TUZLU VE KİREÇLİ TOPRAK KOŞULLARINDA BİYOKÖMÜR, VERMİKOMPOST VE LEONARDİT UYGULAMALARININ ETKİNLİKLERİ YÖNÜNDEN KARŞILAŞTIRILMASI TUZLU VE KİREÇLİ TOPRAK KOŞULLARINDA BİYOKÖMÜR, VERMİKOMPOST VE LEONARDİT UYGULAMALARININ ETKİNLİKLERİ YÖNÜNDEN KARŞILAŞTIRILMASI Saliha DORAK T.C. BURSA ULUDAĞ ÜNİVERSİTESİ FEN BİLİMLERİ ENSTİTÜSÜ TUZLU VE KİREÇLİ TOPRAK KOŞULLARINDA BİYOKÖMÜR, VERMİKOMPOST VE LEONARDİT UYGULAMALARININ ETKİNLİKLERİ YÖNÜNDEN KARŞILAŞTIRILMASI Saliha DORAK 0000-0001-5699-5690 Doç. Dr. Barış Bülent AŞIK (Danışman) DOKTORA TEZİ TOPRAK BİLİMİ ve BİTKİ BESLEME ANABİLİM DALI BURSA– 2023 Her Hakkı Saklıdır. TEZ ONAYI Saliha DORAK tarafından hazırlanan “TUZLU ve KİREÇLİ TOPRAK KOŞULLARINDA BİYOKÖMÜR, VERMİKOMPOST ve LEONARDİT UYGULAMALARININ ETKİNLİKLERİ YÖNÜNDEN KARŞILAŞTIRILMASI” adlı tez çalışması aşağıdaki jüri tarafından oy birliği/oy çokluğu ile Bursa Uludağ Üniversitesi Fen Bilimleri Enstitüsü Toprak Bilimi ve Bitki Besleme Anabilim Dalı’nda DOKTORA TEZİ olarak kabul edilmiştir. Danışman: Doç. Dr. Barış Bülent AŞIK Başkan : Prof. Dr. Belgin İZGİ İmza 0000-0002-1074-3612 Bursa Uludağ Üniversitesi, Fen Edebiyat Fakültesi, Kimya Bölümü Anabilim Dalı Üye : Doç. Dr. Barış Bülent AŞIK İmza 0000-0001-8395-6283 Bursa Uludağ Üniversitesi, Ziraat Fakültesi, Toprak Bilimi ve Bitki Besleme Anabilim Dalı Üye : Prof. Dr. Murat Ali TURAN İmza 0000-0002-7936-1663 Bursa Uludağ Üniversitesi, Ziraat Fakültesi, Toprak Bilimi ve Bitki Besleme Anabilim Dalı Üye : Doç. Dr. Halil SAMET Dr. Öğr. Üyesi Adnan Fatih DAĞDELEN İmza 0000-0003-2376-7944 00001-0001-8254-3401 Kocaeli Üniversitesi, Bursa Teknik Üniversitesi, İzmit Meslek Yüksek Okulu, Mühendisliği ve Doğa Bilimleri Fakültesi, Bitkisel ve Hayvansal Üretim Bölümü Gıda Mühendisliği Anabilim Dalı Üye : Dr. Öğr. Üyesi Yakup ÇIKILI Dr. Öğr. Üyesi Adnan Fatih DAĞDELEN İmza 0000-0002-0393-6248 00001-0001-8254-3401 Çanakkale Onsekiz Mart Üniversitesi, Bursa Teknik Üniversitesi, Toprak Bilimi ve Bitki Besleme Anabilim Dalı Mühendisliği ve Doğa Bilimleri Fakültesi, Gıda Mühendisliği Anabilim Dalı Yukarıdaki sonucu onaylarım Prof. Dr. Hüseyin Aksel EREN Enstitü Müdürü ../../…. B.U.Ü. Fen Bilimleri Enstitüsü tez yazım kurallarına uygun olarak hazırladığım bu tez çalışmasında; − tez içindeki bütün bilgi ve belgeleri akademik kurallar çerçevesinde elde ettiğimi, − görsel, işitsel ve yazılı tüm bilgi ve sonuçları bilimsel ahlak kurallarına uygun olarak sunduğumu, − başkalarının eserlerinden yararlanılması durumunda ilgili eserlere bilimsel normlara uygun olarak atıfta bulunduğumu, − atıfta bulunduğum eserlerin tümünü kaynak olarak gösterdiğimi, − kullanılan verilerde herhangi bir tahrifat yapmadığımı, − ve bu tezin herhangi bir bölümünü bu üniversite veya başka bir üniversitede başka bir tez çalışması olarak sunmadığımı beyan ederim. .../../…. İmza Saliha DORAK i TEZ YAYINLANMA FİKRİ MÜLKİYET HAKLARI BEYANI Enstitü tarafından onaylanan lisansüstü tezin/raporun tamamını veya herhangi bir kısmını, basılı (kâğıt) ve elektronik formatta arşivleme ve aşağıda verilen koşullarla kullanıma açma izni Bursa Uludağ Üniversitesi’ne aittir. Bu izinle Üniversiteye verilen kullanım hakları dışındaki tüm fikri mülkiyet hakları ile tezin tamamının ya da bir bölümünün gelecekteki çalışmalarda (makale, kitap, lisans ve patent vb.) kullanım hakları tarafımıza ait olacaktır. Tezde yer alan telif hakkı bulunan ve sahiplerinden yazılı izin alınarak kullanılması zorunlu metinlerin yazılı izin alınarak kullandığını ve istenildiğinde suretlerini Üniversiteye teslim etmeyi taahhüt ederiz. Yükseköğretim Kurulu tarafından yayınlanan “Lisansüstü Tezlerin Elektronik Ortamda Toplanması, Düzenlenmesi ve Erişime Açılmasına İlişkin Yönerge” kapsamında, yönerge tarafından belirtilen kısıtlamalar olmadığı takdirde tezin YÖK Ulusal Tez Merkezi / B.U.Ü. Kütüphanesi Açık Erişim Sistemi ve üye olunan diğer veri tabanlarının (Proquest veri tabanı gibi) erişimine açılması uygundur. Doç. Dr. Barış Bülent AŞIK Saliha DORAK ../../…. ../../…. İmza İmza z i ÖZET Doktora Tezi TUZLU ve KİREÇLİ TOPRAK KOŞULLARINDA BİYOKÖMÜR, VERMİKOMPOST ve LEONARDİT UYGULAMALARININ ETKİNLİKLERİ YÖNÜNDEN KARŞILAŞTIRILMASI Saliha DORAK Bursa Uludağ Üniversitesi Fen Bilimleri Enstitüsü Toprak Bilimi ve Bitki Besleme Anabilim Dalı Danışman: Doç. Dr. Barış Bülent AŞIK Çalışmanın amacı; biyokömürün kireçli ve tuzlu koşularda tarımsal amaçlı kullanımı olanağının araştırılmasıdır. Bu amaçla iki farklı biyokömürün etkinliği, vermikompost ve humik madde uygulamaları ile karşılaştırılmıştır. Çalışmada kentsel atıklardan ticari olarak elde edilen biyokömür (BA) ve laboratuvarda pancar tohum üretim atığından elde edilen biyokömür (BB) olmak üzere bitkisel kökenli iki farklı biyokömür kullanılmıştır. Denemede kullanılan toprağa %20 tarım kireci ve 40 mM NaCI ilave edilerek kireçli ve tuzlu toprak koşulları oluşturulmuştur. Çalışmada iki biyokömür, katı vermikompost, sıvı vermikompost, NPK ve kontrol uygulaması dâhil 13 farklı uygulama konusu ele alınmıştır. Çalışmada 150 gün süre ile inkübasyon çalışması ve sera koşullarında saksı denemesi yürütülmüştür. Çalışmada bitki kuru ağırlığında meydana gelen farklılıklar kireçli toprakta önemli bulunmuştur. En yüksek kuru ağırlık BA1, BA2, BB2 ve VKK2 uygulamalarında belirlenmiştir. Uygulamalara bağlı olarak SPAD okuma değerleri19.30 ile 30,87 arasında değişim göstermiştir. Bitkinin toprakta kaldırdığı besin elementi miktarları uygulamalara bağlı olarak tüm topraklarda kontrol uygulamasına göre artışlar göstermiştir. Normal toprakta en yüksek N ve P değeri NPK uygulamasında iken tuzlu ve kireçli toprakta biyokömür uygulamalarında en yüksek değerler belirlenmiştir. Diğer besin elementi miktarlarında da biyokömür uygulamalarının etkisinin istatistiksel olarak önemli düzeyde olduğu belirlenmiştir. İnkübasyon çalışmasında toprak pH değerleri uygulamalara bağlı olarak 7.49 ile 8.00 arasında EC değeri ise 596 ile 4552µS cm-1 değerleri arasında değişim göstermiştir. Tuzlu ve kireçli toprak koşullarında zamana bağlı olarak NH4-N miktarı azalırken NO3- N ve alınabilir P miktarı artış göstermiştir. En yüksek değerler NPK, BA ve BB uygulamalarında belirlenmiştir. Uygulamaların toprakların değişebilir katyonlar ve alınabilir mikro element içeriklerinde meydana gelen değişimler istatistiksel olarak önemli bulunmuştur. Anahtar Kelimeler: Biyokömür, Vermikompost, Humik Asit, Besin Elementi, İnkübasyon 2023, xi +126 sayfa. ii ABSTRACT PhD Thesis COMPARISON OF THE EFFECTIVENESS OF BIOCHAR WITH VERMICOMPOST AND LEONARDİT IN SALINE AND CALCAREOUS SOIL CONDITIONS Saliha DORAK Bursa Uludağ University Graduate School of Natural and Applied Sciences Department of Soil Science and Plant Nutrition Advisor: Doç. Dr. Barış Bülent AŞIK The aim of the study is to compare the possibility of using biochar for agricultural purposes in calcareous and saline conditions. For this purpose, the effectiveness of two different biochars was compared with vermicompost and humic substance applications. In the study, two different biochars of vegetable origin were used, namely biochar (BA) obtained commercially from urban waste and biochar (BB) obtained from beet seed production waste in the laboratory. Chalky and salty soil conditions were created by adding 20% agricultural lime and 40 mM NaCl to the soil used in the experiment. In the study, 13 different application topics were discussed, including two biochars, solid vermicompost, liquid vermicompost, NPK and control application. In the study, an incubation study and a pot experiment were carried out under greenhouse conditions for 150 days. During this examination, differences in plant dry weight were found to be significant in calcareous soil. The highest dry weight was detected in BA1, BA2, BB2 and VKK2 applications. Depending on the applications, the SPAD readings varied between 19.30 and 30.87. The amount of nutrients removed by the plant in the soil increased depending on the applications compared to the control application in all soils. While the highest N and P values in normal soil were in NPK application, the highest in saline and calcareous soil were determined in biochar applications. It was deduced that biochar applications were also remarkably effective in other nutrient amounts. In the incubation study, soil pH values differed between 7.49 and 8.00 depending on the applications, and the EC value differed between 596 and 4552µS cm-1. In salty and calcareous soil conditions, the amount of NH4-N decreased, while the amount of NO3-N and available P increased depending on time. The highest values were ascertained in NPK, BA and BB applications. The changes caused by the executions in the amount of exchangeable cations and the differences that occur in the micro element contents of the soils were found to be of great importance statistically. Keywords: Biochar, Vermicompost, Humic Substance, Plant Nutrient, Incubation 2023, xi+126 pages. iii TEŞEKKÜR Bu çalışma Bursa Uludağ Üniversitesi Toprak Bilimi ve Bitki Besleme Anabilim Dalı doktora çalışmasıdır. Biyokömürün tuzlu ve kireçli toprak koşullarda etkinliğinin vermikompost ve humik madde ile karşılaştırılması konulu bir araştırma çalışmasıdır. Amaçlanan çalışma Uludağ Üniversitesi Ziraat Fakültesi Toprak Bilimi ve Bitki Besleme serasında gerçekleştirilmiştir. Araştırma konumun belirlenmesinden tezin son aşamasına kadar çalışmalarımın her safhasında yanımda olan, doktora serüvenim boyunca bilgi ve tecrübelerini esirgemeyen, desteğini her zaman yanımda hissettiğim, tanımaktan onur duyduğum danışman hocam Sayın Doç. Dr. Barış Bülent AŞIK’a, Değerli katkılarından dolayı tez izleme komitesinde yer alan ve tezimin düzenlenmesi ve geliştirilmesinde değerli katkılarda bulunan Sayın Prof. Dr. Belgin İZGİ, Murat Ali TURAN, Doç. Dr Halil SAMET ve Dr. Öğr. Üyesi Yakup ÇIKILI’ya Ayrıca doktora çalışmama maddi destek sağlayan Bursa Uludağ Üniversitesi Bilimsel Araştırma Projleri Birimine (Proje Kodu: FDK-2021-185 - Biyokömürün Tuzlu ve Kireçli Toprak Koşullarda Etkinliğinin Vermikompost ve Humik Madde ile Karşılaştırılması), Doktora eğitimim boyunca 100/2000 bursu ile bana maddi destek sağlayan Yüksek Öğretim Kurumu (YÖK)’e, Çalışmalarım sırasında yardımlarını ve desteklerini esirgemeyen emeği geçmiş tüm hocalarıma, öğrencilerime ve arkadaşlarıma, Tezimin bitirme aşamasında desteklerinden dolayı Nilüfer Belediyesi İklim Değişikliği ve Sıfır Atık Müdürü Sayın Zerrin GÜLEŞ, Zir. Müh. Turgay SEZER’e ve Nilkoop Başkanı Sayın Mehmet Ali YUMURTACI’ ya, Son olarak yaşamım boyunca bana benden çok güvenen, her koşulda yanımda olan, desteğinden her zaman güç aldığım, emeklerinin karşılığını asla ödeyemeyeceğim annem Zeliha DORAK, babam Ali DORAK, abim Semih DORAK ve kardeşim Emre Soner DORAK’a sonsuz teşekkürlerimi sunuyorum. Saliha DORAK …/…… iv İÇİNDEKİLER Sayfa ÖZET……………………………………………………………………….… ii ABSTRACT ..................................................................................................... . iii SİMGELER VE KISALTMALAR DİZİNİ……………………………..…… vi ŞEKİLLER DİZİNİ…………………………………………………………… viii ÇİZELGELER DİZİNİ……………...………………………………………... ix 1.GİRİŞ…………………………………………………………………...…... 1 2. KAYNAK ÖZETLERİ……………………………………………………... 6 2.1. Kaynak Araştırması………………………………………………………. 6 2.2. Biyokömür ve Farklı Organik Materyal Uygulanan Tuzlu Topraklar ile 7 İlgili Yapılan Çalışmalar……………………………………………………… 2.3. Biyokömür ve Farklı Organik Materyal Uygulanan Kireçli Topraklar ile 20 İlgili Yapılan Çalışmalar………………………………………………………. 3.MATERYAL ve YÖNTEM…………………………………………………. 30 3.1.Materyal………………………………………………………………….. 30 3.2. Yöntem…………………………………………………………………… 36 3.2.1. İnkübasyon çalışması……………………………...…………………… 36 3.2.2. Sera Çalışması………………………………………………………….. 39 3.2.3. İstatistiksel Analizler…………………………………………………… 40 4. BULGULAR ve TARTIŞMA……………………………………………… 41 4.1 Biyokömür ve Bazı Organik Uygulamaların Toprak Özellikleri Üzerine 41 Etkisi.................................................................................................................. 4.1.1. pH ve EC değeri üzerine etki……….…………………………………. 41 4.1.2 Amonyum azotu (NH4-N), nitrat azotu (NO3-N) ve fosfor üzerine etki. 48 4.1.3. Değişebilir katyonlar üzerine etki……………………………………… 58 4.1.4. Mikro elementler (Fe, Cu, Mn, Zn) üzerine etki……………………… 67 4.2. Biyokömür ve Bazı Organik Uygulamaların Bitki Gelişimi Üzerine 78 Etkisi………………………………………………………………………….. 4.2.1. Kuru ağırlık ve SPAD (Klorofil) değerleri……………………………... 78 4.2.2. Besin elementi içeriği üzerine etki…………………………………....... 81 5.SONUÇ…………………………………………………………………… 92 KAYNAKLAR…………………...…………………………………………... 96 ÖZGEÇMİŞ………………...………………………………………………… 125 v SİMGELER VE KISALTMALAR DİZİNİ Simgeler Açıklama ℃ Santigrat derece cm Santimetre dS DesiSiemens g Gram ha Hektar kg Kilogram m Metre mg Miligram t Ton % w/w Ağırlıkça Yüzde Kısaltmalar Açıklama B Bor BA Ticari Biyokömür (SYNPET Techologies) BB Laboratuvar Şartlarında Elde Edilen Biyokömür BC Biyokömür C Karbon Ca Kalsiyum CaCl2 Kalsiyum Klorür CaCO3 Kalsiyum Karbonat CM Kompost CMV Tavuk Gübresi Vermikompostu CO2 Karbondioksit -COOH Karboksil Cu Bakır DAP Diamonyum fosfat DOC Çözünmüş Oksijen Konsantrasyonu (Dissolved oxygen concentrations) EC Elektriksel İletkenlik EM Mikroorganizma ESP Değişebilir sodyum yüzdesi FA Fulvik Asit Fe Demir FT-IR Fouirer Transform Infrared Spektrofotometre (Fourier dönüşümlü kızılötesi) H Hidrojen ha Hektar HA Humik Asit HCO3 Bikarbonat K Kontrol KM Kuru madde ağırlığı LSD En Küçük Anlamlı Fark vi Mha Milyon Hektar mM Mili Molar Mn Mangan N Azot Na Sodyum NaCl Sodyum Klorür NH4 Amonyum NH4-N Amonyum Azotu NO3 Nitrat NO3-N Nitrat Azotu O Oksijen -OH Hidroksil OM Organik Madde P Fosfor pH Reaksiyon PMV İnek Gübresi Vermikompostu PO4 Fosfat RC Kolza Küspesi S Kükürt SAR Sodyum Adsorpsiyon Oranı SEM Taramalı Elektron Mikroskopu SPAD Signal Passed at Danger (tek foton diyot teknolojisi sensör) VKK Katı Vermikompost VM Vermikompost VKS Sıvı Vermikompost WHC World Halal Council (Dünya Helal Konseyi) Zn Çinko vii ŞEKİLLER DİZİNİ Sayfa Şekil 2.1. Biyokömürün bitki besin elementi alımı üzerine 13 etkisi…………………………………………………………. Şekil 2.2. B iyokömürün tuzdan etkilenmiş toprakların fiziksel ve 16 biyolojik özellikleri üzerindeki etkileri için olası mekanizmalar………………………………………………... Şekil 2.3. Asidik biyokömürün toprakta bitki tarafından temin 17 edilebilen besinler üzerindeki olumlu dolaylı etkilerinin şematik sunumu……………………………………………… Şekil 2.4. Farklı modifikasyon yöntemleriyle biyokömür yüzey 24 özelliklerinde iyileştirme.……………… …………………… Şekil 3.1. Çalışmada kullanılan materyallere ait FT-IR görüntüsü…….. 34 Şekil 3.2. Çalışmada kullanılan BA ve BB’ye ait FT-IR görüntüsü……. 35 Şekil 3.3. Çalışmada kullanılan BB ve VKK’ya ait FT-IR görüntüsü….. 35 viii ÇİZELGELER DİZİNİ Sayfa Çizelge 2.1. Hammaddelerin ve biyokömürlerin fiziksel ve kimyasal 10 özellikleri ve temel bileşimleri ........................................... Çizelge 2.2. Piroliz sıcaklığının biyokömür özellikleri ve fonksiyonları 24 üzerindeki etkileri Çizelge 2.3. Biyokömürlerin özellikleri 28 Çizelge 3.1. Denemede kullanılan biyokömürlerin kimi fiziksel ve 32 kimyasal özellikleri Çizelge 3.2. Çalışmada kullanılan diğer organik kaynakların özellikleri 32 Çizelge 3.3. Çalışma kapsamında ele alınan uygulamalar 36 Çizelge 3.4. Çalışma kapsamında toprak örneği alınan parselin kimi 37 toprak toprak özellikleri Çizelge 4.1. Tuzsuz ve kireçsiz (kontrol) toprak koşullarında 41 inkübasyon dönemleri ile uygulamaların toprak reaksiyonu (pH) üzerine etkileri Çizelge 4.2. Tuzlu toprak koşullarında inkübasyon dönemleri ile 43 uygulamaların toprak reaksiyonu (pH) üzerine etkileri ...... Çizelge 4.3. Kireçli toprak koşullarında inkübasyon dönemleri ile 44 uygulamaların toprak reaksiyonu (pH) üzerine etkileri Çizelge 4.4. Tuzsuz ve kireçsiz (kontrol) toprak koşullarında 45 inkübasyon dönemleri ile uygulamaların toprak elektriksel iletkenliği (EC) değerine etkileri Çizelge 4.5. Tuzlu toprak koşullarında inkübasyon dönemleri ile 46 uygulamaların toprak elektriksel iletkenliği (EC) değerine etkileri ................................................................................. Çizelge 4.6. Kireçli toprak koşullarında inkübasyon dönemleri ile 47 uygulamaların toprak elektriksel iletkenliği (EC) değerine etkileri ................................................................................. Çizelge 4.7. Tuzsuz ve kireçsiz (kontrol) toprak koşullarında 48 inkübasyon dönemleri ile uygulamaların toprak Amonyum (NH4) değerine etkileri………………………………….. Çizelge 4.8. Tuzlu toprak koşullarında inkübasyon dönemleri ile 49 uygulamaların toprak Amonyum (NH4) değerine etkileri… Çizelge 4.9. Kireçli toprak koşullarında inkübasyon dönemleri ile 50 uygulamaların toprak Amonyum (NH4) değerine etkileri… Çizelge 4.10. Tuzsuz ve kireçsiz (kontrol) toprak koşullarında 50 inkübasyon dönemleri ile uygulamaların toprak Nitrat (NO3) değerine etkileri…………………………………… Çizelge 4.11. Tuzlu toprak koşullarında inkübasyon dönemleri ile 51 uygulamaların toprak Nitrat (NO3) değerine etkileri…….. Çizelge 4.12. Kireçli toprak koşullarında inkübasyon dönemleri ile 52 uygulamaların toprak Nitrat (NO3) değerine etkileri…….. ix Çizelge 4.13. Tuzsuz ve kireçsiz (kontrol) toprak koşullarında 55 inkübasyon dönemleri ile uygulamaların toprak fosfor (P) değerine etkileri…………………………………………... Çizelge 4.15. Tuzlu toprak koşullarında inkübasyon dönemleri ile 56 uygulamaların toprak Fosfor (P) değerine etkileri………. Çizelge 4.16. Kireçli toprak koşullarında inkübasyon dönemleri ile 56 uygulamaların toprak Fosfor (P) değerine etkileri……….. Çizelge 4.17. Tuzsuz ve kireçsiz (kontrol) toprak koşullarında 59 inkübasyon dönemleri ile uygulamaların toprak potasyum (K) değerine etkileri………………………………………. Çizelge 4.18. Tuzsuz ve kireçsiz (kontrol) toprak koşullarında 59 inkübasyon dönemleri ile uygulamaların toprak magnezyum (Mg) değerine etkileri……………………….. Çizelge 4.19. Tuzsuz ve kireçsiz (kontrol) toprak koşullarında 60 inkübasyon dönemleri ile uygulamaların toprak kalsiyum (Ca) değerine etkileri…………………………………… Çizelge 4.20. Tuzsuz ve kireçsiz (kontrol) toprak koşullarında 60 inkübasyon dönemleri ile uygulamaların toprak sodyum (Na) değerine etkileri…………………………………….. Çizelge 4.21. Tuzlu toprak koşullarında inkübasyon dönemleri ile 61 uygulamaların toprak potasyum (K) değerine etkileri……. Çizelge 4.22. Tuzlu toprak koşullarında inkübasyon dönemleri ile 62 uygulamaların toprak magnezyum (Mg) değerine etkileri. Çizelge 4.23. Tuzlu toprak koşullarında inkübasyon dönemleri ile 62 uygulamaların toprak kalsiyum (Ca) değerine etkileri……. Çizelge 4.24. Tuzlu toprak koşullarında inkübasyon dönemleri ile 63 uygulamaların toprak sodyum (Na) değerine etkileri…… Çizelge 4.25. Kireçli toprak koşullarında inkübasyon dönemleri ile 64 uygulamaların toprak potasyum (K) değerine etkileri…… Çizelge 4.26. Kireçli toprak koşullarında inkübasyon dönemleri ile 64 uygulamaların toprak magnezyum (Mg) değerine etkileri Çizelge 4.27. Kireçli toprak koşullarında inkübasyon dönemleri ile 65 uygulamaların toprak kalsiyum (Ca) değerine etkileri….. Çizelge 4.28. Kireçli toprak koşullarında inkübasyon dönemleri ile 65 uygulamaların toprak sodyum (Na) değerine etkileri……. Çizelge 4.29. Tuzsuz ve kireçsiz (kontrol) toprak koşullarında 68 inkübasyon dönemleri ile uygulamaların toprak demir (Fe) değerine etkileri………………………………………….. Çizelge 4.30. Tuzlu toprak koşullarında inkübasyon dönemleri ile 68 uygulamaların toprak demir (Fe) değerine etkileri……….. Çizelge 4.31. Kireçli toprak koşullarında inkübasyon dönemleri ile 69 uygulamaların toprak demir (Fe) değerine etkileri……….. Çizelge 4.32. Tuzsuz ve kireçsiz (kontrol) toprak koşullarında 70 inkübasyon dönemleri ile uygulamaların toprak bakır (Cu) değerine etkileri………………………………………….. Çizelge 4.33. Tuzlu toprak koşullarında inkübasyon dönemleri ile 71 uygulamaların toprak bakır (Cu) değerine etkileri……….. x Çizelge 4.34. Kireç toprak koşullarında inkübasyon dönemleri ile 71 uygulamaların toprak bakır (Cu) değerine etkileri………. Çizelge 4.35. Tuzsuz ve kireçsiz (kontrol) toprak koşullarında 72 inkübasyon dönemleri ile uygulamaların toprak çinko (Zn) değerine etkileri………………………………………….. Çizelge 4.36. Tuzlu toprak koşullarında inkübasyon dönemleri ile 72 uygulamaların toprak çinko (Zn) değerine etkileri……….. Çizelge 4.37. Kireçli toprak koşullarında inkübasyon dönemleri ile 73 uygulamaların toprak çinko (Zn) değerine etkileri……….. Çizelge 4.38. Tuzsuz ve kireçsiz (kontrol) toprak koşullarında 74 inkübasyon dönemleri ile uygulamaların toprak mangan (Mn) değerine etkileri………………………………….. Çizelge 4.39. Tuzlu toprak koşullarında inkübasyon dönemleri ile 75 uygulamaların toprak mangan (Mn) değerine etkileri….. Çizelge 4.40. Kireçli toprak koşullarında inkübasyon dönemleri ile 75 uygulamaların toprak mangan (Mn) değerine etkileri…… Çizelge 4. 41. Uygulamaların bitki kuru ağırlığı ve SPAD değerleri 79 üzerine etkileri……………………………………………. Çizelge 4. 42. Uygulamaların topraktan kaldırılan N ve P miktarı üzerine 82 etkileri……………………………………………………. Çizelge 4. 43. Uygulamaların topraktan kaldırılan K ve Ca miktarı 87 üzerine etkileri……………………………………………. Çizelge 4. 44. Uygulamaların topraktan kaldırılan Mg ve Na miktarı 88 üzerine etkileri……………………………………………. Çizelge 4. 45. Uygulamaların topraktan kaldırılan Fe ve Cu miktarı 89 üzerine etkileri……………………………………………. Çizelge 4. 46. Uygulamaların topraktan kaldırılan Zn ve Mn miktarı 90 üzerine etkileri……………………………………………. xi 1. GİRİŞ Son yıllarda sürdürülebilir tarımsal üretimde en önemli faktör, toprakların üretkenliğini artırarak, verimlilik parametrelerinin bozulmadan (fiziksel, kimyasal ve biyolojik özellikler) devamlılığının sağlanmasıdır. Bu durum artan dünya nüfusunun gıda ve besin ihtiyacının karşılanması noktasında büyük önem taşımaktadır. Aynı zamanda günümüzde insanların gıda güvenliği ve kaliteli gıdaya ulaşma noktasında sıkıntıların olduğu görülmektedir. Bu noktada kaliteli gıdaların, kaliteli ve verimli topraklarda yetişebileceği de sıkça dile getirilmeye başlanmıştır. Sürdürülebilir tarım, tarımsal üretim sistemlerinin ekonomik uygulanabilirliği, çevresel uygunluğu ve sosyal olarak benimsenmesiyle ilgili sorunların ve kısıtlamaların üstesinden gelmeyi amaçlayan uzun vadeli bir hedef olarak görülmektedir. Bu bağlamda günümüzde toprak kalitesi kavramı, insan ve hayvan sağlığı, gıda güvenliği ve gıda kalitesi ile çevre kalitesi niteliklerini içerecek kapsamda değerlendirilmektedir. Sürdürülebilir toprak yönetimi yerel toprağa özgü, arazi ve iklim koşullarına uyumlu uygulamaların kullanımıyla sağlanabilmekte ve geliştirilebilmektedir. Toprak kalitesi özellikleri alternatif tarım stratejisini sürdürülebilir tarımın nihai hedefine bağlamada ve tarımsal üretimin sürdürülebilirliğinde "anahtar" bir etken olarak kabul edilmektedir (FAO, 2019). Toprak erozyonu, toprak kirlenmesi, toprak organik maddesinin tükenmesi, biyolojik çeşitlilikteki düşüş, tuzlanma, kabuklanma, strüktür bozulması, asitleşme/alkalileşme, toprak sıkışması, toprak sızdırmazlığı/yetersiz drenajın yüzey akış ve sızıntıdan kaynaklanan besin kayıpları gibi toprak bozucu süreçler ile nihayetinde verimsizlik ve çölleşme toprakların karşılaştığı başlıca yaşamsal tehditlerden bazılarıdır (FAO, 2019). Tarımsal sürdürülebilirliğin devam edebilmesi için toprak özellikleri ve bitki gelişimini olumsuz yönde etkileyen özelliklerin de ıslahı yönünde çalışmaların yapılması gerekmektedir. Hem ülkemiz hem de küresel düzeyde bakıldığında tarımsal üretimde verim azalmasına neden olan faktörler arasında tuzlu toprakların oluşması ve özellikle bitkiler tarafından besin elementlerinin yarayışlılığını etkileyen bir faktör olan yüksek kireç ve buna bağlı yüksek pH değeri sayılabilir. 1 Tarım yapılan topraklar incelendiğinde, özellikle son yıllarda gerek sulama gerekse gübreleme ve kültürel faaliyetler sonucu topraklarda tuzluluk sorunu görülmeye başlamıştır. Tuzluluk; özellikle kurak ve yarı kurak iklim bölgelerinde yıkanarak yeraltı suyuna karışan çözünebilir tuzların yüksek taban suyuyla birlikte kapilarite yoluyla toprak yüzeyine çıkması ve buharlaşma sonucu suyun topraktan ayrılarak tuzun toprak yüzeyinde ve yüzeye yakın bölümünde birikmesi olayıdır (Ergene, 1982; Kwiaktowsky, 1998; Kara, 2002). Ortaya çıkan tuzlanma, toprak verimliliğini olumsuz yönde etkilediği gibi belli bir eşiği aştığında ise verimliliği tamamen ortadan kaldırabilir (FAO, 2019). Tuzlulukla ilgili yapılan çalışmalar genellikle ele alınan bitkinin tür ve çeşidinin hangi tuz konsantrasyonlarından etkilenip etkilenmediğinin belirlenmesi yönündedir. Çözünebilir tuzlar, bitkiler tarafından kolayca alınabilirler. Bitki bünyesine giren tuz bileşikleri çeşidine ve miktarına göre belli bir konsantrasyonu aşınca bitkiye zararlı olmaktadırlar. Bitki üzerine, beslenme ve metabolizmayı bozmak yoluyla zehirleyici etki yaparlar. Ayrıca toprakta tuz konsantrasyonunun artmasıyla, bitkinin topraktan su alımı güçleşmekte, toprağın yapısı bozularak bitki gelişimi yavaşlamakta ve hatta durmaktadır (Kanber vd., 1992; Güngör ve Erözel, 1994). Toprak içerisinde yeterli miktarda su bulunmasına rağmen bazı koşullar altında bitkilerin solmaya başladıkları görülmüştür. Bu durum genellikle yüksek toprak tuzluluğunun yarattığı “fizyolojik kuraklık” durumundan kaynaklanmaktadır. Fizyolojik kuraklık durumunda yüksek ozmotik basınç nedeniyle bitki kökleri topraktaki mevcut suyu alamamaktadırlar (Ayyıldız, 1990). Türkiye’de yaklaşık 1,5 milyon hektar (ha) alanda tuzluluk ve alkalilik sorunu bulunmaktadır. Bu, sulamaya uygun arazilerin yaklaşık %32,5’ine denktir. Özellikle 601145 ha alanda tuzlu toprak koşullarında tarımsal üretim yapılmaktadır (Sönmez vd., 2018). Toprakların tuzlulaşma ve alkalileşmesini sulama, drenaj toprak özellikleri ve iklim etmenleri gibi etmenler önemli ölçüde etkilemektedir. FAO’nun tahminlerine göre, sulanan alanların yaklaşık yarısı “sessiz düşman” olan tuzluluk, alkalilik ve yüzeyde göllenme tehdidi altındadır (Kanber vd., 2005). Tuzluluk nedeniyle bitkisel üretimin ya da verimin düşmesinde bitkilerin, tuz düzeyi sürekli artan çevreye uyum gösterememeleri ana etmen olarak belirtilmiştir (Kanber vd., 1992). Topraklarda verimliliği etkileyen diğer bir faktörde yüksek kireç içeriğidir. Toprakta yüksek kireç içeriğine bağlı olarak bitki büyümesi, gelişmesi ve veriminde önemli 2 düzeyde kayıplar meydana gelmektedir. Kireç miktarının artmasıyla birlikte toprak pH’sı da yükselir. Kireç içeriği yüksek olan topraklarda pH değeri 8,5’e kadar çıkar kalsiyum (Ca) katyonu yaygın durumdadır. Toprakta Ca konsantrasyonu yükseldikçe ortamdaki alınabilir P ve Fe iyonları kalsiyum ile çözünemez formda Ca bileşikleri oluşturur. Böyle topraklarda en önemli sorunlardan biri de bitki yapraklarda ortaya çıkan klorozdur (Faust, 1989). Yüksek kireç içeriğine sahip topraklarda, bitkilerde “kireç klorozu” olarak adlandırılan ve Fe noksanlığından kaynaklanan sararmalar yaygın şekilde görülmektedir. Özellikle meyve türleri genel olarak toprakta yüksek kireç içeriğine oldukça duyarlı olmakla beraber şeftali ve armut gibi türler diğer türlerden daha büyük bir hassasiyete sahiptir (Loeppert, 1986). Ülkemiz toprakları genel olarak değerlendirildiğinde kireç içeriği bakımından zengindir. Türkiye topraklarının yaklaşık %27’si az kireçli geri kalan kısmı ise %19 kireçli, %24 orta kireçli, %16 fazla kireçli ve %14 çok fazla kireçli topraklar grubunda yer alırlar. Buna göre topraklarımızın kireç kapsamları genelde yüksektir (Eyüpoğlu, 1999). Yukarıda belirtilen durumlar göz önüne alındığında, olumsuz toprak özelliklerinin ıslah edilmesi amacıyla uygulamaların yapılması gerekmektedir. Bu noktada toprakların fiziksel, kimyasal ve biyolojik özelliklerinin düzenlenmesi amacıyla toprak organik madde içeriğinin yükseltilmesi yönünde uygulamaların yapılması önerilmektedir. Toprakların organik madde içeriğini arttırmak amacıyla çeşitli şekillerde ortaya çıkan organik karbon (C) kaynaklarının topraklara uygulanması gerekmektedir. Ancak ülkemiz iklim ve toprak koşulları (sıcaklık, yağış ve mineralizazasyon vb.) toprakların organik madde içerikleri istenilen düzeye getirilememektedir. Ancak toprak organik madde düzeylerinin belli bir oranda tutulabilmesi için ortaya çıkan organik atıkların tarımsal amaçlı toprak düzenlemek için uygun miktarlarda topraklara (özellikle yüksek kireç içeriğine sahip ve tuzluluk sorunu bulunan topraklar) uygulanması gerekmektedir. Karbonca zengin organik bir materyal olan biyokömür, enerji amaçlı kullanımının yanı sıra, toprak verimliliğinin ve toprakların organik karbon içeriğinin iyileştirilmesi, ağır metallerin su ve topraktan uzaklaştırılması amacına yönelik olarak kullanılabilecek bir materyal olma özelliğini taşıdığı kimi araştırıcılar tarafından bildirilmiştir (Ni vd., 2006; Lehmann, 2007; Winsley, 2007; Lliffe, 2009). 3 “Biyokömür” kelimesini odun kömüründen ayıran en önemli özellik, odun kömürü sadece yakıt olarak değerlendirilirken biyokömür ise atmosferik karbonu toprağa bağlayan, gaz emisyonlarını azaltan ve toprakları düzenleyen bir materyal olarak değerlendirilmesidir (Çağlar, 2004; Lehmann, 2007; Downie vd., 2009; Chan ve Xu, 2009). Yakın bir zamanda Avrupa Komisyonu, biyokömürü doğal özellikleri sayesinde belirli bir alanda toprağa uygulandığında aralıksız bir biçimde karbon ayırımında bulunup eş zamanlı olarak da toprak fonksiyonlarını geliştirirken (mevcut ve gelecekte yapılacak yönetimler altında) insan ve hayvan sağlığının yanı sıra kısa ve uzun vadede daha geniş çevre üzerinde zararlı etkileri yok edeceği hususunda bilimsel bir görüş birliğine varılan odun kömürü (sıfır ya da düşük oksijenli ortamda piroliz edilen biyokütle) olarak tanımlamıştır (Verheijen vd., 2010). Basit bir ifade ile atıkların oksijensiz ortamda yüksek sıcaklığa maruz kalarak yakılması işlemine piroliz bu işlem sonucu ortaya çıkan ürüne ise biyokömür denilmektedir. Biyokömürün toprağa uygulanmasındaki temel amaç; yüksek organik karbon içerikli, çok uzun sürede çözünen, çok ince yapılı, organik kaynaklı özelliklerinden faydalanılarak tarımda gereksiz suni gübre kullanımını azaltmak ve ürünlerdeki verimi artırmaktır. Biyokömürün kömürleşen karbon dışındaki her şeyin gazlaşmasıyla ortaya çıkan gözenekli yapısı ve bu yapının duvarlarını meydana getiren uzun karbon zincirlerinin varlığı; biyokömürün bir toprak düzenleyici ve iyileştirici olarak gündeme gelmesinin yanı sıra iklim değişikliği ile mücadelede de önemli bir karbon bağlama aracı olarak tanımlanması sağlamıştır (Ladygina ve Rineau, 2013; Orgiazzi vd., 2016; TWB, 2012). Biyokömür, üretildiği organik maddeden 10 ile 1000 kat daha uzun süre toprağın içinde ayrışmadan kalabilmesi, gözenekli ve boşluklu yapısı, negatif yüklü yüzeyleri ve karboksil, hidroksil, fenoksil ve karbonil gibi fonksiyonel gruplara sahip olmasından dolayı toprağa uygulandığında katyon değişim kapasitesi ve bu özellikler açısından iyileştirdiği bildirilmiştir (Nartey ve Zhao, 2014; TWB, 2012). Ağır metaller ile kirlenmiş toprakların ıslahında biyokömürün adsorpsiyon ve immobilizasyonu sayesinde metallerin yarayışlılığı ve hareketliliği azalmakta ve metallerin olumsuz etkileri önlenmiş olmaktadır (Chen vd., 2011, Regmi vd., 2012). 4 Yukarıda belirtilen sebepler ve biyokömürün toprak özellikleri üzerine etkileri dikkate alındığında, organik kökenli biyokütlelerden elde edilecek biyokömür sorunlu toprakların ıslahı noktasında tarımsal katkı olmasını düşündürmektedir. Biyokömürün üretildiği koşullar ve kullanılan organik madenin türü, toprak ıslahında büyük oranda etkili olduğu bildirilmiştir (McClellan vd., 2007; McLaughlin vd., 2009). Çalışmalarda, biyokömürün toprağa karıştırıldıktan sonra zaman ilerledikçe bitki gelişimini iyileştirici yönde önemli etkiler yaptığı ifade edilmiştir (Cheng vd., 2006; Major vd., 2010). Toprağa biyokömür uygulanması; gübre ihtiyacında yaklaşık % 10 oranında azalma, toprak asitliğini giderme, toprak reaksiyonunu artırma, alüminyum toksitesini azaltma, yararlı mantar hiflerini artırarak, toprağın biyolojik yapısını düzenleme, topraktaki mevcut besinleri tutma (NPK), C mineralizasyonunu artırma, azot fiksasyonunu dengeleme ve katyon değişim kapasitesini % 50 oranında artırma ve toprak geçirgenliğini yükseltme gibi hem fiziksel, kimyasal hem de biyolojik özellikler üzerine uzun vadede etkisi olduğu belirtilmiştir (Jeffery vd., 2011). Tarımsal atıkların gazlaştırılması ile gerek atık sorununun ortadan kalkması gerekse oluşan biyokömürün gübre/toprak düzenleyici ve mikrobiyal aktivite artırıcı olarak kullanılması çevreye uyumlu ve üretim maliyeti düşük bir sistemin ülkemizde de toprak ıslahına katkı sağlayacağını göstermektedir. Başta 10. Kalkınma Planı olmak üzere iklim değişikliği, tarımsal kuraklık, çölleşmeyle mücadele, biyolojik çeşitlilik ulusal strateji belgeleri ve eylem planlarında toprakların karbon kapsamlarının artırılmasının önemine yer verilmektedir (Namlı vd., 2017). Tez projesi kapsamında yapılan literatür çalışmalarında biyokömürün toprak verimliliğini olumsuz yönde etkileyen tuzlu ve yüksek kireç koşullarında kullanım ve etkinliği ile ilgili çalışmaların yetersiz düzeyde olduğu görülmüştür. Bu nedenle doktora tez projesinde belirtilen konularda çalışmaların yapılarak biyokömürün özellikle verimlilik yönünden sorunlu toprakların ıslahı amacıyla kullanımına yönelik verilerin elde edilmesine çalışılmıştır. Çalışma kapsamında biyokömür, solucan gübresi ve humik madde uygulamalarının tuzlu ve kireçli koşullarda bitki gelişimi ve toprak özellikleri üzerine etkileri kimyasal gübre (NPK) uygulamaları ile karşılaştırmalı olarak belirlenmesini kapsamaktadır. 5 2. KAYNAK ÖZETLERİ 2.1. Kaynak Araştırması Sürdürülebilir tarımsal üretimde en önemli faktör, toprakların bozulmasına neden olmadan toprakların üretkenliğini artırarak, verimlilik parametrelerinin kalitesinin devamlılığının sağlanmasıdır. Bu da ancak tarımsal üretim yapılan alanlarda toprağın fiziksel, kimyasal ve biyolojik özelliklerinin değişimine neden olan etkin süreçlerin belirlenmesi ve gerekli tedbirlerin alınması ile gerçekleştirilebilmektedir (Akça vd., 2017). Bu kapsamda toprak özellikleri ve bitki gelişimini olumsuz yönde etkileyen özelliklerin de ıslahı yönünde çalışmaların yapılması gerekmektedir. Dünya genelinde tarım yapılan alanların %20’sinin, 2050 yılına kadar ise %50’sinin tuzluluk sorunu ile karşı karşıya kalacağı tahmin edilmektedir (Kang vd., 2009). Tuzluluk, dünyada olduğu gibi ülkemizde de bitki çeşitliliğini ve tarımsal üretkenliği azaltan önemli sorunlardan birisidir. Türkiye’de yaklaşık 1,5 milyon hektarda tuzluluk ve alkalilik sorunu bulunmaktadır. Bu, sulamaya uygun arazilerin yaklaşık %32,5’ine denktir. Özellikle 601145 ha alanda tuzlu toprak koşullarında tarımsal üretim yapılmaktadır (Sönmez vd., 2018). Toprakların tuzlulaşma ve alkalileşmesini sulama, drenaj toprak özellikleri ve iklimsel etmenler önemli ölçüde etkilemektedir. FAO’nun tahminlerine göre, sulanan alanların yaklaşık yarısı ‘’sessiz düşman’’ olan tuzluluk, alkalilik ve yüzeyde göllenme tehdidi altındadır (Kanber vd., 2005). Tuzluluk nedeniyle bitkisel üretimin ya da verimin düşmesinde bitkilerin, tuz düzeyi sürekli artan çevreye uyum gösterememeleri ana etmen olarak belirtilmiştir (Kanber vd., 1992). Toprak verimliliğini etkileyen diğer bir faktörde yüksek kireç içeriğidir. Toprakta yüksek kireç içeriğine bağlı olarak bitki büyümesi, gelişmesi ve veriminde önemli düzeyde kayıplar meydana gelmektedir. Kireç miktarının artmasıyla birlikte toprak pH’sı da yükselir ve bu topraklarda pH değeri 8,5’e kadar çıkar, Ca katyonu yaygın duruma gelir. Toprakta Ca konsantrasyonu yükseldikçe ortamdaki alınabilir fosfor ve demir iyonları kalsiyum ile çözünemez formda Ca bileşikleri oluşturur. Böyle topraklarda en önemli sorunlardan biri de bitki yapraklarda ortaya çıkan klorozdur (Faust, 1989). Yüksek kireç içeriğine sahip topraklarda, bitkilerde “kireç klorozu” olarak adlandırılan ve demir noksanlığından kaynaklanan sararmalar yaygın şekilde görülmektedir. Özellikle meyve türleri genel olarak toprakta yüksek kireç içeriğine oldukça duyarlı olmakla beraber 6 şeftali ve armut gibi türler diğer türlerden daha büyük bir hassasiyete sahiptir (Loeppert, 1986). Ülkemiz toprakları genel olarak değerlendirildiğinde kireç içeriği bakımından zengindir. Türkiye topraklarının yaklaşık % 27’si az kireçli geri kalan kısmı ise % 19 kireçli, % 24 orta kireçli, % 16 fazla kireçli ve % 14 çok fazla kireçli topraklar sınıfında yer alırlar (Eyüpoğlu, 1999). Ülkemiz iklim ve toprak koşulları (sıcaklık, yağış ve mineralizasyon vb.) toprakların organik madde içerikleri istenilen düzeye getirilememektedir. Ancak toprak organik madde düzeylerinin belli bir oranda tutulabilmesi için ortaya çıkan özellikle bitkisel ve hayvansal kökenli organik atıkların farklı işlemlerden geçirilmesi veya yeni ürünlerin elde edilerek bunların topraklara uygulanması ile toprak özelliklerinin iyileştirilmesi uygun miktarlarda topraklara (özellikle yüksek kireç içeriğine sahip ve tuzluluk sorunu bulunan topraklar) uygulanması gerekmektedir. Bu amaçla son yıllarda kompost, yanmış hayvan gübresi, leonardit, solucan gübresi ve biyokömür gibi materyallerin topraklara uygulandığı görülmüştür (Liu vd., 2014) 2.2. Biyokömür ve Farklı Organik Materyal Uygulanan Tuzlu Topraklar ile İlgili Yapılan Çalışmalar Özellikle son yıllarda biyokömür eldesi ve özelliklerinin belirlenmesi ve kullanım alanlarının geliştirilmesi noktasında birçok görüş ortaya atılmaktadır. Araştırıcılar organik kökenli atıklardan piroliz uygulaması ile biyokömür eldesi ve bu ürünün topraklara uygulanması ile ekonomik ve çevresel çok yönlü faydalar sağlanacağını belirtmektedir. Küresel ısınmanın en önemli sebeplerinde olan karbon kaynaklarının aynı zamanda toprakların verimlilik göstergesinin bir kriteri olarak bilinmesi ve Amazon bölgesinde terra preta olarak isimlendirilen toprakların belirlenmesinden sonra topraklara karbon ilavesinin ve kazandırılmasının önemi daha da artmıştır (Kammann vd., 2017). Bu kapsamda çeşitli piroliz uygulamaları ile organik kökenli kaynakların ve atıkların biyokömüre (biochar) dönüştürülerek tarımsal amaçlı topraklara uygulanması giderek yaygınlaşmaktadır (Ni vd., 2006; Lehman, 2007; Akgül, 2017). 7 Elde edilen biyokömürlerin topraklara uygulaması ile tarımsal faaliyetlerden kaynaklı atmosfere karbondioksit salınımının önemli oranlarda azaltılabileceği belirtilmektedir (Sohi vd., 2010). Toprak özelliklerini düzenlemek amacı ile uygulanan diğer organik materyallere oranla biyokömür daha uzun süreli toprakta kararlı (stabil) kalmaktadır (Krull vd., 2006). Biyokömürün düşük azot ve yüksek karbon içerdiği, mikroorganizmalarca ayrışmaya direnç gösterdiği ve uygulanan alanlarda uzun süre kalabildiği Ortaş (2018) tarafından bildirilmiştir. Biyokömür gözenekli yapısı, geniş yüzey alana sahip olması, su tutma ve katyon değişim kapasitesinin yüksek olmasını nedeniyle toprakta kalsiyum (Ca), magnezyum (Mg), potasyum (K) gibi besin elementlerini yarayışlılığını artırmakta, aromatik ile humik maddelerce zengin olması ile diğer organik gübrelere göre kullanımını ön plana çıkarmaktadır (Lorenz ve Lal, 2014). Ayrıca biyokömür eldesi için kullanılan organik materyallerin selüloz, hemiselüloz, lignin ve uçucu bileşiklerin farklılığından dolayı bunlardan elde edilen biyokömürlerin yüzey özellikleri, yüzey alanları veya gözenekli olması gibi önemli fizikokimyasal özellikleri farklılık gösterebilmektedir (Lei ve Zhang, 2013). Bu farklılığından dolayı biyokömürün birçok farklı kullanım alanlanı bulunmaktadır. Özellikle toprak iyileştiricisi, organik gübre, hayvan yemlerinde katkı maddesi, absorban olarak, enerji depolama ortamı, bazı reaksiyonlarda katalizör, binaların yapımında yapı malzemesi katkısı ve sulardaki ağır metaller ile organik kirleticilerin giderilmesinde adsorbent olarak faydalanılması gibi birçok alanda kullanıldığı bildirilmektedir (Akgül, 2017). Toprak özelliklerinin iyileştirilmesi amacıyla kullanılması noktasında öncelikle biyokömürün sahip olduğu alkali karakter asit reaksiyonlu toprakların pH’sını yükselterek toprak verimliliğine olumlu etki yaptığı belirtilmiştir (Chintala vd., 2014). Toprak pH’sında gözlenen bu artışın ise P, K ile Ca ve Mg gibi elementlerinin alınımlarında artış sağladığı bildirilmiştir (Atkinson vd., 2006; Major vd., 2010). Alkali pH’sı olan topraklarda biyokömürün uygulama dozunun fazla olması durumunda pH’da gözlenen artışa bağlı olarak mikro element alınımının azalmasına ve soya fasulyesinin 8 veriminde %37-71 oranında azalmaya neden olduğu bildirilmiştir (Kishimoto ve Sugiura, 1985). Biyokömür uygulanmamış topraklarda uygulanmış topraklara göre azotdioksitin %40-51 oranında daha fazla atmosfere salındığı bildirilmiştir (Sohi vd., 2009). Bu durumun biyokömür uygulaması ile amonyum azotunun daha fazla adsorbe olması ve aynı zamanda nitrat azotunun denitrifikasyona uğramasını azaltmasından kaynaklandığı belirtilmiştir (Bai vd., 2010; Sohi vd., 2010). Biyokömür uygulanmış topraklarda yetişen bitkilerin azotlu gübrelerden daha fazla yararlanabildiği belirlenmiştir. Biyokömür uygulamaları ile yapılan çalışmalarda bitki veriminin belirli oranlarda artış gösterdiği belirlenmiştir (Chan vd., 2007; Rehman ve Razzaq, 2017; Sokchea vd., 2013; Glaser vd., 2014; Baronti vd., 2010; Vaccari vd., 2011). Bazı çalışmalarda ise biyokömür uygulamalarının verim üzerine olumsuz etkisi olduğu da belirtilmiştir (Gaskin vd., 2010; Tammeorg vd., 2014; Schmidt vd., 2014). Campos vd. (2021), toprak özelliklerini ıslah etmek amacıyla üretim bölgesinde yaygın bir şekilde bulunan pirinç kabuğu, zeytin çekirdeği ve budama kalıntılarına uygulanan farklı piroliz sıcaklıklarının biyokömürlerin fiziksel, kimyasal ve yüzey özellikleri üzerine etkilerini belirlemişlerdir (Çizelge 2.1). Genel olarak, element bileşimi ve kül içeriğinin hammadde olarak kullanılan organik atık türüne bağlı olduğu belirtilmiştir. Çalışmada sıcaklık farklılıklarına bağlı olarak elde edilen biyokömürler toprak iyileştirici olarak kullanımları için yeterli pH, yüksek su tutma kapasitesi veya yüksek gözeneklilik gibi fiziksel ve kimyasal özellikler açısından değerlendirilmiştir. Karbon oranı yüksek olan biyokömür toprakta yaşayan özellikle heterotrof mikroorganizmalara karbon kaynağı olarak destek verebilecektir. Bu özelliği nedeniyle de karbon kaynakları heterotrof mikroorganizmaların mineralizasyon ile organik formdaki bitki besin elementlerinin inorganik forma yani bitkilerin alabileceği forma dönüştürülerek toprak verimliliği için katkıda bulunacaktır. Geniş C/N oranı nedeniyle organik maddelerin zor ayrışmasını önlemek açısından de gerekli ölçüde topraklara mineral madde verilmesi, C/N oranının dengelenmesi açısından son derece önem taşımaktadır. 9 Çizelge 2.1. Hammadde bazlı elde edilen biyokömürlerin fiziksel, kimyasal özellikleri ve temel içerikleri (Campos vd., 2021) Hammade Sıcaklık; Zaman, h Piroliz pH WHC,% VM,% Kül,% Fc,% C H N O H/Cat O/Cat C/N oC verimi,% - - - 7,20 92 84,7 13,0 2,3 384 52,7 3,1 430,8 1,7 0,84 125 350 0,5 94,4 5,10 90 83,4 14,5 2,1 397 51,2 2,6 403,7 1,5 0,76 153 400 1 46,5 9,10 121 51,4 27,9 20,7 501 32,4 5,2 182,5 0,8 0,27 96 400 4 41,8 9,60 449 45,8 31,8 22,4 511 26,3 5,1 139,7 0,6 0,21 100 500 0,5 54,9 6,30 144 57,2 27,1 15,7 494 34,1 4,9 195,5 0,8 0,30 102 500 1 40,3 10,5 438 46,0 33,1 20,9 518 22,6 6,2 123,0 0,5 0,18 83 500 2 38,2 10,3 427 50,2 35,4 14,4 524 15,8 7,1 99,4 0,4 0,14 74 500 4 37,7 10,3 450 52,2 35,7 12,1 522 12,8 5,7 130,1 0,3 0,15 91 600 1 47,5 11,2 549 39,8 38,5 21,7 517 13,8 5,9 78,3 0,3 0,11 88 600 4 38,0 11,4 468 40,6 38,5 20,9 527 6,2 4,6 77,5 0,1 0,11 114 - - - 6,6 25 97,4 0 2,6 478 58,6 1,7 461,5 1,5 0,72 285 350 0,5 97,3 5,5 20 95,1 0,3 4,6 485 57,5 1,6 453,5 1,4 0,70 311 400 1 35,0 7,2 28 51,9 1,4 46,7 775 42,2 3,3 165,8 0,7 0,16 237 400 4 32,2 8,0 30 46,5 1,1 49,3 841 39,2 3,9 105,0 0,6 0,09 215 500 0,5 62,1 6,0 15 81,5 0,3 18,2 607 54,8 2,1 333,3 1,1 0,41 295 500 1 31,0 8,5 30 50,4 0,8 48,8 838 35,1 3,6 114,9 0,5 0,10 233 500 2 28,3 3,7 22 45,4 0,4 54,2 851 29,0 3,8 111,8 0,4 0,10 223 500 4 28,0 9,1 60 42,6 0,9 56,5 839 37,2 3,7 110,8 0,5 0,10 225 600 1 29,7 8,3 70 47,1 0,9 52,0 818 29,4 3,1 139,8 0,4 0,13 264 - - - 6,80 24 92,2 4,5 3,3 478 61,9 9,0 406,6 1,6 0,64 53 350 0,5 87,1 6,30 42 90,8 5,5 3,7 534 65,0 11,7 334,3 1,5 0,47 46 400 1 44,8 10,7 28 64,4 10,2 25,4 670 51,5 12,9 163,3 0,9 0,18 52 400 4 36,6 10,6 24 50,4 13,5 36,1 620 34,0 16,3 195,5 0,7 0,24 38 500 0,5 52,6 9,80 34 76,1 7,6 16,3 630 59,8 14,0 219,8 1,1 0,26 45 500 1 32,2 10,3 147 48,0 17,8 34,2 605 25,6 15,7 175,8 0,5 0,22 38 500 2 29,8 10,1 105 64,7 12,0 23,2 589 17,7 14,4 258,6 0,4 0,33 41 500 4 30,8 10,1 193 39,9 19,8 40,3 587 13,8 13,7 187,5 0,3 0,24 43 600 1 29,5 12,0 184 46,1 15,6 38,2 627 19,3 13,9 182,9 0,4 0,22 45 Karbon oranı yüksek olan biyokömür toprakta yaşayan özellikle heterotrof mikroorganizmalara karbon kaynağı olarak destek verebilecektir. Bu özelliği nedeniyle de karbon kaynakları heterotrof mikroorganizmaların mineralizasyon ile organik formdaki bitki besin elementlerinin inorganik forma yani bitkilerin alabileceği forma dönüştürülerek toprak verimliliği için katkıda bulunacaktır. Geniş C/N oranı nedeniyle organik maddelerin zor ayrışmasını önlemek açısından de gerekli ölçüde topraklara mineral madde verilmesi, C/N oranının dengelenmesi açısından son derece önem taşımaktadır. Ülkemiz yüzölçümün yarısından fazlasını tarım ve orman alanları ile kaplı olması (%58) ve buna bağlı olarak açığa çıkan bitkisel ve hayvansal atıkların toplam olarak 109,4 milyon ton olduğu (Sümer vd., 2016) düşünüldüğünde biyokömüre dönüştürülecek önemli miktarda organik karbon kaynağının mevcut olduğu söylenebilir. Kireçli topraklara kompost, solucan gübresi ve biyokömür uygulamasının biyolojik aktivite üzerine olumlu etki yaptığı Cardelli, vd. (2017) tarafından bildirilmiştir. Raza vd. (2021), toprak verimliliği ve insan sağlığının iyileştirilmesi için sürdürülebilir tarımsal ekosistemin sağlanması amacıyla yürüttükleri çalışmalarında; farklı organik uygulamaların (kompost, solucan gübresi, biyokömür, organik gübre ve kolza tohumu 10 Zeytin dalları ve Zeytin posası Pirinç Kabuğu yaprakları küspesi) mısır bitkisinin gelişimi ve kireçli toprakta besin alımı üzerindeki etkilerini belirlemeyi amaçlamışlardır. Bu sebeple farklı kaynaklardan elde edilen kompost, solucan gübreleri, farklı biyokömürler ve kimyasal gübre ve kontrol uygulamalarını da içeren 11 farklı uygulamayı ele almışlardır. En yüksek verim parametresi kolza küspesi ve solucan gübresi uygulamalarında belirlenmiştir. Solucan gübresi uygulamaları ise besin elementi yarayışlılığını olumlu yönde etkilemiştir. Güneş vd. (2015), farklı sıcaklık uygulanan tavuk gübresinden elde olunan biyokömürün özellikleri ile bitki gelişimi (marul ve mısır) üzerine etkilerini belirledikleri çalışmada; her iki bitkide kuru ağırlığın kontrole göre artış gösterdiğini, P ve K içeriklerinin arttığını belirlemişlerdir. Araştırıcılar marul bitkisinde Ca, Mg, demir (Fe), mangan (Mn) ve bor (B) içeriğinde azalma ve mısır bitkisinde ise Zn içeriğinin artış gösterdiğini belirlemişlerdir. Çalışma sonuçları ile ilgili olarak araştırıcılar özellikle piroliz sıcaklığının biyokömür özelliklerini etkilediğini, düşük sıcaklık uygulamaları ile elde edilen biyokömürün tarımsal açıdan daha verimli kullanılabileceğini belirtmişlerdir. Özellikle piroliz sıcaklığının biyokömürlerin suda çözünebilir besin elementi miktarı üzerine etkili olduğunu bildirmişlerdir. İnal vd. (2015), kireçli toprak koşullarında tavuk atığından elde ettikleri biyokömürün fasulye bitkisi gelişimi ve toprak özellikleri üzerine etkisini tavuk gübresi (0-5-10-20 g kg-1) ve biyokömür (0-2.5-5-10-20 g kg-1) uygulamaları ile belirlemişlerdir. Yapılan inkübasyon çalışmasında tavuk gübresi ve biyokömür uygulamaları ile toprak pH değeri ve alınabilir Fe miktarı azalırken, alınabilir P, çinko (Zn), Mn ve bakır (Cu) ile değişebilir katyon (K, Ca ve Mg) miktarının arttığını belirlemişlerdir. Araştırıcılar tavuk gübresi ve biyokömür uygulamaları fasulye ve mısır bitkisinde gelişim ve besin elementi içeriğinde (N, P, K, Ca, Fe, Zn, Cu ve Mn) artışa neden olurken Ca ve Mg içeriğinde azalmalar görüldüğünü bildirmişlerdir. Araştırıcılar organik kökenli uygulamaların toprak tuzluluğu sorununu çözmese de bu koşullarda yetiştiricilik yapılması için gerekli olan toprak kimyasal ve mikrobiyolojik özelliklerinin iyileştirilmesi ile bitki gelişiminin iyileştirilebileceğini belirtmişlerdir. Organik kökenli uygulamaların tuzlu koşullarda toprak özelliklerini geliştirmesi ve bitki beslenmesini teşvik etmesinin özellikle bitki turgorunu ve ozmotik koşulları dengeleme açısından önemli olduğu Munns vd. (2020) tarafından da belirtilmiştir. 11 Olego vd. (2022), kireçli toprak koşullarında bağ tarımında leonardit ve leonardit ile birlikte uygulanan Fe bileşiğinin (FeSO4.7H2O) toprak özelliği ve üzümün verim parametreleri üzerine etkilerini belirledikleri çalışmalarında leonardit uygulamasının özellikle toprak organik madde içeriği ve besin elementi yarayışlılığını arttırdığını bildirmişlerdir. Özellikle kireçli toprak koşullarında toprak pH değeri üzerine ve bitki kök gelişiminin artışlarının dikkate değer olduğunu da belirtmişlerdir. Bazı araştırıcılar, leonarditin kireçli koşullarda uygulanması ile humik ve fulvik asitin toprak özelliklerini düzenleyici özelliği ve bitki gelişim düzenleyici etkisi ile verim ve kalite üzerine etkili olduğunu bildirmişlerdir (Della Lucia vd., 2021; Olego vd., 2015; Akimbekov vd.,2020). Kimi araştırmacılar ise leonardit uygulaması ile toprak mikro element yarayışlılığı, mikroorganizma faaliyetlerindeki artış, toprak agregat stabilitesindeki iyileşme, kuraklık ve tuz stresine toleransında artış sağladığını belirtmişlerdir (Moreno vd., 2017; Wang vd., 2021) Gunarathne vd. (2017), biyokömürün, son zamanlarda artan küresel bir endişe olarak ortaya çıkan besin elementince fakir toprakların yönetimi açısından alternatif bir seçenek haline geldiğini belirtmiştir. Biyokömür biyokütleden üretildiği için karbon içeriği ve bazı makro ve mikro besin elementlerini içerdiğini belirtmiştir. Ek olarak, biyokömürün fiziksel mikro poroz yapısı, toprak çözeltisinde mineralize olan besin elementlerinin bitki kökleri tarafından alınma mekanizmasını ve toprakta mikroroganizma faaliyetlerini belirleyen önemli ölçüde etkiye sahip olduğunu belirtmişlerdir. Biyokömürün, verim artışı ve toprak kalitesi açısından bir toprak ıslah maddesi olarak kullanılabileceğini bildirmişlerdir (Şekil 2.1). . 12 Şekil 2. 1. Biyokömürün bitki besin elementi alımı üzerine etkisi (Gunarathne vd., 2017; Hou vd., 2022) Çalışma kapsamında biyokömürün topraklara uygulanması ile ilgili olarak; biyokömür besin elementi içerdiği için bitki besin elementi alımı üzerine direkt olarak etki ettiği, dolaylı etkinin ise besin elementi adsorpsiyonu şeklinde (Lehmann vd., 2003), toprak pH değerini artırdığı (Rondon vd., 2007), katyon değişim kapasitesinde artış (Liang vd. 2006); fiziksel özelliklerin düzenlenmesi (Chan vd,. 2008), su tutma kapasitesinde artış (Laird vd., 2010), toprak mikroorganizma sayısında artış (Pietikäinen vd., 2000), besin elementi yıkanmasının engellenmesi ve gübre kullanım etkinliğinin artması (Lehmann vd., 2003) şeklinde etkilerinin olduğu bildirilmiştir Saygan ve Aydemir, (2016), antepfıstığı dış kabuğu biyokömürü uygulamalarının, toprağın bazı kimyasal özellikleri üzerine olan etkisini belirlemek amacıyla, Harran Ovası İkizce serisi toprağında180 günlük bir inkübasyon çalışması yürütmüşlerdir. Biyokömür materyali (%) 0-0,2-0,4-0,6-1,2 ve 2,4 oranında uygulanmış, inkübasyon çalışmasında 15, 60, 120 ve 180. günlerde örnekleme yapılmıştır. Çalışmada; artan doza bağlı incelenen parametre değerinde artış olduğu görülmüştür. Örnekleme zamanı bakımından ise organik madde dışındaki tüm sonuçlarda artan süreyle değerlerin artış gösterdiği belirlenmiştir. Genel olarak bakıldığında, biyokömür materyalinin çalışılan topraklarda, organik toprak düzenleyicisi olarak kullanılabilecek bir potansiyele sahip olduğu değerlendirilmiştir. Namlı vd. (2017) tarafından tavuk altlığı ve fındık kabuğu biyokömürü uygulamalarının, toprağın bazı kimyasal özellikleri ve buğday verim parametreleri üzerine olan etkilerini belirlemek amacıyla, Ankara İli Haymana ilçesinde bir yıl süreli tarla denemesi 13 kurulmuştur. Bu kapsamda, biyokömür materyalleri tek başlarına 150 ve 300 kg da-1 dozlarında ve kimyasal gübrelerle birlikte uygulanmıştır. Hasat sonrası alınan toprak örneklerinde yapılan analizlere göre, toprağa uygulanan biyokömürler, toprağın organik madde, azot, kireç, pH, EC, iz element ve ağır metal kapsamları üzerinde önemli etkide bulunmamış, ancak P, K, Ca ve Mg miktarlarını önemli derecede artırmıştır. Tavuk altlığı biyokömürünün fındıkkabuğu biyokömürüne oranla daha etkili olmuş, biyokömürlerin tek başlarına uygulanmasından ziyade DAP gübresiyle birlikte uygulanması durumunda verim, bitki boyu ve başaklarda tane sayısı üzerinde en fazla etkiye sahip olduğu belirlenmiştir. Toprağa uygulanan biyokömürler danenin P, K, Ca ve Mg kapsamına etki etmiş ve danede en yüksek element içerikleri ise biyokömürün kimyasal gübreyle birlikte uygulandığında elde edildiği bildirilmiştir. Pituello vd. (2015), beş farklı organik materyalin uygulanan piroliz sıcaklığına bağlı olarak özelliklerinde meydana gelen değişimleri ve topraklara uygulanabilme potansiyellerini incelemişlerdir. Çalışma kapsamında kanalizasyon arıtma çamuru, belediye organik atıkları, sığır gübresi, silaj çürütülmüş atıklar, kümes hayvanı çöpü ve bağ budama artıkları kullanılmıştır. Çalışmanın deneysel kısmında FT-IR, SEM, hiperspektral geliştirilmiş karanlık alan mikroskobu kullanılmıştır. Biyokömürün mikro boşluk yapısı, CO2 ve N2 adsorpsiyon kapasiteleri araştırılmıştır. Ayrıca spesifik yoğunlukta parametresi helyum piknometresi ile tesbit edilmiştir. Uygulanan sıcaklığa bağlı olarak kimyasal, yapısal ve morfolojik farklılıklar belirlenmiştir. Uygulanan sıcaklığa bağlı olarak özgül yoğunluk ve yüzey alanı değerlerinde artış göstermiştir. Araştırıcılar topraklara uygulanabilecek biyokömürün belirlenebilmesi için özel sıcaklık ve organik materyal kaynakları üzerinde çalışılması gerektiğini belirtmişlerdir. Moradi vd. (2019), bağ budama atıklarından elde edilen biyokömür ve zenginleştirilmiş olarak tanımlanan (kaya fosfat ve ahır gübresi) biyokömürün etkinliğini tuzlu toprak koşullarında belirlemeye çalışmıştır. Elde edilen sonuçlara göre; toprak pH’sı, EC değeri, organik C, toplam N, P, K, Ca, Mg, Na, Fe, Zn, Cu, solunum ve nitrifikasyon bakteri aktivitesi üzerine önemli etki yaptığını belirlemişlerdir. Ancak pH değerinde azalma yanında, P, Fe ve Zn miktarında artış gözlenmiştir. Her iki biyokömür uygulaması da toprak Na içeriğinde azalmalara neden olmuştur. Araştırıcılar bu etkiyi biyokömürün 14 yüksek Na absorpsiyon kapasitesi ile açıklamış ve tuzlu toprakların ıslahında biyokömürün kullanılabileceğini belirtmişlerdir. Nguyen vd. (2021), biyokömürün tuzlu koşullarda Na absorpsiyon ve EC değerini azaltma potansiyeli ile ilgili yaptıkları çalışmada farklı sıcaklık uygulayarak elde edilen biyokömürün piroliz sıcaklığı arttıkça Na adsorpsiyon kapasitesi ve EC değerini azaltma yönünde davranış gösterdiğini bildirmişleridir. Na adsorpsiyonundaki azalma K miktarı ile ters ilişkili olarak açıklanmıştır. Adsorpsiyon mekanizmasının ise fiziksel olarak gerçekleştiğini belirlemişlerdir. EC değeri azalırken K/N oranı artış göstermiştir Abdullaeva, (2014), alkali ve tuzlu toprakların ve yönetiminin, kurak ve yarı kurak bölgelerde olduğu gibi dünyanın diğer bölgelerinde de tarım arazilerinde önemli bir sorun olduğunu belirtmiş ve tuzlu ve alkali toprak verimliliğini korumak için, biyokömür gibi organik düzenleyicilerin etkilerinin belirlenmesi amacıyla bir çalışma yürütmüşlerdir. Elma ağacı budama atıklarından 450 0C’de 4 saat süre ile piroliz işlemi ile elde ettikleri biyokömürü artan düzeylerde uygulamışlardır. 8 ay süre sonunda toprakta meydana gelen değişimleri belirlemişlerdir. Elde edilen sonuçlara göre; artan biyokömür uygulama oranı ile toplam C içeriği ve OM içeriğinde önemli bir artış göstermiştir. C/N oranı 25 ve 30 g/kg uygulamalarında artmıştır. Bununla birlikte, su tutma kütle yoğunluğu ve KDK, çalışma süresi boyunca biyokömür uygulaması ile meydana gelen artışlar önemli bulunmamıştır. Elde edilen tüm sonuçlar, elma odunu biyokömürünün toprak C ve OM miktarını artırdığını, ancak toprak alkaliliğini de artırdığını ortaya koymuştur. Araştırıcı optimum biyokömür uygulama düzeyinin belirlenmesi gerektiğini ve alkali toprak koşullarında mineral ve organik gübre uygulamalarının birlikte yapıldığı çalışmalara gerek olduğunu belirtmiştir. Gunarathne vd. (2020), asidik koşullarda tuzdan etkilenen toprakların iyileştirilmesi amacıyla farklı organik uygulamalar ve kakao ağaç atığına farklı piroliz uygulaması sonucu elde edilen biyokömürün kullanım olanaklarını araştırmışlardır. İnkübasyon süreci sonunda toprak pH, EC, nitrat (NO3), (PO4), toplam organik C, katyon değişim kapasitesi (KDK), SAR, ESP ve mikrobiyal enzim aktivitesinde iyileşmeler belirlemişlerdir. Uygulama düzeyinde artış ve zamana bağlı olarak etkiler daha belirgin olmuştur. Sıcaklık olarak 500 ℃’de elde edilen biyokömürün %5 uygulama düzeyi optimum uygulama olarak belirtilmiştir. 15 Ullah vd. (2018), toprak tuzlanmasının ekilebilir tarım alanlarında toprak verimliliğine yönelik yaygın olarak ortaya çıkan büyük tehdit olduğunu ve dünyada 100’den fazla ülkede bu sorunun yaşandığını belirtmiştir. Küresel gıda güvenliği açısından bu toprakların geri kazanılmasına yönelik organik uygulamaların yapıldığını bildirmiştir. Araştırıcılar sürdürülebilir bir iyileştirme ve ıslah için coğrafi şartlar ve toprak özelliklerine uygulamaların yapılması gerektiğini ifade etmiş ve son yıllarda 300 ile 1000 ℃ arasında değişin piroliz işlemleri ile elde edilen biyokömürün toprak ıslahı amacı ile kullanıldığını belirtmişlerdir. Araştırıcılar biyokömür kullanımı ile toprakların fiziksel, kimyasal ve biyolojik özelliklerinin iyileştirildiğini belirtmiş (Şekil 2.2 ve Şekil 2.3) ve biyokömür uygulamalarında, uygulama düzeyi ve ekonomik analizin yapılması gerektiğini belirtmiştir. Zengin C kaynağı Şekil 2.2. Biyokömürün tuzdan etkilenmiş toprakların fiziksel ve biyolojik özellikleri üzerindeki etkileri için olası mekanizmalar 16 Şekil 2.3. Asidik biyokömürün toprakta bitki tarafından temin edilebilen besinler üzerindeki olumlu dolaylı etkilerinin şematik sunumu Tuzlu toprak koşullarında biyokömür uygulamalarının bitki gelişimi üzerine olumlu etkisi ile ilgili olarak; toprağın organik C içeriğinin artış gösterdiği, bitki besin elementi içeriğinin ve katyon değişim kapasitesinin arttığı, toprakta Na ile Ca’un değişim gösterdiği, toprak strüktürü gibi fiziksel özelliklerin iyileştiği, su tutma kapasitesi ve porozitenin geliştiği ve ayrıca toprak mikroorganizmaları için uygun ortam sağlanması şeklinde tuz stresi altındaki bitkilerin gelişimini teşvik ettiği Amini vd. (2016) ve Zheng vd. (2018) tarafından bildirilmiştir. Özellikle kurak koşullarda biyokömür uygulaması ile toprak su rejiminin düzenlenebileceği de Rezaei vd. (2018) tarafından belirtilmiştir. Yue vd. (2016), biyokömür uygulaması ile toprakta tuzluluğun yıkanmasını teşvik ettiği ve toprak tuzlanma sürecini uzattığı, ayrıca biyokömürün toprağa kazandırdığı organik C’nun diğer organik düzenleyicilere oranla toprak agregatlaşması üzerine etkisinin daha uzun süreli olduğu belirtilmiştir (Yeboah vd., 2009). Topraklara biyokömür uygulaması ile tuz stresi koşullarında bitki gelişiminde artış olduğu birçok çalışmada belirtilmiştir (Saifullah vd., 2018). Biyokömür uygulaması ile bitkide oksidatif stresin azalması, su kullanım etkinliğinin artış göstermesi, fitohormonların sentezi, stoma yoğunluğu ve iletkenliğinin artış göstermesi, mikroorganizma aktivitesinde artış, absisik asit (ABA) sentezinde artış, su varlığındaki iyileşmeye bağlı olarak tohum çimlenmesinde ve besin elementi yarayışlılığındaki artışlar ile açıklanmıştır (Duan vd., 2013). Ancak Thomas vd., (2013) biyokömür uygulamasının 17 verimde azalmaya neden olduğunu ve bunun biyokömürün spesifik özellikleri ile ilişkilendirilebileceğini belirtmiştir. İbrahim vd. (2020), farklı tuzluluk koşullarında (0,26, 5,8, ve 12,6 dS m-1) artan düzeylerde biyokömür uygulamasının (% (w/w) 0, 2,5, 5 ve 10.) sorgum bitkisi gelişim parametreleri üzerine etkini araştırmışlardır. 12,6 dS cm-1 tuzluluk düzeyinde %5 biyokömür uygulamasının bitki boyu, kök gelişimi, taze ağırlık, kuru madde miktarı, fotosentez oranı ve stoma iletkenliğinde artış sağlarken, katalazi peroksidaz, süperoksit düzmitaz enzim aktivitesinde azalmalar belirlenmiştir. Araştırıcılar tuzlu koşullarda düşük biyokömür uygulamalarının olumlu etkideolduğunu ancak yüksek biyokömür uygulamalarının ise olumsuz etkide bulunduğunu bildirmişlerdir. Jin vd. (2018), tuzlu ve sodik toprak koşullarında biyokömür uygulamasının pirinç bitkisinde gelişim parametreleri üzerine etkisi ile ilgili yaptıkları çalışma sonucunda; biyokömür uygulamasının pirinç bitkisi aksamlarında sodyum iyonu birikimini önemli ölçüde azalttığını, pirinç kuru ağırlığını, tane verimini ve pirinç kalitesini iyileştirdiğini açıkça göstermiştir. Sonuçlar, tuzlu-sodik çeltik toprağına biyokömür uygulamasının stresi azaltmak ve pirinç verimini ve kalite parametrelerini artırmak için yararları olduğunu belirtmişlerdir. Araştırıcılar biyokömürün yüksek adsorpsiyon kapasitesi nedeniyle Na adsorbsiyonu ve besinleri (özellikle K, Ca, Mg) toprak çözeltisine vermesi nedeniyle tuz stresi altındaki toprakta bitki sodyum alımını azaldığını belirtmişlerdir. Çimrin vd. (2010), organik madde ayrışmasından kaynaklanan ürünlerden biri olan hümik asitlerin (HA) toprak tuzluluğunun azaltılması üzerindeki etkisini belirledikleri çalışmada, kompostun, toprak verimliliğini artırabileceğini ve mahsulün besinlere erişimini artırabileceğini, bunun da tuz stresinin zararlı etkilerini azaltmanın yanı sıra iyi bitki büyümesine yol açabileceğini bildirmişlerdir. Ek olarak, Tejada ve Gonzalez, (2005) tuzlu topraklarda uygun miktarda OM varlığı, toprak kütle yoğunluğunu, toprak yapısal kararlılığını ve sonuç olarak toprak mikrobiyal biyokütlesini artırabileceğini bildirmişlerdir. Araştırılar tarafından hümik maddelerin yaklaşık %65 ile %70'i sadece fulvik ve hümik asitlerden oluştuğunu (Hatami vd., 2018), ayrıca, fulvik asit ile karşılaştırıldığında humik asitin daha koyu renk ve daha yüksek moleküler ağırlık ile karakterize edildiğini (Badr 18 vd., 2012; Zingaretti vd., 2018) ve daha yüksek karbon içeriği ve daha düşük oksijen içeriği ile karakterize edildiğini bildirmişlerdir (Zingaretti vd., 2018). Organik maddenin parçalanmasından elde edilen bu ürünlerin arasında, toprak tuzluluğunu azaltmada ve toprak verimliliğini artırmada özel bir potansiyel sergilediğini bildirmişlerdir (Al-Faiyz, 2017) Çeşitli çalışmalar, HA'nın tuzlu koşullar altında bitkiler için anti-stres maddesi olarak ve toprak özelliklerini iyileştirmek, bitki besin alımını desteklemek ve ardından verimliliği artırmak için önemli rol oynadığını ortaya koymuşlardır (Bacilio vd., 2016; Aşık vd., 2009; Javanshah ve Nasab, 2016; Kulikova vd., 2005; Mosa, 2012; Ouni vd., 2014; Xudan, 1986). Ancak Aydın vd. (2012) ve Liu ve Cooper (2002) bazı durumlarda bazı bitkiler için toprak tuzluluğunu azaltırken bile besin alımını azaltarak olumsuz etkileri olduğunu bildirilmiştir. Akhzari vd. (2016), solucan gübresi kompostunun ve tuzluluk stresinin yonca bitkisinin büyümesi ve fizyolojik özellikleri üzerindeki etkilerini araştırmak için yapmış oldukları çalışmada solucan kompostunun tuzluluk stresi koşullarında biyolojik gübre olarak kullanımı araştırmayı amaçlamışlardır. Çalışma kapsamında, (0, 50 ve 100 mM sodyum klorür (NaCl) üç seviyeden oluşan tuzluluk koşullarında %0, 10, 20 ve 30 oranlarında solucan gübresi uygulamışlardır. Sonuç olarak toprak tuzluluğunun bitki dokularında K içeriğinde önemli bir azalmaya yol açtığını bildirmişlerdir. Dünya çapındaki arazinin %6'sından fazlası, yani 800 milyon hektardan (Mha) fazla alan ya tuzluluktan ya da sodiklikten etkilenmiş durumdadır. Toprak tuzluluğunun ve sodikliğinin çoğu doğal olsa da, son yıllarda ekili tarım arazilerinin önemli bir kısmı arazi temizleme ve sulama nedeniyle tuzlu ve/veya sodalı hale geldi (Munns, 2003). Ayrıca, iklim değişiklikleri sorunu daha da vurgulayabilir. Aslında, küresel ısınma sıcaklık artışlarına ve yağış dalgalanmalarına yol açarak buharlaşma-terleme talebinde bunun sonucunda artışlar ve tuz sızıntısının azalmasıyla kök bölgesinde tuz birikimini teşvik ediyor (Kang vd., 2009). Aşırı tuz miktarları, özellikle Na’un toprağın fiziksel ve kimyasal özellikleri, mikrobiyolojik süreçleri ve dolayısıyla mahsulün büyümesi ve verimi üzerinde olumsuz etkilere sahip olduğunu Parvaiz ve Satyawati, (2008) bildirmişlerdir. Toprak organik maddesi, özellikle yarı kurak ve kurak bölgelerde toprak verimliliğini, mahsul üretimini 19 ve kirlenme, bozulma, erozyon ve çölleşmeden arazi korumasını etkileyen önemli bir faktör olarak kabul edildiğinden dolayı (Senesi vd., 2007; Ara ujo vd., 2008) organik gübrelerin ve katkı maddelerinin toprağa uygulanması (gübre, gıda endüstrisinden elde edilen yan ürünler, kompost vb.) ve mahsul kalıntısı yönetimi, tuzlu ve/veya sodalı toprakları geri kazanmak ve sürdürülebilir bir tarımsal ekosistem geliştirmek için olası çözümler olabileceği ve farklı organik maddelerin toprağa dahil edilmesi, toprak organik maddesinin korunmasında büyük öneme sahip olabileceği aynı zamanda karbon tutulmasında ve artan küresel ısınmanın önlenmesinde etkili bir role sahip olabileceği Mahmoodabadi ve Heydarpour, (2014) tarafından bildirilmiştir. Genellikle iyi bir yapı ve yüksek geçirgenlik ile karakterize edilen tuzlu toprakların ıslahı, görünüşe göre fazla tuzların yıkanmasına dayanan basit bir süreç gibi görünse de organik katkı maddelerinin uygulanması, tüm olumlu/negatif sonuçlarla birlikte katyon KDK ve iyon adsorpsiyonunun artmasına yardımcı olabilmektedir. Bu nedenle toprak çözeltisindeki çözünür tuz konsantrasyonunu azaltabilir. Aslında organik madde, toprak parçacıklarının net yüzey yükünün işaretini ve büyüklüğünü belirleyen ve toprak tuzlarının tutulmasını artıran, genellikle topraktaki KDK'ya en önemli katkıda bulunanlardan biri olarak kabul edilebileceğini Oorts vd., (2003) bildirmişlerdir. 2.3. Biyokömür ve Farklı Organik Materyal Uygulanan Kireçli Topraklar ile İlgili Yapılan Çalışmalar You vd. (2019), atıksu arıtma çamurundan elde edilen biyokömürün tınlı kum tekstüre sahip bir toprağın özellikleri ve bitki gelişimi üzerine etkisini belirlemek amacıyla yürüttükleri çalışmada arıtma çamurundan kaynaklana çevre kirliliğinin engellenmesini amaçlamışlardır. Çalışmada 20, 40, 60 t ha-1 düzeylerinde uygulama yapmışlar ve yerfıstığı yetiştirmişlerdir. Çalışmada elde edilen sonuçlara göre; uygulamalara bağlı olarak toplam organik C, toplam N, alınabilir K, C/N oranı artmış, özgül ağırlık, ve pH değeri ve çözünebilir organik C azalmıştır. Uygulamalara bağlı olarak toplam mikrobiyal biyokütle ve gram pozitif bakteri sayısı artmış, mantar ve aktinomiset sayısı azalmıştır. En yüksek verim 40 ton uygulamasında belirlenmiştir. Araştırıcılar atıksu arıtma çamurunun toprak özellikleri üzerine olumlu etki yaptığını ancak yüksek uygulama düzeylerinin mikrobiyal çeşitlilik üzerine olumsuz etki yaptığını belirtmişlerdir. 20 Liao vd. (2021), alkali pH’ya sahip kireçli bir toprakta biyokömür uygulamasının toprak özellikleri ve domates bitkisi gelişimi üzerine etkisini belirlemişlerdir. Biyokömür uygulaması ile toprak pH değeri ve organik C içeriği artış göstermiştir. NO3, NH4 ve alınabilir P içeriğindeki değişim düşük düzeylerde olmuştur. Bitki gelişimindeki değişimde aynı şekilde belirlenmiştir. Çalışmada domates bitkisi rizosfer bölgesindeki bakteri değişimi önemli bulunmamıştır. Arif vd. (2016), toprak kalitesinin bozulması ve gelecek nesiller için gıda güvenliğini sağlamak üzere bu durumu tersine çevirmek için sürdürülebilir stratejilerin gerekli olduğunu ve bunun için kimyasal gübreler ile organik uygulamaların birlikte yapılması gerektiğini ancak bu durumda da toprak organik C durumunun kısa sürede azaldığını bildirmişlerdir. Toprak organik C düzeyinin uzun süreli korunabilmesi için biyokömür uygulamalarının önemli bir alternatif olacağını ifade etmişlerdir. 2 yıl süre ile yürüttükleri çalışmada 25 ve 50 t ha-1 biyokömür uygulamaları arasındaki farkın benzer olduğunu ve verimi önemli düzeyde arttırdığını bildirmişlerdir. Toprak kalitesi açısından, biyokömür ilavesi topraktaki organik karbon, inorganik N, P ve bazik katyon düzeylerini artırmış ve bu kireçli toprakta pH ve tuzluluk üzerinde zararlı bir etkisi olmadığı belirtilmiştir. Ippolito vd. (2016), farklı organik materyallerden hızlı piroliz ile elde ettikleri biyokömürleri artan düzeylerde (%1, 2, 10) toprağa uygulamışlardır. 12 ay süre ile yürüttükleri inkübasyon çalışması süresince; artan biyokömürün uygulama oranı ile toprak su yarayışlılığı, organik C, alınabilir Fe ve Mn miktarı artış göstermiştir. Zn ve Cu miktarları ilk dönemlerde azalış inkübasyonun son döneminde ise artışlar belirlenmiştir. Zamana bağlı olarak mineralizasyon ile NO3 miktarı artış gösterirken en yüksek uygulama düzeyinde daha düşük miktarlar belirlenmiştir. Sadece %10 düzeyindeki uygulamalar toprak mikrobiyal topluluk yapısı üzerine etkili olmuştur. El-Naggar vd. (2015), kireçli toprak koşullarında farklı organik materyaller ile birlikte biyokömür uygulamalarının 90 gün inkübasyon çalışması ile toprak özelliklerinde meydana gelen değişimleri incelemişlerdir. Biyokömürün yalnız uygulaması yerine organik materyal ile birlikte uygulanmasının toprak besin elementi miktarı üzerine daha etkili olduğunu belirtmişlerdir. İnkübasyon zamanına bağlı olarak alınabilir Cu ve Mn miktarı azalış göstermiştir. 21 Wang vd. (2019), farklı sıcaklık (400-800 ℃) ile elde edilen biyokömürün %1 ve %2 düzeylerinde mineral gübre kombinasyonu ile toprağa uygulanmış ve inkübasyon çalışması yürütülmüştür. Çalışmada sıcaklık uygulamasının biyokömür özelliklerini ve etki derecesini değiştirdiğini belirtmişlerdir. Sıcaklık artışı ile karbondioksit (CO2) emisyonu azalmıştır. Zamana bağlı olarak NH4 miktarı azalış NO3 miktarı artış göstermiştir. Safian vd. (2020), kireçli toprakta P yarayışlılığı ve P fraksiyonlarındaki değişimi inkübasyon denemesi ile belirlemişlerdir. Şeker kamışından elde ettikleri biyokömürü 120 günlük çalışmada kullanmışlardır. Biyokömür uygulaması toprağın alınabilir P içeriğini önemli düzeyde artırmıştır. Araştırıcılar şeker kamışından 400 C0’de elde olunan biyokömürün kullanılabileceğini belirtmiştir. Araştırıcılar çalışmada inkübasyon zamanına bağlı olarak pH değerinin düştüğünü de ifade etmişlerdir. Riaz vd. (2018), şeker kamışından elde edilen biyokömürü, ahır gübresi ve kimyasal NPK ile karşılaştırmışlardır. Toprak özelliklerinde meydana gelen değişim ve bitki gelişim parametrelerini incelemişlerdir. Çalışmada ahır gübresi ve biyokömürü 10 t ha-1 ve NPK uygulamasını (NPK; 12:10:8 kg da-1) şeklinde değerlendirmişlerdir. Elde edilen sonuçlara göre; şeker kamışı atığı biyokömürünün daha yüksek EC değeri ve önemli miktarda azot (N), fosfor (P), potasyum (K), kükürt (S) ve magnezyum (Mg) içerdiği ifade edilmiştir. Araştırıcılar genel olarak, şeker kamışı atığı biyokömürünün kireçli toprak koşullarında geleneksel organik ve inorganik uygulamalara iyi bir alternatif olduğu kanıtlanmıştır. Karimi vd. (2020), kireçli toprakların düşük besin elementi yarayışlılığı, düşük organik madde ve biyolojik aktivite özelliklerini iyileştirme amacıyla mısır atığından farklı sıcaklık uygulamaları ile elde edilen biyokömürün kullanım etkinliğini araştırmışlardır. 200, 350 ve 500 0C’de elde edilen biyokömürü %1 ve %2 düzeylerinde toprağa uygulamışlardır. Biyokömür uygulaması toprağın organik C, EC, KDK, toplam N, alınabilir P, K ve Mn içeriğini arttırmıştır. Düşük piroliz sıcaklığı uygulanan biyokömür inorganik azot formları, alınabilir Fe, Zn ve Cu içeriğinde artış sağlamıştır. Yüksek piroliz sıcaklığı uygulanan biyokömür ise alınabilir Fe, Zn ve Cu miktarında azalmaya neden olmuştur. Araştırıcılar düşük piroliz sıcaklığını kireçli topraklarda biyokömür uygulaması için önermişlerdir. Araştırıcı yapmış olduğu diğer çalışmalarda farklı piroliz uygulamalarının biyokömür özelliklerinde meydana getirdiği değişimler, kireçli 22 topraklara uygulanması, besin elementi ve ağır metal yarayışlılığı üzerine çalışmalar yapmıştır (Karimi vd., 2019; Karimi vd., 2020) Rasuli vd. (2022), biyokömürün çevre dostu bir materyal olduğunu ve toprak özellikleri üzerine etkisinin biyokömür özelliklerine bağlı olarak değiştiğini belirtmiştir. Buğday ve mısır atıklarına farklı piroliz sıcaklıkları (250-450-650 ℃) uygulayarak %2 düzeyinde toprağa uygulamışlar ve 90 günlük inkübasyon çalışması yürütmüşlerdir. Araştırmacılar, biyokömür uygulamalarına bağlı olarak toprakların KDK ve EC değerleri ile alınabilir K, P, Fe, Zn, Cu ve Mn miktarı artış gösterdiğini bildirmişlerdir. Yüksek piroliz sıcaklığı uygulamasının etkinliği daha belirgin olmuştur. Buğday atığından elde edilen biyokömürün toprak K içeriği üzerine etkinliği daha fazla olmuştur. Araştırıcılar buğday atığından yüksek sıcaklık piroliz uygulaması ile elde edilen biyokömürün K noksanlığı gösteren topraklara uygulanabileceğini belirtmişlerdir. El-Naggar vd. (2019), toprak özelliklerinin iyileştirilmesi amacıyla biyokömür uygulamalarının önemini belirtmişlerdir. Araştırıcılar biyokömürün topraklara uygulanması noktasında materyalin seçiminin uygulanacak piroliz sıcaklığının, biyokömüre uygulanan işlemlerin ve toprak özelliklerinin önemli olduğunu belirtmişlerdir. Biyokömür ve yüzey özelliklerinin geliştirilmesi noktasında kabul gören yaklaşımlarla ilgili bilgiler vermişlerdir (Rajapaksha vd., 2016; Godlewska vd., 2017; Wang vd., 2017) Farklı modifikasyon yöntemleriyle biyokömür yüzey özelliklerinde iyileştirdiğini Şekil 2.4 ve Çizelege 2.2’de açıklamışlardır. 23 Şekil 2. 4. Farklı modifikasyon yöntemleriyle biyokömür yüzey özelliklerinde iyileştirme (Rajapaksha vd. 2016; Godlewska vd. 2017; Wang vd. 2017). Çizelge 2.2. Piroliz sıcaklığının biyokömür özellikleri ve fonksiyonları üzerindeki etkileri Piroliz Sıcaklığı Özellikler Düşük Yüksek Yüzey alanı Az Fazla Aromatik gruplar Az Fazla pH Fazla Az Besin elementi yarayışlılığı Fazla Az Alifatik gruplar Fazla Az Hidrofobiklik Az Fazla OM adsorbsiyonu Az Fazla Fonksiyonel gruplar/iyon değişimi Fazla Az C tutunumu Az Fazla Bu vd. (2020), kireçli toprak koşullarında pirinç kavuzu ve talaştan elde edilen biyokömürü %1, 2 ve 5 oranlarında kullanarak bitki (Robinia pseudoacacia L) çimlenme ve gelişimi üzerine etkisini belirlemişlerdir. Çalışmada %1 ve %2 düzeyinde biyokömür uygulamaları çimlenme ve bitki gelişimini (kök ve gövde) önemli düzeyde etkilediğini bildirmişlerdir. Araştırıcılar bu sonucun biyokömür uygulaması ile toprak su tutma kapasitesi, artan kapilarite ve bitki besin maddesindeki (P ve K vb.) artışlarla ilgili olduğunu bildirmişlerdir. 24 Manolikaki ve Diamadopoulos, (2020), bira fabrikası yan ürünü tahıl ve fazla mayadan üretilen biyokömürün kireçli tın bünyeli bir toprakta mısır bitkisi gelişimi ve toprak özellikleri üzerine etkilerini belirlemişlerdir. Elde olunan sonuçlara göre; organik bira fabrikası yan ürünlerinden elde edilen biyokömürün bitki kuru ağırlığını önemli ölçüde artırdığını, inorganik N gübresi olmadan kontrole göre bitkinin toprak üstü aksamını %59-186, kök aksamını ise kontrole göre %83-92 ve %46-106 oranında önemli ölçüde artmıştır. Biyokömürün %5 düzeyinde uygulanması bitki azot, fosfor ve potasyum içeriğini önemli düzeyde arttırmıştır. Bu etki özellikle maya atığından elde edilen biyokömürde daha belirgin olduğunu belirtmişler ve bira fabrikası atıklarından elde olunan biyokömürün sürdürülebilir tarım için kullanılabilecek bir materyal olduğunu belirtmişlerdir. Nahidan ve Ghasemzadeh, (2022), ham ve biyokömür elde edilmiş ahır gübresinin toprak solucan aktivitesi ve P formları ve yarayışlılığı üzerine etkisine ilişkin çalışma yürütmüşlerdir. Kireçli toprak koşullarında yapılan çalışmada organik P, inorganik P, alkali fosfotas aktivitesi ve P çözen bakteri etkinliğini değerlendirmişlerdir. Çalışmada % 0, 1, 2 ve 5 düzeyinde uygulama yapılmış ve 90 günlük inkübasyon çalışması yürütülmüştür. Biyokömürün etkisi NaHCO3-Pi ve NaOH-Pi fraksiyonlarını ham ahır gübresine oranla daha fazla arttırmıştır. Ancak solucan varlığı ile ilgili olarak olumsuz sonuçlar el edildiğini bunun ise diğer toprak özellikleri ile ilgili olabileceğini belirtmişlerdir. Abrishamkesh vd. (2015), pirinç kavuzundan elde edilen iki biyokömürün mercimek bitkisi gelişimi ve toprak özellikleri üzerine etkisini belirlemek için artan düzeylerde uygulama yaparak (%0,4, 0.8, 1.6, 2.4 ve 3.3) çalışma yürütmüşlerdir. Çalışmada elde edilen sonuçlara göre artan düzeylerde biyokömür uygulaması ile toprağın organik C, EC değeri, alınabilir P ve K içeriği artış göstermiş hacim ağırlığı ise azalmıştır. Mercimek bitkisinin kuru ağırlığı artan düzeylere bağlı olarak artış göstermiştir. Liang vd. (2014), tarla koşullarında biyokömür, organik uygulama ve inorganik gübre uygulama kombinasyonlarının bitki gelişimi ve toprak özellikleri üzerine etkilerini belirlemek için çalışma yürütmüşlerdir. Özellikle buğday ve yazlık mısır bitkilerinin gelişimi ilk 4 yıl daha belirgin olmuştur. Çalışmanın 2. ve 3. yıl sonunda pH değeri 0,35 birim artış göstermiştir. Bu süreçte toprak su tutma kapasitesi artış göstermiştir. Deneme 25 sonuçlarına göre alkalide çözünebilir N miktarı azalmış, alınabilir P miktarındaki değişim belirgin olmamıştır. Najafi-Ghiri vd., (2019), koyun gübresi ve koyun gübresinden elde edilen solucan gübresi ve biyokömürün 5 farklı arpa çeşidinde gelişim ve toprak özellikleri üzerine etkilerini belirlemek amacıyla çalışma yürütmüşlerdir. Biyokömür ve uygulamalar kontrole göre verimi arttırmıştır. Araştırmacılar biyokömür uygulamasının toprak pH ve tuzluluk değerini arttırdığını, tüm organik uygulamaların toprağın KDK değerinde artış sağladığını, göreceli olarak alınabilir P ve K miktarının biyokömür uygulamalarında, toplam N içeriğini ise koyun gübresi uygulamasında elde edildiğini belirtmişlerdir. Biyokömür uygulamaları alınabilir mikro element içerikleri üzerine önemli düzeyde etki etmemiştir. Ancak solucan gübresi ve koyun gübresi uygulamalarında alınabilir Fe ve Zn içeriğinde artışlar belirlendiğini bildirmişlerdir. Boostani vd. (2020), koyun gübresi ve koyun gübresinden elde edilen solucan gübresi ve 300 ile 500 ℃’de piroliz uygulaması ile elde olunan biyokömürü %5 düzeyinde kumlu ve kireçli toprağa uygulamışlardır. Organik uygulamalar alınabilir K, P ve Zn içeriğini arttırmış Cu içeriği ise azalmıştır. Koyun gübresinde 300C0’de elde edilen biyokömür bitki gelişimi ve alınabilir P ve K açısından en iyi sonucu verirken alınabilir Zn içeriğinin solucan gübresi ve koyun gübresinde elde edildiğini belirtmişlerdir. Araştırıcılar düşük sıcaklıkta elde olunan biyokömüre ham materyal ilavesi ile uygulamaların yapılması gerektiğini önermişlerdir. Najafi-Ghiri vd. (2022), buğday atığından elde olunan biyokömürün (300 C0-4 saat) kireçli bir toprakta farklı su stresi koşullarında aspir yetiştiriciliğinde kullanım olanaklarını araştırmışlardır. Biyokömür uygulaması toprak EC değerini, alnabilir P, K, Fe, Mn miktarını arttırmıştır. Araştırıcılar su stresi koşullarında bitki kuru ağırlığındaki azalma oranlarının %1,5 ve %3 biyokömür uygulamalarında azalış gösterdiğini belirtmişlerdir. Manirakiza ve Şeker, (2020,) iğde ağacı budama artıklarından elde edilen kompost ve biyokömürün bitki gelişimi ve toprak özellikleri üzerine etkilerini belirlemek amacıyla materyalleri %1, 2 ve 4 düzeylerinde topraklara uygulamışlardır. Kompost uygulaması toprağın pH, EC değeri, değişebilir katyonlar, alınabilir P, amonyum-azotu (NH4-N), 26 nitrat azotu (NO3-N), toplam N, organik madde kapsamını ve bitki gelişimi parametrelerini biyokömür uygulamasına göre daha fazla etkilemiştir. Araştırıcılar kireçli toprak koşullarında kompost ve biyokömürün etkinliklerinin tarla koşullarında da denenmesi gerektiğini önermişlerdir. Âmin, (2018), özellikle kumlu ve kireçli toprakların organik madde eksikliği ve sahip olduğu özelliklerden dolayı bitkilerin P ile beslenmesinde sorunlar olduğunu ve bu konu ile ilgili olarak biyokömürün ahır gübresi ve tavuk gübresi ile birlikte uygulanmasının toprak özellikleri ve bitki gelişimi üzerine etkisini araştırmıştır. Saksı koşullarında yapılan çalışmada; biyokömürün belirli oranlarda organik gübre ile karıştırılarak uygulanması toprak organik maddesi, su tutma kapasitesi içeriğini arttırmıştır. Yapılan uygulamalar bitki gelişimi ve bitkinin fosfor kullanım etkinliğini arttırmıştır. Araştırıcı biyokömürün tek başına veya organik gübreler ile karıştırılarak kullanılabileceğini belirtmiştir. Khadem vd., (2021), biyokömürün farklı tekstüre sahip iki kireçli toprak özellikleri üzerine etkisini belirlemek amacıyla bir çalışma yürütmüştür. Çalışmada 2 saat süreyle mısır atığı ve farklı piroliz sıcaklıkları kullanarak (200-400-600 0C) elde ettikleri biyokömürleri iki düzey (5-10 g kg-1) uygulamışlardır. Uygulanan piroliz sıcaklıklarına bağlı olarak elde edilen biyokömürün özellikleri değişmiştir. Özellikler Çizelge 2.3’de verilmiştir. Araştırıcılar biyokömürün toprak pH ve EC değerini, alınabilir P ve K, toplam N, organik C miktarlarında artış sağladığını, artan piroliz sıcaklığı ile toprağın C miktarında da artış sağlamıştır. Bu etki hafifi bünyeli toprakta daha belirgin olmuştur. Araştırıcılar biyokömür uygulaması ve toprak özellikleri üzerine etki açısından piroliz sıcaklığı ve toprak bünyesinin de dikkate alınması gerektiğini belirtmişlerdir. 27 Çizelge 2.3. Biyokömürlerin özellikleri (Khadem vd., 2021). Değişkenler Birim Biyokömür uygulamaları Ham 200 oC 400 oC 600 oC materyal 2 saat 2 saat 2 saat pH - 5,67 6,25 10,7 11,2 EC dS m-1 3,68 3,67 3,38 4,75 Biyokömür geri kazanım - - 80,0 48,0 30,0 Kül % 8,00 14,0 26,0 39,0 Spesifik yüzey alanı m2g-1 5,62 12,4 35,7 88,4 C % 40,8 48,7 56,4 63,0 O % 29,7 24,9 11,1 4,83 N % 1,07 1,61 2,55 1,61 H % 6,65 6,06 3,87 1,76 C/N - 38,1 30,3 22,1 39,1 O/C - 0,73 0,51 0,197 0,077 H/C - 0,163 0,124 0,069 0,027 H/O - 0,22 0,24 0,35 0,36 (O+N)/C - 0,75 0,54 0,21 0,10 KDK cmol(+)kg-1 21,2 18,6 14,3 11,7 Uçucu madde % 81,0 68,0 34,0 24,0 Sabit C % 11,0 18,0 40,0 37,0 C-sabit faktör - 1,00 1,20 1,38 1,54 K mg kg-1 4200 6200 12000 15700 P mg kg-1 1900 3600 5200 10500 Ca mg kg-1 700 1400 5000 5500 Mg mg kg-1 2500 4000 7000 7700 Fe mg kg-1 105 210 225 370 Zn mg kg-1 5,30 20,1 45,5 45,2 Cu mg kg-1 5,60 10,8 10,5 15,3 Mn mg kg-1 20,5 40,1 70,5 75,7 Zahedifar (2020), üç farklı toprakta (tarım, mera ve orman), biyokömürü topraktaki Fe frkasiyonları miktarı üzerine etkisini belirlemek amacıyla yürüttüğü çalışmada farklı düzeylerde (%1,5 ve 3) buğday samanından elde dilen biyokömür kullanmıştır. Araştırıcı biyokömür uygulaması ile tarım toprağında organik maddeye bağlı Fe miktarı en yüksek düzeyde olmuş ancak %3 düzeyinde azalmıştır. Biyokömürü %3 düzeyinde uygulaması rezidual Fe miktarını arttırmıştır. Araştırıcılar çevre kirliliğini azaltılması amacıyla biyokömür gibi organik materyallerin kullanılabileceğini belirtmişlerdir. İnal vd. (2015), tavuk gübresi uygulamalarının çevresel açıdan riskler oluşturulduğunu ancak tavuk gübresinden elde edilen biyokömürün kireçli toprak koşullarında toprak özellikleri ve bitki gelişimi üzerine etkinliğini (fasulye ve mısır) belirlemek amacıyla çalışma yürütmüşlerdir. Artan düzeylerde toprağa uygulanan tavuk gübresi ve biyokömürün toprak pH değerini ve alınabilir Fe miktarını düşürdüğünü ancak P, Zn, Cu ve Mn miktarında artış sağladığını bildirmişlerdir. Uygulamalar mısır ve fasulye bitkisinin gelişimi üzerine olumlu etkide bulunmuş ve genel olarak Ca ve Mg haricinde 28 besin elementi içeriğini arttırmıştır. Araştırıcılar tavuk gübresinden elde edilen biyokömürün tarımsal amaçlı olarak etkin bir şekilde kullanılabileceğini belirtmişlerdir. Mehrizi vd. (2015), hümik maddelerin toprakta P ekstrakte edilebilirliğini ve bulunabilirliğini artırabileceğini bildirmişlerdir. Ayrıca HA, FA, vermikompost ve bunların karışımlarının toprağa uygulanmasının P mevcudiyeti üzerinde farklı etkilere sahip olduğunu çalışmaları sonucunda ortaya koymuşlardır. Toprakta salınan P'daki azalma, P'un gözenekli katılara nüfuz etmesi ve adsorpsiyonuna (Jalali ve Ranjbar, 2010) ve inkübasyon sırasında Ca-P minerallerinin çökelmesine bağlanabilir. Short vd., (2007) yaptıkları çalışmada, Avustralya topraklarına monokalsiyum fosfat olarak uygulanan P'un çoğunun 4 hafta sonra hızla çözünmeyen formlara dönüştüğünü ve eklenen P'un yalnızca %10'unun bitki için kullanılabilir kaldığını (%90 sabit) bildirmiştir. Kalsiyum karbonatın topraklarda P için çok güçlü bir kompleks oluşturucu olduğunu bildirmişlerdir. Uz vd. (2016), yüksek kireç içeriğine sahip alkali bir toprağın kimyasal ve biyolojik özelliklerine vermikompostun etkisini araştırmak amacı ile yürüttükleri çalışmada, vermikompostun çiftlik gübresine kıyasla organik madde, N, P ve Ca’u artırmada daha etkili olduğunu ortaya koymuşlar ve genel olarak vermikompostun tarla koşullarında kireç içeriği yüksek alkali toprağın kimyasal ve biyolojik özelliklerini çiftlik gübresine kıyasla önemli ölçüde değiştirdiğini ve geleneksel organik gübrelere alternatif olarak kullanılma potansiyelinin yüksek olduğunu bildirmişlerdir. Najiafi-Ghiri vd. (2019), koyun gübresi, üretilen solucan gübresi ve biyokömür’ün arpa hasatından sonra kireçli toprağın özelliklerine etkisine ilişkin yürütmüş oldukları çalışmada, beş çeşit arpa (Behrokh, Khatam, Reyhaneh03, Fajr) ekilen kireçli bir toprağın özellikleri üzerindeki koyun gübresi ve ondan elde edilen solucan gübresi ve biyokömürün (400°C'de 4 saat pirolize edilmiş) etkilerini karşılaştırmışlardır. Biyokömür uygulamasının arpa verimini artırdığını, gübre ve vermikompostun ise herhangi bir etkisinin olmadığını bildirmişlerdir. Ayrıca organik materyal uygulamasının arpa hasadından sonra toprak özellikleri üzerinde de önemli etkileri olduğunu, işlenmiş toprakların EC, KDK ve OM içeriğini arttırırken, sadece biyokömürün toprak pH'ını arttırdığını belirtmişlerdir. N, P ve K miktarları tüm organik materyallerin uygulanmasıyla artarken, mikro besinlerin mevcudiyeti yalnızca gübre ve vermikompost uygulamasıyla iyileştiğini, bu nedenle, gübrenin biyokömüre dönüştürülmesi ve kireçli 29 topraklara uygulanması, arpa veriminin ve topraktaki makro besin elementlerinin miktarlarının iyileştirilmesi için etkili bir stratejiyi temsil ettiğini bildirmişlerdir. Turab-Raza vd. (2021), organik katkı maddelerinin (kompost, vermikompost, biyokömür, organik gübre ve kolza tohumu küspesi) mısırın mahsul büyümesi ve kireçli toprakta besin elementi alımı üzerindeki etkilerini tahmin etmek için kompost (CM), inek gübresi vermikompostu (CMV) içeren on bir uygulamayı içeren çalışma yürütmüşlerdir. Domuz gübresi vermikompostu (PMV), biyokömür solucan gübresi (BCV), biyokömür (BC), konvansiyonel sentetik gübreler (NPK), NPK'ya ek olarak CMV (CMV + NPK) ve NPK'ye ek olarak PMV (PMV + NPK), organik gübre (OM), kolza küspesi (RC) ve gübrelemesiz kontrol (CK) uygulamalarını gerçekleştirmişler. Çalışmanın sonucunda azot ve karbon içeriklerinin arasında önemli farklılıklar gösterdiğini tespit etmişlerdir. Vermikompost, RC hariç inorganik gübrelere kıyasla önemli ölçüde daha yüksek biyokütlenin varlığını göstermiştir. Tüm vermikompost uygulamaları NPK ve CK uygulamaları ile karşılaştırıldığında daha iyi besin elementi alınımı olduğunu ortaya koymuşlardır. Geleneksel kompost, vermikompost ve ilave etkili mikroorganizmalar (EM) ile kompost haline getirilmiş malzemenin bakla verimi ve ilgili özellikler üzerindeki etkisini değerlendirmek için Woldu-Bezabeh vd., (2021) yürütmüş oldukları çalışmada, 18, 27 ve 36 kg ha-1 N seviyelerinde 3 farklı dozlarda kompost uygulamış ve her üç kompost uygulamasında, mineral gübreye kıyasla önemli ölçüde daha yüksek tahıl ve biyokütle verimini elde etmişlerdir. Ayrıca EM kompost ve vermikompost uygulaması verim ve verim parametrelerini, besin alımını, nodül sayısını ve artık azotu aynı azot oranında mineral gübre ve geleneksel komposttan daha fazla arttığını bildirmişlerdir. Bununla birlikte, kompost uygulamasının marjinal geri dönüş oranı, EM kompostun, kireçli topraklarda bakla üretiminde kullanım için vermikomposttan ekonomik olarak daha uygun olduğunu belirtmişlerdir. 30 3. MATERYAL ve YÖNTEM 3.1. Materyal Çalışmada iki farklı biyokömür kullanılmıştır. Kullanılan biyokömürün birincisi; atık ürünlerin bertarafı konusunda faaliyet gösteren ve kentsel atıklardan biyokömür elde eden SYNPET Teknolojiler firmasından sağlanmıştır (BA). İkinci biyokömür ise tarımsal üretim yapan fabrika atıklarından (pancar tohumu üretim atığı) laboratuvar şartlarında üretilmiş ve çalışmada kullanılmıştır (BB). Piroliz uygulaması olarak; atıklar kül fırınında havasız koşullar sağlanarak sıcaklık dakikada bir 15- 20 oC artırılarak 350 oC’de bir saat süre tutularak gerçekleştirilmiştir. Çalışma kapsamında sağlanan biyokömürlerin bazı fiziksel ve kimyasal özellikleri belirlenmiştir. Biyokömür örneklerinde yapılan analizler Çizelge 3.1’de verilmiştir. Çalışmada tuzlu ve kireçli toprak koşullarında, biyokömür uygulamaları ile karşılaştırmak amacıyla katı solucan gübresi (vermikompost) (VKK) ve sıvı solucan gübresi (VKS) ile hümik asit kaynağı olarak leonardit (HA) kullanılmıştır. Katı ve sıvı solucan gübreleri özel bir firmadan (Ekosol Tarım ve Hayvancılık A.Ş) temin edilmiştir. Organik materyaller (solucan gübreleri ve leonardit) materyallerin analizleri, biyokömür analizlerinde kullanılan yöntemlerle yapılmış ve analiz sonuçları Çizelge 3.2’de verilmiştir. Reaksiyon (pH): Biyokömür örneklerinin pH değerleri saf su ile 1:10 oranında sulandırılmış ortamda WTW 3110 model pH metre ile belirlenmiştir (Nilsson vd., 2005). Elektriksel iletkenlik (EC): Biyokömür örneklerinin elektriksel iletkenlik değeri 1:10 oranında sulandırılmış ortamda WTW LF 92 model kondaktivitimetre ile ölçülerek belirlenmiştir (Singh vd., 2017). Katyon değişim kapasitesi: 1 mol NH4OAc ve 1 mol KCI ile ekstraksiyon yöntemine göre belirlenmiştir (Munera-Echeverri vd., 2018). Toplam azot (N): Biyokömür örneğinin toplam azot içeriği Kjeldahl yöntemiyle belirlenmiştir. Buchi K-437 yakma blokunda yakılan örnekler Buchi K-350 model buharlı damıtma cihazında damıtılmıştır (Bremmer, 1965). 31 Toplam P, K, Ca, Na: Biyokömür örnekleri Berghof MWS2 mikrodalga yakma ünitesinde HNO3+HCI ile yaş yakma sonucu elde olunan çözeltide Perkin Elmer Optima 2100 DV model ICP OES ile belirlenmiştir (Isaac ve Johnson, 1998). Toplam mikroelementler (Fe, Mn, Cu ve Zn): Biyokömür örnekleri Berghof MWS2 mikrodalga yakma ünitesinde HNO3+HCI ile yaş yakma sonucu elde olunan çözeltide Perkin Elmer Optima 2100 DV model ICP OES ile belirlenmiştir (Isaac ve Johnson, 1998). Çizelge 3.1. Denemede kullanılan biyokömürlerin kimi fiziksel ve kimyasal özellikleri Özellikler BA BB pH 5,23 7,41 EC (µS cm-1) 742 2100 Toplam N (%) 1,55 2,30 Toplam P (%) 2,37 0,52 Toplam K (%) 0,89 9,86 Toplam Ca (%) 7,93 0,65 Toplam Mg (%) 0,61 1,08 Toplam Na (%) 0,07 0,03 Toplam Fe (mg kg-1) 26645 289 Toplam Cu (mg kg-1) 698 54,0 Toplam Zn (mg kg-1) 1494 58,0 Toplam Mn (mg kg-1) 405 167 Çizelge 3.2. Çalışmada kullanılan diğer organik kaynakların özellikleri Özellikler Katı Solucan Gübresi Sıvı Solucan Gübresi Leonardit (VKK) (VKS) (HA) pH 9,21 9,25 3,98 EC, (µS cm-1) 7100 7000 129 N (%) 0,96 1.06 0,40 Toplam P (%) 0,38 0,62 0,02 Toplam K (%) 0,88 2,11 0,63 Toplam Ca (%) 1,70 0,33 0,30 Toplam Mg (%) 0,43 0,07 0,17 Toplam Na (%) 0,01 iz 0,01 Toplam Fe (mg kg-1) 9596 1882 12743 Toplam Cu (mg kg-1) 41,0 18,0 26,0 Toplam Zn (mg kg-1) 95,0 21,0 11,0 Toplam Mn (mg kg-1) 283 24,0 26,0 32 Fourier Dönüşümlü Kızılötesi Spektrumu (Fourier Transform Infrared Spectrofotometer) (FT-IR): Farklı sıcaklıklar uygulayarak elde edilen biyokömür örneklerinin FT-IR spectrumu hizmet alımı şeklinde Bursa Uudağ Üniversitesi Fen Edebiyat Fakültesi’nde yapılmıştır. Çalışmada kullanılan materyallere ait FT-IR spektrumu 650-4000 cm-1 dalga sayısı aralığında, zayıflatılmış toplam yansıma (Attenuated Total Reflectance) (ATR) hücresi ile gerçekleştirilmiştir. FT-IR görüntüleri Şekil 3.1, Şekil 3.2 ve Şekil 3.3’de özetlenmiştir. Temelde kızılötesi (IR) spektroskopisi kızılötesi ışığın madde tarafından soğurulmasına ilkesine dayanmaktadır. Soğurulma, moleküldeki bağların titreşimi ve dönüşleri için gerekli miktarda dalga enerjisinin, cihaz tarafından elektromanyetik spektrumun kızılötesi bölgesinden gönderilmesiyle gerçekleşmektedir. Materyallerin yapısında bulunan karboksil, amino ve hidroksil grupları gibi fonksiyonel gruplar ağır metal tutulumunda önemli rol oynamaktadırlar. Biyokömür yüzeyindeki fonksiyonel grupların oluşumunda hammadde kaynağı, piroliz sıcaklığı ve piroliz süresi en etkili faktörlerdir. Bununla birlikte, yüksek sıcaklıkla genel olarak artan yüzey alanının aksine, biyokömür içindeki fonksiyonel gruplar, özellikle daha yüksek bir karbonizasyon derecesi nedeniyle azalmaktadır. Hidroksil, karboksil ve amino gruplarının miktarlarındaki azalış, artan sıcaklıkla birlikte H/C, O/C ve N/C atom oranlarının azalmasıyla açıklanmaktadır (Akça, 2020). FT-IR spektrumları, biyokömür yüzeylerindeki fonksiyonel grupları karakterize etmek için yaygın olarak kullanılmaktadır. Farklı sıcaklıklarda üretilen biyokömürlerdeki fonksiyonel grupların FT-IR spektrumları farklıdır. Piroliz sıcaklığı 100-200 ℃ arasında olursa fonksiyonel gruplarda herhangi bir değişiklik olmadığı bilinmektedir. Biyokömür içindeki selülozik ve lignitik bileşenler 300 ℃’de dehidrasyona uğramaya başlamakta (3500-3200 cm-1, dalga boyu), bunun aksine lignitik/selülozik kaynaklı oluşum ürünleri 400 ℃’de (çoklu pik, 1600-700 cm-1) ortaya çıkmaktadır. Biyokömür materyaline ait spektrumda bulunan fonksiyonel gruplar aşağıda özetlenmiştir: 33 Özetle; -1 ✓ 3600-3200 cm aralığında -OH bağı bulunmaktadır. Elde edilen spektrumda bu bölgede gözlenen pikin büyüklüğü -OH grupları içeren bileşiklerin az miktarda olduğunu göstermektedir. Bu bölgede dehidrojenizasyon yüksek ancak, –OH parçalanmış olup aromatikliğe geçiş olduğu görülmektedir. ✓ 2950-2850 cm-1 aralığı aromatik C-H gerilmesini göstermektedir. ✓ 1740-1700 cm-1 aralığı az miktarda karboksil yapıdaki C=O bağını göstermektedir. Spektrumda 1600 cm-1 ve ~1400 cm-1 civarında gözlenen pikler yapıdaki C=C bağını göstermektedir. ✓ 1071 cm-1 ’de gözlenen pik C-O-C fonksiyonel grubunu içeren hemiselüloz selüloz yapıyı ortaya koymaktadır (Keiluweit vd. 2010). 105.0 100 95 90 85 1578.15 2850.36 1361.63 797.6480 3252.59 1461.48 1380.59 989.29 75 1073.03 913.68 70 3620.91 2928.91 3360.68 1630.01 65 1632.12 1374.37 1110.56 60 778.15 1578.70 1376.09 55 1578.17 1315.03 %T 3344.53 1163.6850 787.26 673.12 3282.48 45 1099.75 40 35 BA: Mavi 1024.06 913.85 797.09 30 BB: Yeşil 776.29 25 1014.23 20 HA: Kırmızı 1002.73 1031.59 15 VKK: Pembe 10 5 VKS: Siyah 0.0 4000.0 3600 3200 2800 2400 2000 1800 1600 1400 1200 1000 800 600.0 cm-1 Şekil 3. 1. Çalışmada kullanılan materyallere ait FT-IR görüntüsü 34 100.0 95 90 85 1578.15 1432.09 80 3252.59 2850.00 75 2928.91 70 65 797.64 874.64 60 1110.56 %T 1376.09 778.15 1315.03 55 1578.17 50 669.55 45 1099.75 40 1014.23 35 BA: Mavi 30 BB: Siyah 25 20.0 4000.0 3600 3200 2800 2400 2000 1800 1600 1400 1200 1000 800 600.0 cm-1 Şekil 3. 2. Çalışmada kullanılan BA ve BB ’ye ait FT-IR görüntüsü 101.0 95 90 85 80 2850.00 1379.36 75 3252.59 2928.91 70 65 1632.61 60 %T 1376.09 1110.56 778.15908.53 55 3289.28 50 1079.74 45 1578.17 1315.03 40 35 1017.32 30 BB: Mavi 25 VKK: Siyah 20.0 4000.0 3600 3200 2800 2400 2000 1800 1600 1400 1200 1000 800 600.0 cm-1 Şekil 3. 3. Çalışmada kullanılan BB ve VKK’ya ait FT-IR görüntüsü 35 3.2. Yöntem Çalışma kapsamında tuzlu ve kireçli toprak koşullarında biyokömürlerin etkinliğini belirlemek amacıyla oda ve sera koşullarında iki farklı çalışma yürütülmüştür. 3.2.1. İnkübasyon çalışması İnkübasyon çalışması; iki farklı biyokömürün (BA ve BB) toprak özellikleri üzerine etkisi katı vermikompost (VKK), sıvı vermikompost (VKS) ve hümik asit (HA) ile karşılaştırmalı olarak belirlemek amacıyla planlanmış ve yürütülmüştür. İnkübasyon denemesi Bursa Uludağ Üniversitesi Ziraat Fakültesi Toprak Bilimi ve Bitki Besleme Bölümü’nde oda koşullarında yürütülmüştür. İnkübasyon çalışmasında topraklara %20 düzeyinde tarımsal kireç olarak adlandırılan kalsiyum karbonat (CaCO3) ve 60 mM NaCl tuzluluk düzeyi uygulanmıştır. Çalışmada kullanılan toprak Bursa Uludağ Üniversitesi Uygulama ve Araştırma Merkezi Çiftlik Serisi olarak sınıflandırılan tarladan verimlilik ilkesine göre alınmıştır (Aksoy vd., 2001). İnkübasyon çalışması; iki farklı atıktan elde edilen biyokömürler (BA ve BB), katı ve sıvı vermikompost ve humik madde kaynağı olarak leonardit, temel gübre uygulaması (NPK) ve kontrol olmak üzere toplam 13 farklı uygulamadan oluşturulmuştur (Çizelge 3.3). Çizelge 3.2. Çalışma kapsamında ele alınan uygulamalar Çalışma konuları Uygulamalar (da) Kontrol 0 BA1 250 kg BA2 500 kg BB1 250 kg BB2 500 kg HA1 200 kg HA2 400 kg VKK1 200 kg VKK2 400 kg VKS1 4 L VKS2 8 L NPK1 12,5-10-12,5 kg NPK2 25-20-25 kg İnkübasyon çalışması,250 g toprak alan inkübasyon kaplarında150 gün süre ile yürütülmüş ve belirli dönemlerde (0 (İnk0), 30. Gün (İnk1), 60. Gün (İnk2), 90.Gün 36 (İnk3), 120.Gün (İnk4), 150. Gün (İnk5) toprak örnekleri alınarak zamana bağlı olarak toprak özellerinde meydana gelen değişimler belirlenmeye çalışılmıştır. Deneme planına göre inkübasyon kaplarından belirli dönemlerde alınan toprak örneğinde aşağıdaki analizler yapılmıştır. Çalışmada kullanılan toprağın kimi özellikleri Çizelge 3.4’de verilmiştir. Çizelge 3.4. Çalışmada kapsamında toprak örneği alınan parselin kimi toprak özellikleri Özellikler Miktarlar % Kum 25.08 % Silt 26.67 % Kil 48.25 Tekstür sınıfı Kil pH 7.79 EC, µS cm-1 461 Kireç, % 0.39 Org.mad., % 1.76 Toplam N, % 0.079 NH4-N, mg kg-1 8.42 NO3-N, mg kg-1 5,45 Alınabilir P, mg kg-1 7.17 Değişebilir Na, mg kg-1 89,8 Değişebilir K, mg kg-1 150,3 Değişebilir Ca, mg kg-1 7896 Değişebilir Mg, mg kg-1 638,9 DTPA eks Cu, mg kg-1 1.285 DTPA eks Zn, mg kg-1 1.964 DTPA eks Mn, mg kg-1 10.52 DTPA eks Fe, mg kg-1 11.34 Mekanik analiz (Tekstür): Denemede kullanılan toprak örneğinin kum, silt ve kil fraksiyonları Bouyoucos, (1951) tarafından bildirildiği şekilde hidrometre yöntemine göre belirlenmiş, tekstür sınıfları Soil Survey Manual, (1951)’a göre değerlendirilmiştir. Toprak reaksiyonu (pH): Toprak örneklerinin pH değerleri saf su ile 1:1 oranında sulandırılmış ve WTW 3110 model pH metre ile belirlenmiştir (McLean, 1982). Elektriksel iletkenlik (EC): Toprak örneklerinin elektriksel iletkenlik değeri 1:1 oranında sulandırılmış ekstrakta WTW LF 92 model EC metre ile belirlenmiştir (Rhoades, 1982). 37 Kireç (CaCO3, %): Tez projesinde kullanılan toprak örneğinin kireç miktarı Scheibler kalsimetresi ile belirlenmiştir (Nelson, 1982). Tarla kapasitesi: Tez projesinde kullanılan toprak örneğinin tarla kapasitesi, Alpaslan vd., (1998) tarafından bildirildiği şekilde 100 g kuru toprak örneği 100 ml’lik ölçü silindiri içerisine konulmuş ve toprağın kapladığı hacim ölçülmüştür (KTH). 10 ml saf su ilave edildikten sonra, buharlaşmayı önlemek için ölçü silindirinin ağzı kapatılmış ve 24 saat sonra ölçü silindiri içerisinde ıslanan toprağın hacmi ölçülmüştür (ITH). Toprağın tarla kapasitesinde tuttuğu su miktarı hesap edilmiştir. Tarla kapasitesi: (AxC)/B, [(A: Kuru toprak hacmi (cm3), B: Islak toprak hacmi (cm3), C: su miktarı (ml)] Organik madde (OM, %): Tez projesinde kullanılan toprak örneğinin organik madde miktarı Nelson ve Sommers, (1996), tarafından bildirildiği şekilde Walkley-Black yaş yakma yöntemine göre belirlenmiştir. Toplam azot (N, %): Tez projesinde kullanılan toprak örneğinin toplam azot içeriği Kjeldahl yöntemiyle belirlenmiştir. Buchi K-437 yakma blokunda yakılan örnekler Buchi K-350 model buharlı damıtma cihazında damıtılmıştır (Nelson ve Sommer, 1996). Amonyum (NH4) ve Nitrat (NO3): 2 M KCI çözeltisi ile ekstraksiyon sonucu elde olunan amonyum, indofenol mavisi yöntemi ile, nitrat salisilik asitin sülfürik asit varlığında nitrasyonu esasına dayanılarak ile kolorimetrik olarak spektrofotometre ile belirlenmiştir (Robarge vd., 1983; Solorzano, 1969). Alınabilir fosfor (P): Toprak örneğinin bitki tarafından alınabilir fosfor içeriği 0,5 M sodyum bikarbonat (pH 8,5) ile ekstrakte edilmesi sonucu elde edilen süzükte askorbik asit yöntemi ile belirlenmiştir (Watanabe ve Olsen, 1965). Alınabilir katyonlar (Na, K, Ca, Mg): Toprak örneğinin 1 N amonyum asetat (pH 7,0) çözeltisi ile ekstrakte edilmesiyle elde edilen süzükte sodyum, potasyum ve kalsiyum Eppendorf Elex 6361 fleymfotometresi ile ve magnezyum ise Perkin Elmer Optima 2100 DV model ICP OES cihazı ile belirlenmiştir (Thomas, 1982). 38 Alınabilir metaller (Fe, Cu, Zn, ve Mn): Toprağın DTPA ile ekstrakte edilmesi sonucunda elde edilen süzükte alınabilir metaller Perkin Elmer Optima 2100 DV model ICP OES cihazı ile belirlenmiştir (Jones, 2001). 3.2.2. Sera Çalışması İnkübasyon çalışmasında kullanılan biyokömürler ve diğer organik kaynakların bitki gelişimi üzerine etkisini belirlemek amacıyla sera koşullarında mısır bitkisi kullanılarak ikinci bir deneme yürütülmüştür. İnkübasyon denemesinde kullanılan kireç (%20) ve tuz (60 mM NaCI) düzeyleri 3,5 kg toprak alan saksılara uygulanmıştır. Biyokömürler, hümik asit, katı ve sıvı formda vermikompost, NPK ve kontrol uygulamaları Çizelge 3.3’te verilen düzeylerde hesaplanarak toprakla homojen bir şekilde karıştırılmıştır. Saksılar tarla kapasitesinin %70’i düzeyinde saf su ile sulandıktan sonra sera koşullarında 40 gün süre ile inkübasyona bırakılmış ve bu süre içinde toprakların nem düzeyi belirli aralıklarla saf su ile sulamak suretiyle korunmuştur. Bu süreç sonunda saksılara 6 adet mısır tohumu ekilmiş ve çıkış sonrası seyreltme yapılarak her saksıda 3’er adet bitki bırakılmıştır. Bitkilerin gelişimi boyunca saksılar tarla kapasitesinin %70’i oranında saf su ile sulanmıştır. Gelişme periyodu boyunca belli aralıklarla fenolojik gözlemler yapılmış ve gelişim farklılıkları belirlenmeye çalışılmıştır. Çalışmada SPAD okuma değerleri gelişim periyodunda hasat öncesi bayrak yapraklarda ölçülmüştür. Uygulamalar arası farklılıklar gözlemlenerek 50 gün gelişme periyodu sonunda bitkiler toprak seviyesinden kesilerek hasat edilmiştir. Hasattan hemen sonra saksı başına toplam yaş ağırlıklar belirlenmiştir. Daha sonra iki kez çeşme suyundan geçirilen örnekler saf su ile iyice durulandıktan sonra 65 ºC ‘de kurutulmuş ve kuru ağırlığı (KM) belirlenmiştir. Aynı zamanda kurutulup öğütülen bitki örneklerinde bazı bitki besin elementleri ve ağır metal içerikleri belirlenmiştir. Bitki örneklerinde toplam azot modifiye edilmiş Kjeldahl yöntemi ile belirlenmiştir. Buchi K-437 yakma blokunda yakılan örnekler Buchi K-350 model buharlı damıtma cihazında damıtılmıştır (Bremner, 1965). Bitki örnekleri Berghof MWS 2 model mikrodalga fırınında HNO3 ve H2O2 kullanılarak yakılmıştır. Elde edilen ekstrakta bazı makro besin elementleri (P, K, Ca, Mg, Na) ve mikro besin elementleri (Cu, Fe, Mn ve Zn) Perkin Elmer OPTİMA 2100DV model ICP OES cihazı ile belirlenmiştir. Tez çalışması kapsamında elde edilen kuru ağırlıklar ve yaş yakma sonucu elde edilen çözeltide belirlenen besin elementi konsantrasyonları değerlendirilerek 39 bitkiler tarafından topraktan kaldırılan miktarlar hesaplanmıştır. Bitki gelişimi parametresi olarak çalışmada besin elementi içeriği yerine kaldırılan miktarlar (mg bitki KM-1) değerlendirilmiştir. 3.2.3. İstatistiksel Analizler Tez çalışmasında inkübasyon ve sera denemeleri tesadüf blokları deneme desenine göre 3 tekrarlamalı planlanmış ve yürütülmüştür. Elde edilen verilerin istatistiksel analizi JUMP paket programı ile yapılmıştır. Ortalamalar arası farklılıkların karşılaştırılmasında asgari önemli fark (LSD) testi (p<0,05) kullanılmıştır. Tez çalışması kapsamında normal, kireçli ve tuzlu toprak koşullarında uygulamalara bağlı olarak meydana gelen farklılıklar her toprak için ayrı olarak değerlendirilmiştir. 40 4. BULGULAR ve TARTIŞMA 4.1. Biyokömür ve Bazı Organik Uygulamaların Toprak Özellikleri Üzerine Etkisi Tez projesi kapsamında tuzlu ve kireçli toprak şartlarında iki farklı biyokömür ve farklı organik materyal uygulamaları, NPK ve kontrol uygulamaları da dahil olmak üzere toplam 13 farklı uygulamanın toprak özellikleri üzerine etkisi 150 gün inkübasyon süresince 6 dönem örnekleme (1.gün: İnk0, 30.gün: İnk1, 60.gün: İnk2, 90. gün: İnk3, 120.gün: İnk4, 150.gün: İnk5) yapılarak belirlenmiştir. İnkübasyon süresince zamana bağlı olarak meydana gelen değişimler tez çalışması kapsamında alt başlıklar şeklinde değerlendirilmiştir. 4.1.1. pH ve EC değeri üzerine etki Tuzsuz ve kireçsiz (kontrol) toprak koşullarında iki farklı biyokömür ve farklı organik materyal uygulamaları ile NPK uygulamalarının, inkübasyon koşullarında belirlenen toprak pH değeri üzerine etkileri istatistiksel olarak önemli bulunmuştur. Meydana gelen değişimler Çizelge 4.1.’de verilmiştir. Uygulamalara bağlı olarak kontrol toprağında en yüksek pH değeri VKS2 uygulamasında ink2’de (pH 8,06) en düşük pH değeri ise BA2 uygulamasının ink0’da (pH 7,52) belirlenmiştir. Zamana bağlı olarak BA uygulamalarında değişim belirgin olmazken özellikle BB2 uygulamasında pH artışı daha belirgin olmuştur. Çizelge 4.1. Tuzsuz ve kireçsiz (kontrol) toprak koşullarında inkübasyon dönemleri ile uygulamaların toprak reaksiyonu (pH) üzerine etkileri İnkübasyon Dönemleri Uygulamalar İnk0 İnk1 İnk2 İnk3 İnk4 İnk5 Kontrol 7,92 d-m 7,76 q-x 7,91 d-l 7,98 b-f 7,84 j-t 7,82 k-u BA1 7,91 d-m 7,76 q-x 7,90 d-n 7,82 k-u 7,66 yz 7,99 bcd BA2 7,91 d-m 7,72 v-z 7,84 j-t 7,77 p-w 7,60 z 7,85 ı-r BB1 7,80 n-w 7,80 p-z 7,90 f-o 7,91 d-m 7,66 xyz 7,85 j-s BB2 7,81 n-z 7,80 o-w 7,90 d-o 7,98 b-f 7,73 u-z 8,12 a HA1 7,91 d-m 7,82 l-u 7,98 b-f 7,78 p-w 7,74 t-z 7,90 d-n HA2 7,82 l-z 7,78 p-w 7,90 d-n 7,80 o-w 7,71 w-z 7,90 g-p VKK1 7,91 d-m 7,90 e-o 7,97 b-f 7,80 o-w 7,85 j-s 7,97 b-g VKK2 7,91 d-m 7,81 m-v 7,92 d-l 7,81 m-v 7,94 b-ı 7,90 d-n VKS1 7,91 d-m 7,91 d-m 7,97 b-h 7,85 ı-r 7,82 l-u 7,90 d-n VKS2 7,91 d-m 7,99 d-l 8,06 ab 7,97 b-f 7,75 s-z 7,90 d-n NPK1 7,91 d-m 7,93 d-j 7,95 c-ı 7,96 b-h 7,74 u-z 7,45 z NPK2 7,91 d-m 7,91 d-m 7,92 d-k 7,97 b-f 7,65 z 7,49 z F-Test 7,57** Aynı sütundaki farklı harfle gösterilen ortalamalar istatistiksel olarak önemlidir (p<0.05). *: p<0.05,**p<:0,01, öd; önemli değil 41 Topraklara biyokömür uygulaması ve pH değerinde meydana gelen değişimlerle ilgili olarak pH değerinin genelde yükseldiği ve bu artışın biyokömürün toprağın katyon değişim kapasitesini artırması, yüksek yüzey alanı ve gözenekli doğası olabileceğinden kaynaklandığı bildirilmiştir (Arocena ve Opia, 2003). Chan ve Xu (2009), biyokömürün pH’ının hafif asidik ila alkali arasında değişebileceğini, Lehmann (2007) ise biyokömürün pH değerinin kullanılan hammaddeye ve piroliz koşullarına bağlı olarak 4 ila 12 değerleri arasında değişebileceğini bildirmişlerdir. Piroliz sıcaklığının artmasıyla biyokömürün pH değeri ve CaCO3 eşdeğerliğinin arttığı (Singh vd., 2010) ve ayrıca biyokömürün topraktaki yüzey oksidasyonu nedeniyle pH değerinin zamanla artığı bildirişmiştir (Cheng vd., 2008). Çalışmamızda pH değerlerinde meydana gelen farklılıkların biyokömürlerin hem orjinlerinin hem de piroliz sürecinin farklılığından kaynaklandığını düşünülmektedir. Humik asitler veya humik asit içeriği yüksek materyallerin toprağa uygulanması ile meydana gelen değişimler genelde humik asidin yüksek tamponlama kapasitesi ve birçok fonksiyonel grup (karboksil, fenolik vb.) içermesi ile alakalıdır. Bu nedenle toprak pH değerini önemli derecede etkiler. Genelde humik asidin toprak pH değerini 0,1 ila 0,15 birim arasında değiştirdiği Meng vd., (2022) tarafından bildirilmiştir. Zhao vd., (2017), vermikomposttun geniş yüzey alanı ve ince granüler yapıya sahip olduğunu bildirmiştir. Aynı zamanda fazla miktarda bitki hormonu (IAA, GA3, kinetin) içerdiğini ve genel olarak pH değerini düşürme yönünde etki yaptığını bildirmiştir. Aynı zamanda F. Wang vd., (2021), solucan gübresi uygulamalarına bağlı olarak toprak pH değerinin artış gösterdiğini bildirmişlerdir. Cai vd., (2020) tarafından pH değişimleri vermikomposttun minerilizasyonu ve hüminleşmesi esnasında oluşan hidroksil, fenolik ve diğer fonksiyonel grupları tarafından ortamdaki H+ iyonlarının tutulması ile açıklamıştır. Tuz uygulanan topraklarda iki farklı biyokömür ve farklı organik materyal uygulamaları ile NPK uygulamalarının, inkübasyon koşullarında belirlenen toprak pH değeri üzerine etkileri istatistiksel olarak önemli bulunmuştur. Elde edilen değerler Çizelge 4.2’de verilmiştir. Uygulamalara bağlı olarak tuz uygulanan toprakta en düşük pH değeri HA2 uygulamasının inkO’da (pH 7,45) ve en yüksek pH değeri ise NPK2 uygulamasının ink5‘de (pH 7,86) belirlenmiştir. Genel olarak biyokömürler ve diğer uygulamalarda 42 inkübasyonun ilk 3 dönemi pH değeri artarken inkübasyon sonunda azalmalar belirlenmiştir. NPK uygulamalarında ise inkübasyonun son dönemlerinde de artışlar devam etmiştir. Çizelge 4.2. Tuzlu toprak koşullarında inkübasyon dönemleri ile uygulamaların toprak reaksiyonu (pH) üzerine etkileri İnkübasyon Dönemleri Uygulamalar İnk0 İnk1 İnk2 İnk3 İnk4 İnk5 Kontrol 7,58 e-p 7,56 ı-s 7,65 def 7,48 u-z 7,37 z 7,49 s-z BA1 7,80 ab 7,45 z 7,61 d-l 7,52 p-z 7,42 z 7,48 t-z BA2 7,44 z 7,47 xyz 7,58 e-p 7,57 h-q 7,42 z 7,47 xyz BB1 7,52 o-z 7,52 p-z 7,61 d-m 7,59 e-o 7,50 r-z 7,56 ı-s BB2 7,62 d-ı 7,54 l-w 7,68 cd 7,68 cd 7,57 h-r 7,62 d-ı HA1 7,47 yz 7,48 t-z 7,57 ı-r 7,59 h-o 7,50 r-z 7,54 m-y HA2 7,45 z 7,54 m-y 7,65 de 7,56 ı-r 7,48 t-z 7,51 q-z VKK1 7,48 t-z 7,55 k-v 7,64 d-h 7,55 ı-r 7,53 n-y 7,53 n-y VKK2 7,55 k-v 7,56 ı-s 7,73 bc 7,62 d-j 7,54 m-y 7,54 l-w VKS1 7,48 u-z 7,61 d-l 7,62 d-h 7,51 q-z 7,57 h-r 7,55 ı-t VKS2 7,47 w-z 7,65 d-g 7,61 d-h 7,58 e-p 7,58 g-q 7,56 ı-s NPK1 7,53 n-y 7,58 f-p 7,52 o-z 7,54 l-x 7,74 bc 7,79 ab NPK2 7,54 l-x 7,65 def 7,52 o-z 7,58 f-p 7,82 a 7,86 a F-Test 12,99** Aynı sütundaki farklı harfle gösterilen ortalamalar istatistiksel olarak önemlidir (p<0.05). *: p<0.05,**p<:0,01, öd; önemli değil Thomas vd. (2013), tuz stresi koşullarında biyokömür uygulamasının toprak pH değerini etkilemediğini ancak EC değerinde artış gösterdiğini bildirmişlerdir. Egamberdieva vd. (2019) ise, tuzlu koşullarda biyokömürün toprak pH değerini azalttığını bildirmişlerdir. Hammam (2019), biyokömür uygulamasının toprak pH değerini istatiksel olarak önemli düzeyde etkilemediğini ve bunun inkübasyon süresi ve uygulama dozu ile ilişkili olduğunu bildirmiştir. Sun vd. (2016), tuzlu topraklarda biyokömür uygulaması ve toprak pH değerinde meydana gelen değişimlerin biyokömürün pH değeri ile yakından ilişkili olduğunu bildirmişlerdir. Sandoval vd. (2015), tuzlu toprak koşullarında da vermikompost uygulamalarının toprak pH değerini azalttığını bildirmişlerdir. Kireç uygulanan topraklarda iki farklı biyokömür ve farklı organik materyal uygulamaları ile NPK uygulamalarının, inkübasyon koşullarında belirlenen toprak pH değeri üzerine etkileri istatistiksel olarak önemli bulunmuştur. Elde edilen değerler Çizelge 4.3’te verilmiştir. 43 Uygulamalara bağlı olarak tuz uygulanan toprakta en düşük pH değeri NPK1 uygulamasının ink5’te (pH 7,45) ve en yüksek pH değeri ise BB1 uygulamasının ink0’da (pH 8,17) belirlenmiştir. Genel olarak biyokömürler ve diğer uygulamalarda inkübasyonun ilk 4 dönemi pH değeri artarken inkübasyon sonunda azalmalar belirlenmiştir. Çizelge 4.3. Kireçli toprak koşullarında inkübasyon dönemleri ile uygulamaların toprak reaksiyonu (pH) üzerine etkileri İnkübasyon Dönemleri Uygulamalar İnk0 İnk1 İnk2 İnk3 İnk4 İnk5 Kontrol 7,90 s-z 8,01 f-n 8,04 d-j 8,10 a-e 7,86 xyz 7,82 z BA1 7,99 g-q 7,82 z 7,93 n-x 8,10 a-f 7,98 h-t 8,00 g-p BA2 7,87 w-z 7,90 t-z 7,96 ı-u 8,00 g-o 7,76 z 7,86 z BB1 8,17 a 7,96 ı-u 8,02 ı-u 8,13 abc 7,62 z 7,85 yz BB2 7,98 h-s 7,99 g-r 8,05 c-h 8,13 abc 8,05 c-h 8,12 a-d HA1 8,01 f-m 7,95 l-w 8,07 d-g 8,07 b-g 7,87 w-z 7,90 s-z HA2 7,96 ı-v 7,96 ı-v 8,03 d-k 8,04 d-j 7,82 z 7,87 w-z VKK1 7,89 t-z 8,03 d-k 8,10 a-e 8,11 a-e 7,92 o-y 7,97 ı-u VKK2 8,01 d-m 7,92 r-z 8,08 b-ı 8,08 a-f 7,86 c-h 7,91 l-y VKS1 7,98 g-t 7,95 h-w 8,13 ab 8,10 a-e 7,92 m-y 7,91 n-z VKS2 7,96 ı-w 7,91 p-z 8,05 c-h 8,02 c-l 7,85 xyz 7,87 v-z NPK1 7,92 o-y 7,92 o-y 7,95 k-w 7,91 q-y 7,47 z 7,45 z NPK2 8,03 o-y 8,03 e-l 7,99 g-r 7,97 h-u 7,47 z 7,49 z F-Test 24,32** Aynı sütundaki farklı harfle gösterilen ortalamalar istatistiksel olarak önemlidir (p<0.05). *: p<0.05,**p<:0,01, öd; önemli değil Düşük pH’ya sahip biyokömürün uygulama düzeylerine bağlı olarak kireçli toprakta pH değerini 0,2 birim düşürdüğünü belirlemişlerdir. Araştırıcılar başka bir çalışmalarında, toprak pH değerinde meydana gelen değişimlerin toprak tamponlama kapasitesi ile de ilişkili olduğunu bildirmişlerdir (Ippolite vd., 2016). Sönmez ve Alp, (2019) kireçli koşullarda uyguladıkları humik asidin toprak pH değerini düşürdüğünü ve kireç etkisini azalttığını bildirmişlerdir. Araştırıcılar, bu durumun oluşan CO2’in toprak çözeltisindeki su ile karışarak karbonik asit oluşturması; daha sonra karbonik asitteki hidrojen iyonlarının toprak pH’sını düşürmeye yardımcı olan iyonlarına ayrışması ile açıklamışlardır (Larcher, 2003). Köksal vd. (2017), vermikompost uygulamalarının toprak pH’sı üzerine etkisinin istatiksel olarak önemli olmadığını, çalışma bulgularımıza paralel olarak Uz ve Tavali (2014) vermikompost uygulamasının toprak pH’sını düşürücü etkide bulunduğunu ve 44 bunların aksine Özkan vd. (2016) ise toprak pH’sının vermikompost uygulamaları ile artış gösterdiğini belirtmişlerdir. Kontrol toprağında iki farklı biyokömür ve farklı organik materyal uygulamaları, NPK ve kontrol uygulamalarında toprak EC değerinde meydana gelen değişimler istatistiksel olarak önemli bulunmuştur. Elde edilen değerler Çizelge 4.4’te verilmiştir. Toprakta en düşük EC değeri NPK1 uygulamasının ink5’te (500 µS cm-1) ile en yüksek EC değeri NPK1 uygulamasının ink0’da (1150 µS cm-1) belirlenmiştir. Tüm uygulamalarda zamana bağlı olarak hiçbir uygulama yapılmayan kontrol toprağına göre daha yüksek EC değeri belirlenmiştir. Çizelge 4.4. Tuzsuz ve kireçsiz (kontrol) toprak koşullarında inkübasyon dönemleri ile uygulamaların toprak elektriksel iletkenliği (EC) değerine etkileri İnkübasyon Dönemleri Uygulamalar İnk0 İnk1 İnk2 İnk3 İnk4 İnk5 Kontrol 644 yz 745 p-z 779 n-z 822 l-z 816 l-z 1017 f-m BA1 638 yz 690 v-z 838 k-z 989 f-n 1022 f-m 1067 d-j BA2 743 q-z 938 a-m 1006 f-m 1009 f-m 1190 a-f 1242 a-e BB1 616 klm 701 u-z 734 s-z 862 j-x 920 h-t 1041 e-k BB2 683 w-z 695 u-z 767 o-z 900 h-v 907 h-u 1076 c-ı HA1 513 lm 588 lm 650 xyz 771 o-z 881 ı-w 842 l-z HA2 542 m 729 s-z 731 s-z 741 r-z 951 g-r 1029 e-l VKK1 673 w-z 699 u-z 810 m-z 817 l-z 959 g-p 1266 a-d VKK2 692 v-z 707 t-z 846 k-y 925 b-m 9567 g-q 956 g-q VKS1 631 z 697 u-z 779 n-z 967 g-o 973 g-o 866 ı-w VKS2 724 s-z 759 o-z 741 r-z 877 ı-w 873 ı-w 1143 b-g NPK1 781 n-z 1390 a 1394 a 1340 ab 1278 a-d 959 g-p NPK2 829 k-z 1283 abc 1110 c-h 1108 a-j 1107 a-j 959 g-p F-Test 0,83** Aynı sütundaki farklı harfle gösterilen ortalamalar istatistiksel olarak önemlidir (p<0.05). *: p<0.05,**p<:0,01, öd; önemli değil EC değerinin yükselme eğilimi göstermesinin nedeni, muhtemelen organik materyaldeki tuzların ve mineral maddelerin varlığından kaynaklanmaktadır. Biyokömür, daha yüksek bir yüzey alanına (Sombroek vd., 2003) ve negatif yüzey yüküne (Jaafar vd., 2015) sahip olması nedeniyle katyonları adsorbe etme yeteneğine sahiptir. Bu da biyokömürün tuzları ve mineral maddeyi nasıl daha fazla adsorbe edebileceğini gösterir ve dolayısıyla EC’yi azalttığı ifade edilse de, yapmış olduğumuz çalışmaya paralel olarak Naeem vd. (2017) uygulanan biyokömürün yüksek miktarda kül ve metal içermesi nedeniyle biyokömürün EC'yi 0,05 dS m-1 artırdığını bildirmiş ve benzer sonuçlar Ghosh vd. (2015) tarafından da rapor edilmiştir. 45 Tuzlu toprak koşullarında iki farklı biyokömür, farklı organik materyal ve NPK uygulamalarında inkübasyon süresince belirlenen toprak EC değerlerindeki değişim istatistiksel olarak önemli bulunmuştur. Elde edilen değerler Çizelge 4.5’te verilmiştir. Tuzlu toprak koşullarında en düşük toprak EC değerleri VKK2 uygulamasının ink1’de (3570 µS cm-1) en yüksek EC değeri ise NPK1 uygulamasının ink5’te (5210 µS cm-1) arasında değişim göstermiştir. Zamana bağlı olarak EC değerlerinde önce azalma inkübasyon sonunda ise artışlar belirlenmiştir. Çizelge 4.5. Tuzlu toprak koşullarında inkübasyon dönemleri ile uygulamaların toprak elektriksel iletkenliği (EC) değerine etkileri İnkübasyon Dönemleri Uygulamalar İnk0 İnk1 İnk2 İnk3 İnk4 İnk5 Kontrol 4417 b-l 3847 r-z 3897 o-z 4340 b-n 4433 b-j 4397 b-l BA1 3833 s-z 3823 t-z 3870 p-z 4417 b-l 4233 b-d 4270 c-q BA2 4200 e-u 3847 r-z 3857 q-z 4670 bc 4137 f-v 4547 b-f BB1 3800 u-z 3728 v-z 3677 w-z 3937 n-z 4163 f-u 4530 b-g BB2 4250 d-r 3857 q-z 3593 yz 4370 b-m 4247 d-s 4547 b-f HA1 3980 m-z 3797 u-z 3883 o-z 4003 l-y 4287 b-o 4423 b-k HA2 3963 m-z 3840 r-z 3897 o-z 3913 o-z 4223 d-t 4197 e-u VKK1 3893 o-z 3647 xyz 4140 f-v 4690 b 4280 b-p 4593 b-e VKK2 3853 r-z 3570 z 3833 s-z 4113 h-v 4417 b-l 3873 o-z VKS1 4110 h-v 3923 o-z 3857 q-z 4127 g-v 4017 k-x 4350 b-n VKS2 4160 f-u 4030 j-x 4067 ı-w 4597 b-e 4153 f-u 4627 bcd NPK1 4347 b-n 4490 b-h 4510 b-h 4510 b-h 5210 a 4680 bc NPK2 4022 j-x 3840 r-z 4400 b-l 4470 b-ı 4490 b-h 4140 b-f F-Test 9,91** Aynı sütundaki farklı harfle gösterilen ortalamalar istatistiksel olarak önemlidir (p<0.05). *: p<0.05,**p<:0,01, öd; önemli değil Organik bileşiklerin adsorbsiyon kapasitelerinin yüksek olması nedeni ile özellikle tuzlu topraklarda toprak çözeltisindeki tuzları adsorbe ederek çözeltinin EC değerini düşürdüğünden dolayı tuzlu topraklarda organik materyaller uygulamasının toprak EC değerinde azalmaları meydana getirdiğini bildirmişlerdir (Tejada vd., 2005), Hammer vd. (2015), biyokömür uygulamasının toprak EC değerini azalttığını öne sürmüşlerdir. Kireçli toprak koşullarında iki farklı biyokömür ve farklı organik materyal uygulamalarının inkübasyon süresince toprak EC değerindeki meydana getirdiği değişimler istatistiksel olarak önemli bulunmuştur. Elde edilen değerler Çizelge 4.6’da verilmiştir. Uygulamalara bağlı olarak kireçli toprak koşullarında en düşük EC değeri NPK1 uygulamasının ink0’da (365µS cm-1), en yüksek EC değeri ise yine NPK 1 uygulamasının ink1’de (1348 µS cm-1) arasında değişim göstermiştir. Zamana bağlı olarak kontrol uygulamasına göre ink1 ve 2’de EC değeri göreceli olarak azalma 46 gösterirken, inkübasyon dönemi sonunda EC değerleri kontrol uygulamasına göre daha yüksek belirlenmiştir. Çizelge 4.6. Kireçli toprak koşullarında inkübasyon dönemleri ile uygulamaların toprak elektriksel iletkenliği (EC) değerine etkileri İnkübasyon Dönemleri Uygulamalar İnk0 İnk1 İnk2 İnk3 İnk4 İnk5 Kontrol 529 z 563 v-z 762 hıj 707 ı-n 717 h-l 552 xyz BA1 724 h-l 870 fg 679 l-q 752 h-k 709 ı-m 546 yz BA2 711 h-m 635 p-u 619 q-x 895 efg 925 ef 729 h-l BB1 597 s-z 547 yz 690 k-p 703 j-o 772 hı 636 p-u BB2 549 yz 620 q-w 465 z 665 l-r 778 h 552 xyz HA1 570 u-z 685 l-q 589 s-z 546 yz 683 l-q 648 m-s HA2 553 w-z 667 l-r 574 t-z 623 p-v 610 r-y 605 r-y VKK1 605 r-y 588 s-z 537 z 487 z 768 hıj 770 hıj VKK2 716 h-l 634 p-u 559 v-z 647 m-s 716 h-l 668 l-r VKS1 499 z 436 z 601 r-z 665 l-r 640 n-t 532 z VKS2 516 z 559 v-z 631 p-u 639 o-t 711 h-m 520 z NPK1 500 z 1348 a 1162 b 1019 cd 1038 c 928 ef NPK2 489 z 1022 cd 933 ef 1007 cd 852 g 956 de F-Test 51,79** Aynı sütundaki farklı harfle gösterilen ortalamalar istatistiksel olarak önemlidir (p<0.05). *: p<0.05,**p<:0,01, öd; önemli değil Dume vd. (2016), biyokömür uygulamalarının toprak EC değerini artırdığını ve bu artışın özellikle biyokömürün organik madde ve besin elementi içeriğinden kaynaklandığını belirtmişlerdir. Rekaby vd. (2021), toprakta biyokömür uygulamasının Entisol ve Aridisol toprakların EC değerindeki değişimlerin farklı olduğunu ve bu farklılığın biyokömür ve toprak özelliklerine bağlı olarak değiştiğini de ifade etmişlerdir. Özellikle, piroliz sürecinde kül içeriğinde artış, hidroksil (-OH) ve karboksil (-COOH) gibi fonksiyonel gruplarda azalma ve biyokömürün içermiş olduğu alkali katyonların EC değerinde meydana gelen değişimle ilişkili olduğu Boostani vd. (2019) ve Conz vd. (2017) tarafından ifade edilmiştir. 4.1.2 Amonyum azotu (NH4-N), nitrat azotu (NO3-N) ve fosfor üzerine etki İki farklı biyokömür, farklı organik materyaller, NPK ve kontrol uygulamalarının ve bu uygulamaların zamana bağlı olarak toprağın alınabilir NH4 değeri üzerinde meydana getirdiği değişimler istatistiksel olarak önemli bulunmuştur. Elde edilen değerler Çizelge 4.7’de verilmiştir. 47 Kontrol toprağında en düşük NH4 değeri HA uygulamasının ink5’te (9,7 mg kg -1) ve en yüksek NH4 değeri ise NPK2 uygulamasının ink0‘da (35,7 mg kg -1) olarak belirlenmiştir. İnkübasyon zamanına bağlı olarak tüm uygulamalarda NH4 değeri göreceli olarak azalış göstermiştir. Çizelge 4.7. Tuzsuz ve kireçsiz (kontrol) toprak koşullarında inkübasyon dönemleri ile uygulamaların toprak Amonyum (NH4) değerine etkileri İnkübasyon Dönemleri Uygulamalar İnk0 İnk1 İnk2 İnk3 İnk4 İnk5 Kontrol 27,4 def 19,1 k-r 15,1 o-x 15,9 n-w 13,5 q-x 14,3 p-x BA1 25,2 d-j 15,3 o-x 17,3 m-v 17,4 m-v 14,9 o-x 13,3 r-x BA2 37,7 a 19,8 ı-p 15,1 o-x 16,7 m-v 16,5 m-v 12,9 s-x BB1 29,5 cd 16,1 n-w 18,9 k-r 19,4 j-p 14,3 p-x 14,9 o-x BB2 34,9 abc 17,8 k-u 22,2 f-m 19,6 j-p 14,9 o-x 12,5 t-x HA1 23,4 e-l 21,4 g-n 16,7 m-v 17,6 l-v 16,1 n-w 9,7 x HA2 21,4 g-n 18,4 k-s 18,4 k-s 19,2 k-q 12,1 u-x 12,7 s-x VKK1 28,4 de 19,6 j-p 23,6 e-f 18,8 k-r 14,9 o-x 13,5 q-x VKK2 26,6 d-g 27,8 def 17,0 m-v 15,1 o-x 14,5 p-x 15,5 o-x VKS1 28,0 def 25,6 d-ı 18,4 k-s 18,4 k-s 16,1 n-w 11,9 vwx VKS2 26,0 d-h 16,1 n-w 22,2 f-m 18,4 k-s 17,1 m-v 10,3 w-x NPK1 37,5 ab 22,4 f-m 19,4 j-p 18,2 k-t 16,3 n-v 12,7 s-x NPK2 35,7 a 30,9 bcd 20,6 h-o 20,0 ı-p 18,2 k-t 13,3 q-x F-Test 8,60** Aynı sütundaki farklı harfle gösterilen ortalamalar istatistiksel olarak önemlidir (p<0.05). *: p<0.05,**p<:0,01, öd; önemli değil Tuz uygulanan toprakta biyokömürlerin, farklı organik materyallerin, NPK ve kontrol uygulamalarının ve bu uygulamaların zamana bağlı olarak toprağın NH4 değeri üzerinde meydana getirdiği değişimler istatistiksel olarak önemli bulunmuştur. Elde edilen değerler Çizelge 4.8’de verilmiştir. Tuz uygulanan toprakta en düşük NH4 değeri VKK1 uygulamasının ink5’te (11,4 mg kg-1) ve en yüksek alınabilir NH4 değeri ise BA1 uygulamasının ink0’da (45,4 mg kg-1) olarak belirlenmiştir. Tuzlu toprak koşullarında da zamana bağlı olarak NH4 değeri azalış göstermiştir 48 Çizelge 4.8. Tuzlu toprak koşullarında inkübasyon dönemleri ile uygulamaların toprak Amonyum (NH4) değerine etkileri İnkübasyon Dönemleri Uygulamalar İnk0 İnk1 İnk2 İnk3 İnk4 İnk5 Kontrol 38,9 abc 19,9 m-w 13,2 v-z 19,9 m-w 15,4 r-z 15,9 r-z BA1 45,4 a 21,3 k-s 17,9 p-z 17,2 p-z 16,3 q-z 13,8 t-z BA2 34,0 b-f 16,8 p-z 20,1 l-w 20,8 k-u 13,7 t-z 14,5 s-z BB1 32,0 c-h 18,8 o-z 17,0 p-z 27,5 f-l 16,5 q-z 11,4 z BB2 39,8 ab 16,6 q-z 22,4 k-r 21,0 k-t 14,5 s-z 17,2 p-z HA1 28,2 e-k 23,5 l-q 16,8 p-z 20,4 l-v 11,9 yz 13,2 v-z HA2 30,2 d-j 16,3 q-z 18,8 n-z 19,4 n-x 12,7 w-z 15,7 r-z VKK1 32,0 c-h 16,5 q-z 27,1 f-m 19,4 n-x 16,1 q-z 11,4 z VKK2 27,5 f-l 17,9 p-z 30,6 d-j 19,0 n-y 14,1 s-z 12,3 xyz VKS1 35,1 b-e 19,2 n-y 19,9 m-w 22,1 k-r 16,6 q-z 20,6 l-v VKS2 25,9 h-o 17,5 p-z 25,5 h-o 19,7 m-x 21,0 k-t 15,9 r-z NPK1 36,9 bcd 26,2 g-n 13,4 u-z 18,1 p-z 16,8 p-z 16,1 q-z NPK2 27,5 f-l 33,5 b-g 31,5 d-ı 24,2 ı-p 20,1 l-w 21,5 k-s F-Test 27,64** Aynı sütundaki farklı harfle gösterilen ortalamalar istatistiksel olarak önemlidir (p<0.05). *: p<0.05,**p<:0,01, öd; önemli değil Kireç uygulanan toprakta biyokömürlerin, farklı organik materyallerin, NPK ve kontrol uygulamalarının ve bu uygulamaların zamana bağlı olarak toprağın alınabilir NH4 değeri üzerinde meydana getirdiği değişimler istatistiksel olarak önemli bulunmuştur. Elde edilen değerler Çizelge 4.9’da verilmiştir. Kireç uygulanan toprakta uygulamalarda en düşük NH4 değeri NPK2 uygulamasının ink2’de (11,4 mg kg -1) ve en yüksek NH4 değeri ise BA1 uygulamasının ink0‘da (38,3 mg kg-1) olarak belirlenmiştir. Zamana bağlı olarak NH4 içerikleri İnk0’a göre düşüş göstermiştir. Çizelge 4.9. Kireçli toprak koşullarında inkübasyon dönemleri ile uygulamaların toprak Amonyum (NH4) değerine etkileri İnkübasyon Dönemleri Uygulamalar İnk0 İnk1 İnk2 İnk3 İnk4 İnk5 Kontrol 36,7 abc 22,6 h-q 19,2 l-w 20,3 j-v 14,8 t-x 15,7 q-x BA1 38,3 a 22,3 h-s 24,9 g-n 18,8 m-w 15,7 q-x 14,3 u-x BA2 34,2 a-f 19,0 m-w 19,7 k-w 19,7 k-w 13,9 u-x 15,0 t-x BB1 37,3 ab 18,3 n-x 16,1 q-x 19,2 l-w 14,1 u-x 13,2 vwx BB2 35,8 a-d 12,8 wx 22,4 h-r 16,8 p-x 13,6 vwx 15,4 r-x HA1 26,6 g-k 21,9 h-t 21,5 ı-t 19,0 m-w 15,4 r-x 17,6 o-x HA2 27,7 e-ı 25,0 g-n 27,5 e-ı 17,5 o-x 13,9 u-x 23,7 g-p VKK1 34,6 a-e 18,1 n-x 26,4 g-l 17,2 p-x 15,2 s-x 15,4 r-x VKK2 28,9 d-h 15,9 q-x 24,4 g-o 18,8 m-w 13,6 vwx 13,9 u-x VKS1 30,2 c-g 17,4 o-x 26,4 g-l 20,8 ı-u 15,2 s-x 13,8 u-x VKS2 27,3 f-j 20,1 k-v 24,8 g-n 17,7 o-x 17,2 p-x 16,6 q-x NPK1 30,2 b-g 18,1 n-x 14,8 t-x 25,5 g-m 20,1 k-v 20,8 ı-u NPK2 25,5 g-m 20,8 ı-u 11,4 x 16,8 p-x 18,1 n-x 27,5 e-ı F-Test 6,29** Aynı sütundaki farklı harfle gösterilen ortalamalar istatistiksel olarak önemlidir (p<0.05). *: p<0.05,**p<:0,01, öd; önemli değil 49 Kontrol toprağına uygulanan iki farklı biyokömür, farklı organik materyaller, NPK ve kontrol uygulamalarının ve bu uygulamaların zamana bağlı olarak toprağın alınabilir NO3 değeri üzerinde meydana getirdiği değişimler istatistiksel olarak önemli bulunmamıştır. Elde edilen değerler Çizelge 4.10’da verilmiştir. En düşük NO3 değeri VKS2 uygulamasının ink2’de (4 mg kg-1) bulunurken en yüksek NO3 değeri ise NPK1 uygulamasının ink5’te (38,97 mg kg-1) olarak belirlenmiştir. Çizelge 4.10. Tuzsuz ve kireçsiz (kontrol) toprak koşullarında inkübasyon dönemleri ile uygulamaların toprak Nitrat (NO3) değerine etkileri İnkübasyon Dönemleri Uygulamalar İnk0 İnk1 İnk2 İnk3 İnk4 İnk5 Kontrol 8,13 8,30 7,57 13,73 18,87 22,30 BA1 14,93 8,93 6,63 15,87 17,30 21,67 BA2 7,73 5,87 16,23 19,80 21,63 19,33 BB1 6,43 8,97 12,00 17,2 20,33 21,27 BB2 5,07 9,37 10,4 17,50 16,00 20,90 HA1 7,83 8,73 6,97 17,20 16,20 19,03 HA2 5,60 10,3 14,93 15,97 21,17 21,73 VKK1 6,27 8,03 16,33 16,47 18,33 24,3 VKK2 6,93 12,93 11,23 17,13 17,03 17,4 VKS1 12,80 7,53 3,87 16,30 20,17 15,93 VKS2 7,87 7,27 4,00 18,80 16,43 19,03 NPK1 14,93 16,87 25,7 35,90 36,47 38,97 NPK2 10,23 14,37 13,27 19,90 28,17 32,60 F-Test 24,08öd Aynı sütundaki farklı harfle gösterilen ortalamalar istatistiksel olarak önemlidir (p<0.05). *: p<0.05,**p<:0,01, öd; önemli değil Tuz uygulanan toprakta biyokömürlerin, farklı organik materyallerin, NPK ve kontrol uygulamalarının ve bu uygulamaların zamana bağlı olarak toprağın NO3 değeri üzerinde meydana getirdiği değişimler istatistiksel olarak önemli bulunmuştur. Elde edilen değerler Çizelge 4.11’de verilmiştir. En düşük alınabilir NO3 değeri VKS1 uygulamasının ink2’de (3,40 mg kg-1) ve en yüksek alınabilir NO3 değeri ise NPK1 uygulamasının ink5’te (36,43 mg kg-1) olarak belirlenmiştir. İnkübasyon zamanına bağlı olarak tuzlu toprak koşullarında da NO3 değeri göreceli olarak artış göstermiştir. 50 Çizelge 4.11. Tuzlu toprak koşullarında inkübasyon dönemleri ile uygulamaların toprak Nitrat (NO3) değerine etkileri İnkübasyon Dönemleri Uygulamalar İnk0 İnk1 İnk2 İnk3 İnk4 İnk5 Kontrol 36,23 a 8,37 k-x 5,70 t-x 15,07 e-r 12,80 e-w 8,50 e-h BA1 7,30 n-x 6,00 r-x 4,73 wx 15,67 e-o 16,70 e-l 11,77 g-x BA2 13,37 e-f 5,87 s-x 5,60 u-x 16,23 e-n 19,63 d-g 15,27 e-q BB1 10,90 g-x 8,73 j-x 7,00 o-x 14,53 e-v 17,87 e-j 15,47 e-p BB2 7,77 l-x 5,70 t-x 6,33 p-x 14,90 e-s 12,27 f-x 15,93 e-o HA1 8,90 j-x 10,63 g-x 7,13 n-x 14,43 e-v 11,87 g-x 21,33 c-f HA2 8,57 k-x 6,47 p-x 9,77 h-x 13,87 e-w 13,67 e-w 21,13 c-f VKK1 9,67 h-x 8,33 k-x 12,27 f-x 15,47 e-p 14,43 e-v 21,80 b-e VKK2 12,20 f-x 8,53 k-x 6,27 q-x 14,63 e-u 16,03 e-o 17,40 e-k VKS1 8,03 l-x 5,90 r-x 3,40 x 16,50 e-m 16,10 e-o 15,93 e-o VKS2 9,10 ı-x 12,27 f-x 7,40 m-x 16,23 e-n 21,07 c-f 16,73 e-l NPK1 15,0 7e-r 10,23 h-x 21,63 b-e 27,87 a-d 33,57 a 36,43 a NPK2 5,43 vwx 14,80 e-t 14,80 e-t 18,23 e-ı 30,17abc 30,73 ab F-Test 4,76* Aynı sütundaki farklı harfle gösterilen ortalamalar istatistiksel olarak önemlidir (p<0.05). *: p<0.05,**p<:0,01, öd; önemli değil Tuz uygulanan toprakta biyokömürlerin, farklı organik materyallerin, NPK ve kontrol uygulamalarının ve bu uygulamaların zamana bağlı olarak toprağın NO3 değeri üzerinde meydana getirdiği değişimler istatistiksel olarak önemli bulunmuştur. Elde edilen değerler Çizelge 4.12’de verilmiştir. En düşük alınabilir NO3 değeri HA2 uygulamasının ink0’da (8,1 mg kg-1) ve en yüksek alınabilir NO3 değeri ise NPK2 uygulamasının ink3 ‘te (36,5 mg kg-1) olarak belirlenmiştir. İnkübasyon zamanına bağlı olarak tuzlu toprak koşullarında da NO3 değeri göreceli olarak artış göstermiştir. Çizelge 4.12. Kireçli toprak koşullarında inkübasyon dönemleri ile uygulamaların toprak Nitrat (NO3) değerine etkileri İnkübasyon Dönemleri Uygulamalar İnk0 İnk1 İnk2 İnk3 İnk4 İnk5 Kontrol 13,3 k-u 9,3 v-z 6,4 e-h 18,7 def 20,5 g-q 15,7 ı-s BA1 11,9 p-z 8,5 yz 8,3 yz 16,0 g-o 18,3 f-ı 14,3 j-s BA2 11,2 r-z 8,5 yz 9,4 u-z 16,0 g-o 15,7 g-q 15,9 g-p BB1 8,7 xyz 10,1 t-z 5,5