Alüviyal Araziler Üzerinde OluĢan Farklı Toprakların Katalaz Enzim Aktivitelerindeki DeğiĢimin Belirlenmesi Murat DURMUġ * Aylin ERKOÇAK * Rıdvan KIZILKAYA * Orhan DENGĠZ * Özet Ondokuz Mayıs Üniversitesi Ziraat Fakültesi Toprak Bilimi ve Bitki Besleme Bölümü 55139,Samsun Kızılırmak nehrinin biriktirdiği aluviyal depozitler üzerinde oluģmuģ farklı pedolojik karakterdeki toprakların katalaz aktivitesi seviyesinin araģtırıldığı bu çalıģmada, katalaz enzim aktivitesinin toprak profili boyunca dağılımı ve katalaz aktivitesi ile toprak özellikleri arasındaki iliģkiler saptanmıģtır. AraĢtırma sonunda, açılan toprak profillerinin Typic Ustifluvent, Typic Haplustept ve Vertic Haplustept sınıflarında olduğu belirlenmiģ olup, bu toprakların katalaz aktivitesi içeriklerinin ise 56,04 667,60 l O 2 g -1 kuru toprak seviyesinde değiģtiği saptanmıģtır. Tüm toprakların Ap horizonundan alınan toprak örneklerinin katalaz aktivitesi seviyelerinin alt toprak horizonlarına göre daha yüksek seviyelerde olduğu belirlenmiģtir. Katalaz aktivitesi ile toprak organik maddesi (r= 0,893**), toplam N (r= 0,888**), alınabilir P (r= 0,541*) ve değiģebilir K (r= 0,917**) kapsamları arasında istatistiksel açıdan önemli iliģkilerin bulunduğu saptanmıģtır. Anahtar Kelimeler: Katalaz aktivitesi, toprak, profil, alüviyal arazi, enzim Determination of Changes in Catalase Enzyme Activities of Different Soils Formed on Alluvial Lands Abstract Investigation of catalase activity level in soils that get different pedological properties formed on alluvial deposite carried by Kızılırmak River in this study, it was determined distribution of catalase enzyme activity along the soil profile and relationships between catalase activity and soil characteristics. Soil profiles were classified as Typic Ustifluvent, Typic Haplustept ve Vertic Haplustept and their catalase activities were found between 50.04-667.60 l O 2 g -1 in dry soil. Catalase activity level was found higher level in Ap horizons of all profiles than their subsoils level. It was found statistically significant between catalase activity and organic matter (r= 0,893**), total N (r= 0,888**), available P (r= 0,541*), exchangeable K (r= 0,917**). Key words : Catalase activity, soil, profile, alluvial land, enzyme GĠRĠġ Katalaz enzimi (H 2 O 2 :H 2 O 2 -oxidoreductase, EC 1.11.1.6.), hidrojen peroksitin (H 2 O 2 ), su ve moleküler oksijene parçalanma reaksiyonunu katalizlemektedir. H 2 O 2, canlı organizmaların solunum süreçlerinde ve organik maddenin oksidasyona uğradığı çeģitli biyokimyasal süreçler sonunda oluģmaktadır (Weetall ve ark.,1965; Trevors, 1984). Katalaz enzimi, topraktaki aerob mikrobiyal populasyon ve toprak verimliliği ile iliģkili olup, toprakta aerob mikrobiyal populasyonun değerlendirilmesinde indikatör olarak kullanılan intraselüler bir enzimdir (Garcia ve Hernandez, 1997). Toprakların tekstür gibi fiziksel özellikleri, organik madde ve 153
besin maddesi gibi kimyasal özellikleri ile solucan aktivitesi gibi biyolojik özellikleri (Sürücü ve ark., 1998; Kızılkaya ve ark., 1998; Ekberli ve Kızılkaya, 2006; Kızılkaya ve HepĢen, 2007) katalaz aktivitesini önemli oranda etkileyen toprak özellikleri olup, topraklara ulaģan ağır metaller gibi kirleticiler (Karaca ve ark., 1996; Kızılkaya ve ark., 2004) ile pestisitler gibi tarımsal pratikler de katalaz aktivitesini önemli oranda etkilemektedir. Bu çalıģmada, Bafra ovasında, kızılırmak nehrinin biriktirdiği sedimentler üzerinde oluģmuģ farklı pedolojik karakterdeki topraklarda profil boyunca katalaz aktivitesinin dağılımı ve katalaz aktivitesi ile toprak özellikleri arasındaki iliģkiler araģtırılmıģtır. MATERYAL VE YÖNTEM AraĢtırma alanı Samsun Bafra ilçesindeki Örencik Köyü ve yakın çevresini içermekte olup (ġekil 1), bu alan içerisinde açılan 4 toprak profilini kapsamaktadır. Açılan toprak profillerinde horizon esasına göre alınan toprak örneklerinde Tekstür, hidrometre yöntemi ile, ph ve EC 1:1 (w/v) toprak: su karıģımında ph-metre ve EC-metre ile, kireç Scheibler kalsimetresi ile, organik madde Walkey Black yöntemi ile, toplam N kjeldahl yöntemine göre, alınabilir P 0,5 M NaHCO 3 ekstraksiyonunda, değiģebilir katyonlar 1 N NH 4 OAc ekstraksiyonunda, KDK ise Bower yöntemine göre belirlenmiģtir (Rowell, 1996). Toprakların sınıflandırma için Soil Survey Staff (1999) kullanılmıģtır. Profillerden alınan toprakların katalaz aktivitesi (EC1.11.1.6) Beck (1971) tarafından bildirildiği Ģekli ile volumetrik olarak belirlenmiģtir. Bu amaçla, 5 gr toprak örneği üzerine 20 ml 0.2 M fosfat tampon (ph 6.8) ve 10 ml %3 lük substrat çözeltisi ilave edilmiģtir. 30 dakika bekletildikten sonra, Scheibler kalsimetresinde toprak ile karıģtırılan substrat çözeltisinin 3 dakika sonunda laboratuar sıcaklığında (20 o C) açığa çıkan O 2 miktarı volumetrik olarak belirlenmiģtir. Her analiz 3 paralelli olarak yapılmıģ ve elde edilen bulgular l O 2 g -1 kuru toprak olarak ifade edilmiģtir. SONUÇLAR VE TARTIġMA AraĢtırma alanı Samsun Bafra ilçesine 5 km mesafede bulunan, yaklaģık 400 ha alanı kaplayan Örencik Köyü ve yakın çevresini içermektedir (ġekil 1). Alan, 485800E 4599650N, 487700E 4599670N, 486350E 4596090N, 485600E 4598120N (UTM metre) koordinatlarında yer almaktadır. AraĢtırma alanı fizyografik özellik bakımından Kızılırmağın farklı zamanlarda getirdiği alüviyal depozitler üzerinde yer alan taban araziler ile yamaç, etek arazilerden oluģmaktadır. Bölgenin iklim Ģartları pek çok ürünün yetiģtirilmesine uygun olmakla beraber yüksek taban suyu varlığı, tuzluluk, sodyumluk ve sulama suyu eksikliği ekilebilen bitki çeģidini ve alınabilir mahsül miktarını sınırlamaktadır. Alanda tarımsal faaliyetler içerisinde sebzecilik ön planda yer alırken buğday, mısır gibi ürünlerde yetiģtirilmektedir. Bölgenin yıllık sıcaklık ortalaması 13.6 o C ve yağıģ ortalaması ise 764.3 mm dir. YağıĢların büyük bir kısmı kıģ ve ilkbahar aylarında düģmektedir. Bu nedenle ovada, Ocak Haziran ayları arsında taban suyu yüksektir. Alınan toprak örneklerinin bazı fiziksel ve kimyasal özellikleri ile Çizelge 1 ve 2 de verilmiģtir. AraĢtırma sonunda, açılan toprak profillerinin Typic Ustifluvent, Typic Haplustept ve Vertic Haplustept sınıflarında olduğu belirlenmiģtir. 154
ġekil 1. ÇalıĢma alanı lokasyon haritası ve toprak profil yerleri 155
Çizelge 1. Bafra Örencik Köyü toprak serilerinin fiziksel ve kimyasal özellikleri Horizon Derinlik EC Kireç Organik Toplam Alınabilir P ph (cm) (ds.m -1 ) (%) Madde (%) N (%) (mg.kg -1 ) Elmacıdede Serisi, Typic Ustifluvent Ap 0 18 7,66 1,00 18,62 1,46 0,13 45,34 C1 18-39 7,70 0,67 17,91 0,84 0,07 39,50 2Ab 39-68 7,62 0,79 17,74 0,94 0,08 35,49 2C1 68-87 7,65 0,74 23,67 0,64 0,06 36,95 2C2 87+ 7,61 0,82 20,57 0,85 0,07 31,36 Örencik-1 Serisi, Typic Haplustept Ap 0 23 7,88 0,26 11,12 1,14 0,10 45,46 Bw 23 88 8,06 0,11 16,15 0,25 0,02 21,76 C1 88 112 8,14 0,24 19,81 0,21 0,02 45,82 C2 112+ 8,24 0,28 16,03 0,42 0,04 26,86 Kızılırmak Serisi, Typic Ustifluvent Ap 0 23 7,88 0,26 11,12 1,14 0,06 36,34 Elmacık Tepe Serisi, Vertic Haplustept Ap 0 21 7,83 0,10 10,98 0,70 0,14 26,62 A2 21-50 7,85 0,21 11,90 0,59 0,07 36,10 Ap 0 18 7,67 0,61 17,29 1,57 0,03 15,32 A2 18 50 7,84 0,31 19,85 0,79 0,01 20,18 Bw 50 80 7,96 0,10 25,97 0,35 0,01 10,82 C1k 80 119 7,92 0,37 35,22 0,17 0,14 26,62 C2 119+ 7,90 0,42 11,23 0,12 0,07 36,10 Çizelge 2. Bafra Örencik Köyü toprak serilerinin fiziksel ve kimyasal özellikleri Horizon Derinlik KDK DeğiĢebilir katyonlar (cmol.kg -1 ) (cm) (cmol.kg -1 ) Na + K + Ca ++ Mg ++ Elmacıdede Serisi, Typic Ustifluvent Ap 0 18 26,96 0,12 0,37 19,15 6,06 C1 18-39 19,40 0,12 0,29 15,98 5,62 2Ab 39-68 25,08 0,09 0,22 17,71 7,10 2C1 68-87 25,23 0,12 0,14 18,08 5,57 2C2 87+ 26,51 0,13 0,15 18,06 7,59 Örencik-1 Serisi, Typic Haplustept Ap 0 23 23,02 0,06 0,25 16,35 5,05 Bw 23 88 11,72 0,10 0,05 8,42 3,95 C1 88 112 12,96 0,14 0,04 8,69 3,61 C2 112+ 27,91 0,23 0,08 21,71 6,76 Kızılırmak Serisi, Typic Ustifluvent Ap 0 23 8,46 0,08 0,12 6,03 2,03 Elmacık Tepe Serisi, Vertic Haplustept Ap 0 18 35,56 0,12 0,35 30,61 5,90 A2 18 50 32,22 0,21 0,16 25,06 7,55 Bw 50 80 32,84 0,17 0,11 23,81 8,50 C1k 80 119 39,03 0,14 0,10 27,56 11,31 C2 119+ 33,09 0,15 0,14 24,73 8,47 156
Açılan profillerden horizon esasına göre alınan toprak örnekleri, alkalen reaksiyonlu (ph 7.5 8.5), tuzsuz (<1 ds.m -1 ), orta kireçli (%5-15) ve fazla kireçli (%15-25), organik madde içeriği az (< %2), alınabilir fosfor içeriği yeterli (8-25 mg.kg -1 ) veya fazla (25-80 mg.kg -1 ) dır. Özellikle toprak organik madde ve toplam N içeriği alt toprak derinliklerine inildikçe azaldığı saptanmıģtır (Çizelge 1). Benzer Ģekilde Ap horizonunda değiģebilir K içeriğinin alt toprak horizonlarına göre daha yüksek seviyelerde bulunduğu belirlenmiģtir. Toprak örneklerinin katalaz aktivitesi sonuçları ise ġekil 2 de verilmiģtir. Toprakların katalaz aktivitesi içeriklerinin 56,04 667,60 l O 2 g -1 kuru toprak seviyesinde değiģtiği saptanmıģtır. Elde edilen sonuçlara göre tüm toprak serilerinde alt toprak derinliklerine inildikçe toprakların katalaz aktivitesinde önemli azalmaların meydana geldiği belirlenmiģtir. Katalaz aktivitesi, özellikle aerob mikroorganizmaların değerlendirilmesinde kullanılan bir indikatördür. Dolayısıyla aerobik koģulların hakim olduğu üst toprak katlarında yüksek katalaz aktivitesinin belirlenmiģ oluģu beklenen bir sonuçtur. Benzer Ģekilde Alef ve Nannipieri (1995) de alt toprak derinliklerine inildikçe katalaz aktivitesinin azaldığını bildirmiģtir. Toprak örneklerinin katalaz aktivitesi ile fiziksel ve kimyasal özellikler arasında istatistiksel açıdan önem taģıyan iliģkiler ġekil 3 de verilmiģtir. Elde edilen sonuçlara göre, katalaz aktivitesi ile toprak organik maddesi (r= 0,893**), toplam N (r= 0,888**), alınabilir P (r= 0,541*) ve değiģebilir K (r= 0,917**) kapsamları arasında istatistiksel açıdan önemli iliģkilerin bulunduğu saptanmıģtır. Benzer Ģekilde Alef ve Nannipieri (1995) ve Kızılkaya ve ark. (2002,2004) katalaz aktivitesi ile toprak organik maddesi arasında önemli pozitif iliģkilerin bulunduğunu belirlemiģtir. ġekil 2. Bafra Örencik köyü toprak serilerinin katalaz aktiviteleri 157
Toprak organik maddesi, % Toplam N, % Toprak ve Su Sempozyumu 2011 1,80 1,60 y = 0,002x + 0,1927 r = 0,893** 0,16 0,14 y = 0,0002x + 0,0194 r = 0,888** 1,40 0,12 1,20 1,00 0,80 0,60 0,40 0,1 0,08 0,06 0,04 0,20 0,02 0,00 0 Alınabilir P, mg kg -1 50 45 40 35 30 Değişebilir K, cmol kg -1 0,4 0,35 0,3 0,25 y = 0,0005x + 0,0543 r = 0,917** 25 0,2 20 15 10 5 y = 0,0291x + 24,2 r = 0,541* 0,15 0,1 0,05 0 0 ġekil 3. Toprakların katalaz aktivitesi ile organik madde, toplam N, alınabilir P ve değiģebilir K arasındaki iliģkiler Sonuçta, aerob organizmaların değerlendirilmesinde kriter olarak kullanılan katalaz aktivitesinin alt toprak derinliklerine inildikçe azaldığı, katalaz aktivitesini etkileyen temel toprak özelliklerinin toprak organik maddesi, toplam N, alınabilir P ve değiģebilir K olduğu saptanmıģtır. Dolayısıyla, topraklara yapılacak organik madde ilavesinin toprakların fiziko-kimyasal özelliklerinde meydana getireceği iyileģmeler ve topraklara N, P ve K gibi besin maddeleri girdisinin yanı sıra, katalaz aktivitesini de artıracağı düģünülmektedir. KAYNAKLAR Alef, K., Nannipieri, P. 1995. Catalase activity. In: Alef, K, Nannipieri, P. (Eds). Methods in Applied Soil Microbiology and Biochemistry. London: Academic Press, pp.362-363 Beck, T., 1971. Die Messung der Katalasenaktivitat von Böden. Zeitschrift für Pfanzenernahrung und Bodenkunde 130, 68-81. Ekberli, Ġ., Kızılkaya, R. 2006. Catalase enzyme and its kinetic parameters in earthworm L.terrestris casts and surrounding soil. Asian Journal of Chemistry 18(3), 2321-2328. Garcia, C., Hernandez, T., 1997. Biological and biochemical indicators in derelict soils subject to erosion. Soil Biology and Biochemistry 29, 171-177. Karaca, A., Turgay, O.C. Kızılkaya, R. Haktanır, K.1996. Topraklara ağır metal (Cd, Pb) ilavesinin bazı biyolojik olaylara etkisi. Tarım-Çevre ĠliĢkileri Sempozyumu, 13-15 Mayıs 1996, Mersin, s. 111-121. 158
Kızılkaya, R., Kızılgöz, Ġ., Arcak, S., Kaptan, H., Rakıcıoğlu, S. 1998. Microbiological properties of soils of Harran Plain. M. ġefik YeĢilsoy International Symposium on Arid Region Soil, 21-24 September 1998, Menemen-Ġzmir-Turkey, p. 569-574. Kızılkaya, R., HepĢen, ġ. 2007. Microbiological properties in earthworm Lumbricus terrestris L. cast and surrounding soil amended with various organic wastes. Communication in Soil Science and Plant Analysis 38, 2861-2876. Kızılkaya, R., AĢkın, T. 2002. Influence of cadmium fractions on microbiological properties in Bafra plain soils. Archives of Agronomy and Soil Science 48, 263-272. Kızılkaya, R., AĢkın, T., Bayraklı, B., Sağlam, M. 2004. Microbiological characteristics of soils contaminated with heavy metals. European Journal of Soil Biology 40, 95-102. Soil Survey Staff, 1999. Soil taxanomy, a basic of soil classification for making and interpreting soil survey. USDA. Handbook No. 436. Washington DC. USA p. 332. Sürücü, A., Kızılkaya, R., Bayraklı, F., 1998. Farklı organik atıkların toprakların biyolojik özelliklerine ve topraktaki Fe, Cu, Zn, Mn ve Ni yarayıģlılığına etkileri. XIV. Ulusal Biyoloji Kongresi, 7-10 Eylül 1998, Samsun, Cilt I. s. 313-323. Trevors, J.T., 1984. Rapid gas chromatographic method to measure H 2 O 2 oxidoreductase (catalase) activity in soil. Soil Biology and Biochemistry 16, 525-526. Weetall, H.H., Weliky, N., Vango, S.P., 1965. Detection of microorganisms in soil by their catalytic activity. Nature 206, 1019-1021. 159