[acemi_caylak]

Amonifikasyon

Toprağa katılan organik azotlu formlar, proteinlerdeki amino-N nükleik asitlerdeki heterosiklik-N bileşikleri olup; azotu bağlı bulunduğu bu formlardan açığa çıkaran topraktaki heterotrof mikroorganizmalardır.

Bu bakteriler içinde, gram negatif ve pozitif kısa çubuk bakterileri, Arthrobacter spp., gram pozitif kokkoid çubuklar, koklar, spor oluşturmayan uzun çubuk bakteriler, Bacillus spp. gözlenmektedir. Bu ayrışma sürecinde gerçekleşen ilk olay protein çözünmesi (proteolisis) olup sonuçta amino-N formları açığa çıkmaktadır. Bu nedenle olay aynı zamanda aminizasyon olarak da tanımlanmaktadır. Amino-N çok değişik bakteri grupları tarafından amonyağa indirgenir.

Amonyağın açığa çıkmasına neden olan bu olay amonifikasyon olarak tanımlanır. Mikroorganizmalar bu işlevi salgıladıkları hücre dışı proteolitik enzimler (proteaz enzimleri) ile gerçekleştirirler. Amonifikasyon olayı oksidatif süreçlerin yer aldığı bir çevrimdir. Oksijensiz koşullarda ise çürüme ve kokuşmadan kaynaklanan indirgen ürünler ortaya çıkar. Amonifikasyon sürecinin havalı koşullarda ortaya çıkardığı son ürünler CO2, NH2, H2O ve SO2 olup anaerob kokuşma koşullarında kötü kokulu merkaptanlar (kükürtlü organik bileşikler), H2S, CO2, RNH2 ve RCOOH gibi tam mineralize olmamış ürünler belirir.

Değişik topraklarda yapılan populasyon çalışmaları, her bir gram toprakta yaklaşık 100.000 ile 10.000.000 adet amonifikasyon yapan mikroorganizma varlığını göstermektedir. Bu organizmalar içinde bakterilerden Arthrobacter, Pseudomonas, Bacillus, Clostridium, Serratia Micrococcus, mantarlardan Alternaria, Aspergillus, Mucor, Penicillumve Rhizopus sayılabilir. Mantarlar hücre sentezinde bakterilerden daha fazla azot özümlediğinden daha az amonyak çıkarırlar.

Amonifikasyon sonucu oluşan amonyak toprak çözeltisinde çözünerek form değiştirir. Atmosfer ve toprak solunumundan türeyen CO2' in toprak suyunda çözünmesinden meydana gelen karbonik asit de amonyum iyonlarının oluşumunda etken olmaktadır.

Ancak azot mineralizasyonunda amonfikasyon sonucu oluşan amonyağın tümü toprak sisteminde tutulamaz. Özellikle ortam pH koşullarına da bağlı olarak topraktan NH3 (amonyak) gazı halinde atmosfere geçer.

Bu olay toprakta ortaya çıkan azot kayıplarından yalnızca biridir.

Nitrifikasyon

Mineralizasyon sürecinin ilk son ürünü olan amonyum iyonlarının, topraktaki özel mikroorganizma grupları tarafından kademeli olarak yükseltgenerek nitrat iyonlarına çevrilmesi nitrifikasyon süreci olarak tanımlanır. Bu olay oksijene gereksinim duyan bir reaksiyondur.

Biyolojik nitrifikasyondan başka, fotokimyasal (ışık enerjisi etkisi ile) oluşan nitrifikasyon süreçleri varsa da, toprakta oluşan biyolojik süreçlerin yanında önemsiz sayılabilir. Biyolojik nitrifikasyon işlemini zorunlu ototrof bakteri grupları yürütmektedir.





Amonyumun nitrit iyonlarına çevriminden sorumlu toprak bakterileri şunlardır:
1. Elipsoid veya kısa çubuk bakterileri: Nitrosomonas





2. Küresel hücreli bakteriler: Nitrosococcus
3. Spiral şekilli hücreler: Nitrosospira
4. Pleomorfik bakteriler: Nitrosolobus

Oluşan nitrit iyonları mikroorganizma ve bitki gelişimi için toksik maddelerdir. Ancak ortam koşullarında derhal nitrat iyonlarına yükseltgenirler. Bu çevrimden sorumlu olan bakteriler:

Kısa çubuk bakteriler: Nitrobacter



Nitrifikasyon süreci amonifikasyon ile kıyaslandığında çok daha özelleşmiş bir nitelik gösterir. Bu süreçte işlev gören bakteriler yalnızca obligat organizmalar olmakla kalmaz, aynı zamanda çevre koşullarına karşı oldukça yüksek duyarlılık gösterirler. Nitrifikasyon organizmaları organik-karbonu kullanamadıkları gibi, azot içermeyen diğer organik substratların oksidasyonundan enerji de sağlayamazlar, bu amaçla mutlaka azot içeren inorganik substratlar (NH4 +, NO2 -) kullanmak zorundadırlar. Özet olarak nitrifikasyon bakterileri karbon kaynağı olarak CO2 'i, enerji kaynağı olarak da inorganik azotlu bileşiklerin biyolojik oksidasyonunu kullanırlar.

Yüksek miktarda amonyak içeren organik gübreler, Nitrobacter'lerin aktivitelerini olumsuz etkileyebilir ve bir süre için ortamda bitkilere zararlı nitrit iyonları birikebilir.

Nitrifikasyon bakterileri ayrıca bitki köklerinden salgılanan bazı maddelere karşı oldukça duyarlıdır. Bu durum mikroorganizma sayı ve aktivitesince zengin olan bitki kök bölgesi (rizosfer)’nin bu olumlu etkisine karşın, kök gelişiminin yoğun olduğu çayır topraklarında, nitrifikasyonun neden zayıf olduğunu açıklamaktadır.
Nitrifikasyon bakterileri kuvvetli aerob olduklarından, reaksiyonlar mutlak oksijence zengin koşullarda gerçekleşmektedir. Bu nedenle su altında kalan veya drenaj sorunları bulunan topraklarda nitrifikasyon sınırlanmaktadır.

Ortam pH'sı diğer etkili bir çevre faktörü olup hafif asit, nötr veya hafif alkali koşullar nitrifikasyon için uygundur. pH'ın 6' nın altına düşmesi, nitrifikasyonu çok zayıflatır. Topraklarda kireçleme özellikle asit koşullarda nitrifikasyon sürecini çok olumlu etkilemektedir.

Nitrifikasyonun optimum sıcaklığı 24-29 °C arasındadır. Donma noktasına kadar olan düşük sıcaklıklarda zayıf bir nitrifikasyon saptanmasına rağmen 5 °C’ nin altında nitrat oluşumu hızla azalmaktadır. Ortam nemine de bağlı olmak üzere, yüksek sıcaklıklarda aktivite tekrar azalır, bunun için saptanan eşik değer 35 °C civarındadır. Genel toprak mikroorganizma aktivitesinde olduğu gibi, tarla kapasitesinin % 80'i düzeyinde nem miktarı nitrifikasyon için optimumdur. Solma noktası veya doygunluk koşullarına yaklaşıldığında nitrifikasyon yavaşlar. Toprağın nem düzeyi azaldıkça, oluşan nitrat miktarında azalma olmakla birlikte, bu koşullardaki nitrat üretimi saturasyon (doygunluk) koşullarındakinden fazla olmaktadır.

Topraklarda karbonatların ve diğer tampon maddelerin varlığı nitrifikasyonu olumlu etkilemektedir. Yetiştirilen bitki türünün de bu süreci etkilediği, kök salgılarının süreci yavaşlattığı bilinmektedir.

Toprağa ilave edilen bitki kalıntılarının C/N oranları, süreci etkilemekte ve C/N oranı dar organik maddelerin ilavesi nitrat oluşumunu hızlandırmaktadır.

İlkbaharda uygun toprak işleme redoks koşullarını olumlu etkilediğinden nitrifikasyon hızlanmaktadır.

Topraktaki kuruma ıslanma olaylarının da nitrat oluşumunu artırdığı ve bu artışın daimi benzer nem koşulları içeren topraklardaki nitrifikasyondan fazla olduğu gözlenmektedir. Yağış rejimi fazla olan bölgelerde, topraktaki nitratın yıkanması ve taban suyuna karışması fazla olmaktadır. Benzer şekilde nadasa bırakılmış alanlarda, yağışlı mevsimlerde, nitratlar drenaj suları ile topraktan kaybolmaktadır. Bu şekilde oluşan azot kayıpları, toprak azot bilançosundaki önemli negatif olaylardandır. Şayet topraklara uygulanan azotlu gübre dozları ve veriliş zamanları iyi ayarlanmıyorsa, nitrifikasyon kayıpları artacağından sularda nitrat birikmesi ile çevre sorunlarının ortaya çıkması olasıdır. Bu nedenle tarım sistemlerinde nitrifikasyonun kontrol altına alınması ve nitrifikasyon hızının azaltılması amacı ile topraklara nitrifikasyon inhibitörleri uygulaması dikkati çekmektedir. Bu amaçla tarımda piridin, primidin, tiazol ve azid türevleri ile bazı amidlerin kullanıldığı bilinmektedir. Bu maddelerin içinde en çok uygulama alanı bulan bileşik N-serve ticari adı ile tanınan 2 klor -6- (triklormetil) piridin (nitrapirin)'dir.

Nitrifikasyon oranı, tarla topraklarında çeşitli toksik maddeler tarafından azaltılabilmektedir. Amonyağın kendisi her iki grup bakteri için de toksiktir. Ancak Nitrobacter, Nitrosomonas grubundan daha duyarlıdır. Bundan dolayı toprakta yüksek düzeyde üre veya anhidrit amonyak oluştuğunda toprakta nitritler birikmeye başlar. Özellikle nötral veya alkalin topraklarda, soğuk iklim koşulları ile düşük katyon değişim kapasitesi koşullarında bu durum gözlenir.

Amonyağın nitrata çevrimi bir oksidasyon olayı olduğundan, çevrimin oranı bakterilerin oksijen sağlama koşullarına bağlıdır. Aşağıda verilen araştırma sonuçlarına göre, toprak havasındaki kısmi oksijen basıncı azaldıkça, nitrifikasyona uğrayan azot yüzdesi de azalmaktadır:

Havadaki % O2	20	11	4.5	2.1	1.0	0.4
Nitratlaşan % N	46	43	38	28	21	2

Genel olarak bütün tarla toprakları çok asit, çok soğuk veya çok fazla ıslak olmadıkça amonyumu nitrata oksitleyen bakterileri içerir. Nitrit iyonlarının nitrata oksidasyonu amonyumun oksidasyonundan daha hızlıdır. Bundan dolayı nitrit genellikle çok düşük konsantrasyonlarda bulunur. Topraklarda nitrifikasyon bakterilerinin sayıları çok düşüktür. Çoğunluk amonyum oksitleyicilerin sayısı, nitrit oksitleyicilerden çok daha fazladır. Bu sayısal özellik yanında nitrit oksitleyiciler amonyum oksitleyenlerden kurumaya karşı daha duyarlıdırlar, özellikle yarı-kurak bölge topraklarında toprak kuruması nitrifikasyon yapan bakterileri öldürmektedir. Böylece iklime bağlı olarak topraklarda bazen nitrit birikimi olabilmektedir.

İnorganik azot bileşikleri olan amonyum ve nitratlar, çeşitli yollar ile topraktan uzaklaşırlar. Bu olaylar şunlardır:

1. Bitkiler tarafından alım,
2. Mikroorganizmalar tarafından özümlenme (immobilizasyon),
3. Uçucu bileşikler şekline çevrilme ve atmosfere karışma,
4. Sızma suları ile topraktan yıkanma.

Toprak biyolojisi bakımından iki ve üçüncü maddeler önemli olmakla birlikte, azotun genel çevrimi bakımından en önemli mikrobiyolojik etki, mineral azotlu bileşiklerin uçucu formlara çevrilmesi şeklindeki kaybıdır. Amonyum, amonyak şeklinde atmosfere kaçabilir, ancak bu yalnızca alkali koşullarda meydana gelir. Azotun gaz bileşikler halinde kaybının en önemli kaynağı ise denitrifikasyondur.