Determination of Physico-Chemical Properties, Some Productivity Characteristics and Mapping of Soils of Manisa Sarıgöl District by Using Geostatistical Methods

Öz

The aim of this study is to determine physico-chemical properties of agricultural soils within the boundaries of Sarıgöl district in Manisa province, analyze the relationships between nutrient element contents, and produce distribution maps of these properties. Within the study area, 82% of the surface soils have a loamy texture, 18% have a clay-loamy texture, pH values range from 6.6 to 8.73, organic matter content varies between 0.06% and 2.28%, total lime content is generally low, and the soils are non-saline. Among the macro-elements, nitrogen was found to be low in all soils. Potassium K2O ranges between 10.94-204.75 kg da-1 and is generally at a sufficient level, phosphorus content varies between 0.76-31.6 kg da-1 with variable distribution, calcium is generally sufficient in the range of 776-9000 mg kg-1, magnesium is sufficient in almost all soils, ranging from 67.61-1144 mg kg-1. In the surface soils, iron, one of the four micro-elements, ranges between 0.61-5.4 mg kg-1 and is low in 56% of the soils, moderate in 41% and high in 3%. Copper content shows a value in the range of 0.03-3.99 mg kg-1, with 68% of the soils containing sufficient level and 32% containing insufficient levels of copper. Zinc is one of the most deficient micro-elements in Turkey. Sarıgöl soils contain an average of 0.5 mg kg-1 or lower levels of zinc, with zinc levels being very low in 72% of the surface soils and 98% of the sub-surface soils. Manganese is found in low amounts in all results. The highest correlation in the study was found between organic matter and nitrogen. For the spatial distribution maps of each evaluated soil attribute, Spherical, Exponential, and Gaussian semivariogram models, along with Kriging (ordinary, simple, and universal) and inverse distance weighting (IDW) interpolation models at 1, 2, and 3 different power levels, were compared. The performance of the interpolation models was determined using the root mean square error squared (RMSE) parameter. The models presented in the study were selected according to the obtained RMSE values.

Anahtar Kelimeler

• Soil
• Microelements
• Sarıgöl
• Geostatistics
• RMSE

Etik Beyan

here is no need to obtain permission from the ethics committee for this study.

Manisa İlinin Sarıgöl İlçesi Topraklarının Fiziko-Kimyasal Özellikleri, Bazı Verimlilik Özelliklerinin Tespiti ve Jeoistatistiksel Yöntemler Kullanılarak Haritalanması

Öz

Bu çalışmanın amacı, Manisa ilinin Sarıgöl ilçesi sınırları içerisinde kalan tarım topraklarının fiziko-kimyasal özelliklerini, besin element kapsamı arasındaki ilişkileri belirlemek ve bu özelliklerin dağılım haritalarını üretmektir. Toprak analizlerinden elde edilen sonuçlara göre, çalışma alanı içerisinde yüzey topraklarının %82’si tınlı bünyede, %18’i killi-tınlı, pH değeri 6.6-8.73 aralığında, organik madde miktarı %0.06- 2.28 aralığında, toplam kireç içeriği genellikle düşük ve topraklar tuzsuzdur. Makro elementlerden azotun toprakların tamamında düşük olduğu tespit edilmiştir. Potasyum K2O 10.94-204.75 kg da-1 aralığında yeter düzeyde, fosfor içeriği 0.76-31.6 kg da-1 ve değişken dağılımlı, kalsiyum 776-9000 mg kg-1, genellikle yeterli, magnezyum 67.61-1144 mg kg-1 aralığında olup toprakların neredeyse tamamında yeterli bulunmuştur. Yüzey topraklarında, 4 mikro elementten birisi olan ve 0.61-5.4 mg kg-1 aralığındaki demir, toprakların %56’sında düşük, %41’inide orta, %3’ünde ise yüksektir. Bakır içeriği 0.03-3.99 mg kg-1 aralığında değer göstermekte, toprakların %68’i yeterli, %32’si yetersiz düzey bakır içermektedir. Çinko ise Türkiye’de en fazla eksikliği hissedilen mikro elementlerdendir. Sarıgöl toprakları ortalama 0.5 mg kg-1 düzeyinde ve daha düşük değerde çinko içermekte, yüzey topraklarının % 72’sinde, yüzey altı topraklarının % 98’inde çinko miktarı çok düşük düzeydedir. Mangan ise tüm sonuçlarda düşük miktarda bulunmuştur. Araştırma kapsamında en yüksek korelasyon organik madde ve azot arasında bulunmuştur. Değerlendirilen her bir toprak özniteliğinin konumsal dağılım haritaları için Spherical, Exponential ve Gaussian semivariogram modelleriyle, Kriging (ordinary, simple ve Universal) ve ters mesafe komşuluk benzerliği (IDW) 1, 2 ve 3 farklı güç seviyeleri enterpolasyon modelleri karşılaştırılmıştır. Enterpolasyon modellerinin başarı performansları hata kareler ortalaması karekökü (RMSE) parametresi kullanılarak belirlenmiştir. Çalışmada yer alan modellemeler elde edilen RMSE değerleri dikkate alınarak hazırlanmıştır.

Anahtar Kelimeler

• Toprak
• Mikro element
• Sarıgöl
• Jeoistatistik
• RMSE

Etik Beyan

Bu çalışma için etik kuruldan izin alınmasına gerek yoktur.

Kaynakça

1. Ağca, N. ve Coşar, M. S. (2023). Jeoistatistik ve coğrafi bilgi sistem (CBS) teknikleri kullanılarak Erzin Ovası (Hatay) topraklarının bazı besin element içeriklerinin yersel değişimlerinin haritalanması. Mühendislik Bilimleri ve Tasarım Dergisi, 11(4): 1439-1451.
2. Akalan, İ. (1965). Toprak Oluşu, Yapısı ve Özellikleri. Ankara Üniversitesi Ziraat Fakültesi Yayınları, No: 241, Ankara, Türkiye.
3. Akkök, R. (1981). Menderes masifinin gnayslarında ve şistlerinde metamorfizma koşulları, Alaşehir-Manisa. Türkiye Jeoloji Kurumu Bülteni, 24: 11-20.
4. Alaboz, P., Şenol, H. ve Dengiz, O. (2020). Farklı ana materyal üzerinde oluşmuş toprakların fiziko-kimyasal ve besin elementi içeriklerinin enterpolasyon yöntemle değerlendirilmesi. Anadolu Tarım Bilimleri Dergisi, 35(3): 505-516. https://doi.org/10.7161/omuanajas.753302
5. Anonim (1974). Gediz Havzası Toprakları. T.C. Köy İşleri Bakanlığı, Toprak Su Genel Müdürlüğü Yayınları, Raporlar Serisi No: 86, Ankara, Türkiye.
6. Anonim (2002). 1/500 000 ölçekli jeoloji haritası: İzmir paftası. Maden Tetkik ve Arama Genel Müdürlüğü (MTA), Ankara, Türkiye.
7. Anonim (2019a). Sarıgöl İlçe Tarım Müdürlüğü Brifing Raporları, Manisa, Türkiye.
8. Anonim (2019b). Sarıgöl İlçesi Uzun Yıllar Rasat Kayıtları. T.C. Meteoroloji İşleri Genel Müdürlüğü, Ankara, Türkiye.

9. Anonymous (1999). Soil Taxonomy: A Basic System of Soil Classification for Making and Interpreting Soil Surveys. USDA Agriculture Handbook No: 436, 870p, Washington DC, U.S.A.
10. Aslan, Ö. (2017). Güneyköy (Eşme-Uşak) yöresindeki arsenopiritli altın oluşumlarının jeolojik, mineralojik ve jeokimyasal özellikleri. (Doktora Tezi) Aksaray Üniversitesi, Fen Bilimleri Enstitüsü, Aksaray, Türkiye.
11. Atalay, İ. (2006). Toprak Oluşumu, Sınıflandırılması ve Coğrafyası (3. Baskı). Meta Basım Matbaacılık Hizmetleri, İzmir, Türkiye.
12. Atalay, İ. Z. (1987). Gediz Havzası kollüvyal topraklarının besin elementi durumu ve bunların bazı toprak özellikleri ile ilişkileri. Ege Üniversitesi. Ziraat Fakültesi Dergisi. 24 (1):161-174.
13. Ateş, F. (2022). Manisa Sarıgöl’deki bağların toprak kalitesinin değerlendirilmesi. Türk Tarım ve Doğa Bilimleri Dergisi, 9(2): 453-461.
14. Bayram, C. A., Büyük, G., Kıyas, N. ve Uçar, A. (2023). Adıyaman ili antepfıstığı bahçelerinin toprak örnekleri ile verimlilik durumlarının belirlenmesi. Mustafa Kemal Üniversitesi Tarım Bilimleri Dergisi, 28(2): 308-318.
15. Brady, N. C. and Weil, R. R. (2008). The Nature and Properties of Soils (14th ed.). Upper Saddle River, NJ: Prentice Hall., U.S.A.
16. Charman, P. E. ve Murphy, B. W. (2007). Soils: Their Properties and Management. Oxford University Press. Oxford, U.K.
17. Çağlar, K. (1949). Toprak Bilgisi. AÜ Ziraat Fakültesi Yayınları, No: 10, Ankara, Türkiye.
18. Çelik, P., ve Dengiz, O. (2018). Akselendi Ovası tarım topraklarının temel toprak özellikleri ve bitki besin elementi durumlarının belirlenmesi ve dağılım haritalarının oluşturulması. Türkiye Tarımsal Araştırmalar Dergisi, 5(1): 9-18.
19. Datnoff, L. E., Elmer, W.and Huber, D. M. (2007). Mineral Nutrition and Plant Disease. APS Press, ISBN: 978-0-89054-346-7, St. Paul, Minnesota, U.S.A.
20. Ding, Y. (2011). Research on the Spatial Interpolation Methods of Soil Moisture Based on GIS. International Conference on Information Science and Technology, 26–28 March,pp. 709–711, Nanjing, China.
21. Emerson, W. W. (1991). Structural decline of soils, assessment and prevention. Soil Research, 29(6):905-921.
22. Ertaş, A. ve Dengiz, O. (2024). Bafra Delta Ovası sol sahil alüviyal arazilerde yetiştirilen lahana bitkisinin bazı fiziko-kimyasal toprak özellikleri, besin element içerikleri ve konumsal dağılımları. Toprak Bilimi ve Bitki Besleme Dergisi, 12(1): 27-45.
23. Eyüpoğlu, F. (1999). Türkiye Topraklarının Verimlilik Durumu. KHGM Toprak ve Gübre Araştırma Enstitüsü Yayını. Teknik Yayın No: T-67, Genel Yayın No: 220 Ankara, Türkiye.
24. Eyüpoğlu, F., Kurucu, N. ve Talaz, S. (1998). Türkiye topraklarının bitkiye yarayışlı bazı mikro elementler (Fe, Cu, Mn) bakımından genel durumu. Ankara: T.C. Başbakanlık Köy Hizmetleri Genel Müdürlüğü, Toprak ve Gübre Araştırma Enstitüsü Müdürlüğü Yayını. No:220, Ankara, Türkiye.
25. Fageria, N. K., Baligar, V. C. and Jones, C. A. (2010). Growth and Mineral Nutrition of Field Crops (3rd ed.). CRC Press, ISBN: 978-1-4398-1695-0, Boca Raton, FL., U.S.A.
26. FAO (1990). Micronutrient Assessment at the Country Level: An International Study. Food and Agriculture Organization of the United Nations, FAO Soils Bulletin No. 63, Rome, Italy.
27. Field, A. (2013). Discovering Statistics Using IBM SPSS Statistics (4th ed.). Sage Publications, ISBN 978-1-4462-4918-5, London, U.K.
28. Follet, R. H. (1969). Zn, Fe, Mn and Cu in Colorado soils (Unpublished Ph.D. dissertation). Colorado State University, U.S.A.
29. Foroughifar, H., Pakpour, A., Jafarzadeh, A. A., Miransari, M. and Torabi, H. (2013). Using geostatistics and geographic information system techniques to assess spatial variability of soil properties, including micronutrients. Communications in Soil Science and Plant Analysis, 44: 1273–1281.
30. Gözükara, G. (2021). Tahıl yetiştirilen toprakların bazı özelliklerinin farklı enterpolasyon yöntemleri ile dağılım durumlarının değerlendirilmesi. Toprak Bilimi ve Bitki Besleme Dergisi, 9(2): 69-78.
31. Heuvelink, G. B. M. (2006). Incorporating process knowledge in spatial interpolation of environmental variables. 7th International Symposium on Spatial Accuracy Assessment in Natural Resources and Environmental Sciences, 5–7 July, P. 32–47, Lisbon, Portugal.
32. Hızalan, E. ve Ünal, E. (1966). Topraklarda Önemli Analizler. Ankara Üniversitesi Ziraat Fakültesi Yayınları, No:278, Ankara, Türkiye.
33. İydir, G. ve Özdemir, M. A. (2024). Arazi kullanımı ve toprak özelliklerinin coğrafi bilgi sistemleri yardımıyla incelenmesi: Türkiye-Manisa ili Sarıgöl ilçesi ölçeğinde bir analiz. Türkiye Tarımsal Araştırmalar Dergisi, 11(2): 250-259.
34. Jackson, M. L. (1967). Soil Chemical Analysis. Prentice-Hall of India Pvt. Ltd., New Delhi, India.
35. Kacar, B. (1995). Bitki ve Toprağın Kimyasal Analizleri III, A.Ü. Ziraat Fakültesi Eğitim Araştırma ve Geliştirme Vakfı Yayınları, No:3, Ankara, Türkiye.
36. Kacar, B. (2016). Fiziksel ve Kimyasal Toprak Analizleri. Yayın No: 1524, Gıda Tarım ve Hayvancılık No:15, ISBN:978-605-320-430-5 1. Nobel Akademik Yayıncılık Eğitim Danışmanlık, Ankara, Türkiye.
37. Kaçar, B. ve Katkat, A.V. (2010). Bitki Besleme. Nobel Yayınları, Ankara, Türkiye.
38. Koca, Y. K., Derin, A. ve Adiloğlu, S. (2019). Jeoistatistiksel modelleme ile Edirne ili Uzunköprü ilçesi topraklarının bazı mikro element düzeylerinin belirlenmesi. Tekirdağ Ziraat Fakültesi Dergisi, 16(3): 328-38.
39. Koçman, A. (1989). Uygulamalı Fiziki Coğrafya Çalışmaları ve İzmir- Bozdağlar Yöresi Üzerinde Araştırmalar. Ege Üniversitesi Edebiyat Fakültesi Yayınları, No: 49, İzmir, Türkiye.
40. Lindsay, W. L. and Norvell, W. A. (1978). Development of a DTPA soil test for zinc, iron, manganese, and copper. Soil Science Society of America Journal, 42(3):421–428.
41. Logsdon, S. D. and Jaynes, D. B. (1996). Spatial variability of hydraulic conductivity in a cultivated field at different times. Soil Science Society of America Journal. 60: 703-709.
42. Loue, A. (1968). Petiolar Diagnosis for Prospecting. Studies on the Nutrition and Potassium Fertilization of Grapevine. Société Commerciale des Potasses d’Alsace, Agronomic Services, No:31, Mulhouse, France. (In French)
43. McCauley, A., Jones, C. and Jacobsen, J. (2009). Nutrient management. Nutrient Management Module 9. Montana State University Extension Services, U.S.A.
44. Nielsen D. R. and Wendroth O. (2003). Spatial and Temporal Statistics: Sampling Field Soils and Their Vegetation. Catena Verlag, Reiskirchen, Germany.
45. Olsen, S. R. (1954). Estimation of Available Phosphorus İn Soils By Extraction With Sodium Bicarbonate (Vol. 939). US Department of Agriculture. Washington, D.C., U.S.A.
46. Özden, N., Sökmen, Ö., İdris, U. ve Sinan, A. (2022). Manisa ili tarım topraklarının verimlilik durumları ile mikro element kapsamlarının belirlenerek haritalanması. Anadolu Ege Tarımsal Araştırma Enstitüsü Dergisi, 32(2): 228-241.
47. Öztaş, T. ve Ardahanlıoğlu, O. (1998). Alüvial Depozitlerde Tekstürel Değişim. Doğu Anadolu Tarım Kongresi, 14–18 Eylül, Cilt II. S: 1256-1264, Erzurum, Türkiye.
48. Özyazıcı, M. A., Dengiz, O., Aydoğan, M., Bayraklı, B., Kesim, E., Urla, Ö. ve Ünal, E. (2016). Orta ve Doğu Karadeniz Bölgesi tarım topraklarının temel verimlilik düzeyleri ve alansal dağılımları. Anadolu Tarım Bilimleri Dergisi, 31: 136–148.
49. Pearson, K. (1900). On the criterion that a given system of deviations from the probable in the case of a correlated system of variables is such that it can be reasonably supposed to have arisen from random sampling. The London, Edinburgh, and Dublin Philosophical Magazine and Journal of Science, 50(302): 157-175.
50. Pizer, N. H. (1967). Some Advisory Aspect. Soil Potassium and Magnesium. Technical Bulletin No: 14, p. 184, Ministry of Agriculture, Fisheries and Food, London, U.K.
51. Richards L. A. (1954). Diagnosis and Improvement of Saline and Alkali Soils. US Salinity Lab., United States Department of Agriculture Handbook, No:60, California, U.S.A.
52. Saito, H., McKenna, A., Zimmerman, D. A. and Coburn, T. C. (2005). Geostatistical interpolation of object counts collected from multiple strip transects: ordinary kriging versus finite domain kriging. Stochastic Environmental Research and Risk Assessment, 19(1): 71–85. https://doi.org/10.1007/s00477-004-0207-3
53. Saraçoğlu, M., Sürücü, A., Koşar, İ., Taş. M.A., Aydoğdu, M., ve Hatice, K. (2014). Şanlıurfa ili Halfeti ilçesi topraklarının bazı özellikleri ve bitki besin elementi kapsamlarının belirlenmesi. Toprak Bilimi ve Bitki Besleme Dergisi, 2 (2): 38-45.
54. Sökmen, Ö., Özden, N., Göçmen, S. ve Doyuran, N. (2024). Manisa ili Demirci ve Selendi ilçeleri tarım topraklarının verimlilik durumlarının belirlenmesi ve haritalanması. Tekirdağ Ziraat Fakültesi Dergisi, 21(2): 517-32.
55. Sparks, D. L. and Huang, P. M. (1985). Physical Chemistry of Soil Potassium. In: Potassium in Agriculture. Ed(s): Munson R. D., ASA–CSSA–SSSA, Madison, WI, U.S.A. https://doi.org/10.2134/1985.potassium.c9
56. Sürme, C., Dengiz, O., Arslan, E. ve Kara, O. (2024). Akdeniz ekolojik koşulları altında mısır yetiştiriciliği yapılan tarım topraklarının ekim öncesi ve sonrası N, P ve K elementlerinin konumsal dağılımlarının belirlenmesi. COMU Journal of Agriculture Faculty, 12(1): 181-192. https://doi.org/10.33202/comuagri.1430126
57. Trangmar, B. B., Yost, R. J. and Wehara, G. (1985). Application of geostatistical to spatial studies of soil properties. Advances in Agronomy. 38: 65-91.
58. Tüzüner, A. (1990). Toprak ve Su Analiz Laboratuvarları El Kitabı. Köy Hizmetleri Genel Müdürlüğü Yayınları, No:1, Ankara, Türkiye.
59. Uludağ, B. ve Ağca, N. (2019). Arsuz Ovası topraklarında potasyum fraksiyonlarının uzaysal dağılımının jeoistatistik yöntemlerle belirlenmesi. Mustafa Kemal Üniversitesi Tarım Bilimleri Dergisi, 24(3): 295–307.
60. Unlu, K., Nielsen, D. R. and Biggar, J. W. (1990). Statistical parameters characterizing the spatial variability of selected soil hydraulic properties. Soil Science Society of America Journal. 54: 1537-1547.
61. Ülgen, N. ve Yurtsever, N. (1995). Türkiye Gübre ve Gübreleme Rehberi. Toprak ve Gübre Araştırma Enstitüsü Teknik Yayınları, Genel Yayın No: 209, Teknik Yayın No: T-66, Ankara, Türkiye.
62. Walkey, A. and Black, I. A. (1934). An examination of the Degtjareff method for determining soil organic matter, and a proposed modification of the chromic acid titration method. Soil Science, 34: 29-38.
63. Wang, Y. G., Li, Y. and Xiao, D. N. (2008). Catchment scale spatial variability of soil salt content in agricultural Oasis, Northwest China. Environmental Geology., 56 (2): 439-446.
64. Wilding, L. P. (1985). Spatial Variability: It's Documentation, Accommodation and Implication to Soil Surveys. In: Soil Spatial Variability. Ed(s): Nielsen, D. R. and Bouma, J., ISBN 9022008916, Wageningen, Netherlands.