NKUBAP AR nolu proje ARAŞTIRMA PROJESİ LABADA BİTKİSİNİN FİTOREMEDİASYONDA KULLANIM KAPASİTESİNİN ARAŞTIRILMASI

Transkript

1 NKUBAP AR nolu proje ARAŞTIRMA PROJESİ LABADA BİTKİSİNİN FİTOREMEDİASYONDA KULLANIM KAPASİTESİNİN ARAŞTIRILMASI Yürütücü: Yrd. Doç. Dr. Sevinç ADİLOĞLU Araştırmacılar: Prof. Dr. Aydın ADİLOĞLU Doç. Dr. Funda ERYILMAZ AÇIKGÖZ Araş. Gör. Tuba YENİARAS Araş. Gör. Yusuf SOLMAZ 2015

2 NKUBAP AR no lu Labada Bitkisinin Fitoremediasyonda Kullanım Kapasitesinin Araştırılması adlı proje Namık Kemal Üniversitesi Bilimsel Araştırma Proje Birimi tarafından desteklenmiştir.

3 T.C. Namık Kemal Üniversitesi Bilimsel Araştırma Projesi LABADA BİTKİSİNİN FİTOREMEDİASYONDA KULLANIM KAPASİTESİNİN ARAŞTIRILMASI (Proje No: NKUBAP AR.14.03) Proje Yürütücüsü: Yrd. Doç. Dr. Sevinç ADİLOĞLU Proje Araştırmacıları: Prof. Dr. Aydın ADİLOĞLU Doç. Dr. Funda ERYILMAZ AÇIKGÖZ Araş. Gör. Tuba YENİARAS Araş. Gör. Yusuf SOLMAZ TEKİRDAĞ-2015 Her Hakkı Saklıdır

4 ÖNSÖZ Ekosistemleri oluşturan toprak, hava, su, canlılar gibi temel parametrelerin uyum içerisinde olması ve metabolik faaliyetlerini sağlıklı bir şekilde yürütebilmeleri çok önemli bir olaydır. Ekolojik ortamlarda, insanların sağlıklı yaşamalarına engel olan, direkt ve indirekt birçok kimyasal madde vardır. Çevrenin canlı yaşamını etkileyecek şekilde bozulması sonucu kimyasal maddeler canlılar için tehdit oluşturmaktadır. Toprak, hava, su, doğal koşullarda ekolojik bir denge ve biyosferde çok yönlü karşılıklı bir etkileşimde bulunulmaktadır. Bu sebeple bu ortamdan herhangi birinde meydana gelen kirlenme diğerlerine de taşınmakta ve zararlı olabilmektedir. Kirlilik zaman içinde birikim sonucu ortaya çıkmaktadır. Diğer yandan toprak kirliliğinin çevre sağlığı açısından en önemli etkisi; topraktaki kirleticilerin bitki bünyesine geçerek bitkilerin ya doğrudan ya da bu bitkilerle beslenen hayvanların besin olarak tüketilmesi sonucu insan bünyesine geçmesidir. Bu nedenle ağır metallerle kirlenen toprakları doğal ve ekonomik bir yöntem olan fitoremediasyon yöntemi ile temizlenmesi denenmiştir. Araştırmada ağır metallerle kirlenmiş tarım arazilerinin temizlenmesinde hem kültürü hem de doğal olarak yetişen labada (Rumex patientia L.) bitkisinin saksı denemesi ile fitoremediasyon yönteminde kullanılarak toprakların temizlenmesi araştırılmıştır. Projenin gerçekleştirilmesinde verdiği maddi destek nedeniyle Namık Kemal Üniversitesi Bilimsel Araştırma Fonu na teşekkürlerimizi sunarız. Ayrıca istatistiksel analiz kısmında yardım ve desteğini esirgemeyen Namık Kemal Üniversitesi Ziraat Fakültesi Tarla Bitkileri Bölümü Öğretim Üyesi Yrd. Doç. Dr. Alpay BALKAN a teşekkürü borç bilirim. Proje Yürütücüsü Yrd. Doç. Dr. Sevinç ADİLOĞLU

5 LABADA (Rumex patientia L.) BİTKİSİNİN FİTOREMEDİASYONDA KULLANIM KAPASİTESİNİN ARAŞTIRILMASI ÖZET Bu araştırmada ağır metallerle kirlenmiş tarım arazilerinin saksı denemesi ile fitoremediasyon yöntemi kullanılarak labada bitkisi yetiştirilerek ıslahı araştırılmıştır. Bu amaçla Namık Kemal Üniversitesi Ziraat Fakültesi Toprak Bilimi ve Bitki Besleme Bölümü laboratuarlarında bir saksı denemesi yapılmıştır. Kirletici olarak saksılara 100 ppm Cr, Cd ve Pb olacak şekilde Cr(NO 3 ) 3, Cd(NO 3 ) 3, Pb(NO 3 ) 2 uygulanmıştır. Bu kirleticilerin labada bitkisi tarafından alınmasını artırmak için saksılara çiçeklenme başlangıcında 0, 5, 10, 15 mmol/kg dozlarında EDTA uygulanmıştır. Bitkiler 2 aylık gelişim periyodu sonunda hasat edilmiştir. Saksı denemesinden elde edilen bulgulara göre, EDTA nın artan dozları labada bitkisinin kök ve gövde aksamının Cr, Cd ve Pb içeriklerini artırmıştır. Söz konusu bu artışlar istatistiksel olarak değerlendirmeye tabi tutulup % 1 düzeyinde önemli bulunmuştur. Bu çalışma ile, Tekirdağ ilinde ağır metallerle kirlenmiş tarım arazilerinin fitoremediasyon yöntemi ile ıslah edilebileceği ortaya konulmuştur. Anahtar kelimeler: Fitoremediasyon, Ağır Metal, Kirlilik, Labada (Rumex patientia L.) i

6 AN INVESTIGATION OF DOCK PLANT (Rumex patientia L.) USING CAPACITY IN PHYTOREMEDIATION ABSTRACT The aim of this research was to remediate the heavy metal (Cr, Cd, Pb) pollution in agriculture areas with dock (Rumex patientia L.) plant in a pot experiment, greenhouse conditions. For this purpose, a pot experiment was done Namık Kemal Three heavy metals (100 mg/kg Cr, Cd and Pb) as Cr(NO 3 ) 3, Cd(NO 3 ) 3, Pb(NO 3 ) 2 forms were applied each pots. Then EDTA chelate was applied each pots four doses (0, 5, 10 and 15 mmol/kg) in blossom time to plants. The plants were harvested after two months planting. According to the pot experiment results, Cr, Cd and Pb contents of root and shoot of plants increased with increasing EDTA application to the plants. These increases were found significant statistically at the level of 1 %. According to the this experiment results, some heavy metal pollution (Cr, Cd and Pb ) can be remediated with phytoremediation method in Tekirdağ province soils. Key words: Phytoremediation, heavy metal, pollution, Dock (Rumex patientia L.) ii

7 İÇİNDEKİLER ÖZET... i ABSTRACT... ii İÇİNDEKİLER... iii ŞEKİL DİZİNİ... v ÇİZELGE DİZİNİ... vi 1. GİRİŞ Çalışmanın Anlam ve Önemi Çalışmanın Amaç ve Kapsamı KAYNAK ÖZETLERİ MATERYAL VE YÖNTEM Materyal ve Yöntem Bitki analizleri Toprak analizleri Denemede Kullanılan Bitki ve Özellikleri Araştırmada Kirletici Olarak Kullanılan Ağır Metaller İstatistiksel Değerlendirme BULGULAR VE TARTIŞMA Deneme Toprağı Örneğinin Bazı Fiziksel ve Kimyasal Özellikleri Ağır Metallerle (Cr, Cd, Pb) ile Kirletilen Saksılarda Yetiştirilen Labada Bitkisine EDTA Uygulamalarının Bitkinin Kök ve Gövde Aksamları Tarafından Alınan Cr, Cd, Pb Elementleri Konsantrasyonu Üzerine Etkisi 25 iii

8 Araştırma Sonuçlarına göre Cr, Cd ve Pb Ağır metallerine ait Varyans Analiz Sonuçlarının Değerlendirilmesi Deneme Saksılarınındaki Bazı Ağır Metal (Cr, Cd ve Pb) İçerikleri Deneme Öncesi, İnkübasyon Sonrası ve Hasat Sonrası Toprakta Bulunan Ağır Metaller (Cr, Co, Ni ve Pb) Hasat Sonrası Toprakta Bulunan Ağır Metaller(Cr, Co, Ni ve Pb) SONUÇ VE ÖNERİLER KAYNAKLAR iv

9 ŞEKİL DİZİNİ Şekil 1.1. Labada bitkisinin genel bir görüntüsü... 8 Şekil 2.1. Bitkilerle arıtımın içerdiği prosesler Şekil 2.2. Temel kirletici parametrelerin giderim mekanizmaları Şekil 3.1. Deneme sırasında labada (Rumex patientia L.) gelişim görüntüleri Şekil 3.2. Tekstür üçgeni Şekil 3.3. Bitki kök yapısı Şekil 3.4. Denemede kullanılan labada bitkisi (Rumex patientia L.) tohumları Şekil 4.1. EDTA dozlarının Labada bitkisindeki Krom içerikleri üzerine etkisi Şekil 4.2. EDTA dozlarının Labada bitkisindeki Kadmiyum içerikleri üzerine etkisi Şekil 4.3. EDTA dozlarının Labada bitkisindeki Kurşun içerikleri üzerine etkisi Şekil 4.4.Labada bitkisindeki hasat edildikten sonra farklı EDTA dozlarında toprakta belirlenen Cr, Cd ve Pb a ait içerikler v

10 ÇİZELGE DİZİNİ Çizelge 4.1 Yetiştirme ortamının bazı fiziksel ve kimyasal özellikleri Çizelge 4.2. Labada bitkisine uygulanan EDTA şelatının bitkinin kök ve gövde aksamlarına ait ağır metal (Cr, Cd, Pb) içeriklerinin ortalama değerleri (mg/kg ) ve önemlilik grupları Çizelge 4.3. Deneme sonuçlarına göre Krom(Cr) elementi ile kirletilmiş saksılardaki labada bitkisinin kök ve gövde aksamlarına ait varyans analiz sonuçları Çizelge 4.4. Deneme sonuçlarına göre Kadmiyum(Cd) elementi ile kirletilmiş saksıdaki labada bitkisinin kök ve gövde aksamlarına ait varyans analiz sonuçları Çizelge 4.5. Deneme sonuçlarına göre Kurşun(Pb) elementi ile kirletilmiş saksılardaki labada bitkisinin kök ve gövde aksamlarına ait varyans analiz sonuçları Çizelge 4.6. Deneme saksılarının kirleticiler uygulanmadan önce ve sonra ekstrakte edilebilir ağır metal içerikleri Çizelge 4.7. Hasat sonrası farklı EDTA dozlarında toprakta belirlenen Cr, Cd ve Pb a ait ortalama değerlerler (mg/kg) ve önemlilik grupları Çizelge 4.8. Deneme sonuçlarına göre Şelat uygulanan saksılardaki labada bitkisi hasat edildikten sonra toprakta kalan Krom (Cr), kadmiyum (Cd), Kurşun (Pb) içerikleri varyans analiz sonuçları vi

11 1. GİRİŞ 1.1. Çalışmanın Anlam ve Önemi Trakya Bölgesi ve Tekirdağ İl i coğrafi konumu itibariyle, sosyo- ekonomik koşulları ve sanayi kuruluşlarıyla son yıllarda göç alan bir bölge haline gelmiştir. Sanayinin yoğun olarak burada toplanması ve aşırı nüfus yoğunluğu nedeniyle birçok sorunu da beraberinde getirmiştir. İlk olarak göze çarpan toprak, hava, su gibi çevre bileşenlerinde biyolojik, fiziksel ve kimyasal olarak kirlenmelerin başlamış olmasıdır. Türkiye Cumhuriyeti Bilim, Sanayi ve Teknoloji Bakanlığı Tekirdağ İl Müdürlüğü nden alınan bilgilere göre; sadece Tekirdağ İl inde büyük orta ve küçük ölçekli 1329 sanayi tesisi bulunmaktadır. Birinci sırayı 583 fabrika ile tekstil ve boya sektörü, ikinci sırada madencilik, üçüncü sırada deri fabrikaları, ayçiçeği yağı ve margarin fabrikaları, kimya fabrikaları, un fabrikaları, elektronik fabrikalar ve metal işleme fabrikaları bulunmaktadır. Trakya Bölgesi, verimli tarım topraklarında sanayileşmenin yoğun olarak yaşandığı bir bölgedir. Tarım ve sanayinin birbirine rekabet halinde yaşadığı Trakya Bölgesi nde, amaç dışı arazi kullanımı ile kaybedilen topraklarımızın kirlilikle de kaybolmaması için doğal yollarla temizlenmesi gereklidir. Fitoremediasyon; bitki anlamındaki phyto ile ıslah anlamındaki remediation kelimelerinden türetilen ve 1991 de terminolojiye giren phytoremediation, bioremediation, botanical remediation ve green remediation olarak da ifade edilmektedir. Türkçede Yeşil Islah olarak kullanılan fitoremediasyon, bitki temel alınarak çevreyi ıslah etme teknolojileridir. Bu teknoloji ile organik ve inorganik maddeler bitki kullanılarak kirlilik oluşturduğu alandan uzaklaştırılmaktadır. Bu teknolojinin en önemli olumsuz yönü ise; çok ağır düzeylerde kirlenmiş alanlarda bitkilerin kısa sürede etkinliğini gösterememesidir. Ancak düşük düzeylerde kirlenmiş alanlarda etkinliği kısa sürede görülebilir (EPA, 2000; Yıldız, 2008). Metal hiperakümülatörler ola- 7

12 rak ifade edilen ve doğal olarak ortaya çıkan bitkiler, ekimi yapılan bitkilere kıyasla 10 ile 500 kez daha yüksek düzeyde element toplayabilmektedirler (Ow, 1996). Labada ülkemizde birçok bölgede doğal olarak ve kültüre alınarak yetiştirilmektedir. Şekil 1.1 de labada bitkisinin genel bir görüntüsü verilmiştir. Şekil 1.1. Labada bitkisinin genel bir görüntüsü ( Ekosistemleri oluşturan toprak, hava, su, canlılar gibi ana unsurların uyum içinde yaşaması, metabolik faaliyetlerini sağlıklı bir şekilde yürütebilmeleri çok önemli bir olaydır. Doğal ve yapay ekosistemlerdeki insanların sağlıklı yaşamalarına engel olan, insanların metabolik faaliyetlerine zarar veren birçok kimyasal madde vardır. Çevrenin canlı yaşamını etkileyecek şekilde bozulması sonucu kimyasal maddeler canlılar için tehdit oluşturmaktadır. Toprak, hava, su, doğal koşullarda ekolojik bir denge ve biyosferde çok yönlü karşılıklı bir etkileşimde bulunulmaktadır. Bu sebeple bu ortamdan herhangi birinde meydana gelen kirlenme diğerlerine de taşınmakta ve zararlı olabilmektedir. Kirlilik zaman içinde birikim sonucu ortaya çıkmaktadır. Sürekli değişim ve gelişim halinde olan teknoloji tarımsal etkinlikleri de doğrudan etkilemektedir. Tarımda birim alandan en yüksek verimi alabilmek için 8

13 kimyasal gübreler, hormonlar, toprak düzenleyicileri, pestisitler, arıtma çamurları ve atık suların sulamada kullanılması gibi birçok uygulama yapılmaktadır. Diğer yandan hızlı ve dengesiz bir biçimde artan dünya nüfusu, yetersiz beslenme, plansız şehirleşme, yanlış arazi kullanımı, tehlikeli atıklar, hızla azalan yeşil alanlar ve ormanlar, bilinçsiz enerji üretimi ve tüketimi, endüstrileşme, endüstriyel fabrikaların, maden yataklarının meydana getirdiği ağır metal yüklü ürünler gibi daha birçok insan etkinliğinin yarattığı olumsuzluklar, günümüzde yaşanan en önemli çevre sorunlarıdır. Bütün bunların bir sonucu olarak ortaya çıkan çevre kirliliğinin çağdaş yaşamın getirdiği bir olumsuzluk olduğu söylenebilir. Trakya Bölgesi nde tarım ile sanayi birbiri aleyhine gelişmeye çalışan iki ayrı sektör durumundadır. Bir taraftan ülkemizin en verimli topraklarında tarım yapılmaya çalışılırken diğer yandan da İstanbul ile komşu bir bölge olması nedeniyle sanayi her geçen gün bölgeye doğru kaymaktadır. Çok çeşitli sanayi kollarının Trakya Bölgesi nde faaliyet göstermesi ile birlikte bölgenin tarım arazileri bu durumdan her geçen gün artan bir hızla kirlenmekte ve önemli çevre sorunlarını gündeme taşımaktadır. Yapılması planlanan bu araştırma ile birlikte bölge topraklarında özellikle sanayi kökenli olarak her geçen gün artan tarım topraklarındaki ağır metal kirliliğinin giderilmesi için fitoremediasyon yönteminin kullanılabilirliği incelenecektir. Söz konusu bu yöntem kirlenmiş tarım topraklarının ıslahında yeni, çevreci ve ucuz olması bakımından önemlidir Çalışmanın Amaç ve Kapsamı Topraklar; insan, bitki ve hayvanların üzerinde durdukları, insanların yaşamlarını devam ettirdikleri tek doğal ortamdır. Buna karşılık yeryüzünün sadece dörtte biri karalarla kaplı olup bu alanların dağlık, çöl, çoraklık vb. birçok doğal kısıtlılık sebebiyle çok az bir miktarı tarımsal üretime uygundur. Topraklar bir yandan kentleşme, endüstriyel yapılar, yollar, havaalanları vb., alanları olarak kullanıma açılırken diğer yandan kirlilik gibi çok ciddi bir çevre sorunu ile karşı karşıya kalmaktadır. Toprak kirliliği incelenirken toprakların alan olarak arttırılamayacağı ve yerine başka bir varlığın konulmasının mümkün olamayacağı hiçbir zaman akıldan 9

14 çıkarılmamalıdır. Bundan başka kirlenmiş bir toprağın pratik olarak temizlenmesinin mümkün olmadığı bu alanın terk edilmekten öteye bir şey yapılamayacağı da unutulmamalıdır. Çevrenin diğer unsurlarından su ve hava kirliliğinde ise kirliliğin ortadan kaldırılması çok daha kolay ve mümkündür. Tarımsal üretimin miktar ve kalitesini arttırmak amacıyla kimyasal gübreler, pestisidler, toprak düzenleyiciler ve hormonların kullanılması katı ve sıvı atıkların deşarjı, atık çamur uygulamaları, kirli suların tarımsal sulamada kullanılması, atmosferik çökelmeler ve radyoaktif serpintiler gibi faaliyetler sonucu topraklar kirlenmektedir. Bunun sonucu olarak toprakların verimli ve sorunsuz kullanılabilme yeteneklerinin sınırları daralmakta ve her geçen gün bu sorun artarak devam etmektedir. Diğer taraftan toprakların doğal yapıları içinde bulunan asbest vb. serbest kirleticiler toprak kirliliğinin başka bir kaynağıdır. Toprak kirliliğine sebep olan doğal ve insan aktivitelerine bağlı olarak topraklara karışan kirleticileri genel olarak; organik (pestisidler, hormonlar) ve inorganik (ağır metaller vb.) bileşikler ve radyoaktif atıklar şeklinde gruplandırılabilir. Toprak kirliliğinin çevre sağlığı açısından en önemli etkisi; topraktaki kirleticilerin bitki bünyesine geçerek bitkilerin ya doğrudan ya da bu bitkilerle beslenen hayvanların besin olarak tüketilmesi sonucu insan bünyesine geçmesidir. Trakya Bölgesi nde yer alan tarım topraklarındaki ağır metal kirliliğinin boyutları her geçen gün artmaktadır. Diğer taraftan söz konusu bu tarım toprakları ülkemizin buğday, ayçiçeği ve kanola tarımında önemli bir yeri vardır. Çünkü söz konusu bu bitkilerin bölgedeki ortalama verimleri Türkiye ortalamasının çok üzerindedir. Buradan hareketle ağır metal kirliliğine maruz kalmış bölge topraklarının fitoremediasyon yöntemi ile ıslah edilmesiyle birlikte söz konusu bu tarımsal ürünlerdeki olası ağır metallerin insan ve diğer canlılara bulaşma ve ciddi sağlık sorunlarına neden olma olasılığı asgariye indirilebilecektir. Bu çalışma bölge toprakları için büyük bir önem taşımaktadır. Çünkü bölgedeki yoğun sanayi ve tarım uygulamaları ile birlikte topraklar ciddi boyutlarda ağır metal kirliliğine uğramış durumdadır. Bu çalışma Trakya Bölgesi gibi ağır metal kirliliğinin önemli boyutlarda olduğu bölge topraklarının fitoremediasyon yöntemi ile birlikte ıslah edilmesinde bir emsal oluşturabilecektir. 10

15 Bu çalışmanın amacı ülkemizde çeşitli yollarla kirlenen tarım topraklarının ve Trakya Bölgesi tarım toprakları için hayati önemi olan ağır metal kirliliğinin giderilmesidir. Bunun için ucuz ve verimli biyolojik çözümlerinden saksı denemeleri ile sanayileşme sonucu, doğal ve insan aktivitelerine bağlı olarak topraklara karışan, hareket kabiliyeti sınırlı olan Pb, Cd, Cr gibi bazı metallerin, topraktaki hareket kabiliyetlerinin uygulanan şelatör (EDTA) yardımıyla artırılması hedeflenmektedir. Toprak çözeltisine geçen ağır metallerin, hiperakümülatör bitki olarak hem kültürü hem de doğal olarak yetişen labada bitkisinin (Rumex patientia L.) kullanılarak Fitoremediasyon yönteminde alternatif bir bitki olup olamadığının araştırılmıştır. 2. KAYNAK ÖZETLERİ Ağır metaller toksik etkileri nedeniyle bitkilerde transpirasyon, stoma hareketleri, su alımı, fotosentez, enzim aktivitesi, çimlenme, protein sentezi, membran stabilitesi, hormonal denge gibi birçok fizyolojik olayın bozulmasına neden olmaktadırlar. Toksisite, metalden metale değişebildiği gibi, organizmadan organizmaya da değişebilmektedir. Olumlu veya olumsuz (toksik) etkiler yalnızca elementin tipi ve konsantrasyonuna bağlı olmayıp değişik türlerin genetik esaslı fizyolojik davranışları ile de ilgilidir (Esringü, 2012). Fitoremediasyon yöntemi, hem ekonomik hem de ekolojik bir yöntem olması, uygulama esnasında özel bir donanım gerektirmemesi ve uygulanan bölgenin yeniden kullanılabilmesine imkan vermesi gibi avantajlara sahiptir. Sistemin etkinliğinde kök derinlikleri ve iklim koşulları önemli rol oynamaktadır. Kirleticilerin bitkiler tarafından topraktan alınabilmesi için, öncelikle toprak şartlarının bitkinin isteklerine uygun olması gerekmektedir. Toprak ph sı bu konuda en önemli parametrelerden biridir. Bitki besin elementleri ve elementlerin bitkiler tarafından alınabileceği ortamın ph düzeylerinin genel olarak 5,8-6,5 arasında olması gerekmektedir (Vanlı, 2007). Topraktaki ağır metallerin bitki kökleri tarafından alınabilecek forma gelmesi, fitoremediasyonun başarısını etkileyen faktörlerin başında gelmektedir. Bu amaçla kullanılan kompleks yapıcı şelatların bitkilerde metallerin alınabilirliğini arttırdığı saptanmıştır. Organik ve inorganik kirleticilerin bitki kullanılarak giderilmesi teknolojisine genel olarak verilen bir isim olan fitoremediasyon kapsamında kullanılan 11

16 bitkilere ve giderilecek kirleticilere bağlı olarak farklı yöntemler bulunmaktadır. Şekil 1 de bu mekanizmalar (prosesler) görülmektedir (Van aken, 2008). Toprak veya yeraltı suyundaki kirlilik bitki dokusunun içine alınabilir (fitoekstraksiyon) veya köklerde adsorbe olabilir (rizofiltrasyon). Bitki dokusu içindeki kirlilik bitkinin enzimleri tarafından dönüştürülebilir (fitotransformasyon) veya buharlaşarak atmosfere verilebilir (fitovolatilizasyon). Topraktaki kirlilik kök bölgesindeki mikroorganizmalar tarafından parçalanabilir (rizosfer biyoremediasyonu) veya toprak yapısına katılabilir (fitostabilizasyon) (Çoban ve ark., 2010). Şekil 2.1. Bitkilerle arıtımın içerdiği prosesler (Van aken, 2008). Bazı araştırıcılar, fitoremediasyon tekniğinin hiperakümülatör bazı organik ve inorganik kirleticilerin (Cd, Cr, Pb, Co, Cu, Ni, Se, Zn, Cs, Sr, Ur, petroleum hidrokarbonklar, TNT, DNT, orgonofosfat insektisitler) etkilerini azaltmasına rağmen, en büyük etkiyi düşük konsantrasyonlarda kirliliğe sahip büyük yayılım gösteren alanların temizlenmesinde gösterdiğini bildirmişlerdir. Ancak bu teknik ile sadece ekilen bitkinin kök derinliğine bağlı olarak bir alanın temizlenmesi ve stabilize edilmesinin mümkün olduğunu belirtmişlerdir (Salt ve ark., 1995; Watanabe, 1997; Blaylock ve Huang, 2000). 12

17 Marchiol ve ark. (2004) kirlenmiş toprakların fitoremediasyon yöntemi ile ıslahı için turp ve kanola bitkilerini kullanarak yaptıkları bir araştırmada Cd, Cr, Cu, Ni, Pb ve Zn kirliliğinin giderilmesinde turp bitkisinin kanola bitkisine göre daha etkili olduğunu belirlemişlerdir. Araştırmada kirleticilerin etkinliğini artırmak için 0 ve 10 mmol/kg EDTA uygulaması yapmışlardır. Araştırıcılar her iki bitkinin köklerindeki ağır metallerin konsantrasyonunun toprak üstü aksamlarından daha fazla olduğunu saptamışlardır. Vanlı (2007), yaptığı bir araştırmada, kirlenmiş toprakların fitoremediasyon yöntemi ile ıslahını incelemiştir. Bu amaçla Pb, Cd ve B elementleri eklenmiş topraklarda, mısır, ayçiçeği ve kanola bitkileri kullanılarak, fitoremediasyonları incelenmiştir. Araştırıcı söz konusu kirletici elementlerin mısır, ayçiçeği ve kanola bitkileri ile topraktan uzaklaştırılabileceğini ortaya koymuştur. Bu konuda en etkili olan bitkinin kanola olduğunu saptamıştır. Lofrano ve ark., (2008) doğal arıtma sistemlerinde temel kirleticilerin giderimi mekanizmaları parametre bazında Şekil 2.2 de verilmiştir. Temel kirletici parametre Toplam Katı Madde Organik Kirleticiler Fosfor Azotlu bileşikler Metaller Filtrasyon Biodegradati on Adsorpsiyon Adsorpsiyon Absorpsiyon Bünyeye alma Denitrifikasy on Adsorpsiyon Absorpsiyon Absorbsiyon Buharlaşma Bünyeye alma Nitrifikasyon Bünyeye alma Biriktirme Şekil 2.2. Temel kirletici parametrelerin giderim mekanizmaları. 13

18 Salido ve ark.(2003) arsenik ve kurşun kirliliğinin fitoremediasyon yöntemi ile topraklardan uzaklaştırılması için yaptıkları bir çalışmada, Çin eğrelti otu (Pteris vittata L.) ve Hindistan hardalı (Brassica juncea L.) bitkilerini akümülatör bitki olarak kullanmışlardır. EDTA uygulaması ile birlikte bitkilerin arsenik ve kurşun absobsiyonlarının arttığını saptamışlardır. Sonuçta topraktaki As ve Pb kirliliğinin fitoremediasyon yöntemiyle önlenebileceğini ortaya koymuşlardır. Saifullah ve Quadir (2009) Pakistan da yaptıkları bir araştırmada kurşun kirliliğinin buğday bitkisi kullanılarak topraklardan uzaklaştırılmasını incelemişlerdir. Sera koşullarında gerçekleştirdikleri araştırmada topraktaki kurşunun buğday bitkisi tarafından absorbsiyonunu artırmak için EDTA şelatını kullanmışlardır. İki aylık bir deneme sonunda artan EDTA miktarının buğday bitkisinin kurşun absorbsiyonunu artırdığını ortaya çıkarmışlardır. Çalışmanın sonunda kurşun kirliliğinin buğday bitkisi kullanılarak fitoekstraksiyon ile giderilebileceğini belirlemişlerdir. Adiloğlu ve ark. (2011) tarafından Tekirdağ ili kıyı şeridi tarım alanlarında bazı ağır metallerin kirlilik düzeylerinin araştırıldığı bir çalışmada M. Ereğlisi, Çorlu, Merkez ve Şarköy ilçelerinden 25 farklı tarım arazisinden toprak örneği alınmış ve ekstrakte edilebilir Cr, Cd, Ni ve Pb içerikleri belirlenmiştir. Elde edilen sonuçlara göre Tekirdağ ili kıyı şeridi tarım alanlarının Cr, Cd ve Ni içerikleri şimdilik izin verilebilir sınırlar arasında belirlenirken Pb kirliliği % 24 gibi bir oranda saptanmıştır. Hızla akan zaman içinde gelişen sanayi ve şehirleşme sonucunda toksik ağır metal miktarındaki artma ekosistem için mevcut bir risk haline gelmiştir. Pek çok endüstride, uranyum, kadmiyum, kurşun, krom, kobalt, nikel, civa ve bakır gibi ağır metaller yüksek seviyede dışarıya verilmektedir. Üretim süreçleri sonucu oluşan işlenmemiş atıkların çevre üzerinde olumsuz etkileri vardır (Gavrilescu, 2004). Çevre ve doğal kaynakların kirlenmeye karşı korunması, bu öğelerin en önemli parametresi olan toprak kirliliğinin önlenmesi açısından son derece önemli olmakla birlikte kirlenmiş alanların temizlenmesi de mevcut çevre kirliliklerinin çözümünde büyük önem taşımaktadır. Toprak kirliliği, ağır metallerin en önemli kirletici kaynaklar arasında olduğu görülmektedir. Amerika Birleşik Devletleri Çevre Koruma Ajansı 14

19 (EPA) nın hazırladığı 129 öncelikli çevre kirleticiler arasında yer alan ağır metaller, en önemli çevre kirletici gruplardan birini oluşturmaktadır (Vanlı ve Yazgan, 2006). Yeşil ıslah olarak da bilinen fitoremediasyon fizikokimyasal teknolojilerden çok daha kolay uygulanabilir. Organik ve inorganik kirleticide etkili olması nedeniyle bu sistemlerin kuruluşu ve ıslah maliyetinin diğer teknolojilere göre çok daha ucuz olması önemli olumlu yönleridir. Sistem doğal ve yapay ortamlarda kullanılabilir. Bitki ile temizleme çalışmalarında kontamine olmuş alanların genişliği veya dağınıklığı dezavantaj değildir. Bu durumda diğer yöntemlere kıyasla bitki ile iyileştirme ucuz bir seçenek olarak karşımıza çıkmaktadır (Sadowsky, 1999). Toprak arıtımı için kullanılan fizikokimyasal teknolojilerin çoğu topraktaki biyolojik aktiviteyi tamamen yok etmekte ve toprağı bitki büyümesi için uygun olmayan bir ortam şekline dönüştürürken, fitoremediasyon yöntemi toprağın biyolojik özelliklerini ve fiziksel yapısını korumaktadır. Ancak, fitoremediasyon yönteminin arazi ölçeğinde randımanlı olarak kullanılabilmesi için, ağır metallerin bitki bünyesinde birikimini karakterize eden moleküler, biyokimyasal ve fizyolojik proseslerin iyi anlaşılması gerekmektedir (Khan ve ark., 2000). Halk sağlığı açısından bakıldığında, eser elementlerin etkisi, toprak ve su örneklerinde bulunan eser elementlerin analizi önem taşımaktadır. Metaller bütün aerobik ve genellikle anaerobik organizmalar için esansiyel maddelerdir. Bununla birlikte krom, kurşun, kobalt ve kadmiyum gibi birçok ağır metalin yüksek miktarlarının insan sağlığını ciddi derecede etkilediği kanıtlanmıştır. İnsan vücudu ağır metalleri işleyemez ve dışarı atamaz. Sonuçta bu ağır metaller çeşitli organlarda birikir. Yüksek miktarlarda birikim de insan vücudunda ciddi zararlara neden olabilir. Çevrede kirletici etkileri en fazla gözlenen bazı ağır metaller, Kadmiyum, Nikel, Civa, Krom, Gümüş, Kobalt, Kalay, Bakır Çinko ve Kurşundur (Forster ve Wase, 1997) Garbisu ve Alkorta (2001), topraktaki ağır metallerin giderilmesinde bir fitoremediasyon yöntemi olan bitkisel özümleme (phytoextraction) tekniğinin kullanılması ve bitkilerin hasat edildikten sonra maddi kazanç sağlaması üzerine bir çalışma yapmışlardır. Sonuç olarak, bitkisel özümleme yaklaşımının fizibilitesinin, 15

20 küçük ölçekli denemelerde kirlenmiş topraklardan metallerin geri alınabildiğini bundan maddi kazanç sağlanmasıyla ortaya çıkarmışlardır. Fitoremediasyon teknikleri, düşük risk kirliliğinden orta dereceye kadar kirlenmiş alanların temizlenmesinde hem etkili bir enerji hem de memnun edici bir yöntemdir. Diğer yandan bu ıslah yöntemi bir tamamlama adımı olarak farklı geleneksel ıslah metotlarıyla beraber kullanılabilmektedir (Türkoğlu, 2006). Fitoremediasyonun önemli avantajlarından birisi süreç maliyetinin son derece ekonomik olmasıdır. Bu konuda yapılan bir çalışmada, 0,4 da genişliğinde, kurşunla kirlenmiş bir alanının temizlenmesi için 30 yıllık tahmini masraflar aşağıdaki gibi hesaplanmıştır. Alanı kazıyarak uzaklaştırma için 12,000,000 dolar, toprak yıkama yöntemi için 6,300,000 dolar, toprak üstünün kapatılması için 600,000 dolar, fitoekstraksiyon için ise 200,000 dolar gereklidir (Cunningham, 1996). Yeşil ıslah olarak da bilinen fitoremediasyon fizikokimyasal teknolojilerden çok daha kolay uygulanabilir. Organik ve inorganik kirleticide etkili olması nedeniyle bu sistemlerin kuruluşu ve ıslah maliyetinin diğer teknolojilere göre çok daha ucuz olması önemli olumlu yönleridir. Sistem doğal ve yapay ortamlarda kullanılabilir. Bitki ile temizleme çalışmalarında kontamine olmuş alanların genişliği veya dağınıklığı dezavantaj değildir. Bu durumda diğer yöntemlere kıyasla bitki ile iyileştirme ucuz bir seçenek olarak karşımıza çıkmaktadır (Sadowsky, 1999). Bitkisel ıslah, metalleri ve radyoaktif elementleri taşınabilir kimyasal formlara dönüştürerek tutulmasını sağlar. İnsan ve çevre sağlığı için kirleticinin en zararsız halidir. Diğer ıslah yöntemleriyle karşılaştırıldığında, maliyet düşüklüğü bu yöntemin üstün yönlerindendir. Genellikle yeşil ıslahtan sonra yetişecek bitki türleri içinde daha verimli bir toprak ortamı hazırlanmış olur (Köseoğlu, 2007). 16

21 3. MATERYAL VE YÖNTEM 3.1. Materyal ve Yöntem Deneme Mayıs - Ağustos 2014 tarihleri arasında Namık Kemal Üniversitesi Ziraat Fakültesi Toprak Bilimi ve Bitki Besleme Bölümü Laboratuarlarında Şansa Bağlı Tam Bloklar deneme desenine göre 3 tekerrürlü olarak yapılmıştır. Denemede; 3 kirletici Cr(NO 3 ) 3 ), CdSO 4, ve (Pb(NO 3 ) 2 4 şelat dozu (EDTA) (0, 5, 10, 15 mmol/kg) 3 tekerrür + 3 kontrol: toplam 39 saksı yer almıştır. Denemede kirletici ve şelat uygulamalarının yapılmadığı kontrol saksıları da 3 tekerrür olarak oluşturulmuştur. Bu araştırmada; bitki materyali olarak labada bitkisi (Rumex patientia L.) kullanılmıştır. Bitki tohumlarının direkt olarak saksılara ekimi yapılacaktır. Çimlenmeden sonra her saksı da üç adet bitki kalacak şekilde seyreltme yapılmıştır. Ekim yapılmadan önce bitkiler için gerekli olan N, P ve K ihtiyaçları toprakta bulunan elverişli miktarları dikkate alınarak azot kaynağı olarak amonyum nitrat, fosfor kaynağı olarak ise triplesüperfosfat gübresi ve potasyum kaynağı olarak ise gerektiğinde potasyum sülfat gübreleri saksılara ekimle birlikte toprağa uygulanmıştır. Denemeye ilişkin bazı görüntüler aşağıdaki Şekil 3.1 de görülmektedir. Uygulanan kirletici parametrelerin toprakta doğal koşullarda kirlilik unsurları yaratması ve kirleticilerin toprak tarafından absorbsiyonu için 30 gün süreyle bekletildikten sonra her bir kirleticinin uygulanan saksılardan toprak örneği alınarak ekstrakte edilebilir Cr, Cd ve Pb analizleri yapılacaktır. İnkübasyon süresini takiben saksılara labada tohumlarının ekimi yapılmıştır. Daha sonra bitkilere ağır metal alımını etkinleştirmek için yukarıda açıklanan dozlarda EDTA uygulamaları yapılmıştır. Araştırmadaki metallerin toprakta çözünürlüğünü artırmak amacıyla EDTA (Etilen Diamin Tetraasetik Asit) kullanılmıştır. Fitoremediasyon yönteminde kullanılan şelatlar, metallerin toprak içerisindeki hareketlerini arttırmak ve bitki bünyesi tarafından alınmasını kolaylaştırmak amacıyla uygulanan kompleks yapıcı bileşiklerdir (Nowack ve ark. 2001). Şelatlar üç bileşenden oluşur. Bunlar şelat tarafından kapsanan metal, şelat maddesi (EDTA, DTPA, EDDHA, amino-asit, humik asit, fulvik asit) ve ek iyondur (Na + ya da NH +) 4. Şelatlar kapsadıkları metali bitkinin 17

22 kullanımına sunarlar fakat kendileri genellikle bitkiye girmezler (Hovsepyan ve Greipsson, 2005). Şekil 3.1. Deneme sırasında labada (Rumex patientia L.)bitkisinin farklı gelişim görüntüleri. Bitkiler 2 aylık büyüme periyodu sonucunda hasat edilerek her saksıdaki bitkinin kök ve gövde ağırlıkları belirlenmiştir. Daha sonra kuru ağırlıkları belirlenen bitki örnekleri öğütülerek, kök ve gövde aksamlarında makro ve mikro besin elementi ile yukarıda açıklanan ağır metal analizleri yapılmıştır. Ayrıca denemede kullanılan saksılardan alınan toprak örneklerinde de aynı elementlerin analizleri yapılmıştır. Labada bitkisinin (Rumex patientia L.) tohumları 60 günlük gelişim döneminden sonra hasat edilecek ve gerekli analizler için NABİLTEM laboratuarına gerekli analizlerin yapılması için gönderilmiştir Bitki Analizleri Deneme sonunda hasat edilen Labada (Rumex patientia L.) bitkileri laboratuar ortamında saf su ile yıkanarak bitkilerin kuru madde miktarları, 68 o C de 48 saat süreyle 18

23 kurutulduktan sonra tartılarak belirlenmiştir (Kacar ve İnal, 2010). Kuru ağırlıkları belirlendikten sonar, analiz için NABİLTEM laboratuarına gönderilerek, mikrodalga ile ekstrakte edilerek daha sonra ICP-OES (Inductively Couple Plasma Spectrophotometer) cihazı ile gerekli elementel analizler yapılmıştır. Bitki örneklerinde azot içeriği tayininde, modifiye edilmiş mikro Kjeldahl yöntemi kullanılmıştır (Sağlam, 2012) Toprak Analizleri Laboratuara getirilen toprak örnekleri deneme öncesi hava kurusu hale getirilip, 2 mm lik elekten elenerek analiz aşamasına geçilmiştir. Toprak örneğinin ph sı Jackson a göre 1/2,5 toprak/su karışımında (Jackson, 1967), CaCO 3 içeriği Scheibler kalsimetresi kullanılarak (Sağlam, 2012), elektriksel iletkenlik (EC) 1/2,5 toprak/su karışımında (Sağlam, 2012), organik madde modifiye Walkey-Black metoduna göre (Kacar, 1995) belirlenmiştir. Ekstrakte edilebilir fosfor Olsen metoduna göre (Olsen, 1982), değişebilir K analizi 1 N Amonyum Asetat (ph:7) metoduna göre (Kacar, 1995) ve alınabilir Fe, Zn, Cu ve Mn analizleri DTPA metoduna göre (Lindsay ve Norwell, 1978) yapılmıştır. Denemeye ait toprak örneklerinde tekstür analizi Bouyoucos Hidrometre yöntemine göre (Bouyoucos, 1955), % kum, kil ve silt fraksiyonları hidrometre yöntemi ile analiz edilmiştir ve bu değerler bünye analiz üçgenine (Şekil 3.2) uygulanarak bünyeleri saptanmıştır. 19

24 Şekil Tekstür üçgeni (Karaman ve ark. 2012) Denemede Kullanılan Bitki ve Özellikleri Bitkilerde ağır metal toleransı fizyolojik ve moleküler mekanizmalar tarafından belirlenmektedir. Hiperbiriktiriciler, metal ya da metalloidler gibi zehirli maddeleri yüksek miktarlarda alıp, normal büyümeleri ve çoğalmaları esnasında gövdelerinde tutabilirler. Aşağıda Şekil 3.3 de tipik bir kök yapısı görülmektedir. 20

25 Şekil 3.3. Bitki kök yapısı (Karaman, 2012). Kökler, bitkileri toprağa bağlayan ve topraktan su ve mineral maddelerin alımını sağlayan temel organdır. Toprak bulunan kök ve yan köklerden ibaret kök sisteminin yüzeyi, toprak üstündeki gövde ve yan dalların yüzey toplamına eşit veya daha fazladır. Kökler ayrıca çıkarmış oldukları çeşitli salgılar ile dolaylı etkilere de sahiptir. Kök sisteminin toprakta geniş dağılım göstermesi su ve mineral madde absorpsiyonu için ve en yüksek absorpsiyon yüzey alanı oluşması fitoremediasyon yöntemi için önemli bir etkendir. Toprağın tekstürü ve strüktürel yapısı topraktaki su ve hava hareketi, bitki köklerinin toprak içerisindeki dağılımı, bitki besin maddelerinin alınabilirliği ve mikrobiyal aktivite gibi bitki büyümesi ve kök gelişimi için dikkate değer faktörlerdir. Bitki köklerince besin elementi alımı, besin elementlerinin kök etki alanına taşınması ve kök yüzeyine alınması daha sonra iyonlarının kök içine girişi ve kök içine giren besin iyonlarının iletim demetlerinde gerekli yerlere taşınımı olarak özetlenebilir (Karaman ve ark., 2012). Çalışmada kullanılacak labada bitkisi Şekil 3.4 de görülmektedir. Güncan (1979) a göre bahçelerde, yamaçlarda, tarlalarda, sulama kanalı, göl kenarlarında, yol kenarlarında ve çayırlarda yetişen labada cm boyunda bir gövdeye sahiptir. Gövdenin alt yaprakları geniş ve büyük olup, orta yapraklar geniş ve uçları kütleşmiş ve hafif kıvırcıktır. Kök kazık formunda olup 30 cm den daha fazla derine gitmektedir. 21

26 Labada bir vejetasyon döneminde iki defa tohum bağlamaktadır. Birincisi Mayıs-Haziran ikincisi de Ekim ayına denk gelmektedir. Toprak istekleri açısında kireççe fakir alanları tercih etmektedir. Şekil 3.4. Denemede kullanılan labada bitkisi (Rumex patientia L.) tohumları. Labada bitkisi (Rumex patientia L.) çok yıllık bir bitki olmakla birlikte geleneksek tıpta yaygın olarak kullanılmaktadır. İdrar söktürücü, ateş düşürücü, yara tedavilerinde kullanılan bu bitki anti enflamatuvar etkiye sahiptir(süleyman ve ark.,1999). Yapılan çalışmalar tıbbı ve aromatik bitkiler içerisinde labada bitkisinin kirlenmiş alanların temizlenmesinde fitoremediasyon potansiyeli gösterdiği belirtilmiştir. Diğer yandan yapılan araştırmalarda tıbbi ve aromatik bitkilerin akümüle ettikleri ağır metallerin sekonder metabolitlerinin miktarını ve içeriğini negatif yönde etkilemediği ifade edildiğinden fitoremediasyon sonucunda hasat edilen bitkilerin değerlendirilmesi dikkate değer bir yön olacaktır (Bahtiyarca ve Bağdat, 2007) Araştırmada Kirletici Olarak Kullanılan Ağır Metaller Canlılar üzerinde eser elementlerin etkisi dikkate alındığında, toprak ve su örneklerinde bulunan eser elementlerin analizi önem taşımaktadır. Metaller bütün aerobik ve genellikle anaerobik organizmalar için esansiyel maddelerdir. Bununla birlikte krom, kurşun, ve kadmiyum gibi birçok ağır metalin yüksek miktarlarının insan sağlığını ciddi derecede etkilediği kanıtlanmıştır. İnsan vücudu ağır metalleri 22

27 işleyemez ve dışarı atamaz. Sonuçta bu ağır metaller çeşitli organlarda birikir. Yüksek miktarlarda birikim de insan vücudunda ciddi zararlara neden olabilir. Metallerin zehirliliği Bryan (1980) a göre sırasıyla; civa, gümüş, bakır, kadmiyum, çinko, kurşun, krom, nikel ve kobalt şeklinde olduğu ifade edilmektedir. Ağır metaller, yüksek konsantrasyonlarda potansiyel olarak zehirlidir. Krom bitki bünyesinde toksik düzeyde olduğunda bitkide etkilediği ilk fizyolojik olay tohum çimlenmesidir. Bu element amilaz aktivitesi ve embriyoya şeker taşınmasını azaltması ve proteaz aktivitesini arttırması sonucunda tohum çimlenmesini engellemektedir. Aynı zamanda krom kök hücrelerinin bölünme ve uzamasını engelleyerek kök gelişimini engeller. Bu sayede toprak çözeltisinden alınan bitki besin maddesi ve suyun azalmasına yol açarak bitki büyüme ve gelişmesini engellemektedir. Dolayısıyla önemli düzeyde verim ve kalite azalması görülmktedir (Khan ve ark., 2000, Jain ve ark., 2000). Kadmiyum, atom no 48 olan kanserojen bir metaldir ve kirletici kaynaklarından biri olarak yeni tanınmıştır. Kadmiyum gümüşe benzeyen beyaz bir rengi vardır. Çok geniş bir alanda kullanılan bu ağır metal, enerji üretiminde, Ni-Cd pillerinde, fosforlu gübre üretiminde, kaplamacılıkta ve bunun gibi çok sayıda alanlarda kullanılmakta ve farklı yollarla toprağa karışarak toprakta kirlilik oluşturmakta ve bitki gelişimini negatif yönde etkilemektedir (Schroeder, 1974) Chen ve ark. (2000) göre yapılan bir çalışmada, Vetiver çiminin Cd, Cu, Pb ve Zn ile kirlenmiş bir toprakta iyi büyüdüğü gözlemlenmiş ve bitki gövdesinde yüksek konsantrasyonlarda Cd, Cu, Pb ve Zn tespit edilmiştir. Çalışma sonucunda vetiver çiminin özellikle Cd, Pb ve Zn un topraktan uzaklaştırılmasında etkili olabileceği ifade edilmiştir. Kurşun özellikle kurşun işleyen akü, matbaa ve çinko-kurşun fabrikalarından çevreye yayılan bir element olup maruz kalındığında zehirlenmeye neden olarak merkezi sinir sistemini bozmakta ve besinlerin emilimini azaltmaktadır. İçme suyunda kurşunun sınır değeri Dünya Sağlık Örgütü (WHO) tarafından 0,05 mg/l olarak belirlenmiştir. Kurşun, günümüzde akü, petrol-boya sanayi, pil, seramik, porselen, 23

28 kauçuk sanayi, benzin katkı maddesi, oyuncak yapımı, matbaacılık, cam ve insektisit sanayi ile boru ve kapların parlatılması alanlarında kullanılmaktadır (Beliles, 1975; Klassen ve ark., 1986; Karatepe, 2006). Sınır değerlerine bakıldığında tarım alanlarındaki toplam Pb konsantrasyonu 100 mg/kg ı, ekstrakte edilebilir Pb miktarı ise 4 mg/kg ı aşmadığı sürece bitki ve insan sağlığı bakımından herhangi bir sorun oluşturmamaktadır. Ancak bu rakamlar aşıldığında potansiyel olarak insan sağlığı tehlike altındadır (Chapman, 1971; Dürüst ve ark., 2004). Deneme saksılarında kirletici ağır metaller olarak, kadmiyum kirleticisi olarak CdSO 4, krom kirletici kaynağı olarak Cr(NO 3 ) 3 ve kurşun kirletici kaynağı Pb(NO 3 ) 2, olarak kullanılmıştır. Denemede kirletici olarak kullanılan bu ağır metallerin özellikle suda çözünebilir formları tercih edilmiştir İstatistiksel Değerlendirme Verilerin istatistiksel olarak değerlendirilmesinde, varyans analizleri (MSTAT 3.00/EM) istatistik paket programında yapılmış ortalamalar arasındaki farklılıklar % 1 ve % 5 önemlilik seviyesinde LSD testine göre belirlenmiştir (Düzgüneş ve ark., 1987). 24

29 4. BULGULAR VE TARTIŞMA 4.1. Deneme Toprağı Örneğinin Bazı Fiziksel ve Kimyasal Özellikleri Araştırma toprağında yapılan analizlerden elde edilen kimi fiziksel ve kimyasal özelliklere ait değerler Çizelge 4.1 de sunulmuştur. Çizelge 4.1. Yetiştirme ortamının bazı fiziksel ve kimyasal özellikleri ph 7.95 ECx Tekstür Sınıfı Org. Mad. (%) P 2 O 5 (kg/da) K 2 O (ppm) Kireç, % Fe (ppm) Zn (ppm) Cu (ppm) Mn (ppm) Kil Çizelge 4.1 de de görüldüğü üzere deneme toprağı; killi tekstürde, organik madde miktarı çok az ve nötr ph özelliğindedir. Herhangi bir tuzluluk sorunu bulunmayan deneme toprağının kireç içeriği orta kireçli olarak bulunmuştur. Özellikle deneme konusu olan ağır metallerin (Cd, Cr ve Pb) eser düzeylerde oldukları belirlenmiştir. 25

30 4.2. Ağır Metallerle (Cr, Cd, Pb) ile Kirletilen Saksılarda Yetiştirilen Labada Bitkisine EDTA Uygulamalarının Bitkinin Kök ve Gövde Aksamları Tarafından Alınan Cr, Cd, Pb Elementleri Konsantrasyonu Üzerine Etkisi Araştırmada saksılara uygulanan her biri 100 mg/kg Cr, Cd ve Pb kirleticilerinin ilgili saksıda yetiştirilen labada bitkisinin söz konusu bu ağır metallerin alımını artırması için kullanılan artan miktarlardaki EDTA dozları uygulamalarının bitkinin kök ve gövde aksamlarındaki ağır metal içerikleri üzerine olan etkileri aşağıda açıklanmıştır (Çizelge 4.2). Çizelge 4.2. Labada bitkisine uygulanan EDTA şelatının bitkinin yaprak ve gövde aksamlarına ait ağır metal (Cr, Cd, Pb) içeriklerinin ortalama değerleri (mg/kg) ve önemlilik grupları * EDTA Dozları Krom (Cr) Kadmiyum (Cd) Kurşun (Pb) Yaprak Kök Yaprak Kök Yaprak Kök 0 mmol/kg d d 3.267d 0.900c d 5 mmol/kg c c 5.440c 2.537b c 10 mmol/kg b b b 2.890b b 15 mmol/kg a a a a a LSD (P 0.05) *: değerler üç tekerrür ortalamasıdır ve her bir ağır metal bitkinin kök ve gövde aksamında ayrı ayrı değerlendirilmiştir. Bitkiler tarafından elementlerin alınabilirliği üzerinde toprakta bulunan besin elementlerinin gerek fizikokimyasal durumu ve gerekse bitki metabolizması ile bitki kök ilişkilerini içine alan birçok faktörler etkendir. Genel olarak bitkinin besin elementi alım sistemleri, toprağın bu elementi bulundurma kapasitesine ve toprak çözeltisindeki çözünebilirliğine bağlı olarak değişir. Elementler, toprakta hareketlenmelerini takiben bitkinin kök hücreleri tarafından tutulur. Önce hücre 26

31 duvarına bağlanan elementler, daha sonra taşıyıcı sistemler ve hücre içi bağlanma bölgeleri ile düzenlenerek plazma membrandan geçerek hücreye ulaşması sağlanır. İyonlarının alımı ise kanal proteinleri ve/veya taşıyıcı proteinler tarafından sağlanır (Clemens ve ark., 2002; Karaman ve ark., 2012). Çizelge 4.2. incelendiğinde krom ağır metali ile kirletilen saksılarda, artan dozlarda uygulanan EDTA şelatının ağır metallerin çözünürlüğünü artırması sonucunda Labada bitkisinin (Rumex patientia L.) topraküstü aksam ve kök bölgesinde en düşük krom içeriği birinci doz (0 mmol/kg EDTA) da topraküstü aksamda mg/kg ve kök aksamında mg/kg olduğu görülmüştür. Diğer yandan en yüksek krom içeriği ise dördüncü doz (15 mmol/kg EDTA) uygulanan saksılarda topraküstü aksamda mg/kg iken bitki kök aksamında mg/kg olduğu belirlenmiştir (Şekil 4.1). Bitki önemlilik grupları açısından değerlendirildiğinde Labada bitkisinin (Rumex patientia L.) kök ve gövde aksamlarındaki Cr ağır içerikleri farklı gruplarda yer aldığı analizler sonucu ortaya konmuştur. Krom ağır metali, EDTA uygulanmayan dozda kök bölgesinde birikirken EDTA uygulanan dozlarda bitkinin üst aksamında biriktiği görülmektedir. Bu duruma sebep olarak, EDTA uygulamalarının söz konusu ağır metallerin topraktaki çözünürlüğünü artırmış olması ve dolayısı ile bitkiler tarafından alınabilirliğini artırmış olması gösterilebilir. Şekil 4.1. EDTA dozlarının Labada bitkisindeki Krom içerikleri üzerine etkisi. 27

32 Kadmiyum Çizelge 4.2 e göre değerlendirildiğinde kirletilen saksılara uygulanan EDTA dozları arttıkça Labada bitkisinin (Rumex patientia L.) Cd ağır metalinin alım miktarının da arttığı belirlenmiştir. Bitki üst aksamda en düşük 3.267mg/kg ile EDTA şelatı uygulanmayan dozda bulunmuştur. Bitki kök bölgesinde en düşük kadmiyum miktarı ise mg/kg ile şelat verilmeyen saksılarda tespit edilmiştir. En yüksek Cd birikimi ise topraküstü aksamda mg/kg iken mg/kg ile kök bölgesinde dördüncü dozda görülmüştür (Şekil 4.2). Bitkide kadmiyumun ağırlıklı olarak üst aksamda biriktiği görülmektedir. Önemlilik grupları açısından bitki gövdesinde EDTA uygulanan ve uygulanmayan dozların farklı gruplarda yer aldığı, kök bölgesinde ise 5 mmol/kg EDTA ile 10 mmol/kg EDTA uygulanan dozların aynı önemlilik gruplarında yer aldığı görülmüştür. Şekil 4.2. EDTA dozlarının Labada bitkisindeki Kadmiyum içerikleri üzerine etkisi. Kurşun ağır metali Çizelge 4.2. den incelendiğinde, kurşun ağır metali ile kirletilen saksılarda şelat verilen ve verilmeyen saksılarda özellikle Labada bitkisinin (Rumex patientia L.) topraküstü aksamında istatistiksel olarak önemsiz olduğu tespit edilmiştir. Bitki kök bölgesinde ise artan dozlarda verilen şelatın toprak çözeltisindeki aktif hale getirdiği kurşun ağır metalinin dozların artması ile birlikte artan oranda bitki kök bölgesinde biriktiği belirlenmiştir. En yüksek Pb ağır metalinin birikimi 15 mmol/kg 28

33 EDTA dozunda mg/kg olduğu görülmüştür. Kök aksamında en düşük birikim mg/kg ile şelat uygulanmayan saksılarda olduğu belirlenmiştir (Şekil 4.3). Bitki kök aksamı önemlilik grupları incelendiğinde her bir dozun farklı grup içerisinde yer aldığı görülmektedir. Şekil 4.3. EDTA dozlarının Labada bitkisindeki Kurşun içerikleri üzerine etkisi. Denemede labada bitkisinin hem kök ve hem de gövde aksamında 0 mmol/kg EDTA dozunun uygulandığı saksılarda Cr ve Cd ağır metal içeriğinin en düşük miktarlarda olduğu ve bitkide en yüksek ağır metal değerlerinin de 15 mmol/kg EDTA dozunda olduğu görülmektedir. Elde edilen bulgular bu konuda yapılan pek çok çalışma ile uyum içindedir. Araştırıcılar bu duruma sebep olarak EDTA uygulaması ile birlikte söz konusu ağır metallerin çözünürlüğünün ve bitkiler tarafından alınabilirliğinin artırmasını göstermişlerdir (Mc Gath ve ark., 1997; Epstein ve ark., 1999; Kirkham, 2000; Liphardzi ve ark., 2003; Esringü, 2005). Fitoremediasyon yönteminde bitkilerin performanslarının değerlendirilmesinde kullanılan Baker Teorisine göre bitkiler, iyi toplayıcılar ve kökte tutucular olarak iki gruba ayrılmaktadır. Baker teorisine göre iyi bir toplayıcı bitki, topraküstü aksamında yüksek oranda element biriktirebilen bitki olarak bildirilmektedir. Topraküstü aksamında biriken element miktarının köklerinde biriken element miktarına oranı 1 den 29

34 yüksek olan bitkiler iyi toplayıcı bitkiler olarak ifade edilmektedir. Bu oranın 1 den düşük olduğu bitkiler ise köklerinde tuttukları elementleri, topraküstü aksamına iyi iletemeyen bitkiler (kökte tutucular) olarak değerlendirilmektedir. Baker Teorisine göre iyi toplayıcılar fitoekstraksiyon yönteminde, kökte tutucular ise fitostabilizasyon yönteminde kullanılmaktadır (Vanlı, 2007). Baker (1989) a göre araştırmamızda krom elementi için 0, 5, 10, 15 mmol/kg dozlarında uygulanan EDTA ile birlikte kanola bitkisindeki krom ağır metalinin gövde ve kök aksamları arasındaki oranın 1 den büyük olduğu görülmüştür. Bu sonuç, Cr ile kirlenen tarım alanlarının labada bitkisi yetiştirerek fitoremediasyon yöntemi ile başarı ile ıslah edilebileceğini göstermektedir. Luo ve ark (2006) tarafından yapılan bir araştırmada kirletici olarak Cu, Zn, Pb ve Cd ağır metalleri kullanılmış ve mısır bitkisi ile bir deneme kurulmuştur. Araştırıcılar yaptıkları denemenin sonunda, EDTA uygulamalarının mısır bitkisinin topraktan Pb alımını ve Pb nun köklerden gövdeye doğru geçişini artırdığını bulmuşlardır. Bu araştırmanın bulguları Luo ve ark (2006) nın sonuçları ile paralellik taşımaktadır Araştırma Sonuçlarına göre Cr, Cd ve Pb Ağır metallerine ait Varyans Analiz Sonuçlarının Değerlendirilmesi Deneme sonuçlarına göre Krom(Cr) elementi ile kirletilmiş ve farklı dozlarda EDTA şelatının uygulandığı saksılarda yetiştirilen Labada (Rumex patientia L.) bitkisinin kök ve gövde aksamlarına ait toprakta bulunan krom ağır metalinin çözünürlüğü ve bitki tarafından alınabilirliği üzerine etkisinin istatistikî olarak % 1 düzeyinde önemli olduğu tespit edilmiştir (Çizelge 4.3). 30

35 Çizelge 4.3. Deneme sonuçlarına göre Krom (Cr) elementi ile kirletilmiş saksılardaki labada bitkisinin kök ve gövde aksamlarına ait varyans analiz sonuçları. VK (SV) Genel (General) EDTA dozları SD (df) K.Top. (KT) Labada gövde K.Ort. (KO) F değeri K. Top. Labada kök K. Ort. F Değeri ** ** Hata (Error) **: P 0.01 düzeyinde çok önemli, *: P 0.05 düzeyinde önemli, ns: önemsiz VK: Varyasyon kaynağı, SD: Serbestlik derecesi, KO: Kareler ortalaması, KT: Kareler ortalaması. Çizelge 4.4. değerlendirildiğinde kadmiyum ile kirletilen saksılarda yetiştirilen Labada (Rumex patientia L.) bitkisinin artan dozlarda uygulanan EDTA şelatının toprakta bulunan kadmiyum ağır metalinin çözünürlüğü ve bitki tarafından alınabilirliği üzerine etkisinin istatistiki olarak bitki kök ve gövde aksamında istatistiki olarak % 1 düzeyinde önemli olduğu belirlenmiştir. Çizelge 4.4. Deneme sonuçlarına göre Kadmiyum (Cd) elementi ile kirletilmiş saksıdaki labada bitkisinin kök ve gövde aksamlarına ait varyans analiz sonuçları. VK SD K.Top. (KT) Labada gövde K.Ort. (KO) Labada kök F Değeri K. Top. K. Ort. F Değeri Genel EDTA dozları ** ** Hata **: P 0.01 düzeyinde çok önemli, *: P 0.05 düzeyinde önemli, ns: önemsiz VK: Varyasyon kaynağı, SD: Serbestlik derecesi, KO: Kareler ortalaması, KT: Kareler ortalaması. Bu sonuç beklenen bir durumdur. Çünkü söz konusu bu denemede toprağa 100 mg/kg gibi yüksek konsantrasyonlarda ağır metallerin uygulandığı bir denemedir. 31

36 Bilindiği gibi bu miktardaki söz konusu ağır metallerin topraktan iki aylık bir sürede tamamen uzaklaştırılması mümkün değildir. Diğer taraftan deneme toprağının tekstürünün kil olması da toprağın temizlenme sürecinin uzamasına neden olmaktadır. Bu çalışmanın amacı, topraktaki çeşitli ağır metallerin labada bitkisi ile uzaklaştırılıp uzaklaştırılamayacağının ortaya konulmasıdır. Bu araştırmadan elde edilen verilerin istatistiksel analiz sonuçlarına göre, Çizelge 4.5 incelendiğinde, EDTA dozlarının Labada bitkisinin (Rumex patientia L.) topraküstü aksamda toprakta bulunan kurşun ağır metallerin çözünürlüğü ve bitki tarafından alınabilirliği üzerine etkisinin istatistiki olarak önemsiz, kökteki ise Pb ağır metalinin çözünürlüğü ve bitkiler tarafından alınabilirliği üzerine etkisinin ise istatistiki olarak % 1 düzeyinde önemli olduğu görülmektedir. Çizelge 4.5. Deneme sonuçlarına göre Kurşun (Pb) elementi ile kirletilmiş saksılardaki labada bitkisinin kök ve gövde aksamlarına ait varyans analiz sonuçları. Labada gövde Labada kök VK SD K.Top. K Ort. F Değeri K. Top. K. Ort. F Değeri Genel EDTA dozları ns ** Hata **: P 0.01 düzeyinde çok önemli, *: P 0.05 düzeyinde önemli, ns: önemsiz VK: Varyasyon kaynağı, SD: Serbestlik derecesi, KO: Kareler ortalaması, KT: Kareler ortalaması. 32