Marulun Büyümesi için Topraktaki Toksik Cu ve Mn Seviyelerini Azaltmada Biyokömürün Potansiyeli

Abstract

Biyokömürün (BC) bakır (Cu), manganez (Mn) ve bakır+'nın toksik etkisini azaltma potansiyelini incelemek amacıyla Kasım 2023 ile Mart 2024 arasında Samsun'daki Ondokuz Mayıs Üniversitesi Ziraat Fakültesi'nde bir sera deneyi gerçekleştirildi. Marulda (Lactuca sativa) yetişen manganez. Dört çeşit toprağa (kirlenmemiş toprak, Cu, Mn ve Cu+Mn ile kirlenmiş toprak) dört farklı BC konsantrasyonu (%0, %0,5, %1, %2) uygulanmıştır. Topraklar sırasıyla 250 mg/kg ve 500 mg/kg bakır klorür ve manganez klorürün eklenmesiyle yapay olarak kirlendi. Kirleticilerin toksik etkisini tetiklemek için deneyde düşük pH'lı toprak (4.54) kullanıldı. İki tekrarlı, tek faktörlü, tamamen rastgeleleştirilmiş bir tasarım (CRD) tasarımı takip edildi. Sonuçlar, çeşitli toprak özelliklerinde ve marulun büyümesinde önemli değişiklikler olduğunu göstermektedir. Tüm toprak türlerinin pH, EC, OC, değiştirilebilir katyonlar ve CEC'si, daha yüksek BC dozuyla önemli ölçüde arttı. En yüksek OC, Cu ve Mn'nin toksik etkisi nedeniyle bitkiler tarafından OM'nin kullanımının azalması nedeniyle %2BC+ Cu+Mn toprağı için kaydedildi. %2BC+Cu ve %2BC+Cu+Mn ile işlenmiş toprak, maksimum ortalama CEC değerini (24,21 cmol/kg) kaydetti. Ayrıca, daha yüksek BC dozunun, tarla kapasitesi (FC), kalıcı solma noktası (PWP) ve bitki tarafından kullanılabilir su (PAW) dahil olmak üzere toprak nem sabitleri üzerinde olumsuz etkisi olmuştur. Topraktaki toplam bakır %41, %45 ve %50 oranında azalmış, BC ise sırasıyla %0,5, %1 ve %2 oranında artmıştır. Benzer şekilde manganez de %1 ve %2 BC ilavesi ile sırasıyla %23 ve %6 oranında azaltılmıştır. Cu+Mn ile kirlenmiş toprakta Mn konsantrasyonu azalırken Cu başlangıçta arttı ve yalnızca BC'nin %2'sinde azaldı. Bunun nedeni, BC'nin Mn'ye olan yüksek afinitesiydi; Mn2+ katyonlarını %0,5 ve %1'de hızla yakalayarak Cu2+'yı toprakta daha fazla kullanılabilir hale getiriyordu. Ancak daha fazla BC eklendikçe, BC yüzeyinde daha fazla adsorpsiyon bölgesinin varlığı arttı, bunun nedeni topraktaki Cu2+ varlığının %2 BC düzeyinde azalmasıydı. Tohum çimlenmesi kirlenmemiş toprak, Cu, Mn ve Cu+Mn ile kirlenmiş toprak için sırasıyla %91,18 (%0,5 BC), %100 (%1 BC), %92,8 (%2 BC) ve %100 (%2 BC) arttı. BC içermeyen ilgili toprak türleriyle karşılaştırıldığında. BC'nin her üç kirli toprak tipi için de marulun kök uzunluğu üzerinde önemli bir etkisi olmamıştır. Ayrıca azalma eğilimi gösteren Cu+Mn toprağı dışındaki tüm toprak türlerinde bitki boyu BC dozajının artmasıyla birlikte artış eğilimi göstermiştir. Bitki biyokütlesi, yalnızca bakırla kirlenmiş toprakta kirlenmemiş toprak için BC dozundan önemli ölçüde etkilenmiştir. BC'nin %2'si marulun taze sürgün ağırlığını arttırmıştır. Bu bulgular, Cu ve Mn ile kirlenmiş toprakların kimyasal özelliklerinin iyileştirilmesinde ve iyileştirilmesinde biyokömürün etkinliğinin altını çizmekte ve böylece zorlu ortamlarda tarımsal üretkenlik için sürdürülebilir toprak yönetimi stratejilerine ilişkin değerli bilgiler sunmaktadır.A greenhouse experiment was conducted from November 2023 to March 2024 in the Agriculture faculty of Ondokuz Mayis University, Samsunn, Turkey to study the potential of biochar (BC) to reduce the toxic effect of copper (Cu), manganese (Mn) and copper+manganese in lettuce (Lactuca sativa) growth. Four different concentration of BC (0%, 0.5%. 1%, 2%) were applied to four kinds of soil (uncontaminated soil, Cu, Mn and Cu+Mn contaminated soil). Soils were polluted artificially by adding the copper chloride and manganese chloride at 250 mg/kg and 500 mg/kg respectively. Low pH soil (4.54) was used in the experiment to spark the toxic effect of the pollutants. A single-factor completely randomized design (CRD) design with two replications was followed. The results indicate significant alterations in various soil properties and the growth of lettuce. The pH, EC, OC, exchangeable cations and CEC of the all soil type increased significantly with higher BC dose. The highest OC was recorded for 2%BC+ Cu+Mn soil which was due to the reduced utilization of OM by plants due to the toxic effect of Cu and Mn. 2%BC+Cu and 2%BC+Cu+Mn treated soil recorded the maximum average CEC value (24.21 cmol/kg). Moreover, higher dose of BC had negative influence in soil moisture constants, including field capacity (FC), permanent wilting point (PWP), and plant available water (PAW). Total copper in the soil was decreased by 41%, 45% and 50% as the BC increased by 0.5%, 1%, 2% respectively. Similarly, manganese was decreased by 23% and 6% by addition of 1% and 2% BC respectively. In Cu+Mn contaminated soil, the Mn concentration decreased while Cu increased initially and decreased only for 2% BC. This was due to the higher affinity of BC to Mn, which rapidly captured Mn2+ cations at 0.5 and 1% making Cu2+ more available in the soil. But as more BC is added, the availability of more adsorption sites on the surface BC increased due to which Cu2+ availability in soil reduced at 2% BC level. The seed germination improved by 91.18% (0.5% BC), 100%(1% BC), 92.8% (2%BC) and 100% (2% BC) for uncontaminated soil, Cu, Mn and Cu+Mn contaminated soil respectively compared to the respective soil types with no BC. BC had no significant effect on the root length of lettuce for all three types of polluted soils. Moreover, plant height showed an increasing trend with increasing dosage of BC in all soil types except in Cu+Mn soil which showed decreasing trend. The plant biomass was significantly affected by BC dose for uncontaminated soil only in copper polluted soil 2%BC increased the fresh shoot weight of lettuce. These findings underscore the effectiveness of biochar in reclaiming and improving the chemical properties of Cu and Mn polluted soils, thereby offering valuable insights into sustainable soil management strategies for agricultural productivity in challenging environments.