Determination of Toxic Effect of Heavy Metals on the Yield of Wheat (Triticum Aestivum L.) in Field Conditions

Öz

The Study has been conducted to determine the effects of potential toxic heavy metals like Cr, Cd and Co on wheat (Triticum aestivum L.). In the study, it has been planned to determine the critical toxic concentration, to examine the relationship between the amount of metals extracted with DTPA from the soil with heavy metal applications and the total amounts of heavy metals and to determine the relationship between the levels of heavy metals in the plant. The experimental design in the study was fixed randomized blocks with 3 replications for each of the 3 elemnts. In the first year of the experiment, Cr /0, 3, 6 and 9 kg da^-1), Cd ( 0, 5, 10 and 15 kg da^-1) and Co (0, 20, 40 and 60 kg da^-1) were applied in the experimental area. Among the heavy metals applied, Cr had a toxicity effect on wheat in the first and second year of the experiment and decreased the wheat yield at important levels but had no toxicity effect at the last year. On the other hand, Cd and Co applications had no significant toxicity effect to notice difference on the yield of wheat during the experiment. The results of the Study show that, the differences of the elements, the density of pollution and the duration of plant growty were important in the toxicity effects of potantial toxic elements. As a result, it is necessary to examine the details of yield loss and to control it economical production can be sustained considering the levels of pollution.

Anahtar Kelimeler

• Chrome,Cobalt,Cadmium,Wheat (Triticum aestivum L.),Soil

Ağır Metallerin Tarla Şartlarında Buğday (Triticum Aestivum L.) Verimine Toksik Etkisinin Belirlenmesi

Öz

Çalışma tarla koşullarında potansiyel toksik ağır metallerden krom (Cr), kadmiyum (Cd) ve kobaltın (Co) buğday (Triticum aestivum L.) verimine etkilerinin saptanması amacıyla gerçekleştirilmiştir. Buğday bitkisinde toksik kritik derişimin belirlenmesi, ağır metal uygulamalarının toprakta DTPA ile ekstrakte olan metal miktarı ile toplam metal miktarı arasındaki ilişkinin incelenmesi ve bitkide ağır metal düzeyleri arasındaki ilişkinin belirlenmesi planlanmıştır. Deneme münavebe sisteminde tesadüf blokları deneme desenine göre, çakılı 3 tekrarlamalı ve 3 element için ayrı ayrı kurulmuştur. Denemenin ilk yılında deneme alanına Cr (0, 3, 6, 9 kg da^-1), Co (0, 20, 40, 60 kg da^-1) ve Cd (0, 5, 10, 15 kg da^-1) bir kez uygulanmıştır. Uygulanan ağır metallerden Cr denemenin birinci ve ikinci buğday ekim yıllarında toksik etkide bulunarak, buğday verimini önemli ölçüde azaltırken, denemenin son yılında toksik etki göstermemiştir. Bununla yanında Cd ve Co uygulamaları deneme süresince buğday veriminde toksiklik açısından farklılık yaratacak düzeyde etkili olmamıştır. Çalışma sonuçları potansiyel toksik elementlerin toksik etkilerinde element farklarının, kirlilik yoğunluğunun ve bitki yetiştirme süresinin etkili olduğunu göstermektedir. Kirliliğin boyutları dikkate alınmak koşulu ile kirlenmiş alanlarda verim kaybının detaylandırılması ve ekonomik üretimin gerçekleştirilip gerçekleştirilemeyeceğinin takip edilmesi gerekmektedir.

Anahtar Kelimeler

• Krom,Kobalt,Kadmiyum,Buğday (Triticum aestivum L.),Toprak

Kaynakça

1. [1] Karaca A., “Afşin-Elbistan termik santralı emisyonlarının çevre topraklarının fiziksel, kimyasal ve biyolojik özellikleri üzerine etkileri”, Pamukkale Üniversitesi Mühendislik Fakültesi Dergisi, 7(1), 95-102, 2001
2. [2] Karaca A., Türkmen C., Arcak S., Haktanır K., Topçuoğlu B., Yıldız H., “Çayırhan Termik Santralı Emisyonlarının Yöre Topraklarının Bazı Ağır Metal ve Kükürt Kapsamlarına Etkilerinin Belirlenmesi”, http://acikarsiv.ankara.edu.tr/browse/3748/. E.T: 16/11/2015, 2009
3. [3] Gebregrekziabher B., Tesfaye S., (2014). “Asssesments of levels of lead, cadmium, cupper and zinc contamination in selected edible vegetables”, Int. J. Innow. Appl. Stud., 7(1): 78-86, 2014
4. [4] Gürbüz M., Özdemir Y., “Afşin-Elbistan termik santrallerinin insan sağlığı üzerindeki etkilerinin mesafe tabanlı algı analizi”, Türk Coğrafya Dergisi, 66, 43-50, 2016
5. [5] Jackson A.P., Alloway B.J., “The transfer of cadmium from agricultural soils to the human food chain”, Edited by Adriado DC, Biogeochemistry of trace metals. FL: Lewis Publishers, Boca Raton, pp. 109–158, 1992
6. [6] Marschner H., “Mineral Nutrition of Higher Plants”, Academic Press, London, 1995
7. [7] Mclaughlin M.J., Parker D.R., Clarke J.M., “Metals and micronutrients-food safety issues”, Field Crops Research, 60(1-2), 143–163, 1999
8. [8] Brozoska M.M., Monıuszko-Jakonıuk J., “Interactions between cadmium and zinc in the organism”, Food and Chemical Toxicology, 39(10), 967–980, 2001

9. [9] Sponza D., Karaoğlu N., “Environmental geochemistry and pollution studies of Aliağa metal industry district”, Environment International, 27(7), 541-553, 2002
10. [10] Karataş M., Güler E., Dursun Ş., Özdemir C., Argun M.E., “Konya ana tahliye kanalının Çengilli bölgesi tarım topraklarında ve buğdayda Cu, Cr, Ni ve Pb derişimlerinin belirlenmesi”, Selçuk Üniversitesi Fen Edebiyat Fakültesi Fen Dergisi, 29, 91- 99, 2007
11. [11] Şener Ş., “Çevre için Jeoloji; Ağır Metallerin Çevresel Etkileri”, Süleyman Demirel Üniversitesi GEO, 1 (3), 33-35, 2010
12. [12] Yurdakul İ., “Kirletilmiş Topraklarda ve Sularda Bitkisel İyileştirme Teknikleri ve Önemi”, Türkiye Tarımsal Araştırmalar Dergisi, 2, 55-62, 2015 [13] Özçetin M., Yılmaz R., Mendil D., Koçyiğit R., Kulak Gedik D., “Presence of toxic heavy metals in human breast milk.”, Journal of Clinical and Analytical Medicine, 4(2), 89-92, 2013
13. [14] TBMAE “Tarla Bitkileri Merkez Araştırma Enstitüsü Çeşit Kataloğu”, http://arastirma.tarim.gov.tr/ (Erişim tarihi: 14.04.2015), 2015
14. [15] Kacar B., İnal A., “Bitki Analizleri”, Nobel Yayın Dağıtım LTD. ŞTİ, Ankara, 2008
15. [16] Jackson M.L., “Soil Chemical Analysis”, Prentice-Hall Inc, New Jersey, 1962
16. [17] Richards L.A., “Diagnosis and Improvement Saline and Alkaline Soils”. U. S. Dep. Agr. Handbook 60, 1954
17. [18] US Salinity Laboratory Staff., “Diagnosis and Improvement of Saline and Alkali Soils”, Agri Handbook, No:60, USDA, 1954
18. [19] Çağlar Ö., “Toprak Bilgisi”, No:10. Ankara, 1949
19. [20] Walkley A., Black I.A., “An Examination of the Degtjareff Method for Determining Soil Organic Matter and a Proposed Modification of the Cromic Acid Titration Method”, Soil Sci., 37, 29-38, 1934
20. [21] Olsen S.R., Cole V., Watanabe F. S., Dean L.A., “Estimation of Available Phosphorus in Soils by Extraction With Sodium Bicarbonate”, U. S. Dept. of Agr. Cir. 939. Washington, 1954
21. [22] Lindsay W.L., Norvell W.A., “Development of a DTPA soil test for zinc, iron, manganese, and copper”, Soil Science Society of America Journal, 42, 421-428, 1978
22. [23] Ulrich A., Hills F.J., “Principles and Practices of Plant Analysis. Soil Testing and Plant Analysis. Part II. Plant Analysis”, SSSA Special Publications, No: 2, 1967
23. [24] Yurtsever N., “Deneysel İstatistik Metotlar”, Tarım Orman ve Köyişleri Bakanlığı, Köy Hizmetleri Genel Müdürlüğü Yayınları, Toprak ve Gübre Araştırma Enstitüsü Yayınları: 121, Ankara, 1984
24. [25] El-Bassam N., “Spurendemente: Nahrstoffe und Gift Zugleich”, Kali-Briefe, 14, 255-272, 1978
25. [26] Jamal S., Iqbal N.M.Z., Athar M., “Phytotoxic effect of aluminum and chromium on the germination and early growth of wheat (Triticum aestivum) varieties Anmol and Kiran”, International Journal of Enviornmental Science and Technology, 3(4), 411-416, 2006 [27] Shaikh I.R., Shaikh P.R., Shaikh R.A., Shaikh A.A., “International science congress association 14 phytotoxic effects of heavy metals (Cr, Cd, Mn and Zn) on wheat (Triticum aestivum L.) seed germination and seedlings growth in black cotton soil of Nanded, India”, Research Journal of Chemical Sciences, 3(6), 14-23, 2013
26. [28] Smilde K.W., “Toxische gehalten aan zware metalen (Zn, Cu, Cr, Ni, Pb en Cd) in grond en gevas–Een”, Literatuuroverzicht. Publ. Inst. Voor bodemvruchtbaarheit, Haren (Gron), Niederlande, 1976
27. [29] Hara T., Sonoda Y., “Comparison of the toxicity of heavy metals to cabbage growty”, Plant and Soil, 51, 127-133, 1979
28. [30] Davis R.D., Beckett P.H.T., Wollan E., “Critical levels of twenty potentially toxic elements in young spring barley”, Plant and Soil, 49: 395-408, 1978
29. [31] Mengel K., Kirkbay E.A., “Principles of plant nutrition”, Edited by Mossor-Pietraszewska T, Effect of aluminium on plant metabolism. Acta Biochimica Polonica, 48: 673-686, 1978
30. [32] Nawaz Ul H., Qaisar M., Amir W., Muhammad I., Faridullah, Arshad P., “Assessment of heavy metals in wheat plants irrigated with contaminated wastewater”, Polish Journal of Environmental Studies, 22(1), 115-123, 2013
31. [33] Singh R., Singh D.P., Kumar N., Bhargava S.K., Barman S.C., “Accumulation and translocation of heavy metals in soil and plants from fly ash contaminated area”, Journal Environmental Biology, 31(4), 421-30, 2010
32. [34] Rana A., Masood A., ,”Heavy metal toxicity: Effect on plant growth and metal uptake by wheat, and on free living azotobacter”, Water, Air, and Soil Pollution, 138(1), 165–180, 2002
33. [35] Shanker A.K., Carlos Cervantes C., Loza-Tavera H., Avudainayagam S., “Chromium toxicity in plants. Environment International”, 31(5),739–753, 2005
34. [36] Isak R.S., Parveen R.S., Rafique A.S., Alamgir A.S., “Phytotoxic effects of Heavy metals (Cr, Cd, Mn and Zn) on Wheat (Triticum aestivum L.) Seed Germination and Seedlings growth in Black Cotton Soil of Nanded, India”, Research Journal of Chemical Sciences, 3(6), 14-23, 2013
35. [37] Ergün N., Mutlu A., Özçubukçu S., “Sıcaklık-ağır metal (Cr ve Cu) etkileşimlerinin buğday fidelerinde büyüme ve katalaz aktivitesi üzerine etkileri”, Cumhuriyet Üniversitesi Fen Fakültesi Fen Bilimleri Dergisi, 32(1), 16-24, 2011 [38] Gedikoğlu İ., Kalınbacak K., Yalçıklı A., Yurdakul İ., “Bazı Ağır Metallerin Topraktan Ekstarsiyon Yöntemlerinin Karşılaştırılması ve Buğday Yetiştirilerek Kalibrasyonu”, Toprak ve Su Kaynakları Araştırma Yıllığı, Ankara, 1998
36. [39] Şener S., Gedikoğlu İ., Bilgin N., Güngör H., Üstün H., “Çeşitli Etkenlerle Kirlenen Sulama Sularının Toprak Özelliklerine ve Bitki Verimine Etkisi”, T.C. Başbakanlık. Köy Hizmetleri Genel Müdürlüğü. Yayın No: 80, 1994
37. [40] Mamata M., Rajani K.S., Sanjat K.S., Rabindra N.P., “Growth, yield and elements content of wheat (Triticum aestivum) grown in composted municipal solid wastes amended soil”, Environment, Development and Sustainability, 11, 115-126, 2009
38. [41] Grün M., Machlett B., Podlesak W., Kronemann H., “Konrolle der Schvermetallbelastung des Bodens. Proc. Schvermetalle in der Umvelt”, Publ. Inst. Pflanzenernahrung Jena der AdL der DDR, 2,13-29, 1987
39. [42] Rizwan M., Ali S., Abbas T., Zia-Ur-Rehman M., Hannan F., Keller C., Al-Wabel M.I., Ok Y.S., “Cadmium minimization in wheat: A critical review”, Ecotoxicol Environ Saf., 130, 43-53, 2016
40. [43] Kavita Y., Singh N.B., “Effects of benzoic acid and cadmium toxicity on wheat seedlings”, Chilean Journal of Agricultural Research, 73(2), 0718-5839, 73(2), http://dx.doi.org/. E.T: 19.06.2017, 2013
41. [44] Bingham F.T., Page A.L., Majler R. J., Ganje T., “Growty and cadmium accumulation of plants grown on a soil treated with a cadmium enriched sewage sludge”, Journal of Environmental Quality, 4, 207-210, 1975
42. [45] Veselov D., Kudoyarova G., Symonyan M., Veselov S., “Effect of cadmium on ion uptake, transpiration and cytokinin content in wheat seedlings”, Bulgarian Journal of Plant Physiology, Special İssue, 353-359, 2003
43. [46] Al-Othman Z.A., Ali R., Al-Othman A.M., Ali J., “Assessment of toxic metals in wheat crops grown on selected soils, irrigated by different water sources”, http://dx.doi.org (Erişim tarihi: 07.04.2015), 2012
44. [47] Renzhang L., Xiaorong W., Yi .L, Wenchao D., Hongyan G., Daqiang Y., “Effects of soil cadmium on growth, oxidative stress and antioxidant system in wheat seedlings (Triticum aestivum L)”, Chemosphere, 69(1), 89-98, 2007 [48] Moyo D.Z., Chimbira C., “The effect of single and mixed treatments of lead and cadmium on soil bioavailability, uptake and yield of lactuca sativa irrigated with sewage effluent under green house conditions”, American-Eurasian Journal Agric. & Enviroment Science, 6(5), 526-531,2009
45. [49] Moosavi S.A., Gharineh M.H., Afshari R.T., Ebrahimi A., “Effects of some heavy metals on seed germination characteristics of canola (Barassica napus), wheat (Triticum aestivum) and safflower (Carthamus tinctorious) to evaluate phytoremediation potential of these crops”, Journal of Agricultural Science, 4(9),11-19, 2012
46. [50] Kıran S., Özkay F., Kuşvuran Ş., Ellialtıoğlu Ş.Ş., “Ağır metal içeriği yüksek sularla sulanan patlıcan bitkilerine uygulanan humik asidin bazı morfolojik, fizyolojik ve biyokimyasal özelliklerüzerine etkisi”, Türk Tarım – Gıda Bilim ve Teknoloji Dergisi, 2(6), 280-288, 2014
47. [51] Zengin F.K., Munzuroğlu Ö., “Effects of lead (Pb++) and copper (Cu++) on the growth of root, shoot and leaf of bean (Phaseolus Vulgaris L.) seedlings”, Gazi University Journal of Science, 17(3), 1-10, 2004
48. [52] Gang A., Vyas A., Vyas H., “Toxic effect of heavy metals on germinatıon and seedling growth of wheat”, Journal of Environmental Research and Development, 8(2), 206-213, 2013
49. [53] Kassim J.K., Kareem M.I., Mohammed Z. K., “Nickel, Co, Cr, and Mn metals uptake by wheat and grass plants from serpentinitic soils of Penjwin, Kurdistan Rregion-Iraq”, Internetional Journal of Plant Animal and Environmental Sciences, 3(2), 76-84, 2013
50. [54] Banashree S., Prema D., Nirmali G., Yendrembam M.D., “Effects of cobalt induced stress on triticum aestivum l. crop.” Asian J Agri Biol., 2(2),137-147, 2014
51. [55] Al-Othman Z.A., Ali R., Al-Othman A.M., Ali J., Habila M.A., “Assessment of toxic metals in wheat crops grown on selected soils, irrigated by different water sources”, Arabian Journal of Chemistry 9(2), 1555-1562, 2016
52. [56] Kabata-Pendias A., “Trace Elements in Soils and Plants (Fourth Edition)”, CRC Press, Taylor and Francis Group 6000 Broken Sound Parkway NWSuite 300 Boca Raton FL 33487-2742, 201