Determination of Crust Formation and Spatial Distribution of Soils Formed under Sub-arid Ecological Condition in Adjacent Micro-Basins

Abstract

Soil is one of the most important natural resources. The conservation and proper use of the soil is necessary for the protection of this resource. However, improper use of lands increases land degradation. Therefore, land degradation with human influence is becoming a serious problem in our country. Soil crust formation is also an important factor of soil degradation. By preventing infiltration, it causes accumulate of water on the surface or runoff. The aim of this study is to examine crust formation trends in neighboring micro hydrological basins with semi-arid climate. The field has an area of approximately 1122 km2. Total 64 soil samples were taken from the study area and sand, clay and silt, organic matter, volume weight, lime, pH, EC and nitrogen analyzes were made in the samples taken. According to the obtained results, the formation of the crust was calculated with the formula given by Pieri (1989) and the distribution of the crust formation index values was generated by selecting the appropriate interpolation method with geographic information systems. Areas where crust formation is high risk have been usually used under intensive agricultural activities. 

Keywords

• Crust formation
• Physico-chemical soil properties
• Interpolation models
• Semi-arid field

Yarı Kurak Ekolojik Koşullar Altında Oluşmuş Komşu Mikro Havzalarda Toprakların Kabuk Oluşumu ve Konumsal Dağılım Durumlarının Belirlenmesi

Abstract

Toprak en önemli doğal kaynaklardan biridir. Toprağın korunması ve amacına uygun kullanımı bu kaynağın korunması için gereklidir. Ancak, arazilerin amaç dışı veya yanlış kullanılması da arazi bozulumunu arttırmaktadır. Bu nedenle, ülkemizde insan etkisi ile arazi bozulumu ciddi bir problem haline gelmektedir. Kabuk oluşumu önemli bir toprak bozulma göstergesidir. İnfiltrasyonu engelleyerek, suyun yüzeysel olarak kalmasına veya yüzey akışına sebep olmaktadır. Bu çalışmanın amacı yarı kurak iklim özelliğine sahip komşu mikro hidrolojik havzalarda kabuk oluşum eğilimlerini incelemektir. Saha yaklaşık 1122 km2’lik alana sahiptir. Çalışma alanından 64 toprak örneği alınmıştır. Alınan örneklerde kum, kil ve silt, organik madde, hacim ağırlık, kireç, pH, EC ve azot analizleri yapılmıştır. Elde edilen sonuçlar doğrultusunda, kabuk oluşumu Pieri (1989) tarafından verilen formül ile hesaplanmış ve coğrafi bilgi sistemleri yardımıyla uygun enterpolasyon yöntemi seçilmiş ve alana dağılımı gerçekleştirilmiştir. Elde edilen sonuçlara göre çalışma alanının büyük bir kısmında kabuk oluşumu riskinin yüksek olduğu belirlenmiştir. Kabuk oluşumunun yüksek riskli olduğu alanlar genellikle, yoğun tarımsal faaliyetlerin yapıldığı alanlardır.

Keywords

• Kabuk oluşumu
• Fiziko-kimyasal toprak özellikleri
• Enterpolasyon modeller
• Yarıkurak saha

References

1. Bayraklı, B., Dengiz, O. (2020). An evaluation of heavy metal pollution risk in tea cultivation soils of micro catchments using various pollution indexes under humid environmental condition. Rendiconti Lincei. Scienze Fisiche e Naturali, 31, 393–409. doi: 10.1007/s12210-020-00901-1
2. Bouyoucos, G.J. (1951). A recalibration of the hydrometer method for making mechanical analysis of soil. Agronomy Journal, 43, 434-438. doi: 10.2134/agronj1951.00021962004300090005x
3. Blacke, G.R., Hartge, K.H. (1986). Bulk Density. In: Klute, A. (Ed.). Methods of Soil Analysis. Part 1. Physical and Mineralogical Methods. 2nd ed. Agronomy 9, 363-382.
4. Bremner, J.M., Mulvaney, C.S. (1982). Nitrogen-Total. In: Page, A.L., Miller, R.H., Keeney, D.R (Eds.). Methods of Soil Analysis, Part 2. Chemical and Microbiological Properties. 2nd ed. Agronomy 9, 595-624.
5. Demirağ Turan, İ. Dengiz, O., Özkan, B. (2019). Spatial assessment and mapping of soil quality index for desertification in the semi-arid terrestrial ecosystem using MCDM in interval type-2 fuzzy environment. Computers and Electronics in Agriculture. 164, 104933. doi: 10.1016/j.compag.2019.104933.
6. Dengiz, O. (2020). Soil quality index for paddy fields based on standard scoring functions and weight allocation method. Archives of Agronomy and Soil Science. 66(3), 301-315. doi:10.1080/03650340.2019.1610880.
7. Dönmez, Y. (1984). Umumi Klimatoloji ve İklim Çalışmaları. İstanbul: Güryay Matbaacılık.
8. Erpul, G., İnce, K., Demirhan, A., Küçümen, A., Akdağ, M.A., Demirtaş, İ., Sarıhan, B., Çetin, E., Şahin, S. (2020). Su Erozyonu İl İstatistikleri- Toprak Erozyonu Kontrol Stratejileri (Sürdürülebilir Arazi/Toprak Yönetimi Uygulama ve Yaklaşımları). Ankara.

9. European Environment Agency, (2018). CORINE Land Cover. https://www. eea.europa.eu/publications/COR0-landcover
10. Feng, G., Sharratt B., Vaddella, V. (2013). Windblown soil crust formation under light rainfall in a semiarid region. Soil & Tillage Research, 128, 91–96. doi: 10.1016/j.still.2012.11.004
11. Hadas, A., Stibbe, E. (1977). Soil crusting and emergence of wheat seedlings. Argon. J. 69, 547–550. doi: 10.2134/agronj1977.00021962006900040006x
12. Hussian, S.M., Slmille, G.W., Collins J.F. (1985). Laboratory studies of crust development in Irish and Iraqı soils. II. Effects of some physico-chemical constituents on crust strength and seedling emergence. Soil & Tillage Research, 6, 123- 138.
13. IBM Corp. (2015). Released 2015. IBM SPSS Statistics for Windows, Version 23.0. IBM Corp., Armonk, NY.
14. Jie, C., Jing-zhang, C., Man-zhi, T., Zi-tong, G. (2002). Soil degradation: a global problem endangering sustainable development. J. Geogr. Sci, 12, 243–252. doi: 10.1007/bf02837480.
15. Kanar, E., Dengiz, O. (2015). Madendere havzası topraklarında arazi kullanım/arazi örtüsü ile bazı erozyon duyarlılık indeksleri arasındaki ilişkinin belirlenmesi. Türkiye Tarımsal Araştırmalar Dergisi, 2(1), 15-27. doi: 10.19159/tutad.74524
16. Lipiec J., Hatano, R. (2003). Quantification of compaction effects on soil physicaproperties and crop growth. Geoderma, 116, 107-136. doi: 10.1016/S0016-7061(03)00097-1
17. Mallants, D., Mohanty, B. P., Jacques, D., Feyen, J. (1996). Spatial variability of hydraulic properties in a multi-layered soil profile. Soil Science, 161(3), 167-181. doi: 10.1097/00010694-199603000-00003
18. Nuttal, W.F. (1982). The effect of seedling depth, soil moisture regime and crust strength on emergence of rape cultivars. Agronomy Journal, 74, 1018-1022. doi: 10.2134/agronj1982.00021962007400060020x
19. Oldeman, L.R. (1998). Soil degradation as a threat to food security, Soil degradation: a threat to food security. Wageningen. doi: 10.1201/9781420032215.ch6.
20. Pieri, C. (1989). Fertilite des terres de savane. Bilan de trente annees de recherche et de developpement agricole au sud du Sahara. IRAT, Paris, 444 pp.
21. Sağlam, M., Dengiz, O. Saygın, F. (2015). Assessment of horizantal and vertical variabilities of soil quality using multivariate statistics and geostatistical methods. Communications in Soil Science and Plant Analysis, 46, 1677–1697. doi: 10.1080/00103624.2015.1045596.
22. Saygın, F., Dengiz, O., İç, S. (2019). Mikro havza ölçeğinde erozyona duyarlılık parametreleri ile bazı toprak özellikleri arasındaki ilişkilerin belirlenmesi. Toprak Su Dergisi, Özel sayı, 15-23. doi: 10.21657/topraksu.654768
23. Soil Survey Staff, (1992). Procedures for collecting soil samples and methods of analysis for soil survey. Soil Survey Invest. Rep. I. U.S. Gov. Print. Office, Washington D.C.
24. Soil Survey Staff. (1993). Soil Survey Manual, USDA. Handbook No: 18 Washington D.C.
25. Şeker, C., Karakaplan, S. (1999). Konya ovasında toprak özellikleri ile kırılma değerleri arasındaki ilişkiler. Tr. Journal of Agriculture and Forestry, 23, 183-190.
26. Tuçay, T., Dengiz, O., Başkan, O., Bayramin, İ., Kılıç, Ş. (2017). Altınova Tarım İşletmesi Topraklarının Kabuk Oluşumu ve Erozyon Duyarlılık Durumlarının Konumsal Dağılımlarının Belirlenmesi. 5. Uluslararası Katılımlı Toprak ve Su Kaynakları Kongresi (1, 669-680). Kırklareli.
27. Türkes, M., Öztas, T., Tercan, E., Erpul, G., Karagöz, A., Dengiz, O., Doğan, O., Şahin, K., Avcıoğlu, B. (2020). Desertification vulnerability and risk assessment for Turkey via an analytical hierarchy process model. Land Degradation Development, 31, 205–214. doi: 10.1002/ldr.3441.
28. Wilding, L.P. (1985). Spatial variability: It's Documentation, Accommodation and Implication to Soil Surveys. . Nielsen, D.R. and J. Bouma (Ed.), In: Soil Spatial Variability (166-194). Wageningen, The Netherlands: Pudoc.
29. Valentin, C. (1991). Surface crusting in two alluvial soils of Northern Niger. Geoderma, 48, 201–222.
30. Yıldız, N., Akbulut, Ö., Bircan, H. (1998). İstatistiğe Giriş. Erzurum: Şafak Yayınevi.
31. Zhou, H., Chen, Y., Li, W. (2010). Soil properties and their spatial pattern in an oasis on the lower reaches of the Tarim River, Northwest China. Agricultural Water Management, 97, 1915–1922. doi: 10.1016/j.agwat.2010.07.004