Biyokömürün eski maden teknosolündeki potansiyel toksik metallerin hareketlilik ve biyolojik alınabilirliğine etkisi

Endüstri ve madencilik faaliyetlerinden kaynaklanan metal(loid)lerle toprağın kirlenmesi en önemli çevre sorunlarındandır. Nitekim, metal(loid)ler bozunmazlar ve topraklarda yüksek konsantrasyonlarda birikerek ekosistem üzerinde zararlı etkilere (örn. biyoçeşitlilik kaybı) neden olabilirler. Ayrıca, hayvanlar ve insanlar tarafından temasları ve yanlışlıkla tüketilmeleri sağlık sorunlarına yol açabilir; enzim bileşenlerini değiştirerek fonksiyon kaybına neden olabilirler ve bazı metal(loid)ler kanserojendir. Sonuç olarak, bu tür kirliliklerin etkisini azaltmak için fiziksel veya kimyasal bazlı yöntemler doğrultusunda temizleyici teknikler geliştirilmiştir. Ancak geliştirilen bu teknikler pahalıdır ve normal işleyen biyolojik toprak aktivitelerine zarar verebilir. Fitoremediasyon, düşük maliyetli bir alternatif ve çevre dostu bir teknik olarak toprak metal(loid)lerinin in situ mevcudiyetini kontrol etmek için spesifik bitkileri ve ilgili biyotayı kullanan bir iyileştirme metodudur. Bununla birlikte, asidik pH ve yüksek metal konsantrasyonları gibi toprağın bazı fiziko-kimyasal özellikleri nedeniyle bitkisel iyileştirme tekniğinin kurulması zor olabilir. Bu nedenle, toprak şartlarının geliştirilmesi ve fitoremediasyon uygulamalarına uygun hale getirilmesi için iyileştiricilerin uygulanması gerekir. Muhtemel iyileştiriciler arasında, biyokütle pirolizinin ürünü olan biyokömür, son yıllarda toprak verimliliğine olan yararlı etkileri nedeniyle ve aynı zamanda bir metal(loid) sorbent olarak da dikkat çekmektedir. Bu çalışmada, yüksek düzeylerdeki As (539 mg kg-1) ve Pb (11453 mg kg-1) ile kirlenmiş olan eski bir maden (Pontgibaud / Fransa) Teknosolü üzerinde biyokömürün etkilerinin araştırılması amaçlanmıştır. Bu anlamda değerlendirilen üç ana etmen: (i) toprağın fiziko-kimyasal özellikleri; (ii) metal(loid)lerin topraktaki hareketliliği ve biyoyararlanımı; (iii) toleranslı türlerden olan Ailanthus altissima ve Robinia pseudoacacia'nın iyileştirici uygulanmış kirli toprakta fitoremediasyon kapasitesi. Teknosol (P) kullanılarak üç farklı mezokozm deneyi yürütülmüştür: (i) %5 üç farklı hammaddeden (yumuşak odun (LW), sert odun (HW) ve çam ağacı odunu (PW)) elde edilen biyokömür ve %5 kompostun (C) ayrı ayrı veya birlikte uygulanması, (ii) %5 sert odun biyokömürü (B) ve %5 kompostun ayrı ayrı veya birlikte uygulanması, (iii) %5 sert odun biyokömürü + %5 kompostun birlikte uygulanması, bu grupların ozmokotlu (osm+) ve osmokotsuz (osm-) olarak ayrılması. Test edilen model türler olarak, birinci ve üçüncü mezokozmda Ailanthus altissima, ikinci mezokozmda ise Robinia pseudoacacia bitkileri seçilmiştir. Toprak gözenek suyunda temel kimyasal parametreler ve metal(loid) konsantrasyonları ölçülmüştür. Ayrıca, aynı toprak örneklerinde toprak mikroorganizmalarının analizi yapılmıştır. Ek olarak; iki bitki türü için de büyüme, organların kuru ağırlığı ve metal(loid) konsantrasyonları ile bitkilerdeki dağılımları belirlenmiştir. Sonuçlar, %5 biyokömür ve %5 kompostun Teknosole eklenmesinin toprak pH'ını (1-3 birim) artırdığını; elektrik iletkenliğini, su tutma kapasitesini ve esas olarak Pb hareketliliğini (% 89 - % 99 oranında) ve toprak gözenek suyunda alınabilirliğini azaltarak toprak koşullarını iyileştirdiğini göstermiştir. Ancak, As konsantrasyonunun kullanılan bu iyileştiricilerle azalmadığı tespit edilmiştir. Ayrıca, osmokot eklenmesi ile toprak bakteri florasında belirgin farklılıklar saptanmıştır. Aktinomisetler, Mikobakterler, Enterobakter ve Azotobakter gruplarına ait mikroorganizmalarda önemli artışlara neden olmuş, toprak gözenek suyundaki Pb ve As konsantrasyonlarında sırasıyla hafif bir artış ve azalmalar meydana gelmiştir (mezokozm 3). Osmokot uygulandığında daha iyi hale gelen sert ağaç odun (HWC) biyokömürü Ailanthus altissima'nın büyümesini (mezokozm 1) sağlayan en iyi iyileştiricidir (mezokozm 3). Ancak Robinia pseudoacacia, bitki biyokütlesi üretimi yönünden bu iyileştiricilerden etkilenmemiştir (mezokozm 2). Pb ve As'in en yüksek konsantrasyonları ve dağılımları öncelikle kök sisteminde ve daha sonra gövde ve yapraklarda belirlendi. Bununla birlikte, bitkilerdeki Pb birikimi As'e göre önemli derecede yüksek bulunmuştur. Bitki köklerinin yıkanması için kullanılan reaktifler (CaCl2, EDTA ve HCl) sonucunda elde edilen verilere göre, kökler üzerinde adsorbe edilen Pb'un EDTA yöntemi ile CaCl2 ve HCl'den çok daha fazla temizlenebilir olduğu kaydedilmiştir. As için üç çözeltinin de aynı etkiye sahip olduğu belirlenmiştir. Verilerimiz, kirlenmiş topraktaki biyokömür ve kompost uygulamasının toprağın asitliğini azaltarak toprak durumunu iyileştirdiğini, Pb immobilizasyonu için etkili bir şekilde kullanılabileceğini ve böylece biyoyararlanımını azaltabileceğini açıkça göstermiştir. Son olarak, osmokot çözeltisi uygulamasının, fitoremediasyon kapsamında kullanılabilecek aday türler için önemli kriterlerden biri olan bitki biyokütlesi üretiminde en verimli yöntem olduğu ortaya konulmuştur.