Comparison of Some Fertility Parameters and Heavy Metal Contents in Soils of Traditional and Organic Tea Farming Areas in Rize Province

Abstract

In this study; It is aimed to compare some physico-chemical properties and heavy metal contents of the soils in the lands where traditional tea cultivation is made in Derepazarı district and in the lands where organic tea cultivation is made in Hemşin district of Rize province. In the scope of the research; Traditional and organic tea cultivation areas were compared in terms of heavy metal accumulation (iron, zinc, copper, manganese, cobalt, lead, nickel and cadmium) and some mineral substances (nitrogen, phosphorus and potassium) content. Within the scope of the study, the areas where traditional and organic tea cultivation is carried out were evaluated in terms of soil fertility. For this purpose, soil samples were taken from tea gardens determined in 15 organic and 15 traditional agricultural application areas and necessary analyzes were made. According to the results obtained in the study, the nitrogen and phosphorus content of the soils of traditional agricultural areas were found to be significantly higher (p<0.05) than organic agricultural areas. On the other hand, the soils of both areas were determined to be poor in terms of nitrogen and phosphorus content. The heavy metal contents of the soils belonging to the traditional agricultural areas were generally higher than the soils of the organic agricultural areas. However, only the amount of iron and lead was statistically (p<0.05) higher than the organic farming fields.

Keywords

• Conventional farming
• organic farming
• plant nutrients
• soil fertility
• land management

Rize İlinde Geleneksel ve Organik Çay Tarımı Yapılan Alanların Topraklarında Bazı Verimlilik Parametreleri ile Ağır Metal İçeriklerinin Karşılaştırılması

Abstract

Bu araştırmada; Rize ili Derepazarı ilçesinde geleneksel çay tarımı yapılan araziler ile Hemşin ilçesinde organik çay tarımı yapılan arazilerdeki toprakların bazı fiziko-kimyasal özellikleri ve ağır metal içeriklerinin karşılaştırılması amaçlanmıştır. Araştırma kapsamında; geleneksel ve organik çay tarımının yapıldığı alanlar ağır metal birikimi (demir, çinko, bakır, mangan, kobalt, kurşun, nikel ve kadmiyum) ve bazı mineral madde (azot, fosfor ve potasyum) içeriği bakımından karşılaştırılmıştır. Çalışma kapsamında ayrıca geleneksel ve organik çay tarımının yapıldığı alanlar toprak verimliliği bakımından değerlendirilmiştir. Bu amaçla, 15 organik ve 15 geleneksel tarım uygulama alanlarında belirlenen çay bahçelerinden toprak örnekleri alınarak gerekli analizler yapılmıştır. Çalışmada elde edilen sonuçlara göre, geleneksel tarım alanları topraklarının azot ve fosfor içeriği organik tarım alanlarına göre anlamlı (p<0.05) olarak yüksek bulunmuştur. Diğer yandan her iki alana ait topraklar azot ve fosfor içeriği bakımından fakir olarak belirlenmiştir. Geleneksel tarım alanlarına ait toprakların ağır metal içerikleri genel olarak organik tarım alanı topraklarına göre daha yüksek bulunmuştur. Ancak sadece demir ve kurşun miktarı istatistiksel olarak anlamlı derecede yüksek bulunmuştur.

Keywords

• Geleneksel tarım
• organik tarım
• toprak verimliliği
• arazi yönetimi
• besin elementi

References

1. Alaboz, P., Dengiz, O., Pacci, S., Demir, S. & Türkay, C. (2022). Determination of the Effect of Different Organic Fertilizers Applications on Soil Quality Using the SMAF Model. Yuzuncu Yıl University Journal of Agricultural Sciences, 32(1), 21-32.
2. Allison, L. (1965). Organic Carbon. Methods of Soil Analysis. Part 2 Chemical and Microbiological Properties, 9, 1367-1378.
3. Anonim. (2021). ÇAYKUR, Çay İşletmeleri Genel Müdürlüğü, 2020 Yılı İstatistik Bülteni, URL:http://www.caykur.gov.tr/Pages/Yayinlar/YayinDetay.aspx?ItemType=1&ItemId=701 (accessed date: June 1, 2021).
4. Beaudoin, N. Saad, J. K., Van Laethem, C., Machet, J. M, Maucorps, J. & Mary, B. (2005). Nitrate leaching in intensive agriculture in northern france: effect of farming practices, soils and crop rotations. Agriculture, Ecosystems & Environment, 111, 292-310.
5. Bilen, S. & Sezen Y. (1993). Toprak reaksiyonunun bitki besin elementleri elverişliliği üzerine etkisi. Atatürk Üniversitesi Ziraat Fakültesi Dergisi, 24, 156-166.
6. Black, C. A., Evans, D. D. & White, J. L. (1965). Methods of soil analysis, chemical and microbiological properties, ASA press. (No. 631.410287/B627 V. 2).
7. Bolton, H., Elliot, L. F., Papendick, R. I. & Bezdicek, D. F. (1985). Soil microbial biomass and selected soil enzyme activities: effect of fertilization and cropping practices. Soil Biochemistry, 17, 297–302.
8. Bray, R. H. & Kurtz, L. T. (1945). Determination of total, organic and available forms of phosphorus in soils. Journal of Soil Science, 59, 39- 45.

9. Camelo, L. G. L., Miguez, S. R. & Marbán, L. (1997). Heavy metals input with phosphate fertilizers used in Argentina. Science of The Total Environment, 204, 45-250.
10. Cang, L., Wang, Y. J., Zhou, D. M. & Dong, Y. H. (2004). Heavy metals pollution in poultry and livestock feeds and manures under intensive farming in Jiangsu province, China. Journal of Environmental Sciences, 16, 371-374.
11. Cooper, J., Reed, E. Y., Hörtenhuber, S., Lindenthal, T., Løes, A. K., Mäder, P. & Möller, K (2018). Phosphorus availability on many organically managed farms in Europe. Nutrient cycling in agroecosystems, 110, 227-239.
12. Çağlar, F. D. & Demir, Y. (2021). Toprak düzenleyicisi bazı polimerlerin (Poliakrilamid ve Polivinil Alkol) kanola (Barassica napus L.) ve jüt (Corchorus olitorius L.) bitkilerinin besin elementi alımına etkisi. Türk Tarım ve Doğa Bilimleri Dergisi, 8(1), 8-16. Demir, A. D. & Şahin, U. (2020). Effects of recycled wastewater applications with different irrigation practices on the chemical properties of a vertisol. Environmental Engineering Science, 37, 132-141.
13. Demir, Y. (2021). The effects of the applications of zeolite and biochar to the soils irrigated with treated wastewater on the heavy metal concentrations of the soils and leaching waters from the soils. Carpathian Journal of Earth and Environmental Sciences, 16, 223-236.
14. Demir, Y., Canbolat, M.Y. & Demir, A. D. (2016). İşlenen ve işlenmeyen arazilerde bazı ağır metallerin toprak profili boyunca değişiminin değerlendirilmesi. Yüzüncü Yıl Üniversitesi Tarım Bilimleri Dergisi, 26, 614-620.
15. Demiralay, İ. (1993). Toprak fiziksel analizleri. Atatürk Üniversitesi Ziraat Fakültesi Yayınları No: 143, ss: 131, Erzurum.
16. Domagała-Świątkiewicz, I. & Gąstoł, M. (2013). Soil chemical properties under organic and conventional crop management systems in south Poland. Biological Agriculture & Horticulture, 29, 12-28.
17. Efe, E., Bek, Y. & Şahin, M. (2000). SPSS’te çözümleri ile istatistik yöntemler II. Kahramanmaraş Sütçü İmam Üniversitesi Rektörlüğü Yayınları, No: 10.
18. Evliya, H. (1964). Kültür bitkilerinin beslenmesi. Ankara Üniversitesi Ziraat Fakültesi Yayınları. Sayı 36.
19. Félix, K. A., Houngnandan, P., Azontonde, H. A., Benmansour, M., Rabesiranana, N. & Mabit, L. (2015). Assessment of the level of soil degradation in three watersheds affected by intensive farming practices in Benin. Journal of Experimental Biology, 3, 529-540.
20. Fernandes, M. S. & Rossiello, R. O. P. (1995). Mineral nitrogen in plant physiology and plant nutrition. Critical Reviews in Plant Sciences, 14, 111-148.
21. Grewelling, T. & Peech, M. (1960). Chemical soil tests. Cornell University, Agr. Expt. Station Bull,960. Horneck, D. A., Hart, J. M., Topper, K. & Koespell, B. (1989). Methods of soil analysis used in the soil testing laboratory at Oregon State University. Publ. SM:89. Oregon State Agric. Exp. Stn., Corvallis.
22. Huang, Q. R, Feng, H. U., Huang, S., Hui-Xin, L.I., Ying-Hong, Y., Gen-Xing, P. & Zhang. W. J. (2009). Effect of long-term fertilization on organic carbon and nitrogen in a subtropical paddy soil. Pedosphere, 19, 727-734.
23. Jackson, M. L. (2005). Soil chemical analysis: advanced course. UW-Madison Libraries parallel press. Printice-Hall Inc., Englewood Cliffs, N. J
24. Kacar, B. & İnal, A., (2008). Bitki analizleri. Nobel Yayın Dağıtım, (s. 891). Ankara.
25. Kacar, B., (2009). Toprak analizleri, Nobel Yayın Dağıtım. (s. 467s). Ankara.
26. Köleli, N. & Kantar, Ç. (2005). Fosfat kayası, fosforik asit ve fosforlu gübrelerdeki toksik ağır metal (Cd, Pb, Ni, As) konsantrasyonu. Ekoloji, 14, 1-5.
27. Lindsay, W. I. & Norwell, W. A. (1978). Development of DPTA test for Zn Mn Fe and Cu. Soil Science Society America Journal, 42, 421-425.
28. Lou, Y., Wang, J. & Liang, W. (2011). Impacts of 22-year organic and inorganic N managements on soil organic C fractions in a maize field, northeast China. Catena, 87, 386-390.
29. Malézieux, E., & Bartholomew, D. P. (2003). Plant nutrition. In the pineapple: botany, production and uses (pp. 143-165). Wallingford UK: CABI Publishing.
30. 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.
31. Mennerat, A., Nilsen, F., Ebert, D., & Skorping, A. (2010). Intensive farming: evolutionary implications for parasites and pathogens. Evolutionary biology, 37, 59-67.
32. MGM, (2021). Tarım ve Orman Bakanlığı Meteoroloji Genel Müdürlüğü, https://www.mgm.gov.tr/veridegerlendirme/il-ve-ilceler-istatistik.aspx?k=A&m=RIZE (Erişim tarihi: 08.06.2021).
33. N’Dayegamiye, A., & Tran, T. S. (2001). Effects of green manures on soil organic matter and wheat yields and N nutrition. Canadian Journal of Soil Science, 81(4), 371-382.
34. Özkutlu, F., Akkaya, Ö., Özlem, E. T. E., Şahin, Ö., & Korkmaz, K. (2015). Rize İlindeki bazı çay bahçelerinin toprak ve yaprak analizi ile besin element düzeylerinin belirlenmesi. Harran Tarım ve Gıda Bilimleri Dergisi, 19(2), 94-103.
35. Pamkajam, U. B. & Krishna, D. (2009). Effect of organic farming on soil fertility, yield and quality of crops in the tropics. In The Proceedings of the International Plant Nutrition Colloquium XVI. (accessed: https://escholarship. org/uc/item/7k12w04m)
36. Rao, A. S., & Ghosh, A. B. (1981). Effect of intensive cropping and fertilizer use on the crop removal of sulphur and zinc and their availability in soil. Fertilizer research, 2, 303-308. Seven, T., Darende, B. N. & Sevda, O. (2018). Hava ve toprakta ağır metal kirliliği. Ulusal Çevre Bilimleri Araştırma Dergisi, 1(2), 91-103.
37. Sezen, Y. (2002). Toprak verimliliği, Atatürk Üniversitesi Ziraat Fakültesi Yayınları, Yayın No:339.241 s. Erzurum.
38. Sillanpaa, M. (1990). Micronutrient Assessment at The Country Level: An international Study FAO Soils Bulletin, Rome, 60.
39. Taban, S., Özer, P., & Turan, M. A. (2006). Çay tarımı yapılan toprakların potansiyel beslenme problemleri ve çayda gübre kullanımı, gübre verim-kalite ilişkisi. I. Rize Sempozyumu, (16-18 Kasım 2006). Rize
40. Taban, S., Yeşim, O. & Kunter, B. (2000). Değişik dönem ve dozlarda uygulanan yaprak gübresinin çay bitkisi yaprağının kalite ve mineral madde içerikleri üzerine etkisi. Journal of Agricultural Sciences, 6(01), 58-62.
41. Thomas, G. W. (1996). Soil pH and Soil Acidity. Methods of Soil Analysis: Part 3 Chemical Methods, 5: 475-490.
42. Tıraşcı, S., Erdoğan, Ü., & Aksakal, V. (2020). Organic agriculture in Turkey. Turkish Journal of Agriculture-Food Science and Technology, 8(11), 2348-2354.
43. Tokalıoğlu, Ş. & Kartal, Ş. (2004). Bioavailability of soil‐extractable metals to tea plant by BCR sequential extraction procedure. Instrumentation Science & Technology, 32(4), 387-400.
44. Tüzüner, A, (1990). Toprak ve su analiz laboratuvarları el kitabı. Tarım ve Köy İşleri Bakanlığı, Köy Hizmetleri Genel Müdürlüğü yayınları, Ankara
45. Ulrich, B. & Sumner, M. E. (2012). Soil Acidity. Springer Science & Business Media. (Eds)
46. Walkley, A., & Black, I. A. (1934). An examination of the Degtjareff method for determining soil organic matter, and a proposed modification of the chromic acid titration method. Soil science, 37(1), 29-38.
47. WHO, (2020). World Health Organization, The WHO Recommended Classification of Pesticides by Hazard and Guidelines to Classification 2019. World Health Organization.
48. Yang, H., Liu, H., Zhang, N., He, T., Deng, H., & Bao, L. (2020). Effects of different fertilization application reduction methods on tea garden soil nutrient and tea quality. Journal of Southern Agriculture, 51(4), 887-896. Yokota, H., Morita, A., & Ghanati, F. (2005). Growth characteristics of tea plants and tea fields in Japan. Soil Science & Plant Nutrition, 51(5), 625-627.
49. Yüksek, T., Yüksek, F. & Sütlü, E, (2013). Rize yöresinde çay tarımında gübreleme sorunları ve sürdürülebilir çay tarımı için yeni stratejiler. II. Rize Kalkınma Sempozyumu, Bildiri Özetleri Kitabı (3-4 Mayıs, 2013), S: 53-54