Biyokömürün toprağın biyolojik özellikleri üzerine etkilerinin incelenmesi
Investigating the effect of biochar on microbial properties in the soil
Yazar: ABDUL LATIF ABDUL AZIZ
Danışman: DOÇ. DR. İLKER UZ
Akdeniz Üniversitesi / Fen Bilimleri Enstitüsü / Toprak Bilimi ve Bitki Besleme Ana Bilim Dalı
Derece: Doktora, 2021
Konu: Ziraat = Agriculture

Özet:
Topraklara biyokömür uygulaması, toprak verimliliğini ve karbon tutulumunu artırmak ve iklim değişikliğini önlemek üzere sera gazı emisyonlarını düşürmek için uygun bir yaklaşım olarak tanımlanmaktadır. Biyokömürün toprağın fiziksel özelliklerini ve besin tutulumunu iyileştirmek, topraktaki besin döngülerinde etkili olan mikrobiyal varlığı ve kompozisyonunu olumlu yönde değiştirmek gibi yararları olduğu düşünülmektedir. Bununla birlikte, farklı tipteki bioyokömürlerin topraktaki mikroorganizmalar ve toprağın biyolojik özellikleri üzerindeki etkileri daha az ilgi görmüştür ve araştırılması gerekmektedir. Bu tezin temel amacı biyokömür uygulamalarının toprak mikroorganizmaları ve toprağın biyolojik aktivitesi üzerindeki etkilerini incelemektir.
Bu tez, biyokömür uygulamasından sonra oluşan toprak biyolojik süreçleri ile ilgili olarak toprak mikroorganizmalarının davranışlarını anlamaya odaklanmış ve bu mikroorganizmalar ile biyokömür uygulamasından sonra toprak matrislerinde değişen kimyasal özellikler arasındaki ilişkiyi değerlendirmeye çalışmıştır. Çalışmada  dört farklı tarımsal atığın (örtü altı domates atığı (Solanum lycopersicum L.), muz plantasyon atığı (Musa species), karanfil atığı (Dianthus caryophyllus L., 1753 ) ve bağ budama atığı (Vitis vinifera L., 1753)) iki farklı sıcaklıkta (300 ve 500 °C) piroliz edilmesiyle elde edilen sekiz farklı biyokömür kullanılmıştır. Biyokömür uygulamaları kullanılan bitki materyali ve son sıcaklığa göre bağ budama biyokömürü-300 oC (BB300), bağ budama biyokömürü-500 oC (BB500), domates biyokömürü-300 oC (DB300), domates biyokömürü-500 oC (DB500), karanfıl biyokömürü-300 oC (KB300), karanfil biyokömürü-500 oC (KB500), muz biyokömürü-300 oC (MB300) ve muz biyokömürü-500 ℃ (MB500) olarak belirlenmiştir. Test bitkisi olarak kıvırcık marul (Lactuca sativa var. crispa) kullanılmıştır. Deneme, tesadüf parselleri deneme desenine göre sera koşullarında saksı denemesi şeklinde kurulmuştur. Deneme, ard arda iki yetiştiricilik döneminde, 5 tekerrürlü olarak yürütülmüş olup toplam 45 saksı (4 tarımsal atık × 2 piroliz sıcaklığı × 5 tekerrür + 5 kontrol) içermiştir. Marul fidelerinin dikiminden bir hafta evvel 2 ton/da hesabına göre her saksıya ilgili biyokömürlerden 80 g uygulanmış ve homojen bir şekilde karıştırılıp sulandıktan sonra inkübasyona bırakılmıştır. Yetiştiricilik boyunca temel gübreleme programı uygulanmış ve toplam 6 gübreleme yapılmıştır. Bu amaçla 18-18-18 gübresi sulama suyu ile birlikte 0.5 g/1.5 L oranında her saksıya uygulanmıştır. Ayrıca, yetiştiricilik döneminin ortasına denk gelen 3. gübrelemede sadece bir defa olmak üzere her saksıya 1 g/1.5 L oranında kalsiyum nitrat [Ca(NO3)2] gübresi uygulanmıştır. Her yetiştiricilik döneminde belirli aralıklarla (0, 2, 4, 6 ve 8. haftalar) normal toprak örnekleri alınmış ve biyolojik parametreler (üreaz, alkalin fosfataz, β-glikozidaz, dehidrojenaz, nitrifikasyon, denitrifikasyon, mezofilik bakteri sayısı) açısından analiz edilmiştir. Ayrıca her yetiştiricilik döneminin sonunda hasat sırasında alınan normal ve rizosfer toprağı örneklerinin makro ve mikro besin element kapsamları belirlenmiştir. Ayrıca, hasattan sonra marulun kalite parametreleri ve verim ölçümleri yapılmıştır. 
Biyokömür uygulamaları her iki dönemde de toprak kimyasal özelliklerini (pH, EC, organik karbon, alınabilir fosfor ve potasyum) iyileştirmiş ancak kontrole göre toprağın toplam nitrojen içeriğini artırmamıştır. Biyokömür uygulamaları biyokömür tipine ve dönemine bağlı olarak topraktaki mikrobiyal aktiviteleri etkilemiştir. Genel olarak, birinci dönemde karanfil (KB500) ve muz (MB300 ve MB500) uygulamalarında enzim aktivitelerinin diğer uygulamalara göre daha yüksek olduğu görülmüştür. Ancak, biyokömür uygulamalarının ikinci dönemde enzim aktiviteleri üzerinde istatistiki olarak bir etkisi olmamıştır. Topraktaki bakteri sayısı da her iki dönemde biyokömür uygulamalarından etkilenmemiştir. Her iki dönemde de kimyasal özellikler ve mikrobiyal aktivitede güçlü pozitif korelasyonlar görülmüştür. Genel olarak, toprakta pH ve EC değerleri ile biyolojik parametreler biyokömür ilavelerinden sonra rizosferde önemli ölçüde artmıştır. İkinci dönem domates (DB300) ve muz (MB500) biyokömür uygulaması bitki boyunu sırasıyla %15.2 ve %10.2 oranında artırmıştır. Bu sonuçlar biyokömürlerin, intrinsik fiziksel ve kimyasal özelliklerine bağlı olarak toprakla nasıl farklı etkileşimlere sahip olduğunu göstermektedir. Ayrıca bu tez, toprağa biyokömür uygulamalarına yönelik olarak kılavuz oluşturmaya odaklanan gelecekteki çalışmaların önemini vurgulamaktadır.

Abstract:
Soil amendment with biochar has been widely described as a suitable approach to improve soil fertility, sequester carbon and reduce greenhouse gas (GHG) emissions to mitigate climate change. The purported benefits of biochar addition to soils include improved soil physical properties and nutrient retention as well as changes in microbial composition and abundance which in turn affect nutrient cycling in the biochar amended soils. However, the impacts of different types of biochar on biological properties of soil have received less attention and need to be explored.
The aim of this thesis was to investigate the impact of biochar application on biological properties of soil. This thesis focuses on understanding the behaviour of soil microbes in relation to soil biological processes that occur following biochar application and attempts to assess the relationship between soil microbes and the chemical properties that are altered in soil matrices after biochar application. Four (4) different agricultural residues (vine pruning residue, tomatoes residue, clove residue and banana plantation residue) pyrolyzed at two different temperature (300 and 500 OC) to obtained biochars were used to conduct this experiment. The biochar types or treatments were identified according to the final temperature as Vinyard biochar-300 oC (BB300), Vinyard biochar-500 oC (BB500), Tomato biochar-300 oC (DB300), Tomato biochar-500 oC (DB500), Clove biochar-300 oC (KB300), Clove biochar-500 oC (KB500), Banana biochar-300 oC (MB300) ve Banana biochar-500 oC (MB500). A greenhouse pot experiments with lettuce (lactuca sativa crispa) as a test crop was conducted for two growing periods within the year 2019. The experimental design consisted of a randomized complete block design with five replications and 9 treatments. The trial consisted of a total of 45 pots (4 agricultural waste × 2 pyrolysis temperature × 5 replications) + 5 controls). Initial soil properties were determined before the establishment of the experiment. In the greenhouse, bulk soil samples were taken during plant growth stages at a normal interval (0, 2nd, 4th, 6th and 8th week) and were analyzed for biological parameters (urease, alkaline phosphatase, β-glycosidase, dehydrogenase, nitrification, denitrification activities and a number of bacteria) while the rhizosphere soil was sampled at harvest for a similar purpose. Furthermore, soil samples were taken at the end of each experiment for chemical analysis (macro-micro nutrient). Quality parameters and yield measurements of lettuce were carried out after the harvest.
Biochar addition increased soil chemical properties (i.e. pH, EC, organic C, available P and K) in both seasons and decreased total N content of the soil. Biochar additions affected the microbial properties in soil depending on the type of biochar and growing period applied. Generally, enzyme activities under Clove (KB500) and Banana (MB300 and MB500) biochar treatments were observed to be higher in the bulk soil than other treatments in the first growing period. However, biochar applications had no impact on enzyme activities in the second growing period. Similarly, mesophilic aerobic bacteria count in the soil was not affected by biochar additions in both growing periods. Furthermore, strong positive correlations were observed in chemical properties and microbial properties in both growing periods. Generally, soil pH, EC and biological properties significantly increased in the rhizosphere after biochar additions. The application of Tomato (DB300) and Banana (MB500) biochars increased plant height by 15.2% and 10.2% respectively in the second growing period. Other quality parameters and yield were unaffected by biochar additions in both growing periods. These results remark how biochars have different interactions with soil, depending on their intrinsic physical-chemical characteristics. Also, this thesis emphasizes the importance of future work focused on formulating guidelines to biochar applications to the soil.