Evaluation of some soil characteristics of grain cultivated soils with different interpolation methods

Öz

Interpolation approach is a method that requires less labor and cost compared to traditional methods that require intensive labor and cost in determining the spatial distributions of soil properties in soil science. In this study, it was aimed to i-) determine some of the physical and chemical properties of the soils where mainly grain cultivated in Eskişehir and ii-) compare diffrent interpolation methods such as kriging with semivariogram models (Spherical, Exponential, and Gaussian) and inverse Distance Weighting (IDW) wtih different power levels (1, 2, and 3) for maps of spatial distribution. The prediciton performance of interpolation methods were tested using root mean square error (RMSE) parameter. Within the scope of the research, a total of 80 soil samples were taken from 0-30 cm depth using grid sampling model (35 m*35 m). The EC, pH, organic matter (OM) and lime (CaCO3) and texture (sand, silt and clay) analyzes were made in soil samples. Soils in the study area were determined generally pH 7.95-8.40, EC 0.33-1.24 dS m-1, OM 0.86-3.62%, CaCO3 2.02-12.99%, sand 31.56-52.34%, silt 24.82-41.68%, and clay 13.98-42.16% were changed. As a result of the research, it was determined that the Ordinary and Universal kriging interpolation technique and the Exponential semivariogram model had the most successful prediction performance for distribution maps of each soil properties. Moreover, the physical and chemical properties of the soils should definitely be taken into account in land use planning, species-variety selection and fertilization stages within the research area in Eskişehir region, which has an important potential in grain cultivation. Thus, it is predicted that it will contribute to the cultivation of efficient and quality products in plant production.

Anahtar Kelimeler

• Eskişehir
• alluviyal land
• grid sampling
• geostatistics
• soil properties

Tahıl yetiştirilen toprakların bazı özelliklerinin farklı enterpolasyon yöntemleri ile dağılım durumlarının değerlendirilmesi

Öz

Enterpolasyon yöntemi toprak biliminde toprak özelliklerinin konumsal dağılımlarının belirlenmesinde yoğun iş gücü ve maliyet gerektiren geleneksel metotlara kıyasla daha az iş gücü ve maliyet gerektiren bir yöntemdir. Bu çalışmanın amacı, i-) Eskişehir’de ağırlıklı olarak tahıl yapılan arazilerde dağılım gösteren toprakların (10 ha) bazı fiziksel ve kimyasal özelliklerinin belirlenmesi ve ii-) bu özelliklere ait konumsal dağılımlarının haritaları için farklı semivaryogram modelleriyle (Spherical, Exponential ve Gaussian) Kriging (ordinary, simple ve Universal) ve ters mesafe komşuluk benzerliği (IDW) (1, 2 ve 3 farklı güç seviyeleri) enterpolasyon modellerinin karşılaştırılmasıdır. Entorpolasyon modellerinin başarı performansları hata kareler ortalaması karekökü (RMSE) parametresi kullanılarak belirlenmiştir. Araştırma kapsamında 0-30 cm derinlikten grid örnekleme modeli (35 m*35 m) ile toplam 80 adet toprak örneği alınmıştır. Toprak örneklerinde EC, pH, organik madde (OM) ve kireç (CaCO3) ve tekstür (kum, silt ve kil) analizleri yapılmıştır. Çalışma alanı içerisindeki topraklarda pH genellikle 7.95-8.40, EC 0.33-1.24 dS m-1, OM %0.86-3.62, kireç (CaCO3) içeriği %2.02-12.99, kum %31-56-52.34, silt %24.82-41.68 ve kil %13.98-42.16 içerikleri arasında değiştikleri belirlenmiştir. Araştırma sonucunda, her bir toprak özelliğinin dağılım haritalarının oluşturulması için Ordinary ve Universal kriging enterpolasyon tekniği ve Exponential semivaryogram modelinin en başarılı tahmin performansına sahip olduğu tespit edilmiştir. Ayrıca tahıl ekiminde önemli bir potansiyele sahip olan Eskişehir yöresinde araştırma sahasında arazi kullanım planlaması, tür-çeşit seçimi ve gübreleme aşamalarında toprakların fiziksel ve kimyasal özellikleri mutlaka dikkate alınmalıdır. Böylece bitkisel üretimde verimli ve kaliteli ürünlerin yetiştirilmesine katkı sağlayacağı öngörülmektedir.

Anahtar Kelimeler

• Eskişehir
• alüviyal arazi
• grid örnekleme
• jeoistatistik
• toprak özellikleri

Kaynakça

1. Alaboz P, Demir S, Başayiğit L, Işıldar AA, 2019. Isparta İli Büyük Toprak Gruplarına Göre Tahıl Yetiştirilen Toprakların Bazı Özelliklerinin Belirlenmesi. Tarla Bitkileri Merkez Araştırma Dergisi, 28(2), 67-79.
2. Alaboz P, Demir S, Dengiz, O, 2020. Farklı Enterpolasyon Yöntemleri Kullanılarak Toprakların Nem Sabitelerine Ait Konumsal Dağılımların Belirlenmesi, Isparta Atabey Ovası Örneği. Tekirdağ Ziraat Fakültesi Dergisi, 17(3), 432-444.
3. Altunbaş S, Gözükara G, Demirel BÇ, 2020. Aksu ovasında farklı flüviyal depozitler üzerinde gelişen toprakların özelliklerinin ve dağılımlarının belirlenmesi. Ege Üniversitesi Ziraat Fakültesi Dergisi, 57(3), 381-391.
4. Arslan H, 2012. Spatial and temporal mapping of groundwater salinity using ordinary kriging and indicator kriging: The case of Bafra Plain, Turkey. Agricultural Water Management, 113, 57-63.
5. Arslan H, 2014. Estimation of spatial distrubition of groundwater level and risky areas of seawater intrusion on the coastal region in Çarşamba Plain, Turkey, using different interpolation methods. Environmental Monitoring and Assessment, 186(8), 5123-5134.
6. Aşkın T, Türkmen F, Tarakçıoğlu C, 2016. Ordu ili merkez ilçe topraklarında erozyon riskinin jeoistatistiksel tekniklerle değerlendirilmesi. Toprak Bilimi ve Bitki Besleme Dergisi, 4(2), 69-75.
7. Aydın A, Dengiz O, 2019. Yarı-Humid ekolojik koşullar altında oluşmuş toprakların bazı fiziko-kimyasal özelliklerinin belirlenmesi, haritalanması ve sınıflandırması. Toprak Su Dergisi, 8(2), 68-80.
8. Bayat BB, Zahraie B, Taghavi F, Nasseri M, 2013. Evaluation of spatial and spatiotemporal estimation methods in simulation of precipitation variability patterns. Theoretical and Applied Climatology, 113(3–4), 429-444.

9. Bilgili V, Cullu MA, Harold Van Es, Aydemir A, Aydemir S, 2011. The use of hyperspectral visible and near infrared reflectance spectroscopy for the characterization of salt-affected soils in the Harran Plain, Turkey. Arid Land Research and Managemant, 25(1), 19-37.
10. Black CA, 1965. Methods of soil analysis Part 2, Amer. Society of Agronomy Inc., Publisher Madison, Wisconsin, U.S.A., 1372-1376.
11. Bouyoucos GJ, 1955. A recalibration of the hydrometer method for making mechanical analysis of the soils, Agronomy Journal, 4(9), 434.
12. Celilov C, Dengiz O, 2019. Erozyon duyarlılık parametrelerinin farklı enterpolasyon yöntemleriyle konumsal dağılımlarının belirlenmesi: Türkiye, Ilgaz milli park toprakları. Türkiye Tarımsal Araştırmalar Dergisi, 6(3), 242-256.
13. Chatterjee S, Hartemink AE, Triantafilis J, Desai AR, Soldat D, Zhu J, Townsend PA, Zhang Y, Huang J, 2021. Characterization of field-scale soil variation using a stepwise multi-sensor fusion approach and a cost-benefit analysis. Catena, 201, 105190.
14. Çağlar KÖ. 1949. Toprak bilgisi. Ankara Üniversitesi Ziraat Fak. Yayınları Sayı:10.
15. Dengiz O, Gülser C, 2014. Farklı fluviyal depozitler üzerinde oluşmuş toprakların dağılım alanlarının belirlenmesi ve sınıflandırılması. Türkiye Tarımsal Araştırmalar Dergisi, 1, 9-17.
16. Dengiz, O., Saygın. F., İmamoğlu, A, 2019. Spatial variability of soil organic carbon density under different land covers and soil types in a sub-humid terrestrial ecosystem. Eurasian Journal of Soil Science, 8(1), 35-43.
17. Dengiz O, Gürsoy FE, Sağlam M, 2017. Aluviyal araziler üzerinde oluşmuş farklı toprakların uygun toprak işleme durumlarının belirlenmesi. Anadolu Tarım Bilimleri Dergisi, 32(1), 96-104.
18. Gözükara G, Kaplan M, 2018. Domates (Solanum lycopersicum L.) yetiştiriciliğinde üretici ve çeşit faktörlerinin yaprak ve meyvedeki bitki besin maddesi konsantrasyonu üzerine etkisi. Harran Tarım ve Gıda Bilimleri Dergisi, 22(4), 484-495.
19. Gözükara G, Altunbaş S, Sarı M, 2019. Mekansal değişimin alüviyal fanlar üzerinde oluşan toprakların özelliklerine etkisi. Mediterranean Agricultural Sciences, 32(3), 425-435.
20. Gözükara G, Altunbaş S, Sarı M, 2020. Zamansal ve mekansal değişimlerin eski göl tabanlarındaki toprak oluşumu, gelişimi ve morfolojisi üzerine etkisi. Harran Tarım ve Gıda Bilimleri Dergisi, 24(1), 96-110.
21. Gözükara G, Demirel BÇ, Altunbaş S, 2021. Sayısal renk parametreleri ile toprak özellikleri arasındaki ilişkiye toprak horizonlarının etkisi. Mediterranean Agricultural Sciences, 32(3), 425-435.
22. Gözükara G, 2021. Vis-NIR ve pXRF spektrometrelerinin toprak biliminde kullanımı. Türkiye Tarımsal Araştırmalar Dergisi, 8(1), 125-132.
23. Grewelling T, Peech M, 1960. Chemical Soil Test. Cornell Univ. Agr. Expt. Sta. Bull. No 960.
24. Gulmezoglu N, Aytac Z, Kutlu I, Kulan EG, Gozukara G, (2017). Mapping boron and beneficial heavy metal ions for wheat-cultivating soils in turkey’s boron-mining zone. Applied Ecology and Environmental Research, 15(3), 1119-1130.
25. Havlin JL, 2005. Soil fertility and fertilizers. An Introduction to Nutrient Management, pp. 340.
26. Horuz A, Dengiz O, 2018. Terme Yöresi alüviyal arazilerde yetiştirilen çeltiğin bazı fiziko-kimyasal toprak özellikleriyle besin element kapsamı arasındaki ilişkiler. Anadolu Tarım Bilimleri Dergisi, 33(1), 58-67.
27. Jackson MC, 1967. Soil chemical analysis. Prentice Hall of India Private’Limited, New Delhi.
28. Isaaks E. Srivastava R, 1989. An Introduction to Applied Geostatistics. Oxford University Press. New York.
29. Kacar B, Katkat AV, 2007. Bitki besleme. Nobel Yayın Dağıtım. Ankara.
30. Özgül M, Aksakal EL, Güneş A, Angn İ, Turan M, Öztaş T, 2011. Influence of global warming on aggregate stability and hydraulic conductivity under highland soil order in Turkey. Soil Science, 176(10), 559-566.
31. Özyazıcı MA, Dengiz O, İmamoğlu A, 2014. Siirt ili bazı arazi ve toprak özelliklerinin coğrafi bilgi sistem analizleriyle değerlendirilmesi. Türkiye Tarımsal Araştırmalar Dergisi, 1, 128-137.
32. Özyazıcı MA, Dengiz O, Aydoğan M, Bayraklı B, Kesim E, Urla Ö, Ünal E, 2016. Orta ve Doğu Karadeniz Bölgesi tarım topraklarının temel verimlilik düzeyleri ve alansal dağılımları. Anadolu Tarım Bilimleri Dergisi, 31(1), 136-148.
33. R Core Team, 2008. R: A Language and Environment for Statistical Computing. Vienna, Austria, R Core Team https://www.R-project.org/.
34. Richards LA. Ed, 1954. Diagnosis and Improvement of Saline and Alkali Soils. US Salinity Lab., United States Department of Agriculture Handbook 60:94. California, USA.
35. Sarı M, Altunbaş S, Sönmez NK, 2009. Aksu araştırma ve uygulama istasyonu topraklarının morfolojik, fiziksel ve kimyasal özellikleri. Akdeniz Üniversitesi Ziraat Fakültesi Dergisi, 22(2), 157-168.
36. Sarı M, Altunbaş S, Sönmez NK, 2010. Aksu araştırma ve uygulama alanının ideal arazi kullanım planlaması. Akdeniz Üniversitesi Ziraat Fakültesi Dergisi, 23(1), 61-69.
37. Soil Survey Staff, 2014 Keys to Soil Taxonomy. Twelfth Edition Edition, United States Department of Agriculture, Natural Resources Conservation Service ISBN 0-16-048848-6. Washington DC.
38. Şimşek O, Altunbaş S, Gözükara G, Demirel BÇ, 2020a. Farklı alüviyal depozitle üzerinde gelişen toprakların pedolojik özelliklerinin belirlenmesi. Harran Tarım ve Gıda Bilimleri Dergisi, 24(3), 347-358.
39. Şimşek O, Altunbaş S, Demirel BÇ, Gözükara, G, 2020b. Alüviyal fizyografyalar üzerinde gelişen topraklarda arazi değerlendirme çalışmaları. Mediterranean Agricultural Sciences, 33(1), 129-135.
40. Tunçay T, Başkan O, Bayramin İ, Dengiz O, Kılıç Ş. 2018. Geostatistical approach as a tool for estimation of field capacity and permanent wilting point in semiarid terrestrial ecosystem. Archives of Agronomy and Soil Science, 64 (9), 1240-1253.
41. Tunçay T, Bayramin İ, 2010. Çiçekdağ-Kırşehir Tarım İşletmesi Topraklarının Detaylı Toprak Etüt ve Haritalanması. Anadolu Tarım Bilimleri Dergisi, 25(1), 53-60.
42. Turan MA, Katkat AV, Özsoy G, Taban S, 2010. Bursa ili alüviyal tarım topraklarının verimlilik durumları ve potansiyel beslenme sorunlarının belirlenmesi. Uludağ Üniversitesi Ziraat Fakültesi Dergisi, 24(1), 115-130.
43. Ülgen N, Yurtsever N, 1995. Türkiye Gübre ve Gübreleme Rehberi. Toprak ve Gübre Araştırma Enstitüsü Yayınları, Genel yayın No: 209, Teknik Yayınlar No: T.66, Ankara.
44. Yıldız N, 2008. Bitki beslemenin esasları ve bitkilerde beslenme bozukluğu belirtileri. Erzurum, s. 304.
45. Yılmaz E, Alagöz Z, 2005. Organik materyal uygulamasının toprağın agregat oluşum ve stabilitesi üzerine etkileri. Akdeniz Üniversitesi Ziraat Fakültesi Dergisi. 18(1), 131-138.
46. Yılmaz E, Alagöz Z, 2009. Organik materyal (elma posası) uygulamasının toprağın bazı verimlilik özelliklerine etkisi. Akdeniz Üniversitesi Ziraat Fakültesi Dergisi. 22(2), 233-250.
47. Yön Ş, Sönmez İ, 2021. Burdur yöresi ceviz (Juglans regia L.) bahçelerinin beslenme durumunun belirlenmesi. Mediterrenean Agricultural Sciences, 34(1), 117-123.
48. Zhang Y, Hartemink AE, 2021. Quantifying short-range variation of soil texture and total carbon of a 330-ha farm. Catena, 201, 105200.