Kimyasal bakımdan topraklar basit yapılı tuzlardan başla¤¤¤¤¤ çok fazla karmaşık olan organik ve inorganik bileşiklere kadar çok sayıda maddelerden oluşmuşlardır. Toprakta kimyasal olaylar, ardı arkası kesilmeyen bir surette devam etmekte olduğundan toprağın bileşimi de devamlı olarak değişmektedir. Bitkilerin yetişmesi ve beslenmesi bakımından önemli olan kimyasal olayların başında; topraktaki bitki besin maddelerinin miktarı, bu besin maddelerini depo eden absorbsiyon ve iyon değiştirme kapasitesi ile toprağın reaksiyonu gelmektedir.

Toprağın kimyasal özelliklerini belirtmek bakımından, toprakta bulunan mineral besin elementleri, genellikle killerin oluşturduğu inorganik ve organik toprak kolloidleri, katyon değişimi, toprağın reaksiyonu ve bitki besin elementleri üzerinde ana hatları ile durulacaktır.

3.1. Toprakta Bulunan Besin Maddeleri

Topraktaki besin maddeleri ana kayadan kaynaklanan mineral elementler oluşturmaktadır. Katı yer kabuğunun % 98’ ini 8 element oluşturmaktadır. Bunlar sırasıyla, oksijen, silisyum, alüminyum, demir, kalsiyum, sodyum, potasyum ve magnezyumdur. Bunlardan oksijen ve silisyum kayaların % 75’ ini oluşturmaktadır.

3.2. Toprağın Kolloidal Fraksiyonları

Toprak katı parçacıklarının yüzeylerinde moleküllerin ve iyonların toprak çözeltisinden çekilip bağlanmaları ve özellikle katyon değiştirme kapasitesinde etkili olan kil ve organik maddeler, toprak kimyası, bitki beslenmesi ve toprak reaksiyonu yönünden çok önemli rol oynamaktadır. Bu başlık altında toprak kolloidlerini oluşturan kil mineralleri ve organik maddeler üzerinde durulacaktır.

Tabiatta bileşimlerine göre iki türlü kil bulunmaktadır. Ilıman bölgelerde yaygın olan silikat killeri ve tropikal ve yarı tropikal bölgelerde baskın olan oksit killeridir. Bilindiği gibi, topraktaki kil sekonder mineral olup ana kayadaki özellikle silikat minerallerinin ayrışması sonucunda oluşmaktadır.

Değişik ana kayaların farklı ortamlarda ayrışması sonucunda oluşan killerin miktarı ve bileşimi çok değişik ve karmaşıktır. Ayrışma ortamının iklim şartları, kil çeşidinin oluşmasında önemli rol oynar. Şöyle ki, illit ayrışmanın şiddetli olmadığı ılıman iklim kuşaklarında yaygındır; yapısal potasyumun kısmen kaybolması ile mika mineralinin alterasyonu ve hidrasyon, illitin oluşumunda ön plana geçer. Bu kilde hidrasyon katyon absorbsiyonu şişme, büzülme ve plastiklik özellikleri belirgin değildir. Montmorillionit in teşekkülü ise bol magnezyum ile nötral veya sadece hafif asit ortam şartları altında gerçekleşmektedir. Ilıman bölgelerde illit montmorillionitin alterasyonu ile oluşabilir.

2:1 strüktüründe olan montmorillionit plastiktir, kohezyonu fazladır, kurudukları zaman çatlar, bünyesine su alınca şişerler. Kaolinit, nemli tropikal bölgelerde doğrudan topraktaki veya ayrışmış zondaki primer minerallerinin ayrışmasından oluşmaktadır. 1:1 strüktüründe olan kaolin plastiklik, kohezyon ve çatlama şişme özellikleri çok zayıftır. Bundan dolayı porselen yapımında kullanılır. Genel olarak silikat kil mineralleri iki ana bileşimden ibarettir. Bunlardan bir bileşen, silis oksijen levhası, ikincisi ise alüminyum levhasıdır.

Oksit killer tropikal ve subtropikal bölgelerde demir ve alüminyumun bünyelerine su alarak hidroz oksitleri meydana getirmeleri sonucunda oluşmaktadır. Bunlara örnek olarak gibsit ve götit verilebilir.

3.3. Topraklarda Katyon Değişimi

Toprakta kolloidal halde bulunan kil ve organik madde geniş bir yüzeye sahip olduğundan, su ve iyonları bünyelerinde toplamaktadır. Ayrışma esnasında torak çözeltisi içinde serbest hale geçen Ca, Mg, K, Na, Al, H gibi bitki besin maddeleri olan katyonlar humus ve kil parçacıklarının yüzeyinde tutulmaktadır. Bu olay tek yönlü olarak cereyan etmez. Şöyle ki, kireç bakımından zengin olan nemli bölge topraklarında organik maddenin ayrışması ile CO2 meydana gelmektedir, buna bağlı olarak toprak çözeltisinde karbonik asit (H2CO3) zengin durumdadır. Bu asitteki H iyonu Ca ile yer değiştirme özelliğine sahiptir. Böylece Ca iyonlarının yerine H iyonları geçmektedir. Toprağın yağış sularıyla yıkanması devam ettiği takdirde toprakta H iyonları ile diğer iyonların yer değiştirmesine bağlı olarak H iyonlarının konsantrasyonu artar.

3.4. Toprakta Değişebilir Anyonlar

Anyonlar kil minerallerinde OH grupları ile yer değiştirmektedir ve bu gruplar montmorillionit kiline nazaran kaolinitte fazla bulunmaktadır. Bundan dolayı kaolinit killerinin baskın olduğu nemli ve kurak bölge topraklarında anyon değiştirmesi daha yüksektir. Bu sahalar fazla yayılış göstermemesine rağmen nemli tropikal bölgelerde fazla ayrışmaya uğramamış bazı topraklarda az miktarda kaolinit bulunmaktadır. Bu topraklar, pozitif yüklenme gösterirler. Özetle, pozitif yükle yüklenmiş kolloidli topraklar; nitrat ve klorit gibi anyonları absorbe ederler, Ca, Mg ve Na gibi katyonlar reddedilmekte ve dolayısıyla bunlar toprak solüsyonunda yıkanmaya karşı çok hassas duruma geçerler ve toprağın baz saturasyonu çok düşer, fosfat ve sülfat iyonları, hidroksillerin (OH) yerine geçer ve yapışık halde sabitleşirler. Bu topraklarda yüksek derecede potasyumu tespit etme kapasitesine sahiptir ve tabi olarak alınabilir fosfor düşük seviyede kalmaktadır.

3.5. Toprak Reaksiyonu

Toprak reaksiyonu, toprağın asitliliğini, alkalenliliğini ve nötral durumunu ifade etmektedir. Toprak reaksiyonu, pedojenezin seyrini veya özelliğini aksettirmesi yanında topraktaki bitki besin elementleri hakkında bilgi vermektedir. Şöyle ki, asitliliği fazla olan topraklar nemli iklim şartları altında bulunmaktadır ve aşırı yıkanmaya bağlı olarak da topraktaki bazlar önemli ölçüde uzaklaşmıştır ve bunların yerini H iyonları almıştır. Bunun yanında alkalen topraklar, bitki besin elementleri olan bazların toprakta fazla olduğunu işaret etmektedir.

Toprak reaksiyonu pH (potansiyel hidrojen) ile ifade edilmektedir.Suda H+ ve OH-iyonları bulunmaktadır. H+ ve OH- iyonları birbirine eşit olduğu takdirde su nötral durumdadır. Yani suyun pH’ ı 7' dir.

Toprak çözeltisinde serbest hidrojen (H+) iyonlarının konsantrasyonu hidroksil (OH-) iyonlarından fazla ise çözelti asittir. Bu durumun tersi olursa çözelti alkalendir. İşte bu durumu belirtmek bakımından pH terimi kullanılmaktadır. pH 7’den küçük ise asit, 7’den fazla ise alkalen, 7 nötr durumu göstermektedir. Başka bir ifade ile hidrojen iyonları arttıkça pH azalmakta, OH iyonları arttıkça pH yükselmektedir.

Yağışlı bölgelerde, yağış suları vasıtasıyla toprak yıkanmaya başladığı zaman sudaki H katyonları Ca, Mg, K, Na katyonlarının yerine geçer. Bu suretle toprakta bulunan katyonların yerine H’ in geçmesiyle toprak asitleşir.

Toprak reaksiyonunun değişmesinde etkili olan önemli faktörlerin başında CO2 gelmektedir. Bu gaz su ile birleşerek karbonik asiti oluşturur. CO2 basıncı ne kadar fazla olursa, topraktaki H konsantrasyonu o nispette artar. Karbonik asit ve onun oluşturduğu bikarbonatlar, nemli bölgelerde toprağın alt katlarına doğru taşınmaktadır. Böylece topraklar asitleşirler.

Bazların yıkanması özellikle toprakta Ca ve Mg un eksilmesi, toprak pH’ ının düşmesine yol açar. Bu arada organik maddelerin ayrışmasıyla oluşan organik ve inorganik asitler bazların yıkanmasını arttırır. Özellikle vejetasyon devresinde hasıl olan bol miktarda H iyonları topraktaki bazların yerine geçerek bazları serbest bırakır. Bu bazlar ya bitkiler tarafında alınır ya da taban suyu ile uzaklaşırlar. Bu durum da toprağın asitleşmesine sebep olur. Nemli bölgelerde çayır örtüsü de toprağın fazla asitleşmesini sağlayan bir faktördür.

Kurak bölgelere gelince yağış topraktaki bazları yıkamaya kafi gelmediğinden toprağın bazlarla olan doygunluğu yüksektir ve toprak nötr ve daha çok alkalen reaksiyon gösterir. Demek ki, toprak asitliliğinin artmasında iklim ana faktördür. Nitekim, yağışlı iklim şartlarında toprak yıkanmakta bu esnada H iyonları, Na, Ca, Mg, K gibi katyonların yerine geçmektedir. Ayrıca nemli bölgelerde vejetasyon örtüsünün gür olması bir taraftan organik maddelerin artmasına ve diğer taraftan da organik maddelerin ayrışmasıyla hasıl olan CO2 ve diğer organik asitler toprağın asitleşmesine yardımcı olur. Kurak bölgelerde ise bu durumun hemen hemen tersi cereyan ettiğinden, topraktaki bazların yıkanması son derece sınırlıdır, bu yüzden kurak bölge toprakları genellikle alkalen reaksiyon göstermektedir.

3.6. Toprakta Bitki Besin Elementleri

Bitkilerin gelişip büyümeleri için iklim faktörleri yanında topraktaki besin elementlerine de ihtiyaç vardır. Türlü bitkilerin topraktan aldıkları besin elementleri çok değişiktir. Bitkilerin topraktan istedikleri besin elementlerinden birinin veya birkaçının eksik ya da fazla olması bitki gelişimini engeller hatta tamamen durdurabilir.

Bitkilerin gelişmesi için mutlak surette gerekli olan elementler esas itibariyle bitki besin maddeleridir ve bunların sayısı 16 civarındadır. Bitkiler tarafından kullanılan esas elementler şunlardır; havadan kaynaklanan CO2 , H ve O, topraktan alınan nitrojen, P, K, Ca, Mg ve S’ dir. Topraktan alınan fakat az miktarda kullanılan belli başlı elementler ise Fe, Mn, B, Mo, Cu, Zn ve Cl’ dur. Bitkiler karbon ve oksijenin büyük bir bölümünü havadan doğrudan doğruya fotosentezle alırlar. H doğrudan ve dolaylı olarak sudan alınmaktadır.

3.6.1. Makro Elementler

Fosfor, potasyum, kalsiyum, magnezyum, kükürt ve nitrojen bitkiler tarafından en fazla kullanılan elementlerdir. Bu elementler bitkilerin hücre (gövde) büyümelerinde ve meyve verimlerinde etkili olmaktadır.

3.6.2. Mikro Elementler

Toprakta az bulunmasına ve bitkiler tarafından az alınmasına rağmen eksikliği halinde bitkilerin gelişmesini engellemektedir. Bu elementler: demir, manganez, bakır, bor, çinko, molibden ve klordur.