Harran toprak serisinde endosulfanın adsorpsiyon ve desorpsiyonu
Adsorption and desorption of endosulfan in Harran soil series
Yazar: AYŞE DİLEK ATASOY
Danışman: PROF. DR. FARUK İNCE
Harran Üniversitesi / Fen Bilimleri Enstitüsü / Toprak Ana Bilim Dalı
Derece: Doktora, 2007
Konu: Ziraat = Agriculture ; Çevre Mühendisliği = Environmental Engineering
Dizin: Adsorpsiyon = Adsorption ; Harran Ovası = Harran Plain ; Pestisitler = Pesticides

Özet:
Bölgemiz tarımsal üretimin oldukça yoğun gerçekleştirildiği, sürekli nüfusartışının yaşandığı ve buna bağlı olarak gıda tüketiminin her geçen gün artma eğilimigösterdiği bir yerdir. Artan ihtiyaca paralel olarak birim alandan en fazla ve kaliteliürünü elde etmek esas amaç haline gelmiştir. Tarımda bu amacı gerçekleştirmek içinson zamanlarda zirai mücadele ilaçları yaygın şekilde kullanıma geçmiştir. Zararlıböcek, ot ve mantarlara karşı kullanılan kimyasalların genel adı olan pestisit ifadesison yıllarda tarımda yoğun kullanımı ve doğal ortamlarda oluşturduğu kirliliknedeniyle oldukça sık gündeme gelmektedir. Herbisit, fungusit, akarisit veinsektisitler doğada güç ayrışan, insan ve hayvanlar açısından toksik etkiye sahip veuzun dönemde canlı vücutta birtakım zararlar oluşturan bileşiklerdir. Pestisitlerinkontrollü kullanımlarıyla birlikte topraktaki davranışları bilinmelidir.Bu çalışma kapsamında seçilen pestisit (endosulfan), yörede yoğun kullanılanve toprakta kalıcı özellik gösteren bir türdür. Şanlıurfa'da pamuk, meyve-sebze,tahıl, pirinç, mısır, sorgum gibi çok çeşitli ürünlere yaygın uygulanan bir insektisitveya akarisittir. Çalışmanın amacı, iki farklı izomeri olan endosulfanın (alfa ve beta)daha çok pamuk tarımı yapılan Harran toprak serisinde davranışını araştırmaktır. Budoğrultuda,- Harran serisinden alınan toprağın fiziksel ve kimyasal özelliklerininincelenmesi,- Harran Ovası'nda belirli bir bölgede farklı horizonlardan alınan toprakörnekleri kullanılarak alfa ve beta endosulfanın adsorpsiyon ve desorpsiyonizotermlerinin belirlenmesi- Elde edilecek sonuçlara göre endosulfanın üst ve alt horizonlardakiadsorpsiyon-desorpsiyon durumunun yorumlanması hedeflenmiştir.Harran serisinde açılan profilde farklı derinliklerden toprak örneklerialınmıştır. Yüzeyden 0-27 cm, 27-40 cm, 40-55 cm, 55-70 cm, 70-85 cm ve 85-100cm derinliklerden alınan örnekler, 20-25 oC'de hava kuru hale getirilerek 2 mm likelekten elenmiştir. Topraklar hacim ağırlık, nem, toprak tekstürü, katyon değişimkapasitesi, organik madde, pH, kireç miktarı açısından incelenmiştir. Tüm toprakanalizleri 3 paralelli gerçekleştirilmiştir. Daha sonra Batch metodu kullanılarak AP veBW2 horizonları üzerinde endosülfan'ın adsorpsiyon-desorpsiyon kinetikleri veizotermleri araştırılmıştır. 1/5 toprak/çözelti oranı kullanılmıştır (5 g toprak, 25 mlçözelti). Blank ve kontrol çözeltileri de hazırlanmış, iki paralelli çalışılmıştır. Kinetikçalışmada, toprak-çözelti karışımı belirli süreler zarfında çalkalanmış ve santrifüjedilmiş endosulfan miktarları belirlenmiştir. Dengeye ulaşma süresi hesaplanmış veadsorpsiyon izoterm çalışmasında bu süreler uygulanmıştır. Desorpsiyon kinetikçalışmasında üst sıvı endosulfan içermeyen 0.01 M CaCl2 ile yer değiştirilmiş veaynı işlemler gerçekleştirilmiştir. Adsorpsiyon ve desorpsiyon izotermlerininbelirlenmesi aşamasında 5 farklı konsantrasyon ile çalışılmıştır. Tüm adsorpsiyondesorpsiyon denemelerinin Freundlich ve Langmiur izotermlerine uygunluklarınabakılmıştır.Alfa ve beta endosulfanın adsorpsiyonu ilk saatlerde hızlı gerçekleşmiştir.Yaklaşık 3. saatte dengeye ulaşmıştır. 24. saate kadar adsorpsiyonun hızı azalmışancak proses devam etmiştir. Alfa ve beta endosulfan izomerlerinin AP ve BW2horizonları üzerindeki adsorpsiyonlarının L tipi izoterme dolayısıyla Langmiurizotermine uyduğu gözlenmiştir. Endosulfanın toprak partikülleri üzerindekiaffinitesi oldukça yüksek bulunmuştur. Ancak bu çalışmada, endosulfan türlerininadsorpsiyon mekanizmalarının Freundlich izotermine çok daha iyi uyum sağladığıgörülmüştür. Alfa endosulfanın AP üzerindeki adsorpsiyonu (Kf: 21.63 mL/g),BW2'ye göre (Kf: 16.33 mL/g) daha fazla bulunmuştur. Beta endosulfanın BW2üzerindeki adsorpsiyonu ise (Kf: 17.98 mL/g), AP'ye göre (Kf: 14.01 mL/g) dahayüksektir. Endosulfanın farklı iki izomerinin horizonlar üzerinde farklı adsorpsiyonözellikleri göstermesi, toprakların kil ve organik madde oranlarındaki farklılıklaaçıklanmaktadır. Bu bağlamda, alfa endosulfanın organik madde üzerinde killerdendaha fazla tutunma eğilimi olduğu, bunun aksine beta endosulfanın killer üzerinde,organik maddeye göre daha büyük adsorpsiyon eğilimi taşıdığı varsayılmaktadır.Bunun yanı sıra endosulfanın topraktaki adsorpsiyonunda gerek pestisit gerek ortamözelliklerinin önem taşıdığı sonucuna ulaşılmaktadır.Alfa ve beta endosulfanın desorpsiyon kinetiklerinin adsorpsiyonkinetiklerinden daha hızlı gerçekleştiği görülmektedir. Alfa ve beta endosulfandesorpsiyonu Freundlich izotermine iyi uyum sağlamaktadır. Alfa endosulfanınLangmiur izotermine uyumu zayıf olurken, beta endsoulfan desorpsiyonu, katsayılarbakımından Langmiur izotermi ile açıklanamamaktadır. Alfa endosulfanın APhorizonundan desorpsiyonu BW2'den daha fazla, beta endosulfanın ise BW2horizonundan desorpsiyonu AP'den daha büyük bulunmuştur. AP horizonundan alfaendosulfanın desorpsiyonu diğerlerinin 2 katından daha yüksek çıkmıştır. Yani, üsthorizonda beta endosulfan toprağa daha sıkı tutunurken, BW2 horizonunda alfaendosulfan toprağa daha sıkı bağlanmaktadır.Bunun yanı sıra Harran Ovası'nı çevreleyen kuyulardan su numuneleri alınmışve kalıntı endosulfan araştırılmıştır. Belirli oranlarda desorpsiyon eğiliminin olması,endosulfanın farklı yerlere taşınabileceğini ifade etmektedir. Yer altı sularında kalıntıendosulfana rastlanmasında, endosulfan desorpsiyonunun da önemli bir rolü olduğudüşünülmektedir. Ova yakınındaki kuyularda kalıntı endosulfana rastlandığı halde,ovaya uzak mesafedeki kuyularda alfa veya beta endosulfan kalıntılarıbulunamamıştır. Bunun sebebinin Harran Ovası'nın çanak şeklindeki yapısındankaynaklandığı düşünülmektedir. Çünkü yer altı suyunun akış yönü ovaya doğrugerçekleştiği için, üst kısımlarda kullanılmış olan pestisit kalıntıları sürekli HarranOvası'na yakın kuyulara doğru taşınmış ve bu alanlarda birikim göstermiştir. Ayrıcayer altı suyunu hareketinin de hızlı olduğu sonucuna varılmıştır.Bu çalışmadan elde edilen veriler, bölgede henüz araştırılmamış olanendosulfanın topraktaki hareketi veya davranışı gibi önemli bir konuya birtakımaçıklamalar getirmiştir. Sonuç olarak endosulfanın Harran serisine dahil topraklardaçok iyi adsorbe olduğu, ancak belirli oranlarda desorpsiyon eğiliminin de bulunduğu,bu iki mekanizmanın toprak ve pestisit özellikleri tarafından yönlendirildiğibelirlenmiştir. Toprağa çok iyi adsorbe olduğu bulunan bir pestisitin yer altı sularınakadar ulaşabilmesi ise, adsorpsiyon-desorpsiyon olayının birçok şarttan etkilendiğinive bu şartların kapsamlı biçimde araştırılması gerektiğini ortaya koymaktadır.

Abstract:
GAP region is a place that has an intensive agricultural production, anincreasing population and a gradually raising food consumption related topopulation. The basis aim in agriculture is to get the high in quality and quantitycrops to compensate for the increasing necessitises. Therefore pesticides have beenused rather wide for the last years. Pesticide is the common name of the chemicalswhich are used for the harmful insects, fungus and herbs. Pesticides has frequentlybecome a current issue for the environmental pollution caused from the widespreadusage of them. Herbicides, fungucides, acaricides and insecticides are the persistentchemicals and they have toxic effects that damage metabolism on the human and theanimals. The checking usage and to understand the fate of the pesticides areimportant topics.The investigated pesticide (endosulfan) is a persistent chemical in the soil andhas used intensely in the region. And it?s also an insecticide or acaricide which hasapplied on the different crops as cotton, fruit, vegetables, grain, rice, corn andsorghum in Şanlıurfa. The aim of the research is to investigate the fate of endosulfanmetabolites (alfa and beta) in the Harran soil that usually the cotton has been raisedon it. Therefore the objects of the research are;- To investigate the physical and chemical properties of the soil.- To determine the adsorption-desorption isotherms of alfa and betaendosulfan on the soil samples which were taken from the diferrent horizonesin a profil excavated on the Harran soil series.- To explain the adsorption-desorption mechanisms on the upper and on thebottom horizones by the results.The soil samples were taken from a profile excavated in the Harran soil series.The soils which were taken from 0-27 cm, 27-40 cm, 40-55 cm, 55-70 cm, 70-85 cmand 85-100 cm were air dried and sieved (2 mm) and analyzed for the bulk density,particle size distribution, CEC, organic matter, pH and CaCO3. All the analyses weremade in three replicates. Then adsorption-desorption kinetics and isotherms ofendosulfan were investigated on the AP and BW2 by using Batch method. The solid toliquid ratio chosen for the endosulfan adsorption-desorption studies on soils was 1/5.Control and blank solutions were prepeared and all the tubes were served as tworeplicates. Soil samples were mixed with endosulfan solution using a reciprocatingshaker for determined periods and centrifuged. Endosulfan contents were computedon GC after the extraction. The kinetic experiment was conducted to establish theequilibration time for the endosulfan adsorption and desorption studies on soils. Theequilibration time was applied for the isotherm experiment. An aliquot of 0.01 MCaCl2 without endosulfan was mixed with the soil to carry out the desorptionexperiment and the same processes were carried out. Five different concentrationswere used in the isotherm experiment and they were examined for the fittingness tothe Freundlich and Langmiur equations.The adsorption of alfa and beta endosulfan was on rapid phase initiallyfollowed by a slower phase. Adsorption leveled off after 3 h. The adsorption ratedecreased within 24 h but process has continued. The adsorption on the AP and BW2horizones were type L which is typical for the Langmiur Isotherm. Endosulfan has ahigh affinity for the soil particulates. On the other hand Freundlich equation provideda beter fit to the endosulfan adsorption. Alfa endosulfan adsorption on AP with Kf:21.63 mL/g was higher than BW2 with Kf: 16.33 mL/g. As for beta endosulfanadsorption on BW2 with Kf: 17.98 mL/g was higher than AP with Kf: 14.01. Thedifference of Kf values could be explained the difference of organic matter and claycontent between the two soils. It?s concluded that either the pesticide or the soilcharacteristics had the important effects on the endosulfan adsorption.The kinetics of alfa and beta endosulfan desorption was more rapid than theiradsorption kinetics. Freundlich equation provided a good fit to the alfa and betaendosulfan desorption. Therefore Langmiur equation yielded a poor fit to the alfaendosulfan desorption. Beta endosulfan desorption couldn?t be explained by theLangmiur Isotherms because of the coefficients. Alfa endosulfan desorption from APis found higher than desorption from BW2. Beta endosulfan desorption from BW2 washigher than desorption from AP. Alfa endosulfan desorption from AP was more thantwice that for the others. In other words beta endosulfan adsorbed tightly to upsoilwhereas beta endosulfan adsorbed tightly to subsoil.Endosulfan desorption causes the movement of endosulfan to the differentsides and the ground water contamination. So water that sampled from the wellsarround the Harran plain was analyzed for residual endosulfan. Endosulfanconcentration was higher in the wells near the plain than the wells faraway from theplain. Because Harran plain was like a bowl and the ground water flowing side wasfrom the upper wells to the sub wells. Therefore the residual endosulfan wasaccumulating in the sub wells near the plain.The research has offered a solution for a new and an important subject that isthe fate of endosulfan in the soil. Therefore there are a lot of conditions that affectthe adsorption and desorption which are the topics of different studies. In theconclusion high endosulfan adsorption and a medium desorption tendency is foundin Harran soils. Two mechanisms are directed by the soil and pesticidecharacteristics. The contamination of ground water by endosulfan brings up theeffects of other conditions that direct the adsorption and desorption processes. Theseconditions must be researched extensively.