Tarla ölçeğinde toprak kalitesi göstergeleri ve toprak kalitesinin mekansal değişkenliğinin belirlenmesi ve değerlendirilmesi
Field-scale soil quality indicators and the determination and evaluation of the spatial variability of soil quality
Yazar: MERVE DURMAZ
Danışman: PROF. DR. HİKMET GÜNAL
Harran Üniversitesi / Fen Bilimleri Enstitüsü / Toprak Bilimi ve Bitki Besleme Ana Bilim Dalı / Toprak Bilimi ve Bitki Besleme Bilim Dalı
Derece: Yüksek Lisans, 2024
Konu: Ziraat = Agriculture
Dizin: Tarım toprakları = Agricultural soils

Özet:
Bu çalışmada, Harran Ovası'nda küçük bir tarla ölçeğindeki (12 da) arazide yer alan toprakların fiziksel, kimyasal ve biyokimyasal özellikleri belirlenmiş, mekânsal dağılımları modellenmiş, örneklenmeyen noktalar için tahminler yapılmış, toprak kalitesi değerlendirmeleri için minimum veri seti oluşturulmuş ve toprak kalitesi hesaplanarak mekânsal değişkenlikler haritalandırılmıştır. Bu amaçla, arazide 54 farklı noktada yüzey (0-10 cm) ve yüzey altı (10-20 cm) derinliklerden bozulmuş ve bozulmamış toprak örnekleri alınmıştır. Sonuçlar, toprakların agregat stabilitesinin düşük, hacim ağırlığının ise yüzeyde 1.28 g cm¯3, alt toprakta 1.34 g cmˉ3 olduğunu göstermiştir. Toplam gözeneklilik %48.4 - %68.7, su dolu gözenek hacmi %52.5 - %83 ve makro/mikro gözenek hacmi 0.17 - 0.37 cm3 cm¯3 arasında değiştiği belirlenmiştir. Toprakların pH'sı yüzeyde 7.44 - 7.99, alt toprakta 7.44 - 7.91, elektriksel iletkenlik yüzeyde 1.63 dS mˉ1, alt toprakta 1.54 dS m¯1 arasında değişmekte olduğu görülmüştür. Ortalama organik madde içeriği %1.35 ve kireç içeriği ise %31'dir. Yarayışlı fosfor yüzeyde 4.44 - 13.90 mg kgˉ1, alt toprakta 3.04 - 11.42 mg kg¯1, değişebilir potasyum yüzeyde 351.2 - 631.9 mg kgˉ1, alt toprakta 83.1 - 605.6 mg kg¯1 arasında değişmektedir. Düşük organik madde içeriği agregat stabilitesini ve su tutma kapasitesini olumsuz etkilemiştir. Toprak enzim aktivitelerinde beta-glukozidaz, alkalin fosfataz ve üreaz aktivitelerinde, .alışma alanı içerisinde büyük varyasyonlar tespit edilmiştir. Mikrobiyal biyokütle karbonu, 0-10 cm ve 10-20 cm derinliklerinde homojen bir dağılım göstermektedir. Mineral azot içeriği 0-10 cm ve 10-20 cm toprak derinliklerinde sırasıyla 105.9 - 937.0 mg kgˉ1 ve 100.5 - 778.8 mg kg¯1 arasında değişmektedir. Potansiyel mineralize olabilen azot (PMN) 0-10 cm toprak derinliğinde 6.36 g kgˉ1 ile 56.22 g kg¯1 arasında, 10-20 cm toprak derinliğinde ise 6.03 g kgˉ1 ile 46.73 g kg¯1 arasında değişmektedir. Toprak kalitesi indeksleri, toprakların sahip olduğu potansiyelin yalnızca yarısı kadar fonksiyon gösterdiğini ortaya koymaktadır. Mekânsal modelleme verileri PMN'nin, her iki derinlikte de güçlü mekansal bağımlılığa sahip olduğunu, ancak diğer toprak özellikleri tarafından etkilendiğini göstermektedir. Toprak organik madde içeriği arttıkça PMN değerlerinin arttığı, yüksek mikrobiyal aktiviteye sahip toprakların daha yüksek PMN değerlerine sahip olduğu belirlenmiştir. Bulgular, genel olarak küçük bir tarla ölçeğinde dahi toprak özelliklerinin değişkenliğinin toprak kalitesinde de önemli miktarda değişkenliğe yol açtığını ortaya koymuştur.

Abstract:
In this study, the physical, chemical, and biochemical properties of soils in a small field-scale (12 ha) area in the Harran Plain were determined, their spatial distributions were modeled, predictions were made for unsampled points, a minimum data set was created for soil quality assessments, and soil quality was calculated and spatial variations were mapped. For this purpose, disturbed and undisturbed soil samples were collected from 54 different points at surface (0-10 cm) and subsurface (10-20 cm) depths in the field. The results showed that the aggregate stability of the soils was low and the bulk density was 1.28 g cm-3 in the surface and 1.34 g cm-3 in the subsoil. Total porosity ranged from 48.4% to 68.7%, water-filled pore volume from 52.5% to 83%, and macro/micro pore volume from 0.17 to 0.37 cm3 cm¯3. Soil pH ranged from 7.44 to 7.99 in the surface and 7.44 to 7.91 in the subsoil, and electrical conductivity ranged from 1.63 dS m-1 to 1.54 dS m-1 in the surface and 1.54 dS m-1 in the subsoil. The average organic matter content was 1.35% and the lime content was 31%. Available phosphorus ranged from 4.44 to 13.90 mg kg-1 in the surface and 3.04 to 11.42 mg kg-1 in the subsoil, exchangeable potassium ranged from 351.2 to 631.9 mg kg-1 in the surface and 83.1 to 605.6 mg kg-1 in the subsoil. The low organic matter content negatively affected aggregate stability and water holding capacity. Great variations were detected in soil enzyme activities of beta-glucosidase, alkaline phosphatase, and urease activities within the study area. Microbial biomass carbon showed a homogeneous distribution at 0-10 cm and 10-20 cm depths. Mineral nitrogen content ranged from 105.9 to 937.0 mg kg-1 and 100.5 to 778.8 mg kg-1 in 0-10 cm and 10-20 cm soil depths, respectively. Potentially mineralizable nitrogen (PMN) ranged from 6.36 g kg-1 to 56.22 g kg-1 in 0-10 cm soil depth and 6.03 g kg-1 to 46.73 g kg-1 in 10-20 cm soil depth. Soil quality indices revealed that the soils were functioning only half of their potential. Spatial modeling data showed that PMN had strong spatial dependence at both depths, but was influenced by other soil properties. It was determined that PMN values increased with increasing soil organic matter content, soils with high microbial activity had higher PMN values, and sandy soils generally had lower PMN values. Semivariogram models of PMN at 0-10 cm and 10-20 cm depths were well-described by spherical or exponential models, and nugget/sill ratios were determined as 15.9% and 2.7%, respectively. Areas with high and low PMN were observed at both depths, and PMN showed consistent variability over short distances at both depths. These findings highlight that PMN is an important indicator for evaluating nitrogen dynamics and plant nutrient availability in soil. The findings generally revealed that the variability of soil properties, even at a small field scale, leads to significant variability in soil quality. The findings obtained within the scope of this study are extremely useful in terms of evaluating the effect of agricultural practices to be applied in the field in the following years on soil quality.