ANKARA ÜNİVERSİTESİ FEN BİLİMLERİ ENSTİTÜSÜ DOKTORA TEZİ SAPANCA VE ABANT GÖLÜ SU, SEDİMENT VE SUCUL BİTKİ ÖRNEKLERİNDE AĞIR METAL KONSANTRASYONLARININ KARŞILAŞTIRMALI OLARAK İNCELENMESİ Fatih DUMAN BİYOLOJİ ANABİLİM DALI ANKARA 2005 Her hakkı saklıdır
Prof. Dr. Olcay OBALI danışmanlığında Fatih DUMAN tarafından hazırlanan bu çalışma / /2005 tarihinde aşağıdaki jüri tarafından oybirliği ile Biyoloji Anabilim Dalı nda Doktora tezi olarak kabul edilmiştir. (Ünvanı, Adı ve Soyadı, Kurumu) Başkan : (imza) (Ünvanı, Adı ve Soyadı, Kurumu) Üye : (imza) (Ünvanı, Adı ve Soyadı, Kurumu) Üye : (imza) (Ünvanı, Adı ve Soyadı, Kurumu) Üye : (imza) (Ünvanı, Adı ve Soyadı, Kurumu) Üye : (imza) Yukarıdaki sonucu onaylarım (imza) (Adı ve Soyadı) Prof. Dr. Ülkü MEHMETOĞLU Enstitü Müdürü
ÖZET Doktora Tezi SAPANCA VE ABANT GÖLÜ SU, SEDİMENT VE SUCUL BİTKİ ÖRNEKLERİNDE AĞIR METAL KONSANTRASYONLARININ KARŞILAŞTIRMALI OLARAK İNCELENMESİ Fatih DUMAN Ankara Üniversitesi Fen Bilimleri Enstitüsü Biyoloji Anabilim Dalı Danışman: Prof. Dr. Olcay OBALI Sapanca ve Abant gölleri su, sediment ve bazı sucul makrofitlerde ağır metal akümülasyonunun mevsimsel değişimini incelemek amacıyla yapılan bu çalışmada, Sapanca Gölü nden 9 ve Abant Gölü nden 3 istasyon seçilmiştir ve bu istasyonlardan su, sediment ve makrofit örnekleri (Phragmites australis, Schoenoplectus lacustris, Potamogeton lucens ve Nuphar lutea) alınmıştır. Analizi yapılacak örnekler uygun analitik tekniklerle çözüldükten sonra, Pb, Cr, Cu, Mn, Ni, Zn ve Cd içerikleri ICP- OES cihazı kullanılarak tespit edilmiştir. Sapanca Gölü su ve sedimentinde ağır metal kirliliğinin trafik, fosseptik atık, tarımsal gübre ve zirai ilaçlar, Abant Gölü su ve sedimentinde ise trafik ve fosseptik atık kaynaklı olduğu belirlenmiştir. Ağır metal konsantrasyonlarının bitkiden bitkiye hatta aynı bitkinin farklı morfolojik kısımları arasında farklılıklar gösterdiği belirlenmiştir. Ağır metallerin bitki kısımları arasında en çok kökte birikme eğilimi gösterdiği tespit edilmiştir. Çalışılan bitkilerde en yüksek ağır metal birikiminin sonbahar ve kış mevsiminde olduğu belirlenmiştir. P. australis in Pb, Cr, Cu ve Ni, S. lacustris in ise Mn, Zn ve Cd metallerini etkin bir şekilde alıp bünyesinde biriktirdiği saptanmıştır. Atık suların arıtımında bu iki türün kullanılmasının uygun olduğu sonucuna varılmıştır. 2005, 227 sayfa Anahtar Kelimeler: Sapanca Gölü, Abant Gölü, ağır metal, sucul bitki i
ABSTRACT Ph. D. Thesis A COMPARATIVE INVESTIGATION OF HEAVY METAL CONCENTRATIONS IN THE WATER, SEDIMENT AND AQUATIC PLANT SAMPLES OF SAPANCA AND ABANT LAKES Fatih DUMAN Ankara University Institute of Sciences Biology Department Supervisor: Prof. Dr. Olcay OBALI In this study, 9 stations from Sapanca Lake and 3 stations from Abant Lake were choosen and water, sediment and macrophyte samples (Phragmites australis, Schoenoplectus lacustris, Potamogeton lucens and Nuphar lutea) were taken to determine the seasonal heavy metal accumulation. Samples were digested through the proper analytical techniques and then Pb, Cr, Cu, Mn, Ni, Zn and Cd concenrations were determined by using ICP-OES device. Sources of the heavy metal pollution in Sapanca Lake are determined as traffic, sewage, fertilizers and agricultural chemicals and in Abant Lake are traffic and sewage. Heavy metal concentrations displayed differences not only between plants but also between morphological tissues of the same plant. Heavy metals found mostly in the roots of the plants. In the plants analyzed, the most heavy metal accumulation was determined in autumn and winter. P. australis in Pb, Cr, Cu ve Ni, S. lacustris accumulated Mn, Zn and Cd metals efficiently in its constitution. According to these results it was concluded that these two species could be used in purification of sewage waters. 2005, 227 pages Key Words: Sapanca Lake, Abant Lake, heavy metal, aquatic plant ii
TEŞEKKÜR Danışmanlığımı yürüten, tezin tüm aşamalarında yakın ilgi ve desteklerini benden esirgemeyen Prof. Dr. Olcay OBALI ya, çalışmalarım sırasında bilgi ve görüşlerinden yararlandığım Prof. Dr. Osman KETENOĞLU, Prof. Dr. Sedat YERLİ, Doç. Dr. Ahmet AKSOY, ve Doç. Dr. Ahmet ALTINDAĞ a, arazi çalışmalarımda bana yardımcı olan Araş. Gör. Göksel SEZEN, Araş. Gör. Mehmet ÇİÇEK, Dr. Mehlika BENLİ ve Teknisyen Adnan SÜMER e, Ankara Üniversitesi Biyoloji Bölümü Algoloji ve Hidrobiyoloji laboratuvarlarında çalışan tüm arkadaşlara, analiz çalışmalarında laboratuvarlarını kullandığım ve katkılarını gördüğüm, Erciyes Üniversitesi Fen- Edebiyat Fakültesi Biyoloji ve Kimya bölümleri elemanlarına, ayrıca bu çalışmayı maddi olarak destekleyen TÜBİTAK a teşekkürlerimi sunarım. Bu çalışmanın her aşamasında manevi destekleriyle beni yalnız bırakmayan annem ve kardeşlerime, sabırla ve özveriyle meşguliyetlerime katlanan müstakbel eşim Özge TAMAN a en derin duygularla teşekkür ederim. Fatih DUMAN Ankara, Haziran 2005 iii
SİMGELER DİZİNİ µg mikrogram g gram L litre nm nanometre Yaklaşık eşit ppm (Part Per Million) milyonda bir (1) birim rpm (Rotate Per Minute) dakikadaki dönüş sayısı ORP Oksidatif Redoks Potansiyeli [AF] Akümülasyon Faktörü ICP-OES Endüktif Eşleşmiş Plazma Optik Emisyon Spektroskopisi iv
ŞEKİLLER DİZİNİ Şekil 3.1 Abant Gölü örnekleme istasyonları...20 Şekil 3.2 Sapanca Gölü örnekleme istasyonlar...22 Şekil 3.3 Sakarya istasyonuna ait onbro-termik iklim diyagramı...29 Şekil 3.4 Bolu istasyonuna ait ombro-termik diyagram...30 Şekil 4.1 Sapanca Gölü nden alınan bitki örneklerindeki Pb için akümülasyon faktörü ([AF]) değerleri...76 Şekil 4.2 Abant Gölü nden alınan bitki örneklerindeki Pb için akümülasyon faktörü ([AF]) değerleri...77 Şekil 4.3 Sapanca Gölü nden alınan bitki örneklerindeki Cr için akümülasyon faktörü ([AF]) değerleri...84 Şekil 4.4 Abant Gölü nden alınan bitki örneklerindeki Cr için akümülasyon faktörü ([AF]) değerleri...86 Şekil 4.5 Sapanca Gölü nden alınan bitki örneklerindeki Cu için akümülasyon faktörü ([AF]) değerleri...91 Şekil 4.6 Abant Gölü nden alınan bitki örneklerindeki Pb için akümülasyon faktörü ([AF]) değerleri...91 Şekil 4.7 Sapanca Gölü nden alınan bitki örneklerindeki Mn için akümülasyon faktörü ([AF]) değerleri...97 Şekil 4.8 Abant Gölü nden alınan bitki örneklerindeki Mn için akümülasyon faktörü ([AF]) değerleri...97 Şekil 4.9 Sapanca Gölü nden alınan bitki örneklerindeki Ni için akümülasyon faktörü ([AF]) değerleri...104 Şekil 4.10 Abant Gölü nden alınan bitki örneklerindeki Ni için akümülasyon faktörü ([AF]) değerleri...104 Şekil 4.11 Sapanca Gölü nden alınan bitki örneklerindeki Zn için akümülasyon faktörü ([AF]) değerleri...109 Şekil 4.12 Abant Gölü nden alınan bitki örneklerindeki Zn için akümülasyon faktörü ([AF]) değerleri...109 Şekil 4.13 Sapanca Gölü nden alınan bitki örneklerindeki Cd için akümülasyon faktörü ([AF]) değerleri...115 v
Şekil 4.14 Abant Gölü nden alınan bitki örneklerindeki Cd için akümülasyon faktörü ([AF]) değerleri...116 vi
ÇİZELGELER DİZİNİ Çizelge 1.1 Ekosisteme dahil olan toksik ağır metallerin kaynakları...4 Çizelge 1.2 Çevresel ekosistemin ağır metal kirliliğinin biyolojik izleyicisi olarak bitkilerle hayvanların karşılaştırılması...8 Çizelge 3.1 Elementlerin dalga boyları ve algılama limitleri...18 Çizelge 3.2 Sistem işletme parametreleri...18 Çizelge 3.3 Sapanca Gölü örnek alma istasyonları...21 Çizelge 3.4 Aylık ve yıllık yağış miktarları...24 Çizelge 3.5 Yağışın mevsimlere göre dağılışı ve yağış rejimleri...24 Çizelge 3.6 Ortalama Nispi Nem...24 Çizelge 3.7 İstasyonlara ait aylık ortalama sıcaklık değerleri...26 Çizelge 3.8 İstasyonlara ait ortalama minimum sıcaklıklar...26 Çizelge 3.9 İstasyonlara ait ortalama maksimum sıcaklıklar...26 Çizelge 3.10 Ekstrem sıcaklıklar...26 Çizelge 3.11 Araştırma alanındaki istasyonların Q ve m değerleri ile biyoiklim tipleri 27 Çizelge 3.12 Biyoiklimsel sentez...27 Çizelge 4.1 Avustralya hükümeti tarafından belirlenen iç suların çeşitli amaçlarla kullanımına yönelik önerge...31 Çizelge 4.2 İlkbahar mevsiminde Sapanca ve Abant göllerindeki her bir istasyondan alınan su örneklerindeki ağır metallerin ortalama konsantrasyonu ve standart hata değerleri...33 Çizelge 4.3 Yaz mevsiminde Sapanca ve Abant göllerindeki her bir istasyondan alınan su örneklerindeki ağır metallerin ortalama konsantrasyonu ve standart hata değerleri...34 Çizelge 4.4 Sonbahar mevsiminde Sapanca ve Abant göllerindeki her bir istasyondan alınan su örneklerindeki ağır metallerin ortalama konsantrasyonu ve standart hata değerleri...35 Çizelge 4.5 Kış mevsiminde Sapanca ve Abant göllerindeki her bir istasyondan alınan su örneklerindeki ağır metallerin ortalama konsantrasyonu ve standart hata değerleri...36 Çizelge 4.6 Sapanca Gölü su öreklerinde ağır metallerin her istasyondaki ortalama, minimum ve maksimum değerleri...37 vii
Çizelge 4.7 Abant Gölü su örneklerinde ağır metallerin her istasyondaki ortalama, minimum ve maksimum değerleri...39 Çizelge 4.8 Sapanca Gölü su örneklerindeki ağır metal konsantrasyonlarının mevsimsel olarak ortalama, minimum ve maksimum değerleri...40 Çizelge 4.9 Abant Gölü su örneklerindeki ağır metal konsantrasyonlarının mevsimsel olarak ortalama, minimum ve maksimum değerleri...41 Çizelge 4.10 Kıta içi su kaynaklarının sınıflarına göre kalite kriterleri ve Türk standartlarına göre izin verilen maksimum değerler...42 Çizelge 4.11 Sapanca ve Abant gölleri su örneklerindeki ph ve sıcaklık değerleri...46 Çizelge 4.12 Sapanca Gölü su örneklerine ait ph, sıcaklık ve incelenen ağır metaller arasında korelasyon analizi sonuçları...47 Çizelge 4.13 Abant Gölü su örneklerine ait ph, sıcaklık ve incelenen ağır metaller arasında korelasyon analizi sonuçları...48 Çizelge 4.14 Sapanca Gölü su örneklerine ait Faktör analizi sonuçları...49 Çizelge 4.15 Sapanca Gölü su örneklerine ait 3 faktörlü çözüm için faktör matrisi...50 Çizelge 4.16 Abant Gölü su örneklerine ait Faktör analizi sonuçları...50 Çizelge 4.17 Abant Gölü su örneklerine ait 3 faktörlü çözüm için faktör matrisi...51 Çizelge 4.18 İlkbahar mevsiminde Sapanca ve Abant göllerindeki her bir istasyondan alınan sediment örneklerindeki ağır metallerin ortalama konsantrasyonu ve standart hata değerleri (µgg -1 kuru ağırlık)...53 Çizelge 4.19 Yaz mevsiminde Sapanca ve Abant göllerindeki her bir istasyondan alınan sediment örneklerindeki ağır metallerin ortalama konsantrasyonu ve standart hata değerleri...54 Çizelge 4.20 Sonbahar mevsiminde Sapanca ve Abant göllerindeki her bir istasyondan alınan sediment örneklerindeki ağır metallerin ortalama konsantrasyonu ve standart hata değerleri...55 Çizelge 4.21 Kış mevsiminde Sapanca ve Abant göllerindeki her bir istasyondan alınan sediment örneklerindeki ağır metallerin ortalama konsantrasyonu ve standart hata değerleri...56 Çizelge 4.22 Sapanca Gölü sediment örneklerinde ağır metal konsantrasyonlarının her istasyondaki yıllık ortalama, minimum ve maksimum değerleri...57 viii
Çizelge 4.23 Abant Gölü sediment örneklerinde ağır metal konsantrasyonlarının her istasyondaki ortalama, minimum ve maksimum değerleri...59 Çizelge 4.24 Sapanca Gölü sediment örneklerindeki ağır metal konsantrasyonlarının mevsimsel olarak ortalama, minimum ve maksimum değerleri...60 Çizelge 4.25 Abant Gölü sediment örneklerindeki ağır metal konsantrasyonlarının mevsimsel olarak ortalama, minimum ve maksimum değerleri...61 Çizelge 4.26 Sediment Kalite Yönergesi...65 Çizelge 4.27 Sapanca ve Abant gölleri sediment örneklerinde organik madde, ph ve redoks potansiyeli değerleri...67 Çizelge 4.28 Sapanca Gölü sediment örneklerine ait organik madde, ph, redoks potansiyeli ve incelenen ağır metaller arasında korelasyon analizi...68 Çizelge 4.29 Abant Gölü sediment örneklerine ait organik madde, ph, redoks potansiyeli ve incelenen ağır metaller arasında korelasyon analizi...69 Çizelge 4.30 Sapanca Gölü sediment örneklerine ait faktör analizi sonuçları...70 Çizelge 4.31 Sapanca Gölü sediment örneklerine ait 3 faktörlü çözüm için faktör matrisi...71 Çizelge 4.32 Abant Gölü sediment örneklerine ait faktör analizi sonuçları...71 Çizelge 4.33 Abant Gölü sediment örneklerine ait 3 faktörlü çözüm için faktör matrisi72 Çizelge 4.34 Çalışma alanlarındaki istasyonlardan ilkbahar ve yaz mevsiminde alınan P. australis bitkisinin kök, rizom, gövde ve yapraklarındaki ortalama Pb konsantrasyonu ve standart hata değerleri...74 Çizelge 4.35 Çalışma alanlarındaki istasyonlardan sonbahar ve kış mevsiminde alınan P. australis bitkisinin kök, rizom, gövde ve yapraklarındaki ortalama Pb konsantrasyonu ve standart hata değerleri...75 Çizelge 4.36 Sapanca Gölü ne ait P. australis örneklerinin kök, rizom, gövde ve yapraklarındaki Pb konsantrasyonlarının mevsimsel olarak ortalama, minimum ve maksimum değerleri...78 Çizelge 4.37 Abant Gölü ne ait P. australis örneklerinin kök, rizom, gövde ve yapraklarındaki Pb konsantrasyonlarının mevsimsel olarak ortalama, minimum ve maksimum değerleri...79 ix
Çizelge 4.38 Çalışma alanlarındaki istasyonlardan ilkbahar ve yaz mevsiminde alınan P. australis bitkisinin kök, rizom, gövde ve yapraklarındaki ortalama Cr konsantrasyonu ve standart hata değerleri...81 Çizelge 4.39 Çalışma alanlarındaki istasyonlardan sonbahar ve kış mevsiminde alınan P. australis bitkisinin kök, rizom, gövde ve yapraklarındaki ortalama Cr konsantrasyonu ve standart hata değerleri...82 Çizelge 4.40 Sapanca Gölü ne ait P. australis örneklerinin kök, rizom, gövde ve yapraklarındaki Cr konsantrasyonlarının mevsimsel olarak ortalama, minimum ve maksimum değerleri...83 Çizelge 4.41 Abant Gölü ne ait P. australis örneklerinin kök, rizom, gövde ve yapraklarındaki Cr konsantrasyonlarının mevsimsel olarak ortalama, minimum ve maksimum değerleri...85 Çizelge 4.42 Çalışma alanlarındaki istasyonlardan ilkbahar ve yaz mevsiminde alınan P. australis bitkisinin kök, rizom, gövde ve yapraklarındaki ortalama Cu konsantrasyonu ve standart hata değerleri...87 Çizelge 4.43 Çalışma alanlarındaki istasyonlardan sonbahar ve kış mevsiminde alınan P. australis bitkisinin kök, rizom, gövde ve yapraklarındaki ortalama Cu konsantrasyonu ve standart hata değerleri...88 Çizelge 4.44 Sapanca Gölü ne ait P. australis örneklerinin kök, rizom, gövde ve yapraklarındaki Cu konsantrasyonlarının mevsimsel olarak ortalama, minimum ve maksimum değerleri...89 Çizelge 4.45 Abant Gölü ne ait P. australis örneklerinin kök, rizom, gövde ve yapraklarındaki Cu konsantrasyonlarının mevsimsel olarak ortalama, minimum ve maksimum değerleri...93 Çizelge 4.46 Çalışma alanlarındaki istasyonlardan ilkbahar ve yaz mevsiminde alınan P. australis bitkisinin kök, rizom, gövde ve yapraklarındaki ortalama Mn konsantrasyonu ve standart hata değerleri...94 Çizelge 4.47 Çalışma alanlarındaki istasyonlardan sonbahar ve kış mevsiminde alınan P. australis bitkisinin kök, rizom, gövde ve yapraklarındaki ortalama Mn konsantrasyonu ve standart hata değerleri...95 x
Çizelge 4.48 Sapanca Gölü ne ait P. australis örneklerinin kök, rizom, gövde ve yapraklarındaki Mn konsantrasyonlarının mevsimsel olarak ortalama, minimum ve maksimum değerleri...96 Çizelge 4.49 Abant Gölü ne ait P. australis örneklerinin kök, rizom, gövde ve yapraklarındaki Mn konsantrasyonlarının mevsimsel olarak ortalama, minimum ve maksimum değerleri...98 Çizelge 4.50 Çalışma alanlarındaki istasyonlardan ilkbahar ve yaz mevsiminde alınan P. australis bitkisinin kök, rizom, gövde ve yapraklarındaki ortalama Ni konsantrasyonu ve standart hata değerleri...100 Çizelge 4.51 Çalışma alanlarındaki istasyonlardan sonbahar ve kış mevsiminde alınan P. australis bitkisinin kök, rizom, gövde ve yapraklarındaki ortalama Ni konsantrasyonu ve standart hata değerleri...101 Çizelge 4.52 Sapanca Gölü ne ait P. australis örneklerinin kök, rizom, gövde ve yapraklarındaki Ni konsantrasyonlarının mevsimsel olarak ortalama, minimum ve maksimum değerleri...102 Çizelge 4.53 Abant Gölü ne ait P. australis örneklerinin kök, rizom, gövde ve yapraklarındaki Ni konsantrasyonlarının mevsimsel olarak ortalama, minimum ve maksimum değerleri...103 Çizelge 4.54 Çalışma alanlarındaki istasyonlardan ilkbahar ve yaz mevsiminde alınan P. australis bitkisinin kök, rizom, gövde ve yapraklarındaki ortalama Zn konsantrasyonu ve standart hata değerleri...106 Çizelge 4.55 Çalışma alanlarındaki istasyonlardan sonbahar ve kış mevsiminde alınan P. australis bitkisinin kök, rizom, gövde ve yapraklarındaki ortalama Zn konsantrasyonu ve standart hata değerleri...107 Çizelge 4.56 Sapanca Gölü ne ait P. australis örneklerinin kök, rizom, gövde ve yapraklarındaki Zn konsantrasyonlarının mevsimsel olarak ortalama, minimum ve maksimum değerleri...108 Çizelge 4.57 Abant Gölü ne ait P. australis örneklerinin kök, rizom, gövde ve yapraklarındaki Zn konsantrasyonlarının mevsimsel olarak ortalama, minimum ve maksimum değerleri...110 xi
Çizelge 4.58 Çalışma alanlarındaki istasyonlardan ilkbahar ve yaz mevsiminde alınan P. australis bitkisinin kök, rizom, gövde ve yapraklarındaki ortalama Cd konsantrasyonu ve standart hata değerleri...112 Çizelge 4.59 Çalışma alanlarındaki istasyonlardan sonbahar ve kış mevsiminde alınan P. australis bitkisinin kök, rizom, gövde ve yapraklarındaki ortalama Cd konsantrasyonu ve standart hata değerleri...113 Çizelge 4.60 Sapanca Gölü ne ait P. australis örneklerinin kök, rizom, gövde ve yapraklarındaki Cd konsantrasyonlarının mevsimsel olarak ortalama, minimum ve maksimum değerleri...114 Çizelge 4.61 Abant Gölü ne ait P. australis örneklerinin kök, rizom, gövde ve yapraklarındaki Cd konsantrasyonlarının mevsimsel olarak ortalama, minimum ve maksimum değerleri...116 Çizelge 4.62 Çalışma alanlarındaki istasyonlardan ilkbahar ve yaz mevsiminde alınan S. lacustris bitkisinin kök, rizom ve gövdesindeki ortalama Pb konsantrasyonu ve standart hata değerleri...118 Çizelge 4.63 Çalışma alanlarındaki istasyonlardan sonbahar ve kış mevsiminde alınan S. lacustris bitkisinin kök, rizom ve gövdesindeki ortalama Pb konsantrasyonu ve standart hata değerleri...119 Çizelge 4.64 Sapanca Gölü ne ait S. lacustris örneklerinin kök, rizom ve gövdesindeki Pb konsantrasyonlarının mevsimsel olarak ortalama, minimum ve maksimum değerleri...120 Çizelge 4.65 Abant Gölü ne ait S. lacustris örneklerinin kök, rizom ve gövdesindeki Pb konsantrasyonlarının mevsimsel olarak ortalama, minimum ve maksimum değerleri...121 Çizelge 4.66 Çalışma alanlarındaki istasyonlardan ilkbahar ve yaz mevsiminde alınan S. lacustris bitkisinin kök, rizom ve gövdesindeki ortalama Cr konsantrasyonu ve standart hata değerleri...123 Çizelge 4.67 Çalışma alanlarındaki istasyonlardan sonbahar ve kış mevsiminde alınan S. lacustris bitkisinin kök, rizom ve gövdesindeki ortalama Cr konsantrasyonu ve standart hata değerleri...124 xii
Çizelge 4.68 Sapanca Gölü ne ait S. lacustris örneklerinin kök, rizom ve gövdesindeki Cr konsantrasyonlarının mevsimsel olarak ortalama, minimum ve maksimum değerleri...125 Çizelge 4.69 Abant Gölü ne ait S. lacustris örneklerinin kök, rizom ve gövdesindeki Cr konsantrasyonlarının mevsimsel olarak ortalama, minimum ve maksimum değerleri...125 Çizelge 4.70 Çalışma alanlarındaki istasyonlardan ilkbahar ve yaz mevsiminde alınan S. lacustris bitkisinin kök, rizom ve gövdesindeki ortalama Cu konsantrasyonu ve standart hata değerleri...127 Çizelge 4.71 Çalışma alanlarındaki istasyonlardan sonbahar ve kış mevsiminde alınan S. lacustris bitkisinin kök, rizom, ve gövdesindeki ortalama Cu konsantrasyonu ve standart hata değerleri...128 Çizelge 4.72 Sapanca Gölü ne ait S. lacustris örneklerinin kök, rizom ve gövdesindeki Cu konsantrasyonlarının mevsimsel olarak ortalama, minimum ve maksimum değerleri...129 Çizelge 4.73 Abant Gölü ne ait S. lacustris örneklerinin kök, rizom ve gövdesindeki Cu konsantrasyonlarının mevsimsel olarak ortalama, minimum ve maksimum değerleri...130 Çizelge 4.74 Çalışma alanlarındaki istasyonlardan ilkbahar ve yaz mevsiminde alınan S. lacustris bitkisinin kök, rizom, ve gövdesindeki ortalama Mn konsantrasyonu ve standart hata değerleri...131 Çizelge 4.75 Çalışma alanlarındaki istasyonlardan sonbahar ve kış mevsiminde alınan S. lacustris bitkisinin kök, rizom, ve gövdesindeki ortalama Mn konsantrasyonu ve standart hata değerleri...132 Çizelge 4.76 Sapanca Gölü ne ait S. lacustris örneklerinin kök, rizom ve gövdesindeki Mn konsantrasyonlarının mevsimsel olarak ortalama, minimum ve maksimum değerleri...133 Çizelge 4.77 Abant Gölü ne ait S. lacustris örneklerinin kök, rizom ve gövdesindeki Mn konsantrasyonlarının mevsimsel olarak ortalama, minimum ve maksimum değerleri...134 xiii
Çizelge 4.78 Çalışma alanlarındaki istasyonlardan ilkbahar ve yaz mevsiminde alınan S. lacustris bitkisinin kök, rizom, ve gövdesindeki ortalama Ni konsantrasyonu ve standart hata değerleri...136 Çizelge 4.79 Çalışma alanlarındaki istasyonlardan sonbahar ve kış mevsiminde alınan S. lacustris bitkisinin kök, rizom, ve gövdesindeki ortalama Ni konsantrasyonu ve standart hata değerleri...137 Çizelge 4.80 Sapanca Gölü ne ait S. lacustris örneklerinin kök, rizom ve gövdesindeki Ni konsantrasyonlarının mevsimsel olarak ortalama, minimum ve maksimum değerleri...138 Çizelge 4.81 Abant Gölü ne ait S. lacustris örneklerinin kök, rizom ve gövdesindeki Ni konsantrasyonlarının mevsimsel olarak ortalama, minimum ve maksimum değerleri...138 Çizelge 4.82 Çalışma alanlarındaki istasyonlardan ilkbahar ve yaz mevsiminde alınan S. lacustris bitkisinin kök, rizom, ve gövdedeki ortalama Zn konsantrasyonu ve standart hata değerleri...140 Çizelge 4.83 Çalışma alanlarındaki istasyonlardan sonbahar ve kış mevsiminde alınan S. lacustris bitkisinin kök, rizom, ve gövdedeki ortalama Zn konsantrasyonu ve standart hata değerleri...141 Çizelge 4.84 Sapanca Gölü ne ait S. lacustris örneklerinin kök, rizom ve gövdesindeki Zn konsantrasyonlarının mevsimsel olarak ortalama, minimum ve maksimum değerleri...142 Çizelge 4.85 Abant Gölü ne ait S. lacustris örneklerinin kök, rizom ve gövdesindeki Zn konsantrasyonlarının mevsimsel olarak ortalama, minimum ve maksimum değerleri...142 Çizelge 4.86 Çalışma alanlarındaki istasyonlardan ilkbahar ve yaz mevsiminde alınan S. lacustris bitkisinin kök, rizom, ve gövdesindeki ortalama Cd konsantrasyonu ve standart hata değerleri...144 Çizelge 4.87 Çalışma alanlarındaki istasyonlardan sonbahar ve kış mevsiminde alınan S. lacustris bitkisinin kök, rizom, ve gövdesindeki ortalama Cd konsantrasyonu ve standart hata değerleri...145 xiv
Çizelge 4.88 Sapanca Gölü ne ait S. lacustris örneklerinin kök, rizom ve gövdesindeki Cd konsantrasyonlarının mevsimsel olarak ortalama, minimum ve maksimum değerleri...146 Çizelge 4.89 Abant Gölü ne ait S. lacustris örneklerinin kök, rizom ve gövdesindeki Cd konsantrasyonlarının mevsimsel olarak ortalama, minimum ve maksimum değerleri...146 Çizelge 4.90 Sapanca Gölü ndeki herbir istasyondan ilkbahar ve yaz mevsiminde alınan P. lucens bitkisinin kök, gövde ve yapraklarındaki ortalama Pb konsantrasyonu ve standart hata değerleri...148 Çizelge 4.91 Sapanca Gölü ndeki herbir istasyondan sonbahar mevsiminde alınan P. lucens bitkisinin kök, gövde ve yapraklarındaki ortalama Pb konsantrasyonu ve standart hata değerleri...149 Çizelge 4.92 Sapanca Gölü ne ait P. lucens örneklerinin kök, gövde ve yapraklarındaki Pb konsantrasyonlarının mevsimsel olarak ortalama, minimum ve maksimum değerleri...150 Çizelge 4.93 Sapanca Gölü ndeki herbir istasyondan ilkbahar ve yaz mevsiminde alınan P. lucens bitkisinin kök, gövde ve yapraklarındaki ortalama Cr konsantrasyonu ve standart hata değerleri...151 Çizelge 4.94 Sapanca Gölü ndeki herbir istasyondan sonbahar mevsiminde alınan P. lucens bitkisinin kök, gövde ve yapraklarındaki ortalama Cr konsantrasyonu ve standart hata değerleri...152 Çizelge 4.95 Sapanca Gölü ne ait P. lucens örneklerinin kök, gövde ve yapraklarındaki Cr konsantrasyonlarının mevsimsel olarak ortalama, minimum ve maksimum değerleri...153 Çizelge 4.96 Sapanca Gölü ndeki herbir istasyondan ilkbahar ve yaz mevsiminde alınan P. lucens bitkisinin kök, gövde ve yapraklarındaki ortalama Cu konsantrasyonu ve standart hata değerleri...154 Çizelge 4.97 Sapanca Gölü ndeki herbir istasyondan sonbahar mevsiminde alınan P. lucens bitkisinin kök, gövde ve yapraklarındaki ortalama Cu konsantrasyonu ve standart hata değerleri...155 xv
Çizelge 4.98 Sapanca Gölü ne ait P. lucens örneklerinin kök, gövde ve yapraklarındaki Cu konsantrasyonlarının mevsimsel olarak ortalama, minimum ve maksimum değerleri...156 Çizelge 4.99 Sapanca Gölü ndeki herbir istasyondan ilkbahar ve yaz mevsiminde alınan P. lucens bitkisinin kök, gövde ve yapraklarındaki ortalama Mn konsantrasyonu ve standart hata değerleri...157 Çizelge 4.100 Sapanca Gölü ndeki herbir istasyondan sonbahar mevsiminde alınan P. lucens bitkisinin kök, gövde ve yapraklarındaki ortalama Mn konsantrasyonu ve standart hata değerleri...158 Çizelge 4.101 Sapanca Gölü ne ait P. lucens örneklerinin kök, gövde ve yapraklarındaki Mn konsantrasyonlarının mevsimsel olarak ortalama, minimum ve maksimum değerleri...158 Çizelge 4.102 Sapanca Gölü ndeki herbir istasyondan ilkbahar ve yaz mevsiminde alınan P. lucens bitkisinin kök, gövde ve yapraklarındaki ortalama Ni konsantrasyonu ve standart hata değerleri...160 Çizelge 4.103 Sapanca Gölü ndeki herbir istasyondan sonbahar mevsiminde alınan P. lucens bitkisinin kök, gövde ve yapraklarındaki ortalama Ni konsantrasyonu ve standart hata değerleri...161 Çizelge 4.104 Sapanca Gölü ne ait P. lucens örneklerinin kök, gövde ve yapraklarındaki Ni konsantrasyonlarının mevsimsel olarak ortalama, minimum ve maksimum değerleri...161 Çizelge 4.105 Sapanca Gölü ndeki herbir istasyondan ilkbahar ve yaz mevsiminde alınan P. lucens bitkisinin kök, gövde ve yapraklarındaki ortalama Zn konsantrasyonu ve standart hata değerleri...163 Çizelge 4.106 Sapanca Gölü ndeki herbir istasyondan sonbahar mevsiminde alınan P. lucens bitkisinin kök, gövde ve yapraklarındaki ortalama Zn konsantrasyonu ve standart hata değerleri...164 Çizelge 4.107 Sapanca Gölü ne ait P. lucens örneklerinin kök, gövde ve yapraklarındaki Zn konsantrasyonlarının mevsimsel olarak ortalama, minimum ve maksimum değerleri...164 xvi
Çizelge 4.108 Sapanca Gölü ndeki herbir istasyondan ilkbahar ve yaz mevsiminde alınan P. lucens bitkisinin kök, gövde ve yapraklarındaki ortalama Cd konsantrasyonu ve standart hata değerleri...166 Çizelge 4.109 Sapanca Gölü ndeki herbir istasyondan sonbahar ve kış mevsiminde alınan P. lucens bitkisinin kök, gövde ve yapraklarındaki ortalama Cd konsantrasyonu ve standart hata değerleri...167 Çizelge 4.110 Sapanca Gölü ne ait P. lucens örneklerinin kök, gövde ve yapraklarındaki Cd konsantrasyonlarının mevsimsel olarak ortalama, minimum ve maksimum değerleri...167 Çizelge 4.111 Sapanca ve Abant göllerindeki bazı istasyondan ilkbahar ve yaz mevsiminde alınan N. lutea bitkisinin kök, gövde ve yapraklarındaki ortalama Pb konsantrasyonu ve standart hata değerleri...169 Çizelge 4.112 Sapanca ve Abant göllerindeki bazı istasyondan sonbahar mevsiminde alınan N. lutea bitkisinin kök, gövde ve yapraklarındaki ortalama Pb konsantrasyonu ve standart hata değerleri...170 Çizelge 4.113 Sapanca Gölü ne ait N. lutea örneklerinin kök, gövde ve yapraklarındaki Pb konsantrasyonlarının mevsimsel olarak ortalama, minimum ve maksimum değerleri...171 Çizelge 4.114 Abant Gölü ne ait N. lutea örneklerinin kök, gövde ve yapraklarındaki Pb konsantrasyonlarının mevsimsel olarak ortalama, minimum ve maksimum değerleri...171 Çizelge 4.115 Sapanca ve Abant göllerindeki bazı istasyondan ilkbahar ve yaz mevsiminde alınan N. lutea bitkisinin kök, gövde ve yapraklarındaki ortalama Cr konsantrasyonu ve standart hata değerleri...173 Çizelge 4.116 Sapanca ve Abant göllerindeki bazı istasyondan sonbahar mevsiminde alınan N. lutea bitkisinin kök, gövde ve yapraklarındaki ortalama Cr konsantrasyonu ve standart hata değerleri...174 Çizelge 4.117 Sapanca Gölü ne ait N. lutea örneklerinin kök, gövde ve yapraklarındaki Cr konsantrasyonlarının mevsimsel olarak ortalama, minimum ve maksimum değerleri...175 xvii
Çizelge 4.118 Abant Gölü ne ait N. lutea örneklerinin kök, gövde ve yapraklarındaki Cr konsantrasyonlarının mevsimsel olarak ortalama, minimum ve maksimum değerleri...175 Çizelge 4.119 Sapanca ve Abant göllerindeki bazı istasyondan ilkbahar ve yaz mevsiminde alınan N. lutea bitkisinin kök, gövde ve yapraklarındaki ortalama Cu konsantrasyonu ve standart hata değerleri...177 Çizelge 4.120 Sapanca ve Abant göllerindeki bazı istasyondan sonbahar mevsiminde alınan N. lutea bitkisinin kök, gövde ve yapraklarındaki ortalama Cu konsantrasyonu ve standart hata değerleri...178 Çizelge 4.121 Sapanca Gölü ne ait N. lutea örneklerinin kök, gövde ve yapraklarındaki Cu konsantrasyonlarının mevsimsel olarak ortalama, minimum ve maksimum değerleri...179 Çizelge 4.122 Abant Gölü ne ait N. lutea örneklerinin kök, gövde ve yapraklarındaki Cu konsantrasyonlarının mevsimsel olarak ortalama, minimum ve maksimum değerleri...179 Çizelge 4.123 Sapanca ve Abant göllerindeki bazı istasyondan ilkbahar ve yaz mevsiminde alınan N. lutea bitkisinin kök, gövde ve yapraklarındaki ortalama Mn konsantrasyonu ve standart hata değerleri...180 Çizelge 4.124 Sapanca ve Abant göllerindeki bazı istasyondan sonbahar mevsiminde alınan N. lutea bitkisinin kök, gövde ve yapraklarındaki ortalama Mn konsantrasyonu ve standart hata değerleri...181 Çizelge 4.125 Sapanca Gölü ne ait N. lutea örneklerinin kök, gövde ve yapraklarındaki Mn konsantrasyonlarının mevsimsel olarak ortalama, minimum ve maksimum değerleri...182 Çizelge 4.126 Abant Gölü ne ait N. lutea örneklerinin kök, gövde ve yapraklarındaki Mn konsantrasyonlarının mevsimsel olarak ortalama, minimum ve maksimum değerleri...182 Çizelge 4.127 Sapanca ve Abant göllerindeki bazı istasyondan ilkbahar ve yaz mevsiminde alınan N. lutea bitkisinin kök, gövde ve yapraklarındaki ortalama Ni konsantrasyonu ve standart hata değerleri...184 xviii
Çizelge 4.128 Sapanca ve Abant göllerindeki bazı istasyondan sonbahar mevsiminde alınan N. lutea bitkisinin kök, gövde ve yapraklarındaki ortalama Ni konsantrasyonu ve standart hata değerleri...185 Çizelge 4.129 Sapanca Gölü ne ait N. lutea örneklerinin kök, gövde ve yapraklarındaki Ni konsantrasyonlarının mevsimsel olarak ortalama, minimum ve maksimum değerleri...185 Çizelge 4.130 Abant Gölü ne ait N. lutea örneklerinin kök, gövde ve yapraklarındaki Ni konsantrasyonlarının mevsimsel olarak ortalama, minimum ve maksimum değerleri...186 Çizelge 4.131 Sapanca ve Abant göllerindeki bazı istasyondan ilkbahar ve yaz mevsiminde alınan N. lutea bitkisinin kök, gövde ve yapraklarındaki ortalama Zn konsantrasyonu ve standart hata değerleri...187 Çizelge 4.132 Sapanca ve Abant göllerindeki bazı istasyondan sonbahar mevsiminde alınan N. lutea bitkisinin kök, gövde ve yapraklarındaki ortalama Zn konsantrasyonu ve standart hata değerleri...188 Çizelge 4.133 Sapanca Gölü ne ait N. lutea örneklerinin kök, gövde ve yapraklarındaki Zn konsantrasyonlarının mevsimsel olarak ortalama, minimum ve maksimum değerleri...188 Çizelge 4.134 Abant Gölü ne ait N. lutea örneklerinin kök, gövde ve yapraklarındaki Zn konsantrasyonlarının mevsimsel olarak ortalama, minimum ve maksimum değerleri...189 Çizelge 4.135 Sapanca ve Abant göllerindeki bazı istasyondan ilkbahar ve yaz mevsiminde alınan N. lutea bitkisinin kök, gövde ve yapraklarındaki ortalama Cd konsantrasyonu ve standart hata değerleri...191 Çizelge 4.136 Sapanca ve Abant göllerindeki bazı istasyondan sonbahar ve kış mevsiminde alınan N. lutea bitkisinin kök, gövde ve yapraklarındaki ortalama Cd konsantrasyonu ve standart hata değerleri...192 Çizelge 4.137 Sapanca Gölü ne ait N. lutea örneklerinin kök, gövde ve yapraklarındaki Cd konsantrasyonlarının mevsimsel olarak ortalama, minimum ve maksimum değerleri...192 xix
Çizelge 4.138 Abant Gölü ne ait N. lutea örneklerinin kök, gövde ve yapraklarındaki Cd konsantrasyonlarının mevsimsel olarak ortalama, minimum ve maksimum değerleri...193 Çizelge 4.139 P. australis bitkisinin kökü ile su ve sedimentteki ağır metal konsantrasyonları arasındaki korelasyon analizi sonuçları...195 Çizelge 4.140 S. lacustris bitkisinin kökü ile su ve sedimentteki ağır metal konsantrasyonları arasındaki korelasyon analizi sonuçları...195 Çizelge 4.141 P. lucens in bitki kısımları ile su ve sedimentteki ağır metal konsantrasyonları arasındaki korelasyon analizi sonuçları...196 Çizelge 4.142 N. lutea nın bitki kısımları ile su ve sedimentteki ağır metal konsantrasyonları arasındaki korelasyon analizi sonuçları...197 xx
İÇİNDEKİLER ÖZET....i ABSTRACT. ii TEŞEKKÜR.....iii SİMGELER DİZİNİ...iv ŞEKİLLER DİZİNİ...v ÇİZELGELER DİZİNİ...vii 1. GİRİŞ...1 2. KAYNAK ÖZETLERİ...10 3. MATERYAL VE YÖNTEM...14 3.1. Materyal...14 3.2. Yöntem...14 3.2.1. Örneklerin toplanması ve çözme işlemine hazırlanması...14 3.2.2. Çözme işlemi sırasında kullanılacak malzemenin temizlenmesi...15 3.2.3. Çözme işlemleri...15 3.2.3.1. Sediment için çözme işlemleri...15 3.2.3.2. Bitki örnekleri için çözme işlemleri...16 3.2.3.3. Su örneklerinin analiz işlemlerine hazırlanması...16 3.2.4. Kullanılan Çözücüler ve Standartlar...16 3.2.5. ICP-OES Endüktif eşleşmiş plazma spektroskopisi (Inductively Coupled Plasma ) ile örneklerin analiz edilmesi...17 3.2.5.1. Cihazın analize hazır hale getirilmesi ve analiz işlemleri...17 3.2.5. Sedimentte ph ve redoks potansiyeli ölçümü...18 3.2.6. Sedimentte organik madde kaybı ölçümü...19 3.2.7. İstatistiksel analizler ve hesaplamalar...19 3.3. Çalışma Bölgelerinin Tanımı...19 3.3.1. Abant Gölü...19 3.3.2. Sapanca Gölü...20 3.4. Araştırma Bölgesinin İklimi...23 3.4.1. Yağışlar...23 3.4.1.1. Mevsimlik yağışlar...23 3.4.2. Nispi nem...23 xxi
3.4.3. Sıcaklıklar...25 3.4.3.1. Ortalama aylık ve yıllık sıcaklıklar...25 3.4.3.2. Minimum aylık ve yıllık sıcaklık ortalamaları (m o C)...25 3.4.3.3. Maksimum aylık ve yılık sıcaklık ortalamaları (M o C)...25 3.5. Biyoiklimsel Sentez...25 4. BULGULAR VE TARTIŞMA...31 4.1 Sapanca ve Abant Gölleri Su Örneklerinde Ağır Metal Konsantrasyonları...31 4.1.1 Kurşun...31 4.1.2 Krom...42 4.1.3 Bakır...43 4.1.4 Mangan...43 4.1.5 Nikel...44 4.1.6 Çinko...44 4.1.7 Kadmiyum...44 4.1.8 Sapanca ve Abant gölleri su örneklerinde korelasyon analizi...45 4.1.9 Sapanca ve Abant gölleri su örneklerinde faktör analizi...49 4.2 Sapanca ve Abant Gölleri Sediment Örneklerinde Ağır Metal Konsantrasyonları..51 4.2.1 Kurşun...52 4.2.2 Krom...52 4.2.3 Bakır...62 4.2.4 Mangan...62 4.2.5 Nikel...63 4.2.6 Çinko...63 4.2.7 Kadmiyum...64 4.2.8 Sediment örneklerinde korelasyon analizi...66 4.2.9 Sediment örneklerinde faktör analizi...70 4.3 Sapanca ve Abant Göllerinden alınan Phragmites australis (Cav.) Trin. ex Steud Bitkisinde Ağır Metal Konsantrasyonları...73 4.3.1 Kurşun...73 4.3.2 Krom...79 4.3.3 Bakır...86 4.3.4 Mangan...92 xxii
4.3.5 Nikel...98 4.3.6 Çinko...104 4.3.6 Çinko...105 4.3.7 Kadmiyum...111 4.4 Sapanca ve Abant Göllerinden Alınan Schoenoplectus lacustris (L.) Palla Bitkisinde Ağır Metal Konsantrasyonları...117 4.4.1 Kurşun...117 4.4.2 Krom...122 4.4.3 Bakır...126 4.4.4 Mangan...130 4.4.5 Nikel...134 4.4.6 Çinko...139 4.4.7 Kadmiyum...143 4.5 Sapanca ve Abant Göllerinden Alınan Potamogeton lucens L. Bitkisinde Ağır Metal Konsantrasyonları...147 4.5.1 Kurşun...147 4.5.2 Krom...150 4.5.3 Bakır...152 4.5.4 Mangan...155 4.5.5 Nikel...158 4.5.6 Çinko...162 4.5.7 Kadmiyum...165 4.6 Sapanca ve Abant Göllerinden Alınan N. lutea L. Bitkisinde Ağır Metal Konsantrasyonları...168 4.6.1 Kurşun...168 4.6.2 Krom...172 4.6.3 Bakır...176 4.6.4 Mangan...178 4.6.5 Nikel...183 4.6.6 Çinko...186 4.6.7 Kadmiyum...190 xxiii
4.7 Bitki Kısımları ile Su ve Sedimentteki Ağır Metal Konsantrasyonları Arasında Korelasyon Analizi...194 5. SONUÇ ve ÖNERİLER...198 5.1. Sonuçlar...198 5.2. Öneriler...201 5.2.1. Abant Gölü için öneriler...201 5.2.1. Sapanca Gölü için öneriler...203 KAYNAKLAR...205 EKLER...220 EK 1 Sapanca Gölü istasyonlarından genel bir görünüş...221 EK 2 Abant Gölü istasyonlarından genel bir görünüş...222 EK 3 Phragmites australis bitkisinin genel görünüşü...223 EK 4 Schoenoplectus lacustris bitkisinin genel görünüşü...224 EK 5 Potamogeton lucens bitkisinin genel görünüşü...225 EK 6 Nuphar lutea bitkisinin genel görünüşü...226 ÖZGEÇMİŞ...227 xxiv
1. GİRİŞ Su canlıların hayatını devam ettirebilmeleri için gerekli en önemli unsurdur. Suyun genel ekoloji içindeki yeri hayatın kendisi olarak ifade edilir. Artan nüfus yoğunluğu ve teknolojik gelişme sonucu suya olan ihtiyaç gün geçtikçe artarken, su ekosistemleri hem evsel hem de endüstriyel atıklar ile gittikçe kirlenmektedir. Çevre sorunları arasında önemli bir yere sahip olan su kirliliğine neden olan, suyun hava ve toprak gibi diğer ekolojik sistemlerle içice olması ve insan faaliyetlerinin etkisi gibi bir çok etken bulunmaktadır. Kirliliğin basit fakat doğru bir tarifi herhangi bir şeyin yanlış alanda çok fazla olması durumudur (Philips and Rainbow 1994). Bu tarif sucul ekosistemlerdeki kirleticilere uygulandığında; bir kirleticinin olması gerekenin üstünde bir konsantrasyonda bulunmasıdır. Aslında kimyasal kirletici diye bir şey yoktur, ancak bu kimyasalların yüksek konsantrasyonda bulunma durumu vardır. Tatlısu ekosistemleri iz element atıklarının son noktalarından biri olarak değerlendirilebilir ve ağır metal çalışmalarında bir arşiv görevi yapabilir (Birch et al. 1996). Tatlı ve tuzlu sularda ağır metallerin konsantrasyonu litrede nanogramdan miligrama kadar değişir. Bu yüzden sularda kirleticilerin konsantrasyonunu araştırmak için güvenilir analitik teknikler geliştirmek zorunluluğu doğmuştur. Bu zorunluluk özellikle ağır metal gibi iz elementlerin analizinde biyomonitörlerin kullanımına yöneltmiştir. Ancak, sularda ağır metal analizindeki en önemli dezavantaj, bunların biyolojik alınımıyla sudaki konsantrasyonları arasında tam bir korelasyonun bulunmamasıdır. Sediment sucul biota için ağır metal kaynağı olarak değerlendirilebilir (Yang et al. 2002). Ağır metallerin sedimentteki konsantrasyonları, değişik jeokimyasal fazlardaki dağılımı ve taşınımı bir çok araştırmacı tarafından tartışılmıştır. Metallerin farklı formlarının farklı alınabilirlikleri vardır. Yani metallerin her formu alınabilir forma değildir. Ayrıca sedimentte metalin bulunma durumu ve formu, ph, elektriksel iletkenlik, toplam organik madde miktarı ve redoks potansiyeline bağlı olarak değişir. 1
Kimyasal kirleticilerin analitik olarak test edilmesi pahalı ve zaman kaybettiricidir. Su ve sedimentteki kirleticilerin konsantrasyonunun ölçülmesi tek başına o ortamda yaşayan canlılar üzerine kirleticinin potansiyel etkisi hakkında da bilgi veremez (Mal et al. 2002). Sucul canlılar kirleticilerin suda tespit edilen konsantrasyonundan 1 milyon kez daha yüksek konsantrasyonda biyoakümüle ve biyokonsantre edebilirler (Cha et al. 1997). Çevresel kalite değişimlerinin izlenmesinde bitkilerin kullanılması konusunda bir çok çalışma yapılmasına rağmen, terminoloji konusunda tam bir fikir birliği yoktur. Bu nedenle biyoindikasyon (biyolojik belirleme), biomonitoring (biyolojik izleme) ve ilgili terimlerin açıklanmasında yarar vardır. İndikasyon kendiliğinden ve aktif iken, monitoring sürekli ve pasiftir. Yani indikatör bir şeyi gösterir, monitör bir şeyi yapmak için kullanılır. Manning and Feder (1980), Martin and Coughtrey (1982) ve Markert (1993) monitör ve indikatör terimleri arasındaki farkları şöyle belirtmişlerdir: Biyoindikatör çevre kalitesiyle ilgili bilgi veren bir organizma, organizma topluluğu veya organizma parçasıdır; biyomonitör ise çevresel kaliteyi ölçen bir organizma, organizma topluluğu veya organizma parçasıdır. Biyolojik birikim (akümülasyon) bitki ve hayvanlarda farklıdır. Baker and Walker (1990) a göre bulunduğu substrattan daha yüksek konsantrasyonda element içeren bitkiler akümülatör olarak değerlendirilirler. Besinlerle alınıp, organizmada artan miktarlarda biriktirme biyomagnifikasyon (biyolojik büyütme) olarak adlandırılır. Bu tarife göre, sadece hayvanlar, mikroorganizmalar, parazitler veya saprofit bitkiler biyomagnifiyer (biyolojik büyütücü) olabilirler. Diğer tüm yeşil bitkiler ise biyokonsantratör (biyolojik yoğunlaştırıcı) dürler. Ağır metal biriktirme kapasitesi bitkiden bitkiye, organdan organa değişir. Böylece bitkiler kök akümülatörü (biriktiricisi), gövde akümülatörü olarak ayrılabilir. Örneğin, Armeria maritima halleri (Mill.) Willd. ve Agrostis kapillaris L. Zn, Cu, Pb ve Cd için kök akümülatörüdürler (Dahmani-Muller et al. 2000). Gövde akümülatörleri kökten aldıkları elementleri gövdeye taşıyarak orada biriktirirler. Gövde akümülasyonu özelliği, Thlaspi goesingense (Hálácsy) bitkisinde Ni için gözlenmiştir (Krämer et al. 1997). 2
Brooks et al. (1977), hiperakümülatör terimini ortaya atmışlardır ( Markert 1993). Brooks a göre hiperakümülatör, kuru ağırlığında en az 1 mg/g ağır metal konsantrasyonu gösteren türlerdir. Baker et al. (1994) a göre gövdesinde 100 mg/kg dan daha fazla miktarda Cd, 1000 mg/kg dan daha fazla miktarda Ni, Cu ve Pb, 10 000 mg/kg den büyük Zn ve Mn içeren bitkiler hiperakümülatör olarak değerlendirilmelidir. Aynı zamanda bu bitki metalce zengin ortamda yetişmeli ve canlı olmalıdır. Bir akümülatörün tam tersi excluder (dışlayıcı) dir. Stoltz and Greger (2002), bu tip bitkiler için Low- accumulator terimini kullanmışlardır. Bu bitkiler substratta yüksek element konsantrasyonu olduğunda elementin alınımı azaltabilir veya dışarı atabilirler. Ne akümülatörler ne de dışlayıcılar indikatör olarak önemli değillerdir. Çünkü indikatör türler, toprak üstü bitki kısımları ve topraktaki metal konsantrasyonu arasında doğrusal bir ilişki göstermelidir. 4,5 g/cm 3 den büyük graviteye sahip olan metaller ağır metal olarak adlandırılır. Biyoloji literatüründe, farklı araştırıcılar arasında tam bir görüş birliği yoktur. Bazı biyologlar iz element, semi-metalik element (metalloid), bazıları ise hafif metal terimlerini kullanmışlardır (Markert 1993, Öztürk et al. 1992). İz elementler daha çok doğal sistemlerdeki bir grup elementin çok küçük konsantrasyonunu ifade etmesinin yanında, organizmalar tarafından az miktarda alınan, fakat beslenmeleri için gerekli olan veya fizyolojik işlevi bilinmeyen elementleri de belirtmektedir. Bir çok araştırıcı ağır metalleri de iz elementler içerisinde değerlendirmektedir. Biyomedikal ve biyokimyasal araştırmalarda varılan sonuçlar, iz elementlerin bitki ve hayvan dokularında organizmanın % 0,01 den daha az konsantrasyonda bulunduğunu kabul ederler. Beslenmede iz elementler milyonda yirmi birim (ppm) düzeyindeki elementler olarak tanımlarlar. Ağır metaller birçok kaynaktan ekosisteme dahil olmaktadırlar (Çizelge 1.1). Akut toksik etkileri nedeniyle, hem ucuz hem de uygun metotlarla çevreden uzaklaştırılmaları veya daha az toksik formlara dönüştürülmeleri gerekmektir. Fitoremediasyon (bitkilerle 3
temizleme), özel olarak belli metalleri bağlayan ve biriktiren bitkilerin çevresel temizlik için kullanılması olarak tanımlanmaktadır (Terry 2003, Salt et al. 1996). Çizelge 1.1 Ekosisteme dahil olan toksik ağır metallerin kaynakları (Markert,1993) A- ENDÜSTRİ Plastikler (Co, Cr, Cd, Hg) Ev aletleri yapım sanayi (Cu, Ni, Cd, Zn, Sb) Tekstil (Zn, Al, Ti, Sn) Ağaç işlemeciliği ( Cu, Cr, As) Rafineri (Pb, Ni, Cr) B- HAVADAKİ PARTİKÜL VE DUMANLAR Fosil yakıtlar (As, Pb, Sb, Se, U, V, Zn, Cd) Metal işlemeciliği (As, Cd, Cr, Cu, Mn, Ni, Pb, Sb, Ti, Zn) Şehir, fabrika vs. (Cd, Cu, Pb, Sn, Hg, V) Taşıtlar ( Pb, V, Cd) C- TARIM Sulama ( Cd, Pb, Zn) Gübreleme (As, Cd, Mn, U, V, Zn) Pestisit uygulaması (Cu, Mn, Zn) Hayvansal gübreler (As, Cu, Mn, Zn) Kireçler (As, Pb) Metal aşınması (Fe, Pb, Zn) D- METAL İŞLETMECİLİĞİ VE ERİTMEDEN GELEN ATIKLAR Maden işlemlerinden rüzgarla çevreye yayılanlar (Cd, Hg, Pb, As) Metallerin eritilmesinden (As, Cd, Hg, Pb, Se) Demir ve çelik endüstrisinden (Zn, Cu, Ni, Cr, Cd) Metal işlemciliğinden ( Zn, Cu, Ni, Cr, Cd) E- ATIKLAR Lağım (Cd, Cr, Cu, Hg, Mn, Mo, Ni, Pb, V, Zn) Kazma ve delme ( As, Cd, Fe, Pb) Küller (Cu, Pb) Düşük maliyet, kendi kendini yenileyebilme, birçok metal ve radyonüklite uygulanabilirlik, çevreye zararsız olması gibi avantajları vardır. Hiperakümülatörler düşük büyüme oranı ve düşük biyomas nedeniyle fitoremediasyon için yetenekli değildirler. Ancak genetik değişiklik sonrası daha faydalı olabilirler. Fitoremediasyon temelde iki kısımdır; - Fitoekstraksiyon : Bunda metal akümüle eden bitkiler kullanılır ve metalin hasat edilebilen bitki kısımlarında biriktirilerek alınması sağlanır. 4
- Fitostabilizasyon: Burada metale toleranslı bitkiler kullanılır. Çünkü metale toleranslı bitkiler metalin mobilitesini düşürür. Böylece zemin suyundan ya da diğer dış kaynaklı metallerin çevreye dağılma riski azaltılır. Metalce zengin ortamda yaşayan bitkiler 2 ana grupta toplanabilir. - Pseudometallofitler: Hem kirletilmiş hemde kirletilmemiş ortamda yaşayan bitkiler - Metallofitler: Yalnız kirletilmiş alanda yaşayan bitkiler. Metale tolerans temelde iki temel stratejinin sonucudur. - Metal dışlama: Metal dışlamadaki olay, metal alınımından kaçma ve gövdeye metal transportunu engelleme şeklindedir. Pseudometallofitlerde genelde bu durum görülür. - Metal akümüle etme. Biyoalınabilirlik (Bioavailability), çok sık kullanılmasına rağmen açıkça tarif edilmemiştir. Brun et al. (2001) a göre alınabilirlik, bir canlıya sunulduğunda o canlının alabileceği kadardır. Yani biyoalınabilirlik, metalin topraktaki oranına, fraksiyonuna, mobilitesine göre değerlendirilmelidir. Metal alınımının miktarı, bitki içinde metal dağılımının nasıl olduğu ve bitkide kalma süresi önemlidir. Sucul ekosistemlerde metallerin alınabilirliği karasal ekosistemlerle karşılaştırıldığında düşüktür (Weisa and Weis 2004). Metallerin farklı formlarının farklı alınabilirlikleri vardır. Suda çözünen ve değişebilir metallerin alınabilirliği yüksektir. İnorganik bileşikler olarak çökelmiş metaller, büyük molekül ağırlıklı humuslu materyaller ile bileşik oluşturan metaller potansiyel olarak alınabilirdir. Çözünmez sülfit şeklinde çökmüş metaller alınmaz formdadır (Gambrell 1994). Bitkiler suda çözünen kimyasal maddelerin taşınımını değiştirebilirler, bu nedenle metallerin alınımı kök çevresi ve rizosferde meydana gelir (Terry et al. 2003). Rizosferdeki ph tüm toprağın ph ında yüksek olabilir ve yüksek miktarda metal çözülür ve kök çevresinden alınır. Bitki kökleri ayrıca rizosfere çözünür organik bileşikler salar ve buda metalleri kompleksleştirir ve alınım yeteneğini arttırır (Hinsinger 1998). Metaller şu şekillerde bulunabilir: -Toprak ve su çözeltisinde iyon şeklinde 5
-Organik veya inorganik bileşikte değişebilir iyon şeklinde -Organik materyal ile bileşik oluşturmuş şekilde -Çökmüş, çözünmez bileşikler olarak -Katı biyolojik materyallere tutunmuş olarak -Primer ya da sekonder minerallerin kristal yapılarına bağlı olarak. Metale tolerans, metal dışlama ve metal akümüle etme olarak temel iki stratejinin sonucudur. Metal stresine karşı bitkilerdeki yaygın bir reaksiyon da POD (Peroksidaz) meydana getirmektir. Oksijenin aktive edilmesi, pek çok metal için genel bir reaksiyon olarak değerlendirilir. Metal stresi durumunda, derhal H 2 O 2, hidroksil ve süperoksit radikalleri oluşturulur. Bu radikaller lipit peroksidasyonu işlemlerine katılır (Singhl et al. 1997). Mazen and Maghraby (1998), bitkilerde ağır metal toleransına katkısı olan mekanizmaları şu şekilde özetlemişlerdir. -Aminoasitler (Sitrik asit, malik asit v.b.) gibi metal bağlayıcı bileşikler üretme -Vakuolde metal depolama veya özel bezlerle dışarı salma -Hücre zarı yapısında değişiklikler meydana getirme -Stres proteini veya metabolitleri sentez etme. Metallerin bitkilerden uzaklaştırılması ve etkilerinin azaltılmasının birkaç yolu vardır (Markert 1993): -Bitkiye zarar veren ağır metallerin önemli bir kısmının yaprak dökümü ve ağaçlarda kabuk atımı şeklinde uzaklaştırılması, -Bitkinin kutikulasında biriktirilmesi, -Bazı metal ve metalloidlerin yapısının bitki tarafından değiştirilmesi (Örneğin, selenyum bazı bitkiler tarafından dimetilselenit (CH3) 2 Se 2 e çevrilir ve oluşan metil selenit havaya verilebilir), -Berilyum gibi bazı metallerin konifer ağaçları tarafından sıvı atık şeklinde atılması. Ekosistemdeki ağır metallerin biyolojik izleyicisi olarak sadece bitkiler değil aynı zamanda hayvanlar ve aletler de kullanılmaktadır. Bunların her birinin kendi içinde avantaj ve dezavantajları vardır. Balık ( Wagner and Boman 2003, Catsiki and Strogyloudi 1999) ve midyedeki (Liang et al. 2004,) ağır metal birikimi ve bu 6
organizmaların biyolojik izleyici olarak kullanılması konusunda birçok çalışma yapılmıştır. Ancak, sucul ekosistemlerdeki metal kirliğinin izlenmesinde bitkiler daha avantajlıdır. (Çizelge 1.2) Bitkilerin biyolojik izleyici olarak kullanılmasının avantajları; maliyetin düşük, yetiştirilmesinin kolay olması ve elektrik veya başka bir güç kaynağına ihtiyaç duyulmamasıdır. Şüphesizki bir bitkinin reaksiyonu bir aletten çok daha biyolojiktir. Ayrıca aletler bazı etkileri tespit edemeyebilirler. Monitör olarak biyolojik sistemlerin kullanılmasının en önemli dezavantajı, reaksiyonların sadece görüntülenen materyalin miktarına değil, aynı zamanda bitkinin yaş, sağlık vb. gibi kendine özel parametrelerine ve toprak tipi, topraktaki besin durumu, topografya vb. çevresel parametrelere bağlı olmasıdır. Tüm bu faktörler aletsel görüntüleme kadar yüksek kalitede bilgi veremez. Karayosunları ve likenler yüksek metal biriktirebilme yeteneğinde olmaları nedeniyle özellikle karasal ortamda metal kirlenmesinin izlenmesinde en sık kullanılan organizmalardır (Szczepaniak and Biziuk 2003, Salema et al. 2004, Watmough and Hutchinson 2004). Kök sistemlerinin gelişmemiş olması nedeniyle karayosunlarının besleyicileri yağmurdan ve atmosferdeki partiküllerden almaları gerekir. Aynı zamanda bu bitkiler iyon değiştirici olarak iş görürler ve dokularında önemli miktarda metal biriktirirler (Henden et al. 1994, Couto et al. 2004, Husk et al 2004). Biriktirici monitörler olarak yüksek bitkilerin avantajlı yönleri; -Fizyoloji, ekoloji ve morfolojileri iyi bilinmektedir, yetiştirilme ve dağılmaları kolaydır. -Pek çok yüksek bitki ağır metallere toleranslıdır. Standardize edilmiş muamele yöntemleri vardır. -Yüksek bitkiler insanların beslenmesinde temel kaynaktır. Bundan dolayı sebze ve meyve gibi besleyici bitkilerin ağır metal içeriği, insan sağlığıyla yakından ilişkilidir. 7