Sürdürülebilir Gübre Yönetimi ile Bitki Hastalıklarının Kontrolü

Tarımsal üretim ve enerjide ortaya çıkan talepleri karşılayabilmek için öncelikle toprak verimliliğinin arttırılması ve birim alandan alınan ürün miktarının optimum seviyeye çıkarılması gerekmektedir.

Abstract

Sustainable management of agricultural production is getting very important all over the world due to climate change, due to decreasing agricultural land, due to yield losses and may be the most important of all due to increasing world population. Therefore, the quality and quantity of the yield per unit area needs be higher than ever in order to supply safe and healthy food to the human beings. Safe food means right fertilizer application and right pesticide use in crop production. In this regard, plant nutrient requirement of plants and their effect on plant diseases and their relations are studied widely.

In this review paper the above relations are explained and some significant results are given from different studies.

 

Son yıllarda tüm dünyayı tehdit eden küresel iklim değişimi, tarım arazilerinin azalması, tarımsal üretimde ortaya çıkan verim kayıpları ve buna bağlı olarak artan gıda fiyatları, gelecekte gıda ve su kaynakları ile ilgili krizlerin ortaya çıkabileceği yönündeki senaryoları da güçlendirmektedir. Dünya nüfusunun 2050 yılında 9 milyarı aşacağı tahmin edilmektedir. Nüfus artışı, iklim değişikliği, arazi bozulması, gıda dışı bitkisel üretim, tarımsal üretim yapan arazilerin kayıpları, su kıtlığı, çölleşme, kaynak tüketen geçim stratejileri ve kentsel yayılım etkileri sonucunda bitkisel üretimin talep edilenden daha az elde edilmesi kaçınılmaz olarak görülmektedir (Nellemann vd., 2009). Gıda ve Tarım Örgütü tarafından dünya tarımsal üretiminin 9 milyarlık bir nüfusu beslemek için yüzde 70 artması gerektiği bildirilmiştir (Odegard ve Voet, 2014). Türkiye ise tarihsel geçmişi ve kültürü içinde barındırdığı “tarım ülkesi” konumunu 1980’lerdeki küreselleşme dalgasıyla arka plana atmakla birlikte sanayi sektörünün daha fazla ön plana çıktığı 1990’larda, teknolojik tarımsal üretimin arttığı, kimyasal ilaç ve türevlerinin daha etkin kullanıldığı bir ülke haline gelmiştir. Türkiye’nin coğrafi yapısı ve iklim özellikleri verimli bir tarımsal üretim için büyük avantajlar sunmaktadır. Bugünün dünyasında artan nüfus ve şehirleşmeyle paralel bir şekilde tarımsal üretimin de arttırılması gerekmektedir. Bu amaçla jeopolitik konumunu da dikkate alarak stratejik nitelikte hedefler oluşturulmalı ve tarımsal yerli üretim modelleri güçlendirilmelidir. 

Tarımsal üretim ve enerjide ortaya çıkan talepleri karşılayabilmek için öncelikle toprak verimliliğinin arttırılması ve birim alandan alınan ürün miktarının optimum seviyeye çıkarılması gerekmektedir. Bu amaçla tarımsal üretimin en önemli kaynağı olan toprağa, bitkiler tarafından alınan besin elementlerinin ilavesi ile üretimin ve kalitenin arttırılması çok önemlidir. Bitki besin elementlerinin optimum miktarlarda uygulanması ile toprak verimliliğinin sürdürülebilirliğinin sağlanması yanında bitki hastalıklarının azaldığı da bilinmektedir. Ancak bitki besin elementleri genel olarak değerlendirildiğinde, besin elementlerinin bitki hastalıkları üzerine olumlu ya da olumsuz etkileri de görülebilmektedir. Son yıllarda besin elementi uygulamaları ve/veya besin elementi alınımını etkileyen bitki kök bölgesindeki koşulların değiştirilmesi ile bitki hastalıklarının engellenmesi arasında önemli ilişkiler belirlenmiştir. Bitkisel üretimi tehdit eden bazı hastalıklar değerlendirildiğinde, yeterli ve dengeli beslenen bitkilerin, eksik, fazla veya dengesiz beslenen bitkilere göre daha dayanıklı olduğu görülmektedir. Çünkü hastalık ve zararlıların da bitkide gelişebilmesi için onlara uygun ortamın sağlanması gerekmektedir.

Aynı tür bitkilerin protein sentezi oranları incelendiğinde, daha çok protein üreten bitkilerin daha dayanıklı olduğu saptanmıştır. Bitkilerin bazı bitki besin elementlerinin düzeylerine bağlı olarak metabolik yollarla ürettiği kimi bileşikler (fitoalexinler, fenoller, flavonoidler ve oksinler vb) enfeksiyon bölgesinde birikerek hastalıklara karşı dayanıklılığı arttırıcı rol oynamaktadırlar (Bergmann, 1992). Mineral beslenme ile kalın hücre duvarlarının geliştirilmesi yoluyla mekanik bariyer oluşumu ve patojenlere karşı koruma sağlayan fitoalexinler, antioksidanlar ve flavanoidler gibi bazı doğal savunma bileşiklerinin sentezi olmak üzere iki temel direnç mekanizması gelişmektedir. Bu nedenle bitki hastalıkları ile mücadele edebilmek için hangi mineralin ne düzeyde hangi patojen üzerine etkili olduğunu tespit etmek gerekmektedir.

Bitkilerin azot (N) içeriğinin yükselmesi ya da azalmasına bağlı olarak hastalık etmenlerinin etkileri de değişmektedir (Çizelge 1) (Dordas, 2008). Bitkide N içeriğinin yükselmesi patojenler üzerine toksik etkiye sahip olan fenolik bileşiklerin azalmasına neden olmaktadır (Bergmann, 1992; Huber ve Graham, 1999; Uçgun ve Gezgin, 2008). Ayrıca N içeriği yüksek potasyum (K) miktarının düşük olması halinde ortaya çıkan aminoasit ve şeker gibi bazı metabolik ürünlerin birikimi ile patojenlerin saldırılarının arttığı belirlenmiştir. 

Çizelge 1. Azot uygulamalarının hastalık etmenleri üzerine etkisi (Dordas, 2008)

Patojen yada hastalık	Düşük N	Yüksek N	Literatür
Obligat parazit           Puccinia graminis                       Erysiphe graminis                           Oidium lycopersicum                                   Plasmodiophora brassicae                          Tobacco mosaic virüs                            Pseudomonas syringae	Azaltır Azaltır Azaltır Azaltır Azaltır Azaltır	Artırır Artırır Artırır Artırır Artırır Artırır	Howard et al. (1994) Büschbell and Hoffmann (1992) Hoffland et al. (2000) Kiraly (1976) Singh (1970) Hoffland et al. (2000)
Fakültatif parazit      Xanthomonas vesicatoria                                   Alternaria solani                                  Fusarium oxysporum	Artırır Artırır Artırır	Azaltır Azaltır Azaltır	Chase (1989) Blachinski et al. (1996) Woltz and Engelhar (1973)

Potasyum (K) bitkilerde protein, nişasta ve selüloz sentezi için gerekli bir elementtir. Potasyum noksanlığında ise yaprak apoplastında yüksek şeker (nişasta öncüsü) ve amino asit (protein yapı taşları) konsantrasyonları artar, hücre duvarlarının primer bileşeni olan selüloz yeterli olmadığı için de hücre duvarları zayıflar ve böylece hastalık etmeni olan patojenlerin girişi kolay olmaktadır. Bitkinin sağlıklı ve verimli bir şekilde üretilebilmesi için N ve K’lu gübrelerin dengeli uygulanması gerekmektedir. Potasyum düzeylerinin farklı hastalıklar üzerine etkisi Çizelge 2’de verilmiştir.

Çizelge 1. Potasyum düzeylerinin hastalık etmenleri üzerine etkisi (Dordas, 2008)

Patojen yada hastalık	Düşük K	Yüksek K	Literatür
Puccinia graminae Xanthomonas oryzae Tobacco mosaic virüs Alternaria solani Fusarium oxysporum Pyrenophora tritici-repentis Erysiphe graminis	Artırır Artırır Artırır Artırır Artırır Artırır Artırır	Azaltır Azaltır Azaltır Azaltır Azaltır Azaltır Azaltır	Lam and Lewis (1982) Chase (1989) Ohashi and Matsuoka (1987) Blachinski et al. (1996) Srihuttanum and Sivasithamparam (1991) Sharma et al. (2005) Menzies et al. (1992)

Potasyuma benzer olarak fosfor (P) da doku oluşumunu ve stabilitesini artırmaktadır ancak yüksek P uygulamaları ile özellikle tahıllarda olgunlaşmada gecikme ve lignin konsantrasyonunda azalma görülmektedir (Bergmann 1992). Ayrıca K ve N’a göre P oranı daha yüksek olan gübre uygulamalarında, tahıllarda külleme (Erysiphe graminis) ve pas (Puccinia spp.), mısırda (Gibberella) kök ve gövde çürüklüğü, fasulyede (Botrytis fabae) kurşuni küf, yoncada Fusarium spp., domateste Fusarium solgunluğu hastalıkları daha çok görülmektedir. 

Kalsiyum (Ca) ve bor (B) eksikliklerinde de hem yaprak hem kök dokularında şeker ve amino asit birikimi olmaktadır. Bitkisel üretimde bu şekilde mineral dengesizliklerin oluşması sonucunda, bitki mantari hastalıklara karşı daha az direnç göstermektedir. Çoğu mantar çeşidi, orta lamelleri çözen enzimleri serbest bırakarak yaprak yüzeyini istila etmektedir. Bu enzimlerin aktivitesi Ca tarafından kuvvetli bir şekilde yok edilebilmektedir. Ayrıca B içeren kompleks bileşikler de, enfeksiyon bölgesinde çok sayıda bitki savunma kimyasalı oluşumunu tetiklemektedir. Yaşlı yapraklarda ise silisyum (Si) hücre duvarlarında birikmektedir ve mantar girişlerine karşı koruyucu fiziksel bir bariyer oluşturmaktadır. Bu maddelerin seviyesi ve fungistatik etkisi, ortamdaki N miktarı çok yüksek olduğunda azalmaktadır.

Tarımsal üretimde birçok farklı patojene ait hastalıların toprak pH’sı ile de ilişkili olduğu bilinmektedir. Patateste Streptomyces scab, sebzelerde Verticillium solgunluğu, pamukta Phymatotrichum kök çürüklüğü, tahıllarda take-all, tütünde Thielaviopsis kök çürüklüğü genellikle alkali topraklarda görülmektedir. Bu bağlamda toprak pH’sını azaltmak için kullanılan kükürt (S) dolaylı olarak patojenler üzerine etki etmektedir. Ayrıca yapraktan uygulanan S, fungusit etkiye de sahiptir. 

Bazı mikro besin elementleri de aynı zamanda hastalık direncini arttırmak amacıyla kullanılmaktadır. Örneğin bakır (Cu), mantar ilacı olarak kullanılan bir bitki besin elementidir. Bununla birlikte, mantar ilacı amaçlı kullanım için gereken miktar beslenme ihtiyacından çok daha yüksektir. Bitkide Cu’ın eksikliği durumunda, bitki hücrelerinde savunma bileşiği üretimi bozulur, çözünür karbonhidratların birikimi artar ve düşük lignifikasyon gözlenmektedir. Bitkinin molibden (Mo) içeriğindeki düşme ise nitrat redüktaz enzim aktivitesinin engellenmesine ve böyle hastalıklara olan direncin düşmesine neden olmaktadır (Spann and Schumann, 2013). 

Mineral beslenme toprak kaynaklı hastalıkları da farklı şekillerde etkilemektedir. Bitki besin elementleri toprak kaynaklı patojenlere karşı doğrudan da etkili olabilmektedir. Toprağa uygulanan mangan (Mn) bazı mantarların büyümesini engelleyebilmektedir. Amonyum içeren gübreler ise bazı hastalıkların (Fusarium ve Phytophthora kök çürüklüğü) görülme sıklığını arttırırken nitrat içerikli gübreler genellikle karşıt etkilidir çünkü amonyumlu gübreler özellikle tamponlama kapasitesi düşük topraklarda uzun süre kullanıldığında toprak pH’sını düşürürken, nitratlı gübreler toprak pH'sını ya etkilemez ya da hafifçe arttırma eğilimi gösterir. 

Ayrıca patojenler enfekte bölgelerin membran geçirgenliğini veya besin elementlerinin mobilizasyonunu etkileyerek bazı elementlerin eksikliğine veya toksisitesine neden olabilirler. Örneğin Fusarium oxysporum f. vasifectum, yapraklardaki P konsantrasyonunu artırırken, N, K, Ca ve Mg konsantrasyonunu da azaltabilmektedir.

Bitkinin büyümesi ve gelişmesi için gerekli olan temel besin elementleri dışında, bitki dokusunda zaman zaman konukçu-patojen ilişkileri ile bağlantılı eser miktarlarda çok sayıda başka elementler (Li, Na, Be, Al, Ge, F, Br, I, Co, Cr, Cd, Pd and Hg) de bulunmaktadır. Bu elementlerden lityum (Li) ve kadmiyum (Cd), külleme üzerindeki belirgin baskılayıcı etkileri nedeniyle dikkat çekicidir. Ayrıca Cd ve civa (Hg) buğdayda lignin sentezini desteklemektedir. Lityum’un tam mekanizması çözülememekle birlikte savunmada çalışabilecek bir metabolik yolu katalize ettiği düşünülmektedir.

 

 

Sonuç olarak dengeli bir bitki besin yönetimi sağlamak, bitkisel hastalıkların kontrolü ve dolayısıyla yüksek miktarda kaliteli ürün anlamına da gelmektedir. 

Sürdürülebilir tarımsal üretimin temeli olan ekim rotasyonu, yeşil gübreleme, toprak işleme ve toprak analizlerine dayalı optimum dozda gübre uygulamaları, toprak organik maddesini artıran ve böylece toprakta besin element dengesinin oluşmasını sağlayarak bitkilerin hastalığa toleransını artırmayı amaçlayan yaklaşımlardır. Bitki hastalıklarının kimyasal ilaçları kullanmaksızın dengeli bir gübreleme yönetimi ile kontrol edilebilmesi hem maliyet açısından hem de çevre dostu bir üretim anlayışı olması nedeniyle çok önemlidir. Bu nedenle bitki besin maddelerinin uygun kullanımının sağlanması ve bu şekilde en azından hastalık yapan etmenlerin kabul edilebilir bir seviyeye getirilerek, diğer kültürel uygulamalar veya geleneksel organik biyositler tarafından kontrolünün sağlanabilmesi önerilmektedir.

 

Kaynaklar

Bergmann. W., 1992. Nutritional Disorders of Plants. Development, Visual and Analytical Diagnosis. Gustav Fischer Verlag Jena, Stuttgart, New York.

Blachinski D., Shtienberg D., Dinoor A., Kafkafi U., Sujkowski L.S., Zitter T.A., Fry W.E. 1996. Influence of foliar application of nitrogen and potassium on Alternaria diseases in potato, tomato and cotton. Phytoparasitica 24, 281–292.

Büschbell T., Hoffmann G.M. (1992) The effects of different nitrogen regimes on the epidemiologic development of pathogens on winter-wheat and their control. J. Plant Dis. Prot. 99, 381–403.

Chase A.R. 1989. Effect of nitrogen and potassium fertilizer rates on severity of Xanthomonas blight of syngoniumpodophyllum.Plant Dis. 73, 972–975.

Dordas, C., 2008. Role of Nutrients in Controlling Plant Diseases in Sustainable Agriculture: A Review. Agronomy for Sustainable Development, DOI: 10.1007/978-90-481-2666-8.

Hoffland E., Jegger M.J., van Beusichem M.L. 2000. Effect of nitrogen supply rate on disease resistance in tomato depends on the pathogen. Plant Soil 218, 239–247.

Howard D.D., Chambers A.Y., Logan J. 1994. Nitrogen and fungicide effects on yield components and disease severity in wheat. J. Prod. Agr. 7, 448–454.

Huber, D.M., Graham, R.D., 1999. The Role of Nutrition in Crop Resistance and Tolerance to Disease. Mineral Nutrition of Crops: Fundamental Mechanisms and Implication. S:169-204.

Lam A., Lewis G.C. 1982. Effects of nitrogen and potassium fertilizer application on Drechslera spp. and Pucciniacoronata on perennial ryegrass (Lolium perenne) foliage. Plant Pathol. 31, 123–131.

Kiraly Z. (1976) Plant disease resistance as influenced by biochemical effects of nutrients and fertilizers. In Fertilizer Use and Plant Health, Proceedings of Colloquium 12. Atlanta, GA: International Potash Institute, pp. 33–46.

Menzies J., Bowen P., Ehret D., Glass A.D.M 1992. Foliar applications of potassium silicate reduce severity of powdery mildew on cucumber, muskmelon and zucchini squash. J. Am. Soc. Hort. Sci. 117, 902–905.

Ohashi Y., Matsuoka M. 1987. Localization of pathogenesisrelated proteins in the epidermis and intercellular spaces of tobacco-leaves after their induction by potassium salicylate or tobacco masaic-virus infection. Plant Cell Physiol. 28, 1227–1235.

Sharma S., Duveiller E., Basnet R., Karki C.B., Sharma R.C. 2005. Effect of potash fertilization on helminthosporium leaf blight severity in wheat, and associated increases in grain yield and kernel weight. Field Crop Res. 93, 142–150.

Srihuttagum M., Sivasithamparam K. 1991. The influence of fertilizers on root-rot of field peas caused by Fusarium oxysporum,Pythium vexans and Rhizoctonia solani inoculated singly or in combination. Plant Soil 132, 21–27.

Uçgun, K., Gezgin, S., 2008. Makro bitki besin elementlerinin hastalıklarla ilişkisi. 4. Ulusal Bitki Besleme ve Gübre Kongresi, s.696-705, Konya.

Singh R. (1970) Influence of nitrogen supply on host susceptibility to tobacco mosaic virus infection. Phyton-Annales Rei Botanicae 14, 37–42.

Woltz S.S., Engelhar A.W. (1973) Fusarium wilt of chrysanthemum effect of nitrogen source and lime on disease development. Phytopathology 63, 155–157.