Assessment of relations between micro element availability and soil properties in Isparta-Atabey plain using principal component analysis

Year 2017, Volume: 32 Issue: 2, 258 - 268, 20.06.2017

Burhan Durgun Veli Uygur Burak Durgun Enise Sukuşu

https://doi.org/10.7161/omuanajas.321115

Abstract

Soil properties influenced by soil formation processes and land use
affect micro nutrition availability in soils. This study aims to reveal
relationships between 24 measured soil parameters and  micro element availability through
descriptive statistics, Pearson correlation and principal analysis techniques,
in 70 surface samples (0-20 cm) taken from the 21 soil series of Isparta-Atabey
plain. Positive and high skewness coefficients indicated that organic matter
and available concentrations of phosphorus (P), copper (Cu), iron (Fe), and
zinc (Zn) increased due to mainly agricultural practices and/or to relatively
lesser extent soil forming processes. Principal component (PC) analysis
indicated that seven components explained about 80% of total variance and two
of these components were responsible for the variation in microelement
concentrations. The principal component related to Cu and Zn in soils showed
positive loading with available P, Cu, Zn, ammonium acetate extractable Mg; and
negative loading with only clay content of soils. The PC 5 explained the
variation in Fe and Mn concentrations in relation to negative loading of soil
pH. Consequently, it was determined that the DTPA extractable concentrations of
Cu and Zn in some sampling sites have reached environmentally risky levels.

Keywords

Atabey Plain, Descriptive statistics, Micro elements, Principal component analysis

Isparta-Atabey ovası topraklarında mikro element yarayışlılığı ile toprak özellikleri arasındaki ilişkilerin temel bileşen analizi ile belirlenmesi

Abstract

Toprak oluşum süreçlerine ve arazi kullanımına bağlı olarak
ortaya çıkan toprak özellikleri topraklarda mikro element yarayışlılığı üzerine
etki etmektedir. Bu çalışmada Isparta-Atabey ovasındaki 21 toprak serisinden
alınan 70 toprak örneği incelenen 24 parametre ile toprakların yarayışlı mikro
element konsantrasyonları arasındaki ilişkiler tanımlayıcı istatistikler,
Pearson korelasyonu ve temel bileşen analiz yöntemleri kullanılarak
incelenmiştir. Tanımlayıcı istatistik analizlerden çarpıklık katsayısının
yüksek ve pozitif olması, organik madde, fosfor (P), bakır (Cu), demir (Fe) ve
çinko (Zn)’ nun büyük oranda topraklarda tarımsal uygulamaların ve/veya kısmen
de toprak oluşum süreçlerinin etkisiyle arttığını göstermiştir. Temel bileşen
analizi, toprakların davranışlarının tanımlanmasında yedi bileşenin toplam varyansın
yaklaşık %80’nini açıklayabildiğini ve bu bileşenlerden iki tanesinin ise
topraklardaki mikro elementlerin konsantrasyonundaki değişimi açıklayabildiğini
belirlemiştir. Topraklardaki Cu ve Zn konsantrasyonundaki değişimle ilişkili
temel bileşenin yarayışlı P, Cu, Zn, amonyum asetat ile ekstrakte edilebilir Mg
ile pozitif; kil miktarı ile negatif ilişkili olduğu belirlenmiştir. Temel
bileşen 5 ise topraklardaki Fe ve Mn konsantrasyonundaki değişimi pH’nın
negatif etkisiyle ilişkilendirmiştir. Sonuç olarak bazı toprakların Zn ve Cu
mikroelementleri açısından gübreleme ve zirai mücadele pratiklerinin etkisiyle
DTPA ile ekstrakte edilebilen konsantrasyonlarının çevresel açıdan risk
oluşturabilecek seviyelere ulaştığı belirlenmiştir.

Keywords

Atabey ovası, Mikro element, Tanımlayıcı istatistikler, Temel bileşen analizi, Toprak özellikleri

References

• Akgül, M.,Başayiğit, L., Uçar, Y., Müjdeci, M., 2001. Atabey ovası toprakları. Süleyman Demirel Üniversitesi Yayınları, 15(1), 71, Isparta.
• Alloway, B.J. 1996. Heavymetal in soils. HalstedPress, John Wiley&SonsInc.,Second edition, 368 p, London.
• Berkman, E.T., Reise, S.P., 2012. A conceptualguide to statisticsusing SPSS. Sage ISO 690, 295 p, New Delhi.
• Couto, R.D., Benedet, L., Comin, J.J., Belli, P., Martins, S.R., Gatiboni, L.C., Radetski, M., de Valois, C.M., Ambrosini, V.G., Brunetto, G. 2015. Accumulation of copper and zinc fractions in vine yard soil in the mid-western region of Santa Catarina, Brazil. Environmental Earth Sciences, 73, 6379-6386.doi:10.1007/s12665-014-3861-x.
• Çakmak, İ., Yılmaz, A., Kalaycı, M., Ekiz, H., Torun, B., Erenoglu, B., Braun, H.J. 1996. Zinc deficiency as a critical problem in wheat production in Central Anatolia. Plant and Soil, 180, 165-172.doi: 10.1007/BF00015299.
• Diatta, J., Grzebisz, W., Frackowiak-Pawlak, K., Andrzejewska, A., Brzykcy, M. 2014. Site-specific evaluation of Cu, Zn, Fe, and Mn availability in arable soils. Zemdirbyste-Agriculture, 101(3), 235-24.doi: 10.13080/z-a.2014.101.030.
• Durgun, B. 2016. Atabey ovasındaki toprak serilerinde çinko fraksiyonlarının belirlenmesi. SDU Fenbilimleri Enstitüsü, Yüksek lisans tezi, Isparta.
• Gunawardana, C., Egodawatta, P., Goonetilleke, A. 2014. Role of particle size and composition in metal adsorption by solids deposited on urban road surfaces. Environmental Pollution, 184, 44-53.doi:10.1016/j.envpol.2013.08.010.
• Güzel, N., Ortaş, İ., İbrikci, H., 1991. Harran ovası toprak serilerinde yararlı mikroelement düzeyleri ve Zn uygulamasına karşı bitkinin yanıtı. Çukurova Üniversitesi Dergisi, 6: 15-30.
• Jung, H. S., Yun, S. T., Choi, B. Y., Kim, H. M., Jung, M., Kim, S. O., Kim, K. H. 2010. Geochemical studies on the contamination and dispersion of trace metals in intertidal sediments around a military air weapons shooting range. Journal of Soils and Sediments, 10, 1142-1158.doi:10.1007/s11368-010-0248-9.
• Kacar, B. 2012. Toprak analizleri. Nobel Yayınevi, Ankara.
• Kacar, B. 2013. Temel bitki besleme. Nobel Yayınevi, Ankara.
• Kumpiene, J., Lagerkvist, A., Maurice, C. 2008. Stabilization of As, Cr, Cu, Pb and Zn in soil using amendments - A review. Waste Management, 28, 215-225.doi: 10.1016/j.wasman.2006.12.012.
• Lair, G. J., Gerzabek, M. H., Haberhauer, G. 2007. Retention of copper, cadmium and zinc in soil and its textural fractions influenced by long-term field management. European Journal of Soil Science, 58, 1145-1154.doi: 10.1111/j.1365-2389.2007.00905.x.
• Landau, S., Everitt, B.S. 2004. A handbook of statistical analyses using SPSS. Chapman & Hall/CRC Publications, 327 p, London, UK.
• Lindsay, W.L., 1979. Chemical equilibria in soils. JohnWiley & Sons, New York, USA.
• Lindsay, W.L., 2001. Chemical equilibria in soils. The Blackburn Press, 450 p, USA.
• Marschner, H., 1995. Mineral nutrition of higher plants. 2nd edition, 889 p, London, UK.
• Marschner, P. 2012. Marschner's mineral nutrition of higher plants. Third edition, Elsevier Ltd., 651 p, Amsterdam.
• Mengel, K., Kirkby, E.A., 2001. Principles of plant nutrition. 5th Edition. Kluwer Academic Publishers. ISBN: 1-4020-0008-1, Dordrecht, 5th edition, 849 p, The Netherlands.
• Papadopoulos, P and Rowell, D.L. 1989. The reaction of copper and zinc with calcium carbonate surfaces. Journal of Soil Science, 40, 39-48.doi: 10.1111/j.1365-2389.1989.tb01252.x.
• Ponnamperuma, F. N. 1972. The chemistry of submerged soils. Advance in Agronomy, 24, 29-96.
• Querol, X., Alastuey, A., Moreno, N., Alvarez-Ayuso, E., Garcia-Sanchez, A., Cama, J., Ayora, C., Simon, M. 2006. Immobilization of heavy metals in polluted soils by the addition of zeolitic material synthesized from coal fly ash. Chemosphere, 62, 171-180.doi: 10.1016/j.chemosphere.2005.05.029.
• Spark, K.M., Wells, J.D. Johnson, B.B. 1997. Interaction of humic acid with heavy metals. Australian Journal of Soil Science, 35, 89-101.doi:10.1071/S96008.
• Sparks, D. L. 1996. Methods of Soil Analysis, Part 3, Chemical Methods. SSSA, Madison, Wisconsin, USA.
• Shuman, L. M. (1988). effect of removal of organic matter and ıron- or manganese-oxides on zinc adsorption by soil. Soil Science: 146, 248
• Usta, S. 1995. Toprak kimyası. Ankara Üniversitesi Ziraat Fakültesi Yayınları, Yayın no: 1387, 217 s, Ankara.
• Uygur, V. 1998. The sorption/desorption chemistry of zn in calcareous soils from Turkey. PhD Thesis. The University of Newcastle upon Tyne, UK.
• Uygur, V. and D.L. Rimmer, 2000. Reactions of zinc with ıron-oxide coated calcite surfaces at alkaline pH. European Journal of Soil Science, 51, 511-516.doi: 10.1046/j.1365-2389.2000.00318.x.
• Wei, X.R., Shao, M.G., Zhuang, J., Horton, R. 2010. Soil iron fractionation and availability at selected lanscape positions in a loessial gully region of northwestern China. Soil Science and Plant Nutrition, 56(4), 317-626.doi: 10.1111/j.1747-0765.2010.00497.x.