A multidisciplinary approach to sustainable agriculture: the impact of microbial and organomineral fertilization on soil bacteria, crop yield, and farmer adoption
Sürdürülebilir tarıma multidisipliner bir yaklaşım: mikrobiyal ve organomineral gübrelemenin toprak bakterileri, verim ve çiftçi benimsemesi üzerindeki etkisi
- Tez No: 943211
- Danışmanlar: PROF. DR. BÜLENT ARIKAN
- Tez Türü: Yüksek Lisans
- Konular: Genetik, Mikrobiyoloji, Ziraat, Genetics, Microbiology, Agriculture
- Anahtar Kelimeler: Belirtilmemiş.
- Yıl: 2025
- Dil: İngilizce
- Üniversite: İstanbul Teknik Üniversitesi
- Enstitü: Lisansüstü Eğitim Enstitüsü
- Ana Bilim Dalı: Ekoloji ve Evrim Ana Bilim Dalı
- Bilim Dalı: Jeoantropoloji Bilim Dalı
- Sayfa Sayısı: 95
Özet
Tarım, tarih boyunca insan yaşamının temel taşı olmuş, medeniyetlerin ekonomik ve sosyal yapılarını şekillendirmiştir. Artan nüfus, iklim değişikliği ve toprak bozulması gibi modern zorluklar tarımsal sürdürülebilirliği sağlamayı zorlaştırmaktadır. Toprak mikrobiyotası bitkilerin besin alımında, toprakta organik madde ayrışmasında, karbon depolamasında ve azot döngüsünde önemli bir rol oynar. Aşırı sentetik gübre kullanımı, toprak asitlenmesine, tuzlanmaya ve besin tükenmesine yol açarak mikrobiyal toplulukları etkiler ve üretkenliği azaltır. Alternatifler arasında mikrobiyal ve organomineral gübreler bulunur. Mikrobiyal gübreler, bitki büyümesini destekleyen yararlı mikroorganizmalar içerir. Organomineral gübreler, mineral besinleri organik maddeyle birleştirerek besin sağlarken toprak yapısını ve mikrobiyal aktiviteyi iyileştirir; besinleri kademeli olarak serbest bırakarak, sızma kayıplarını azaltarak ve besinlerin kullanım verimliliğini artırarak toprak verimliliğini artırır. Ancak bu gübrelerin kanıtlanmış faydalarına rağmen, kullanımları sınırlı kalmaktadır. Çiftçiler genellikle ekonomik endişeler, piyasa belirsizlikleri ve mevcut politikalar nedeniyle geleneksel yöntemleri tercih etmektedir. Bu çalışmada, mikrobiyal ve organomineral gübrelerin birlikte kullanılmasının, her iki gübrenin tek başına kullanılmasına nazaran toprak bakteri çeşitliliği, bitki büyümesi, ürün verimi ve toprak kalitesi üzerine etkileri değerlendirilmiştir. Bu çalışma, Konya'nın Çumra ilçesine bağlı Apa Köyü'nde, yaklaşık on yıldır nadasa bırakılmış 23.394 m²'lik bir tarım arazisinde yürütülmüştür. Arazi, birer dönümlük tampon alanlarla ayrılmış üç adet 7.000 m²'lik parsel hâlinde düzenlenmiştir. Fasulye (Phaseolus vulgaris L.) bitkisi, mikrobiyal gübre, organomineral gübre ve bu ikisinin kombinasyonu kullanılarak ekilmiştir. Her uygulama için ekim öncesi ve hasat sonrası toprak örnekleri alınarak fiziko-kimyasal ve mikrobiyal analizler gerçekleştirilmiştir. Ayrıca komşu, sürekli ekim yapılan bir tarladan alınan toprak örnekleri kontrol olarak değerlendirilmiştir. Bitki gelişim parametreleri, her parselde aylık olarak 10 rastgele birey üzerinden izlenmiş, hasat sonrası ürün örnekleri fiziksel olarak üç kez analiz edilmiştir. Arazi çalışması 20 Mayıs - 20 Eylül 2023 tarihleri arasında yürütülmüştür. Toprak bakteriyel çeşitliliği, Illumina platformunda gerçekleştirilen 16S rRNA gen dizilemesi ile analiz edilmiştir. Elde edilen diziler DADA2 yöntemiyle işlenmiş, SILVA veritabanı (v138.2) ve %99 benzerlik eşiğiyle sınıflandırılmıştır. Mitokondri, kloroplast ve belirsiz diziler analiz dışı bırakılmıştır. Mikrobiyal topluluk yapısı, alfa çeşitliliği (Shannon, Simpson, Chao1) ve beta çeşitliliği (Bray-Curtis mesafesine dayalı NMDS) ile değerlendirilmiştir. Toprak özellikleri ile mikrobiyal ve bitkisel veriler arasındaki ilişkiler Spearman ve Pearson korelasyonları ile incelenmiş; gruplar arası farklılıklar PERMANOVA, Kruskal-Wallis, Wilcoxon ve Tek Yönlü ANOVA analizleriyle test edilmiştir. Gerekli çoklu karşılaştırmalarda Tukey'nin HSD testi uygulanmış; mikrobiyal cinslerin dağılımı PCA ile görselleştirilmiştir. Tüm analizler R yazılımı (v4.2.2) kullanılarak gerçekleştirilmiştir. Araştırmada, mikrobiyal ve organomineral gübre uygulamaları toprak organik madde içeriğini anlamlı ölçüde etkiledi. En yüksek organik madde oranı (%1,90), mikrobiyal ve kombine uygulamalarda elde edilirken, sadece organomineral gübre uygulanan alanda bu oran %1,06'ya kadar düştü. Toprak pH'ı 7,48–7,78 aralığında küçük değişiklikler gösterdi. Elektriksel iletkenlik ve fosfor düzeylerinde belirgin bir farklılık gözlenmedi. Potasyum içeriği mikrobiyal gübre uygulamasında en yüksek, kireç oranı ise organomineral gübre uygulamasında en fazlaydı. Bray-Curtis mesafesine dayalı beta çeşitlilik analizleri (NMDS ve PERMANOVA), gübrelemenin mikrobiyal topluluk yapısını anlamlı düzeyde etkilediğini ortaya koydu. Özellikle fosfor konsantrasyonunun bu farklılıklar üzerinde belirleyici rol oynadığı saptandı. Gübreleme uygulamaları ve pH birlikte değerlendirildiğinde, mikrobiyal çeşitliliğin %45,8'i açıklanabildi. Ancak pH değerleri dar bir aralıkta değiştiğinden, pH'ın tek başına anlamlı bir etkisi görülmedi. NMDS analizleri, ekim öncesi ve hasat sonrası mikrobiyal toplulukların zamanla farklılaştığını gösterdi. Mikrobiyal ve mikrobiyal-organomineral uygulamalar benzer mikrobiyal desenler sunarken, yalnızca organomineral gübre farklı bir mikrobiyal yapı oluşturdu. Kontrol alanındaki mikrobiyal yapı ise diğer gruplardan belirgin şekilde ayrıştı. 16S rRNA dizilemesi ile yapılan cins düzeyindeki analizler, farklı gübreleme uygulamalarının mikrobiyal topluluklar üzerinde belirgin etkiler yarattığını ortaya koydu. Kontrol alanında, devam eden tarımsal faaliyetlere bağlı olarak simbiyotik türler (Rhizobium, Bradyrhizobium) yokken, Vibrio baskın (%22,7) durumdaydı. Mikrobiyal gübre uygulamasında, başlangıçta Rubrobacter (%25) ve Microvirga (%12,5) öne çıkarken, hasat sonrası Rubrobacter %1,6'ya düştü, Vibrio ise %25,4'e yükseldi. Mikrobiyal-organomineral kombinasyonunda başlangıçta Afipia, Microvirga ve Pseudomonas gibi bakterileri barındırırken, hasat sonrası Vibrio (%18,1) arttı, Rubrobacter kayboldu. Yalnızca organomineral uygulanan alanda başlangıçta Rubrobacter ve Pseudonocardia baskınken (%9,4), hasat sonrası Vibrio arttı (%11,9); Peredibacter ve Sandaracinus gibi yeni türler ortaya çıktı. PCA sonuçları, mikrobiyal çeşitliliğin büyük bölümünün (%99,94) Vibrio gibi su ortamı ile ilişkili cinsler tarafından açıklandığını gösterdi. PCA ve Wilcoxon analizleri, sulamanın mikrobiyal yapı üzerinde gübreleme ve pH'tan daha büyük bir etkiye sahip olduğunu düşündürmektedir. Sulama sonrasında Vibrio, Muricauda gibi suya bağlı cinsler artış gösterirken, kurak koşullara dayanıklı Rubrobacter'in azaldığı gözlendi. Bu durum, sulamanın mikrobiyal topluluklar üzerindeki belirleyici rolünü ve tarımsal yönetimde dikkatle ele alınması gerektiğini göstermektedir. Alfa çeşitliliği analizlerinde, Shannon indeksi 3,62–4,60; Simpson indeksi 0,93–0,98; Chao1 ise 140–395,6 aralığında ölçüldü. Bu değerler genel olarak yüksek çeşitliliğe ve dengeli bir topluluk yapısına işaret etse de, cins düzeyindeki mikrobiyal dağılım bu durumu tam olarak desteklememektedir. Özellikle ekimden önceki mikrobiyal inokülasyon alanında bir cinsin baskınlığı %30'un üzerine çıkmakta, kontrol grubunda ise Vibrio mikrobiyal topluluğun büyük kısmını oluşturmaktadır. Bu durum, alfa çeşitlilik indekslerinin bazı durumlarda baskın türlerin etkisini yeterince yansıtamayabileceğini göstermektedir. Bu nedenle, çeşitlilik indekslerinin beta çeşitlilik analizleri ve taksonomik dağılımlarla birlikte değerlendirilmesi, mikrobiyal topluluk yapısının daha doğru yorumlanabilmesi açısından önemlidir. Spearman korelasyon analizi, alfa çeşitliliği ile toprak özellikleri arasındaki ilişkileri inceledi. Shannon indeksi ile pH arasında anlamlı bir ilişki saptanmazken, Chao1 ile potasyum arasında negatif yönde fakat istatistiksel olarak anlamlı olmayan bir korelasyon gözlendi. Simpson indeksi fosforla pozitif bir ilişki gösterdi, ancak bu da anlamlılık düzeyine ulaşmadı. Öte yandan, potasyum ile fosfor arasında anlamlı ve pozitif bir korelasyon bulunarak, bu iki elementin birlikte mikrobiyal çeşitliliği etkileyebileceği düşünüldü. Bitki büyümesine ilişkin değerlendirmelerde, farklı uygulamalar arasında kök uzunluğu ve genel gelişim açısından istatistiksel olarak anlamlı bir fark gözlenmemiştir. Ancak mikrobiyal ve organomineral gübre kombinasyonunun uygulandığı bitkiler, gözleme dayalı olarak en yüksek kök gelişimi ve sağlıklı büyüme göstermiştir. Fasulye bitkilerinin ıslak ve kuru tane ağırlıkları ile su alım kapasiteleri gibi fiziksel özellikleri, gübreleme stratejilerinden belirgin düzeyde etkilenmemiştir. Buna karşın, ANOVA analizi mikrobiyal ve organomineral gübre kombinasyonunun uygulandığı parsellerin, diğer uygulamalara kıyasla anlamlı düzeyde daha yüksek verim sağladığını göstermiştir. Bu sonuç, mikrobiyal ve organomineral girdilerin birlikte kullanımının ürün verimini artırmada etkili bir strateji olabileceğini ortaya koymaktadır. Bununla birlikte, sürdürülebilir gübreleme stratejilerinin uygulanabilirliğini artırmak amacıyla gerçek tarla koşullarını yansıtan bir deneysel tasarım geliştirilmiş olsa da, yerel çiftçiler tarafından benimsenme oranı oldukça sınırlı kalmıştır. Bölgedeki üreticilerin büyük çoğunluğu dar kar marjlarıyla çalışmakta ve her sezon mali baskılarla karşı karşıya kalmaktadır. Bu durum, kısa vadeli ve güvenilir verim artışlarının öncelik kazanmasına neden olmakta; uzun vadeli toprak sağlığı gibi faydalar geri planda kalmaktadır. Özellikle organomineral gübrenin tek başına kullanımı bazı durumlarda daha düşük verimle sonuçlandığından, çiftçiler açısından riskli bulunmuştur. Ekonomik kaygıların yanı sıra, riskten kaçınma gibi psikolojik engeller de bu tutumu pekiştirmektedir. Sentetik gübrelerin uzun süredir bilinen etkilerine karşılık, mikrobiyal ve organik ürünlerin sonuçları çiftçiler için belirsizdir. Bu belirsizlik, yeniliklere karşı temkinli yaklaşımı artırmaktadır. Tarım politikaları sürdürülebilirliği desteklemeyi amaçlasa da, gübre destekleri ağırlıklı olarak sentetik ürünleri kapsamakta; organik ve mikrobiyal ürünlere yönelik teşvikler sınırlı kalmaktadır. Ayrıca, tarımsal yayım hizmetleri genellikle kimyasal gübre odaklı bilgi sunmakta, alternatif yöntemlere dair yeterli rehberlik sağlanamamaktadır. Bu nedenle, sürdürülebilir tarım hedefleri ile sahadaki uygulamalar arasında bir kopukluk oluşmuştur. Bu engellerin aşılması için çiftçiye yönelik teknik destek, bilgi erişimi ve teşvik mekanizmalarının güçlendirilmesi gerekmektedir. Özetle mikrobiyal ve organomineral gübrelerin tekil ve birlikte kullanımının toprak bakteri çeşitliliği, toprak kalitesi, bitki gelişimi ve ürün verimi üzerindeki etkilerini değerlendirmiştir. Özellikle kombinasyon uygulamaları, organik madde içeriği ve verimi artırmada etkili olmuştur. Mikrobiyal çeşitlilik uygulamalara ve sulamaya bağlı olarak değişmiş; alfa ve beta çeşitlilik analizleri bu farkları ortaya koymuştur. Ancak ekonomik ve psikolojik engeller ile mevcut tarım politikaları ve yayım hizmetlerinin yetersizliği, bu stratejilerin çiftçilerce benimsenmesini sınırlamaktadır.
Özet (Çeviri)
Soil health and microbial diversity are critical components of sustainable agriculture, directly influencing crop productivity and environmental stability. However, conventional agricultural practices, particularly the excessive use of chemical fertilizers, have led to soil degradation, microbial imbalance, and long-term ecological concerns. These issues have highlighted the urgent need for alternative approaches to fertilization that promote soil sustainability without compromising crop yield. In recent years, microbial inoculants and organomineral fertilizers have gained attention as potential ways to improve soil health and support plant growth. They also offer a safer alternative to chemical inputs by reducing their environmental impact. This study investigates how evidence from microbial, organomineral, and combined application of fertilizers affects soil microbial diversity, soil quality, and crop yield in agricultural fields in Çumra, Konya. To achieve this, 16S rRNA gene sequencing was used to analyze the dynamics of microbial compartments under different fertilization methods, both before and after planting. Sequencing results revealed clear shifts in microbial composition, particularly highlighting the dominance of Vibrio species after harvest and in continuously cultivated areas, likely linked to irrigation. Some bacterial genera known for their stress tolerance, like Rubrobacter and Microvirga were dominant in previously uncultivated soils before planting. In addition to microbial profiling, soil physicochemical analyses revealed that organic matter and potassium levels were positively correlated with bacterial diversity, especially in the combined treatment group, where organic matter content reached the highest levels. The research results show that the combined use of microbial and organomineral fertilizers stabilizes soil bacterial diversity, improves nutrient availability, and promotes better plant growth compared to using microbial or organomineral fertilizers alone. The interaction between microbial inoculants and organomineral fertilizers maintains a more balanced soil bacterial community compared to application of these fertilizers alone. These findings suggest that adopting a combined fertilization approach may be important to increase agricultural productivity while reducing dependence on synthetic fertilizers, which are associated with negative environmental impacts such as groundwater pollution and greenhouse gas emissions. Farmers face challenges in implementing sustainable fertilization techniques due to economic constraints, lack of knowledge, and limited access to biofertilizers. Although this research highlights the advantages of microbial and organomineral fertilizers, widespread adoption requires policy support, financial incentives, and technical support to encourage farmers to transition to more sustainable agricultural practices. Addressing these barriers through educational/training programs and government subsidies can accelerate the adoption of biofertilization methods and thereby increase agricultural productivity in an environmentally sustainable manner.
Benzer Tezler
- Assessing the impacts of urban land use/land cover change on soil ecosystem services
Kentsel arazi kullanımı/arazi örtüsü değişiminin toprak ekosistem servisleri üzerindeki etkilerinin değerlendirilmesi
MELTEM DELİBAŞ
Doktora
İngilizce
2023
Şehircilik ve Bölge Planlamaİstanbul Teknik ÜniversitesiŞehir ve Bölge Planlama Ana Bilim Dalı
PROF. DR. AZİME TEZER
- Coğrafi bilgi sistemleri (CBS) tabanlı iklim ve toprak özelliklerinin sürdürülebilir bitkisel üretime etkisi: Karacadağ güney kesimi (Viranşehir-Ceylanpınar ilçeleri) örneği
The effect of geographic information systems (GIS) based climate and soil characteristics on sustainable crop production: The example of Karacadağ southern section (Viranşehir-Ceylanpinar districts)
SELMAN ORHAN
- Sera otomasyonuna entegre yapay zeka destekli kompost çayı üretim sisteminin geliştirilmesi
Development of an artificial intelligence-supported compost tea production system integrated with greenhouse automation
AHMET SÜSLÜ
Doktora
Türkçe
2024
ZiraatIsparta Uygulamalı Bilimler ÜniversitesiTarım Makineleri ve Teknolojileri Mühendisliği Ana Bilim Dalı
PROF. DR. RECEP KÜLCÜ
- Gıda sektöründe stratejik iletişim yönetimi olarak konu yönetimi ve uygulamaları
Issues management in the food industry as a strategic communication management
MELTEM GÖKMEN TOL
Yüksek Lisans
Türkçe
2014
İletişim BilimleriGalatasaray Üniversitesiİletişim Ana Bilim Dalı
DOÇ. DR. KEREM RIZVANOĞLU
- Enhancing a food waste assessment model by implementing an intuitionistic fuzzy cognitive map approach
Sezgisel bulanık bilişsel harita yaklaşımının uygulanarak gıda israfı değerlendirme modelinin geliştirilmesi
OĞUZ EMİR
Yüksek Lisans
İngilizce
2022
Endüstri ve Endüstri Mühendisliğiİstanbul Üniversitesi-CerrahpaşaEndüstri Mühendisliği Ana Bilim Dalı
PROF. DR. ŞULE ÖNSEL EKİCİ