Dolgu malzemelerinin bitkilendirilmiş sistemlerde farklı çevresel parametrelere etkilerinin incelenmesi

Yeşil duvar uygulamalarında kullanılacak yetiştirme ortamı karışımlarında organik malzeme ihtiyacı tarımsal kökenli organik atıklardan karşılanabilir. Bu yöntem hem yetiştirme ortamının maliyetini azaltır hem de tarım kaynaklı organik atıklar için ekolojik bir bertaraf alternatifi sağlar. Bu düşünceden yola çıkılarak gerçekleştirilen bu çalışmada, ülkemizde oldukça bol olarak bulunan tarımsal kökenli atıklar ve bazı inorganik materyaller kullanılarak yeşil duvar sistemleri için yetiştirme ortamı karışımları oluşturulmuş ve bu yetiştirme ortamlarının, yeşil duvarlardaki bitki büyümesi, ısı ve ses izolasyonuna olan etkileri incelenmiştir. Bu amaçla yeşil duvar uygulamalarında sıklıkla kullanılan torf ve tarımsal kökenli organik atıklardan fındık zurufu ana karışım materyalleri olarak seçilmiş ve bu ana materyallere hacimsel olarak %12.5, %25 ve %50 oranında pirinç kabuğu ve perlit karıştırılarak yetiştirme ortamları hazırlanmıştır (T: % 100 torf, F: % 100 fındık zurufu, TF1: %87.5 torf+%12.5 fındık zurufu, TF2: %75 torf+%25 fındık zurufu, TF3: %50 torf+%50 fındık zurufu, TP1: %87.5 torf+%12.5 pirinç kabuğu, TP2: %75 torf+%25 pirinç kabuğu, TP3: %50 torf+%50 pirinç kabuğu, TPE1: %87.5 torf+%12.5 perlit, TPE2: %75 torf+%25 perlit, TPE3: %50 torf+%50 perlit, FP1: %87.5 fındık zurufu+%12.5 pirinç kabuğu, FP2: %75 fındık zurufu+%25 pirinç kabuğu, FP3: %50 fındık zurufu +%50 pirinç kabuğu, FPE1: %87.5 fındık zurufu+%12.5 perlit, FPE2: %75 fındık zurufu +%25 perlit, FPE3: %50 fındık zurufu+%50 perlit,)Torf ve tarımsal kullanıma uygun perlit ticari ürünlerdir ve satın alınmıştır. Fındık zürufu ve pirinç kabuğu ise hasat işleminden sonra temin edilmiş, fındık zürufu parçalayıcı makineden geçirilmiştir. Pirinç kabuğuna ise herhangi bir ön işlem uygulanmamıştır. Tüm yetiştirme ortamı karışımları 50 litre olacak şekilde hazırlanmıştır. Hazırlanan tüm yetiştirme ortamlarının fiziksel ve kimyasal özellikleri standart yöntemler ve bilimsel çalışmalarda uygulanmış analiz metotları kullanılarak belirlenmiş ve elde edilen sonuçlar ideal bitki yetiştirme ortamlarında istenen değerlerle karşılaştırılmıştır. Yeşil duvar sisteminin kurulabilmesi ve ısı ve ses yalıtımındaki etkilerinin özdeş ortamlarda test edilebilmesi için model binalar inşa edilmiştir. Model binaların inşasında 125 cm x 125 cm x 125 cm ölçülerinde ve 2 cm kalınlığında betopan levhalar kullanılmıştır. Model binaların yeşil duvar sistemlerinin dışında kalan alanları olan zemin ve çatılarına 5 cm kalınlığında karbon takviyeli strafor ile yalıtım uygulanmıştır. Yeşil duvar sistemleri model binanın dört cephesinede, duvar yüzeyinden 3 cm boşluk kalacak şekilde monte edilmiştir. Yeşil duvar sistemi 5 mm kalınlığında tellerden örülmüş çelik kafes üzerine belirli bir açı ile tutturulmuş plastik saksılar ve damla sulama sistemlerinden oluşmaktadır. Yeşil duvar sistemindeki saksılar bitki dikimi öncesi hazırlanan yetiştirme ortamları ile doldurulmuş ve iğne ve düz yapraklı bitkileri temsil edecek şekilde seçilen mazı (Thuja plicata) ve şimşir (Buxus sempervirens L.) bitkileri dikilmiştir. Bitkiler düzenli olarak çeşme suyu ile sulanmıştır. Hazırlanan yetiştirme ortamlarının bitki büyütmedeki başarıları, bu çalışmaya özgün bir yöntem olarak, görüntü işleme yöntemiyle belirlenmiştir. Bu amaçla bitki büyütme dönemini oluşturan, nisan, mayıs, haziran, temmuz, ağustos ve eylül aylarında yeşil duvardan dijital görüntüler alınmış, bu görüntülerden imageJ programı kullanılarak, mazı (Thuja plicata) ve şimşir (Buxus sempervirens L.) bitkilerinin yeşil duvarda oluşturduğu bitki alanı hesaplanmıştır. Yeşil duvar uygulamalarının ısı izolasyonuna olan etkilerinin belirlenmesi için, yeşil duvar sistemi kurulmuş ve yeşil duvar sistemi bulunmayan boş model binalara sıcaklık ölçüm sensörleri yerleştirilmiş ve sıcaklık ölçümleri alınmıştır. Sıcaklık ölçümleri 06:00, 09:00, 12:00, 15:00, 18:00 ve 21:00 saatlerinde gerçekleştirilmiştir. Ayrıca yetiştirme dönemi olan nisan-eylül arasındaki tüm aylarda ölçüm alınarak, bitki alanındaki değişimin ısı izolasyonu arasındaki etkileri gözlemlenmiştir. Yeşil duvar sistemlerinin ısı izolasyonuna etkilerinin daha iyi anlaşılabilmesi için, sıcaklık ölçümlerine ilave olarak termal görüntüleme de gerçekleştirilmiştir. Çalışma kapsamında yeşil duvar uygulamalarının ses izolasyonuna etkileri, UNE-EN ISO 10140-2 standartlarına göre üretilen sesin (üçüncü oktav bantlarındaki) yeşil duvar sistemi kurulan ve kurulmayan model binalarda ölçülmesi ve oluşan farktan frekansa bağlı ses azaltma indeksinin hesaplanması ile belirlenmiştir. Çalışmada farklı frekansların etkilerinin belirlenmesi amacıyla 0.125 kHz, 0.250 kHz, 0.500 kHz, 1.000 kHz ve 2.000 kHz frekansları kullanılmıştır. Çalışma kapsamında gerçekleştirilen tüm analiz ve ölçümler üç tekerrürlü olarak yapılmış ve sonuçlar ortamalar olarak sunulmuştur. Tüm sonuçlar bilgisayar yazılımı kullanılarak yapılan Anova ve LSD testleri ile istatistiksel incelemesi de yapılmıştır. Yetiştirme ortamlarının fiziksel özelliklerinin incelenmesinde, fındık zürufu (F) (0.28 g/cm3) en yüksek, pirinç kabuğu (P) (0.11 g/cm3) ise en düşük hacim ağırlığına sahip bulunmuştur. Torf (T) ve perlitin (PE) hacim ağırlıkları sırasıyla 0.21 g/cm3 ve 0.15 g/cm3'tür. Karışımlarda pirinç kabuğu oranının yükselmesi, yetiştirme ortamının hacim ağırlığını önemli ölçüde azaltmaktadır. Pirinç kabuğu oranının en yüksek olduğu (%50) TP3 ve FP3 uygulamalarının hacim ağırlıkları sırasıyla 0.15 g/cm3 ve 0.18 g/cm3'tür. İncelenen tüm yetiştirme ortamlarının yığın yoğunluğu, ideal yetiştirme ortamı için istenen sınır dahilindedir. Genel olarak, yetiştirme ortamının porozitesi, hacim ağırlığının azalmasıyla birlikte artar. Perlitin hacim ağırlığı pirinç kabuğuna göre daha düşük olmasına rağmen porozitesi (%94.39 V/V) yüksek bulunmuştur. Bu durum perlitin mikro gözenekli yapısından kaynaklanmaktadır Fındık zürufu (%81.43 V/V) en düşük porozite değerine sahiptir. Bu nedenle %87.5 fındık zurufu içeren FH1 (%82.41 V/V) ve FPE1 (%82.4 V/V) uygulamalarının porozite değerleri diğer uygulamalara göre daha düşüktür. Yetiştirme ortamında perlit ve pirinç kabuğu oranının arttırılması ise porozite değerlerini arttırmıştır. Yetiştirme ortamı bileşenleri olan torf (770.38 mg/l) ve fındık zurufunun (619.29 mg/l) su tutma kapasiteleri, pirinç kabuğu (114.88 mg/l) ve perlitten (229.26 mg/l) önemli ölçüde yüksek bulunmuştur. %50 fındık zurufu ve %50 pirinç kabuğu içeren FP3'ün (566.95 mg/l) ve %50 fındık züruf ve %50 perlit içeren FPE3'ün (580.51 mg/l) su tutma kapasitesi ideal değer aralığının oldukça altındadır. Yetiştirme ortamlarının kimyasal özelliklerinin incelenmesinde, yetiştirme ortamlarında ölçülen tüm pH değerleri süs bitkileri için istenilen aralıkta bulunurken, elektriksel iletkenlik değerlerinin tamamı ideal yetiştirme ortamı için istenilen değerlerden düşük bulunmuştur. Ölçülen en yüksek elektriksel iletkenlik değeri 482.78 µS/cm (FPE3)'dir. Elektriksel iletkenlik değerlerinin düşük olması, yeşil duvarların uzun süreli sulanması, saksıda kurumuş yaprak ve dalların ayrışması gibi EC'yi arttıran durumlar nedeniyle avantaj olarak değerlendirilmiştir. İnorganik yetiştirme ortamı bileşeni olan perlitin kullanıldığı tüm yetiştirme ortamı uygulamalarında, karışımdaki perlit miktarı arttıkça organik madde miktarı azalmıştır. Yetiştirme ortamları arasında en düşük organik madde içeriği FPE3 uygulamasında (%50.74) bulunmuştur. Bitki gelişimi için en önemli besin elementlerinden olan azot ve potasyumun en yüksek değerleri fındık zürufunda (N: %1.48; K: 2442.67 mg/kg), fosfor en yüksek değeri ise pirinç kabuğunda (P: 3231.26 mg/kg) bulunmuştur. Ayrıca torf en yüksek Ca (2587.28 mg/kg) ve Fe (192.39 mg/kg) içeriğine, pirinç kabuğu en yüksek Mg (1183.74 mg/kg) içeriğine ve fındık zürufu en yüksek Cu (5.87) ve Zn (36.35 mg/kg) içeriğine sahiptir. İnorganik yetiştirme ortamı bileşeni olan perlitin makro ve mikro besin içeriği oldukça düşük bulunmuştur. Bitki alanının görüntü analizi ile incelenmesi çalışmalarında ise, mazı bitkisinde en yüksek bitki alanına TF1 yetiştirme ortamında ulaşılmıştır. Bu yetiştirme ortamı kullanılan yeşil duvar sisteminde başlangıç (nisan) bitki alanı 0.327 m2 ve yetiştirme dönemi sonu (eylül) bitki alanı 0.962 m2 olarak hesaplanmıştır. Yeşil duvardaki en küçük bitki alanı artışı, 0.343 m2 başlangıç bitki alanı ve 0.612 m2 son bitki alanı ile FP3 uygulamasında belirlenmiştir. Mazı bitkisinde elde edilen sonuçlara benzer şekilde şimşir bitkisi kullanılan yeşil duvar sistemlerinde de TF1 yetiştirme ortamında en yüksek bitki alanına ulaşılmıştır. En yüksek değerlerin elde edildiği TF1 uygulamasında başlangıç bitki alanı 0.412 m2, son bitki alanı ise 0.594 m2 olarak gerçekleşmiştir. En düşük değer ise (0.521 m2) FP3 uygulamasında elde edilmiştir. Yetiştirme ortamlarının fiziksel ve kimyasal özellikleri ile bitki alanı arasındaki en yüksek pozitif korelasyonlar, su tutma kapasitesi (R2:0.86; p <0.001), organik madde (R2:0.76; p <0.001), Ca (R2:0.52; p <0.001), Fe (R2:0.63; p <0.001) ve Mg (R2:0.57; p <0.05) de bulunmuştur. Genel bir sonuç olarak yetiştirme ortamlarının su tutma kapasitesi ve organik madde içeriği azaldıkça, bitki büyümesi olumsuz etkilenmekte ve yeşil duvar bitki alanı da azalmaktadır. Çalışmada yeşil duvar uygulamasının ısı izolasyonuna olan etkilerini belirlenmek için yapılan sıcaklık ölçümlerinde, bitki alanı değerleri arttıkça yeşil duvar uygulamalarının ısı izolasyonu değerlerinin de arttığı gözlemlenmiştir. Yeşil duvar uygulanan model bina ve kontrol uygulaması arasında oluşan sıcaklık farkları incelendiğinde oluşan en yüksek sıcaklık farkı mazı bitkisi yetiştirme ortamı olarak %100 torf kullanılan yeşil duvar uygulamasında, ağustos ayı ölçümlerinde saat 15:00'te kaydedilmiştir (6.2 °C). Ağustos ayı TF1 uygulamasında en yüksek değer 6.0 °C olarak ölçülmüştür. TP1 uygulamasında 4.8 °C ve TPE1 uygulamasında 5.1 °C ölçülen diğer yüksek sıcaklık farkı değerleridir. Şimşir bitkisi ile oluşturulan yeşil duvar sistemlerinde ölçülen en yüksek sıcaklık farkları yine ağustos ayında ölçülmüştür. T uygulamasında 4.4 °C, TF1 uygulamasında 4.1 °C TPE1 uygulamasında 4.2 °C bu uygulamada ölçülen en yüksek sıcaklık farkı değerleridir. Yeşil duvarların ses izolasyonu etkilerini inceleme amacıyla yapılan ölçümler sonucunda ses azaltım indeksleri hesaplanmıştır ve sonuçlar incelendiğinde kullanılan her iki bitki türünde de eylül ayı ölçümlerinde en yüksek ses azaltım indeksi değerlerinin hesaplandığı görülmüştür. Mazı bitkisi için bu değer 16 dB ile TPE1 uygulamasında ve şimşir bitkisi için 14.9 dB ile T uygulamasında hesaplanmıştır. Hesaplanan bu iki değer kaynak ses 0.500 kHz frekans olarak ayarlandığında ölçülmüştür. Çalışmada elde edilen sonuçların tamamı göz önüne alındığında, torf-fındık zürufu ve torf+perlit karışımlarından oluşan yetiştirme ortamlarında elde edilen tüm sonuçlar, karışımlardaki fındık zürufu ve perlit oranının artmasıyla bir miktar azalmış olsa da, yeşil duvar sistemleri için alternatif bir yetiştirme ortamı olabileceklerini göstermiştir. Ayrıca bu çalışmada bitki alanının belirlenmesinde kullanılan dolaylı izleme tekniği, yeşil duvar bitkilerine ve sistemlerine zarar vermeden bu çalışmanın güvenli ve uygun maliyetli bir şekilde yapılmasına olanak sağlayacaktır. Bu yöntemle elde edilen basit ve hızlı bilgiler, farklı yetiştirme ortamlarının yeşil duvar bitkisi alanının genişlemesi üzerindeki etkilerini daha iyi anlamamıza yardımcı olacaktır. Bu çalışma kapsamında elde edilen sonuçlar, kentsel alanlarda bitki büyümesini ve genel sistem performansını iyileştirmek amacıyla yeşil duvar tasarımını optimize etmek için kullanılabilir.