Toprağın bünyesinde barındırılan çok çeşitli canlı türleri, kara ekosistemindeki hayat için önemli fonksiyonları yerine getirir. Bakteriler, mantarlar, karıncalar, lârvalar, örümcekler, solucanlar, salyangozlar ve kemirgenler bunlardan bazılarıdır. Bir hektarlık (10.000 m2) alana ve 30 cm kalınlığa sahip bir toprak tabakasında, yaklaşık 25 ton toprak organizması barındırılır.
Toprağın tüm canlılar için önemi tartışılamaz ve korunması kaçınılmazdır.
Maalesef ki günümüzde değeri tam olarak bilinmeyen ve horca kullanılan toprak, canlılara zarar verebilen kimyevî maddelerle kirletilmiş durumdadır. Meselâ kadmiyum, arsenik, krom ve civa aşırı derecede; kurşun, nikel, molibden ve flor orta derecede; bor, bakır, manganez ve çinko ise düşük derecede zehirli kimyevî maddelerin yapısında yer alır.
Toprakta biriken bu maddelerin birçok kaynağı vardır. Fosil yakıtların yakılması, madenlerin eritilmesi (döküm) ve fabrikalar yüzünden bu maddelerin tonlarcası atmosfere karışmaktadır, atmosferde oluşan hava hareketleriyle birlikte yeryüzüne yağış ile birlikte inen birçok kimyasal madde toprağa ve su kaynaklarına karışarak sonuç olarak kirletilmiş su ve toprak önemli çevre, tarım ve sağlık problemlerine yol açmaktadır.
Mesela toprakta yaygın olarak bulunan boraks; deterjan ve suni gübrenin yoğun kullanılmasından kaynaklanmaktadır. Gübre olarak kullanılan süper fosfat ile toprakta bulunan kireçtaşı; genellikle az miktarda kadmiyum, bakır, manganez, nikel ve çinko ihtiva eder. Kadmiyum ve krom, metal kaplamalarda; kadmiyum ayrıca pil üretiminde; arsenik ise pamuk, tütün ve meyve üretiminde böcek ve yabanî ot öldürücü olarak kullanılır. Söz konusu maddelerin yer aldığı ürünlerin kullanımı bilhassa son yıllarda giderek arttığından, bunlar insanlar tarafından hava, su ve besin yoluyla günlük olarak alınarak yüksek oranlarda vücutta birikiyor.
Bu konuda kısmî olmakla birlikte, temiz ve kalıcı bir çözüm olarak yakın zamanda bitkilerle iyileştirme fitoremediasyon diye adlandırılan bir teknik geliştirilmeye başlanmıştır. Yapılan araştırmalar, bitkilerin zehirli kimyevî maddelerle kirletilmiş toprağı temizlemede önemli vazifeler üstlendiğini ortaya koymuş; bu arada, bitkilerin zehirli atıklarla dolu bir çevreye adapte olup, nasıl hayatta kalabildiği konusunda da önemli bilgilere ulaşılmıştır.
Toprağın gönüllü temizleyicileri: Bitkiler
Çevreye zarar veren maddeleri yok etmek veya bunların tesirini azaltmak için bitkilerin kullanılmasına, ‘bitkilerle iyileştirme metodu’ denir. Kirletilmiş toprağın mühendislik gerektiren teknolojilerle temizlenmesi oldukça maliyetli bir işlemdir ve görüntü kirliliğine yol açmaktadır. Bazı bitki türleri, topraktan bünyelerine aldıkları çinko, kadmiyum ve nikel gibi ağır metalleri; gövde, filiz ve yapraklarda biriktirebilmektedir. Birikmenin olduğu bitki kısımları toplanıp hacimce küçültülmekte ve yeniden değerlendirilmek üzere depolanmaktadır.
Metal depolayabilen bitkiler, toprağın temizlenmesinin yanı sıra, madencilikte de kullanılabilir. Biyo-madencilik; kirlenmiş veya mineralize olmuş toprakta, bitki yetiştirmek yoluyla maden elde etmek şeklindedir. Bu, bitkilerin toprakta yetiştirilmesi ve yeterince mineral aldıklarında da biçilmesiyle gerçekleştirilmektedir. Bitkiler, balyalandıktan sonra yakılmakta ve oluşan küller maden filizi olarak satılmaktadır. Pensilvanya’da, çinko bakımından zengin bir arazide yetiştirilen Thlaspi caerulescens bitkisinin külünden, % 30-40 oranında çinko üretilmiştir.
Toprağın temizlenmesinde bitkiler nasıl rol oynar?
Son zamanlarda, toprak temizleme konusunda oldukça faydalı olduğu tahmin edilen Thlaspi caerulescens bitkisi üzerinde araştırmalar yapılmaktadır. Thlaspi, brokoli ve lahana ailesinin cılız bir ferdidir. Bu bitki, yüksek nispette çinko ve kadmiyum ihtiva eden toprakta yetişir. Ağır metal varlığında geniş kök yapısı oluşan bu bitkilerde saçak kökler vasıtasıyla gelen metaller önce gövdeye, oradan da diğer kısımlara taşınarak yapraklarda depolanır. Bitki bünyesinde bu görevde yer alan genler rol oynamaktadır. Bütün bitkiler aynı özellikte olmuş olsa bunlarla beslenen canlılar için problem olurdu.
Radyoaktif sezyum nasıl temizlenir?
Radyoaktif sezyum-134 ve sezyum-137 ile kirlenmiş toprak üzerinde yapılan araştırmalar neticesinde, sezyum-137’nin toprak yüzeyinde yol açtığı kirliliğin tesirleri azaltılsa da, bu elementin bulunduğu bölgenin hâlâ radyoaktif kirlilik tehdidi altında olduğu görülmüştür. Bunun en önemli sebeplerinden biri, sezyum-137’nin 32,2 yıllık yarılanma ömrü ile uzun ömürlü bir radyoaktif izotop olmasıdır. Enerji girdisinden dolayı çok pahalıya mal olan diğer temizleme teknikleriyle kıyaslandığında, bitkilerle iyileştirme çok avantajlı bir tekniktir.
Radyoaktif sezyumun topraktan temizlenmesinde, kazayağının bir türü olan Amaranthus retroflexus’un test edilen diğer bitkilere göre 40 kat daha verimli olduğu görülmüştür. Eğer bu bitki yılda 2 veya 3 defa ekilip biçilirse, kirlenmiş arazinin 15 yıldan az bir sürede temizlenebileceği tahmin edilmektedir.
Arsenikle beslenen bitki
Arsenik topraktaki yabancı otları ve böcekleri öldürmek için kullanılan ziraî ilâçların üretiminde kullanılır. Pteris vittata isimli eğreltiotunun arsenik depolamaya uygun bir yapıda olduğu belirlenmiştir. Eğreltiotunda topraktakinden 200 kat daha fazla arsenik bulunduğu keşfedilince, bitkinin arsenikle beslendiği anlaşılmıştır. Bu keşfin bilhassa sanayi ve maden bölgelerindeki tarım arazilerinin temizlenmesinde yeni ufuklar açacağı düşünülmektedir.
Alüminyumun zararı nasıl azaltılabilir?
Yerkabuğunda en çok bulunan sekiz elementten (oksijen, silisyum, demir, magnezyum, sodyum, potasyum, alüminyum, kalsiyum) biri olan alüminyum, topraktaki kilin ana bileşenlerindendir. Bazik veya nötr pH değerlerinde alüminyum, bitkiler için problem oluşturmaz. Bununla birlikte, asidik topraklarda alüminyumun toprakta çözünebilir bir şekli olan Al+3, bitki köklerini tehdit eder bir seviyede zehirlidir.
Buğday, mısır ve arpanın da aralarında bulunduğu bazı bitki türlerinin, asidik toprakta yüksek metal nispetine rağmen nasıl yetiştirilebileceği araştırılmaktadır. Bu konuda, gen haritası çıkarılmış olan ve bir model teşkil eden Arabidopsis thaliana (hardalgillerden) üzerinde çalışmalar yapılmaktadır. Meselâ, mutasyona uğramış Arabidopsis’in alüminyumu zararsız hâle getirme kabiliyetiyle donatılmış olduğu tespit edilmiştir. Eğer burada rol oynayan genler tespit edilebilirse, alüminyuma karşı hassas arpa gibi bitkilerin direncini artırmak için gen nakli yapmak mümkün olabilecek, böylece arpa verimliliği artırılabilecektir.