Biyokömürün (biochar) toprak düzenleyicisi  olarak kullanım potansiyellerinin belirlenmesi
Uses of bio-solids (biochars) as soil conditioners
Yazar: EBRU PINAR SAYĞAN
Danışman: PROF. DR. SALİH AYDEMİR
Harran Üniversitesi / Fen Bilimleri Enstitüsü / Toprak Bilimi ve Bitki Besleme Ana Bilim Dalı
Derece: Doktora, 2017
Konu: Ziraat = Agriculture
Dizin: Biyokömür = Biochar ; Gaz emisyonu = Gas emission ; Sera gazı = Greenhouse gases

Özet:
Karbonca zengin olan biyokömür materyali (biochar), zirai ve kentsel organik atıkların (bitki veya hayvan atıkları, kentsel insan ve pazar atıkları, kullanılmış kağıt ve benzeri organik maddeler) günümüzde modern piroliz ve karbonizasyon işlemleri ile oksijensiz veya az oksijenli ortamda yüksek sıcaklıkta elde edilen katı formdaki ürünleridir. Biyokömürler, hem çevresel iyileştirici etkileri ve hem de bitkisel üretimde sağlayabilecekleri toprak iyileştirici özellikleri ile farklı ve ekonomik olarak başka şekilde kullanımları mümkün olmayan organik artıkların değerlendirilebilmesi amaçlı, önemli organik teknoloji ürünü materyaller olarak kabul görmektedir. Bu çalışma, bölgemizde yaygın olarak üretilen bazı ürün artıklarının (pamuk sapı, mısır koçanı ve fıstık dış kabuğu) biyokömür formuna dönüştürülerek organik toprak iyileştiricisi olarak kullanımları ve bunların mısır yetiştiriciliğinde küresel ısınmaya olan etkileri bakımından, tarımsal üretimle sera gazları CO2, N2O ve CH4 emisyonlarını (mg m-² gün-1 birim zamanda birim alandan salınan sera gazı miktarı olarak) belirlemeyi amaçlamıştır. Çalışma bu amaçlara ulaşmak için üç aşamadan oluşturulmuştur; i) Seçilen materyallerden karbonizasyon yöntemi ile biyokömürlerin elde edilmeleri, ii) Elde edilen bu materyallerin toprağa yapacağı kimyasal ve biyolojik etkileri görmek için 180 günlük bir inkübasyon çalışması kurulmuş ve iii) İnkübasyon sonrasında seçilen materyaller ve dozları ile mısır bitkisinin yetiştirildiği Harran Üniversitesi Ziraat Fakültesi Eyyübiye kampusü araştırma alanında 2 yıllık bir tarla denemesinin kurulmuştur. Çalışma, tesadüf blokları, bölünen, bölünmüş parseller deneme desenine göre dizayn edilmiştir. Farklı uygulama yapılan topraklardan salınan sera gazları tarla denemesinde parsel bazında belirlenmiştir. Çalışma sonrasında elde edilen sonuçlar iki aşamada ele alınmıştır; i) İnkübasyon çalışması sonuçları ve ii) Tarla denemesi sonuçları. Yapılan çalışma sonuçlarına bakıldığında, inkübasyon sonuçları göstermiştir ki; toprağa uygulanan biyokömür materyalleri incelenen (toprak pH'sı, organik madde, yarayışlı fosfor, toplam karbon, toplam azot, NH4+-N ve NO3--N, katyon değişim kapasitesi (KDK), değişebilir ve çözünebilir katyon (Ca+2, Na+, Mg+2 ve K+)) parametreler açısından kontrollere göre iyileştirmeler sağlamıştır. Bu olumlu sonuçlar doz artışına bağlı olarak ta doğrusal anlamda artış göstermiştir. Örnekleme zamanlarına baktığımızda ise parametrelerde başlangıca göre parametrelere bağlı olarak artan veya azalan eğilim yönünde sonuçlar elde edilmiştir. Tarla denemesi sonuçlarına bakıldığında ise, seçilen 2 materyelin (MK ve PS) incelenen toprak C (%), toplam N (%), Organik madde (%), KDK (cmol kg-1), DK (cmol kg-1) olumlu yönde artırdığı ve mısır verimini artırmada da kontrole göre istatiksel olarak anlamlı derecede farklılıklar olduğu belirlenmiştir. Sera gazları ile ilgili sonuçlara baktığımızda; yıllar bazında biyokömür uygulamalarının sera gazı emisyonlarında azalmaya sebep olduğu görülmektedir. Sera gazlarından CO2 ve CH4 emisyonları biyokömür uygulamaları ile kontrole göre azalırken, N2O gazı emisyonunun uygulamalara bağlı olarak kontrole göre arttığı görülmüştür. Nitroz oksit gaz emisyonunun azotlu N Gübresiuygulamaları ile arttığı ve uygulamalardan sadece MK nın % 0.2 dozunun N2O gazı emisyonunu kontrole göre düşürdüğü belirlenmiştir.

Abstract:
Biochar is a high-carbon, fine-grained residue that today is produced through modern pyrolysis processes, which is the direct thermal decomposition of organic matter originates from agricultural plant or animal residues, urban sludge, waste paper  in the absence of oxygen, which prevents combustion, to obtain an array of carbon rich solid products. As biochar produced from organic wastes that cannot be used for other economical purposes, and also its use have positive effects on environment and soil quality, biochar is accepted as an important technological product which can be used in agricultural soils. The goal of the project is to convert economically important crop residues (e.g. cotton stalk, corn cob, pistachio shells) into economically important carbon rich biochar material and use it in maize production for enhancing yield and mitigating greenhouse gas emission, e.g. CO2, N2O and CH4 emissions as (mg m-² gün-1). The study was consist of three phases to achieve these goals: i) converting the selected material into biochars forms via the carbonization method, ii) 180-day incubation experiment and iii) establishment of maize planting for two-year field trial in the Eyyübiye Campus Resaerch Area of the Faculty of Agriculture. Randomized trial blocks was designed as split-plot experimental pattern. Emissions of greenhouse gases from each treatments were determined on plot scale in the field experiment Project results were separated into two main part as i) data from the incubation trials and ii) data from the field experiments. Incubation trial clearly showed that application of biochar to soil improved number of soil parameters (Soil pH, Organic matter (%), Available phosphorus, total carbon (C), total nitrogen (N), cation exchange capacity (CEC), Changeable cations (CC) and soluble cations (RC) related to soil quality. Overall, there were positive linear relationship between the rate of biochar application and the soil parameters. We observed significant changes (increase or decrease depend on the parameters) over time in soil parameters in relation to biochar application. In the field experiments, two biochar type (MK, PS) increased soil parameters (toprak C (%), toplam N (%), Organik madde (%), KDK (cmol kg-1), DK (cmol kg-1))  and maize yield significantly when compared to the non-amended control soils. When looking to GHG emissions, application of biochar affected GHG emission significantly from soils tested. Emission of CO2 and CH4 decreased significantly in biochar treatments compare to non-fertilized control, however emissions of N2O increased. Expectedly, application of mineral N fertilizers increased N2O emissions, and only MK biochar (0.2% dose) mitigated N2O emission in N fertilized soils.