ÖZET Y. Lisans Tezi
FARKLI ARAZİ KULLANIMLARINDA AGREGATLARA BAĞLI KARBON İLE BİYOLOJİK KARBON VE AZOT FRAKSİYONLARININ
BELİRLENMESİ Sema DEMİRCİ Gaziosmanpaşa Üniversitesi
Fen Bilimleri Enstitüsü Toprak Anabilim Dalı
Danışman: Yrd. Doç. Dr. Rasim KOÇYİĞİT
Topraklarda organik karbon (C)’ un tutulması tarım açısından son derece önemlidir. Toprakların tarımsal işlemeye açılması, organik karbon düzeyinin azalmasına bunun sonucu olarakta atmosfere salınan karbondioksit (CO2) miktarının artmasına sebep olmaktadır. Bu çalışma yarı kurak bir iklime sahip olan Tokat ta yıllardır geleneksel toprak işleme yöntemiyle işlenen topraklardaki C ve Azot (N)’ un fraksiyonlarındaki değişme, tarım arazisi ile doğal (mera ve orman) arazilerinden alınan toprak örnekleri incelenmiş ve bu alanlarda organik karbon ve azotun depolandığı agregat fraksiyonları ve bu fraksiyonlardaki arazi kullanımına bağlı değişimler ve bunların biyolojik karbon fraksiyonlarıyla olan (mineralize olabilen, mikrobiyal ve ayrışmaya dayanıklı havuzlar) ilişkileri belirlenmiştir. Bu amaçla her bir araziden temsil edebilecek 4 farklı örnek alma yeri seçilmiş her bir örnek alma yerinden 3 ayrı örnek alınmıştır. Böylece her bir arazi kullanımından toplam 12 adet kompose örnek alınmıştır. Toprak örnekleri 0-5, 5-15 ve 15-30 cm derinlikten alınmıştır. Arazi kullanımındaki değişime bağlı olarak toprakların kuru hacim ağırlığı, organik madde ve kireç içerikleri önemli derecede (p<0.05) etkilenmiştir. Toplam organik C miktarı işlemeli tarım yapılan alanda mera ve orman toprağına göre daha düşük bulunmuştur. Biyolojik ve fiziksel C fraksiyonlarıda arazi kullanımından etkilenmiştir. Mikrobiyal biokütle C ve N ve mineralize olan C ve N toprak işlemeyle önemli derecede düşmüş ve bunu mera ve orman toprağı takip etmiştir. Fiziksel karbon fraksiyonları arazi kullanımından etkilenmiş ve makro agregat miktarı ve makro agregatlara bağlı organik C miktarı orman toprağında en yüksek bulunmuştur. En yüksek mikro agregat miktarı mera toprağında belirlenirken mikro agregatlara bağlı organik C miktarı yine en yüksek orman toprağında gözlemlenmiştir. Topraktaki organik C büyük bir kısmı agregatlar tarafından korunmaktadır. Arazi kullanımındaki değişme biyolojik ve fiziksel C fraksiyonlarında önemli bir değişime yol açmış ve bu değişimin incelenmesi arazi kullanımının C içeriğine olan etkisini ortaya koymaktadır. Sürdürülebilir bir tarım için büyük önem taşıyan topraklarımızın organik C ve N durumlarındaki değişmeler iyi bir şekilde gözlemlenmelidir.
2008, 38 sayfa
Anahtar kelimeler: Karbon, Agregatlara bağlı karbon, Biyolojik karbon
ABSTRACT Thesis of Master
DETERMINING AGGREGATE ASSOCIATED SOIL ORGANIC CARBON AND BIOLOGICAL CARBON FRACTIONS UNDER DIFFERENT LAND
MANAGEMENTS Sema DEMİRCİ Gaziosmanpasa University
Science Institute Branch of Soil
Consultant: Yrd. Doç. Dr. Rasim KOÇYİĞİT
Holding organic carbon (C) in soils is so important for agriculture. Agricultural process in soils causes to decrease organic carbon and increase carbon dioxide (CO2) quantity
that release to atmosphere. The objective of this study was to determine physical and biological C and nitrogen (N) fractions under conventional tillage systems and natural ecosystems (pasture and forest) in the Tokat region, which has semi arid climate. The samples are taken from agricultural cultivated, pasture, and forest fields. The changes in aggregate fractions and biological C and N were evaluated and the relationship between fractions was presented. For this aim, 4 different sampling locations have been determined in each field and 3 different samples have been taken from each sampling location. Thus, 12 composite samples have been taken from each management. Soil samples have been taken from 0-5, 5-15, and 15-30 cm depths. Soil managements have significantly affected soil bulk density, organic mater, and lime (p<0.05). Total organic C is lower in agricultural fields than pasture and forest soils. Biological and physical C fractions have been affected from soil management. Microbial biomass C and N and mineralized C and N have decreased in the pasture and cultivated fields. Physical carbon fractions have been affected by soil managements and the quantity of macro aggregate and organic C related to macro aggregate which have been found highly in forest soils. The highest micro aggregate content has been determined in pasture. A large amount of organic C in soils has been protected by aggregates. Changes in the field managements cause a big change in the biological and physical C fractions and when these changes have been examined, we can see the effects of field management on C content. The changes in organic C and N fractions of soils are very important for sustainable agriculture.
2008, 38 page
TEŞEKKÜR
Tez çalışmam boyunca bana her konuda yardımcı olan ve benden desteğini esirgemeyen danışman hocam Yrd. Doç. Dr. Rasim KOÇYİĞİT’ e, tez çalışmamın yürütülmesinde her türlü yardımı gösteren bölüm hocalarıma, her zaman yanımda olan ve desteğini esirgemeyen çok değerli Sadullah ÖZTÜRK’e, arkadaşlarım Ahu BOLSU, Selver TEMİR ve Arzu ÖZ’ e, sonsuz şükranlarımı sunarım. Ayrıca yüksek lisans çalışmam boyunca maddi ve manevi desteklerini esirgemeyen maneviyatım sevgili aileme özellikle babam Ali Naci DEMİRCİ’ ye teşekkürü bir borç bilirim.
Sema DEMİRCİ Ağustos/2008
İÇİNDEKİLER Sayfa ÖZET……….……….….i ABSTRACT……….…………...ii TEŞEKKÜR………...iii ŞEKİLLER DİZİNİ………..…..v TABLOLAR DİZİNİ………....………...vi 1. GİRİŞ………...1 2. LİTERATÜR ÖZETİ……….….4 3. MATERYAL METOT……….……….….11 3.1. Materyal……….……….11 3.1.2. İklim……….………12 3.2. Metot……….……….……….…14 3.2.1. Örnekleme……….………...14 3.2.2. Analiz Yöntemleri……….……….………..14
3.2.3. İstatistiki Analiz Metotları……….……….……….17
4. ARAŞTIRMA SONUÇLARI VE TARTIŞMA………..………. 18
4.1. Toprakların Fiziksel ve Kimyasal Özellikleri……….……….…………...18
4.2. Toprakların Biyolojik Karbon ve Azot Fraksiyonları………...……..22
4.3. Toprakların Fiziksel Karbon Fraksiyonları……….………26
5. SONUÇLAR VE ÖNERİLER……….………...….……..30
6. KAYNAKLAR………….……….……….….………...32
ŞEKİLLER DİZİNİ
Şekil Sayfa
Şekil 3.1. Çalışma alanının Tokat’ taki yeri……….………11 Şekil 4.2.1. Mikrobiyal biyokütle C’ nın arazi kullanımı ve derinliğe bağlı olarak
değişimi……….………...24 Şekil 4.2.2. Mikrobiyal Biyokütle N’ nın arazi kullanımı ve derinliğe bağlı olarak değişimi……..………...………...25
TABLOLAR DİZİNİ
Tablo Sayfa
Tablo 1. Tokat Toprak ve Su Kaynakları Araştırma Enstitüsü Müdürlüğü Meteoroloji İstasyonunun 41 Yıllık (1965-2006) Rasatlarına Göre
İklimsel Değerler………...…..13 Tablo 2. Toprak tekstürünün arazi kullanımı ve derinliğe bağlı (0-5, 5-15 ve
15-30 cm) olarak değişimi………...…18 Tablo 3. Bazı fiziksel ve kimyasal özelliklerin arazi kullanımı ve derinliğe bağlı
(0-5, 5-15 ve 15-30 cm)olarak değişimi……….………..……19 Tablo 4. Tarla kapasitesi ve nem içeriğinin arazi kullanımı ve derinliğe bağlı
(0-5, 5-15 ve 15-30 cm) olarak değişimi………..…………..21 Tablo 5. Orman, mera ve tarım topraklarında mineralize olan C, mikrobiyal
biyokütle C, toplam organik C’ nın derinliğe bağlı (0-5, 5-15, 15-30 cm)
olarak değişimi………...23 Tablo 6. Toplam organik N, inorganik N, mineralize olan N ve mikrobiyal
biyokütle N’nın Arazi kullanımı ve derinliğe bağlı (0-5, 5-15 ve 15-30 cm) olarak değişimi………...25 Tablo 7. Üç farklı arazi kullanımı altında toprakların agregat miktarları ve
agregata bağlı Olan C’nın derinliğe bağlı (0-5, 5-15 ve 15-30 cm)
1. GİRİŞ
Karbon, canlı hücrenin yapı taşı ve biyolojik sistemin en önemli elementidir. Karbon atmosferde, canlıların yapısında, ölü organik atıklarda, fosil yakıtlarda, kayalarda ve okyanuslarda çözünebilir halde bulunur. Bitkiler karbonu fotosentez yoluyla atmosferden elde etmektedir. Bitkiler atmosferdeki karbondioksiti (CO2) ve güneş ışığını kullanarak, karbondioksiti organik karbona dönüştürürler. Yaşam döngüsü içerisinde bitkilerin toprak üstü ve toprak altı aksamı ölerek, toprak içerisinde birikmekte ve toprak organik karbonun önemli bir kısmını oluşturmaktadır. Topraklar sahip oldukları organik karbon miktarı bakımından çeşitlilik gösterirler.
Topraklarda organik karbonun tutulması tarım açısından son derece önemli olup, toprak verimliliğini artırmakta ve toprakların rüzgar ve su erozyonuna karşı daha dirençli olmasını sağlamaktadır. Toprakta organik karbonun kaynağı bitkisel ve hayvansal atıklardır. Mikroorganizmalar karbon ihtiyacını karşılamak için büyük ölçüde bu karbonlu bileşiklere ihtiyaç duyarlar. Organik maddenin heterotrofik mikroorganizmalar tarafından parçalanması ve bitki solunumu, topraktan atmosfere salınan karbonun önemli kaynağını oluşturur. Karbondioksit karbonun gaz hali olup, atmosferdeki konsantrasyonu hızla artan bir sera gazıdır. Bu durum karbonun (C) topraklarda depolanması çalışmalarının önemini artırmaktadır. Karbon topraklarda son derece dinamik bir yapıya sahip olmakla birlikte, küresel C bütçesinin de önemli bir kısmını oluşturmaktadır (1300 ile 1500 Petagram C (1 Petagram = 1015 gram)). Topraklar yönetim sistemlerine bağlı olarak C için bir depo veya atmosferdeki artan CO2 için bir kaynak teşkil edebilir. Atmosferdeki CO2 artışındaki en büyük payı fosil yakıtlar teşkil etmekle birlikte, arazi kullanımındaki değişiklikler de bu artışın sebeplerinden biridir. Karasal ekosistemde topraklar en büyük C havuzunu oluşturmakta ve yılda fosil yakıtların yakılmasıyla salınan CO2’in 10 katını atmosfere gaz halinde salmaktadır. Fakat topraklar tarafından salınan bu CO2 gazının büyük bir kısmı bitkiler tarafından yeniden asimile edilerek organik yapıya bağlanabilmektedir. Topraktan atmosfere salınan bu CO2 gazı miktarındaki küçük bir artış, bu havuzun büyüklüğünden dolayı atmosferdeki CO2 konsantrasyonu üzerinde daha büyük bir etkiye sahip olacaktır.
Tarımın atmosferdeki CO2 konsantrasyonu üzerine etkisini azaltabilmek, toprakta organik maddenin korunmasını ve iyi bir şekilde muhafazasını gerektirir. Toprak organik maddesi toprağın önemli bir öğesini teşkil etmektedir ve topraklarda organik maddenin korunması ve artırılması iyi bir toprak yönetim sistemi gerektirir. Bu yönetim sistemleri, yüksek ve sürekli bir bitkisel üretim ve minimum toprak işleme tekniklerinden oluşmaktadır. Toprakların tarımsal işlemeye açılması, organik C düzeyinin azalmasına ve bunun bir sonucu olarak da atmosfere salınan CO2 miktarının artmasına sebep olmaktadır. Organik C düzeyinin azalması aynı zamanda topraklarda fiziksel yapının bozulmasına ve bunun bir sonucu olarak da topraklarda verimliliğin azalmasına ve toprakların erozyona daha duyarlı bir hale gelmesine sebep olmaktadır.
Toprak işleme teknikleri, topraklardaki agregatların kırılmasına ve agregatlar içerisinde fiziksel olarak korunan organik maddenin mikroorganizmalar tarafından parçalanmasına sebep olmaktadır. Agregatlaşma, çeşitli faktörlerin etkisi ile topraktaki teksel taneciklerin bir araya gelerek gruplar oluşturması olarak tanımlanmaktadır. Toprakta agregatlaşma en az iki şekilde gerçekleşmektedir. Saf toprağın süspansiyonunda agregatların oluşumu ve tespit edilmesi ve agregatların farklı enerji miktarlarıyla topraktan ayrılmasıdır. Büyük agregatlar küçük agregatlara göre daha büyük gözeneklere sahiptirler. Bundan dolayı agregatlar küçüldükçe, parçalar arasındaki temas artar, parçalar arasındaki bağ kuvvetlenir ve agregatların gerilim kuvveti artar. Agregatlar periyodik olarak parçalanarak tekrar oluşabilmektedirler. Toprak agregatları genelde makro agregatlar (>250 µm) ve mikro agregatlar (<250 µm) olmak üzere iki sınıfta incelenmektedir. Mikro agregatlar primer toprak taneciklerinin ve daha küçük mikro agregatların birleşiminden oluşmaktadır. Mikro agregatların oluşumunda yer alan birleştirici faktörler; humifiye olmuş organik materyal, çok değerlikli metaller ve katyonlar, bitki kökü ve mantari hifleri, polisakkaritler, bitkisel veya mikrobiyal atıklar, amorf demir ve alüminyum oksitlerdir. Makro agregatlar ise mikro agregatların bir araya gelmesinden oluşmaktadır. Arazi kullanım teknikleri toprakta mikro ve makro agregat dağılımını ve bunun bir sonucu olarak da toprakta fiziksel karbon fraksiyonlarını etkileyebilmektedir. Bununla birlikte mikroorganizma faaliyeti topraklardaki agregat oluşum ve stabilitesi üzerine önemli bir etkiye sahiptir. Mantar faaliyeti yoğun olan topraklarda genelde makro agregat oluşumu fazla iken bakteriyel faaliyetlerin yoğun olduğu topraklarda mikro agregat oluşumu fazla olmaktadır.
Agregatlar toprakta organik karbonun depolanması ve korunumun da kilit görevi görmektedir. Toprak işleme toprakta agregat oluşumu ve stabilitesi üzerine olumsuz bir etkiye sahiptir. Bunun sonucu olarak, yoğun toprak işleme organik maddenin oldukça hızlı bir şekilde kaybına neden olmaktadır. Orman örtüsü altında gelişen topraklarda agregat oluşum düzeyleri tarım toprağına göre daha iyi olmaktadır. Genellikle kaba tekstürlü topraklardaki agregatlar, ağır tekstürlü topraklardaki agregatlara göre toprak işleme tekniklerine karşı çok hassas olup, kolayca kırılabilmektedirler.
Topraklarda organik karbonun depolanması topraklarımızın fiziksel ve kimyasal özelliklerini iyileştirecek ve bunun bir sonucu olarak bitkisel üretimimiz artacaktır. Farklı arazi kullanımları altında bulunan topraklarda organik C’un fiziksel ve biyolojik fraksiyonlarındaki değişimler belirlenerek, her bir arazi kullanımı altında organik C’un depolandığı fiziksel karbon fraksiyonları ve bu fraksiyonların biyolojik karbon fraksiyonlarıyla olan ilişkileri ortaya konacaktır.
Yıllardır geleneksel toprak işleme yöntemleriyle işlenen topraklardaki C ve Azotun (N) fraksiyonlarındaki değişme, tarım arazisi ile doğal (mera ve orman) arazilerden alınan toprak örneklerinde incelenecektir. Bu çalışma ile yarı kurak bir iklime sahip olan Tokat’ta tarım arazilerinde, mera ve orman arazisi olarak kullanılan alanlarda organik C ve N’ın depolandığı, agregat fraksiyonları ve bu fraksiyonlardaki arazi kullanımına bağlı değişimler ve bunların biyolojik karbon fraksiyonlarıyla olan (mineralize olabilen, mikrobiyal ve ayrışmaya dayanıklı havuzlar) ilişkileri belirlenecektir. Toprak organik C ve N’u aynı zamanda iyi bir toprak kalite göstergesi olmaktadır. Farklı yönetim sistemleri altında toprak organik maddesindeki değişmeler yavaş iken, bazı fraksiyonlar (mikrobiyal biokütle ve mineralize olabilen C ve N) değişmelere çok daha duyarlı olup iyi bir değişim belirleyici görevi görmektedir.
2. LİTERATÜR ÖZETİ
Topraklar yapısal olarak farklılık gösterirler, bu farklılıklar topraklardaki değişik faktörler tarafından meydana gelmektedir. Toprak yapısındaki bu gelişmeler, topraktaki fiziksel, biyolojik ve çevresel faktörler arasındaki ilişkiye bağlıdır. Plante ve ark., (2006) yapmış oldukları çalışmayla organik karbon dağılımının nasıl değiştiğini göstermiş ve toprakta karbon döngüsünü etkileyen faktörlerin (sıcaklık artışı, yağış miktarı ve tarımsal faaliyetler) ortadan kaldırıldığında döngünün makul derecede sabit olduğunu belirlemiştir. Toprak karbon dinamiklerinin iyi bir şekilde araştırılabilmesi için topraktaki fiziksel parçalanma olaylarının daha iyi bilinmesi gerekir. Biyolojik yöntemler genellikle toprak organik maddesinin parçalanma hızını tanımlamakta ve farklı organik karbon havuzlarının büyüklüğünü ve devrini tahmin etmek amacıyla kullanılırlar (Gregorich ve ark., 2006). Avustralya’nın Güney Wales bölgesinde, 5 farklı tarımsal kullanımda toprak agregatlarına bağlı organik karbon oranı Chan (2001) tarafından araştırılmıştır. Yapılan çalışmada, toprak parçacıklarına bağlı organik karbonun toplam organik karbonun % 42-74’ünü oluşturduğu, bu miktarın uzun süreli mera olarak kullanılmış topraklarda daha fazla olduğu, meradan tarıma dönüştürülen topraklarda ise hızla azalma eğiliminde olduğu gözlenmiştir.
Güney Brezilya’da birbirine komşu doğal orman, tarım ve otlaktan ormana dönüştürülen arazilerde yapılan çalışmada mikrobiyolojik olarak toprak kalitesinin karbon ve azot dengesi ile ilgili olduğu belirlenmiştir (Nougeira ve ark., 2006). Arazi kullanımı ve sürdürülebilirlik açısından ormanların tarıma açılması ve toprak yönetimi gibi dış faktörlerin biyolojik göstergeler üzerinde etkili olduğunu belirleyerek, farklı arazi kullanım sistemlerinin toprağın mikrobiyolojik ve kimyasal özelliklerini etkileyebileceğini tespit etmişlerdir. Toprak işleme ile agregat oluşumu ve bu agregatların stabilitesi arasında genellikle ters bir ilişki bulunmaktadır. Bunun nedeni olarak ise yoğun bir şekilde gerçekleştirilen toprak işlemenin toprak organik maddesinin hızlı bir şekilde kaybına neden olması olarak gösterilmektedir. Orman toprakları ile işlemeli tarım yapılan topraklar karşılaştırıldığında agregatlaşma düzeyleri işlenen topraklarda daha az olmaktadır. Yoğun toprak işleme ve agregatların ıslanma kuruma durumu organik karbon içeriğinin azalmasına neden olmaktadır (Chenu ve ark., 1999).
Toprak işlenmesinin kısa dönemli etkileri ile ilgili çalışmalarda (örneğin, 1-4 yıl), toplam organik karbon içeriği önemli ölçüde değişmezken, mikrobiyal biyokütleye bağlı C’da büyük değişimler ortaya çıkmıştır. Karışık ürün rotasyonunda (4 yıl işlemeli tarım ve 4 yıl mera olan alanda) toprak organik karbonun da önemli değişiklikler saptanmıştır. Mikrobiyal biyokütle C ve agregat dengesi işlemeli tarım yapılan dönemde büyük oranda azalırken otlak (mera) döneminde hızla artmıştır (Haynes ve Swift, 1990; Haynes ve ark., 1991). Benzer bir çalışmada biyokütle karbonu ile agregat dengesi arasındaki ilişkinin 3 yıl çayır ve kaba yonca (Medicago sativa L.) altında en yüksek seviyeye çıktığını ve 3 yıl soya fasulyesi (Glycine max (L.) Merr) veya mısır (Zea mays L.) altında ise en düşük seviyede olduğunu, fakat organik karbon içeriğinin değişmeden kaldığını ortaya koymuştur (Drury ve ark., 1991). Robertson ve ark., (1991) agregat dengesinin ve biyokütle karbonun iki yıllık çayırdan sonra arttığını fakat organik karbonun değişmeden kaldığını gözlemlemiştir. Uzun dönemli toprak işleme çalışmalarında (5-8 yıl), toprakların agregat dengesinin toprakların toplam organik karbon içeriğinden daha çok biyokütle karbondaki değişikliklerle ilgili olduğunu gözlemlenmiştir (Sparling ve Shepherd, 1986; Hart ve ark., 1988; Sparling ve ark., 1992). Kuzey Çin’in Bashang bölgesinde doğal bir otlağın işlemeli tarıma açılmasıyla birlikte toprağın yapısında bozulmanın meydana geldiği ve bunun sonucu olarak toprak tekstürünün kabalaştığı ve organik karbon içeriğinin azaldığı saptamışlardır (Zhao ve ark., 2004). Saviozzi ve ark., (2001) tarafından yapılan çalışmada uzun süre tahıl üretiminin yapıldığı arazide organik karbon içeriğinin otlağa göre %70, kavaklığa göre %60, toplam azotun ise sırasıyla %15 ve %26 daha az olduğunu göstermiştir. Buna göre uzun süre tahıl yetiştirilen arazideki toprak kalitesinin diğerlerine göre belirgin bir azalma gösterdiği bildirilmiştir. Koçyiğit (2006), tarafından Tokat’ta yapılan bir çalışma mera toprakları buğday vejetasyonu altındaki topraklara oranla iki kat daha fazla C ve N içeriğine sahip olmuştur. Buğdayda meraya göre oransal olarak daha fazla mineralize C ve N saptanırken, mikrobiyal biyokütle de tam tersi bir durum ortaya çıkmıştır. Buğday meraya kıyasla hızlı karbon döngüsü ile birlikte daha dinamik karbon kaynaklarına sahip olmuştur. Bu hızlı karbon döngüsü ve daha dinamik karbon kaynakları yoğun toprak işlemenin toprak strüktürüne yapmış olduğu tahribatın bir sonucudur.
Orman ekosistemlerinde depolanan karbon, küresel karbon stokunun önemli bir kısmını oluşturur. Dünyada, ormanlar bitkiler tarafından depolanan karbonunun % 70’ni ve
toprak karbonunun ise % 20’ni içermektedir (Amthor, 1998). Orman topraklarının ortalama karbon içeriği oldukça fazladır. Post ve ark., (1982) soğuk iklimdeki ormanların genellikle sıcak iklim ormanlarının yaklaşık iki katı daha fazla karbon içerdiğini ifade etmiştir.
Birçok çalışma orman alanlarının tarıma açılmasıyla fazla miktarda karbon kayıplarının olduğunu göstermektedir. Ellert ve Gregorich (1996) sıcak bölgedeki orman topraklarının tarıma açılmasıyla 30 yıl içerisinde A ve B horizonlarında bulunan karbonun %30-35’inin kaybedildiğini belirlemişlerdir. Diğer taraftan ormanların yok olmasından sonra meydana gelen karbon kayıpları, ormanların yeniden yetiştirilmesi ile kazananılabileceğini göstermektedir. Tarım alanlarının ormana dönüştürülmesiyle atmosferden uzaklaşan karbon küresel karbon döngüsünde “kayıp olarak” varsayılmıştır. Bu durum, küresel karbon döngüsünde ormanların rolünü ve artan atmosferik karbondioksit birikimlerine doğanın gösterdiği tepkiyi ortaya koymaktadır. Ormanlarda karbonun ayrışma potansiyeli ve karbonun ayrışma oranı hakkında önemli çalışmalar yapılmıştır (Rollinger ve ark., 1997; Post ve Kwan 2000). Post ve Kwan (2000) ağaçlandırma yapılmış bir alanda yıldan yıla farklılık göstermekle birlikte ortalama 0,596 t C ha-1yıl-1 birikiminin sağlandığını ortaya koymuştur. Jenkinson (1971) tarım alanının meşe ormanına dönüştürülmesiyle yılda 0,596 t C ha-1 bir artış saptamıştır.
Mikrobiyal biyokütle, karbon ve agregat oluşumu arasında yakın bir ilişki vardır. Mikrobiyal populasyonun üretmiş olduğu ekstrasellüler maddeler ve mantarların oluşturdukları polisakkaritler toprağı ağ gibi sararak agregatlaşmada önemli rol oynar. Uzun süreli denemelerde mikrobiyal biyokütle karbonunun toprak organik karbon içeriği ile doğrudan ilgili olduğu anlaşılmaktadır (Sparling, 1985). Bununla birlikte, kısa süreli denemelerde, toprak işleme uygulaması mikrobiyal biyokütle karbon ve agregat dengesini etkilemektedir (Jenkinson ve Ladd, 1981). Aslında, kısa süreli denemelerde toplam organik karbondaki küçük değişimleri saptamak oldukca zordur (örneğin 1-4 yıl) ve mikrobiyal biyokütle toplam organik karbonunun sadece küçük bir kısmını kapsamaktadır (% 1-4) (Churchman ve Tate, 1987; Haynes, 1983). Genel olarak, mikrobiyal biyokütle toprak organik maddesinin ne kadar dinamik olduğunu gösteren en hassas göstergedir.
Güneydoğu Swaziland’da toprak kullanımı ve amenajman uygulamalarının toprak özellikleri üzerine etkisi araştırılmış (Materechara ve Mkhabela, 2001). Bu çalışma nadasa bırakılmış arazi, terk edilmiş arazi ve 12 yıldan beri mısır tarımı yapılan bir arazi olmak üzere üç farklı arazi kullanımında yürütülmüştür. Araştırma sonucunda, mikroagregat oranının mısır tarımı yapılan arazide %26.4, nadas altındaki arazide %10.1, terk edilmiş arazide %6.9 olduğu belirlenmiştir. Hart ve ark., (1988) sürüm altındaki topraklarda organik karbon ve mikrobiyal biyokütle karbonundaki azalmayı gözlemlemiştir. İlk 5 yılda, mikrobiyal biyokütle karbonu toplam organik karbondan daha hızlı bir şekilde azalmıştır. Benzer olarak, agregat dengesinde de bir azalma gözlemlenmiştir.
Organik karbon ve azot önemli toprak kalite göstergelerinden olup arazi kullanımından oldukça etkilenmektedir. Toprak organik maddesinin arazi kullanımına bağlı değişimi yavaştır. Bununla beraber toprak organik maddesinin bazı fraksiyonları toprak yönetim sistemlerine daha duyarlıdırlar. Toprak organik karbonu mikrobiyal biokütle C ve N, potansiyel mineralize olan C ve N (Co ve No) ve ayrışmaya dirençli C ve N’dan oluşmaktadır. Farklı yönetim sistemlerine bağlı olarak potansiyel mineralize olan C ve N toprak organik madde değişiminin iyi bir göstergesi olabilir. Potansiyel olarak mineralize N, bitkiler tarafından alınabilir N’nin iyi bir indeksidir. Tarıma açılmamış alanların tarıma açılması, ilk yıllarda toprak organik maddesinde hızlı bir düşüşe neden olur ve ekosistem yeni sabit bir duruma ulaştığında dengelenir. Tarımsal uygulamalardaki karbon kaybı toprak işlemenin bir sonucudur. Toprakların işlenmesi havalanmayı artırarak karbon oksidasyonunu hızlandırır ve mineralizasyona maruz kalan toprak organik maddesinin yüzey alanını artırır. İşlenmiş topraklardaki karbon miktarındaki azalma toprağı işleme tarzına ve yoğunluğuna bağlıdır.
Orman topraklarında makro agregatlara bağlı organik karbon miktarı mevsimsel olarak değişim gösterebilir (Spycher ve ark., 1983). Mevsimsel değişimler tarım topraklarında daha az belirgindir, bununla birlikte makro agregatlara bağlı organik madde tarım sistemlerindeki farklılıkları göstermektedir (Camberdalla ve Elliott, 1992). Makro agregatların miktarı işlenmemiş orman ve otlak gibi topraklarda artar. Orman alanları ve otlaklar tarım arazisine dönüştürüldüğünde, makro agregatlara bağlı karbon zaman içerisinde hızla azalmakta, makro agregatdaki azalma toprak karbonundaki kaybın
önemli bir kısmını oluşturmaktadır. Yapılan araştırmalar toprak işleme yöntemleri, arazi kullanımı ve bitki örtüsündeki değişmede karbon depolanmasındaki kısa dönemli değişimlerin belirlenmesinde makro agregatlar önemli bir role sahiptir (Greenlend ve Ford, 1964; Richter ve ark., 1975; Leuscher ve ark., 1981).
Otlakların işlemeli tarıma dönüştürülmesi organik karbon miktarında azalmaya neden olur. Bu durum makro agregatların parçalanıp organik karbonun ayrıştırılmasına bağlanabilir. Toprak işleme ile makro agregatlara bağlı karbon miktarının azalmasıyla birlikte mikro agregatlara ve toprak taneciklerine bağlı karbon etkin hale gelir. Böylece, makro agregatlara bağlı organik karbon kısa süreli depolanan biyolojik karbon için iyi bir depodur. Makro agregatların korunması, otlak alanlarında karbon döngüsünün düzenlenmesi için önemli bir yer tutar.
Denef ve ark., (2001) ıslanma ve kurumanın agregat stabilitesi, toprak organik madde dinamiği, mantar ve bakteriyel populasyon üzerine etkilerini siltli tın bünyeye sahip bir toprakta incelemişlerdir. Toprakta meydana gelen ıslanma ve kuruma olaylarının agregat döngüsünü ve toprak organik maddesinin parçalanmasını artırdığını belirlemişlerdir. İlk yapılan ıslanma ve kurumanın makro agregat miktarında % 30 dan % 21’e varan bir azalma meydana getirdiği, bununla beraber ikinci ıslanma ve kuruma olaylarından sonra ise makro agregatların parçalanmaya karşı direnç kazandıklarını bildirmişlerdir.
Humic moleküller ve polisakkaritler mikrobiyal metabolizmanın esas ürünleri olduğundan, mikroagregat oluşumu yüksek mikrobiyal aktiviteye sahip olan topraklarda oluşur. Mikrobiyal biyokütlenin topraktaki miktarı yaklaşık 50 kg ha-1, bununla birlikte toprak organik karbonunun sadece %1-3’ünü içerir ve toprak hacminin % 0,0001’lik bir kısmını oluşturabilir (Sparling, 1985). Mikroorganizmaların yaşamların sürdürüp çoğalmaları için besin maddesine ihtiyaç duyarlar, bu nedenle bitkisel ve hayvansal atıkların bulunduğu yerlerde daha aktiftirler. Hisset ve Gray (1976) kumlu topraktaki bakterilerin % 64’nin serbest organik metaryalle ilgili olduğunu göstermişlerdir.
Makroagregat oluşumu, mikroagregat ve diğer parçaların (örneğin: kum parçaları, kökler, kök saçları, mantar hifleri) bir araya gelmesiyle ortaya çıkabilir. Toprak faunası (örneğin: solucanlar) makroagregatların oluşumu için öncü görevi görür. Organik
madde toprakta agregat dengesini etkilediğinden, organik madde durumu evrensel olarak agregat oluşum modelinde kullanılmaktadır (Oades ve Waters, 1991). Topraktaki makro agregatların temelini oluşturan mikroagregatlar bağlayıcı yapı maddeleri ile bir araya gelerek makroagregatları oluştururlar (Edwards ve Bremmer, 1967). Mikroagregatlar birbirine tutkalımsı organik maddelerle bağlanır, bunlar geçici bağlanma araçları olarak tanımlanır (Tisdall ve Oades, 1982). Bu oluşumlar mantar hifleri ve bitki kökleri ile bağlanarak da makroagregatların oluşumuna katkı sağlar.
Genellikle tarımsal uygulamalar toprakta organik madde seviyesinin düşmesine ve toprağın fiziksel özelliklerinin bozulmasına neden olur. Bu durum toprağın besin dengesinin bozulması ve bitkisel üretimin düşmesiyle sonuçlanır. Yapılan bir araştırmada tarıma açılmamış otlakta toplam karbon miktarının % 3.74 iken, bu oranın ekili alanda %1.66’ya düştüğü belirlenmiştir (Whitbread ve ark, 1996). Yine aynı çalışmada topraktaki mikroagregat miktarının sürümle birlikte % 8.3 oranında artığı ortaya konulmuş ve tarım alanlarının erozyona daha eğilimli olduğu sonucuna varılmıştır. Tarım yapılan toprakta, makro agregatlarda (>250 µm) ise önemli bir düşüş tesbit edilmiştir. Topraktaki agregat durumu toprak organik maddesinin fonksiyonunda anahtar bir rol oynar. Genellikle makro agregatlar tarımsal faaliyetlere karşı oldukça hassastırlar (Janzen ve ark., 1982; Cambardella ve Elliott, 1992).
Organik madde toprakta farklı mekanizmalarla korunup muhafaza edilebilir (Jastrow ve Miller, 1997). Serbest organik C, toprakta mineral maddeler ile ilişkili olmayan ve agregatlar tarafından korunmayan C olarak tanımlanır. Toprakta biyokimyasal ayrışmaya dirençli karbonun ortalama yaşı 1300 – 1500 yıldır (Golchin ve ark., 1994 ; Six ve ark., 2001). Bu organik karbonun, optimum çevresel şartlarda bile ayrışımı oldukça yavaştır (Paul ve ark., 1997; Paul ve ark., 2001). Organik karbonun bu fraksiyonu silt ve kil mineralleri ile ilişkilidir (Paul ve Clark, 1989). Toprağın yapısı organik karbon fraksiyonlarını kimyasal ve fiziksel olarak korumaktadır. Serbest organik karbon ile biyokimyasal olarak korunan karbonun toprak yapısı ile ilişkisi olmayabilir.
Mikrobiyal biyokütle karbonu, toprak işleme ve arazi kullanımı gibi uygulamalarla toprak organik maddesindeki değişimin bir göstergesi olarak kullanılabilir (Carter,
1986; Powlson ve ark., 1987; Hart ve ark., 1988). Mikrobik biyokütle toprakta besin maddelerinin en değişken deposu ve organik maddenin yapısındaki besin maddelerinin yarayışlılığını kontrol eden en önemli mekanizmadır. Bundan dolayıda toprakta en önemli döngülerden olan C ve N döngüsünü kontrol eder (Carter ve Rennie, 1984; McGill ve ark., 1986). Topraktaki mikrobiyal biyokütlenin miktarı toprak katmanı, elverişli su miktarı, organik maddenin durumu ve toprak sıcaklığı tarafından kontrol edilir (Van Veen ve ark., 1984; McGill ve ark., 1986). Mikrobiyal biyokütle mineral bitki besinlerin toprakta korunması ve organik besinlerin bitkiye yarayışlı hale dönüştürülmesinde, özellikle dışardan bitki besin maddesinin ilave olmadığı doğal ekosistemlerde önemli rol oynar (Wood-mansee, 1978., Clark, 1977) .
Toprağın organik madde içeriği genellikle bitki örtüsünün temizlenmesi ve toprağın işlenmesi ile hızlı bir şekilde düşmektedir. Organik maddedeki düşüş oranları toprak işleme metotlarına, toprak tipi ve iklimsel şartlara bağlı olarak değişmektedir. Bowman ve ark, (1990) ekili alanlardaki besin kaybını 0, 3, 20 ve 60 yıllarda araştırmıştır. Toplam C, N ve P 60 yılda % 55-63 oranında düşmüştür, fakat bu düşüşün yarısından fazlası ekimin ilk üç yılında gerçekleşmiştir.
3. MATERYAL VE METOT
3.1. Materyal
Tokat ili kuzeyde Samsun ve Amasya, kuzeydoğuda Ordu, doğuda Sivas ve Yozgat illeri ile çevrili bulunmaktadır. Örnekleme alanı Tokat ili ile Almus ilçesi arasında 15 kilometrede, 39° 52ı- 40° 55ı kuzey enlemleri, 35° 27ı - 37° 39ı doğu boylamları arasında bulunmaktadır.
3.1.2. İklim
Tokat ili, Orta Karadeniz Bölgesinin iç kısmında yer alır. Konumu nedeniyle Karadeniz, İç Anadolu ve Doğu Anadolu Bölgeleri arasında yarı kurak karakterli geçit bölgesi iklim koşullarının etkin olduğu bir iklime sahiptir. Tokat’ta yazlar sıcak ve kurak, kışlar soğuk ve yağışlı geçer.
Toprak ve Su kaynakları Tokat Araştırma Enstitüsü Müdürlüğü Meteoroloji İstasyonunun kırk bir yıllık (1965–2006 ) gözlemlerine göre, yıllık yağış toplamı 454,68 mm, aylık yağış ortalaması 37,9 mm’dir (Çizelge 3.1). En fazla yağış ilkbaharda, en az yağış ise yaz aylarında düşmektedir. Yıllık yağışın % 37’si ilkbahar, % 13’ü yaz, % 23’ü sonbahar ve % 27’si kış aylarında düşmektedir. Yıllık ortalama sıcaklık 11,9 ○C, en soğuk ay 1,3○C ile Ocak, en sıcak ay 22○C ile Temmuz ayıdır.
Tablo 1. Tokat Toprak ve Su Kaynakları Araştırma Enstitüsü Müdürlüğü Meteoroloji İstasyonunun 41 Yıllık (1965-2006) Rasatlarına Göre İklimsel Değerler AYLAR HAV. SI C. ORT. MA X . SIC . Mİ N. SI C. TOP .Ü ST .M İ N .S IC. TOP .5 cm ORT. TOP .1 0 c m ORT. TOP .2 0 c m ORT. TOP 50 c m ORT. AYLI K TOP.YA ĞIŞ GÜN. MAX. YA ĞI Ş BUH ARLA Ş MA T O P. GÜN. MAX. BUH AR Nİ SB İ NEM Nİ SB İ NEM Mİ N. GÜNE Ş RAD. GÜN. ORT . Ekim 12,5 34,1 -4,8 -16,5 14,7 15,1 15,7 17,2 38,0 38,7 0,0 0 66,6 6,0 3,0 Kasım 7,0 28 -12,8 -20,5 8,2 8,6 9,3 11,9 46,2 38,3 0,0 0 70,9 11,0 1,9 Aralık 3,2 25 -28 -26,5 4,1 4,5 5,3 17,1 46,4 56,4 0,0 0 72,6 12,0 3,4 Ocak 1,3 20,8 -26,5 -36,4 2,6 2,8 3,4 5,5 41,1 27,5 0,0 0 69,9 15,0 4,1 Şubat 2,8 23,3 -31,6 -34,3 3,9 3,9 4,2 5,6 36,0 46,8 0,0 0 64,9 3,0 6,9 Mart 7,0 29,8 -27,1 -26,9 7,9 7,8 7,6 7,9 42,7 38,4 0,0 0 60,7 0,0 9,2 Nisan 12,5 35,1 -6,1 -14,5 13,6 13,4 12,9 12,1 64,5 45,2 7,4 9,8 60,3 0,0 12,5 Mayıs 16,1 36,5 -2,9 -12,4 18,4 18,2 17,5 16,1 63,5 37,6 140,4 21,8 61,6 4,6 15,5 Haziran 19,5 38,8 0,5 -7,2 16,2 22,1 21,3 19,9 39,9 51,9 195,6 23,2 58,7 7,0 17,9 Temmuz 22,0 42,1 4,5 -3,5 25,6 24,9 24,0 22,6 11,0 27,3 200,3 14,2 55,8 7,0 16,7 Ağustos 21,9 40,1 3,3 -4,3 25,6 24,9 24,2 23,3 7,4 23,6 182,9 13 57,3 9,0 15,4 Eylül 17,4 38,5 -3,3 -12,4 20,7 20,6 20,5 20,8 18,1 38,9 127,2 10,6 59,2 8,0 12,2 Toplam 143,2 392,1 -135 -215 161,47 166,7 165,9 180,1 454,68 470,6 853,8 92,6 758,5 82,6 118,78 Ortalama 11,9 32,7 -11,2 -18,0 13,456 13,9 13,8 15,0 37,9 39,2 71,2 7,7 63,2 6,9 9,9 Max 22,024 42,1 4,5 -3,5 25,6 24,9 24,2 23,3 64,497 56,4 200,3 23,2 72,6 15 17,9 Min 1,3493 20,8 -31,6 -36,4 2,6 2,8 3,4 5,5234 7,4 23,6 0,0 0,0 55,8 0 1,9
3.2. Metot
3.2.1. Örnekleme
Bu çalışma Tokat çevresinde (39° 52ı- 40° 55ı kuzey enlemleri, 35° 27ı - 37° 39ı doğu boylamları) doğal mera, orman ve tarıma açılmış alanlarda yürütülmüştür. Her bir arazide, araziyi iyi bir şekilde temsil edebilecek dört farklı örnek alma yeri seçilmiş ve örnekler hep aynı yerden alınmıştır. Her bir arazide seçilmiş olan 4 farklı lokasyonun her birinden 3 farklı örnek alınıp bu örnekler komposite edilmiştir ve bütün analizler bu komposite örneklerde yapılmıştır. Böylece her bir arazi kullanımından toplam 12 adet komposit örnek alınmıştır.
Bu çalışmada toprak örnekleri, 0–5, 5–15 ve 15–30 cm derinliklerinden ilkbaharda el burguları ile alınmıştır. Alınan bu örnekler analiz anına kadar 5 oC’ de bekletilerek, bekleme süresince oluşabilecek değişmeler minimum düzeye indirgenmiştir. Daha sonra bu örnekler 4 mm’ lik elekten geçirilerek bitki kökleri ve büyük materyaller uzaklaştırılmış ve toprak örnekleri homojen bir hale getirilmiştir. Bu örneklerden 10 gr alınarak 105 oC de 24 saat kurumaya bırakılarak nem içerikleri belirlenmiştir. Toprakların kuru hacim ağırlıklarını belirlemek için bozulmamış örnekler alınarak toprakların kuru hacim ağırlıkları belirlenmiştir.
3.2.2. Analiz Yöntemleri
Analize hazır hale getirilen toprak örneklerinde tekstür, toprak reaksiyonu (pH), organik madde (%), kireç (%), hacim ağırlığı, tarla kapasitesi, biyolojik karbon ve azot fraksiyonları (mikrobiyal biokütle karbon ve azot, mineralize olan karbon ve azot ve ayrışmaya dirençli karbon ve azot) ve fiziksel karbon fraksiyonları (serbest organik karbon, mikro ve makro agregatlar tarafından korunan organik karbon) belirlenmiştir.
Çalışma alanındaki toprakların tekstürleri Bouyocous hidrometre yöntemi ile belirlenmiştir (Bouyocous, 1951). Bu yönteme göre, 40 gr toprak örneği alınarak 100 ml
%10’luk sodyumhegzametafosfat ve 250 ml saf su ilave edilerek disperse olması için bir gece bekletilmiş. Mikserde 5 dakika karıştırıldıktan sonra tekstür silindirlerine konarak hidrometre içinde iken saf su ile 1130 ml’ye tamamlanmıştır. Karıştırıcı ile süspansiyon homojen bir hal alıncaya kadar karıştırıldıktan sonra 40’ıncı saniye ve ikinci saat hidometre okumaları alınıp sıcaklıklar ölçülerek hesaplama yapılmıştır.
Toprak reaksiyonu (pH), 1:2.5 toprak: su (w:v) karışımında belirlenmiştir (Richards, 1954). Toprakların kireç (%) içeriği 0,5 gr toprak örneği alınarak Scheibler kalsimetresinde karbondioksit çıkış hacmine göre kireç içeriği belirlenmiştir (Çağlar, 1949). Toprakların kuru hacim ağırlığı, 100 cm3 hacme sahip çakma silindirler kullanılarak alınmış örnekler 105 ºC deki etüvde 48 saat bekletilerek toprağın hacim ağırlığı bulunmuştur (Blake ve Hartge, 1986). Tarla Kapasitesi; laboratuarda basınç plakaları ile 1/3 atmosfer basınca tabi tutularak belirlenmiştir (Klute, 1986).
Organik madde Walkley- Black metodu ile belirlenmiştir. Buna göre, 0,5 gr toprak örnekleri 500 ml’lik erlenmayerlere konularak üzerlerine 10 ml 1 N K2Cr2O7 (potasyum dikromat) çözeltisi katılmış, 20 ml konsantre sülfürik asit konulup bir dakika karıştırıldıktan ve 30 dakika bekletildikten sonra 200 ml saf su ile 3-4 damla o-fenontrolin kompleks indikatörü katılarak FeSO4.H2O (demirsülfatheptahidrat) çözeltisiyle ortamın rengi maviden kırmızıya dönene kadar titre edilmiş ve bulunan değerden yola çıkarak hesaplama yapılmıştır (Tüzüner, 1990). Toprak örneklerindeki toplam organik C miktarı Walkley-Black metoduyla belirlenmiştir (Robinson ve ark., 1996). Toplam N miktarı Kjeldahl asit digestion yöntemiyle belirlenmiştir (Chapman ve Pratt, 1961). Toprak örneklerindeki toplam organik N miktarını belirlemek için toprak örneklerindeki inorganik N’lar (NO3- ve NH4+) 1 M KCl çözeltisiyle extrak edilerek destilasyonla belirlenmiştir. Belirlenmiş olan inorganik N’lar toplam N’dan çıkarılarak örneklerdeki toplam organik N miktarı belirlenmiştir.
Toplam serbest organik karbon fraksiyonlarına ayrılmış agregatların, yoğunluğu 1,8 g/cm3 ayarlanmış NaI çözeltisi kullanılarak ayrılmıştır (Elliot ve Cambardella, 1991). Örnekler santrifüj edildikten sonra çözelti üzerinde yüzen serbest organik madde alınarak vakuma bağlı filtreye aktarılacak burada saf suyla yıkanarak 70 ˚C de 15 saat kurutulmuştur. Bu işlem topraktaki serbest organik maddenin tamamını alıncaya kadar
tekrarlanmıştır. Bu serbest organik madde iyice öğütüldükten sonra toplam C ve N konsantrasyonları yukarda açıklandığı şekilde belirlenmiştir.
Agregatlara bağlı organik karbon agregatların ayrılması yöntemiyle belirlenmiştir (Le Bissonnais, 1996). Topraklar 2 mm elekten agregatları kırmadan elenir ve elek üzerinde kalan bitki materyalleri ve çakıllar atılır, elenmiş olan topraktan 100 gr alınır ve 250µ elek üzerine konur altına da 53µ elek yerleştirilir. Örnekler saf suyun yüzeyiyle temas ettirilerek ıslatılır ve daha sonra 2 dakikada 50 kez saf su içerisinde hareket ettirilir. 250µ ve 53µ eleklerin üzerinde kalan agregatlar alüminyum kaplara alınarak 50 °C bir gece kurutulur. Kurutulmuş olan agregatlar tartılır ve agregatlardan 5 gr alınarak santrifüj tüpüne konur üzerine 35 ml 1,85 gr/cm3 NaI çözeltisi konur. Elle yavaşça agregatlara zarar vermeden çalkalanır ve 2500 devirde santrifüj edilir. NaI içerisinde serbest halde bulunan organik madde filtreye aktarılarak saf su ile yıkanır. Tüp içerisinde çökelen agregat saf su ile alüminyum kaba alınır ve 50 °C kurutulur. Havanda öğütülerek toz haline getirilen örneklerde organik madde tayini yapılır. Böylece her bir agregat sınıfındaki serbest ve agregatlara bağlı organik C miktarı belirlenmiştir.
Karbon ve azotun biyolojik fraksiyonlarına ayrılması (mineralize olan, mikrobiyal biokütle ve ayrışmaya dayanıklı) laboratuar inkübasyonu ile belirlenmiştir. Mineralize olan C 23 oC de 28 gün süreyle laboratuar inkübasyonuyla belirlenmiştir (Paul ve ark. 2001, Russell ve ark. 2004). İnkübasyon çalışması için 20 gr toprak örneği alınarak 100 ml erlenmayerler içerisine yerleştirilir. Toprak örneklerinin nem içeriği su tutma kapasitesinin % 50’si olacak şekilde gereken miktarda saf su ilave edilerek ayarlandı. Bu işlemlerin sonunda örnekler içerisinde NaOH bulunan konserve kavanozlarına yerleştirilerek 28 gün süreyle 23 oC’de inkübe edildi ve CO2 miktarı geri titrasyon yöntemiyle belirlendi. Kavanozlar içerisindeki NaOH çözeltisi haftalık olarak yenilendi. İnkübasyon işleminin sonunda toprak örneklerine 2 M KCl çözeltisi ilave edilerek toplam inorganik N miktarı yukarıda belirtildiği şekilde belirlenmiştir. Başlangıç inorganik N konsantrasyonu ile inkübasyon sonunda ölçülen inorganik N konsantrasyonları arasındaki fark mineralize olan N miktarını vermiştir. Burada yapılan ölçümler farklı arazi kullanımları altındaki mineralize olan C ve N fraksiyonlarını vermiştir.
Mikrobiyal biokütle fümigasyon, inkübasyon metoduyla belirlenmiştir (Horwath ve Paul, 1994). Bu yöntemde erlenmayerler içerisine 20 gr toprak örneği tartıldı, daha sonra bu erlenmayerler ağzı açık olarak içerisinde kloroform (CHCl3) bulunan desikatöre yerleştirildi ve desikatör çeker ocak altında vakum edilerek 24 saat fümigasyona bırakıldı. Bu sürenin sonunda kloroform desikatör içerisinden alınarak desikatör bir vakuma bağlanmış ve toprak gözenekleri içerisindeki CHCl3 buharı bir kaç kez yapılan vakumla tamamen uzaklaştırılmıştır. Bu yapılan işlemle topraktaki mikroorganizmaların % 90 ’lık bir kısmı ölmüş ve % 10’luk kısmı hala canlı kalmıştır. Bu fümigasyon örneklerine paralel olarak bir de fümüge edilmemiş toprak örnekleri kontrol olarak hazırlanmıştır. Bu işlemlerin sonunda örnekler, içerisinde NaOH bulunan konserve kavanozlarına yerleştirilerek 10 gün süreyle 25 oC’de inkübe edilmiş ve CO2 miktarı geri titrasyon yöntemiyle belirlenmiştir. Bu fümige edilmiş ve fümige edilmemiş örnekler arasındaki fark mikrobiyal biyokütle C’u vermiştir. Bu örneklerde mikrobiyal biyokütle N belirlemek için örnekler 2 M KCl çözeltisiyle ekstrakte edilmiş ve çözeltideki NO3- -N ve NH4+-N miktarları belirlenmiştir.
3.2.3. İstatistiki Analiz Metotları
Elde edilen veriler Varyans Analizi (ANOVA) ve en küçük ortalama fark testi (LSD) yapılarak α = 0.05 önemlilik düzeyine göre SAS (SAS Institute Inc., 1996) kullanılarak değerlendirilmiştir.
4. ARAŞTIRMA SONUÇLARI VE TARTIŞMA
4.1. Toprakların Fiziksel ve Kimyasal Özellikleri
Bu çalışmada kullanılan toprakların % kum, silt ve kil içerikleri Tablo 2 de verilmiştir. Toprakların kum, silt ve kil içerikleri arasındaki fark istatiksel olarak önemli bulunmuştur. Derinlikle toprağımızın tekstürü arasında da önemli farklılık bulunmamaktadır. Arazi kullanımı ile derinlik arasındaki interaksiyon önemli çıkmamıştır.
Tablo 2. Toprak tekstürünün arazi kullanımı ve derinliğe bağlı (0-5, 5-15 ve15-30 cm) olarak değişimi.
Arazi Kullanımı Derinlik cm
% Kum % Silt % Kil
Mera 0-5 50,09 (1,44) a* 27,19 (0,80) a 22,73 (1,95) a 5-15 48,34 (3,20) a 27,38 (1,73) a 24,29 (2,16) a 15-30 50,84 (2,19) a 25,31 (1,07) a 23,85 (1,98) a Orman 0-5 43,96 (1,18) b 24,38 (0,36) b 31,66 (1,39) b 5-15 41,46 (1,56) b 24,25 (0,44) a 34,29 (1,85) b 15-30 43,96 (2,07) b 27,19 (2,12) a 28,85 (3,85) a Tarım 0-5 40,71 (0,99) b 23,13 (0,49) b 35,98 (0,51) b 5-15 40,53 (1,20) b 23,31 (0,67) ba 36,16 (0,99) b 15-30 39,59 (0,60) b 23,19 (0,51) a 37,23 (0,38) b Arazi Kullanımı 0,0001 0,003 0,0001 Derinlik ns ns ns Arazi Kullanımı*Derinlik ns ns ns
( ) parantez standart hatayı göstermektedir (n = 4). * Farklı harfler aynı kolon ve derinlikteki farkı gösteriyor. ns: önemsiz
Tarım toprağının kil içeriği orman ve mera toprağının kil içeriğinden fazladır. Bu ana materyalin özelliği ile ilgili olup, ayrışma derecesine bağlıdır. Silt içeriğini derinlikle karşılaştırdığımızda tarım toprağının silt içeriği orman ve mera toprağının silt
içeriğinden düşüktür. Kum oranlarına bakıldığında, mera toprağında tarım ve orman toprağından daha fazla bulunmuştur. Bu farklılık mera toprağındaki ayrışmanın yavaş olması veya ana materyaldeki farklılıklardan kaynaklanabilir.
Toprakların bazı fiziksel ve kimyasal özellikleri Tablo 3’de verilmiştir. Toprak pH’sı arazi kullanımı ve derinlik tarafından etkilenmemiştir. Toprak pH’sı 6.97 ile 7.18 arasında değişmiştir. Bu sonuç toprakların pH’sının nötr ve nötre yakın pH’ya sahip olduğunu ortaya koymaktadır. Grerup ve ark., (2006), yapmış oldukları çalışmada tarım yapılan bir arazide meşe ormanına göre toprak asitliğinin azaldığını bildirmişlerdir. Bu çalışmada, arazi kullanımları arasında istatistiksel olarak fark olmamakla birlikte tarım ve mera toprağında pH da bir yükselme eğilimi gözlenmektedir.
Tablo 3. Bazı fiziksel ve kimyasal özelliklerin arazi kullanımı ve derinliğe bağlı (0-5, 5-15 ve 5-15-30 cm) olarak değişimi.
Arazi Kullanımı Derinlik cm pH Kuru H. Ağır. (g cm-3) Toplam Organik Madde (%) Kireç (%) Mera 0-5 7,13 (0,05) a* 1,41 (0,03) a 2,96 (0,50) a 1,31 (0,24) a 5-15 7,17 (0,06) a 1,41 (0,09) a 2,22 (0,21) a 2,24 (0,85) a 15-30 7,13 (0,11) a --- 1,31 (0,18) a 1,72 (0,73) a Orman 0-5 7,01 (0,07) b 1,21 (0,06) b 4,73 (0,22) b 0,88 (0,34) a 5-15 6,99 (0,08) a 1,32 (0,04) a 2,49 (0,19) a 1,01 (0,06) a 15-30 6,96 (0,11) a --- 1,89 (0,11) b 1,10 (0,30) a Tarım 0-5 7,18 (0,05) a 1,14 (0,07) b 1,65 (0,04) bc 0,82 (0,07) a 5-15 6,97 (0,09) a 1,26 (0,11) a 1,62 (0,06) b 0,93 (0,08) a 15-30 7,02 (0,11) a --- 1,72 (0,07) a 0,80 (0,21) a Arazi Kullanımı ns 0,03 0,0001 0,03 Derinlik ns ns 0,0001 ns Arazi Kullanımı*Derinlik ns ns 0,0001 ns
( ) parantez standart hatayı göstermektedir (n = 4). * Farklı harfler aynı kolon ve derinlikteki farkı gösteriyor. ns: önemsiz
Kuru hacim ağırlığı değerlerine baktığımızda arazi kullanımları ile kuru hacim ağırlığı arasında önemli farklılıklar olduğu görülmektedir (p<0.05) (Tablo 3). En yüksek kuru hacim ağırlığı 1.41 g cm-3 olarak merada, en düşük kuru hacim ağırlığı 1.14 g cm-3 olarak tarım arazisinde bulunmaktadır. Derinliğe bağlı olarak kuru hacim ağırlıkları arasındaki fark istatiksel olarak önemli değildir. Arazi kullanımı ve derinlik arasındaki interaksiyonunda önemli olmadığı görülmektedir. Orman toprağında, toprak canlılarının faaliyetleri, yüksek organik madde ve yüksek kum içeriğinin bir sonucu olarak kuru
hacim ağırlığı düşük bulunmuştur. Gözenek hacmi ile hacim ağırlığı arasında ters ilişki bulunmaktadır. Gözenek hacminin artması kuru hacim ağırlığını düşürür. Bundan dolayı, orman topraklarında hacim ağırlığı mera toprağına göre daha düşük bulunmuştur. Mera toprağının yapısı otlatma ile bozulmakta, organik madde ve kök miktarı azalmakta ve sıkışma sonucu gözenek hacmi düşmektedir. Gözenek hacminin düşmesi hacim ağırlığını artırır. Bu çalışmada mera diğer kullanımlara göre yüksek hacim ağırlığına sahip olmuştur. Tarım alanı topraklarının işlenmesi nedeniyle mera toprağına göre daha düşük hacim ağırlığına sahiptir.
Organik madde miktarına baktığımızda arazi kullanımı ile organik madde miktarı arasında önemli farklar bulunmuştur (Tablo 3). Organik madde miktarındaki değişme aynı zamanda derinliğe bağlı olarakta ortaya çıkmaktadır. Derinlikle organik madde miktarı arasında önemli değişmeler gözlemlenmiştir. Arazi kullanımı derinlik interaksiyonuda istatiksel olarak önemlidir. Organik madde miktarındaki derinliğe bağlı olarak değişme, ormanda, tarla ve mera toprağından daha yüksektir. Topraktaki organik madde miktarı iklim, toprak tekstürü, topoğrafya, drenaj, toprağa ilave olan organik maddenin kalitesi ve toprağa uygulanan işlemlerle yakından ilgilidir. Ormanda organik maddenin yüksek olması toprağa ilave olan organik madde miktarının fazla olması ve ayrışmanın yavaş olmasının bir sonucudur. Tarım arazisinde organik madde miktarının daha düşük olmasının sebebi, yoğun toprak işlemenin havalanmayı artırarak organik maddenin hızla ayrışmasına neden olması ve üretilen organik maddenin büyük bir kısmının ürün olarak topraktan uzaklaştırılmasıdır. Merada organik madde içeriğinin tarım toprağına göre fazla olmasının nedeni, bitki kökleri tarafından fazla miktarda organik maddenin toprağa ilavesi ve düşük oksidasyondan dolayı organik maddenin ayrışmasının daha yavaş olmasının bir sonucudur. Topraktaki organik madde miktarı toprağa düşen ve toprakta ayrışan organik madde arasındaki dengenin bir sonucudur. İklim topraktaki mikroorganizma faaliyetlerine etki eder. İnce tekstürlü killi topraklarda organik madde fazla birikebilir. Bunun nedeni organik maddenin killer tarafından korunarak ayrışmasının engellenmesidir. Asit topraklarda ise organik maddenin ayrışması yavaş olur ve böyle topraklarda organik madde birikebilir. Organik madde daha çok toprağın üst katmanında birikir. Eğimi fazla olan arazilerde üst toprak devamlı olarak erozyonla taşınır ve taşınan toprakla birlikte organik madde de uzaklaşmış olur. Düz olan araziler fazla erozyon etkisinde kalmadıkları için organik madde daha fazla
birikir. İyi havalanan sıcak bölge topraklarlarında ayrışma hızlı olacak ve organik madde birikimi azalacaktır. Çayır ve mera gibi toprak işlemesinin yapılmadığı ve toprağın tamamen bitki örtüsü ile kaplı bulunduğu topraklarda yoğun bitki kökleri ve toprağa düşen bitki artıkları sayesinde organik madde içeriği yüksektir. Toprak işleme ile organik madde miktarı arasında ters bir ilişki vardır toprak işleme yapıldığı zaman organik madde kaybı artacaktır. Riezebos ve Loerts (1998) ve Jaiyeoba, (2003) yapmış oldukları çalışmada tarıma açılan orman arazilerinde organik madde içeriğinin azaldığını ortaya koymuşlardır.
Kireç içerikleri incelendiğinde arazi kullanımının kireç içeriğine olan etkisi istatiksel olarak önemli olduğunu ortaya koymuştur (p<0.05) (Tablo 3). Derinliğin kireç içeriğine etkisi her üç arazi kullanımında önemli bulunmamıştır. Arazi kullanımı ve derinlik arasındaki interaksiyon önemli değildir. Toprakların kireç içerikleri incelendiğinde mera toprağının kireç içeriği orman ve tarım toprağından fazla olduğu görülmektedir. Tarım ve orman toprağının kireç içerikleri mera toprağına göre biraz düşük bulunmuştur.
Tablo 4. Tarla kapasitesi ve nem içeriğinin arazi kullanımı ve derinliğe bağlı (0-5, 5-15 ve 15-30 cm) olarak değişimi.
Arazi Kullanımı Derinlik (cm) Tarla Kapasitesi (%) Nem İçeriği (%)
Mera 0-5 31,55 (1,63) a* 26,05 (1,41) a 5-15 29,79 (1,18) a 23,53 (1,14) a 15-30 30,60 (0,46) a 22,96 (0,84) a Orman 0-5 44,51 (1,81) b 38,59 (1,39) b 5-15 40,00 (1,74) b 31,04 (0,82) b 15-30 38,50 (0,79) b 30,51 (0,36) b Tarım 0-5 34,87 (0,81) a 27,82 (0,20) a 5-15 38,19 (0,81) b 30,82 (0,61) b 15-30 36,50 (1,18) b 30,90 (0,53) b Arazi Kullanımı 0,0001 0,0001 Derilik ns 0,002 Arazi kullanımı*derinlik 0,01 0,0001
( ) parantez standart hatayı göstermektedir (n = 4). * Farklı harfler aynı kolon ve derinlikteki farkı gösteriyor. ns: önemsiz
Tarla kapasitesine bakıldığında, arazi kullanımına göre önemli değişiklik gösterdiği görülmektedir (Tablo 4). En yüksek tarla kapasitesi değerleri orman ve tarım toprağında belirlenmiştir. Bu durum orman toprağında kil ve organik madde içeriğinin yüksek
olmasıyla açıklanabilir. Arazi kullanımı ve derinlik arasındaki interaksiyonda önemli bulunmuştur (p<0.05). Bu çalışmada kullanılan topraklarda tarla kapasitesine paralel olarak en yüksek nem içeriği orman ve tarım toprağında ölçülmüş ve en düşük nem değeri ise merada bulunmaktadır (Tablo 4). Mera ve orman toprağında en yüksek nem değerleri yüzey toprağında bulunurken, tarım toprağında en yüksek nem değerleri yüzey altı toprağında bulunmuştur. Bu durum orman ve mera toprağındaki yüksek organik madde ve yüzey bitki örtüsünün bir sonucudur. Yüzey bitki örtüsü gölgeleme yaparak buharlaşma ile su kaybını azaltmakta ve yüksek organik madde de yüzeyde suyu tuttuğundan yüzde nem değerleri orman ve mera toprağının yüzeyinde daha fazla bulunmuştur. Derinliğe bağlı olarak nem içeriği önemli ölçüde etkilenmiş ve arazi kullanımı derinlik interaksiyonu önemli bulunmuştur.
4.2. Toprakların Biyolojik Karbon ve Azot Fraksiyonları
Toprakların bazı biyolojik özellikleri Tablo 5 verilmiştir. Her üç arazi kullanımında mikrobiyal biokütle C’un arazi kullanımına göre önemli ölçüde değiştiğini görmekteyiz. Arazi kullanımının mikrobiyal biokütle üzerine etkisi istatistiki olarak önemli bulunmuştur (p<0.001). En yüksek mikrobiyal biokütle C 0.505 mg C g-1 toprak olarak orman toprağında ölçülmüş ve en düşük değer ise 0.120 mg C g -1 toprak olarak tarım toprağında belirlenmiştir. Her üç arazi kullanımında derinliğin mikrobiyal biokütle C üzerine etkisi önemli bulunmamıştır. Arazi kullanımı ve derinlik interaksiyonu önemli değildir. Yüksek organik madde ve yüksek nem içeriği mikrobiyal biokütle C’nin orman ve merada yüksek çıkmasına neden olmuştur (Şekil 4.2.1). Bunun yanında işlemeli tarım yapılan toprakta organik madde miktarının düşük olması ve düşük nem içeriği topraktaki canlı miktarının ve çeşitliliğinin azalmasına neden olmaktadır. Yapılmış olan çalışmalar mikrobiyal biyokütle C ve agregat miktarının toprak işlemeyle büyük oranda azaldığını ve otlağa dönüştürülmesiyle önemli derecede artığını ortaya koymaktadır (Haynes ve Swift, 1990; Haynes ve ark., 1991). Koçyiğit (2006) tarafından Tokat’ta yapılan bir çalışmada otlak topraklarında buğday vejetasyonu altındaki topraklara oranla daha fazla mikrobiyal biokütle C saptanmıştır. Hart ve ark., (1988)
yapmış olduğu bir çalışmada sürüm altındaki topraklarda mikrobiyal biokütle C’da azalma gözlemlemiştir.
Mineralize olan C miktarında arazi kullanımı ve derinlik tarafından önemli ölçüde etkilenmiştir (Tablo 5). Arazi kullanımı ile derinlik arasındaki interaksiyonda önemlidir. Mineralize olan C miktarı orman ve mera toprağında tarım toprağına göre daha yüksek olmuştur. Mineralize olan C miktarının orman ve mera arazisinde yüksek olmasının nedeni, toplam organik C miktarının fazla olmasından kaynaklanmaktadır. Fakat mineralize olan C’nin toplam organik karbona oranına bakıldığında, mineralize olan C miktarının tarım toprağında oransal olarak daha fazla olduğu görülmektedir. Bu da toprak işlemenin oransal olarak mineralize olan C miktarını artırdığını ortaya koymaktadır. Tokat’ta yapılan bir çalışma otlak toprakları buğday vejetasyonu altındaki topraklara oranla iki kat daha fazla C ve N içeriğine sahip olmuştur (Koçyiğit 2006). Buğday arazisi otlağa göre oransal olarak daha fazla mineralize C saptanmıştır.
Tablo 5. Orman, mera ve tarım topraklarında mineralize olan C, mikrobiyal biokütle C, toplam organik C’nin derinliğe bağlı (0-5, 5-15 ve 15-30 cm) olarak değişimi.
Arazi Kullanımı Derinlik cm Mikrobiyal biokütle C mg C/gr toprak Mineralize olan C mg C/gr toprak Toplam Organik karbon (%) Ayrışmaya Dayanıklı Fraksiyon mg C/gr toprak Mera 0-5 0,295 (0,019) a* 0,280 (0,12) a 1,506 (0,24) a 0,931 (0,36) a 5-15 0,286 (0,011) a 0,384 (0,16) a 0,997 (0,10) a 0,327 (0,25) a 15-30 0,276 (0,025) a 0,705 (0,31) a 0,588 (0,08) a 0,091 (0,09) a Orman 0-5 0,505 (0,074) b 0,328 (0,12) a 2,351 (0,23) b 1,518 (0,26) a 5-15 0,409 (0,059) a 0,475 (0,16) b 1,122 (0,09) a 0,481 (0,20) a 15-30 0,264 (0,030) a 0,871 (0,34) a 0,851 (0,05) b 0,317 (0,13) b Tarım 0-5 0,120 (0,021) a 0,253 (0,10) ab 0,741 (0,02) bc 0,344 (0,10) b 5-15 0,171 (0,033) b 0,343 (0,13) a 0,730 (0,03) b 0,241 (0,10) a 15-30 0,187 (0,047) ba 0,433 (0,16) a 0,775 (0,03) ab 0,287 (0,15) b Arazi kullanımı 0,0001 0,0001 0,0001 Derinlik ns 0,0001 0,0001 Arazi kullanımı*Derinlik ns 0,0001 0,0001 0,0001 0,0001 0,0001
( ) parantez standart hatayı göstermektedir (n = 4). * Farklı harfler aynı kolon ve derinlikteki farkı gösteriyor.
Şekil 4.2.1 Mikrobiyal biokütle C’nin arazi kullanımı ve derinliğe bağlı olarak değişimi.
Toplam organik karbon ile arazi kullanımı arasında önemli oranda değişim gözlenmektedir (Tablo 5). Toplam organik karbon miktarı yüzeyden alt katmanlara doğru azalmakta ve en yüksek organik C miktarı ormanın yüzey toprağında bulunmuştur. Tarım toprağı en düşük organik C miktarına sahip olmuş ve organik C miktarı yüzey ve yüzey altı toprağında aynı olmuştur. Bu durum tarım toprağının toprak işlemeyle karışmasından ileri gelmektedir. Tarımsal uygulamalardaki karbon kaybı toprak işlemenin bir sonucudur. Orman toprakları ile işlemeli tarım yapılan topraklarda agregatlaşma düzeyleri karşılaştırıldığında işlenen topraklarda daha az olmaktadır (Chenu ve ark., 1999). Yoğun toprak işleme ve agregatların ıslanma ve kuruma durumu organik karbon içeriğinin azalmasına neden olmaktadır. Zhao ve ark.,. (2004) yapmış olduğu bir çalışmada doğal bir otlağın işlemeli tarıma açılmasıyla birlikte toprağın yapısında bozulmaların meydana geldiğini ve organik karbon içeriğinin azaldığını saptamışlardır.
Toprak organik C miktarındaki değişmeyle birlikte toplam organik N’nin arazi kullanımına bağlı olarak önemli ölçüde değiştiğini görmekteyiz (Tablo 6). Toplam organik N içeriği orman toprağında mera ve tarım toprağından daha fazla olmuştur. Toplam organik N içeriği ile derinlik arasında da önemli farklılık bulunmaktadır. Arazi kullanımı ve derinlik interaksiyonu baktığımızda önemsiz olduğu görülmektedir.
Tablo 6. Toplam organik N, inorganik N, mineralize olan N ve mikrobiyal biokütle N’nin arazi kullanımı ve derinliğe bağlı (0-5, 5-15, 15-30 cm) olarak değişimi.
Arazi
Kullanımı Derinlikcm Toplam Organik Nmg N/ gr İnorganik Nmg N/ gr mg N/ grMin. N Mik. Bio. Nmg N/ gr Mera 0-5 0,079 (0,014) a* 0,0112 (0,0007) a 0,0178 (0,0018) a 0,135 (0,015) a 5-15 0,050 (0,012) a 0,0047 (0,0003) a 0,0107 (0,0002) a 0,081 (0,011) a 15-30 0,049 (0,009) a 0,0027 (0,0008) a 0,0064 (0,0006) a 0,038 (0,003) a Orman 0-5 0,105 (0,009) a 0,0138 (0,0012) a 0,0229 (0,0013) b 0,271 (0,009) b 5-15 0,065 (0,013) a 0,0062 (0,0010) a 0,0128 (0,0014) a 0,115 (0,020) a 15-30 0,040 (0,011) a 0,0058 (0,0011) b 0,0094 (0,0012) b 0,067 (0,007) b Tarım 0-5 0,045 (0,017) ab 0,0043 (0,0017) b 0,0122 (0,0005) c 0,057 (0,012) c 5-15 0,028 (0,002) ab 0,0035 (0,0005)ab 0,0089 (0,0005) ab 0,039 (0,007)ab 15-30 0,025 (0,002) ba 0,0027 (0,0006) a 0,0065 (0,0002) a 0,026 (0,006) a Arazi Kullanımı 0,002 0,0001 0,0001 0,0001 Derinlik 0,002 0,0001 0,0001 0,0001 Arazi kullanımı*Derinlik ns 0,003 0,006 0,0001
( ) parantez standart hatayı göstermektedir (n = 4). * Farklı harfler aynı kolon ve derinlikteki farkı gösteriyor. ns: önemsiz
Şekil 4.2.2. Mikrobial biokütle N’un arazi kullanımı ve derinliğe bağlı olarak değişimi.
İnorganik azot içeriğini arazi kullanımından önemli ölçüde etkilenmiştir. Orman toprağının inorganik N içeriği mera ve tarım toprağından fazladır. İnorganik N içeriğinin orman toprağında fazla olmasının nedeni yüksek organik madde içeriği ve mineralizasyona bağlanabilir. En yüksek inorganik N orman ve mera toprağının yüzeyinde bulunmuştur. Bu durum organik madde içeriğinin bu toprakların yüzeyinde fazla olmasından ileri gelmektedir. İnorganik N içeriği derinliğe bağlı olarak yüzeyden
alt katmanlara doğru önemli derecede (p<0.001) azalmıştır. Derinlikler arasındaki farka bakıldığında en büyük fark orman ve mera toprağında 0-5 ile 5-15 cm derinliklerinde gözlenmiştir. Bu durum 0-5 ile 5-15 cm derinliklerinde organik madde içeriklerindeki değişimin fazla olmasından ileri gelmektedir. Buna karşılık tarım toprağında toprak işleme sonucu yüzey toprağıyla alt katmanlar arasında büyük farklar oluşmamıştır. Yüzey altı topraklarında inorganik N miktarının düşük olmasının sebeplerinden biride alt katmanlarda havalanmanın düşük olması nedeniyle azotun azot oksit gazlarına indirgenmesidir.
Mineralize olan N miktarına bakıldığında yine en yüksek değerler orman ve mera toprağında görülmektedir (Tablo 6). Mineralize olan N miktarı özellikle doğal ekosistemler için önemli N kaynağını teşkil etmektedir. Doğal ekosistemlerde mineralize olan N miktarının yüksek olması özellikle yüzey toprağında organik madde miktarı ve nem içeriğinin yüksek olmasının bir sonucudur. Bununla birlikte mineralize olan N’nin toplam organik N oranına bakıldığında oransal olarak tarım yapılan toprakta daha fazla olduğu görülmektedir. Bu durum, işlemeli tarım yapılan topraktaki organik N büyük bir kısmının yıl içerisinde hızla oksidasyona uğradığını ortaya koymaktadır. Koçyiğit (2006), tarafından Tokat’ta yapılan bir çalışmada buğday tarlasında otlağa göre oransal olarak daha fazla mineralize olan N saptanmıştır.
Mikrobiyal biokütle N içeriği mikrobiyal biokütle C içeriğinde olduğu gibi arazi kullanımından önemli derecede etkilenmiştir (p<0.001) (Tablo 6 ve Şekil 4.2.2). Orman toprağının mikrobiyal biokütle N içeriği tarım ve mera toprağından daha fazladır. Derinliğe bağlı olarakta mikrobiyal biokütle N içeriği azalmıştır. Derinliğe bağlı olarak N içeriğindeki oransal azalma en fazla orman ve mera toprağında meydana gelmiştir. Mikrobiyal N içeriğinin tarım toprağında düşük olmasının nedeni sürümden dolayı mikrobiyal popülasyonun azalmasının bir sonucudur.
4.3. Toprakların Fiziksel Karbon Fraksiyonları
Arazi kullanımının topraktaki mikro, makro ve serbest organik C üzerine olan etkisi değerlendirilmiştir (Tablo 7). Makro agregat (>250 mikron) miktarı arazi kullanımı tarafından etkilenmiştir (p<0.05). Genel olarak en fazla makro agregat miktarı orman
toprağında bulunmakta ve bunu tarım toprağı takip etmektedir. Mera toprağında makro agregat miktarının düşük olmasının sebebi mera toprağının kil içeriğinin düşük olmasından ileri gelebilir. Orman alanları ve otlaklar tarım arazisine dönüştürüldüğünde, makro agregatlara bağlı karbon zamanla hızla azalmaktadır. Makro agregat ile derinlik arasında önemli fark bulunmamaktadır. Makro agregatdaki azalma toprak karbonundaki kaybın önemli bir kısmını oluşturmaktadır. Yapılan araştırmalarda toprak işleme yöntemleri, arazi kullanımı ve bitki örtüsündeki değişikler karbon depolanmasındaki kısa dönemli değişimlerin belirlenmesinde makro agregatlar önemli bir role sahiptir. Tarım yapılan toprakta >250 µm agregatlarda önemli bir düşüş tespit edilmiştir (Janzen ve ark., 1982; Cambardella ve Elliott, 1992). Genellikle makro agregatlar tarımsal faaliyetlere karşı oldukça hassastırlar. Chenu ve ark., (1999) tarafından yapılan bir çalışmada orman örtüsü altında gelişen topraklarla işlenen toprakların agregatlaşma düzeyleri karşılaştırıldığında işlenen topraklarda bu düzey daha az bulunmuştur.
Tablo 7. Üç farklı arazi kullanımı altında toprakların agregat miktarları ve agregata bağlı olan C’nin derinliğe bağlı (0-5, 5-15 ve 15-30 cm) olarak değişimi.
Arazi Kullanımı Derinlik cm Makro Ag. gr/100 gr Top. Makro Ag. gr C/kg agregat Serbest Organik C >250mikro n g C/ 100 gr makro Ag. Serbest organik C 53-250 mikron g C/ 100 gr mikro ag. Mikro Ag. gr/100 gr. Top. Mikro Ag. gr C/kg agregat Mera 0-5 35,65 (1,88) a* 71,44 (3,79) a 11,65 (0,95) a 12,71 (1,84) a 14,34 (1,37) a 90,22 (2,27) a 5-15 40,48 (6,93) a 64,68 (3,29) a 10,71 (1,27) a 10,47 (1,09) a 12,98 (2,75) a 85,84 (1,43) a 15-30 43,75 (7,18) b 66,69 (1,62) a 9,36 (1,74) a 12,14 (1,33) a 11,70 (2,47) a 94,06 (1,57) a Orman 0-5 53,25 (3,09) b 73,94 (4,83) a 9,16 (1,78) a 15,12 (0,94) a 6,82 (0,58) b 110,75 (9,94) b 5-15 53,27 (0,92) a 66,12 (3,21) a 7,08 (0,35) b 10,96 (0,98) a 8,45 (0,76) a 103,90 (5,58) b 15-30 50,68 (2,36) a 65,31 (2,51) a 6,98 (0,82)a 9,35 (0,89) a 8,86 (0,27) a 88,34 (2,87) a Tarım 0-5 55,17 (1,51) b 57,39 (1,80) b 7,96 (1,09) a 9,01 (0,70) ab 8,29 (0,48) b 79,70 (4,10) a 5-15 49,96 (3,62) a 59,76 (0,89) a 9,49 (0,78) ab 11,94 (0,37) a 7,82 (0,28) a 85,52 (1,06) a 15-30 42,65 (2,87) a 65,16 (6,38) a 9,99 (1,13) a 10,67 (0,82) a 8,34 (0,57) a 83,83 (1,67) ba Arazi Kullanımı 0,002 0,02 0,02 ns 0,0001 0,0001 Derinlik ns ns ns ns ns ns Arazi kullanımı*Derinlik ns ns ns 0,006 ns 0,02
( ) parantez standart hatayı göstermektedir (n = 4). Farklı harfler aynı kolon ve derinlikteki farkı gösteriyor. ns: önemsiz
Makro agregatlara bağlı organik C miktarı arazi kullanımı tarafından etkilenmiştir (Tablo 7). Orman ve mera topraklarında agregatlara bağlı organik C miktarı tarım toprağına göre daha yüksek bulunmuştur. Bu durum makro agregatların organik C depolanmasındaki önemini ortaya koymaktadır. Tarım toprağında makro agregatlara bağlı organik C miktarı diğer kullanımlara göre daha azdır, bu durum makro agregatlar tarafından korunan organik C miktarının daha az olmasının bir sonucudur. Derinlik ve arazi kullanımı arasındaki interaksiyon istatistiksel olarak önemli değildir. Orman toprakları ile işlemeli tarım yapılan toprakların agregatlaşma düzeyleri karşılaştırıldığında işlenen topraklarda makro agregat daha az olmaktadır. Cambardella ve Elliott (1993) nadasa bırakılmış alanlar ve sürülmemiş alanlardaki agregat dağılımları ve organik C ve N içeriklerini karşılaştırmışlar ve mera topraklarının uzun süreli sürülmesi toprak organik C ve N içeriğini azalttığını ve toprağın agregat yapısının bozulmasına sebep olduğunu belirtmişlerdir. Azalan sürüm işleminin makro agregat miktarını artırdığı belirlenmiştir.
Agregatlar tarafından korunmayan serbest organik karbon miktarı (>250 mikron) arazi kullanımı tarafından önemli ölçüde etkilenmiştir (p<0.05). Serbest organik C içeriğine bakıldığında bu oranın mera toprağında yüksek olduğu görülmektedir. Mera toprağında yüksek serbest organik C miktarı daha düşük kil içeriği ve düşük makro agregat miktarının bir sonucudur. Bunun yanında orman toprağında serbest organik C miktarı genel olarak daha düşük bulunmuştur. Orman toprağında makro agregat miktarının yüksek olması sonucu organik maddenin büyük bir kısmının korunmaktadır. 53 ile 250 mikron arasındaki serbest organik C miktarına bakıldığında arazi kullanımının önemli bir etkisi görülmemiştir. Yine bu fraksiyonun dağılımı üzerine derinliğin etkisi önemsiz bulunmuştur.
Üç farklı arazi kullanımının mikro agregatların dağılımı üzerine etkisi önemli bulunmuştur (p<0.001). Mikro agregat miktarı genellikle mera toprağında tarım ve orman toprağına göre yüksek bulunmuştur. Orman toprağında mikro agregat miktarı özellikle yüzeyde düşüktür. Bu durum orman toprağında makro agregat miktarının organik C korunmasında oldukça önemli bir fraksiyon olduğunu ortaya koymaktadır. Mikro agregatlara bağlı organik C miktarı genellikle orman toprağında diğer iki kullanıma göre daha yüksektir. Mera toprağında mikro agregatlara bağlı organik C
miktarı ise tarım toprağına göre daha yüksektir. Derinlik ile arazi kullanımı arasındaki interaksiyonuna baktığımızda ise önemli oranda fark bulunmamaktadır.
