Effects of organic amendment on soil characteristics and uptake of nickel by alyssum murale

Abstract

Serpentine soils are widely distributed in different parts of the Eastern and Central Rhodopes. Serpentine soils, which contain relatively high concentrations of nickel and some other metals, are the preferred substrate for some plants, especially those that accumulate Ni in their tissues. The Ni hyperaccumulator Alyssum murale is widely present in serpentine region and can accumulate upto 1-3% Ni in biomass. The objective of this study was to determine the main soil characteristics and mineral composition of the serpentine soil used in the experiment and to investigate the influence of organic additives on soil characteristics and the amount of phytoavailable forms of nickel, micro and macro elements. A Milestone 1200 MEGA microwave system with a 10 MRD 300 rotor (10 positions) was used in the mineralisation of some of the soil and plant material samples. An atomic absorption spectrometer and atomic emission spectrometer ICP-AES were used to determine the macro-and trace element contents of soil and plant samples. After introducing organic additives in the cultivation, the pH values increased.The results of this study indicate that pH affects the mobile forms of metals. Significant negative correlations were found between pH and DTPA- available forms of Ni. The application of organic additives leads to an increase in the soil CEC, the dose being influential. As the amount of compost and vermicompost applied increased to 5%, the CEC increased to 21.99 mmolc/kg and 18.98 mmolc/kg, respectively, compared to the control (13.99 mmolc/kg). The application of organic additives leads to a decrease in the soil's bioavailable Ni (DTPA) content, and this decrease is more pronounced at 5% additive application in all treatments. The most significant decrease was observed with the application of 5% vermicompost (77.4 mg/kg). The application of organic additives had a pronounced beneficial effect on plant development and increased aboveground plant mass. When 5% activated charcoal and 5% biochar were added, the biomass increased to 665 mg and 766 mg, respectively. However, the most significant increase was with the application of compost, leading to an increase in plant biomass to 1281 mg (2.5% compost) and 1852 mg (5% compost). The results obtained after calculating the yield showed that the organic additives had a positive effect on the yield. In the variant with a 5% compost application, the Ni yield was three times higher than the control. Results obtained suggest that addition of organic amendments helps to improve the soil condition and uptake of different elements from the soil.

Serpantinli topraklar, Doğu ve Orta Rodopların farklı yerlerinde geniş bir şekilde yayılış göstermektedir. Nispeten yüksek konsantrasyonlarda nikel ve diğer bazı metaller içeren serpantin topraklar, bazı bitkiler için, özellikle dokularında Ni biriktirenler için tercih edilen substrattır. Ni hiperakümülatörü Alyssum murale serpantin bölgesinde yaygın bir dağılım göstermekte ve biyokütlede %1-3'e kadar Ni biriktirebilmektedir. Bu çalışmanın amacı, denemede kullanılan serpantin toprağının temel toprak özelliklerini ve mineral bileşimini belirlemek ve organik madde ilavesinin toprak özellikleri üzerindeki etkisini ve nikel, mikro ve makro elementlerin alınabilir formlarının miktarını araştırmaktır. Bazı toprak ve bitki materyali örneklerinin mineralizasyonunda 10 MRD 300 rotorlu (10 konumlu) bir Milestone 1200 MEGA mikrodalga sistemi kullanılmıştır. Toprak ve bitki numunelerinin makro ve mikro element içeriklerini belirlemek için atomik absorpsiyon spektrometresi atomik emisyon spektrometresi ICP-AES kullanılmıştır. Yetiştiriciliğe organik katkı maddelerinin eklenmesinden sonra pH değerleri artmıştır. Çalışma sonunda toprak pH'sının metallerin hareketli formlarını etkilediğini belirlenmiştir. Alınabilir Ni formları ile pH ve DTPA ile ekstrakte edilebilir miktarları arasında önemli negatif korelasyonlar belirlenmiştir. Topraklara organik madde uygulanması, etkili olan dozla toprak KDK’sında önemli artış sağladığı saptanmıştır. Uygulanan kompost ve vermikompost miktarı %5'e yükseldikçe, KDK, kontrole (13.99 mmolc/kg) kıyasla sırasıyla 21.99 mmolc/kg ve 18.98 mmolc/kg'a yükseldiği belirlenmiştir. Organik materyal uygulanması toprağın alınabilir Ni (DTPA) içeriğinde azalmaya yol açdığı ve bu azalma tüm uygulamalarda %5 katkı uygulamasında daha belirgin olduğu bulunmuştur. En belirgin azalmanın ise %5 vermikompost (77,4 mg/kg) uygulamasında sağlandığı belirlenmiştir. Organik materyal uygulanması, bitki gelişimi üzerinde belirgin bir faydalı etkiye sahiptir ve bitkinin toprak üstü biyokütlesini artırdığı saptanmıştır. %5 aktif kömür ve %5 biochar ilave edilmiş toprakta bitki biyokütlesinin sırasıyla 665 mg ve 766 mg'a yükseldiği belirlenmiştir. Bununla birlikte, en önemli artışın kompost uygulamasında sağlandığı ve bitki biyokütlesinde 1281 mg (%2.5 kompost) ve 1852 mg (%5 kompost) artışa neden olduğu bulunmuştur. Organik materyallerin ürün verimi üzerinde olumlu bir etkiye sahip olduğu, %5 kompost uygulamasında, Ni veriminin kontrolden üç kat daha yüksek olduğu saptanmıştır. Elde edilen sonuçlar, organik materyallerin topraklara ilavesiyle toprak koşullarının iyileştiği ve topraktan farklı elementlerin alınmasına yardımcı olduğu belirlenmiştir.