ARASINDAKİ İLİŞKİLER Yasin YILDIZ
Yüksek Lisans Tezi
Toprak Bilimi ve Bitki Besleme Ana Bilim Dalı Doç. Dr. Hikmet GÜNAL
2011
T.C.
GAZİOSMANPAŞA ÜNİVERSİTESİ
FEN BİLİMLERİ ENSTİTÜSÜ
TOPRAK ANABİLİM DALI
YÜKSEK LİSANS TEZİ
KAZOVA TOPRAKLARININ MİKROELEMENT İÇERİKLERİNİN
MESAFEYE BAĞLI DEĞİŞİMİN ANALİZİ ve BAZI TOPRAK
ÖZELLİKLERİ ARASINDAKİ İLİŞKİLER
Yasin YILDIZ
TOKAT
2011
Başkan: Doç. Dr. Hikmet GÜNAL Üye : Yrd. Doç. Dr. Sezer ŞAHİN
Üye : Yrd. Doç. Dr. Mehmet Metin ÖZGÜYEN
Yukarıdaki sonucu onaylarım
İmza .....1... .12010 İmza:.~ İm~
~A~
İmza:If
TEZ BEYANI
Tez yazım kurallarına uygun olarak hazırlanan bu tezin yazılmasında bilimsel ahlak kurallarına uyulduğunu, başkalarının eserlerinden yararlanılması durumunda bilimsel normlara uygun olarak atıfta bulunulduğunu, tezin içerdiği yenilik ve sonuçların başka bir yerden alınmadığını, kullanılan verilerde herhangi bir tahrifat yapılmadığını, tezin herhangi bir kısmının bu üniversite veya başka bir üniversitedeki başka bir tez çalışması olarak sunulmadığını beyan ederim.
Yasin YILDIZ
alanlardan biridir. Sadece Tokat ili için değil ülkenin birçok bölgesi için Kazova’da yapılan tarımsal üretimin katkısı oldukça önemlidir. Kazova’da yapılan tarımsal üretimin daha doğru planlanabilmesini sağlayacak, var olan ve olma olasılığı olan mikro element kaynaklı sorunların ortaya konulduğu bu çalışma Gaziosmanpaşa Üniversitesi Araştırma Fonu 210/68 nolu proje tarafından desteklenmiştir. Bu desteklerinden dolayı G.O.Ü. Araştırma Fonu’na teşekkür ederim. Bu çalışma kapsamında elde edilen bilgi ve deneyim, şüphesiz ülkemizin çok kıymetli olan diğer tarım arazileri ile ilgili çalışmalarda kullanılacaktır. Hazırlanmış olan güncel veri tabanı sayesinde Kazova’nın mikro element düzeyleri zamansal değişimin takip edilmesi mümkündür. Bu sayede sorunlar daha ilerlemeden çözümlenebilir ve tarım, sürdürülebilir bir biçimde gerçekleştirilebilir.
Tez çalışması boyunca hiçbir desteği esirgemeyen danışman hocam Doç. Dr. Hikmet GÜNAL’a öncelikle teşekkür ederim. Laboratuar çalışmaları sırasında yardımlarını esirgemeyen Amasya Ziraat Odası Toprak Laboratuarı, Konya/Karatay Ziraat Odası Laboratuarı ve Yozgat Sarıkaya Ziraat Odası Toprak laboratuarı personellerine, istatistiksel analizlerde yardımlarını esirgemeyen Araş. Gör. Nurullah ACİR’e teşekkür ederim. Çalışmalarım sırasında maddi yardımlarını esirgemeyen Sarıkaya Ziraat Odası Başkanı rahmetli Muzaffer TEKİN’e ve Amasya Ziraat Odası Başkanı Mehmet BAŞ’a minnettarım. Emeklerini esirgemeyen sevgili meslektaşlarım ve dostlarım Gürcan MANTI’ya, Soner ARDUÇ’a, Funda ÇİLESİZ’e ve Halil GÖKÇEOĞLU’na teşekkürü borç bilirim. Maddi, manevi desteklerinden dolayı eşime, aileme ve tüm dostlarıma da teşekkür ederim.
Yasin YILDIZ
İÇİNDEKİLER Sayfa ÖNSÖZ………. i İÇİNDEKİLER……….. ii ÇİZELGELER DİZİNİ………..……… ……… iv ŞEKİLLER DİZİNİ……… …… vi ÖZET………. viii ABSTRACT………. ix 1. GİRİŞ……… 1 2. LİTERATÜR ÖZETLERİ……… ………. 4
2.1. Mikro Elementlerin Fonksiyonları ve Yarayışlılıklarına Etki Eden Faktörler 6 2.1.1. Demir, Fe ………. 6 2.1.2. Çinko, Zn ……….. 8 2.1.3. Bakır, Cu ……… 11 2.1.4. Mangan, Mn ……….. 16 2.1.5. Ağır Metaller ……… 18 2.1.5.1. Kadmiyum, Cd ……….. 19 2.1.5.2. Nikel, Ni ……… 20 3. MATERYAL ve METODLAR ……… 23 3.1. Materyal……… 23 3.1.1. Çalışma Alanı……… ………… 23
3.1.2. Çalışma Alanının İklimi……….……… 23
3.1.2.1. Yağış……….……… 23
3.1.2.2. Sıcaklık……….……… 24
3.1.3. Çalışma Alanı Jeolojisi……….……… 25
3.1.4. Çalışma Alanı Topraklarının Özellikleri……….………. 25
3.2. Metotlar ……….……….. 26
3.2.1. Toprak Örneklemeleri ……….………….. 26
3.2.2. Laboratuar Analizleri ……….……… 26
3.2.3. İstatistiksel Analizler ve Jeoistatistiksel Modellemeler ……….………… 29
4. ARAŞTIRMA BULGULARI VE TARTIŞMALAR ……….…………. 30
4.1. Araştırma Alanı Topraklarının Genel Özellikleri ………... 30
4.2. Topografya ve Ana Materyale Göre Mikro Elementlerdeki Değişimler ………… 36
4.3. Arazi Kullanımları ve Mikro Elementler Arasındaki İlişkiler ………….……… 42
4.3.1. Tarla Bitkileri Yetiştiriciliği Yapılan Arazilerin Mikro Element İçerikleri ……. 43
4.3.2. Meyve Bahçesi Olarak Arazilerin Mikro Element İçerikleri ……….. 44
4.3.3. Mera Olarak Kullanılan Arazilerin Mikro Element İçerikleri ………. 45
4.3.4. Sebze Bitkileri Olarak Kullanılan Arazilerin Mikro Element İçerikleri ……….. 47
4.4. Bazı Kimyasal Özelliklere Göre Mikro Elementlerdeki Değişimler ……….. 48
4.4.1. Farklı Düzeylerde Organik Madde İçeren Toprakların Mikro Element İçerikleri 48 4.4.2. Farklı Düzeylerde Kireç İçeren Toprakların Mikro Element İçerikleri ……… 51
4.4.3. Farklı Düzeylerde Fosfor İçeren Toprakların Mikro Element Özellikleri ... 53 ii
6. KAYNAKLAR ……… 74
ÖZGEÇMİŞ ……… 79
ÇİZELGELER DİZİNİ
Çizelge Sayfa
Çizelge 2.1. Arpanın çimlenmesi ve verimi üzerine Ni düzeylerinin etkisi ……… 21 Çizelge 3.1 Mevsimsel Yıllık Ortalama Yağış Değerleri ………. 24 Çizelge 3.2. Tokat Merkez uzun yıllar ortalama sıcaklık değerleri (1975-2005) …. 24 Çizelge 3.3. Kazova topraklarının analizlerinde kullanılan yöntemler ve özet
bilgiler ………. 28 Çizelge 4.1 Kazova topraklarının (0-30 cm) bazı fiziksel ve kimyasal özelliklerine
ait tanımlayıcı istatistik parametreleri ………. 31 Çizelge 4.2. Kazova topraklarının mikro element içeriklerine ait tanımlayıcı
istatistik parametreleri ……….. 32 Çizelge 4.3. Çalışma alanında yer alan toprakların fiziksel özellikleri ile mikro
element içerikleri arasındaki korelasyon testi sonuçları ……….. 34 Çizelge 4.4. Çalışma alanında yer alan toprakların kimyasal özellikleri ile mikro
element içerikleri arasındaki korelasyon testi sonuçları ……….. 35 Çizelge 4.5. Kazova’da düz düze yakın arazilerde yer alan toprakların (0-30 cm)
mikro element içeriklerine ait tanımlayıcı istatistik parametreleri ………….. 37 Çizelge 4.6. Sol Sahilde yer alan arazilerden alınan toprak örneklerinin (0-30 cm)
mikro element içeriklerine ait tanımlayıcı istatistik parametreleri ……... 38 Çizelge 4.7. Sağ Sahilde yer alan arazilerden alınan toprak örneklerinin (0-30 cm)
mikro element içeriklerine ait tanımlayıcı istatistik parametreleri ……... 39 Çizelge 4.8. Kazova’da düz düze yakın (% 0-2 eğim) arazilerde yer alan
toprakların mikro element içerikleri arasındaki korelasyon testi sonuçları …. 39 Çizelge 4.9. Kazova’da sol sahilde yer alan toprakların (% 2-6 eğim) mikro
element içerikleri arasındaki korelasyon testi sonuçları ……….. 40 Çizelge 4.10. Kazova’da sağ sahilde yer alan toprakların (% 2-6 eğim) mikro
element içerikleri arasındaki korelasyon testi sonuçları ……….. 41 Çizelge 4.11. Kazova topraklarının mikro element içeriklerinin farklı eğim
durumlarına göre Duncan gruplaması ……….. 41 Çizelge 4.12. Toprak örneklemesinin yapıldığı dönem (Kasım-Aralık 2006) örnek
alınan noktaların arazi kullanımları ………... 43 Çizelge 4.13. Kazova’da çalışma döneminde tarla bitkileri ekili alanlardan alınan
toprakların (0-30 cm) mikro element içeriklerine ait tanımlayıcı istatistik
parametreleri ……….. 44 Çizelge 4.14. Kazova’da çalışma döneminde meyve bahçesi olarak kullanılan
alanlardan alınan toprakların (0-30 cm) mikro element içeriklerine ait
tanımlayıcı istatistik parametreleri ………... 45
tanımlayıcı istatistik parametreleri ……….. 47 Çizelge 4.17. Çalışma alanında yer alan % 0–1 Organik madde içeren arazilerden
alınan toprak örneklerinin mikro element içeriklerine ait tanımlayıcı
istatistik parametreleri ………... 49 Çizelge 4.18. Çalışma alanında yer alan % 1–2 Organik madde içeren arazilerden
alınan toprak örneklerinin mikro element içeriklerine ait tanımlayıcı
istatistik parametreleri ………... 49 Çizelge 4.19. Çalışma alanında yer alan % 2–3 Organik madde içeren arazilerden
alınan toprak örneklerinin mikro element içeriklerine ait tanımlayıcı
istatistik parametreleri ………... 50 Çizelge 4.20. Çalışma alanında yer alan % 3–4 Organik madde içeren arazilerden
alınan toprak örneklerinin mikro element içeriklerine ait tanımlayıcı
istatistik parametreleri ………... 50 Çizelge 4.21. Çalışma alanında yer alan % 4< Organik madde içeren arazilerden
alınan toprak örneklerinin mikro element içeriklerine ait tanımlayıcı
istatistik parametreleri ………... 50 Çizelge 4.22. Çalışma alanında yer alan % 1–5 “Az Kireçli” arazilerden alınan
toprak örneklerinin mikro element içeriklerine ait tanımlayıcı istatistik
parametreleri ……… 52 Çizelge 4.23. Çalışma alanında yer alan % 5–15 “Orta Kireçli” arazilerden alınan
toprak örneklerinin mikro element içeriklerine ait tanımlayıcı istatistik
parametreleri ……….. 52 Çizelge 4.24. Çalışma alanında yer alan % 15–25 “Fazla Kireçli” arazilerden
alınan toprak örneklerinin mikro element içeriklerine ait tanımlayıcı
istatistik parametreleri ……….. 52 Çizelge 4.25. Çalışma alanında yer alan “Az Fosforlu” ( < 8 ppm P) arazilerden
alınan toprak örneklerinin mikro element içeriklerine ait tanımlayıcı
istatistik parametreleri ……….. 54 Çizelge 4.26. Çalışma alanında yer alan “Yeterli Fosforlu” (8–25 ppm P)
arazilerden alınan toprak örneklerinin mikro element içeriklerine ait
tanımlayıcı istatistik parametreleri ……….. 54 Çizelge 4.27. Çalışma alanında yer alan “Fazla Fosforlu” (25–80 ppm) arazilerden
alınan toprak örneklerinin mikro element içeriklerine ait tanımlayıcı
istatistik parametreleri ………... 54 Çizelge 4.28. Çalışılan mikro elementlerin uzaysal modellemelerinden elde edilen
parametreler ………... 57
ŞEKİLLER DİZİNİ
Şekil Sayfa
Şekil 2.1 Topraklarda çözelti Fe konsantrasyonunu kontrol eden yaygın demir
mineralleri ………. 7 Şekil 2.2. Diğer katyonlara göre, toprak çözeltinde Fe konsantrasyonu üzerinde
pH'nın etkisi ……….. 7 Şekil 2.3. Toprak pH'sının, çözelti toplam demir konsantrasyonu ve bitkiler
tarafından gereksinilen Fe miktarı ile olan ilişkisi üzerine etkisi ………. 8 Şekil 2.4. Topraklarda bulunan yaygın çinko minerallerinin çözünürlükleri ….. 10 Şekil 2.5. Toprak çözeltisinde yaygınca bulunan ve toprak pH’sınca etkilenen Zn
formları ……… 11 Şekil 2.6. Topraklarda yaygınca bulunan Cu minerallerinin çözünürlükleri …... 13 Şekil 2.7. Toprak çözeltisinde yaygınca bulunan ve pH tarafından etkilenen Cu
formları ……….. 13 Şekil 2.8. Fe(OH)3 yüzeyindeki OH'in Cu elementini kimyasal sorpsiyonu …... 14 Şekil 2.9. Organik madde ile Cu elementinin kompleks oluşturma düzeneği …. 15 Şekil 2.10. Kil-Organik madde-metal (M) kompleksinin şematik diyagramı …... 15 Şekil 2.11. İyi havalanan topraklarda yaygınca bulunan Mn minerallerinin
çözünürlükleri ………... 16 Şekil 2.12. Toprak çözeltisinde en çok bulunan ve pH tarafından etkilenen Mn
formları ……….. 17 Şekil 2.13. Şelatlı mikro elementlerin (M) topraklarda dolaşımı ………... 18 Şekil 3.1. Çalışma alanı ve örnekleme noktaları ……….. 27 Şekil 4.1. 2006-Kasım ve Aralık döneminde toprak örneklemesi anında örnek
alınan noktaların arazi kullanımı ………... 42 Şekil 4.2. Çalışma alanındaki mevcut mera alanları ve meralardaki örnek noktaları 46 Şekil 4.3. DTPA ile ekstrakte edilebilir Fe içeriği değerlerine ait histogramlar …. 56 Şekil 4.4. DTPA ile ekstrakt edilebilir demir içeriği değerlerinin uzaysal analizinde
elde edilen üssel model ve çapraz doğrulama saçılım grafiği ……. 58 Şekil 4.5. DTPA’da ekstrakte edilebilen Fe içeriğinin Kazova’da dağılımı ……... 59 Şekil 4.6. DTPA ile ekstrakte edilebilir Zn içeriği değerlerine ait histogramlar … 60 Şekil 4.7. DTPA ile ekstrakte edilebilir çinko içeriği değerlerinin uzaysal
analizinde elde edilen üssel model ve çapraz doğrulama saçılım grafiği ……. 60 Şekil 4.8. DTPA’da ekstrakte edilebilen Zn içeriğinin Kazova’da dağılımı …….. 61 Şekil 4.9. DTPA ile ekstrakte edilebilir Cu içeriği değerlerine ait histogramlar … 62
Şekil 4.12. DTPA ile ekstrakte edilebilir Mn içeriği değerlerine ait histogramlar . 64 Şekil 4.13. DTPA ile ekstrakte edilebilir mangan içeriği değerlerinin uzaysal
analizinde elde edilen üssel model ve çapraz doğrulama saçılım grafiği …… 64 Şekil 4.14. DTPA’da ekstrakte edilebilen Mn içeriğinin Kazova’da dağılımı … 65 Şekil 4.15. DTPA ile ekstrakte edilebilir Cd içeriği değerlerine ait histogram ….. 66 Şekil 4.16. DTPA ile ekstrakte edilebilir kadmiyum içeriği değerlerinin uzaysal
analizinde elde edilen üssel model ve çapraz doğrulama saçılım grafiği ……. 66 Şekil 4.17. DTPA’da ekstrakte edilebilen Cd içeriğinin Kazova’da dağılımı …… 67 Şekil 4.18. DTPA ile ekstrakte edilebilir Ni içeriği değerlerine ait histogramlar ... 68 Şekil 4.19. DTPA ile ekstrakte edilebilir nikel içeriği değerlerinin uzaysal
analizinde elde edilen üssel model ve çapraz doğrulama saçılım grafiği ……. 68 Şekil 4.20. DTPA’da ekstrakte edilebilen Ni içeriğinin Kazova’da dağılımı ……. 70
ÖZET
Yüksek Lisans Tezi
KAZOVA TOPRAKLARININ MİKROELEMENT İÇERİKLERİNİN
MESAFEYE BAĞLI DEĞİŞİMİN ANALİZİ ve BAZI TOPRAK
ÖZELLİKLERİ ARASINDAKİ İLİŞKİLER
YASİN YILDIZ Gaziosmanpaşa Üniversitesi
Fen Bilimleri Enstitüsü
Toprak Bilimi ve Bitki Besleme Ana Bilim Dalı Danışman: Doç. Dr. Hikmet GÜNAL
Mikro elementlerin mesafeye dağılımlarının analiz edilerek haritalanmaları, bir alanda eksikliklerinin tespit edilmesi kadar birikimlerinin belirlenmesi açısından da oldukça önemlidir. Bu çalışmanın amacı, Kazova topraklarının mikro elementlerinden bir kısmının mesafeye bağlı değişkenliklerinin analiz edilmesi, değerlendirilmesi ve diğer toprak özellikleri ile ilişkilerinin araştırılmasıdır. Kazova, Orta Karadeniz Bölgesinde yer alan bölge için önemli bir tarımsal üretimi merkezidir. Kazova tarımındaki hızlı gelişme ile beraber Toprak mikro elementlerinin amenajmanı üretimin ve insan sağlığının sürdürülebilirliği için daha önemli bir hal almıştır. Toprakların mikro element içeriklerinin mesafeye bağlı analizlerine ait bölgede ve ülkede yapılmış olan çalışmaların sayısı oldukça azdır. Çalışmada, toprakların DTPA ile ekstrakte edilebilir demir (Fe), çinko (Zn), bakır (Cu), mangan (Mn), kadmiyum (Cd) ve nikel (Ni) içerikleri belirlenmiştir. Çalışma alanı bir bütün olarak ve ayrıca ana materyal ve arazi kullanımı şeklinde gruplara ayrılarak da verilerde istatistiksel değerlendirmeler yapılmıştır. Mikro elementlerin yarayışlılığına etki eden, organik madde, kireç ve yarayışlı fosfor içerikleri açısından da veriler daha homojen gruplara ayrılmış ve veri değerlendirilmesi yapılmıştır. Tüm alanda değişkenliğin en fazla olduğu mikro element Zn iken en düşük değişkenlik Cd’da çıkmıştır. Sağ sahilde yer alan ve serpantinik koluviyal depozitler üzerinde gelişmiş olan toprakların Ni içerikleri tüm alana (2.30 ppm ve 1.40 ppm) göre yaklaşık 2 kat yüksek çıkmıştır. Organik madde içeriğindeki artışla beraber Cu, Fe, Cd ve Ni elementlerinin konsantrasyonlarının da belirgin bir şekilde arttığı görülmüştür. Organik madde içeriği ile Fe, Cu, Cd ve Ni içerikleri arasında önemli düzeyde pozitif bir korelasyon (P<0.01) tespit edilmiştir. Kadmiyum elementinin incelenen tüm kimyasal özelikler ile pozitif bir korelasyona sahip olduğu gözlemlenmiştir. Çalışılan örneklerden Fe kuvvetli bir uzaysal bağımlılık gösterirken, Zn, Cu, Mn, Cd ve Ni orta düzeyde uzaysal bağımlılık gösterdiği belirlenmiştir. Ortalama mikro element değerleri bitkiler için yeterli görünse de oluşturulan haritalarda noksanlığın ve toksik düzeyde fazlalığın olduğu lokasyonlarda tespit edilmiştir. Özelikle Cd ve Ni konsantrasyonlarının yüksek olduğu alanlarda daha detaylı çalışmalar yapılmalı ve toprak, bitki ve sudaki konsantrasyonları sürekli olarak izlenmelidir.
Anahtar Kelimeler: Demir, Bakır, Çinko, Mangan, Kadmiyum, Nikel, Jeoistatistik,
Mikro element
ix
SPATIAL VARIABILITY OF MICRONUTRIENT
CONCENTRATIONS OF KAZOVA SOILS AND RELATIONSHIP
BETWEEN SOME SOIL PROPERTIES
YASİN YILDIZ
Gaziosmanpaşa University
Graduate School of Natural and Applied Sciences Department of Soil Science and Plant Nutrition
Supervisor: Assoc. Prof. Dr. Hikmet GÜNAL
Spatial analyses and mapping of micronutrients are important to determine both deficiencies and accumulations. Spatial variability and evaluation of soil micronutrient status and relationships between micronutrient and other soil characteristics of Kazova Plain are the objectives of the study. Kazova plain located in mid-Black Sea region is a key agriculture production area of the region. With the rapid development of agriculture in Kazova, the management of soil micronutrients is of increasing concern to sustain crop productivity and human health. Studies on spatial analyses of soil-available micronutrients in the study region as well as in the country are not quite rare. In this study, iron (Fe), zinc (Zn), cupper (Cu), manganese (Mn), cadmium (Cd), nickel (Ni) concentrations extracted by DTPA of soil samples were studied. Statistical evaluation of the data obtained was performed dividing the whole area in groups based on parent materials and land use types. Soil samples were also separated into homogenous groups based on organic matter, plant available phosphorus and calcium carbonate contents. The greatest variability within the whole study area was obtained for Zn and the lowest variability was obtained for Cd. Nickel concentration (2.30 ppm) of soils formed over serpentinite colluvial parent materials was almost two fold over as compared to the Ni concentration (1.40 ppm) of study area. The concentrations of Cu, Fe, Cd and Ni were prominently increased with increasing organic matter content and a statistically significant correlation (P<0.01) was obtained between organic matter and Fe, Cu, Ni and Cd contents. Cadmium had a positive correlation with the all chemical soil characteristics evaluated. Iron had a strong spatial dependency among all micro elements and Zn, Cu, Mn, Cd and Ni had moderate spatial dependency. Although average micro element contents indicate no deficiency in the study area, krigged maps of micro elements clearly show toxic and deficient locations within the study area. Cadmium and Ni concentrations of soils, plants and water should be monitored in locations where the threshold concentrations of Cd and Ni were exceeded.
Keywords: İron, Cupper, Zinc, Manganese, Cadmium, Nickel, Geostatistics, Micro
1. GİRİŞ
Bir organizmanın gelişimi ve enerji kaynağı olarak ihtiyaç duyduğu kimyasal maddelere “besin” adı verilmektedir. Bitkiler, hayvanlar ve insanlardan farklı olarak temelde inorganik özellikteki maddeleri besin kaynağı olarak kullanabilmekte ve inorganik maddeleri sentezlemek suretiyle hayatsal faaliyetlerini devam ettirmektedir. Bitkilerin 40–50 element içerdiği bilinmekle birlikte, bunların 16 tanesi büyüme için mutlak gereklidir. Geriye kalan elementlerin çoğunun bitki metabolizması için bilinen özel bir fonksiyonu yoktur. Makro besin elementleri, mikro besin elementlerine göre bitkiler tarafından daha fazla miktarda ihtiyaç duyulan besin elementleridir. Mikro besin elementleri grubuna giren elementlere bitkilerin ihtiyacı çok azdır ve bitki bünyesinde oldukça düşük miktarlarda bulunurlar (Altınbaş ve ark., 2004).
Mikro elementlerin ve ağır metallerin tarımsal üretim yapılan arazilerdeki doğal konsantrasyonları asıl olarak ana materyallerinin bileşimine bağlıdır (Nan ve ark., 2002; De Temmerman ve ark., 2003). Bununla birlikte, bu elementlerin toprakta zenginleşmesinde tarımsal uygulamaların önemli katkısı bulunmaktadır (Mantovi ve ark., 2003). Bu gibi durumların olduğu çevre koşullarında, topraklara insan kaynaklı metallerin katkısı litolojik katkıdan çok daha fazla olabilmektedir (Liu ve ark., 2005). Jeolojik materyal üzerine iklim, bitki örtüsü ve zamanın farklı topografyalarda etkisi sonucu bir takım özellikleri birbirlerinden farklı olan topraklar oluşmaktadır. Toprakların her biri farklı karakteristik ve teşhis edici özelliklere sahip horizonları oluşturmaktadırlar. Topraklar, horizonların fiziksel ve kimyasal özellikler bakımından farklılık göstermesinden dolayı dikey yönde değişiklik göstermektedir. Toprakların yatay yönde değişiklik göstermesinin temel nedenleri iklim, ana materyal, topografya ve bitki örtüsü gibi etmenlerin bölgesel değişikliklerindendir . Bazı durumlarda, arazide birkaç metrelik mesafe içerisinde dahi birçok fiziksel ve kimyasal özelliğin değiştiğini görmek mümkündür. Toprak özelliklerinin değişkenlik göstermesi, bir arazide aynı tarımsal uygulama sonucunda bitkisel ürününün arazinin değişik yerlerinde farklılaşmasının en temel nedenlerindendir. Toprak özelliklerinin arazide homojen bir
şekilde dağılım göstermiyor olması arazi çalışmalarının sonuçlarını çok önemli biçimde etkilemektedir (Van Es ve ark., 1999).
Doğal toprak oluşumuna ilaveten insan aktivitelerinin farklı mekânsal ve zamansal ölçeklerde etkilerinin sonucu da topraklar değişkenlik gösterirler. Bu değişkenlik çoğunlukla toprak oluşumu sonucu ortaya çıkan değişkenliğin tanımlandığı toprak etüd ve haritalama çalışmaları ile üretilen farklı ölçeklerdeki toprak haritalarında yansıtılmamaktadır (Akbaş ve Yıldız, 2004). Su ve rüzgâr erozyonu ile toprakların taşınması ve biriktirilmesinin toprak özelliklerinin arazide çok kısa mesafede değişkenlik göstermesine neden olduğu rapor edilmektedir. Çalışma alanı olan Kazova, yer çekimi etkisi ile eğimli arazilerin eteklerinde biriktirilmiş materyaller ile Yeşilırmağın uzun yıllar depoladığı aluvyonlar üzerinde oluşan topraklardan meydana gelmiştir. Erozyon ve toprak materyalinin depolanması olaylarının doğal süreçleri kesintiye uğrattığı ve değişkenliği arttırdığı belirtilmektedir. Bu nedenle, yerinde oluşmuş toprakların taşınmış materyaller üzerinde gelişmiş topraklara oranla daha az değişken olduğu ifade edilmektedir. İnsan kaynaklı toprak değişkenliği doğal toprak değişkenliğini artırmaktadır (Cassel ve ark., 1986). Bu nedenle, toprağın uzaysal değişkenliğinin belirlenmesi toprak özellikleri ve çevresel faktörler arasında var olan karmaşık ilişkilerin anlaşılması açısından oldukça önemlidir (Goovaerts, 1998).
Bir toprak özelliğinin bir yerdeki bilinmeyen değerini, değerinin bilindiği yakın noktalar yardımı ile tahmin etmemizi sağlayan enterpolasyon, hem örneklenen birim içerisindeki hem de bölgeler arasındaki toprak değişkenliğinden etkilenmektedir. Toprak haritalama birimleri içerisindeki toprak özelliklerinin değişkenliği klasik istatistiksel metotlarla belirlenebilmektedir. Klasik istatistik örneklenen bir değişkenin ortalamasının arazinin her yerinde aynı olduğunu kabul etmektedir. Ancak istatistiksel teorilerdeki son gelişmeler bir değişkenin örneklenen değerleri arasında uzaysal bir ilişkinin olduğunu ve bu ilişkinin sayısallaştırılabileceğini ve daha sonra bu ilişki kullanılarak örneklenmeyen bir noktadaki değeri de tahmin etmenin mümkün olduğunu göstermektedir (Trangmar ve ark., 1985). Klasik istatistiksel yöntemler, örnekler arasındaki bu uzaysal ilişkiyi hesaba katmadıklarından ilgili değişkenin örneklenmeyen bir noktadaki değerini tahmin etmede yetersiz kalmaktadır (Erşahin, 1999).
3
Bu çalışmanın amacı, Kazova sağ sahil ve sol sahil sulama alanları arasında yoğun tarımsal faaliyetlerin yapıldığı toprakların mikro element içeriklerine ait veri tabanının, yoğun arazi örneklemesi ve Coğrafi Bilgi Sistemleri (CBS) yöntemleri kullanılarak hazırlanması ve bu konuda duyulan eksikliklerin giderilmesidir. Çalışma sonucunda, örnekleme yapılan alanda 0–30 cm derinlikten alınan toprakların mikro element içeriklerinin mesafeye bağlı dağılımlarını gösteren haritalar hazırlanmıştır. Çalışmanın amaçlarından bir tanesi ise; çalışma alanından toplanan veriler ve sonuçta hazırlanan haritalar yardımıyla problemli alanların ve problem kaynaklarının belirlenip, alınabilecek tedbirler ve çözümlerin ortaya konulmasıdır.
2. LİTERATÜR ÖZETLERİ
Mikro elementler, bitki bileşiminde ve toprakta makro elementlere oranla çok daha küçük konsantrasyonlarda bulunurlar. Mikro elementler yönünden yetersiz topraklarda yetiştirilen bitkiler, gelişme ve verim bakımlarından, makro elementlerde olduğu gibi noksanlık belirtileri gösterir ve verimde düşüşlere neden olurlar. Makro elementler gibi, mikro elementler de toprakta birincil ve ikincil minerallerin bileşimlerinde, mineral ve organik maddenin yüzeylerinde adsorbe edilmiş formda, organik ve mikrobiyal biyomasın yapısında organik formda ve toprak çözeltisinde iyon formlarında bulunurlar. Toprakta bulunan farklı formlar arasındaki dinamikleri anlamak, mikro element noksanlığı bulunan topraklarda yetişen bitkilerde gözlenen mikro element stresini gidermek ve verimi arttırmak yönünden zorunludur (Güzel ve ark., 2008).
Mikro besin elementlerinin yarayışlılığı toprakta bulunan toplam miktarları ile zayıf bir şekilde ilişkilidir. Toprak pH’sı, organik madde içeriği, besin elementlerinin birbirleri ile olan ilişkisi, bitki çeşidi ve çevresel faktörler mikro besin elementlerinin bitkilere olan yarayışlılıklarına önemli düzeyde etki yapmaktadır. Toprak pH’sının mikro elementlerin dağılımı üzerine etkilerini belirlemek amacıyla yürütülen bir araştırmada, düşük pH’larda Mn, Fe, Cu ve Zn’nun değişebilir ve organik bağlı fraksiyonlarının yüksek pH’dakinden daha fazla olduğu belirlenmiştir (Sims ve Patrick, 1978; Shuman, 1986). Yüzey toprağı Zn ile kirletilerek yapılan bir araştırmada, değişebilir ve organik fraksiyonlara bağlı metallerin (Cd, Zn, Cu ve Pb) diğer fraksiyonlardan yüksek olduğu fakat oransal olarak kristalin Fe oksitler, Mn oksitler ve bakiye fraksiyonların düşük olduğu belirlenmiştir. Aynı araştırmada yüzey toprağa ilave edilen Zn’nun organik fraksiyonlar tarafından çoğunlukla zayıf olarak adsorbe edildiği de ifade edilmiştir (Çağatay, 1967).
Canlılar için hayati öneme sahip bir element çevre kirlenmesi sonucu biraz yüksek dozda alındığı zaman organizma üzerinde toksik etki yapmaktadır. Buna karşılık bazı elementler, yaşamsal önemde olmasalar bile çevre kirlenmesi sonucu canlıların besin zincirlerine geçerek canlı yaşamı ve gelişimini etkilemektedir. Mikro elementlerin toksik olan konsantrasyonları büyük oranda (örn bakır ve diğerleri) genellikle organik
5
ve mineral gübreleme, pestisitlerin uygulanması, sulama suyu gibi çeşitli tarımsal uygulamalardan kaynaklanmaktadır (Romic ve Romic, 2003). Ağır metaller toprağa kimi zaman ağır metal konsantrasyonu yüksek olan sıvı ve katı hayvan gübresinin uygulanması ile de katılabilmektedir (Webber, 1981). Özellikle bakır ve çinko bazı hayvan gübrelerinde oldukça yüksek miktarlarda bulunur ve toprağın bu elementlerce zenginleşmesine de neden olabilmektedir (Mantovi ve ark., 2003). Hayvan gübresinin toprağa uygulanması toprağın redoks potansiyelinin düşmesine yol açar ve buda toprak çözeltisindeki demir, mangan ve fosfor içeriğinin artmasına neden olur. Sonuçta diğer bir çok besin elementinin yarayışlılığı azaltılmış olur (Kashem ve Singh, 2001).
Çoğu topraklarda demir miktarı yüksektir. Toplam Fe miktarı topraklarda ana materyalin özelliğine bağlı olarak % 0.02 ile %10 arasında değişir. Yarayışlı demir miktarının azlığı kimi topraklarda aşırı demir noksanlığına neden olurken çözünebilir demirin fazlalığı da bitkilerde toksik etki görülmesine neden olur (Kacar, 1994). Toprakta bulunan demirin yarayışlılığı üzerine, toprak pH’sı, toprak çözeltisinde ve suyunda bulunan bikarbonat iyonlarının miktarı, ortamda bulunan kalsiyum ve magnezyum karbonatların, PO4–3 iyonlarının ve bakır, mangan, molibden, çinko gibi ağır metallerin miktarları etkili olduğu rapor edilmektedir (Güçdemir, 2006).
Toprak özelliklerinin deneysel olarak belirlenmesi para, işgücü ve zaman gerektirmektedir. Belirli bir alanda çalışılacak olan toprakların fazla değişken olması halinde masraf daha da artmaktadır. Bu durum arazinin bazı noktalarının örneklenerek, daha sonra buradan elde edilen değerlerin kullanılarak örneklenmeyen noktalara ilişkin değerlerin tahmin edilmesini zorunlu kılmaktadır (Mulla ve McBratney, 2000). İlgili parametrelerin uzaysal değişkenliğinin bilinmesi bu amaçla tahminin daha kolay ve doğru yapılmasına olanak sağlar (Upchurch ve Edmonds, 1991). Jeoistatistik, toprakların özelliklerin araştırılmasında ve haritalanmasında son yıllarda yaygın olarak kullanılmaktadır. Ayrıca toprak amenajman pratikleri hakkında çalışmalar yaparken toprak özelliklerinin uzaysal değişkenliklerinin analiz edilmesinde jeoistatistik yöntemlerinden faydalanılmaktadır.
2.1 Mikro Elementlerin Fonksiyonları ve Yarayışlılıklarına Etki Eden Faktörler
2.1.1. Demir (Fe)
Demir, bitki yapraklarındaki yeşil rengi meydana getiren klorofilin teşekkülünde rol oynamaktadır (Pushnik ve Miller, 1989). Demir, bitkilerce Fe+2 ve Fe+3 iyon formlarında absorbe edilmektedir. Demir elementinin kimyasal özellikleri, bu elementi, oksidasyon-redüksiyon reaksiyonlarının önemli bir öğesi durumuna getirmektedir (Güzel ve ark., 2008). Demir, bitkilerde önemli fizyolojik işlevleri olan pek çok biyokimyasal tepkimeleri aktive etmektedir. Protein sentezi üzerinde etkili olan demirin ortamda yeteri kadar olmaması durumunda bitkilerde protein miktarının azaldığı, buna karşılık organik azotlu bileşiklerin miktarının arttığı gözlenmiştir (Kacar ve Katkat, 1998).
Demir elementini içeren yaygın mineraller arasında olivin (Mg,Fe)2Si04, pirit (FeS), siderit (FeC03), hematit (Fe203), götit (FeOOH), magnetit (Fe304) ve limonit [FeO(OH).nH20+Fe203.nH20] bulunmaktadır. Toprak oluşumu sırasında demir ya konsantrasyonunu artırdığından ya da ortamdan kaybolduğundan, bu elementin toprakta bulunan normal konsantrasyonu % 0,7 ile % 55 gibi geniş sınırlar arasında değişmektedir. Topraklarda demirin ortalama % 3,8 düzeyinde bulunduğu öngörülmektedir. Toprakta bulunan demirin çoğu birincil mineraller, kil mineralleri, oksitler ve hidroksitlerin bileşiminde bulunmaktadır. Topraklarda bulunan yaygın Fe minerallerinin çözünürlüğü çok düşük olup, pH'ya bağlı olarak çözeltideki Fe+3 konsantrasyonu yalnız 10-6 M ile 10-24 M Fe+3 arasındadır (Şekil 2.1.1.1). Toprak Fe'i ifadesi, amorf Fe(OH)3 çökeleğini simgelemekte ve bu bileşik, çoğu topraklarda toprak çözeltisi Fe+3 konsantrasyonunu kontrol altında tutmaktadır (Lindsay, 1979a).
Toprak çözeltisindeki toplam Fe konsantrasyonu topraklarda bulunan diğer katyonlarla karşılaştırıldığında, çok düşüktür. İyi drenajlı, havalı topraklarda toprak çözeltisinin Fe+2 konsantrasyonu, çözeltide başat olarak bulunan Fe+3 konsantrasyonundan daha azdır (Şekil 2.1). Toprak su ile doygun duruma getirildiğinde, çözeltideki çözünebilir Fe+2 miktarı önemli düzeyde artmaktadır.
7
Şekil 2.1. Topraklarda çözelti Fe konsantrasyonunu kontrol eden yaygın demir mineralleri (Lindsay, 1979a).
Aşağıdaki eşitlik, Fe+3'ün pH ile ilişkisini, bir diğer deyişle pH'ya bağımlılığını gösterir: Fe(OH)3(toprak) + 3H+ <=< Fe+3 + 3H2O
Toprak çözeltisinde Fe'in çözünürlüğü çok fazlasıyla pH'ya bağlıdır. pH'da her bir birim yükselme olduğunda, Fe+3 iyonlarının çözünürlüğünde, 1000 kat azalma olmaktadır. Aksine, pH'da her bir birim yükselmede, Fe+2 konsantrasyonunda 100 kat düşme olmaktadır; bu davranış diğer iki değerli metal katyonların toprakta davranışına benzemektedir (Lindsay, 1981) (Şekil 2.2).
Şekil 2.2. Diğer katyonlara göre, toprak çözeltinde Fe konsantrasyonu üzerinde pH'nın etkisi (Lindsay, 1981).
Topraklarda normal pH'nın üzerinde, bitkilerin gereksinim duyduğu Fe miktarını karşılamak için, çözeltinin toplam Fe içeriği, pH'sı yüksek olan topraklarla kireçli topraklara göre, Fe noksanlıklarının daha az görüldüğü asit reaksiyonlu topraklarda bile, toplam Fe içeriği yeterli olmamaktadır (Şekil 2.3) (Lindsay, 1974).
Şekil 2.3. Toprak pH'sının, çözelti toplam demir konsantrasyonu ve bitkiler tarafından gereksinilen Fe miktarı ile olan ilişkisi üzerine etkisi (Lindsay, 1974).
2.1.2. Çinko, Zn
Çinkonun bitki gelişimi için mutlak gerekli bir besin elementidir. Bununla birlikte, ülkemizde yürütülen çalışmalar, topraklarımızın yaklaşık % 50’sinde çinko seviyesinin bitkiler için kritik seviye olarak kabul edilen 0,05 ppm’in altında olduğunu göstermektedir (Eyüpoğlu ve ark., 1996). Udo ve ark. (1970), kireçli alkalin topraklarda çinkonun, toprak kompleksleri ve karbonatlara güç çözünen bileşikleri oluşturduğunu ve böylece yarayışlığının azaldığını ileri sürmüşlerdir. Ayrıca bazı bitki besin maddelerini çinkonun yarayışlılığını sınırlandırdığını göstermektedir. Champ ve Fudge (1945) toprağa artan miktarlarda verilen azotun çinko noksanlığına yol açtığını rapor etmektedir. Öte yandan Gilbey ve ark. (1970) yaptıkları bir seri araştırma sonunda, toprağa gereğinden fazla verilen çinkonun, bakır noksanlığına neden olduğunu saptamışlardır. Benzer bir ilişki Zn ile Fe arasında da saptanmıştır (Watanabe ve ark., 1965).
9
Toprak pH’sı yükseldikçe çinkonun yarayışlılığı da düşmektedir. Alkali topraklarda çinkonun yarayışlılığının düşmesi, kesin olmamakla beraber çinkonun çinko hidroksit şeklinde çökelmesi ile açıklanabilmektedir. Asit tepkimeli topraklarda yapılan kireçlemeden hemen sonra çinkonun yarayışlılığının azalması ile karşılaşılmaktadır. Bu durum, toprak pH’sındaki artışa bağlı olarak Zn2+’nun çözünürlülüğün azalması ve kireçleme materyalindeki CaCO3 parçacıkları üzerinde adsorbe edilmesi ile açıklanmaktadır (Tisdale ve Nelson, 1993).
Bitkiler toprak çözeltisinde çözünmüş şekilde bulunan Zn2+ olmak üzere değişim komplekslerinde adsorbe edilmiş ve toprak çözeltisinde ya da toprağın katı fazında organik kompleks oluşturmuş Zn2+’dan yararlanmaktadırlar (Kacar ve Katkat, 1998). Zn noksanlığı çeken bitkilerde, gelişme hormonu üretiminin azaltılmış olması, boğum aralarının kısalmasına ve yaprakların normal büyüklüğe göre, daha küçük olmasına neden olmaktadır.
Çinko noksanlığı, dünyada yaygın olarak bulunmakta olup, özellikle çeltik üreten Asya ülkelerinde çok fazlasıyla gözlenmektedir. Zn noksanlığı çoğunlukla asit kumlu topraklar (toplam Zn içerikleri düşük), nötr ve bazik reaksiyonlu özellikle kireçli topraklar, ince kil ve silt içerikleri fazla olan topraklar, yararlı fosfor içeriği fazla olan topraklar, kimi organik topraklar, arazi düzleme işlemi sonucu yüzeye çıkmış alt topraklar ve rüzgar ve su erozyonuna uğramış topraklarda gözlemlenmektedir (Güzel ve ark., 2008).
Litosferin çinko içeriğinin yaklaşık 80 ppm dolayında olduğu öngörülmektedir. Bu elementin topraklarda toplam içeriğinin 10 ile 300 ppm arasında değiştiği ve ortalama Zn'nun 50 ppm dolayında bulunmaktadır. Toprakta toplam Zn miktarı, bu elementin bitkilere yarayışlılık düzeyi bakımından diğer elementlerde de olduğu gibi bir ölçüt değildir. Püskürük kayalar, tortul kayalar, kireçtaşı ve kumtaşı ortalama olarak sırayla 70, 95, 20 ve 16 ppm toplam Zn içermektedir. Zn elementini içeren başlıca mineraller franklenit (ZnFe2O4), smitsonit (ZnCO3) ve villemit (Zn2SiO4)'dir (Şekil 2.4). Topraklarda bulunan Zn'lu minerallerin çözünürlüğü, çoğunlukla toprak Zn'sunun çözünürlüğüne benzerdir (Lindsay, 1979a).
Şekil 2.4. Topraklarda bulunan yaygın çinko minerallerinin çözünürlükleri (Lindsay, 1979a).
Toprak çözeltisinde Zn’nun ölçülen miktarlarının çok düşük olduğu bildirilmektedir. Çeşitli bölgelerde ve topraklarda ölçülen Zn konsantrasyonlarının 2 ile 70 ppm arasında olduğunu rapor etmektedir. Zn ölçümlerinin yapıldığı bu topraklarda, toprak çözeltisinde ölçülen Zn'nun ortalama olarak % 50'sinin organik madde ile kompleks yapmış olduğunu belirlemektedir. Çinkonun topraklarda okside olmuş formu çoğunlukla Zn+2’dır. pH < 7.7'nin altında, çinkonun hidrolize olmuş çeşitli formları bulunmaktadır ve bunlardan Zn+2 başat konsantrasyonda bulunan formdur. pH<7.7'nin yukarısında bulunan topraklarda çinko çoğunlukla ZnOH+ olarak bulunmaktadır (Şekil 2.4). Çinkonun çözünürlüğü fazlasıyla pH'ya bağlı olup, artan her bir pH birimi için, bu elementin çözünürlüğü 100 kat azalmaktadır (Şekil 2.5). Bu önemli kuramsal ilişki, araştırıcılar tarafından geliştirilmiş bulunan aşağıdaki eşitlikle gösterilmektedir:
Toprak-Zn + 2 H+ 2Zn++
pH 5 ile 7 arasında, tipik olarak artan her bir pH birimi için, toprak çözeltisinde Zn konsantrasyonunun 30 kez azalmasının, araştırmalarda gözlenmiş olduğu bildirilmektedir (Lindsay, 1979a).
11
Şekil 2.5. Toprak çözeltisinde yaygınca bulunan ve toprak pH’sınca etkilenen Zn formları (Lindsay, 1979).
2.1.3 Bakır (Cu)
Bakır bitkiler tarafından çok az miktarda kullanılmaktadır. Birçok bitkinin bakır kapsamı kuru maddede 2 ile 20 ppm arasındadır (Aktaş ve Ateş, 1998). Pratikte bitkilerde bakır noksanlığına ülkemiz koşullarında pek rastlanımamaktadır. Türkiye topraklarının yarayışlı bakır kapsamı kritik değer olarak kabul edilen 0,2 mg kg-1‘ın üzerindedir (Eyüpoğlu ve ark., 1996). Topraklarda bakırın yarayışlılığını etkileyen faktörler arasında toprağın organik madde kapsamı, toprağın pH’sı ve toprakta demir, mangan ve alüminyum gibi metalik iyonların varlığı büyük önem taşımaktadır (Aydeniz ve Brohi, 1991). Bakır noksanlığı organik maddece zengin topraklarla ve bakır içeriği düşük kaba tekstürlü kireçli topraklarda yetişen bitkilerde görülmektadir. Ancak genelde bitkilerin çok düşük düzeyde olan bakır ihtiyaçları toprakta bulunan bakıra ilaveten zirai mücadele ilaçları ve kullanılan diğer ticari gübreler ile hayvan gübrelerinin içerdikleri bakır ile karşılanabilmektedir (Aktaş ve Ateş, 1998). Özelliklerinden dolayı, bitki beslenmesi için zorunlu olan bakır elementi, bitkiler tarafından Cu iyonu (Cu+2) formunda alındığı gibi doğal veya sentetik organik komplekslerin bir içeriği veya komponenti olarak da absorbe olunabilmektedir (Güzel ve ark., 2008).
Bakır toksisitesi yaygın değildir; ancak bakır yararlılığının doğal olarak yüksek düzeylerde bulunduğu sınırlı alanlarla lağım çamuru, şehir kompostları, domuz ve kümes hayvanları dışkıları, maden ocağı artıkları ya da atıkları ile bordo-bulamacı, CuSO4 ve bakır klorid gibi maddelerin yinelenerek kullanılmasından sonra topraklarda bakır toksisitesi görülmektedir. Cu elementinin yerkabuğundaki konsantrasyonu ortalama olarak yaklaşık 55–70 ppm‘dir. Püskürük kayaların Cu içeriği 10-100 ppm arasında bulunmasına karşılık, tortul kayalarda 4-45 ppm arasındadır. Topraklarda Cu içeriğinin 1 ile 40 ppm arasında olduğu görülmekte ve ortalama bu değer 9 ppm olarak belirlenmektedir, Cu mikarı 1-2 ppm'e düşen topraklar bakır yönünden noksan topraklardır (Güzel ve ark., 2008).
Malakit [Cu2(OH)2CO3) ve kuprik ferrit (CuFe2O4) Cu içeren önemli birincil minerallerdir . İkincil Cu mineralleri arasında oksitler, karbonatlar, silikatlar ve kloritler sayılmaktadır; ancak bu minerallerin çoğu çözünememeye karşı çok dayanıklı değildirler. Toprak Cu'ı olarak anılan ya da gösterilen Cu eğrisi, çoğu topraklarda kolay çözünebilir Cu olup, bu, CuFe204 bileşiğine çok yakındır (Lindsay, 1979a) (Şekil 2.6). Toprak çözeltisinde bulunan Cu konsantrasyonu çoğunlukla çok düşük olup, bu, 0.6-63 ppb (milyarda kısım) (10-8 -10-6 M) arasında değişir (Şekil 8). pH'nın <7 bulunduğu ortamlarda iki değerli (Cu+2), başat olarak bulunan iyon türüdür. pH'nın 6.9'dan ya da <7.0'den yukarıda bulunduğu ortamda Cu(OH)20, çözeltide bulunan Cu formudur. Cu iyonlarının hidroliz reaksiyonları aşağıdaki eşitliklerde olduğu gibidir:
Cu++ + H20 <=< CuOH+ + H+ CuOH+ + H20 <=< Cu(OH)20 + H+
Cu+2'ın çözünürlüğü fazlasıyla pH'ya bağlı olup, pH'da her bir birim düşme ile, Cu çözünürlüğü 100 kat artma göstermektedir (Şekil 2.7).
13
Şekil 2.6. Topraklarda yaygınca bulunan Cu minerallerinin çözünürlükleri (Lindsay, 1979a).
Şekil 2.7. Toprak çözeltisinde yaygınca bulunan ve pH tarafından etkilenen Cu formları (Lindsay, 1979a).
Cu+2 iyonu ve kimyasal olarak tabakalı- silikatli killer, organik madde ile Fe, Al ve Mn oksitlerce adsorbe edilmektedir. Pb++ dışında, iki değerli bütün metal katyonlar arasında Cu+2, Fe ve Al oksitlerin yüzeyinde en kuvvetli tutulan bir iyondur. Oksitler tarafından Cu'ın adsorpsiyon düzeneği, kil minerallerinin katyon değişim noktalarında Cu+2'ın elektrostatik çekimine benzeyip, söz konusu oksitlerin yüzeyinde Cu-O-AI ve Cu-O-Fe yüzey oluşumları biçimindedir (Şekil 2.8). Bu kemisorpsiyon veya kimyasal adsorpsiyon süreci, yüzeylerde bulunan OH- gruplarının miktarınca kontrol edilmektedir (Güzel ve ark., 2008).
Şekil 2.8. Fe(OH)3 yüzeyindeki OH'in Cu elementini kimyasal sorpsiyonu.
Toprak pH'sının yükselmesi ile Cu+2 adsorpsiyonu artar: Bunun nedenleri; 1) Kil ve organik madde yüzeylerinde artan pH bağımlı değişim noktaları, 2) H+ iyonu ile yarışmanın azaltılmış olması, 3) Çözeltideki Cu'ın hidroliz durumunda bir değişmenin olmasıdır. pH yükseldikçe katyon değişim noktalarında tutulmuş Cu'ın hidrolizi, değişebilir Cu'ı azaltır ve kimyasal olarak tutulan Cu miktarını artmasına neden olmaktadır (Örneğin, H+ iyonunun azalması, Şekil 2.8'deki gibi dengeyi sağa doğru çevirmektedir).
Toprak bakırının önemli bir bölümü hapsedilmiş veya kil mineralleri ve Fe-Al oksitler gibi çeşitli minerallerin yapıları içinde yer alır. Kristal yapılı silikat killerinin oktahedral pozisyonlarında bulunan bir katyonla Cu izomorfik değişim yapma yeteneğindedir. Ayrıca kurak bölgelerin topraklarında CaC03 ve MgC03'ın ve asit bölgelerde Al(OH)3 ve Fe(OH)3 bileşiklerinin bileşimlerindeki yabancı maddelerin içeriğinde yer almaktadır.
Organik yüzey topraklarında çözünebilir Cu'ın çoğu organik maddeye, diğer mikro elementlerden çok daha kuvvetli olarak bağlıdır. Bakır iyonu doğrudan doğruya iki yada daha fazla sayıda organik fonksiyonel gruplara, daha çok karboksil ve fenol gruplarına bağlanmaktadır (Şekil 2.9). Humik ve fulvik asitler, özellikle karboksil (COOH) grupları, Cu için çeşitli bağlayıcı noktalar taşımaktadır; bunlar; mineral toprakların çoğunda organik madde ilk olarak kil mineralleri ile kompleks yaparak muhtemelen, kil-metal-organik kompleks oluşturmaktadır (Stevenson ve Fitch, 1972). Şekil 2.10'da şematize edildiği gibi, mineral toprakların çoğunda, organik maddenin kil
15
ile etkileşimi sonucu, bakır kompleksinin oluşumu için nasıl bir organik yüzey oluştuğunu göstermektedir.
Şekil 2.9. Organik madde ile Cu elementinin kompleks oluşturma düzeneği (Stevenson ve Fitch, 1972)
Şekil 2.10. Kil-Organik madde-metal (M) kompleksinin şematik diyagramı (Stevenson ve Fitch, 1981)
Bakır yarayışlılığının düşük bulunduğu (örneğin yüksek pH) koşullarda, toprak çözeltisinde organik-Cu kompleksleri bulunmasının, bitkilerin Cu alımında yardımcı olduğu kabul edilmektedir (Stevenson ve Fitch, 1981). Araştırıcıların önerisine göre, % 8 toprak organik madde düzeyine dek, hem organik ve hem de mineral yüzeyler, Cu adsorpsiyonu yaparlar, buna karşın organik madde oranı daha yüksek düzeylerde bulunan topraklarda, bakırın bağlanması çoğunlukla organik yüzeylerde görülmektedir.
Benzer kil ve organik madde içerikleri bulunan topraklarda organik maddenin, organik-Cu kompleksi oluşturmasına katkısı, kaolinitin başat kil mineral olması durumunda en fazla olmasına karşılık, başat kil mineralinin smektit olması durumunda ise en az düzeydedir (Güzel ve ark., 2008).
2.1.4. Mangan (Mn)
Toprakların mangan toplam kapsamları öteki bitki besin maddelerine göre olağanüstü geniş sınırlar arasında değişik göstermektedir. Toplam mangan topraklarda <20 mg/g ile 3000 mg/g arasında değişiklik göstermektedir (Krauskopf, 1972). Mangan, bitkiler tarafından Mn+2 iyonu formunda absorbe olunduğu gibi, birtakım organik moleküllerle yaptığı moleküler doğal organik ve sentetik kompleksler bileşiminde de alınabilmektedir (Güzel ve ark., 2008).
Yerkabuğunda Mn konsantrasyonu ortalama olarak 1000 ppm'dir. Yaygınca bir dağılım gösteren bu element bir çok kaya çeşidinde özellikle Fe-Mg içeren birincil minerallerde bulunmaktadır. Birincil kayaların ayrışması sonucu serbest duruma gelen Mn, O2, CO3 ve SiO2 ile bileşerek çok sayıda ikincil minerallerin oluşmasına neden olmaktadır, bu mineraller arasında pirolusit (MnO2)3 hausmannit (Mn3O4), ve Manganit (MnOOH) sayılabimektedir. Doğada en bol bulunan mangan mineralleri, manganın oksitleri olup, bunlar pirolusit ve manganittir (Şekil 2.11).
Şekil 2.11. İyi havalanan topraklarda yaygınca bulunan Mn minerallerinin çözünürlükleri. (Lindsay, 1979a).
17
Topraklarda manganın toplam miktarları genellikle 20-3000 ppm arasında olup, bunun ortalama miktarı yaklaşık 600 ppm'dir. Topraklarda normal olarak bulunan Mn formları çeşitli oksitler ve hidroksitlerdir; bu bileşikler toprak parçacıkları üzerinde ince kaplama filmleri, ya da çatlaklarda, damarlarda birikintiler olarak ya da demir oksitler ve nodüller içindeki diğer toprak öğeleri ile karışık olarak bulunmaktadır. Bireysel kristalitler küçük olup, bunların yüzey alanları geniştir. Mangan elementinin toprak çözeltisinde bulunan temel iyon formu Mn+2 olup, bu iyonun konsantrasyonu diğer 2 değerli metal katyonların davranışlarında olduğu gibi, pH da artan her bir birime karşı 100 defa azalmaktadır (Şekil 2.12). Toprak çözeltisinde Mn+2 iyonunun konsantrasyonu başat olarak MnO2 bileşiğince kontrol edilmektedir (Şekil 2.11). Mn+2 iyonunun asit ve nötr toprakların çözeltilerindeki konsantrasyonu genellikle 0.01-1 ppm sınırları arasında olup, bu Mn formunun yaklaşık % 90 kadarı organik- Mn kompleksi formundadır. Fe elementi için de tanımlandığı gibi, bitkilerin kök yüzeylerine esas olarak şelat-Mn kompleksi olarak yayınma ile taşınan Mn elementi, Mn+2 elementi olarak absorbe edilmektedir (Şekil 2.13) (Lidsay, 1979b).
Şekil 2.12. Toprak çözeltisinde en çok bulunan ve pH tarafından etkilenen Mn formları (Lindsay, 1979a).
Şekil 2.13. Şelatlı mikro elementlerin (M) topraklarda dolaşımı (Lidsay, 1979b).
Asit pH ve düşük-redoks koşullarının bulunduğu topraklarda toprak çözeltisinin Mn+2 konsantrasyonu fazlasıyla artırılmaktadır. Aşırı düzeyde asit toprak koşullarında, duyarlı bitki türlerinde toksisite sorunlarına neden olacak düzeylerde Mn+2 çözünürlüğü artabilmektedir (Şekil 2.12). Böyle bir toprakta kireçlemenin verimi artırdığı ve bitki dokusunda Mn konsantrasyonunu düşürdüğü de bildirilmektedir (Lindsay, 1979a). Aşırı asit koşullarda Mn+2 çözünürlüğü oldukça fazla olup, bu duyarlı bitki türlerinde toksisite sorununa neden olabilecek düzeydedir. Mn+2, devinimi nedeniyle, özellikle asit podzollerden kolayca yıkanarak azalmaktadır. Yetersiz drenajlı mineral ve organik topraklarda sık sık Mn noksanlığının görülmesi, çözünebilir Mn+2'nın bu topraklardan çoğunlukla fazlasıyla yıkanması sonucu, bu elementin düşük konsantrasyonda bulunmasına bağlanmaktadır (Güzel ve ark., 2008).
2.1.5. Ağır Metaller
Çevre kavramını oluşturan üç ana unsur; su, hava ve topraktır (Lanouette, 1997). İnsanlar yaşamsal aktiviteleri için gereksinimlerini bu unsurlardan karşılamaktadırlar (Dudal, 2006). Çevreden alınıp değiştirilerek çevreye geri verilen parametreler, çevre kavramını oluşturan unsurların tolere etme sınırını aşarsa “Çevre Kirliliği” ortaya çıkmaktadır (Duvick, 1996). Çevre sorununa endüstrinin katkısı giderek artmakta ve daha karmaşık yapıya bürünmektedir (Friedland, 1990). Bu nedenle, kirliliği tanımlamak için şimdiye kadar kullanılan klasik parametreler yetersiz kalmaktadır.
19
Öncelikli kirleticiler olarak adlandırılan bir grup parametre çevre kirliliği kontrolünde her geçen gün daha fazla ağırlık kazanmaktadır (Smith ve Cade-Menun, 2006). Önceleri doğal yapıya ters düşmeyen organik kirliliğe oranla, yeni üretilen kalıcı maddelerin oluşturduğu “Toksik Kirlilik” ön plana geçmektedir (Şengül ve Müezzinoğlu, 1993). Çevrede bulunabilecek her türlü madde belli bir konsantrasyonun üzerinde tüm organizmalar için zararlı olmaktadır (Banerjee ve ark., 1997). Bununla birlikte canlı yaşamı için belli miktarlarda alınmaları da gereklidir (Ouzounidou, 1994). Toksik maddeler, su ve toprak ortamında düşük derişimlerde bile canlı organizmalara zarar verebilmekte ve hatta ölümlerine neden olabilmektedirler (Sharma ve Forster, 1994). Çok az miktarlarda bile zararlı olabilen bu maddeler arasında en önemli grubu “Ağır Metal” olarak adlandırılan Sb, Ag, As, Be, Cd, Cr, Pb, Mn, Hg, Ni, Se, Te, U, V, Zn ve Cu gibi elementler oluşturmaktadır (Aksoy ve ark., 1999). Kirlenmenin başlangıcındaki dönemlerde, ağır metaller daha ziyade toprakta bulunurken, zamanla kirlenme arttıkça topraktaki ağır metallerin bitkiler tarafından alınmasında da artış görülmektedir. Topraktaki birçok faktör, pH, toprak yapısı, toprağın organik madde içeriği ve katyon değişim kapasitesi gibi toprağa ait birçok özellikte bitkinin alacağı ağır metal oranına etki etmektedir (Demirezen, ve Aksoy, 2004).
2.1.5.1. Kadmiyum (Cd)
Kadmiyum (Cd) çevre kirliliğinde önemli payı olan bir elementtir ve pek çok kaynaktan toprağa bulaşabilmektedir. Diğer elementler yaşam için gerekli olmasına rağmen Cd gibi metaller biyolojik sistemlerde gereksinimi olmayan zararlı elementlerdir. Yüksek derecede toksik, vücutta tutulma süresi uzun ve toprak-bitki sisteminde yüksek derecede mobil olan Cd çevresel toksikolojide önemle ele alınmaktadır (Anonim, 2007a).
Çok az miktarlarda da olsa Cd tarım topraklarının hepsinde bulunmaktadır. Genelde Cd’un Zn damarlarıyla birlikte grinokit, CdS, mineral halinde topraklarda yer almaktadır (Hesse, 1971). Kadmiyum toprağa değişik yollarla karışmaktadır. Okyanusların altındaki çökeltilerde yer alan kadmiyum ham fosfatlardan ve dolayısıyla fosforlu gübrelere toprağa ulaşmaktadır. Ancak bu yolla toprağa ulaşan kadmiyum miktarı kesin olarak bilinmemektedir. Tarım ilaçlarından fungisitlerde bulunan
kadmiyum ilaçlama yoluyla da toprağa karışmaktadır (Ross ve Stewart, 1969). Araç trafiğinin yoğun olduğu yol kenarlarına yakın çoğu tarla topraklarının Cd kapsamları da yüksektir. Bu durum araç lastikleri ile eksoz dumanından kaynaklanan bulaşma ile ortaya çıkmaktadır. Besin değeri yüksek olan buğday, mısır, çeltik, yulaf ve darı gibi çoğu bitki kökleri tarafından kadmiyum kolaylıkla alınmaktadır (Schrroeder ve Balasa, 1961). Kadmiyum bezelye, pancar ve marul gibi çapa bitkileri tarafından da alınmaktadır (Schrroeder ve Balasa, 1963). Kireçleme sonucu pH’sı yükseltilen topraklarda öteki ağır metaller gibi Cd alımı da azalmaktadır (Lagerwerff, 1971). Atmosferde kadmiyum bulaşmasının olduğu yörelerde bitkilerde biriken Cd topraktan olduğu kadar atmosferden de kaynaklanmaktadır.
2.1.5.2. Nikel (Ni)
Serpantin üzerinde gelişmiş olan topraklar Co, Cr, Mn ve Ni gibi potansiyel olarak toksik elementleri yüksek miktarda içerdiklerinden dolayı ekoloji veya çevre için oldukça önemlidirler (Becquer ve ark., 2006). Bu yüzden de toprak biliminde serpantin toprakların ayrışması veya kimyasına dair yapılmış oldukça fazla sayıda basılmış literatür bulmak mümkündür.
Yüksek bitkiler için zorunluluğu en son (1987’de) belirlenen element Ni olup, bitkilerin çoğunda Ni+2 iyonu formunda kolaylıkla absorbe edilmektedir. Kültür bitkilerinin Ni içeriği normal olarak kuru ağırlık üzerinden 0,1 ile 1,0 ppm arasındadır. Küçük-taneli hububatlar için, Ni elementinin zorunlu bir element olduğu belirlenmiştir (Çizelge 2.1); elde edilen veriler, çözeltide Nikel konsantrasyonunun artışına paralel olarak arpada çimlenmenin ve tane verimini arttığını göstermektedir. Katyon yarışması nedeniyle, Ni elementinin ortamda fazla bulunması Zn ve Fe noksanlıkları yaratabilmektedir. Kanalizasyon atıklarının toprağa katılması, kültür bitkilerinde Ni konsantrasyonu düzeylerinin yükselmesine neden olabilmektedir (Güzel ve ark., 2008).
21
Çizelge 2.1. Arpanın çimlenmesi ve verimi üzerine Ni düzeylerinin etkisi (Güzel ve ark., 2008).
Besin çözeltisinde
Nikel kons. (µm) Çimlenme Ni (ng/g kuru ağırlık) konsantrasyonu Toplam Tane ağırlık (gkuru ağırlık)
0 11,6 7,0 7,3
0,6 56,6 63,8 7,5
1,0 94,0 129,2 8,4
Topraklarda nikelin temel kaynağı bazik kayalar içerisinde çoğunlukla bulunan Pentlandit ((Fe,Ni)9S8) mineralidir. Garnierit, Nikel, Magnezyum Silikat, Nikkolit ve Millerit, NiS gibi minerallerde de Nikel bulunmaktadır. Nikel az ya da çok tüm topraklarda bulunmaktadır. Ancak nikel miktarı killi ve mineral topraklarda fazla iken peat ve organik topraklarda azdır. Toprağın ince fraksiyonlarında göreceli olarak nikel miktarı daha fazladır. Bitki gelişmesi için mutlak gerekli olmamakla beraber bitkiler nikeli kolaylıkla almaktadır. Çok düşük miktarları hariç nikel bitkilerde zehir etkisi yapmaktadır. Nikel hidroksitlerle, fosfatlarla, karbonatlarla ve silikatlarla çökelti oluşturur ve toprağın amorf fraksiyonları arasında yer almaktadır. Silikat killeri tarafından adsorbe edilmektedir. Nikel toprağın organik kompleksleri ile çözünebilir ve çözünemez kompleks oluşturmaktadır. Nikel sülfitler 0,3 M mineral asitlerde çözünmektedir. Sommers ve ark. (1980), atık su ile sulanan ve katyon değişim kapasiteleri (KDK) farklı topraklarda nikel miktarını belirlemişlerdir. Araştırma sonuçlarına göre Ni, KDK’sı <5 m.e./100 gr olan topraklarda 110 kg/ha, 5-15 m.e./100 gr olan topraklarda 220 kg/ha ve <15 m.e./100 ge olan topraklarda da 440 kg/ha olarak belirlemiştir.
Son yıllarda Kazova’da tarımsal faaliyetlerde yaşanan hızlı gelişmeler, bitkisel üretimde verimliliğin ve buna paralel olarak insan sağlığının devam ettirilebilmesi için toprak mikro elementlerinin uygun bir şekilde idare edilmesini de gerekli kılmaktadır. Ülkemizde birçok bölgede olduğu gibi Kazova’da da toprak mikro elementlerinin mesafeye bağlı dağılımlarının analiz edildiği detaylı çalışmaların sayısı oldukça sınırlıdır. Bu çalışmanın amacı, yoğun tarımsal üretimin yapıldığı yaklaşık 220 bin dekar alan kaplayan Kazova topraklarının 0-30 cm derinliğinde yer alan mikro element içeriklerinin mesafeye dağılımlarını analiz etmek, noksanlık ve fazlalık olan bölgeleri
belirlemek, daha önce alanda yapılmış çalışmalarda var olan diğer toprak özellikleri ile Mikro elementlerin ilişkilerini incelemek ve etkileşimleri açıklayabilmektir. Coğrafi referanslı olarak alınan toprak örnekleri yardımı ile tüm alan için özel amaçlı toprak haritalarının yapımı ve bunların hassas tarımda kullanımı mümkündür. Zira, hassas tarımın en önemli adımlardan bir tanesi besin elementlerinin arazideki değişkenliklerinin belirlenmesi ve doğru bir şekilde haritalanmasıdır. Ayrı, çalışma alanında yer alan toprakların mikro element içeriklerinin zaman içersinde tarımsal uygulamalar ile nasıl değiştiğini araştırmak isteyen diğer araştırmacılar içinde çok önemli bir kaynak olacaktır.
23
3. MATERYAL ve METODLAR
3. 1. Materyal
3. 1. 1. Çalışma Alanı
Kazova, ülke tarımı için önemli miktarda bitkisel üretimin yapıldığı, sulanabilir ve çoğunlukla tarımsal üretimi sınırlayıcı bir problemi olmayan derin toprakların yer aldığı ve düz düze yakın topografyaya sahip verimli bir ovadır. Büyük bir bölümü, Yeşilırmak nehrinin çok uzun sürede getirdiği malzemeleri depolaması sonucu oluşan Kazova’da; buğday, şeker pancarı, mısır (birinci ve ikinci ürün olarak), patates, domates ve diğer birçok tarla bitkisinin yanında meyvecilikte yoğun bir şekilde yapılmaktadır. Araştırma, Tokat-Kazova bölgesinde sağ sahil ve sol sahil sulama kanalları arasında kalan ve yaklaşık 22.000 ha büyüklüğündeki bir alanı temsil eden toprak örnekleri kullanılarak yapılmıştır.
3. 1. 2. Çalışma Alanının İklimi
Tokat İli Orta Karadeniz bölümünün iç kısımlarında yer almaktadır. Bu nedenle hem Karadeniz iklim özellikleri, hem de İç Anadolu'daki step (kara) ikliminin etkisi altındadır. Bu özelliği ile Tokat iklimi; Karadeniz iklimi ile İç Anadolu'daki step iklimi arasında geçiş özelliği taşımaktadır. Tokat Meteoroloji İstasyonu kayıtları esas alındığında son 54 yıllık istatistiklere göre ilin yıllık ortalama sıcaklığı 12,4 °C'dir. Yıllık ortalama yağış miktarı ise 446 mm’dir (Anonim, 2007c). Bu değerler dikkate alındığında toprak sıcaklık rejimi Mesic ve nem rejimi de Ustic olarak sınıflandırılmaktadır (Soil Survey Staff, 1999).
3. 1. 2. 1. Yağış
Tokat İli Meteoroloji İstasyonu tarafından kaydedilen 31 yıllık yağış verilerine göre, yıllık ortalama yağış miktarı 445,7 mm’dir. En çok yağış, ilkbahar mevsiminde en az yağış ise yaz mevsiminde düşmektedir. Söz konusu dönemdeki aylık ortalama toplam yağış miktarları göz önüne alındığında, en çok yağışın 63,0 mm olarak Mayıs ayında, en
az yağışın ise 7,6 mm ile Ağustos ayında olduğu görülmektedir. Yıllık kar yağışlı gün sayısı ise ortalama 28,5’tir. Çalışma alanında mevsimsel yıllık ortalama yağış değerleri Çizelge 3.1’de verilmektedir.
Çizelge 3.1. Mevsimsel Yıllık Ortalama Yağış Değerleri (%) (Anonim, 2007c) Mevsim Toplam Ortalama Yağış (mm) Yüzdesi İlkbahar Yaz Sonbahar Kış 162,8 56,7 108,8 117,4 36,5 13 26 24,5 3. 1. 2. 2. Sıcaklık
Karadeniz Bölgesi ılıman bir iklime sahip olup, mevsimler arasında olduğu gibi gece ve gündüz arasında da sıcaklık farkı oldukça düşüktür. Denizden uzaklaşılıp, yükseklere çıkıldıkça ortalama sıcaklık değeri düşmeye, gündüz ve gece arasında farklılıklar belirginleşmeye başlamaktadır. Yıl boyunca hava sıcaklığı göreceli olarak yüksektir, yıllık ortalama hava sıcaklığı +12,4 oC’dir. 1975-2005 yılları arasında ölçülmüş en düşük hava sıcaklığı -22,1oC (23.2.1985) ve en yüksek hava sıcaklığı +45 oC’dir (30.7.2000). Bölgenin aylara göre ortalama sıcaklık değişimleri Çizelge 3.2’de verilmektedir. En soğuk ay olan Şubat ayının ortalama sıcaklık değeri +2,0 oC’dir. En sıcak ay olan Temmuz ayının sıcaklık ortalaması ise +22,2 oC’dir (Çizelge 3.2).
Çizelge 3.2. Tokat Merkez uzun yıllar ortalama sıcaklık değerleri (1975-2005) (Anonim, 2007c)
AYLAR
I II III IV V VI VII VIII IX X XI XII YILLIK
Ortalama En Yüksek Sıcaklık(°C) 6,1 8,0 12,9 19,0 23,1 26,5 29,0 29,4 26,4 20,3 13,0 7,6 18,4 Ortalama Sıcaklık(°C) 2,0 3,2 7,1 12,6 16,3 19,6 22,2 22,1 18,7 13,4 7,6 3,6 12,4 Ortalama En Düşük Sıcaklık(°C) -1,5 -1 2,1 6,8 9,8 12,8 15,5 15,4 12,1 8,0 3,2 0,2 7,0
25
3. 1. 3. Çalışma Alanı Jeolojisi
Çalışma alanı, bugünkü şeklini Hersiniyen ve Alpin orojenezinin Anatolitlerde tektonik faylarının etkisi sonucu kazanmıştır. Kazova, Eosen’de meydana gelmiş bir çöküntü alanıdır. Genelde düz olan çalışma alanının denizden olan yüksekliği 535-650 m arasında değişmekte olup, ova doğu-batı istikametinde uzanmaktadır. Ayrıca ovanın güney ve kuzeyinden Yeşilırmağa doğru eğimli bir topografya yer almaktadır. Araştırma alanındaki en düşük kot Kaz Gölündedir. Kuzey yamaçlarda çoğunlukla metomorfik kayaçlar (Paleozoik şistler) ile ofiyolitik seri bulunmaktadır. Güney yamaçlarda ise metamorfik kayaçlar ile Üst Permiyen yaşlı kireç taşları yer almaktadır (Novinpour, 1993). Genel itibari ile Kazova Yamaçlar, Etek birikinti Düzlükleri ve Ova Tabanı olmak üzere üç jeomorfolojik ünite bulunmaktadır. Bu çalışmada sulama kanalları arasında kalan alan içerisindeki topraklar örneklendiğinden dolayı, çalışma alanında yamaç araziler yer almamaktadır.
Ova tabanına % 3-4 eğimle uzanan birikinti düzlükleri, yamaçlar ile taban arasındaki eğim kırıklığını ortadan kaldırmaktadır. Kazova’daki birikinti konilerinin çoğu birbiri üzerine binmiş olup, birikinti yelpazeleri şeklindedirler. Ova Tabanı çoğunlukla düz düze yakın bir eğime sahiptir. Ortasından Yeşilırmak nehrinin geçtiği bu alanda eğimin azlığından dolayı nehir bol miktarda menderesler oluşturmaktadır (Özçağlar, 1988).
3. 1. 4. Çalışma Alanı Topraklarının Özellikleri
Çalışma alanında aluviyal ve koluviyal olmak üzere genel anlamda iki grup toprak bulunmaktadır. Araştırma alanına ait detaylı bir toprak etüd ve haritalama raporu bulunmadığından dolayı toprakların detaylı olarak sınıflandırılması yapılmamıştır. Ancak bölgede yapılan çalışmalarda (Günal ve ark., 2008; Durak ve ark., 2006) Entisol, Inseptisol, Mollisol ve Alfisol ordolarına ait topraklara rastlandığı rapor edilmektedir. Çalışma alanı içerisinde bugüne kadar işlemeli tarımın yapılmadığı mera alanlarında Mollisol, güney yamaçlarda kireç taşı ana materyali üzerinde oluşmuş topraklar, Alfisol ve Inceptisol ve Ova tabanında ise yer yer Inceptisol ve Entisol ordolarına ait toprakların olduğu rapor edilmektedir.
3. 2. Metotlar
Metot kısmı, laboratuar çalışmaları ve veri işleme, değerlendirme ve rapor hazırlama çalışmalarını kapsamaktadır.
3.2.1. Toprak Örneklemeleri
Tamamlanmış olan bir TUBITAK projesi kapsamında (TUBITAK TOVAG 105 O 617), Kazova’yı temsil edecek şekilde 400 noktadan toprak örneği (0–30 cm) alınmıştır (Şekil 3.1). Coğrafi koordinatları, GPS yardımıyla kayıt edilen örnekleme noktalarının belirlenmesinde “rasgele örnekleme metodu” kullanılmıştır. Arazi örneklemelerinde örnekler arası mesafeler belirlenirken noktalar arası mesafenin en fazla bir km olmasına dikkat edilmiştir. Bu mesafeden daha kısa mesafelerdeki değişimlerin belirlenebilmesi amacı ile 100m, 200m, 300m ve 500m mesafe aralıklarında toprak örneklemeleri yapılmıştır. Bu örnekleme mesafeleri arazinin değişik yerlerinde yapılarak ana materyal ve arazi kullanımındaki farklılıklardan kaynaklanan değişkenliklerinde kapsanması amaçlanmıştır. Arazide örnekleme sırasında, örnekleme yapılan noktaların koordinatları GPS (± 3 m hassasiyet) ile kaydedilmiştir. Her bir örnekleme noktasında çalışılan özellikler için arazide yapılan ölçümler ve analizler sonucu üretilen veriler coğrafik koordinatlı olarak bilgisayar ortamında depolanmıştır (Günal ve ark., 2008).
3. 2. 2. Laboratuar Analizleri
DTPA ile ekstraktları çıkarılan 400 toprak örneğinin laboratuar çalışmaları 3 kademede gerçekleştirilmiştir. Analizler için gerekli olan kimyasalların ve toprak örneklerinin ekstraksiyon işlemleri Amasya Ziraat Odası Laboratuarında yapılmıştır. Burada numuneler Atomik Absorpsiyon Spektrofotometresi (AAS) ve Inductively Coupled Plasma (ICP) cihazlarında ölçüme hazır hale getirilmiştir. Konya Karatay Ziraat Odası Laboratuarında ICP cihazında kadmiyum ve nikel analizleri için okuma yapılmıştır. Yozgat Sarıkaya Ziraat Odası Laboratuvarında ise AAS cihazında demir, çinko, bakır ve mangan analizleri yapılarak laboratuar çalışması tamamlanmıştır.
27
Mikro elementlerin tayinlerinin yapıldığı toprak örneklerine ait bir çok fiziksel ve kimyasal analiz ise hem diğer tez çalışmaları ve TUBITAK projelerinin bulunduğu veri tabanından alınmıştır. Çizelge 3.3’de bu tez çalışması kullanılan yöntemlerin yanında, sadece verileri kullanılan özelliklerin de yöntemleri verilmektedir.
Çizelge 3.3. Kazova topraklarının analizlerinde kullanılan yöntemler ve özet bilgiler
Ölçülen özellik/ parametreler Amacı Derinlik (cm) Kullanılan metod Agregat Stabilitesi Veri tabanı- Erozyon Duyarlılığı
0-15 Islak eleme yöntemine göre. (Anonim, 2007b)
Tekstür Veri tabanı 0-30 Bouyoucos hidrometre metodu (Gee ve Bouder, 1986)
Organik Madde Veri tabanı 0-30 Modifiye edilmiş Walkey- Black metodu Nelson ve Sommers, 1982)
pH Veri tabanı 0-30 pH metre ile (Hendershot ve ark., 1993)
Elektriksel İletkenlik
Veri tabanı 0-30 EC metre ile (Kacar, 1994)
Toplam Azot (N)
Veri tabanı 0-30 Kjeldahl yöntemi. (Bremner, 1965)
Yarayışlı Fosfor (P)
Veri tabanı 0-30 Sodyum bikarbonat metodu (Olsen ve ark., 1954) Değişebilir Katyonlar (Ca, Mg, Na ve K) Veri Tabanı tuzluluk alkalilik
1N Amonyum Asetat ile ekstraksiyon (Thomas, 1982)
Kireç (CaCO3) Veri tabanı 0-30 Scheibler kalsimetresi ile karbondioksit çıkış hacmine göre % kireç içeriği belirlenmiştir (Kacar, 1994) Katyon değişim kapasitesi (KDK) Veri Tabanı tuzluluk alkalilik 0-30 (Kacar, 1994) Kireç (CaCO3)
Veri tabanı 0-30 Scheibler kalsimetresi ile karbondioksit çıkış hacmine göre % kireç içeriği belirlenmiştir (Kacar, 1994)
Demir (Fe) Veri tabanı 0-30
Çinko (Zn) Veri tabanı 0-30
Bakır (Cu) Veri tabanı 0-30
Mangan (Mn) Veri tabanı 0-30
DTPA ile ekstraksiyon yöntemine göre, AAS cihazında okuma yapılmıştır
(Lindsay ve Norvell, 1978; Kacar, 1994).
Kadmiyum (Cd) Veri tabanı 0-30 Nikel (Ni) Veri tabanı 0-30
DTPA ile ekstraktsiyon yöntemine göre, ICP cihazında okuma yapılmıştır
29
3.2.3. İstatistiksel Analizler ve Jeoistatistiksel Modellemeler
Çalışılan özelliklerin değişkenliklerini ifade etmede ve haritalanmasında son yıllarda yaygın olarak kullanılan jeoistatistik teknikleri kullanılmıştır (Goovaerts, 1999; Mulla ve McBratney, 2000). Her bir incelenen özelliğe ait veri setinde tanımsal veri analizi yapılmıştır. İzotropik veya anizotropik semivariogramların modellenmesinde kısa mesafedeki değişkenlikleri belirlemek amacıyla rasgele örnekleme metodu uygulanırken, birbirine yakın noktalardan (100, 200, 300 m gibi) örnekler alınmıştır. Bu çalışmada belirlenen mikro elementlerin, birbirleriyle ve daha önce belirlenen toprak özellikleri ve arazi kullanımları ile ilişkilerini belirlemek için varyans analizleri SPSS 13.0 yazılımı kullanılarak yapılmıştır. Jeoistatistiksel modellerin oluşturulmasında ve tüm haritalama işlemlerinde GS+ 7.0 (Gamma Design Software, 2004) ve ArcGIS 9.2 (ESRI, 2006) paket programları kullanılmıştır.
Çalışma alanı doğu-batı doğrultusunda 35 km ve kuzey-güney doğrultusunda ise 3-9,5 km arasında değişen boyutlardadır. Jeoistatistiksel değişkenliğin modellendiği (mesafeye bağlı değişkenlik) semivariogramların oluşturulmasında her bir özellik için farklı lag mesafeleri denenmiştir. Modelde kullanılan veriler ilgili bölümde Çizelge şeklinde verilmektedir.
Haritaların üretilmesinde ordinary kriging metodu maksimum 16 komşu nokta olacak şekilde uygulanmıştır. Her bir özellik için denenen semivariogram modellerine ait haritalar üretilerek haritaların hata değerleri kayıt edilmiş ve doğru modelin seçiminde bu değerler birbirleri ile kıyaslanmıştır. Bu işlemler “ArcGIS 9.2. Geosatistical Extension” programı ile yapılmıştır. Bu program üretilen haritalarda tahminin ortalama hatası (ME) ve tahminin standardize ortalama hatalar karekökü (RMSSE) kriterlerini kullanmaktadır. En doğru harita oluşturulurken tahminin ortalama hatası 0’a yakın ve tahminin standardize ortalama hatalar karekökü ise 1‘e yakın olmalıdır (Johnston ve ark., 2001). Her bir özellik için en uygun modeller seçilerek, çalışma alanında incelenen özelliklere ait haritalar üretilmiştir. Oluşturulan nihai haritalar 100x100m’lik raster formatına dönüştürülüp arazinin sınırları boyunca bu raster katmanı kesilip lejantlar eklenerek sonuç raporunda sunulan haritalar elde edilmiştir.
