Effects of Istanbul Metropolitan Municipality compost product on plant growth, mineral nutrients and heavy metals in plant and soil

Abstract

Büyük ölçekli kentsel katı atık üretimi dünyanın büyük kentlerinde ortak olan çevresel bir problemdir. Yerleşim bölgelerinden toplanan kentsel katı atıkların organik kısımlarının çevre ile uyumlu ürünlere dönüştürülmesi kompostlaştırma işlemiyle mümkündür. Kentsel katı atıkların kompostlaştırılması, büyük şehir belediyeleri tarafından toplanan büyük miktardaki bu atıkların geri dönüşümü açısından çevreyle dost ve sürdürülebilir bir çözüm olarak geniş ölçüde kabul görmektedir. Son ürün olan ?kompost? ayrıca tarımcılık, bahçecilik, peyzaj, erozyon kontrolü, toprak ıslah etme, ve toprak doldurma uygulamalarında kullanılabilir. Bu çalışmada, İstanbul büyük şehir belediyesinin kompost ürünü bitki büyüme ve mineral beslenmesine etkisini göstermesi açısından karakterize edildi. Kentsel katı atık kompostlarının iki yaygın problemi olan ağır metal ve yüksek tuz muhtevası da sera saksı denemeleriyle farklı bitkiler kullanılarak değerlendirildi. Seri halde yapılan inkübasyon denemeleriyle bitki besin konsantrasyonu, besin alınabilirliği ve topraktaki tuz ve ağır metal birikim düzeyi değişimlerini anyalabilmek için kompost katkısının uzun dönemde toprağa etkileri test edildi.Kompost ürününde gerçekleştirilen kimyasal analizler bu ürünün organik maddece (%46) ve çeşitli bitki makro ve mikro besinlerince zengin olduğunu gösterdi. Eko-kompost için yapılan katı Avrupa Birliği yasasıyla karşılaştırılabilir olmamasına karşın, ağır metal konsantrasyonları tipik kentsel atık kompost değerlerine benzer hatta daha düşük çıkmıştır. Sera denemelerinde toprağa ağırlıkça %5e kadar olan kompost uygulamaları bitki büyümesini, özellikle temel gübre oranının sınırlı olduğu düşük verimlilik durumlarında desteklemiştir. Doğasında çinko (Zn) eksikliği ve bor (B) toksisitesi gibi problemleri olan topraklar kullanılarak kompost uygulamalarının bitki yeşil aksamında Zn eksikliğini tamamen giderdiği ve B birikimini güvenilir değerlere düşürdüğü gösterilmiştir. Fakat, yüksek uygulama oranları, kompostlaştırma işlemi sırasında zeolit katkılı kompost kullanımı ile belli boyutta azaltılabilen, tuz toksisite simptomlarının ortaya çıkması ile sonuçlanmıştır. Özellikle Cd ve Pb olmak üzere yeşil aksam ağır metal konsantrasyonları da yüksek uygulama dozlarıyla artmıştır.İstanbul büyük şehir belediyesi tarafından üretilen kompostun bazı sınırlamalarla tarımsal üretimde yararlı olabileceği düşünülmektedir. Bitki biyokütlesinin özellikle düşük verimlilikte ve Zn eksikliği durumlarında geliştiği gösterilmiş olmasına rağmen, maliyet-kar ilişkileri elde etmek ve hasat edilen bitki kısımlarının ağır metal sınırlarını kesinleştirmek için yerinde ve uzun vadeli tarla denemelerine ihtiyaç vardır.

Large scale municipal solid waste (MSW) production is a common environmental problem in metropolitan areas of the world. Converting the organic fraction of MSW obtained from residential areas into environmentally acceptable products is possible through composting process. Composting of MSW is widely accepted as an environmentally friendly and sustainable solution for recycling large amounts of MSW collected by metropolitan municipalities. The final product ?compost? can be further utilized in agriculture, horticulture, landscaping, erosion control, reclamation and landfill applications.In this study, the compost product of Istanbul metropolitan municipality was characterized to reveal its potential on plant growth and mineral nutrition. The two common problems of MSW composts, heavy metals and high salt content, were also assessed by greenhouse pot experiments using different plant species. In a series of incubation experiments, the long term effects of compost amendments to soil was tested to understand the changes in plant nutrient concentrations, nutrient bioavailability and levels of salt and heavy metal accumulation in soils.Chemical analysis performed on the compost product showed that it is rich in organic matter (i.e. %46) and various plant macro and micro nutrients. Although not comparable to strict EU legislation for eco-compost, concentrations of heavy metals were similar or even lower than typical MSW composts. In greenhouse experiments compost applications to soil up to 5% (w/w) promoted plant growth, particularly at low productivity conditions with limited basal fertilizer rates. Using soils with inherent problems such as zinc (Zn) deficiency and boron toxicity, it was demonstrated that compost applications can totally eliminate Zn deficiency and decrease accumulation of B to safer limits in plant shoots. However, higher application rates resulted in occurrence of salt toxicity symptoms which could be alleviated to a certain extent by the use of zeolite amended compost during processing. Shoot concentration of heavy metals, particularly Cd and Pb, were also increased at higher application rates.It was concluded that MSW compost produced by Istanbul metropolitan municipality can be beneficial in agricultural production with some limitations. Although it was shown to enhance plant biomass production particularly at low productivity and Zn deficient conditions, there is the need for on-site and long-term field trials to acquire cost-benefit relations and ensure safe heavy metal limits in harvested plant parts.