Asit Toprağa Uygulanan Çinkonun Mısır Bitkisine Geçen Kadmiyum Miktarına Etkisi *

Transkript

1 Araştırma Makalesi Asit Toprağa Uygulanan Çinkonun Mısır Bitkisine Geçen Kadmiyum Miktarına Etkisi * Bahar SÖZÜBEK 1**, Korkmaz BELLİTÜRK 2, M. Turgut SAĞLAM 2 1. Namık Kemal Üniversitesi Muratlı Meslek Yüksekokulu Kimya Teknolojisi Programı, Muratlı, Tekirdağ, Türkiye. 2. Namık Kemal Üniversitesi Ziraat Fakültesi Toprak Bilimi ve Bitki Besleme Anabilim Dalı, Tekirdağ, Türkiye. **baharsozubek@hotmail.com Özet: Bu araştırmanın amacı, Tekirdağ İli Muratlı İlçesi Ballıhoca Köyü sınırları içinden alınmış asit toprağa uygulanan çinkonun mısır (Zea mays L.) bitkisine geçen kadmiyum miktarına etkisini araştırmaktır. Topraklara sera koşullarında dört doz kadmiyum (0 ppm, 2.5 ppm, 5 ppm ve 10 ppm) CdCl 2 şeklinde ve dört doz çinko (0 ppm, 10 ppm, 20 ppm ve 40 ppm) ZnSO 4 şeklinde üç tekerrürlü olarak uygulanmıştır. Bitkiler gelişiminin 45. gününde hasat edilip, kök ve saplarında ayrı ayrı Cd miktarları analiz edilmiştir. Farklı çinko dozlarının uygulanması ile saplarda ve köklerde ölçülen kadmiyum miktarları arasında önemli farklar tespit edilmiştir (sırasıyla P<0.05 ve P<0.01). Düşük kadmiyum düzeylerinde çinko uygulaması hem saplarda hem köklerde ölçülen kadmiyum miktarlarını çinko uygulanmamış saksıda yetişen bitkinin kadmiyum içeriğine kıyasla genel olarak azaltmıştır. Ancak 2.5 ppm Cd ve 40 ppm Zn uygulaması ile sapta ölçülen kadmiyum miktarı önemsiz bir artış gösterse de bu artış istatistiksel olarak önemli bulunmamıştır. Uygulanan en yüksek kadmiyum düzeyinde, çinko uygulaması hem saplarda hem köklerdeki kadmiyum miktarlarını arttırmıştır. Kadmiyum miktarlarının köklerde saplara göre daha fazla olduğu da saptanmıştır. Anahtar Kelimeler: Asit toprak, Çinko, Kadmiyum, Mısır The Effect of Zinc Applied to Acid Soil on the Amount of Cadmium Taken by Maize Abstract: The aim of this research is to investigate the effect of zinc applied to acid soil taken from Ballıhoca village of Muratlı in Tekirdag on the amount of cadmium passed to maize (Zea mays L.). Four doses cadmium (0 ppm, 2,5 ppm, 5 ppm ve 10 ppm) in the form of CdCl 2 and four doses zinc (0 ppm, 10 ppm, 20 ppm ve 40 ppm in the form of ZnSO 4 have been applied to the soils with three repetitions. Plants have been harvested at the 45 th day of their developments and cadmium amounts in the shoots and the roots have been analyzed separately. Significant differences between cadmium amounts in shoots and roots are obtained with the application different zinc doses (P<0.05 and P<0.01, respectively). At the lowest cadmium levels, zinc application generally decreased cadmium contents of both the shoots and the roots relative to the cadmium contents of the plants grown in the pots that not applied zinc. However with 2.5 ppm Cd and 40 ppm Zn application, although cadmium amount in the shoots shows little increase, it is not statistically significant. At the highest cadmium level, zinc application increased cadmium amounts in both the shoots and the roots. It is also found that the cadmium content of the roots is higher than that of shoots. Key Words: Acid soil, Zinc, Cadmium, Maize Giriş Sanayideki gelişmelere paralel olarak insanoğlu her geçen gün daha üstün koşullara ulaşırken çevre kirliliği de artmaktadır. Hava, su ve toprak kirliliği canlıları olumsuz etkilemekte, doğanın dinamikleri direkt ve indirekt olarak etkilenmektedir. Doğada eser miktarlarda bulunan toksik metaller üretim sırasında yan ürün olarak çıkabildiği gibi direkt olarak üretilmiş ürünlerin doğaya bırakılmasıyla da toprakların belirli bölgelerinde yüksek konsantrasyonlarda bulunabilmektedirler. Kadmiyum oldukça önemli bir kirleticidir. Fosforlu gübreleme, toprağa kadmiyum geçmesine sebep olmaktadır (Grant ve Sheppard, 2008). Toprağa kadmiyum geçme sebepleri arasında madencilik, döküm işleri, endüstriyel atıklar ve lağım çamuru da bulunmaktadır (Sparks, 2003). * Namık Kemal Üniversitesi tarafından NKUBAP00.24.DR proje numarası ile desteklenen Doktora Tezinden üretilmiştir

2 Kadmiyum bitkide genellikle su ve besin elementlerinin alımını ve iletilmesini etkilemektedir. Klorofili bozarak fotosentezi, dolayısıyla bitkilerin büyümesini inhibe eder ve CO 2 fiksasyonunda rol oynayan enzimleri engeller, iyon metabolizmasını bozar ve serbest radikaller oluşturur (Cunha ve ark., 2008). Yüksek kadmiyum konsantrasyonlarına maruz kalan pek çok hayvanda kanserojen, mutajen ve teratojen etkiler görüldüğü belirtilmektedir (Pal ve ark., 2006). Kadmiyum ve çinko kimyasal açıdan benzerlikler gösterir ve madenlerde birlikte bulunurlar (Das ve ark., 1997). Kadmiyum ve çinkonun klorür (ZnCl 2 ve CdCl 2 ) ve sülfat bileşikleri (ZnSO 4 ve CdSO 4 ) suda çözünür özelliktedirler (Ebbing, 1996). Asit yağmurları da toprağın kimyasal yapısını etkilemektedir. Atmosferdeki azotlu ve kükürtlü bileşikler yağışlarla toprağa geçmekte ve toprağın ph değerinin düşmesine neden olmaktadır. Toprak asitleştikçe topraktaki ağır metallerin çözünürlükleri artmaktadır (Kant ve Kızıloğlu, 2003). Çinko eksikliğinden en çok etkilenen bitkilerden biri olan mısır, ülkemizde ekiliş alanı bakımından buğday ve arpadan sonra üçüncü sırada yer almaktadır. Son on yılda ekiliş alanı yaklaşık %25 artarak 2002 yılında ha iken 2012 de ha alana ulaşmıştır (FAO, 2013). Mısır, insan beslenmesinin yanı sıra hayvan beslenmesinde de kullanılır ve topraktan mısıra geçen ağır metaller dolaylı olarak da olsa insana ulaşır. Yapılan bir çalışmada, çinko uygulamasının mısır bitkisinde genelde Cd alımı ve birikimini engellediği, ancak bu etkilerinin her zaman tutarlılık göstermediği bildirilmiştir (Zhang ve Song, 2006). Kirkham (2006) çinko ile kadmiyumun rekabet halinde olduklarını, aralarında antagonizm olduğunu belirtmektedir. Yapılan bir başka çalışmada ise mısır bitkisinde kadmiyum ve çinkonun birbirine sinerjik etki yaptığı, toprakların kadmiyum ve çinko içerikleri arttıkça mısır bitkisinde de kadmiyum ve çinko birikiminin artacağı sonucuna varılmıştır (Nan ve ark., 2002). Benzer şekilde, Shen ve ark. (2006) Cd alımının artan Zn miktarı ile arttığını bildirilmişlerdir. Bu araştırma, Tekirdağ İli Muratlı İlçesi Ballıhoca Köyü sınırları içinden alınmış asit toprağa uygulanan çinkonun, bu toprakta yetiştirilen mısır (Zea mays L.) bitkisinin kadmiyum alımına etkisini araştırmak amacıyla yürütülmüştür. Materyal ve Yöntem Analizler sonucu kumlu killi tın tekstüre sahip toprağın ph değeri 4.87 olup, %1.24 organik madde içeriğine sahip oldukları tespit edilen toprak örnekleri, Tekirdağ İli Muratlı İlçesi Ballıhoca Köyü sınırları içinden Jackson (1965) in belirttiği şekilde 0-20 cm derinlikten alınmıştır. ICP-OES cihazıyla DTPA yöntemiyle toprakların ektrakte edilebilir Zn içeriği ppm ve ektrakte edilebilir Cd içeriği ppm olarak bulunmuştur. İkişer kilogram toprak tartılarak PS saksılara konulmuş, 100 ppm Azot, 80 ppm Fosfor ve 100 ppm Potasyum, NH 4 NO 3 ve KH 2 PO 4 kimyasalları kullanılarak gübreleme yapılmıştır. Her saksıya 4 adet Kermes (Melez) çeşidi mısır ekilmiştir. Deneme üç tekerrürlü olacak şekilde dört doz kadmiyum (0, 2.5, 5, 10 ppm) CdCl 2 şeklinde, dört doz çinko (0, 10, 20, 40 ppm) ZnSO 4 şeklinde verilmiştir. Seyreltme yapılarak her saksıda 3 bitki bırakılmıştır. 45 günün sonunda bitkinin toprak altı (kök) ve toprak üstü (sap) kısımları ayrı ayrı hasat edilmiştir. Bitki örneklerindeki Zn ve Cd içerikleri ICP-OES cihazı ile ölçülmüş (Kacar ve İnal, 2008), varyans analizi yapılmış ve ortalamaların karşılaştırılmasında LSD çoklu karşılaştırma testi kullanılmıştır (Soysal, 2007). Bulgular ve Tartışma Farklı dozlarda uygulanan çinko ve kadmiyum ile saplarda ölçülen kadmiyum miktarları arasında önemli farklar elde edilmiştir (P<0.05). Köklerde ölçülen kadmiyum miktarları arasında da önemli farklar tespit edilmiştir (P<0.01). Asit toprakta tüm çinko düzeylerinde uygulanan kadmiyum miktarı arttıkça bitkinin sap ve köklerinde ölçülen kadmiyum miktarları da doğru orantılı olarak arttığı görülmektedir (Tablo 1 ve Tablo 2)

3 Tablo 1. Çinko ve kadmiyum uygulanmış asit toprakta yetişen mısır bitkisinin saplarında ölçülen kadmiyum miktarları (ppm). Asit toprakta yetişen mısır bitkisinin saplarında ölçülen kadmiyum miktarları (ppm) 1 Zn Dozu Cd Dozu Zn0 Zn1 Zn2 Zn3 Cd ± B,a ± C,a ± C,a ± D,a Cd ± B,a ± C,a ± C,a ± C,a Cd ± A,a ± B,a ± B,a ± B,a Cd ± A,c ± A,b ± A,ab ± A,a 1 Büyük harf yukarıdan aşağıya, analiz sonucu bulunan Cd miktarları arasındaki farkları, küçük harf soldan sağa, analiz sonucu bulunan Cd miktarları arasındaki farkları göstermektedir (P<0.05). Tablo 2. Çinko ve kadmiyum uygulanmış asit toprakta yetişen mısır bitkisinin köklerinde ölçülen kadmiyum miktarları (ppm). Asit toprakta yetişen mısır bitkisinin köklerinde ölçülen kadmiyum miktarları (ppm) 1 Zn Dozu Cd Dozu Zn0 Zn1 Zn2 Zn3 Cd ± C,a ± C,a ± C,a ± C,a Cd ± B,a ± C,a ± C,a ± C,a Cd ± A,a ± B,ab ± B,b ± B,b Cd ± A,b ± A,ab ± A,a ± A,a 1 Büyük harf yukarıdan aşağıya, analiz sonucu bulunan Cd miktarları arasındaki farkları, küçük harf soldan sağa, analiz sonucu bulunan Cd miktarları arasındaki farkları göstermektedir (P<0.01). Kadmiyum birikiminin köklerde saplara göre daha fazla olduğu Tablo 1 ve Tablo 2 de görülmektedir. Kadmiyum düzeyi arttıkça köklerdeki kadmiyum miktarları saplardaki değerlerin dört katından bile fazla olabildiği tespit edilmiştir. Bitki toprak çözeltisinden aldığı kadmiyumu saplara iletir. Asit toprakta ph a bağlı olarak kadmiyum çözünürlüğü daha fazla olduğu için köklerdeki kadmiyum miktarlarının saplara oranla fazla olması beklenen bir durumdur. Nan ve ark. (2002) nın yapmış olduğu bir çalışmada da kadmiyumun köklerde saplara göre daha fazla biriktiği belirtilmektedir. Kadmiyum ilave edilmemiş durumda (Cd0 düzeyinde) 10 ve 20 ppm çinko uygulaması, sap ve köklerdeki kadmiyum miktarlarını düşürmüştür. Hatta saplara kadmiyum geçmediği tespit edilmiştir (Şekil 1). 40 ppm çinko uygulandığında ise kadmiyum miktarı biraz artmakla birlikte çinko uygulanmamış duruma göre oldukça düşük bulunmaktadır. 40 ppm çinko uygulandığında mısır bitkisinin saplarına yalnızca ppm kadmiyum geçtiği görülmektedir (Tablo 1)

4 Asit Toprakta Cd0 düzeyinde Zn uygulamasının bitkinin 0,8 0,7 0,6 0,5 0,4 0,3 0,2 0,1 y = -064x + 0,4365 R 2 = 0,1731 y = -054x + 0,1662 R 2 = 0,4378 Şekil 1. Asit toprakta Cd0 düzeyinde Zn uygulamasının bitkinin Cd1 düzeyinde çinko uygulaması sonucu bitkinin kadmiyum içeriği önce azalmış, uygulanan en yüksek doz olan 40 ppm çinko uygulaması bitkiye geçen kadmiyumu bir miktar arttırmış ancak bu artış yalnızca saplarda çinko uygulanmamış durumdaki kadmiyum miktarını aşmış olsa da istatistiksel olarak önemli bulunmamıştır (Şekil 2). Cd1 düzeyinde, hem saplarda hem de köklerde en düşük kadmiyum miktarına Zn2 uygulamasında ulaşıldığı, saplarda ppm, köklerde ppm kadmiyum ölçüldüğü Tablo 1 ve Tablo 2 de görülmektedir. Asit Toprakta Cd1 düzeyinde Zn uygulamasının bitkinin 8,0 7,0 6,0 5,0 4,0 3,0 2,0 1,0 y = -105x + 5,8939 R 2 = 174 y = 057x + 1,65 R 2 = 0,1069 Şekil 2. Asit toprakta Cd1 düzeyinde Zn uygulamasının bitkinin Cd2 düzeyinde artan miktarda çinko uygulaması hem köklerdeki hem saplardaki kadmiyum miktarını azaltmıştır (Şekil 3). Bu azaltma bitkinin saplarında %33 oranının da üstüne çıkmıştır. Cd0, Cd1 ve Cd2 düzeyleri için çinkonun bitkinin kadmiyum alımı üzerinde genel olarak antagonist etkisi olduğu söylenebilir

5 Asit Toprakta Cd2 düzeyinde Zn uygulamasının bitkinin 3 25,0 2 15,0 1 5,0 y = -0,1835x + 23,093 R 2 = 0,7219 y = -303x + 5,2342 R 2 = 0,7923 Şekil 3. Asit toprakta Cd2 düzeyinde Zn uygulamasının bitkinin En yüksek kadmiyum düzeyinde (Cd3 düzeyinde), artan miktarlardaki çinko uygulaması önceki kadmiyum düzeylerinden farklı olarak hem köklerde hem de saplarda biriken kadmiyum miktarlarını arttırmaktadır (Şekil 4). Bu durum yüksek kadmiyum dozu sebebiyle, toprak çözeltisindeki Cd:Zn oranının artmasından kaynaklanabilir. Asit Toprakta Cd3 düzeyinde Zn uygulamasının bitkinin 45,0 4 35,0 3 25,0 2 15,0 1 5,0 y = 0,2293x + 30,392 R 2 = 0,7091 y = 877x + 6,4854 R 2 = 0,8522 Şekil 4. Asit toprakta Cd3 düzeyinde Zn uygulamasının bitkinin Sonuç Yürütülen çalışma ile çinko eksikliğine duyarlı olan mısır (Zea mays L.) bitkisinin kadmiyum alımına, asit toprağa uygulanan ve kimyasal olarak kadmiyumla benzer özellik gösteren bir element olan çinkonun etkisi incelenmiştir. Kadmiyum ile kirlenmiş asit toprakta bitkinin kadmiyum alımı üzerine çinko uygulamasının tesiri değerlendirildiğinde, mevcut kadmiyumun bitkiye geçişinin düşük doz çinko ile engellenebildiği görülmektedir

6 Ancak topraktaki kadmiyum miktarları arttıkça çinko ilavesi, bitkiye geçen kadmiyumu azaltamamakta ve hatta bir miktar artmasına neden olmaktadır. Toprağın yüksek oranda kadmiyum içermesi durumunda çinko, kadmiyum ile rekabet etmemekte ve sinerjik etki yapmaktadır. Bu durumda toprak analizi sonucu kadmiyum içeriği yüksek olan toprakta çinko gübrelemesine oldukça dikkat edilmelidir. Topraklara çinko gübresi verilmeden önce düşük ph değerlerinde çinko ve kadmiyumun çözünürlüklerinin artacağı göz önünde bulundurularak ve elementler arası etkileşimler dikkate alınarak optimum gübre miktarları belirlenmelidir. Aksi takdirde, toprağın çinko ihtiyacı karşılanırken, bitkinin topraktan daha fazla kadmiyum almasına neden olunabilir. Kaynaklar Cunha, K.P.V., Nascimento, C.W.A., Mendonça Pimentel, R.M., Ferreira, C.P Cellular Localization of Cadmium and Structural Changes in Maize Plants Grown on Cadmium Contaminated Soil with and without Liming. Journal of Hazardous Materials. 160: Das, P., Samantaray, S., Rout, G.R Studies on Cadmium Toxicity in Plants: A Review. Environmental Pollution. Vol.98(1): Ebbing, D.D General Chemistry. Houghton Mifflin Company, 1087s, USA. FAO Food and Agriculture Organization of the United Nations, (Erişim tarihi, ). Grant, C.A., Sheppard, S.C Fertilizer Impacts on Cadmium Availability in Agricultural Soils and Crops. Human and Ecologycal Risk Assesment. 14: Jackson, M.L Soil Chemistry Analysis. Prentice Hall, , USA. Kacar, B., İnal, A Bitki Analizleri. Nobel Yayın, 892s, Ankara. Kant, C., Kızıloğlu, T Asit Yağmurlarının Canlılar Üzerine Etkileri. Atatürk Üniversitesi Ziraat Fakültesi Dergisi. 34(2): Kirkham, M.B Cadmium in Plants on Polluted Soils: Effects of Soil Factors, Hyperaccumulation and Amendments. Geoderma. 137: Nan, Z., Li, J., Zhang, J., Cheng, G Cadmium and Zinc Interactions and Their Transfer in Soil-Crop System under Actual Field Conditions. The Science of the Total Environment. 285: Pal, M., Horvath, E., Janda, T., Paldi, E., Szalai, G Physologycal Changes and Defense Mechanism Induced by Cadmium Stress in Maize. Journal of Plant Nutrition and Soil Science. 169: Shen, H., Christie, P., Lie, X Uptake of Zinc, Cadmium and Phosphorus by Arbuscular Mycorrhizal Maize (Zea Mays L.) from A Low Available Phosphorus Calcareous Soil Spiked with Zinc and Cadmium. Environmental Geochemistry and Health. 18: Soysal, M.İ Biometrinin Prensipleri. N.K.Ü. Ziraat Fakültesi Yayın No: 98, 368s Tekirdağ. Sparks, D.L Environmental Soil Chemistry. Academic Pres, UK, Zhang, L. Song, F.B., Effects of Forms and Rates of Zinc Fertilizers on Cadmium Concentrations in Two Cultivars of Maize. Communications in Soil Science and Plant Analysis. 37: