[acemi_caylak]

Denitrifikasyon

Toprak azotunun gaz bileşikler şeklinde kaybolmasına etken olan en önemli olay denitrifikasyondur. Bunun sonucunda nitrat ve amonyum iyonları nitro oksit (N2O) ve serbest azot gazı (N2) şekline çevrilir. Bu olay çok asit olmayan koşullarda, genellikle 5 pH' ın üzerinde ve zayıf havalanma koşullarında ortaya çıkmaktadır. Toprakta aktif mikrobiyal populasyonun varlığı, kolay ayrışabilir organik maddenin varsıllığı, sıcak ve ıslak periyodlar, denitrifikasyon için uygun koşullar sağlamaktadır.

Denitrifikasyon çok aktif bir olaydır. Laboratuvar koşullarında 300 ppm NO3-Azot içeren toprak örneğinin 28 ile 96 saat içinde denitrifikasyonla bu azotu kaybettiği belirlenmiştir.

Denitrifikasyonda görev yapan bakteriler fakültatif anaerob olup, serbest oksijen yokluğunda nitrat, nitrit veya azotun oksitlerini hidrojen akseptörü (alıcı) olarak kullanmaktadırlar. Denitrifikasyon yapan
mikroorganizmalar, nitratlardan üç şekilde yararlanırlar:

1. N kaynağı olarak,
2. Nitratı oksijen kaynağı şeklinde kullanarak,
3. Nitrat özümlemesinde.

Denitrifikasyon yapan organizmalar başlıca üç grupta toplanır:
1. Heterotrof bakteriler
a. Pseudomonas denitrificans
b. Bacillus nitroxus

2. Ototrof bakteriler
a. Thiobacillus denitrificans,
b. Micrococcus denitrificans

3. Fakültatif anaerob bakteriler
a. Achromobacter

Bu bakteriler, organik madde ayrışmasında, protein ayrışması (proteoliz) ve amonifikasyonda aktif olan organizmalardır. Koşullar anaerobik solunum için uygun olmadığında, nitrat redüksiyonuna başlarlar. Aşırı su düzeyi veya olumsuz fiziksel koşulların yarattığı anaerobik ortamın yanısıra, kuvvetli bir toprak solunumunun oluşturduğu yüksek CO2 basıncı da denitrifikasyona neden olabilir. Bu durumda toprak atmosferinde oksijenin kısmi basıncı azalır ve mikroorganizmalar gerekli elektron transferlerinde kullanacakları oksijeni nitrat ve nitritler yolu ile sağlarlar. Bu "nitrat solunumun 'da nitrat ve nitrit iyonları, hidrojen akseptörü olarak O2" nin görevini üstlenirler. Bu olayı nitrat asimilasyonundan ayırmak gerekir. Çünkü bu son olayda nitrat, hücredeki azotlu bileşiklerin oluşturulmasında kullanılır.

Denitrifikasyon mekanizması, ortamda uygun hidrojen verici (donör) lerin varlığına da bağlıdır. Bu şekilde çalışan bazı heterotrof denitrifikantlar, kolay ayrışan organik maddeleri kullanırlar. Denitrifikasyon organizmaları ayrıca azot kaynağı olarak amonyum tuzlarını ve aminoasitleri gereksinebilirler. Bu olaya çoğunlukla yukarıda tanımlandığı gibi Pseudomonas ve Arthrobacter türleri katılır. Bu bakterilerin optimum aktiviteleri hafif alkali pH'lardadır. Kuvvetli asit koşullarda denitrifikasyon herhangi bir rol oynamaz. Denitrifikasyon yolu ile topraklardan oluşan kayıp önemli düzeydedir. Azot izotopları ile yapılan denemelere göre, çayır vejetasyonu altındaki kumlu topraklarda % 11-25, killi topraklarda % 16-31, organik moor topraklarda % 19-41 düzeyinde gaz halinde azot kaybı olmaktadır. Su etkisi altında bırakılan çeltik alanlarında ilave edilen azotlu gübrelerin etkileri nedeniyle bu kayıpların % 60'a kadar yükseldiği belirtilmektedir.

Topraklardaki denitrifikasyon kapasitesinin limitini bakteriler tayın etmektedir. Toprağın mantar ve aktinomiset florası denitrifikasyona bağlı N2 üretimine katılmazlar. Denitrifikasyon yapan bakteriyel türlerin aktivitelerini toprak pH'sı etkilemektedir.



Kimi özel koşullar altındaki azotun da denitrifikasyona uğrayarak gaz şeklinde kaybolduğu saptanmıştır. Özellikle bunun su ile kapalı toprakların oksijen yönünden varsıl olan yüzeye yakın kesiminde oluştuğu görülmüştür. Nitrata dönüşen amonyum derine, anaerobik koşulların olduğu kesime taşınmakta ve orada nitrat indirgenerek denitrifikasyona uğramaktadır. O nedenle Abichandani ve Patnaik (1958) denitrifikasyonu önlemek için verilen amonyumlu gübrelerin olanaklar elverdiğince derine verilmesini önermişlerdir.

Denitrifikasyon prosesi kısaca aşağıdaki sıraya göre verilen redüksiyon kademelerinde gerçekleşir:

Nitrat → Azot Dioksit → Azot Monoksit → Nitro Oksit → Azot
NO3 → NO2 → NO → N2 O → N2

Kuşkusuz gaz halinde en fazla azot kaybı bakteriyel denitrifikasyon ile olmaktadır. Genellikle topraktan gaz halinde azotun atmosfere kaçışı, besin elementi kaybı olarak düşünülür ve arzu edilmez.

Denitrifikasyon esnasında önemli miktarda azot kaybı olur. Azot izotopları ile yapılan araştırmalarda çayır vejetasyonu altındaki kumlu topraklarda % 11-25, killi topraklarda % 16-31, moortopraklarda % 19- 40 civarında azot kaybı tesbit edilmiştir. Devamlı su etkisinde olan pirinç topraklarında ilave azotlu gübrelerin etkileri nedeniyle bu kayıplar % 60'a kadar yükselmektedir.

Rolston (1977), denitrifikasyonla ortaya çıkarılan N2O oranının serbest bırakılan N2'nin sadece % 5'i kadar olduğunu saptamıştır. Voldendort (1968)'a göre bir çayırda bile uygulanan azotun % 10-40'ı denitrifikasyon yoluyla kaybolabilmektedir. Denitrifikasyonla kayıplar işlenen topraklarda ortaya çıkmaktadır (Terman ve Brown, 1968). Düşük kısmi oksijen basıncıyla karakterize edilen çeltik toprakları gerçekte denitrifikasyona yatkındırlar (Ponnam Peruma, 1965). Bu nedenden dolayı bu topraklara N, nitrat formunda değil NH4-N şeklinde verilmelidir. Düşük pH koşulları (pH 4,5) altında da denitrifikasyon ve nitrifikasyonla olan kayıplar (daha önce anlatılmış olan), nitrifikasyon inhibitörleri uygulanmak suretiyle azaltılabilir. (Touchtov ve ark, 1978).

Azotun bitki için önemi daha önce anlatıldığı gibi çok büyüktür. Topraktan azotun uzaklaşması demek, bitki gelişimi ve ürün miktarının olumsuz etkilenmesi demektir. Her yıl bitki besini olarak toprağa azot verilmektedir. 1988 yılı verilerince o yıl ülkemizde 1.081.605 ton azot içeren azotlu gübreler toprağa verilmiştir. Yukarıda ifade edildiği üzere toprağa verilen azotun % 10 ile % 40'lara kadar varan kısmı denitrifikasyonla topraktan uçup gitmektedir. Gübre fiyatları düşünülecek olursa, uygun koşullar bulunduğunda denitrifikasyon olayı, ülke ekonomisine ve ziraatla uğraşan kesime büyük zararlar verebilir.

Son yıllarda azot oksitlerin atmosferde kirlilik oluşturması konusu büyük ilgi çekmektedir. Toprakta ve doğal sularda denitrifikasyonla oluşan azot oksitlerin atmosfere ve sonra stratosfere geçtiği, stratosferde ise ozon tabakasına zarar verdiği hipotezi ortaya atılmıştır. NO ve NO2 gazları atmosfere denitrifikasyon olayından başka, insanların faaliyeti sonucu, örneğin: kömür, petrol, doğal gazlar ve endüstride kullanılan diğer yakıtların yanmaları sonucuda katılmaktadır. Ancak araştırmacılar mikrobiyal oluşumlu azot oksitlerin daha fazla yer aldığını söylemektedirler. Bilindiği gibi ozon tabakası canlılara zararlı etkileri olan 300 nm dalga boyundaki zararlı ultraviyole ışınlarını süzücü bir filtre etkisine sahiptir. Ozon tabakasının yokluğunda cilt kanserinin artışı ve bitki gelişmesinde azalmalar, bozulmalar olabilmektedir. Ozon fotokimyasal reaksiyonlar sonucu oluşmaktadır.

O2 + 2O → 2O3

Denitrifikasyon olayı, konuya burada dahil olmaktadır. Çünkü N2O stratosferde NO’ya okside olmaktadır.

N2O + O → 2NO

Bu gazlar radyasyonun zararlı etkisini önleyen ozonun parçalanmasında katalitik bir etkiye sahiptirler.

NO3 + O3 → NO2 + O2 ;
Işık
O3 → O2 + O ;

NO2 + O → NO + O2

Böylelikle radyasyonun zararlı etkisini önleyen bariyerde zayıflamalar olmaktadır. Aynı zamanda zararsız toprak bakterileri indirekt yoldan ozon sirkülasyonunu etkilemektedirler. Tarımsal tedbir olarak kullanılan nitratlı gübreler de bu olayı teşvik etmekte ve O3 parçalanması artmaktadır.

Buna karşılık bazı araştırıcılar da bunun tersini savunarak, tarım alanlarında giderek artan azotlu gübrelemenin, denitrifikasyon yoluyla atmosferde N2O oranını artırdığı ve ozon tabakasını tahrip ettiği şekilde bir kamuoyu oluşturmuşlardır. Oysa azotlu gübrelerin hızla artan kullanımına rağmen atmosferdeki N2O miktarında bir artış gözlenmemiştir (Mengel ve Kirkby, l987).

Denitrifikasyonun yukarıda anlatılan olumsuz yanlarının yanısıra bir de olumlu tarafı vardır. Nitrat insanlar ve hayvanlar için zararlı bir bileşiktir. Topraktaki nitrat, yıkanma ile alt katlara inerek yeraltı suyuna karışmaktadır. Buradan da insanların ve hayvanların kullandıkları suya karışarak kirlenmeye sebep olmaktadır. İşte denitrifikasyon yıkanma ile alt katlara inerek ve yeraltı sularına karışarak NO3 (nitrat) miktarını azaltmaktadır. Bunun sonucu olarak da denitrifikasyon suların NO3 –’la kirlenmesini önleyici bir olay olarak görülür.

Hatta nitratla kirlenmiş sular denitrifikasyon yoluyla temizlenmeye çalışılmaktadır. Bu konuda çok fazla araştırma yapılmıştır. Denitrifikasyon olayı toprakta olduğu gibi sularda da olabilmektedir. Değişik yöntemlerle de, denitrifikasyon yapan mikroorganizmalar kirli sulara konarak, ortamdaki azot kirlenmeleri önlenmektedir.

Denitrifikasyon olayı mikrobiyal bir olaydır. Mikroorganizmaların faaliyeti ile gerçekleşir. Bu olay içerisinde mantarlar ve aktinomisetler pek görülmezler. Bu olay bir çok bakteri tarafından gerçekleştirilir. Çok sayıdaki bu bakteriler aerob ve anaerobik toprak koşullarında görev yaparlar.

1.Acinobacter

2.Agobacterium
Agobacterium tumefaciens

3.Achromobacter

4.Alcaligenes
Alcaligenes faecalis
Alcaligenese utrophus

5.Bacillus
Bacillus licheniformus
Bacillus laterosporus
Bacillus azotoformans
Bacillus stearothermophilus

6.Chromobacterium
Chromobacterium violaceum
Chromobacterium lividum

7.Corynebacterium
Corynebacterium nephridii

8.Cytophaga
Cytophaga johnsonae
Cytophaga denitrificans

9.Flavobacterium

10.Hyphomicrobium
Hyphomicrobium vulgare

11.Moraxella(Kingella)
Moraxella kingae
Kingella denitrificans

12.Neisseria
Neisseria sicca
Neisseria subflava
Neisseria flavescens
Neisseria mucosa

13. Paracoccus
Paracoccus denitrificans
Paracoccus halodenitrificans

14.Proptonibacterium
Proptonibacterium acidi-propionici

15.Pseudomonas
Pseudomonas pseudoflova
Pseudomonas fluorescens
Pseudomonas aeruginosa
Pseudomonas denitrificans
Pseudomonas stutzeri
Pseudomonas perfectomarinus
Pseudomonas sacharophilia

16.Rhizobium
Rhizobium leguminosarum
Rhizobium japonicum
Rhizobium trifolia
Rhizobium phaseoli

17.Rhodopseudomonas
Rhodopseudomonas spheroides
Rhodopseudomonas palustris
Rhodopseudomonas capsulate

18.Spirillum (Aquaspirillum veAzospirillum)
Spirillum itersonii(Aquaspirillum intersonii)
Spirillum lipoferum

19.Thermothrix
Thermothrix thioparus

20. Thiobacillus
Thiobacillus denitrificans

21.Vibrio
Vibrio sputorum.
Vibrio succinogenes