Toprak profilini horizon olarak adlandırılan toprak tabakaları oluşturur. A horizonu, toprak tabakalarının en üst katmanı (üst toprak) olup, çeşitli tipte toprak partiküllerini, canlı organizmaların ve kısmen parçalanmış organik madde kalıntısı olan humusun oluşturduğu bir karışımdır. B horizonu mineral toprağı içerir. Ayrıca az miktarda organik madde bulunur. C horizonu ise bu iki tabakanın altında yer alır.

Topraktaki A ve B horizonlarının üç önemli özelliğinin belirlenmesi toprak tipini ve yapısını belirlemede önemlidir.

1. Toprak partiküllerinin boyutlarının ve oranlarının belirlenmesi (Topraktaki kum, mil ve kil partiküllerinin yüzdeleri)

2. Topraktaki organik madde yüzdesi

3. Toprağın iyon değiştirme kapasitesi yani topraktaki alınabilir (yer değiştirebilir) besin elementi miktarı

Bir toprağın bitki beslenmesindeki verimliliğini, topraktaki toplam besin elementi miktarı değil, bitki kökleri tarafından alınabilir besin elementi miktarı belirler.

En verimli topraklar bu partikül çeşitlerini kabaca eşit miktarda içeren loamdır. Bu tip topraklar, hem geniş yüzey alanı sağlayan kil partiküllerini hem de köklerin solunumda kullandığı oksijeni sağlayan geniş hava boşluklarına sahip çakıl partiküllerini içerir.




Bitki besin elementleri toprağın katı, sıvı ve gaz fazlarında bulunur. Toprağın katı fazı; Ca, Fe, Mg, K gibi inorganik besin elementlerinin temel kaynağıdır. Ayrıca bu faz azot ve kükürt içeren organik madde kalıntılarıyla da ilişkilidir. Toprak çözeltisi olarak ad-landırılan toprağın sıvı fazı, bitki besin elementlerini iyonlar şeklinde içerir. Gaz fazında ise toprak boşluklarını dolduran toprak havası oksijen, karbondioksit, azot gibi bazı besin elementlerini gaz şeklinde bulundurur. Toprağın bu üç fazındaki besin elementleri arasında sürekli gerçekleşen değişim sonucu bir denge oluşur.

Bitki kökleri, toprak çözeltisindeki mineral iyonları alabilir. Topraktaki potasyum, (K+), kalsiyum (Ca+2), magnezyum (Mg+2) ve mangan (Mn+2) gibi birçok pozitif yüklü iyon, kil partiküllerinin negatif yüklü geniş yüzeylerine tutunmuştur. Dolayısıyla bu iyonlar şiddetli yağmur ya da sulama sırasında aşağı tabakalara doğru süzülmezler ve bitki kökleri için kullanılabilir besin deposu olarak iş görürler.

Ancak nitrat (NO3), fosfat (H2PO4) ve sülfat (SO4) gibi negatif yüklü mineraller, kil partiküllerinin negatif yüklü yüzeyleri tarafından itilir ve toprak çözeltisinde çözünmüş olarak kalır. Dolayısıyla, negatif yüklü bu mineraller topraktan yıkanan toprak çözeltisiyle birlikte kaybolarak yeraltı sularına karışır. Kil partiküllerine bağlı halde bulunan pozitif yüklü mineral iyonlar ise, katyon değişimi olarak isimlendirilen bir işlemle potasyum (K+), hidrojen (H+) gibi iyonlarla yer değiştirerek serbest kalır. Serbest kalan bu iyonlar, toprak suyunda çözünerek bitki kökleri tarafından emilmek için hazır hale gelir.



Katyon değişiminde özellikle hidrojen iyonları görev alır. Bitkiler topraktan hidrojen iyonu havuzuna iki şekilde katkı sağlar. Bunlardan birincisi, bitki kökü tarafından hidrojen iyonu salgılanması, diğeri ise köklerin hücresel solunumu sonucu oluşan C02'nin toprak çözeltisine verilmesidir. Toprak çözeltisindeki C02'nin suyla reaksiyona girmesi sonucu karbonik asit (H2C03) oluşur. Oluşan bu karbonik asitin iyonlarına ayrışmasıyla açığa çıkan hidrojen iyonları katyon değişimini sağlar. Bu olay ayrıca toprak pH'sını da düşürür.

C02 + H20 —► H2C03 —- HCO3 + H+ katyon değişimi sağlar.

Bitkilerin optimum besin kazanımı hem besin alım kapasitesine hem de kök sisteminin toprak çözeltisine doğru büyüme yeteneğine bağlıdır.