Ilyas Bolat

1

2 KAYIN, GÖKNAR VE GÖKNAR-KAYIN MEŞCERELERİNDE ÜST TOPRAK VE ÖLÜ ÖRTÜDEKİ MİKROBİYAL BİYOKÜTLE KARBON (C mic ), AZOT (N mic ), FOSFOR (P mic ) VE MİKROBİYAL SOLUNUMUN MEVSİMSEL DEĞİŞİMİ İlyas BOLAT Bartın Üniversitesi Fen Bilimleri Enstitüsü Orman Mühendisliği Anabilim Dalında Doktora Tezi Olarak Hazırlanmıştır BARTIN Temmuz

3

4 Bu tezdeki tüm bilgilerin akademik kurallara ve etik ilkelere uygun olarak elde edildiğini ve sunulduğunu; ayrıca bu kuralların ve ilkelerin gerektirdiği şekilde, bu çalışmadan kaynaklanmayan bütün atıfları yaptığımı beyan ederim. İlyas BOLAT

5 ÖZET Doktora Tezi KAYIN, GÖKNAR VE GÖKNAR-KAYIN MEŞCERELERİNDE ÜST TOPRAK VE ÖLÜ ÖRTÜDEKİ MİKROBİYAL BİYOKÜTLE KARBON (C mic ), AZOT (N mic ), FOSFOR (P mic ) VE MİKROBİYAL SOLUNUMUN MEVSİMSEL DEĞİŞİMİ İlyas BOLAT Bartın Üniversitesi Fen Bilimleri Enstitüsü Orman Mühendisliği Anabilim Dalı Tez Danışmanı: Prof. Dr. Metin TUNAY Temmuz , sayfa Mikrobiyal biyokütle toprak ile bitki arasındaki bağlantıyı sağlayan çok önemli bir parametredir. Bu yüzden toprak mikrobiyal biyokütlesi ve faaliyeti son zamanlarda toprak sağlığı ve kalitesinin değerlendirilmesinde kullanılan hassas bir gösterge olarak karşımıza çıkmaktadır. Organik maddenin biyolojik olarak aktif bölümünü oluşturan mikrobiyal biyokütle C, N ve P un ölçülmesi toprak kalitesi ve verimliliğinde meydana gelen değişimi en güzel bir şekilde yansıtmaktadır. Bu çalışmada, mevsimsel değişeme bağlı olarak farklı meşcereler altındaki ölü örtü (yaprak, çürüntü ve humus) ve üst topraktaki ( cm) organik madde ve besin döngüsünde toprak mikrobiyal biyokütlesinin rolünü anlamak, ağaç türlerinin mikrobiyal biyokütle üzerine olan etkilerini ortaya koyabilmek ve bazal solunum ölçümleri yapılarak mikrobiyal faaliyetlerin meşcere tiplerine ve mevsime bağlı değişimini belirlemek hedeflenmiştir. Ayrıca mikrobiyal biyokütle C, N, P ve bazal solunum ile ölü örtü ve toprak örneklerinin diğer bazı özellikleri arasındaki ilişkilerin ortaya konulması amaçlanmıştır. iii

6 Doğu kayını (Fagus orientalis Lipsky), Uludağ göknarı (Abies nordmanniana subsp. bornmülleriana Mattf.) ve göknar-kayın karışık meşcerelerinin doğal yayılış alanı olan Bartın ili Arıt ilçesi çalışma alanı olarak seçilmiştir. Ölü örtü ve üst toprakların mikrobiyal biyokütle C, N ve P içerikleri kloroform fumigasyon ekstraksiyon yöntemi ile, mikrobiyal faaliyet ise bazal solunum ölçümü yapılarak belirlenmiştir. Basit varyans analizi sonuçlarına göre ölü örtü ve toprak örneklerinin mikrobiyal biyokütle C, N ve P içerikleri ile mikrobiyal solunum (bazal solunum) meşcere tiplerine ve mevsimlere göre değişiklik göstermektedir. Göknar meşceresi ölü örtü solunumları hariç, genel olarak mikrobiyal biyokütle ve solunum, göknar meşceresinde diğer meşcerelere göre daha yüksek, ilkbahar ve kış mevsimlerinde ise yaz ve sonbahar mevsimlerine göre daha düşük olarak tespit edilmiştir. Ayrıca, korelasyon analizi sonucuna göre mikrobiyal biyokütle C, N, P içerikleri ile mikrobiyal solunum, ölü örtü ve toprak örneklerinin nem içeriği, sıcaklık, organik C, bitkiye yarayışlı P gibi diğer bazı fiziksel ve kimyasal özellikleri arasında da istatistiki anlamda ilişki ortaya çıkmıştır. Yapılan bu çalışma ile aynı yetişme ortamında bulunan farklı meşcere tiplerine ait ölü örtü ve üst toprakların bazı fiziksel, kimyasal ve biyolojik özelliklerinin birbirinden farklı olduğu ve mevsimlere göre de değişiklik gösterdiği ortaya çıkmıştır. Farklı meşcerelere ait ölü örtü ve üst toprakların mikrobiyal biyokütle ve solunumları, organik C, toplam N ve bitkiye yarayışlı P tarafından kontrol edildiği tespit edilmiştir. Ayrıca, mikrobiyal biyokütle ve solunumun ph, kil içeriği gibi diğer ölü örtü ve toprak özellikleri ile nem içeriği, sıcaklık gibi çevresel faktörlerden de etkilendiği belirlenmiştir. Diğer taraftan bu çalışmada elde edilen veriler ölü örtü ve toprakların mikrobiyal biyokütle ve faaliyetinde gelecekte ortaya çıkabilecek değişiklikleri izlemede karşılaştırmalı olarak kullanılabilecektir. Anahtar Sözcükler: mikrobiyal biyokütle C, N ve P, bazal solunum, C mic /C org yüzdesi, metabolik katsayı (qco 2 ), toprak, ölü örtü Bilim Kodu: iv

7 ABSTRACT Ph.D. Thesis SEASONAL CHANGES IN MICROBIAL BIOMASS CARBON (C mic ), NITROGEN (N mic ), PHOSPHORUS (P mic ), AND MICROBIAL RESPIRATION OF FOREST FLOOR AND TOP SOIL UNDER BEECH, FIR AND MIXED FIR-BEECH FOREST STANDS İlyas BOLAT Bartın University Graduate School of Natural and Applied Sciences Department of Forestry Engineering Thesis Supervisor: Prof. Dr. Metin TUNAY July , pages Microbial biomass is a significant parameter that supplies the linkage between the soil and the plant. Therefore soil microbial biomass and activity are the sensitive bioindicators for the determination of the soil health and quality in the recent years. Measurement of the biologically active fractions of the soil organic matter, such as microbial biomass C, N and P could better reflect changes in the soil quality and productivity. In this study, based on the seasonal changes, discovering the role of the soil microbial biomass on the organic matter and nutrient cycle at the forest floor (litter, fermentation and humus) and top soil ( cm) under various stands are targeted. Besides, the determination of the tree species impact on the microbial biomass and the assessment of the change in the microbial activities relative to the stand types and seasons by conducting basal respiration measurements are aimed. The statement of the relationships between microbial biomass C, N, P, basal respiration and some other characteristics of the forest floor and soil samples is also purposed. v

8 The Arıt District of the Bartın Province which are the natural habitat for the Oriental beech (Fagus orientalis Lipsky), Bornmullerian fir (Abies nordmanniana subsp. bornmülleriana Mattf.) and the fir-beech mixed stands were chosen as the study area. The microbial biomass C, N and P content of the forest floor and top soil was determined based on the chloroform fumigation extraction method and the microbial activity was investigated based on the basal respiration measurement. According to the results of the simple variance analysis (One-Way ANOVA), the microbial biomass C, N and P content of the forest litter and top soil and the microbial respiration (basal respiration) changes relative to the stand type and the seasons. Except the forest floor respiration, generally, the microbial biomass and respiration is the highest under the fir stand compared to other stands and lower for the spring and winter compared to the summer and autumn. Furthermore, according to the results of the correlation analysis, there is a statistical correlation between the microbial biomass C, N and P content, microbial respiration, moisture content of the forest floor and top soil samples, temperature, organic C, plant available P and some other physical and chemical properties. According to the results of this study, some physical, chemical and biological properties of the forest floor and top soil samples under different stands at the common habitat are different from each other and differ relative to the seasons. The microbial biomass and respiration of forest floor and top soil samples under different stands are controlled by the organic C, total N, plant available P. Moreover, the microbial biomass and respiration is influenced by the other forest floor and soil properties such as ph, clay content and by the environmental factors such as moisture content and temperature. On the other hand, the data of this study are able to be utilized comparatively for monitoring the possible future changes in the microbial biomass and activity of the forest floor and soil. Key Words: microbial biomass, C, N and P, basal respiration, C mic /C org percentage, metabolic quotient (qco 2 ), soil, forest floor Science Code: vi

9 TEŞEKKÜR Kayın, Göknar ve Göknar-Kayın Meşcerelerinde Üst Toprak ve Ölü Örtüdeki Mikrobiyal Biyokütle Karbon (C mic ), Azot (N mic ), Fosfor (P mic ) ve Mikrobiyal Solunumun Mevsimsel Değişimi adlı bu çalışma, Bartın Üniversitesi Fen Bilimleri Enstitüsü Orman Mühendisliği Anabilim Dalı nda Doktora tezi olarak hazırlanmıştır. Doktora tez konusunun seçiminde ve hazırlanması sırasında benden yardımlarını, desteğini ve bilgisini esirgemeyerek, çalışmaların her aşamasında görüşlerinden yararlandığım Sayın hocam Doç. Dr. Ömer KARA ya teşekkür etmeyi zevkli bir görev sayıyorum. Tez jürisinde yer alan ve değerli katkılar sağlayan Prof. Dr. Metin TUNAY, Prof. Dr. Yılmaz YILDIRIM, Prof. Dr. Lokman ALTUN ve Prof. Dr. İbrahim TURNA hocalarıma da en içten teşekkürlerimi sunarım. Arazi çalışmalarına bizzat katılarak emek harcayan, toprak örneklerinin alınmasında yardımlarını esirgemeyen, laboratuar çalışmalarımda bana yardımcı olan Yrd. Doç. Dr. Hüseyin ŞENSOY, Yrd. Doç. Dr. Sezgin K. GÜLSOY, Yrd. Doç. Dr. Melih ÖZTÜRK, Arş. Gör. Kamil ÇAKIROĞLU, Arş. Gör. Şahin PALTA ile emeği geçen herkese, Arıt Orm. İşl. Şefi Oğuz B. BOLLUKÇU ve personeline teşekkür ederim. Son olarak, bu günlere gelmemde her türlü maddi ve manevi desteklerini esirgemeyen ve her zaman yanımda hissettiğim aileme, tezin başlangıcından sonuna kadar ki süre içerisinde fakülteye sabahları erken gitmemi, akşamları eve geç kalmamı ve çoğu hafta sonları fakültede olmamı anlayışla karşılayan, beni cesaretlendiren ve destekleyen sevgili eşim Tûba BOLAT a sonsuz şükranlarımı sunarım. Bu çalışmanın uygulayıcılara, bilim dünyasına ve tüm ilgilenenlere yararlı olması en içten dileğimdir. vii

10 İÇİNDEKİLER Sayfa KABUL ii ÖZET iii ABSTRACT v TEŞEKKÜR vii İÇİNDEKİLER ix ŞEKİLLER DİZİNİ xv TABLOLAR DİZİNİ xxi SİMGELER VE KISALTMALAR DİZİNİ xxix BÖLÜM 1 GİRİŞ GENEL BİLGİLER LİTERATÜR ÖZETİ ÇALIŞMANIN AMACI BÖLÜM 2 MATERYAL VE YÖNTEM ARAŞTIRMA ALANININ YETİŞME ORTAMI ÖZELLİKLERİ Araştırma Alanının Yeri Yeryüzü Şekli Özellikleri İklim Özellikleri Anakaya ve Toprak Özellikleri Kum Taşı Anakayası ve Kum Taşından Oluşan Toprakların Özellikleri Kalker (Kireç Taşları) Anakayası ve Kalkerden Oluşan Toprakların Özellikleri Bitki Örtüsü ARAŞTIRMA MATERYALİ Arazi Çalışmaları ix

11

12

13

14 İÇİNDEKİLER (devam ediyor) Sayfa Mikrobiyal Biyokütle N İle Mikrobiyal Biyokütle C a Ait Regresyon Analizi Bazal Solunum İle Mikrobiyal Biyokütle C a Ait Regresyon Analizi Metabolik Katsayı İle Bazal Solunuma Ait Regresyon Analizi Metabolik Katsayı İle C mic /C org Yüzdesine Ait Regresyon Analizi BÖLÜM 4 SONUÇLAR VE ÖNERİLER KAYNAKLAR EK AÇIKLAMALAR A. FARKLI MEŞCERE TİPLERİ ÖLÜ ÖRTÜ VE TOPRAK ÖZELLİKLERİNE AİT BAZI FİZİKSEL, KİMYASAL VE BİYOLOJİK ÖZELLİKLERE İLİŞKİN DEĞERLER İLE SICAKLIK VE BAĞIL (NİSBİ) NEM DEĞERLERİ ÖZGEÇMİŞ xiii

15 ŞEKİLLER DİZİNİ No Sayfa 1.

16 ŞEKİLLER DİZİNİ (devam ediyor) No Sayfa 2.

17 ŞEKİLLER DİZİNİ (devam ediyor) No Sayfa 3.

18 ŞEKİLLER DİZİNİ (devam ediyor) No Sayfa 3.

19 ŞEKİLLER DİZİNİ (devam ediyor) No Sayfa 3.

20 TABLOLAR DİZİNİ No Sayfa 1.

21 TABLOLAR DİZİNİ (devam ediyor) No Sayfa 3.

22 TABLOLAR DİZİNİ (devam ediyor) No Sayfa 3.

23 TABLOLAR DİZİNİ (devam ediyor) No Sayfa 3.

24 TABLOLAR DİZİNİ (devam ediyor) No Sayfa 3.

25 TABLOLAR DİZİNİ (devam ediyor) No Sayfa 3.

26 TABLOLAR DİZİNİ (devam ediyor) No Sayfa 3.

27 TABLOLAR DİZİNİ (devam ediyor) No Sayfa Göknar-kayın meşceresi toprak örneklerine ait bazı özellikler ve aralarındaki ilişkiyi gösteren basit korelasyon matrisi, n = xxviii

28 SİMGELER VE KISALTMALAR DİZİNİ &#; &#;&#; sırasıyla : derece, dakika ve saniye C : derece santigrat µ : mikro KISALTMALAR CFE CFI C mic GET h ha Hacim Ağ. HGK M MGM ml mm MTA N nm N mic OGM Özgül Ağ. P mic qco 2 rpm Tukey HSD v.b. : Kloroform Fumigasyon Ekstraksiyon : Kloroform Fumigasyon İnkübasyon : Mikrobiyal Biyokütle Karbon : Gerçek Evapotransprasyon : saat : hektar : Hacim Ağırlığı : Harita Genel Komutanlığı : Molarite : Meteoroloji Genel Müdürlüğü : mililitre : yağış : Maden Tetkik Arama : Normalite : nanometre : Mikrobiyal Biyokütle Azot : Orman Genel Müdürlüğü : Özgül Ağırlık : Mikrobiyal Biyokütle Fosfor : Metabolik Katsayı : dakikadaki devir sayısı : Tukey Gerçekten Önemli Fark Testi : ve benzeri xxix

29 BÖLÜM 1 GİRİŞ GENEL BİLGİLER Toprak karasal ekosistemlerin fonksiyonlarını yerine getirebilmeleri için gerekli fiziksel, kimyasal ve biyolojik faktörler arasındaki dengeyi sağlayan, yaşayan, dinamik ve doğal bir varlıktır. Toprak çok yavaş bir şekilde oluşmaktadır. Bir cm lik bir üst toprağın oluşabilmesi için ortalama olarak ile yıl arasında bir zamanın geçmesi gerekmektedir. Toprak, iklim, yeryüzü şekli, canlılar (bitki örtüsü) ve anakayanın (ana materyal) zamanla etkileşimi sonucunda oluşmaktadır. Sayılan beş ana faktörün değişen fonksiyonları toprak oluşum sürecinde önemli rol oynamaktadır. Toprağın asıl unsurlarını; inorganik maddeler (kum, toz ve kil), ayrışmış bitki ve hayvan artıklarından (toprak biyotası) meydana gelen aktif ve stabil biçimdeki organik maddeler, canlılar (solucan, böcek, bakteri, mantar, alg, nematodlar gibi yaşayan organizmalar), gazlar (CO 2, O 2, N 2, NO x, ve CH 4 ) ve su oluşturmaktadır (Şekil ) (Jenny ; Lal ; Atalay ; Luo ve Zhou ). Şekil Toprağı oluşturan asıl unsurlar (Brady ; Pidwirny dan değiştirilerek). 1

30 Anakayanın cinsi, mineralojik bileşimi, minerallerin iri veya ince taneli, killi veya kumlu, katı veya gevşek oluşu toprak oluşum sürecini önemli derecede etkiler. Toprak oluşum sürecinde etkin olan faktörler, farklı özellikteki anakayaları etkileyerek toprak oluşum sürecinde farklılıklar meydana getirebilir. Yani bu faktörlerden bazısı diğerlerine göre daha fazla önemli olabilir. Mesela, toprak oluşumunun temel maddesi olan anakaya toprak yapan en önemli faktördür. Fakat anakayanın toprağın gelişimindeki etkinliği bölgesel olarak değişir. Özellikle serin ve nemli iklimin etkisi altındaki bölgeler ile sıcak ve nemli iklim etkisi altındaki bölgelerde, toprağın gelişiminde anakayanın cinsi iklimden daha az etkilidir. Diğer bir ifade ile aynı anakayadan farklı iklim etkisi altında farklı topraklar oluşabilir. İklim etkisinin çok kuvvetli olduğu yörelerde ise farklı anakayalardan oluşan topraklar benzer (veya aynı) genetik gelişimler göstermektedir (Kantarcı ; Atalay ). Bitki örtüsü ana iklim koşullarını etkilememekle beraber, belli bir dereceye kadar toprak yüzeyinde kendine özgü bir mikro-klima oluşturur. Bitki örtüsünün toprak oluşum ve gelişimindeki etkisi genel olarak orman ve otlak alanlarındaki topraklarda farklılıklara sebep olur. Esas itibariyle ormanın yetişmesine uygun topraklar ile otlakların bulunduğu topraklar birbirinden farklı özelliklere sahiptir. Bu yüzden aynı iklim etkisi altında aynı anakayadan oluşmuş toprakların orman toplumu ile otlak toplumu altındaki özellikleri arasında farklar bulunmaktadır. Hatta doğal ve klimaks bitki toplumu karakterinde olan ormanlarda ağaç ve çalı türlerinin değişimi toprak özellikleri üzerinde önemli bir etkiye sahiptir. Topografya yani arazi şekli, eğim ve bakı suyun hareketini ve rejimini, toprağın yıkanmasını, toprak derinliğini, materyal taşınımını ve tipini, toprak rengini, toprak reaksiyonunu ve toprak sıcaklığını etkiler. Bu yüzden de farklı topografya (relief) üzerinde gelişen topraklar farklı özellikler gösterirler (Kantarcı ; Coyne ve Thompson ; Atalay ). Bitki türleri, ekosistem içerisinde meydana gelen besin döngüsü, mikrobiyal biyokütle, biyokütlenin yapısı ve toprak enzim aktivitesi gibi olayları etkilemektedir (Dornbush ). Fakat bitki türlerinin etkileri sonucunda meydana gelen bu olaylar yeterli bir şekilde anlaşılmış değildir. Esas olarak, bitki örtüsü ile mikroorganizmaların karşılıklı etkileşimleri sonucunda toprak içerisinde yukarıda bahsedilen olaylar ortaya çıkar. Örneğin, bitki ile bitkinin içinde bulunduğu ortam; toprağın ph sını, nemini, sıcaklığını, bitki besin maddelerinin alınabilirliğini ve toprak üzerine düşen ölü örtü miktarını değiştirir. Bütün bunların bir sonucu olarak da mikrobiyal biyokütle bu değişikliklerden potansiyel olarak etkilenir (Paul ve Clark ). 2

31 Mikrobiyal biyokütlenin miktarı toprak tekstürü, ph, toprak nemi, arazi kullanım biçimi ve organik maddenin kalitesine göre değişiklik göstermektedir. Diğer bir ifade ile mikrobiyal biyokütlenin kompozisyonu ve sayısı toprağın fiziksel ve kimyasal özelliklerinde meydana gelen değişikliklere karşı çok hassastır. Ayrıca, toprak mikrobiyal biyokütle C ve N miktarının farklı orman yönetimlerinden etkilendiği, hatta orman verimliliğinin artmasıyla beraber oransal olarak artış gösterdiği bildirilmektedir (Sparling ; Bauhus vd. ; Kara ve Bolat a). Benzer olarak, ağaç türlerinin toprak verimliliği ve mikrobiyal topluluğun yapısı üzerinde etkili olduğu birçok araştırıcı tarafından ifade edilmektedir (Dickinson ve Pugh ; Swift vd. ). Bu yüzden, toprak mikrobiyal biyokütle C u, özellikle de mikrobiyal C/organik C yüzdesi, orman topraklarının C içeriği üzerinde mikroorganizmaların işlevini yansıtmaktadır (Insam ve Domsch ; Kara vd. ). Mevsimsel değişiklikler toprak nemini, toprak sıcaklığını, kök aktivitesini, kök çevresinde biriken ve bitkilerden düşen ölü örtünün ayrışması sonucunda toprağa karışan organik madde miktarını etkilemekte ve böylece toprak içerisinde dalgalanmalara yol açmaktadır (Kramer ve Green ). Bu değişimler aynı zamanda toprak tipi, arazideki bitki örtüsünün çeşidi ve miktarı, arazi kullanımı ve yönetimi gibi faktörlere göre de farklılık göstermektedir (Chen vd. ). Üst topraktaki canlılar toplam toprak hacminin % 0,5 gibi çok küçük bir parçasını oluşturur ve toplam organik maddenin % 10 undan daha düşük bir kısmını meydana getir. Toprağın canlı kısmının büyük çoğunluğu da toprak mikroorganizmalarından meydana gelmiştir. Mikroorganizmalar toprağın çok küçük bir kısmını oluşturmasına karşılık; azot, kükürt ve fosfor döngüleri ile organik artıkların ayrıştırılması işlemlerini gerçekleştiren en önemli canlı grubudur. Bundan dolayı, mikroorganizmalar yerkürenin karbon ve bitki besin elementi döngüsünü sağlayan en önemli grubudur (Pankhurst vd. ). Toprak içerisinde doğal koşullarda birçok mikroorganizma çeşidi bulunmaktadır. Bu mikroorganizmalar normal ve sağlıklı topraklar için gerekli olan çok sayıda fonksiyonu (işlevi) yerine getirmektedir. Toprak mikroorganizmaları organik maddeyi ayrıştırır. Bitkilerin alabilecekleri formlarda bitki besin maddelerini serbest hale getirir ve zehirli maddeleri parçalar. Ayrıca, toprak mikroorganizmaları bitki kökleri ile simbiyotik ilişkiler kurar ve patojenlere karşı antagonist faaliyet gösterir. Minerallerin çözünebilirliğini ve yıkanmalarını etkiler. Buna ilaveten, toprağın strüktürüne ve kümelenmesine katkı sağlar. 3

32 Toprak içerisinde meydana gelen bütün olaylara aracılık eden toprak mikroorganizmaları, aynı zamanda toprak organik maddesinde meydana gelen değişikliklerin de hassas bir göstergesidir (indikatörüdür) (Powlson ve Jenkinson ; Powlson vd. ). Ayrıca, mikrobiyal metabolizmanın ayrışma süresi insanoğlu için çok önemlidir. Çünkü mikrobiyal metabolizmanın toprak örneklerindeki devir hızı toprak mikrobiyal biyokütlesi için üç ay ile iki yıl arasında iken, organik madde için 20 yıldan fazladır (Jenkinson ve Ladd ; Stout vd. ; O Brien ; Jenkinson ). Toprak mikroorganizmaları, toprağın enerji ve besin döngüsü ile organik madde ayrışmasından sorumlu kısmını temsil eder. Organik artıklar biyokütleye ya da karbondioksit (CO 2 ), su (H 2 O) ve mineral besin elementlerine bu canlılar sayesinde dönüşür. Diğer taraftan, toprak mikroorganizmaları büyümeleri esnasında sürekli kullandıkları N, P ve S gibi besin elementlerinin de önemli bir havuzunu oluşturur. Mikrobiyal biyokütle organik maddenin mineralizasyonunu gerçekleştirerek anorganik besin maddelerinin (NH + 4, NO - 3, H 2 PO , SO 4 ve CO 2 ) açığa çıkmasını sağlar. Bitkiler büyümeleri esnasında besin maddelerini bu anorganik formlarda alabilirler. Aynı şekilde, mikrobiyal biyokütle yaşaması ve büyümesi için gerekli olan besin maddelerini bu anorganik formlarda tutabilir. Sonuç olarak, yüksek miktarda mikrobiyal biyokütle içeren topraklar besin maddesi döngüsünde ve besin maddelerinin depolanmasında çok daha etkilidir (Gregorich vd. ). Büyük bir çoğunluğu bakteri ve mantarlardan meydana gelen fakat içinde aktinomiset, protozoa, alg ve virüslerin de bulunduğu toprak mikrobiyal biyokütlesi (Tablo ); karbon (C) depolaması, enerji akışı, ayrıştırma ve az da olsa gaz akışı gibi ekosistem süreçlerini düzenleyen çok önemli bir olgudur. Bu grup içerisinde bakteri ve mantarlar hem biyokütle hem de metabolik faaliyetler açısından en yaygın organizmalardır (Anderson ve Domsch ; Parkinson ve Coleman ; Cleveland vd. ). 4

33 Tablo Verimli bir topraktaki ortalama mikroorganizma sayıları (CFU g -1 ) ve ağırlıkları (kg ha -1 ) (Burges ; Brady dan değiştirilerek). Toprak Organizmaları Ortalama Sayı Ağırlık Bakteriler 15x Aktinomisetler 7x Mantarlar 4x Algler 5x Protozoalar 3x Toprak içerisindeki biyolojik faaliyetlerin derinliği birkaç cm den 30 cm ye kadar değişen üst toprakta yoğunlaşmıştır. Ancak, bu biyolojik faaliyetler özellikle doğal yapısı bozulmamış topraklarda derinliğin artmasıyla hızlı bir şekilde düşmektedir (Şekil ). Bu yüzden, tarımsal faaliyetler, ağaçlandırma vb nedenlerle müdahale görmüş topraklar ile doğal yapısı bozulmamış toprakların karşılaştırıldığı çalışmalarda mikrobiyal biyokütle içeriklerinin belirlendiği toprak derinliklerinin benzer olmasına dikkat edilmeli ve toprak derinlikleri mutlaka belirtilmelidir (Pankhurst vd. ). Mikrobiyal biyokütle C (µg g 1 ) Müdahale Görmüş Müdahale Görmemiş Toprak derinliği (cm) Şekil Müdahale görmüş ve müdahale görmemiş alanlarda toprak derinliğine ( cm) göre mikrobiyal biyokütle C un (µg g -1 ) değişimi (Sparling den değiştirilerek). 15 cm derinlikteki organik tabakanın karbon (C), azot (N) ve fosfor (P) içeriği yaklaşık olarak sırasıyla , ve 7 g m -2 iken, bu tabakanın anorganik azot (N) ve fosfor (P) içeriği sırasıyla 0,1 ve 0,02 g m -2 dir. Ekosistemdeki toplam karbon (C) havuzunun % 19 unu bitkiler, % 2,5 ini mikrobiyal canlılar ve geriye kalan % 78,5 ini ölmüş toprak organik 5

34 maddesi oluşturmaktadır. Odunsu dokuların azot (N) içeriklerinin düşük olmasından dolayı azotun (N) yaklaşık olarak % 10 u bitkilerden, % 6,5 i mikrobiyal canlılardan ve geriye kalan % 83,5 i ise toprak organik maddesinden kaynaklanmaktadır. Fosforun (P) % 11 i bitkilerden, % 30 u mikrobiyal canlılardan ve % 59 u ise toprak organik maddesinden oluşmaktadır. Bitkilerde bulunan C ve N içeriği, mikrobiyal canlılarda bulunan C ve N içeriklerinden daha yüksektir. C için bu değer yaklaşık olarak 8 kat iken N için 1,5 kat kadardır (Jonasson vd. ). Buna karşılık bitkilerde bulunan P mikrobiyal canlılarda bulanan P dan daha azdır. Yaklaşık olarak mikrobiyal canlılardaki P, bitkilerden kaynaklanan P dan 3 kat daha yüksektir. Sonuç olarak, bitkilerin ve mikrobiyal canlıların C, N ve P içerikleri birbirinden farklılık gösterir. Toprak mikrobiyal canlılarında meydana gelen küçük değişiklikler, bitkilerin alabileceği besin elementlerinde artışa ya da azalışa sebep olabilir. Örneğin, toprakta mikrobiyal canlıların sayılarının azalmasıyla bu canlıların kullandığı besin elementlerinin bir kısmı bitkilerin alabileceği formlarda serbest hale geçer. Bu olay sonucunda bitkilerin alabileceği besin elementleri artar. Tam tersi durumda yani mikrobiyal canlılarda bir artış olursa bu seferde bitkilerin alabileceği besin elementlerinde azalış meydan gelir (Jonasson vd. ). Ormanda toprağın yüzeyi genellikle yaprak, ibre, ince dal, kabuk, kozalak pulu, tomurcuk, çiçek, tohum ile ölmüş organizma ve organizma artıkları gibi organik maddeler ile örtülmüş bulunmaktadır. Kısaca, toprağın yüzeyini örten az veya çok ayrışmış durumdaki organik maddelerin bütününe ölü örtü denilmektedir. Ölü örtü tabakası profil tanıtımında organik horizon (O = A o ) olarak tanıtılır. Ölü örtü yaprak (L), çürüntü (F) ve humus (H) olmak üzere başlıca üç tabakadan oluşur. Yaprak tabakasına uluslararası terim ile L-tabakası (litter-hayvan altlığı) adı verilir. Bu tabaka parçalanmamış, ufalanmamış yani bütünlüğünü korumuş yaprak, kabuk ve ince dallar gibi yeni dökülmüş organik madde artıklarından meydana gelir. Yaprak ve ibrelerde genel bir solgun renk egemendir (Irmak ; Çepel ). Çürüntü tabakasının uluslararası ismi F-tabakası (fermantasyon-mayalaşma) olup, L- tabakasının altında yer alır. Küçük parçalara ayrılmış organik maddelerin oluşturduğu kısımdır. Bu tabakadaki her parçanın orijinal yapısı yani bir yaprak mı, odun mu, yoksa kabuk mu olduğu bellidir. Ancak, ayrışma ve humuslaşma başladığı için renk genellikle L- tabakasından daha koyudur. Humus tabakasına uluslararası terimle H-tabakası (humuslaşma) denilir ve F-tabakasının altında bulunan tabakadır. Bu tabakadaki organik maddelerin doku 6

35 biçimleri kaybolmuş yani ayrışarak kolloidal boyutlara kadar küçülmüştür. Böylece, organik maddelerin orijinal yapıları tanınamayan çok koyu renkli bir organik madde tabakası oluşmuştur. H-tabakasında kimyasal ve biyolojik ayrışma olayları en şiddetli biçimde meydana gelir (Irmak ; Çepel ). Toprak organik maddesinin birincil kaynağı bitki dokularıdır. Ormanlarda doğal şartlar altında her yıl ağaçlardan dökülen yapraklar, dallar, kabuklar, kozalaklar, kökler, çalılar, otlar ve diğer bitki parçaları toprağa organik artık olarak katılırlar. Tarım alanlarında ise hasattan sonra toprakta kalan bitki kısımları organik atıklar olarak toprağa karışır. Bu organik materyaller toprakta yaşayan makro ve mikro canlılar tarafından ayrıştırılır ve sindirilir. Bu bitki artıkları genellikle toprak canlılarının besin kaynağını oluştururlar (Brady ; Plaster ; Kantarcı ; Özbek vd. ) Genel olarak, hayvanlar organik maddenin ikincil kaynağı olarak düşünülür. Toprakta yaşayan canlılar öldüklerinde kendilerinin de organik madde olmalarının yanında toprak içinde parçalama ve ayrıştırma olaylarını da gerçekleştirirler. Ayrıca, hayvanlar aleminin belirli türleri özellikle de solucanlar, termitler, eklembacaklılar ve karıncalar bitki organik artıklarının ve toprağın yer değiştirmesinde çok önemli roller oynamaktadır. Toprağın organik maddesi içerisine canlı organizmalar (toprakta yaşayan hayvanlar ve bitkiler) ile kökler dahil değildir (Brady ; Plaster ; Kantarcı ; Özbek vd. ). Bitki organik artıklarının nemi % arasında değişmekle birlikte ortalama olarak % 75 civarında olup, çok yüksek bir orana sahiptir. Ağırlık olarak kuru maddenin çoğunluğunu karbon (% ) oluşturur. Geri kalan kısmını oksijen (% ), hidrojen (% 8) ve anorganik elementler (kül) (% 8) oluşturur. Diğer taraftan, elementel olarak (elementlerin atom sayısında) hidrojen ağırlıktadır; 3,7 karbon ve 2,5 oksijene karşılık 8 hidrojen atomu vardır. Diğer elementler çok az miktarda bulunmalarına rağmen bitki ve mikroorganizmaların beslenmesinde çok önemlidir. Azot, kükürt, fosfor, potasyum, kalsiyum, sodyum ve magnezyum gibi topraktan çok miktarda alınan bitki besin elementleri makro elementler olarak tanınır. Çok az miktarda alınan demir, mangan, çinko, bakır, molibden, bor, klor gibi elementler ise mikro elementlerdir. Bitkiler bu elementleri anyon veya katyon halinde alabildikleri gibi, bir kısmını da moleküler halde alırlar (Brady ; Kantarcı ; Özbek vd. ; Gardiner ve Miller ). 7

36 Organik artıklar (organik madde) karbon içeren bileşiklerden oluşmaktadır. Şeker ve nişastadan selüloza kadar değişen kompleks bir yapıdan oluşan karbonhidratlar bitkilerin dokularında bulunan organik bileşiklerin en yaygın olanıdır. Karbonhidratlar karbondioksit (CO 2 ) ve suya (H 2 O) hızlı bir şekilde parçalanabildikleri için toprak florası için çok önemli bir besin kaynağıdır. Halka şeklinde kompleks bir yapıya sahip olan lignin, özellikle odunsu dokular olmak üzere yaşlı bitki dokularında bulunmaktadır. Parçalanmaya ya da ayrışmaya karşı çok dayanıklıdır. Karbonhidratlardan daha kompleks, fakat ligninlerden daha az kompleks yapıya sahip olan katı ve sıvı yağlar (ekstraktifler) ise tohumlarda bulunan diğer bileşiklerdir. Proteinler, başta azot olmak üzere karbon, oksijen, hidrojen ve az miktarda kükürt, mangan, bakır ve demir gibi diğer elementlerden oluşmaktadır. Önemli ölçüde azot içeren bileşiklerden oluştukları için amino asit olarak ta adlandırılırlar. Bu açıdan bakıldığında proteinler bitkiler için gerekli olan elementlerin asıl kaynağını oluşturmaktadır. Basit yapıdaki proteinler çok kolay bir şekilde ayrıştırılırken, daha kompleks yapıdaki ham (olmamış) proteinler ise parçalanmaya karşı dayanıklıdır. Bahsedilen bu organik bileşikler hızlı ayrışandan yavaş (zor) ayrışana doğru sıralanacak olursa aşağıdaki gibi bir sıralama ortaya çıkar: 1. Şeker, nişasta ve basit yapıdaki proteinler 2. Ham (olmamış) proteinler 3. Hemiselüloz 4. Selüloz 5. Katı ve sıvı yağlar (ekstraktifler) ile mumlar 6. Lignin Taze bitki dokusu toprağa ulaşır ulaşmaz genellikle bütün organik bileşikler aynı anda parçalanmaya ve ayrışmaya başlar. Fakat şeker, nişasta ve basit yapıdaki proteinler çok hızlı bir şekilde ayrışırken, diğerleri daha zor ayrışır. Bu grup içerisinde ayrışmaya karşı en dayanıklı olanı ise lignindir. Diğer bir ifade ile bitkisel artıkların ayrışma hızı maddesel bileşimle yakından ilgilidir. Lignin ve selüloz miktarı ne kadar çok olursa mikrobiyal parçalanma (ayrışma) o kadar yavaş olmaktadır (Brady ; Plaster ; Kantarcı ; Özbek vd. ). Toprakta kolay bir şekilde parçalanacak (ayrışacak) maddenin olmadığı bir durumda mikrobiyal faaliyet ve mikrobiyal canlı sayısı düşük seviyededir. Taze ve ayrışabilir 8

37 (parçalanabilir) maddeler bol bir şekilde toprağa ulaştığı zaman; toprakta yaşayan canlılar hızlıca şeker, nişasta, basit yapıdaki protein ve selüloz gibi çabuk ayrışabilen bileşiklere hücum eder. İyi havalanan topraklarda karbondioksit (CO 2 ), amonyum (NH + 4 ), nitrat (NO - 3 ), dihidrojen fosfat (H 2 PO - 4 ), sülfat (SO -2 4 ), su (H 2 O), ayrışmaya karşı dayanıklı organik artıklar ve çok az miktarda da olsa bitkiler için gerekli diğer bitki besin elementleri açığa çıkar. İyi havalanmayan topraklarda yani anaerobik şartlarda çok yüksek miktarda metan (CH 4 ) ile bazı organik asitler (R COOH), çeşitli amin artıkları (R NH 2 ), zehirli bir gaz olan hidrojen sülfit (H 2 S) ve etilen (H 2 C = CH 2 ) açığa çıkar. Bu olaylarla eş zamanlı olarak toprak mikroorganizmaların sayısında da ani ve önemli bir artış meydana gelir. Mikrobiyal faaliyet doruk noktasına ulaşır ulaşmaz enerji hızlı şekilde serbest hale geçer (Brady ; Özbek vd. ; Gardiner ve Miller ). Bazı çürükçül bakteri, mantar ve aktinomisetler tamamen aktif halde bulunur ve bir yanda parçalama (ayrıştırma) işlemini gerçekleştirirken diğer taraftan sentezleme işlemini gerçekleştirirler. Bu sırada mikrobiyal dokular toprak içerisinde bulunan organik kısmın hemen hemen üçte birini (1/3) oluşturur. Kolay ayrışabilen (parçalanan) besinler bittiğinde, toprakta yaşayan canlıların sayısı da azalmaya başlar. Mikrobiyal hücreler öldüğü zaman toprakta yaşayan diğer canlılar tarafından vücutları parçalanır ve karbondioksit (CO 2 ) ile suyun (H 2 O) açığa çıkması devam eder. Alınabilir haldeki besin ve enerji azalmasının meydana gelmesinden hemen sonra mikrobiyal faaliyette azalma meydana gelir. Olumsuz şartlar altında bazı toprak canlıları geçici süreliğine nispi olarak gelişimini durdurmaya başlar. Bu durum nitrat ve sülfat gibi basit yapılı ürünlerin serbest kalmasıyla yakından ilişkilidir. Geriye kalan organik maddenin yeni yapısı çoğunlukla kahverengi ya da koyu kahverengi (esmer), şekilsiz, ayrışmaya karşı oldukça dayanıklı kolloidal bir kütle şeklinde, heterojen özellik gösteren, toprakların fiziksel ve kimyasal özellikleri ile bitkiler için büyük öneme sahip olan humustur (Brady ; Özbek vd. ; Gardiner ve Miller ). Organik maddenin çürümesi esnasında karbondioksit (CO 2 ) ilk parçalanan ürünler arasında yer almaktadır. Bu durum karbonun bütün organik maddelerin temel yapı taşı olduğunu ve yeryüzündeki yaşam süreçlerinin temelinde yer aldığını göstermektedir. Karbon döngüsü (Şekil ) gerçekte biyolojik döngü ya da yaşam döngüsüdür. Bu döngü yeryüzündeki yaşamın devam etmesini mümkün kılar (Brady ). 9

38 Şekil Karbon döngüsünün şematik diyagramı (Brady dan değiştirilerek). Biyolojik döngü ya da yaşam döngüsünde bitkiler güneş enerjisini kullanarak atmosferden aldığı CO2 i organik bileşiklere dönüştürür. Fakat döngünün ilk başında üretilen karbonun bir kısmı bitkilerin yaptığı solunum sonucu ortaya çıkan CO2 olarak atmosfere geri döner. İnsanlar ve yüksek yapılı hayvanlar gerekli olan enerjiyi geriye kalan organik bileşiklerden elde ederler. İnsanlar ve yüksek yapılı hayvanlardan geriye kalan organik artıklar ve atıklar toprağa karışır. Organik bileşikler toprağa ulaştığında toprakta yaşayan makro ve mikro hayvanlar organik materyalleri parçalayarak sindirirler. Bitkiler için besin elementleri serbest hale geçerken karbondioksit (CO2) ve humus nispeten değişmez ürünler olarak ayrılır (Brady ; Horwath ). Karbon döngüsündeki karbondioksitin (CO2) asıl kaynağını toprak içerisinde meydana gelen mikrobiyal faaliyetler oluşturmaktadır. Bunun yanında hızlı büyüyen bitki köklerinden yayılan karbondioksit (CO2) ile miktarı çok az da olsa yağmur sularıyla toprağa geçen 10

39 karbondioksit (CO 2 ) göz ardı edilmemelidir. Ca, Mg ve K gibi elementlerin karbonat ve bikarbonatlarının bir kısmı serbest kalır ve yağmur sularıyla yıkanır. Bu elementlerin diğer bir kısmı da yukarıya doğru giderek yer değiştirir. Fakat er ya da geç karbon, CO 2 formunda döngüye katılır. Böylece toplam CO 2 bitkilerin özümlemesi için tekrar alınabilir formda atmosfere salınır. Karbonun yeryüzündeki yaşamın sürekliliği için gerekli enerji transformasyonunun (dönüşümünün) odak noktası olduğu bu döngü sisteminden anlaşılmaktadır (Brady ; Horwath ). Azot mineralizasyonu organik maddelerin toprakta yaşayan canlılar tarafından ayrıştırılarak, anorganik azot bileşiklerine (NH + 4 ve NO - 3 ) dönüştürülmesi sürecine denir. Bir takım reaksiyonlar gerçekleşmesine rağmen, mineralizasyon olayının esası toprak canlıları tarafından organik azot bileşiklerinin hidrolize edilerek amonyum (NH + 4 ) ve nitrata (NO - 3 ) dönüştürülmesidir. Doğrudan bitkiler tarafından besin elementlerinin alınabilirliğini etkilediği için çoğu ekosistemlerde mineralizasyon ekosistemin fonksiyonunu yerine getirebilmesi için kritik öneme sahiptir (Brady ; Özbek vd. ; Bardgett ). Örneğin, kışın yaprağını döken ormanlar gibi verimli orman ekosistemlerinde, bitkilerin azot ihtiyaçlarını karşılamaları doğrudan azotun topraktaki mineralizasyon hızıyla ilişkidir (Nadelhoffer vd. ). Azot immobilizasyonu, toprakta yaşayan canlıların amonyum (NH + 4 ), amonyak (NH 3 ), nitrit (NO - 2 ) ve nitrat (NO - 3 ) gibi anorganik azot bileşiklerini asimile ederek hücre dokularında organik azot formlarına (özellikle proteinlere ve nükleik asitlere) dönüştürmeleridir. Azot immobilizasyonu özellikle bitki ve hayvan artıklarının (organik maddenin) düşük miktarda azot içerdiği durumda gerçekleşir. Toprakta yaşayan canlılar öldükleri zaman vücutlarındaki organik azotun bir kısmı humus kompleksleri oluşturacak yapılara dönüşürken, bir kısmı da amonyum (NH + 4 ) ve nitrat (NO - 3 ) olarak serbest hale geçer. Şayet toprakta bitkilerin alabileceği formlarda azot mevcut ise immobilizasyonda azalma, mineralizasyonda artma meydana gelir. Gerek mineralizasyon, gerekse de immobilizasyon aerobik, anaerobik, mantarlar ve bakteriler gibi geniş bir yelpazeye sahip toprak mikroorganizmaları tarafından gerçekleştirilmektedir. Ayrıca, toprakta yaşayan diğer canlı grupları da mineralizasyon ve immobilizasyon olaylarının gerçekleşmesinde büyük rollere sahiptir. Azotun hem mineralizasyonu hem de immobilizasyonu toprak içerisinde aynı zamanda meydana gelir. Fakat net mineralizasyon çoğunlukla toprakta yaşayan mikrobiyal canlılar için karbonun (C) yetersiz olduğu ortamlarda gerçekleşir. Buna karşılık, net immobilizasyon mikrobiyal 11

40 canlıların gelişmelerinin azot tarafından engellendiği durumlarda meydana gelir (Brady ; Özbek vd. ; Bardgett ; Robertson ve Groffman ). Toprakta bulunan azot, mineralizasyon ve immobilizasyon olaylarının sonucu anorganik ve organik formlar arasında sürekli bir döngüye bağımlıdır (Şekil ). Toprakta bulunan azot miktarı azot kazancı ve azot kaybından hesaplanır. Toprağın anakayasında ve anakayadan gelen anorganik anamateryallerde azot bileşikleri yoktur. Anorganik ve organik gübreleme, yağışların sağladığı NO x (NO, NO 2, N 2 O 5 ) gazları, sulama sonucunda oluşan amonyum ve nitrat (NH + 4, NO - 3 ), atmosferik gaz adsorbsiyonu sonunda oluşan gazlar (N 2, N 2 O, NO 2, NO, NH 3 ) ve biyolojik azot fiksasyonu azotun topraktaki kaynaklarıdır. Fakat topraktaki azotun çoğu (% 96 98) protein, nükleik asit ve kitin gibi kompleks ve çözülmez yapıdaki polimer organik maddelerden (organik artıklar) elde edilmektedir. Bu polimerler çok büyük olduklarından mikrobiyal canlıların hücre zarlarından geçemezler. Bu yüzden, mikrobiyal canlılar proteinaz, ribonükleaz ve kitinaz gibi hücrelerle ilgisi olmayan enzimler salgılar (Kantarcı ; Özbek vd. ; Bardgett ). Şekil Karasal azot döngüsünün şematik diyagramı (Bardgett ten değiştirilerek). 12

41 Polimer organik maddeler, enzimler sayesinde daha küçük parçalara ayrılır ve suda çözülebilir duruma gelir. Çok küçük ve çözülebilir özellik kazanan polimer organik maddeler mikrobiyal hücreler tarafından alınabilir. Toprak içerisinde bu özellikleri taşıyan maddeye çözünmüş organik azot (amino asitler, proteinler gibi) denir (Şekil ). Ham humus bulunan kuzey ormanları ile arktik tundra gibi verimli ekosistemdeki toprakların toplam çözülebilir azot (N) miktarının çok büyük bir kısmını çözünmüş organik azot oluşturmaktadır. Hatta anorganik azot gübreleri ile düzenli olarak gübrelenen tarım topraklarında bile çözünmüş organik azot miktarı, anorganik azot miktarına eşit veya daha fazladır. Topraktan azot kayıpları genel olarak bitki tarafından alınıma ve hasatla uzaklaştırma, yıkanma, denitrifikasyon, amonyak kaybı, su ve rüzgar erozyonu ile taşınma şeklinde özetlenebilir (Kantarcı ; Özbek vd. ; Bardgett ). Amonyumun (NH + 4 ) oksitlenerek ilk olarak nitrite (NO - 2 ) daha sonra nitrata (NO - 3 ) dönüşümü olayına nitrifikasyon denir (Şekil ). Bu kimyasal reaksiyonlar, özellikle aerobik ototrofik bakterilerden nitrosomonas (amonyumun nitrite yükseltgenmesi) ve nitrobakter (nitritin nitrata dönüşmesi) tarafından gerçekleştirilmektedir. Ayrıca, orman topraklarında mantarlar tarafından gerçekleştirilen nitrifikasyon heterotrofik nitrifikasyon olarak bilinir. Özellikle aerobik ototrofik bakterilerin tek enerji kaynağı olan amonyumun (NH + 4 ) topraktaki miktarı başta olmak üzere, toprağın çeşitli özellikleri nitrifikasyon olayını etkilemektedir. Kimyasal reaksiyonların gerçekleşmesi için ortamda moleküler halde oksijenin olması gerekmektedir. Toprak içerisinde oksijenin hareketini etkileyen toprak nemi ve toprak strüktürü de nitrifikasyon olayını değiştirmektedir. Ayrıca toprakta nitratın oluşumu ile toprak havalanması arasında da yakın bir ilgi vardır. Nitrifikasyon bakterileri vücutlarının gerek duyduğu karbonu karşılamak için karbondioksit ve bikarbonat iyonlarını kullanır. Bu yüzden, karbondioksit ve bikarbonat iyonları ortamda bulunmalıdır. Nitrifikasyon ayrıca toprak sıcaklığı ile de değişiklik gösterir (Brady ; Kantarcı ; Özbek vd. ; Bardgett ). Nitrifakasyon olayı optimum C arasında gerçekleşir. 35 C nin üzerinde yavaşlamaya başlar ve 50 C den daha yüksek sıcaklıklarda tamamen sona erer. Aynı şekilde sıcaklığın düşmesiyle birlikte nitrifikasyon da düşmektedir. Bu düşme C de daha etkili olmaktadır. Amonyumun (NH + 4 ) nitrata (NO - 3 ) oksitlenmesiyle H + iyonları toprağa geçtiği için nitrifikasyon sırasında toprağın asitliği de yükselmektedir. Nitrifikasyon için uygun toprak reaksiyonu ph arasındadır. ph 4,5 in altına düştüğü zaman nitrifikasyon oranı ihmal 13

42 edilebilir hale gelir. Bu yüzden nitrifikasyon toprakta meydana gelen ph değişimlerine karşı çok hassastır (Brady ; Kantarcı ; Özbek vd. ; Bardgett ). Topraktaki azot kaybı başlıca yıkanma ve denitrifikasyon yoluyla meydana gelmektedir (Şekil ). Denitrifikasyon topraktaki anaerobik bakteriler (pseudomonas, alcaligenes, akromobakter ve flavibacterium v.b.) tarafından nitratın (NO - 3 ) sırasıyla nitrite (NO 2 ), nitrik oksite (NO), nitroz oksite (N 2 O) ve son olarak azot gazına (N 2 ) indirgenmesi olarak tarif edilir. Gaz haline dönüşen son üç ürün atmosfere geri döner. Denitrifikasyon toprakta yaşayan anaerobik canlılar tarafından gerçekleştirilen biyokimyasal bir olay olduğu için indirgenme olayı sonucunda ortama geçen oksijen canlılar tarafından kullanılır. Toprakta yaşayan mikrobiyal canlıların % 20 sini, toplam toprak canlılarının ise % 0, ini, cinsleri arasında değişen denitrifikasyon bakterileri oluşturur. Bu biyokimyasal reaksiyonlar havalanmanın kötü olduğu oksijence fakir durgunsu zonlarında, nitrat ve karbon bakımından zengin ortamlarda gerçekleşir (Brady ; Kantarcı ; Bardgett ; Robertson ve Groffman ). Fosfor bitkilerin gelişimini etkileyen çok önemli bir bitki besin elementidir. Bitkilerdeki enerji dönüşümlerinde yer alan iki önemli bileşik olan adenozin difosfat (ADP) ile adenozin trifosfatın (ATP) bileşenidir. Adenozin trifosfat (ATP) hem fotosentez hem de solunum sonucunda adenozin difosfattan (ADP) sentezlenerek oluşmaktadır. ATP bitkilerde yüksek enerji gerektiren çoğu biyokimyasal reaksiyonları gerçekleştiren yüksek enerjili fosfat gruplarını içerir. Bitkilerin besin elementlerini alması ve bu elementlerin bitki içerisinde taşınması, yeni moleküllerin sentezlenmesi gibi enerjinin kullanıldığı birçok olayı adenozin trifosfat (ATP) gerçekleştirir. Ayrıca bitkide erken kök gelişiminin uyarılması, bitkinin hızlı olarak olgunlaşması, meyve ve tohum üretimi gibi bitkilerin yaşam döngüsünde de fosfor çok önemli roller oynar. Diğer taraftan fosfor eksikliği bitkideki azot miktarını ve bitkide azotun bağlanışını önemli düzeyde etkilemektedir. Ayrıca, fosfor hayvanlar ve bitkilerin genetik yapısı olan deoksiribonükleik asit (DNA) ile protein sentezlerinde gerekli ribonükleik asitin (RNA) değişik formlu yapı taşlarını oluşturur (Brady ; Kantarcı ; Gardiner ve Miller ). Fosfor toprakta anorganik ve organik bağlı formlarda bulunur ve bitkiler için fosforun kaynağı olması açısından her ikisi de çok önemlidir. Anorganik ve organik fosfor formlarının miktarı topraktan toprağa değişiklik gösterir. Fakat kesin olan, toprakta bulunan toplam 14

43 fosforun yarısından fazlasının organik içerikli fosfor olduğudur. Nitekim Bardgett e () göre toplam fosforun (P) % i organik formlarda bulunurken; Brady ye () göre ise bu değer % arasında değişmektedir. Toprakta bulunan fosfat (PO -3 4 ) fosforun asıl anorganik formudur. Fosfat (PO -3 4 ) genellikle iki farklı gruba ayrılır. Bunlardan birincisi mineral yüzeylerde adsorbe edilmiş ve bitkiler tarafından kolay alınabilir fosfor ile toprak çözeltisindeki fosfat (PO -3 4 ) iyonlarından oluşan formlardır. Bunlar topraktaki fosfor havuzunun değişken (kararsız) fosforunu teşkil ederler (Şekil ). Fosforun bu formu bitkiler tarafından doğrudan alınabilir. Demir (Fe +3 ) ve alüminyum (Al +3 ) bileşiklerinin çökelekleri olan strengit (FePO H 2 O) ve variscit (AlPO H 2 O) gibi bileşiklerde fosforun diğer formlarıdır. Bu çeşit fosfor formlarının çözülmesi çok zordur. Dolayısıyla da bitkiler tarafından alınımı hemen hemen hiç olmamaktadır. Toprakta bulunan bu çeşit fosfor formuna fikse edilmiş (çözünmez) fosfor (Şekil ) denilmektedir (Brady ; Özbek vd. ; Bardgett ). Topraklardaki organik içerikli fosfor çeşitlerinin çoğunun doğası henüz bilinmemektedir. Diğer taraftan, bitkilerde bulunan organik fosfor gruplarından üç tanesi toprakta da bulunmaktadır. Bunlar; şeker gibi bileşiklerin fosfatlı esterleri olan inositol fosfatlar, nükleik asitler ve fosfolipitlerdir. İnositol fosfatlar bilinen organik fosfor bileşiklerinin % gibi bir kısmını oluşturur. Eskiden toprak organik fosforunun yarısından fazlasını nükleik asitlerin (DNA ve RNA) oluşturduğu düşünülürken, günümüzde nükleik asitlerin miktarının % civarında olduğu bilinmektedir. Organik fosfor (P) bileşiklerinin diğeri olan fosfolipitler ise organik fosforun sadece % 0,,5 ini oluşturmaktadır (Brady ; Özbek vd. ). 15

44 Şekil Karasal fosfor döngüsünde toprakta bulunan fosforun temel değişimini gösteren şematik diyagram (Bardgett ten değiştirilerek). Topraktaki anorganik fosforun alınabilirliğini değişik faktörler etkilemektedir. Toprak reaksiyonu, çözülebilir demir, alüminyum manganın ve bunları içeren minerallerin varlığı, kalsiyum ve kalsiyum minerallerinin alınabilirliği, organik madde miktarı ve ayrışma hızı ile mikroorganizmaların faaliyetleri bu faktörler arasında sayılabilir. Toprağın ph sı büyük ölçüde fosforun farklı iyon ve mineraller ile olan reaksiyonlarını etkilediği için ilk dört faktör birbirileriyle ilişkilidir. Bitkiler tarafından fosforun alınabilirliği büyük ölçüde bu elementin iyonik formda olmasıyla alakalıdır. İyonik formun çeşidini ise çözeltinin ph sı ile çözeltide bu iyonun bulunması belirler. Yani, aşırı asit çözeltilerde sadece dihidrojen fosfat (H 2 PO - 4 ) bulunmaktadır. Fakat ph nın artmasıyla birlikte çözeltide ilk önce hidrojen fosfat (HPO -2 4 ) daha sonra ise fosfat (PO -3 4 ) iyonları hakim duruma geçer. Nötr ve nötre yakın ph larda bu iki fosfat iyonu aynı anda bulunabilir. Diğer bir ifade ile ph nın 7 olduğu çözeltilerde H 2 PO - 4 ve HPO -2 4 iyonlarının ikisi de bulunmaktadır (Brady ; Kantarcı ; Bardgett ). 16

45 Fosfor bitkiler tarafından çoğunlukla bu formlarda alınır. Aşırı derecede asit topraklarda çözülebilir demir, alüminyum ve manganın bulunması durumunda bu elementler hidrojen fosfat (HPO -2 4 ) ile reaksiyona girerler ve bu elementlerin çözülemeyen fosfatları meydana gelir. Bu şartlar altında bitkiler hidrojen fosfatı (HPO -2 4 ) alamazlar. Diğer taraftan, kireçli topraklarda (ph>8) fosforun alınabilirliğini kalsiyum bileşiklerinin çözülebilirliği ile bu bileşiklerde fosforun bulunması etkilemektedir. Dihidrojen fosfat (H 2 PO - 4 ) içeren konsantre süper fosfat gibi gübreler toprağa atıldığında dihidrojen fosfat (H 2 PO - 4 ) bir dereceye kadar çözülebilen bileşikler ile reaksiyona girer. Sonuçta trikalsiyum fosfat [Ca 3 (PO 4 ) 2 ], karbonat apatit [3Ca 3 (PO 4 ) funduszeue.info 3 ], dikalsiyum fosfat [CaHPO H 2 O] gibi suda çözülemeyen ve bitkiler tarafından kullanılamayan (alınamayan) fosfor bileşikleri oluşur. Bitkilerin fosforu maksimum seviyede alabildikleri ph aralıkları Brady () ile Plaster e () göre 6,,0 iken; Bardgett () ile Gardiner ve Miller e () göre 5,,5 arasındadır. Çünkü bu ph aralıklarında demir, alüminyum ve kalsiyum tarafından fosforun fiksasyonu en düşük seviyededir (Brady ; Kantarcı ; Bardgett ). Organik formlar halinde bulunan fosfor toprakta yaşayan canlılar tarafından azot ve kükürtte olduğu gibi mineralizasyona ve immobilizasyona uğrar. Bu süreçler sonunda çözülebilir fosfor bileşikleri organik artıklar olarak serbest kalırlar. Bu arada humusta ayrıştırılır (parçalanır). Bütün bu süreçler sonunda açığa çıkan çözülebilir anorganik fosfat iyonu (H 2 PO - 4 ) bitkiler tarafından alınır ya da çözülemeyen diğer formlara dönüşerek fiksasyona maruz kalır. Eğer bir toprakta düşük miktarda fosfor ve yüksek miktarda diğer bitki besin elementlerini içeren organik artıklar bulunuyorsa, toprakta hızlı bir mikrobiyal faaliyet gerçekleşir. Çözeltide alınabilir durumda bulunan dihidrojen fosfat (H 2 PO - 4 ); amonyum (NH + 4 ), nitrat (NO - 3 ) ve sülfatta (SO -2 4 ) olduğu gibi mikrobiyal canlılar tarafından kullanılır. Organik madde, fosforun alınabilmesini iki şekilde etkilemektedir. Birincisi, bilinen organik fosfor kaynakları (nükleik asitler) humik bileşikler ve killer tarafından adsorbe edilir. Bu adsorbsiyon reaksiyonları sayesinde organik fosfor formları mikrobiyal canlıların saldırılarından korunmuş olur. İkincisi ise belirli organik fosfor formları demir, alüminyum iyonları ve sulu oksitler ile karışır. Böylece bu materyallerin fosfat (PO -3 4 ) ile reaksiyona girmeleri önlenmiş olur (Brady ; Kantarcı ; Bardgett ). Bitkiler tarafından fosforun alınabilmesi için gerçekleşen reaksiyonların çoğu biyolojik reaksiyondan daha ziyade jeo-kimyasal reaksiyonludur. Ayrıca, toprakta fosforun bulunma miktarında toprağın geçmişte hangi amaçlarla kullanıldığının da etkisi vardır. Örneğin, 17

46 fosforlu gübreler çok dayanıklıdırlar ve toprakta bulunan alınabilir fosforun kaynağı olması açısından uzun dönemde inanılmaz derecede etki gösterirler. Fosforlu gübreler toprak içerisinde özellikle de üst horizonlarda bitkiler için alınabilir fosfat (PO ) konsantrasyonunu yükseltir. Buna karşın, toprak mikroorganizmaları fosfor döngüsüyle çok yakın bir ilişki içerisindedir. Anorganik fosforun parçalanması ve organik fosforun mineralizasyonu toprak mikroorganizmaları sayesinde gerçekleşir. Alınabilir fosforun düşük seviyede olması durumunda organik fosforun mineralizasyonu mikrobiyal ve bitkisel fosfat ürünlerinden elde edilerek gerçekleştirilir. Ester bağlarını parçalayan enzimler sayesinde organik maddedeki fosfat (PO ) serbest fosfata (PO ) dönüştürülür. Böylece, serbest fosfat (PO ) bitkiler ve mikrobiyal biyokütle tarafından alınabilir duruma geldiği ifade edilmektedir (Bardgett ). Azotta olduğu gibi, organik fosforun mineralizasyonu da çoğunlukla substratların C/P oranı tarafından düzenlenir. Genel olarak, C/P oranı > olduğu zaman fosfor mikroorganizmalar tarafından immobilizasyona uğratılır. Bu durumda, mikroorganizmaların fosfor gereksinimi nispeten yüksektir. Çünkü mikroorganizmaların kuru ağırlıklarının % 1,5 2,5 i fosfor iken bitkilerin % 0,05 0,5 i fosfordur. Mikroorganizmaların fosfor gereksinimleri bitkilerden fazla olduğu için mikroorganizmalar toprakta bulunan alınabilir fosfor için bitkiler ile sürekli bir rekabet içerisinde bulunur. Mikroorganizmalar toplam toprak organik fosfor havuzunun % (Jonasson vd. ) kadarını bünyelerinde bulundurmaktadır. Bu nedenle fosforun mikrobiyal immobilizasyonu çok önemli olup, bu değer mikroorganizmaların tuttuğu C için % 1 2 ve N için % 2 10 arasında değişmektedir (Turner ve Haygarth ; Bardgett ). Benzer olarak Brookes vd. ne () göre tarım topraklarında toplam organik fosforun % lik kısmı, mikrobiyal canlılar tarafından tutulur. Bu değer mera ve orman alanlarında % 20 nin üstündedir. Fosfor için depo vazifesi gören toprak mikrobiyal biyokütlesi çevresel streslerden şiddetli bir şekilde etkilenir. Bu çevresel streslerin başında da ıslak ve kurak dönemler gelir. Bu dönemler içerisinde toprak mikrobiyal biyokülesinin bir kısmının öldüğü bilinmektedir. Toprak mikrobiyal biyokütlesinin ölmesi sonucunda toprak çözeltisindeki alınabilir fosforun ve muhtemelen diğer bitki besin elementlerinin de hızlı bir şekilde yıkanması gerçekleşir. Bu yüzden mikrobiyal fosfor topraktaki potansiyel olarak alınabilir durumdaki fosforun çok önemli bir kaynağı durumundadır (Turner ve Haygarth ; Bardgett ). 18

47 Toprak kalitesi ve toprak sağlığı terimleri bilimsel literatürde çoğunlukla karıştırılmakta ve birbirinin yerine kullanılmaktadır. Bilim adamları toprak kalitesi terimini, üreticiler ise daha çok toprak sağlığı terimini kullanmaktadır (Harris ve Bezdicek ). Toprak sağlığı terimini tercih edenler toprağı cansız kum, kil ve toz karışımından çok canlı ve değişken bir organizma olarak kabul etmektedir. Toprak kalitesi terimini kullananlar ise, toprağın kendisine özgü ölçülebilir fiziksel, kimyasal ve biyolojik özelliklerini belirtmek için bu terimi tercih etmektedir (Doran ve Safley ). Toprak kalitesi ve toprak sağlığını belirli ölçütlere göre birbirinden ayırmaya yarayan ve gösterge (indikatör) olarak kullanılan çok sayıda toprak özelliği vardır (Tablo ). Toprak kirliliği, toprak bozulması, bitki verimliliği ve biyoçeşitliliğin korunması gibi çeşitli çevresel süreçlerin veya bu süreçlerin en son noktasındaki durumlarının izlenmesinde kullanılan ölçülebilir özelliklere gösterge (indikatör) denilmektedir. Toprak kalitesi ya da sağlığı konusunda yapılacak değerlendirmelerde tek bir gösterge yerine çok sayıda gösterge veya bütün göstergelerin dikkate alınması gerektiği konusuna yer verilmektedir (Pankhurst vd. ). Tablo Toprak kalitesi veya toprak sağlığını belirlemede gösterge olarak kullanılan fiziksel, kimyasal ve biyolojik toprak özellikleri (Pankhurst vd den değiştirilerek).

48 ve ilişkiler de dahil edilerek tanımı yapılmıştır (Doran ve Parkin ). Toprak sağlığından farklı olarak toprak kalitesi genellikle toprağın kendisi ve diğer dış faktörler için çeşitli fonksiyonları yerine getirebilme kabiliyeti olarak tanımlanmaktadır. Kaliteli toprak, toprağın fiziksel, kimyasal ve biyolojik özelliklerindeki tam bir bütünlüğü ifade etmektedir. Ayrıca, bitkilerin büyüyüp gelişebilmesi ve biyolojik faaliyetlerin gerçekleşebilmesi için çok geniş bir ortam sağlanması, su akışını kısımlara ayırarak düzenlenmesi ve belirli ortamlarda suyun depolanmasının sağlanması, çevre için zararlı olan bileşiklerin imha edilmesi ve bu bileşiklerin zararsız hale gelmesi için yeniden şekillendirilmesinde tampon görevi görmek gibi fonksiyonları yerine getirir (Doran ve Safley ). Johnson vd. () toprak kalitesini insanlarında dahil olduğu bir ya da daha fazla canlı türünün herhangi bir amaca ulaşmak için ihtiyaç duyduğu gereksinimlerle ilgili toprağın durumunun bir ölçüsü olarak tanımlamaktadır. Bir başka tanımda toprak kalitesi terimi tarımsal üretkenlik ya da verimlilik ile alakalı olarak toprağın durumu şeklinde tarif edilmiştir (Singer ve Ewing ). Kalite (nitelik) terimi herhangi bir şeyin değer yargısını (mükemmellik derecesi) ifade etmek için kullanılmaktadır. Buradan yola çıkarak toprak kalitesi, toprağın bazı fonksiyonlarının ya da özelliklerinin (iyi-kötü, alçak-yüksek gibi) değerlendirilmesinde kullanılmaktadır. Toprak kalitesi çevreye hiçbir zarar vermeden ve insan sağlığını olumsuz yönde etkilemeden aynı zamanda verimliliği en uygun bir biçimde devam ettiren toprak kabiliyetini (yeteneğini) ifade etmektedir (Schjonning vd. ). Toprak kalitesi hakkında birçok araştırmacı tarafından farklı tanım yapılmış olmasına rağmen günümüzde büyük bir çoğunlukla Amerika Toprak Bilimi Topluluğu (SSSA) tarafından yapılan toprak kalitesi tanımı kullanılmaktadır. Bu topluluğa göre toprak kalitesi doğal ya da yönetilen (işlenen) ekosistem sınırları içerisinde bitki ve hayvan üretimini devam ettirmek ya da geliştirmek, su ve hava kalitesini sürdürmek ya da artırmak, insanların yaşam alanlarını ve sağlıklarını pekiştirmek ya da kuvvetlendirmek için toprağın fonksiyonlarını yerine getirebilme kapasitesidir (Karlen vd. ) ların ortalarında toprak sağlığı terimi ortaya atılmıştır. Fakat toprak kalitesi teriminden toprak sağlığı terimine geçiş kolay olmamıştır. Örneğin, Kanada da toprak sağlığını izleyen ve değerlendiren bir program toprağın kabiliyetini yani yeteneğini tanımlamak için kalite (nitelik) ve sağlık terimlerini eş anlamlı olarak kullanmıştır. Bu programa göre yapılan faaliyetler, toprakta bozulma olmaksızın ürün gelişimine fırsat veriyorsa sağlıklı, aksi durumda sağlıksız ve çevre için zararlı olduğu kabul edilmektedir (Acton ve Gregorich ; Nielsen ve Winding ). Son 10 yılda toprak sağlığının birkaç farklı tanımı yapılmıştır. 20

49 Toprak kalitesinden farklı olarak toprak sağlığı toprak ekosisteminin canlı bileşenine son derece bağımlıdır. Sürekli olarak devam eden ayrışma ve koruma süreçlerinin net bir sonucu olan toprak sağlığı; bitki sağlığını, çevre sağlığını, gıda güvenliğini ve kalitesini etkilemektedir (Parr vd. ; Halvorson vd. ). Toprak sağlığı, yaşam için gerekli ve yaşayan bir sistem olarak biyolojik verimliliğin ekosistem sınırları içerisinde devam ettirilmesi veya güçlendirilmesi, ekosistem içerisinde su ve hava kalitesinin düzenlenmesi veya yükseltilmesi, bitki, hayvan ve insan sağlığının korunması veya sürdürülmesi için toprağın hiç durmadan devam eden kapasitesine (kabiliyetine) denilmektedir (Doran ve Safley ). Toprak sağlığı tanımında yer alan iki özellik, toprak sağlığını daha önce tanımı yapılan toprak kalitesinden (niteliğinden) ayırmaktadır. Bunlardan birincisi, bu tanımın zaman öğesini içermesidir. Tanımdaki hiç durmadan devam eden kapasite (zaman özelliği) zaman içinde bir fonksiyonun aynı şekilde devam edebilmesinin toprak için ne kadar önemli olduğunu ifade etmektedir. Diğer özellik olan yaşam için gerekli ve yaşayan bir sistem ise, toprağın fonksiyonlarını yerine getirebilmesi için toprakta bulunan bitki ve hayvanların (toprak biyotası) önemini belirtmektedir (Pankhurst vd. ). Toprak kalitesinin değerlendirilmesi toprağın hangi amaç için kullanılacağına göre değişmektedir. Buğday üretimi yapılan bir toprak ile sebze üretimi yapılan bir toprağın kalite değerlendirmesi farklıdır. Hatta tek yıllık bitkiler için gerekli olan toprağa ait sağlık özellikleri ile çok yıllık (ormanlar) bitkiler için gerekli olan toprağa ait sağlık özellikleri de farklıdır. Bu farklılık çok yıllık mono kültürler ile karışık doğal ekosistemlerde de devam etmektedir. Sonuç olarak, toprak kalitesi ile tek bir bitki türünün ya da bitki topluluklarının üretimi arasında sıkı bir ilişki vardır. Bu nedenle, toprağın kendine ait özellikleri olan mineral yapısı, tekstürü, derinliği gibi özellikler toprak kalitesinin en önemli vasıflarıdır (Pankhurst vd. ). Bununla birlikte, toprak sağlığı kavramı herhangi bir ürünü yetiştirmek için gerekli olan kapasite ya da kalitenin (nitelik) ötesinde toprağa ait ekolojik özellikleri de ihtiva eder. Toprağın biyolojik çeşitliliği, besin zincirinin yapısı, toprak faaliyeti ve toprağın gerçekleştirmeye çalıştığı fonksiyonların çeşidi gibi başlıca toprağa ait ekolojik özellikler, toprakta yaşayan bitki ve hayvanların oluşturduğu toprak biyotası ile etkileşim içerisindedir. Örneğin; toprak biyolojik çeşitliliği buğday üretimi için son derece gerekli olan bir toprak 21

50 özelliği değildir. Ancak sürdürülebilir bir buğday üretimi için toprak biyolojik çeşitliliği önemli bir toprak özelliği olabilir (Pankhurst vd. ). Jenkinson ve Ladd () toprak mikrobiyal biyokütlesini 5x µm den daha büyük bitki kökleri ve toprak hayvanları hariç, toprak organik maddesinin yaşayan bir parçası olarak tanımlamaktadır. Toprak mikrobiyal biyokütle kavramı ilk defa Jenkinson () tarafından ileri sürülmüştür. Toprak mikrobiyolojisinde güvenli ve uygun olarak standardize edilmiş bir yöntemin yokluğundan dolayı, mikrobiyal biyokütle havuzu uzun zaman önemsenmemiş, ihmal edilmiş ya da mikrobiyal sayıya dayanılarak mikrobiyal biyokütle tahmini yapılmıştır. Ancak bu durum, çoğunlukla Jenkinson ve Powlson un () çalışmaları sayesinde değiştirilmiştir. Jenkinson ve Powlson () mikrobiyal biyokütlede tutulan karbon miktarının dolaylı olarak belirlenmesi için chloroform fumigation incubation (kloroform fumigasyon inkübasyon) yöntemini ortaya atmıştır (Insam ; Powlson vd. ). Mikrobiyal biyokütlenin ekosistem içindeki temel görevleri arasında organik maddeleri ayrıştırmak, organik ve anorganik maddelerden N, P, K, S ve diğer iyonları mineralize etmek, besin elementlerini stoplazma içinde tutarak topraktan yıkanmasını engellemek, topraktaki zehirli maddeleri ayrıştırmak veya bünyelerinde biriktirmek yer alır. Mikrobiyal biyokütlenin diğer temel görevleri ise bitkilerin su ve besin elementi alımını artırmak, toprakların kırıntılı yapı kazanmasını sağlamak, humik maddeleri sentezlemek, zararlı toprak mikroorganizmaları ile mücadele etmek, antibiyotik üretmek, tohumların çimlenme engellerini kaldırmak, toprak oluşum ve gelişim olaylarına katılmak şeklinde özetlenebilir (Christensen ). Çeşitli Avrupa ülkelerindeki toprakları izleyen programlarda farklı mikrobiyal göstergeler kullanılmaktadır (Tablo ). Her bir mikrobiyal gösterge birbirinden çok farklı olmamak kaydıyla toprak kalitesi ve toprak sağlığını değişik açılardan değerlendirir. Bu yüzden, mikrobiyal göstergelerin kendilerine göre avantajları ve dezavantajları vardır. Tablo incelendiğinde görülebileceği gibi Avrupa ülkelerinde kullanılan mikrobiyal göstergeler büyük bir çoğunlukla mikrobiyal biyokütle ve toprak solunumudur (Nielsen ve Winding, ). 22

51 Tablo Çeşitli Avrupa ülkelerinde toprak sağlığı izleme programlarında kullanılan mikrobiyal göstergeler (Nielsen ve Winding den değiştirilerek). Toprak mikrobiyal biyokütlesi organik maddenin aktif ve yaşayan bir unsurudur. Bitki besin maddelerinin hem depolandığı bir havuz hem de gerekli durumlarda kullanılmak üzere kaynağı durumundadır. Mikrobiyal biyokütle toprak gelişim süreci boyunca meydana gelen organik madde birikimine paralel bir seyir göstermektedir (Jenkinson ve Ladd ; Singh vd. ; Smith ve Paul ; Diaz-Ravina vd. ). Mikrobiyal biyokütle ekosistemdeki primer üretim ile çok yakın bir ilişki içinde olup (Zak ve Pregitzer ), ekosistemdeki besin maddesi dolaşımı ile toprak sisteminin fonksiyonları ve gelişiminden de sorumludur (Smith ve Papendick ). Bundan dolayı, mikroorganizmalar toprak strüktürünün şekillenmesinde ve toprak içerisindeki biyokimyasal döngülerin gerçekleşmesinde en temel görevi üstlenmiş durumdadır (Roldan vd. ). Dünya genelinde mikrobiyal biyokütle ölçümlerinin, çeşitli nedenlerle azalan toprak kalitesinin izlenmesinde hassas bir gösterge olduğu kanısı gün geçtikçe artmaktadır (Dick ; Mendham vd. ; Li vd. ). 23

52 Günümüzde toprak içindeki mikrobiyal biyokütleyi tahmin etmek için çeşitli yöntemler kullanılmaktadır (Tablo ). Bu yöntemler, doğrudan (mikroskop ya da özel zarlı fosfolipid ile yağlı asitlerin belirlenmesi) ve dolaylı (kloroform fumigasyonu (CFE/CFI) veya substrat ilaveli solunum (substrate-induce respiration (SIR)) olarak ikiye ayrılabilir (Nielsen ve Winding ). Tablo Topraklarda mikrobiyal biyokütlenin belirlenmesinde sıklıkla kullanılan yöntemlerin fayda ve sakıncaları (Brookes ; Insam ; Haubensak vd den değiştirilerek). Yöntem Faydaları Sakıncaları Kloroform Fumigasyon- İnkübasyon Yöntemi (CFI) Kloroform Fumigasyon- Ekstraksiyon Yöntemi (CFE) Subsrat İlaveli Solunum (SIR) Doğrudan biyolojik ölçümler yapılabilir. Zehirleyici hiçbir kimyasal madde gerektirmez. Kuru topraklarda uygulanabilir. Yeni gübre atılmış topraklarda çalışma olanağı sağlar. Hızlı bir yöntemdir (24 saat). Biyokütle ölçümleri bütün ph aralıklarında yapılabilir. Su ile doygun halde bulunan topraklarda biyokütle ölçümleri yapılabilir. Zehirleyici hiçbir madde gerektirmez. Çok daha hızlı bir yöntemdir (8 saat). Uzun süren bir çalışma gerektirir (10 gün). Asidik topraklar (ph<6,0) için uygun değildir. Hava kurusu haldeki topraklarda uygulanmaz. CaCO 3 (kireç) bakımından zengin topraklarda güvenilir değildir. C ölçümleri pahalı aletler gerektirir. Az da olsa toprağın su içeriğinden etkilenir (çok kuru topraklar için uygun değildir). Kalibrasyon için başka bir metod gereklidir (yani dolaylı yoldan tahmin yapılır). Yeni organik madde katılmış topraklar için uygun değildir. Bu yöntemlerden kloroform fumigasyon ekstraksiyon (CFE) yöntemi, ön bir inkübasyon işlemi olmaksızın kuru topraklarda uygulanabilirliği, analiz için gereken zamanın çok kısa olması ve yeni gübrelenmiş topraklarda da çalışma olanağı sağlaması gibi özelliklerinden dolayı kloroformlu yöntemler arasında en fazla tercih edilen yöntem olmuştur (Tablo ve Şekil ) (Haubensak vd. ). Fumigasyon ekstraksiyon (CFE) yönteminde, fumigasyon sonucunda toprak canlılarından serbest hale geçen elementler ekstraksiyon yapılır ve ardından ölçüm gerçekleştirilir. Bu yöntem ile sadece mikrobiyal biyokütle C nun ölçümü yapılmayıp, aynı zamanda mikrobiyal biyokütle N ve mikrobiyal biyokütle P gibi de elementlerin ölçümü de yapılır (Brookes vd. ; Brookes vd. a ve b; Vance vd. a). 24

53 Mikrobiyal biyokütleyi belirlemek için araştırmacılar tarafından fazla tercih edilen dört yöntem arasından kloroform fumigasyon ekstraksiyon yönteminin diğerlerine kıyasla daha çok kullanıldığı şekil da görülmektedir (Insam ). Son yıllarda yayımlanan makalelerdeki atıf sayısı (adet) Fumigationincubation Substrateinduced respiration Fumigationextraction C Fumigationextraction (N ve P) Şekil Mikrobiyal biyokütleyi tahmin etmek için kullanılan farklı yöntemlere son yıllarda yapılan atıf sayıları (Insam den değiştirilerek). Toprak bir sistem olarak düşünülürse bu sistem içerisinde enerji akışının % 90 nından daha fazlası mikrobiyal ayrıştırıcılar tarafından gerçekleştirilir. Toprak içerisinde meydana gelen biyolojik faaliyet sadece mikrobiyal faaliyeti kapsamakla kalmaz aynı zamanda, toprakta yaşayan mikro canlıların diğer canlılarla ve bitki kökleriyle olan ilişkilerini de kapsar. Bununla birlikte, mikrobiyal faaliyet sadece toprakta yaşayan mikro canlılar tarafından gerçekleştirilen çok çeşitli faaliyetleri ifade etmek için kullanılan bir terimdir. Dolayısıyla, bu iki terim kavramsal olarak birbirinden farklı olmasına rağmen bazen anlam karışıklıklarına neden olmaktadır. Mikrobiyolojik faaliyetleri belirleyen birçok yöntem vardır. Bunlar arasında bazal solunum, substrat ilaveli solunum, azot mineralizasyonu, nitrifikasyon oranı, potansiyel denitrifikasyon faaliyeti, azot fiksasyonu, adenilat enerji yükü, ATP içeriği, spesifik enzim faaliyetleri ve dimetil sülfoksit indirgenmesi sayılabilir (Nannipieri vd. ). Toprak havasının bileşimi atmosferinkinden özellikle karbondioksit (CO 2 ) ve oksijen (O 2 ) oranı bakımından farklıdır. Toprak havasında azot (N 2 ) % 79,2, oksijen (O 2 ) % 20,6 ve karbondioksit (CO 2 ) % 0,,7 arasında değişen miktarlarda bulunurken, atmosferde azot (N 2 ) 25

54 % 79, oksijen (O 2 ) % 20,97 ve karbondioksit (CO 2 ) % 0,03 miktarlarda bulunmaktadır. Toprakta yaşayan mikroorganizmaların ve bitki köklerinin solunumu ve organik maddelerin ayrışması toprak havasının karbondioksitçe (CO 2 ) zenginleşmesine sebep olur (Kantarcı ). Toprak solunumu bilhassa mikrobiyal canlılar başta olmak üzere aerobik canlılar tarafından organik maddenin biyolojik oksidasyonu sonucunda karbondioksitin (CO 2 ) açığa çıkmasıdır. Toprak solunumu karasal ekosistemlerin hepsinde gerçekleşen karbon (C) döngüsü için çok önemlidir ve bu döngüde ana rol oynar. Çünkü toprak solunumu yoluyla bitkilerin gerçekleştirdiği fotosentez olayında bağlanmış durumda bulunan karbon (C) tekrar atmosfere salınır. Toprak mikroorganizmalarının metabolik faaliyetleri ya karbondioksit (CO 2 ) üretiminin ya da oksijen (O 2 ) tüketiminin ölçülmesiyle değerlendirilmektedir (Nielsen ve Winding ). Araştırmacıların çoğu topraktaki mikrobiyolojik faaliyeti, bazal solunumu ya da belirli organik substratların (amino asit, glikoz v.b.) veya organik artıkların toprağa ilavesi sonucunda gerçekleşen toprak solunumunu (substrat ilaveli solunum) belirlemek suretiyle ölçerler. Toprak solunumu çok eski yöntemlerden biri olmasına rağmen topraktaki mikrobiyal faaliyeti (aktiviteyi) belirleyebilmek için günümüzde de çok sıklıkla kullanılmaktadır. Toprak içerisinde meydana gelen solunum sadece toprakta yaşayan makroorganizmalar tarafından gerçekleştirilmez aynı zamanda mikroorganizmalar tarafından da gerçekleştirilir. Diğer metabolik faaliyetlerde olduğu gibi solunum da canlı hücrelerin fizyolojik durumu ile yakından ilgilidir. Ayrıca toprağın birçok özelliği tarafından da etkilenir. Toprak solunumunu etkileyen diğer toprak özellikleri; toprak nemi, toprak sıcaklığı, toprak strüktürü ve alınabilir bitki besin elementlerinin miktarı şeklinde sayılabilir (Kieft ve Rosacker ; Alef ; Nannipieri vd. ). Kuru hava toprak solunumunu azaltırken, nemli topraklarda ilk baştaki mikrobiyal faaliyet oldukça yüksektir. Bunun nedeni, kuru toprakların ıslanması durumunda organik bileşiklerden fiziksel ve kimyasal yollarla kolay ayrışabilen organik asit ve amino asit konsantrasyonlarının ortamda ani olarak artmasıdır. Bazal solunum, toprak örneklerine herhangi bir organik substrat (glikoz, amino asit v.b.) katmaksızın gerçekleşen solunum olarak tanımlanmaktadır. Kısaca, toprak solunumu (bazal solunum) toprakların belirli bir süre kapalı kavanozda, kapalı petri kabında veya farklı tipte şişede inkübasyona tabi tutulmasıyla belirlenir. İnkübasyon sonunda açığa çıkan karbondioksit (CO 2 ) sodyum hidroksit ile yakalanır ve hidroklorik asit (HCl) ile titre edilir (Kieft ve Rosacker ; Alef ; Nannipieri vd. ). 26

55 Metabolik katsayı (qco 2 ) belirli miktardaki mikrobiyal biyokütleye karşılık gelen mikrobiyal solunumu ifade etmektedir. Diğer bir ifade ile metabolik katsayı (qco 2 ) mikrobiyal biyokütledeki toprak solunumunun hızını açıklamaya yarayan bir orandır. Metabolik katsayı spesifik solunum hızı olarak da adlandırılır. Metabolik katsayı bazal solunum değerinin (mg CO 2 -C g -1 kuru toprak h -1 ) mikrobiyal biyokütle C miktarına (µg C mic g -1 kuru toprak) bölünmesiyle elde edilen bir orandır. Metabolik katsayı (qco 2 ) belirli bir mikrobiyal topluluğun metabolik durumunun detaylı bir şekilde incelenmesinde gösterge (indikatör) olarak kullanılmaktadır. Ayrıca toprak organizmalarının metabolik katsayısı bitki ekosistemiyle benzerlik gösterdiğinden toprakların gelişimi, substrat niteliği, ekosistem gelişimi ve farklı arazi kullanım biçimlerinin araştırılmasında sıklıkla tercih edilmektedir. Ayrıca metabolik katsayı (qco 2 ) ağır metal kirliliği, toprak sıkışması, toprak reaksiyonu (ph) gibi toprakta strese yol açan olaylara karşı gösterilen tepkinin incelenmesinde de kullanılmaktadır (Anderson ve Domsch ; ; Coleman ve Crossley ; Sparling ). LİTERATÜR ÖZETİ Toprakların fiziksel ve kimyasal özelliklerinin mikrobiyal biyokütle ve mikrobiyal aktivite üzerinde etkisi büyüktür (Parr ve Papendick ). Ancak bu özelliklere bağlı kalarak toprakta meydana gelen önemli değişikliklerin belirlenmesi çok uzun yıllar almaktadır. Buna karşılık, topraktaki biyolojik ve biyokimyasal değişiklikler toprak içerisinde meydana gelen çok küçük değişikliklere (bozulma ve erozyon) karşı çok hassastır. Toprak mikrobiyal aktivitesi ekosistemin dengesi ve verimliliği üzerinde doğrudan bir etkiye sahip olduğu için mikrobiyal biyokütle toprağın kalitesi hakkında çok doğru ve hızlı bilgiler verir (Smith ve Papendick ). Nem ve sıcaklık gibi çevresel şartlardaki mevsimsel değişiklikler mikrobiyal biyokütle döngüsünü kolaylaştırır ve bu yüzden de mikrobiyal biyokütle besin maddesi alınabilirliğini düzenlemede çok önemli bir rol oynar. Substratın yaz aylarında kuruması veya kış aylarında donması durumunda mikrobiyal biyokütlenin öldüğü kabul edilmektedir. Islanma ve çözünme olaylarına bağlı olarak mikrobiyal büyümede meydana gelen artışlar ölmüş mikroorganizmalardan kaynaklanan alınabilir besin maddelerine bağlanmaktadır. Toprak sıcaklığı ve nemindeki değişiklikler C mineralizasyon oranını, mikrobiyal topluluğun tür yapısını ve toprak çözeltisinden besin maddesi alınabilirliğini etkilemektedir (Zogg vd. ; 27

56 Bauhus ve Khanna ). Hindistan ın kurak muson ormanlarında yapılan araştırmalarda en yüksek mikrobiyal biyokütle C, N ve P değerlerinin kurak mevsim süresince elde edildiği ifade edilmektedir (Srivastava ve Singh ; Raghubanshi ). Tropikal Amazon yağmur ormanlarında yapılan başka bir çalışmada ise mikrobiyal biyokütle C un mevsimsel olarak önemli derecede bir değişim göstermediğini belirtmektedir (Luizao vd. ). Birçok araştırmacı mikrobiyal biyokütledeki mevsimsel değişikliklerin substratın su içeriği ve sıcaklık koşulları ile alakalı olduğunu ifade etmektedir (Entry vd. ; Hughes ve Reynolds ; Raghubanshi ; Santruckova ; Diaz-Ravina vd. ). Ladin (Picea rubens Sarg.) ormanlarında, toprak sıcaklığının + 5 C ye ulaştığı dönemde meydana gelen sağanak yağmurlardan sonra gerçekleştirlen bir çalışmada; mikrobiyal biyokütle C miktarının toprak sıcaklığı ile negatif, buna karşılık mikrobiyal C, N ve P un toprak nemi ile pozitif bir ilişki gösterdiği belirlenmiştir (Christ vd. ). Başka bir çalışmada ise mikrobiyal biyokütledeki mevsimsel değişikliklerin sadece klimatik şartlar ile ilişkilendirilmesinin yeterli olmadığı ifade edilmektedir. Mikrobiyal biyokütledeki mevsimsel değişikliklerin; ince kök miktarı, kök salgıları ve ölü örtüden kaynaklanan alınabilir C miktarında meydana gelen değişikliklerle de ilgisinin olabileceği belirtilmektedir (Bauhus ve Khanna ). Gallardo ve Schlesinger () ile Bauhus ve Barthel () yaptıkları çalışmalarında ölü örtü mikrobiyal biyokütlesindeki mevsimsel değişikliklerin mineral toprağa göre daha yüksek olduğunu ifade etmektedirler. Bu durumun ölü örtü tabakasının mineral toprağa göre mevsimsel değişikliklerden daha fazla etkilenmesinin bir sonucu olarak ortaya çıktığı ifade edilmektedir. Çeşitli araştırmalarda, ağaç türlerinin mikrobiyal parametreler üzerindeki etkisine dair genelleme yapmanın zor olduğu vurgulanmaktadır. Çünkü aynı yetişme ortamı şartlarında, farklı ağaç türlerinin mikrobiyal parametreleri benzer şekilde etkilediği belirtilmektedir. Ölü örtüdeki C mic/ C org yüzdesinin yapraklı ormanlarda (% 2,58) iğne yapraklı ormanlardan (% 1,27) daha yüksek olduğu buna karşılık herdem yeşil ormanlarda bu değerin (% 2,06) diğerlerine göre anlamlı bir farka sahip olmadığı ifade edilmektedir (Şekil ). Yeterli sayıda verinin olmamasından dolayı ağaç türlerine göre N mic için bu karşılaştırma yapılamamıştır. Sonuç olarak, yapraklı türlerin ölü örtü kalitesinin iğne yapraklı türlerden daha iyi olduğu veya mikrobiyal gelişme için yapraklı türlerin yetişme ortamlarının iğne yapraklı türlerden daha uygun olduğu söylenebilir (Bauhus ve Khanna ). 28

57 5 Cmic /Corg Yüzdesi a b ab 0 1 İğne yapraklı Yapraklı Herdem yeşil Meşcere Tipleri Şekil Farklı meşcerelere ait ölü örtülerde belirlenen C mic /C org yüzdeleri (Bauhus ve Khanna dan değiştirilerek). Benzer olarak Scheu ve Parkinson () tarafından yapılan bir çalışmada ölü örtüdeki C mic miktarı ve C mic /C org yüzdesi kavak meşceresinde çam meşceresinden daha yüksek bulunmuştur. Bauhus vd. () ise göknar, ladin, kavak ve huş ölü örtülerindeki C mic /C org ve N mic /N toplam yüzdelerini karşılaştırmıştır. Araştırma sonuçlarına göre C mic /C org ve N mic /N toplam yüzdeleri göknar ve ladin ormanlarında diğerlerinden daha düşük bulunmuştur. Aynı çalışmada N mic /N toplam yüzdesi ile ölü örtüdeki N arasında pozitif bir ilişkinin olduğu ve yine yapraklı türlerde iğne yapraklı türlere kıyasla bu ilişkinin daha yüksek olduğu ifade edilmektedir. Billore vd. de () mikrobiyal biyokütle N ile ölü örtüdeki N arasında pozitif doğrusal bir ilişkinin olduğunu vurgulamaktadır. Toprak organik maddesinin en önemli kaynağı olan ölü örtü, toprak sıcaklığı ve nemindeki dalgalanmalara karşı toprakta tampon etkisi oluşturmak suretiyle mikroklimayı da etkilemektedir. Diğer yandan, toprak üzerindeki ölü örtü birikmesine paralel olarak mikrobiyal biyokütlenin devamlı olarak artmadığı belirtilmektedir. Ayrıca, mikrobiyal topluluğun yapısı üzerine ölü örtünün etkileri konusunda yeterli sayıda bilgi bulunmamaktadır (Rinnan vd. ). Orman ve mera alanlarına ait ölü örtülerin kimyasal özelliklerinin incelendiği bir çalışmada ortalama ölü örtü C içeriği iğne yapraklı kuzey ormanlarda (boreal) % 32; alt kuzey ormanlarda (sub-boreal) % 33,7 bulunmuştur. Alt kuzey (sub-boreal) mera alanlarının ölü örtü organik C içeriğinin ortalama % 30,3 olduğu ifade edilmektedir. Ayrıca, aynı çalışmada çam 29

58 ormanının ölü örtü organik C içeriğinin yaprak (L), çürüntü (F) ve humus (H) tabakası için sırasıyla % 33,7, % 34,2 ve % 33,5 olduğu ifade edilmektedir. Diğer taraftan ladin ölü örtüsünün organik C içeriğinin çürüntü (F) ve humus (H) tabakası için sırasıyla % 34,0 ve % 34,3 olduğu bildirilmektedir (Bienkowski vd. ). Başka bir çalışmada andezit anakayası üzerinde yetişen karaçam meşceresi ölü örtüsünün organik C (yaprak tabakası ve çürüntü+humus tabakası ayrı ayrı değerlendirilmiş) miktarı % 41,,26 arasında değişirken; traki-andezit anakayası üzerinde yetişen karaçam meşceresi ölü örtüsünün organik C miktarı % 44,,10 arasında değişmektedir. Aynı çalışmada Gölcük formasyonu ve alüvyonlar üstündeki meşcerelerin ölü örtü tabakalarına ait organik C değerleri de sırasıyla % 41,,04 ve % 44,,10 arasında değişim göstermektedir (Karatepe ). Karaöz () tarafından yapılan diğer bir çalışmada karaçam ölü örtüsündeki toplam organik C miktarı yaprak tabakasında % 54,91, çürüntü tabakasında % 47,05 ve humus tabakasında % 33,20 bulunmuştur. Arunachalam ve Arunachalam () sub-tropikal nemli ormanda üst toprakların ( cm) organik C içeriğinin % 3,,9 arasında değiştiğini belirlemişlerdir. Wu vd. () tarafından yapılan diğer bir çalışmada tarım yapılan alanlar ile çim alanı olarak kullanılan alanlara ait toprakların organik C içeriklerinin % 2,,3 arasında değiştiği ifade edilmektedir. Garcia- Oliva vd. () tarafından yapılan çalışmada iki farklı mevsimde (kurak ve yağmurlu) orman ve mera alanlarına ait toprakların ( cm) organik C içeriklerinin orman alanında daha yüksek olduğu ifade edilmektedir. Çalışmada organik C içerikleri orman alanının kurak mevsiminde % 3,6, yağmurlu mevsimde % 2,9, mera alanının kurak mevsiminde % 3,0, yağmurlu mevsimde ise % 2,3 olarak tespit edilmiştir. Chen vd. () tarafından yapılan çalışmada karışık çam ormanı (Pinus nigra Arnold. ve Pinus ponderosa Dougl.) ve mera alanı (Festuca novae-zealandiae ve Agrostis capillaris L.) üst topraklarının ( cm) organik C içerikleri araştırılmıştır. Karışık çam ormanlarına ait toprakların organik C içeriklerinin % 6,02 ile % 7,16 arasında değiştiği, ortalama olarak % 6,63 olduğu bulunmuştur. Çim alanına ait toprakların organik C içeriği % 7,,59 arasında değişirken ortalama % 7,78 bulunmuştur. Bartın yöresinde kayın ve karaçam meşcerelerinde yapılan bir çalışmada, üst toprakların ( cm) ortalama organik C içeriği kayın meşceresi için % 4,14 ve karaçam meşceresi için % 2,51 olarak belirlenmiştir. (Kara ve Bolat a). Yörede yapılan diğer bir çalışmada orman, mera ve tarım alanları için üst toprakların ( cm) 30

59 ortalama organik C içeriği sırasıyla % 4,14, % 2,69 ve % 1,19 olarak bulunmuştur (Kara ve Bolat b). Bienkowski vd. () orman ve mera alanlarına ait ölü örtülerin kimyasal özelliklerini incelemek amacıyla yaptığı çalışmada toplam azot içeriği iğne yapraklı kuzey ormanlarda ortalama % 0,52, alt kuzey ormanlarda % 1,12 bulmuştur. Alt kuzey bölgedeki mera alanlarının ölü örtüdeki toplam azot içeriği ortalama % 0,82 olarak tespit edilmiştir. Ayrıca, aynı çalışmada ölü örtü toplam azot içeriği çam ormanında yaprak (L), çürüntü (F) ve humus (H) tabakası için sırasıyla % 0,5, % 0,6 ve % 0,6; ladin ormanında çürüntü (F) ve humus (H) tabakası için sırasıyla % 0,6 ve % 1,0 bulunmuştur. Satti vd. () tarafından kuzey-batı Patagonya ormanlarında yapılan bir çalışmada ölü örtülerin toplam azot içerikleri üç farklı türün oluşturduğu iğne yapraklı ormanlarda % 0,,48, üç farklı geniş yapraklı türün oluşturduğu herdem yeşil ormanlarda % 0,,03 ve yaprağını döken geniş yapraklı dört farklı türün meydana getirdiği ormanlarda % 0,,85 arasında değiştiği bildirilmiştir. Karaçam meşcerelerinde yapılan diğer bir çalışmada ölü örtülerin toplam azot (yaprak tabakası ile çürüntü+humus tabakası ayrı ayrı değerlendirilmiş) miktarı andezit anakayası üzerinde % 0,54 1,15, traki-andezit anakayası üzerinde % 0,,85 arasında değişmektedir. Aynı çalışmada Gölcük formasyonu ve alüvyon üstündeki meşcerelerin ölü örtü tabakalarına ait toplam azot değerleri de sırasıyla % 0,,92 ve % 0,,84 arasında değişim göstermektedir (Karatepe ). Karaöz () tarafından yapılan diğer bir çalışmada karaçam ölü örtüsündeki toplam azot miktarı yaprak tabakasında % 0,75, çürüntü tabakasında % 0,89, humus tabakasında % 0,84 tespit edilmiştir. Çoğunlukla, toprakta toplam azot % 0,1 den az ise çok düşük, % 0,1 0,2 ise düşük, % 0,,5 ise orta, % 0, ise yüksek % 1 den fazla ise çok yüksek olarak değerlendirilir (Çepel ). Arunachalam ve Arunachalam () tarafından yapılan çalışmada sub-tropikal nemli orman toprakları ( cm) için toplam azotun % 0,,6 arasında değiştiği belirlenmiştir. Devi ve Yadava () tarafından yapılan çalışmada karışık meşcereler [ (Quercus serrata Thunb. ve Schima wallichi (DC.) Korth. ile Quercus serrata Thunb. ve Lithocarpus dealbatus (Miquel) Rehder)] altındaki toprakların ( cm) toplam azot içerikleri araştırılmıştır. Çalışma sonucunda toprakların toplam azot içeriği Quercus serrata- Schima wallichi karışık meşceresinde % 0,,54, Quercus serrata-lithocarpus dealbatus karışık meşceresinde % 0,,50 arasında değiştiği ifade edilmektedir. 31

60 Meksika nın dağlık arazilerinde 24 farklı yetişme ortamında yapılan bir çalışmada toprakların ( cm) toplam azot içeriğinin % 0,,31 arasında değiştiği ve ortalama % 0,10 olduğu bildirilmektedir (Murrieta vd ). Kuzey-batı Patagonya ormanlarında yapılan bir çalışmada ise iğne yapraklı üç farklı türde, herdem yeşil geniş yapraklı üç farklı türde ve yaprağını döken geniş yapraklı dört farklı türde toprakların ( cm) toplam azot içerikleri incelenmiştir. Çalışmada toprakların toplam azot içeriği iğne yapraklı türlerde % 0,,41, herdem yeşil geniş yapraklı türlerde % 0,,48 ve yaprağını döken geniş yapraklı türlerde % 0,,78 arasında değiştiği ifade edilmektedir (Satti vd. ). Bartın yöresinde kayın ve karaçam meşcereleri için yapılan bir çalışmada üst toprakların ( cm) toplam azot miktarı kayın meşceresi için % 0,32, karaçam meşceresi için % 0,23 olarak tespit edilmiştir (Kara ve Bolat a). Diğer bir çalışmada orman, mera ve tarım alanlarına ait toprakların ( cm) toplam azot miktarı sırasıyla % 0,32, % 0,27 ve % 0,15 olarak bulunmuştur (Kara ve Bolat b). Topraktaki bitkiye yarayışlı fosfor miktarı 2,5 µg g -1 ise çok az ; 2,,0 µg g -1 arasında az ; 8,,0 µg g -1 arasında yeterli ; 25,,0 µg g -1 arasında fazla ; >80 µg g -1 ise çok fazla olarak kabul edilmektedir (FAO ). Bir başka sınıflandırmada toprakların bitkiye yarayışlı fosfor içeriği < 4,0 µg g -1 ise az ; 4,,0 µg g -1 arasında orta ; 8,,0 µg g -1 arasında iyi ; 16,,0 µg g -1 arasında yüksek ; >24 µg g -1 ise çok yüksek olarak değerlendirilmektedir (Kacar ). Sitka ladini (Picea sitchensis (Bong.) Carr) ormanlarında yapılan bir çalışmada kesimden önce ve kesimden sonra OH tabakasının bitkiye yarayışlı fosfor içeriği araştırılmıştır. OH tabakasındaki bitkiye yarayışlı fosfor kesimden önce 26,3 µg g -1 ve kesimden sonra 30,9 µg g -1 olarak bulunmuştur (Hughes ve Reynolds ). Joergensen vd. (a) tarafından kayın (Fagus sylvatica L.) ormanları için yapılan bir çalışmada, toprakların ( cm) bitkiye yarayışlı fosfor içeriğinin 0,,2 µg g -1 arasında değiştiği ve ortalama 5,4 µg g -1 olduğu belirlenmiştir. Yapılan diğer bir çalışmada toprakların ( cm) bitkiye yarayışlı fosfor içeriklerinin 3,,3 µg g -1 arasında değiştiği ve ortalama 5,6 µg g -1 olduğu bulunmuştur (Khan ve Joergensen ). C org /N toplam oranı ölü örtünün ayrışma hızını izlemek ve ölü örtüde meydana gelen ağırlık kaybını tahmin etmek için kullanılan bir indekstir (Taylor vd. ). Yaşayan bitki dokularının C org /N toplam oranı iğne yapraklı kuzey ormanlar için çok geniş aralıklarda değişmektedir. Örneğin, C org /N toplam oranı odun için , çam ibreleri için 55, yosunlar için 58 ve likenler için 88 dir. Diğer taraftan alt kuzey ekosistemlerde C org /N toplam oranı biraz daha 32

61 düşüktür. Bu oran, huş yaprakları için 28, huş meşceresi altındaki mera alanları için 27, otlar için 24 ve step bitkileri için tür. Buna karşın, iğne yapraklı kuzey ormanlarının ölü örtü C org /N toplam oranı kalıtsal olarak çok yüksektir. C org /N toplam oranı ladin meşceresi ölü örtüsünde , larixde ve çamlarda arasında değişmektedir (Bienkowski vd. ). Genel olarak, C org /N toplam oranı 15 ten küçükse ayrışmanın hızlı olduğu, arasında ise ayrışmanın yavaş olduğu ve >25 ise ayrışmanın zaman zaman engellendiği ifade edilmektedir (Kantarcı ). Zeller vd. de () orman ekosistemlerinde yüksek miktarda karbon ve azot mineralizasyonun ve nitrifikasyon olayının gerçekleşmesi için C org /N toplam oranının 20 den küçük olması gerektiğini bildirmektedir. Orman ve mera topraklarında ( cm) kurak ve yağmurlu mevsimlerde yapılan bir çalışmada C org /N toplam oranının her iki mevsim için mera alanında daha yüksek olduğu bildirilmektedir. Aynı çalışmada C org /N toplam oranı orman alanının kurak mevsiminde 11, yağmurlu mevsiminde 17, mera alanında ise kurak mevsimde 24, yağmurlu mevsimde ise 22 bulunmuştur (Garcia-Oliva vd. ). Sparling () mikrobiyal biyokütle C içeriğini fundalık-maki bitki örtüsü altındaki organik turba topraklarında µg g -1, otlak-mera alanındaki volkanik kül balçığı türündeki topraklarda µg g -1 (Tablo ) olduğunu ifade etmektedir. Chen vd. () tarafından Yeni Zelanda dağ kayını (Nothofagus solandri var. cliffortioides) ormanında yapılan bir çalışmada ölü örtü, yaprak (L) ve çürüntü (F) tabakası olarak ayrılmış ve ölü örtünün mikrobiyal biyokütle C içeriği araştırılmıştır. Mikrobiyal biyokütle C içeriği yaprak tabakasında µg g -1 çürüntü tabakasında ise µg g -1 bulunmuştur. Hughes ve Reynolds () tarafından Sitka ladini (Picea sitchensis (Bong.) Carr.) ormanında yapılan bir çalışmada kesimden önce ve kesimden sonra OH tabakasının mikrobiyal biyokütle C içeriği araştırılmıştır. OH tabakasında mikrobiyal biyokütle C içeriği kesimden önce ,0 µg g -1, kesimden sonra ise ,0 µg g -1 olduğu ifade edilmektedir. Toprakta yaşayan mikrobiyal canlılar, toplam organik karbonun çok düşük bir kısmını oluşturmaktadır. Ancak toprakların mikrobiyal biyokütle miktarı ile toprağın toplam organik madde miktarı arasında genel bir ilişki söz konusudur. Mikrobiyal biyokütle C un toplam organik C daki payı % (Tablo ), mikrobiyal biyokütle N un toplam azottaki payı % arasında değişmektedir. Toprakların organik C, mikrobiyal biyokütle C ve N içerikleri farklı toprak ve iklim tiplerine göre değişkenlik göstermektedir. Genellikle soğuk ve nemli iklim bölgelerinde sıcak ve kurak bölgelerden daha yüksektir. Diğer taraftan, ekstrem yetişme 33

62 ortamlarında organik C ve mikrobiyal biyokütle C çok daha düşüktür (Tablo ) (Sparling ). Tablo Farklı toprak sınıfları, tipleri, iklim ve arazi kullanım biçimlerinde organik C, mikrobiyal biyokütle C ve C mic /C org değerleri (Sparling den değiştirilerek). Toprak ve İklim Tipleri Toprak Tipleri USDA Toprak Sınıflandırması Arazi Kullanım Biçimi Organik C (C org ) (%) Mikrobiyal Biyokütle C (C mic ) (µg g -1 ) C mic /C org Kum (Kumul) Entisol Çam ormanı 0, ,33 Tropikal kil toprağı Oksisol Otlak, mera 2, ,60 Kum (Stabil kumul) Entisol Çam ormanı 2, ,30 Killi balçık İnseptisol Otlak, mera 5, ,27 Volkanik kül balçığı Andisol Otlak, mera 6, ,69 Volkanik kül balçığı Andisol Otlak, mera 10, ,95 Organik turba toprağı Histosol Fundalık, maki 39, ,34 Ekstrem İklimler Antarktika deniz iklimi Bilinmiyor Çorak < 2mm 0, ,90 Tuzlu çöl iklimi Bilinmiyor Bodur fundalık 0, (%) Yapılan çalışmalarda mikrobiyal biyokütle C değerleri ılıman ve tropikal orman topraklarında Vance vd. ne (a) göre µg g -1, Hernot ve Robertson a () göre µg g -1 değerleri arasında kalmaktadır. Chen vd. () tarafından yapılan çalışmada üst toprakların ( cm) mikrobiyal biyokütle C içeriği, mera alanında µg g -1, orman alanında ise µg g -1 olarak bulunmuştur. Wu vd. () tarafından yapılan çalışmada tarım yapılan alanlar ile mera alanı olarak kullanılan alanlara ait toprakların mikrobiyal biyokütle C değerlerinin µg g -1 arasında değiştiği ifade edilmektedir. Bartın da farklı arazi kullanım biçimlerinde yapılan bir çalışmada üst toprakların ( cm) mikrobiyal biyokütle C içerikleri orman alanında ortalama ,01 µg g -1 olarak, tarım alanında ortalama ,01 µg g -1 olarak tespit edilmiştir (Kara ve Bolat c). Aynı yörede farklı uzunluktaki (5,5 ve 11 m) yüzeysel akış parsellerinde yapılan başka bir çalışmada üst toprakların ( cm) mikrobiyal biyokütle C değerleri belirlenmiştir. Çalışma sonucunda mikrobiyal biyokütle C değerlerinin 5,5 m uzunluktaki yüzeysel akış parselinde ,39 µg g -1 ve 11 m uzunluktaki yüzeysel akış parselinde ,60 µg g -1 olduğu ifade edilmektedir (Kara vd. ). 34

63 Birçok araştırıcı tarafından yapılan çalışmalarda, mikrobiyal biyokütle N değerinin geniş yapraklı ormanlarda µg g -1, herdem yeşil ormanlarda µg g -1 (Diaz-Ravina vd. ), iğne yapraklı ormanlarda µg g -1 (Martikainen ve Palojarvi ) ve gençlik çağında olan sub-tropikal ormanlarda 57,,85 µg g -1 arasında değiştiği ifade edilmektedir (Maithani vd. ). Yapılan bir çalışmada orman ve mera alanlarına ait toprakların ( cm) kurak ve yağmurlu mevsimlere göre mikrobiyal biyokütle N içerikleri araştırılmıştır. Araştırma sonuçları toprakların mikrobiyal biyokütle azot içeriklerinin kurak ve yağmurlu mevsimlere göre orman alanında sırasıyla 83,0 µg g -1 ve 74,0 µg g -1, mera alanında 80,0 µg g -1 ve 55,0 µg g -1 olduğunu göstermiştir (Garcia-Oliva vd. ). Bartın da yapılan diğer bir çalışmada üst toprakların ( cm) mikrobiyal biyokütle N değeri ortalama olarak kayın meşceresinde ,91 µg g -1 ve karaçam meşceresinde ,14 µg g -1 olarak bulunmuştur (Kara ve Bolat a). Kara vd. () tarafından farklı uzunluktaki yüzeysel akış parsellerinde yapılan bir çalışmada mikrobiyal biyokütle N değeri ölçülmüştür. 5,5 m uzunluğa sahip yüzeysel akış parselinde mikrobiyal biyokütle N değerinin ortalama 98,82 µg g -1 olduğu ifade edilirken, 11 m uzunluğa sahip yüzeysel akış parselinde bu değerin ,20 µg g -1 olduğu ifade edilmektedir. Chen vd. () tarafından Yeni Zelanda dağ kayını (Nothofagus solandri var. cliffortioides) ormanında yapmış oldukları bir çalışmada ölü örtü, yaprak (L) ve çürüntü (F) tabakası olarak ayrılmış ve ölü örtünün mikrobiyal biyokütle P içeriği araştırılmıştır. Çalışmada mikrobiyal biyokütle P içeriği yaprak tabakasında 38 µg g -1, çürüntü tabakasında ise µg g -1 olarak belirlenmiştir. Hughes ve Reynolds () tarafından Sitka ladini (Picea sitchensis (Bong.) Carr.) ormanında yapmış oldukları bir çalışmada kesimden önce ve kesimden sonra olmak üzere OH tabakasında mikrobiyal biyokütle P içeriği araştırılmıştır. OH tabakasında mikrobiyal biyokütle P kesimden önce 95,0 µg g -1, kesimden sonra ,0 µg g -1 olarak bulunmuştur. Brookes vd. () tarafından yapılan çalışmada tarım, çayır ve orman alanı topraklarının mikrobiyal biyokütle P içeriği 5,,2 µg g -1 arasında bulunmuştur. Arunachalam ve Arunachalam () tarafından yapılan çalışmada ise sub-tropikal nemli orman toprakları için mikrobiyal P içeriğinin 9,23 74,81 µg g -1 arasında değiştiği ifade edilmektedir. Joergensen vd. (b) tarafından kayın (Fagus sylvatica L.) ormanlarında yapılan bir çalışmada mikrobiyal biyokütle P içeriğinin 17,7 ,3 µg g -1 arasında değiştiği, ortalama olarak 60,6 µg g -1 olduğu bulunmuştur. Hieracium (Hieracium pilosella L.) bitkisinin yetiştiği üç farklı 35

64 zonda yapılan bir çalışmada mikrobiyal biyokütle P içeriğinin µg g -1 arasında değişiklik gösterdiği ifade edilmektedir (Saggar vd. ). Chen vd. () tarafından yapılan çalışmada mera ve orman alanlarına ait üst toprakların (0 5 cm) mikrobiyal biyokütle P içeriği mera alanında 16 µg g -1, orman alanında 12 µg g -1 bulunmuştur. Orman ölü örtüsündeki mikrobiyal faaliyetleri incelemek için yapılan çalışmada huş (Betula pendula Roth), Avrupa ladini (Picea abies (L.) Karst) ve sarıçam (Pinus sylvestris L.) ormanlarının ölü örtüsü yaprak (L), çürüntü (F) ve humus (H) olarak üçe ayrılmıştır. Çalışmada farklı ağaç türlerinin her üç tabakası için C mic /C org yüzdesi hesap edilmiştir. Huş ormanına ait yaprak (L), çürüntü (F) ve humus (H) tabakası için C mic /C org yüzdesi sırasıyla % 3,9, % 2,6 ve % 1,6, Avrupa ladini için sırasıyla % 4,1, % 2,1 ve % 1,4 bulunmuştur. Sarıçam ormanında ise C mic /C org yüzdesi yaprak (L), çürüntü (F) ve humus (H) tabakası için sırasıyla % 3,4, % 1,8 ve % 1,3 olarak tespit edilmiştir (Kanerva ve Smolander ). Toprak türünün aynı olduğu farklı arazi kullanım biçimlerinde organik C ve mikrobiyal biyokütle C un değişkenlik gösterdiği ifade edilmektedir. Diğer taraftan, mikrobiyal biyokütle C ve organik C un işlenmiş topraklarda azaldığına dair birçok çalışma bulunmaktadır (Tablo ). Bu azalışın nedenleri olarak organik madde kaynaklarının kötüye kullanılması, tarımda uygulanan farklı sistemlerin sürekli bir şekilde değişiklik göstermesi, çeşitli gübreler kullanılması, ürün rotasyonunun uygun olarak yapılmaması sayılabilir. Genel olarak, eğer topraklar kötü bir şekilde kullanılırsa mikrobiyal biyokütle C organik C dan çok daha hızlı bir şekilde azalacak ve buna bağlı olarak mikrobiyal katsayı olan C mic /C org yüzdesinde de azalış meydana gelecektir. Bu yüzden, C mic /C org yüzdesi, toprakta C un depolandığını veya kaybedildiğini ortaya koyan; toprakların niteliğini anlamamıza yarayan bir çeşit göstergedir (Sparling ). 36

65 Tablo Farklı arazi kullanım biçimlerindeki benzer özelliklere sahip üst toprakların (0 10 cm) organik C, mikrobiyal biyokütle C ve C mic /C org değerleri (Sparling den değiştirilerek). Toprak Türü Arazi Kullanım Biçimi Organik C (C org ) (%) Mikrobiyal Biyokütle C (C mic ) (µg g -1 ) C mic /C org (%) Kairanga (Yeni Zelanda) Çayır, otlak 5, ,97 Tozlu killi balçık Mısır tarlası 3, ,50 Judgeford (Yeni Zelanda) Doğal orman 9, ,30 Tozlu balçık Çayır, otlak 8, ,19 Taita (Yeni Zelanda) Killi balçık Doğal orman Çam orman Çayır, otlak 4,90 4,15 4, ,27 1,30 1,56 Doğal ağaçlık 1, ,26 Tammin (Batı Avustralya) Çayır, otlak 0, ,34 Kumlu balçık Ağaçlandırılmış çayır, otlak alanı 0, ,34 Gübrelenmemiş tarım alanı 0, ,81 Banaras (Hindistan) Doğal gübre ile Kumlu balçık gübrelenmiş tarım alanı 1, ,67 NPK ile gübrelenmiş tarım alanı 0, ,93 Orman topraklarındaki düşük C mic /C org yüzdesi toprak canlıları tarafından substrat alınabilirliğinin nispeten düşük olduğunu göstermektedir. Bu durum ise toprak organik maddesinin sadece çok az bir kısmının toprak canlıları tarafından metabolize edildiğini ifade etmektedir. Nitekim Bauhus vd. de () C mic /C org yüzdesindeki azalışın substrat niteliğindeki (kalitesindeki) bir azalışı ifade ettiğini vurgulamaktadır. Luizao vd. () tarafından yapılan çalışmada tropikal orman toprakları için C mic /C org % 1,5 5,3 arasında bulunurken, Vance vd. (b) tarafından ılıman orman toprakları için C mic /C org yüzdesinin % 1,8 2,9 arasında olduğu tespit edilmiştir. Ayrıca, C mic /C org yüzdesinin Jenkinson () tarafından % arasında, Kaiser vd. () ile Franzluebbers vd. () tarafından % 0,1 10 arasında değişebileceği ifade edilmektedir. C mic /C org yüzdesi Bartın da yapılan bir çalışmada kayın meşceresinde % 1,56 3,22; karaçam meşceresinde % 1,58 3,65 olarak bulunmuştur (Kara ve Bolat a). Aynı yörede 5,5 m ve 11 m uzunluğundaki yüzeysel akış parselleri 37

66 üzerinde yapılan bir çalışmada C mic /C org yüzdeleri sırasıyla % 1,95 ve % 2,41 olarak tespit edilmiştir (Kara vd. ). C mic /N mic oranı mikrobiyal biyokütleyi oluşturan bakteriler, mantarlar ve aktinomisetler gibi canlı gruplarından hangisinin ortamda hakim olduğunu tahmin etmek amacıyla kullanılır. Kısaca, mikrobiyal topluluğun yapısını ve durumunu ifade eder (Joergensen vd. a; Garcia-Oliva vd. ; Yuan vd. ). Orman ölü örtüsündeki mikrobiyal faaliyetleri incelemek için yapılan çalışmada huş (Betula pendula Roth), Avrupa ladini (Picea abies (L.) Karst) ve sarıçam (Pinus sylvestris L.) ormanlarının ölü örtüsü, yaprak (L), çürüntü (F) ve humus (H) olarak üçe ayrılmıştır. Çalışmada farklı ağaç türlerinin her üç tabakası için C mic /N mic oranı hesap edilmiştir. Huş ormanında yaprak (L), çürüntü (F) ve humus (H) tabakası için C mic /N mic oranı sırasıyla 9,6, 6,2 ve 6,9, Avrupa ladininde 12,5, 6,4 ve 6,7 bulunmuştur. Sarıçam ormanında ise C mic /N mic oranı yaprak (L), çürüntü (F) ve humus (H) tabakası için sırasıyla 16,3, 7,8 ve 6,9 tespit edilmiştir (Kanerva ve Smolander ). Joergensen vd. (a) yaptıkları çalışmada kayın ormanlarına ait toprakların ( cm) C mic /N mic oranının 4,5 17,3 arasında değiştiğini ifade etmektedirler. Bir başka çalışmada farklı meşcere yaşı, toprak tipi ve ağaç türleri altındaki toprakların C mic /N mic oranının 5,2 ile 12,9 arasında değiştiği belirtilmiştir. Aynı çalışmada C mic /N mic oranı iğne yapraklı ormanda 8,9, huş ormanında 7,2 ve titrek kavak ormanında 8,3 bulunmuştur (Bauhus vd. ). C mic /N mic oranı Garcia-Oliva vd. () tarafından orman ve mera üst topraklarında ( cm) kurak ve yağmurlu mevsimlerde araştırılmıştır. Her iki mevsimde de mera alanında C mic /N mic oranın daha yüksek olduğu ifade edilmektedir. Çalışmada C mic /N mic oranı orman alanında kurak mevsimde 9, yağmurlu mevsimde 7, mera alanında ise kurak mevsimde 18, yağmurlu mevsimde 17 olarak tespit edilmiştir. Türkiye de yapılan bir çalışmada kayın meşceresindeki üst topraklarda ( cm) C mic /N mic oranının 3,3 12,8, karaçam meşceresinde ise 4,7 8,8 arasında değiştiği ifade edilmektedir (Kara ve Bolat a). Kanerva ve Smolander () tarafından yapılan orman ölü örtüsündeki mikrobiyal faaliyetler konulu çalışmada huş (Betula pendula Roth), Avrupa ladini (Picea abies (L.) Karst) ve sarıçam (Pinus sylvestris L.) ormanlarının ölü örtüsü yaprak (L), çürüntü (F) ve humus (H) olarak üçe ayrılmıştır. Çalışmada farklı ağaç türlerinin her üç tabakası için N mic /N toplam yüzdesi hesap edilmiştir. Huş ormanına ait yaprak (L), çürüntü (F) ve humus (H) tabakası için N mic /N toplam yüzdesi sırasıyla % 13,9, % 10,1 ve % 7,8 olarak bulunurken, 38

67 Avrupa ladini için sırasıyla % 13,5, % 9,7 ve % 7,0 olarak bulunmuştur. Sarıçam ormanında ise N mic /N toplam yüzdesi yaprak (L), çürüntü (F) ve humus (H) tabakası için sırasıyla % 13,6, % 7,9 ve % 6,4 olarak tespit edilmiştir. Priha ve Smolander e () göre N mic /N toplam yüzdesi ılıman kuşak ormanları için % 2,,0 aralığında değişmektedir. Williams ve Sparling () asit organik topraklar için % 2,,8, Martikainen ve Palojarvi () orman toprakları için % 3,4 5,9 olarak ifade etmektedir. Bauhus vd. () C mic /C org yüzdesinde olduğu gibi N mic /N toplam yüzdesindeki azalışın substrat niteliğindeki bir azalışı ifade ettiğini belirtmektedir. Bununla birlikte, N mic /N toplam yüzdesinde gerçekleşen bir artış ise azot eksikliğini belirtmektedir. Yapılan diğer bir çalışmada, N mic /N totplam yüzdesi kayın ormanında % 2,41, iğne yapraklı orman alanında % 2,17 bulunmuştur (Zhong ve Makeschin, ). Bartın da yapılan bir çalışmada N mic /N toplam yüzdesi kayın meşceresinde % 2,67 7,81, karaçam meşceresinde % 2,89 5,00 arasında değiştiği ortaya konulmuştur (Kara ve Bolat a). Chen vd. () tarafından Yeni Zelanda dağ kayını (Nothofagus solandri var. cliffortioides) ormanında yapılan bir çalışmada ölü örtü yaprak (L) ve çürüntü (F) tabakası olarak ayrılmış ve ölü örtünün mikrobiyal biyokütle C/P (C mic /P mic ) oranı hesaplanmıştır. Çalışmada mikrobiyal biyokütle C/P oranı yaprak tabakasında 65, çürüntü tabakasında ise 11 olarak bulunmuştur. Yapılan diğer bir çalışmada Sitka ladini (Picea sitchensis (Bong.) Carr.) ormanına ait OH tabakasının mikrobiyal biyokütle C/P oranı hesaplanmıştır. Çalışmada kesimden önce ve kesimden sonra OH tabakasının mikrobiyal biyokütle C/P oranı sırasıyla 36,5 ve 21,7 bulunmuştur (Hughes ve Reynolds ). Joergensen vd. (b) tarafından kayın (Fagus sylvatica L.) ormanları için yapılan bir çalışmada toprakların ( cm) mikrobiyal biyokütle C/P (C mic /P mic ) oranı 5,,3 arasında değişirken, ortalama olarak 13,7 bulunmuştur. Chen vd. () tarafından Yeni Zelanda dağ kayını (Nothofagus solandri var. cliffortioides) ormanında ve mera (Festuca novaezealandiae, Agrostis capillaris L.) alanında yapılan bir çalışmada üst toprakların (0 5 cm) mikrobiyal biyokütle C/P oranı, orman alanında 96, mera alanında ise bulunmuştur. Toprak solunumu çevre ile ilgili yapılan çalışmalarda yaygın olarak kullanılan biyolojik bir çeşit yöntem olup, iki farklı şekilde belirlenmektedir. Bunlardan birincisi, arazide topraktaki bütün canlılar tarafından kümülatif olarak yayılan karbondioksitin (CO 2 ) ölçülmesidir. Diğeri 39

68 ise laboratuar ortamında cam kavanoz içerisinde belirlenen ve bazal solunum olarak bilinen, büyük bitki kökleri ile hayvanların olmadığı toprak örneğinden yayılan karbondioksitin (CO 2 ) ölçülmesidir. Bazal solunumun ölçülmesinde, toprağa herhangi bir besin maddesi ya da C ilavesi yapılmadan elenmiş topraktan yayılan CO 2 ölçülür. Dolayısıyla toprağın kendine özgü enerji kaynaklarına bağlı olan solunum faaliyetinin ölçülmesidir. Diğer bir ifade ile bazal solunum, toprak mikroorganizmaları için toprakta karbonun varlığının ve alınabilirliğinin bir göstergesidir. Bu yüzden de karbon döngüsüyle yakın bir ilişki gösterir. Çok eski ama hala geçerli bir yöntem olan bazal solunum topraktaki toplam mikrobiyal faaliyetin tahmin edilmesinde kullanılmaktadır (Alef ; Insam vd. ; Vanhala vd. ; Ananyeva ). Sparling () topraklar arasında doğru bir karşılaştırma yapılabilmesi için, solunum ölçümlerinin bazı şartların kontrol edilebildiği ortamlar olan laboratuar şartlarında yapılması gerektiğini bildirilmektedir. Çünkü nem ve sıcaklığın sınırlandırılmadığı şartlarda, karbondioksit (CO 2 ) yayılım hızı organik madde kalitesinin bir göstergesi durumundadır. Ayrıca toprak şartlarının ayrışma süreçleri için uygun bir ortam olup olmadığını da ifade etmektedir. Chen vd. () tarafından Yeni Zelanda dağ kayını (Nothofagus solandri var. cliffortioides) ormanında yapılan çalışmada ölü örtü, yaprak (L.) ve çürüntü (F) tabakası olarak ayrıldıktan sonra ölü örtülerin bazal solunum ölçümleri yapılmıştır. Çalışmada bazal solunum içeriği yaprak tabakasında 14,62 µg CO 2 -C g -1 ölü örtü h -1, çürüntü tabakasında 37,00 µg CO 2 -C g -1 ölü örtü h -1 olarak ölçülmüştür. Yapılan bir çalışmada toprak örneklerinin bazal solunum değerinin 0,,47 µg CO 2 -C g -1 toprak h -1 arasında değiştiği, ortalama 0,77 µg CO 2 -C g -1 toprak h -1 bulunmuştur (Terhoeven- Urselmans vd. ). Başka bir çalışmada toprak örneklerinin bazal solunum değeri farklı arazi kullanım biçimlerinde 0,,38 µg CO 2 -C g -1 toprak h -1 arasında değişkenlik göstermektedir (Yan vd. ). Chen vd. () tarafından Yeni Zelanda dağ kayını (Nothofagus solandri var. cliffortioides) ormanında ve mera (Festuca novae-zealandiae, Agrostis capillaris L.) alanında yapılan bir çalışmada üst toprakların (0 5 cm) bazal solunum değeri orman alanında 0,99 µg CO 2 -C g -1 toprak h -1 iken, mera alanında 1,25 µg CO 2 -C g -1 toprak h -1 bulunmuştur. Yuan vd. () tarafından tuzlu topraklardaki mikrobiyal biyokütleyi ve mikrobiyal faaliyeti belirlemek için yapılmış çalışmada toprakların ( cm) bazal solunum değerinin 0,,80 µg CO 2 -C g -1 toprak h -1 arasında değiştiği ifade edilmektedir. Kara vd. () Bartın da yaptığı bir çalışmada farklı uzunluklara sahip (5,5 ve 40

69 11 m) yüzeysel akış parsellerinde üst toprakların ( cm) bazal solunum ölçümlerini yapmıştır. Çalışma sonucunda bazal solunumun 5,5 ve 11 m uzunluktaki yüzeysel akış parsellerinde sırasıyla 0,43 ve 0,40 µg CO 2 -C g -1 toprak h -1 olduğu tespit edilmiştir. Metabolik katsayı (qco 2 ), çevrede meydana gelen değişikliklerin toprak mikrobiyal biyokütlesini nasıl etkilediğini değerlendirmek için kullanılan özel bir parametredir. Bazal solunumun mikrobiyal biyokütle C a (C mic ) oranı olarak ifade edilir. Çevresel koşullara bağlı olarak stresin artmasıyla birlikte topraktaki belirli bir miktardaki mikrobiyal biyokütlenin daha çok karbondioksit (CO 2 ) ürettiği düşünülür. Bunun sonucu olarak ise metabolik katsayı artmaktadır. Çevresel ortamların mikrobiyal biyokütle için uygun olduğu ortamlarda düşük, uygun olmadığı ortamlarda yüksek çıkan metabolik katsayı, substrat (organik madde) kalitesinin artmasıyla düşmektedir (Anderson ve Domsch ; Bauhus vd. ; Nannipieri ). Chen vd. () tarafından Yeni Zelanda dağ kayını (Nothofagus solandri var. cliffortioides) ormanında yapılan bir çalışmada, ölü örtü yaprak (L) ve çürüntü (F) tabakası olarak ayrılmış ve metabolik katsayı değeri (qco 2 ) hesaplanmıştır. Çalışmada metabolik katsayı değeri (qco 2 ) yaprak tabakasında 5,89 mg CO 2 -C g -1 C mic h -1 iken, çürüntü tabakasında 6,87 mg CO 2 -C g -1 C mic h -1 bulunmuştur. Diğer bir çalışmada farklı meşcereler altındaki topraklarda Ah (ağırlıklı olarak humus içeren mineral toprak) horizonu için metabolik katsayı (qco 2 ) belirlenmiştir. Çalışma kayın (Fagus L.), ladin (Picea A. Dietr) ve kayın-meşe (Fagus- Quercus L.) karışık ormanında yapılmıştır. Çalışmada metabolik katsayının (qco 2 ) kayın, ladin ve kayın-meşe ekosistemleri için sırasıyla 2,35, 2,30 ve 1,98 mg CO 2 -C g -1 C mic h -1 olduğu ifade edilmektedir (Anderson ve Domsch ). Benzer bir çalışmada huş (Betula pendula Roth), Avrupa ladini (Picea abies (L.) Karst) ve sarıçam (Pinus sylvestris L.) ormanlarının ölü örtüsü yaprak (L), çürüntü (F) ve humus (H) olarak üçe ayrılmış ve farklı ağaç türlerinde her üç tabaka için metabolik katsayı (qco 2 ) hesap edilmiştir. Çalışmada elde edilen sonuçlar Tablo de görülmektedir (Kanerva ve Smolander ). 41

70 Tablo Farklı ağaç türlerine ait ölü örtü tabakalarının (yaprak, çürüntü ve humus) metabolik katsayı (qco 2 ) değerleri (Kanerva ve Smolander den değiştirilerek). Ağaç Türü Metabolik Katsayı (qco 2 ) (mg CO 2 -C g -1 C mic h -1 ) Yaprak (L) Çürüntü (F) Humus (H) Huş (Betula pendula Roth) 2,12 1,54 0,79 Avrupa ladini (Picea abies (L.) Karst) 2,12 1,75 1,12 Sarıçam (Pinus sylvestris L.) 2,12 1,33 0,71 Sparling () metabolik katsayının (qco 2 ) değişik yetişme ortamlarına ait topraklarda farklılık gösterdiğini bildirmektedir (Tablo ). Tablo Farklı yetişme ortamlarındaki toprakların organik C, C org /N toplam oranı, mikrobiyal biyokütle C içeriği, C mic /C org yüzdesi ve metabolik katsayı (qco 2 ) değerleri (Sparling den değiştirilerek). Arazi Kullanım Biçimi Organik C (C org ) (%) C org /N toplam Oranı Mikrobiyal Biyokütle C (C mic ) (µg g -1 ) C mic /C org (%) Metabolik Katsayı (qco 2 ) (mg CO 2 -C g -1 C mic h -1 ) Avustralya Orman alanı 0,94 25, ,4 3,51 Çayır, otlak alanı 1,05 13, ,3 2,45 Yeni Zelanda Orman alanı 6,00 28, ,37 0,46 Çayır, otlak alanı 6,80 13, ,55 1,00 Yapılan bir çalışmada toprak örneklerinin metabolik katsayı değeri (qco 2 ) 0,,01 mg CO 2 - C g -1 C mic h -1 arasında değişirken ortalama 2,98 mg CO 2 -C g -1 C mic h -1 bulunmuştur (Terhoeven-Urselmans vd. ). Yuan vd. () tarafından tuzlu topraklardaki mikrobiyal biyokütleyi ve mikrobiyal faaliyeti belirlemek için yapılmış çalışmada, toprakların ( cm) metabolik katsayı değerinin (qco 2 ) 2,,30 mg CO 2 -C g -1 C mic h -1 arasında değiştiği ifade edilmektedir. Diğer bir çalışmada toprak örneklerinin metabolik katsayı değeri (qco 2 ) farklı arazi kullanım biçimlerinde 0,,80 mg CO 2 -C g -1 C mic h -1 arasında değişkenlik göstermektedir (Yan vd. ). Chen vd. () tarafından Yeni Zelanda dağ kayını (Nothofagus solandri var. cliffortioides) ormanında ve mera (Festuca novae-zealandiae, Agrostis capillaris L.) alanında yapılan bir çalışmada üst toprakların ( cm) metabolik katsayısı orman alanında 1,04 mg CO 2 -C g -1 C mic h -1 iken, mera alanında 0,74 mg CO 2 -C g -1 42

71 C mic h -1 bulunmuştur. Bartın da yapılan bir çalışmada farklı uzunluklara sahip (5,5 ve 11 m) yüzeysel akış parsellerinde metabolik katsayı değeri hesaplanmıştır. 5,5 m uzunluktaki parselde 0,76 mg CO 2 -C g -1 C mic h -1 olan metabolik katsayı 11 m uzunluktaki parselde 0,66 mg CO 2 -C g -1 C mic h -1 tespit edilmiştir (Kara vd. ). ÇALIŞMANIN AMACI Orman topraklarındaki mikrobiyal biyokütle içeriği, organik C ve toplam N miktarı başta olmak üzere ph, gözeneklilik, kil miktarı ve bitki besin maddesi gibi toprakların diğer özellikleri tarafından kontrol edilmektedir. Aynı şekilde ölü örtüdeki mikrobiyal biyokütle içeriği, ölü örtünün organik C içeriği başta olmak üzere toplam N ve ph gibi ölü örtünün diğer özellikleri tarafından etkilenmektedir. Bu açıdan bakıldığında farklı ağaç türlerinin altındaki ölü örtü ve toprak mikrobiyal biyokütle dinamiklerinin farklı olduğu düşünülmektedir. Diğer taraftan, ölü örtü ve toprak mikrobiyal biyokütlesi üzerine farklı bitki türlerinin etkileri ve bu etkilerin mevsimsel olarak değişimi son zamanlarda merak konusu haline gelmiş bulunmaktadır. Özellikle ülkemizde mevsimlere göre ağaç türlerinin ölü örtü ve toprak mikrobiyal biyokütlesi üzerine olan etkileri konusunda çok az sayıda çalışma mevcuttur. Hatta mevsimlere göre ağaç türlerinin, ölü örtü mikrobiyal biyokütlesine ilişkin hemen hemen yok denecek kadar az çalışma vardır. Toprak mikroorganizmaları karasal ekosistemlerin en küçük fakat en önemli parçası durumundadır. Karasal ekosistemlerde meydana gelen süreçlerin (olayların) % ı mikroorganizmalar tarafından gerçekleştirilen reaksiyonlar ile meydana gelmektedir. Örneğin, karbon depolaması, organik artıkların ayrıştırılması, organik ve anorganik maddelerden N, P, K, S ve diğer iyonların mineralize edilmesi, bitki besin maddelerinin dolaşımı, toprakların fiziksel özelliklerini iyileştirme, toprak strüktürünün devam ettirilmesi ve toprakların kırıntılı bir yapı kazanması, zehirli maddelerin ayrıştırılması ve tohumların çimlenme engellerinin kaldırılması gibi olaylar mikroorganizmalar tarafından gerçekleştirilir. Kısacası asıl olarak toprak verimliliğinden sorumlu olan mikroorganizmalar ekosistemin diğer fonksiyonlarının yerine getirilmesinden de sorumludur. Ayrıca mikrobiyal biyokütle ya mineralizasyon süresince her an kullanılabilecek durumda bulunan (labile) bitki besin maddelerinin bir kaynağı olarak ya da immobilizasyon süresince bitki besin maddelerinin bir havuzu olarak hizmet etmektedir. Mesela orman ölü örtüsünde toplam organik C, N ve P nin sırasıyla % 1,8, 43

72 % 6,6 ve % 22,9 u mikroorganizma dokularında tutulurken, bu miktar topraklar için sırasıyla % 1,6, % 3,4 ve % 13,3 şeklindedir. Mevsimlere göre sıcaklık, nem, organik C ve ph gibi özelliklerde meydana değişiklikler sonucunda mikrobiyal popülasyon ve mikrobiyal biyokütle bu değişikliklere çok hızlı bir şekilde tepki gösterir. Bu durumdan bitki besin elementlerinin hem havuzu (deposu) hem de kaynağı durumunda olan mikrobiyal biyokütle ile bitki besin maddeleri arasındaki dolaşım etkilenir. Günümüzde toprak sağlığını ve kalitesini belirlemek için uluslararası programlar tarafından mikrobiyal biyokütle, bazal solunum, azot mineralizasyonu, C mic /C org yüzdesi, metabolik katsayı (qco 2 ) gibi çok sayıda biyokimyasal parametre kullanılmaktadır. Bu mikrobiyal parametreler çeşitli kirleticiler, çevresel değişiklikler, farklı arazi kullanım biçimleri ya da arazi kullanım biçiminin değişiminden kaynaklanan durumlarda ekosistemde meydana gelen değişikliklerin belirlenmesinde ve izlenmesinde çok hızlı ve hassas bir gösterge olarak kullanılmaktadır. Yukarıda ifade edilen nedenlerden dolayı, bu çalışmada farklı meşcereler altındaki ölü örtü (yaprak, çürüntü ve humus) ve üst topraktaki ( cm) organik madde ve besin döngüsünde toprak mikrobiyal biyokütlesinin rolünü anlamak ve ağaç türlerinin mikrobiyal biyokütle üzerine olan etkilerini ortaya koyabilmek için mikrobiyal biyokütle C, N ve P ile ölü örtülerin bazı kimyasal özelliklerini ve üst toprakların bazı fiziksel ve kimyasal özelliklerini mevsimsel olarak belirlemek amaçlanmıştır. Ayrıca, farklı meşcere tiplerine ait ölü örtü ve üst toprakların bazal solunum ölçümleri yapılarak mikrobiyal faaliyetlerin meşcere tiplerine ve mevsime bağlı değişimi de belirlenmeye çalışılmıştır. Çalışma alanı olarak Bartın ili Arıt ilçesi seçilmiştir. Çalışma, doğal yayılış alanı içerisinde bulunan Doğu kayını (Fagus orientalis Lipsky), Uludağ göknarı (Abies nordmanniana subsp. bornmülleriana Mattf.) ve göknar-kayın karışık meşcerelerinin ölü örtü ve üst toprakları kullanılarak yapılacaktır. Seçilen çalışma alanlarının yetişme ortamının fizyografik ve klimatik özelliklerinin yaklaşık olarak aynı olmasına dikkat edilmiş ve seçilen alanlarının mümkün olduğunca birbirine yakın olmasına özen gösterilmiştir. Böylece farklı meşcere tiplerindeki ölü örtü ve üst toprakların mevsimlere göre mikrobiyal biyokütle C, mikrobiyal biyokütle N, mikrobiyal biyokütle P içeriklerini ve mikrobiyal faaliyetteki değişimlerini belirlemek hedeflenmiştir. Çalışma sonucunda elde edilecek veriler sayesinde farklı meşcere tiplerinde toprak kalitesi ve sağlığının değerlendirilmesinde kullanılan bazı fiziksel, kimyasal 44

73 ve biyolojik özelliklerin mevcut durumları ortaya konulacaktır. Ayrıca şimdiki veriler ile araştırma alanlarında ileriki yıllarda yapılacak olan çalışmalarda elde edilecek veriler karşılaştırılarak, toprak sağlığı ve kalitesindeki değişimleri izlemek de mümkün olacaktır. 45

74 BÖLÜM 2 MATERYAL VE YÖNTEM Orman ekosistemleri, orman ağaçları ile birlikte fizyografik, klimatik, edafik ve biyotik faktörlerin bütünlüğünden oluşmaktadır. Fizyografik faktörler; genel mevki (ekosistemin adı, enlem ve boylamı, denizden olan uzaklığı v.b.) ve özel mevki (ekosistemin yöresel adı, yükselti, bakı, eğim v.b.) elemanlarından, iklim faktörü; yağış, sıcaklık, bağıl nem, rüzgar gibi iklim elemanlarından oluşmaktadır. Toprağa ait özelliklerin ifade edildiği edafik faktörler; anamateryal, organik ve mineral horizonlar, toprak strüktürü, toprak tekstürü, toprak nemi, toprak reaksiyonu, toprak derinliği v.b. özellikleri kapsamaktadır. Biyotik faktörler denince, bir ekosistemdeki bütün canlı varlıklar (insan, hayvan, bitki, makro ve mikro organizmalar) kastedilmektedir. Bu bölümde, araştırma alanının fizyografik, klimatik, edafik ve biyotik özellikleri, araştırma materyalleri ve hangi analizlerin nasıl yapıldığı anlatılmaktadır. Ayrıca elde edilen verilere uygulanan istatistiki analiz ve değerlendirme yöntemleri hakkında da bilgi verilmiştir. ARAŞTIRMA ALANININ YETİŞME ORTAMI ÖZELLİKLERİ Araştırma alanın yetişme ortamı özelliklerinden sırasıyla araştırma alanının yeri, yeryüzü şekli özellikleri, iklim özellikleri, anakaya ve toprak özellikleri ile bitki örtüsü özellikleri hakkında bilgiler bu bölüm içerisinde sunulmuştur Araştırma Alanının Yeri Araştırma alanları, ülkemizin Batı Karadeniz Bölgesi ndeki Bartın ili Arıt beldesinde, 32 31&#;30&#;&#; ve &#; 00 &#;&#; doğu boylamları ile &#; 00 &#;&#; ve &#; 00 &#;&#; kuzey enlemleri arasında, serin-ılıman kuşakta, Küre Dağları Milli Parkı tampon zonunda yer almaktadır. Yer yer m yükseltiye ulaşan sarp dağlar arasında kalan Arıt beldesinin doğusunda Kastamonu ili batısında Bartın merkez, güneyinde Ulus, kuzeyinde Amasra ile Kurucaşile ilçeleri bulunmaktadır (Şekil ). Dört bir yanı Küre Dağları ile çevrili olup Karadeniz e izdüşümsel 47

75 olarak yaklaşık uzaklığı 20 km dir. Küre Dağları nın arasından uzanıp gelen dereler, Arıt Çayı ve Bartın Çayı aracılığı ile Karadeniz e dökülmektedir (HGK ). Şekil Bartın ili Arıt beldesi ve araştırma alanının konumu. Araştırma alanları 1/ ölçekli memleket haritalarının E 29 d1 ve E 29 d2 paftalarında yer almaktadır (Şekil ). Arıt beldesinin Çöcü Mahallesi Ayı Gölü mevkisinde yer alan araştırma alanlarının, doğusunda bir hat boyunca devam eden Küre Dağları, batısında Gökmenoğlu Mahallesi, kuzeyinde Arıt beldesi, Menteşpiri Mahallesi ve Çöcü Mahallesi, güneyinde ise Küre Dağları Milli Parkı bulunmaktadır. Araştırma alanlarına en yakın olan dereler Arıt Çayına akan Geyik Deresi ve yöresel adıyla Nuhlar Suyu dereleridir. Güneyinde bulunan ve ortalama yükseltisi m olan Küre Dağları da araştırma alanlarına yakın en yüksek dağlardır (HGK ). 48

76 Şekil Göknar, kayın ve göknar-kayın meşcerelerinin memleket haritası üzerindeki konumu (Araştırma alanlarını gösteren harita 1/ ölçekli topoğrafik harita kullanılarak ArcView programında hazırlanmıştır). Araştırma alanları, yeryüzü şekli olarak orta dağlık arazi sınıfında yer almakta ve yükseltisi m arasında değişiklik göstermektedir (Şekil ). Çalışma alanlarının bulunduğu arazinin bakısı genel olarak kuzey, kuzeydoğu ve kuzeybatıdır (Şekil ). Eğimi % ( ) arasında değişen çalışma alanları, arazi eğim sınıflarına göre; orta eğimli, çok eğimli ve dik sınıflarda yer almaktadır (Şekil ) (OGM ; Çepel ). 49

77 Şekil Göknar, kayın ve göknar-kayın meşcerelerinin yükselti grupları haritası (Harita 1/ ölçekli topoğrafik harita kullanılarak ArcView programında hazırlanmıştır). Araştırma alanları, ağaç türlerine göre saf göknar, saf kayın ve göknar-kayın karışık meşcereleri şeklindedir. Saf göknar ağaç türünden oluşan birinci araştırma alanı, amenajman planında b no lu bölmeciktir. İşlem ünitesi, BA simgeleri ile gösterilen göknar seçme ormanı işlem ünitesi tipindedir. Bölmeciğin alanı 31 ha, ağaç sayısı adet ha -1, göğüs yüzeyi 30,68 m 2 ha -1, odun hacmi ,7 m 3 ha -1 dır (Tablo ) (OGM ). Yükseltisi m ile m arasında değişim gösteren (ortalama m) bu meşcerenin ortalama eğimi % 36 (20 ) ve bakısı kuzey, kuzeybatıdır. Meşcerenin altında yer yer göknar gençliği bulunmaktadır. Işık alan yerlerde diri örtü tabakası bulunmaktadır. Meşcere içerisinde bazı yerlerde geçmiş yıllara ait kalınlığı cm i bulan ölü örtü birikimi ve genel olarak kalınlığı cm arasında değişen çürüntülü mul tipi humus mevcuttur. 50

78 Şekil Göknar, kayın ve göknar-kayın meşcerelerinin bakı haritası (Harita 1/ ölçekli topoğrafik harita kullanılarak ArcView proğramında hazırlanmıştır). Saf kayın ağaç türünden oluşan ikinci araştırma alanı, amenajman planında e no lu bölmeciktir. İşlem ünitesi, ise BD simgeleri ile gösterilen kayın devamlı orman işlem ünitesi tipindedir. Bölmeciğin alanı 13,5 ha, ağaç sayısı adet ha -1, göğüs yüzeyi 21,78 m 2 ha -1, odun hacmi ,8 m 3 ha -1 dır (Tablo ) (OGM ). Meşcerenin yükseltisi m ile m arasında değişmekte (ortalama m), ortalama eğimi % 47 (25 ), bakısı kuzey ve kuzeybatıdır. Meşcerenin alt tabakasında bazı yerlerde kayın gençlikleri bulunurken, ışık alan yerlerde diri örtü tabakası da bulunmaktadır. Meşcerenin altında kalınlığı cm arasında değişen çürüntülü mul tipi humus bulunmaktadır. Üçüncü araştırma alanı ise göknar-kayın karışık ağaç türlerinden oluşan e no lu bölmeciktir. İşlem ünitesi, BA simgeleri ile gösterilen göknar seçme ormanı işlem ünitesi tipindedir. Bu bölmeciğin alanı 25,5 ha, ağaç sayısı adet ha -1, göğüs yüzeyi 26,98 m 2 ha -1, hacmi ,9 m 3 ha -1 dır (Tablo ). Karışımda yaklaşık olarak göknar % 54, kayın ise % 46 oranındadır ve kayıtlara girmemiş çok düşük oranlarda akçaağaç ve gürgen türleri de bulunmaktadır (OGM ). Meşcerenin üst kısımlarında arazi yapısı çok engebeli, taşlık, kayalık, dik ve sarptır. Meşcerenin yükseltisi m ile m arasında değişim gösterirken 51

79 (ortalama m), ortalama eğimi % 36 (20 ), bakısı kuzey ve kuzeydoğudur. Meşcerenin altında bazı yerlerde göknar ile kayın gençliği bulunmaktadır. Işık alan yerlerde diri örtü tabakası bulunmaktadır. Meşcere içerisinde yer yer geçmiş yıllara ait kalınlığı cm arasında değişen ölü örtü birikimi ve genel olarak kalınlığı cm arasında değişen çürüntülü mul tipi humus mevcuttur. Şekil Göknar, kayın ve göknar-kayın meşcerelerinin eğim grupları haritası (Harita 1/ ölçekli topoğrafik harita kullanılarak ArcView programında hazırlanmıştır). Her üç meşcerenin kapalılığı amenajman planında 3 rakamı ile gösterilen (0,7 ile 1,0 arasında) sıkışık kapalılıktadır ve değişik yaşlı bir kuruluş söz konusudur. Bu yüzden alanlarda değişik yaştan, çaptan ve boydan ağaçlar bulunmaktadır (OGM ; ) (Tablo ). 52

80 Tablo Araştırma alanındaki meşcere tiplerinin çap sınıflarına göre ağaç sayısı (adet), göğüs yüzeyi (m 2 ) ve hacmi (m 3 ) (OGM ; den değiştirilerek). Göknar Kayın Göknar-Kayın Ağaç Göğüs Ağaç Göğüs Ağaç Çap Sınıfı Hacim Hacim Sayısı Yüzeyi Sayısı Yüzeyi Sayısı (m 3 ) (m 3 ) (adet) (m 2 ) (adet) (m 2 ) (adet) Göğüs Yüzeyi (m 2) Hacim (m 3 ) I (,9 cm) 1,93 9, ,77 14, ,52 7,5 II (,9 cm) 7, ,17 56, ,93 70,4 III (,9 cm) ,49 , ,45 97, ,22 ,3 IV (,9 cm) 6 1,56 22,1 6 1, ,52 56,1 V (,9 cm) 6 1,83 25,6 6 1,78 23,6 Toplam ,68 , ,78 , ,98 ,9 Kapalılık 3 (0,,0; sıkışık kapalı) 3 (0,,0; sıkışık kapalı) 3 (0,,0; sıkışık kapalı) Alan (ha.) 31,0 13,5 25, Yeryüzü Şekli Özellikleri Ülkemizin Batı Karadeniz Bölgesi nde, Küre Dağları nın uzantılarıyla çevrelenmiş olan Arıt beldesi, kuzeybatıdan dar bir boğazla Bartın a açılan, denize paralellik gösteren, kendine özgü bir havza biçimindedir. Çevresindeki önemli tepeler: Çemekaya Tepe ( m), Yumru Tepe ( m), Fırıncıkbaşı Tepe ( m), Kındıralık Tepe ( m), Üçdiş Tepe ( m), Kuşkaya Tepe ( m), Kocadağ Tepe ( m) dir. Arıt tan Karadeniz kıyısına doğru gidildikçe yükselti düşmekte, kıyı kesimlerde falezlerle karşılaşılmakta, iç bölgelere doğru yaklaştıkça, yumuşak peneplen bir topografya özelliği göze çarpmaktadır. Özellikle Jura-Alt Kreatase yaşlı kireç taşları yüksek tepeleri oluşturmaktadır. Yüksekliği m yi geçmeyen oldukça yüksek, sarp ve kayalık dağlarla çevrili olan Arıt beldesinden Bartın il merkezine inildikçe düz ovalar dikkati çekmektedir. Küre Dağları Milli Parkı nda yer alan Zoni Çayır ı, topografik yapı içerisindeki en önemli düzlüklerdendir (Anon. a). Araştırma alanları Arıt ın Çöcü Mahallesi Ayı Gölü mevkisinde yer almaktadır. Araştırma alanlarına en yakın sırtlar kuzeyde bulunan Çınardüzü sırtı ile Meşelik sırtıdır. Araştırma alanlarına yakın tepeler, güneydeki Kındıralık Tepe ( m), Üçdiş Tepe ( m), Uzunçarşı Tepe ( m) ve güneydoğudaki Avlaboğazı Tepe ( m) dir. Araştırma alanları yakınında bulunan dereler Geyik Deresi ve yöresel adıyla Nuhlar Suyu dur. Araştırma alanlarına yakın olan pınarlar güneyde yer alan Kapaklı Pınarı ile kuzeyde yer alan Tespih Pınarı dır (HGK ). 53

81 İklim Özellikleri Batı Karadeniz Bölgesi nde yer alan Bartın ili Arıt beldesinde tipik Karadeniz iklimi hakimdir. Yazları sıcak, kışları serin ve yağışlı geçer. Hemen her mevsimde yağış alan Arıt, özellikle sonbahar (,9 mm) ve kış (,4 mm) aylarında daha fazla yağış alır. Yağışlar Türkiye ortalamasının iki katından daha fazladır. Yörede yağışlar genellikle yağmur, kış aylarında ise yağmur ve kar şeklindedir (Anon. b). Araştırma alanının iklim tipinin saptanmasında kullanılan meteorolojik veriler, 25 m yükseklikteki Bartın Merkez Meteoroloji İstasyonu (Enlem= &#;, Boylam=32 20 &#; ) tarafından yapılan yılları arasındaki 31 yıllık gözlem verileridir (MGM ) (Tablo ). Tablo Bartın Merkez Meteoroloji İstasyonu nda ölçülen meteorolojik verilerin uzun yıllık ortalamaları ( ). Bu artış denizden her m yükseliş için yılda mm kadardır. Bu özellikten yaralanarak 54

82 üzerinde meteoroloji istasyonu bulunmayan bir yörenin yağış miktarını bulmak için Schreiber tarafından geliştirilen aşağıdaki formül (eşitlik ) kullanılmaktadır. Ph = POm 54h () Burada, P h P o =Denizden yüksekliği bilinen ve üzerinde meteoroloji istasyonu bulunmayan yörenin hesaplanacak olan yıllık yağış miktarı (mm) =Denizden yüksekliği belli olan meteoroloji istasyonunun ölçtüğü yıllık yağış miktarı (mm) 54 =Her m yükseldikçe yıllık yağışın 54 mm arttığı kabul edildiği için 54 mm ye ait katsayı h =Meteoroloji istasyonunun denizden yüksekliği ile yağış miktarı bulunacak bölgenin ortalama yüksekliği arasındaki fark (hektometre olarak) Yağışın aksine olarak denizden yükseklik arttıkça sıcaklık derecesi düşer. Bu düşüş miktarının her m yükseklik için yaklaşık olarak 0,5 ºC olduğu kabul edilmektedir (Çepel ). Çalışmada enterpole edilerek bulunan Arıt a ait yağış ve sıcaklık verileri tablo halinde verilmiştir (Tablo ). Arıt ta vejetasyon süresi (Rubner e göre aylık ortalama sıcaklığın +10 C ve daha fazla olduğu sıcak devre) 6 aydır (mayıs-ekim). Arıt ta yıllık ortalama sıcaklık 8,8 C olup, yılın en sıcak ayı temmuz, en soğuk ayı ise ocaktır. Arıt ta yıllık toplam yağış ,4 mm dir. Bu yağışın % 16,78 i ilkbahar (,2 mm) aylarında, % 21,36 sı yaz (,1 mm) aylarında, % 31,78 i sonbahar (,8 mm) aylarında ve % 30,06 sı kış (,9 mm) aylarında gerçekleşmektedir. En az yağışlı aylar nisan ve mayıs aylarıdır. Yağışın en fazla düştüğü ay aralık ayıdır (,4 mm) (Tablo ). Sıcaklık ve yağış değerleri Thornthwaite metoduna göre değerlendirildiğinde (Erinç ; Çepel ; Özyuvacı ) (Tablo ve Şekil ) Arıt ın iklim tipi, çok nemli (A), mezotermal (B1 ), yağış rejimine göre su açığı olmayan veya pek az olan (r) ve deniz iklimi altında (b3&#;) bulunan bir iklimdir. Buna göre, Arıt AB1 rb3&#; işaretleri ile gösterilen çok nemli mezotermal (orta sıcaklıkta), su açığı olmayan veya pek az olan deniz iklimi altında bir iklim tipine sahiptir. 55

83 Tablo Arıt ın Thornthwaite metoduna göre su bilançosu ( ). 6 Thornthwaite metoduna göre Arıt ın su bilançosu grafiği ( ). Erinç in () yağış etkenliği indeksine göre (eşitlik ) Arıt ın yağış etkenliği çok nemli, bitki örtüsü ise çok nemcil orman sınıfında yer almaktadır (Tablo ). 56

84 I m = P T om ,4 = = 76,54 18,7 () Burada; I m P T om = Yağış etkenliği indisi = Yıllık yağış miktarı indisi (mm) = Yıllık ortalama yüksek sıcaklıktır ( C) Tablo Yağış etkenliği sınıfları (Erinç den değiştirilerek). Yağış Etkenliği Sınıfı Yağış Etkenliği İndisi: I m Bitki Örtüsü Kurak I m < 8 Çöl Yarı kurak 8< I m < 23 Step Yarı nemli 23< I m < 40 Park görünümlü orman Nemli 40 < I m <55 Nemcil orman Çok nemli I m > 55 Çok nemcil orman Anakaya ve Toprak Özellikleri 1/ ölçekli jeoloji haritası incelendiğinde Bartın ili Arıt beldesinin çeşitli jeolojik formasyonlar içerdiği görülmektedir (Şekil ). Akveren (KTa), Çakraz (PTç), Alüvyon (Qal), Kilimli (Kk) ve İnaltı (JKi) formasyonları geniş yayılış göstermektedir. Beldenin jeolojisi Kuvaterner, Üst Kampaniyen-Alt Eocene, Üst-Jura-Alt Kretase, Permiyen Triyas ve Alt Kretase devri arazilerinden oluşan bir yapı arz etmektedir. Bu araziler üzerinde kum taşı, şeyl, neritik kireçtaşı, marn, killi kireçtaşı, çamurtaşı, kum taşı ve konglomera bulunmaktadır (Gedik ve Aksay a). 57

85 Şekil Arıt ve çevresinin 1/ ölçekli jeoloji haritası (Gedik ve Aksay b den değiştirilerek). 58

86 Çöcü Mahallesi mevkisinde yer alan araştırma alanlarının büyük bir çoğunluğu Üst-Jura-Alt Kretase devri arazisinden oluşan İnatlı formasyonu üzerinde yer almaktadır. Buna karşılık çok az bir kısmı Permiyen Triyas devri arazisinden oluşan Çakraz formasyonu üzerinde yer almaktadır (Şekil ). İnaltı (JKi) formasyonu beyaz, bej veya gri renkli, ince-kalın tabakalı platform karbonatlarından oluşur. Tabanda kumtaşı, kumlu kireçtaşı ve dolomit veya dolomitleşmiş kireç ile temsil edilir. Orta ve üst kesimleri tümüyle karbonatlardan oluşur. Amasra ilçesi (Bartın ili) doğusunda Karadeniz kıyısındaki Çakraz köyü civarında tipik yüzeylemeri bulunan kırmızı renkli karasal kumtaşı, şeyl, kumtaşı konglomeralar Çakraz (PTç) formasyonu olarak adlandırılır. Ağırlıklı olarak koyu kırmızı renkli, yer yer kırmızıyeşil ardalanmalı laminalı şeyl, ince tabakalı çamurtaşı ve kum taşından oluşan birim, mercekler halinde kırmızı renkli konglomeralar içerir (Gedik ve Aksay a). Şekil Göknar, kayın ve göknar-kayın meşcerelerinin jeoloji haritasındaki yeri (Harita 1/ ölçekli jeoloji haritası kullanılarak ArcView programında hazırlanmıştır) Kum Taşı Anakayası ve Kum Taşından Oluşan Toprakların Özellikleri Kum taşları 0, mm büyüklüğündeki fraksiyonun % 50 den fazla olduğu kayaçlardır. Kum taşlarında % 75 den fazla kuvars vardır. Bunlar, az veya çok kimyasal ayrışmaya uğramış mineral parçacıkların birbirine yapıştırılması ile oluşmuşlardır. Yapıştırıcı madde, 59

87

Randolph J. Environmental Land Use Planning and Management. Washington, USA: Island Press;

Ward RC, Robinson M. Principles of Hydrology. London, UK: McGraw-Hill Publications;

Öztürk M, Copty NK, Saysel AK. Modeling the impact of land use change on the hydrology of a rural watershed. Journal of Hydrology. ;

Tarbuck, EJ, Lutgens, FK, Tasa D. Earth Science, 12th ed. New Jersey, USA: Pearson International Edition. Prentice Hall;

Schaetzl R, Anderson S Soils, Genesis and Geomorphology. Cambridge, UK: Cambridge University Press;

Nearing MA. Soil Erosion and Conservation. In: Wainwright J, Mulligan M, editors. Environmental Modelling; Finding Simplicity in Complexity, West Sussex, England: John Wiley & Sons Ltd.; , p.

Lambin EC. Modelling Land-Use Change. In: Wainwright J, Mulligan M, editors. Environmental Modelling; Finding Simplicity in Complexity, West Sussex, England: John Wiley & Sons Ltd.; , p.

Forman RTT, Godron M. Landscape Ecology. USA: John Wiley & Sons Ltd.;

Odum EP, Barrett GW. Ekoloji’nin Temel İlkeleri (Beşinci Baskıdan Çeviri). Çeviri Editörü: Prof. Dr. Kani Işık. Ankara, Türkiye: Palme Yayıncılık;

Marsh WM. Landscape Planning; Environmental Applications. 5th ed. New Jersey, USA: John Wiley & Sons Inc.;

Ürgenç Sİ. Kırsal Peyzaj; Koruma-Onarım-Düzenleme. İstanbul, Türkiye: Yıldız Teknik Üniversitesi, Mimarlık Fakültesi Yayınları;

Dirik H. Kırsal Peyzaj (Planlama ve Uygulama İlkeleri). İstanbul, Türkiye: İstanbul Üniversitesi, Orman Fakültesi Yayınları;

Kırdar MG, Saracoğlu DŞ. Migration and regional convergence: An empirical investigation for Turkey. Papers in Regional Science. ; 87(4):

Yılmaz B, Daşdemir İ, Atmiş E, Lise W. Factors affecting rural development in Turkey: Bartın case study. Forest Policy and Economics. ;

Göl C, Özden S, Yılmaz H. Interactions between rural migration and land use change in the forest villages in the Gökçay Watershed. Turkish Journal of Agriculture and Forestry. ;

Kılıç Ş, Evrendilek F, Şenol F, Çelik İ. Developing a suitability index for land uses and agricultural land covers: a case study in Turkey. Environmental Monitoring and Assessment. ;

Doygun H, Alphan H, Gürün DK. Analysing urban expansion and land use suitability for the city of Kahramanmaraş, Turkey, and its surrounding region. Environmental Monitoring and Assessment. ;

Öztürk M, Bolat İlyas, Gökyer E, Kara Ö. Altitudinal Variation of Leaf Area Index for Mixed Stands of Fagus orientalis Lipsky within Mountainous Landscape of Bartın Watershed, Turkey. International Conference on Natural Science and Engineering (ICNASE’16), , March, , , Kilis, Turkey.

Turoğlu H, Özdemir H. Bartin’da Sel ve Taşkınlar; Sebepler, Etkiler, Önleme ve Zarar Azaltma Önerileri. İstanbul, Türkiye: Çantay Yayınevi;

TGDF (Turkish General Directorate of Forestry). Forest Management Plans of Bartın Forest Administration. Ankara, Turkey:

TMFAL (Turkish Ministry of Food, Agriculture and Livestock). Digital Soil Maps of Bartın Stream Watershed. Ankara, Turkey:

TGDMRE (Turkish General Directorate of Mineral Research and Exploration). Digital Geological Maps of Zonguldak F Section. Ankara, Turkey:

TSMS (Turkish State Meteorological Service), Daily Meteorological Data. Ankara, Turkey:

Atalay İ. Türkiye İklim Atlası. İstanbul, Türkiye: İnkılâp Kitabevi Yayınları;

Bakker MM, Govers G, Kosmas C, Vanacker V, van Oost K, Rounsevell M. Soil erosion as a driver of land-use change. Agriculture, Ecosystems and Environment. ;

Öztürk M., Bolat İ, Kara Ö. Bartın Çayı Havzasında Mevcut Yerleşim Alanları için Arazi Kullanım Uygunluk Sınıflandırması (Land Use Suitability Classification for the Actual Settlement Areas within the Bartın Stream Watershed of Turkey). Ekoloji Sempozyumu (Ecology Symposium), , May, , , Sinop, Turkey.

Gautam AP, Webb EL, Shivakoti GP, Zoebisch MA. Land use dynamics and landscape change pattern in a mountain watershed in Nepal. Agriculture, Ecosystems and Environment. ;

Berberoğlu S. Sustainable Management for the Eastern Mediterranean Coast of Turkey. Environmental Management. ; 31(3):

Da Fonseca GAB, Sechrest W, Oglethorpe J. Managing the Matrix. In: Lovejoy TE, Hannah L, editors. Climate Change and Biodiversity, Michigan, USA: Yale University Press; p. –

DOI: /funduszeue.info

¤ Open Access

Impairment of mitochondrial function by particulate matter: Implications for the brain

Research efforts in the past decades have provided insight into the adverse health effects of air pollution exposure. Exposure to airborne particulate matter is known to impair the respiratory and cardiovascular systems, and more recent investigations have provided evidence demonstrating harmful effects on the central nervous system. Investigations have primarily focused on the interconnected cellular pathways of inflammation and oxidative stress, which are induced by pollutant particle exposure both in peripheral tissues, and in the brain. Alterations to mitochondria, organelles important for cellular respiration and signaling, are often associated with increased cellular oxidative stress. This review focuses on the role of mitochondria in particulate matter-induced adverse effects on cellular health. More investigation to link air pollution and human health on the cellular and molecular level could in the future aid the development of more effective preventive and therapeutic options to combat pollutant particle-induced alterations.