Research Article
BibTex RIS Cite

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

Year 2024, Volume: 27 Issue: 1, 194 - 204, 28.02.2024

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

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

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

Trace element Humic acid Correlation Regression ICP OES

Project Number

FEN.17.002

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

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

Year 2024, Volume: 27 Issue: 1, 194 - 204, 28.02.2024

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

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

Abstract

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.

Keywords

İz element Hümik asit Korelasyon Regresyon ICP OES

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
There are 31 citations in total.

Details

Primary Language English
Subjects Agricultural, Veterinary and Food Sciences
Journal Section RESEARCH ARTICLE
Authors

Mehmet Düzgün 0000-0003-4269-5544

Abdullah Eren 0000-0003-1187-7978

Uğur Bilge 0000-0001-8909-723X

Ramazan Ceylan 0000-0002-4578-2021

Ramazan Selçuk 0000-0002-2823-658X

Mzahir Düz 0000-0002-3642-4206

Project Number FEN.17.002
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 2024Volume: 27 Issue: 1

Cite

APA Düzgün, M., Eren, A., Bilge, U., Ceylan, R., et al. (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
 Download Cover Image


International Peer Reviewed Journal
Free submission and publication
Published 6 times a year



88x31.png


KSU Journal of Agriculture and Nature

e-ISSN: 2619-9149