Bir tarım toprağından bitkiler tarafından ihtiyaç duyulan besin elementlerini temin veya tarım toprağının fiziksel, kimyasal, biyolojik özelliğini düzeltmek gayesiyle herhangi bir mikroorganizma (bakteri) veya makroorganizma (solucan) saf kültür halinde çoğaltılarak tarım toprağına ilave edilmesine biyolojik gübreleme, bu uygulamada uygulanan canlıya da biyolojik gübre denir. Biyolojik gübrelemede kullanılan bazı canlılar şunlardır.
BAKTERİLER
AKTİNOMİSETLER
MİKORİZA
ALGLER
SOLUCANLAR

BAKTERİLER

Toprak bakterileri enerji gereksinim ve kaynaklarına göre iki geniş gruba ayrılırlar.
Heterotrofik Bakteriler
Enerji gereksinimlerini ve karbonlarını kompleks organik maddelerden elde ederler.Toprak mikroorganizmalarınınbüyük kısmını oluştururlar. Birinci derecede selülozlar, hemiselülozlar, nişastalar, şekerler, proteinler, diğer nitrojenli bileşikler ve yağların ayrışma ve parçalanmasını sağlarlar.
Heterotrofik bakteriler arasında toprak ve yüksek bitkiler için en önemli olan gruplar şunlardır:
a. Nitrojen Tespit Eden Bakteriler
Sembiyotik Olmayanlar:
Bu gruptaki bakteriler hücrelerini oluşturmak için gereken nitrojeni havanın serbest azotundan temin etme yeteneğindedirler.
Bu bakteriler vasıtasıyla havada bol miktarda bulunan elementel azot, bakterilerin hücrelerini oluşturan organik bileşikler şeklinde toprakta tespit edilmiş olur.
Azotobacter grubu (aerobik)
Clostridia grubu (anaerobik)
Azotobacter grubu pH’sı 6’nın altındaki topraklarda gelişemezler. En önemli türleri Azotobacter chrococcum, Azotobacter agilis, Azotobacter beicerinckii, Azotobacter indicum’dur.
Clostridium grubu toprakta Azotobacter grubundan daha fazla bulunmaktadır. Clostridium pasteurianum, Azotobacterlerin gelişmesine engel olacak asit topraklarda gelişebilir.
Sembiyotik olanlar:
Nodül meydana getirerek havanın serbest azotunu tespit edip üzerinde yaşadığı bitkinin istifadesine sunan Rhizobium grubudur.
Bu organizmalar baklagil bitkilerinin kök nodüllerinde çoğalırken besin ve mineral maddelerini üzerindeki yaşadığı bitkiden alırlar. Rhizobium türleri aerobiktir.

YEAST Factory

Turn-Key DOTP Plant

Çok fena şartlar altında yok edilmedikçe toprakta senelerce yaşar.
b. Nitrojenli Bileşiklere İhtiyacı Olan Bakteriler
Bu gruptaki çok çeşitli bakteriler genel olarak organik maddelerde bulunan proteinleri ve diğer nitrojenli bileşikleri daha basit nitrojenli bileşiklere ve en sonunda da amonyağa çevirirler. Topraktaki bu şekilde meydana gelen amonyak daha sonra ototrof olan nitrifikasyon bakterileri tarafından nitritlere ve nitratlara çevrilerek bitkilere elverişli duruma gelirler.
Nitrojenli bileşiklere ihtiyacı olan hetetrofik bakterilerden tarım ve toprak bakımından önemli olan gruplar şunlardır.
a-Spor oluşturan bakteriler (Bacillus türü): Proteinlerdeki nitrojeni amonyağa çevirirler.
b-Spor oluşturmayan bakteriler (Pseudomonas fluorescens): Bunlar daha çok aminoasitlere etki yapar.
c-Denitrifikasyon bakterileri (Bacillus vulpinis, Tiobacillus denitrificans): Nitratları elementel nitrojene ve azotoksitlere dönüştürerek kayıplara neden olurlar.
d-Sülfat indirgeyen bakteriler (Vibrio desulfuricans): Sülfatları hidrojensülfüre indirgeyen bakterilerdir.
e-Selilozu ayrıştıran bakteriler (Cytophagea, Cellivibrio, Cellfalcicula grupları): Ayrışması zor olan selülozu ayrıştırırlar.
f-Üreyi ayrıştıran bakteriler ( Torula ammonicale): Bunlar üreyi ayrıştırarak amonyak açığa çıkarırlar

OTOTROFİK BAKTERİLER

Ototrofik bakteriler enerjilerini inorganik elementleri veya bileşikleri oksitleyerek karbon ihtiyacını CO2’den, nitrojen ve diğer mineralleri inorganik bileşiklerden sağlayan bakteriler grubudur. Bu bakterilerin karakteristik özellikleri şu şekilde özetlenebilir.
1-Ototrof bakteriler doğada ancak oksitlenebilir spesifik inorganik maddeleri içeren ortamlarda gelişebilirler.
2-Bunların varlığı oksidasyona uğrayabilecek elementler veya basit bileşiklerin ortamda bulunmasına bağlıdır.
3-İnorganik maddelerin oksitlenmesi bu bakterilerin gelişmesi için tek enerji kaynağıdır
4-Bunlar ne hücre sentezi ne de enerji kaynağı olarak organik besin maddelerine ihtiyaç göstermezler.
5-Organik maddelerin ayrışma yeteneğinde değildirler.
Ototrofik bakterilerin en önemlileri şunlardır;
1. Nitrifikasyon bakterileri
2. Kükürt baterileri
Nitrifikasyon bakterileri, toprakta organik maddenin ayrışmasıyla ortaya çıkan amonyağı oksitleyerek nitrite sonrada nitrata çevirirler. Bu suretle nitrojen bitkilerin tam faydalanabilecekleri şekle çevrilmiş olur.
Nitrifikasyon bakterilerin gelişmesi ve aktivitelerinin artması için uygun koşullar nitrojenli bileşiklerin bulanması, uygun nem, uygun havalanma ve kalsiyum veya magnezyum karbonatların bulunmasıdır. Nitrat oluşumu için ise uygun sıcaklık 37 C dir.
Kükürt bakterileri gelişmeleri için gerekli enerjiyi kükürdü veya kükürtlü bileşikleri oksitlemek suretiyle sağlarlar. Toprağa kükürt verildiği zaman yavaş yavaş oksitlenir ve toprakta sülfürikasit meydana gelir (Ergene, 1987).
Toprak Bakterilerinin Gerek Yoğunluğu ve Gerekse Bileşimini Etkileyen En Önemli Faktörler
1-Çevre ve toprak sıcaklığı
2-Organik maddeler
3-İnorganik besin elementi
4-pH
5-Derinlik
6-Mevsimler
7-Toprak işleme ve kültürel işlemler
Toprak sıcaklığı bakımımdan bakteriler psikrofil (0-20 C), mezofil (20-45 C), termofil (45-65 C) olmak üzere üçe ayrılırlar.Toprak bakterileri genellikle mezofil özellik gösterirler.

AKTİNOMİSETLER

Bakteri ile mantarlar arasında bir geçit formudur. Pek çok mantar ve bakteriden daha yavaş gelişirler.
Aktinomisetlere, ışınsal mantarlar veya ipliksi bakteriler adı da verilir. Tek hücreli olmaları ve enlemesine kesitlerin aynı büyüklükte bulunmaları bakımından bakterilere benzerler. Gerçek dallanma gösteren tek hücreli miseller meydana getirmeleri bakımından mantarlara benzerler (Ergene, 1987) . Aktinomisetler çoğunlukla saprofit olarak yaşar. Bazı türleri ise hayvan ve bitkilerde hastalık oluşturur. Toprak aktinomisetleri geniş adaptasyon yeteneği gösterirler.Bakterilerin ürediği ortamda gelişmekle beraber daha çok alkali ortamlarda iyi gelişme gösterirler. Aktinomisetler, toprak toplam mikroorganizmasının %10-50’sini oluştururlar.
Aktinomisetler, hetetrofik organizmalar olup, yaşamları ortamda bulunan organik maddelere bağlıdır. Bu organizmanın bir çok türleri antibiyotik adı verilen mikrobiyal toksin metabolitleri sentezlemeleri bakımından önem taşırlar. Toprak aktinomisetleri tipik aerobik organizmalardır. Nemli koşullardan ziyade, kuru topraklarda daha yaygındırlar. Bunun yanında da çayırlarda aktif florayı oluştururlar. Aktinomisetlerin çoğu mezofil olup optimum gelişme sıcaklıkları 25-30 C dir.
Aktinomisetler özellikle organik maddece zengin topraklarda fazla sayıda bulunur. Protein türevleri, bitki kalıntıları, baklagil dokuları ve çiftlik gübresi ilavesi aktinomisetleri kuvvetle uyaran etkilerdir. Özellikle sıcaklığın uygun olduğu koşullarda sayıları 100.000.000 adet/g toprak düzeyine kadar yükselebilir.
Aktinomisetler düşük pH derecelerine toleranslı değildir. pH sınırları 6,5-8 arasında değişir. Nem düzeyi diğer kritik bir çevre faktörüdür. Su ile doygun koşullarda veya su tutma kapasitesinin %85-100 ‘ü ile doygun olduğu durumlarda bu organizmalar zayıf gelişir.
Aktinomisetlerin gelişmesinde mezofilik nitelik hakimdir. Sıcaklığın 5C den 27 C ‘ye doğru artışında gelişme hızlanır. Aktinomisetleri, dört cinse ayırmak mümkündür. Bunlar Aktinomyces, Nocordia, Streptomices, Mikromonospora dır.
Aktinomisetler, toprakta bakteri ve mantardan daha az biyokimyasal öneme sahip olmakla beraber toprak ekosisteminde şu işleve sahiptirler. 1- Topraktaki bazı dirençli bitki ve hayvan dokularının ayrışması:
Genellikle ortamda ayrışması güç bileşikler kaldığında etkili rekabetçiler olarak aktivite gösterirler.
2- Bitki dokuları ve yaprak döküntülerinin çeşitli formlara dönüştürülmesi ile humus oluşumu.
3- Yeşil gübrelerin, kompost ve hayvan gübresi yığınlarının olgunlaştırılması.
4- Toprak kökenli bitki hastalıklarının oluşturulması. Örneğin, patates uyuzu ve leke hastalığı.
5- Bazı insan ve hayvan enfeksiyonları.
6- Mikrobiyal antagonizm ve toprak kominitelerinin düzenlenmesinde (regülasyon) antogonistik ile kontrol sağlama. Aktinomisetler toprak ekosisteminde mantar ve bakterinin çözünmesi veya gelişiminin baskı altına alınmasında etken olur. Örneğin, toprağa kitin ilavesi ile yüksek bitkilerde hastalık oluşturan bazı mantar türlerinin baskı altına alınması mümkündür.

MİKORİZA

Mikoriza, bitki kökleri ile belirli mantar türleri arasındaki karşılıklı bir yaşam biçimi olarak tanımlanmaktadır. Mikorizal mantar çok miktarda hif üreterek bitki kök yüzey alanını arttırmakta ve kökten çok uzak bölgelerdeki besin elementlerini söz konusu hifleri aracılığıyla alabilmektedir. Bu işbirliği mikorizal fungusa karbon, mikorizal fungusta bitkiye besin elementi sağlamasıyla gerçekleşmektedir.
a. Mikorizanın Bitki Gelişmesi Üzerine Etkisi
1. Bitki büyümesini arttırır
2. Bitki besin elementleri ve su alımını arttırır
3. Kimyasal gübre kullanımına olan talebi azaltır
4. Fumigasyon veya solarizasyon sonrası ekilen bitkilerin bodur kalmasını önler
5. Bitki ekim performansını arttırır ve erken çıkışı sağlar
6. Şaşırtma esnasındaki fide şokunu ve fide ölümlerini en aza indirir
7. Meyve ve ürünlerin üniform olmasını sağlar
8. Patojenlere karşı bitkiyi korur
9. Hastalıklı ve zayıf fide sayısını en aza indirir
10. Kuraklık ve streslere karşı bitkiyi korur ve direncini arttırır
11. Kirletilmiş ve dezenfekte edilmiş toprakların olumsuz etkilerini azaltabilir
Mikorizal fungus toprakta bitkilerce alımı yavaş olan besin elementlerini özellikle fosfor alımını önemli derecede arttırdığı kontrollü şartlar altında seralarda yapılan denemelerle belirlenmiştir. Mikoriza yalnız fosforun değil aynı zamanda Zn, Cu, Mn, Fe, Ca, K ve N’in bitkilerce alımında etkili olmaktadır
Mikorizanın değişik bitkilerde etkisi farklı olmaktadır. Bazılarında bitki gelişimini teşvik ederken, bazılarında kök gelişimini ve uzamasını, çiçeklenmeyi arttırması, erken çiçeklenme, yaşam sürelerinin uzatılması ve kuraklığa karşı dayanıklılığı arttırır.
Kaba kök yapısına sahip olan bitkiler mesela; elma, Narenciyeler, şeftali, kavun, patlıcan ve biber çok iyi infekte olabilmekte ve mikoriza infeksiyonu noksanlığınde P, Zn ,Cu, K, Ca ve N noksanlığı göstermektedirler.
Doğadaki en yaygın bitki mikroorganizma simbiyotik ilişkisi mikoriza mantarları tarafından sağlanmaktadır. Mikoriza mantarları bitki kökünün korteksine yerleştikten sonra korteks içine hiflerini salarak iç ortamın bir parçası olmaktadır. İçerde ve dışarıda gelişen hifler dışarıdan içeriye fosfor ve içerden dışarıya karbon sağlamaktadır.

ALGLER

Toprak algleri mikroskobik, klorofil içeren organizmalar olup çoğunluk mavi-yeşil algler, sarı-yeşil algler, yeşil algler grubunu kapsarlar.
Yüksek bitkilerin gelişemediği çoğunluk çıplak ve verimsiz alanlarda primer kolonizasyon algler tarafından oluşturulur. Bazı türler toprak yüzeyini (özellikle bitkilerin sürekli zemin örtüsü sağlamadığı alanlarda ) toprak oluşumuna katkıda bulunacak şekilde stabil duruma getirirler. Algler tarafından stabilize edilen toprak katmanları, özellikle nemli koşullarda yüksek bitki tohumlarının çimlenebileceği bir zemin sağlamaktadır. Bu organizmalar fotoototrofik beslenme gerçekleştiren klorofilli ve toprak ekosisteminde “üretici” grubu oluşturan organizmalardır. Fotosentetik mekanizma önceden oluşmuş organik maddeye bağımsız kılan bir özelliktir. Genellikle alglerin toprak yüzeyinde çoğalması yüzeyden 1 mm kadar derinliktir.
Mavi-yeşil algler içinde atmosfer azotunu fikse eden önemli cinsler bulunmaktadır. Algler doğal ekosistemde azot girdisi bakımından önemli rol oynamakla kalmaz aynı zamanda tarım alanlarında da bu işlevi sonucu verimliliğe katkıda bulunurlar. Azot fikse eden alglerle yapılan aşılamalar yanında fosfat ve kireç uygulamalarının hem ürün artışı ve hem de azot kazancı bakımından olumlu etki yaptığı da gözlenmiştir.
Yüksek bitkilerle simbiyotik olarak yaşayabilen bazı azot fikse edici türlerin toprak azotuna dolaylı olarak katkıda bulunduğu belirtilmektedir. Toprak algleri tarafından fiksasyon sonucu aminoasit-N halinde bünyede bulundurulan azot formları ya organizma canlıyken difüzyon ile veya ayrışma olayı sonucu çevreye aktarılır.Tarım topraklarında kurak bir dönemden sonra nem düzeyinde yeniden bir artış bu tür aminoasitlerin iki hafta içinde toprakta mineralize olmasını sağlamaktadır. Böylece alg ve liken gibi organizmaların toprak yüzeyinde kolonize olması, toprak azot bilançosu için devamlı bir kaynak sağlamaktadır. Alglerin azot kapsamları yüksek bitkilerden çok daha fazladır. Azot bağlayan mavi-yeşil alglerde diğer azot bağlayan organizmalarda olduğu gibi, toplam azot kapsamı kuru ağırlık yüzdesinin % 7-8’i arasında değişmektedir. Bu organizma dokularının C/N oranları da 10/1 düzeyinde oldugundan mineralizasyonları hızlı olmaktadır ve serbest azot formları ortaya çabuk çıkmaktadır.
Mavi-yeşil alglerin özellikle çeltik tarlalarında önemli ekonomik rolleri bulunmaktadır. Yağmurlu dönemlerde nemli pirinç tarlalarında azot miktarının 15-50 kg/ha düzeyleri arasında değiştiği belirtilmektedir.

SOLUCANLAR

Avrupa’da saptanan toprak Oligochaeta’lerine ait iki familya bulunmaktadır. Bunlar gerçek yer solucanları ve daha küçük olan saksı kurtlarıdır.
a. Yer Solucanları
Yer solucanları ancak nemli koşullarda aktif olarak bulunabilirler. Çünkü bu canlılar salgıları için bol miktarda sıvı gereksinirler. Ayrıca hareketleri hidrostatik bir iskeletin kasılması ile sağlandığından suya gereksinim çok yüksektir. İlave olarak solunumu tüm vücut yüzeyi ile yaptıklarından solunum için nemli bir deri gereksinimi bulunmaktadır.
Aktif toprak işleyici özellikleri ile toprağın fiziksel özelliklerine etkileri vardır. Ayrıca toprağın kimyasal ve enzimatik özelliklerini de etkiledikleri saptanmıştır. Her türlü bitkisel artıklar, proteinli dokular ile beslenirler ise de ana besin kaynakları bitki artıkları özellikle yaprak dokusudur.
Gerçek yer solucanları iki ana gruba ayrılırlar. Birincisi toprak yüzeyindeki organik horizonda yaşayan ve çok az mineral madde yutan gruptur. İkinci grup ise esas olarak mineral toprakta yaşayanlar grubudur. Bu ikinci grubun üyeleri beslenme ve toprağı kazma sırasında önemli düzeyde mineral maddeyi sindirim sistemlerinden geçirirler.
Yer solucanları bitki ve mineral maddeleri sindirim sistemlerine alarak öğütür. Ve yararlanmadıkları kısımları dışkı halinde toprağa bırakır. Yumurta şeklinde toprağa bırakılan bu dışkılar fiziksel ve kimyasal bakımından önemlidir.
Yapılan tahminlere göre yer solucanlarının sindirim sistemlerinden bir yıl içinde geçen ve tekrar toprağa bırakılan orjinal toprak miktarı 10-90 ton/ ha düzeyinde olabilmektedir. Yer solucanları tarım toprakları için büyük önem taşır. Açmış oldukları kanalların etrafı bu canlıların özel salgılarıyla kaplanmış olduğundan oldukça dayanıklı bir boşluk sistemi sağlanır. Bu şekilde pekiştirilmiş bu kanal çeperleri ayrıca yarayışlı N, P, K ve Ca bakımından zenginleşmektedir.
Bitki kökleri gelişmesi sırasında bu kanalları takip etmekte ve bu besin maddelerinden yararlanmaktadırlar. Bu canlıların sindirim sistemleri organik maddenin ayrışması için iki önemli enzim olan selülaz ve kitinazı içermektedir. Yer solucanları toprak oluşumunda da önemli rol oynamaktadırlar. Yapılan çalışmalara göre yer solucanları toprak strüktürünü ve fiziksel özelliklerini (porozite, su iletimi, havalanma ve su tutma kapasitesini) olumlu etkilemektedir.
Yer solucanlarının toprakta açtıkları kanallar küçümsenemeyecek kadar önemlidir. Yonca örtüsü altında çapları 1-6 mm arasında değişen 15.000.000 yakın kanal oluşturdukları ve bunun özellikle havalanma drenaj üzerine olumlu etki yaptığı Wyssozik tarafından bildirilmektedir. b. Saksı Kurtları
Saksı kurtları 1-5 mm uzunlukta küçük beyaz Oligochaete canlılarıdır. Bu canlılar enzim salgılamadıklarından organik maddeyi ayrıştırma özelliğine sahip değillerdir. Besin olarak bakteri, protozoalar, polenler ve diğer toprak hayvanlarının artıklarını kullanırlar.
Saksı kurlarının nematotdan kaynaklanan parazit zararını önlediği belirlenmiştir. Mesela; nematod zararına uğrayan çilek bitkisinin ortamına enchytracid verilmesiyle zararı önlediği görülmüştür. Saksı kurtlarının diğer bir ekolojik rolleri yer solucanlarına benzer şekilde suya dayanıklı agregatlar oluşturmaları ve ayrıca toprak mikroflorasının aktivitesinin uyarılmasına etkide bulunmalarıdır (Haktanır ve Arcak, 1997).