Toprağın morfolojik ve parametrik özelliklerinden doygun hidrolik iletkenliğinin tahmini

Abstract

Doygun toprakta hidrolik iletkenliği (Ks) tanımlamak için, hacim ağırlığı, tekstür, organik madde, gözenek büyüklüğü dağılımı gibi mevcut toprak özellikleri kullanılarak yapılan çok sayıda çalışma mevcuttur. Ancak, toprağın doygun hidrolik iletkenliği üzerinde güçlü bir etkisi olmasına rağmen, toprak yapısının tip, büyüklük ve dayanıklılığı; gözenek ve köklerin tip, oryantasyon ve miktarı ve yapışkanlık ve plastiklik gibi toprak morfolojik özellikleri ile doygun hidrolik iletkenlik arasındaki ilişkileri tanımlamayı amaçlayan çalışmalar çok azdır. Bu çalışmanın amacı, doygun hidrolik iletkenliği tahmin etmek için toprak parametrik özellikleri ile birlikte toprak morfolojik özelliklerinin de değerlendirilmesidir. Çalışmada, Çankırı ili Kızılırmak ilçesinde çeltik yetiştirilen alanlar ve bu alanlara bitişik meralardan alınan bozulmamış toprak örnekleri kullanılmıştır. Bozulmamış toprak örnekleri çalışma alanında rastgele seçilen 60 noktadan, traktörün üç-nokta askı sistemine bağlanan özel bir örnekleme düzeneğine monte edilen plastik toprak örnekleyicileri (15 cm uzunluğunda ve 8 cm çapında) ile üst toprak (0-15 cm) ve alt topraktan (15-30 cm) olmak üzere iki farklı derinlikten (120 adet) alınmıştır. Toprak parametrik özelliklerinin analizleri için aynı örnek nıktalarından bozulmuş toprak örnekleri alınmıştır. Doygun hidrolik iletkenlik, toprak kolonlarında sabit yük seviyeli hidrolik iletkenlik seti kullanılarak ölçülmüştür. Doygun hidrolik iletkenlik ölçümünü takiben, buharlaşmayı önlemek için toprak kolonlarının üstü kapatılmış ve laboratuvarda bekletilmiştir. Kolonlardan su akışı durduğunda, hacim ağırlığı örnekleri alınmış ve penetrasyon direnci ölçülmüştür. Daha sonra topraklar kolonlardan çıkarılmış ve toprak profil tanımlamalarında kullanılan tanımlama kartları yardımıyla örneklerde toprak rengi, toprak yapısı, gözeneklilik, kökler, kıvam, yapışkanlık, plastiklik ve uzama katsayısı gibi toprak morfolojik özellikleri belirlenmiştir. Ayrıca, bozulmuş toprak örneklerinde toprak tekstürü, hacim ağırlığı, pH, tarla kapasitesi ve solma noktası, katyon değişim kapasitesi, özgül yüzey alanı, agregat stabilitesi, organik madde miktarı ve kireç içeriği ölçümleri yapılmıştır. Laboratuvarda ölçülen doygun hidrolik iletkenlik (Ks) değerlerinin aritmetik ortalamsı 0.83 cmsa-1 olup, maksimum 2.71 ve minimum 0.0036 cm sa-1 arasında değişmektedir. Parametrik özellikler içerisinde en fazla değişkenliği Ks (%80) ve en düşük değişkenliği toprak reaksiyonu (pH) (%5.68); morfolojik özellikler içerisinde ise en yüksek değişkenliği kök miktarı (%61) ve en düşük değişkenliği ise yapı tipi (%19) göstermiştir. Ölçülen Ks değerleri ile toprak morfolojik ve parametrik özellikleri arasındaki ilişki çoklu doğrusal regresyon kullanılarak değerlendirilmiştir. Toprak yapışkanlık, yapı sınıfı, gözenek büyüklüğü, plastiklik ve gözenek miktarı özellikleri ile Ks arasında önemli ilişki bulunmuştur. Bu özellikler kullanılarak geliştirilen çoklu regresyon eşitliğinin Ks'teki değişkenliğin %94'ünü tanımladığı ve ölçülen ve tahmin edilen değerler arasında %95'lik bir uyum olduğu görülmüştür. Dinamik süreçlerin tahmininde toprak veritabanlarında mevcut olan toprak morfolojik özelliklerinin temel toprak özellikleri ile kullanılabileceği sonucuna varılmıştır.

Numerous of studies have been conducted to describe soil saturated hydraulic conductivity (Ks) by soil parametric properties such as bulk density, texture, organic matter, and particle-size distribution. However, although soil morphological properties have a strong effect on Ks, studies targeting at describing relation between Ks and soil morphological properties such as type, size, and strength of soil structure; type, orientation and quantity of soil pores and roots; consistency; and plasticity are rare. This study aimed at evaluating soil morphological properties along with soil parametric properties to predict Ks. The study was conducted on paddy soils and adjacent grasslands on Kızılırmak Township (near the town) of Cankırı Province. Undisturbed soil samples were collected from sixty randomly selected sampling sites from topsoil (0-15 cm) and subsoil (15-30 cm) (120 samples) with plastic soil samplers (15 cm length and 8.0 cm id.) connected to an apparatus mounted to three-point system of a tractor. Synchronized disturbed soil samples were taken from the same sampling sites and depths for basic soil analyses. Saturated hydraulic conductivity was measured on the soil columns using a constant-head permeameter. Following the Ks measurements, the upper part of soil columns were covered to prevent evaporation and colums were waited in the laboratory. When the water flow through the column was stopped, samplings were taken for bulk density and penetration resistance was measured on the columns. Then, the soils were disturbed and morphological properties of soil color, soil structure, pores, roots, consistency, and plasticity were described by standard soil description charts used in soil survey studies. In addition, soil texture, bulk density, soil reaction (pH), field capacity, wilting point, cation exchange capacity, specific surface area, aggregate stability, organic matter content, and calcium carbonate were measured on the synchronized disturbed soil samples. Laboratory measured Ks-values had a mean of 0.83 cmh-1 and changed between 2.71 and 0.0036 cm h-1. Greatest variability ocurred for Ks (80%) and lowest for pH (5.6%) for soil parametric variables; and greatest variability ocurred for root amonut (61%) and lowest for structure class for morphometric properties. The measured Ks values were correlated to soil parametric and morphological properties by multiple linear regressions. Stickiness, soil structure grade, pore size, plasticity, and pore quantity significantly correlated to Ks. Linear multiple regression equation developed using these properties, described 94% total variation in Ks, and measured and predicted Ks values were significantly correlated with each other (r=0.95). The results showed that soil morphological properties, that readily available in soil survey databases, can be used along basic soil properties in predicting soil dynamic processes.