Sıvı hayvan gübresi ile zenginleştirilmiş biyoçarların ekmeklik buğdayın gelişimi, besin elementi alımı ve toprak kalitesine etkileri
Effects of liquid manure enriched biochars on growth of bread wheat, nutrient uptake and soil quality
Yazar: ELİF GÜNAL
Danışman: DOÇ. DR. HALİL ERDEM
Tokat Gaziosmanpaşa Üniversitesi / Fen Bilimleri Enstitüsü / Toprak Bilimi ve Bitki Besleme Ana Bilim Dalı / Toprak Bilim Dalı
Derece: Doktora, 2018
Konu: Ziraat = Agriculture

Özet:
Tarımsal atıkların pirolizi ile elde edilen biyoçar vasıtasıyla sıvı hayvan gübresi içerisindeki besin elementlerinin tutulması ve toprağa katkı maddesi olarak uygulanması hem sıvı hayvan gübresinden hem de bitkisel atıklardan kaynaklanan sorunların çözümüne katkı verecek bir uygulamadır. Zenginleştirilmiş biyoçarın toprağa uygulanması, bir yandan toprağa besin elementi takviyesi yaparken diğer yandan toprağın fonksiyon göstermesinde etkili olan birçok toprak özelliğinin de iyileşmesini sağlayacaktır. Toprağın fonksiyon gösterme yeteneğinin uzun süreli geliştirilmesi ve karbon bağlama yeteneğinin artması, tarımsal üretimin sürdürülebilirliğinin sağlanması adına oldukça önemlidir. Tez çalışmasının amacı, iki farklı tekstüre sahip toprağa sıvı hayvan gübresi ile zenginleştirilmiş farklı biyoçar çeşitlerinin buğday bitkisinin gelişimine ve toprağın fiziksel, kimyasal ve biyolojik özelliklerine olan etkilerinin belirlenmesidir. Bu kapsamda, çalışmanın ana materyalini mısır koçanı, fasulye hasat atığı ve çeltik kavuzundan oluşan 3 farklı tarımsal bitki atığı oluşturmaktadır. Biyoçar yapımında kullanılan bu materyallerin seçiminde, biyoçar haldeki spesifik yüzey alanları ve katyon değişim kapasiteleri ile ham madde olarak kolay elde edilebilirlik gibi özellikleri dikkate alınmıştır. Biyoçarın toprak özellikleri üzerine etkilerinin belirgin bir şekilde anlaşılabilmesi için sera denemelerinde tınlı ve kumlu tınlı topraklar kullanılmış ve denemeler iki yetiştirme dönemini kapsamıştır. Uygulamalar üç tekerrürlü, bölünen bölünmüş tesadüf parselleri deneme deseninde üç biyoçar çeşidi (BÇ), beş biyoçar dozu (BD) (0, %0.5, %1.0, %2.0 ve %3.0) ve beş gübre düzeyinin (GD) (sıvı hayvan gübresi (SHG), SHG + bitki gereksinimin %25'i kadar N ve P (NP), SHG+%50NP, SHG+%100NP ve %100NP) faktöriyel bileşiminden oluşmuştur. Biyoçar çeşitlerinin tamamı ya besin elementlerince zengin SHG ile doyurulmuş veya yalın halde uygulanmıştır. Biyoçar uygulanmayan topraklar ise kontrol olarak adlandırılmıştır. Gübre uygulamaları her yetiştirme dönemi başında yapılmış, ancak biyoçarlar sadece denemenin ilk kurulumunda toprak ile karıştırılmıştır. Denemelerde kışlık ekmeklik buğday (Triticum aestivum L.) çeşidi olan Bezostaja kullanılmış ve her deneme sonunda kuru madde (KM) verimi ile birlikte alınan bitki örneklerinin analizi ile bitkilerin demir (Fe), çinko (Zn), fosfor (P), potasyum (K) ve azot (N) elementlerini alım düzeyleri belirlenmiştir. Ayrıca her dönem sonunda alınan toprak örneklerinde toprağın fonksiyon göstermesinde etkili olan bir kısım fiziksel, kimyasal ve biyolojik özellikler de belirlenmiştir. Elde edilen sonuçlara göre, biyoçarın buğdayın KM verimi üzerine etkisi iki ayrı toprakta yetiştirme dönemleri arasında önemli düzeyde farklılık göstermiştir. İlk dönem, her iki toprakta da en yüksek KM elde edilen biyoçar dozları BD3 (Kömeç 196 mg bitki-1 ve Dökmetepe 285 mg bitki-1) ve BD4 olurken BD1 uygulaması en düşük KM üretimine neden olmuştur. KM verimi BD3'e kadar artış göstermiş, BD4 dozunda hemen hemen sabitlenmiş ancak daha yüksek dozda her iki toprakta da düşüşe neden olmuştur. BD5 uygulaması ile birlikte KM verimindeki azalma BD4'e kıyasla Kömeç toprağında %1.3 ve Dökmetepe toprağında ise %4.7 oranında olmuştur. Kömeç toprağında BD1, BD2 ve BD3 uygulamalarında KM verimi önemli oranda değişmemiş, ancak bu noktadan sonra artan biyoçar dozlarında KM verimi önemli oranda azalma göstermiştir. Dökmetepe toprağında ise istatistiksel olarak önemli bir farklılık oluşmamakla birlikte en düşük KM verimi (148 mg bitki-1) BD5 uygulamasında elde edilirken en yüksek KM verimi (148 mg bitki-1) BD2 uygulamasında bulunmuştur. Toprak tipi, BÇ, BD ve GD toprakların su tutma yetenekleri ve toplam gözenekliliği üzerine önemli düzeyde etki yapmıştır. Her iki toprak tipinde de artan biyoçar dozlarında toplam gözeneklilik kontrole kıyasla daha yüksek olmuştur. Biyoçar çeşitlerinin üçü de iki ayrı toprakta da yarayışlı su içeriğinin artışına neden olmuştur. Ancak bu artışın etkisi tınlı toprakta çok daha belirgin olmuştur. İlk dönem, %2.0 ve %3.0 biyoçar dozlarının kontrole kıyasla su tutma yetenekleri karşılaştırıldığında artış oranın kumlu tın toprakta tınlı toprağa göre daha fazla olduğu görülmektedir. Sonuçlar denemede kullanılan her üç biyoçar çeşidinin de hem kumlu tın hem de tınlı tekstüre sahip toprakların yarayışlı su içeriklerinin iyileştirilmesinde kullanılabileceğini ortaya koymuştur. Biyoçar ilavesi ile β-glikosidaz enzim aktivitesi düşmüştür, ancak aktivitedeki düşüş kumlu-tın toprakta tınlı toprağa kıyasla daha yüksek olmuştur. β-glikosidaz aktivitesi üzerine olumsuz etki, %3.0 biyoçar dozunda daha düşük biyoçar dozlarına kıyasla yüksek olmuştur. Sıvı hayvan gübresi ile zenginleştirilmiş hayvan gübresinin yanında gübre ilavesi β-glikosidaz aktivitesi üzerine önemli düzeyde etki etmiş ve β-glikosidaz aktivitesi gübre ilavesinin miktarının artması ile artış göstermiştir. β-glikosidaz enzim aktivitesinin organik maddenin parçalanmasındaki önemi dikkate alındığında, toprağa biyoçar ilavesinin toprak organik maddesinin arttırılmasının sürdürülebilir bir yolu olduğu düşünülebilir. Elde edilen bulgular, maliyeti yüksek olmakla birlikte uzun süreli etkisinden dolayı biyoçarın tarım arazilerinin verimliliğinin sürdürülebilirliği adına önemli bir katkı maddesi olarak kullanılabileceğini göstermiştir.

Abstract:
The use of biochar produced by the pyrolysis of agricultural wastes for recovery of excess nutrients in dairy manure effluent and application of nutrient-enriched biochar as soil amendment provide a solution both for dairy effluent (DE) and excess plant wastes. Applying enriched biochar to soil will add plant nutrition along with the improvement of many soil properties which are effective in soil functioning. Because, the long-term improvement of soil functioning and the increase of carbon sequestration abilities are very important to ensure the sustainability of agricultural production. Improving the functioning ability of soils for long term and also increasing the carbon sequestration ability of soils are very important in order to ensure the sustainability of agricultural production. In this context, the purposes of this study were to determine the effects of DE enriched different biochar types on i.) wheat growth, ii.) physical, chemical and biological properties and qualities of soils with two different textures. The materials selected as agricultural plant wastes are corncob, bean harvest residue and rice husks. The characteristics of specific surface area, cation exchange capacity of biochar materials and easy availability as a raw material were taken into consideration to determine the row materials selected for the study. Two soils with different textures (loam and sandy loam) have been used as soil material in order to clearly observe the effects of biochar application on soil characteristics. Greenhouse experiments were conducted in two plant growing seasons. Treatments consisted of a factorial combination of three biochar types, five biochar levels (0, 0.5%, 1.0%, 2.0% and 3.0%), and five fertilizer levels (DE, DE+25% of plant requirement (PR), DE+50 of PR, DE+100 of PR and PR) arranged in a divided randomized experimental design with three replicates. All of the biochar types were either saturated with nutrient rich DE or kept unsaturated, while the soils with no addition of biochar types were regarded as control treatment during the study. The fertilizers were applied at the beginning of each season, while biochar types were saturated with DE and applied only at the beginning of the experiment. Bezostaja variety of winter wheat (Triticum aestivum L.) was grown for two seasons and soil sampling was done following each harvest. Nutrient uptake levels of the plants were determined by analysis of sample plants to be taken at the end of each experiment period. Some of soil physical, chemical and biological properties effective in functioning of soils were determined. Soil fertility function was quantified using soil management evaluation framework.  In the soil quality assessments, the effects of different biochars on soil fertility function was determined. The effect of biochar on DM yield of wheat varied between two different soils in different growing season. The highest DM yield in both seasons (Kömeç 196 mg plant-1 and Dökmetepe 285 mg plant-1) was obtained with BD3 and BD4 treatments while BD1 treatment caused to the lowest DM production. In the second growing season, the DM yield was increased up to BD3 and almost fixed at the BD4, but higher doses of biochar caused a decline of DM yield in both soils. The decrease in DM yield with BD5 treatment relative to BD4 was 1.3% in Kömeç soil and 4.7% in Dökmetepe soil. The DM yield did not significantly change in BD1, BD2, and BD3 treatments, but after this point the DM yield significantly decreased with the increasing biochar doses. The DM yield in Dökmetepe soil was not significantly different among different biochar doses at the second growing season. The highest DM yield (148 mg plant-1) was found in BD2 treatment while the lowest DM yield (148 mg plant-1) was obtained in BD5 treatment. Soil type, BT, BR and FR had significant effect on water retention and total porosity. In both soil types, total porosity was significantly lower at higher BRs than control. The addition of different biochar types continually increased the AWC both in sandy loam and loamy soils, though the effect was more obvious in the loamy soils. However, comparing the water retention with 2.0 and 3.0% BR relative to the control in the first season, the increase rate of AWC was much higher in sandy loam soil compared to loamy soil. The results revealed that all of the biochar types used in this experiment can be utilized to improve AWC in both sandy loam and loamy soils. Addition of biochars reduced the activity of β-glucosidase enzyme and the decline in activity was higher in sandy loam soil compared to loamy soils. The negative effect of biochar addition to β-glucosidase enzyme activity was greater at the highest application rate of 3.0% than the lower biochar doses. Inorganic fertilizer additions along with effluent enriched biochar had significant on β-glucosidase activity that increased with higher fertilizer additions. Given the importance of β-glucosidase enzyme activity in soil organic matter decomposition, biochar application to soils can be considered a sustainable way of increase in soil organic matter. The results revealed that although the production cost is high biochar can be utilized to obtain sustainable productivity of agricultural lands due to its lasting benefits.