Bitkilerde Nano-Fe in Demir Beslenmesi Üzerine Etkisi

Transkript

1 Bitkilerde Nano-Fe in Demir Beslenmesi Üzerine Etkisi Proje Yürütücüsü Prof. Dr. Aydın GÜNEŞ Ankara Üniversitesi Ziraat Fakültesi Toprak Bilimi ve Bitki Besleme Bölümü Yardımcı Araştırıcılar Prof. Dr. Ali İNAL Ankara Üniversitesi Ziraat Fakültesi Toprak Bilimi ve Bitki Besleme Bölümü Prof. Dr. Gökhan SÖYLEMEZOĞLU Ankara Üniversitesi Ziraat Fakültesi Bahçe Bitkileri Bölümü Ankara 2013

2 Bu çalışmada TEKNOBİM (Nano Teknolojileri Araştırma Geliştirme Dezenfektan Sanayi ve Ticaret Limited Şirketi) tarafından üretilen Nano-Fe (nano boyutlu sıvı metalik demir) in değişik bitkiler üzerine etkisi araştırılmıştır. Çalışma Ankara Üniversitesi Teknopark Şirketi olan ANKÜR A.Ş. ile bağlantılı olarak yürütülmüştür. 1

3 Bitkilerde Nano-Fe İn Demir Beslenmesi Üzerine Etkisi ÖZET Türkiye de kleyt formunda doğrudan veya damla sulama gübrelerinin bileşiminde ton civarında Fe li gübre tüketilmektedir. Fe-kleytlerin fiyatlarının yüksek oluşu kullanımını büyük ölçüde sınırlandırmaktadır. Fe kleytlere etkinlik ve fiyat olarak alternatif olabilecek ürünlerin gübre pazarında önemli bir yere sahip olacağı açıktır. Diğer taraftan nano gübrelerin konvansiyonel gübrelere göre daha düşük miktarlarda kullanılıyor olması onların çevreyle dost olma avantajını da ön plana çıkarmaktadır. Bu çalışmada Nano-Fe gübresinin demirli gübre olarak kulanım olanakları diğer demirli gübrelerle (FeSO 4.7H 2 O ve Fe-EDDHA) karşılaştırmalı olarak sera koşullarında yerfıstığı ve mısır, saha çalışmasında ise asma, elma, armut, ayva ve çilekte denemiştir. Çalışmadan elde edilen sonuçlara göre Nano-Fe li gübrelerin demir beslenmesinde oldukça etkili olduğu anlaşılmıştır. Buna ilave olarak demonstrasyon niteliğinde çilek, armut, sedir çamı, japon gülü, Isparta gülü gibi demir klorozu gösteren bitkilere oldukça düşük düzeyde (%0.02 w/w)uygulanan Nano-Fe in bu bitkilerde klorozu önlemede oldukça etkili olduğu anlaşılmıştır. Gelecekte kullanım olanaklarının artacağı bu çalışma ile anlaşılan Nano-Fe li gübrelerin değişik bölgelerde ve bitkilerde denenerek uygun gübreleme dozu ve zamanının belirlenmesine yönelik çalışmalara ihtiyaç duyulacaktır. Nano-Fe li gübrelerin etkisinin belirlendiği bu küçük kapsamlı çalışma diğer bitki besin maddelerinin de Nano boyutlarda elde edilerek kullanılabileceği konusunda önemli ipuçları vermektedir. 2

4 Giriş Demir, yer kabuğunun ağırlıkça yaklaşık % 5 ini oluşturur ve hemen her toprakta bulunur. Topraktaki miktarı diğer besin maddelerinden fazladır. Doğada çok bulunmasına ve bitkilerin Fe ihtiyacının az olmasına rağmen çözünürlüğün ve dolayısıyla alınabilirliğinin az olması nedeniyle bitkilerde Fe noksanlığı çok yaygın görülür. Demir toprakta oksitler, hidroksitler, silikat mineralleri, amorf oksitler, adsorbe Fe, organik madde ile kompleks halde ve toprak çözeltisinde bulunur (Guneş vd. 2013). Toplam Fe içeriğiyle karşılaştırıldığında toprakların çözünebilir Fe içerikleri oldukça düşüktür. Çözünebilir inorganik Fe formları Fe +3, Fe(OH) + 2, FeOH +2 ve Fe +2 iyonlarıdır. Toprak ph sının yüksek olduğu yerlerde ve iyi havalanan topraklarda Fe +2 iyonu toplam çözünebilir inorganik Fe in çok az bir kısmını oluşturur. Demir alımı bitki köklerinin Fe +3 ü Fe +2 ye indirgeme güçlerine bağlıdır ve bu açıdan bitkiler arasında farklılıklar görülmektedir. Demirin alınmadan önce indirgenmesi gerektiği görüşü yaygın şekilde kabul edilmiştir. Kural olarak Fe(III) ile karşılaştırıldığında, Fe(II) alımı daha fazladır (Marschner 1995). Yüksek ph da daha çok Fe(OH) 3 çökeleklerinin oluşumu cereyan ettiğinden ph arttıkça Fe +3 iyonlarının aktivitesi azalır. Yüksek ph larda ph nın bir birim artışına karşılık Fe +3 iyonlarının aktivitesi 1000 kat azalır. Çözünebilir Fe miktarı ph arasında en az düzeye ulaşır (Lindsay, 1972). Bu yüzden kireçli topraklara göre asit topraklarda daha fazla çözünebilir inorganik Fe bulunur. Ülkemiz topraklarının neredeyse tamamına yakınında, ph ve kireç yüksektir. Dolayısıyla kireç kökenli kloroz (demir noksanlığı) tahılların dışındaki bitkilerde dünyada ve ülkemizde çok sık karşılaşılan bir beslenme sorunudur. Demir noksanlığından en fazla etkilenen bitkiler meyve ağaçları ve baklagiller grubundaki bitkilerdir. Kireçli topraklarda yetiştirilen bitkilerde yaygın olarak görülen Fe noksanlığını, toprağın sıkılaşması veya fazla su içermesi nedeniyle oluşan havalanma yetersizliği ile toprağın uzun süre ıslak kalmasına neden olan düşük sıcaklık daha da şiddetlendirir (Römheld, 1985). Fakat, yine de klorozu artıran O 2 yetersizliği - değil HCO 3 konsantrasyonunun yüksek oluşudur. Serbest kireç içeren topraklarda gaz 3

5 değişiminin engellenmesi veya organik madde ilavesi sonucu yükselen CO 2 konsantrasyonu Ca(HCO 3 ) 2 oluşumuna yol açar (Marschner, 1995). Yapraklarda Fe in kritik noksanlık düzeyi mg kg -1 arasında değişir. Bitkiler yeteri kadar demir alamadıklarında demir noksanlığı ile karşılaşılmaktadır. Bu durum, demir noksanlığı olan bitkileri tüketen insan ve hayvanlarda da demir noksanlığına sebep olmaktadır. Dünya nüfusunun neredeyse 1/3 ünde demir noksanlığının görülmesi konunun önemini net bir şekilde ortaya koymaktadır. Demir noksanlığında bitkilerde en genç yapraklar sarımsı-yeşil renk alır ve bu yaprakların damarlar arası limon sarısı veya turuncu renge benzer görünümler ortaya çıkar. Buna karşılık en inceler de dahil olmak üzere tüm damarlar yeşil rengini korur (Bergmann, 1992; Güneş vd 2013). Mısır (paralel damarlı türler) gibi tek çeneklilerde Fe noksanlığı belirtileri genç yapraklarda, yaprak boyunca damarlar yeşil, damar araları sarı olacak şekilde bir renklenme görülür. Bu diziliş yaprağın en kenarında bile bu şekilde görülür ve bu haliyle yaprağın orta kısımlarında görülen Mn noksanlığından ayrılır. Yaprak ne kadar genç ise kloroz belirtisi o derece şiddetlidir, noksanlık sürekli ve şiddetli olursa damarlar da sararma gösterebilir. Bu durumda yaprak düzgün bir şekilde sarı renge bürünür. Şiddetli Fe noksanlığına maruz kalmış bitkilerin açılmamış yaprakları da sarımsı veya tamamen beyaz renklidir veya yalnızca yaprak kenarlarındaki damarlar yeşil olur. Bu durum, hem tek hem de çift çenekliler için geçerlidir. Domateste kloroz genellikle en genç yaprak demetinde görülür. Büyüme ve çiçeklenmenin ne oranda etkileneceği klorozun şiddetine bağlıdır. Yeni yapraklar genellikle küçük kalırlar. Meyve ağaçlarında meyve tutumu azalır ve meyveler normal renklerine ulaşamazlar. Turunçgil meyveleri küçük, sert ve az sulu olur. Diğer besin maddeleri veya diğer faktörlerden kaynaklanan klorozun tersine, Fe noksanlığında noksanlık şiddetli değilse yapraklar uzun bir süre canlı kalabilirler. Ağaçlar, çalılar ve dekoratif bitkilerin uç kısımlarındaki yaprakların sarımsı-yeşil ve limon sarısı rengine bakılmazsa ağaçlar normal gelişiyor gibi görünür. Çileklerde genç ve en genç yapraklar sarı veya sarımsı- 4

6 beyaz renklidir ve yaprak damarları belirgin bir şekilde yeşildir. Buna ilaveten yaşlı yaprakların kenarlarındaki dişler kahverengiye döner ve ölür. Noksanlığın devam etmesi durumunda en genç yaprakların damarları da sararır. İnorganik Fe kaynakları ile Fe-kleytlerini toprağa veya yaprağa uygulayarak Fe noksanlığını gidermek veya noksanlığın çıkmasını önlemek mümkündür. Ancak demir noksanlığının tedavisinde kullanılan Fe-kleytlerin fiyatları çok yüksek olduğu için kullanımı pek çok bitki için ekonomik olmamaktadır. Tarımsal teknolojilerdeki değişimler modern tarımın şekillenmesinde temel etkendir. Bu değişimlerden biri de nanoteknolojinin tarımda uygulanmasıdır. Son inovatif teknolojiler arasında yer alan nanoteknolojinin tarımsal üretimin gelecekte şekillenmesinde vazgeçilemez bir role sahip olacağı düşünülmektedir. Çeşitli yöntemlerle 100 nm den daha küçük boyutta üretilen materyaller nano materyal olarak kabul edilmektedir. Bu şekilde üretilen malzemeler dört ana grup altında toplanmaktadır. Bunlar; 1) Tek veya çok duvarlı karbon bazlı nano materyaller, 2) Metal bazlı nano materyaller, 3) Dendrimerler ve 4) Kompozitlerdir. Materyallerin nano boyuta indirgenmesi onların fiziksel, kimyasal, biyolojik ve katalitik özelliklerini etkilemektedir. Nano boyuta indirgendiğinde materyallerin spesifik yüzey alanı ve reaktif özellikleri artmaktadır. Nanoteknolojinin sağlık alanında başarılı bir şekilde uygulanabilirliği tarımsal nanoteknolojiye ilgiyi artırmıştır. Nanoteknoloji tarımda üreme bilimi ve teknolojisi ile tarımsal ve diğer faydalı atıkların enzimatik nanobiyoproses yoluyla enerjiye dönüştürülmesi, nanosit kullanım yoluyla hastalık ve zararlılarla mücadele gibi konularda önemli faydalar sağlamıştır. Nano gübre ve nano taşıyıcıların üretilmesi tarımsal biyoteknolojide yeni uygulama alanları açacaktır. Tarımda nanoteknoloji uygulamasının amacı mevcut tarımsal üretim tekniklerini geliştirmektir. Tarımda nanoteknoloji uygulamasına gübrelerin etkin kullanımı yoluyla bitki büyümesinin artırılması yönünden gereksinim duyulmaktadır. Yeni ve alışılmışın dışında özelliklere sahip olan nano tarımsal girdiler tarımsal sistemlerin daha etkin halde işlemesini sağlamaktadır. Nanoteknolojinin tarımda uygulanması ile kontrollü salınımlı gübre üretimi ve kullanılması, iyon veya moleküllerin bitkide istenilen yere taşınmasının sağlanması, etkin gübre kullanımı yoluyla 5

7 gübre tüketiminin azaltılmasının sağlanması sonucu fazla gübre kullanımının çevre üzerine oluşturduğu olumsuz etkilerin azaltılması gibi bir çok konuda ilerleme kaydedilmesi hedeflenmektedir. Bu amaçlarla üzerinde durulan konulardan biri de nanoteknolojiyle gübre üretimi, bu gübrelerin kullanılmasının bitki gelişimi ve geleneksel gübre kullanımında sağlayacağı katkılardır. Nanoteknolojiyle üretilen gübrelerdeki bitki besin maddelerinin alınma oranları ile nanoteknolojik ürünlerin bitki gelişimi ve metabolizmasına etkisi bitki tür ve çeşidine bağlı olarak farklılık göstermektedir. Gübreler ya da genel tanımıyla zirai kimyasallar ya topraktan serperek veya yapraklara püskürtülerek bitkilere uygulanmaktadır. Yıkanma, çökelme, gaz halde yitme, mikrobiyolojik parçalanma, etkin bir kontrol için uygulama tekrarı zorunluluğu, gereksiz olduğu halde kullanıcının uygulama dozunu giderek artırması vb gibi değişik nedenlerle genellikle çok az miktarı yeterli olacak uygulama düzeyi de giderek artmakta ve bu da hem ekonomik hem de toprak ve su kirliliği gibi çevre sorunlarını beraberinde getirmektedir. Nanoteknoloji ile üretilmiş gübreler, etkinliklerinin yüksek olması için gerekli olan yüksek çözünürlük, dayanıklılık ve etkinlik yönleriyle konsantrasyon etkinliği, kontrollü salınım, hedeflenen yere ulaştıktan sonra etkinlik gösterme, düşük ekotoksisite ve etkin dağılım yoluyla uygulama tekrarı zorunluluğunu ortadan kaldırma gibi özelliklerden birine ya da bir kaçına sahip olmaları nedeniyle uygulanmaları ekonomik olmakla birlikte atmosfer, toprak ve su kirliliği gibi çevre sorunları yaratmamaktadır. Boyutları nedeniyle nanoteknolojiyle üretilen gübrelerde bulunan besin maddelerinin kök hücreleri ile yaprak kutikulasından girişi ve bitkide kısa ve uzun mesafe taşınımları kolay olmaktadır. Geleneksel boyutlu gübrelerde olduğu gibi nanoteknolojik gübrelerdeki iyonların bitkiye girişine de hücre duvarı engel oluşturmaktadır. Hücre duvarlarındaki boşluk çaplarının 5-20 nm olduğu ölçülmüştür (Fleischer ve O Neill, 1999). Bu durumda bu çaptan küçük olan maddeler kolaylıkla ve hiçbir zorlukla karşılamadan hücre duvarından geçerek plazma membranına ulaşabilecektir. İşte nanoteknolojinin tarıma uygulanması bunu sağlamaya 6

8 olanak vermek suretiyle gübrelerin etkin, ekonomik ve az kullanımın sağlayacak bir teknolojidir. Nano partiküllerin interaksiyonu ile bu porların uyarılmış genleşmesi veya hücre duvarında yeni porların oluşma olasılığı da bulunmakta ki bu da nano boyuttaki besin maddelerinin alımını kolaylaştırmakta, hızlandırmakta ve artırmaktadır. Buna ilaveten, hücre membranının dışardan madde almak üzere içeriye doğru katlanması da plazma membranı tarafından nano boyuttaki besin maddesinin etrafında boşluk benzeri bir yapı oluşturması da bitki besin maddelerinin içeri girmesini sağlar. Ayrıca bitki besinleri taşıyıcı proteinlere tutunarak veya iyon kanallarını kullanarak da hücre membranlarından geçerek de hücre içine giriş yaparlar. Nano boyuttaki besin maddeleri sitoplazmada farklı sitoplazmik organallere bağlanarak metabolizmaya dahil olurlar. Yaprak yüzeyine püskürtülerek uygulanan nano boyuttaki besin maddeleri stomalardan ya da yaprak tüylerinin kökünden girerek değişik organlara taşınırlar. Yapılan çalışmalar ıspanak bitkisinde tohuma ya da yaprağa uygulanan nano-tio 2 in ışık absorpsiyonunu ve Rubisko aktivaz enzim aktivitesini artırarak ıspanak bitkisinin gelişimini artırdığını, konvansiyonel boyuttaki TiO 2 in ise benzer etki yapmadığını göstermiştir (Hong, vd., 2005; Gao vd., 2008). Hidrotermal yöntemle sentezlenen nano-zno in nohut bitkisinin çimlenme ve gelişimine etkisinin araştırıldığı bir çalışmada köklerde İAA miktarını artırarak bitki gelişimini artırdığı belirtilmiştir (Pandey vd., 2010). Prasad vd. (2012) tarafından yapılan bir çalışmada yerfıstığı bitkisine uygulanan şelatlanmış ZnSO 4 ve bunun 15 kat düşük dozunda uygulanan nano-zno nun şelatlı ZnSO 4 a göre %25-30 oranında daha fazla kabuklu yerfıstğı verimi elde edilmesini sağladığı belirtilmiştir. Moghadam vd. (2012) şelatlı nano- Fe in ıspanak bitkisinde verim ve verim ögelerini artırdığını belirtmişlerdir. Bozorgi (2012) patlıcan bitkisine 0, 1, 2 g L -1 düzeyinde yapraktan uygulanan nano-şelatlı-fe düzeylerinden 2 g L -1 düzeyinde en yüksek verim alındığını belirtmiştir. Buğday bitkisine topraktan % 0, 0.05, 0.1, 0.5 ve 1 düzeylerinde nano-fe ( nm) ve normal FeO ( mm) uygulayarak bitkinin Fe, Mn, Zn ve Cu alımını incelemişler ve bitkinin Mn kapsamının azalmasına karşın Fe, Zn ve Cu kapsamının arttığını, bu artışın nano_fe uygulamalarında daha fazla olduğunu belirtmişlerdir. 7

9 Konvansiyonel besin maddelerinde olduğu gibi nano boyuttaki besin maddelerinin yüksek düzeyde uygulanmasının toksik etki yarattığı, besin çözeltisine uygulanan yüksek düzeyde nano-zno ve nano-zn +2 nin çim bitkilerinde gelişimi azalttığı belirtilmiştir (Nair vd., 2010). Bitkilerde demir (Fe) noksanlığına bağlı olarak görülen Fe klorozunu gidermek üzere uygulanan yöntemler arasında inorganik Fe tuzlarının uygulanması, toprak ph sının düzeltilmesine çalışılması, Fe içeren endüstriyel yan ürünlerin veya atıkların kullanılması, Feşelat veya Fe-kleytlerin uygulanması gibi yöntemler bulunmaktadır. Bunlar arasında Fe-kleyt ya da Fe-şelatların en uygun ve en etkili olduğu kabul edilmektedir. Ancak Fe-kleytlerin fiyatlarının yüksek olması kullanılmalarını ekonomik açıdan zorlaştırmakta ve sınırlandırmaktadır. Bu yüzden Fe-kleytlerin yerini alabilecek ucuz kaynak ve yöntem arayışı yönündeki çalışmalar devam etmektedir. Nanoteknoloji ile üretilmiş Fe uygulaması bu açıdan önemli bir alternatif oluşturmaktadır. Önerilen bu çalışma ile nanotekloji ile üretilmiş bulunan ve Fe kleytlere alternatif olacağını düşündüğümüz Nano-Fe ile Fe-EDDHA ve Fe 2 S0 4.7H 2 0 karşılaştırmalı olarak değişik bitkilerde test edilmiştir. Materyal ve Metot Sera Denemeleri Nano-Fe in etkinliğini belirlemek üzere demir noksanlığına hassas olarak bilinen mısır ve yerfıstığı bitkileri test bitkisi olarak tercih edilmiştir. Denemeler tarihinde mısır için 4, yerfıstığı için ise 3 tekerrürlü olacak şekilde kurulmuştur. Mısır her saksıda 5 bitki olacak şekilde 12 kg toprak alan saksılarda, yerfıstığı ise her saksıda 2 bitki olacak şekilde 4.5 kg toprak alan saksılarda yetiştirilmiştir. Ankara-Haymana dan alınan deneme toprağının 8

10 tekstürü kil, ph sı 7.77, kireç kapsamı %37.5, organik maddesi % 0.9, EC si 0.26 dsm ve yarayışlı Fe kapsamı 0.97 mg kg -1 dır. Temel gübreleme olarak ekimden önce saksıların tamamına 100 mg kg -1 N, 50 mg kg -1 P ve 62.5 mg kg -1 K verilmiştir. Topraktan demir uygulamaları deneme planına göre aynı Fe-EDDHA, FeSO 4.7H 2 O ve Nano-Fe den 10 mg kg -1 düzeylerinde ve yine Nano-Fe den 1 mg kg -1 düzeyinde olacak şekilde yapılmıştır. Yapraktan demir uygulamaları ise % 0.2 Fe içerecek şekilde yine aynı demir kaynaklarından ve aynı zamanda Nano-Fe den % 0.02 Fe içerecek şekilde çözeltiler hazırlanarak yayıcı yapıştırıcı ile beraber ve tarihinde iki defa uygulama yapılmıştır. Temel gübreleme amacı ile tarihinde tekrar 100 mg kg -1 N, 50 mg kg -1 P ve 62.5 mg kg -1 K uygulaması yapılmıştır. Yerfıstığı denemesi tarihinde, mısır denemesi de tarihinde hasat edilmiştir. Hasat edilen bitkilerin yaş ağırlıkları belirlendikten sonra yapraklardaki olası demir bulaşmasını önlemek amacı ile önce yıkama asidi (0.02 N HCl) ile yıkanmış, daha sonra iki defa saf su ile yıkanmış ve sabit ağırlığa gelinceye kadar 60 0 C sıcaklıkta havalı kurutmalı fırında kurutulmuştur. Kuruyan bitki örnekleri tartıldıktan sonra öğütülerek analize hazır hale getirilmiştir. Bitki örnekleri kuru yakma metodu ile yakıldıktan sonra demir belirlemesi AAS ile yapılmıştır. Araştırma sonuçlarının önemliliği minitab ve mstat istatistik programları ile test edilmiştir. Saha çalışmaları Nano-Fe in etkinliği asma bitkisinde Ankara-Bala, Karaali ve Anakara-Ayaş ta elma, armut ve ayva bahçelerinde, Ankara-Ziraat Fakültesi sebze bahçesinde Çilek te test edilmiştir. Asma denemesi Bala-Karaali de te ilk yaprak uygulaması ile başlamıştır. Deneme alanında bulunan üzüm çeşidi 2640 olup 7 yaşındadır. Bitkiler 1.5x3 m aralıklarla dikilmiştir. Bahçe toprağının kireç kapsamı %23, ph sı 8.0, organik maddesi % 0.60 ve yarayışlı demir kapsamı 2.66 mg kg -1 dır. Karaali deki denemenin yürütüldüğü asma 9

11 bahçesine ait alanın genel görünümü Resim 1 ve asmalarda demir noksanlığı belirtileri Resim 2 de görülmektedir. Resim 1 ve 2 den anlaşılacağı gibi bitkilerde şiddetli bir şekilde demir noksanlığına ait kloroz bulunmaktadır. Resim 1. Ankara, Bala-Karaali de asma denemesinin yürütüldüğü deneme alanı (2640 çeşidi, Bala-Karaali, 2013) 10

12 Resim 2. Asma bitkilerinde şiddetli demir klorozu (Bala-Karaali, 2013) Asma denemesinde her bir uygulamada 5 er adet omca yer almıştır. Uygulamalar arasındaki etkileşimi önlemek için her uygulama arasında 3 omca bırakılmıştır. Deneme planına göre Fe- EDDHA, FeSO 4.7H 2 O 5 er L % 0.2 Fe içeren Nano-Fe den ise yine 5 er L % 0.2 ve % 0.02 Fe içeren çözeltiler hazırlanarak yapraktan yayıcı ve yapıştırıcı ile ve tarihlerinde iki uygulama yapılmıştır. Uygulama öncesinde , birinci uygulama sonrası ve ikinci uygulama sonrası tarihinde yaprak örnekleri alınarak sera denemelerinde anlatıldığı şekilde analize hazırlanmış ve demir analizleri yapılmıştır. Ayaş ta, Ankara Üniversitesi Ziraat Fakültesi Fidancılık Araştırma İstasyonunda elma, armut ve ayva fidanlarında denemeler yürütülmüştür. Denemenin kurulduğu alanın toprağının tekstürü kil, kireç kapsamı % 7.8, ph sı 7.76, organik maddesi % 1.1, EC si 1.0 dsm ve yarayışlı demir kapsamı mg kg -1 dir. Ayaş ta yürütülen denemelerde her uygulamada 40 11

13 fidan olacak şekilde uygulama yapılmıştır. Armut ve Ayva fidanları 2, elma fidanları ise 3 yaşlı fidanlardan oluşmuştur. Elma çeşidi MM106 anacı üzerine aşılı hüryemez, armut Quince anacı üzerine aşılı Deveci ve ayva ise yine Quince Anacı üzerine aşılı eşme çeşidi olup denemelerin ve bitkilerin genel görünümü Resim 3,4 ve 5 te verilmiştir. 12

14 Resim 3. Deneme öncesi armut fidanlarının görünümü (Quince anacı üzerinde aşılı deveci, Ayaş, 2013) Resim 4. Deneme öncesi ayva fidanlarının görünümü (Quince anacı üzerinde aşılı deveci, Ayaş, 2013) 13

15 Resim 5. Deneme öncesi elma fidanlarının görünümü (MM106 anaç üzerine aşılı Hüryemez Ayaş, 2013) Resim 3, 4 ve 5 ten görüleceği gibi denemenin yürütüldüğü bitkilerde demir klorozunun belirtileri çok şiddetlidir. Deneme planına Karaali deki gibi Fe-EDDHA, FeSO 4.7H 2 O ve 5 er L % 0.2 Fe içeren ve Nano-Fe den ise yine 5 er L % 0.2 ve 0.02 Fe içeren çözeltiler hazırlanarak yapraktan yayıcı ve yapıştırıcı ile ve tarihlerinde iki uygulama yapılmıştır. İkinci uygulama sonrası tarihinde yaprak örnekleri alınarak sera denemelerinde anlatıldığı şekilde analize hazırlanmış ve demir analizleri yapılmıştır. Son olarak A.Ü. Ziraat Fakültesi Bahçe Bitkileri deneme alanında bulunan çileklerde ise basit bir deneme kurulmuştur. Çilekte çok şiddetli demir klorozu görülen bu alanda (Resim 6) 5 ve te iki defa % 0.02 Nano-Fe uygulaması yapılmış ve te yaprak örneklemesi yapılarak diğer denemelerde olduğu gibi bitki örnekleri demir analizine hazırlanmıştır. Çilek çalışmasının yürütüldüğü bahçenin toprağının tekstürü killitın, ph sı 7.98, kireç kapsamı % 5.73, organik maddesi 0.76, EC si 0.44 dsm ve yarayışlı demir kapsamı 0.72 mg kg -1 dır. 14

16 Resim 6. Çilek denemesinin uygulama öncesi görünümü (A.Ü.Ziraat Fakütesi, Bahçe Bitkileri Bölümü Üretim Parseli 2013) 15

17 BULGULAR Sera koşullarında yerfıstığı ve mısır bitkisinin gelişimi ve demir kapsamı üzerine yaprak ve topraktan uygulanan Nano-Fe in etkisi Resim 7, 8 ve Tablo 1 ve 2 de sunulmuştur. Resim 7. Yapraktan uygulanan Nano-Fe ve diğer demir kaynaklarının yerfıstığı bitkisinin gelişimi ve demir noksanlığı belirtileri üzerine etkileri. Resim 8. Yapraktan % 0.2 (Nano Fe yüksek) ve % 0.02 (Nano Fe düşük) düzeyinde 16

18 uygulanan Nano-Fe in yerfıstığı bitkisinin gelişimi ve demir noksanlığı belirtileri üzerine etkileri. Topraktan demir uygulamaları 10 mg Fe kg -1 seviyelerinde yapılmış, buna ilave olarak Nano- Fe 1 mg Fe kg -1 seviyesinde düşük doz olarak da uygulanmıştır. Tablo 1 ve ilgili resimlerin incelenmesinden de görüleceği gibi yerfıstığı bitkisinin gelişimi üzerine en olumlu etkiyi Fe- EDDHA yapmış, bunu 1 mg kg -1 Nano-Fe ve FeSO 4 uygulamaları takip etmiştir. Yapraktan yapılan uygulamalarda ise 10 mg kg -1 yerfıstığı bitkisinin ağırlığını önemli düzeyde artırmıştır. seviyesinde uygulanan bütün demir kaynakları Tablo 1. Yapraktan ve topraktan uygulanan demirli gübrelerin yerfıstığı ve mısır bitkilerinin yaş ağırlığı (g bitki -1 ) üzerine etkisi UYGULAMALAR YERFISTIĞI MISIR TOPRAKTAN (10 mg kg -1 ) Kontrol 8,58±0,95 d 66,80±0,95 Fe-EDDHA 16,83±1,27 a 64,50±1,27 FeSO 4 10,02±2,08 cd 66,50±2,08 Nano-Fe (10) 8,91±0,65 d 62,30±0,65 Nano-Fe (1) 10,95±1,60 cd 62,30±1,60 YAPRAKTAN (% 0.2) Fe-EDDHA 14,96±0,66 ab 63,90±0,66 FeSO 4 13,34±0,21 bc 52,80±0,21 Nano-Fe (%0.2) 12,41±0,51 bc 51,00±0,51 Nano-Fe (% 0.02) 10,69±1,08 cd 50,80±1,08 F test 5,94** 2,08 öd LSD p<0.05 3,391 - Mısır bitkisinin gelişimi üzerine yapraktan ve topraktan uygulanan demir kaynaklarının olumlu veya olumsuz herhangi bir etkisi olmamıştır (Tablo 1 ve Resim 9). 17

19 Resim 9. Yapraktan uygulanan Nano-Fe ve diğer demir kaynaklarının mısır bitkisinin gelişimi ve demir noksanlığı belirtileri üzerine etkileri. Yapraktan ve topraktan uygulanan demirli gübrelerin yerfıstığı ve mısır bitkilerinin demir kapsamlarına etkisi Tablo 2 de verilmiştir. Topraktan değişik kaynaklar ile uygulanan demirin yerfıstığı bitkisinin demir kapsamı üzerine etkileri farklı olmuştur. Kontrol grubundaki bitkilerin demir kapsamı mg kg -1 iken, topraktan 10 mg kg -1 düzeyinde Nano-Fe uygulamasıyla yerfıstığı yapraklarının demir kapsamı 389 mg kg -1 a çıkararak, bu uygulama yaprakların demir kapsamını artırmada diğer gübrelerden daha etkili olmuştur. Topraktan olduğu gibi yapraktan uygulanan Nano-Fe uygulaması oldukça etkili olmuştur ve yapraktan % 0.2 seviyesinde uygulanan Nano-Fe ile yerfıstığı bitkisinin demir kapsamı 1234 mg kg -1 a yükselmiştir. Mısır bitkisinde de yaprakların demir kapsamını artırmada Nano-Fe uygulamalarının diğer demirli gübrelere göre daha etkili olduğu anlaşılmıştır. Topraktan yapılan uygulamalarda 18

20 mısır bitkisinin demir kapsamı kontrol grubundaki bitkilerde mg kg -1 iken, 10 mg kg -1 Nano-Fe uygulamasıyla bu değer mg kg -1 a yükselmiş, diğer uygulamalar bunu takip etmiştir. Yerfıstığı bitkisinde olduğu gibi yapraktan uygulanan Nano-Fe ile mısır yapraklarının demir kapsamı mg kg -1 a yükselmiş bunu FeSO 4 ve Fe-EDDHA uygulamaları takip etmiştir (Tablo 2). Tablo 2. Yapraktan ve topraktan uygulanan demirli gübrelerin yerfıstığı ve mısır bitkilerinin demir kapsamları (mg kg -1 ) üzerine etkisi DEMİR UYGULAMALARI YERFISTIĞI MISIR TOPRAKTAN (10 mg kg -1 ) Kontrol 257,90±31,50 de 55,90±7,39 e Fe-EDDHA 255,50±28,40 de 69,00±10,40 e FeSO 4 342,70±16,50 de 65,15±2,64 e Nano-Fe (10 mg kg -1 ) 389,40±82,90 cd 105,10±6,62 de Nano-Fe (1 mg kg -1 ) 213,90±15,60 e 91,40±4,88 e YAPRAKTAN (% 0.2) Fe-EDDHA 319,10±29,50 de 198,90±15,00 c FeSO ,30±48,70 b 336,10±31,80 b Nano-Fe (%0.2) 1234,90±60,70 a 512,70±62,00 a Nano-Fe (% 0.02) 509,90±75,60 c 168,80±15,70 cd F test 57,37** 38,39** LSD p< ,3 72,15 19

21 Ankara, Bala, Karaali de yoğun demir klorozu görülen asmalarda yapılan yaprak gübresi uygulamalarının yaprakların demir kapsamına etkisi Tablo 3 ve süreç içerisinde yaprakların demir klorozundaki değişimler Resim 10, 11, 12 ve 13 de verilmiştir. Yapraktan yapılan demir uygulamalarının etkisini belirlemek amacıyla iki dönem alınan yaprak örneklerinde kontrol bitkilerinin toplam demir kapsamlarının I. Örnekleme döneminde mg kg -1 ve II. Örnekleme döneminde mg kg -1 olduğu belirlenmiştir. Resim 10 dan görüldüğü gibi her iki örnekleme döneminde de asmalarda çok şiddetli demir klorozu belirtileri bulunmaktaydı. I. Örnekleme döneminde % 0.2 lik konsantrasyonda uygulanan Nano-Fe ile yaprakların demir düzeyi diğer uygulamalara göre en yüksek seviyeye ( mg kg -1 ) çıkmıştır. İkinci örnekleme döneminde ise % 0.2 seviyesinde yapraktan uygulanan FeSO 4 ve Nano-Fe in yaprakların demir seviyesini artırmada etkili olduğu ve bu uygulamalar sonucunda yapraklarda görülen demir klorozunun önemli oranda düzeldiği anlaşılmıştır (Resim 10,11,12 ve 13). İlk uygulamaya tarihinde yani geç bir tarihte başlanılmış olmasına rağmen sonuçların bu kadar etkili olması önemlidir. Tablo 3. Karaali de yapraktan uygulanan farklı demir kaynaklarının asma yapraklarının demir kapsamı üzerine etkisi Uygulamalar Asma Fe (mg kg -1 ) I. ÖRNEKLEME II. ÖRNEKLEME Kontrol 128,00±10,90 bc 199,50±17,30 b Fe-EDDHA 123,13±8,69 c 154,50±15,90 b FeSO 4 311,80±34,90 a 639,00±118,00 a Nano-Fe (% 0.2) 373,60±1,93 a 463,20±53,30 a Nano-Fe (%0.02) 192,40±29,20 b 203,47±7,22 b F test 27,74** 12,82** LSD p< ,19 185,3 20

22 Resim 10. Uygulama öncesi asmalarda demir noksanlığı belirtileri (Karaali, ) 21

23 Resim 11a. I. Uygulama sonrası asmalarda demir noksanlığı belirtileri, üstteki resim kontrol, alttaki Fe-EDDHA (Karaali, ) 22

24 Resim 11b. I. Uygulama sonrası asmalarda demir noksanlığı belirtileri, üstteki resim FeSO 4, alttaki % 0.2 Nano-Fe uygulaması (Karaali, ) 23

25 Resim 12a. II. Uygulama sonrası asmalarda demir noksanlığı belirtileri, üstteki resim kontrol, alttaki Fe-EDDHA uygulaması (Karaali, ). 24

26 Resim 12b. II. Uygulama sonrası asmalarda demir noksanlığı belirtileri, üstteki resim FeSO4, alttaki % 0.2 Nano-Fe uygulaması (Karaali, ). Resim 13 te Karaali de deneme alanında bulunan ve sadece tek bir asmaya seyreltik düzeyde uygulanan Nano-Fe in zaman içerisinde demir klorozunu önlemede etkisi açık bir şekilde görülmektedir. 25

27 Resim 13. Karaali de denemenin yürütüldüğü alanda aşırı demir eksikliği görülen tek bir asmada seyreltik Nano-Fe (%0.02) uygulamasıyla zaman içerisindeki kloroz durumundaki değişimler (I.Resim , II.Resim ve III. Resim te çekilmiştir). Ankara-Ayaş ta değişik demir kaynaklarından yapılan yapraktan uygulama sonucunda Elma, Armut ve Ayva fidanlarının yaprak demir konsantrasyonlarındaki değişimler Tablo 4 te verilmiştir. Ayrıca yapraktan demir uygulamalarına bağlı olarak Elma, Armut ve Ayva 26

28 fidanlarında görülen demir klorozu belirtilerindeki değişimlerde Resim 14, 15, 16, 17 ve 18 de verilmiştir. Aşırı şiddetli demir eksikliği görülen fidanlarda demir gübrelemesinin yarattığı olumlu etkiler dikkat çekici olmuştur. Tablo 4. Ayaş ta yapraktan uygulanan farklı demir kaynaklarının elma, armut ve ayva fidanlarında yaprakların demir kapsamı üzerine etkisi Uygulamalar Fe (mg kg -1 ) Elma Armut Ayva Kontrol 74,20±6,25 d 86,90±11,20 d 134,70±11,40 b Fe-EDDHA 85,73±7,86 d 166,90±11,60 cd 136,47±1,35 b FeSO 4 328,90±11,80 a 746,70±39,30 b 119,10±14,70 b Nano-Fe (% 0.2) 115,53±4,45 c 1842,00±132,00 a 120,47±3,12 b Nano-Fe (% 0.02) 151,80±1,45 b 331,30±28,40 c 228,5±21,00 a F test 205,76** 130,49** 13,13** LSD p< ,80 198,9 39,80 Tablo 4 ün incelenmesinden görüleceği gibi yapraktan uygulanan FeSO 4 en iyi etkiyi göstermiş, bunu %0.02 lik Nano-Fe uygulaması takip etmiştir. Armut fidanlarında ise demir kapsamı % 0.2 lik Nano-Fe uygulamasıyla mg kg -1 dan 1842 mg kg -1 a yükselmiştir. Ayvada ise seyreltik NaNO-Fe (%0.02) uygulaması en etkili uygulama olmuştur. 27

29 Resim 14. Yapraktan demirli gübre uygulama sonrası elmada demir noksanlığı belirtileri, üstteki resim kontrol, ortada % 0.2 Nano-Fe ve altta % 0.02 Nano-Fe uygulaması (Ayaş, ). 28

30 Resim 15. Yapraktan demirli gübre uygulama sonrası elmada demir noksanlığı belirtileri, üstteki resim Fe-EDDHA, altta FeSO4 uygulaması (Ayaş, ). 29

31 Resim 15a. Yapraktan demirli gübre uygulama sonrası armutta demir noksanlığı belirtileri, sırasıyla kontrol, Fe-EDDHA ve FeSO4 (Ayaş, ). 30

32 Resim 15b. Yapraktan demirli gübre uygulama sonrası armutta demir noksanlığı belirtileri, sırasıyla %0.2 ve 0.02 Nano-Fe (Ayaş, ). 31

33 Resim 15a. I. Uygulama sonrası ayvada demir noksanlığı belirtileri, sırasıyla kontrol, Fe- EDDHA ve FeSO 4 (Ayaş, ) 32

34 Resim 15b. I. Uygulama sonrası ayvada demir noksanlığı belirtileri, sırasıyla % 0.2 ve 0.02 Nano-Fe (Ayaş, ) 33

35 Resim 16a. II. Uygulama sonrası elmada demir noksanlığı belirtileri, kontrol (Ayaş, ) 34

36 Resim 16b. II. Uygulama sonrası elmada demir noksanlığı belirtileri, sırasıyla Fe-EDDHA ve FeSO 4 (Ayaş, ) 35

37 Resim 16c. II. Uygulama sonrası elmada demir noksanlığı belirtileri, sırasıyla % 0.2 ve 0.02 Nano-Fe (Ayaş, ) 36

38 Resim 17a. II. Uygulama sonrası armutta demir noksanlığı belirtileri, kontrol (Ayaş, ) 37

39 Resim 17b. II. Uygulama sonrası armutta demir noksanlığı belirtileri, sırasıyla Fe-EDDHA ve FeSO 4 (Ayaş, ) 38

40 Resim 17c. II. Uygulama sonrası armutta demir noksanlığı belirtileri, sırasıyla % 0.2 ve 0.02 Nano-Fe (Ayaş, ) 39

41 Resim 18a. II. Uygulama sonrası ayvada demir noksanlığı belirtileri, kontrol (Ayaş, ) 40

42 Resim 18b. II. Uygulama sonrası ayvada demir noksanlığı belirtileri, sırasıyla Fe-EDDHA ve FeSO 4 (Ayaş, ) 41

43 Resim 18c. II. Uygulama sonrası ayvada demir noksanlığı belirtileri, sırasıyla % 0.2 ve 0.02 Nano-Fe (Ayaş, ) 42

44 Çilek bitkisine yapılan % 0.02 lik Nano-Fe uygulamasıyla çileğin demir içeriği 31 mg kg -1 dan 538 mg kg -1 a yükselmiştir. Resim 19 dan da net bir şekilde anlaşıldığı gibi Nano-Fe uygulamasıyla çilek yapraklarında demir klorozu tedavi edilmiştir. Resim 19. Çilek yapraklarında demir klorozuna yapraktan % 0.02 oranında uygulanan Nano- Fe in etkisi. (Soldaki yapraklara demir uygulanmamış, sağdaki yapraklara demir uygulanmış, A.Ü. Ziraat Fakültesi, 2013). 43

45 Bilimsel bir veri içermese de demonstrasyon niteliğinde demir noksanlığı görülen bazı bitkilere yapılan % 0.02 lik Nano-Fe uygulamalarına ait sonuçlara aşağıda yer verilmiştir. Resim 20. Gül bitkisinde demir klorozu üzerine %0.02 seviyesinde Nano-Fe uygulamasının etkisi, üstteki resim demir uygulamasından önce, alttaki resim % 0.02 lik Nano-Fe uygulamasından sonra (Isparta Gülü, Ayaş, Sinanlı Köyü, 2013) 44

46 Resim 21. Sedir çamında demir klorozu üzerine %0.02 seviyesinde Nano-Fe uygulamasının etkisi, üstteki resim demir uygulamasından önce, alttaki resim % 0.02 lik Nano-Fe uygulamasından sonra (Ankara, İncek, 2013) 45

47 Resim 22. Çilekte demir klorozu üzerine %0.02 seviyesinde Nano-Fe uygulamasının etkisi, üstteki resim demir uygulamasından önce, alttaki resim % 0.02 lik Nano-Fe uygulamasından sonra (Ankara, İncek, 2013) 46

48 Resim 23. Kirazda demir klorozu üzerine %0.02 seviyesinde Nano-Fe uygulamasının etkisi, üstteki resim demir uygulamasından önce, alttaki resim % 0.02 lik Nano-Fe uygulamasından sonra (Ankara, İncek, 2013) 47

49 Resim 24. Armutta demir klorozu üzerine %0.02 seviyesinde Nano-Fe uygulamasının etkisi, üstteki resim demir uygulamasından önce, alttaki resim % 0.02 lik Nano-Fe uygulamasından sonra (Ankara, İncek, 2013) 48

50 Resim 25. Japon gülü bitkisinde demir klorozu üzerine %0.02 seviyesinde Nano-Fe uygulamasının etkisi, üstteki resim demir uygulamasından önce, alttaki resim % 0.02 lik Nano-Fe uygulamasından sonra (Ankara, İncek, 2013) 49

51 Bu çalışmada Nano-Fe gübresinin alternatif demirli gübre olarak kullanım olanağının olduğu belirlenmiştir. Kireç kapsamı ve ph sı yüksek, killi topraklarda ve kurak koşullarda demir noksanlığı yaygın görülen bir beslenme problemidir. Demir noksanlığı sadece bitkilerle sınırlı kalmayıp demir noksan olan bitkisel ürünler ile beslenen insanlarda da demir noksanlığına sebep olmaktadır. Bitkilerde ve insanlarda demir noksanlığı sorunu gün geçtikçe artmaktadır. Dünya sağlık örgütü verilerine göre dünya üzerinde 2.5 milyar insanda demir noksanlığı olduğu rapor edilmektedir. İnsanlarda demir eksikliğinin tedavisinde bitkilerin demir içeriğini artırmak geçerli bir stratejidir. Bitkilerin demir içeriğini artırmak için demirli gübrelerin kullanımı zorunluluktur. Bununla birlikte bitkilerin demir beslemesinde pek çok demir kaynağının etkinliği sınırlıdır. Etkili olan Fe-kleyt gübrelerin ise fiyatı çok yüksektir. Bu nedenle Nano-Fe li gübreler önemli bir alternatif olarak karşımıza çıkmaktadır. Kullanım miktarının düşük ve etkinliğinin yüksek fiyatının da ucuz olması Nano-Fe gübresinin kullanımı yönünde dikkatleri çekmektedir. Bu çalışma sınırlı bir sürede orta Anadolu da yapılmış araştırma sonuçlarını içermektedir. Elde edilen sonuçlar itibarı ile Nano-Fe li gübrelerin gelecekte demirli gübre pazarında yer alacağı konusunda ümit vermektedir. Bununla birlikte ülkemizin değişik bölgelerinde ve farklı bitkilerde bu çalışmaların yürütülmesi zorunluluktur. Önümüzdeki yıllarda bu kapsamda çalışmalar devam edecektir. Nano teknoloji ile sadece demirli gübreleri değil, bileşiminde Mg, Ca, B, Zn, Mn, Cu gibi elementleri içeren gübrelerin elde edilmesi mümkündür ve gelecekte bileşimde nano düzeyde bulunan besin elementlerinin kullanımı gerek çevresel açıdan ve gerekse ekonomik açıdan dikkat çekecek gibi görünmektedir. 50

52 KAYNAKLAR Bozorgi, H.R Study Effects Of Nitrogen Fertilizer Management under Nano Iron Chelate Foliar Spraying on Yield and Yıeld Components of Eggplant (Solanum melongena L.). ARPN Journal of Agricultural and Biological Science 7(4): Fleischer, M.A. O Neill, R.E. The pore size of non-graminaceous plant cell wall is rapidly decreased by borate ester cross-linking of the pectic polysaccharide rhamnogalacturon II, Plant Physiol. 121 (1999) Gao, F. et al., Was improvement of spinach growth by nano-tio 2 treatment related to the changes of rubisco activase? Biometals 21 (2008) Hong, F. et al., Effect of nano-tio 2 on photochemical reaction of chloroplasts of spinach, Biol. Trace Elem. Res. 105 (2005) Moghadam, A., Vattani, H., Baghaei, N., Keshavarz, N Effect of Different Levels of Fertilizer Nano_Iron Chelates on Growth and Yield Characteristics of Two Varieties of Spinach (Spinacia oleracea L.): Varamin 88 and Viroflay. Research Journal of Applied Sciences, Engineering and Technology 4(12): Nair, R., Varghese, S.H., Nair, B.G., Maekawa, T., Yoshida, Y., Kumar, D.S. Nanoparticulate material delivery to plants. Plant Sci. 179 (2010) Pandey, A.C., Sanjay, S.S., Yadav, R.S. (2010) Application of ZnO nanoparticles in influencing the growth rate of Cicer arietinum, Journal of Experimental Nanoscience, 5:6, Prasad. T. N. V. K. V. Sudhakar, P., Sreenivasulu, Y., Latha, P., Munaswamy, V., Raja Reddy, K., Sreeprasad, T.S., Sajanlal, P.R., Pradeep, T. (2012): Effect Of Nanoscale Zinc Oxide Particles On The Germinatıon, Growth And Yield Of Peanut. Journal of Plant Nutrition, 35:6, Barber, S.A., Soil Nutrient Bioavailability: A Mechanistic Models. 2nd Ed. John Wiley and Sons Inc. New York Bergmann, W., Nutritional Disorders of Plants, Development, visual and analytical diagnosis. VCH Publishers Inc., 303 N.W. 12th Avenue, Deerfield Beach, Florida USA Lindsay, W.L., Inorganic phase equilibria of micronutrients in soils, p In: Micronutrients in Agriculture, Soil Sci. Soc. America, Inc., Madison, USA Marschner, H., Mineral Nutrition of Higher Plants. Academic Press Ltd. London. Römheld, V., Schlechtwetterchlorose der Rebe: Einfluss von bikarbonat und niedrigen Bodentemperaturen auf die Aufnahme und Verlagerung von Eisen und das Auftreten von Chlorose. VDLUFA-Schriftenreihe 16, Kongressband. S Schinas, S., Rowell, D.L., Lime-induced chlorosis. J. Soil Sci. 28: Smith, B.N., Iron in higher plants: storage and metabolic rate. J. Plant Nutr. 7: Gunes, A., Alpaslan, M., InaL, A. (2013). Bitki Besleme ve Gübreleme Ankara Üniversitesi Ziraat Fakültesi Yayınları Ders Kitabı