Soil Quality Assessment of Paddy Cultivation Lands in the Bafra Plain Based on the SMAF Model

Year 2022, Volume 9, Issue 2, 164 - 174, 15.08.2022

Sena PACCİ Orhan DENGİZ Fikret SAYGIN Pelin ALABOZ

https://doi.org/10.19159/tutad.1067105

Abstract

In this study, it was aimed to evaluate the soil quality status of the paddy-grown areas in the Bafra plain lands with the SMAF (Soil Management Assessment Framework) model and to examine the spatial distribution conditions with different interpolation methods (inverse distance neighborhood similarity-IDW, radial basis functions-RBF, and kriging). The physical quality indicators of the paddy fields were determined as low (50.38%) and high (82.12%), and chemical quality indicators were determined as very low (36.50%) and medium (66.69%) classes. The most effective properties on the soil quality index, which was obtained by evaluating all the properties together, were determined as clay, available water content, available potassium, and organic matter. In addition, the soils of rice cultivated areas showed variability between low (49.01%) and medium (68.63%) quality classes. The most suitable interpolation model for the distribution of quality indicators was determined as kriging, and the lowest root means square error (RMSE) value (3.0284%) was obtained with the simple kriging gaussian model for the soil quality index. As a result of this study, it has been determined that soil quality can be increased effectively by keeping chemical quality indicators such as pH, organic matter, and available potassium at optimum levels of soils with high physical quality index.

Keywords

Physical properties, chemical properties, land suitability, paddy cultivation, geostatistics

SMAF Modeline Göre Çeltik Tarımı Yapılan Bafra Ovası Arazilerinin Toprak Kalite Özelliklerinin Değerlendirilmesi

Abstract

Bu çalışmada, Bafra Ovası arazilerinde çeltik yetiştirilen alanların toprak kalite durumunun SMAF (Soil Management Assessment Framework) modeli ile değerlendirilmesi ve farklı enterpolasyon yöntemleri (ters mesafe komşuluk benzerliği-IDW, radyal tabanlı fonksiyonlar-RBF ve kriging) ile konumsal dağılım durumlarının incelenmesi amaçlanmıştır. Çeltik yetiştirilen alanların fiziksel kalite indikatörleri düşük (% 50.38) ve yüksek (% 82.12), kimyasal kalite indikatörleri ise çok düşük (% 36.50) ve orta (% 66.69) sınıflarında belirlenmiştir. Tüm özelliklerin birlikte değerlendirilmesi ile elde edilen toprak kalite indeksi üzerinde en etkili olan özellikler kil, yarayışlı su içeriği, yarayışlı potasyum ve organik madde olarak belirlenmiş ve topraklar düşük (% 49.01) ile orta (% 68.63) kalite sınıfları arasında değişkenlik sergilemiştir. Kalite indikatörleri için en başarılı dağılım sergileyen enterpolasyon yöntemi kriging olarak belirlenmiş olup, toprak kalite indeksi için “simple kriging gaussian” modeliyle en düşük hata kareler ortalaması karekökü (RMSE, Root Means Square Error) değeri (% 3.0284) elde edilmiştir. Bu çalışma sonucunda; fiziksel kalite indeksi yüksek olan toprakların pH, organik madde, yarayışlı potasyum gibi kimyasal kalite indikatörlerinin de optimum seviyelerde tutulması ile toprak kalitesini etkili bir şekilde arttırılabileceği belirlenmiştir.

Keywords

Fizikse özellikler, kimyasal özellikler, arazi uygunluğu, çeltik tarımı, jeoistatistik

References

• Acton, D.F., Gregorich, L.J., 1995. The health of our soils-toward sustainable agriculture in Canada. In: D.F. Acton and L.J. Gregorich, (Eds.), Understanding Soil Health, 1st Edn., Centre for Land and Biological Resources Research Research Branch, Agriculture and Agti-Food, Canada, pp. 15-19.
• Akbulak, C., 2010. Analitik hiyerarşi süreci ve coğrafi bilgi sistemleri ile Yukarı Kara Menderes Havzası’nın arazi kullanımı uygunluk analizi. Uluslararası İnsan Bilimleri Dergisi, 7(2): 557-576.
• Alaboz, P., Demir, S., Başayiğit, L., Işıldar, A.A., 2019. Isparta ili büyük toprak gruplarına göre tahıl yetiştirilen toprakların bazı özelliklerinin belirlenmesi. Tarla Bitkileri Merkez Araştırma Enstitüsü Dergisi, 28(2): 67-79.
• 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.
• Alaboz, P., Dengiz, O., Pacci, S., Demir, S., Türkay, C., 2022. Farklı organik atık uygulamasının toprak kalitesi üzerine etkisinin SMAF modeli ile belirlenmesi. Yüzüncü Yıl Üniversitesi Tarım Bilimleri Dergisi, 32(1): 23-34.
• Alaboz, P., Işıldar, A.A., 2021. Pedotransfer functions for estimation of soil moisture constants from penetration resistance measurements and some soil properties. Journal of Agricultural Sciences, 27(2): 138-145.
• Andrews, S.S., Carroll, C.R., 2001. Designing a decision tool for sustainable agroecosystem management: Soil quality assessment of a poultry litter management case study. Ecological Applications, 11(6): 1573-1585.
• Andrews, S.S., Karlen, D., Cambardella, C.A., 2004. The soil management assessment framework: a quantitative soil quality evaluation method. Soil Science Society of America Journal, 68(6): 1945-1962.
• Anonim, 2022. Seçilmiş Göstergelerle Samsun. Türkiye İstatistik Kurumu, (https://biruni.tuik.gov.tr/medas/? kn=92&locale=tr), (Erişim tarihi: 13.06.2022).
• Anonymous, 1999. Soil Taxonomy: A Basic of Soil Classification for Making and Interpreting Soil Survey (USDA Handbook No. 436). Soil Survey Staff, Washington, DC: US Government Printing Office.
• Aydemir, O., Akgül, M., Canbolat, M.Y., Işıldar, A.A., 2005. Toprak Bilgisi (3.Baskı). Süleyman Demirel Üniversitesi, Ziraat Fakültesi Yayınları, Genel Yayın No: 10, Isparta.
• Blake, G.R., Hartge, K.H., 1986. Methods of soil analysis, In: A. Klute (Ed.), Physical and Mineralogical Methods, 1st edn., Soil Science Society of America, Wisconsin, pp. 377-382.
• Cherubin, M.R., Tormena, C.A., Karlen, D.L., 2017. Soil quality evaluation using the soil management assessment framework (SMAF) in Brazilian oxisols with contrasting texture. Revista Brasileira de Ciência do Solo, 41: e0160148.
• Coşkun, A., 2016. Terme Havzası bazı temel fizyografik karakteristikleri belirlenmesi ve tarımsal taşkın alanlarının toprak haritalanması. Yüksek lisans tezi, Ondokuz Mayıs Üniversitesi Fen Bilimleri Enstitüsü, Samsun.
• Coşkun, A., Dengiz, O., 2016. Samsun Terme havzası bazı temel fizyografik karakteristikleri belirlenmesi ve tarımsal taşkın alanlarının toprak haritalanması. Türkiye Tarımsal Araştırmalar Dergisi, 3(1): 1-13.
• De Paul Obade, V., Lal, R., 2016. A standardized soil quality index for diverse field conditions. Science of the Total Environment, 541: 424-434.
• Dengiz, O., 2010. Morphology, physico-chemical properties and classification of soils on terraces of the Tigris River in the South-East Anatolia region of Turkey. Journal of Agricultural Sciences, 16(3): 205-212.
• Dengiz, O., Özyazıcı, M.A., 2018. Çeltik tarımına uygun alanların belirlenmesinde çok kriterli arazi değerlendirme. Toprak Bilimi ve Bitki Besleme Dergisi, 6(1): 19-28.
• Ditzler, C.A., Tugel, A.J., 2002. Soil quality field tools: Experiences of USDA-NRCS Soil Quality Institute. Agronomy Journal, 94: 33-38.
• Doğanay, H., 2007. Ziraat Coğrafyası, Ekonomik Coğrafya 3. Aktif Yayınları, Erzurum.
• Doran, J.W., Jones, A.J., 1997. Methods for assessing soil quality. In: D.F. Bezdicek, R.I. Papendick and R. Lal (Ed.), Importance of Soil Quality to Health and Sustainable Land Management, 1st Edn., SSSA special Publication Soil Science Society of America, Madison, pp. 1-8.
• Fawzi, A.F.A., El-Fouly, M.M., 1980. Soil and leaf analysis of potassium in different areas in different areas in Egypt. A. Saurat and M.M. El Fouly (Eds.), Role of Potassium in Crop Production, IPI, Bern, pp. 73-80.
• Fox, R.L. Kamprath, E.J., 1970. Phosphate sortion isotherm for evaluating the phshate requirements of soils. Soil Science Society of America Journal, 34(6): 902-907.
• Gee, G.W., Bauder, J.W., 1986. Methods of soil analysis, part I: physical and minerological analysis. In: A. Klute (Ed.), Particle-Size Analysis, 1st Edn., Soil Science Society of America, Madison, pp. 388-409.
• Göney, S., 1980. Sıcak Bölgelerde Ziraat Hayatı (1. Baskı). İstanbul Üniversitesi Coğrafya Enstütüsü, Edebiyat Fakültesi Yayınları, Genel Yayın No: 116, Teknik Yayınlar No: 2732, İstanbul.
• Gugino, B.K., Abawi, G.S., Idowu, O.J., Schindelbeck, R.R., Smith, L.L., Thies, J.E., Wolfe, D.W., Van Es, H.M., 2009. Cornell Soil Health Assessment Training Manual. Second Edition, Cornell University College of Agriculture and Life Sciences, New York.
• Haktanır, K., Arcak, S., 2022. Toprak Biyolojisinin Konusu, Önemi ve Gelişimi. (https://dspace.ankara. edu.tr/xmlui/bitstream/handle/20.500.12575/66463/Toprak%20biyolojisinin%20konusu%2C%20%C3%B6nemi%20ve%20geli%C5%9Fimi.pdf?sequence=1&isAllowed=y), ( Erişim tarihi: 01.02.2022).
• Hendershot, W.H., Lalande, H., Duquette, M., 1993. Soil sampling and method of analysis for Canadian Society of Soil Science In: M.R. Carter (Ed.), Soil Reaction And Exchangeable Acidity, 1st Edn., Lewis, Florida, pp. 141-85.
• 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.
• Hussain, I., Olson, K.R., Wander, M.M., Karlen, D.L., 1999. Adaptation of soil quality indices and application to three tillage systems in southern Illinois. Soil and Tillage Research, 50(3-4): 237-249.
• İnal, C., Yiğit, C.Ö., 2003. Jeodezik uygulamalarda kriging enterpolasyon yönteminin kullanılabilirliği. Coğrafi Bilgi Sistemleri ve Jeodezik Ağlar Çalıştayı, Bildiri Kitabı, 24-26 Eylül, Konya, s. 177-185.
• Karaca, S., Dengiz, O., Demirağ Turan, İ., Özkan, B., Dedeoğlu, M., Gülser, F., Sargin, B., Demirkaya, S., Ay, A., 2021. An assessment of pasture soils quality based on multi-indicator weighting approaches in semi-arid ecosystem. Ecological Indicators, 121: 107001.
• Karlen, D.L., Stott, D.E., 1994. A framework for evaluating physical and chemical indicators of soil quality. In: J.W. Doran, D.C. Coleman, D.F. Bezdicek and B.A. Stewart (Eds.), Defining Soil Quality For A Sustainable Environment, 1st Edn., SSSA Special Publication, Soil Science Society of America, Madison, pp. 53-72.
• Karlen, D.L., Veum, K.S., Sudduth, K.A., Obrycki, J.F., Nunes, M.R., 2019. Soil health assessment: Past accomplishments, current activities, and future opportunities. Soil and Tillage Research, 195: 104365.
• Kibblewhite, M.G., Ritz, K., Swift, M.J., 2008. Soil health in agricultural systems. Philosophical Transactions of the Royal Society B, 363(1492): 685-701.
• Klute, A., 1986. Methods of soil analysis. In: A. Klute (Ed.), Water Retention: Laboratory Methods, 2nd Edn., Soil Science Society of America, Madison, pp. 635-662.
• Mujdeci, M., Isildar, A.A., Uygur, V., Alaboz, P., Unlu, H., Senol, H., 2017. Cooperative effects of field traffic and organic matter treatments on some compaction-related soil properties. Solid Earth, 8(1): 189-198.
• Nelson, D.W., Sommers, L.E., 1982. Methods of soil analysis, part II: Chemical and microbiological methods. In: L.A. Page, R.H. Miller and D.R. Keeney (Eds.), Total Carbon, Organic Carbon, and Organic Matter, 2nd Edn., Soil Science Society of America, Madison, pp. 539-579.
• Olsen, S.R., Cole, C.V., Watanabe, F.S., Dean, L.A., 1954. Estimation of Available Phosphorous in Soils by Extraction with Sodium Bicarbonate. Government Printing Office, Washington.
• Özyazıcı, M.A., Dengiz, O., Aydoğan, M., Bayraklı, B., Kesim, E., Urla, Ö., Yıldız, H., Ünal, E., 2016. Orta ve Doğu Karadeniz Bölgesi tarım topraklarının temel verimlilik düzeyleri ve alansal dağılımları. Anadolu Tarım Bilimleri Dergisi, 31(1): 136-148.
• Pacci, S., Kaya, N.S., Dengiz, O., Turan, İ.D., 2021. Van havzası içerisinde yer alan mera arazilerinde smaf modeli kullanılarak toprak kalitesinin değerlendirilmesi. Anadolu Tarım Bilimleri Dergisi, 36(2): 301-316.
• Pacci, S., Kaya, N.S., Turan, İ.D., Odabas, M.S., Dengiz, O., 2022. Comparative approach for soil quality index based on spatial multi-criteria analysis and artificial neural network. Arabian Journal of Geosciences, 15(1): 1-15.
• Purakayastha, T.J., Pathak, H., Kumari, S., Biswas, S., Chakrabarty, B., Padaria, R.N., Kamble, K., Pandey, M., Sasman, S., Singh, A., 2019. Soil health card development for efficient soil management in Haryana, India. Soil and Tillage Research, 191: 294-305.
• Raiesi, F., 2017. A minimum data set and soil quality index to quantify the effect of land 504 use conversion on soil quality and degradation in native rangelands of upland arid and 505 semiarid regions. Ecological Indicators, 75: 307-320.
• Rhoades, J.D., 1986. Methods of soil analysis, part II: chemical and microbiological properties, In: A. Klute (Ed.), Soluble Salts, 1st Edn., Soil Science Society of America, Madison, pp. 79- 167.
• Richard, L.A., 1954. Diagnosis and Improvement of Saline and Alkali Soils. US Department of Agriculture. Agricultural Handbook, Washington.
• Saygın, F., Dengiz, O., 2013. Bafra Ovası sol sahilinde yer alan fener köyü ve yakın çevresinde dağılım gösteren farklı toprakların sınıflandırılması ve dağılım alanlarının belirlenmesi. Toprak Su Dergisi, 2(2): 63-72.
• Şenol, H., Alaboz, P., Demir, S., Dengiz, O., 2020. Computational intelligence applied to soil quality index using GIS and geostatistical approaches in semiarid ecosystem. Arabian Journal of Geosciences, 13(23): 1-20.
• Taşan, M., Demir, Y., 2017. Çeltik yetiştiriciliği yapılan arazilerde demir ve mangan içeriklerinin alansal dağılımının farklı enterpolasyon yöntemleri ile belirlenmesi. Anadolu Tarım Bilimleri Dergisi, 32(1): 64-73.
• Taşdelen, K., Demir, Y., 2020. Terme Ovasında çeltik yetiştirilen alanların tuzluluk ve sodyumluluk durumlarının belirlenmesi. Anadolu Tarım Bilimleri Dergisi, 35(2): 175-184.
• Temizel, K.E., Tok, S., 2019. Farklı sodyum adsorbsiyon oranı değerlerine sahip sulama sularının bazı toprak özelliklerine etkisi. Iğdır Üniversitesi Fen Bilimleri Enstitüsü Dergisi, 9(3): 1729-1736.
• Thomas, G.W., 1987. Method of soil analysis, part II: agronomy. In: C.A Clark (Ed.), Exchangeable Cations, Soil Science Society of America, Madison, pp. 59-161.
• Ülgen, N., Yurtsever, N., 1974. Türkiye Gübre ve Gübreleme Rehberi. Toprak ve Gübre Araştırma. Enstitüsü, Teknik Yayınlar No.28, Ankara.
• Yurtsever, N., Alkan, B., 1975. Karadeniz Bölgesi Topraklarının Fosfor İhtiyaçlarının Tayininde Kullanılan Bazı Toprak Analiz Metodlarının Tarla Denemeleriyle Kalibrasyonu Üzerinde Bir Araştırma. TÜBİTAK Tarım ve Orman Araştırma Grubu Yayınları, Genel Yayın No: 220, Teknik Yayınlar No: 36, Ankara.
• Wilding, L.P., 1985. Spatial Variability: Its documentation, accommodation and ımplication to soil surveys. In: D.R. Nielsen and J. Bouma (Eds.), Soil Spatial Variability, 1st Edn., Pudoc, Wageningen, pp.166-194.