Tuzlu topraklarda katalaz enziminin aktivitesi ve kinetiği

(1)

T.C.

SELÇUK ÜNĠVERSĠTESĠ FEN BĠLĠMLERĠ ENSTĠTÜSÜ

TUZLU TOPRAKLARDA KATALAZ ENZĠMĠNĠN AKTĠVĠTESĠ VE KĠNETĠĞĠ

Emine YILDIRIM YÜKSEK LĠSANS TEZĠ

TOPRAK BĠLĠMĠ VE BĠTKĠ BESLEME ANABĠLĠM DALI

(2)

i ÖZET

YÜKSEK LĠSANS TEZĠ

TUZLU TOPRAKLARDA KATALAZ ENZĠMĠNĠN AKTĠVĠTESĠ VE KĠNETĠĞĠ

Emine YILDIRIM Selçuk Üniversitesi Fen Bilimleri Enstitüsü

Toprak Bilimi ve Bitki Besleme Anabilim Dalı DanıĢman: Yrd. Doç. Dr. Fariz MĠKAĠLSOY

2010, Sayfa: 72

Jüri: Yrd. Doç. Dr. Fariz MĠKAĠLSOY Prof. Dr. Nizamettin ÇĠFTÇĠ Doç. Dr. Refik UYANÖZ

Bu araĢtırmada, Tuz gölü çevresi tarım dıĢı arazilerden alınan 3 toprak örneğinde çalıĢılmıĢtır. Gazometrik metod kullanılarak katalaz enziminin aktivitesi tayin edilerek kinetik parametreleri hesaplanmıĢtır.

Fiziksel, kimyasal özellikleri ve % tuz oranı farklı toprakların katalaz enzim analizi 20+1 oC laboratuar koĢullarında değiĢik substrat konsantrasyonlarda (% 3, % 6, % 9, % 12, % 15, % 18, %2 1, % 24, % 27, % 30 H2O2) yürütülmüĢtür. Bu

analizde ürün olarak açığa çıkan O2‟nin zamana göre değiĢimi (20, 40, 60, 80,….300

sn) kararlı hale gelmesine kadar devam edilmiĢtir. Katalaz enzim aktivitesi (υ) ve kinetik parametreleri (υ0, Vmax ve Km) her toprak için ayrı ayrı yapılmıĢtır. Sonuçlara

göre, tuz konsantrasyonu yüksek toprakta katalaz enziminin kinetik parametresi olan Km‟nin değeri yüksek bulunmuĢtur. Vmax değeri ise en düĢük olarak bulunmuĢtur.

Ayrıca reaksiyon hızının % 24 substrat konsantrasyonunda artıĢ gösterdiği ve daha sonra değiĢmediği tesbit edildi. Bu metod toprakta katalaz enzim aktivitesinin tesbitinde kullanılabilir.

(3)

ii ABSTRACT MASTER THESĠS

ACTIVITY AND KINETICS OF CATALASE ENZYME IN SALINE SOILS

Emine YILDIRIM Selçuk University

Graduate School of Natural and Applied Sciences Department of Soil Science and Plant Nutrition

Supervisor: Yrd. Doç. Dr. Fariz MĠKAĠLSOY 2010, Pages: 72

Jury: Yrd. Doç. Dr. Fariz MĠKAĠLSOY Prof. Dr. Nizamettin ÇĠFTÇĠ Doç. Dr. Refik UYANÖZ

In this study, 3 soil samples taken from the non-agricultural land around the Salt Lake were examined. The kinetics parameters were calculated by determining the activity of catalase enzyme by using the Gasometric method.

The catalase enzyme analysis of samples having different physical and chemical properties and % salt ratios was conducted at temperatures of 20+1 oC in laboratory conditions and different substrate concentrations (% 3, % 6 ,% 9,% 12, % 15 ,% 18 ,% 21 % 24 ,% 27, % 30 H2O2). In this analysis was continued until the

amount of O2 brought out as product with respect to time (20, 40, 60, 80, ... .300 sec)

became stable. Catalase enzyme activity (υ) and kinetic parameters (υ0, Vmax and Km)

were made separately for each sample. According to results, the value of Km , the

kinetic parameter of the catalase enzyme, was maximum in soils having high concentration of salt. Vmax values were found to be low. In addition, it was

determined that the reaction rate increased at % 24 substrate concentration and then did not change. This method can be used to determine the catalase enzyme activity in soil.

(4)

iii TEġEKKÜR

Bu araĢtırmanın yüksek lisans tezi olarak planlanıp, yürütülmesi ve sonuçlarının değerlendirilmesinde daima yardım ve ilgisini gördüğüm danıĢman hocam Sayın Yrd. Doç. Dr. Fariz MĠKAĠLSOY‟a, çalıĢmalarım esnasında yardımlarını esirgemeyen Doç. Dr. Refik UYANÖZ‟e ve ve laboratuar çalıĢmalarında yardımlarını gördüğüm ArĢ. Gör. Ümmühan KARACA, ArĢ. Gör. Fatma GÖKMEN ve Uzman Emel KARAASLAN‟ a olumlu desteklerinden dolayı aileme teĢekkürü bir borç bilirim.

(5)

iv ĠÇĠNDEKĠLER Sayfa No ÖZET ……… i ABSTRACT ... ii TEġEKKÜR ... iii ĠÇĠNDEKĠLER ... iv ÇĠZELGELER DĠZĠNĠ ... vii ġEKĠLLER DĠZĠNĠ ... x GRAFĠKLER DĠZĠNĠ... xi 1. GĠRĠġ ... 1 2. KAYNAK ÇALIġMALARI ... 5

2.1. Topraktaki Enzim Aktivitesi Ġle Ġlgili ÇalıĢmalar…………..……… 5

2.2. Topraktaki Katalaz Enzim Aktivitesi Ġle Ġlgili ÇalıĢmalar…….……. 11

2.3. Topraktaki Enzim Aktivitesinin Kinetik Parametreler Üzerine Etkisi Ġle Ġlgili ÇalıĢmalar………. 18

2.4 Tuzlu Toprak ve Tuzlu Topraklarda Enzim Aktivitesi Ġle Ġlgili ÇalıĢmalar……… 23 3. MATERYAL VE METOD………..….. 27

3.1. Materyal………...…… 27

3.1.1. Toprak Örneklerinin Alındığı Bölge Hakkında Genel Bilgiler……….….. 27 3.1.2. Toprak Örneklerinin Alındığı Arazinin Toprak Özellikleri. 28 3.1.3. Toprak Örneklerinin Alındığı Bölgenin Ġklim Özellikleri… 30 3.1.4. Toprak Örneklerinin Alınması Ve Analize Hazırlanması.… 32 3.2. Metod……….…… 32

. 3.2.1 Toprak Örneklerinde Yapılan Fiziksel Ve Kimyasal Analizler……….….…… 32

3.2.2. Toprak Örneklerinin Biyolojik Analizleri……….……..… 33

3.2.3. Ġstatistiksel Analizler……….……….…. 39

4. ARAġTIRMA SONUÇLARI VE TARTIġMA……….….. 40

4.1. AraĢtırma Topraklarının Bazı Fiziksel ve Kimyasal Özellikleri……. 40

4.2. Katalaz Enzim Aktivitesi Sonuçları……….………..… 45

(6)

v

5. SONUÇ ÖNERĠLER………..……….... 59

(7)

vi

ÇĠZELGELER DĠZĠNĠ Sayfa No

1. Çizelge 2.1. Tarla Topraklarının Enzim Aktiviteleri seviyeleri (Hofmann ve

ark., 1966)………..……. 7

2. Çizelge 2.2. Bakteri Sayısı Ġle Sakkaroz Aktivitesi Arasındaki ĠliĢki

(Ergene, 1970)………. 8

3. Çizelge 2.3. Tarla ve Çayır Topraklarında ÇeĢitli derinliklerde Enzim

Aktivitesi (Ergene,1970)………...….. 9

4. Çizelge 2.4. Türkiye topraklarının tuzluluk derecesi ve alanları………..….. 25 5. Çizelge 3.1. Havzaya Ait Bazı Meteorolojik Veriler Uzun Yıllar Ġçinde

GerçekleĢen Ortalama Değerler (1975-2008)...…… 31 6. Çizelge 3.2. t sn aralıklarında O2 ml olarak ölçüm değerleri………. 36

7. Çizelge 3.3. BaĢlangıç hızının hesaplanması……….. 37 8. Çizelge 4.1. AraĢtırma Alanından Alınan Toprakların Fiziksel özellikleri… 42 9. Çizelge 4.2. AraĢtırma Alanından Alınan Toprakların Kimyasal özellikleri.. 43 10. Çizelge 4.3. Toprakların Ekstrakte Edilebilir Ġyon Değerleri………. 44 11. Çizelge 4.4. Laboratuvar KoĢullarında 1 Nolu Topraktaki % H2O2

Konsantrasyona Göre O2 ÇıkıĢ Miktarı……… 46

12. Çizelge 4.5. Laboratuvar KoĢullarında 2 Nolu Topraktaki % H2O2

Konsantrasyona Göre O2 ÇıkıĢ Miktarı ……….…… 47

13. Çizelge 4.6. Laboratuvar KoĢullarında 3 Nolu Topraktaki % H2O2

Konsantrasyona Göre O2 ÇıkıĢ Miktarı ……….… 48

14. Çizelge 4.7. Toprakların % [S] konsantrasyondaki hız (υ) değerleri ………. 54 15 Çizelge 4.8. Toprakların 1/ [S] ve 1/υ değerleri………... 56 16. Çizelge 4.9. AraĢtırma Topraklarının Kinetik Parametrelerinin ve Ġstatistiki

(8)

vii

ġEKĠL VE RESĠM DĠZĠNĠ Sayfa No

1. ġekil 2.1. H2O2 (Hidrojenperoksit) in Farklı Hallerde Atom Bağları

Arasındaki Açılar……… 12

2. ġekil 3.1. Tuz gölü havzası ……….……… 28

3. Resim 3.1. AraĢtırma Topraklarının Alındığı Alan ..…………..…..……… 30

4. ġekil 3.2. Kalsimetre Aletin GörünüĢü………..…. 34

5. Resim 3.2. Katalaz Enzim Analiz Seti... 35 6. ġekil 3.3. Farklı (3, 6, 9, … , 30 %) H2O2 için reaksiyon eğrileri……….. 36

7. ġekil 3.4. Bir enzimsel reaksiyonda substrat (S) konsatrasyonu ile

baĢlangıç hız (v0) arasındaki iliĢkiyi gösteren doyma eğrisi….. 38

8. ġekil 3.5. Lineweaver-Burk Yönteminin OluĢturduğu Eğri……… 39

(9)

viii

GRAFĠK DĠZĠNĠ Sayfa No

1. Grafik 4.1. Toprakların % 3 H2O2 konsantrasyonundaki O2 çıkıĢ miktarı.. 49

4. Grafik 4.4. Toprakların % 12 H2O2 konsantrasyonundaki O2 çıkıĢ miktarı. 50

12. Grafik 4.11. Enzimatik reaksiyon hızına substrat konsantrasyon etkisi .… 54 13. Grafik 4.12. Lineweaver-Burk Yöntemi, 1/[S] ve 1/υ değerleri.…………. 56

(10)

1 1.GĠRĠġ

Toprak kalitesinin değerlendirilmesinde; son yıllarda yapılan çalıĢmalarda sadece ürün verimi, arazi bozulması, erozyon ya da fiziksel ve kimyasal toprak faktörleri üzerine odaklanmak yerine toprakların fiziksel, kimyasal ve biyolojik özelliklerin hangi ölçekte toprak kalitesini belirlediği üzerinde durulmaktadır (Özulu ve ark. 2006). Tarımsal üretimde birim alandan alınan ürün miktarının artırılmasında toprakların verimliliği önemli rol oynamaktadır. Toprakların verimliliğinin ve üretkenliğinin korunması, kuĢkusuz büyük ölçüde toprakların biyolojik özellikleri ile yakından iliĢkilidir. Toprakların biyolojik özellikleri ise, toprak içerisinde yaĢayan mikroorganizmaların gerek populasyonu ve gerekse bunların aktivitelerini ifade etmektedir.

Toprak, humus ve mineralleri içeren hem enzimleri immobilize eden hem de makro-moleküllerin üç boyutlu ağı tarafından stabilize edilen ve mikrobial hücrelerin toplandığı bir sistemdir. Toprakta organik ve mineral fraksiyonların her biri enzim aktivitesinde özel bir etkiye sahiptir (McLaren, 1975). Toprakta yaĢayan mikroorganizmalar büyük moleküllü organik maddelerden faydalanabilmek için enzimleri salgılayarak onları adsorbe edecekleri basit bileĢiklere dönüĢtürürler. Toprakta enzimler bütün madde değiĢimi reaksiyonlarına iĢtirak ederler; enzimsiz yaĢam düĢünülemez. Enzimler organizmalardan elde edilebilecek yüksek moleküllü katalizörlerdir. Enzimler hücrede bir takım halinde çalıĢır, birinin son ürünü kendisinden sonrakinin substratını yapar. Enzimler çeĢitli metabolik olaylarla ilgili reaksiyonları katalize ederek hızlandıran ve son ürüne katılmayan protein tabiatındaki özel maddelerdir. Toprakta elliden fazla enzimin aktivite gösterdiği saptanmıĢtır. Bu enzimler çoğunlukla oksidoredüktazlar, hidrolazlar ve transferazlar Ģeklinde gruplanırlar. Oksidoredüktazlar iki substrat arasında indirgenme-yükseltgenme reaksiyonlarını kataliz eder (Haktanır ve Arcak, 1997). Mikroorganizmalar tarafından sentezlenerek hücre dıĢı ortamda stabil olarak bulunan ekstraselüler enzimler ile mikrofloranın hücre içerisinde görevli olan intraselüler enzimlerde toprakların biyolojik özelliklerinin değerlendirilmesinde sıklıkla kullanılan parametrelerdendir. Örneğin; oksidoredüktaz grubu enzimler içerisinde sınıflandırılan intreselüler katalaz enzimi toprakta reaksiyon sonucu meydana gelen

(11)

2

kuvvetli yükseltgen zehirli hidrojen peroksiti bozarak suya ve moleküler oksijene parçalanmasını sağlayarak, canlı organizmalar için toprak ortam koruyucu rolü üstlenmektedir. Katalaz enzimi (CAT), (H2O2: H2O2 oxidoreductase E.C.1.11.1.6)

tabiatta çok yaygın olarak bulunmaktadır. Katalaz, sitokrom sistem içeren yüksek moleküllü organizmalarda bulunurken, genelde anaeroblarda bu enzime rastlanmamaktadır. Hemen hemen tüm aerobik mikroorganizmalarda, bitki ve hayvan hücrelerinde katalitik aktivitesi yüksek konsantrasyonda mevcuttur. (Higashi ve ark., 1974; Halliwel ve ark., 1990; Nicholls ve ark., 2000). Bununla beraber, katalaz enziminin topraktaki aktivitesinin belirlenmesi ortamda mevcut aerob mikrofloranın değerlendirilmesinde kullanılan önemli bir biyolojik parametredir. Toprak kalitesinin belirlenmesinde kullanılan bir baĢka yaklaĢım çeĢitli biyokimyasal özelliklerin kombinasyonundan hesaplanan kompleks indekslerdir. Bu indekslerden en çok bilineni 1980 li yıllarda ortaya konan Stefanic indeksi ve Beck indeksidir. Stefanic indeksi hem dehidrogenaz hem de katalaz aktivitesi değerlerinin matematiksel ifadesini kullanan biyolojik verimlilik indeksidir. Hidrojenperoksit katalaz enziminin substratıdır. Katalaz enzimi 1 dk. da yaklaĢık olarak 5.000.000 hidrojenperoksit molekülünü su ve oksijene dönüĢtürmektedir. Bilinen enzimlerin hemen hepsinin toprakta bulunması mikroorganizmaların faaliyetlerinden dolayıdır. Canlılığı bir enzimler sistemi olarak tanımlamak mümkündür. Bu mükemmel moleküller; enerji açısından hiç gerçekleĢmeyecek yada çok yavaĢ gerçekleĢebilecek kimyasal tepkimelere katılarak, bu tepkimelerin çok hızlı gerçekleĢmesini sağlarlar. Eğer bu özelliklere sahip olmasalardı, Dünya‟da çok uzun süre önce yaĢanmayacak halde, atık tepeleri oluĢurdu. (Özata ve Kutlu, 2000). Biyolojik sistemlerde meydana gelen tepkimeler (reaksiyonlar) laboratuar koĢullarında oluĢturulmak istendiğinde çok yüksek sıcaklık, basınç gibi ağır fizikokimyasal yöntemlerin uygulanması gerekir. Bu koĢullar altında bile reaksiyonların birçoğu izlenemeyecek derecede yavaĢtır. Biyokimyasal reaksiyonların çoğu protein yapılı organik maddeler tarafından katalize edilir. Bu maddeler kendileri bir değiĢikliğe uğramadan hücre içinde meydana gelen reaksiyonların hızını artırırlar.

Enzimler yüksek sıcaklık ve yüksek pH tarafından denatüre edilirler. Enzimlerin fizikokimyasal durumu olarak etkiledikleri kimyasal reaksiyonlar önemli dercede pH‟ya iyonik kuvvete, sıcaklığa ve inhibitörlerin ve aktivatörlerin bulunup

(12)

3

bulunmamasına bağlıdır. Toprakların gerek ekstraselüler ve gerekse intraselüler enzimlerin aktivitelerini pH, toprak nemi ve sıcaklığı, organik madde gibi fiziko-kimyasal özellikler büyük ölçüde etkilemektedir. Buna karĢın gübreleme ve bitki koruma ilaçlarının tarımsal alanlarda kullanılması gibi agronomik faaliyetlerde büyük oranda etkileyebilmektedir. fiziko-kimyasal özellikler enzimlerin sadece aktivitesini etkilemekle kalmayıp aynı zamanda çeĢitli kimyasal kinetik kurallara göre belirlenen (Vmax, Km ve gibi) kinetik parametreleri de büyük oranda

etkileyebilmektedir. Enzimlere ait kinetik parametrelerin saptanması; topraktaki enzimatik süreçleri ifade etmek için kullanılan klasik tayin yöntemlerindeki substrat konsantrasyonu, optimum sıcaklık ve süresi gibi temel analitik iĢlemlerde, yöntemlerin optimum koĢullarının belirlenmesine ve enzimin etki mekanizmasının anlaĢılmasına imkan sağlamaktadır. Genellikle fiziksel ve fiziko-kimyasal özellikler topraklar çok ağır bir değiĢime uğramadıkça önemli bir değiĢim göstermezler. Hâlbuki biyolojik ve biyokimyasal parametreler var olan bozulma durumunda çok zayıf değiĢimlere bile duyarlıdır. Bu nedenle toprakların doğal özelliklerine bağlı olarak kapasiteleri veya çeĢitli kullanımlara uygunlukları değerlendirilirken fiziksel ve kimyasal özelliklerin yanında biyolojik ve biyokimyasal indikatörler de bulunmalıdır. Topraktaki tuz konsantrasyonu toprakların değiĢen fiziko-kimyasal özelliklerine bağlı olarak katalaz enzim aktivitesi ve bu enzime ait kinetik parametreler gibi biyolojik özelliklerine büyük ölçüde etki edebilmektedir.

Tarımsal üretim alanlarında tuzluluk, toprakların verimliliğini olumsuz yönde etkileyen, ürün verimini sınırlandıran en önemli sorunlardan birisidir. Toprak tuzluluğu çoğunlukla yağıĢ miktarı az, yüksek sıcaklık derecelerine sahip olan kurak ve yarı kurak bölgelerde ortaya çıkmakta ve böyle alanlarda ciddi verim kayıplarına neden olmaktadır (Munns ve Termaat, 1986). Bir toprağın osmotik potansiyeli mikroorganizmaların aktivitesi ve geliĢmesi için kritik bir faktördür ve topraklarda bulunan tuz konsantrasyonu ile yakından ilgilidir. Mikrobiyal geliĢme ve osmotik potansiyel arasındaki iliĢki belirli biyokimyasal proseslerin engellenmesi olarak ele alınmaktadır (Harris 1981). Enzimler toprak kolloidleri tarafından kuvvetli adsorbe edilmiĢ olduklarından topraktan izole edilmeleri mümkün olmamaktadır. Bu yüzden toprak enzimlerinin miktarları yerine aktiviteleri tayin edilmektedir. Enzimlerin

(13)

4

katalitik aktiviteleri, katalize ettiği reaksiyonun hızını tayin ederek saptanır (Pekin,1979, Gür, 1984; 1997).

Bu araĢtırmanın amacı; değiĢik tuz oranı ihtiva eden 3 çeĢit toprak örneğinde katalaz enziminin, substratı olan H2O2 (hidrojenperoksit) i farklı dozlarda (% 3, % 6,

% 9, % 12, % 15, % 18, % 21, % 24, % 27, % 30), kullanarak, aktivitesini (υ), kinetik parametrelerini (υ0, Vmax ve Km) biyokimyasal reaksiyon kinetiğinin

(Michaelis-Menten) denklemi kullanılarak matematiksel modelleme esasında hesaplanması ve toprağın tuzluluğunun Katalaz enzimine etkisinin belirlenmesidir.

(14)

5 2.KAYNAK ÇALIġMALARI

2.1. Topraktaki Enzim Aktivitesi Ġle Ġlgili ÇalıĢmalar

Bitkiler ve hayvanlar alemine ilaveten üçüncü bir canlı varlıklar aleminin yani mikroorganizmaların hayat zincirine katıldıklarını ve bunların organik atıkları mineralize ettiklerini ortaya koymuĢtur (Waksman, 1957).

Enzim; canlı bitkisel ve hayvansal hücrelerde biyolojik olayların kimyasal reaksiyonlarını katalize eden ve canlı hücreler tarafından sentezlenen kompleks organik maddelerdir (Gür, 1997).

GeçmiĢteki yaklaĢımlarda kullanılan fiziksel ve kimyasal özelliklere ilaveten respirasyon, mineralizasyon, denitrifikasyon, enzim aktivitesi, biyolojik kütle ve çeĢitlilik gibi biyolojik özellikler de toprak kalitesini belirlemede kullanılmaya baĢlanmıĢtır. Toprakta canlı dokular karmaĢık biyokimyasal reaksiyonlarla birlikte bulunur. Bu yüzden toprağa biyolojik varlık olarak bakılabilir (Quastel, 1946).

Poulsun ve Kurtz (1969), pH'sı 6.1 olan siltli, killi ve tınlı tekstürdeki topraklarda üreaz aktivitesini ve buna paralel olarak mikroorganizma populasyonundaki dalgalanmaların aktiviteye etkilerini araĢtırmıĢlardır. Üreaz aktivitesi ile mikroorganizma populasyonunun periyodik geliĢiminin paralel olduğunu, üreaz aktivitesi yüksek olan topraklarda bakteri populasyonunun artmasıyla aktivitenin düĢme gösterdiğini tespit etmiĢlerdir.

AraĢtırma sonuçlarına göre; araĢtırma topraklarındaki mikroorganizmaların sayı ve aktivitesi üzerinde en fazla olumsuz etkiye sahip olan element Ni olmuĢtur. Topraklardaki Ni miktarlarının hemen hemen hepsinin sınır değerin üzerinde saptanması, büyük olasılıkla bu olumsuz etkinin ortaya çıkmasına neden olmuĢtur. AraĢtırma topraklarının genelde organik madde miktarı düĢük ve kum fraksiyonu yüksek topraklar olması nedeniyle sınır değerlerin altındaki konsantrasyonlarda bile bazı elementler mikroorganizmalara olumsuz etkiler yapmıĢtır. AraĢtırılan toprakların 0-30 cm derinliğinde mevcut element konsantrasyonlarına en hassas mikrobiyel gösterge mikrobiyel biyomas olurken, 30-60 cm derinlikte katalaz enzimi, Pb hariç diğer tüm elementler tarafından olumsuz etkilenen bir aktivite olmuĢtur (Beck, 1971).

(15)

6

Topraktaki enzim aktivitesine pek çok faktör etki etmektedir. Bunlar toprak ıslahı ve bazı özel etkiye sahip çevre faktörleri gibi. Stojanovic (1959), Missisipi topraklannda mevsimsel degiĢimin üreaz aktivitesini belirgin Ģekilde etkilediğini belirtmiĢtir. Benzer bir çalıĢmayı Cooper (1972), Nijerya topraklannda arilsülfataz aktivitesi üzerine yapmıĢtır. O, kurak peryotlarda arilsülfataz aktivitesinin azaldığını, yağıĢ miktarının artmasından sonra ve yağmurlu mevsimin sonuna doğru maksimuma eriĢtiğini gözlemlemiĢtir.

Skujins (1973), ise mikroorganizma sayısı ile dehidrogenaz aktivitesi ve CO2 üretimi arasında onemli iliĢkiler bulunduğunu ancak bu iliĢkinin devamlı

olmadığını ortaya koymuĢtur.

Appiah (1975), toprakta fosfataz enzim aktivitesinin dağılımının ve bu enzim ile toprak özellikleri arasındaki iliĢkilerin toprakta yetistirilen ürüne bağlı olabileceğini belirtmiĢtir.

Toprak, humus ve mineralleri içeren hem enzimleri immobilize eden hem de makro-moleküllerin üç boyutlu ağı tarafından stabilize edilen ve mikrobial hücrelerin toplandığı bir sistemdir. Toprakta organik ve mineral fraksiyonların her biri enzim aktivitesinde özel bir etkiye sahiptir (McLaren, 1975).

Speir (1977), Genellikle toprak enzim aktivitesindeki artıĢ, toprak organik madde kapsamındaki artıĢla parallelik göstermektedir. Bu husus; toprak biyotasının, populasyon dinamikleriyle bağlantılı olduklarını belirtmektedir.

Karbondioksit üretimi ve dehidrogenaz aktivitesi toplam biyolojik aktiviteyi, katalaz aktivitesi ise havalı koĢullarda yaĢayan mikroorganizmaların toplam aktivitelerinin belirlenmesinde kullanılır (Roberge, 1978).

Üreaz, fosfataz ve β-glikosidaz ekstrasellüler enzimlerdir. Ekstrasellüler enzimler, topraklarda organik materyallerin mineralizasyon süreçlerinde görev almakta olup, toprak verimliliğinde onemli rol oynamaktadırlar (Burns 1978).

Burns (1978), ekstrasellüler enzimlerin, topraklarda organik materyallerin parçalanmasından sorumlu toprak enzimleri oluĢundan hareketle, topraklara yapılan organik materyal girdisinin bu enzim aktivelerini artırdığını ve bu artıĢın organik materyalin cinsine göre onemli farklılık gösterdiğini belirtmiĢtir.

Toprakta organik maddenin heterotrofik mikroorganizmalar tarafından parçalanması sırasında metabolizmanın son ürünü olarak açığa çıkan CO2‟de

(16)

7

biyolojik aktivitenin ölçüsü olarak kullanılabilen önemli kiriterlerden biridir (Çolak, 1979).

Toprakların enzim aktivitelerini pH, toprak nemi, sıcaklık, organik madde gibi fiziko-kimyasal özellikler büyük ölçüde etkilemesine karĢı gübreleme ve ilaçlarının tarımsal alanlarda kullanılması gibi agronomik faaliyetlerde etkileyebilmektedir. Ġz elementlerin tuzları da topraklara kimyasal gübreler ve endüstriyel kirlilik nedeniyle eklenilmektedir (Tabatabai, 1982).

Hoffmann ve ark. (1953), yaptıkları araĢtırmalar toprak tarafından absorbe edilmiĢ enzimlerin ortam Ģartlarına ve enzim zehirlerine karĢı dayanıklı olduklarını göstermiĢtir. Toprak normal oda Ģartlarında kurutulduğu zaman mikroorganizmaların vejetatif formlarının büyük bir kısmının hayatiyetlerini kaybetmelerine mukabil aktivite önemli surettedir.

Hoffmann'ın (1961) yaptığı araĢtırmaya göre Pochon ve De Barjac yaptıkları araĢtırmalarda toprak örneğinde bulunan enzimlerin aktivitelerinin, toprak düĢük sıcaklık derecelerinde kurutulduğu takdirde azalmadığı ve kurutma esnasında mikroorganizmaların vejetatif formlarının büyük bir kısmının canlılıklarını kaybetmelerine mukabil aktivite üzerine pek az etkili olduğunu tespit etmiĢlerdir. Bu yüzden enzim aktivitelerini her mevsimde tayin etmek mümkündür.

Topraktaki enzim aktivitesi ile ilgili çalıĢmalar son yirmi yıl içerisinde önemli ilerlemeler kaydetmiĢtir. Bilhassa Hofmann ve ark. (1953, 1954, 1955, 1959, 1961, 1965 ve 1966 ) çalıĢmaları topraktaki çeĢitli enzimlerin teĢhislerinin ve aktivitelerinin kantitatif olarak mümkün kılmıĢtır.

Çizelge 2.1. Tarla Topraklarının Enzim Aktiviteleri seviyeleri (Hofmann ve ark., 1966)

ENZĠM AKTĠVĠTE

DüĢük Normal Yüksek

Sakkaraz 15‟den küçük 15-30 30‟dan yüksek

B-Gilikozidaz 20‟den küçük 20-40 40‟dan yüksek

Üreaz 8‟den küçük 6-16 16‟dan yüksek

(17)

8

Hofmann (1963), Toprakta yaĢayan geniĢ mikroorganizmalar aleminin, toprak oluĢumu, toprak strüktürü ve verimliliği üzerine olan tesirleri iyice anlaĢılmıĢ olup toprakta cereyan eden olayları çoğunluğunun biyolojik faktörlerin etkisi altında bulunduğu Ģüphe götürmez bir gerçektir. Bu böyle olmakla beraber son zamanlarda enzimlerin topraktaki aktiviteleri değerlendirmede klasik mikrobiyolojik metotların yalnız baĢına yeterli olmadığını ortaya koymuĢtur.

Hofmann (1963), Toprak mikrobiyolojisi sahasında mikroorganizmaların türleri ve sayılan üzerinde yapılan çalıĢmalar topraktaki biyolojik hayatı tanıtmak, bunların faaliyetleri hakkında temel bilgileri vermekle beraber, kullanılan metotların sonuçların değerlerini düĢürücü mahiyette üç zayıf tarafının bulunduğu öne sürülmektedir.

Ergene (1970) Erzurum ovası topraklarındaki çeĢitli enzimlerin aktivitelerini tayin etmiĢtir. Toprağın derinliği ile mikroorganizma sayısı ve enzim aktivitesi arasındaki iliĢki Çizelge 2.2 de gösterilmiĢtir. Çizelge 2.2 nin incelenmesinden anlaĢacağı üzere hem bakteri sayısı ,hemde aktivite alt katlara doğru azalmaktadır.

Çizelge 2.2. Bakteri Sayısı Ġle Sakkaroz Aktivitesi Arasındaki ĠliĢki (Ergene,1970) Profil Derinlik (cm) Bakteri Sayısı 106 Sakkaraz Aktivitesi*

A 0-10 7.3 6.6 10-20 7. 1 6.2 20-40 4. 1 4.2 B 0-10 7.6 6.4 10-20 6.2 6.2 20-40 3.2 3.8

( * ) 37 °C 'de 24 saatlik inkübasyon devresinde2 gr. Topraktan açığa çıkan

monasakkaritleri titre etmek için sarfedilen 0,1N Sodyumtiyosülfatın cm3 cinsinden miktarı

Enzim aktivitesi toprağın çeĢidine göre de değiĢiklik göstermektedir. AĢağıdaki tablodaki rakamlarda görüldüğü gibi enzim aktivitesinin çayır topraklarında tarla topraklarından daha yüksek olduğu ve her iki topraklarda da derinlikle enzim aktivitesinin azaldığı görülmektedir. (Ergene 1970)

(18)

9

Çizelge 2.3. Tarla ve Çayır Topraklarında ÇeĢitli derinliklerde Enzim Aktivitesi (Ergene,1970)

Derinlik cm

Sakkraz B-Gilikozidaz Üreaz

Tarla Çayır Tarla Çayır Tarla Çayır

0-10 8,5 14,5 2,0 4,0 7,9 16,8 10-20 9,4 7,3 1,6 1,8 7,0 11,0 20-40 5,0 3,0 1,0 0,8 3,2 8,1 40-60 3,3 2,6 1,0 0,4 1,2 2,3 60-80 2,3 2,6 0,3 0,3 0,9 1,0 80-100 2,3 2,5 0,2 0,3 0,0 0,7 150-170 - 0,1 - - - -

Ünal (1967) Rize topraklarının enzim aktiviteleri üzerinde çalıĢmıĢ ve toprakların çeĢitli özellikleri ile enzim aktiviteleri arasında önemli iliĢkiler tespit edilmiĢtir.

Tüm metabolizma olaylarına katılan mikroorganizmalar çıkardıkları enzimlerle çeĢitli reaksiyonlara yön verdikleri için toprakta çeĢitli enzimlerin aktivite değerleri biyolojik aktivitenin ölçüsü olarak kullanılmaktadır (Hofmann, 1986).

Üreaz gibi eksrasellüler enzimler topraklarda bazı organik materyallerin parçalanmasından sorumludurlar. Üreaz, nükleik asit mineralizasyonundan türeyen yada hayvan salgılarında bulunan üreyi diğer canlıların kullanabileceği Ģekle dönüĢtürür (Gür, 1987).

Gök ve Çolak (1991), Ceylanpınar ve Adıyaman-Çamgazi Ovaları toprakları ile Gaziantep-Kemlin, Kayacık ovaları ve Birecik pompaj sulama sahası topraklarının biyolojik özelliklerini incelemiĢler, ova topraklarının organik madde içeriğinin % 1-2 gibi düĢük değerler gösterdiği, bu nedenle de CO2 üretimi, enzim

aktivitesi, mineral azot ve mineralize olabilir azot gibi mikrobiyolojik özelliklere iliĢkin değerlerin düĢük olduğunu ortaya koymuĢlardır.

Arcak ve Haktanır (1994), Ankara Üniversitesi Ziraat Fakültesi Kenan Evren AraĢtırma ve Uygulama Çiftliği arazisinde bulunan beĢ farklı toprak serisinden

(19)

10

alınan yüzey örneklerinde, değiĢik büyüklükteki doğal toprak agregatları fraksiyonlarında üreaz enzim aktivitesinin dağılımını araĢtırmıĢlar ve toprak serileri ile bitki örtüsüne bağlı olarak enzim aktivitesindeki değiĢimleri belirlemiĢlerdir. Yonca ekili alanlardan alınan toprak serilerinde enzim aktivitesinin buğday ve arpa ekili alanlara kıyasla daha yüksek bulunduğunu bildirmiĢler ve toprak strüktürel ünite büyüklüğü ile üreaz aktivitesi arasında, dört toprak serisinde de önemli iliĢkiler olduğunu bildirmiĢlerdir.

Enzimler toprak kolloidleri tarafından kuvvetli adsorbe edilmiĢ olduklarından topraktan izole edilmeleri mümkün olmamaktadır. Bu yüzden toprak enzimlerinin miktarları yerine aktiviteleri tayin edilmektedir. Enzimlerin katalitik aktiviteleri, katalize ettiği reaksiyonun hızını tayin ederek saptanır (Pekin,1979, Gür 1984;1997).

Çesitli ülkelerde enzimoloji konusunda yapılan çalıĢmalar değiĢik toprak tiplerindeki aktivite seviyesinin tespitini kapsamaktadır. Toprak enzim aktivitesinin kantitatif tayini metodları üzerine esaslı çalıĢmalar 1940 yıllannda Condrad ile baslamıĢsa da en onemli geliĢmeler 1952 yıllarmdan sonra pek çok araĢtırmacının bu konuya eğilmesi ile sağlanmıĢtır (Haktanır ve Arcak, 1997).

Karaca ve ark (1998), Terme-Ünye yöresinde fındık tarımı yapılan topraklarda enzim aktiviteleri ile toprakların bazı önemli özellikleri ve iz element ve ağır metal içerikleri arasındaki iliĢkileri ortaya koymaya çalıĢmıĢlardır. Sonuçta, üreaz enzim aktivitesi üzerine organik karbonun; organik madde kapsamının ve KDK' nın önemli düzeyde etki ettiğini, buna karĢılık pH' nın ise vejetasyonun türüne göre çeĢitlilik gösterebileceğini ortaya koymuĢlardır.

Arcak ve ark. (1999), farklı vejetasyon altındaki toprak örneklerinde ve üç farklı derinlikte, üreaz ve β-glikozidaz enzim aktivitelerini araĢtırmıĢlar ve yonca ekili parsellerden aldıkları toprak örneklerinde her iki enzim aktivitesinde de en yüksek değer bulunduğunu belirtmiĢlerdir. Toprak derinliğinin artmasıyla üreaz aktivitesinde artma, β-glikozidaz aktivitesinde ise azalma tespit etmiĢlerdir.

Dehidrogenaz aktivitesi toprakların redoks potansiyelleri ve oksidativ aktiviteleri hakkında önemli bilgiler verir. Ancak tıpkı biyolojik kütlede olduğu gibi yapılan araĢtırmalarda biribiri ile çeliĢen sonuçlar gözlenmiĢtir. Örneğin toprak iĢleme, dehidrogenaz aktivitesini hem artırmakta hem de azaltmaktadır (Bergstrom ve ark., 1998; 2000).

(20)

11

Karaca ve ark. (2000), toprak sıkıĢmasının, üre ilave edilen ve edilmeyen toprak örneklerinin üreaz enzim aktivitesi, karbondioksit çıkıĢı ve azot mineralizasyonu üzerine etkisini araĢtırmıĢlardır. Toprak örnekleri 0 kg cm-2, 2 kg cm-2 ve 4 kg cm-2 lik basınçlarla sıkıĢtırarak 28 günlük inkübasyona tabii tutmuĢlardır. Ġnkübasyon süresince örneklerin üreaz enzim aktivitesi ve CO2 çıkıĢı

üzerine olan olumsuz etkisini üre ilave edilmeyen topraklara göre daha az bulmuĢlardır. Ġnkübasyon süresine bağlı olarak üre ilave edilmiĢ, topraklarda üre ilave edilmemiĢe göre yaklaĢık beĢ kat fazla NH4+- N'u ve dört kat fazla NO3-- N'u

belirlemiĢler ve her iki basınç uygulamasında da nitrifikasyonun önemli ölçüde engellendiğini (p<0.05) belirlemiĢlerdir.

Rzeuski ve ark. (1998), Shivarajashankara, ve ark. (2001), yüksek dozlarda flor alımı H2O2, süperoksid, hidroksil üretimini artırmaktadır. Florun fazla alınması

solunum patlamasını artırmakta ve dolayısıyla süperoksidin daha fazla üretilmesine neden olmaktadır. Süperoksid direkt olarak zarar vermemesine rağmen H2O2 kaynağı

olması nedeniyle zararlıdır. H2O2, membran lipidlerinde lipid peroksidasyona,

süperoksid dismutazın inaktivasyonuna, DNA hasarına neden olmaktadır (AkkuĢ, 1995; Joence, 1989; Lunec, 1990).

Okur ve ark. (2002), yaptıkları çalıĢmada kentsel ve endüstriyel atıklarla kirletilmiĢ olan Nilüfer Çayı ile sulanan tarım arazilerinden toprak örnekleri alınarak, bu toprak örneklerinin mikrobiyolojik aktivite düzeyi belirlenmiĢ ve topraklardaki ağır metal miktarları ile mikrobiyolojik aktivite arasındaki iliĢki araĢtırılmıĢtır.

2.2. Topraktaki Katalaz Enzim Aktivitesi Ġle Ġlgili ÇalıĢmalar

Katalaz enzimi (H2O2: H2O2 oxidoreductase E.C.1.11.1.6) tabiatta çok yaygın

olarak bulunmaktadır. Katalaz (CAT), sitokrom sistem içeren memeli ve memeli olmayan organizmalarda bulunurken, genelde anaeroblarda bu enzime rastlanmamaktadır. Hemen hemen tüm aerobik mikroorganizmalarda, bitki ve hayvan hücrelerinde katalitik aktivitesi yüksek konsantrasyonda mevcuttur. Oksidasyon ve redüksiyon reaksiyonlarında rol oynayan enzimlere oksidoredüktazlar denilir ve CAT oksidoredüktazların (Oksidazlar, dehidrojenazlar, hidroperoksidazlar, oksijenazlar) bir grubu olan hidroperoksidazlar sınıfında yer alır. Hidroperoksidazlar,

(21)

12

substrat olarak hidrojen peroksit veya diğer organik peroksitleri kullanırlar, aynı zamanda canlıyı zararlı peroksitlere karĢı korurlar. Peroksitlerin birikmesi serbest radikallerin ortaya çıkmasına ve membran yapısının bozulmasına, aterosikleroz ve muhtemelen kanser oluĢumuna neden olur (Higashi ve ark., 1974; Halliwel ve ark., 1990; Nicholls ve ark. 2000).

Riozin ve Egorov (1972), bir araĢtırmalannda katalaz aktivitesinin organik madde kapsamları arasında iliĢki olduğunu buna karĢın toprakların mikroorganizma sayıları ile iliĢkilerinin bulunmadığını belirtmiĢlerdir.

Katalaz (CAT, EC 1.11.1.6) 2H2O2 → 2H2O + O2 tepkimesini katalizler. Her

aerobik hücre bu enzimi bulundurur. CAT, % 80 peroksizomlarda ve % 20 sitozolde bulunmaktadır. CAT enzimi dört alt üniteden olusmuĢ, her bir alt ünitesinde bir heme [Fe(III)-prothoporphyrin] grubu bulunduran 240 000 dalton molekül ağırlığında bir proteindir (Percy, 1984).

ġekil 2.1. H2O2 (hidrojenperoksit) in farklı hallerde atom bağları arasındaki

açıları.

Topraklarda katalaz aktivitesi yüksek organik madde kapsamı ile ilgilidir. En yüksek katalaz aktivitesi yüzey katmanlarında ve humus birikimi olan A-horizonlannda bulunur ve derine gidildikce azalır. Alkali ve kirecli topraklarda katalaz aktivitesinin daha güçlü olduğu saptanmıĢtır. Katalaz aktivitesi organizma sayısına, vejetasyona hatta biyolojik olmayan kimyasal reaksiyonlara bağlıdır. Toplam katalaz aktivitesinin % 40 kadarı biyolojik olmayan yapıdadır. Topraktaki mikroorğanizmaların miktarı arttıkça toprak verimliliğinin de arttığı ve toprak verimliliğinin büyük ölçüde bozulmamıĢ bir mikroorğanizma populasyonun dengesine bağlı olduğu bildirilmiĢtir (Gür, 1987).

Katalaz enzimi H2O2 (hidrojenperoksit) i ayrıĢtırarak O2 (oksijen) ve H2O (su)

(22)

13

kabarcıklarının çıkması katalazın varlığını kanıtlamaktadır. Test edilecek bakteri kültürü Tryptose Agar besiyerine % 3‟lük H2O2‟den üç damla damlatıldığında

kabarcık oluĢumu pozitif bir reaksiyon olarak kabul edilmıĢtir (Gücin ve Dülger,1995).

ÇıkıĢ öncesi herbisit olarak kullanılan Trifluralin‟in toprakta nitrifikasyon ve toprak katalaz aktivitesi üzerine etkileri ince tekstürlü toprak örneğinde üç farklı dozda uygulanarak üç farklı nem düzeyinde 27 0C „de 18 gün süreyle inkübe edilerek araĢtırlımıĢtır. Uygulanan Trifluralin dozları zaman ve nem düzeylerine bağlı olarak katalaz aktivitesi değiĢimini önemli düzeyde etkilemiĢtir (Arcak ,Omar ve Haktanır,1995).

Rodentisidlerden aluminyum fosfür ile zehirlenmiĢ 45 hastada, kontrollere göre SOD düzeyleri belirgin olarak yüksek olmasına karĢı, serum katalaz önemli oranda düĢük bulunmuĢtur. Bu durum yoğun H2O2 yüklemesiyle sonuçlanmıĢ ve

MDA da buna paralel olarak çok yüksek bulunmuĢtur (Chugh ve ark.,1996).

Karaca ve ark. (1996), killi bünyeli bir toprakta kurĢun ye kadmiyum gibi ağır metallerin, nitrifikasyon, CO2 çıkıĢı ve katalaz enzim aktivitesi üzerindeki

etkilerini araĢtırmıĢlar; 0, 100, 500, 1000 ppm konsantrasyonlarında Cd ve Pb toprağa uygulanmıĢ ve 60 gün süreyle inkübe etmiĢlerdir. Sonuçta artan miktarda Cd uygulamasının inkübasyon süresi içinde nitrata dönüĢmeden toprakta kalan amonyum azotu miktarlarını, kontrol örneklerinden çok daha fazla olarak bulmuĢlardır. Ġnkübasyon süresi boyunca amonyum azotu miktarlarını da Pb dozlanna bağlı olarak artıĢ gösterdiğini izlemiĢler ve Pb'un nitrifikasyonu olumsuz Ģekilde etkilediğini belirtmiĢlerdir. Bununla birlikte ağir metallerin CO2 çıkıĢı ve

katalaz aktivitesi üzerine etkilerini hem zamana hem de doza bağlı olarak % 1 düzeyinde önemli bulmuĢlardır.

Arcak ve ark. (1997), asit fosfataz, alkali fosfataz ve katalaz enzim aktivitelerinin iğne yapraklı vejetasyon altında ve deniz seviyesinden yükseklikle ilgili olarak değiĢimlerini araĢtırmıĢlar ve asit fosfataz, alkali fosfataz ve katalaz aktivitesi ile organik madde, toplam azot, katyon değiĢim kapasitesi, yarayıĢlı P ve K, toprak nemi gibi toprak özellikleri arasında çok önemli pozitif iliĢkiler belirlemiĢlerdir. Denizden yükseklik ile toprakların enzim aktiviteleri arasında önemli negatif iliĢkiler bulmuĢlardır.

(23)

14

Yomo ve ark. (1997), net hız sabitelerini kullanarak kararlı hal enzim kinetiğinin genel denklemini türetmiĢlerdir ve bu denklemi katalaz reaksiyonu kinetik analizine uygulamıĢlardır. Hız denkleminin, Bacillus stearothermophilus‟un katalaz reaksiyonunun dinamik durumu ve reaksiyon belirliliğinin araĢtırılmasında yararlı olduğunu ve bakteriyel katalazın reaksiyon sistemi için genel denklemin uygulanabilirliğini kanıtlamıĢlardır.

Kızılkaya ve ark (1998), Bafra ovasında yoğun Ģekilde çeltik tarımı yapılan bazı köylerden aldıkları toprak örneklerinde enzim aktiviteleri üzerine toprak özelliklerinin etkisini incelemiĢlerdir. Bu calıĢma sonucunda üreaz enzim aktivitesi ile toprakların organik madde, ekstrakte edilebilir Mn, değiĢebilir K ve total P kapsamlan arasında pozitif iliĢkiler; toprakların katalaz enzim aktivitesi ile toprakların kum ve ekstrakte edilebilir Fe kapsamları arasında negatif yönde, kil kapsamları arasında ise pozitif yönde iliĢkiler belirlemiĢlerdir.

Kızılkaya ve ark (1998a), Samsun Alaçam orman topraklarının bazı kimyasal ve biyolojik özelliklerini belirleyerek birbirleri ile olan iliĢkileri araĢtırmıĢlardır. Toprakların biyolojik özelliklerini belirlemek amacıyla üreaz, fosfataz, sakkaraz, katalaz ve dehidrogenaz enzim aktivitelerinin yanı sıra CO2

üretimi miktarları, kimyasal özelliklerini belirlemek amacıyla ise, kireç, organik madde, pH, EC, KDK değiĢebilir Na, K, Ca ve Mg, toplam N, NH4+ - N, NO-3 - N ve

yarayıĢlı P ile, ayrıca toprakların toplam element (Fe, Al, K, Na, Ca, Mg, Mn, Cu, Zn, Co, Pb, Ni) konsantrasyonlan ile yarayıĢlı Fe, Cu, Zn kapsamlarını tesbit etmiĢler ve toprakların biyolojik özellikleri ile iliĢkilerini araĢtırmıĢlardır. Sonuçta kullanılan toprak örneklerinin biyolojik özelliklerinin tarım topraklarındakinden oldukça yüksek olduğunu belirlemiĢlerdir. CO2 üretiminin, katalaz ve üreaz

aktivitesinin EC ve KDK ile onemli düzeyde iliĢkileri olduğunu belirlemiĢler, toprakların biyolojik özellikleri ile toplam element konsantrasyonları arasında iliĢki görememiĢlerdir.

Bakır; tirozinaz, katalaz, ürikaz, sitokrom C oksidaz, delta amino levülinik asit dehidraz, bağ dokusundaamino oksidaz, askorbik oksidaz, süperoksit dis-mutaz (SOD), dopamin beta hidroksilaz gibi çeĢitli enzimlerin yapısına girer (Bremner 1979, Yorbık 1999).

(24)

15

Serbest radikaller hidroksil, süperoksit, nitrik oksit ve lipid peroksit radikalleri gibi değiĢik kimyasal yapılara sahiptir (Cochranc CG, 1991). Biyolojik sistemlerdeki en önemli serbest radikaller, oksijenden oluĢan radikallerdir. Oksijen, süperoksit grubuna (O2) bazı demir-kükürt içeren yükseltgenme-indirgenme

enzimleri ve flavoproteinlerin etkisiyle indirgenir. Son derece etkin olan ve hücre hasarına yol açan süperoksit grubu, bakırlı bir enzim olan süperoksit dismutaz (SOD) aracılığında hidrojen peroksit (H2O2) ve oksijene çevrilir. Süperoksit grubundan daha

zayıf etkili olan H2O2, dokularda bulunan katalaz, peroksidaz ve glutasyon

peroksidaz (GPx) gibi enzimlerle su ve oksijen gibi daha zayıf etkili ürünlere dönüĢtürülerek etkisiz kılınır. Dietilditiyokarbamat gibi süperoksit dismutazın etkinliğini engelleyen maddeler, süperoksit gruplarının zararsız hale getirilmesini sınırlandırırken, lipid peroksidasyonu hızlandırırlar. Ayrıca katalazın etkinliğini engelleyen maddeler (aminotriazol gibi herbisidler) de etkin oksijen gruplarına veya bu grupları oluĢturan maddelere duyarlılığı artırır (Kaya ve ark.,1998), (Mates, 2000).

Zhiyong ve ark. (2000), kurĢun iyonunun katalaz aktivitesi üzerinde meydana getirdği engellenmeyi termokinetik yöntem ile araĢtırdıkları çalıĢmalarında, Pb iyonunun katalaz aktivitesi üzerinde meydana getirdiği engellenmenin “kompetitif tersinir” olduğunu, özellikle yüksek substrat konsantrasyonlarında katalaz aktivitesinin büyük ölçüde engellendiğini ve reaksiyonun tamamlanmadığını belirlemiĢlerdir.

Uyanöz ve ark. (2000), buğday anızı, tavuk gübresi, sığır gübresi ve üre gübresi gibi organik materyallerin belli oranlarda killi tın tekstüre sahip bir toprağa ilavesinin, bitki geliĢimi ve toprak üretkenliği açısından çok onemli fonksiyonları olan CO2 çıkıĢı, üreaz ve katalaz enzim aktivitelerini ne Ģekilde değiĢtireceğini

saptamak amacıyla yaptıkları çalıĢmalarında anızlı toprağa uygulanan sığır, tavuk ve üre gübrelerinin toprağın CO2 üretimi, üreaz ve katalaz enzim aktivitesi üzerinde

etkili olduğunu belirlemiĢlerdir. AraĢtırıcılar toprak verimliliğinin bir ölçüsü olarakta kabul edilen bu biyolojik özelliklerin iyileĢtirilmesinde bahsedilen organik materyallerin kullanımının yaygınlaĢtırılmasını ve arazi çalıĢmalarıyla hangi materyallerin ne oranlarda kullanılacağını ve etkilerinin belirlenmesi gerektiğini vurgulamiĢlardır.

(25)

16

(Özkan ve ark., 2000) yaptıkları çalısmada, Nition [O-O-dimethyl-O-(3-methyl-4-nitro-phenyl) phosphorothioate] ile doğal ortamda ilaçlanmıĢ Dociostaurus maroccanus Thunberg türünün birinci, ikinci, üçüncü evre nimf ve ergin bireylerde antioksidan enzim akitviteleri incelenmiĢtir. Canlı D. maroccanus örnekleri 1996 yılında Eynif Ovası‟nda, (Ġbradı, Antalya) Tarım Ġl Müdürlügünce Nition kullanılarak mücadele edilen epidemik populasyondan alınmıĢtır. Katalaz, redüktaz, peroksidaz ve selenyum bagımlı Glutatyon-peroksidaz aktiviteleri spektrofotometrik olarak saptanmıĢ. Katalaz enzim aktivitesi Luck yöntemi ile hesaplanmıĢ (Luck, 1963), Katalaz enzim aktivitesinde evrelere göre önemli bir farklılık gözlenmemiĢtir. Enzim aktivitesi değerleri 19.131 ile 20.403 mikromol/miligram total protein arasında değiĢmiĢtir. Glutatyon-redüktaz aktivitesi ergin evrede artıs göstermiĢtir. Selenyum bağımlı Glutatyon-peroksidaz aktivitesi ergin evrede artıs göstermiĢtir. Selenyum bağımlı Glutatyon-peroksidaz aktivitesi ikinci evreye kadar düĢüĢ gösterip üçüncü evrede artmıĢtır. Buna karĢılık selenyum bağımsız Glutatyon-peroksidaz aktivitesi ikinci evrede artıĢ göstermiĢtir.

Katalaz



 



1





₂



 

  

1 2 2 2 2 2 2 2 k k 2 k

Katatlaz  Katalaz _ Katatlaz

 

   _         

reaksiyonunu katalizler.

Katalaz, hidrojen peroksitin su ve oksijene dönüĢtürülmesini katalizleyen ve böylece hidrojen peroksitin hücresel bileĢiklere zarar vermesini engelleyen koruyucu bir enzimdir. Hidrojen peroksit, katalaz tarafından parçalanmazsa vücut için çok tehlikeli bir serbest radikal olan hidroksil radikalinin öncülü olarak davranır ve bu radikal hücrede kalıcı hasarlara neden olur. 2 H2O2  2 H2O + O2 (Van Ruth ve

ark.,2001).

Birçok dokuda oksidaz ve CAT aktivitesi beraber çalıĢır. Katalitik reaksiyonda iki basamak yer alır: Ġlk basamakta katalazın Ferrik (Fe +3) içeren hali, bileĢik-1 (Porfirin Katyon Radikali) oluĢtururken peroksit molekülü ile tepkime verir ve burada peroksit molekülü indirgenir. Sonrasında ikinci basamakta baĢka bir hidrojen peroksit molekülü yükseltgenerek bileĢik-1 doğal halini alır. Bu reaksiyonlarda hidrojen peroksit hem elektron alıcısı hemde vericisi olarak görev yapar (Kremer, 1970; Lardinois, 1995; Switala ve Loewen 2002).

(26)

17

CAT, hidrojen peroksiti substrat olarak, hem elektron alıcısı hemde elektron vericisi olarak kullanmaktadır. (Lanir ve Schejter 1975; Jones ve Masters 1976; Nicholls ve ark. 2000; Robertson, 2004).

Trasar-Cepeda ve ark. (2006), üç farklı bünyeli (tınlı, tın ve kumlu-killi-tın) toprakta farklı sıcaklıklardaki (5, 18, 27, 37, 57 ve 70°C) üreaz, BBA-proteaz, kasein-BBA-proteaz, β-glukosidaz, invertaz, CM-sellulaz, arilsülfataz, dehidrogenaz ve katalaz enzim aktiviteleri ile bu enzimlere ait termodinamik parametreleri araĢtırdıkları çalıĢmada, en düĢük enzim aktivitelerinin düĢük organik madde içeriğine sahip olan topraklarda bulunduğunu belirlemiĢlerdir. Dehidrogenaz enzimi tarafından katalizlenen reaksiyonda 70 °C‟ye kadar olan sıcaklık artıĢıyla birlikte ürün oluĢumunda artıĢ olduğunu, katalaz aktivitesinin 37 °C den sonra etkilenmediğini belirlemiĢlerdir. AraĢtırma sonunda ayrıca, topraklar arasında her bir enzim için aktivasyon enerjileri (Ea) ve sıcaklık katsayıları (Q10) değerleri

birbirlerinden farklılık gösterdiği belirlenmiĢ, en düĢük Ea ve Q10 BBA-proteaz da ve

en yüksek Ea ve Q10 CM-sellulaz da ve kasein-proteaz da elde edilmiĢtir.

Yapılan bir araĢtırmada, yüksek antioksidan etkiye sahip olduğu bilinen keten tohumu (linum usitatissimum) ekstraktında; katalaz (E.C.1.11.1.6) ve süperoksit dismutaz (EC 1.15.1.1) enzimlerinin aktiviteleri tayin edilmiĢtir. Enzimlerin kısmen saflaĢtırılmalarında; homojenizasyon, ultrasantrifüjleme ve PD-10 (Sephadex G-25M) kolon kromotografisi basamakları sırasıyla uygulanmıĢtır. Ultrasantrifüj sonrası katalaz ve süperoksit dismutaz enzimlerinin spesifik aktiviteleri sırasıyla 15,94 U/mg prot. ve 2,05 U/mg prot. olarak, PD-10 kolon kromatografisi ile yapılan tuzdan ayrıĢtırma iĢlemi sonrası katalaz ve süperoksit dismutaz enzimlerinin spesifik aktiviteleri yine sırasıyla 17,56 U/mg prot. ve 4,90 U/mg prot. olarak bulunmuĢtur. Ayrıca bu iki enzimin 4 oC‟ deki depolama kararlılıklarına bakılmıĢtır. 96 saat sonunda katalazın aktivitesi tamamen kaybolmuĢ, süperoksit dismutazın aktivitesi ise % 59,60 azalmıĢtır (Bozdemir, 2007).

Birçok in vivo ortamlarda peroksidaz aktivitesi olarak CAT tercih edilmektedir. CAT kanda, kemik iliğinde, mukoz membranlarda, böbrek ve karaciğer de bulunur. Temel fonksiyonu oksidazlar tarafından ortaya çıkan hidrojen peroksiti ortadan kaldırmaktır (Bozdemir, 2007).

(27)

18

2.3. Topraktaki Enzim Aktivitesinin Kinetik Parametreler Üzerine Etkisi Ġle Ġlgili ÇalıĢmalar

Toprakların enzim aktivitelerinin değerlendirilmesinde kullanılan Km

(Michaelis sabiti) ve Vmax (enzim reaksiyonunun maksimum hızı) temel kinetik parametrelerdendir. Toprak enzimlerine ait kinetik parametrelerin saptanması, söz konusu enzimin orijini ve toprak özellikleri ile çevresel faktörlerin enzim reaksiyonlarının her bir aĢamasındaki etkisini ortaya koymaktadır. Vmax,

enzim-substrat kompleksinin enzim ve reaksiyon ürünlerine parçalanma hızını göstermekte olup, bu değerin yüksek yada düĢük oluĢu topraktaki enzimsel süreçlerin daha hızlı veya yavaĢ olarak gerçekleĢtiğini ifade eden potansiyel bir göstergedir. Topraklarda her bir enzime ait saptanan Vmax düzeyleri, toprakların fiziko-kimyasal özelliklerine

ve toprağın kapsadığı enzimin düzeyine bağlı olarak değiĢmektedir (Aliev ve ark. 1981, 1984; Paulson ve Kurts, 1970; Ramirez-Martinez, 1968; Tabatabai, 1973; Tabatabai ve Bremner, 1971).

Topraklarda her bir enzime ait saptanan KM seviyeleri Vmax‟da olduğu gibi

toprakların oluĢum faktörlerine ve toprağın kapsadığı enzimin düzeyine bağlı olarak değiĢmektedir (Paulson ve Kurts, 1970; Ramirez-Martinez, 1968; Tabatabai, 1973).

Beri ve ark. (1978), farklı bölgelerden alınan toprak örneklerinde (0-15cm derinlik) üreaz enzim aktivitesini ve Michaelis-Menten eĢitliğini kullanarak maksimum reaksiyon hızını (Vmax) ve kinetik sabitesini (Km) araĢtırmıĢlardır. Bu

araĢtırmanın sonunda, çok düĢük organik madde içeren topraklarda üreaz enzim aktivitesi çok düĢük bulunmuĢtur. Toprak pH‟sı yükseldiğinde enzim aktivitesinde azalma görülmüĢ ve genellikle ağır bünyeli topraklarda yüksek enzim aktivitesi görülmüĢtür. ÇalıĢma sonunda, çeĢitli substrat konsantrasyonlarında ürenin hidrolizinden Vmax ve Km değerleri belirlenmiĢ olup, Km değeri 1,9-330 mM arasında

değiĢirken Vmax değeri 6-140 mg üre-N h-1g-1 arasında değiĢtiği ve ayrıca toprak

ortamı karıĢtırıldığında ise Km değerinde düĢme olduğunu belirlenmiĢtir.

Enzim aktivitesi üzerine reaksiyon hızı substrat konsantrasyonu ile doğru orantılıdır. Bu kimyasal reaksiyonlarda bazı kavramlar ortaya çıkmıĢtır.

a-Tepkimeye giren madde konsantrasyonu b-Denge sabitesi

(28)

19

Michaelis -Menten EĢitliği

 

Vmax

 

_{ }

S P S      veya









max 2 2 0 2 2 V H O H O       (Yazgan ve ark., 1979). υ0 - enzimsel reaksiyonun baĢlangıç hızı (ürün/zaman)

Vmax - enzimsel reaksiyonun ulaĢabileceği maksimum hızı (ürün/zaman) [S] - Substrat (hidrojen peroksit) konsantrasyonu

[P] - Ürün

Toprak Enzimlerinin Dinamiği, Kinetiği ve termodinamiği üzerine farklı çalıĢmalar yapılmıĢtır (Dalal, 1966; KiĢ, 1972; Mikayilov, 1981, 1984).

Kaynağı büyük ölçüde mikroorganizmalar olan enzimlerin miktarı ve aktivitesi de topraklara organik madde ilavesi ile artmaktadır. Bu durum, artan mikrobiyal populasyonun enzimleri daha fazla sentezlemesi (Bremner ve Mulvaney 1978) ve organik materyallerin enzimlere ait substratları da doğal yapılarında kapsamaları ile iliĢkilidir (García ve ark. 1993).

Bir canlıdaki parçalanma ve yapım (sentez) reaksiyonlarının tümü enzimlerin katalitik aktiviteleri ve yöntemleriyle gerçekleĢtirilmektedir. Bu tanıma göre de enzimler canlılığın oluĢumu ve devamı için elzem maddelerdir. Canlı dıĢında da aktivitelerini göstermeleri enzimlerin önemini bir kat daha artırmaktadır. Enzimler bu özellikleriyle günlük yaĢantımızda önemli rolü olan maddeler haline gelmiĢtir. Bugün enzimlerden gıda, ilaç ve kimya endüstrisinde, dericilik, boya ve temizlik maddeleri üretimi gibi özel konularda, biyoloji ve biyoteknoloji bilim dallarında, tıp, tarım ve veterinerlik alanlarında yaygın olarak yararlanılmaktadır (Temiz, 1998).

Masciandaro ve ark. (2000), Mısır yetiĢtirilen araziye, gübreleme materyali olarak organik (vermikompost), mineral (amonyum fosfat ve üre) ve organomineral karıĢımların uygulanmasın-dan 1 yıl sonra, dehidrogenaz aktivitesi ile bu enzime ait kinetik parametrelerdeki (Vmax ve Km) değiĢimleri araĢtırdıkları çalıĢmada, Vmax,

vermikompost ile organomineral gübrelerin uygulanması sonucunda arttığı belirlenmiĢtir. Ayrıca, Km‟deki değiĢimin vermikompost ile kontrol arasında bir fark

(29)

20

bulunmaz iken, mineral gübre ile organomineral gübre uygulamasının 2 kat artıĢ gösterdiği saptanmıĢtır.

Topraklara ilave edilen organik bileĢikler, ortamın mikrobiyal geliĢme ve çoğalması için uygun hale gelmesini sağlamakta, baĢta heterotrofik mikroorganizmalar olmak üzere mikrobiyal populasyona C, enerji ve besin maddesi kaynağı sağlamaktadır. Bunun sonucunda da mikrobiyal populasyon ve bunların aktiviteleri büyük oranda artıĢ göstermektedir (Kızılkaya ve HepĢen 2004).

Km enzim miktarının ölçütü olup, substrat ile iliĢkilidir. Yani KM,

enzim-substrat kompleksinin dayanıklılığını ifade etmekte olup, enzim-enzim-substrat kompleksi ile KM değeri arasında ters bir iliĢki bulunmaktadır. KM değeri düĢük olduğunda

enzim-substrat kompleksinin dayanıklılığı yüksek, KM değeri büyük olduğunda ise

enzim-substrat kompleksinin dayanıklılığı düĢüktür (Tabatabai and Bremner 1971; Tabatabai 1973; Aliev ve ark. 1981; Ekberli ve Kızılkaya, 2006; Ekberli ve ark., 2006).

Vmax/KM, toprakta enzim-substrat kompleksinin meydana gelmesi ile bu

kompleksten ürünün oluĢumunun karĢılaĢtırılmasını ifade etmektedir. Bu oranın yüksek oluĢu, enzim-substrat kompleksinin dağılımının oluĢumuna göre daha çabuk olduğunu göstermektedir (Paulson ve Kurtz 1970; Tabatabai ve Bremner 1971; Tabatabai 1973; Khaziev and Agafarova, 1976; Aliev ve ark. 1981; Khaziev, 1982; Ekberli ve Kızılkaya, 2006; Ekberli ve ark., 2006).

Ülkemizde de organik atıkların toprakların gerek enzimsel reaksiyonları üzerine etkisinin saptanması ve gerekse diğer biyolojik özelliklerinde meydana getirdiği etkilerin ortaya konulması açısından birçok araĢtırma yapılmıĢtır. Tüm bu çalıĢmalardan genellikle, organik materyal ilavesi sonucunda enzim aktivitelerinde önemli artıĢların olduğu ortaya konulmuĢtur. Ancak, ülkemizde gerek tarımsal faaliyetler ve gerekse endüstriyel faaliyetler sonucu elde edilen bu organik atıkların, enzim kinetikleri üzerine etkilerinin saptanması amacıyla yapılan çalıĢmalar oldukça sınırlıdır. Enzim aktivitesi tayinlerinde, substrat konsantrasyonu ve inkübasyon sıcaklığının enzim aktivitesi üzerine etkisinin ve optimum koĢulların saptanması, ayrıca ülkemiz toprak koĢullarında enzim reaksiyonunun ilk maksimum hızının seviyesi (V_max), enzim- substrat kompleksinin dayanaklığını ifade eden sabitelerin (K_m) ve temel kinetik parametrelerinin belirlenmesi, enzim aktivitelerinde meydana

(30)

21

gelen değiĢmelerin ortaya konulması açısından son derece önemlidir (Ekberli ve Kızılkaya, 2006; Ekberli ve ark., 2006).

Topraklara ilave edilen organik bileĢikler, ortamın mikrobiyal geliĢme ve çoğalması için uygun hale gelmesini sağlamakta, baĢta heterotrofik mikroorganizmalar olmak üzere mikrobiyal populasyona C, enerji ve besin maddesi kaynağı sağlamaktadır. Bunun sonucunda da mikrobiyal populasyon ve bunların aktiviteleri büyük oranda artıĢ göstermektedir (Kızılkaya ve HepĢen 2004).

Kaynağı büyük ölçüde mikroorganizmalar olan enzimlerin miktarı ve aktivitesi de topraklara organik madde ilavesi ile artmaktadır. Bu durum, artan mikrobiyal populasyonun enzimleri daha fazla sentezlemesi ve organik materyallerin enzimlere ait substratları da doğal yapılarında kapsamaları ile iliĢkilidir (Bremner ve Mulvaney 1978; García ve ark. 1993).

Ekberli ve ark. (2006), killi tın bünyeli bir toprak için, farklı substrat konsantrasyonlarında (0, % 1, %2, %4, %6, %8 ve %10), farklı sıcaklıklarda (0, 10, 20, 30, 40 ve 500C ) ve farklı inkübasyon periyotlarında (0, 1, 2, 3, 4, 5 ve 6 saat) toprakta belirlenen üreaz aktivitesi ile termodinamik (Ea,H,S,G) ve kinetik

(Vmax, Km ve Vmax/Km) parametreleri belirlemek amacıyla yürüttükleri çalıĢmada,

reaksiyon hızının %10 substrat konsantrasyonuna ulaĢtığında dengeye geldiği, en yüksek Vmax, Km ve Vmax/Km değerlerini 40 ve 50°C ve en yüksek Ea, Hve S

değerlerinin ise % 10 substrat konsantrasyonunda bulunduğu belirlenmiĢtir.

Ekberli ve Kızılkaya (2006), topraklara solucan ilavesi sonucunda elde edilen dıĢkılar ile solucanın yaĢadığı toprağın besin maddesi kapsamı ve katalaz aktivitesindeki değiĢmeler ile katalaz aktivitesinin Vmax, Km, Vmax/Km kinetik

parametrelerini araĢtırdıkları çalıĢmada, solucan dıĢkısının solucanın bulunduğu toprağa ve kontrol toprağına oranla daha yüksek seviyede organik C ve besin maddelerini (N, P, K, Ca, Mg, Fe, Cu, Zn ve Mn) kapsamasına karĢın, aerob mikrofloranın değerlendirilmesinde önemli bir kriter olan katalaz aktivitesinin düĢük düzeylerde bulunduğu belirlenmiĢtir. ÇalıĢmada ayrıca, gerek katalaz aktivitesi ve gerekse kinetik parametrelerin en yüksek seviyelerinin solucanın yaĢadığı toprakta bulunduğu da saptanmıĢtır.

Kızılkaya ve ark. (2007), Toprak enzimleriyle yapılan bir araĢtırmada, topraklara % 5 düzeyinde uygulanan tütün atığı ve buğday samanının üreaz aktivitesi

(31)

22

ve kinetiği üzerine etkisi bir inkübasyon denemesi ile saptanmıĢtır. Bu amaçla, killi tın bünyeli deneme toprağına organik atıklar, kuru ağırlık üzerinden %5 oranında karıĢtırılmıĢ ve 30 gün süre ile 25±0.5 0C‟de inkübasyona bırakılmıĢtır. Elde edilen sonuçlara göre, topraklara tütün atığı ve buğday samanı uygulamasının üreaz aktivitesini artırdığı belirlenmiĢtir. Ayrıca, reaksiyon hızının kontrolde %8‟lik substrat düzeyine, tütün atığı ve buğday samanı uygulamasında ise %10‟luk düzeyine kadar artıĢ gösterdiği ve bu düzeylerden sonra değiĢmediği belirlenmiĢtir. Hem kontrol hem de organik atık uygulanmıĢ topraklarda tüm substrat konsantrasyonlarındaki en yüksek reaksiyon hızları 50 0C‟lik inkübasyon sıcaklığında saptanmıĢtır. Tüm uygulamalarda en yüksek V_maxve K_mdeğerleri 40 ve 500C‟de, en yüksek V_max/K_moranları kontrol uygulamasında 50 0C‟de, tütün atığı ve buğday samanı uygulamasında ise 40 0C‟de belirlenmiĢtir.

Yapılan bir araĢtırmada, topraklara % 5 düzeyinde uygulanan tütün atığı ve buğday samanının üreaz aktivitesi ve kinetiği üzerine etkisi bir inkübasyon denemesi ile saptanmıĢtır. Bu amaçla, killi tın bünyeli deneme toprağına organik atıklar, kuru ağırlık üzerinden % 5 oranında karıĢtırılmıĢ ve 30 gün süre ile 25±0.5 0C‟de inkübasyona bırakılmıĢtır. Ġnkübasyon sonunda alınan örneklerin, farklı substrat konsantrasyonları (% 0, % 1, % 2, % 4, % 6, % 8, % 10 ve % 12), inkübasyon periyotları (0, 1, 2, 3, 4, 5 ve 6 saat) ve sıcaklıklarındaki (0, 10, 20, 30, 40 ve 500C) üreaz aktivitesi ve kinetik parametrelerindeki değiĢimler araĢtırılmıĢtır. Elde edilen sonuçlara göre, topraklara tütün atığı ve buğday samanı uygulamasının üreaz aktivitesini artırdığı belirlenmiĢtir. Ayrıca, reaksiyon hızının kontrolde % 8‟lik substrat düzeyine, tütün atığı ve buğday samanı uygulamasında ise % 10‟luk düzeyine kadar artıĢ gösterdiği ve bu düzeylerden sonra değiĢmediği belirlenmiĢtir. Hem kontrol hem de organik atık uygulanmıĢ topraklarda tüm substrat konsantrasyonlarındaki en yüksek reaksiyon hızları 50 0C‟lik inkübasyon sıcaklığında saptanmıĢtır. Tüm uygulamalarda en yüksek V_maxve K_mdeğerleri 40 0C ve 50 0C‟de, en yüksek V_max/K_moranları kontrol uygulamasında 50 0C‟de, tütün atığı ve buğday samanı uygulamasında ise 40 0C‟de belirlenmiĢtir (Kızılkaya ve ark., 2007).

(32)

23

2.4.Tuzlu Toprak Ve Tuzlu Topraklarda Enzim Aktivitesi Ġle Ġlgili ÇalıĢmalar

Toprak tuzluluğu ya toprağın mineral yapısı nedeniyle önceden beri mevcut olabilir ya da sonradan oluĢabilir. Toprağın tuzlu olması, onun mineral özelliklerine bağlı olarak geçmiĢten beri var olan bir durumsa buna primer tuzluluk denir. Sonradan oluĢan toprak tuzluluğu ise ya doğal olaylar sonucu ya da insan faktörünün etkisiyle oluĢur. Doğada kendiliğinden tuzlulaĢma, toprağın hidrolik özellikleriyle ve yeraltı suyunun derinlik ve tuzluluğu ile ilgilidir. Ġnsan faktörü tarafından oluĢturulan toprak tuzluluğu ise sulanan bütün alanlarda meydana gelebilir. Sulamalar nedeniyle oluĢan bu tür tuzlulaĢmaya sekonder tuzluluk da denir. Toprak tuzluluğu ve alkalilik, Dünya‟nın kurak ve yarı kurak bölgelerinde sulu tarım yapılan yerlerde meydana gelmektedir (Ayers and Tanji 1999).

Tuzlu topraklar pek çok çevresel Ģartlarda oluĢabilir; fakat kurak ve yarı kurak bölgelerde daha fazladır. Tuzlu toprakların artmasının en önemli sebebi, sağlıklı bir drenajın bulunmadığı alanlarda yapılan uzun yıllar sulama uygulamalarıdır (De Dapper ve Goosens 1996).

DüĢük yağıĢ, düĢük kaliteli sulama suyu ve yüksek buharlaĢma bu tür bölgelerde tuzluluk ve alkalilik sorunu yaratmaktadır. Bu tür sorunlar, toprağın yapısal özelliklerini de bozmaktadır. (Qadir and Schubert 2002; Ahmad ve ark. 2006).

Tarımsal üretim alanlarında tuzluluk, toprakların verimliliğini olumsuz yönde etkileyen, ürün verimini sınırlandıran en önemli sorunlardan birisidir. Toprak tuzluluğu çoğunlukla yağıĢ miktarı az, yüksek sıcaklık derecelerine sahip olan kurak ve yarı kurak bölgelerde ortaya çıkmakta ve böyle alanlarda ciddi verim kayıplarına neden olmaktadır (Munns ve Termaat, 1986).

Topraklarda bulunan eriyebilir tuzlar toprağın tabii bileĢikleridir. Birçoğu bitki için önemli olan besin maddeleridir. Fakat bu tuzların bir yerde yüksek konsantrasyonda birikmesi halinde, gerek bitkilere yaptıkları toksik tesirleri ve gerekse toprağın fiziksel ve kimyasal yapısında meydana getirdikleri kötü değiĢikler sebebiyle kültür bitkilerinin ziraatını engelleyen zararlı durumlar ortaya çıkmaktadır (Tuncay, 1978).

(33)

24

Tuzlu topraklarda eriyebilir tuzlar genellikle sodyum, kalsiyum ve magnezyum katyonları ile klorür ve sülfat anyonlarının bileĢiklerinden oluĢmaktadır. Az miktarda potasyum katyonu ile bikarbonat, karbonat ve nitrat anyonları bileĢikleri de bulunmaktadır (Dorsan, 1988).

Kurak bölgelerde normal toprakların değiĢim komplekslerinde hakim katyonlar Ca++ ve Mg++ dur. Toprak eriyiğinde fazla miktarda suda eriyebilir sodyum tuzlarının birikmesi sonucunda değiĢim komplekslerinde Ca ve Mg‟un bir kısmı Na ile yer değiĢtirir. BuharlaĢma ve suyun bitkiler tarafından absorbsiyonu sonucu toprak eriyiği konsantre hale gelince çözünürlük sınırları aĢılan tuzlar CaSO4, CaCO3

ve MgCO3 halinde çökelir ve bu çökelmeler ile orantılı olarak sodyum oranı artar

(Kelley, 1951; Dorsan, 1988).

Türkiye'de kurak ve yarı kurak iklim koĢullarının etkisiyle beraber, kuru tarımdan sulu tarıma geçildiği ilk dönemlerdeki yüksek ürün artıĢına aldanarak, birçok sulama projesi tarla içi hizmetleri tamamlanmadan, çiftçilere sulama konusunda gerekli bilgiler aktarılmadan ve önlemler alınmadan hayata geçirilmiĢ, bunun sonucunda da verimli topraklar da çoraklaĢma baĢlamıĢtır. Böylece doğal olarak var olanlara, yeni çorak topraklar eklenmiĢtir. Türkiye' de tuzlu ve sodyumlu toprakların ilk ön etüdleri Oakes tarafından 1954 yılında yapılmıĢtır. Türkiye toprakları çalıĢmasından sonra yoklama kademesinde yapılan Türkiye geliĢtirilmiĢ toprak haritası etüdlerinden (1966-1971) bulgular derlenerek Türkiye arazi varlığı envanteri hazırlanmıĢtır (1978). Türkiye geliĢtirilmiĢ toprak haritası etüdlerinde kullanılan tuzluluk ve alkalilik kriterlerine göre Türkiye‟de 1 518 722 ha alanda tuzluluk ve alkalilik (çoraklık) sorunu tespit edilmiĢtir (Çizelge 2.4 de). Konya kapalı havza özelliğinden dolayı 387 029 ha alanda tuzluluk ve alkalilik tesbit edilmiĢtir (Köy Hizmetleri Genel Müdürlüğü, 1978).

(34)

25

Çizelge 2.4. Türkiye topraklarının tuzluluk derecesi ve alanları

Çiftçi (1987), Konya Tigem arazilerinde yaptığı bir araĢtırmada, toprakların tuzlulaĢmasına ve yer yer sodyumlaĢmasına asıl sebebin yüksek taban suyu seviyesi ve taban suyu tuz konsantrasyonu olduğunu tespit etmiĢtir.

Tuzlu topraklar, ABD tuzluluk laboratuvarı sınıflamasına göre, saturasyon eriyiğinin 25oC‟deki elektriksel iletkenliği 4 mmhos/cm ( dS/m ) den büyük, değiĢebilir sodyum yüzdesi 15‟in altında, pH değeri genellikle 8.5‟ten küçük topraklardır (Güngör ve Erözel 1994).

Toprak pH E.C. (mmhos/cm) DeğiĢebilir Na

Yüzdesi Normal < 8,5 < 4 < 15 Tuzlu < 8,5 > 4 < 15 Sodik > 8,5 > 4 > 15 Tuzlu-Sodik < 8,5 > 4 > 15

Bir topragın osmotik potansiyeli mikroorganizmalann aktivitesi ve geliĢmesi için kritik bir faktördür ve topraklarda bulunan tuz konsantrasyonu ile yakından ilgilidir (Harris 1981). Harris'e göre mikrobiyal geliĢme ve osmotik potansiyel arasındaki iliĢki belirli biyokimyasal proseslerin engellenmesi olarak ele alınmaktadır.

Nannipieri ve ark. (1983) tarafından, topraktaki organik N mineralizasyonunda organik fazın son süreci ürenin ayrıĢması olup, burada sorumlu enzim üreaz enzimidir. Hızlı ayrıĢabilir organik maddelerin toprağa ilavesinin, üreaz aktivitesini, mikrobiyal aktivitenin uyarılması yolu ile arttırabildiği, ancak tuzlu-killi

Tuzluluk derecesi Alan (ha) Toplamdaki %’si

Hafif Tuzlu 614 617 41

Tuzlu 504 603 33

Alkali 8 641 0.5

Hafif Tuzlu Alkali 125 863 8

Tuzlu Alkali 264 958 17.5

(35)

26

topraklarda olduğu gibi kompost uygulamasının toprak porozitesini azaltması sonucu topraktaki O2 düzeyinin azalması ile mikrobiyal aktivite ve ekstrasellüler üreaz

enzim aktivitesinin beklendiği kadar olumlu değiĢmediği vurgulanmıĢtır.

Kurak ve yarı kurak toprakları karakterize ederek sınıflandırmak ve elde edilen sonuçları uluslar arasına yaymak, her türlü sorunlu toprakların en kısa zamanda tanımlanmasına ve bu toprakların ıslahı için gerekli önlemlerin alınması açısından çok önemlidir (Abdelfattah ve Shahid, 2007).