Jeokimya Bitki Jeokimyası - 1 BİTKİ JEOKİMYASI Biyokimyasal Çevrim Şekil-1: Elementlerin biyokimyasal çevrimi (Hawkes and Webb,1962)Şekil-2: Doğada besin maddelerinin döngüsü (Özbek vd, 1993).Elementlerin Hareketlilik Katsayısı Bir elementin hareketlilik katsayısının yüksek ya da düşük oluşu, o elementin bitki bünyesine ne kadar kolay ya da zor alındığını gösteren çok önemli bir parametredir Şekil-3: Hareketlilik katsayısı demirden daha yüksek olan molibden doğada demirin aksine daha az bulunmasına rağmen yapraklarda demirden daha fazla miktarlarda konsantre olur (Aydal, 2001).Elementlerin Bitki Bünyesine Alınması Bir bitki, büyüyebilmesi için gereksinin duyduğu bazı elementleri yeterli miktarlarda temin etmeye çalışır. Bitkilerin gereksinimlerine göre topraktan aldığı elementler üç grupta toplanabilmektedir: Besleyici esas elementler; N, K, P, S, Ca, Mg, Fe, I, Br, Cl Gerekli eser elementler; Cu, Zn, Mn, Co, Mo, Se, F, Ba, B, Ag Gerekli olduğu henüz bilinmeyen eser elementler; Pb, Au, Al, Bi, Sn, Ti, Ga, Cd, Cr, Ni, V, Rb, Hg, Sr … Bitki gelişmesi için mutlaka gerekli olan elementlerden Fe, Mn, Zn, Mo, Cl, Cu “mikro elementler” ve P, K, Ca, Mg, N ve S “makro elementler” olarak tanımlanmıştır (Atalay,1982). Makro Elementler Fosfor (P), Potasyum (K), Kalsiyum (Ca), Magnezyum (Mg), Azot (N) ve Kükürt (S) 1. Fosfor (P) Fosfor yokluğu bitkilerin erken yaprak dökümüne ve koyu mor renk almasına neden olduğu gibi yaprak sapı ve meyvelerde yer yer kurumuş bölgeler meydana getirir. Bitkinin genel görünüşü cüce olup yapraklarında koyu mavimsi-yeşilimsi karakteristik bir renklenme oluşur. Fosfor, bitki bünyesinde oldukça hareketlidir. Fosfor yokluğunda, yaşlı yapraklardaki fosfor genç yapraklara transfer edilir ve yaşlı yapraklarda fosfor eksikliği belirtileri daha erken belirir (Bozcuk, 1986).2. Potasyum (K) Potasyum yokluğunda büyüyen bitkilerin dış görünüşünde çok belirgin ve karakteristik belirtiler; yaşlı yapraklarda önce sarı benekler meydana gelir, daha sonra da bu benekler büyüyüp leke halini alır. Çoğu hallerde yaprak uçları aşağı doğru kıvrılır ve yaprak kenarları üst yüzeyde katlanarak yaprak bir rulo şeklini alır. Genel olarak potasyum eksikliğinde büyüyen bitkilerin boyu bodur kalmaktadır (Bozcuk, 1986). 3. Kalsiyum (Ca) Ca2+ yokluğunda bitkilerin boyları genellikle bodur kalır, genç yapraklarda kıvrılma ve yaprak uçlarında kanca oluşumu çok tipiktir. Ca2+ eksikliğinde meydana gelen belirtiler (semptomlar) genel olarak önce genç yapraklarda ve büyüme noktalarında belirir. Çünkü bitki bünyesindeki Ca2+ pek hareketli değildir (Bozcuk, 1986). 4. Magnezyum (Mg) Klorofil molekülünde bulunan tek elementtir Bitkilerde yeşil rengin kaybolması veya sararma genellikle magnezyum eksikliğini işaret eder (Atalay, 1982). Aynı azot ve fosfor eksikliğinde olduğu gibi, Mg2+ eksikliğinde de sararma önce yaşlı yapraklardan başlar sonra genç yapraklara geçer. Yaprak sararması (kloroz hastalığı) ve çok ekstrem hallerde de nekrotik lekeler (çürüyüp ölmüş doku) meydana gelir (Bozcuk, 1986). 5. Azot (N) Azot noksanlığında, yapraklardaki klorofil miktarı azalacağından yaprakların rengi sararır ve kloroz hastalığı meydana gelir. Hastalık önce yaşlı yapraklarda, daha sonra genç yapraklarda belirir. Ayrıca yaşlı yapraklarda bulunan azot da zamanla daha genç yapraklara transfer edilir. Bitkide çok fazla N eksikliği varsa, en alttaki yaşlı yapraklar sararır, kurur ve dökülür. Ancak en üstteki genç yapraklar ise soluk yeşildir (Bozcuk, 1986).6. Kükürt (S) S yokluğunda büyüyen bitkilerde de N yokluğunda olduğu gibi, yaprakların rengi, soluk yeşile dönmektedir. Kükürt eksikliğinin meydana getirdiği belirtiler aynen azotunkine benzer (yapraklarda kloroz hastalığı görülür). Belirtileri, önce genç yapraklarda görülür. Ekstrem hallerde de bütün yapraklar yeşil rengini kaybeder ve sarı bir renk alır (Bozcuk, 1986). Mikro Elementler Demir(Fe), Mangan (Mn), Çinko (Zn), Molibden (Mo), Klor (Cl) ve Bakır (Cu) 1. Demir (Fe) Toprakta demir eksikliğinde yapraklarda meydana gelen kloroz hastalığı, özellikle genç yapraklardaki çok ince ağsı damarlarda ve damarlar arasındaki bölgelerde yer yer sararma şeklinde kendisini belli eder. Çoğu zaman da demir yolduğunda meydana gelen belirtiler (semptomlar) giderilemez (Bozcuk, 1986). 2. Mangan (Mn) Mn eksikliğinde yapraklarda kahve renkli lekeler meydana gelir. Yapraklarda ve kloroplastlarda klorofil ve nişasta miktarı çok azalır ve yapraklar sararmış bir renk alır (Bozcuk, 1986). 3.Çinko (Zn) Zn yokluğunda yaşlı yaprakların uç ve kenarlarında kloroz hastalığı belirmektedir. Daha sonra yapraklarda yer yer beyaz nekrotik lekeler meydana gelir. Bunun için Zn eksikliğinde meydana gelen bu karakteristik hastalığa “küçük yaprak hastalığı” (rozet oluşumu) adı verilir (Bozcuk, 1986).4. Molibden (Mo) Molibdenin metabolik rolü tam olarak bilinmemekle birlikte azot metabolizmasında önemli bir görevi olduğu sanılmaktadır (Bozcuk, 1986). 5. Klor (CI) Bazı bitkiler için klor faydalı bir element olmasına karşın bazı bitkilerde büyümeyi engellemektedir. Hatta bazı bitkiler için ne yaran ne de zararı vardır 6. Bakır (Cu) Genç yaprakların uçlarında ve kenarlarında çürüme (kangren) meydana gelerek pörsümüş bir hal alır. Ekstrem hallerde yapraklar dökülür ve tüm bitki sanki susuz kalmış gibi bozunup buruşur (Bozcuk, 1986). Bitki Köklerindeki Reaksiyonlar ile Bitkilerde Hareket ve Depolanma - Cu miktarı < 100 ppm olan topraklarda büyüyen bir bitki bu elementi bünyesine kolayca kabul eder. - Cu miktarı = 100 ppm – 8400 ppm olan topraklarda büyüyen bir bitki, gereksinim duyduğu en fazla miktar olan 300 ppm’ye kadar bakırı bünyesine kabul eder, daha fazlasını reddeder. - Cu miktarı > 8400 ppm ise bitkinin element seçme mekanizması fazla miktarda bakırın bünyeye girmesine engel olamaz.Şekil-4: Toprak ve bitkide element miktarı arasındaki ilişki (Rose vd,1979)Şekil-5: Bazı elementlerin toprak ve bitki miktarları arasındaki ilişki (Rose vd,1979)Bitkilerdeki Element Miktarını Etkileyen Faktörler Bitkiye Bağlı Faktörler 1.Tür Faktörü 2.Organ Faktörü 3.Yaş Faktörü 4. Kök Faktörü Elementlere Bağlı Faktörler Toprağa Bağlı FaktörlerANOMALİ KAVRAMI Jeokimyasal Anomaliler Şekil-6: Anomali, temel ve eşik değerler arasındaki ilişki (Köksoy, 1991) Biyojeokimyasal Anomaliler Anomalili topraklarda yetişen bitkilerde çeşitli fizyolojik ve morfolojik değişiklikler meydana gelebilmektedir. 1. Kontrast (Zıtlık) ve Etkileşim Şekil-7: Nijerya’da Nyeba Pb-Zn alanında, cevher üzerinde büyüyen bitkinin kurutulmuş sürgünlerinin Pb ve Ag içerikleri (Rose vd. 1979).Şekil-8: Eski SSCB’de Novo-Tayketten’de uygun toprakla karşılaştığında bitki külünün Ni içeriği (Rose vd, 1979). Şekil-9: Fransa’da uygun topraklarla karşılaştırıldıklarında çamların iğne yapraklarının külünün U içeriği (Rose vd, 1979).2. Homojenlik Bitkilerin mineral içerikleri temel kayacın bileşimi ile indirekt olarak ilişkili olmakla beraber birçok değişkenden etkilenir. Bundan dolayı biyojeokimyasal anomalilerin en azından mobil elementler için benzer kalıntı toprak anomalilerinden daha düzensiz olduğunu bulmak sürpriz değildir BİYOJEOKİMYASAL PROSPEKSİYONUN UYGULANMASI Hazırlık ve Ön Çalışma Bu çalışmalar sonucunda şu bilgiler elde edilmiş olmalıdır; •Beklenilen cevherleşmenin şekli, büyüklüğü, derinliği, dalımı ve muhtemel tenörü •Cevherleşmeyi kuşatan jeokimyasal halenin türü ve özellikleri, •Bölgedeki yeraltı suyunun hareketleri, •Su tablası seviyesinin, cevherleşme seviyesine ve bitki köklerine göre durumu •Örnek alınması düşünülen birkaç bitki türünün saptanması, •Örnek alınacak organın saptanması 1. Bitki Organlarının Seçimi 2. Bitkinin Yaşı 3. Bitki Köklerinin Gidebildiği Derinlik Şekil-10: Biyojeokimyasal anomalilerin tespitinde bitki köklerinin yapısı ile cevher zonu arasındaki bağıntının etkisi (Shvyryaeva and Petrunina, 1957) 1.Normal B miktarı 2.Anormal B miktarı 3.Borca zengin zon 4.ToprakÖrnek Alımı ve Analiz Hazırlığı Örnek Hazırlama Teknikleri Kül Etme Tekniği Yaş Kimyasal Parçalanma Tekniği Verilerin Değerlendirilmesi Şekil-11: Klastik, hidromorfik ve biyojenik anomaliler arasındaki bağıntıJEOBOTANİK PROSPEKSİYONUN UYGULANMASI Ön Çalışma (1) Bitki türleri ve sıklığı, (2) Bitkilerin genel sağlık durumları, anormal morfolojik görünümleri, (3) Yaprak, çiçek ve meyvelerdeki anormallikler, (4) Anormalliklerin cevherleşme, jeoloji veya topografya ile olan olası ilişkileri açıkça not edilmelidir. Verilerin Değerlendirilmesi Bitki zehirlenmeleri ile ilişkili değişikliklerde en göze çarpanları, bitkinin şekil, renk, büyüklük ve olgunlaşma durumları ile ilgili olanlarıdır. Bazı elementlerin bol miktarda bulundukları bölgelerdeki bitkilerde gözlenen karakteristik hastalık belirtileri Tablo-1’de gösterilmiştir .Elementler Anormallikler Al Köklerde kısalma, yaprakların kıvrılması, kuruması ve benekleşmesi B Yaprak renginin koyulaşması, yaprak uçlarının tiz ses çıkarması, büyümede gerileme, urlar, yaprak kenarlarının kuruması, dallarda boğumlar arasının kısalması ve deforme olması Cr Yeşil damarlı sararmış yapraklar Co Yapraklarda kuru beyaz benekler Cu Yaprakların kısmen kuruması, pembe dallar, yeşil damarlı sararmış yapraklar, kısalmış kökler, bazı türlerde yerde sürünme ve kısırlaşma Fe Kısalmış dallar, kalınlaşmış kökler, uzamış hücreler Mn Yaprakların sararması, dalların kızarması, yaprak kenarlarının kıvrılması ve kuruması Mo Kısalma, sarı-turuncu renklenme Mo-Cu Gelinciklerde siyah haçların çok fazla büyümesi Ni Yapraklarda beyaz benekler ve sararma, çiçek yapraklarında azalma ve anormal şekiller U Çekirdeklerdeki kromozom sayısının çoğalması, garip şekilli meyveler vb. Zn Yeşil damarlı sararmış yapraklar, yaprak uçlarının kuruması, köklerde kısalma,cüceleşme Pb-Zn Gelinciklerde çeşitli ikiz çiçekler Tablo-1: Toksit elementler nedeniyle bitki fizyolojisi ve morfolojisinde görülebilen başlıca anormallikler ( Cannon, 1960 ve Malyuga, 1964) ÖNCEKİ ÇALIŞMALAR Buyalov N.I. ve Shvyryava A.M., 1955. Araştırılan Element: Bor (B) Kullanılan Bitki: Salicornea herbacea ( Deniz börülcesi ) (Şekil-12) . Şekil-12: Salicornea herbacea ( Deniz börülcesi )Şekil-13: a ) Yüksek bor içeren toprakta büyüyen anormal bitki b ) Normal toprakta büyüyen normal bitki Malyuga D.P. ,1964. Araştırılan Elementler: Bakır (Cu), Molibden (Mo) Kullanılan Bitki: Gelincikgillerden (Papaveraceae (Şekil-14)) Papaver commutatum bitkisi . Şekil-14: Papaveraceae (Gelincikgiller)Şekil-15: Ermenistan’da bir Cu, Mo belirtkeni olan Papaver commutatum’un yapraklarında meydana gelen değişiklikler; A ) Normal çiçek B ) Değişmiş çiçek C ) Çeşitli değişme dereceleri Araştırılan Elementler: Çinko (Zn), Kurşun (Pb) Kullanılan Bitki: Gelincikgillerden (Papaveraceae (Şekil-14)) Papaver macrostomum bitkisi Şekil-16: Ermenistan’da bir Zn, Pb belirtkeni olan Papaver macrostomum’un yapraklarında meydana gelen değişiklikler; a ) Normal çiçek b ) Değişmiş çiçek c ) Çeşitli değişme dereceleri Malyuga D.P. ,1964.ATATÜRK ORMAN ÇİFTLİĞİ FİŞEK FABRİKASI BAHÇESİNDEKİ ATIKLARDAN ETKİLENEN GELİNCİK ( RESİM, PROF.DR.TANER KRAL TARAFINDAN ÇEKİLMİŞTİR)Brooks R.R., Morrison R.S., Reeves R.D., Dudley T.R. ve Akman Y.,1979. Araştırılan Element: Nikel (Ni) Kullanılan Bitkiler: Alyssum (çiçek veren bitki türleri) (Şekil-17) Şekil-17: Nikel için belirtken olan Alyssum türü bir bitki Erdman J.A. ve Olson J.C., 1985. Araştırılan Element: Altın (Au) Kullanılan Bitkiler: Pinaceae ( Çamgiller) Şekil-18: Red Mountain’den bir görünümÖzdemir Z. ve Sağıroğlu A., 1997. Araştırılan Element: Bakır (Cu) Kullanılan Bitkiler: Salix acmophylla (Acem Söğüdü),Tamarix smyrnensis (Ilgın),Phragmites australis (Su kamışı) Şekil-19: Salix acmophylla (Acem Söğüdü) Dunn C. E., Brooks R.R., Edmondson J., Leblanc M. ve Reeves R.D., 1996. Araştırılan Element: Bakır (Cu) Kullanılan Bitkiler: Bakır içeriği yüksek olan topraklarda yetişebilen bitkilerŞekil-20: Tamarix smyrnensis (Ilgın)Şekil-21: Corylus avellana (Fındık ağacı) Şekil-22: Corylus avellana (Fındık) Akçay M., Lermi A., Van A., 1998. Araştırılan Elementler: Bakır (Cu), Kurşun (Pb), Çinko (Zn) Kullanılan Bitkiler: Corylus avellana (Fındık) (Şekil-21) (Şekil-22), Rhododendron ponticum (Mor çiçekli orman gülü) (Şekil-23), Rhododendron luteum (Sarı çiçekli orman gülü) (Şekil-24)Şekil-23: Rhododendron ponticum (Mor çiçekli orman gülü) Şekil-24: Rhododendron luteum (Sarı çiçekli orman gülü) Özdemir Z. ve Sağıroğlu A., 1998. Araştırılan Element: Demir (Fe) Kullanılan Bitkiler: Phragmites australis (Su kamışı) (Şekil-25), Carex acuta (Tepeli ayak otu) (Şekil-26) Şekil-25: Phragmites australis (Su kamışı) Şekil-26: Carex acuta (Tepeli ayak otu)Özdemir Z. ve Sağıroğlu A., 1999. Araştırılan Element: Mangan (Mn) Kullanılan Bitkiler: Salix acmophylla (Acem Söğüdü) (Şekil-19), Tamarix smyrnensis (Ilgın) (Şekil-20) Baroni F., Boscagli A., Protano G. ve Riccobono F., 2000. Araştırılan Element: Antimon (Sb) Kullanılan Bitkiler: Achillea ageratum (Civanperçemi) (Şekil-27), Plantago lanceolata (Sinirliot) (Şekil-28), Silene vulgaris (Gıvışkan otu) (Şekil- 29) Şekil-27: Achillea ageratum (Civanperçemi)Şekil-28: Plantago lanceolata (Sinirliot) Şekil-29: Silene vulgaris (Gıvışkan otu)Lasat M. M., 2000. Araştırılan Element: Çinko (Zn) Kullanılan Bitki: Thlaspi caerulescens (Çobançantası) (Şekil-30) Şekil-30: Thlaspi caerulescens (Çobançantası)Özdemir Z. ve Sağıroğlu A., 2000. Araştırılan Element: Çinko (Zn) Kullanılan Bitkiler: Platanus orientalis (Çınar) (Şekil-31), Salix acmophylla (Acem söğüdü) (Şekil-19), Populus nigra (Kara kavak) (Şekil-32) Şekil-31: Platanus orientalis ( Çınar) Şekil-32: Populus nigra (Kara kavak)Özdemir Z. ve Sağıroğlu A., 2000. Araştırılan Element: Bakır (Cu) Kullanılan Bitkiler: Salix acmophylla (Acem söğüdü) (Şekil-19), Tamarix smyrnensis (Ilgın) (Şekil-20), Phragmites australis (Su kamışı) (Şekil-25) Nagaraju A. ve Karimulla S. ,2001. Araştırılan Elementler: Ca, K, Mg, Ba, Cu, Mn, Sr ve Zn Kullanılan Bitki: Gymnosporia montana (Şekil-33) Şekil-33: Gymnosporia montanaAydal D. , 2001. Araştırılan Elementler: Pb, Co, Mn, Fe, Cd, Bi, P, Cr, Al, Na, Ga, Y , Ce, Pr, Nd, Sm, Gd, Dy, Mo, Zn, Ca, Mg, Se Kullanılan Bitkiler: Söğüt (Şekil-34), Pürem (Şekil-35), Çınar (Şekil-31), Sandal (Şekil- 36), Kızılağaç (Şekil-37), Sakızlık (Şekil-38), Çitlembik (Şekil-39), Kara pelit (Şekil-40), Pelit (Şekil-41) Şekil-34: Salix alba (Söğüt )