3.1.1. Çalışma Alanının Tanımı
Kazova, güneyden Akdağ batı ve kuzey batıdan Ayranpınar yüksek alanı, kuzeyde Hanife-Arhoy ve Yaylacık dağları ile çevrelenmiş Neojen’deki genç tektonik hareketler sırasında kuzey ve güneyden faylanarak çökmüş bir ovadır. Tabanı alüvyonlarla örtülü olan Kazova, Batı-Güneybatı-Doğu-Kuzeydoğu istikametinde 45 km uzunluğunda, kuzey-güney yönünde 1-9 km genişliğe sahiptir. Yeşilırmak nehrinin akış yönüne doğru (doğu-batı doğrultulu) bu fayların etkisi ile burada bir depresyon alanı meydana gelmiştir (Ardos, 1995).
Kazova’nın oluşumu sırasıyla Alp Orojenezi, Eosen, Oligosen ve Miosen dönemlerinde gerçekleşmiştir. Miosen döneminde çalışma alanımız tamamen kara halini almıştır. Kazova’nın bugünkü şeklini alması ise Pliosen ve Kuaterner’deki aşındırma ve biriktirme ile olmuştur (Ardos, 1995).
Zamanla Karadeniz’deki su seviyesinin yükselmesiyle, Yeşilırmak ve ona karışan akarsuların akış hızları yavaşlamış ve taşıdıkları alüvyonları Kazova’da biriktirmeye başlamıştır. Yeşilırmak zamanla kuzeyden güneye doğru yatak değiştirmiştir. İlk oluşan yatağında (Katmerkaya yatağı) zaman boyunca taşıdığı alüvyonları dibe ve yanlara yığarak yatağını doldurmuş ve menderesler çizerek ovanın kuzeyinde gezinmiştir. Bu şekilde salınımlar yaparak ovayı doldurması yanı sıra kuzeydeki dağlık bölgelerden inen derelerin oluşturdukları birikinti konileri, tabanın bu kesimde yükselmesini sağlamış ve akarsu o sırada alçakta kalan güney tarafa doğru yatak değiştirmek zorunda kalmıştır (Ardos, 1995).
Yeşilırmak şimdiki yatağına çekilince kuzeyde yaptığı işlemlerle ovanın orta bölümünü de doldurmuştur. Doğuda Söngüt ve batıda Ovayurt köyleri arasında güneye doğru büyük bir kavis çizmiştir. Akarsu ovaya kuzeyden başlayarak doldurduğu için Pazar ilçesine kadar sokulmuştur. Ovada halen aşındırma ve birikme işlemleri devam etmektedir.
3.1.2. İklim
Tokat ili yarı kurak geçiş bölgesi koşullarının etkin olduğu bir iklime sahip olup yazlar sıcak ve kurak, kışlar soğuk ve yağışlı geçmektedir. 32 yıllık gözlemlere (1975–2006) göre yıllık yağış ortalaması 443,7 mm’dir. En fazla yağış ilkbaharda ve en az yağış yaz aylarında düşmekle birlikte genel olarak yağış yıl içerisinde düzenli dağılır ve bitki gelişim döneminde toprak nemlidir. Yıllık yağışın % 26’sı kış, % 37’si ilkbahar, % 12’i yaz ve % 25’i sonbahar mevsiminde düşmektedir. Yıllık ortalama hava sıcaklığı 12,4 ºC’dir. En soğuk ay 2 ºC ile Ocak, en sıcak ay 22,3 ºC ile Ağustos ayıdır. Genellikle ilk don 22 Ekim - 25 Kasım arasında son don ise 3 Mart- 17 Mayıs tarihleri arasında olmaktadır. Yıllık toplam buharlaşma 1076,1 mm’dir. Yıllık ortalama nispi nem % 61,3’tür. Günlük en fazla güneşlenme 10,2 saat ile Temmuz ayında, en az günlük güneşlenme 2,4 saat ile Ocak ayında görülmüştür ( Anonim, 2006). Çalışma alanın toprak nem rejimi Ustik ve toprak sıcaklık rejimi Mesik’tir (Durak 1991).
3.2. Metod 3.2.1. Örnekleme
Araştırma Tokat-Kazova bölgesinde sağ sahil ve sol sahil sulama kanalları arasında kalan ve yaklaşık olarak 22.000 ha büyüklüğündeki bir alanda yapılmıştır (Şekil 3.1). Örnekleme noktalarının belirlenmesinde rastgele örnekleme metodu kullanılmıştır ve örnekleme Ekim - Kasım 2006 tarihlerinde yapılmıştır. Arazinin temsil edilebilmesi için 400 örnekleme noktası seçilmiş ve örnekleme noktalarından bozulmuş toprak örnekleri yüzey 0–30 cm den alınmıştır.
Şekil 3.1. Çalışma alanı ve örnekleme noktaları
Çalışma alanında toprak örneklemesinin yapıldığında örnek alınan noktaların arazi kullanım durumu Tablo 3.1’ ve Şekil 3.2’de verilmiştir.
Tablo 3.1. Toprak örneklemesi yapıldığı zaman (Kasım-Aralık 2006) örnek alınan noktaların arazi kullanımı
Arazideki Ürün Genel Kullanım Grubu Örnek Sayısı Ayçiçeği Pancar Mısır TARLA BİT 255 Soğan Fasulye Karpuz Patetes Yer Domatesi Sırık Domates Kabak SEBZE 73 Mera MERA 39 Karşık Meyve Şeftali Elma MEYVE 15
Fiğ YEM BİTKİLERİ 2
Sürülmüş veya ekili değil
BOŞ 16
Şekil 3.2 Örnekleme tarihinde örnekleme noktalarının arazi kulanım durumu
Örnek alınan noktaların bulunduğu arazilerde bitki desenine bakıldığında örnekleme noktalarının % 63,75’inde tarla bitkileri, % 18,25’inde sebze, % 3,75’inde meyve , % 0,5’inde yem bitkileri yetiştirilirken % 9,75’i mera arazisi ve % 4’ü boş arazi olarak kullanılmaktadır.
3.2.2. Laboratuar Analiz Metotları
Araziden alınan toprak örnekleri plastik torbalar içinde laboratuara getirilmiş ve oda sıcaklığında kurutulmuştur. Kuruyan örnekler 2 mm’lik elekten geçirilerek analize hazır hale getirilip plastik kaplarda depolanmıştır. Daha sonra analiz için hazır hale getirilen toprak örneklerinde toprak reaksiyonu (pH), elektriki iletkenlik (EC), kireç (CaCO3), tekstür, organik madde (OM), değişebilir potasyum (K), değişebilir sodyum (Na),
katyon değişim kapasitesi (KDK), bitkiye yarayışlı fosfor (P), toplam azot (N) ve agregat stabilitesi analizleri yapılmıştır.
3.2.2.1. Geleneksel Analiz Metodları
Toprak Tekstürü; toprakların % kil, silt ve kum içeriklerini belirlemek için Hydrometer
metodu kullanılmıştır (Gee ve Bauder, 1986). Her toprak örneğinden 40 gr alınarak 600 ml’lik beherlere aktarılmış. Daha sonra üstüne 100 ml % 5’lik kalgon (Sodyum Hegza Metafosfat) çözeltisi ve 250 ml saf su eklenerek karıştırılıp bir gece bekletilmiştir. Bir gece bekletilen örnekler mikser kabına boşaltılıp yüksek devirli mikserde 5 dakika karıştırılmıştır. Karıştırma işlemi bittikten sonra örnek tekstür silindirine boşaltılmış ve hidrometre yardımıyla çözeltinin hacmi saf su ile 1130 ml’ye getirilmiştir. Silindirlere boşaltılan örnekler süspanse hale gelmesi için mekanik el karıştırıcısıyla 20 kere karıştırılmış ve karıştırma işlemi bittikten sonraki zaman not edilmiştir. İlk başlangıç zamanından 20 sn sonra hidrometre (ASTM No: 151 H–62) daldırılmış ve 40. sn’de ilk okuma ve 2. saatte ikinci okuma alınmıştır. Kil ile silt değerini daha keskin sınırlarda belirlemek için 7.saatte de 3.okuma alınmıştır. Okunmaların doğruluk derecesini yükseltmek için bir kör hazırlanmıştır. Kör değeri için 100 ml kalgon tekstür silindirine aktarılmış ve saf su ile 1000 ml’ye tamamlanmış iyice süspanse ettikten sonra hidrometre okuması alınmıştır. Okunan değerlerden kör değeri çıkartılıp hesaplanarak toprağın kil, silt ve kum içeriği belirlenmiştir.
Toprak Reaksiyonu (pH); toprak örneklerinden 20 gram alınıp 40 ml saf su ile (1:2
oranında) sulandırılıp süspansiyon cam baget yardımıyla ara sıra karıştırılarak 30 dakika bekledikten sonra cam elektrodlu Neel pH’metresi ile belirlenmiştir (Hendershot ve ark., 1993).
Elektriksel İletkenlik (EC); toprak örneklerinin EC’sini belirlemek üzere hazırlanmış saf
su ile 1:2 oranında sulandırılmış süspansiyonda pH ölçümü yapıldıktan sonra aynı süspansiyonda digital EC metre ile ölçüm yapılmıştır (Jansen, 1993).
Kalsiyum Karbonat (%) ; 0,5 gram toprak örneği tartılarak % 10’luk hidroklorik asit
yardımıyla Scheibler kalsimetresinde karbondioksit çıkış hacmine göre kireç içeriği belirlenmiştir (Kaçar, 1996).
Katyon Değişim Kapasitesi (KDK); toprak örnekleri 1 Normal Sodyum asetat (pH =
8.2) ile doyurulduktan sonra sodyumun fazlası % 95’lik etil alkol ile yıkanıp 1.0 Normal amonyum asetat (pH = 7.0) ile ekstrakte edilmiştir. Daha fleymfotometre yardımıyla ekstraksiyon çözeltisinin sodyum miktarı belirlenip hesaplanılarak katyon değişim kapasitesi elde edilmiştir (Kaçar, 1996).
Değişebilir Katyonlar (Na, K): 1 Normal amonyum asetat (pH = 7.0) ile ekstrakte
edilmiştir. Daha sonra fleymfotometre yardımıyla ekstraksiyon çözeltisinin Na ve K miktarı belirlenip hesaplanılmıştır. (Kaçar, 1996).
Toplam N tayini; Kjeldal yöntemi kullanılarak toprakların toplam azot içeriği
belirlenmiştir. Bu yöntem de; 0,5 gr 2 mm’lik elekten geçirilmiş toprak örneği tatrtılıp pelur kâğıtlarına sarılarak cam tüplere konulur, daha sonra üzerine 10 ml yakma asidi ve 1 çay kaşığı kadar katalizör katılarak açık yeşil renk alıncaya kadar yakma ünitesinde yakılır. Yakma işlemi bittikten sonra 100 ml’lik erlenmayerlere 25 ml borik asit ve 5-6 damla brom gresol green-methly red indikatörü ilave edilip Kjeldal’da sodyum hidroksit ile muamele sonucu örneklerden amonyak şeklinde çıkan azot borik asit çözeltisinde tutulur. En son işlem olarak 0,1 N sülfirik asit çözeltisiyle renk pembeye dönünceye kadar titre edilerek harcanan sülfirik asit miktarı alınıp hesaplama yapılır (Chapman ve Pratt, 1961).
Fosfor (P) Analizi: Sodyum bikarbonat yöntemi kullanılarak toprak fosfor analizi
yapıldı. Bu yönteme göre; 2 mm’lik elekten elenmiş fırın kuru toprak örneğinden 5 gr tartılıp 250 ml’lik erlenmayerlere konuldu, üzerine 200 mg aktif kömür ve 100 ml sodyum bikarbonat (pH- 8,5) ilave edilerek yarım saat çalkalıyıcıda çalkalandı. Daha sonra örnekler filtre kâğıdı yardımıyla süzüldü ve bu süzüklerden 5 ml alınıp 25 ml’lik ölçü balonuna aktarıldı. P-nitrofenol indikatörü aracalığıyla çözeltinin pH’sını 5’e getirmek için harcanan 5 N sülfirik asit miktarı belirlenip (H2SO4) o ölçüde sülfirik asit
alınıp ölçü balonuna eklendi. Daha sonra ölçü balonuna 4 ml askorbik asit eklenip saf su ile derecesine tamamlanıp karıştırıldı. Bu işlemden sonra 10 dakika bekleyip renkli çözeltinin ışık absorpsiyonu 882 nm dalga boyuna ayarlı spektrofotometrede belirlendi (Olsen ve ark., 1954).
Agregat Stabilitesi; toprakların agregat dayanıklılığı 08.13 ıslak eleme yöntemine göre
yapılmıştır (08.13 wet sieving method) (Anonim, 2007d).
3.2.2.2. Görülebilir ve Yakın Kızılötesi Spektrometre (VNIRS) Analizi
Daha önce geleneksel laboratuar analizleri yöntemleriyle kimyasal ve fiziksel özellikleri belirlenen toprak örneklerinde görülebilir-yakın kızılötesi spektroskopisi taramaları (350–2500 nm) yapılmıştır. Bunun için analizleri yapılan topraklardan bir miktar alınıp Aydın Adnan Menderes Üniversitesi, Ziraat Fakültesi, Toprak Bölümünde VNIRS taramaları yapılmıştır. VNIRS ile toprak analizini yapmak için örnekler koyu renkli plastik kaplara aktarılmış ve görülebilir-yakın kızılötesi spektrometresinde 350–2500 nm arasında 1 nm aralıklarla taranmıştır. Okumalar esnasında detektör yardımıyla örnek taranırken görülebilir ve yakın kızılötesi ışınlarının herhangi bir kayba uğramaması için detektör toprak örneğine tam olarak temas ettirilmiştir (Şekil 3.3). Örnekler otomatik olarak 10 kere taranarak ölçülmüş ve bu ölçülen 10 verinin ortalaması alınarak her örnek için bir spektral halinde bilgisayar ortamına aktarılmıştır (Şekil 3.4).
Şekil 3.3 Toprak Örneklerinin VNIRS okumalarının yapılması
3.2.2.3. İstatistiksel Analizler
Çalışma alanından alınan 400 yüzey toprak örneğinde yapılan laboratuar analiz sonuçları kullanılarak toprak özelliklerinin genel durumunu ve değişimini görmek için tanıtıcı istatistik analizleri yapılmıştır. Tanıtıcı istatistikte her bir değişken için (pH, EC, Organik madde, Kireç, Katyon Değişim kapasitesi, Değişebilir Na, Değişebilir K, Toplam azot,
Alınabilir fosfor, Agregat dayanıklılığı, kum, kil ve silt) aritmetik ortalama, medyan,
minimum, maksimum, standart sapma, % varyasyon katsayısı, çarpıklık ve basıklık değerleri SPSS 10.0 paket programı kullanarak hesaplanmıştır (SPSS, 2000). Tanıtıcı istatistik analizi yapılırken veri setinde hiç bir veri atılmadan değerlendirmeler yapılmıştır.
Görülebilir ve yakın kızılötesi spektrometresi (NIRS) ile 350–2500 nm arasında her 1 nm’de bir yapılan taramalar neticesinde elde edilen veri seti, 10 nm’de bir ortalama alınarak azaltılmıştır. Laboratuarda referans yöntemler ile analizleri yapılan toprak özellikleri ile spektral veriler arasında, spektral verilerin toprak özelliklerini tahmini için kalibrasyon işlemi yapılmıştır. Kalibrasyon, data düzenlenmesi, Kısmi En Az Kareler Regresyonu (PLRS) ile toprak özelliklerinin tahmini şeklindeki bir dizi işlem Viscarra Rossel (2008) tarafından geliştirilen ve özellikle spektral verilerin toprak özelliklerini tahmini için kullanılan ParLeS 3.1 paket programı yardımıyla yapılmıştır. Her faktör için (diğer faktörlerden bağımsız olarak) tüm veri ParLeS programında PLSR Cross Validation (Çapraz Doğrulama) işlemi yardımıyla analize tabi tutulmuştur. Ölçülen değerler ile tahmin edilen değerler arasında Çapraz Doğrulama yapmadan önce spektral verilerden gelen hataları (ışık saçılması, zemin etkisi, mesafeden gelen hatalar, vb.) göz ardı etmek için veri setleri bir takım ön işlemlere tabi tutulmuştur (Tablo 3.2).
Kazova’nın tamamından alınan toprak örnekleri çok çeşitli ana materyaller, kullanımlar ve iki farklı fizyoğrafik üniteler üzerinde yer almaktadır. Veriler analiz edilirken öncelikle herhangi bir veri çıkarılmaksızın tüm örneklerden elde edilen yansıma değerleri ParLeS kullanılarak analiz edilmiştir. Daha sonraki aşamalarda veri seti daha homojen parçalara ayrılarak analiz edilmiştir. Bu amaçla arazi; tarla bitkileri ekili alanlar, sebze yetiştiriciliği yapılan alanlar, % 0–2 eğime sahip düz düze yakın alanlar
ve % 2–6 eğime sahip çoğunlukla koluviyal fizyoğrafyalarda yer alan toprakların yer aldığı dört alt gruba ayrılmış ve ayrı ayrı analizleri yapılmıştır.
Tablo 3.2. Spektral veriden gelen hataları göz ardı etmek ve NIRS’ın tahmin yeteneğini artırmak için ParLeS Programında ölçülen değerler ile tahmin edilen değerler arasında yapılan ön işlemler (Viscarra Rossel, 2008).
Uygulama İşlem Açıklama
Dönüşüm
Data Transformasion Log(1/R) to R Spektra yansımasını ortadan kaldırır. Light Scatter & Baseline
Corrections SNV
Işık saçılması ve mesafeden dolayı oluşan etkenleri yok saymak için kullanıldı De-noising/Smoothing Wavelet Fitler
Sinyallerden gelen
karmaşıklığı yok etmek için kullanılır.
Ön İşlem
Differentiation 1st Derivative Zemin etkisini yok etmek içinkullanılır.
Ön Muamele Data Manipulations
Centre & Scala Data Mean Centre
Çoklu modelleme için X ve Y değişkenlerinin ön işlemi için kullanılır.
PCA No. Principal Component 10 No.Factor for X-Validation
25
PLSR CROSS
VALIDATION Leave 'n' out X-Validation 1 PLSR MODEL Select No. Factors for PLSR 30
Tüm uygulamalar için aynı seçenekler işaretlenmiştir Model 30 seçilmesi ile en iyi tahmin sonuçları elde edilmiştir. Bundan sonra model değeri artıkça pek bir değişiklik gözlenmemiştir
Çapraz Doğrulama sonucunda NIRS’ın tahmin yeteneğini artırmak için veri setleri arasında bulunan uç değerler (outlier) göz ardı edilerek en iyi tahmin elde edilmiştir. Veriler arasında uç değerleri belirlemek için Çapraz Doğrulama sonucu elde edilen tahmin değerleri ile ölçülen değerler arasındaki fark alınıp RMSECV (Cross validation sonucu elde edilen RMSE)’ye bölünmüştür. Bu işlem sonucunda RMSECV’nin 3 katı olan değerler uç değer olarak kabul edilmiştir (Chang ve ark., 2001). Daha sonra her bir veri seti için belirlenen bu uç değerler veri setlerinden atılarak tekrar analiz edilmiştir.
Tablo 3.3. NIRS’ın tahmin yeteneğini arttırmak için her bir uygulamada veri setinden çıkarılan örnekler Tüm Veri (0–400) Tarla Bitkisi Ekili Alanlar Sebze Bitkisi Ekili Alanlar % 0–2 Eğim % 2–6 Eğim Toprak
Özelliği Uç Değerler
Azot 74–165–276 307–316– 336 165–316 - 74–164–276 307–316– 339 390–394 Organik Madde 306–307–309 336 306–309 - 306–307 309 Kum 158–328 27–42–169 - 27–100–158 162–169–179 271 139 Kil 28–156–158 169–328–400 28–158–169 - 156–158–400 328 Silt 11–147–215 271 27–206–271 14 11–206–271 144 KDK 232–234–314 326 234–375 326 232–234–314 326 144 Agregat Stabilitesi 38 8–50–129 48–167–178 183–188–194 255–269–391 - 38–369 98–244–396 Kireç 123–298–299339–349 298–299340–390 341 32–101–298299–339 391 Sodyum 77–90–100–188 196–388–389 196–373–38898–99–188 363 77–90–188196–389 99–360 Potasyum 29–34–49–106 137–168–251 66–106–251 137–278 49–168–251 137–384 Fosfor 175–235–261 280–337 93–175 342 175–235–260 337 280 pH 90–188–19675–77–84 219–229–243 1–188–196 251 24 75–77–54 90–100–188 196 1 EC 11–21–39 82–83–205 206–243 13–15–64 205–206 21–243 328 11–39–82 83–100–205 206–369 243
Analiz sonucunda her bir değişken için NIRS’ın tahmin yeteneğinin ölçütleri olan R2, RMSS ve RPD (standart hatanın standart sapmaya olan oranı) değerleri göz önünde
bulundurulmuştur. Chang ve ark. (2001), toprak özeliklerini tahmin etmede NIRS’ın ne kadar güçlü bir tahmin yaptığını belirlemede RPD değerlerinin kullanılabileceğini rapor etmişlerdir. Buna göre;
1.) RPD >2.0 r2 = 0.80–1.00 Çok iyi
2.) RPD 1.4 ≈ 2.0 r2 = 0.5–0.8 Kabul edilebilir 3.) RPD <1.4 r2 = <0.5 Kabul edilemez.
4. ARAŞTIRMA BULGULARI VE TARTIŞMA