Çeltik sapından elde edilen biyokömür uygulamalarının çeltik yetiştiriciliğinde kadmiyum biyoyarayışlılığına etkisi
The effect of rice straw biochar applications on cadmium bioavailability in rice cultivation
Yazar: MUHİTTİN ONUR AKÇA
Danışman: PROF. DR. SADIK USTA
Ankara Üniversitesi / Fen Bilimleri Enstitüsü / Toprak Bilimi ve Bitki Besleme Ana Bilim Dalı
Derece: Doktora, 2020
Konu: Ziraat = Agriculture

Özet:
Biyokömür üretimi ve çeltik tarımında tekrar uygulama, çeltik saplarını değerlendirmenin ekonomik ve çevre dostu olan bir yoludur. Bu araştırmada, çeltik sapından elde edilen biyokömürün topraklara uygulanmasının tüm canlılar için potansiyel bir tehlike oluşturan ağır metallerden kadmiyumun biyoyarayışlılığı üzerine etkileri araştırılmıştır. 400 oC de yavaş piroliz işlemi ile çeltik sapından biyokömür elde edilmiş ve karakterizasyon tanımlamaları yapılmıştır. Farklı düzeylerde (tarla kapasitesinin % 75'i ve % 100'ü) nemlendirilen topraklara artan dozlarda biyokömür (% 0, 2.5 ve 5) ve Cd (0, 2.5, 5 ve 10 mg kg-1) ilave edilip tam faktöriyel inkübasyon denemesi kurulmuştur. Biyokömür uygulamasının Cd adsorbsiyonu üzerindeki etkisi bu inkübasyon deneyinde belirlenmiştir. İnkübasyon denemesinin sonuçlarına göre, farklı nem seviyelerinin (tarla kapasitesinin % 75'i ve % 100'ü) Cd'nin adsorbsiyonunda önemli bir parametre olduğu görülmüştür. Çeltik sapından elde edilen biyokömürlerin, çeltik yetiştiriciliğinde Cd ağır metalinin adsorbsiyonunda tekrar kullanılabildiği belirlenmiştir. Çalışmadaki izotermleri tanımlamak için Langmuir ve Freundlich adsorbsiyon izotermleri kullanılmıştır. Çalışma başında ve sonrasında uygulama topraklarında ve biyokömür materyalinde adsorbsiyon ve desorbsiyon izotermleri gözlenmiştir. Elde edilen izotermlere bakıldığında; genel olarak Freundlich izoterminin Langmuir izoterminden daha iyi sonuçlar verdiği görülmüştür. Çeltik sapından elde edilen biyokömürün fiziksel adsorbsiyon üzerinde oldukça etkili bir materyal olduğu belirlenmiştir. Tarla kapasitesinin % 75 ve % 100'ünde desorbe edilen Cd miktarlarının, bu uygulamalarda farklı adsorbsiyon-desorbsiyon yüzeylerine sahip olduğu görülmüştür. Elde edilen sonuçlar, desorbsiyon sürecindeki nem farklılığının Cd' nin desorbsiyonu üzerine önemli bir etkisinin olmadığını göstermektedir. Daha sonra, aynı biyokömür ve Cd dozları uygulanarak sera denemesi kurulmuştur. Çeltik bitkisinin kök, gövde ve tanesinde Cd içerikleri belirlenmiştir. Sera denemesi sonuçlarına göre, biyokömür uygulamalarının artan dozlarının (% 2.5 ve % 5) tane Cd içeriğini düşürdüğü görülmüştür. Buna karşılık, çeltik sapından elde edilen biyokömür uygulamalarının artan dozlarının çeltik bitkisinin kök Cd içeriğini arttırdığı belirlenmiştir.

Abstract:
Charring and recycling it back to rice cultivation is an economically feasible and environmentally friendly way of evaluating the rice straw. In this research, the impact of the biochar on the bioavailability of cadmium, which is one of the heavy metals having the most serious potential threat for ecosystem health was studied. Physico-chemical properties of the biochar produced by the slow pyrolysis procedure at 400 oC were characterized. A full factorial incubation experiment with increasing doses of biochar (0 %, 2.5 %, and 5 % ) and Cd (0, 2.5, 5, and 10 mg kg-1) were set up at two moisture levels (75 % and 100 % of the capacity of the field). The effect of biochar application on the Cd adsorption was tested in this incubation experiment. According to the results of the incubation experiment, it was observed that different levels of moisture (75 % and 100 % of the capacity of the field) were an important parameter in the adsorption of Cd. It was stated that the biochars obtained from the rice straw can be used again in rice cultivation in the adsorption of Cd heavy metal. In order to define the adsorption isotherms in the study, Langmuir and Freundlich adsorption isotherm were used. The adsorption and desorption isotherms in the application soils at the beginning and after the experiment and in the biochar material were observed. When the obtained isotherms were considered, it was observed that generally, the Freundlich isotherm provided better results than Langmuir isotherm. It was determined that the biochar obtained from the rice straw was a highly effective material on the physical adsorption. It was stated that Cd amounts desorbed at 75% and 100% of the field capacity indicate that there were different adsorption-desorption surfaces in these applications. The results showed that the humidity difference in the desorption process was not have a significant effect on the desorption of Cd. Then rice plant were grown in a pot experiment using the same biochar and Cd doses. The Cd contents of the shoot and root of the rice plant were analyzed. According to the results of the greenhouse experiment, it was observed that the increasing levels of biochar applications (2.5 % and 5 % ) were decreased the Cd contents. However, it was determined that the increasing doses of the applications of biochar obtained from the rice straw were increased the root Cd content of the rice plants.