Toprak Bilgisi ve Bitki Besleme Dersi 6. Ünite Özet

Bitki Beslemenin Kısa Tarihi

Tarım tarihinin; ilk çağlarda insanlara doğanın sunduğu kaynaklarla yaşamını sürdürmesi yani açlıklarını giderebilmek için sadece buldukları yiyecekleri tüketmesi, toprağa dökülen tohum, yumru ve köklerin yeni bitkiler oluşturmasını fark etmeleri ve yerleşik düzene geçmeleri ile başladığı kabul edilir. Bilim dünyasında kabul gören en önemli yaklaşımlardan biri, tarımın insanlık tarihinde uzun ve belirsiz bir süreç olan neolitik (cilalı taş) dönemde gerçekleşen ilk büyük bilimsel ve teknolojik devrim olmasıdır.

Bitkisel üretimde; en ekonomik girdi kullanımı ile doğaya ve çevreye zarar vermeden istenilen verim ve kalitede yetiştiricilik yapabilmek için bitki beslemenin tarihini öğrenmek, bu alanda çalışmak isteyenlere iki yönlü bir kazanç getirir. Birincisi, üretimde yapılan işlemlerin gerekliliği, nedenleri ve önemi ile daha önce yapılan çalışmalar arasında bağlantı sağlanmasıdır ki, bu yalnız bitki besleme tarihini okuyarak gerçekleştirilebilir. İkincisi de, bu alanda çalışacakların tarımsal üretimde yeni ve modern teknikleri kullanabilmesi ve tarımsal üretim hakkında yeni bir anlayış edinebilmesidir.

Bitki beslemenin de tarihi, ilk ziraatı yapan insanlarla başlar. Bitki besleme, başlangıçta insanların, doğayı anlama çabaları sonucunda elde ettikleri gözlemlerin yorumlarına ait iken, bugün modern teknolojinin desteği ile moleküler hatta nano seviyede yapılan bir bilim dalı haline gelmiştir. Tarih boyunca bitkilerin beslenmesi ile ilgili çeşitli bilim insanları araştırmalar yapmışlardır. Bu araştırmalara ait kısa bilgiler aşağıda yer almaktadır.

Aristotoles (MÖ 384-322): Bitkilerin beslenme ve gelişmelerini yalnız düşüncelere dayanarak açıklayan Eski Yunan Uygarlık çağının ünlü filozofudur ve doğada ki tüm maddelerin toprak, su, hava ve ateşten oluşan dört “element”ten meydana geldiğine inanmaktadır. Aristotoles bitkilerin herhangi bir çaba göstermeden, ihtiyaç duydukları besin elementlerini topraktan ve bitkilerde bulundukları formları ile aldığı kanısındaydı.

J.B. Van Helmont (1580-l644): Bitki besleme alanında ilk ölçüme dayanarak yapılan deneysel çalışmaları gerçekleştirmiştir. 5 yıl süren denemesinde ağırlığı belirli kuru toprak içine diktiği söğüt fidanını sadece sulayarak gelişimini incelemiş ve sürenin bitiminde toprağın ağırlığını kaybetmediğini görerek bitkilerin beslenmesinde suyun önemli olduğu savına varmıştır. Ayrıca Van Helmont’un yapmış olduğu bu deneme bitki besleme alanında uygulanmış olan ilk vegetasyon denemesidir. Canlıdan kopan bir parçanın gelişerek yeni bir birey oluşturmasına vegetatif üreme ve bu şekilde bir bitkiden alınan parçanın tekrar yeni bir bitki oluşturana kadar geçen süre ile denenmesine de vegetasyon denemesi denir.

John Woodward (1665-1728): Bitkilerin beslenmesinde, büyüme ve gelişmesinde mineral maddelerin önemi konusunda araştırmalar yapmıştır. İngiliz bilim insanı yağmur suyu, Thames Nehri suyu, Hyde Park kanal suyu ve Hyde Park kanal suyu ile bahçe toprağında 77 gün süre ile nane bitkisi yetiştirmiştir. Woodward’ın kendinden önce bildirilen “bitkilerin sudan oluştuğu” sonucunun aksine; toprağın ve içinde mineral maddelerin çözüldüğü su ile sulamanın önemine işaret eden sonuçlara ulaşması bitki besleme açısından önemlidir.

Stephan Hales (1677-1761): 1727’de yayınlamış olduğu “Bitki Statiği” adlı kitabında araştırmaları sonucunda, bitkilerin organik maddelerini yapmasında havanın da yer aldığını belirtmesi açısından önemlidir. Hales bitki öz suyu ve bitkiler tarafından alınan sonra atmosfere verilen suyun ölçülmesi yönünde çalışmıştır. Ayrıca Hales kök basıncı üzerine de birçok deneme yapmıştır. Denemesinde suyun büyük bir güçle armut ağacının kökleri tarafından emildiğini ve alınan suyun atmosfere verildiğini aktarır.

Joseph Priestley (1733-1804): 1775 yılında nane bitkisi ile yapmış olduğu denemede; CO2’ten arınmış bir ortamda yetiştirildiğinde, ortam havasının karbon dioksit ile bozulduğunu fark etmesi bitkilerin “solunum” yaptığı düşüncesini uyandırdı.

Jan Ingen-Housz (1730-1799): Bitkilerin yeşil kısımlarının ışığın varlığında oksijeni, karanlıkta da yalnız karbon dioksiti çıkardıklarına dair verileri ortaya koyarak fotosentez için ışığın gerekliliğini ortaya koyan ve solunumun aydınlatılmasında rol oynayan önemli açıklamalarda bulunmuştur.

On dokuzuncu yüzyılda bilimin her alanında gözlenen büyük ilerlemeler, tüm dünyada mevcut bilim akademilerine ilave olarak uzmanlaşmış yeni bilim topluluklarının eklenmesi, sağlanan yeni veriler, bilimsel gelişmelerin belirtisiydi. Bitki ve hayvanlardaki fizyolojik olaylar mikroskobik düzeyde incelenmeye başladı. Bitki beslemede önemli bir yere sahip olan “Organik Kimya” da bu yüzyılda doğmuştur.

Jean Senebier (1742-1809): Fotosentez ve solunum ile ilgili bilgiler genişletilerek bitkilerin yeşil yapraklarında karbondioksitin redüksiyonu ile oksijenin meydana geldiği ortaya konulmuştur.

Jean B. Boussingault (1802-1887): Bitkilerin humussuz topraklarda gelişebileceklerini deneysel olarak ispatlamıştır. Çiftliğinde araştırmalar yapmıştır. Nitratlı gübrelerin de amonyaklılar kadar bitkiler için yararlı N’lu gübreler olduklarını ispat etmiştir. Buna karşılık kültür bitkilerinin atmosferin elementel N’dan faydalanamayacakları kanısında olan Boussingault, bitki nöbetleşmesi ile ilgili tarla denemeleri kurmuştur. Tarla denemeleriyle ortaya koyduğu sonuçlar nedeni ile Boussingault’a birçok kişi tarafından “Tarla denemecilerinin babası” ünvanı verilmiştir.

L.J.Gay-Lussac (1778-1850) ve öğrencisi Justus Von Liebig (1803-1873): Birlikte tasarladıkları kimyasal analiz metotları ile kimya bilimine ve bitki beslemeye yeni bir ivme kazandırmışlardır. Ayrıca L.J.Gay-Lussac tarım kimyası konusunda önemli çalışmalar başlatmıştır.

Liebig “Kimyanın Tarım ve Fizyolojiye Uygulanması” isimli kitabında yer alan “Toprakta tüm öteki bitki besin maddeleri optimum düzeyde bulunsalar bile bunlardan birinin noksanlığı ya da yokluğu halinde topraktan kaldırılan ürün miktarını bu minimumdaki besin maddesi belirler” şeklindeki görüşü sonradan “Minimum Yasası” olarak kabul edilmiştir. Bu yasa bitki besleme ve gübreleme alanında çalışanların uzun süre düşüncelerine yön vermiştir.

J.B. Lawes (1814-1900) ve J.H. Gilbert (1817-1901): Liebig’in çadaşları olan bu bilim insanları 1843 yılında İngiltere Rothamsted’de bir Ziraat Araştırma İstasyonu kurdular. Bundan sonra dünyanın her tarafında aynı içeriklerde Ziraat Araştırma İstasyonları kurulmaya başlandı. Bu istasyonların çalışmalarının esasını bitki ve toprağın kimyasal incelemeleri teşkil ediyordu.

Lawes ve Gilbert, istasyonunun kuruluşundan 2 yıl sonra deneme sonuçlarını aşağıdaki şekilde özetlediler:

• Bitkiler P ve K’un her ikisine de muhtaçtırlar, fakat bitki külünün içeriği bitki tarafından alınması gereken bitki besinlerinin miktarlarının ölçüsü olamaz.
• Baklagil olmayan bitkilerin toprakta N’a ihtiyaçları vardır. Azot olmayınca, P ve K olsa da bitki gelişemez. Atmosferden toprağa yağışlar ile geçen amonyak (NH3) bitkinin N ihtiyacına yetmez.
• Toprağın verimi kimyasal gübrelerin yardımıyla yıllarca korunabilir.
• Nadasın faydası topraktaki organik (azotlu organik bileşiklerdeki) azotun bitki için faydalı forma dönüştürmesidir.

Julius Von Sachs (1832-1897): 1860 yılında bitkilerin beslenmesinde Woodward tarafından kullanılan yöntemi geliştirerek çeşitli besin çözeltileri hazırlamıştır. Makro ve mikro elementlerin çeşitli konsatrasyonlarını deneyerek bitkilerin en iyi gelişme gösterebileceği miktarları belirlemeye çalışmıştır. Bitki kökleri tarafından besin elementlerinin alınabilmesinde kök tüylerinin önemini de belirtmiştir. Ayrıca bitkilerde karbonhidratlar dışında kimi büyümeyi düzenleyen maddelerinde çiçeklenme üzerine etkili olabileceğini ifade etmiştir.

W. Knop (1817-1901): Sachs ile yaklaşık aynı tarihlerde (1861) bitkilerde su kültürü içerisinde büyüme ve gelişme için gerekli olan besin elementlerini içeren ve daha sonraları kendi adı ile anılan besin çözeltisini geliştirmiştir. Knop’un deneyleri sonucunda, bitkinin büyüme ve gelişmesi için mutlak gerekli besin elemetleri olarak N, P K, Ca, Mg, eser miktarda demir (Fe), kükürt (S), gösterilmiştir. Ayrıca oksijen (O), CO ₂ ve hidrojen (H)’in de bitki için mutlaka gerekli olduğu ancak bu elementlerin su ve havadan alınabileceği bildirilmiştir.

Jean Jaques Theophile Schloesing (1824-1919) ve Alfred Müntz (1878) : Toprakta bulunan nitrat bileşiklerinden amonyak oluşturulmasının basit bir kimyasal reaksiyon olmayıp bazı mikroorganizmalarca yapıldığını açıkladılar.

Hermann Hellriegel (1831-1896) ve HermannWilfarth (1853-1904): 1886 yılında baklagil bitkilerinin köklerindeki nodüllerde yaşayan mikroorganizmaların havanın serbest N’unu kullanarak, bitkinin kullanabileceği forma dönüştürdükleri sonucuna vardılar.

T.C. Hoagland ve T.C. Broyer : 1936’da bugünde hala kullanılan besin element çözeltisini geliştirerek sonuçlarını yayınlamışlardır. 1944 yılında Hoagland’ın yayınlamış olduğu “Bitkilerin inorganik beslenmesi üzerine makaleler” isimli kitap konu ile ilgili klasik eserler arasında değerlendirilmektedir. Hoagland (1884-1949) çalışmaları ile modern bitki beslemenin öncülerinden kabul edilmektedir.

Adolf Frank (1834-1916) ve Heinrich Caro (1934-1911): Amonyak sentezi ile N’lu gübre üretmişlerdir.

Fritz Haber (1868- 1934) ve Carl Bosch (1874-1940) : Almanya’da daha sonraları kendi adları ile anılacak bir yöntemle (Haber ve Bosch yöntemi) sentetik amonyağı havanın N’undan üretmeyi başardılar.

Geliştirilerek uygulanan bu metodlarla bir taraftan mineral ve sentetik N’lu gübrelerin tarım topraklarına uygulanması diğer taraftan ise P’lu ve K’lu gübrelerin üretimi, daha fazla ve nitelikli verim alınmasına yardımcı oldu.

Yirmi birinci yüzyılda gelişen çevre bilinci, tarım topraklarının yerleşimde ve sanayide kullanılması ile elden çıkması, su kaynaklarının giderek azalması ve çeşitli sebeplerle kullanılması ile klasik yöntem olarak kabul edilen açıkta (tarlada) yapılan, serpme veya bant şeklinde uygulanan gübreleme ile karık usulü yapılan sulama sistemlerinin gelişmesine ve değişimlerine neden olmuştur. Topraksız yetiştiricilik, organik tarım, sürdürülebilir tarım ve iyi tarım uygulamaları kavramları geliştirilerek değişik üretim metodları ortaya konmuştur. Yine bu yüzyılda damla sulama sistemi ile gübreleme prensipleri ortaya konulmuştur.

Bitkilerin Beslenmesinde Yeni Bir Yaklaşım

Yeterli ve dengeli gübreleme programlarının hazırlanabilmesi ve başarılı olabilmesi için dört temel konunun dikkate alınması gereklidir.

1. 1. Toprak ve yetiştirme ortamı koşulları ile ilgili olarak;
   1. Toprağın ve sulama suyunun reaksiyonuna bağlı olarak, bitki besin maddelerinin alınabilirliği,
   2. Uygulanan programlardaki aşırı gübreleme ve toprak özellikleri ile ilişkili tuzluluk problemleri,
   3. Yetersiz organik madde nedeniyle toprağın fiziksel-kimyasal-mikrobiyolojik özelliklerinin olumsuz yönde etkilenmesi,
   4. Bitki besin maddelerinin yapısal özellikleri ve toprakta bulunan diğer besin maddeleri ile etkileşimlerine bağlı olarak mobiliteleri dikkate alınmadır.
2. Yetiştirme ortamı ile ilgili olarak,
   1. Kullanılan ortamlara ait fiziksel ve kimyasal özelliklerin tam olarak bilinmesi ve dikkate alınması,
   2. Uygulanan gübreleme programlarının etkinliği ile yetiştirme ortam özelliklerinin birlikte etkilerinin değerlendirilmesi gereklidir.
3. Gübre seçimi ve uygulanacak gübreleme yöntemleri ile ilgili olarak
   1. Kültürel işlemlere bağlı olarak doğru gübre formlarının seçilmesi,
   2. Gübrelerin suda çözülme oranları ve tuz indeksleri gibi kritik özelliklerinin dikkate alınması,
   3. Bitkilerin gelişme dönemlerinin göz önünde bulundurulması,
   4. Tahminlenen ürüne ilişkin kaldırılan besin maddesi miktarlarına dikkat edilmesi,
   5. Toprakta mevcut besin elementlerinin dengesizlikleri göz önüne alınması şeklinde özetlenebilir.
4. Doğru bir program ve gübreleme için konu ile ilgili çalışanları sürekli olarak yeniliklerden haberdar edilmesi
   1. Bilgilendirme ve uygulamalı gösterim ile üreticilerin bilgilendirilmesi,
   2. Çeşitli dönemlerde kamu ve özel kuruluşlarda konu ile ilgili görev yapan her seviyedeki personelin eğitimi,
   3. Tüm iletişim kanalları ile bilgilendirme çalışmalarının yapılması şeklinde sıralanabilir.

Bitkisel üretimde gübreleme programları yapmadan önce karar verilmesi gerekli en önemli konu, sözü edilen yetiştirme ortamının gerçekten gübrelemeye ihtiyaç duyup duymadığıdır.

Ekonomik, çevreye duyarlı, dengeli bir gübreleme programı; birim alana uygulanacak gübre miktarı, bu uygulamada hangi gübrelerin kullanılacağı, ne zaman uygulama yapılacağı, hangi gübrelerin kullanılacağı, hangi gübreleme yönteminin kullanılacağı ve hangi derinliğe uygulanacağı sorunlarına cevaplar vererek istenen verim ve kalitede ürün alınmasını sağlar.

Boyut olarak çok küçük ancak etki olarak çok büyük olan nanoteknolojik çalışmaların tarımda kullanım alanı bulması bitki besleme açısından günümüzde ulaşılan son nokta olarak değerlendirilmektedir.

Nanoteknoloji: Bir nanometre metrenin milyarda biri, bir milimetrenin milyonda biri kadar bir uzunluktur. Yaklaşık olarak insan saç telinin on binde biri kadar bir kalınlığa eşdeğer kabul edilebilir. Bu uzunluk terimi atom ve moleküllerin içindeki en küçük mesafeleri tanımlamak için de kullanılır. Üç ile beş atom yan yana sıraladığında bu uzunluğa eşit bir uzunluk meydana getirirler. Genel olarak maddeyi atomik veya moleküler seviyede kontrol etme, yönlendirme bilimi olarak ifade edilebilir. Kimi araştırıcılar atomik seviyede mühendislik olarak da tanımlamıştır. Nanoteknoloji kelimesini ilk defa kullanan Tokyo Bilim Üniversitesi'nden Norio Taniguchi olmuştur. 1974'de yayınlanan bir makalede Taniguchi “‘Nanoteknoloji' genel olarak malzemelerin atom atom ya da molekül molekül işlenmesi, ayrılması, birleştirilmesi ve bozulmasıdır.” olarak dile getirilmiştir.

Tarımsal üretimde nano teknoloji kullanılarak:

• Patojen ve bulaşık maddelerin belirlenmesi,
• Nano partiküllerle kaplanan tarımsal ürünlerin üretilmesi,
• Çiftlik hayvanlarının yem rasyonlarında kullanılan nano-partiküllerin patojenleri bünyede zarar yapmadan önce engellemesi,
• Gıda kalite sensörlerinin geliştirilmesi,
• Tat, kalite ve besin değerlerinin iyileştirilmesi,
• Zehir etkisi gösterebilecek maddelerin tarımsal ürünlerden kaldırılması,
• Toprak özelliklerinin iyileştirilerek tarımsal verimliliğin arttırılması,
• Haç, gübre ve suyun toprakta tutulma veya yıkanmasının sağlanması yönünde çalışmalar ön plana çıkmış durumdadır.