Mikrobiyoloji ve Solucan Gübresi
Mikrobiyoloji ve Solucan Gübresi
Jorge Dominguez
Vermikompostlama Nedir?
İlk defa Darwin (1881) ölü bitkilerin ayrışmasında ve bunlardan besinlerin meydana çıkmasında solucanların büyük önemine dikkati çekmiş olsa da, bunun ciddi anlamda bilimsel bir bilgi veya gerçek bir teknoloji olarak kabul görmesi için bir yüzyıldan fazla zaman geçmesi gerekti. Vermikompostlama ölü organik maddeler ve bitki döküntüleriyle beslenen solucanların yoğun bir biçimde ayrıştırıcılar toplumu içinde yer alan mikroorganizmalar ve toprak omurgasızlarıyla etkileşim içinde bulunarak, ayrışma süreçlerini güçlü bir şekilde etkileyen, organik madde stabilizasyonunu hızlandıran ve büyük ölçüde fiziksel ve biyokimyasal özellikleri değiştiren mezofilik biyo-oksidan bir işlemdir (Edwards ve Bohlen 1996; Domínguez 2004; Edwards ve ark. 2004). Mikroorganizmalar organik maddelerin biyokimyasal olarak ayrışmalarına neden olan enzimleri üretirler. Fakat taze organik atıkların sindirilmesi ve parçalanması aracılığıyla mikrobiyal kolonizasyon için daha büyük bir yüzey alanı oluşturup, böylece mikrobiyal aktiviteyi artıran ve mikrobiyal nüfusun dolaylı bir uyaranı olarak devreye giren solucanlar ise sürecin asıl güçlü faktörleridir. Solucanlar aynı zamanda gübredeki uyarım, sindirim ve dağılımla mikrobiyal biyokütleyi ve aktiviteyi düzenlemekte (Şekil 1) ve vermikompostlama sisteminin diğer biyolojik bileşenleriyle yakın bir etkileşime girmekte ve böylece mikroflora ve mikrofauna topluluklarının yapısını etkilemektedir (Dominguez ve ark 2003.) Böylece, vermikompostlama sistemlerindeki ayrışmakta olan organik maddeler ayrışma sırasında meydana gelen farklı oranlardaki bozulmadan kaynaklanan zıt nitelikleriyle birlikte organik kaynakların mekansal ve zamansal olarak heterojen bir matrisi olmaktadır.
Vermikompostla sürecinin son ürünü olan solucan humusu, yüksek gözeneklilik ve su tutma kapasitesiyle düşük bir C:N orana sahip ince ve parçalanmış turba görünümlü bir maddedir; bitki tarafından alınabilecek formda birçok besin içermektedir. Organik maddece zengin olan solucan gübresinde yüksek oranda mineralizasyon meydan gelmektedir. Özellikle amonyum ve nitrat, aynı zamanda fosfor, potasyum, kalsiyum ve magnezyum gibi inorganik besinlerin bitki tarafından alınabilirliğini büyük ölçüde iyileştirir. Solucan humusu aynı zamanda mikroorganizmalar tarafından üretilen bitki büyüme hormonları ile üretiminde mikroorganizmaların da rol aldığı hümat gibi bitki büyüme düzenleyicileri de içermektedir.
Solucan Humusu Üretimi Besin Ağı
Solucan humusu üretim sistemleri, organik maddelerin geri dönüşümü ve besin salınımı ile neticelenen kompleks bir mikrobiyal ve omurgasız hayvanlardan oluşan besin ağını desteklemektedir. Rekabeti, mutualizmi (karşılıkçılığını), yırtıcılığı ve fonksiyonel çeşitlilik ile yataklık malzeme kalitesinde oluşan hızlı değişimleri içeren, ayrıştırıcılar (bakteri ve mantarlar gibi) ve toprak faunası arasındaki biyotik etkileşim bu sistemlerin ana özelliğidir (Sampedro and Domínguez 2008). Her ne kadar yeterince protozoa ve nematod, mikro eklembacaklı ve büyük miktarda solucan populasyonundan oluşan farklı boyutlarda birçok omurgasız olsa da, bu besin ağının en çok sayıda ve çeşitlilikteki üyeleri mikro organizmalardır (Monroy 2006; Sampedro and Domínguez 2008). Diğerleri hayvanlarla beslenirken (etobur) veya farklı trofik seviyelerle (hem etçil hem otçul) beslenirken, bu omurgasızlar organik maddelerle (ölü organik maddeler ve bitki döküntüleriyle beslenen canlılar) veya organik madde ve mikrop karışımıyla beslenen trofik (besin zinciri basamağı) bir aralığı kapsamaktadır – bazıları birincil olarak mikroplarla beslenmektedir (baktericil ve mantarcıl)(Sampedro and Domínguez 2008).
Solucan humusu üretimi besin ağının birincil tüketicileri, organik atıkları ayrıştıran ve mineralize eden mikro-organizmalardır ((özellikle bakteriler, mantarlar ve siliyatlar). Mikroorganizmalar solucan humusu üretimi besin ağının sayı ve çeşitlik açısından an bol üyeleridir ve binlerce farklı tür organizma içermektedir. Orta ve yüksek düzey tüketiciler, solucanları da kapsayan ve mikroplarla birlikte var olan, onlarla beslenen ve onları organik maddelere yayan toprak omurgasızlarıdır. Organik maddeler solucanın taşlığından geçerken, sindirim öncesi çok ince bir biçimde öğütülmüş olur. Endosimbiyotik mikroplar selüloz ve fenolik bileşikleri ayrıştıran ekstraselüler enzimler üretirler. Bu da mideye alınan maddelerin ayrışmasını hızlandırır ve böylece ayrışmış organik maddeler solucanın vücudundan gübre olarak çıkmaktadır. Solucanlar çürüyen organik maddelerle beslenirken, onların kazma ve tünel açma faaliyetleri hammaddeyi havalandırarak suyun, besinin, oksijenin ve mikropların içinden geçmesini sağlarlar. Solucanların beslenme faaliyetleri mikroorganizmaların çalışacakları organik maddelerin yüzey alanını genişletmektedir. Ayrıştırıcılar öldüğünde ise, besin ağına diğer ayrıştırıcılar için gıda kaynağı olan daha fazla besin girmiş olur.
Solucanlar solucan humusu üretimi sırasında ayrışma süreçlerini hızlandırırlar (Aira ark. 2006, 2007) fakat, onların enerji girdilerini nereden aldıkları konusu çok açık değildir ( çürüyen organik maddeler, mikroorganizmalar, mikrofauna veya bunların kombinasyonu). Solucanlar seçici olmayan hammadde beslenmesinden otlatmaya kadar değişen farklı stratejiler kullanabilirler ve ayrıca solucanlar yaşam ve cansız karbon kaynakları arasında geçiş yeteneğine sahiptirler (Domínguez ve ark. 2003).
Solucan Humusu Üretim Süreci
Solucan humusu üretimi, solucanların faaliyetlerini içeren iki farklı aşamadan oluşmaktadır. A) solucanların atıkları işledikleri aktif aşama, böylece atıkların fiziksel durumu ve mikrobiyal kompozisyonu modifiye edilmiş olur (Lores ve ark. 2006), B) solucanlar sindirilmemiş taze atık katmanına doğru yer değiştirirken, solucanlar tarafından işlenen atıkların ise mikroplar tarafından işlenmeye devam edilmesi şeklinde belirginleşen olgunlaşma benzeri bir süreç (Domínguez 2004; Lazcano ve ark. 2008). Aktif aşama sabit değildir; solucan türüne, solucan yoğunluğuna ve işleyerek sindirdikleri atıkların oranlarına bağlıdır. Mikrobiyoloji ve Solucan Gübresi
Solucan gübresi üretim süreci boyunca organik atıkların ayrışmasında solucanların etkisi, ilk aşamada, bağırsakla ilişkili süreçlere (BİS) bağlıdır. Bu süreçler ayrışmakta olan organik madde ve mikroorganizmaların solucanın bağırsağından geçerken maruz kaldığı tüm değişiklikleri içermektedir. Bu deşiklikler şeker ve diğer maddelerin ilavesini, mikrobiyal çeşitlilik ve aktivite değişikliğini, mikrofauna populasyonundaki, homojenleştirme ve sindirimin yapısal süreçlerindeki, sindirimdeki, mikroorganizmalar için hazır olarak özümlenebilir besin havuzunu oluşturan üre ve amonyak gibi boşaltım maddelerindeki ve mukus üretimindeki değişikliği içermektedir. Ayrışma, solucanın bağırsağında bulunan endosimbiyotik mikropların faaliyetleri neticesinde daha da ileri bir düzeye ulaşır. Bu mikroplar, selüloz ve fenolik bileşikleri ayrıştıran ekstrasellüler enzimler üretirler ve böylece sindirilen materyallerin daha ileri bir düzeyde ayrışması söz konusu olur. Tünel kazan solucanlar tarafından ham madde üzerinde gerçekleştirilen diğer fiziksel değişiklikler ise, mikrobiyal aktiviteyi destekleyen ve daha ileri düzeyde bir ayrışma olanağı tanıyan, ham maddenin havalanması ve homojenleşmesi sürecidir (Domínguez 2004). Solucanların doğrudan faaliyetleri ham maddede yer alan karbon ve azotun mineralize olma sürecini arttırır ve bu etkiler solucan nüfus yoğunluğuyla orantılıdır (Aira et al. 2008).
Bağırsakla ilgili süreçler (BİS) tamamlandıktan sonra elde edilen solucan dışkısı, olgunlaşma süreciyle, yığında yer alan mikroflora ve mikrofaunanın faaliyetleriyle ve dışa atılan materyalde meydana gelen fiziksel değişikliklerle oldukça yakından bağlantılı olan gübreyle ilgili süreçlere (GİS) maruz kalır. Bu süreçler boyunca solucanların etkisi esas olarak dolaylıdır ve bağırsakla ilgili süreçlerden kaynaklanmaktadır. Önemle belirtmek gerekir ki, solucan humusu üretim sürecinde solucan gübresi daima solucanlar tarafından işlenmemiş olan materyallerle birlikte karışık olarak yer alır ve netice olarak elde edilen son ürün iki farklı fraksiyonun karışımından meydana gelir. Olgunlaşma süreci boyunca, solucan humusu bitki büyümesini teşvik eden ve bitki hastalıklarını engelleyen biyolojik özellikleri açısından optimum değerlere ulaşır. Halihazırda bu optimizasyonun ne kadar zamanda gerçekleştiğine, bunu her bir durumda nasıl ölçümleyebileceğimize ve bu optimizasyonun herhangi bir son kullanım tarihinin olup olmadığına dair yeterli bilgi bulunmamaktadır. Şunu önemle belirtmek gerekir ki, maksimum kaliteye ancak solucan ve iklim de dahil olmak üzere toprak, bitkiler, mikroorganizma ve makroorganizmaların bölgeye özel doğru bir denge oluşturduğu doğal ekosistemlerde erişilebilir. Bununla beraber, bir solucan humusunun optimal olup olmadığını kolayca belirlemek henüz mümkün değildir ve böylece bunu anlamanın yolu ancak o gübrenin uygulanmasından geçmektedir.
Solucan Humusu Üretimi Sürecinde Solucanların Mikrobiyal Topluluklara Olan Etkileri
Organik atıkların parçalanması süresince mikrobiyal nüfusun dolaylı olarak şartlanmasını sağlayan, diğer bir deyişle mikropların nüfus edebilecekleri organik maddelerin yüzey alanını arttıran solucanların desteği neticesinde mikroorganizmalar biyolojik ayrışmanın ana unsurlarını teşkil etmektedirler. Solucanlar aynı zamanda dışkılarının sindirimi, stimülasyonu (uyarım) ve dispersiyonu (dağılım) yoluyla mikrobiyal nüfusu düzenlemektedir. Bu nedenle, solucanların mikroorganizmalar üzerindeki etkilerini belirlemek gerekmektedir; çünkü solucanlar mikrobiyotayı uyarabileceği gibi baskılayabilir ya da mikrobiyal topluluğun yapısını ve fonksiyonlarını değiştirebilir de. Bu sayede organik maddenin ayrışma biçiminde ve oranlarında oldukça farklı etkiler yaratabilir. Bu soruları yanıtlayabilmek için laboratuvarımızda, E. andrei türüne ait 10 erişkin solucanın olduğu ve hiç solucanın olmadığı inek gübresiyle dolu bir mezokozmosdan oluşan bir deney tertipledik. Yoğun bir ayrıştırıcı gıda ağı (Sampedro ve Domínguez 2008) olarak bilinen inek gübresini yataklama malzemesi olarak kullandık. Mezokozmos, 200 gr (taze ağırlık) yataklama içeren 2 litrelik plastik kutular oluşuyordu. Laboratuvar koşullarında yönetilmesi kolay ve dağıtımı yaygın olduğu için bir epigeic solucan türü olan E. andrei türünü (Bouché 1972) kullandık. Deneyden önce olgun solucanların (375 ± 7 mg; bireysel taze ağırlık ± ortalama standart sapma) oda sıcaklığında 24 saat boyunca nemlendirilmiş ince bir kağıt üzerine bağırsaklarını boşaltmaları sağlandı. Daha sonra içerisinde yataklama malzemesi ve solucanların bulunduğu plastik kutuları delikli kapaklarla kapattık onları bilimsel inkübatöre (20 °C ve %90 nem) rastgele bıraktık. 1 ay sonra, solucanlar sistemden ayıklandı, solucan humusu ve kontrol örnekleri toplandı ve mikrobiyal analiz için zaman kaybetmeden test edildi. Mikrobiyal topluluk fonksiyonu, sırasıyla proteinlere radyoaktif olarak etiketlenmiş lösin ve mantara özgü lipit ergosterollere de radyoaktif olarak etiketlenmiş asetatın dahil edilmesi neticesinde bakteriyel ve fungal büyüme oranının ölçülmesiyle belirlenmiştir. Ayrıca, organik C (Karbon) bileşiklerini kullanan mikroorganizmaların etkinliğini değerlendiren bir parametre olan metabolik katsayı da saptanmıştır. Mikrobiyoloji ve Solucan Gübresi
A. Mikrobiyal Biyokütle
Mikrobiyal topluluklar PFLA profilleriyle (Zelles 1999) nitelendirilmiştir ve bu analizler, solucanların faaliyetlerinin büyük oranda mikrobiyal yapı ve fonksiyonlardan etkilendiğini ortaya koymuştur. 1 aylık bir solucan üretimi sürecinin sonund, solucanların faaliyetlerinin canlı mikrobiyal biyokütleyi azalttığını, toplam PLFA içeriği olarak ölçülmüştür, tespit ettik (Şekil 2); solucanların varlığı, solucan olmayan kontrol grubuna göre toplam mikrobiyal biyokütleyi yaklaşık olarak 4-5 kat daha fazla azaltmaktadır. Bazı özel PLFA’lar belirli mikrobiyal grupların varlığı ve miktarı üzerinde solucanların etkilerini belirlemek için biyolojik olarak kullanılabilir. PLFA’ların toplamı, bakteryel biyokütleyi temsil etmesi için seçilmiş olan, belirli bir özellik taşıyan gram-pozitif bakteriler, gram-negatif bakteriler ve aktinomisetlerden oluşmaktadır; ayrıca fungal (mantari) biyokütleyi belirtmekiçin fungal biyobelirteç olarak 18:2ω6,9 kullanılmıştır (Frostegård ve Bååth 1996; Zelles 1997).
Şekil 2: İnek gübresinin 1 ay boyunca vermikompostlanması neticesinde solucanların (Eisenia andrei) mikrobiyal topluluk üzerindeki etkisi. (a) Toplam fosfolipit yağ asitleri (PLFA), mikrobiyal biyo-kütlenin bir ölçüsü; (b) bakteriyel biyokütle, nakteriyel PLFA belirteçlerinin toplamı olarak ölçülmüştür; i14:0, i15:0, a15:0, i16:0, 16:1ω5, 16:1ω7, i17:0, a17:0, 10Me18:0, 18:1ω7, cy17:0, and cy19:0; ve (c) PLFA 18:2ω6,9, fungal (mantari) biyokütle ölçümü. Kontrol solucansız uygulamayla aynı değerdedir. Değerler ± SH (standart Hata) içermektedir.
1 aylık vermikompostlama sonrasında solucanlar tarafından hem bakteri hem de mantar bolluğu büyük ölçüde azaltılmıştır (Şekil 2b ve 2a). Solucanlar seçici bir biçimde bakteri ve mantarlarla beslenerek mikrobiyal biyokütleyi doğrudan azaltabilirler (Schönholzer ve ark. 1999) veya mikroplar için mevcut olan kaynakları yok ederek onların sayılarının dolaylı bir biçimde azalmasına neden olurlar.
B. Bakteriyel ve Fungal Büyüme
Çalışmamızda bakteriyel büyüme lösin birleştirme tekniği (Bååth ve ark. 2001) ile tahmin edilmiştir ve fungal (mantari) büyüme ise ergosterol asetat birleştime tekniği (Bååth 2001) ile tahmin edilmiştir. 1 aylık vermikompostlama neticesinde solucanların faaliyeti bakteriyel büyüme oranlarını büyük ölçüde azaltmış ancak fungal büyüme oranlarına etki etmemiştir (Şekil 3). Hayvan gübresi, bakterilerin en geniş çeşitliliği oluşturduğu mikroplarca zengin bir ortamdır. Mantarlar çoğunlukla sporlar şeklinde bulunmaktadır; ayrıca, bu organik atıkların ayrışmalarındaki ilk aşama, suyun bulunabilirliğinden ve kolayca ayrışabilen maddelerden dolayı ağırlıklı olarak bakterilerin hakimiyetindedir. Bu nedenle, solucanların aktivitesinin mantar büyüme oranından daha büyük ölçüde bakteriyel büyüme oranlarını etkilemesi bekleniyor. Buna ek olarak, karbon bulunurluluğu (kullanışlılığı) solucanın büyümesini sınırlayıcı bir faktördür ve solucanlar ile mikroorganizmaların karbon kaynakları için rekabet edebileceği belirtilmektedir (Tiunov ve Scheu 2004); Bu nedenle, solucanların faaliyeti, mikrobiyal topluluklar için mevcut olan kaynakların miktarını azaltabilmektedir. Bu da sonuç olarak bakteriyel büyüme oranını düşürecektir. Fungal (mantari) büyüme oranının ise, daha dirençli bileşiklerde azalma gerçekleştiğinde, olgunlaşma süreci boyunca azalması beklenmektedir.
C. Solucanların Mikrobiyal Toplulukların Aktiviteleri Üzerine Etkileri
Literatürde, mikroorganizmalarla beslenen solucan ve diğer toprak omurgasızlarının ilk aşamada mikrobiyal aktiviteleri geliştirdiğine dair birçok kanıt vardır. Bu aktivitenin bir sonucu olarak, solucanlar bu kaynakların daha sonraki kullanılabilirliğini mikrobiyal topluluklar için azaltmakta ve sonuç olarak mikrobiyal aktiviteyi de azaltmaktadır. Böylece deneyimizde, bazal solunum olarak ölçülen mikrobiyal aktivite, E. andrei türüyle solucan humusu oluşumundan 1 ay sonra düşmüştür (Bouché) (Şekil4a).
Heterotrofik mikrobiyal topluluklar tarafından alınan organik karbon, mikrobiyal hücre biyokütle üretimi, metabolit boşaltım ve solunum arasında paylaştırılır. Mikrobiyal biyokütle olarak alıkonan substrat karbon oranı, CO2 olarak teneffüs edilen karbonla bağlantılıdır ve mikrobiyal büyümenin verimliliğine bağlıdır (örneğin verimliliği etkileyen biyokütleye ve türevlerine hangi substratların dahil olduğu durumu). Ayrıca organik matristeki mikrobiyal biyokütlenin korunma derecesine ve diğer mikroorganizmalar tarafından gerçekleştirilen bakteriyel ve fungal türevlerin ayrışma oranına da bağlıdır. Böylece, düşük mikrobiyal büyüme verimliliği veya daha az korumalı biyokütle, karbonun CO2 olarak daha büyük miktarlarda kaybı anlamına gelmektedir. Metabolik oran veya mikrobiyal biyokütlenin spesifik aktivitesi (qCO2 birim biyokütle başına mikrobiyal solunum) mikrobiyal etkinliğin bir ölçüsü olarak kullanılabilir; daha yüksek qCO2 değeri mikrobiyal toplulukların daha yüksek bir stres altında olduğunu göstermektedir. Bu durumda, substrat metabolizması ile elde edilen daha az enerji biyosentetik amaçlar için kullanılabilir. Bu enerjinin önemli bir kısmı hücrenin bakımında harcanacak ve CO2 olarak kayba uğrayacaktır. Solucanların aktiviteleri 1 aylık vermikompostlama sonrasında metabolik oranı düşürmektedir (Şekil4b) ve bu durum solucanların varlığı sayesinde mikrobiyal toplulukların kullanılabilir enerjiyi daha etkin bir biçimde kullandığını da ortaya koymaktadır. Sonuç olarak, organik maddelerin ayrışma oranındaki (Şekil5a) ve azot mineralizasyonu (Şekil5b) oranınındaki artışların da gösterdiği gibi sistem daha iyi bir biçimde çalışmaktadır.
Şekil 4: İnek gübresinin (1 ay boyunca) vermikompostlanmasından sonra, (Eisenia andrei) türü solucanın mikrobiyal topluluğun fonksiyonu üzerine olan etkisi. (a) Mikrobiyal faaliyetin bir ölçümü olarak Bazal solunum ve (b) her bir birim biyokütle örneğinden salınan CO2 miktarı olarak hesaplanan metabolik oran. Kontrol gurubu solucansız uygulamayla aynıdır. Değerler ± SH (standart Hata) içermektedir.
Şekil 5: (a) Eisenia andrei türü solucanın varlığının etkisi sonucunda, inek gübresinin 1 ay boyunca vermikompostlanmasından sonra Karbon kaybı (başlangıç yüzdesi). (b) Eisenia andrei türü solucanın, inek gübresinin 1 ay boyunca vermikompostlanmasından sonra ortaya çıkan Nitrat-N miktarına olan ekisi. Kontrol gurubu solucanın olmadığı uygulamayı göstermektedir. Değerler ± SH (standart Hata) içermektedir.
D. Solucanların Vermikompostlama Sırasında Toplam Koliform Bakterisine Olan Etkisi
Solucanlar aynı zamanda vermikompostlama süresince toplam koliform bakterisi popülasyonunun büyük oranda azalmasına neden olmaktadır. Taze domuz bulamacı Eisenia andrei, Eisenia fetida, ve Eudrilus eugeniae türü solucanların sindirim sisteminden geçerken toplam koliform bakterileri %98 oranında azalmaktadır (Şekil6) (Monroy et al. 2008, 2009). Toplam koliform popülasyonundaki aynı etkili azalma E. fetida türü ile yapılan 2 haftalık vermikompostlama deneyinde de ortaya çıkmıştır (Monroy 2006). Toplam koliform sayısındaki düşüş verileri Eastman ve arkadaşları tarafından yapılan, biyolojik katı ve diğer organik atıkların stabilizasyonu süresince insan patojenlerinin düzeyini düşüren vermikompostlamanın etkinliğini gösteren koliform ve diğer insan patojenlerine dair yapılan çalışmalarla eş değerdedir (2001). Daha önce de tartışıldığı gibi, çürüyen atıkların solucanlar tarafından sindirilmesi besinlerin mikroorganizmlalar tarafından alınabilirliğini azaltmakta ve böylece gübredeki mikrobiyal sayı düşmekte ve mikrobiyal bileşim değişmektedir.
Solucanların özel bir bağırsak mikroflorası olduğuna dair kanıtlar her geçen gün artmaktadır (Karsten ve Drake 1995; Horn ve ark. 2005). Toplam koliformun sayısındaki düşüş, solucanların bağırsak sistemine özgü olan mikroorganizmalarla koliformlar arasındaki rekabet ilişkileriyle ilgili olabilir (B. A. Brown ve Mitchell 1981). Ayrıca, ham ham maddenin solucanın bağırsağından geçişinin Serratia marcescens, Escherichia coli ve Salmonella enteridis gibi enterobakteriler üzerinde negatif bir etkisinin olduğu birçok uzman tarafından gözlemlenmiş (Brown ve Mitchell 1981) ve sindirilmiş mikroorganizmalar üzerinde seçici etkilerin ortaya çıktığı anlaşılmıştır.
Şekil6: (a) Üç ayrı epigeic tür solucanın bağırsağından geçen domuz bulamacındaki koliformlara solucanların etkileri ve (b) malzemenin Eisenia fetida türü solucanla 2 hafta boyunca vermikompostlanması. Kontrol gurubu solucanın olmadığı uygulamayı göstermektedir (KA: Kuru Ağırlık). Değerler ± SH (Standart Hata) içermektedir.
E. Solucanların Mikrobiyal Toplulukların Bileşimine Olan Etkisi
25 adet Fosfolipit türevli yağ asitleri (PLFA) diskriminant analiz sonucu (i14:0, 14:0, i15:0, a15:0, 15:0, i16:0, 16:1ω9, 16:1ω7, 16:1ω5, 16:0, 10Me16:0, i17:0, a17:0, cy17:0, 17:0, 10Me17:0, 18:2ω6,9, 18:1ω9, 18:1ω7, 18:0, 10Me18:0, cy19:0, 20:4ω6, 20:5ω3, 20:3ω6) 3 farklı epigeic solucan türü kullanılarak (E. andrei, E. fetida, ve Perionyx excavatus) hangi tür hayvan gübresi kullanılmış olursa olsun (inek, at veya tavşan) elde edilen solucan humusları arasında açık farklar gözetilmiştir. Bu durum, solucan humusuyla bağlantılı olan farklı PLFA profillerinin, yem olarak kullanılan hayvan gübresinin tipine bağlı olmadığını, fakat daha ziyade kullanılan solucan türüne ve/veya onların endosimbiyotik bağırsak mikroflorasına bağlı olduğunu ortaya koymaktadır.
Ayrıca, solucan humusları ve kontrol substratları (solucan olmadan işlem gören gübreler) arasındaki ayrım oldukça açıktır ve organik atıkların vermikompostlanması süreci boyunca mikrobiyal topluluğun yapısının şekillenmesinde solucanların anahtar rol oynadığı görülmektedir. Benzer sonuçlar aynı zamanda yağ asidi metil esterleri (FAMEs) profillerinde de gözlemlenmiştir (Lores ve ark. 2006). Bu açıdan bakıldığında, farklı solucan türleri ile üretilen solucan humusları ve farklı tip organik atıklar çok büyük ve özel mikroorganizma çeşitliliği barındırmaktadır ki, farklı pratik uygulamalarla özel solucan humusları elde etmek mümkündür. Bu durum özellikle yoksul ve/veya yoğun bir biçimde gübrelenmiş topraklar için bitki yetiştirme ortamlarının üretilmesince önem arz etmektedir. Mikrobiyoloji ve Solucan Gübresi
Sonuç
Vermikompostlama, detritivor (ölü organik maddeler ve bitki döküntüleriyle beslenen) solucanların, ayrışma sürecinde yer alan mikroorganizmalarla yoğun bir biçimde etkileşime girdiği biyo-oksidatif bir süreçtir. Bu süreç organik maddenin stabilizasyonunu hızlandırır ve onun fiziksel ve biyokimyasal özelliklerini büyük ölçüde değiştirir. Taze organik maddenin sindirilmesi ve parçalanması yoluyla mikrobiyal popülasyonun dolaylı olarak uyarılmasını sağlayan solucanlar bu sürecin önemli yürütücüleridirler. Solucanlar vermikompostlama sürecindeki genel mikrobiyal biyokütle ve aktivitesini azaltmaktadır.
Epigeic solucanların faaliyetleri, vermikompostlama süreci boyunca canlı mikrobiyal biyokütleyi büyük ölçüde azaltmaktadır ve bu düşüş orantısal olarak bakterilerden daha çok mantarlar için gerçekleşmetedir; bunun muhtemel nedeni de solucanların besin olarak seçici bir biçimde bakteriden çok mantarı kullanabiliyor olmasıdır. Vermikompostlamadan 1 ay sonra, mantari büyüme oranı etkilenmezken malzemedeki bakteriyel büyüme oranı düşmektedir. Mikrobiyal faaliyet vermikompostlama sonrasında bazal solunumdaki düşüş ile ölçülebilir. Solucanların faaliyeti, mikrobiyal toplulukların mevcut enerjiyi daha etkin bir biçimde kullanmasında ve vermikompostlama süreci boyunca organik atıklardaki mikrobiyal toplulukların yapısının şekilenmesinde kilit rol oynamaktadır. Bu kanıt detrivor solucanların, kısa vadede ayrıştırıcı topluluk bileşenlerini doğrudan yönlendirdiğini ve böylece organik maddenin ayrışmasını hızlandırdığını ortaya koymaktadır.
Teşekkür
Bu araştırma kısmen Xunta de Galicia hibesi (07MRU023383PR) ve İspanya Bilim ve Yenilik Bakanlığı (CTM2009-08477) tarafından desteklenmiştir.
Referanslar
- Aira, M., Monroy, F., and Domínguez, J. 2006. Changes in microbial biomass and microbial activity of pig slurry after the transit through the gut of the earthworm Eudrilus eugeniae (Kinberg, 1867). Biol. Fertil. Soils 42:371–376.
- Aira, M., Monroy, F., and Domínguez, J. 2007. Eisenia fetida (Oligochaeta: Lumbricidae) modifies the structure and physiological capabilities of microbial communities improving carbon mineralization during vermicomposting of pig manure. Microbiol. Ecol. 54:662–671.
- Aira, M., Sampedro, L., Monroy, F., and Domínguez, J. 2008. Detritivorous earthworms directly modify the structure, thus altering the functioning of a microdecomposer food web. Soil Biol. Biochem. 40:2511–2516.
- Bååth, E. 2001. Estimation of fungal growth rates in soil using 14C-acetate incorporation into ergosterol. Soil Biol. Biochem. 33:2011–2018.
- Bååth, E., Pettersson, M., and Söderberg, K. H. 2001. Adaptation of a rapid and economical microcentrifugation method to measure thymidine and leucine incorporation by soil bacteria. Soil Biol. Biochem. 33:1571–1574.
- Brown, B. A., and Mitchell, M. J. 1981. Role of the earthworm, Eisenia foetida, in affecting survival of Salmonella enteriditis ser. typhimurium. Pedobiologia 22:434–438.
- Brown, G. G. 1995. How do earthworms affect microfloral and faunal community diversity? Plant Soil 170:209–231.
- Darwin, C. 1881. The Formation of Vegetable Mould through the Action of Worms with Observations on Their Habits. Murray, London.
- Domínguez, J. 2004. State of the art and new perspectives on vermicomposting research. In: Edwards, C.A. (ed.), Earthworm Ecology 2nd Edition, 401–424. 2nd ed. CRC Press, Boca Raton, FL.
- Domínguez, J., Parmelee, R. W., and Edwards, C. A. 2003. Interactions between Eisenia andrei (Oligochaeta) and nematode populations during vermicomposting. Pedobiologia 47:53–60.
- Eastman, B. R., Kane, P. N., Edwards, C. A., Trytek, L., Gunadi, B., Stermer, A. L., and Mobley, J. R. 2001. The effectiveness of vermiculture in human pathogen reduction for USEPA biosolids stabilization. Compost Sci. Util. 9:38–49.
- Edwards, C. A., and Bohlen, P. J. 1996. Biology and Ecology of Earthworms. Chapman and Hall, London.
- Edwards, C.A., Domínguez, J. & Arancon, N.Q. 2004. The influence of vermicomposts on plant growth and pest incidence. In Shakir, S.H. and Mikhail, W.Z.A. (eds), Soil Zoology for Sustainable Development in the 21st Century, 397–420, El Cairo, Egypt.
- Frostegård, Å., and Bååth, E. 1996. The use of phospholipid fatty acid analysis to estimate bacterial and fungal biomass in soil. Biol. Fertil. Soils 22:59–65.
- Horn, M. A., Ihssen, J., Matthies, C., Schramm, A., Acker, G., and Drake, H. L. 2005. N2Oproducing bacteria isolated from the gut of the earthworm Aporrectodea caliginosa. Int. J. Syst. Evol. Microbiol. 55:1255–1265.
- Karsten, G. R., and Drake, H. L. 1995. Comparative assessment of the aerobic and anaerobic microflora of earthworm guts and forest soils. Appl. Environ. Microbiol. 61:1039–1044.
- Lazcano, C., Gómez-Brandón, M., and Domínguez, J. 2008. Comparison of the effectiveness of composting and vermicomposting for the biological stabilization of cattle manure. Chemosphere 72:1013–1019.
- Lores, M., Gómez-Brandón, M., Pérez-Díaz, D., and Domínguez, J. 2006. Using FAME profiles for the characterization of animal wastes and vermicomposts. Soil Biol. Biochem. 38:2993–2996.
- Monroy, F. 2006. Efecto das miñocas (clase Oligochaeta) sobre a comunidade descompoñedora durante o proceso de vermicompostaxe. PhD diss., Universidade de Vigo, Spain.
- Monroy, F., Aira, M., and Domínguez, J. 2008. Changes in density of nematodes, protozoa and total coliforms after transit through the gut of four epigeic earthworms (Oligochaeta). Appl. Soil Ecol. 39:127–132.
- Monroy, F., Aira, M., and Domínguez, J. 2009. Reduction of total coliform numbers during vermicomposting is caused by short-term direct effects of earthworms on microorganisms and depends on the dose of application of pig slurry. Sci. Total Environ. 407:5411–5416.
- Sampedro, L., and Domínguez, J. 2008. Stable isotope natural abundances (δ13C and δ15N) of the earthworm Eisenia fetida and other soil fauna living in two different vermicomposting environments. Appl. Soil Ecol. 38:91–99.
- Schönholzer, F., Dittmar, H., and Zeyer, J. 1999. Origins and fate of fungi and bacteria in the gut of Lumbricus terrestris L. studied by image analysis. FEMS Microbiol. Ecol. 28:235–248.
- Tiunov, A. V., and Scheu, S. 2004. Carbon availability controls the growth of detritivores (Lumbricidae) and their effect on nitrogen mineralization. Oecologia 138:83–90.
- Zelles, L. 1997. Phospholipid fatty acid profiles in selected members for soil microbial communities. Chemosphere 35:275–294.
- Zelles, L. 1999. Fatty acid patterns of phospholipids and lipopolysaccharides in the characterization of microbial communities in soil: a review. Biol. Fertil. Soils 29:111–129. Mikrobiyoloji ve Solucan Gübresi