Effects of hazelnut produced wastes on physico-chemical and biological properties of soil

Abstract

In this study, hazelnut husk and the biochar produced from the hazelnut shell was mixed into the soil at different doses (0-3-6 t da^-1) and left to incubation (1-2-3-4 months) and then effects on the physical, biological and chemical properties of the soil were investigated. The experiment was carried out in greenhouse conditions according to the randomized plot design as 3 replications. As the application dose of the materials to soil increased, all properties examined (excluding bulk density) increased. The effect of the incubation period was changed according to the characteristics; saturation percentage, aeration capacity, hydraulic conductivity, electrical conductivity values were 4-monthly, easily available water content and aggregate stability were the highest in 3-monthly incubation time at hazelnut husk applications. The amount of soil organic matter and the total N content decreased depending on the prolongation of the incubation time; available phosphorus content 3-monthly, extractable potassium 2-monthly, iron, copper, manganese and zinc contents were highest in the 1-month incubation time. Biochar applications were effective on biological properties of soil (except β-glucosidase enzyme activity); CO₂ value was 1-monthly, microbial biomass-C value was 2- monthly and aryl sulfatase enzyme activity was found to be highest in 3-monthly incubation time. When all the data were evaluated, it was determined that the examined materials improved the soil properties and 3 ton da^-1 application would be sufficient. In addition, it is thought that the short term effect of hazelnut zuruf is higher and the effects of biochar on the longer term should be examined.

Keywords

• Husk,Biochar,Soil properties,Nutrient elements

Fındıktan üretilen atıkların toprağın fiziko-kimyasal ve biyolojik özelliklerine etkileri

Abstract

Bu çalışmada, fındığın hasat artığı olan zuruf ile fındık kabuğundan üretilen biyokömür farklı dozlarda (0-3-6 t da^-1) toprağa karıştırılmış ve inkübasyona (1-2-3-4 ay) bırakıldıktan sonra toprağın fiziksel, biyolojik ve kimyasal özellikleri üzerine etkileri incelenmiştir. Deneme tesadüf parselleri deneme desenine göre, 3 tekerrürlü olarak sera koşullarında yürütülmüştür. Materyallerin toprağa uygulama dozu arttıkça incelenen tüm özelliklerde (hacim ağırlığı hariç) artış meydana gelmiştir. İnkübasyon süresinin etkisi özelliklere göre değişmiş, doygunluk yüzdesi, havalanma kapasitesi, hidrolik iletkenlik, elektriksel iletkenlik değerleri 4 aylık, kolay alınabilir su yüzdesi ve agregat stabilitesi, 3 aylık inkübasyon süresinde fındık zurufu uygulamalarında en yüksek olmuştur. Toprak organik madde miktarı, toplam N içeriği inkübasyon süresi uzadıkça azalmış, bitkiye yarayışlı fosfor içeriği 3 aylık, ekstrakte edilebilir potasyum 2 aylık, demir, bakır, mangan ve çinko içerikleri 1 aylık inkübasyon süresinde en yüksek çıkmıştır. Toprak biyolojik özellikleri üzerine β-glukozidaz enzim aktivitesi dışında, CO₂, değeri 1 aylık, mikrobiyal biyomas-C değeri 2 aylık ve aril sülfataz enzim aktivitesi üzerine 3 aylık inkübasyon döneminde biyokömür uygulamaları etkili olmuştur. Tüm veriler değerlendirildiğinde, incelenen materyallerin toprak özelliklerini iyileştirdiği ve 3 ton da^-1’ uygulamanın yeterli olacağı tespit edilmiştir. Ayrıca, fındık zurufunun kısa süreli etkisinin daha fazla olduğu, biyokömürün daha uzun dönemde etkilerinin incelenmesi gerektiği düşünülmektedir.

Keywords

• Zuruf,Biyokömür,Toprak özellikleri,Besin elementi

References

1. Anderson JPE (1982) Soil respiration. In: Page AL, Miller RH, Keeney DR (Eds), Methods of Soil Analysis, part 2, 2nd Edition, ASA and SSSA, Madison, pp. 837-871.
2. Alaoui A, Lipiec J, Gerke HH (2011) A review of the changes in the soil pore system due to soil deformation: A hydrodynamic perspective. Soil Till Res. 115-116: 1-15.
3. Aygün S (2015) Fındık zurufu kompostunun toprak kalitesi̇ üzerine etkisi̇. Yüksek Lisans Tezi, Ordu Üniversitesi Fen Bilimleri Enstitüsü, Ordu.
4. Bender Özenç D (2005) Usage of hazelnut husk compost as growing medium. Acta Hort. 686: 309-319.
5. Bender Özenç D, Özenç N (2008) Short-term effects of hazelnut husk compost and organic amendment applications on clay loam soil. Compost Science & Utilization 16(3): 192-199.
6. Birol Y, Bender Özenç D (2011) Fındık zuruf kompostunun sıkıştırılmış killi tınlı bir toprağın fiziksel özellikleri üzerine etkisi. Prof. Dr. Nuri Munsuz Ulusal Toprak ve Su Sempozyumu, Ankara, s. 77-85.
7. Blake G R, Hartge KH (1986) Bulk Density, Particle Density. In: Methods of Soil Analysis. Part I, ASA-SSSA, Madison, WI, pp. 363-382.
8. Bouyoucos GD (1951) A recalibration of the hydrometer method for making mechanical analysis of the soil. Agronomy Journal (9): 434-438.

9. Chan KY, Van Zwieten L, Meszaros I, Downie A, Joseph S (2008) Agronomic values of green waste biochar as a soil amendment. Soil Research 45(8): 629-634.
10. Cheng H, Xu W, Liu J, Zhao Q, He Y, Chen G (2007) Application of composted sewage sludge (CSS) as a soil amendment for turf grass growth. Ecol Eng. 29: 96-104.
11. Çalışkan N, Koç N, Kaya A, Şenses T (1996) Fındık Zurufundan Kompost Elde Edilmesi. Fındık Araştırma Enstitüsü Müdürlüğü Sonuç Raporu, Giresun, s. 41.
12. De Boodt M, Verdonck O, Cappaert I (1973) Method for measuring the water release curve of organic substrates. Proc. Sym. Artificial Media in Horticulture, pp. 2054-2062.
13. De Lucia B, Cristiano G (2015) Composted amendment affects soil quality and hedges performance in the Mediterranean urban landscape. Compost Sci Util. 23: 48-57.
14. Demiralay İ (1993) Toprak Fiziksel Analizleri. Atatürk Üniversitesi Ziraat Fakültesi Yayınları No.143, Erzurum.
15. Dias BO, Silva CA, Higashikawa F.S, Roig A, Sanchez-Monedero MA (2010) Use of biochar as bulking agent for the composting of poultry manure; effect on organic matter degradation and humification. Bioresource Technology 101: 1239-1246.
16. Eivazi F, Tabatabai MA (1988) Glucosidases and galactosidases in soils. Soil Biology and Biochemistry 20(5): 601-606.
17. Ergün YA (2017) Biyokömür ve ahır gübresi uygulamalarının topraktaki bazı enzim aktivitelerine, CO2 üretimine, besin elementi içeriğine ve domates bitkisinin gelişimine etkisi. Yüksek Lisans Tezi, Ordu Üniversitesi Fen Bilimleri Enstitüsü, Ordu.
18. Ferreras L, Gomez E, Toresani S, Firpo I, Rotondo R (2006) Effect of organic amendments on some physical, chemical and biological properties in a horticultural soil. Bioresour Technol. 97: 635–640.
19. Gaunt J, Cowie A (2009) Biochar, greenhouse gas accounting and emissions trading. Biochar for environmental management: Science and technology pp. 317-340.
20. González M, Gomez E, Comese R, Quesada M, Conti M (2010) Influence of organic amendments on soil quality potential indicators in an urban horticultural system. Bioresour Technol. 101: 8897-8901.
21. Grandy AS, Porter GA, Erich MS (2002) Organic amendment and rotation crop effects on the recovery of soil organic matter and aggregation in potato cropping systems. Soil Science Society of America Journal 66: 1311-1319.
22. Gülser C, Kızılkaya R, Aşkın T, Ekberli I (2015) Changes in soil quality by compost and hazelnut husk applications in a hazelnut orchard. Compost Science Utilization 23(3): 135-141.
23. Isermeyer H (1952) Eine einfache methode zur bestimmung der karbonate im boden, Zeitschrift für Planzenernährung, Düngung Bodenkunde 561(3): 26-38.
24. İslam E (2016) Fındık zurufu kompostunun toprak mekaniksel özellikleri üzerine etkisi. Yüksek Lisans Tezi, Ordu Üniversitesi Fen Bilimleri Enstitüsü, Ordu.
25. Kacar B (2009) Toprak Analizleri. Nobel Yayın No:1387. Ankara.
26. Kacar B, Katkat AV (1998). Bitki Besleme. Uludağ Üniversitesi Güçlendirme Vakfı Yayın No:127, VİPAŞ Yayınları: 3, Bursa, s. 595.
27. Kacar B, Katkat VA (2009) Bitki Besleme. Nobel Yayın No:849, Fen Bilimleri: 30, Nobel Bilim ve Araştırma Merkezi Yayın No: 49, Bursa, s. 645.
28. Kacar B, Kütük C (2010) Gübre Analizleri. Nobel Yayın No: 1497, Ankara.
29. Karaca E (2016) Fındık zurufu kompostunun toprakların ve fındık bitkisi yapraklarının besin maddesi içerikleri üzerine etkisi. Yüksek lisans tezi, Ordu Üniversitesi Fen Bilimleri Enstitüsü, Ordu.
30. Khai NM, Ha PQ, Vinh NC, Gustafsson JP, Öborn I (2008) Effects of biosolids application on soil chemical properties in peri-urban agricultural systems. VNU J Sci Earth Sci. 24: 202-212.
31. Kızılkaya R, Sahin N, Tatar D, Veyisoğlu A, Askın T, Sushkova SN, Minkina TM, 2015. Isolation and identification of bacterial strains from decomposing hazelnut husk. Compost Science & Utilization 23(3): 173-184.
32. Lal R (2009) Soils and food sufficiency. A review. Agronomy for Sustainable Development 29: 113-133.
33. Lehmann J, Rondon M (2006) Biochar soil management on highly weathered soils in the humid tropics. In: Uphoff N. et al. (Eds.), Biological Approaches to Sustainable Soil Systems. Florida: CRC Press, Taylor and Francis Group. pp. 517-530.
34. Lehmann J (2007) A handful of carbon. Nature 447(7141): 143–144.
35. Majeed AJ, Dikici H, Demir ÖF (2018) Effect of biochar and nitrogen applications on growth of corn (Zea mays L.) plants. Turkish Journal of Agriculture-Food Science and Technology 6(3): 346-351.
36. Namlı A, Akça MO, Akça H (2017) Tarımsal atıklardan elde edilen biyokömürün buğday bitkisinin gelişimi ve bazı toprak özellikleri üzerine etkileri. Toprak Bilimi ve Bitki Besleme Dergisi 5(1): 39-47.
37. Özenç N (2004) Fındık zurufu ve diğer organik materyallerin fındık tarımı yapılan toprakların özellikleri ve ürün kalitesi üzerine etkileri. Doktora Tezi, Ankara Üniversitesi Fen Bilimleri Enstitüsü, Ankara.
38. Özenç N, Çalışkan N (2001) Effects of husk compost on hazelnut yield and quality. Acta Hortic. 556: 559-566.
39. Rinaldi S, De Lucia B, Salvati L, Rea E (2014) Understanding complexity in the response of ornamental rosemary to different substrates: A multivariate analysis. Sci Hortic. 176: 218-224.
40. Saha S, Gopinath KA, Mina BL, Kundu S, Bhattacharaya R, Gupta S (2010) Expression of soil chemical and biological behavior on nutritional quality of aromatic rice as influenced by organic and mineral fertilization. Commun. Soil Sci Plant Analysis 41(15): 1816-1831.
41. Silva MAG, Roque SAT, Muniz AS, Marchetti ME, Matta JDV, Pelisson N (2010) Efficiency of organic compost from Agri-Industrial wastes as fertilizer for corn and wheat. Commun. Soil Sci. Plant Analysis 41(21): 2517-2531.
42. Steiner C, Teixeira WG, Lehmann J, Nehls T, de Macêdo JLV, Blum W E, Zech W (2007) Long term effects of manure, charcoal and mineral fertilization on crop production and fertility on a highly weathered Central Amazonian upland soil. Plant and soil 291(1-2): 275-290.
43. Stellacci AM, Cristiano G, Rubino P, De Lucia B, Cazzato E (2013) Nitrogen uptake, nitrogen partitioning and N-use efficiency of container-grown Holm oak (Quercus ilex L.) under different nitrogen levels and fertilizer sources. Int J Food Agric Environ. 11: 132–137.
44. Shenbagavalli C, Mahimairaja S (2012) Characterization and effect of biochar on nitrogen and carbon diynamics in soil. Int. J. Adv. Bio. Res. 2(2): 249-255.
45. Sönmez N (1960) Hidrolik Kondaktivite Ve Burgu Deliği Metodu İle Taban Suyu Seviyesinin Altında Hidrolik Kondaktivitenin Ölçülmesi. A.Ü. Ziraat Fakültesi Yayınları, No: 164, Ankara.
46. Tarakçıoğlu C, Özenç DB, Yılmaz FI, Kulaç S, Aygün, S (2019) Fındık kabuğundan üretilen biyokömürün toprağın besin maddesi kapsamı üzerine etkisi. Anadolu Tarım Bilimleri Dergisi 34(1): 107-117.
47. Tabatabai MA, Bremner JM (1970) Arylsulfatase activity of soils. Soil Science Society of America Journal 34: 225-229.
48. Tian J, Wang J, Dippold M, Gao Y, Blagodatskaya E, Kuzyakov Y (2016) Biochar affects soil organic matter cycling and microbial functions but does not alter microbial community structure in a paddy soil. Science of the Total Environment 556: 89-97.
49. Warnock DD, Lehmann J, Kuyper TW, Rillig MC (2007) Mycorrhizal responses to biochar in soil-concepts and mechanisms. Plant Soil 300: 9-20.
50. Zare M, Afyuni M, Abbaspour KC (2010) Effects of biosolids application on temporal variations in soil physical and unsaturated hydraulic properties. J. Residuals Sci. Technol. 7: 227-235.
51. Zeytin S, Baran A (2003) Influences of composted hazelnut husk on some physical properties of soils. Bioresource Technology 88(3): 241-244.