Biyokömür ve Poliakrilamid Uygulamalarının Toprak Strüktür Stabilite Parametreleri ve Farklı Sulama Seviyeleri Altında Buğday Gelişimi Üzerine Etkileri

Abstract

Bu çalışmanın amacı, biyokömür, poliakrilamid (PAM) ve bunların birlikte uygulamasının (Biyokömür + PAM) farklı sulama (tam ve kısıtlı) ve gübreleme (ile ve gübresiz) rejimleri altında toprak strüktürel parametrelerine etkisi ve buğday bitkisinin gelişimine etkilerini araştırmaktadır. Birincil amaç, toprak fiziksel kalitesini iyileştirmek, yapısal bozulmaya karşı dayanıklılığı artırmak ve optimum su kullanım verimliliğini değerlendirmek için en etkili toprak iyileştirme stratejisini belirlemektir. Çalışma kapsamında bitki büyüme parametrelerinden biyokütle, klorofil içeriği, ozmotik basınç (RWC, bağıl su içeriği), evapotranspirasyon ve su kullanım etkinliği (WUE) ile birlikte, kimyasal toprak özellikleri (pH, EC, organik madde içeriği (OM), değişebilir katyonlar [kalsiyum (Ca²⁺), magnezyum (Mg²⁺), sodyum (Na⁺) ve potasyum (K⁺)], fiziksel toprak özellikleri (dispersiyon oranı (DR), strüktür stabilite indeksi (SSI), erozyon oranı (ER), erodibilite faktörü (k-faktörü), ortalama ağırlık çapı (MWD), agregat stabilitesi (AS) ve mikrobiyolojik toprak özelliklerinden (bazal solunum) analizleri kapsamlı olarak gerçekleştirilmiştir. Sonuçlar, biyokömür ve PAM'ın birlikte uygulanmasının toprak strüktürel göstergelerini önemli ölçüde iyileştirdiğini göstermiştir. Özellikle, yetersiz sulama ve gübrelenmemiş koşullar altında, bu uygulama en düşük dispersiyon oranını (%25,13) vermiştir. Buna karşılık, gübreleme koşulları altında, biyokömür + PAM uygulaması en yüksek strüktür stabilite indeksini (%46,27) vermiştir. Bu bulgular, artan agregat stabilitesiyle kanıtlandığı gibi, birleşik değişkenlerin güçlü fiziksel stabilizasyon etkilerini de vurgulamaktadır. PAM tek başına besin açısından eksik sulama koşullarında erozyon riskini artırırken, biyokömür ile kombinasyonu bu etkiyi hafifletmiştir ve sinerjik bir etkileşime işaret etmektedir. Biyokömür + PAM uygulamasında artan organik madde içeriği ve mikrobiyal aktivite, toprak sağlığı açısından faydalarını daha da vurgulamıştır. Ayrıca, WUE, özellikle gübre ile birleştirildiğinde, kısıtlı sulamada belirgin şekilde iyileşmiştir. Sonuç olarak, bu çalışma, özellikle birlikte uygulandığında, biyokömür ve PAM'ın toprak strüktürel stabilitesini nasıl etkili bir şekilde iyileştirebileceğini, toprak biyolojik aktivitesini nasıl teşvik edebileceğini, su ve besin açısından sınırlı ortamlarda su kullanım verimliliğini nasıl iyileştirebileceğini anlamamıza katkıda bulunmaktadır.This study investigates the effects of Biochar, Polyacrylamide (PAM), and their combined application (Biochar + PAM) on soil structural stability parameters and wheat growth under different irrigation (full and deficit) and fertilization (with and without) regimes. The primary objective was to determine the most effective soil amendment strategy for enhancing soil physical quality, increasing resilience to structural degradation and evaluate the optimal water use efficiency. A comprehensive set of chemical (pH, EC, organic matter content (OMC), exchangeable cations [calcium (Ca²⁺), magnesium (Mg²⁺), sodium (Na⁺), and potassium (K⁺)], physical (dispersion ratio (DR), structural stability index (SSI), erosion ratio (ER), erodibility factor (k-factor), mean weight diameter (MWD), aggregate stability (AS), and microbiological (basal respiration) soil analyses were conducted alongside plant growth measurements including biomass, chlorophyll content, osmotic pressure (RWC, relative water content), evapotranspiration, and water use efficiency (WUE). Results demonstrated that the combined application of biochar and PAM significantly improved soil structural indicators. Particularly, under deficit irrigation and non fertilized conditions, this treatment achieved the lowest dispersion ratio (25.13%). In contrast, under fertilizer conditions Biochar + PAM yielded the highest structural stability index (46.27%). These findings highlight the strong physical stabilizing effects of the combined amendments, as evidenced by enhanced aggregate stability. While PAM alone increased erosion risk under nutrient-limited conditions, its combination with biochar mitigated this effect, indicating a synergistic interaction. Enhanced organic matter content and microbial activity under Biochar + PAM further highlighted its benefits for soil health. Moreover, WUE improved markedly under deficit irrigation, especially when combined with fertilizer. In conclusion, this study contributes to our understanding of how biochar and PAM, particularly when applied together, can effectively enhance soil structural stability, promote soil biological activity, and improve water use efficiency in water, and nutrient limited environments.