Gediz havzasındaki farklı büyük toprak gruplarına ait su erezyonu etkisi altındaki eğimli tarım alanlarında polivinilalkolün (PVA) agregatlaşmaya etkileri üzerine araştırmalar

Abstract

92 ÖZET Araştırma alanı alarak Gediz Havzasının seçildiği bu araştırmada, Rendzina, Hireçsiz Kahverengi ve Regasal büyük toprak gruplarına ait toprak örneklerinin agregat stabiliteleri üzerine, PVA (polivinil alkol) uygulama - sının oluşturacağı değişiklikleri saptamak amaçlanmıştır. Yapay toprak ıs lah edici maddelerden olan PUA'nın, bu büyük toprak gruplarının agregat stabilitelerinde ve dolayısıyla erozyona karşı dirençlerinde oluşturacağı değişikliklerin bilinmesi bu konuda yapılacak diğer çalışmalara da ışık tutacaktır. Gediz Havzası, Türkiye'nin batısında ve Ege Bölgesi sınırları içinde yer almaktadır. 38[W -39° 13' kı_zey enlemleri ile 26°42' -29D45' doğu boy lamları arasında yer alan Havza Türkiye genel alanının % 2,2' sini kaplamak ta olup alanı 1.721.895 ha. kadardır, Gediz Havzasında bütün jeolojik devir lerin mevcLt olduğu örnekleri ile görülmektedir, iklim bakımından Havza ge nelde Akdeniz iklim tipine girmekte fakat Havza'da dağların doğu-batı yönünde uzanması nedeniyle hava kütleleri iç kısımları yeteri kadar etki altında tutamamakta bu nedenle yer yer iklimde önemli farklılıklar görülmektedir. Araştırma materyali olarak seçilen Rendzina, Hireçsiz Kahverengi ve Regosol toprak örnekleri, su erozyonu etkisi altındaki eğimli tarım alanla rından D,3Dcm derinlikten ve toplam kB adet alınmıştır. Hava kurusu hale gelen kontrol toprak örneği ile 8 mm'lik ve 1 mm'lik eleklerden geçirilen toprak örnekleri IDO'er gr. tartılarak aliminyum rutubet kaplarına yerleş tirilmiş ve polimET uygulamasına hazır hale getirilmiştir. Kontrol örneği dışında, 8 mm'lik ve 1 mmm'lik eleklerden elenmiş toprak örneklerine tarla kapasitesine getirildikten 24 saat sonra, 1 litre saf suda 1 gr. çözündü rülerek hazırlanan PUA solüsyonundan 1G mi. ilâve edilmiş ve topraklar bir apatül yardımıyla iyice karıştırılmıştır. Bu uygulamadan 1 hafta sorra agregat stabilitesi analizi yapılmıştır. Toprak örneklerinde ayrıca iskelet, bünye, kil oranı, mil oranı, tarla kapasitesi, süspansiyon yüzdesi, dispersiyon oranı, 5DıX parçacık ların agregatlaşma yüzdesi, erozyon oranı, pH, kireç, katyon değişim93 kapasitesi (k.D.H.), değişebilir katyanlar, organik madde, toplam azat suda çözünebilir toplam tuz tayinleri yapılmış ve bu analizlerden elde edi len sonuçlar ile agregat stabilitesi değerleri arasındaki ikili ilişkiler istatistiksel olarak değerlendirilmiştir. Araştırma sonuçları her bir büyük toprak grubu için aşağıdaki şekilde özetlenebilir : Rendzina toprak örneklerinde yukarıda adı geçen analizler sonucunda iskelet yüzdesi 3,84-42,91, yüzde kum 27,68-55,96; yüzde mil 16,00-38,00, yüzde kil 18,96-50,96, kil oranı 0,96-4,27, mil oranı 0,42-1,71, tarla kapasitesindeki su yüzdesi 10,64-50,07, süspansiyon yüzdesi 12,88-34,88, dispersiyan oranı 23,00-84,17, 50u/parçacıkların agregatlaşma yüzdesi 15,83-77,00; erozyon oranı 6,96-60,09, pH 6,88-7,68; yüzde kireç 4,48- 36,69, katyon değişim kapasitesi 7,61-54,35 m. e/100 gr., değişebilir cS+ + M^+ 7,30-48,47 m. e/100 gr-, değişebilir K+ 0,31-4,38 m.e/1D0 gr., değişe bilir l/la+ 0-1,22 m.e/100 gr., yüzde organik madde 1,27-5,30, yüzde toplam azot 0,066-0,290, yüzde suda çözünebilir, toplam tuz 0,030-0,172 arasında değiştiği bulunmuştur. Rendzina toprak örneklerinin yüzde' agregat stabilitesi değerleri kont rol toprak örneklerinde 10,50-58,80; 1 mm'lik elekten elenmiş ve PUA veril miş toprak örneklerinde 15,04-70,13; 8 mm'lik elekten elenmiş ve PUA ve rilmiş toprak örneklerinde ise 30,12-66,18 olarak saptanmış ve elde edilen bu değerler ile diğEr toprak özellikleri arasındaki ikili ilişkiler istatis tiksel olarak değerlendirilmiştir. Kontrol toprak örneklerinin agregat sta bilitesi ile kil(0,499x), kil oranı (-0,515x), süspansiyon yüzdesi (-0,645?*), y dispersiyan aranı (-0,597 ), 50uNparçacıkların agregatlaşma yüzdesi (0,597x), katyon değişim kapasitesi (0,680xx), değişebilir C&+ + M§+ (Q,6B5**), y y organik madde (0,532 ), toplam azot (0,569 ) ; suda çözünebilir toplam tuz (0,569x) ; 1 mm'lik elekten elenmiş ve PUA verilmiş Rendzina toprak örnek lerinin agregat stabilitesi ile kil (0,497x), tarla kapasitesi (0,653xx), y yy süspansiyon yüzdesi (0,507 ), katyon değişim kapasitesi (0,732 ), deği şebilir üâ^ + Mg`1' (0,736xx), değişebilir Na+ (0,604x), organik madde (0,523X) ; 8 mır'lik elekten elenmiş ve PUA verilmiş Rendzina toprakların agregat sta bilitesi ile tarla kapasitesi (0,579x), süspansiyon yüzdesi (0,584x), katyon94 değişim kapasitesi (0,573x), değişebilir câ++Mii+ (D,573x), değişebilir l/la+ (0,546x), arganik madde (0,556x) arasında önemli ilişkiler saptanmış tır. PUA uygulaması ile agregat stabilitesinde meydana gelen en büyük yüzde artış, 1 mm'lik elekten elenen toprak Örneklerinde 167,42; 8 mm'lik elekten elenen toprak örneklerinde ise 263,45 olmLştur. 1 mm'lik elekten elenen ve Pl/A uygulanan toprak örneklerinden bazılarında kontrol toprak örneğine göre daha düşük elde edilen agregat stabilitesi değerleri, bL toprak örneklerin de doğel olarak bulunan büyük çaplı agregatların miktarlarının fazla olma sıyla açıklanmıştır. Hireçsiz Kahverengi toprak örneklerinde de yapılan analizler sonucu iskelet yüzdesi 5,56-47,13, yüzde kum 28,96-66,32, yüzde mil 15,00-41,64; yüzde kil 9,04-45,32, kil oranı 1,20- 10,06, mil oranı 0,45-3,43, tarla ka pasitesindeki su yüzdesi 7,28-41,31, süspansiyon yüzdesi 10, Be -26,72, dis- persiyan oranı 23,28-85,76, 5DuNparçacıkların agregatlaşma yüzdesi 14,23- 76,71, erozyon oranı 21, 10-69,06, pH 4,78-6,78, yüzde kireç 0,12-0,87, katyon değişim kapasitesi 8,69-50,54 m. e/100 gr., değişebilir Cİİ+ + Mg`+ 1,02-45,71 m. e/100 gr., değişebilir K+ 0,03-1,67 m. e/100 gr., değişebilir l/la+ 0-0,43 m. e/100 gr., yüzde organik madde 0,46-5,43, yüzde tDplam azot 0,040-0,318, yüzde suda çözünebilir toplam tuz 0,030-0,130 arasında değiştiği saptanmıştır. Hireçsiz Kahverengi toprak örneklerinin yüzde argegat stabilitesi değerleri kontrol toprak örneklerinde 14,63-75,15; 1 mm'lik elekten elen miş ve PUA verilmiş toprak örneklerinde 25,69-79,11; Smm'lik elekten elen miş ve PUA verilmiş toprak örneklerinde ise 32,56-83,69 olarak bulunmuştur. Elde edilen bu agregat stabilitesi değerleri ile diğer toprak özellikleri arasındaki ikili ilişkilerin istatistiki olarak değerlendirilmesi sonucu kontrol toprak örneklerinin agregat stabilitesi ile tarla kapasitesi (0,573x), süspansiyon yüzdesi (-0,522x), dİBpersiyon oranı (-0,555x), 5Dp^ parçacıkların agregatlaşma yüzdesi (0,555x), değişebilir cS+ + M^+ (0,513x), değişebilir Na+ (0,521x), arganik madde (0,546x), toplam azot (0,548x), suda çözünebilir toplam tuz (0,728xx); 1 mm'lik elekten elenmiş ve PUA ve rilmiş Kireçsiz Kahverengi toprak örneklerinin agregat stabilitesi ile kil (0,531x), tarla kapasitesi (0,552x), katyon değişim kapasitesi (0,634xx), değişebilir Ca`l' + Mg`+ (0,652xx), değişebilir Na+ (0,511x), suda çözünebilir toplam tuz (0,660xx); 8 mm'lik elekten elenmiş ve PUA verilmiş Kireçsiz95 Kahverengi toprak örneklerinin agregat atabilitesi ile değişebilir Na+ (0,512 ) arasında önemli ilişkiler saptanmıştır. PVA uygulaması ile agregat stabilitelerinde meydana gelen en büyük yüzde artış, 1 mnr'lik elekten ele nen toprak örneklerinde 245,65; fl mrr'lik elekten elenen toprak örneklerinde İBe 350, 5fl olmuştur, 1 mrr'lik elekten elenerek PVA uygulanan toprak örnekle rinin bazılarında agregat stabiliteslnde kontrol toprağe göre meydana gelen düşüklük bu toprak örneklerinde doğel olarak bulunan büyük çaplı agregatla- rın fazlalığına, 8 mrr'lik elekten elenen ve PVA uygulanan toprak örneklerin deki kontrol toprak örneğine göre düşük olan agregat atabilitesi değerleri İBe bu topraklardaki kil mineralinin tipine ve organik maddenin oksidasyo- nuna bağlanmıştır. Regosol toprak örneklerinde yapılan analizler sonucu iskelet yüzdesi 1,21-52,10, yüzde kum 24,68-79,96, yüzde mil 12,00 - 39,00, yüzde kil 7,68- 38,68, kil oranı 1,58-12,02, mil oranı 0,95-2,75, tarla kapasitesindeki su yüzdesi 4,55-20,75, BÜspansiyon yüzdesi 11,44-35,44, dispersiyon oranı 38,30-94,40, 50ıAparçacıkların agregatlaşma yüzdesi 5,60 -61, 60, erozyon oranı 20,60-79,87; pH 4,60 -7,75, yüzde kireç 0,12-10,04, katyon değişim kapasitesi 4,62-21,47 m. e/100 gr., değişebilir câ`+ + Mg`+ 0,40-21,09 m. e/ 100 gr. değişebilir H+ 0,04-0,85 m. e/100 gr., değişebilir l/la+ iz olarak, yüzde toplam azot 0,019-0,210, yüzde suda çözünebilir toplam tuz 0,030- 0,096 arasında bulumiLştur. Regosol toprak örneklerinin yüzde agregat atabilitesi değerleri kont rol toprak örneklerinde 7,73-51,32; 1 mrr'lik elekten elenmiş ve PVA veril miş taprak örneklerinde 15,06-78,93; 8 mm'lik elekten elenmiş ve PVA ve rilmiş toprak örneklerinde ise 23,48-85,50 olarak elde edilmiştir. Saptanan bu bu agregat atabilitesi değerleri ile diğer toprak özellikleri arasında istatistik! alarak değerlendirilen ikili ilişkiler sonucu kontrol toprak yy örneklerinin agregat atabilitesi ile süspansiyon yüzdesi (-0,631 ), orga nik madde (0,723xx), toplam azot (0,740xx), suda çözünebilir toplam tuz (0,542x); 1 mrr'lik elekten elenmiş ve PVA verilmiş Regosol toprak örnekle rinin agregat atabilitesi ile yüzde iskelet (0,579x), kum (0,841xx), mil (-0,785xx), kil (-0,727xx), kil oranı (0,865xx), tarla kapasitesi (-0,706), süspansiyon yüzdesi (-0,829xx), değişebilir câ'+ + Mg`+ (-0,498); 8 mm. lik elekten elenmiş ve PVA verilmiş Regosol toprakların agregat atabilitesi ile yüzde iskelet (0,646xx), kum (0,871xx), mil (-0,823xx), kil (-0,741xx), kil96 oranı (0,aaOxx), tarla kapasitesi (-0,742xx), süspansiyon yüzdesi (-0,868), katyon değişim kapasitesi (-0,567), değişebilir Ca++Mg+ (-0,568x) arasın da önemli ilişkiler bulunmLştur. PUA uygulaması ile Regosol toprak örnekle rinin agregat stabilitelerinde meydana gelen en büyük yüzde artış, 1 mm'lik elekten elenen toprak örneklerinde 339,33; 8 mm'lik elekten elenen toprak örneklerinde ise 400,36 olmuştur. Diğer iki büyük toprak grubuna ait toprak örneklerinde olduğu gibi doğal olarak büyük çaplı agregatların fazla bulun duğu toprak örneklerinde PUA uygulaması 1 mm'lik elekten elenen toprak ör neklerinde agregat stabilitesinde bir artış meydana getirememiştir. Ayrıca 8 mm'lik elekten elenerek PUA verilen bazı toprak örneklerinde de agregat stabilitesinde bir artış sağlanamayışına kil mineral tipinin ve organik maddenin oksidasyonunun neden Dİduğu ileri sürülebilir. Sonuç olarak Rendzina, Kireçsiz Kahverengi, Regosol büyük toprak grup larına PUA uygulaması ile agregat stabilitesinde büyük artışlar sağlanmış ve nispi olarak en büyük artışların kumlu bünyedeki topraklarda olduğu sap tanmıştır. Agregat stabilitelerinde PUA uygulamasıyla elde edilen bu artış lar yanında üç büyük toprak grubunda toplam olarak, 8 mm'lik elekten elen miş ve PUA uygulanmış toprak örneklerinde 3, 1 mm'lik elekten elenmiş ve PUA uygulanmış toprak örneklerinde ise 9 örnekte PUA uygulamasıyla agregat stabilitesinde bir rrtış meydana gelmemiştir. Ayrıca bu araştırma sonucuna göre her üç büyük toprak grubunda, PUA uygulandıktan sonra elde edilen ag regat stabiliteleri üzerine değişik toprak özelliklerinin önemli ve fark lı etkiler yaptığı elde edilen ikili ilişkilerin istatistiksel olarak değer lendirilmesi sonucu ortaya çıkmıştır.

97 SUMMAR Y The aim of this study was to obtain the effect of polyvinylalcohol (PUA) on the aggregate stability of the Rendzina, Non-Calcic Brown, and Regosol Great Soil Groups in Gediz Watershed which was selected as the research area. This artificial soil conditioner will help on erosion studies as well. Gediz Watershed is located on the west of Turkey within the limits of Ege Region. 3Ba0k -39D13' north latitudes and 26D42' -29D45' east longitudes extend near to this area which covers 2,2 % of the surface area of Turkey in general (1.721.895 ha). The structures from different geologi cal periods can be seen in the Watershed. Mediterranean type of climatic conditions are effective. However mouiitains rising on east-west position cause variations in the climatic conditions locally. Samples from Rendzina, Non-Calcic Brown, and Regosol soils were taken from 48 different places and from 0-30 cm. depth on the surrounding slopping lands under cultivation. Samples as well as the control sample were air dried and passed throLgh 8 mm and 1 mm sieves. 100 gr. of soil were weighed in to aliminium iroisture plates prepared for polymer appli - cations. All the soil Bamples other than the control sample were saturated to field capacity. 24 hou?s later 10 ml of PVA solution which was prepared by dissolving 1 gr. of pUA in 1000 ml of water was added and mixed with a spatula. A week later, their aggregate stability was determined. In the soil samples, skeleton, texture, clay ratio, silt ratio, field capacity, suspension ratio, dispersion ratio, aggregation percentage of the grains/. 50u, erosion ratio, pH, CaCO,, cation exchange capacity, exchangeable cations, organic matter, total nitrogen, water soluble total salt analysis were done. Conclusions obtained were statistically related to aggregate stability. For each great soil groLp results can be sumırarized as follous : İn the samples taken from Rendzina soils, maximon end minimLm values were obtained for skeleton 3,64-42,91 %, sand 27.6B- 55,96 %, silt98 18,00-38,00 %, clay 18,96-50,96%, clay ratio 0,96-4,27%, silt ratiD 0,42-1,71 %, field capacity 10, 64 - 50,07%, suspension ratio 12,88-34,88%, dispersion ratio 23,00-84,17%, aggregation percentage of the grains/50*^ 15,83-77,00 %, erosion ratio 6,96-60,09 %, pH 6,88-7,68, CaC03 4,48- 36,69 %, cation exchange capacity 7,61-54,35 m.e/100 gr., exchangeable Ca`+ + Mg*+ 7,30-48,47 m.e/100 gr., exchangeable H+ 0,31-4,38 m.e/100 gr., exchangeable l/la+ 0-1, 22 m.e/100 gr., organic matter 1,27-5,30 %, total nitrogen 0,066-0,290 %, water soluble total salt^O, 030 -0,172 %. In this great soil group, aggregate stability af the control sample mas found between 10,50-58,50, of the 1 mm sieved and PUA applied samples between 15,04-70,13, and of the 8 mm. sieved and PUA applied samples between 30,12-66,18. These results were correlated with the other soil properties. Significant correlations were determined between aggregate stability of the control sample and clay (0,499x), clay ratio (-0,515x), suspension ratio (-0,645 ), dispersion ratio (-0,597 ), aggregation percentage of the grains^ 50j (0,597x), cation exchange capacity (0,680xx), exchangeable cS+ + Mg`+ (0,665xx), organic matter (0,532x), total nitrogen (0,569x), water soluble total salt (0,569x); between aggregate stability of the 1 mm. sieved and PUA applied Bampies and clay (0,497x), field capacity (0,653xx), sus- X XX pension ratio (0,507 ), cation exchange capacity (0,732 ), exchangeable Câ+ + Mg`+ (0,736xx), exchangeable Na+ (0,604x), organic matter (0,523x) ; between aggregate stability of the 8 mm sieved and PUA applied samples and field capacity (0,579x), suspension ratio (0,584x), cation exchange ca pacity (0,573x), exchangeable câ++Mg+ (0,573x), exchangeable Na (0,546x), organic matter (D,556x). Following the PUA application, the greatest in crease in the aggregate stability percentage of the 1 mm sieved soil samples was 187,42 and of the 8 mm sieved samples 263,45. In Borne of the 1 mm sieved and PUA applied samples aggregate stability was found lower than the control samples. This situation can be explained by the large aggre gates naturally found in these samples. Ab a result of the soil analysis in Non-Calcic Brown soils, skeleton was found between 5,56-47,13 %, sand 28,96-66,32 %,silt 15,00-41,64 %, clay 9,04-45,32 %, clay ratio. 1,20 - 10,06^ silt ratio 0,45-3,43 %, field capacity 7,28-41,31 %, suspension ratio 10,88-26,72 %, dispersion ratio99 23,28-85,76 %, aggregation percentage Df the grains</50p 14,23-76,71 %, erosion ratio 21,1D-69,D6 %, pH 4,78-6,78, CaCtlj 0,12-0,87%, cation exchange capacity 8,69-50,54 rn.e/1DQ gr., exchangeable câ~+ + Mg`+ 1,02 -45,71 m.e/10G gr., exchangeable H+ D,G3-1,67 m.e/100 gr., exchangeable i/la+ 0-0,43 m.e/100 gr., organic matter 0,46-5,43 %, total nitrogen 0,040 - 0,318 %, water soluble total 881^0,030-0, 13D %. In Non-Calcic Brown soils, the aggregate stability of the control samples was foLnd between 14,63-75,15, of the 1 mır sieved and PUA applied samples between 25,69-79,11, and of the 8 mm. sieved and PUA applied samp les between 32,56-83,69. With these aggregate stability values, soil properties were correlated. As a result significant correlations were found between the aggregate stability of the control soil samples and field ca - pacity (0,573*), suspension ratio (-0,522x), dispersion ratio (-G,555x), aggregation percentage of the grains/50 U (Q,555x), exchangeable Ca +Mg` (0,513x), exchangeable Ma`1` (G,521x), organic matter (0,546x), total nitrogen X XX (0,548 ), water soluble total salt (0,728 ); between aggregate stability of the 1 mrr sieved and PUA applied soil samples and clay (Q,531x), field capacity (0,552*), cation exchange capacity (0,634xx), exchangeable cS+ + Mg`+ (0,652xx), exchangeable Na+ (0,511x), water soluble total salt (0,660**); and between aggregate stability of the 8 mrr sieved and PUA applied soil samples and exchangeable l/la+ (0,512*) content. Following the PUA appli cation, the greatest increase in the aggregate stability percentage of the 1 mnr sieved soil samples was 245,65 and of the 8 mm. sieved samples was 350,58. Aggregate stability of the 1 mm sieved samples being lower than the control samples was thought to be due to large aggregates naturally found. On the other hand, the low aggregate stability of the 8 mm sieved and PUA applied samples was due to clay mineral types and organic matter oxidations in these soils. In the Regosol soils, boII properties were as following : Skeleton 1,21-52,10%, sand 24,68-79,96%, silt 12,00-39,00%, clay 7,68-38,66%, clay ratio 1,58-12,02 %, silt ratio 0,95-2,75 %, field capacity 4,55 - 20,75 %, suspension ratio 11,44-35,44 %, dispersion ratio 38,30-94,40%, aggregation percentage of the grains ^`501/ 5,60-61,60%, erosion ratio 20,60-79,87 %, pH 4,60-7,75, CaC03 0,12-10,04 %, cation exchange1DD capacity h, 62-21, hi m.e/100 gr., Exchangeable câ+ + Mg+ 0,^D-21,09 m.e/ 1Ü0 gr., exchangeable K+ 0,0^-0,85 m.e/1DD gr., exchangeabla I/!b+ in trace amounts, total nitrogen 0,019-0,210 %, water soluble total salt <0,030- 0,096 %. In this great soil group aggregate stability percentages were foLnd between 7,73-51,32 for the control samples, 15,06-78,93 for the soil samples sieved through 1 mm and PUA applied, and 23,^*8-85,50 for the samples Bieved through 8 mm and PUA applied. Significant correlations were fOLnd between the aggregate stability of the control samples and suspension ratio (-0,631xx), organic matter (0,723xx), total nitrogen (0,7<t0xx), and water soluble total salt (0,5^2X); between aggregate stability of 1 mm sieved and PUA applied samples and skeleton (0,579x), sand (0,8<t1xx), silt (-0,785xx), clay (-0,727xx), clay ratio (0,865xx), field capacity (-ü'I706ıO()f suspension ratio (-0,829xx), exchangeable Ca`+ + Mg+ (-0,498x); between agg regate stability of 8 mm sieved and PUA applied samples and skeleton (0,648xx), sand (0,871xx), silt (-0,823XX), clay (-0,741xx), clay ratio (Q,88DXX), field capacity (-0,742xx), suspension ratio (-0,86exx), cation exchange capacity (-0,567x), exchangeable câ++ Mg`+ (-0,568x). The greatest increase in the aggregate stability percentage of Regosols after PUA appli cation was found 339,33 for 1 mm sieved and PUA applied samples and ^00,36 for 8 mm sieved and PUA applied samples. In this great soil group some samples have bs well shown low aggregate stability due to the before mentioned reasons. Data obtained from this study have Bhown that PUA applications in Rendzina, Won Calcic Brown, and Regosol Great Soil Groups have brought up great increases in the aggregate stability particularly in the sandy textured soils. In some soil Bamples PUA applications couldn't have supplied increases in the aggregate stability due to above mentioned reasons. In all of the three great sail groups, 3 samples from the 8 mrr Bieved and PUA applied and 9 samples from the 1 mm sieved and PUA applied haven't shown on increase in their aggregat stability. On the aggregate stability of these great soil groupB important and different soil properties were found to be effective.