İÇİNDEKİLER

1.    Hümik maddelerin tanımı.

2.    Toprakta hümik maddelerin fonksiyonu.

2.1. Bitki gelişimi için bitki besin elementlerinin elverişli olması

2.2. Toprağın fiziksel konumu, toprak erozyonu, tamponlama

        ve iyon değişimi üzerine etkileri.

2.3. Toprağın biyolojik konumu üzerindeki etkileri.

3. Hümik maddelerin oluşumu.

3.1. Lignin teorisi (yöntem 1)

3.2. Polifenol teorisi (yöntem 2 ve 3)

3.3. Şeker-amin kondensasyonu (yöntem 3)

4. Hümik maddelerin özellikleri
5. Tarım uygulamaları

1. HÜMİK MADDELERİN TANIMI

Eski zamanlardan günümüze kadar tarımla uğraşan insanların tümü mahsul yetiştirmede organik maddenin topraktaki önemli rolünü bilirlerdi. Günümüzde organik maddenin faydalarının çoğu bilimsel olarak ispatlanmıştır. Fakat, topraktaki tüm elverişli durumların ve faydaların sadece ‘organik maddeler tarafından sağlandığını’ söylemek çok iddialı bir söz olur. Halbuki toprak, oldukça kompleks ve çok fazla aksam içeren bir yapıya sahiptir.

Hümik maddeler alanındaki diyaloglarda yaşanan önemli problemlerden biri, kesin bir tanıma sahip olmayışıdır. Terminoloji tutarsız tarzda kullanılmaktadır. ‘Humus’ kelimesi, bazı toprak bilimcileri tarafından ‘toprak organik maddesi’ şeklinde eşanlamlı olarak kullanılmaktadır. Bu anlam topraktaki hümik maddeleri içeren tüm organik maddeleri kapsamaktadır. Bazılarına göre ise humus kelimesi sadece hümik maddeleri göstermektedir.

‘Toprak organik madde’ kavramı genellikle topraktaki organik içeriği belirtmede kullanılmaktadır. Öyle ki bu toprak çürümemiş bitki ve hayvan dokuları, kısmen çözünmüş maddeler ve toprak biyo-kütlesi içermektedir. Sonuç olarak bu kelime şunları kapsamaktadır:

1. Polisakkaritler ve proteinler gibi büyük molekül ağırlıklı organik maddeler.     

2. Şeker, amino asit ve diğer küçük moleküller gibi daha basit organik maddeler.

3. Hümik maddeler.

‘Toprak organik madde’ kavramı canlı organizmalar tarafından sentezlenmemiş olan tüm organik maddeleri de kapsamaktadır.

Kısaca, toprak organik maddesi ‘hümik madde’ ve ‘hümik olmayan madde’ şeklinde iki kısımda değerlendirilebilir. Hümik olmayan maddeler; şeker, amino asit, yağlar gibi farklı sınıflardan birinde gösterilebilecek maddelerdir. Hümik maddeler ise

diğer tanımlanamayacak türden maddelerdir. Gösterdiğimiz bu açık fark bile göründüğü kadar çok açık farklılıkta değildir.

Toprak organik maddesinin dağılımı aşağıdaki şekilde yazılabilir:

2. TOPRAKTA HÜMİK MADDELERİN FONKSİYONU

Hümik maddeler toprağın kimyasal, fiziksel ve biyolojik özelliklerini etkileyerek bitki gelişimine yardımcı olur. Hümik maddelerin besleyici fonksiyonları özellikle makro ve mikro bitki besin elementlerinin bitkiye geçişinde ortaya çıkar. Hümik maddelerin biyolojik fonksiyonları ise mikroorganizmaların aktivitelerini arttırmasında görülmektedir. Fiziksel ve kimyasal olarak ise iyi toprak yapısı oluşturmada, toprağa süzme kolaylığı sağlamasında, havalandırmada, nem tutmada, toprağın iyon değişiminde  ve  toprağın  tamponlanmasında  hümik  maddeler önemli roller oynamaktadırlar.

Hümik maddeler, çevre şartları bakımından bitki tarafından alınamayan besin maddelerinin alınmasını da kolaylaştırmakta ve pestisitler gibi (ot, böcek, mantar, nematod ilaçları,vb...) tarım kimyasallarının etkinliğini arttırmaktadır. Fakat, hümik maddelerin etkinliği ve faydaları bir topraktan diğer bir toprağa değişmekte olup iklim ve ekim tarihi gibi çevresel şartlara bağlı kalmaktadır. 

2.1. Bitki gelişimi için bitki besin elementlerinin elverişli olması

Hümik maddeler bitki gelişiminde besin elementlerinin elverişliliği üzerine dolaylı yada dolaysız bir etkiye sahiptir. Toprakta yaşayan mikroorganizmalar hümik maddeleri mineralize ederek bitkiye azot, fosfor, potasyum ve mikro-elementleri  takdim etmektedirler. Buna ilave olarak, hümik maddeler diğer kaynaklardan da besin elementlerini bağlayarak  elverişliliği sağlamaktadırlar.  Hümik maddeler,örnek olarak, azotu sabit hale getiren bakteriler için enerji kaynağı olarak gerekmektedirler.

Bir besin kaynağı olarak hümik maddelerde dikkate alınması gereken önemli bir faktör de yetiştirilecek bitkinin ekim zamanıdır. İlk kez ekim yapılan toprakta genellikle 10 ila 30 yıllık bir zaman zarfında, yeni bir denge seviyesi elde edilene kadar, hümik madde içeriği bitmektedir.  Dengede iken mikrobiyal hareketle serbest kalan herhangi bir besin, bitki tarafından alındığı zaman yeni bir hümik madde ilave edilmesi ile eşit miktarlarda karşılanmak zorundadır.

2.2. Toprağın fiziksel konumu, toprak erozyonu, tamponlama ve iyon değişimi üzerine etkileri

Hümik maddelerin bir çok toprak türünde önemli etkileri vardır. Yoğun toprak sürmenin meydana getirdiği yapısal bozulma hümik madde ilave edilen topraklarda oldukça azdır. Eğer toprakta hümik madde az ise toprak çok daha sert, kesif ve kesek olmaya yönelir. Havalandırma, su tutma kapasitesi ve geçirgenlik hümik maddeler tarafından ciddi olarak etkilenmektedir.

Kolayca çürüyebilir organik atıkların sıkça toprağa ilavesi kompleks organik bileşiklerin sentezine sebebiyet vermektedir. Öyle ki, bu sentez sonucunda toprak partikülleri bağlanarak kümeler oluşturmaktadırlar. Bu kümeler, gevşek, açık ve granüler konumu korumaya yönelmektedirler. Sonuçta suyun toprakta süzülüp aşağı akması en iyi konuma gelmektedir. Bitkiler bu kümeler arasından ihtiyaçları olan havayı köklerine almaktadırlar. Büyük gözenekler toprak ve atmosfer arasında oldukça iyi hava değişimi sağlamaktadırlar.  

Hümik madde genellikle erozyona mukavim olması için toprağın kabiliyetini arttırır. Toprak içinde suyun kolayca sızabilmesi veya sızmanın bazı güçlüklerle karşılaşıp engellenmesi toprağın geçirgenliği adı altında incelenmektedir. Toprak gözenekleri suyun sızabildiği veya hareket edebildiği boşluk sisteminin önemli bir kısmını oluşturmaktadırlar. Toprağın çatlak sistemi, toprak canlılarının yuvaları ve yolları, çürüyen bitki köklerinin yerlerinde kalan kanallar topraklarda suyun derinlere kadar hızla ulaşmasını sağlayan ve gözeneklerle bir arada işleyen kapsamlı bir sızıntı meydana getirmektedirler. Genel olarak toprağın geçirgenliği toprağın türüne, organik madde miktarına, gözenekliliğine, gözeneklerin iriliğine ve iç yapısına bağlıdır.

Toprakların birçoğunun iyon değişim kapasitesinin %20-70’ini koloidal hümik maddeler gerçekleştirmektedir. Hümik maddelerin toplam iyon değiştirme kapasiteleri 300-1400 meq/100 gram olarak değişir.

Aşırı pH değişikliklerine karşı toprağın göstermiş olduğu reaksiyon toprağın tampon etkisi olarak  tanımlanmaktadır. Hümik maddeler geniş pH aralığında tamponlama sergilerler. Toprak suyundaki H⁺ ve OH^- iyonu artışı hümik maddelerdeki değiştirilebilir durumda tutulan katyonlar tarafından nötr hale getirilir.

           

2.3. Toprağın biyolojik konumu üzerindeki etkileri

Hümik maddeler makro ve mikroorganizmalar için bir enerji kaynağı sağlar. Topraktaki sayısız bakteri ve fungiler hümik maddeler ile genel anlamda alakalıdırlar. Solucanlar ve diğer hayvanlar (fauna) toprağa atılan bitki atıklarının miktarı ile direkt olarak etkilenmektedirler.

Topraktaki hümik maddeler bitki büyümesi üzerinde fizyolojik etkiye sahiptirler. Fenolik asitler gibi bazı bileşikler fitotoksik etkiye sahipken diğer bölümleri, örneğin karboksilik gruplar gibi, bitki gelişimine olumlu etkileri vardır. Ayrıca, hümik maddelerin fazlaca bulunduğu ortam parazitik organizmaların nispi olarak azalmasına, buna karşılık yararlı bakterilerin çoğalmasına sebebiyet vermektedir. Topraktaki biyolojik olarak aktif bileşikler, antibiyotikler ve fenolik bileşikler gibi, patojenlerin hücumuna mukavemet sağlamak için bazı bitkilerin kabiliyetlerini güçlendirmektedirler.

3. HÜMİK MADDELERİN OLUŞUMU

Hümik maddelerin oluşumu humus kimyasının en az anlaşılan konularından biridir. Bu konu üzerindeki çalışmalar çok uzun zamandan beri devam etmekte olup sürdürülen araştırmalar teorik ve pratik zeminlerde karara bağlanmaktadır.

Doğada  bilinen hümik madde oluşumu şöyledir: sonbaharda dökülen yaprakların rengi değişmekte ve ilk kimyasal reaksiyon  başlamaktadır. Daha sonra yaprakların toprak bakterileri tarafından parçalanması ve kısmen yenilmesi safhası gelmektedir. Parçalanan ve yenilen yaprak vb.. maddeler mikroorganizmalar tarafından ayrıştırılmaya çalışılmaktadır. Bu esnada suda çözünebilen pektinler ve yumurta akı maddeleri gibi karbonhidratlar yaprak dokusundan ayrılmaktadır. Geriye henüz dokusu değişmemiş selüloz ve lignin bölümü ayrışmamış bitkisel artıklar kalmaktadır. Bu safha yaprak tabakasının çürümeye ve kokuşmaya başladığı safhadır. Tipik çürük kokusu ile tanınan bu parçalanma-ayrışma ürünleri çürüntü tabakasını oluşturmaktadırlar.

Çürüntü safhasında bitkisel artıklardaki selüloz, mantarlar tarafından ayrıştırılarak bitkisel doku parçalanır. Daha güç ayrışan lignin ise lignini ayrıştıran mantarlar tarafından ayrıştırılır. Böylece çürüntü tabakası giderek dokusal yapısını kaybederek amorf ve koloidal karakterli hümik maddelere dönüşür. 

Hümik maddelerin oluşumu ile topraktaki bitki ve hayvan kalıntılarının çürümesi hakkında birçok  teori üretilmiştir. Bu teorilerden en çok öne çıkan dört teori göze çarpmaktadır: lignin teorisi, polifenol teorisi, şeker-amin kondensasyonu. ‘Waksman’  tarafından geliştirilen klasik teoriye göre hümik maddeler ‘lignin’ ile meydana gelmişlerdir. Fakat, günümüz araştırmacılarının çoğu ‘kuinonları’ içeren mekanizmaları ön plana çıkarmaktadırlar.  Bu dört teoriden ikisi ‘kuinonlara’ uzanan bir silsileyi ele almışlardır. Polifenoller ve ligninin parçalanması sonucu ortaya çıkan ürünler  kuinonları oluşturmaktadırlar. Hümik asit ve fulvik asit sentezleri için şeker-amin kondensasyonu benzer mekanizmalar içermektedir. Bu dört teori de bütün topraklarda gerçekleşebilir. Fakat, oluşma oranları farklıdır. Lignin teori zayıf sızıntı özelliğine sahip topraklarda meydana gelmektedir.

Polifenol sentezi önemli bazı orman topraklarında görülmektedir. Sert iklimlerin bulunduğu terrestriyal toprak yüzeylerindeki sıcaklık, nem, ışık gibi faktörlerin sebebiyet verdiği sık ve sert değişiklikler, şeker-amin kondensasyonu teorisine göre, hümik asit sentezini kolaylaştırmaktadır.

3.1. Lignin teorisi (yöntem 1)

Uzun zamandan beri hümik asitlerin ligninden türetildiği düşünülüyordu:

Teoriye göre, lignin kısmî olarak mikroorganizmalar tarafından kullanılmaktadır. Ortaya çıkan kalıntı (tortu) toprak humusunun bir parçasıdır. Lignin modifikasyonu o-hidroksifenollerin oluşumu ile metoksil (-OCH₃) grupların kaybı ve karboksilik (-COOH) grupların oluşumu için alifatik zincirin oksidasyonunu kapsamaktadır. Bu şekilde modifiye olan ligninin ilk olarak hümik asitlere ve sonra da fulvik asitlere dönüşmesi için günümüzde hâlen tespit  edilemeyen değişikliklere maruz kaldığı bilinmektedir.

Hümik asit oluşumunda lignin teorisini desteklemek için Waksman tarafından aşağıdaki olaylar geliştirilmiştir:

1.    Lignin ve hümik asitler fungi ve bakteri hücumuna uğradığı zaman kolayca bozulmazlar.

2.    Lignin ve hümik asitler alkolde ve piridinde kısmen çözünürler.

3.    Lignin ve hümik asitler alkali ortamda çözünürler ve asit ortamında çökerler.

4.    Lignin ve hümik asitler metoksil (-OCH₃) grubu içerirler.

5.    Lignin ve hümik asitler doğada asit yapısında bulunurlar.

6.    Ligninler sıvı alkali ile ısıtıldıkları zaman metoksil içeren gruplarını hümik asit içinde bırakırlar.

7.    Hümik asitler okside edilmiş ligninle benzer özelliklere sahiptir.

Diğer bitkilere göre lignin mikroorganizmalar tarafından daha az hücuma uğramasına rağmen kendisinde doğal olarak ‘tam aerobik bozulma’ için bir mekanizma mevcuttur. Çözünmemiş diğer bitki artıkları toprak yüzeyinde kalmakta ve böylece topraktaki organik madde miktarı da artmaktadır.

Normalde aerobik topraklarda lignin, humus sentezinden önce, düşük molekül ağırlığındaki ürünlere indirgenmektedir. Lignini parçalayan fungi normal olarak fazla nemli topraklarda bulunmadığı için modifiye ligninin odun kömürü humusuna, göl tortularına ve zayıf su sızdırma özelliği olan topraklara önemli bir katkıda bulunabileceğini tahmin etmek mantıklı görülebilir.

3.2. Polifenol teorisi (yöntem 2 ve 3)

Lignin üç yöntemde de önemli rol oynamaktadır. Fakat bu önemin derecesi farklıdır. Mikrobiyal hücum boyunca ligninden ayrılan fenolik aldehit ve asitler kuinonları enzimatik olarak etkilemektedirler. Bu fenolik aldehit ve asitler hümik asitlere benzer makro molekülleri yapmak için amino bileşiklerin varlığında polimer hale getirmektedir.            

Yöntem 2, birçok yönden yöntem 3’e benzerlik göstermektedir. İkisi arasındaki fark, polifenollerin lignin olmayan selüloz gibi karbon kaynaklarından sentezlenmesidir. Daha sonra, enzimatik olarak polifenoller kuinonlara oksitlenirler ve hümik asitlere çevrilirler.

Klasik Waksman teorisi, şimdilerde birçok araştırmacı tarafından modası geçmiş olarak  görülmektedir. Bu araştırmacılara göre, ligninden meydana gelen kuinonlar, mikroorganizmalar tarafından sentezlenenlerle birlikte hümik asitlerin oluşturulduğu temel yapı taşlarıdır. Humus sentezi için muhtemel fenol kaynakları lignin, mikroorganizma, bitkilerdeki fenoller ve taninlerdir. Bunlardan sadece ilk ikisi ciddiye alınmaktadır.

Flaig’in humus oluşumu düşüncesi şöyledir:

1. Bitki artıklarının çürümesi boyunca selülozla bağlarını kopartan lignin temel yapısal ünitelerin oluşması için oksidatif bozulmaya maruz kalırlar (fenilpropanın türevleri oluşur).

2. Lignin yapıcı ünitelerin kenar zincirleri okside olur ve demetilasyon gerçekleşir. Neticede polifenoller kuinonlara polifenoloksidaz enzimi vasıtası ile dönüşürler.

3. Ligninden meydana gelen kuinonlar amino bileşikler ile koyu renkli polimerleri oluşturmak için reaksiyona girerler.

‘Kononova’ polifenollerin kaynağı olarak mikroorganizmaları göstermiştir. Kononova şu sonuca varmıştır: Hümik maddeler lignin parçalanmadan önce selüloz parçalayan ‘myxobakteriler’ tarafından yapılmıştır. Hümik asit oluşumuna neden olan kademeleri de aşağıdakiler gibi belirtmiştir:

1. Fungi, basit karbonhidratlara, proteinlere, iliğimsi kanallardaki selüloza, kambriyuma ve bitki artıklarının korteksine hücum eder.

2. Ksilemin selülozu aerobik myxobakteri tarafından çürütülür. Myxobakteriler tarafından sentezlenmiş polifenoller polifenoloksidaz enzimi ile kuinonlara oksitlenirler. Kuinonlar ise koyu renkli hümik asitleri yapmak için amino bileşikleri ile reaksiyona girerler.

3. Lignin çürütülür. Çürüme boyunca açığa çıkan fenoller humus sentezi için kaynak malzeme olarak vazife görürler.

3.3. Şeker-amin kondensasyonu (yöntem 4)

Humusun şekerlerden yapıldığı varsayımı humus kimyasının ilk zamanlarına kadar gitmektedir. Şekerleri ve amino asitleri sentezleyen bu düşünceye göre; mikrobiyal metabolizmanın yan ürünü olarak ortaya çıkan şekerler ve amino asitler 'enzimatik olmayan polimerleşmeye’ maruz kalmaktadırlar. Buradaki amaç kahverenkli polimerleri oluşturmaktır. Bu teorinin önemli bir noktası ise normal toprak şartlarındaki sıcaklıklarda reaksiyonun çok yavaş seyretmesidir. Fakat toprak şartlarındaki ani değişiklikler ve katalitik özelliğe sahip mineral madde ile şeker-amino asitler karışımı kondensasyonu kolaylaştırmaktadır. Teorinin can alıcı noktası ise reaksiyona giren şeker-amino asitlerin mikroorganizmaların aktivasyonu boyunca bolca üretilmesidir.

Şeker-amin kondensasyonundaki ilk reaksiyon şekerin aldehit grubuna amin ilavesini gerektirmektedir. Amaç, azot ilaveli glikosilamin yapmaktır. Glikosilamin azot ilaveli 1-amino-deoksi-2-ketoz oluşturmağa maruz bırakılmaktadır. Oluşturulan bu yeni ürün şu iki kısma ayrılmaktadır:

1.    Asetal ve diasetil gibi 3-C zinciri aldehit ve ketonların ayrışması.

2.    Furfural ve hidroksi metil furfural üretimi için dehidratasyon.

Bütün bu ürünler çok fazla reaktiftirler ve amino bileşikler hümik asitleri yapmak için polimerleşmektedirler.

4. HÜMİK MADDELERİN ÖZELLİKLERİ

Hümik asitler (HA) : Asit şartlarında (pH<7) suda çözünmeyen hümik maddelerin bir bölümüdür. Hümik asitler ‘yüksek pH’ değerlerinde suda çözünmektedirler. Hümik asitler değişik kimyasal maddeler ile topraktan ayrıştırılabilmektedirler. Hümik asitler renk  bakımından koyu kahverengi ile siyah arasındadır.

Fulvik asitler (FA) : Hümik maddelerin tüm pH şartlarında suda çözünebilen bölümleridir. Fulvik asitler, asitlendirme işlemi ile hümik asitlerin uzaklaştırılmasından sonra çözeltide kalırlar. Fulvik asitler renk bakımından açık sarı ile sarı-kahverengi arasındadırlar.

Huminler : Herhangi bir pH değerinde suda çözünmeyen hümik maddelerin bir bölümüdür. Renk olarak siyahtırlar.

Birçok araştırmacı günümüzde şunlara inanmaktadır:

1.    Bütün koyu renkli hümik maddeler yeryüzünün doğal bir parçasıdır.

2.    Henüz tam olarak tanımlanabilmiş değillerdir.

3.    Büyük moleküllü ağır polimerlerdir.

Ortak olan bu görüşlere göre; hümik asitler ile fulvik asitler arasındaki farklar şu konular üzerinde yoğunlaşmaktadır:

1.    Molekül ağırlığındaki değişikler.

2.    Fonksiyonel grupların (karboksil ve fenolik OH gibi) sayısı.

3.    Polimerleşmenin derecesi.

Hümik asitler ile fulvik asitler önemli arasındaki farklardan birisi şudur: fulvik asitler oksijen bulunduran fonksiyonel gruplardan (-COOH, -C=O, -OH gibi) fazlaca içermektedirler. Hümik asitlerde ise oksijenin büyük bölümü çekirdeğin yapısal kısmı olarak gözükmektedir.

Elektron mikroskobu gözlemleri değişik topraklarda hümik asitlerin polimer yapısının olduğunu göstermektedir. Bu polimer yapılar halka, zincir ve küme şeklindedir. Hümik asitlerin makro molekül boyutları 60-500 Å arasında değişmektedir. Hümik maddeler bileşiklerin heterojen karışımlarını kapsamakta ve sadece bir yapısal formülle yetinmemektedirler.

Hümik asitler, kompleks aromatik makro moleküller olarak düşünülmektedir. Bu makro moleküller aminoasitleri, aminoşekerleri, peptidleri, aromatik gruplar arasında bağ yapılmış alifatik bileşikleri kapsamaktadırlar.

Fulvik asitlerin hipotetik model yapısı geniş olarak oksijenli fonksiyonel gruplar içeren hem aromatik hem de alifatik grupları kapsamaktadır.

5. TARIM UYGULAMALARI

Tarımın mevcut yapısı, organik tarımın yaygın olmamasından dolayı, toprakların ve bitkilerin zarar görmesine neden olmakta ve sonuçta da insanlığa zarar getirmektedir. Mineral maddeler takviye edildiği zaman bile birçok organik gübre ürünleri sadece kısa süreli biyolojik açıdan elverişli hale gelmektedir. Neticede, insanoğlunun bitkilerden mineralleri uygun biçimde alarak hayatiyetini devam ettirmesi gereklidir. İşte bu noktada, hümik maddeler insan vücudunun ihtiyaç duyduğu mineral maddelerin alımını sağlamaktadır.

Tarıma dayalı ekonominin hakim olduğu ülkemizde tarımsal ürünlerin tüketimi oldukça fazladır. Türk halkı günlük enerjisinin %58’ini tahıl ürünlerinden sağladığı düşünüldüğünde tarımda kalite ve verimin arttırılması son önemlidir. Besleyici değeri yüksek tarımsal ürünler üretmek daha sağlıklı toplum anlamına gelmektedir. Tarımsal ürünlerin mikrobiyal bozulmalarını önlemek ve raf ömürlerini uzatmak için çeşitli sentetik katkı maddeleri, özellikle de antimikrobiyal maddeler yaygın olarak kullanılmaktadır. Ancak sentetik katkıların sağlık risklerinden dolayı kullanımı ile ilgili sınırlamalar getirilmiştir. Ayrıca gıda güvenliğinin öneminin anlaşılmasıyla doğal ve fonksiyonel gıdaların tüketimi de teşvik edilmektedir.

Hümik maddeler doğal olarak oluşan, renkleri sarıdan siyaha değişebilen, yüksek moleküler ağırlığa sahip, bozulmaya dayanıklı, heterojen maddeler olarak tanımlanmaktadır. Hümik maddeler şekilsiz, kısmen aromatik ve çok iyi bir şekilde tanımlanan organik bileşikler gibi kimyasal ve fiziksel özelliklere sahip olmayan maddelerdir. Hümik maddeler asit ve bazlardaki çözünürlüklerine göre hümik asit, fülvik asit ve hümin olarak üç gruba ayrılırlar [Sparks, 2003]. Chen ve Avnimelech [1986] hümik maddeler ile fülvik asitleri humustan başlayarak sınıflandırmışlardır. Fülvik asit, hümik asite göre daha küçük bir moleküler yapıya sahiptir [Grenthe, 1997], topraktaki kalıcılığı daha azdır ve daha kolay mikrobiyal bozunmaya uğrarlar. Hüminler, ne asit ne de alkali ortamlarda çözünemeyen hümik yapılardır [Banta, 1984]. Hümik asit ise büyük bir moleküler ağırlığa sahiptir ve parçalanması daha uzun sürer. Bu nedenle genel olarak toprak uygulamalarında hümik asitlerden faydalanılmaktadır [Chen, 1986].

Aynı kaynaktan elde edilen hümik maddeler arasında farklılıklar bulunurken onların bazı özelliklerinin benzerlikleri, farklılıklarından daha da etkileyicidir. Buna ek olarak, farklı coğrafya ve iklim tiplerinden elde edilen hümik maddeler arasında benzerlikler bulunabilmektedir. Dünyanın her yerindeki hümik maddelerin elementsel yapıları fark edilir bir şekilde benzerdir. Bütün hümik maddeler aynı genel fonksiyonel gruplara sahiptirler. Eski ve yeni hümik materyaller arasında önemli bileşimsel farklılıklar bulunmamaktadır ve aynı tip reaksiyonları ve etkileşimleri göstermektedirler [Ghabbour, 2001]. Bütün toprakların hümik maddelerin her bir çeşidini içerdiği umulmaktadır. Buna karşın, bu dağılım topraktan toprağa değişmektedir. Örneğin, orman topraklarının humusu yüksek miktarda fülvik asit içerirken; turbalar ve çayır alanları ise yüksek miktarda hümik asit ihtiva etmektedir. Bununla birlikte orman topraklarının hümik asidi kahverengi hümik asit

çeşidi iken; çayırlıkların toprakları gri hümik asit çeşidini bulundurmaktadır [Chen, 1986].

Hümik maddelerin saf halini elde etme denemelerinde, ayrımsal çöktürme gibi klasik metotlardan başlayarak kromotografinin bütün çeşitlerine ve elektroforez gibi daha modern ayrıştırma metotlarının hemen hemen hepsine başvurulmuştur. Fakat, bütün saflaştırma çalışmalarında, elde edilen küçük parçaların oldukça kompleks bir yapıda olduğu gözlemlenmiştir [Ghabbour, 2001]. Bundan dolayı hümik maddelerin düzenli bir şekilde devam eden ve tekrarlayan yayılmış bir moleküler iskeletten yoksun olduğu anlaşılmıştır [MacCarthy, 2001].

Kimyasal olarak kararlı, koyu renkli ve yüksek moleküler ağırlıklı yapıya sahip olan hümik maddelerin yapısı % 44–58 Karbon (C), % 42–46 Oksijen (O), % 6–8 Hidrojen (H) ve % 0,5–4 Nitrojen (N) içermektedir [Larcher, 2003]. Nitrojen belirgin metallerle çok kuvvetli bağlar oluşturmak için önemli bir rol oynamaktadır. Hümik maddedeki hidrojenlerin % 80’i karbona; geri kalanları da oksijene bağlıdır. Asit-baz titrasyonlarından, nükleer manyetik rezonans (NMR) ve infra-red (IR) spektroskopisi gibi analitik metotlardan elde edilen veriler hümik maddelerin fenolik ve karboksilik OH içeren bir sıra zayıf asit gruplarına sahip olduğunu göstermektedir.

Hümik moleküllerin doğal yapısı benzen halkaları, alifatik kısımlar, heksoz, pentoz ve az sayıdaki amino asit gibi yapılar, karboksil, hidroksil, amin gibi fonksiyonel gruplar ile ester, amid, eter gibi bağları içermektedir. Kimyasal karakterleri benzer olan hümik ve fülvik asitlerin temel yapısının aromatik halkasının –CH2-, -O-, -NH, -N≡, -S- ve diğer grupların bağlarından oluştuğuna inanılmaktadır [Tipping, 2002].

Hümik maddelerin yapılarında bulunan önemli orandaki karboksilik asit grupları, fenolik ve alkolik hidroksil keton ve kinon gibi öğeler, onlara negatif (-) elektriksel yük kazandırarak katyonları absorbe etmelerine ve topraklarda doğal şelat olarak görev yapmalarına olanak vermektedir. Hümik maddeler toprakların katyon değişim kapasitelerini (KDK) artırır ve toprak verimliliğini yükseltir. Hümik maddelerin katyon değişim gücü, kil minerallerinden oldukça fazladır [Stevenson, 1994]. Bundan dolayı, toprakta bulunan tüm gerekli metaller hümik asitlerle şelat yapabilmektedir.

Toprak içerisindeki besin elementleri arasında rekabet olmakta, uygulanan besin elementleri bitkinin alamayacağı formlara dönüşmekte ve bazı kayıplar kaçınılmaz olmaktadır. Örneğin; demir, bakır, çinko, mangan gibi elementler hümik asitlerce fakir, kireçli topraklarda bitkilerce alınamayan metal karbonatlara, oksitlere, sülfitlere ve hidroksitlere dönüşebilirler. Hümik asitler, demir gibi elementlerin kristalize olmasını önlerler ve bu gibi metalleri şelatlayarak bitkinin rahatlıkla kullanabileceği şekilde kök çevresinde tutabilirler. Kumlu topraklarda bulunan besin maddeleri, suyla birlikte kök çevresinde tutunamayarak toprağın alt kısımlarına doğru kolayca süzülüp giderler. Hümik asitler negatif yükleri sayesinde katyonları bağ yaparak tutarlar, böylece bitki kökleri tarafından kolayca emilirler. Hümik asitler elementlerin topraktan bitkiye geçişi için son derece önemli bir ortam oluşturur. Kök sistemi de hümik asitler gibi negatif yüke sahiptir. Fakat kök sisteminin sahip olduğu bu negatif yük, hümik asitlerinkinden daha büyüktür. Böylece, hümik asitlere bağlanan mikroelementler ayrılarak kökteki hücrelerin zarından bitkiye geçerler [Kulikova, 2005; Tipping, 2002].

Hümik maddelerin eşsiz özelliği geniş bir pH aralığında tampon özelliği göstermesidir. Bu tampon kapasitesi dar bir pH aralığında yetişen bitkiler için çok önemlidir. Hümik maddeler toprak pH’ını nötralize etmektedir. Toprak pH’ı nötralize olduğu zaman, toprakta bağlı duran ve bitki kökleri tarafından alınamayan birçok iz element alınabilir hale gelmektedir [Stevenson, 1994]. Hümik maddeler ayrıca toprakta bulunan kalsiyum karbonattan (kireç) karbondioksiti serbest hale getirirler. Serbest hale gelen CO2 bitki tarafından alınabilir [Larcher, 2003].

Pestisitler ve herbisitler, tarımı yapılan ürünlerin yetiştirilmesinde dünyada oldukça yaygın olarak kullanılmaktadır ve bu kimyasalların çevredeki hareketleri hayati derecede önemlidir. Hümik bileşiklerin reaktif yan gruplarının iyon değiştirme kapasitelerinden ötürü, bu bileşiklerin yer değiştirme reaksiyonlarıyla pestisitleri bağlama rolünde büyük bir önem taşımaktadır. Hümik maddeler pestisitler ve herbisitlerle etkileşip kararlı yapılar oluşturarak onları bitkiler ve yeraltı suları için zararsız hale getirirler [Helal, 2006].

Hümik asitlerle hormonlar arasında yakın bir ilişkinin olduğu bilinmektedir. Organik maddece zengin topraklar bitki gelişiminde etkili olan oksin ve diğer hormonların etkilerini gösterebilen hümik maddeleri içermektedir [Cacco, 1984]. Hümik asit içeren bütün örneklerde, hümik asitlerin koleoptillerin büyümesine yararlı bir etki yaptığı saptanmıştır. Fakat, en büyük etkiyi karboksilik ve aromatik grup içeriği düşük ama moleküler ağırlığı yüksek olan gri renkli hümik asit göstermiştir. Bu gerçek, hümik maddelerin oksin gibi aktivitelerini doğrulamaktadır [Kulikova, 2005].

Hümik asidin kök hücrelerinin zar geçirgenliğini arttırarak Na, K, Ca, Fe ve Mn gibi besin maddelerinin alımı ve bitkide taşınmasını olumlu olarak etkilediğini bilinmektedir. Ayrıca, hümik asit uygulamasıyla besin minerallerinin bitkiye alınımındaki artış, hümik asidin kök hücrelerinin H-ATPaz enzim aktivitesini uyarabildiğini kanıtlamaktadır [David, 1994].

Sonuç olarak, son yıllarda yapılan birçok çalışma, hümik asidin çeşitli kültür formları ile doğal bitkilerin büyüme ve gelişmeleri yanında susuzluk, tuzluluk gibi stres faktörleri, toksik miktarlardaki elementlerin olumsuz etkilerinin giderilmesi üzerine yoğunlaşmıştır. Bu araştırmalar, uygun konsantrasyonlardaki hümik asitin, özellikle bahçecilik, ziraat ve tarımda kullanıldığında susuzluk ve tuzluluk gibi ürün verimliliğini azaltıcı stres faktörleriyle mücadele etmede ve belirli ölçülerde kirletilmiş topraklarda yetişen bazı bitkilerin toksik etkilerini indirgemede önemli bir destekleyici olabileceğini ortaya koymaktadır.

Kaynaklar

Banta, S.; Mendoza, C. V.: “Organic Matter and Rice”, Int. Rice Res. Ins., Laguna, Philippines, (1984) 93.

Chen, Y.; Avnimelech, Y. : “The Role of Organic Matter in Modern Agriculture”, Martinus Nijhoff Publisers,

Dordrecht, (1986) 80.

Cacco, G.; Dell’ Angola, G.: “Plant Growth Regulator Activity of Soluble Humic Complexes”,

 Canadian Journal of Soil Sciences, 64 (1984) 225.

David, P. P.; Nelson, P. V.; Sanders, D. C.: “A Humic Acid Improves Growth of Tomato

Seedling in Solution Culture”, Journal of Plant Nutrition, 17 (1994) 173.

Ghabbour, E. A.; Davies G.: “Humic Substances: Structures, Models and Functions”,

Royal Society of Chemistry, England (2001) 21.

Grenthe, I.; Puigdomenech, I.: “Modelling in Aquatic Chemistry”, OECD Nuc. En. Ag., Paris (1997) 154.

Helal, A. A.; Imam, D. M.; Khalifa, S. M.; Aly, H. F.: “Interaction of Pesticides with Humic Compounds and

Their Metal Complexes”, Radiochemistry, 48 (2006) 419.

Kulikova, N. A.; Stepanova, E. V.; Koroleva, O. V.: “Mitigating Activity of Humic Substances Direct

Influence on Biota”, Use of Humic   Substances to Remediate Polluted Environments: From Theory to

Practice, Springer, Netherlands, (2005) 285.

Larcher, W.: “Physiological Plant Ecology: Ecophysiology and Stress Physiology of Functional Groups”, 4th.

 Edition, Springer, New York (2003) 7.

MacCarthy, P.: “The Principles of Humic Substances”, Soil Science, 166, (2001) 738.

Sparks, D. L. : “Environmental Soil Chemistry”, Second Edition, Academic Press, San Diego (2003) 82.

Stevenson, F. J.: “Humus Chemistry: Genesis, Composition, Reactions”, 2nd. Edition,

John Wiley and Sons, Inc, New York (1994) 285.

Tipping, E.: “Cation Binding by Humic Substances”, Cambridge Univer. Press, Cambridge, UK, 12 (2002) 4.