Determination of Nitrogen Leaching Under Precipitation Conditions from Weighted Lysimeter Planted Walnut (Juglans regia L.)

Abstract

Many minerals such as especially nitrogen leaching out from the soil in exceed precipitation leach. This situation is a very important factor causing economic losses and environmental pollution. The aim of the study is to determine amount of the nitrogen leaching from the soil by precipitation outside the irrigation season from a weighing lysimeter controlled by a programmable logic controller (PLC). The research was carried out under Kahramanmaraş conditions in the five-month period between December 2018 - April 2019. In the study, a weighed lysimeter with a diameter of 113 cm (1 m2) and a depth of 130 cm was used and on which three-year-old (Maraş 18) walnut was planted. Two pluviometers were used to measure the amount of precipitation falling on lysimeter and the drained water from it. At the beginning of the experiment, 300 gr DAP (diammonium phosphate) fertilizer was applied to the lysimeter soil. A PLC automation system has been created that controls lysimeter and pluviometers for the research. The PLC automation system measured a total precipitation of 868.1 mm and drainage water of 686.6 mm Nitrogen concentrations and loads in the drainage water were determined from 26 water samples taken in the experimental period. In analysis of water samples, it was determined that nitrogen of 12.7 kg was leached from the soil of one hectare with the effect of precipitation. The leaching amount of nitrogen was 8.4%, of which 24% was in the form of ammonium (NH4) and 76% in the form of nitrate (NO3). The highest nitrogen leached with 5.4 kg per hectare in December, when the precipitation was the highest (264.1 mm). According to the results, as amount of precipitation increased, the leaching amount of nitrogen increased leach. Therefore, application programs of nitrogen fertilizer should be prepared by taking into consideration the precipitation regime of the region. It is very important for economy, the environment and human health.

Keywords

• Drainage water
• Nitrogen leaching
• Lysimeter
• Pluviometer
• Precipitation

Determination of Nitrogen Leaching Under Precipitation Conditions from Weighted Lysimeter Planted Walnut (Juglans regia L.)

Abstract

Uzun süreli yağışlar başta azot olmak üzere birçok mineral maddenin topraktan yıkanarak uzaklaşmasına neden olmaktadır. Bu durum ekonomik kayıplara ve çevre kirliliğine neden olan çok önemli bir faktördür. Çalışmanın amacı, programlanabilir mantık denetleyici (PLC) tarafından kontrol edilen bir tartılı lizimetreden sulama sezonu dışında meydana gelen yağışların etkisiyle topraktan yıkanan azotu belirlemektir. Bu araştırma, Kahramanmaraş ili koşullarında, sulamanın yapılmadığı Aralık 2018 – Nisan 2019 aylarını kapsayan beş aylık bir dönemde gerçekleştirilmiştir. Araştırmada, üzerinde üç yaşında ceviz fidanı (Maraş 18) bulunan, 113 cm çapında (1 m2) ve 130 cm derinliğinde olan bir tartılı lizimetre kullanılmıştır. Bu lizimetreye yağışla giren ve sızarak uzaklaşan su miktarlarını ölçmek için iki farklı plüviyometre kullanılmıştır. Deneme başlangıcında lizimetre toprağına 300 gr DAP (diamonyum fosfat) gübresi uygulanmıştır. Araştırma için lizimetreyi ve plüviyometreleri kontrol eden bir PLC otomasyon sistemi oluşturulmuştur. Oluşturulan bu otomasyon sistemi kullanılarak, araştırma dönemi boyunca toplam 868.1 mm yağış ve 686.6 mm drenaj ölçülmüştür. Aynı dönem içerisinde alınan 26 adet su örneklerinden drenaj suyu içerisindeki azot konsantrasyonları ve yükleri belirlenmiştir. Su örneklerinde yapılan analizlerde yağışların etkisiyle hektardan 12.7 kg azotun topraktan yıkanarak uzaklaştığı belirlenmiştir. Belirlenen bu değer, başlangıçta lizimetre toprağında bulunan toplam azotun % 8.4’ü olup bu değerin %24’ü amonyum (NH4) ve %76’sı nitrat (NO3) formundadır. En fazla azot yıkanması, yağışların en fazla olduğu Aralık ayında (264.1 mm) hektarda 5.4 kg olarak gerçekleşmiştir. Elde edilen bu sonuçlara göre artan yağış miktarları topraktan yıkanan azot miktarlarını arttırmıştır. Bu yüzden azotlu gübre uygulama programları, bölgenin yağış rejimi dikkate alınarak hazırlanmalıdır. Bu durum çevre ve insan sağlığı açısından çok önemlidir.

Keywords

• Drenaj suyu
• Lizimetre
• Plüviyometre
• Yağış
• Azot yıkanması

References

1. Akdağ, M. N., Zengin, M. (2020). Artan Dozlarda Bakir Sülfat ve Azot Uygulamalarinin Ekmeklik Bugdayda Verim ile Kök ve Kök Bogazi Çürüklügü Hastaligina Etkileri. Journal of Tekirdag Agricultural Faculty, 17(2): 149-161.
2. Anonymous, (2005). Regulation on Water Intended for Human Consumption, www.resmigazete.gov.tr/eskiler/2005/02/20050217-3.htm, (accessed date:23.09.2019)
3. Anonymous, (2010). Council Directive 98/83 / EC of 3 November 1998 on the quality of water intended for human consumption. Documents in European Community Environmental Law. C. L 330, pp. 865–878
4. Anonymous, (2019a). DAP Fertilizer (Diammonium Phosphate), http://www.toros.com.tr/Tr/Dap-Gubre, (accessed date:17.09.2019)
5. Anonymous, (2019b). Crop Production Statistics, from http://www.tuik.gov.tr/PreTablo.do?alt_id=1001, (accessed date:17.09.2019)
6. Anonymous,.(2019c). Nitrate Leaching, http://www.far.org.nz/assets/files/uploads/Nitrogen_leaching.pdf, (accessed date: 20.10.2019)
7. Anonymous, (2022). Official Statistics, https://www.mgm.gov.tr/veridegerlendirme/il-ve-ilceler-istatistik.aspx?m=K.MARAS (accessed date:13.01.2022)
8. Aulakh, M. S., Singh, B. (1997). Nitrogen losses and fertilizer N use efficiency in irrigated porous soils. Nut. Cyc. Agroecosyst, 47:197–212

9. Barraclough, D., Geens, E. L., Maggs, J. M. (1984). Fate of fertilizer nitrogen applied to grassland. 11. Nitrogen-15 leaching results, 35: 191–199
10. Başer, K. (2006). Sazlı Dere’nin Azot ve Fosfor Kirliliğinin İzlenmesi ve Etkisinin İrdelenmesi. Marmara Üniversitesi, İstanbul pp. 86
11. Bremner, J, M., Mulvaney, C. S. (1982). Nitrogen: total, In: Page AL et al. (Ed.). Methods of soil analysis: part 2, 2nd ed., Agronomy monograph 9, ASA, ASSA, Madison, pp. 595-641.
12. Chowdary, V. M., Rao, N. H., Sarma, P. B. S. (2004). A coupled soil water and nitrogen balance model for flooded rice fields in India. Agriculture, Ecosystems & Environment, 103(3), 425-441.
13. Çetin, M., Saygin, S., Demir, H. (2020). Tarım Sektörünün Çevre Kirliliği Üzerindeki Etkisi: Türkiye Ekonomisi İçin Bir Eşbütünleşme ve Nedensellik Analizi. Tekirdağ Ziraat Fakültesi Dergisi, 17(3), 329-345.
14. Denmead, O., Macdonald, B., Bryant, G., Reilly, R., Griffith, D., Stainlay, W., White, I., Melville, M. (2005). Gaseous nitrogen losses from acid sulfate sugarcane soils on the coastal lowlands, Proc. Aust. Soc. Sugar Cane Technol, 27: 211-219
15. Ersoy, A. F., Ersoy, H. (2007). Gümüşhacıköy Akiferi’nde Yer altı suyu Kirliliğinin Modellenmesi. TMMOB Harita ve Kadastro Mühendisleri Odası Ulusal Coğrafi Bilgi Sistemleri Kongresi. 30 Ekim –02 Kasım 2007, KTÜ, Trabzon.
16. Gençoğlan, C., Usta, S., Gençoğlan, S. (2020). Development of a weighting lysimeter system operated by a programmable logic controller (PLC). Mediterranean Agricultural Sciences, 33(1), 107-115.
17. Gupta, M., L., Khosla, R., (2012). Precision nitrogen management and global nitrogen use eficiency, https://www.ispag.org/proceedings /? Action = abstract & id = 1013 & search = types, (accessed date: 20.04.2019)
18. Güvenç, İ., Kazankaya, A. (2019). Türkiye’de ceviz üretimi, dış ticareti ve rekabet gücü. Yüzüncü Yıl Üniversitesi Tarım Bilimleri Dergisi 29(3): 418-424.
19. Güzel, N., Gülüt, K. Y., Büyük, G. (2008). Bitki Besin Elementleri Yönetimine Giriş. Toprak Verimliliği ve Gübreler Adana: Çukurova Üniv. Ziraat Fak. Genel Yayın No: 246. pp.110-203
20. Hess, L. J., Hinckley, E. L. S., Robertson, G. P., & Matson, P. A. (2020). Rainfall intensification increases nitrate leaching from tilled but not no-till cropping systems in the US Midwest. Agriculture, Ecosystems & Environment, 290, 106747.
21. İbrikçi, H., Çetin, M., Sağır, H., Mert, U., Gölpınar, M. S., Karnez, E. 2016. Sulu Tarımın Yapıldığı Akarsu Sulama Havzasında Drenajla Oluşan Azot Kayıplarının Zamansal İzlenmesi. Çukurova Tarım ve Gıda Bilimleri Dergisi, 31(3), 153-163.
22. İbrikci, H., Cetin, M., Karnez, E., Kirda, C., Topcu, S., Ryan, J., Oztekin, E., Dingil, M., Korkmaz, K., Oguz, H. (2012). Spatial and temporal variability of groundwater nitrate concentrations in irrigated Mediterranean agriculture. Communications in soil science and plant analysis, 43(1-2), 47-59.
23. Ibrikci, H., Cetin, M., Karnez, E., Flügel, W. A., Tilkici, B., Bulbul, Y., Ryan, J. (2015). Irrigation-induced nitrate losses assessed in a Mediterranean irrigation district. Agricultural Water Management, 148, 223-231.
24. Johnsson, H., Bergstrom, L., Jansson, P. E., & Paustian, K. (1987). Simulated nitrogen dynamics and losses in a layered agricultural soil. Agriculture, Ecosystems & Environment, 18(4), 333-356.
25. Ju, X. T., Liu, X. J., & Zhang, F. S. (2003). Accumulation and movement of NO3−-N in soil profile in winter wheat-summer maize rotation system. Acta Pedologica Sinica, 40(4), 538-546.
26. Kaçar, B. 2009. Toprak Analizleri. Nobel Yayın Dağıtım, ISBN: 978-605-320-430-5, Ankara, 614s.
27. Kant, C., Aydın, A., Barik, K. (2006). Erzurum Daphan ve Pasinler Ovası Toprak Örneklerine Suya Doygun Koşullarda Uygulanan Değişik Azotlu Gübrelerin Çeltik Bitkisinin Gelişimine, Mineral İçeriğine, Besin Maddesi Alımı ve Yıkanmasına Etkisi. Atatürk Üniversitesi Ziraat Fakültesi Dergisi, 37(2), 145-152.
28. Kaplan, M., Sönmez, S., Tokmak, S. (1999). The nitrate content of well waters in the Kumluca region-Antalya. Turkish Journal of Agriculture and Forestry, 23(3), 309-314.
29. Karaman, R. (2012). Bitki Besleme. Gübretaş Rehber Kitaplar Dizisi: 2
30. Karaşahin, M. (2014). Bitkisel üretimde azot alım etkinliği ve reaktif azotun çevre üzerine olumsuz etkileri. Akademik Platform Mühendislik ve Fen Bilimleri Dergisi, 2(3), 15-21.
31. Karnez, E., İbrikci, H., Cetin, M., Ryan, J., Dingil, M., Oztekin, E., Korkmaz, K. (2013). Implications of profile mineral nitrogen in an irrigated project area of southern Turkey. Communications in soil science and plant analysis, 44(1-4), 783-793.
32. Linn, D. M., Doran, J. W. (1984). Effect of water‐filled pore space on carbon dioxide and nitrous oxide production in tilled and nontilled soils. Soil Science Society of America Journal, 48(6), 1267-1272.
33. Muchow, R. C. (1994). Effect of nitrogen on yield determination in irrigated maize in tropical and subtropical environments. Field Crops Research, 38(1), 1-13.
34. Müftüoğlu, N. M., Demirer, T. (1998). Toprakta azot bilançosu. Atatürk Üniversitesi Ziraat Fakültesi Dergisi, 29(1).
35. Özbek, H., Kaya, Z., Gök, M., Kaptan, H. (2007). Toprak Bilimi. Ç.Ü. Ziraat Fakültesi Yayınları, No: 73. Ders Kitapları Yayın No: A-16, Adana pp. 433-456
36. Özekici, B. (2008). Damla Sulama Yönteminde Su ve Gübre Tasarrufu. Sulama Drenaj Konferansı. 10 – 11 Nisan 2008, Adana, DSİ VI. Bölge Müdürlüğü, pp. 46–52
37. Polat, R., Elçi, A., Şimşek, C., & Gündüz, O. (2007). İzmir-Nif dağı çevresindeki yeraltı suyu nitrat kirliliği boyutunun mevsimsel değerlendirilmesi. 7. Ulusal Çevre Mühendisliği Kongresi (2007), İzmir, Türkiye.
38. Prakasa, Rao., S., Puttanna K (2000). Nitrates, agriculture and environment. Current Science, 79 (9): 1163-1168
39. Sönmez, İ., Kaplan, M., Sönmez, S. (2008). Kimyasal gübrelerin çevre kirliliği üzerine etkileri ve çözüm önerileri. Derim, 25(2), 24-34.
40. Sünal, S. (2012). Türkiye’ de Tarımsal Kaynaklı Yer altı Suyu Nitrat Kirliliği. Türk Bilimsel Derlemeler Dergisi, 5(2): 116-118
41. Uzun, A., Palabaş, Uzun, S., Korkmaz, S. Y. (2018). Kahramanmaraş Sütçü İmam Üniversitesi, Avşar Yerleşkesi Tohumlu Bitkilerinin Çeşitliliği ve Sistematiği. Kahramanmaraş Sütçü İmam Üniversitesi Tarım ve Doğa Dergisi, 21(6): 854–874
42. Wiklander, L. (1977). Leaching of Plant Nutrients in Soils: IV. Contents in Drainage Water and Ground Water. Acta Agriculturae Scandinavica, 27(3), 175-189.
43. Yetgin, M, A. (2010). Organic Fertilizers and Its Importance, http://www.samsun.tarimorman.gov.tr/Belgeler/Yayinlar/Kitaplarimiz/organik_guberler_ve_onemi.pdf, (accessed date:27.10.2019)