Spatial variation of chemical properties of colluvial-alluvial soils in central Black Sea Region

Öz

Soil spatial variation is an important factor to be regarded in land use planning and water and nutrient management in soils. In this study, spatial variation of some soil properties in an approximately 1400 ha area comprising the soils used by Black Sea Agricultural Research Institute were evaluated. One hundred soils samples were taken from 0-20 cm soil depth by random sampling scheme and analyzed for soil organic matter (SOM), cation exchange capacity (CEC), CaCO3, pH, and electrical conductivity (EC) in the laboratory. The spatial structures of soil properties were modeled by semivariograms and their surface maps were built by kriging interpolation of five soil properties, only CaCO3 exhibited normal-like distribution, and SOM and CEC were modeled with spherical, and others with Gaussion model. Lowest nugget effect occurred for EC and highest for pH, and EC and CaCO3 were strongly spatially dependent, while the others were moderately spatially dependent. Spatial pattern of soil properties were somehow similar one to another, and this was attributed to soil texture and land use, which occurred as common controlling factors of spatial variability of studied soil variables in the study area. The results have a potential to be used in sustainable land use planning and to guide growers in revising/adapting management practices (e.g. fertilizer use, irrigation, soil tillage, erc.) for mitigating land degradation, protecting environmental health, and saving resources.   

Anahtar Kelimeler

• Kriging,nugget effect,soil chemical properties,semivariogram,spatial variation

Orta Karadeniz bölgesi kolüvyal-alüvyal topraklarında bazı kimyasal toprak özelliklerinin uzaysal değişkenliği

Öz

Toprakların tarımsal, orman, mera ve kentsel amaçlı kullanımının planlamasında, toprak özellikleri ve süreçlerinin modellenmesinde toprak değişkenliği dikkate alınması gereken önemli bir faktördür. Bu çalışmada, Samsun ili Terme İlçesi’nde Karadeniz Tarımsal Araştırma Enstitüsü tarafından kullanılan arazileri de kapsayan yaklaşık 1.400 hektarlık bir alanda bazı toprak özelliklerinin uzaysal değişkenliği incelenmiştir. Toprakların 0-20 cm derinliğinden gelişigüzel örnekleme yöntemine göre 100 toprak örneği alınarak laboratuvarda CaCO₃, toprak organik maddesi, katyon değişim kapasitesi (KDK), elektriksel iletkenlik (EC) ve pH için analiz edilmiştir. Toprak değişkenlerinin uzaysal yapısı semivaryogramlar kullanılarak modellenmiş ve daha sonra krigleme ile yüzey haritaları oluşturularak uzaysal değişim desenleri incelenmiştir. Toprak özelliğinden sadece CaCO₃ normale yakın bir dağılım göstermiş, TOM ve KDK küresel modelle, diğerleri ise Gaus (Gausian) modelle modellemiştir. En düşük nugget etkisi EC en yüksek ise pH için hesaplanmış,  EC ve CaCO₃ kuvvetli, diğerleri ise orta uzaysal bağımlılık sergilemiştir. Toprak özelliklerinin uzaysal değişkenliği birbirleriyle benzerlik göstermekte olup, toprak tekstürü ve arazinin kullanımın bunda etkili olduğu düşünülmektedir.  Sonuçların, çalışma alanındaki arazilerin sürdürülebilir kullanım planlamasında katkı sağlayabilecek ve kültürel uygulamalarda (sulama, gübreleme, toprak işleme, vb.) kaynak kullanımında tasarruf edilmesi, arazi bozulmasının önlenmesi ve çevre sağlığının korunması bakımından bölgedeki yetiştirici ve uygulayıcılara rehber olabilme potansiyeli bulunmaktadır.

Anahtar Kelimeler

• Krigleme,nugget etkisi,toprak kimyasal özellikleri,semivaryogram,uzaysal değişkenlik

Kaynakça

1. Burrough PA, Frank AU, 1995. Concepts and paradigms in spatial information: Are current geographical information systems truly generic? International Journal of Geographical Information Systems 9 (2): 101-116.
2. Cambardella, CA, Moorman TB, Novak JM, Parkin TB, Karlen DL, Turco RF, Konopka AE, 1994. Field-scale variability of soil properties in central Iowa soils. Soil Science Society of America Journal 58: 1501-1511.
3. Caniego FJ, Espejo R, Martín MA, San Jose F, 2005. Multifractal scaling of soil spatial variability. Ecological Modelling 182: 291-303.
4. Chapman HD, Pratt PF, 1982. Method for the analysis of soil. Plant And Water. 2nd ed California University Agricultural Division, California: 170.
5. Erşahin S, 1999. Aluviyal bir tarlada bazı fiziksel ve kimyasal toprak özelliklerinin uzaysal (Spatial) değişkenliğinin belirlenmesi. Selçuk Üniversitesi Ziraat Fakültesi Dergisi 13: 34-41.
6. Erşahin S, Aşkın T, Tarakçıoğlu C, Özenç, DB, Korkmaz K, Kutlu T, Sünal S, Bilgili BC, 2017. Spatial variation in the solute transport attributes of adjacent Typic Haplusteps, Mollic Ustifluvents, and Lithic Ustipsamments. Geoderma 289: 107-116.
7. Goderya FS, 1998. Field scale variations in soil properties for spatially variable control: a review. Journal of Soil Contamination 7: 243-264.
8. Gregory JH, Dukes MD, Jones PH, Miller GL, 2006. Effect of urban soil compaction on infiltration rate. Journal of Soil Water Conservation 61(3): 117-124.

9. Heuvelink GBM 1998. Uncertainty analysis in environmental modelling under a change of spatial scale. Nutrient Cycling in Agroecosystems 50: 255–264.
10. Iyigun C, Türkeş M, Batmaz İ, Yozgatligil C, Purutçuoğlu V, Koç EK, Öztürk MZ, 2013. Clustering current climate regions of Turkey by using a multivariate statistical method. Theoretical and Applied Climatology 114 (1-2): 95-106.
11. Janzen HH 1993. Soluble salts. Soil sampling and methods of analysis. pp.161-166.
12. Journel AG, Huijbregts ChJ, 1978. Mining geostatistics. Academic press, 600 p.
13. Kacar B, 1996. Toprak analizleri. AÜ Ziraat Fakültesi Egitim Arastırma ve Gelistirme Vakfi, Yayın No. 3, Ankara.
14. Mulla DJ, McBratney, AB, 2000. Soil spatial variability. In M. E. Sumner (Ed.), Handbook of Soil Science (pp. A321-A352). Boca Raton, FL, CRC Press.
15. Nelson DW, Sommers, LE, 1982. Total carbon, organic carbon, and organic matter. Methods of soil analysis. Part 2. Chemical and microbiological properties. pp. 539-579.
16. Thomas MF, 2001. Landscape sensitivity in time and space-an introduction. Catena 42: 83-98.
17. Trangmar BB, Yost RS, Uehara G, 1986. Application of geostatistics to spatial studies of soil properties. Advances in Agronomy 38: 45-94.
18. Warrick AW, Nielsen DR 1980. Spatial variability of soil physical properties in the field. In: Hillel D ed. Application of Soil Physics. Academic Press. pp. 319-344.
19. Webster R, Oliver MA, 2001. Geostatistics for environmental scientists (Statistics in practice).