Doğada Azot Bulunduran Bitkiler
Azot, tüm yaşayan canlılar için temel teşkil eden bir elementtir. Özellikle bitkiler bu elementin noksanlığında canlılıklarını devam ettirmek için gerekli olan aminoasit, protein ve enzimleri sentezleyemezler. Klorofilin temel yapı taşı olan azot protein sentezinde kritik rol oynar. Bünyesinde yeterli miktarda azot bulunduran bitkiler sağlıklı ve kuvvetli kök gelişimi, koyu yeşil aksam, artan tohum/meyve oluşumu ve yüksek verim kabiliyetindedirler. Yüksek organizmalar (insanlar ve hayvanlar) nitrat ve amonyum gibi basit yapıdaki azotu kullanamazlar. Bu organizmalar daha karmaşık yapılı aminoasit ve protein formundaki azot ihtiyacını bitkilerden sağlarlar ve bitkilerde karmaşık yapıdaki bu azotlu bileşikleri sentezleyebilmek için azot kaynağına ihtiyaç duyarlar.
Azot doğada, azot gazı, nitro oksitler, amonyum, amonyak, üre, organik, nitrit ve nitrat gibi farklı formlarda bulunur. Bitkiler alınım sırasında azotun, amonyum (NH4+) ve nitrat (NO3-) formlarını tercih ederler. Bu alınımda nitrat amonyuma göre daha önceliklidir. Üre, amonyum ve nitrat olmak üzere 3 ana azot kaynağı bulunmaktadır. Üre toprak mikroorganizmaları tarafından amonyum ve nitrata indirgenir ve bitkinin kök bölgesinde pek çok reaksiyon sonucu amino azotlara indirgenirler. Türlere göre değişmekle birlikte pek çok bitki, nitratı hem yaprak hem de köklerde indirgeyebilirler.
Üre en kuvvetli inorganik azot kaynağıdır ve yüksek oranda azot (%46) içerir. Nemli topraklara uygulanan üre hidrolize olarak amonyak ve karbondioksite dönüşür. Hidrolize olmadan önce azotnitrat gibi hareketlidir ve kuvvetli yağmur veya sulama ile yıkanabilir.
(CO(NH2)2) + (H2O) -> 2(NH3) + (CO2)
Kuru topraklarda pH'nın 7'den yüksek olması durumunda NH4+ iyonları hızla NH3 gazına dönüşürler ve buharlaşarak topraktan uzaklaşırlar. Bu kayıplar üre ve amonyum olmak üzere her iki azot kaynağında da gerçekleşir.
Organik azotun asimile edilebilir minerallere dönüşümünde iki mikrobiyolojik aktivite rol oynamaktadır.
1) Amonifikasyon: Organik azot amonyuma dönüşür.
(NH3) + (H2O) -> (NH4+) + (OH-)
2) Nitrifikasyon: Amonyum okside olarak nitrata dönüşür.
2(NH4+) + 3(O2) -> 2(HNO2) + 2(H+) + 2(H2O) (Nitrosom)
2(HNO2) + (O2) -> 2(NO3-) + 2(H+) (Nitrobakter)
Amonyumun oksitlenerek nitrata dönüşümünde enerji sağlayan Nitrosom ve Nitrobakter olmak üzere iki bakteri grubu görev almaktadır. Bunlardan ilki amonyumun oksitlenmesi sırasında görev alırken diğeri nitritin nitrata dönüşümünde görev alır. Nitrifikasyon bakterileri ototrofturlar; inorganik kaynaklardan hücre sentezi için karbon elde etmek yanında azotun inorganik formlarını da tek enerji kaynağı olarak kullanırlar.
Nitrata dönüşüm sıcaklığın etkisi altındadır. Toprak sıcaklığının 21 °C'den yüksek olduğu durumlarda nitrifikasyon oranı artmaktadır. Sıcaklıkla artan nitrifikasyonun hızı göstermiştir ki, %80 nitrifikasyon 11°C sıcaklıkta 6 hafta sürerken 23,9°C sıcaklıkta bu süre 2 haftaya inmektedir.
Düşük toprak nemi ve sıcaklığın 18°C'in üstünde olduğu koşullarda amonyum ve üre kaynaklı gübrelerin çoğunluğu buharlaşma nedeniyle önemli kayıp verirler. Temel molekülleri Na ve K olan nitratlı gübrelerde topraktaki çözünmeler sonucu buharlaşmayla kayıp gerçekleşmemektedir. Kimyasal olarak kararlı olan nitrat iyonları buharlaşmazlar. Bununla birlikte topraktaki kararsız yapıdaki amonyum iyonları yukarıda bahsi geçen toprak koşullarında amonyum gazı olarak buharlaşma riski taşırlar.
Tablo 2. Sıcaklığın Azot Kaybına Etkisi
Amonyumun aminoasitlere dönüşümü sadece köklerde gerçekleşir. Klorofil içermeyen dokularda amonyumun aminoasitlere çevrenimi için gerekli olan enerji, karbonhidratların ya da organik asitlerin oksidasyonundan elde edilir. Yüksek sıcaklıklarda amonyum dönüşümü oksijen boşalması nedeniyle kök açlığına neden olmaktadır.
Tablo 3. Nitratlı beslemenin nematodlara dirençte etkisi (Kaynak: Spiegel ve ark., 1982)
Amonyum özümseme işlemi için daha fazla enerji ve şeker gerektirmektedir.
Nitrat ile beslenmiş bitkiler kendi gelişmeleri için daha fazla şeker bulundurdukları için nematodlara karşı daha dirençlidirler.
Amonyumlu gübrelerin kullanımı pek çok alanda diğer katyonların alınımını etkiler ve Ca noksanlıklarına neden olur. Aynı zamanda ister nemli ister kuru toprak koşullarında amonyum-N gübrelemesi Çiçek Uç Burnu Çürüklüğüne neden olur.
Şekil 3-4. Amonyumlu besleme ve yetersiz sulama ÇUÇ (çiçek uç burnu çürüklüğü) oluşumu (Kaynak: Pill ve Lambeth, 1980)
Yüksek NH4-N besleme Fusarium riskini arttırır. Nitrat patojenin spor oluşumunu ve döllenmesini önler (Fusarium oxysporum). Nitrat domatesin fusarik asit (patojen tarafından salgılanan bir toksin) olan hassasiyetini azaltır.
Kaynak: Duffy ve Défago, 1999
Aşağıda kısaca özetlenen özellikleri nedeniyle Nitratlar azot kaynağı olarak daha çok tercih edilirler.
- Uçucu değildir ve kolay uygulanır.
- Toprak içerisinde hareketlidir, yüksek etkinlikle bitkiye doğrudan alınır.
- Nitrat katyonların alımını tetikler (K, Ca, Mg), sinergism
- Dönüşüme uğramasına gerek yoktur (amonyum ? üre)
- Klor gibi yüksek miktarlarında zararlı olan elementlerin alımını sınırlandırır.
- Aminoasitlere dönüşüm yapraklarda gerçekleştiğinden enerji tasarrufu sağlar.
En yoğun tartışma ve karmaşıklıklar ?Nitrat? kullanımının taban suyunu kirletmesi yönünde olmaktadır. Ancak NO3-, toprakta bulunan tüm organik ve inorganik azotlu bileşiklerin ulaşacakları son üründür ve kimyasal olarak kararlı bir yapıya sahiptir. Taban suyunun kirlenmesi, nitratların gübre olarak kullanıldığı koşullarda aşağıdaki sebeplere dayanmaktadır:
1. Amonyum ve üre içerikli gübrelerin aşırı kullanımı: Toprak içerisinde amonyum ve üre nitrifikasyon sonucu kararlı formda bulunan nitrat iyonuna dönüşürler ve sulama veya yağmur suyuyla yıkanması sonucu taban suyuna ulaşırlar.
2. Hayvan gübrelerinin aşırı kullanımı
3. Tarımda toprağın gereğinden fazla azot içeren organik madde ile beslenmesi ve kış yağmurları boyunca örtü bitkisinin bulundurulması toprakta çok fazla miktardanitrat birikmesine neden olur.
Kirlenme sorununun çözümünde anahtar, nitratlı gübrelerin kullanılmaması değil, dengeli ve uygun kaynağı organik veya inorganik azotlu gübrelemenin uygulanması ve özellikle tek bir kültürde yoğun miktarlarda uygulanmasından kaçınılmasıdır. Kontrollü dozlarda parçalı olarak azotlu gübrelerin uygulanması da problem çözümünde etkin olmaktadır. Fertigasyon teknolojisi, kontrollü dozlarda, miktar ve zamanlarda, kültür bitkisinin ihtiyacı kadar gübreleme yapmaktadır ve su kirlenmesini engellemektedir. Sonuç olarak nitratların kontrollü ve uygun kullanımı kirliliğe neden olmamaktadır.