Stabilize edilmiş ve kurutulmuş arıtma çamurunun rulo çim üretiminde kullanımı
Use of stabilized and dried sewage sludge in roll-on grass production
Yazar: HÜSEYİN OK
Danışman: PROF. DR. ŞULE ORMAN
Akdeniz Üniversitesi / Fen Bilimleri Enstitüsü / Toprak Bilimi ve Bitki Besleme Ana Bilim Dalı
Derece: Doktora, 2020
Konu: Ziraat = Agriculture

Özet:
Çalışmada kurutulmuş ve stabilize edilmiş arıtma çamurunun rulo çim üretiminde tek başına ya da kimyasal gübre uygulamaları ile birlikte kullanım imkanı ve etkileri araştırılmıştır. Konu değerlendirilirken evsel ve kentsel arıtma çamurlarının toprakta kullanılmasına dair yönetmelikte belirtilen, ağır metal sınır değerleri dikkate alınarak uygulamaların toprakta ve bitkide neden olduğu değişimin izlenmesi de amaçlanmıştır. Bu kapsamda 0 (AÇ0), 2 (AÇ2), 4 (AÇ4), 6 (AÇ6), 8 (AÇ8) ton da-1 olmak üzere artan dozlarda arıtma çamuru (AÇ) uygulaması yapılan parsellerde kimyasal gübre (KG) uygulaması yapılmadan (KGØ) ve kimyasal gübre uygulaması yapılarak (KG+) hibrit bermuda (Cynodon dactylon x C. transvaalensis) "Tifway" çimi ve İngiliz çimi (Lolium perenne L.) birlikte yetiştirilmiş, rulo çim olarak araziden hasat edilmiştir. Deneme Akdeniz Üniversitesi Araştırma ve Uygulama Çiftlik arazisinde yüksek pH (7.45) ve kireç (CaCO3) (%46) içeriğine sahip bir toprakta tesadüf parselleri deneme desenine göre 4 tekerrürlü olarak yürütülmüştür.
	Çalışma kapsamında arazi şartlarında gözlem ve ölçümler yapıldığı gibi ayrıca planlanan zamanlarda alınan toprak ve bitki (üst aksam-kök) örneklerinde de kimyasal analizler gerçekleştirilmiştir. Uygulamalar ile uyumlu olarak yetiştirme ortamlarının pH'sında düşüş gözlenirken elektriksel iletkenlik (EC), organik madde, toplam azot, alınabilir fosfor, toplam fosfor, değişebilir potasyum (K), magnezyum (Mg), sodyum (Na) konsantrasyonlarında da önemli artışlar tespit edilmiştir. Özellikle arıtma çamuru uygulamaları ile yetiştirme ortamlarının alınabilir demir (Fe), mangan (Mn), bakır (Cu) ve çinko (Zn) konsantrasyonlarındaki artış dikkat çekicidir. Toplam Zn konsantrasyonunun arıtma çamuru uygulamaları ile arttığı görülmüştür. Uygulamaların yetiştirme ortamlarının ağır metal içerikleri üzerinde çok sınırlı da olsa değişime neden olduğu konular vardır. Ancak çalışmada uygulamaların sebep olduğu riskli bir duruma rastlanmamıştır. Diğer yandan yönetmelikte kadmiyum (Cd) sınır değerinde yapılan değişiklikler de göz önünde bulundurarak tekrarlı uygulamalarda (Cd) elementinin konsantrasyonundaki değişimin takip edilmesinin faydalı olacağı düşünülmektedir. 
Uygulamalar ile bitki üst aksam azot (N), fosfor (P), potasyum (K) ve magnezyum (Mg) konsantrasyonlarında önemli artışlar gözlenirken Na konsantrasyonundaki değişim daha sınırlı kalmıştır. Kalsiyum (Ca) konsantrasyonunda ise uygulamalar ile birlikte düşüş gözlenmiştir. Bitki üst aksamında tespit edilen bir diğer önemli değişimde Fe, Zn ve Cu elementleri ile ilgilidir. Yetiştirme ortamlarında olduğu gibi bitki üst aksamında da bu üç elementte uygulamalar ile uyumlu artışlar tespit edilmiştir. Ancak artan dozda uygulanan arıtma çamurunun bitki üst aksam Mn içeriğini kontrole göre düşürdüğü tespit edilmiştir. Uygulamaların bitki dokularının ağır metal içeriğine etkisi bazı elementler için istatistiksel olarak önemsiz bulunurken bazı örneklerde de söz konusu elementin konsantrasyonunu düşürücü etki yaptığı görülmüştür. Uygulamalar ile konsantrasyonunda artış kaydedilen elementlerde ise bu etki çok sınırlı olduğu için ihmal edilebilir düzeyde ve risk oluşturmaktan uzak olarak değerlendirilmiştir.
	Araştırma kapsamında elde edilen değerler kullanılarak biyoakümülasyon faktörü (BAF) ve translokasyon faktörleri (TF) hesaplanmıştır. Hesaplanan BAF içinde bitki üst aksam Zn, Cd ve kök Zn katsayılarında birden büyük değerlere rastlanmıştır. Çinko için bu değerin ihmal edilebilir düzeyde kaldığı görülmektedir. Ancak bitki üst aksam örnekleri için hesaplanan Cd BAF katsayıları içinde birden büyük değer sayısı oldukça fazladır. Bazı Cd BAF değerleri 7'den büyük olduğu belirlenmiştir. Bu durum rulo çimi meydana getiren çim çeşitlerinden en az birinin Cd için akümülatör bitki olabileceğini göstermiştir. Translokasyon faktörleri incelendiğinde Zn, Mn, Ni ve Cr elementleri için TF>1 olduğu saptanmıştır. Bitkide sıklıkla noksanlığına rastlanan Fe için TF<1 olduğu görülmüştür. Bu durum Fe'in bitki tarafından alınımı kadar kökten üst aksama iletiminde de problem olduğunu düşündürmüştür.  Translokasyon faktörü Mn ve Ni için incelendiğinde uygulamalar ile belirgin bir etki gözlenmemekle birlikte ikinci örnekleme döneminde tespit edilen katsayı değerlerinin daha düşük olduğu açıktır.
	Çalışmada uygulamaların rulo çim üzerindeki etkilerini daha iyi değerlendirebilmek için bitkinin çıkış hızı, kaplama hızı, parçalanmaya dayanım direnci, yaş ağırlık, kuru ağırlık, boy, renk ve klorofil içeriği gibi veriler de toplanıp değerlendirilmiştir. Arıtma çamurunun tek başına uygulandığı en yüksek doz olan AÇ8KGØ uygulamasında sadece kimyasal gübrenin kullanıldığı AÇ0KG+ uygulmasına göre stolon çıkışı 17.75 gün, parselin çim ile kapanma süresi ise 27.5 gün daha erken gerçekleşmiştir. Ayrıca AÇ8KGØ uygulmasının parçalanmaya dayanım direnci AÇ0KG+ uygulmasına göre %58 daha yüksek tespit edilmiştir. Araziden biçilerek kaldırılan yeşil ve kuru ot miktarında arıtma çamuru uygulamaları ile önemli artış sağlanmıştır. Benzer şekilde uygulamalar ile daha uzun bitki boyu kaydedilmiş, çim renginde de olumlu değişim tespit edilmiştir. Bitkinin hem rengi üzerinde hem de fotosentezle ilişkili olarak beslenmesi üzerinde önemli etkiye sahip klorofil içeriğinin de uygulamalar ile arttığı belirlenmiştir. 
	Çalışmada rulo çim üretiminde arıtma çamuru kullanımını destekler nitelikte sonuçlara ulaşılmıştır. Arıtma çamuru uygulamalarının çim gelişimi ve kalitesinde olumlu etkileri tespit edilmiştir. Yapılan gözlemler sağlanan gelişimin rulo çim serildikten sonrada sürdüğünü göstermiştir. Yüksek dozda arıtma çamuru uygulanan parsellerdeki bitkilerin gelişimlerinde bazı dengesizlikler gözlenmiştir. Bu duruma en net örneklerden biri AÇ6 ve AÇ8 doz arıtma çamuru uygulanmış parsellerde bitki gelişiminin biraz daha hızlı seyretmesidir. Bu durum özellikle ilk dönemlerde arazinin yönetimini zorlaştırmıştır. Bu parsellerdeki bitkilerin daha sık biçime gelmesinden dolayı işçilik ve bakım maliyetleri artmıştır. Ayrıca materyalin gereğinden fazla kullanımı uzun vadede nitrat ve ağır metal kirliliğine de sebep olma riski vardır. Materyali daha etkili ve güvenli kullanabilmek için arıtma çamurunu iki parça halinde vermenin daha faydalı olabileceği düşünülmüştür. Tavsiye edilen uygulama, alanın tesis aşamasında 4 ton da-1 arıtma çamuru uygulanması, ilk rulo çim kesiminden sonra da araziye 2 ton da-1 arıtma çamuru daha uygulanması şeklinde olabilir. Ayrıca çalışmada kimyasal gübre uygulamalarının AÇ0 ve AÇ2 dozu arıtma çamuru konularında bir miktar olumlu etki gösterdiği ancak artan arıtma çamuru dozları ile kimyasal gübre uygulamalarının etkisinin giderek önemsizleştiği görülmüştür. Bu durum rulo çim üretiminde arıtma çamuru uygulamaları ile birlikte arazideki potasyum, kalsiyum ve mangan gibi potansiyel noksanlık belirtilerinin takip edilip ihtiyaç hasıl olması halinde bu elementlerin gübrelenmesinin yapraktan yapılmasının daha faydalı olabileceğini düşündürmüştür.

Abstract:
In the study, the possibilities and effects of dried and stabilized sewage sludge alone or together with chemical fertilizer applications were investigated. While evaluating the subject, it is also aimed to monitor the changes caused by the applications in the soil and plants by considering the heavy metal limit values specified in the regulation on the use of domestic and urban sewage sludge in the soil. In this context, hybrid bermuda grass (Cynodon dactylon x C. transvaalensis) "Tifway" and lolium grass (Lolium perenne L.) were grown together and harvested from the field as roll-on grass by performing chemical fertilizer application (KG+) and not performing chemical fertilizer (KG) application (KGØ) in the parcels where sewage sludge (AÇ) application is performed in increasing doses of 0 (AÇ0), 2 (AÇ2), 4 (AÇ4), 6 (AÇ6), 8 (AÇ8) ton da-1. The experiment was carried out in a soil with high pH (7.45) and lime (CaCO3) (46%) content on Akdeniz University Research and Application Farm land in 4 repetitions according to  the randomized parcels experimental design. 
	Within the scope of the study, observations and measurements were made in the field conditions, and also chemical analyzes were carried out on soil and plant (upper part-root) samples taken at the scheduled times. While a decrease in pH of the growing environments was observed in line with the applications, significant increases in electrical conductivity (EC), organic matter, total nitrogen, available phosphorus, total phosphorus, exchangeable potassium (K), magnesium (Mg), and sodium (Na) concentrations were also detected. The increase in the concentrations of available iron (Fe), manganese (Mn), copper (Cu) and zinc (Zn) in the growing environments, especially with sewage sludge applications, is remarkable. It was observed that the total Zn concentration increased with sewage sludge applications. There are issues where applications cause change, albeit very limited, on heavy metal contents of growing environments. However, no risky situation caused by applications was found in the study. On the other hand, considering the changes in cadmium (Cd) limit value in the regulation, it is thought that it will be useful to follow the change in the concentration of cadmium (Cd) element in repetitive applications.
	With the applications, while significant increases in nitrogen (N), potassium (K) and magnesium (M) concentrations of the plant upper parts were observed, change in Na concentration stayed more limited. A decrease was observed in calcium (Ca) concentration along with the applications. Another important change detected in the plant upper parts is related to the elements of Fe, Zn and Cu. As in growing environments, compatible increases with the applications in these three elements were detected in the upper part of the plant as well. However, it was determined that the sewage sludge applied in increasing doses decreased the Mn content of the plant upper parts compared to the control. While the effects of applications on the heavy metal content of plant tissues were found to be statistically insignificant for some elements, it was observed in some samples that they had a reducing effect on the concentration of the element in question. This effect was evaluated as far from creating risks and at negligible level since it was very limited in these elements in which an increase was recorded in their concentration along with the applications. 
	Bioaccumulation factor (BAF) and translocation factors (TF) were calculated using the values obtained in the research. Within the calculated BAF, values greater than one were encountered in the plant upper part Zn, Cd and root Zn coefficients. For zinc, this value appears to remain at negligible level. However, values greater than one are quite a few within Cd BAF coefficients calculated for the plant upper parts. Some Cd BAF values were determined to be greater than 7. This has showed that at least one of the grass types that generate roll-on grass can be an accumulator plant for Cd. When the translocation factors were examined, it was determined that TF> 1 was for Zn, Mn, Ni and Cr elements. TF was found to be <1 for Fe, whose deficiency is frequently seen in the plant. This situation suggested that there was a problem in the transmission of Fe from the root to the upper parts as well as the uptake of Fe by the plant. When the translocation factor is analyzed for Mn and Ni, it is clear that the coefficient values determined in the second sampling period are lower, although no significant effect is observed along with the applications.
	In the study, in order to better evaluate the effects of the applications on roll grass, the data such as growth velocity of the plant, coating velocity, decomposition tolerance resistance, wet weight, dry weight, height, color and chlorophyll content were also collected and evaluated. In AÇ8KGØ application, which is the highest dose of sewage sludge applied alone, stolon growth was 17.75 days and the closure time of the parcel with grass was 27.5 days earlier than AÇ0KG+ application, where only chemical fertilizer was used. In addition, the tolerance resistance of the AÇ8KGØ application to decomposition was detected to be 58% higher than the AÇ0KG+ application. Significant increase has been achieved in the amount of green and dry grass removed by harvesting from the land with sewage sludge applications. With the similar applications, longer plant height was recorded and a positive change in the color of the grass was detected. It has been determined that chlorophyll content, which has a significant effect on both the color of the plant and its nutrition in relation to photosynthesis, has also increased with applications.
	In the study, results supporting the use of sewage sludge in the production of roll-on grass were obtained. Positive effects of sewage sludge applications on grass development and quality were determined. Observations showed that the improvement provided continued after laying roll-on grass. Some imbalances were observed in the development of the plants in parcels to which high doses of sewage sludge were applied. One of the clearest examples of this situation is the fact that the plant development progresses a little faster in the parcels applied with AC6 and AC8 dose sewage sludge. This situation made it difficult to manage the land especially in the early periods. Due to the fact that the plants in these parcels formed more frequently, labor and maintenance costs increased. Moreover, excessive use of the material has the risk of causing nitrate and heavy metal contamination in the long term. In order to use the material more effectively and safely, it was thought that it would be more beneficial to give the sewage sludge in two parts. The recommended application may be to apply 4 ton da -1 sewage sludge at the installation stage of the area, and 2 ton da -1 sewage sludge to the land after the first roll-on grass cutting. Also, in the study, it was observed that chemical fertilizer applications had some positive effects on AÇ0 and AÇ2 dose sewage sludge issues, but the effect of increasing sewage sludge doses and chemical fertilizer applications gradually became less important. This situation has suggested that it may be more beneficial to follow the potential deficiency symptoms in the land such as potassium, calcium and manganese along with the sewage sludge applications and fertilize these elements from the leaves if needed.