7

TOPRAKLAŞMA *

Doç. Dr. Levent Başayiğit

Süleyman Demirel Üniversitesi, Ziraat Fakültesi, Toprak Bilimi ve Bitki Besleme Bölümü, ISPARTA

leventbasayigit@hotmail.com

Özet

Ekosistemin en önemli unsurlarından biri olan toprak, konumu, oluşumu, içeriği, özellikleri ve görevleri göz önüne alındığında mineral unsurların hâkim olduğu bir yapıya sahip olduğu görülmekte, içerdiği canlıların varlığı vurgulanarak tanımlanmaktadır.

Topraklaşma, toprak biliminde kullanılan teknik bir terim olmamakla birlikte, toprağı dönüştürme yönüyle değerlendirildiğinde mineralizasyon kavramına karşılık gelmektedir.

Mineralizasyon toprağa katılan bitkisel ya da hayvansal kökenli doku artıkları olan ve toprak organik maddesi olarak nitelendirilen yapıların ayrışması olayıdır. Bu süreç sonunda elementlerin bağlanmasıyla oluşan organik bileşikler, bitkiler tarafından besin maddesi olarak kullanılan ve besin zincirinin ilk hali olan inorganik formlara dönüştürülürler.

Dönüştürme ancak canlı unsurların yapabileceği bir faaliyettir. Bu durum toprağın canlı doğal bir bütün olması kavramı ile bire bir örtüşmektedir. Nitekim toprakta dönüştürme olayı toprak canlılarının ortak çalışmaları sonucunda oluşmaktadır.

Sonuç olarak; toprak, menşei ne olursa olsun tüm organik yapıları yeni bir başlangıcın ilk merhalesi olan inorganik yapılara dönüştürmekte, toprağa katılan tüm organik yapıları topraklaştırmaktadır.

Anahtar kelimeler: Topraklaşma, mineralizasyon, organik madde, mineral madde, bitki besin elementleri.

 

Abstract

Soil, one of the most important elements of the ecosystem, is regarded as an overwhelmingly mineral structure due to its property, occurrence, composition, content, features and function, in addition to this living organism in it has to be also emphasized when describing soil.

Although the term soilization/soilification is a technical term used in soil science, when it is evaluated from the perfective of soil alteration it corresponds to the term "mineralization".

Mineralization is process where organic compounds of plant and animal origin, also called soil organic matter, are decomposed. At the end of this process, organic compounds are mineralized into the inorganic matter forming the first phase of the food chain, which are used as nutrients by plants.

Mineralization can only be performed by living organisms. This view also overlaps with the idea that soil should be regarded as a living structure with its all components. Indeed, conversion in soil is an event which can only take place by the contribution of all common soil organisms.

As a result, regardless of its origin, soil transforms all organic matters into inorganic compounds which again are the initial stage of all organic material formations. Soil mineralized all organic compounds added in it.

Keywords: Soilization, mineralization, organic matter, inorganic mater, plant nutrients.

 

Giriş

“Toprağın, manadaki sırrını, ele alırsanız: Toprak, içinde bulunan sonsuz sayıdaki canlının, ibadet vecdi içinde niyaz ettiği muhteşem bir mâbeddir. O, sanki sonsuz bir ahlakın filozofudur. Her türlü ezaya, cefâya, soğuğa, sıcağa ve susuzluğa karşı, müthiş bir tevekkülle katlanır. Ve toprak, bazı şeyleri öğretir insana. Onun üzerine en kirli şeyleri dahi dökseniz, o size gergefinin olağanüstü sanatından bir gül veya bir karanfil hediye edecektir. Nihayet o, sinesine en nazlı canları alır, yüceleri sarar boylu boyunca. Ve ruhları yıldızlarda gezerken, onların mübarek vücutlarını kıyamete kadar bağrında saklar. Hasretle ve yeni bir doğuşa kadar.”

Dr. Haluk Nurbaki

 

Topraklaşmak kelime anlamı ile “topraklaşma olayı veya durumu” yada “toprak durumuna gelmek” anlamındadır. Öyle ise topraklaşmayı anlayabilmek için öncelikle toprak nedir, içeriğinde ne vardır nasıl oluşur sorularına cevap vermek gerekir.

Toprak, yeryüzünün büyük bir bölümünü ince bir örtü halinde kaplayan, kayaların ve organik maddelerin çeşitli derecedeki ayrışma ürünlerinden meydana gelen, karasal bitkiler için temel büyüme ortamı olan ve birçok canlıyı içerisinde barındıran, dinamik üç fazlı üç boyutlu doğal bir bütündür.

Toprağın kütlesini, mineral maddeler, organik maddeler, toprak havası, toprak suyu ve toprak canlıları oluşturmaktadır. Bu dağılımda toprağın katı kısmı ise ya mineral (inorganik) yapıda yada organik yapıda olmaktadır. Bu iki bileşenin birbirlerine göre oransal miktarları toprağın mineral toprak veya organik toprak olarak tanımlanmasını gerektirmektedir. Ancak toprakların çoğu mineral topraklar tanımına uyarlar (1). Organik toprak materyalleri ise çok az miktarda ve bazı özel koşullarda bulunurlar. Dünyadaki toprakların % 99’u mineral toprak olarak tanımlanmaktadır. Bir genelleme ile mineral bir toprağın katı kısmının yaklaşık % 95’i mineral maddeden oluşmaktadır.

Bu bilgiler ışığında toprak, temelde katı kısmının % 95’i mineral maddeden oluşan ve dünyadaki toprakların % 99’unu oluşturan mineral toprağı ifade etmektedir. Öyle ise topraklaşmak, “topraklaşma olayı veya durumu yada toprak durumuna gelmek” mineral maddeye dönüşmekle eşdeğer anlamda kullanılmaktadır. Dönüştürme olayının asıl mimarları ise toprak canlılarıdır.

 

Toprak canlıları

Toprağı, kendini oluşturan kayalardan ayıran ana etkenler, çok geniş bir canlılar kümesini içermesidir. Topraktaki yaşam bitki kökleri, memeliler, toprak kurt ve solucanları, kafadan ve karından bacaklılar (arthropods ve gastropods), mikroskopik protozoa ve nematodlar, bakteriler, mantarlar (fungi), aktinomisetler ve algler (yosunlar) gibi makroskopik ve mikroskopik bitki ve hayvanlardan oluşur.

Toprakların canlı bileşenleri, canlı bitki kökleri, mikroorganizmalar (mantarlar, bakteriler, algler, aktinomisetler), solucanlar ve toprakta yaşayan diğer canlılardan oluşur. Toprak canlıları, toprak kütlesi içerisinde hacim olarak çok küçük bir kısmı oluşturmalarına rağmen toprakların fiziksel ve kimyasal özellikleri üzerine önemli etkileri vardır. Doğrudan ve dolaylı olarak toprak oluşumunda ve metabolizmaları sonucu ortaya çıkardıkları birtakım kimyasal bileşikler yoluyla da toprakta cereyan eden birçok kimyasal tepkimede etkili olurlar.

Toprak canlıları ve özellikle mikroorganizmalar topraktaki bitkisel ve hayvansal artıkları parçalayıp ayrıştırarak enerji gereksinimlerini karşılarlar. Toprak canlılarının bu aktiviteleri ve onların etkinlikleri sonucu üretilen maddeler, topraklara katılarak kimyasal, fiziksel ve biyolojik özelliklerini etkiler ve değiştirir. Topraktaki canlı yaşamı enzimler, karbondioksit su ve çeşitli organik maddeleri üretimi gibi nedenlerle, bitki besinlerini alınabilir duruma dönüştürürler.

Bir an için toprağa düşen bitkisel ve hayvansal atık ve artıkların toprak canlılarınca parçalanıp ayrıştırılmadığı düşünülürse, yeryüzünün çok kısa zamanda organik bir çöplüğe dönüşeceği kolayca anlaşılır.

Toprak canlıları, bitkiler ve hayvanlar olarak iki grup altında incelenebilir. Bunlar da kendi aralarında aşağıda gösterildiği şekilde sınıflandırılırlar (1).

1. Bitkiler

1.1. Bakteriler

1.1.1. Heterotrof Bakteriler; karbon (C) ve enerjilerini organik bileşiklerden hazır olarak sağlayanlar.

1.1.1.A. Azot (Nitrojen) fikse eden bakteriler (serbest yaşamlı ve ortak yaşamlı simbiyotik bakteriler)

1.1.1. B. Azotlu bileşiklere gereksinim duyan (Azot bağlayıcı olmayanlar) bakteriler (Aerobik bakteriler: Spor oluşturanlar ve oluşturmayanlar ve Aerobik bakteriler).

1.1.2.Ototrof bakteriler: Karbonu birinci derecede atmosferdeki CO2 ve enerjilerini inorganik maddelerin veya basit karbon bileşiklerinin oksitlenmesi ile sağlayanlar Bunlar; Nitrit oluşturanlar, nitrat oluşturanlar, kükürt oksitleyenler, demir oksitleyenler, hidrojen ve bileşiklerini etkileyen bakteriler olarak gruplandırılırlar.

1.2.Mantarlar (Fungiler )

1.2.1.Mayalar ve maya benzeri mantarlar

1.2.2.Küf mantarları

1.2.3.Şapkalı mantarlar

1.3.Aktinomisetler

1.4.Algler (Yosunlar)

1.4.1.Mavi Yeşil Algler

1.4.2.Yeşil Algler

1.4.3.Diatomeler

2. Hayvanlar

2.1.Protozoalar(siliatlar, flagellatlar, amiplar)

2.2.Nematodlar

2.2.1.Çürüyen organik maddelerle beslenenler ( çürükçüller)

2.2.2.Solucanlar, protozoalar, bakteriler gibi hayvanlar üzerinde beslenenler

2.2.3.Yüksek bitkilerin köklerine zarar verenler ( patojenler)

2.3.Toprak Solucanları

2.4. Diğer Hayvanlar; Solucanlar, insektler, karıncalar salyangozlar, örümcekler, akarinalar, kemirgenler çok ayaklılar, tarla fareleri ve köstebekler gibi küçük memeliler.

Toprak canlılarının, hacimsel oranı ise toplam toprak hacminin %1’inden azdır. Toprak canlılarının ağırlığı toprağın ancak % 0.05 kadarıdır. Toprakta bulunan mikroorganizmaların sayısı ve ağırlığı aşağıdaki gibidir.

Tablo 1: Toprakta bulunan mikroorganizmaların sayısı ve ağırlığı

Mikroflora

grubu

1gr.topraktaki ortalama sayıları (tane/ gr. Toprak)

Pulluk derinliğinde 1 da'daki canlı ağırlığı( kg/da* )

Bakteriler

1 milyon

65

Aktinomisetler

10 milyon

94

Mantarlar(fungi)

1 milyon

125

Yosunlar(alg)

100 bin

20

TOPLAM

300

*20 cm derinlikte 1 da. toprak yaklaşık 250 tondur.

 

Toprak mikroorganizmalarının en önemli faaliyetlerinden biri toprağa katılan organik artıkların mineralizasyonudur. Başka bir ifadeyle topraklaşmayı gerçekleştirmektir. Toprağa intikal eden bir organik yapı da hemen bu sürece girer ve yapısında değişmeler meydana gelir.

Organik maddede değişmeler

Toprak organik maddesi bitkisel ve hayvansal doku artıklarının toprağa düşüp ayrışmaya başlamasından mineralize oluncaya kadar, ayrışmanın değişik aşamalarındaki çeşitli organik bileşikleri ifade eder (2).

Toprağa katılan organik yapılar iki farklı değişime uğrar. Bu yapılar ya parçalanarak ayrışır yada dayanıklı ve uzun sürede ayrışabilen ürünlere dönüşürler.

Bu olaylar; 1.Ayrışma, 2.Humuslaşma, olarak tanımlanmaktadır. Her iki olayda da pek çok ara ürünler oluşmaktadır.

Organik maddenin ayrışması üç aşamadan oluşmaktadır. Bunlardan birincisi biyokimyasal başlangıç aşamasıdır. Bu aşamada hücre ve doku yapısında görünürde bir değişme olmamaktadır. Bu aşamada bitki yada hayvan organları ölmeden önceki veya öldükten sonraki durumuna sahiptir. Ayrıca bu aşama bazı hidroliz ve oksidasyon olaylarının cereyan ettiği safhadır (renk değişimi vs.) İkinci aşama mekanik parçalanma, üçüncü aşama ise mikrobiyal parçalama aşamasıdır.

Mikrobiyal parçalama aşaması enzimatik parçalanma (hücre dışında) ve yapı ve enerji metabolizması (hücre içinde) aşaması olmak üzere iki alt safhası bulunmaktadır. Bu aşamaların sonucunda organik maddelerde tutulan enerjinin serbest bırakılması ile organik bileşiklerin bir kısmı CO2 ve H2O’ya kadar parçalanır. Bu esnada amonyak ve mineral maddelerdeki P; fosfat halinde, S; sülfid halinde K, Ca, Mg ve mikro elementler (iz elementler) ise serbest veya bağlı iyonlar halinde serbest bırakılırlar, organik bileşikler inorganik bileşiklere dönüşürler. Mikroorganizmalar ayrıştırdıkları maddelerin bir kısmını yapı metabolizmasında kullanır, bu arada enerji kazanılır, bir kısım mineral maddeleri de dışarı bırakarak bitkilerin ve diğer canlıların hizmetine sunarlar (3).

Organik maddenin ayrışmasında ilk iki aşama fiziksel ve mekanik olayları kapsamaktadır. Ancak topraklaşma olayı ayrışmanın üçüncü aşaması olan mineralizasyon sonucunda tamamlanmış olmaktadır. Üçüncü aşama aşağıda detaylı bir biçimde verilmiştir.

 

Mineralizasyon

Bitkisel ve hayvansal dokular, toprağa karışır karışmaz toprak canlılarının hücumuna uğrayarak parçalanıp ayrışmaya başlar ve mineralizasyona uğrarlar. Yani kompleks organik maddeler basit inorganik bileşiklere ayrılır veya dönüşürler. Böylece organik yapılar içinde bitkilerin besin olarak kullanamadığı bileşikler bitkilerin yararlanabileceği formlara dönüşmüş olur (4).

Şekil 1: Organik maddenin ayrışma ve parçalanması

Havalı (aerob) koşullarda nişastalar, şekerler, lignin, selüloz, organik asitler, yağlar, daha basit organik ara ürünler ve en sonunda da su ve karbondioksit üretilir. Fosfor ve kükürt oksitlenerek sırasıyla fosforik ve sülfürik aside dönüşür. Organik maddenin yapısındaki mineral elementler en sonunda kalsiyum, magnezyum, sodyum ve potasyum tuzlarına dönüşürler.

Yeterli oksijenin bulunmadığı havasız koşullarda mikroorganizmaların organik maddeler üzerinde yaptıkları değişiklikler tümüyle farklıdır. Bu koşullarda ayrışma hızı düşük ve kimyasal değişiklikler tam değildir. Ayrışma sırasında bir miktar CO2, NH3 ve H2O açığa çıkarsa da N, C, H ve O’nin çoğu daha basit yapılı organik ara ürünlere dönüşür (4).

Toprakta çabuk ayrışan maddelerin durumunu birkaç örnekle, aşağıdaki eşitliklerle özetleyebiliriz.

Nişasta diastatik enzimler aracılığı ile hidrolize olarak sırasıyla dekstrin, maltoz ve glikoza ayrılır.

 

(C6 H10O5 )2n+ (n-2 )H2O                   n C12 H 22O11

Nişasta                                   Maltoz

 

 

C12 H 220 11 + H2O                   2 C6 H1206

Maltoz                                    Glikoz

 

Glikoz mantarların hücumuna uğrayarak aşağıdaki gibi parçalanır (oksitlenme )

 

C6 H12O6+ 6O2                               2 CO2 + 6 H2O

 

Selüloz anaerobik bakterilerce aşağıdaki tepkimelerdeki gibi parçalanarak çeşitli organik asitler ve alkollere dönüştürülür.

 

(C6H10O5)n+ (n-1 )H2O                      C6H22O6

Selüloz                                               Glikoz

 

C6H12O6                              C3H6O3 + C2H5OH + CO2

Glikoz                   Laktik asit    Etil alkol

 

Oluşan organik asitler ve alkoller de su, karbondioksit ve metan'a dönüşerek topraktan uzaklaşırlar.

Proteinler çeşitli enzimlerin (proteaz ve proetolitik enzimler) etkisi ile önce polipeptidlere ve sonra da basit aminoasitlere ayrılırlar.

Aminoasitler de çok değişik bakteri ve mantarlar tarafından amonyak, karbon dioksit, organik asitler ve alkollere dönüştürülür. Yine oluşan organik asitler ve alkoller de su, karbondioksit ve metan'a dönüşerek topraktan uzaklaşır atmosfere karışırlar.

Azotlu organik bileşiklerin mineralizasyonunda ilk aşama Amonifikasyondur. Amonifikasyon heterotrof organizmalar tarafından topraktaki organik maddelerden azotun açığa çıkarılmasıdır. Bu mikroorganizmalar arasında gram – ve + kısa çubuk bakterileri, Arthrobacter spp. gram + kokkoid çubuklar, koklar, spor oluşturmayan uzun çubuk bakteriler, Bacillus spp. gözlenmektedir. Bu ayrışım sürecinde ilk önce protein çözünmesi (proteolisis) gerçekleşir ve sonuçta amino-N formları açığa çıkar. Bu nedenle olay aynı zamanda aminizasyon olarak da tanımlanmaktadır.

 

Protein                          R-NH2+CO2+Enerji+Ara Ürünler

(Proteolisis-Ototrof mikroorganizma)

 

Amonyağın açığa çıkmasına neden olan bu olay amonifikasyon olarak tanımlanır.

 

R-NH2 +H2O                     NH3 +R-OH + Enerji                    (Amonifikasyon)

Mikroorganizmalar bu işlevi hücre dışına salgıladıkları enzimlerle gerçekleştirilir. Aerob koşullarda amonifikasyon sonunda CO2, NH2, H2O ve SO2 gibi ürünler ortaya çıktığı halde, anaerob kokuşma koşullarında kötü kokulu merkaptanlar, H2S, CO2, RNH2 ve RCOOH gibi tam mineralize olmamış ürünler ortaya çıkar (4).

Değişik topraklarda amonifikasyon yapan bazı bakteriler; Arthrobacter, Pseudomonas, Bacillus, Clostridium, Serrata, Micrococcus, bazı mantarlar; Alternaria, Aspergillus, Mucor, Penicillum ve Rhizopus gibi örneklerdir.

Proteinlerdeki peptid bağlarını ekzopeptidaz ve endopeptidaz gibi proteaz enzimleri parçalar. Ektopeptidaz aminoasit zincirinin son kısmını, endopeptidaz ise zincirin belli bir mesafedeki kısmını etkiler. Aminoasitlerin ayrışması sırasında amin grubunun amonyağa çevrilmesi ve açığa çıkarılmasına ise dekarboksilasyon denir.

Diğer azot içeren bir organik madde olan nükleik asitler ribonükleaz ve deoksiribonükleaz enzimleriyle parçalanır. Ribonükleaz enzimi Bacillus, Pseodomonas, Mycobacterium gibi bakterilerle Aspergillus, Fusarium, Mucor, Penicillum ve Rhizopus türü mantarlar tarafından salgılanır. Deoksiribonükleaz salgılayan mikroorganizmalar Arthrobacter, Bacillus, Clostdrium ve Pseudomonas bakterileri ile Cladosporium ve Fusarium türü mantarlardır.

Amonifikasyon sonucu oluşan amonyak toprak çözeltisinde çözünerek form değiştirir. CO2’nin suda çözünmesiyle oluşan karbonik asit de amonyum iyonlarının oluşumunda etkili olmaktadır. Oluşan amonyağın bir kısmı ortam pH’ına göre NH3 gazı halinde atmosfere geçer (4).

Yağ moleküllerinin büyük kısmını trigliserid adı verilen moleküller oluşturmaktadır. Bunun yanında fosfolipid ve kolestrol molekülleri yağlı besinlerde daha az miktarlarda bulunular. Lipidler yapı itibariyle gliserin ve yağ asitlerinin teşkil ettiği moleküllerdir. Lipid molekülleri hidrofobik özellik göstermelerine karşın organik eriticilerde çözünürler. Toprakta diğer maddelerin mineralizasyonu sırasında ortaya çıkan alkollerle çözünmekle birlikte yapısında bulunan C mikroorganizmalar tarafından kullanılarak yağ asitleri ve sonunda inorganik bileşiklerine ayrışmaktadır.

 

CH2COOR-CHCOOR-CH2-COOR

Proteinlerin bir bölümü lignin ile birleşerek, kompleks yapılı ayrışmaya dirençli bir yapı oluşturarak, örneğin humus, toprakta kalır.

Bitkisel dokulardaki organik maddelerden ayrışmaya en dirençli olan lignindir. Ligninler kompleks yapılı organik maddelerdir. Ligninler aşağıdaki formülde de gösterildiği gibi bir benzol halkası ve ona bağlı yan zincirlerle karakterize edilir.

C40 H30O6 (OCH 3)4(OH)5CHO                       -CH2 - C H2 - CH3

Toprak organik maddesi ayrışması ilerledikçe, organik bileşikler içinde çabuk ayrışan organik maddelerin oranı hızla azalırken, lignin ve lignin kompleksleri gibi ayrışmaya dirençli maddelerin oranı hızla artar. Ancak ayrışma süreci her zaman inorganik bileşikler ve elementlere dönüşme ile sonuçlanır (4).

 

Humuslaşma

Organik maddedeki değişikliklerden bir diğeri de humuslaşmadır. Humus zor parçalanan organik bileşiklerin parçalanma ürünlerinin polimerizasyonu ile oluşmaktadır.

Çeşitli ana materyalden mineral maddeler ve humin maddelerinin (humus) oluşması şematik olarak Şekil 2’de gösterilmiştir. Burada da görüldüğü gibi lignin büyük bir kısmı humusa dönüşmektedir (3).

Şekil 2: Humuslaşma

 

Topraktaki organik maddeler devamlı olarak ayrışma, değişme yeniden oluşma olaylarına maruz kalırlar. Bu bakımdan humus fevkalade komplike ve heterojen bir sistemdir. Humus, maddesel, fonksiyonal ve morfolojik olmak üzere 3 temel kavram altında incelenir. Aşağıdaki şekilde humusun sınıflandırılması, bu 3 kavram dikkate alınarak yapılmıştır.


 

Şekil 3: Humusun sınıflandırılması

 

Maddesel yönden incelendiği zaman humusu teşkil eden maddelerin 2 kısma ayrıldığını görüyoruz. Humin olmayan maddeler, bitkinin veya hayvanın bünyesinde iken sahip olduğu bileşimi kaybetmemiş olan maddelerdir. Gerçi bunlar bitki veya hayvan dokularından kopup toprağa katılmışlardır, fakat kimyasal bileşimleri aynen kalmıştır. Örneğin, toprakta tespit edilebilen polisakkaritler, bazı aminoasitleri humin olmayan maddelerdir. Humin olan maddeler ise koyu renkli ve toprakta yeniden oluşmuş olan maddeleridir.

Humus, sahip olduğu fonksiyon dikkate alınarak incelenirse iki türlü humus çeşidi ortaya çıkar. Burada kimyasal bileşimi ve kökeni ne olursa olsun aynı fonksiyona sahip maddeler bir grup altında toplanır. Besleyici humus grubuna giren maddeler, topraktaki mikroorganizmalar için bir besin kaynağı olabilen ve kolayca parçalanabilen maddelerdir. Ayrıca bunların bileşiminde bulunan organik şeklide bağlı bitki besin maddeleri de mineralize olarak bitkinin alabileceği hale geçebilirler. Daimi humus grubuna giren maddeler ise yüksek polimer maddelerdir ve zor parçalanırlar. Örneğin humin asitleri, lignin bu maddelerdendir.

Humusun morfolojik görünüşü ve genetik özellikleri de humus formlarının meydana gelmesine sebep olur. Ayrı ayrı humus formlarının oluşmasına neden olan olaylar ile faktörler, toprak oluşunda rolü olan faktörlerdir. Ayrıca humuslaşmanın şekli yani biyolojik ve abiyolojik oluşu da humus formunun tespitinde rol oynar (3).

Mikrobiyal parçalanma bitki besin maddesinin türüne bağlı olarak değişik hızda olur. En kolay parçalananlar suda eriyen, monosakkaritler, pektinler gibi karbonhidratlar ve yumurta akı maddeleridir. Parçalanmanın ilk zamanında bitki strüktürü muhafaza edilir. İleri safhalarda ise mesela; selülozu parçalayıcı toprak florası faaliyete geçince strüktür bozulur. Selüloz parçalanması esnasında selülozun bir kısmı kullanılır. En zor parçalanan bitki yapı maddelerinden olan lignin ise selüloz parçalanması olayını takip eder. Bu suretle toprakta bazidiomicetler çoğalır ve bunlarda lignini parçalar. Genelde ligninin parçalanma ürünlerinin polimerizasyonu ile humin maddeleri oluşur.

Humin maddeleri yüksek polimer maddelerdir. Bunların oluşması için organik ana maddelerin ya bitkinin kendisinde bulunan yahut mikroorganizmaların çıkardığı enzimlerin katalitik etkisi altında iyice parçalanması şarttır. Mesela; bu ayrışma ve parçalanma sonunda karbonhidratlar monosakkaritlere, yumurta akı maddeleri aminoasitlerine ve hücrenin yapı maddelere basit fenolik bileşiklere kadar parçalanırlar. İşte humin maddelerin oluşu bundan sonra başlayabilir. Türlü ayrışma ürünleri birçok kimyasal olaylar sonunda polimerize olarak humin maddelerini meydana getirirler. Örneğin monosakkaritler asit ortamda Furan türevlerine dönüşürler. Furan türevleri aldol kodenzasyonu ile polimerize olarak humin maddelerini meydana getirirler (3).

 

Humin Maddelerinin Sınıflandırılması ve Özellikleri

Humin maddelerinin sınıflandırılması ve bunların topraktan ekstrakte edilmesi, bu maddelerin muhtelif eriticilerde erimeleri esasına dayanılarak yapılır. Humin maddeleri önemli üç grup altında incelenir. Bunlar fulvo asitleri, humin asitleri ve huminlerdir. Fulvo asitleri, kren asitleri ve apokren asitleri olmak üzere ikiye ayrılır. Humin asitleri ise himatomelan asitleri, kahverengi humin asitleri ve gri humin asitleri olmak üzere üçe ayrılırlar. Bunların muhtelif maddelerde çözünürlüğü ve diğer bazı özellikleri Tablo 3’de gösterilmiştir (3).

Tabloda soldan sağa doğru renk koyuluğu, polimerize derecesi artar, asit karakter, eriyebilme, redükte olabilme azdır.

Humin maddelerinin kimyasal bir formülle gösterilmesi bugüne kadar mümkün olmamıştır. Bilinen şey bunların yüksek polimer bileşikleri olmaları ve aromatik çekirdeğin polimerize olmasıyla teşekkül etmeleridir. Humin maddelerinin oluşmaları çok karışıktır.

Humin maddelerinin ayrı ayrı karakterize edilmesi yukardaki tabloda da gösterildiği gibi muhtelif maddelerde çözülebilme veya çökebilme niteliklerine dayanılarak yapılabilmektedir.

Fulvo asitleri reaksiyonu soğuk NaOH (yaklaşık % 0,5) içerisinde eriyebilirler. Asitlerle çökelmezler fakat bu fraksiyon içinde diğer bazı maddelerle bulunabilir. Mesela organik fosfor bileşikleri, poli sakkaritler gibi humin olmayan maddeler Fulvo asitlerinin bütün humin maddeleri içerisindeki miktarı %15’den %70’e kadar değişebilir. Fulvo asitleri aslında bir ön basamak maddeleri olarak kabul edilmektedir. Humuslaşma derecesi büyüdükçe fulvo asitleri azalmaktadır. Abiyolojik humuslaşma olan yerlerde fazla miktarda bulunurlar. Apokren asitleri kolayca humin asitlerine polimerize olurlar.

Tablo 3: Humin Maddelerinin Sınıflandırılması

Humin maddeleri

Fulvo Asitleri

Humin Asitleri

Kren Asit

Apokren Asitleri

Himatomelan Asitleri

Kahverengi Humin Asit

Gri Humin Asitleri

Renk

Hafif sarı

Sarı kahverengi

Kahverengi

Koyu kahverengi

Gri siyah

Asitil Bromitte Çözülme

Erir

Erir

Erir

Erimez

Erimez

Asitler veya diğer elektrolitler ile çökelme

Çökmez

Çökmez

Erimez

Kolay çeker

Çok kolay çöker

Suda

Erir

Erir

Erimez

Erimez

Erimez

Alkolde

Erir

Erir

Erir

Erimez

Erimez

Diğer alkali reaksiyonlu çözücülerde çözünme

Erir

Erir

Erir

Erir

Erir

C miktarı

%50

%50

%58-62

%50-60

%58-62

 

Alkali reaksiyon eriticilerle topraktan ekstrakta edildikten sonra asitle çökelebilen fraksiyona humin asitleri fonksiyonu denir. Humin asitlerinin asit karakterde olması ve katyon mübadele edebilme kabiliyeti bünyelerinde bulunan hidroksil (-OH) ve karboksil (-COOH) gruplarına dayanmaktadır. Humin asitleri yukarda da temas edildiği gibi polimerizasyon derecesine göre üç fonksiyona ayrılabilirler. Himatomelan asitleri çözünürlük bakımında fulvo asitlerine benzerler. Fakat bunlardan daha büyük bir polimerizasyon derecesine sahiptir. Konsantrasyonu yüksek asitlerde çökebilirler. Kahverengi ve gri humin asitleri alkolde ve asteil bromit’te eriyemedikleri halde bunlar erirler. Buraya kadar incelenen humin maddelerinin hepsi soğuk NaOH içinde eriyebilirler. NaOH içinde erimeyen humin maddelerine de huminler denmektedir.

Bütün humin maddeleri toprakta hiçbir zaman ayrı ayrı izole edilmiş şekilde bulunmazlar. Birbirlerine karışmış durumda bulunurlar ve daimi değişme tabidirler. Bunlar birbirleriyle reaksiyona girdikleri gibi toprağın inorganik yapı maddeleri ile de (örneğin kil mineralleri, serbest oksitler) birleşebilirler ve kil-humus komplekslerini oluştururlar.

Humusun en önemli elementleri bunları birbirine bağlayan köprüler ve fonksiyonel yan gruplar şekil de gösterilmiştir (3).

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 


Şekil 4: Humusun en önemli yapı elementleri

Humuslaşma olayı da sonunda mineralizasyonla sonuçlanmaktadır. Bu olay sonucunda toprağa organik olarak giren bir madde önce inorganik bileşiklere en sonunda da elementlere kadar ayrışmaktadır. Oluşan son ürünler ise besin zincirinin ilk halkası olan bitkilerin besin maddesini oluşturmaktadır.

Bitki besinleri bazı kimyasal elementlerden oluşur. Bitkilerce gerek duyulan besinler, protein ve yağlar gibi organik besinlere gerek duyan hayvanlardan farklı olarak inorganik niteliktedir. Tablo 3’de bitki besin elementlerinin sınıflandırılması yer almaktadır.

 

Tablo 3: Bitki besin elementlerinin sınıflandırılması (1)

I. Fizyolojik ve Biyokimyasal işlevlerine Göre Sınıflama

Besin elementi ve grubu

Alınma biçimi

Alındığı kaynak

Biyokimyasal işlevi

1 .Grup

C, H, O, N, S

CO2, HCO3-(C)

H2O (H)

CO2 (O)

NH4, NO3

N2

SO4, SO2

CO2 Atmosferden, HCO3 Toprak çözeltisi,

H2O Toprak çözeltisi ve su buharından, Oksijen atmosfer CO2'inden, Toprak çözeltisi ve atmosfer (Gazlar atmosferden, iyonlar topraktan)

1. Organik maddenin yapı taşlan

2.Enzimsel süreçlerde

3.İndirgenme-yükseltgenme süreçleri

2.Grup

P, B, Si

P;H2PO4-, HPO4-2, P2O74, P3O10-5

B;B4O7-2, H2BO3, HBO3-2, BO3-3

Si;Silikat iyonları

Toprak çözeltisinden

1.Doğal alkol grupları ile oluşturdukları esterler enerji aktarım tepkimelerini gerçekleştirir

3.Grup

K, Ca, Mg, Mn, Cl ve Na

K+, Ca+2, Mg+2 Mn+2, Cl-, Na+ iyonları

Toprak çözeltisinden

I.Ozmotik potansiyelleri ayarlama

2.Organik asit nötralizasyonu veya pH dengelemesi

3. Enzim aktivasyonu 4.Organik asit anyonlarının dengelenmesi

4.Grup

Fe, Cu, Zn, Mo, Co, Va

Fe+2, Cu+2, Zn+2, Co+2, MoO4-2, VaO4-2 Ağır metal kileytleri

Toprak çözeltisinden

1 Enzim prostetik gruplarında kileyt olarak yer alma ve enzim tepkimeleri

2.Değerlik değişimi yoluyla elektron taşınması ve redoks tepkimeleri

II. Bitkideki Niceliklerine Göre Sınıflama

Grubu

Besin Elementleri

Makro (Majör) Besin Elementleri

C, H, O, N, P, K, S, Ca, Mg, Na, Si

Mikro (Minör) Beisn Elementleri

Fe, Mn, Cu, Zn, Mo, B, Cl, Co, Va

III. Yüksek Bitkilere Gerekliliğine Göre

Gerekli Mineral Elementler

N, P, S, K, Ca, Mg, Fe, Mn, Zn, Cu, B, Mo, Cl, Ni

Yararlı Mineral Elementler

Na, Si, Co, Se, Al

 

Bitki besinleri haline dönüşen inorganik maddeler bitkiler tarafından alınmakta fotosentez yoluyla organik besinlere dönüştürülmektedir. Bu dönüşümün gerçekleşmesi için güneş enerjisine ihtiyaç duyulmaktadır. Bitkiler, karbon dioksit, su ve inorganik maddeleri kullanarak güneş enerjisi yardımıyla glikoz ve oksijen üretmektedirler. Güneşten gelen enerji, fotosentez yapan canlıların ürettikleri besinlerde depolanmaktadır. Besin maddeleri canlılar tarafından tüketildiğinde enerji, bu canlılara geçmektedir. Böylece enerji, beslenme yoluyla bir canlıdan diğerine aktarılmış olmaktadır. Bitkilerde besin olarak depolanan enerji, bir besin zinciri biçiminde tüm canlılara dağılmaktadır.

 

Şekil 5: Fotosentez

 

Sonuç

Topraklaşmak toprağa dönüşmektir. Toprağı oluşturan minerallere dönüşmektir. Bu olay mineralizasyon olayına karşılık gelmektedir. Toprakta mineralizasyon olayı toprak canlıları ve özellikle mikroorganizmaları sayesinde olmaktadır.

Toprağa katılan tüm organik yapılar, ya hızlı bir süreçten geçerek mineralize olurlar. Yada humifikasyon gibi daha uzun bir süreçten geçtikten sonra mineralizasyona uğrar ve topraklaşırlar. Böylece toprağa katılan tüm organik yapılar hızlı yada yavaş inorganik formlara dönüşürler.

İnorganik formlar besin zincirinin ilk halkası olan bitkilerin besinlerini oluştururlar. Bitkiler topraklaşmış ve inorganik forma dönüştürülmüş maddelerin ilk kullanıcıları olmaktadır. Bitkiler mineralizasyon sonucu topraklaşan organik yapıların temizlenmiş formları olan inorganik bileşikleri yada element formlarını ilk kullananlardır.

 

Kaynaklar

1.Aydemir, O., Akgül, M., Canbolat, M.Y., Işıldar, A.A., 2001. Toprak Bilgisi. Süleyman Demirel Üniversitesi Ziraat Fakültesi Yayın No:10, Ders Notu Yayın No:1, Isparta.

2.Oruç, N., Sağlam, T., 1972.Atatürk Üniversitesi Ziraat Fakültesi Toprak İlmi Bölümü Ders Notu, Erzurum.

3.Çolak, A. K., 1994. Toprak Biyolojisi. Çukurova Üniversitesi Ziraat Fakültesi Ders Kitabı No:99, Adana.  

4.Ergene, A., 1982. Toprak Biliminin Esasları, Atatürk Üniversitesi Yayın No:586. Ziraat Fakültesi Yayın No: 267, Erzurum.

 

 

*: 1. Ulusal Helal ve Sağlıklı Gıda Kongresinde sunulmuştur (19-20 Kasım 2011, Ankara).