MAPPING THE SPATIAL CHANGES OF SOME NUTRIENTS CONTENTS OF THE ERZIN PLAIN (HATAY) SOILS USING GEOSTATISTIC AND GEOGRAPHICAL INFORMATION SYSTEM (GIS) TECHNIQUES

Year 2023, Volume: 11 Issue: 4, 1439 - 1451, 30.12.2023

Necat Ağca , Mehmet Selçuk Coşar

https://doi.org/10.21923/jesd.1302358

Abstract

This study aimed to determine the nutrient content of some Erzin plain soils, reveal the spatial variation patterns in the study area, and map them using Geographic Information Systems (GIS) and geostatistical methods. Forty-seven soil samples were taken from 0-30 cm depth in the study area. In soil samples, available sodium (Na), potassium (K), calcium (Ca), magnesium (Mg), available phosphorus (P), available iron (Fe), copper (Cu), manganese (Mn) and zinc (Zn) were analyzed. The average Na, K, Ca, Mg, P, Fe, Cu, Mn, and Zn contents of the soils are, 31.77, 122.88, 3579.17, 812.88, 14.67, 2.81, 1.03, 2.24, and 1.22 mg kg-1, respectively. The coefficients of variation (VK) of the element contents varied between 12.34 (Na) and 129.783 % (K). The values of all parameters did not show a normal distribution. Because Square root was applied to P and Mn contents, and logarithmic transformation was applied to the others. Spherical for Na and K; Exponential for P, Fe, Cu, and Mn; Gaussian model for Ca, Mg, and Zn contents were determined as the most suitable semivariogram model. Na, K, Ca, Mg, P, Mn, and Zn contents are strong; Fe and Cu contents showed moderate spatial autocorrelation. The Ao values of the parameters varied between 603 m (Mg) and 7110 m (Fe and Cu).

Keywords

Erzin plain, Nutrients, Kriging, Geostatistics, Geographic Information System (GIS).

Project Number

21.YL.048

JEOİSTATİSTİK VE COĞRAFİ BİLGİ SİSTEM (CBS) TEKNİKLERİ KULLANILARAK ERZİN OVASI (HATAY) TOPRAKLARININ BAZI BESİN ELEMENT İÇERİKLERİNİN YERSEL DEĞİŞİMLERİNİN HARİTALANMASI

Abstract

Bu çalışmada, Erzin ovasındaki bazı toprakların besin element içeriklerinin belirlenmesi, bunların çalışma alanındaki mekânsal değişim desenlerinin ortaya konulması ve Coğrafi Bilgi Sistemleri (CBS) ve jeoistatistiksel yöntemlerle haritalanması amaçlanmıştır. Çalışma alanında 0-30 cm derinlikten toplam 47 adet toprak örneği alınmıştır. Toprak örneklerinde; alınabilir sodyum (Na), potasyum (K), kalsiyum (Ca), magnezyum (Mg), alınabilir fosfor (P), yarayışlı demir (Fe), bakır (Cu), mangan (Mn) ve çinko (Zn), analizleri yapılmıştır. Toprakların ortalama Na, K, Ca, Mg, P, Fe, Cu, Mn ve Zn içerikleri ise sırasıyla; 31.77, 122.88, 3579.17, 812.88, 14.67, 2.81, 1.03, 2.24 ve 1.22 mg kg-1 olarak saptanmıştır. Element içeriklerinin varyasyon katsayıları (VK) % 12.34 (Na) ile % 129.783 (K) arasında değişmiştir. Parametrelerin tamamının değerleri normal dağılım göstermemiştir. Bu nedenle; P ve Mn içeriklerine ise karekök, diğerlerine ise logaritmik dönüşüm uygulanmıştır. Besin elementlerinden Na ve K için (Küresel) Spherical; P, Fe, Cu ve Mn için Üstel (Exponential); Ca, Mg ve Zn içerikleri için ise Gaussian modeli en uygun yarıvariogram modeli olarak belirlenmiştir. Na, K, Ca, Mg, P, Mn ve Zn içerikleri kuvvetli; Fe ve Cu içerikleri ise orta düzeyde yersel otokorelasyon göstermiştir. Parametrelerin yersel otokorelasyon aralığı (Ao) değerleri ise 603 m (Mg) ile 7110 m (Fe ve Cu) arasında değişmiştir.

Keywords

Erzin ovası, Besin elementleri, Kriging, Jeoistatistik, Coğrafi Bilgi Sistemleri (CBS).

Supporting Institution

Hatay Mustafa Kemal Üniversitesi Bilimsel Araştırma Projeleri Koordinatörlüğü (BAP)

Project Number

21.YL.048

Thanks

Bu makale, Hatay Mustafa Kemal Üniversitesi, Bilimsel Araştırma Projeleri (BAP) Koordinatörlüğü tarafından 21.YL.048 nolu proje ile desteklenen Mehmet Selçuk COŞAR’ın Yüksek Lisans tezinden hazırlanmıştır.

References

• Ağca, N., Kan, M.K., 2022. Trabzon Akçaabat Yöresi Fındık Bahçesi Topraklarının Temel Özellikleri ve Bazı Besin Element İçeriklerinin Belirlenmesi. Proceedings of 5th International Eurasian Conference on Biological and Chemical Sciences (November 23-25, 2022). 1481-1486. Ankara.
• Anonim, 2016. Rakamlarla Hatay Tarım Kimliği. Hatay Valiliği İl Gıda Tarım ve Hayvancılık Müdürlüğü.
• Anonim, 2023. Hatay İli İklim Verileri. https://www.mgm.gov.tr/veridegerlendirme/il-ve-ilceler-istatistik.aspx?m=HATAY (Erişim tarihi: 14.01.2023).
• Aşkın, T., Türkmen, F., Tarakçıoğlu, C., Kulaç, S., Aygün S., 2017. DTPA-Extractable Micronutrients: A Geostatistical Study From Ordu, Turkey. Eurasian J Soil Sci, 6 (2),154 – 160.
• Aşkıner, E.D., 2022. Dörtyol Ovası Topraklarının Verimlilik İle İlgili Özelliklerinin Yersel Dağılımının Coğrafi Bilgi Sistemleri ve Jeoistatistiksel Yöntemler Kullanılarak Haritalanması. HMKÜ. Fen Bilimleri Enstitüsü, Toprak Bilimi ve Bitki Besleme Anabilim Dalı(Yayınlanmamış Yüksek Lisans Tezi).
• Benice A., Ağca N., 2022. Arsuz Ovası Topraklarının Tuzluluk ile İlgili Özelliklerinin İncelenmesi. Osmaniye Korkut Ata Üniversitesi Fen Bilimleri Enstitüsü Dergisi, 5 (3), 1419-1437.
• Bhunia, G.S., Shit, P.K., Chattopadhyay, R., 2018. Assessment of Spatial Variability of Soil Properties Using Geostatistical Approach of Lateritic Soil (West Bengal, India). Annals of Agrarian Science, 16, 436-443.
• Cambardella, C.A, Moorman, T.B, Parkin, T.B, Karlen, D.L, Novak, J.M, Turco, R.F, Konopka, A.E., 1994. Field-Scale Variability of Soil Properties in Central Iowa Soils. Soil Sci. Soc. Am. J., 58, 1501-1511.
• Demircioğlu, M., Ağca, N., 2022. Arsuz Ovası Topraklarının Temel Özelliklerinin Yersel Dağılımının Jeoistatistiksel Yöntemlerle Belirlenmesi. Osmaniye Korkut Ata Üniversitesi Fen Bilimleri Enstitüsü Dergisi, 5(3), 1494-1513.
• Denton, O.A., Aduramigba-Modupe, V.O., Ojo, A.O., Adeoyolanu, O.D., Are, K.S., Adelana, A.O., Oyedele, A.O., Adetayo, A.O., Oke, A.O., 2017. Assessment of Spatial Variability and Mapping of Soil Properties for Sustainable Agricultural Production Using Geographic Information System Techniques (GIS). Cogent Food & Agriculture, 3,1, 1279366, DOI:10.1080/23311932.2017.1279366
• Doğan, K., Ağca, N., Keçecioğlu, F., Benice, A., Tek, T., 2020. Spatial Distribution of Microbial Activities in Arsuz Plain Soils (Hatay, Turkey). Arabian Journal of Geosciences, 13, 581.
• Doyuran, V., 1982. Erzin ve Dörtyol Ovalarının Jeolojik ve Hidrojeolojik Özellikleri. Türkiye Jeoloji Kurumu Bülteni, 25, 151 – 160.
• Erdal, İ., Doğan, A., 2018. Burdur İli Tahıl Yetiştirilen Toprakların Verimlilik Durumlarının Belirlenmesi. Toprak Bilimi ve Bitki Besleme Dergisi, 6 (1), 39-45.
• Everest, T., Özcan, H., 2018. Toprak Verimliliğinin Değerlendirilmesinde Pedo-Jeolojik Yaklaşım. Türk Tarım ve Doğa Bilimleri Dergisi, 5 (4), 589-603.
• FAO, 1990. Micronutrient, Assesment at the Country Level. An International Study (M. Sillanpaa, Editör). FAO Soils Bulletin 63. Published by FAO. 128 P. Roma, Italy.
• Gamma Design, 2008. Geostatistics for the Environmental Sciences. Plainwell, Michigan, USA.
• Isaaks, H.E., Srivastava, R.M., 1989. Applied Geostatistics. Oxford University Press, Inc. 561 p.
• Leena, H.U., Premasudha, B.G., Panneerselvam, S., Basavaraja, P.K., 2021. Pedometric Mapping for Soil Fertility Management: A Case Study. Journal of the Saudi Society of Agricultural Sciences, 20 (2),128-135.
• Lindsay, W.L., Norwell, W.A., 1978. Development of DTPA Soil Test for Zinc, Iron, Manganese and Copper. Soil Science Society America Journal, 42, 421-428.
• Liu, D., Wang, Z., Zhang, B., Song, K., Li, X., Li, J., Li, F., Duan H., 2006. Spatial Distribution of Soil Organic Carbon and Analysis of Related factors in Croplands of the Black Soil Region. Northeast China. Agric. Ecosyst. Environ., 113, 73-81.
• Long, L., Liu, Y., Chen, X,;Guo, J., Li, X., Guo, Y., Zhang, X., Lei, S., 2022. Analysis of Spatial Variability and Influencing Factors of Soil Nutrients in Western China: A Case Study of the Daliuta Mining Area. Sustainability, 14, 2793. https://doi.org/10.3390/su14052793
• Olsen, S.R., Cole, V., Watanabe, F.S., Dean, L.A., 1954. Estimation of Available Phosphorus in Soil by Extraction with Sodium Bicarbonate, USDA.
• Özdemir, Ş., Günal, H., Acir, N., Arslan, H., Özaydın, Kahyaoğlu, S.E., Ağar, A.M., 2019. Çerikli Sulama Sahasında Toprak Tuzluluğunun Tahmininde Deterministik ve Stokastik Enterpolasyon Yöntemlerinin Kullanımı. Topraksu Dergisi, 8 (1), 55-67.
• Özden, N., Uslu, İ., Sökmen, Ö., Metinoğlu, F., 2020. İzmir İli Tarım Topraklarının Verimlilik Durumları ile Mikroelement Kapsamlarının Belirlenerek Haritalanması. Toprak Su Dergisi, Özel Sayı, 31- 40.
• Özkan, C.F., Demirtaş E.I., Arpacıoğlu A.E., Asri F.Ö., Arı N., 2009. Antalya Bölgesinde Elma Yetiştirilen Toprakların Verimlilik Durumlarının İncelenmesi. Tarım Bilimleri Araştırma Dergisi, 2 (2), 95-99.
• Öztaş, T., 1995. Jeoistatistiğin toprak bilimindeki önemi ve uygulanışı. İ. Akalan Toprak ve Çevre Sempozyumu Bildiriler kitabı. I:271-280, Ankara.
• Özyazici, M.A., Dengiz, O., Sağlam, M., Erkoçak, A., Türkmen, F., 2017. Mapping and Assessment-Based Modeling of Soil Fertility Differences in The Central and Eastern Parts of the Black Sea Region Using GIS and Geostatistical Approaches. Arab J Geosci, 10, 45.
• Paris, J.O., Gontijo, I., Partelli, F.L, Facco, A.G., 2020. Variability and Spatial Correlation of Soil Micronutrients and Organic Matter with Macadamia Nut Production. Revista Brasileira de Engenharia Agrícola Ambiental, 24 (1), 31-36.
• Peter-Jerome, H., Adewopo, J.B., Kamara, A.Y., Aliyu, K.T., Dawaki, M.U., 2022. Assessing the Spatial Variability of Soil Properties to Delineate Nutrient Management Zones in Smallholder Maize-Based System of Nigeria. Hindawi. Applied and Environmental Soil Science, (Published 20 May 2022). https://doi.org/10.1155/2022/5111635
• Richards, L.A., 1954. Diagnosis and Improvement of Saline Anad Alkali Soils. USDA Agriculture Handbook. No: 60.
• Saygın, F., Gürsoy, F.E., Demirdağ, İ., Dengiz, O., 2017. Çataklı Çayı Havzası Doğu Yakasında Çay Tarımı Yapılan Toprakların Fiziksel, Kimyasal ve Verimlilik Özelliklerinin Belirlenmesi. Turk J Agric Res, 4(2), 143-154.
• Selmy, S., El-Aziz, S.A., El-Desoky, A., El-Sayed, M,. 2022. Characterizing, Predicting, and Mapping of Soil Spatial Variability in Gharb El-Mawhoub Area of Dakhla Oasis Using Geostatistics and GIS Approaches. Journal of the Saudi Society of Agricultural Sciences, 21, 383–396.
• Srinivasan, R., Kumar, S.B. N., Singh, S. K., 2022. Mapping of Soil Nutrient Variability and Delineating Site-Specific Management Zones Using Fuzzy Clustering Analysis in Eastern Coastal Region, India. Journal of the Indian Society of Remote Sensing, 50 (3),533–547. https://doi.org/10.1007/s12524-021-01473-9
• Tagore, G. S., Sethy, S. K., Kulhare, P. S., Sharma, G.D., 2023. Characterization of Spatial Variability of Micro Nutrients in Soils: Classical Vs. Geo-Statistical Approach. Communications in Soil Science and Plant Analysis, 54 (4), 472–487. https://doi.org/10.1080/00103624.2022.2118292.
• Töreyen, G., Özdemir, İ., Kurt, T., 2010. Arcgis 10 Desktop uygulama dokümanı. İşlem Coğrafi Bilgi Sistemleri Mühendislik ve Eğitim Ltd. Şti. 208 s. Ankara.
• Trujillo‑González, J.M., Torres‑Mora, M.A., Ballesta, R.J., Brevik, E.C., 2022. Spatial Variability of the Physicochemical Properties of Acidic Soils Along an Altitudinal Gradient in Colombia. Environmental Earth Sciences, 81,108.
• Tüik, 2023. https://data.tuik.gov.tr/Kategori/GetKategori?p=tarim-111&dil=1 (Erişim tarihi: 21.06.2023).
• Yağmur, B., Okur, B., 2018. Ege bölgesi Salihli İlçesi bağ plantasyonlarının verimlilik durumları ve ağır metal içerikleri. Tekirdağ Zir. Fak. Dergisi, 15(01), 111-122.
• Zaprjanova, P., Hristozova, G., 2019. DTPA-Extractable Micronutrients in Soils of Southern Bulgaria. Bulgarian Journal of Agricultural Science, 25 (6), 1233–1238.
• Zeraatpisheh, M., Bottega, E.L., Bakhshandeh, E., Owliaie, H.R., Taghizadeh-Mehrjardi, R., Kerry, R., Scholten, T., Xu, M., 2022. Spatial variability of soil quality within management zones: homogeneity and purity of delineated zones. Catena, 209, 105835.
• Zhou Z., Zhang, G., Yan, M., Wang, J., 2012. Spatial Variability of the Shallow Groundwater Level and Its Chemistry Characteristics in The Low Plain Around the Bohai Sea, North China. Environ Monit Assess, 184, 3697–3710doi:10.1007/s10661-011-2217-1.