Assessment of the Relationship Between Humic Acid Contents and Trace Elements of Some Agricultural Soils in Diyarbakır Region by Multivariate Statistical Methods

Mehmet Düzgün; Abdullah Eren; Uğur Bilge; Ramazan Ceylan; Ramazan Selçuk; Mzahir Düz

doi:10.18016/ksutarimdoga.vi.1226158

TR EN

Diyarbakır Yöresindeki Bazı Tarım Topraklarının Hümik Asit İçerikleri ile Eser Elementler Arasındaki İlişkinin Çok Değişkenli İstatistiksel Yöntemlerle Değerlendirilmesi

Öz

Hümik asit (HA) ile topraktaki iz elementlerin biyoyarayışlılığı, reaksiyonları ve hareketliliği arasında önemli ilişkiler bulunmaktadır. Bu nedenle topraklar, HA uygulamalarıyla kimyasal, biyolojik ve fiziksel yönden iyileştirilmeye çalışılmaktadır. Bu çalışmada, Diyarbakır yöresinden 118 adet tarımsal toprak örneklerinin hümik asit içeriklerinin bazı iz elementlerle (Al, As, Ba, Be, Cd, Fe, Mn, Pb, Sb, Sn, Se, V ve P) olan ilişkisi çok değişkenli istatistiksel analizlerle değerlendirilmiştir. Toprak örnekleri mikrodalga yaş yakma yöntemiyle çözünürleştirildikten sonra element içerikleri ICP OES (Inductively Coupled Plasma Optical Emission Spectrometer) cihazı ile belirlenmiştir. Yöntemin doğruluğu için SRM (Standard Reference Material) olarak SRM NIST 2586 kullanılmıştır. Yapılan analiz sonucunda geri kazanım değerleri %91.6 ile %105.9 arasında bulunmuştur. Hümik asit topraklardan International Society for Humic Substances (IHSS) yöntemiyle ekstrakte edilmiş, çalkalayıcı ve santifrüj cihazı kullanılarak belirlenmiştir. Yöntemin doğruluğu için Hümik Asit Sodyum Tuzu (HA-Na) ile test edilmiştir. Elde edilen veri setine Pearson korelasyonu ve kısmi korelasyon analizi uygulanmıştır. Ayrıca çoklu regresyon, HCA (Hiyerarşik Küme Analizi) ve PCA (Principal Component Analysis) gibi çok değişkenli istatistiksel analizler uygulanmıştır. Çoklu regresyon analizi Step-wise yöntemine göre yapılmıştır. Manganese ve P (p< 0.01), HA bağımlı değişken olarak alındığında önemli bulunmuştur. Pearson korelasyon katsayısına göre toprakta HA ile As (r = -0.282**) arasındaki ilişki negatif ve anlamlı iken, Fe (r = 0.185*), Mn (r =0.273**)), Sn (r = 0.242*), Se (r = 0.325**) ve P ( r = 0.315**) gibi diğer elementlerle pozitif ve anlamlı olarak belirlenmiştir. Kümeleme ve PCA analizinde HA, P Mn ve Fe’nin aynı grupta olduğu saptanmıştır. Yapılan analizler HA’in toprağın bitki besin elementleri lehinde pozitif etki yaptığını göstermiştir.

Anahtar Kelimeler

Assessment of the Relationship Between Humic Acid Contents and Trace Elements of Some Agricultural Soils in Diyarbakır Region by Multivariate Statistical Methods

Abstract

There are important relationships between humic acid (HA) and the bioavailability, reactions and mobility of trace elements in the soil. For this reason, soils are tried to be improved chemically, biologically and physically with HA applications. In this study, the relationship of humic acid contents of 118 agricultural soil samples from Diyarbakır region with some trace elements (Al, As, Ba, Be, Cd, Fe, Mn, Pb, Sb, Sn, Se, V and P) was evaluated by multivariate statistical analysis. After the soil samples were solubilized by the microwave wet digestion method, the element contents were determined with the ICP OES (Inductively Coupled Plasma Optical Emission Spectrometer) device. SRM NIST 2586 was used as SRM (Standard Reference Material) for the accuracy of the method. Recovery values were found between 91.6% and 105.9% as a result of the analysis. Humic acid was extracted from soils by the International Society for Humic Substances (IHSS) method and determined using a shaker and centrifuge device. For the accuracy of the method, it was tested with Humic Acid Sodium Salt (HA-Na). Pearson correlation and partial correlation analysis were applied to the obtained data set. In addition, multivariate statistical analyses such as multiple regression HCA (Hierarchical Cluster Analysis) and PCA (Principal Component Analysis) were applied. Multiple regression analysis was performed according to the Step-wise method. Manganese and P (p< 0.01) were significant when HA was taken as the dependent variable. According to the Pearson correlation coefficient, the correlation between HA and As (r = -0.282**) in soil was negative and significant, while Fe (r = 0.185*), Mn (r = 0.273**)), Sn (r = 0.242*), Se (r = 0.325**) and P (r = 0.315**) were determined as positive and significant. In clustering and PCA analysis, HA, P Mn and Fe were found to be in the same group. The analyses have shown that HA has a positive effect on the plant nutrients in the soil.

Keywords

Supporting Institution

DİCLE ÜNİVERSİTESİ (DÜBAP)

Project Number

FEN.17.002

Thanks

Emeği geçen herkese teşekkürlerimi sunarım.

References

Alloway, B.J. (1996). Heavy metals in soil. Halsted Press, John Wiley and Sons, Inc., London, 230-239.
Bozkurt, M. (2005). Ayrışma Dereceleri Farklı Peatlerin Hümik Asit Kapsamlarının İki Ayrı Yöntemle Karşılaştırılması (Tez no 170195). [Yüksek Lisans Tezi Ankara Üniversitesi. Fen Bilimleri Enstitüsü Toprak Anabilim Dalı ] Yükseköğretim Kurulu Ulusal Tez Merkezi.
Cai, I., Xu, Z., Ren, M., Guo, Q., Hu, X., Hu, G., Wan, H. & Peng, P. (2012). Source identification of eight hazardous heavy metals in agricultural soils of Huizhov, Guandang, Province, China, Ecotoxicology and Environmental Safety. 78(4), 2-8. https://doi.org/10.1016/j.ecoenv.2011.07.004
Chen, X., Lu, X. & Yang, G. (2012). Sources identification of heavy metals in urban topsoils from inside the Xi’an Second Ringroad, NW China Using Multivariate Statistical Methods. Catena, 98(6), 73-78. https://doi.org/10.1016/j.catena. 2012. 06.007
Conte, P., Agretto, A., Spaccini, R., & Piccolo, A. (2005). Soil remediation: humic acids as natural surfactants in the washings of highly contaminated soils. Environmental pollution, 135 (3), 515-522. https://doi.org/10.1016/j.envpol.2004.10.006
Çobanoğlu, Ç.G.Z. (2001). Toprak kirliliği, Çevre Sağlığı Temel Kaynak Dizisi No:40 Ankara
Dağhan, H., 2011. Doğal kaynaklarda ağır metal kirliliğinin insan sağlığı üzerine etkileri. Mustafa Kemal Üniversitesi Ziraat Fakültesi Dergisi, 16(2), 15-25, ISSN 1300-9362.
Donisa, C., Mocanu, R., &Steinnes, E. (2003). Distribution of some major and minor elements between fulvic and humic acid fractions in natural soils, Geoderma, 111(1), 75–84. ISSN:0016-7061

Eren, A. & Mert, M. (2017). Ağır metal (Ni, Cd ve Cu) uygulamalarının andız otu, fener otu ve sığırkuyruğu bitkilerinin büyüme ve gelişmesi üzerine etkisi.Türkiye Tarımsal Araştırmalar Dergisi - Turkish Journal of Agricultural Research, 4(1), 50-58, https://doi.org/10.19159/tutad.300661
Eren, A. (2019). Phytoextraction of nickel contaminated soil with citric acid and humic acid treatments using rosemary (Rosmarinus officinalis) plant. International of Journal Environmental Science and Natural Research, 19(4), 89-94. https://doi.org/ 10.19080/IJESNR.2019.19.556016
Eren, A. (2020). Humik asit ve sitrik asit uygulamalarının krom ile kirlenmiş topraklarda biberiye (Rosmarinus Officinalis) bitkisinin fitoremediasyonu. EJONS International Journal of Mathematic Engineering and Natural Sciences,4(14), 387-395. https://doi.org/ 10.38063/ ejons.253
Franco-Uria, A., Lopez-Mateo, C., Roca, E., & Fernandez-Marcos, M.I. (2009). Source identification of heavy metals in pastureland by multivariate analysis in NW Spain. Journal of Hazardous Material, 15(165), 1008-1015. https://doi.org/10.1016/j.jhazmat.2008.10.118.
Gürel, A., Özdemir, M., Tandoğan, M., Horuz, A., Polatoğlu, K., &Tutar. A. (2015). Batı Karadeniz mor çiçekli orman gülü topraklarında fizikokimyasal özelliklerinin bazı meşcere unsurları yönünden algoritma hiyerarşik cluster (AHC) yöntemi ile kümeleme analizlerinin yapılması. II. Uluslararası Katılımlı Ulusal Humik Madde Kongresi, 26-28 Ekim 2014, Kahramanmaraş. Kaharamanmaraş Sütçü İmam Üniversitesi Doğa Bilimleri Dergisi, Özel Sayı,(18), 25-30
Lu, A., Wang, J., Qin, X., Wang, K., Han, P. & Zhang, S. (2012). Multivariate and geostatistical analyses of the spatial distribution and origin of heavy metals in the agricultural soils in Shunyi, Beijing, China, Science Total Environment 15(425), 66-74 https://doi.org/10.1016/j.scitotenv.2012.03.003
Mico, C., Recatala, L., M. Peris, M., &Sanchez, J. (2006). Assessing heavy metal sources in agricultural soils of an Mediterranean Area by multivariate analysis. Chemosphere 65(5), 863-872. https://doi.org/10.1016/j.chemosphere.2006.03.016
Nebel, B. 1990. Environmental Science The Way The World Works, Prentice Hail, Englewood Cliffs
Peris, M., Recatala, I., Mico, C., Sanchez, R. & Sanchez. J. (2008). Increasing the knowledge of heavy metal contents and sources in agricultural soils of the european Mediterranean Region. Water Air Soil Pollution 192(1), 25-37. https://doi.org/10.1007/s11270-008-9631-1
Prado, R. B., Fidalgo, E. C. C., Monteiro, J. M. G., Schuler, A. E., Vezzani, F. M., Garcia, J. R., ... & Simões, M. (2016). Current overview and potential applications of the soil ecosystem services approach in Brazil. Pesquisa Agropecuária Brasileira, 51(9), 1021-1038. https://doi.org/ 10.1590/S0100-204X2016000900002
Rodriguez-İruretagoiena, A., A. Folez-Ortiz de Valle-Juelo, Gredilla, C.G. Ramos, L.S. Oliveira Gorka Arana, A. De Diego, Madariaga, J.M. &Silva, L.F.O. (2015). Fate of hazardous elements in agricultural soils surronding a coal power plant complex from Santa Catarina (Brazil). Science of Total Environment, 1(508), 374-382. https://doi.org/10.1016/j.scitotenv.2014.12.015
Şahin, E. (2012). Karasal ve karasal kökenli hümik madde eldesinde yeni bir kaynak araştırması. Sakarya Üniversitesi , Fen Edebiyat Dergisi, 14(1), 417-433.
Schnitzer, M.& Khan, S.U. (1972). Humic substances in the environment. Marcel Dekker. NewYork, 317.
Stevenson, I.L,& Schnitzer, M. (1982).Transmission electron microscopy of extracted fulvic and humic asids. Soil Science, 133 (3), 179-185 ISSN : 0038-075X
Stevenson, F.J. (1994). Humus Chemistry. Genesis, Composition, Reactions. 2nd Edition, Wiley, New York.
Tarhan, İ., (2011). Hümik Maddelerin Bazı Biyokimyasal Kaynaklardan Ekstraksiyonu ve Akış Enjeksiyon Sistemleriyle Tayin Metotlarının Geliştirilmesi (Tez no 302537). [Yüksek Lisans Tezi, Selçuk Üniversitesi, Fen Bilimleri Enstitüsü, Kimya Anabilim Dalı] Yükseköğretim Kurulu Ulusal Tez Merkezi
Tokay, F. & Yaşar, S.B. (2008). Topraktaki hümik asit miktarına bağlı olarak zeytin toprağı, zeytin yaprağı ve zeytinin meyvesinde çinko miktarının değişimi, I.Ulusal Zeytin Kongresi, Edremit, Balıkesir, 17-18 Mayıs
Usta S. (1995). Toprak kimyası. Ankara Üniversitesi Ziraat Fakültesi Yayın No. 1387, Ders Kitabı No 401. 217 p.
Xia, X., X. Chen, R. Liu, H. Liu, (2011). Heavy metals in urban soils with various land type of land use in Beijing, China. Environmental Pollution 186(2-3), 2043-50. doi: 10.1016/j.jhazmat.2010.12.104. Epub 2010 Dec 30. PMID: 21242029.
Yang, T., & Hodson, M. E. (2019). Investigating the use of synthetic humic-like acid as a soil washing treatment for metal contaminated soil. Science of the total environment, 10(647), 290-300. https://doi.org/ 10.1016/j.scitotenv.2018.07.457
Yuan, G.L., Sun, T.H., Han,P & Li, J. (2013). Environmental geochemical mapping and multivariate geostatistical analysis of heavy metals in topsoils of a closed steel smelter: Capital İron and Steel Factory, Beijing, China. Journal of Geochemical Exploration, 130(1), 15-21.https://doi.org/ 10.1016/j.gexplo.2013.02.010
Weil, N.C., Brady, R.R. and Weil, R.R. (2016). The nature and properties of soils. Fifteenth Edition, Pearson, Columbus.
Zhang, C. (2006). Using multivariate analyses and GIS to identify pollutants and their spatial patterns in urban soils in Galway, İreland. Environmental Pollution, 142(3), 501-511. https://doi.org/ 10.1016/j.envpol.2005.10.028

Details

Primary Language

English

Subjects

Agricultural, Veterinary and Food Sciences

Journal Section

Research Article

Authors

Mehmet Düzgün ^*
0000-0003-4269-5544
Türkiye

Abdullah Eren
0000-0003-1187-7978
Türkiye

Uğur Bilge
0000-0001-8909-723X
Türkiye

Ramazan Ceylan
0000-0002-4578-2021
Türkiye

Ramazan Selçuk
0000-0002-2823-658X
Türkiye

Mzahir Düz
0000-0002-3642-4206
Türkiye

Early Pub Date

October 13, 2023

Publication Date

February 28, 2024

Submission Date

January 2, 2023

Acceptance Date

June 1, 2023

Published in Issue

Year 2024 Volume: 27 Number: 1

DOI

https://doi.org/10.18016/ksutarimdoga.vi.1226158

IZ

https://izlik.org/JA29YE83UM

Cite

RIS / Bibtex

APA

Düzgün, M., Eren, A., Bilge, U., Ceylan, R., Selçuk, R., & Düz, M. (2024). Assessment of the Relationship Between Humic Acid Contents and Trace Elements of Some Agricultural Soils in Diyarbakır Region by Multivariate Statistical Methods. Kahramanmaraş Sütçü İmam Üniversitesi Tarım Ve Doğa Dergisi, 27(1), 194-204. https://doi.org/10.18016/ksutarimdoga.vi.1226158

Cited By

Discrimination of soil samples using X-ray fluorescence combined with multivariate statistical tools

Vegetos

https://doi.org/10.1007/s42535-025-01539-w