YOĞUN TARIMSAL ETKİ ALTINDAKİ HARRAN OVASI TOPRAKLARINDA AĞIR METAL DÜZEYLERİNİN ARAŞTIRILMASI; MULTİ-İSTATİSTİKSEL YAKLAŞIM

Abstract

Toprak kirliliği giderek çok önemli bir çevresel sorun haline gelmiştir. Bu çalışmada, uzun yıllardır yoğun tarım yapılan Harran Ovasında, Mayıs – 2020 ve Ekim – 2020 dönemlerinde 26 adet drenaj kanalının etrafındaki toprakların ağır metal analizleri yapılmış ve bu elementlerin olası kaynakları, kirlilik durumu Multi – istatistiksel tekniklerle değerlendirilmiştir. Veriler, ulusal (TKKY) ve uluslararası (WHO) mevzuata göre değerlendirilmiştir. Mevzuat değerlendirmesine göre Al, Ba, Be, Cd, Co, Cu, Li, Mn, Mo, Pb, V ve Zn parametrelerinde TKKY ve WHO’a göre sınır değeri aşımına rastlanmamıştır. Ancak Cr parametresinde örneklerin % 1,92’sinde, Fe parametresinde % 76,92’sinde, Ni parametresinde ise örneklerin % 80,77’sinde sınır değerler aşılmıştır. One way ANOVA analizi ile örnekleme noktaları arasında Al, Cd, Cr, Fe, Li, Mn, Mo ve V elementleri farklılık gösterirken, örnekleme dönemleri açısından Ba, Be, Fe, Li, Ni, Pb ve Zn anlamlı düzeyde farklılık göstermiştir. Faktör analizi (FA) sonucunda, üç temel bileşen toplam varyansın % 78,89'unu açıklamıştır. Birinci faktör (F1), toplam varyansın % 46,52’sini, ikinci faktör (F2) % 66,46’sını, üçüncü faktör (F3) ise % 78,89’unu açıklamıştır. Veriler değerlendirildiğinde; ağır metal, pestisit vb. kirlilik yüküne sahip drenaj sularıyla etkileşimde olan veya sulanan toprakların bu kirlilik yükünden etkilendiği sonucuna varılmıştır.

Keywords

• Toprak
• Drenaj kanalı
• Ağır metal
• Harran ovası
• Multi - istatistik

Investigation of Heavy Metal Levels in the Soils of Harran Plain Under Intense Agricultural Influence; A Multi-Statistical Approach

Abstract

Soil pollution has become an increasingly important environmental problem. In this study, heavy metal analyzes were carried out in the soils around 26 drainage canals in the Harran Plain, where intensive agriculture has been carried out for many years, between May - 2020 and October - 2020, and the possible sources of these elements and the pollution status were evaluated with multi-statistical techniques. The data were evaluated according to national and international legislation. According to the legislation evaluation, no limit value exceedances were found in the parameters Al, Ba, Be, Cd, Co, Cu, Li, Mn, Mo, Pb, V and Zn according to TKKY and WHO. However, the limit values were exceeded in 1.92% of the samples for the Cr parameter, 76.92% for the Fe parameter and 80.77% for the Ni parameter. With one way ANOVA analysis, while Al, Cd, Cr, Fe, Li, Mn, Mo and V elements differed among the sampling points, Ba, Be, Fe, Li, Ni, Pb and Zn showed significant differences in terms of sampling periods. As a result of factor analysis (FA), three principal components explained 78.89% of the total variance. The first factor (F1) explained 46.52% of the total variance, the second factor (F2) explained 66.46% and the third factor (F3) explained 78.89%. When the data were evaluated; it was concluded that the soils that interact with or are irrigated with drainage waters that have pollution loads such as heavy metals, pesticides etc. were affected by this pollution load.

Keywords

• Soil
• Drainage channel
• Heavy metal
• Harran plain
• Multi - statistics

References

1. Abdel-Fattah, M. K., Mohamed, E. S., Wagdi, E. M., Shahin, S. A., Aldosari, A. A., Lasaponara, R. ve Alnaimy, M. A. (2021) Quantitative evaluation of soil quality using Principal Component Analysis: The case study of El-Fayoum depression Egypt. Sustainability, 13(4), 1824. doi:10.3390/su13041824
2. Ağca, N. ve Ergezer, Ş. (1995) Harran ovası topraklarında drenaj, tuzluluk ve alkalilik sorunları. HR. Üniv. Ziraat Fak. Derg, 1(3), 81-90.
3. Anonim (2010) “27605 sayılı 08.06.2010 tarihli Toprak Kirliliği Kontrolü ve Noktasal Kaynaklı Kirlenmiş Sahalara Dair Yönetmelik (TKKY 2010/27605).
4. Arık, F. ve Yaldız, T. (2010) Heavy metal determination and pollution of the soil and plants of southeast Tavşanlı (Kütahya, Turkey). Clean–Soil, Air, Water, 38(11), 1017-1030. doi:10.1002/clen.201000131
5. Aydınalp, C. ve Marinova, S. (2003) Distribution and forms of heavy metals in some agricultural soils. Polish Journal of Environmental Studies, 12(5), 629-633.
6. Azhar, U., Ahmad, H., Shafqat, H., Babar, M., Munir, H. M. S., Sagir, M., ... ve Khoo, K. S. (2022) Remediation techniques for elimination of heavy metal pollutants from soil: A review. Environmental research, 214, 113918. doi:10.1016/j.envres.2022.113918
7. Baby, J., Raj, J. S., Biby, E. T., Sankarganesh, P., Jeevitha, M. V., Ajisha, S. U. ve Rajan, S. S. (2010) Toxic effect of heavy metals on aquatic environment. International Journal of Biological and Chemical Sciences, 4(4). doi:10.4314/ijbcs.v4i4.62976
8. Bahçeci, İ. ve Bal, N. M. (2008) Harran Ovasında yüzeyaltı drenaj sistemi kurulmuş alanlarda drenaj suyu ve toprak tuzluğunun mevsimsel değişimi. Journal of the Faculty of Agriculture of Harran University (Turkey), 12(3).

9. Baltas, H., Sirin, M., Gökbayrak, E., ve Ozcelik, A. E. (2020) A case study on pollution and a human health risk assessment of heavy metals in agricultural soils around Sinop province, Turkey. Chemosphere, 241, 125015. doi:10.1016/j.chemosphere.2019.125015
10. Chudasama, T., Dangar, K., Gadhvi, K., Vyas, S. ve Dudhagara, D. (2024) Multivariate statistical analysis of bioavailability of heavy metals and mineral characterization in selected species of coastal flora. Scientific Reports, 14(1), 11282. doi:10.1038/s41598-024-62201-0
11. Coşkun, M., Steinnes, E., Frontasyeva, M. V., Sjobakk, T. E. ve Demkina, S. (2006) Heavy metal pollution of surface soil in the Thrace region, Turkey. Environmental monitoring and assessment, 119, 545-556. doi:10.1007/s10661-005-9042-3
12. Çullu, M. A., Almaca, A., Öztürkmen, A. R., Ağca, N., İnce, F., Derici, R. ve Seyrek, A. (2000) Harran ovası topraklarında tuzluluğun yayılma olasılığının belirlenmesi. Harran Üniversitesi, Ziraat Fakültesi, GAP Tarımsal Araştırma-İnceleme ve Geliştirme Projesi, 4.
13. De Wrachien, D., Schultz, B. ve Goli, M. B. (2021) Impacts of population growth and climate change on food production and irrigation and drainage needs: A world‐wide view. Irrigation and Drainage, 70(5), 981-995. doi: 10.1002/ird.2597
14. DSİ (Devlet Su İşleri) (1972) Harran Ovası hidrojeolojik etüdü, pp. 49, DSI printing office, Ankara.
15. DSİ 2014 Faaliyet Raporu (2015). DSİ Genel Müdürlüğü, Ankara.
16. Elbana, T. A., Ramadan, M. A., Gaber, H. M., Bahnassy, M. H., Kishk, F. M. ve Selim, H. M. (2013) Heavy metals accumulation and spatial distribution in long term wastewater irrigated soils. Journal of Environmental Chemical Engineering, 1(4), 925-933. doi:10.1016/j.jece.2013.08.005
17. Fu, Z., ve Xi, S. (2020) The effects of heavy metals on human metabolism. Toxicology mechanisms and methods, 30(3), 167-176. doi:10.1080/15376516.2019.1701594
18. Hassan, M. U., Chattha, M. U., Khan, I., Chattha, M. B., Aamer, M., Nawaz, M., ... ve Khan, T. A. (2019) Nickel toxicity in plants: reasons, toxic effects, tolerance mechanisms, and remediation possibilities—a review. Environmental Science and Pollution Research, 26, 12673-12688. doi:10.1007/s11356-019-04892-x
19. Hong-gui, D., Teng-Feng, G., Ming-Hui, L., ve Xu, D. (2012) Comprehensive assessment model on heavy metal pollution in soil. International Journal of Electrochemical Science, 7(6), 5286-5296. doi:10.1016/S1452-3981(23)19621-0
20. Horasan, B. Y. ve Arik, F. (2019) Assessing heavy metal pollution in the surface soils of Central Anatolia Region of Turkey. Carpathian Journal of Earth and Environmental Sciences, 14(1), 107-118. doi:10.26471/cjees/2019/014/063
21. Jiang, Y. ve Guo, X. (2019) Multivariate and geostatistical analyses of heavy metal pollution from different sources among farmlands in the Poyang Lake region, China. Journal of Soils and Sediments, 19, 2472-2484. doi:10.1007/s11368-018-2222-x
22. Kacar, B. (2009) Toprak Analizleri. Nobel Yayın No:1387, Fen Bilimleri: 90, Nobel bilim ve araştırma merkezi yayın no:44, ISBN 978 – 605 – 395 – 184 – 1, s: 467, Ankara.
23. Kara, H., Demir Yetis, A. ve Temel, H. (2021) Assessment of heavy metal contamination in groundwater of Diyarbakir Oil Production Area,(Turkey) using pollution indices and chemometric analysis. Environmental Earth Sciences, 80, 1-15. doi:10.1007/s12665-021-10011-2
24. Kara, H., Yetis, A. D. ve Kalkan, S. (2022) The impact of geothermal fluid discharge on drainage water and groundwater quality in terms of toxic contaminants in the agricultural Harran Plain, Turkey. Geothermics, 105, 102502. doi:10.1016/j.geothermics.2022.102502
25. Kara, H., Demir Yetiş, A., Kalkan, S. ve Yetiş, R. (2023) Evaluation of pollution indicators and transported sediment content in agricultural drainage waters for reuse as irrigation, Harran Plain, Turkey. Environmental Science and Pollution Research, 30(24), 64982-64993. doi:10.1007/s11356-023-26880-y
26. Karaaslan, Y. (2020) Tarımsal Sulamadan Dönen Suların Yeniden Kullanımı. Academic Platform-Journal of Engineering and Science, 8(2), 230-236. doi: 10.21541/apjes.615091.
27. Koca, Y. K. (2019) Termik santralin çevresel kirletici etkisinin toprak kirlilik yönetmelikleri çerçevesinde değerlendirilmesi. Kahramanmaraş Sütçü İmam Üniversitesi Tarım ve Doğa Dergisi, 22, 148-153. doi:10.18016/ksutarimdoga.vi.533995
28. Kurniawan, T. A., Chan, G. Y., Lo, W. H. ve Babel, S. (2006) Physico–chemical treatment techniques for wastewater laden with heavy metals. Chemical engineering journal, 118(1-2), 83-98. doi:10.1016/j.cej.2006.01.015
29. Liu, W. H., Zhao, J. Z., Ouyang, Z. Y., Söderlund, L. ve Liu, G. H. (2005) Impacts of sewage irrigation on heavy metal distribution and contamination in Beijing, China. Environment international, 31(6), 805-812. doi:/10.1016/j.envint.2005.05.042
30. Liu, J., Kang, H., Tao, W., Li, H., He, D., Ma, L., ... ve Li, X. (2023) A spatial distribution–Principal component analysis (SD-PCA) model to assess pollution of heavy metals in soil. Science of The Total Environment, 859, 160112. doi:10.1016/j.scitotenv.2022.160112
31. Mahurpawar, M. (2015) Effects of heavy metals on human health. Int J Res Granthaalayah, 530(516), 1-7.
32. Mapanda, F., Mangwayana, E. N., Nyamangara, J. ve Giller, K. E. (2005) The effect of long-term irrigation using wastewater on heavy metal contents of soils under vegetables in Harare, Zimbabwe. Agriculture, Ecosystems & Environment, 107(2-3), 151-165. doi:10.1016/j.agee.2004.11.005
33. Megersa, G. ve Abdulahi, J. (2015) Irrigation system in Israel: A review. International Journal of water resources and environmental engineering, 7(3), 29-37. doi:10.5897/IJWREE2014.0556
34. Mitra, S., Chakraborty, A. J., Tareq, A. M., Emran, T. B., Nainu, F., Khusro, A., ... ve Simal-Gandara, J. (2022) Impact of heavy metals on the environment and human health: Novel therapeutic insights to counter the toxicity. Journal of King Saud University-Science, 34(3), 101865. doi:10.1016/j.jksus.2022.101865
35. Mushtaq, N. ve Khan, K. S. (2010) Heavy metals contamination of soils in response to wastewater irrigation in Rawalpindi region. Pak. J. Agri. Sci, 47(3), 215-224. doi:10.5555/20113126330
36. Nasr, M. ve Zahran, H. (2015) Assessment of agricultural drainage water quality for safe reuse in irrigation applications-a case study in Borg El-Arab, Alexandria. Journal of Coastal Life Medicine, 3(3), 241-244. doi: 10.12980/JCLM.3.2015J5-4
37. Obisesan, K. O. ve Mustapha, I. A. (2021) Multivariate Analysis of Physico-chemical Parameters and Heavy Metals in Soil. Trans. of NAMP.
38. OSIB (Orman ve Su İşleri Bakanlığı) (2017) GAP Bölgesi’nde sulamadan dönen suların kontrolü ve yeniden kullanımı için iyileştirilmesinin araştırılması proje nihai raporu. Orman ve Su İşleri Bakanlığı, Su Yönetimi Genel Müdürlüğü, TUBİTAK-MAM, Gebze, Kocaeli
39. Öztürkmen, A. ve Yavaş, Y. (2014) Harran Ovasındaki Bazı Toprak Serilerinin Sulama Sonrası Agregat Stabilitesinin Değişimi. Harran Tarım ve Gıda Bilimleri Dergisi, 18(2), 6-12.
40. Öztürkmen, A. R. ve Yarmaç, İ. S. (2018) Harran Ovası sulamasında tekrar kullanılan drenaj sularının kullanımı ve kalitesi. Akademik Ziraat Dergisi, 7(2), 197-204. doi:10.29278/azd.476372
41. Rahman, Z. ve Singh, V. P. (2019) The relative impact of toxic heavy metals (THMs)(arsenic (As), cadmium (Cd), chromium (Cr)(VI), mercury (Hg), and lead (Pb)) on the total environment: an overview. Environmental monitoring and assessment, 191, 1-21. doi:10.1007/s10661-019-7528-7
42. Rattan, R. K., Datta, S. P., Chhonkar, P. K., Suribabu, K. ve Singh, A. K. (2005) Long-term impact of irrigation with sewage effluents on heavy metal content in soils, crops and groundwater—a case study. Agriculture, ecosystems & environment, 109(3-4), 310-322. doi:10.1016/j.agee.2005.02.025
43. Salt, D. E., Kato, N., Krämer, U., Smith, R. D. ve Raskin, I. (2020) The role of root exudates in nickel hyperaccumulation and tolerance in accumulator and nonaccumulator species of Thlaspi. In Phytoremediation of contaminated soil and water (pp. 189-200). CRC Press.
44. Seyrek, A., Yeşilnacar, M., Aydemir, S. ve Demir, T. (2003) Harran ovasında yeralan ortaören çökme çukurunun oluşumu ve pedo-jeolojik karakteristikleri. Marmara Coğrafya Dergisi, (7).
45. Shifaw, E. (2018) Review of heavy metals pollution in China in agricultural and urban soils. Journal of Health and Pollution, 8(18), 180607. doi:10.5696/2156-9614-8.18.180607
46. Sönmez, B. (2004) Türkiye’de Çorak Islahı Araştırmaları ve tuzlu Toprakların Yönetimi. Sulanan alanlarda Tuzluluk Yönetimi Sempozyumu Bildiriler Kitabı, 20-21 Mayıs, 2004, Ankara, s.157-162
47. Sodango, T. H., Li, X., Sha, J. ve Bao, Z. (2018) Review of the spatial distribution, source and extent of heavy metal pollution of soil in China: impacts and mitigation approaches. Journal of Health and Pollution, 8(17), 53-70. doi:10.5696/2156-9614-8.17.53
48. Steduto, P., Schultz, B., Unver, O., Ota, S., Vallee, D., Kulkarni, S. ve Dagnino‐Johns Garcia, M. (2018) Food security by optimal use of water: synthesis of the 6th and 7th world water forums and developments since then. Irrigation and Drainage, 67(3), 327-344. doi:10.1002/ird.2215
49. Şimşek, T., Kalkancı, N. ve Büyük, G. (2021) Tarım topraklarındaki ağır metallerin kirlilik düzeylerinin belirlenmesi: Osmaniye örneği. Mustafa Kemal Üniversitesi Tarım Bilimleri Dergisi, 26(1), 106-116. doi: 10.37908/mkubd.804262
50. Tarımsal Araştırmalar ve Politikalar Genel Müdürlüğü (TAGEM) (2021) Tarımsal Sulama Sektör politika belgesi 2021 – 2025, Ankara. Erişim Tarihi: 08.04.2025
51. Türkiye İstatistik Kurumu (TÜİK) (2024) Türkiye İstatistik Kurumu Haber Bülteni. https://data.tuik.gov.tr/Bulten/Index?p=Nufus-Projeksiyonlari-2023-2100-53699. Erişim Tarihi, 25.03.2025
52. Tüzüner, A. (1990) Toprak ve Su Analiz Laboratuvarları El Kitabı. T.C. Tarım ve Köy İşleri Bakanlığı, Köy Hizmetleri Genel Müdürlüğü, s: 61- 73, Ankara.
53. Qishlaqi, A., Moore, F. ve Forghani, G. (2009) Characterization of metal pollution in soils under two landuse patterns in the Angouran region, NW Iran; a study based on multivariate data analysis. Journal of Hazardous Materials, 172(1), 374-384. doi:10.1016/j.jhazmat.2009.07.024
54. Yadav, M., Singh, G. ve Jadeja, R. N. (2021) Physical and chemical methods for heavy metal removal. Pollutants and water management: resources, strategies and scarcity, 377-397. doi:10.1002/9781119693635.ch15
55. Yang, W., Li, F., Zhao, Y., Lu, X., Yang, S. ve Zhu, P. (2022) Quantitative analysis of heavy metals in soil by X-ray fluorescence with PCA–ANOVA and support vector regression. Analytical Methods, 14(40), 3944-3952. doi:10.1039/D2AY00593J
56. Yerli, C., Çakmakcı, T., Sahin, U. ve Tüfenkçi, Ş. (2020) Ağır metallerin toprak, bitki, su ve insan sağlığına etkileri. Türk Doğa ve Fen Dergisi, 9(Özel Sayı), 103-114. doi:10.46810/tdfd.718449
57. Yetiş, A. D., Kahraman, N., Yesilnacar, M. I. ve Kara, H. (2021) Groundwater quality assessment using GIS based on some pollution indicators over the past 10 years (2005–2015): A case study from semi-arid Harran plain, Turkey. Water, Air, & Soil Pollution, 232, 1-17. doi:10.1007/s11270-020-04963-7
58. Yıldız, U. ve Özkul, C. (2024) Heavy metals contamination and ecological risks in agricultural soils of Uşak, western Türkiye: a geostatistical and multivariate analysis. Environmental Geochemistry and Health, 46(2), 58. doi:10.1007/s10653-024-01856-0
59. Yusuf, M., Fariduddin, Q., Hayat, S. ve Ahmad, A. (2011) Nickel: an overview of uptake, essentiality and toxicity in plants. Bulletin of environmental contamination and toxicology, 86, 1-17. doi: 10.1007/s00128-010-0171-1
60. Zaynab, M., Al-Yahyai, R., Ameen, A., Sharif, Y., Ali, L., Fatima, M., ... ve Li, S. (2022) Health and environmental effects of heavy metals. Journal of King Saud University-Science, 34(1), 101653. doi:10.1016/j.jksus.2021.101653