agaclar.net - View Single Post

acemi_caylak · 25-08-2010, 21:54

Azot döngüsü ile ilgili hemen herkesin biraz bilgisi vardır. Ancak yine de özet bir bilgi bu başlık altında bir bütün halinde bulunsun istedim. Çünkü denitrifikasyon sonucu oluşan kayıplar ve bunun atmosferdeki ozon tabakasına etkisi ile topraklarda ve sulardaki nitrat birikiminin zararlarını görünce oturup bir kez daha düşünmek gerekiyor.

Yazı tamamen Prof.Dr.Koray Haktanır-Doç.Dr.Sevinç Arcak'ın Toprak Byolojisinin Konusu, Önemi ve Gelişimi kitabından alıntıdır. Sadece kısaltılmış ve bazı kısa eklemeler yapılmıştır. (Bu kitap bu işle ciddi ilginenlerin elinin altında sürekli bulunması gereken bir kitap. Bir çok üniversitenin Ziraat Fakültesi bu kitabı referans alıyor.)

Azot Döngüsü

Canlıların yapı taşını oluşturan aminoasit, proteinler ile nükleik asit, hormon ve vitaminlerin yapısına giren azot canlı yaşamı için temel elementlerdendir.
Bu yüzden bitkilerde dahil canlıların beslenmesi için azot en gerekli temel elemenlerden birisidir.

Ancak konumuzu ilgilendiren bitkiler ve mikroorganizmaların çoğu çoğu atmosferde serbest molekül (N=N) halinde bulunan azot gazından besin maddesi olarak yararlanamazlar. Ancak bazı özel mikroorganizma grupları serbest azot gazını redükte ederek (indirgeyerek) amonyak (NH3) formuna çevirir. Bu olay biyolojik azot fiksasyonudur. Bitkiler ise nitrat (NO3¯) ve amonyum (NH4) iyonları halindeki azotu kullanırlar. Azot, fosfor ve potasyum ile birlikte topraktan en fazla kaldırılan bitki besin elementi olup, bunlar içinde mikrobiyal transformasyona en duyarlı olan element azottur. Azot döngüsü nispeten az sayıda olay içermektedir. Bunlar mineralizasyon, fiksasyon, asimilasyon ve denitirifikasyondur. Mineralizasyon olayı esas olarak aminoasit formundaki organik azotun amonyak, nitrit ve nitrat şekillerine dönüşümünü tanımlamaktadır.

Azot, hem gaz halinde, hem de yıkanma ile kaybolan bitki besin elementlerinden biridir. Atmosferdeki azot gazının yukarıda tanımlanan çeşitli yollar ile toprağa katılması, bitki ve hayvan dokusuna girmesi, daha sonra bu dokuların ayrışması ile mineralize olması ve bu sırada kayıplara uğraması azot döngüsü içinde gerçekleşmektedir.

Kompleks N'lu bileşiklerin, ayrışma ve transformasyonlar sonucunda basit inorganik azot formlarına dönüşmesine mineralizasyon, bunun tersine olarak mineral azot formlarının canlı organizma dokularına alınarak karmaşık bileşikler içinde organik olarak tutulması olayına asimilasyon veya azot-immobilizasyonu adı verilmektedir.

Azot Mineralizasyonu

Organik azotlu bileşiklerin mikroorganizmalar tarafından ayrıştırılarak mineral formlarına dönüştürülmesi olayına azot mineralizasyonu adı verilmektedir. Bunun sonucunda iki ana ürün ortaya çıkmaktadır. Bunlar amonyum ve nitrat iyonlarıdır. Organik bileşiklerden amonyum iyonlarının türemesi olayı amonifikasyon olarak tanımlanır. Toprakta özel bakteri grupları tarafından amonyum iyonlarının kademeli olarak nitrit ve nitrat iyonlarına yükseltgenmesi olayı ise nitrifikasyon’dur. Toprakta amonifikasyon olayı karmaşık heterotrofik (besinini hazır organik formda dışarıdan alan) organizmaların karıştığı genel bir olay olmasına karşın, nitrifikasyon toprakta ototrof (besinini inorganik bileşiklerden kendisi üreten) nitelikli organizmalar tarafından yürütülmektedir.

Azot mineralizasyonu topraktaki azot döngüsünün çok önemli bir bölümünü oluşturmaktadır. Azotun çok büyük kısmı toprağın yüzey horizonlarında organik bileşikler halinde bulunmaktadır. Toprak organik fraksiyonundaki azotlu bileşiklerin kimyasal bileşimi tam olarak anlaşılmış değildir. Toprak organik madde ekstraktları veya hidroliz çözeltilerinde esas olarak amino asitler ile birleşik durumda bulunduğu anlaşılmaktadır. Nükleik asitlerden türemiş pürin ve pirimidin bazları ile az miktarda serbest amino asit, glikozamin ve galaktozamin gibi amino şekerler ve humus yapısına bağlı amino asitler, organik azot fraksiyonlarının esasını oluşturmaktadır.

Organik azot ile organik karbon mineralizasyonu birbiri ile ilişkilidir. İşlenmeyen topraklarda iki elementin mineralizasyonu pararalellik gösterir. Bu gibi ortamlarda Karbon (C) mineralizasyonu sonucu oluşan karbondioksit ile oluşan inorganik-azot arasında yaklaşık 7-15/1 gibi bir oran gözlenmektedir. Bu nedenle toprağa katılan organik kalıntılardaki C/N oranları mineralizasyon hızı ve olayları üzerinde etkili olmaktadır. Tarımsal deneyler, % 1.8 düzeyinde azot içeren organik maddenin toprağa katılması durumunda toprakta net bir mineral azot girdisi veya kaybı olmadığını, organik maddelerin % 1.2'den daha az azot içermesi durumunda ise topraktaki inorganik-azot rezervinin hızla azaldığını göstermektedir.

Karbon kapsamı yaklaşık % 40 olan doğal materyalde bu N düzeyleri, 20/1 ile 30/1 düzeylerindeki C/N oranları ile ilgilidir. Şayet organik maddenin C/N oranı 30/1'den daha geniş ise net immobilizasyon, 20/1'den daha dar ise net mineralizasyon gerçekleşmektedir. Kritik C/N oranı 20/1 olan kavram, kuzey yarıküredeki ılıman işlenir topraklar için ortaya konmuştur. Bu gibi topraklar C/N oranı yalnızca 20/1 'den az olan organik kalıntıların mineralizasyonu ve gelişme döneminin başlangıcında bitkiye yarayışlı azot formlarının ortaya çıktığı ortamlar olarak tanımlanmalıdır.

Bu yaklaşım diğer her türlü ortam için kritik bir oran olarak değerlendirilmemelidir. Örneğin, orman ekosistemlerinde yaprak döküntülerinin C/N oranları kritik orandan (20/1) çok daha geniştir, buna karşılık verimli bir orman sisteminde her yıl tonlarca organik madde mineralize olabilmektedir. Bu nedenle yalnızca C/N oranı değil, bunun yanında toprağa katılan organik kalıntıların kimyasal yapısının da önemli olduğu vurgulanmaktadır. Ligninleşmiş maddelerin ayrışmak için gereksindiği azot miktarı bir çok sukulent dokudan (kaktus ve sukulent gibi bitkilerin dokuları) daha azdır. Odun dokusunu ayrıştıran mantarların, kendi misellerinin otolizi (kendliğinden parçalanmak) ile açığa çıkan azotu biriktirebilme ve bu azotu ayrıştırma sırasında kullanabildiği anlaşılmıştır. Bu nedenle ligninleşmiş dokuların düşük C/N oranlarına karşın ayrışmanın gerçekleşmesi mümkün olmaktadır.

Topraktaki Organik Azot Formları

Topraktaki organik azotun yalnızca bir kısmının protein olduğu bilinmektedir. Ancak bu fraksiyon, olası canlı hücre proteinini kapsamakta ve bitki gelişmesi için bir kaynak oluşturması bakımından çok önemli bulunmaktadır. Proteinler ve amino şekerlerin ayrışmasından serbest kalan amonyum iyonlarının bir kısmı kinonlar ve polifenoller ile birleşmekte ve oluşan bu ürünlerin mikrobiyal ayrışmaya karşı çok dirençli olduğu bilinmektedir. Bu tür reaksiyonlar topraklara gübre olarak amonyum bileşikleri uygulandığında da ortaya çıkmakta ve çoğunluk amonyum fiksasyonu olarak tanımlanmaktadır. Ayrışma olayları sırasında açığa çıkan amino asitler de kinonlar ile birleşebilir, böylece nispeten dirençli hümik asit polimerleri oluşur. Topraktaki toplam azotun % 50’ sine yakın kısmının kimyasal yapısı çok iyi anlaşılmamış olmakla birlikte, % 20 ile 40 düzeyinde amino asitlere ve % 5-10 düzeyinde de amino şekerlere bağlı olduğu bilinmektedir. Toprak organik maddesinin çok küçük bir kısmı herhangi bir zamanda gerçekleşen mineralizasyon-immobilizasyon döngüsüne katılmaktadır. Topraklara giren organik madde kütlesi kısmen ayrışmakta, daha ileri düzeyde mikrobiyal etkiye karşı dirençli kısımlar humusu oluşturmak üzere karmaşık reaksiyonlara girmektedir.

25-08-2010, 21:54	#122
acemi_caylak Ağaç Dostu Giriş Tarihi: 29-11-2009 Şehir: İstanbul - Gaziantep Mesajlar: 1,194	Azot Döngüsü - 1 Azot döngüsü ile ilgili hemen herkesin biraz bilgisi vardır. Ancak yine de özet bir bilgi bu başlık altında bir bütün halinde bulunsun istedim. Çünkü denitrifikasyon sonucu oluşan kayıplar ve bunun atmosferdeki ozon tabakasına etkisi ile topraklarda ve sulardaki nitrat birikiminin zararlarını görünce oturup bir kez daha düşünmek gerekiyor. Yazı tamamen Prof.Dr.Koray Haktanır-Doç.Dr.Sevinç Arcak'ın Toprak Byolojisinin Konusu, Önemi ve Gelişimi kitabından alıntıdır. Sadece kısaltılmış ve bazı kısa eklemeler yapılmıştır. (Bu kitap bu işle ciddi ilginenlerin elinin altında sürekli bulunması gereken bir kitap. Bir çok üniversitenin Ziraat Fakültesi bu kitabı referans alıyor.) Azot Döngüsü Canlıların yapı taşını oluşturan aminoasit, proteinler ile nükleik asit, hormon ve vitaminlerin yapısına giren azot canlı yaşamı için temel elementlerdendir. Bu yüzden bitkilerde dahil canlıların beslenmesi için azot en gerekli temel elemenlerden birisidir. Ancak konumuzu ilgilendiren bitkiler ve mikroorganizmaların çoğu çoğu atmosferde serbest molekül (N=N) halinde bulunan azot gazından besin maddesi olarak yararlanamazlar. Ancak bazı özel mikroorganizma grupları serbest azot gazını redükte ederek (indirgeyerek) amonyak (NH3) formuna çevirir. Bu olay biyolojik azot fiksasyonudur. Bitkiler ise nitrat (NO3¯) ve amonyum (NH4) iyonları halindeki azotu kullanırlar. Azot, fosfor ve potasyum ile birlikte topraktan en fazla kaldırılan bitki besin elementi olup, bunlar içinde mikrobiyal transformasyona en duyarlı olan element azottur. Azot döngüsü nispeten az sayıda olay içermektedir. Bunlar mineralizasyon, fiksasyon, asimilasyon ve denitirifikasyondur. Mineralizasyon olayı esas olarak aminoasit formundaki organik azotun amonyak, nitrit ve nitrat şekillerine dönüşümünü tanımlamaktadır. Azot, hem gaz halinde, hem de yıkanma ile kaybolan bitki besin elementlerinden biridir. Atmosferdeki azot gazının yukarıda tanımlanan çeşitli yollar ile toprağa katılması, bitki ve hayvan dokusuna girmesi, daha sonra bu dokuların ayrışması ile mineralize olması ve bu sırada kayıplara uğraması azot döngüsü içinde gerçekleşmektedir. Kompleks N'lu bileşiklerin, ayrışma ve transformasyonlar sonucunda basit inorganik azot formlarına dönüşmesine mineralizasyon, bunun tersine olarak mineral azot formlarının canlı organizma dokularına alınarak karmaşık bileşikler içinde organik olarak tutulması olayına asimilasyon veya azot-immobilizasyonu adı verilmektedir. Azot Mineralizasyonu Organik azotlu bileşiklerin mikroorganizmalar tarafından ayrıştırılarak mineral formlarına dönüştürülmesi olayına azot mineralizasyonu adı verilmektedir. Bunun sonucunda iki ana ürün ortaya çıkmaktadır. Bunlar amonyum ve nitrat iyonlarıdır. Organik bileşiklerden amonyum iyonlarının türemesi olayı amonifikasyon olarak tanımlanır. Toprakta özel bakteri grupları tarafından amonyum iyonlarının kademeli olarak nitrit ve nitrat iyonlarına yükseltgenmesi olayı ise nitrifikasyon’dur. Toprakta amonifikasyon olayı karmaşık heterotrofik (besinini hazır organik formda dışarıdan alan) organizmaların karıştığı genel bir olay olmasına karşın, nitrifikasyon toprakta ototrof (besinini inorganik bileşiklerden kendisi üreten) nitelikli organizmalar tarafından yürütülmektedir. Azot mineralizasyonu topraktaki azot döngüsünün çok önemli bir bölümünü oluşturmaktadır. Azotun çok büyük kısmı toprağın yüzey horizonlarında organik bileşikler halinde bulunmaktadır. Toprak organik fraksiyonundaki azotlu bileşiklerin kimyasal bileşimi tam olarak anlaşılmış değildir. Toprak organik madde ekstraktları veya hidroliz çözeltilerinde esas olarak amino asitler ile birleşik durumda bulunduğu anlaşılmaktadır. Nükleik asitlerden türemiş pürin ve pirimidin bazları ile az miktarda serbest amino asit, glikozamin ve galaktozamin gibi amino şekerler ve humus yapısına bağlı amino asitler, organik azot fraksiyonlarının esasını oluşturmaktadır. Organik azot ile organik karbon mineralizasyonu birbiri ile ilişkilidir. İşlenmeyen topraklarda iki elementin mineralizasyonu pararalellik gösterir. Bu gibi ortamlarda Karbon (C) mineralizasyonu sonucu oluşan karbondioksit ile oluşan inorganik-azot arasında yaklaşık 7-15/1 gibi bir oran gözlenmektedir. Bu nedenle toprağa katılan organik kalıntılardaki C/N oranları mineralizasyon hızı ve olayları üzerinde etkili olmaktadır. Tarımsal deneyler, % 1.8 düzeyinde azot içeren organik maddenin toprağa katılması durumunda toprakta net bir mineral azot girdisi veya kaybı olmadığını, organik maddelerin % 1.2'den daha az azot içermesi durumunda ise topraktaki inorganik-azot rezervinin hızla azaldığını göstermektedir. Karbon kapsamı yaklaşık % 40 olan doğal materyalde bu N düzeyleri, 20/1 ile 30/1 düzeylerindeki C/N oranları ile ilgilidir. Şayet organik maddenin C/N oranı 30/1'den daha geniş ise net immobilizasyon, 20/1'den daha dar ise net mineralizasyon gerçekleşmektedir. Kritik C/N oranı 20/1 olan kavram, kuzey yarıküredeki ılıman işlenir topraklar için ortaya konmuştur. Bu gibi topraklar C/N oranı yalnızca 20/1 'den az olan organik kalıntıların mineralizasyonu ve gelişme döneminin başlangıcında bitkiye yarayışlı azot formlarının ortaya çıktığı ortamlar olarak tanımlanmalıdır. Bu yaklaşım diğer her türlü ortam için kritik bir oran olarak değerlendirilmemelidir. Örneğin, orman ekosistemlerinde yaprak döküntülerinin C/N oranları kritik orandan (20/1) çok daha geniştir, buna karşılık verimli bir orman sisteminde her yıl tonlarca organik madde mineralize olabilmektedir. Bu nedenle yalnızca C/N oranı değil, bunun yanında toprağa katılan organik kalıntıların kimyasal yapısının da önemli olduğu vurgulanmaktadır. Ligninleşmiş maddelerin ayrışmak için gereksindiği azot miktarı bir çok sukulent dokudan (kaktus ve sukulent gibi bitkilerin dokuları) daha azdır. Odun dokusunu ayrıştıran mantarların, kendi misellerinin otolizi (kendliğinden parçalanmak) ile açığa çıkan azotu biriktirebilme ve bu azotu ayrıştırma sırasında kullanabildiği anlaşılmıştır. Bu nedenle ligninleşmiş dokuların düşük C/N oranlarına karşın ayrışmanın gerçekleşmesi mümkün olmaktadır. Topraktaki Organik Azot Formları Topraktaki organik azotun yalnızca bir kısmının protein olduğu bilinmektedir. Ancak bu fraksiyon, olası canlı hücre proteinini kapsamakta ve bitki gelişmesi için bir kaynak oluşturması bakımından çok önemli bulunmaktadır. Proteinler ve amino şekerlerin ayrışmasından serbest kalan amonyum iyonlarının bir kısmı kinonlar ve polifenoller ile birleşmekte ve oluşan bu ürünlerin mikrobiyal ayrışmaya karşı çok dirençli olduğu bilinmektedir. Bu tür reaksiyonlar topraklara gübre olarak amonyum bileşikleri uygulandığında da ortaya çıkmakta ve çoğunluk amonyum fiksasyonu olarak tanımlanmaktadır. Ayrışma olayları sırasında açığa çıkan amino asitler de kinonlar ile birleşebilir, böylece nispeten dirençli hümik asit polimerleri oluşur. Topraktaki toplam azotun % 50’ sine yakın kısmının kimyasal yapısı çok iyi anlaşılmamış olmakla birlikte, % 20 ile 40 düzeyinde amino asitlere ve % 5-10 düzeyinde de amino şekerlere bağlı olduğu bilinmektedir. Toprak organik maddesinin çok küçük bir kısmı herhangi bir zamanda gerçekleşen mineralizasyon-immobilizasyon döngüsüne katılmaktadır. Topraklara giren organik madde kütlesi kısmen ayrışmakta, daha ileri düzeyde mikrobiyal etkiye karşı dirençli kısımlar humusu oluşturmak üzere karmaşık reaksiyonlara girmektedir.