Tuzlu Topraklarda Biyofilmin Yüzey Stabilizasyonunu Sağlamasında Nicel Görüntü Analizi

• SL

  Shuaili Lv 1†

• SP

  Shenling Peng 1†

• XZ

  Xiang Zhang 2

• 1. Jilin Tarım Bilimi ve Teknoloji Üniversitesi Ziraat Fakültesi, Jilin Şehri, Jilin, Çin

• 2. Sichuan Kentsel Meslek Yüksekokulu Bilgi Teknolojileri Enstitüsü, Chengdu, Sichuan, Çin

Makale ölçütleri

Özet

Tuzlu toprak yüzeylerinin biyokrust oluşturan siyanobakterilerle erken aşamada stabilize edilmesi, kurak ortamlarda tarımsal verimlilik ve ekosistem istikrarı için büyük tehdit oluşturan toprak bozulması ve aşınmaya rağmen, yıkıcı olmayan bir yaklaşımla neredeyse hiç nicelendirilmemiştir. Bu boşluğu doldurmak için, tamamen rastgele tasarımla, her bir işlem için iki bağımsız tekrar kullanılarak, yerel siyanobakterilerle aşılanan saha parçalarında mikrotopografik değişimler izlenecek ve iki tuzluluk seviyesi altında (düşük tuzluluk: EC = 6,5 dS m−1 ve yüksek tuzluluk: EC = 15,4 dS m−1) nicel, görsel temelli bir çerçeve geliştirdik. 50. günden sonra, toprak yüzeyinin dijital görüntüleri MATLAB içinde gri ton dönüştürme ve yerel dokusal işleme yoluyla analiz edildi; bu işleme, piksellerin standart sapması (SD), görüntü entropisi ve hareketli pencere SD/entropi filtrelemesini içeren, pürüzlülük, çatlaklar ve yüzey düzensizliğiyle ilişkili mekânsal heterojenliği yakalamayı amaçladı. Aşılanan parçalar, kontrollerle karşılaştırıldığında belirgin şekilde daha pürüzsüz ve daha bütünlüklü yüzeyler gösterdi; piksel değişkenliğinde anlamlı azalmalar kaydedildi (düşük ve yüksek tuzluluk altında sırasıyla %14 ve %37,36; P < 0,01), oysa entropi %9,03 ve %18,04 oranında azaldı ancak istatistiksel anlamlılığa ulaşamadı (P > 0,01). Bu sonuçlar, siyanobakteri aşılamanın toprak yüzeyi örgütlenmesini iyileştirebileceğini gösteriyor; ancak etkinliği, daha güçlü tuzluluk stresinin osmotik ve iyonik kısıtlamalar yoluyla metabolik faaliyeti baskılaması, hücredışı polimerik malsecreasyonunu sınırlaması ve tanecik bağlanması ve rust oluşumu için gerekli olan ipliksi ağın oluşumunu kısıtlaması nedeniyle azalıyor. Çalışma, yıkıcı olmayan görüntü analizinin erken biyokrust oluşumunu hassas şekilde tespit edebileceğini ve siyanobakteri aşılamanın, tuzluluk fizyolojik tolerans sınırlarını aşmadığı sürece tuzlu toprak yüzeylerini stabilize etmek için umut verici bir biyomühendislik stratejisi olduğunu ortaya koyuyor.

1. Giriş

Zemin erozyonu, doğal kaynaklar ve çevre için dünyada en büyük tehditlerden biri olarak toprağın verimliliğinde düşüşe, toprak yapısının bozulmasına ve tarımsal verimin azalmasına yol açmaktadır (Khosravi Aqdam et al., 2022). Sıklıkla sel baskınları ve havzalarda artan tortu birikimiyle birlikte işleyen bu süreç, arazi bozulmasının başlıca nedenlerinden biri olup tarımsal sistemlerin verimliliğini ve sürdürülebilirliğini ciddi biçimde zayıflatmaktadır. Bu nedenle artan zemin erozyonu yalnızca tarım sektörünün ekonomik performansını düşürmekle kalmayıp, ekolojik istikrarsızlığı da şiddetlendirerek sosyal ve politik krizlere zemin hazırlayan koşullar yaratmaktadır (Sadeghi et al., 2020; Ashgevar Heydari et al., 2023; Shan et al., 2024; Zhu et al., 2025). Bu arada, tuzluluk özellikle kurak ve yarı kurak bölgelerde artan bir endişe kaynağı haline gelmiş ve erozyon süreçlerinin hızlanmasında kritik bir rol oynamaktadır. Tuzluluk, çoğu zaman aşırı buharlaşma ve iyi drene edilemeyen topraklarda tuz birikmesinden kaynaklanarak toprağın fiziksel, kimyasal ve biyolojik özelliklerinde önemli değişikliklere yol açmaktadır (Wang and Sun, 2024). Bu değişiklikler toprağın istikrarını azaltmakta, geçirgenliğini düşürmekte, bitki örtüsünü yok etmekte ve çölleşmeyi hızlandırmaktadır. Tuzluluk ve çölleşmenin karşılıklı etkileşiminin bir sonucu olarak, bu iki olgunun toprak verimliliği ve ekosistem sağlığı üzerindeki birleşik olumsuz etkileri, gıda güvenliği ve sürdürülebilir gelişim için uzun vadeli riskler taşımaktadır (Dadgar and Faramarzi, 2024).

Bu yıkıcı döngüleri azaltmak amacıyla, biyotoprak kabukları (biocrusts) üzerine odaklanan doğa tabanlı çözümler öne çıkmıştır. Biocrusts, toprak taneciklerinin siyanobakteriler, bakteriler, mantarlar, likenler ve yosunlarla yakın ilişki içinde oluştuğu özelleşmiş yüzey birikimleridir (Mętrak et al., 2023; Sagi et al., 2025). Bu bileşenler arasında siyanobakteriler birincil yerleşmeciler olarak toprak stabilizasyonunda temel bir rol üstlenir. Fotosentez ve ardından gelen ekstraselüler polimerik maddelerin (EPS) salgılanması yoluyla bu mikroorganizmalar, gevşek toprak taneciklerini fiziksel olarak birbirine bağlayan, örümcek ağına benzer ipliksi bir ağ oluşturur (Jafarpoor et al., 2022b). Bu biyolojik matris, besin döngüsünü ve nem tutulumunu artırmakla kalmaz, aynı zamanda toprak agregası stabilizasyonunu da belirgin biçimde iyileştirerek toprağın rüzgâr ve suyun yol açtığı aşındırıcı kayma kuvvetlerine karşı direncini yükseltir (Pulido Moncada et al., 2015; Wu et al., 2022; Gharemahmudli et al., 2024).

Bu alandaki önceki çalışmalar, esas olarak siyanobakteriyel aşılanmanın makro düzeydeki hidrokolik ve fiziksel yararlarına odaklanmıştır. Bu araştırmalar, agreganın ortalamalı ağırlık çapı (MWD), kayma dayanımı, yüzey akışının başlangıcının ertelenmesi ve simüle edilmiş yağmur veya rüzgar tüneli koşulları altında toprak kaybı gibi parametreleri kapsamlı biçimde belgelemiştir [örneğin, Gharemahmudli ve ark. (2022) ve Sadeghi ve ark. (2025)]. Örneğin, yerel siyanobakterilerin aşılanmasının, donma-çözülme döngüleri altında toprak yarık genişliğini ve yüzey akış hacmini azattığı gösterilmiştir; ayrıca geniş ölçekli literatür analizleri, mikrobiyal kabukların çeşitli iklim bölgelerinde yüzey akışını azaltmadaki etkinliğini doğrulamaktadır. Ancak bu ilerlemelere rağmen, kritik bir bilgi açığı kalmaktadır: biocrust oluşumunun dinamik tepkisi, toprak tuzluluğunun farklı düzeyleri altında mikro-topografik düzeyde sistematik biçimde nicellenmemiştir. Kritik önemde, mevcut çalışmalar agreganın kararlılığını değerlendirmek için yıkıcı fiziksel numune alma yöntemlerine (örneğin ıslak eleme veya kuru fırçalama) yoğun biçimde dayanmaktadır. Bu geleneksel yöntemler, kararlılığın başlangıç aşamalarında toprak yüzeyinde meydana gelen biocrust örtüsünün uzamsal dağılımını ve yüzeydeki ince morfolojik değişimleri yakalayamamaktadır (Leal Filho ve ark., 2026).

Bu sınırlamayı aşmak için dijital görüntü işleme, toprak yüzeyi stabilitesini değerlendirmede bilimsel açıdan anlamlı, yıkıcı olmayan bir yaklaşımla öne çıkıyor. Görsel göstergelerin stabilite için neden yaklaşımlar olarak kullanıldığı, biyokabu oluşumu ve toprak bozulmasından kaynaklanan yapısal izlere dayanıyor. Özellikle kabuklanma süreci toprak yüzeyi dokusunu değiştiriyor ve bu durum alan gri-seviye bağımlılık matrisleri (doku analizi) ve yüzey pürüzlülüğü ölçümleriyle nicelendirilebiliyor. Öte yandan, tuzluluk altında ortaya çıkan ve toprak dağılması ile çatlama olarak kendini gösteren yapısal bozulma, belirgin geometrik özellikler sergiliyor. Çatlak yoğunluğu, ortalama çatlak genişliği, ağaçlanma bağlantısı ve çatlak örüntülerinin fraktal boyutu gibi yüzey özellikleri, toprağın hassasiyetinin doğrudan yapısal göstergeleri olarak değerlendiriliyor; daha dar, yoğun dallanmış veya hiç olmayan çatlak ağları, üstün agregal stabilite ve yüzey birleşimini işaret ediyor. Bu yüksek çözünürlüklü görsel özelliklerin analizi, görüntü işleme sayesinde hassas biyokabukların bozulmadan yapısal değişikliklerin sürekli olarak izlenebilmesini sağlıyor (Mezlini ve ark., 2024; Gu ve ark., 2025).

Bildiğimiz kadarıyla, siyano bakterileri ekilen toprakların gradyan tuzluluk stresine maruz kaldığı yapılarda dijital görüntü işlemeyi nicelendiren bir çalışma henüz gerçekleştirilmedi. Bu çalışma, yıkıcı olmayan bir değerlendirme çerçevesi kurarak bu açığı kapatıyor. Temel yenilik, belirli ve algoritmik olarak çıkarılan yüzey özellikleri—özellikle çatlak geometrisi, yüzey doku entropisi ve kabuklanma yoğunluğu—ile tuzlu koşullarda fiziksel toprak stabilite ölçümleri arasında bağlantı kurmakta yatıyor. Sonuç olarak, bu çalışmanın amacı, gelişmiş görüntü işlemeyi kullanarak farklı tuzluluk seviyelerinde siyano bakterili ekimle toprak agregal stabilitesini artırmanın mümkün olup olmadığını değerlendirmekti. Bu yaklaşım, biyokabu oluşumunu ve toprak iyileşme dinamiklerini değerlendirmek için hızlı, nesnel ve yüksek çözünürlüklü bir yöntem sunuyor.

2 Materyaller ve yöntemler

2.1 Çalışma alanı

Çalışma alanı, Çin’in kuzeybatısındaki Xinjiang Eyaleti’nde Turpan Havzası’nda yer almakta ve 41°30′00″ ile 43°30′00″ kuzey enlemleri, 88°30′00″ ile 89°50′00″ doğu boylamları arasında uzanmaktadır (Şekil 1). Bu bölge, Tian Shan Dağları’nın kuzey ve güney sıraları arasında bulunduğu özel coğrafi konum nedeniyle son derece kurak çöl iklimi sergilemektedir. Havza, yılda 100 mm’den az yağış almasıyla Çin’in en kurak bölgelerinden biri olarak kabul edilmekte, potansiyel buharlaşma ise yılda 3.000 mm’yi aşmaktadır (https://data.cma.cn/). Yağış ve buharlaşma arasındaki bu güçlü dengesizlik, yüzey toprak tabakalarında önemli tuz birikimine yol açmaktadır.

Yaz aylarında hava sıcaklıkları sık sık 45 °C’yi aşmakta, yoğun sıcaklık ve kesintisiz kuru rüzgarlar hem ekosistemler hem de tarım sistemleri için son derece zorlu çevre koşulları yaratmaktadır. Bu bölgenin toprakları genellikle ince dokuya sahip ve sınırlı drenaj kapasitesine sahip olup, ikincil tuzlanma ve sodifikasyon süreçlerine karşı son derece hassastırlar. Bu süreçler, sürdürülebilir olmayan sulama uygulamaları, yükselen yeraltı suyu seviyeleri ve toprak yüzeyinden kaynaklanan güçlü buharlaşma kayıpları ile güçlendirilmektedir (Huang et al., 2017).

Bu koşullar altında, ince toz partikülleri yüzeye yakın birikerek ve sıkışarak sert, kırılgan ve nispeten geçirgensel kabuklar oluşturmaktadır. Bu kabuklar süzülme kapasitesini azaltmakta, yüzey akışını arttırmakta ve tohum çimlenmesini engellemekte, sonuç olarak toprak bozulmasını hızlandırmakta ve rüzgar erozyonuna karşı hassaslığı arttırmaktadır. Dolayısıyla, bu ortamda yüzey toprak stabilitesini kontrol eden süreçlerin anlaşılması son derece önemlidir; özellikle aşırı kurak koşullar altında toprak stabilizasyonuna katkıda bulunan biyolojik toz kabuklarının oluşumu ve ekolojik işlevleriyle ilişkilendirildiğinde.

2.2 Toprak numune alma ve analiz

Sinyobakteriyel tohumlamanın toprak agregası kararlılığı üzerindeki etkisi ve yüzey bozulmasının azaltılması değerlendirilmek için, belirlenen çalışma alanında 0–10 cm derinlik katmanından toprak örnekleri alınmıştır. Alındıktan sonra numuneler kontrollü koşullar altında laboratuvara taşınmıştır. Örnekler hava kurutulmuş, öğütülmüş ve analiz öncesi 2 mm elekten geçirilmiştir. Toprak organik karbonu (TOK), Walkley–Black metodu ile (Nelson ve Sommers, 1982) belirlenirken, toplam azot (TAN) Kjeldahl sindirimi ve damıtma metodu ile (Bremner, 1996) ölçülmüştür. Toprak pH’sı ve elektriksel iletkenlik (EC), sırasıyla 1:2,5 ve 1:5 toprak-suyu süspansiyonlarında standart pH ve iletkenlik metreleri kullanılarak (Rhoades, 1996; Thomas, 1996) değerlendirilmiştir. Kum, silt ve kil içeriği dahil olmak üzere toprak dokusu, hidrometre metodu ile (Bouyoucos, 1962) analiz edilmiş ve dokusal sınıf USDA sistemine göre sınıflandırılmıştır. Birikmiş yoğunluk (BD), öz metodu ile belirlenmiş; toprak özeleri sabit ağırlığa ulaşana kadar 105 °C’de fırında kurutulmuştur (Blake, 1965) ve toprak nem içeriği (TN) 105 °C’de fırında kurutarak gravimetrik olarak ölçülmüştür (Gardner, 1965). Tablo 1’de bildirilen fizikokimyasal verilerin, deney tuzluluğu uygulamaları başlamadan önce, örneklemenin yapıldığı aşamadaki toprakların başlangıç özelliklerini temsil ettiği belirtilmelidir. Dolayısıyla Tablo 1’de listelenen EC değerleri, kaynak toprakların arka plan tuzluluk durumunu betimler ve tohumlama deneyi sırasında uygulanan tuzluluk seviyeleri olarak yorumlanmamalıdır.

Örneklerin alındığı sahaların, tuzluluk uygulamaları başlamadan önceki başlangıç fizikokimyasal özellikleri.

2.3 Siyanobakteri analizine yönelik hazırlık süreci

Analiz öncesinde biyolojik veya kimyasal değişimlerin önlenmesi ve örneklerin bütünlüğünün korunması için toplanan toprak örnekleri 4 °C’de muhafaza edildi. Ardından, steril laboratuvar koşullarında ve laminar akış kabında toprak örnekleri eelenip öğütülerek 2 mm’den küçük tanecik boyutları elde edildi ve sonraki mikrobiyolojik analizler için örneklerin homojenliği sağlandı. Siyanobakteri izoleme ve tanımlama sırasında analitik değişkenliği en aza indirmek amacıyla, her bir toprak örneği (100 g) kültürlenme işlemlerinden önce temsilî bir bileşik örnek oluşturuluncaya kadar iyice homojenleştirildi (Sadeghi et al., 2023).

2.4 Toprak örneklerinden siyanobakteri kültürlenmesi ve ekstraksiyonu

Yerli cyanobakterilerin izolenmesi ve takiben kültürlenmesi, mikroalg büyümesini desteklemedeki etkinliğiyle tercih edilen standart bir protokol olan Bold’s Basal Medium (BBM) kullanılarak gerçekleştirildi. Toprak örnekleri (1 g) kültür ortamı içeren Petri kaplarına alındı ve kolonileşen hücreleri yakalamak için toprak yüzeyine 20 × 20 mm boyutunda cam kapaklar yerleştirildi. İlk tanımlama ışık mikroskobu ile yapıldı. Otuz tanımlanan cinslikten oluşan ön havuzdan, aşılamaya yönelik deney için en uygun izolatları belirlemek amacıyla bir seçim süreci uygulandı. Öncelik, taksonomik ayrıcalıktan çok belirli işlevsel özelliklere dayanıyordu; izolatlar, çevresel dalgalanmalara karşı yüksek tolerans, yapışkan ekstrasellüler polisakkaritlerin (EPS) önemli ölçüde salgılanması, sağlam ipliksi ağ oluşumu ve kanıtlanmış toprak-sabitlenme yeteneği gösterdikleri sürece korundu. Sonuç olarak, bu yüksek performanslı izolatların oluşturduğu, ekolojik uyumları ve patojenik olmamaları nedeniyle seçilen rafine bir konsorsiyum, saha uygulaması için sıvı ortamlarda çoğaltıldı (Sadeghi et al., 2023). Bu seçim stratejisi, uygulanan inokulumun, bu çalışmada değerlendirilen değişken tuzluluk koşulları altında hayatta kalmaya yeterli olan fizyolojik dayanıklılığa sahip olduğunu güvence altına alır.

2.5 Seçilen cyanobakterilerin toprak yüzeylerine uygulanması

Alan uygulamasına başlamadan önce, cyanobakterilerin hücre yoğunluğu yaklaşık 10¹⁰–10¹² hücre L⁻¹’e ulaşana kadar kültüre ettik. Çalışmada kullanılan kaynak toprakların başlangıç EC değerleri nispeten düşük olsa da (Tablo 1), bu ölçümler yalnızca muamele uygulamasından önceki numune topraklarının temel fizikokimyasal durumunu yansıtıyordu. Alan deneyi için, cyanobakteri aşılamasının farklı tuz stresi seviyeleri altındaki performansını değerlendirmek amacıyla, düşük tuzluluk (6,5 dS m⁻¹) ve yüksek tuzluluk (15,4 dS m⁻¹) olmak üzere iki tuzluluk koşulu göz önüne alındı. Böylece, deneyde kullanılan tuzluluk değerleri, muamele değerlendirme sırasında denenen parsel koşullarını temsil etmekte ve Tablo 1’de örnekleme alanları için bildirilen başlangıç EC değerleriyle doğrudan eşit değildir. 1 m × 1 m boyutunda parselleri tamamen rastlantısal tasarımla, her muamele için iki bağımsız tekrar (n = 2) olacak şekilde düzenledik. Her tuzluluk seviyesi, hem cyanobakteri aşılanmış parselleri hem de aşılanmamış kontrol parsellerini içeriyordu; bu da muamele karşılaştırmalarının aynı tuzluluk koşulu içinde yapılmasına olanak tanıyordu. Cyanobakteri süspansiyonlarını (10¹⁰–10¹₂ hücre L⁻¹) aşılanmış parsellere eşit şekilde püskürtürken, kontrol parsellerine nem dengesi sağlamak amacıyla eşit hacimde distile su püskürttük. Buna göre, Tablo 1’in amacı çalışma alanının orijinal toprak özelliklerini betimlemek olurken, 6,5 ve 15,4 dS m⁻¹ muamele seviyeleri, yüzey stabilizasyonunun değerlendirildiği deney tuzluluk koşullarını belirlemektedir (Jafarpoor ve ark., 2022a). Şekil 2, cyanobakteri aşılamamızın temsilci bir mikroskobik görüntüsünü göstermektedir.

2.6 Toprak yüzeylerinin görüntü elde edilmesi ve analizi

Topluluk yüzeyinin dijital fotoğrafları, muamelelere bağlı olarak meydana gelen mikrotopografik ve yüzey yapısal kararlılık değişikliklerini değerlendirmek amacıyla çekildi. Görüntüleme, 24 megapiksel sensöre sahip bir Canon EOS dijital kamera kullanılarak gerçekleştirildi. Tüm örnekler arasında geometrik tutarlılığı korumak için kamera sabit bir tripode monte edildi ve toprak yüzeyinden 50 cm yükseklikte dikey konuma yerleştirildi. Tüm görüntüler, ISO 100, f/8 diyafram açıklığı ve 1/125 s deklanşör hızı gibi aynı kamera ayarları kullanılarak standart koşullarda çekildi. Aydınlatma kaynaklı değişkenliğin etkisini en aza indirmek için, her görüntüleme seansından önce nötr gri bir referans kartı kullan beyaz dengesi manuel olarak ayarlandı.

Çekimden sonra görüntüler, dijital işleme ve nicel analiz amacıyla MATLAB (R2018b, MathWorks, USA) programına aktarıldı (https://www.mathworks.com/). Muameleler arası karşılaştırılabilirliği sağlamak için tüm görüntüler önce standartlaştırıldı, ardından yaklaşık 5 × 5 cm’lik bir yüzey alanına karşılık gelen 500 × 500 piksel boyutunda eşit boyutlara kesildi (Şekil 3). Ardından analiz öncesinde kesilen görüntüler gri tonlu dönüştürüldü. Toprak yüzeyi morfolojisini karakterize etmek için iki görüntüden türetilmiş parametre hesaplandı: gri ton yoğunluğunun standart sapması (SD) ve görüntü entropisi. SD parametresi, yerel yüzey pürüzlülüğünün ve tonal değişkenliğinin bir göstergesi olarak kullanılırken, entropi toprak yüzeyi boyunca uzaysal heterojenliğin ve dokusal karmaşıklığın derecesini betimlemek amacıyla kullanıldı. Ayrıca, SD ve entropi algoritmalarına dayalı filtreleme işlemleri, yüzey örgütlenmesindeki yerel değişkenlikleri görselleştirmek ve muameleler arasında yüzey morfolojisindeki farkları niteliksel olarak değerlendirmek için gri tonlu görüntülere uygulandı (Gonzalez, 2009; Solomon and Breckon, 2011).

2.7 Görüntülemenin zamanlaması

Toprak yüzeyi görüntüleri, sinirbakteri büyümesi için yeterli zaman tanıyacak ve toprak yüzeyinde erken dönem biyolojik toprak kabuklarının oluşmasını sağlayacak şekilde sinirbakteri aşılamasından yaklaşık 50 gün sonra toplandı.

2.8 İstatistiksel analizler

Verilerimizin normalliğini Shapiro-Wilk testi ile değerlendirdik ve gerekli durumlarda logaritmik dönüşümler uyguladık. Levene testi, varyansların homojenliğini doğrulamamıza yardımcı oldu. Örneklem boyutumuz açısından, her bir uygulamaya iki bağımsız tekrar (n = 2) kullanma kararı, saha araştırmalarının pratik kısıtları ve her bir tuzluluk bölgesi içindeki özel kurulum tarafından dayatılan bir denge olarak belirlendi. Sınırlı tekrar sayısının analizimizin istatistiksel gücünü azalttığını ve geniş çaplı genellenmesi açısından bir zorluk oluşturduğunu kabul ediyoruz. Ancak birincil amacımızın, kararlı saha ortamları içinde iki ayrı koşulu (inoküle edilmiş ile kontrol) karşılaştırmak olduğundan, bu tekrarların uygulama etkileri hakkında geçerli, ancak başlangıç düzeyinde bir içgörü sağladığına inanıyoruz. Okuyucuları, bu sınırlamayı göz önünde bulundurarak istatiksel çıkarımlarımızı yorumlamaya ve sonuçlarımızı stabilizasyon sürecinin başlangıç düzeyinde kanıtı olarak görmeye çağırıyoruz. Tüm analizleri SPSS sürüm 21 kullanarak gerçekleştirdik.

Siyansiyal bakterilerin inokülasyonunun toprak indisleri üzerindeki etkisini değerlendirmek için, her bir tuzluluk koşulunda (6,5 ve 15,4 dS m⁻¹) eşli t-testi kullandık. Eşleştirme yapısı, aynı deney bloğu içindeki inoküle edilmiş ve inoküle edilmemiş (kontrol) parsel arasındaki mekânsal yakınlığa dayanarak oluşturuldu; bu tasarım, toprak özelliklerindeki mekânsal heterojenliğin uygulama karşılaştırmaları üzerindeki etkisini en aza indirmeyi hedefledi. Okuyucuları, sınırlı tekrar sayısı (n = 2) göz önünde bulundurarak istatiksel çıkarımlarımızı dikkatli şekilde yorumlamaya ve sonuçlarımızı stabilizasyon sürecinin başlangıç düzeyinde kanıtı olarak görmeye çağırıyoruz.

3 Bulgular ve tartışma

3.1 Veri analizi

SOC, 1. numune noktasından 3. numune noktasına kadar sırasıyla artarak 0,82%–1,21% değerlerine ulaşmıştır. Bu artış eğilimi, daha yüksek bitki örtüsü, azalmış erozyon şiddeti ve alçak ya da daha kararlı arazi konumlarında daha fazla litter birikimiyle potansiyel bir ilişki gösterebilir; bunların tümü SOC girişini artırabilir. Bu nedensel mekanizmalar sahadan doğrudan ölçülmemiş olsa da, mineral topraklarda TN ile SOC arasındaki güçlü eşleşme göz önüne alındığında, TN’de (0,06%–0,08%) paralel bir artış beklenmesi bu gözlemlerle uyumludur. Toprak pH’ı nispeten kararlı kalmış (7,4–7,6); bu da ana kayanın çalışma alanında homojen göründüğünü ve siteler arasında farklılaşan güçlü asitleştirici ya da bazikleştirici süreçlerin işlemediğini düşündürmektedir. Öte yandan, EC’deki hafif azalma (0,42–0,36 dS m-1), numune gradanı boyunca çözünür tuzların hafif yıkımına işaret edebilir; bu yorum, orta geçirgen dokulu topraklarda yaygın olan ölçülmüş indekslere dayanmaktadır (Vinhal-Freitas ve ark., 2017) (Tablo 1). Bu değerler yalnızca numune alınan toprakların başlangıç durumunu karakterize eder ve dolayısıyla aşı deneyinde kullanılan tuzluluk muamelelerinden ayrı yorumlanması gerekir. Başka bir deisle Tablo 1, kaynak toprakların fizikokimyasal temel durumunu tanımlarken, görüntü tabanlı analizde incelenen düşük ve yüksek tuzluluk muameleleri (6,5 ve 15,4 dS m-1), sinibakteriyelin toprak yüzeyini stabilize etme etkilerinin değerlendirildiği deney koşullarına karşılık gelmektedir.

Parçacık boyutu dağılımı, 1. noktadaki kumlu humusdan 2. ve 3. noktalardaki humusmaya doğru tutarlı bir kayışı göstermektedir. Bu örüntü, silt ve kil gibi daha ince parçacıkların taşınarak daha alçak veya daha korunaklı mikroalanlara birikmesi sürecine bağlanabilir. Sonuç olarak kum içeriği düşer (%61–%40), silt (%25–%40) ve kil (%14–%20) artar. Bu parçacık yeniden dağılımı, diğer toprak parametrelerini doğrudan etkiler: Yoğunluk kademeli olarak azalır (1,41–1,32 g cm⁻³), çünkü daha yüksek kil ve organik içeriğe sahip topraklar genellikle daha az sıkışma ve daha büyük gözenek alanı gösterir. Benzer şekilde, nem %6,2’den %10,1’e yükselir; bu durum, daha ince dokulu toprakların daha yüksek su tutma kapasitesi ve artan organik içerikle uyumludur (Hazelton ve Murphy, 2016) (Tablo 1).

3.2 Siyanobakteri aşılamasının toprak yüzey stabilizasyonundaki etkisi

MATLAB sürüm R2018b yazılımı (https://www.mathworks.com) kullanılarak uygulanan görüntü işleme tekniklerinden elde edilen sonuçlar, gri tonlama dönüşümü, piksel tabanlı SD hesaplaması, görüntü entropisi tahmini, SD filtreleme ve entropisi filtreleme dahil olmak üzere açıkça tanımlanmış bir görüntü analiz iş akışına dayanmaktaydı. Bu işlemler, toprak yüzey morfolojisindeki değişimleri nicelendirmek ve yüzey stabilizasyonunun nesnel sayısal göstergelerini sağlamak için kullanıldı. Bu sonuçlar, siyanobakteri ile aşılanmış ve kontrol uygulaması olmak üzere iki uygulama koşulu altında tuzlu ve alkin topraklarda toprak yüzey stabilizasyonunun değerlendirilmesine aittir. Deney, her uygulama için iki bağımsız tekrar içermekle birlikte, görüntü tabanlı ölçümler her parçadan çok sayıda piksel düzeyinde gözlem sağlayarak yüzey tepkisinin yüksek uzaysal çözünürlükle değerlendirilmesine olanak tanıdı. Bu nedenle, tekrar sayısı saha deneyinin bir sınırlaması olarak kabul edilir; ancak görüntüden elde edilen eğilimlerin tutarlılığı ve Tablo 2’de bildirilen istatistiksel sonuçlar, gözlemlenen uygulama etkilerinin güvenilirliğini desteklemektedir.

Paired t-test significance levels for image SD and entropy in cyanobacteria-inoculated and control plots.

Biocrusts are highly sensitive to environmental disturbances, and their natural recovery in arid and semi-arid regions can span extensive timeframes, ranging from decades to millennia (Belnap and Eldridge, 2001; Guida et al., 2023). However, this recovery period can be significantly shortened, particularly through the in-situ inoculation of degraded soils with biocrust-forming organisms, such as cyanobacteria. In the present study, the image-based evaluation was conducted 50 days after inoculation in order to capture the early-stage development of cyanobacterial biocrusts and their initial contribution to surface stabilization. Visual morphometric assessments of soil surfaces in both inoculated and control treatments under varying salinity levels revealed noteworthy results. In soils with low salinity (6.5 dS m-1), the surface in the control treatment appeared puffed, with disorganized particle structure and heterogeneity. In contrast, the inoculated treatment exhibited a more cohesive and orderly surface structure (Figure 3). Under high salinity conditions (15.4 dS m-1), more pronounced puffing and surface cracking were observed; however, these effects were noticeably less severe in the inoculated samples, indicating the relatively stabilizing role of cyanobacteria under saline stress. This visual interpretation is consistent with the numerical image indices presented in Table 3, where inoculated treatments showed lower SD and entropy values than the corresponding controls.

Farklı algoritmaların iki tuzluluk seviyesinde sinyobakter ile aşılanan ve kontrol muameleleri için sonuçları.

Analitik değerlendirmede, gri tonu yoğunluğundaki değişkenliği nicelendirmek için görüntü piksellerinin iki boyutlu SD’si kullanıldı; görüntü entropy’si ise toprak yüzeyi desenlerindeki rastlantısallık derecesini değerlendirdi (Kheirfam ve ark., 2017; Bullard ve ark., 2018). Pikş yoğunluğundaki yerel değişimleri tespit etmek için SD süzgeci uygulandı; bunlar genellikle yüzey pürüzlülüğü, kenarlar, çatlaklar ve düzensiz tanecik dizilimi ile ilişkilendirilir. Entropy süzgeci, gri tonu değerlerinin mekânsal düzensizliğini değerlendirmek için kullanıldı ve böylece daha büyük yapısal heterojenliğe sahip alanlar belirlendi (Belnap, 1993). Bu çalışmada her iki süzgeç de yerel hareketli pencere yaklaşımıyla uygulandı; bu yaklaşımda her pikş, çevresindeki komşulukla ilişkilendirilerek değerlendirildi ve toprak yüzeyi örgütlenmesindeki mikro-ölçekli farkların tespit edilmesi sağlandı. Buna göre, daha düşük SD ve entropy değerleri daha pürüzsüz ve daha stabilize olmuş bir yüzeyin göstergeleri olarak yorumlandı; daha yüksek değerler ise daha büyük yüzey düzensizliği ve düzensizliği temsil etti (Sadeghi ve ark., 2025).

3.3 Sinyobakterilerin etkisi altında toprak stabilizasyonunun istatistiksel görüntü analizi

Tablo 3’de özetlenen verilere göre, görüntü analizi sonuçları, hem piksel SD’sinin hem de görüntü entropisinin düşük tuzluluk koşullarında yüksek tuzluluk koşullarına göre genellikle daha düşük kaldığını gösterdi. Bu farkların büyüklüğünü daha belirgin kılmak için istatistiksel sonuçlar açıkça ifade edildi. Düşük tuzlulukta, siyanobakteriyel aşılama, ilgili kontrolle karşılaştırıldığında piksel yoğunluklarının ortalamasını %14 oranında azaltırken, yüksek tuzlulukta bu azalma %37,36’ya ulaştı. Her iki durumda da azalma, P < 0,01 düzeyinde istatistiksel olarak anlamlıydı ve bu da yüzey pürüzlülüğü ile gri tonu değişkenliği üzerinde açık bir tedavi etkisini gösteriyordu. Benzer bir eğilim görüntü entropisinde de gözlemlendi. Aşılı topraklarda, aşısız kontrollerle karşılaştırıldığında, düşük ve yüksek tuzluluk koşullarında sırasıyla %9,03 ve %18,04’lük azalmalar kaydedildi. Ancak, bu azalmaların büyüklüğüne rağmen, entropi yanıtı aynı düzeyde (P > 0,01) istatistiksel olarak anlamlı hale gelmedi. Bu örüntü, siyanobakteriyel aşılamanın toprak yüzeyinde, SD ile ölçülebilir bir düzleştirici etki yarattığını, ancak entropi yanıtının tedavi farkları istatistiksel olarak ayırt edilebilir hale gelmeden önce kabuk gelişiminin daha uzun bir süreye, daha geniş biyolojik kapsama ya da daha fazla tekrar sayısına ihtiyaç duyabileceğine işaret ediyor (Gharemahmudli ve ark., 2022). Bu nedenle, entropideki düşüş muhafazakâr bir şekilde yorumlandı ve tüm altta yatan fiziksel süreçlerin doğrudan kanıtı yerine, değişen yüzey düzeninin bir görüntü kaynaklı göstergesi olarak tartışıldı (Hatt ve ark., 2013).

Şekil 4’te gösterilen görsel çıktılar bu yorumu desteklemektedir. Süzüntü görüntülerinde daha parlak pikseller, orijinal gri tonlu görüntülerde daha yüksek yerel SD veya entropiye sahip bölgeleri karşılamaktadır. Bu parlak bölgeler dolayısıyla, genellikle çatlaklar, gevşek tanecikler, düzensiz mikro-rij ve heterojen yüzey yapısıyla ilişkilendirilen, daha güçlü tonal dalgalanma ve daha yüksek mekânsal düzensizliği işaret etmektedir. Daha kararlı bir yüzey koşulu altında, süzüntü çıktılarında daha az parlak bölge beklenir (Kvíderová et al., 2019). Aşılanmış uygulamalarda, bu parlak alanların Şekil 4’te belirgin biçimde azaldığı gözlemlenmiş; bu da siniryalı bakterilerin büyümesinin daha bütüncül ve mekânsal sürekliliğe sahip bir yüzey tabakasının oluşumunu teşvik ettiğini göstermektedir. Bu yorum, toprak yüzeyindeki değişkenliğin azaldığını nicel olarak yansıtan Tablo 3’te bildirilen daha düşük SD değerleriyle tamamen tutarlıdir. Aynı zamanda, aşılanmış uygulamalarda daha koyu piksellerin daha yaygın olması, gri ton yoğunluklarının daha homojen dağıldığını ve dolayısıyla, agregaların kararlılık derecesinin arttığını düşündürmektedir. Bu bağlamda, süzüntü çıktılarındaki koyu bölgeler, daha düşük yerel düzensizliğin ve artırılmış yapısal homojenliğin görüntü temelli kanıtı olarak yorumlanabilir (Faramarzi et al., 2026).

Bu yorum için ek destek, analiz edilen görüntülerin gri tonlu histogramlarından elde edilmiştir. Histogram örüntüleri, daha kararlı toprakların genellikle uzatılmış eğriler ve geniş kuyruklarla karakterlenen normalliğe daha yakın dağılımlar gösterirken, daha az kararlı veya bozulmuş toprakların negatif çarpık histogramlar ve daha heterojen tonal dağılımlarla öne çıktığını göstermektedir. Bu farklar, siniryalı bakteri aşılamanın, son derece düzensiz, yüksek kontrastlı yüzey özelliklerinin bütünlüğünü azalttığı ve daha organize bir yüzey örüntüsüne katkı sağladığı görüşüyle tutarlıdır (Li et al., 2019; Chen et al., 2023). Bir araya getirildiğinde, histogram analizi, Şekil 4’teki süzüntü görüntüsü örüntüleri ve Tablo 3’te bildirilen sayısal göstergeler, siniryalı bakterilerin toprak yüzeyi kararlılığının gelişimi üzerindeki önemli etkisine işaret etmektedir.

Bu bulgular, dijital görüntü analizinin metodolojik sınırları çerçevesinde değerlendirilmelidir. Bildirilen farklar, toprak mukavemetinin doğrudan mekanik ölçümlerinden değil, görüntü tabanlı istatistiksel göstergeler ve görsel desen analizinden elde edilen kanıtlardır. Yine de gözlemlenen yanıt biyolojik açıdan makuldür ve siyanobakterilerin bilinen stabilizasyon mekanizmalarıyla ilişkilendirilebilir. Siyanobakteri filamentleri, toprak taneciklerini birbirine bağlayan ince, örümcek ağı benzeri ağlar oluşturabilir; büyüme sırasında salgılanan EPS ise tanecikler arasındaki yapışmayı artırır ve yüzey katmanının birleşmesine yardımcı olur (Kakeh ve ark., 2023; Wang ve ark., 2025). Bu süreçler aracılığıyla küçük boşluklar doldurulabilir, gevşek tanecikler bağlanabilir ve yerel pürüzlülük azaltılabilir; sonuçta ortaya çıkan görüntülerde gri tonu değişkenliği ve uzaysal rastlantısallık düşebilir (Rossi ve ark., 2022).

Tablo 3’teki sayısal sonuçlar, daha düşük tuzluluk ve alkaliliğe sahip toprakların, daha yüksek tuzluluk ve alkaliliğe maruz kalanlara göre daha stabil olduğunu da göstermektedir. Bu yanıt, daha düşük tuz stresinin daha etkili siyanobakteri aktivitesi, yüzey kolonizasyonu ve erken biyokabu的形成ına olanak tanıması beklentisiyle uyumludur. İncelenen tüm topraklarda, aşılanmış uygulamalar, karşılık gelen kontrollerine kıyasla tutarlı şekilde daha büyük stabilite göstermiştir. Bu eğilim, her iki tuzluluk rejiminde de belirgindir ve siyanobakterilerin, nispeten zorlu tuzlu koşullar altında bile yüzey stabilizasyonuna katkıda olduğunu göstermektedir; oysa iyileşmenin büyüklüğünün açıkça daha düşük tuzluluk seviyelerinde daha büyük olduğu görülmektedir (Morsy ve ark., 2019; Tiwari ve ark., 2019; Kheirfam ve Roohi, 2020; Lan ve ark., 2022).

3.4 Toprak stabilizasyonunda siyanobakterilerin rolü

Araştırmalar, toprak yüzeyinde siyanobakterilerin popülasyonunu inokülasyon yoluyla artırmanın polisakkarit salgılanmasını artırdığını göstermektedir. Bu çalışmanın görsel temelli sonuçları bu mekanizmayı desteklemektedir; çünkü inoküle edilen uygulamalarda gözlemlenen daha düşük SD ve entropi değerleri, daha pürüzsüz ve daha organize bir toprak yüzeyine işaret etmektedir. Bu bileşikler, ince toprak yapılarını birbirine bağlayarak toprak tanecikleri arasındaki tutunmayı artırır ve nihayetinde daha büyük toprak topaklanmaları oluşumuna yol açar (DeJong ve ark., 2006). Dolayısıyla, Tablo 3’te bildirilen istatistiksel farklar ve Şekil 3’te gösterilen görsel örüntüler, siyanobakteri bağlama aktivitesinin yüzey düzeyindeki ifadeleri olarak yorumlanabilir. Bu birleştirici matris, yalnızca topaklanma stabilitesini artırmakla kalmaz, aynı zamanda toprağın erozyona karşı direncini de artırır. Siyanobakteri türleri toprak tanecikleri etrafında birikmeye ve birbirine bağlı ağlar oluşturmaya eğilimlidir. Bu ağlar, tanecikler arasındaki boşlukları fiziksel olarak köprüleyebilir ve toprak yüzeyindeki süreksizliği azaltabilir; bu durum, inoküle edilen uygulamalarda gözlemlenen piksel SD’sindeki azalmayı açıklamaktadır (Strauss ve ark., 2012; Chamizo ve ark., 2018).

Ayrıca, temel biyolojik araştırmalar, siyanobakterilerin zorlu koşullarda yüksek ekolojik uyum yeteneği gösterdiğini ortaya koymaktadır. Ototrofik doğaları nedeniyle olumsuz çevre koşullarında hayatta kalabilirler (Li ve ark., 2021). Bu uyum yeteneği, biyolojik aktivitenin çoğunlukla osmotik ve iyonik stresle sınırlı olduğu tuzlu ve bazik topraklar için özellikle önemlidir (Maqubela ve ark., 2009). İyonik dengeyi düzenleme ve jölemsi kılıflar üretme yetenekleri, siyanobakterilerin SM ve tuzluluk koşullarının geniş bir yelpazesine dayanmalarını sağlar (Garcia-Pichel ve Pringault, 2001). Bu çalışmada, bu mekanizma, inoküle edilen uygulamaların yüksek tuzluluk altında bile iyileşmiş yüzey düzenlemesi göstermesinin açıklamasını sunabilir; ancak Tablo 2’deki görsel indislerin işaret ettiği gibi, stabilize edici etki daha düşük tuzluluk altında daha güçlüydü (Tashyreva ve Elster, 2015; Dong ve ark., 2019; Morsy ve ark., 2019).

Bu nedenle, birim alan başına mikrobiyel yoğunluktaki artış parçacıklar arası bağlanmayı artırarak toprak yüzeyinin kayma mukavemetini iyileştirir (Roncero-Ramos ve ark., 2019). Bu çalışmada kayma mukavemi doğrudan ölçülmemiş olsa da, piksel standart sapmasındaki belirgin azalma ve düzgün şekilde azalan entropi, iyileşmiş yüzey kararlılığına dair yıkıcı olmayan kanıtlar sunar (Büdel ve ark., 2008). Ayrıca, sinirbakterilerin toprak yüzeyinde oluşturduğu yoğun biyokütle koruyucu bir tabaka görevi görerek rüzgar ve suyun ince parçacıkları koparması ve taşımasını azaltır (Roncero-Ramos ve ark., 2019). Böylece, görüntü işleme sonuçları, görsel gözlemler ve biyolojik mekanizmalar bir araya geldiğinde, sinirbakteri aşılanmasının tuzlu ve alkilli toprak yüzeylerinin erken dönemde kararlılaştırılmasına katkı sağlayabileceğini göstermektedir (Sorochkina ve ark., 2018).

4 Sonuç

Bu çalışmanın bulguları, sinirbakteriyel ekiminden sonra tuzlu-alkali toprakların stabilizasyonunda açıkça eşik bağımlı bir yanıt olduğunu göstermektedir; burada tedavi etkinliği düşük tuzluluk koşullarında (6,5 dS m⁻¹) toprağın yapısal bütünlüğünü önemli ölçüde iyileştirirken, daha yüksek tuzluluk seviyelerinde (15,4 dS m⁻¹) belirgin biçimde düşmektedir. 15,4 dS m⁻¹ eşiğindeki bu düşüş, sinirbakteriyel metabolik faaliyeti baskılayan, yapıştırıcı EPS sekresyonunu sınırlayan ve toprak taneciklerinin bağlanması için gerekli olan birleştirici ipliksi ağların oluşumunu kısıtlayan ciddi ozmotik ve iyonik streslere atfedilmektedir. Bu fizyolojik kısıtlamalara rağmen, ekim yapılan tedaviler yüzey stabilizasyonunu artırmada ekimsiz kontrol gruplarını tutarlı biçimde aşmıştır; bu da sinirbakteriyel biyomühendislik verimliliğinin tuzluluk dayanıklılık eşikleri tarafından sınırlansa da, ozmotik düzenleme ve koruyucu kılıf üretimi gibi uyum mekanizmalarının hala bir dayanıklılık derecesi sağladığını düşündürmektedir. Bu sonuçlar, kurak, tuzlu biçimde bozulmuş ekosistemlerde erozyonu azaltmada mikrobiyal konsorsiyumların kullanımına ilişkin değerli ön bilgiler sağlamasına rağmen, küçük örneklem büyüklüğünün (n = 2) doğasından kaynaklanan istatistiksel gücün sınırlılığı, bu bulguları genelleştirmede dikkatli olunmasını zorunlu kılmaktadır; bu nedenle, biyolojik stabilizasyon stratejilerini optimize etmek ve hassas alanlarda toz oluşumunu önlemede uzun vadeli etkilerini daha iyi tahmin etmek için artmış tekrar içeren gelecekteki araştırmalar önerilmektedir.

Açıklamalar

Veri erişim açıklaması

Çalışmada sunulan özgün katkılar makale/Ek Malzeme içinde yer almaktadır; daha ileri başvurular ilgili yazar yapılabilmektedir.

Yazar katkıları

SL: Doğrulama, Yazma – inceleme ve düzenleme, Kavramsal Gelişim, Araştırma, Yazılım. SP: Resmi analiz, Metodoloji, Doğrulama, Yazma – inceleme ve düzenleme, Kavramsal Gelişim, Araştırma. XZ: Finansman edinme, Yazma – özgün taslak, Araştırma, Yazılım, Yazma – inceleme ve düzenleme, Kaynaklar, Metodoloji, Veri düzenlemesi, Doğrulama.

Finansman

Makale yazarları, bu çalışmanın ve/veya yayımının finansal destek aldığını ve/veya yayımını beyan ettiler. Bu araştırma, 2022 numaralı SJ2022039 hibe numarasıyla Öğrenci Bilimsel ve Teknolojik Yenilik ve Girişimcilik Eğitim Programı tarafından finanse edilmiştir.

Çıkar çatışması

Makale yazarları, bu çalışmanın, olası bir çıkar çatışması olarak değerlendirilebilecek herhangi bir ticari veya finansal ilişki içinde yürütülmediğini beyan ettiler.

Üretken yapay zeka beyanı

Makale yazarları, bu metnin hazırlanmasında üretken yapay zekanın kullanılmadığını beyan ettiler.

Bu makaledeki şekillerle birlikte sağlanan alternatif metinler (alt text), Frontiers tarafından yapay zeka desteğiyle oluşturulmuş olup, mümkün olduğunca yazarların gözden geçirmesini de içeren makul çabalarla doğruluğunun sağlanması için uğraş verilmiştir. Herhangi bir sorunu tespit ederseniz, lütfen bizimle iletişime geçin.

Yayımcının notu

Bu makalede ifade edilen tüm iddialar yalnızca yazarların görüşlerini yansıtır ve bağlı oldukları kuruluşların, yayımcının, editörlerin veya hakemlerin görüşlerini mutlaka temsil etmez. Bu makalede değerlendirilebilecek herhangi bir ürün veya üreticisinin yapabileceği herhangi bir iddia, yayımcı tarafından garanti edilmez veya desteklenmez.

• Ashgevar Heydari, M. Sadeghi, S. H., Jafarpoor, A. (2023). Mikroorganizma aşılanması sonucunda ardışık yağmurlar sırasında kuraklığa yatkın bir bölgeden gelen bir toprağındaki rill erozyonunun hidrokolik özellikleri. Sustain15 (19), 14379. 10.3390/su151914379

  • CrossRef
  • Google Scholar
  • View reference in article

• Belnap, J. (1993). Kriptobiyotik kabukların toparlanma hızları: aşılayıcı kullanımı ve değerlendirme yöntemleri. Great Basin Naturalist53 (1), 89–95. 10.1080/15324989309381373

  • CrossRef
  • Google Scholar
  • View reference in article

• Belnap J, Eldridge D. (2001). “Disturbance and recovery of biological soil crusts,” Biological Soil Crusts: Structure, Function, and Management içinde (Springer), 363–383. 10.1007/978-3-642-56475-8

  • CrossRef
  • Google Scholar
  • Kaynağa bak

• Blake G. R. (1965). “Particle density,” Methods of Soil Analysis içinde. Soil Science Society of America, Inc., American Society of Agronomy, Inc., 371–373. 10.2134/agronmonogr9.c29

  • CrossRef
  • Google Scholar
  • Kaynağa bak

• Bouyoucos G. J. (1962). Hydrometer method improved for making particle size analyses of soils. Agron. J. 54 (5), 464–465. 10.2134/agronj1962.00021962005400050028x

  • CrossRef
  • Google Scholar
  • Kaynağa bak

• Bremner J. M. (1996). “Nitrogen-total,” Methods of Soil Analysis içinde (Soil Science Society of America, Inc., American Society of Agronomy, Inc.), 1085–1121. 10.2136/sssabookser5.3.c37

  • CrossRef
  • Google Scholar
  • Kaynağa bak

• Büdel B, Bendix J, Bicker F. R, Allan Green T. G. (2008). Dewfall as a water source frequently activates the endolithic cyanobacterial communities in the granites of Taylor Valley, Antarctica. J. Phycol. 44 (6), 1415–1424. 10.1111/j.1529-8817.2008.00608.x

  • Pubmed Abstract
  • CrossRef
  • Google Scholar
  • Kaynağa bak

• Bullard J. E, Ockelford A, Strong C, Aubault H. (2018). Effects of cyanobacterial soil crusts on surface roughness and splash erosion. J. Geophys. Res. Biogeosciences 123 (12), 3697–3712. 10.1029/2018JG004726

  • CrossRef
  • Google Scholar
  • Kaynağa bak

• Chamizo, S., Mugnai, G., Rossi, F., Certini, G. ve De Philippis, R. (2018). Cyanobacteria inoculation improves soil stability and fertility on different textured soils: gaining insights for applicability in soil restoration. Front. Environ. Sci., 66–2018. 10.3389/fenvs.2018.00049

  • CrossRef
  • Google Scholar
  • View reference in article

• Chen, Q., Yan, N., Xiong, K. ve Zhao, J. (2023). Cyanobacterial diversity of biological soil crusts and soil properties in karst desertification area. Front. Microbiol. 14, 1113707. 10.3389/fmicb.2023.1113707

  • CrossRef
  • Google Scholar
  • View reference in article

• Dadgar, M. ve Faramarzi, S. E. (2024). Assessing the performance of machine learning models for predicting soil organic carbon variability across diverse landforms. Environ. Earth Sci. 83 (23), 657. 10.1007/s12665-024-11960-0

  • CrossRef
  • Google Scholar
  • View reference in article

• De Jong, J. T., Fritzges, M. B. ve Nüsslein, K. (2006). Microbially induced cementation to control sand response to undrained shear. J. Geotechnical Geoenvironmental Engineering 132 (11), 1381–1392. 10.1061/(ASCE)1090-0241(2006)132:11(1381)

  • CrossRef
  • Google Scholar
  • View reference in article

• Dong, C., Zhang, H., Yang, Y., He, X., Liu, L., Fu, J. ve ark. (2019). Physiological and transcriptomic analyses to determine the responses to phosphorus utilization in nostoc sp. Harmful Algae 84, 10–18. 10.1016/j.hal.2019.03.002

  • Pubmed Abstract
  • CrossRef
  • Google Scholar
  • View reference in article

• Faramarzi, H., Rasouli‐Sadaghiani, M., Kheirfam, H. ve Barin, M. (2026). Dose‐dependent cyanobacterial soil stabilization: linking inoculum density to biocrust development and erosion control on dried lakebeds. Land Degrad. and Dev. 37, 9558–9572. 10.1002/ldr.70720

  • CrossRef
  • Google Scholar
  • View reference in article

• Garcia-Pichel F, Pringault O. (2001). Cyanobacteria track water in desert soils. Nature 413 (6854), 380–381. 10.1038/35096640

  • Pubmed Abstract
  • CrossRef
  • Google Scholar
  • View reference in article

• Gardner W. H. (1965). “Water content,” in Methods of Soil Analysis (Soil Science Society of America, Inc., American Society of Agronomy, Inc).

  • Google Scholar
  • View reference in article

• Gharemahmudli S, Sadeghi S. H, Sadeghi V. S, Najafinejad A, Jafarpoor A. (2022). Morphometrical analysis of cracks and crevices on a cyanobacterized soil surface subjected to a freeze-thaw cycle using image processing. CATENA 213, 106150. 10.1016/j.catena.2022.106150

  • CrossRef
  • Google Scholar
  • View reference in article

• Gharemahmudli S, Sadeghi S. H, Najafinejad A, Zarei Darki B, Mohammadian Behbahani A, Kheirfam H. (2024). Controlling enhanced surface runoff components as a result of a freezing-thawing cycle by inoculating soil bacteria and cyanobacteria. Soil Tillage Res. 237, 105989. 10.1016/j.still.2023.105989

  • CrossRef
  • Google Scholar
  • View reference in article

• Gonzalez R. C. (2009). Digital Image Processing. Pearson education india.

  • Google Scholar
  • View reference in article

• Gu K, Ji J, Liu B, Huang W, Yang K, Sun H, et al (2025). Incorporating biological soil crusts into the B factor to enhance the accuracy of soil erosion models in drylands. CATENA 257, 109140. 10.1016/j.catena.2025.109140

  • CrossRef
  • Google Scholar
  • View reference in article

• Guida G, Nicosia A, Settanni L, Ferro V. (2023). A review on effects of biological soil crusts on hydrological processes. Earth-Science Rev. 243, 104516. 10.1016/j.earscirev.2023.104516

  • CrossRef
  • Google Scholar
  • View reference in article

• HattM.TixierF.Cheze Le RestC.PradierO.VisvikisD. (2013). Özofagus karsinomunda terapi yanıtı tahmini için intratumoral 18F-FDG PET tutulum heterojenitesinin nicelendirilmesinin sağlamlığı. Eur. J. Nucl. Med. Mol. Imaging40 (11), 1662–1671. 10.1007/s00259-013-2486-8

  • Pubmed Özeti
  • CrossRef
  • Google Scholar
  • Makalede referansı gör

• HazeltonP.MurphyB. (2016). Zemin Testi Sonuçlarının Yorumlanması: Bu Sayılar Ne Anlama Gelir?CSIRO yayınevi.

  • Google Scholar
  • Makalede referansı gör

• HuangJ.EbachM. C.TriantafilisJ. (2017). Çin zemin taksonomisinin kladistik analizi. Geoderma Reg.10, 11–20. 10.1016/j.geodrs.2017.03.001

  • CrossRef
  • Google Scholar
  • Makalede referansı gör

• JafarpoorA.SadeghiS. H.Zarei DarkiB.HomaeeM. (2022a). Sinyobakterizasyon nedeniyle oluk erozyonu kaynaklı orta ölçekli parsel hidrolojik bileşenlerindeki değişimler. Int. Soil Water Conservation Res.10 (1), 143–148. 10.1016/j.iswcr.2021.05.002

  • CrossRef
  • Google Scholar
  • Makalede referansı gör

• JafarpoorA.SadeghiS. H.Zarei DarkiB.HomaeeM. (2022b). Endemik zemin sinyobakterilerinin yüzey tohumlanması nedeniyle oluk erozyonunun morfolojik, hidrodinamik ve hidrodinamik özelliklerindeki değişimler. CATENA208, 105782. 10.1016/j.catena.2021.105782

  • CrossRef
  • Google Scholar
  • Makalede referansı gör

• KakehJ.SanaeiA.SayerE. J.HazhirS.GorjiM.MohammadiM. H. (2023). Biokrust çeşitliliği kurak bölge tuzlu zemin çoklu işlevselliğini artırır. Land Degrad. and Dev.34 (2), 521–533. 10.1002/ldr.4476

  • CrossRef
  • Google Scholar
  • Makalede referansı gör

• Kheirfam H, Roohi M. (2020). İnokülasyon temelli yöntemle yeni kuruyan göl yataklarında biyolojik toprak kabuklarının oluşumunun hızlandırılması. Sci. Total Environ. 706, 136036. 10.1016/j.scitotenv.2019.136036

  • Pubmed Abstract
  • CrossRef
  • Google Scholar
  • View reference in article

• Kheirfam H, Sadeghi S. H, Zarei Darki B, Homaee M. (2017). Bakter ve siyanobakterilerin inokülasyonu yoluyla küçük deney parsellerinden yağmur kaynaklı toprak kaybının kontrolü. CATENA 152, 40–46. 10.1016/j.catena.2017.01.006

  • CrossRef
  • Google Scholar
  • View reference in article

• Khosravi Aqdam K, Asadzadeh F, Momtaz H. R, Miran N, Zare E. (2022). Makine öğrenmesi modelleri kullanılarak İran’ın kuzeybatısında toprak erozyonuna duyarlılık faktörünün dijital haritalanması. Environ. Monit. Assess. 194 (5), 387. 10.1007/s10661-022-10048-1

  • CrossRef
  • Google Scholar
  • View reference in article

• Kvíderová J, Elster J, Komárek J. (2019). “Bölüm 14 – Polar bölgelerde siyanobakterilerin ecofizyolojisi,” in Cyanobacteria. Editörler Mishra A. K, Tiwari D. N, Rai A. N. (Academic Press), 277–302. 10.1016/B978-0-12-814667-5.00014-3

  • CrossRef
  • Google Scholar
  • View reference in article

• Lan S, Wu L, Adessi A, Hu C. (2022). İndüklenen biocrustlarda 15 yıl boyunca siyanobakteri kalıcılığı ve mikrobiyal topluluk dinamikleri üzerindeki etkisi. Environ. Microbiol. 24 (1), 66–81. 10.1111/1462-2920.15853

  • CrossRef
  • Google Scholar
  • View reference in article

• Leal Filho W, Fedoruk M, Kunyk O, Semak U, Yaroshenko N, Ruda M. et al (2026). Ukrayna’da ekosid: Ukrayna’daki savaşla ilgili ekosistem yıkımının jeospasyal ve çevresel kanıtlarının değerlendirilmesi. Front. Environ. Sci., 1414–2026. 10.3389/fenvs.2026.1823887

  • CrossRef
  • Google Scholar
  • View reference in article

• LiH.ZhaoQ.HuangH. (2019). Current states and challenges of salt-affected soil remediation by cyanobacteria. Sci. Total Environ.669, 258–272. 10.1016/j.scitotenv.2019.03.104

  • Pubmed Abstract
  • CrossRef
  • Google Scholar
  • View reference in article

• LiX.HuiR.TanH.ZhaoY.LiuR.SongN. (2021). Biocrust research in China: recent progress and application in land degradation control. Front. Plant Sci., 12, 12–2021. 10.3389/fpls.2021.751521

  • CrossRef
  • Google Scholar
  • View reference in article

• MaqubelaM. P.MnkeniP. N. S.IssaO. M.PardoM. T.D’AcquiL. P. (2009). Nostoc cyanobacterial inoculation in South African agricultural soils enhances soil structure, fertility, and maize growth. Plant Soil315 (1), 79–92. 10.1007/s11104-008-9734-x

  • CrossRef
  • Google Scholar
  • View reference in article

• MętrakM.WilkM.JasserI.KhomutovskaN.KorabiewskiB.NiyatbekovT.et al (2023). Morphology and distribution of biological soil crusts and their potential role in soil-forming processes under dry high-altitude periglacial conditions (eastern Pamir, Tajikistan). Geoderma Reg.33, e00636. 10.1016/j.geodrs.2023.e00636

  • CrossRef
  • Google Scholar
  • View reference in article

• MezliniW.AmorR. B.BeneduciA.RomdhaneI. B.ShammasM. I.AlmazrouiM.et al (2024). Effects of irrigation water quality on soil physico-chemical proprieties: case study in north-west of Tunisia. Earth Syst. Environ.8 (4), 1541–1561. 10.1007/s41748-024-00422-z

  • CrossRef
  • Google Scholar
  • View reference in article

• Morsy F, Elbadry M, El-Sayed W. S, El-Hady D. A. (2019). Güçlü hücre dışı polisakkarit üreten Nostoc commune cyanobakterisi ve hücre içi polisakkaritle (glikojen) zenginleştirilen Anabaena variabilis NIES-2095’in hidroliz edilmiş biyokütlesinden karanlık ve fotofermentasyon yoluyla H2 üretimi. Int. J. Hydrogen Energy44 (31), 16199–16211. 10.1016/j.ijhydene.2019.05.024

  • CrossRef
  • Google Scholar
  • Kaynağa bak

• Nelson D. W, Sommers L. E. (1982). Toplam karbon, organik karbon ve organik madde. Methods Soil Analysis Part 2 Chemical Microbiological Properties9, 539–579. 10.2136/sssabookser5.3.c34

  • CrossRef
  • Google Scholar
  • Kaynağa bak

• Pulido Moncada M, Gabriels D, Cornelis W, Lobo D. (2015). Toprak fiziksel kalite göstergeleri için agregasyon kararlılığı testlerinin karşılaştırılması. Land Degrad. and Dev.26 (8), 843–852. 10.1002/ldr.2225

  • CrossRef
  • Google Scholar
  • Kaynağa bak

• Rhoades J. D. (1996). “Salinity: electrical conductivity and total dissolved solids” Methods of Soil Analysis. Soil Science Society of America, Inc içinde (American Society of Agronomy, Inc), 417–435.

  • Google Scholar
  • Kaynağa bak

• Roncero-Ramos B, Muñoz-Martín M. Á, Chamizo S, Fernández-Valbuena L, Mendoza D, Perona E. ve ark. (2019). Avrupa’nın en kurak bölgesindeki biyokabuklardan temel cyanobakterilerin çok fazlı değerlendirmesi. PeerJ7, e6169. 10.7717/peerj.6169

  • Pubmed Abstract
  • CrossRef
  • Google Scholar
  • Kaynağa bak

• Rossi F, Mugnai G, De Philippis R. (2022). Cyanobakteriyel biyokabuksel indüksiyon: toprağı iyileştirmede etkili bir biyoteknolojiye dair kapsamlı bir derleme. Geoderma415, 115766. 10.1016/j.geoderma.2022.115766

  • CrossRef
  • Google Scholar
  • Kaynağa bak

• Sadeghi S. H., Kheirfam H., Zarei Darki B. (2020). Cyanobakteri ekilmesi yoluyla arazi deney parsellerinden yüzey akışının ve toprak kaybinin kontrolü. J. Hydrology 585, 124814. 10.1016/j.jhydrol.2020.124814

  • CrossRef
  • Google Scholar
  • Kaynağa bak

• Sadeghi S. H., Ashgevar Heydari M., Jafarpoor A. (2023). Endemik mikroorganizmalarla muamele edilen deney parsellerinden ardışık yağışlar sırasındaki toprak kaybi ve çökelti konsantrasyonunun engellenebilirliği. Int. J. Sediment Res. 38 (3), 446–454. 10.1016/j.ijsrc.2023.01.001

  • CrossRef
  • Google Scholar
  • Kaynağa bak

• Sadeghi S. H., Jafarpoor A., Homaee M., Gharemahmudli S. (2025). Toprak mikroorganizmaları kullanılarak toprak kaybi ve yüzey akışının kontrol edilebilirliği: bir derleme. Ecohydrol. and Hydrobiology 25 (1), 23–33. 10.1016/j.ecohyd.2023.11.006

  • CrossRef
  • Google Scholar
  • Kaynağa bak

• Sagi N., Sagy A., Felde V. J. M. N. L., Hawlena D. (2025). Kabuk yiyen makro-eklembayaklılar biyolojik toprak kabuklarının mikrotopografisini ve karbon dinamiğini düzenler. Geoderma 454, 117193. 10.1016/j.geoderma.2025.117193

  • CrossRef
  • Google Scholar
  • Kaynağa bak

• Shan X., Wang X., Zhang Y., Li Z., Chen C. (2024). Kuzey Çin’deki Horqin kumlu alanında çeşitli örtü bitkilerinin toprak rüzgâr aşındırması üzerindeki etkileri. J. Soils Sediments 24 (11), 3585–3593. 10.1007/s11368-024-03930-7

  • CrossRef
  • Google Scholar
  • Kaynağa bak

• Solomon C., Breckon T. (2011). Dijital İşlemeli Görüntü Temelleri: Matlab Örnekleriyle Pratik Bir Yaklaşım. John Wiley and Sons.

  • Google Scholar
  • Kaynağa bak

• Sorochkina K, Velasco Ayuso S, Garcia-Pichel F. (2018). Biyojik toprak kabuğu mavi-yeşil alglerin yatay yayılım hızlarının optimum restorasyon için belirlenmesi. Plant Soil 429 (1), 199–211. 10.1007/s11104-018-3695-5

  • CrossRef
  • Google Scholar
  • Kaynağa makalede bakın

• Strauss S, Day T. A, Garcia-Pichel F. (2012). Birleşik Devletler Güneybatısındaki biyocoğrafik bölgeler boyunca çöl biyjik toprak kabuklarında azon döngüsü. Biogeochemistry 108 (1), 171–182. 10.1007/s10533-011-9587-x

  • CrossRef
  • Google Scholar
  • Kaynağa makalede bakın

• Tashyreva D, Elster J. (2015). Kutup microcoleus suşlarının kuruluğa dayanıklılığı üzerine azon açlığının etkisi. Front. Microbiol., 6, 6–2015. 10.3389/fmicb.2015.00278

  • Pubmed Özeti
  • CrossRef
  • Google Scholar
  • Kaynağa makalede bakın

• Thomas G. W. (1996). “Toprak pH’sı ve toprak asiditesi,” Soil Analysis Yöntemleri içinde (Soil Science Society of America, Inc., American Society of Agronomy, Inc), 475–490.

  • Google Scholar
  • Kaynağa makalede bakın

• Tiwari O. N, Bhunia B, Mondal A, Gopikrishna K, Indrama T. (2019). Biyjik toprak kabuğu oluşumunu tetikleyerek toprak iyileştirilmesinde ekzopolisakkarit üreten mavi-yeşil alglerin sistem metabolik mühendisliği: bir derleme. J. Clean. Prod. 211, 70–82. 10.1016/j.jclepro.2018.11.188

  • CrossRef
  • Google Scholar
  • Kaynağa makalede bakın

• Vinhal-Freitas I. C, Corrêa G. F, Wendling B, Bobuľská L, Ferreira A. S. (2017). Toprak dokusal sınıfı, arazi kullanımının toprak kalitesi göstergeleri üzerindeki etkilerini değerlendirirken önemli bir rol oynar. Ecol. Indic. 74, 182–190. 10.1016/j.ecolind.2016.11.020

  • CrossRef
  • Google Scholar
  • Kaynağa makalede bakın

• Wang, W. ve Sun, J. (2024). Uydu kaynaklı değişkenler ve makine öğrenmesi yöntemleri kullanılarak toprak tuzluluğunun tahmini. Earth Sci. Inf. 17 (6), 5049–5061. 10.1007/s12145-024-01467-4

  • CrossRef
  • Google Scholar
  • Kaynağa makale içinde bakın

• Wang, Z., Liu, X., Sun, F., Jiang, Q., Shang, H. ve Zheng, C. (2025). Donma-çözülme etkisi altında kurak madencilik alanında toprak erozyonunu azaltmada biyokömür ve siyanobakteri kabuğu katkısının etkisi. Sci. Rep. 15 (1), 16363. 10.1038/s41598-025-96688-y

  • Pubmed Abstract
  • CrossRef
  • Google Scholar
  • Kaynağa makale içinde bakın

• Wu, L., Farías, M. E., Torres, R. M., Xia, L., Song, S., Saber, A. A. ve ark. (2022). Tuzluluk, yapay olarak oluşturulan biocrustlarda mikrobiyal bileşimi ve işlevi etkiler: tuzlu topraklarda siyanobakteri aşılaması için çıkarımlar. Soil Biol. Biochem. 170, 108691. 10.1016/j.soilbio.2022.108691

  • CrossRef
  • Google Scholar
  • Kaynağa makale içinde bakın

• Zhu, D., Peng, S. ve Hui, D. (2025). Farklı sıralı ekim türlerinin subtropikal çay bahçesinde toprak erozyonu üzerindeki etkileri. J. Soil Sci. Plant Nutr. 25, 4426–4438. 10.1007/s42729-025-02406-y

  • CrossRef
  • Google Scholar
  • Kaynağa makale içinde bakın

Özet

Anahtar kelimeler

biocrust oluşturan siyanobakteriler, entropi, görüntü analizi, piksel değişkenliği, tuzlu topraklar, toprak yüzeyi stabilizasyonu

Atıf

Lv, S., Peng, S. ve Zhang, X. (2026) Nicel görüntü temelli biyofilmen kaynaklı yüzey stabilizasyonunun tuzlu topraklarda değerlendirmesi. Front. Environ. Sci. 14:1863525. doi: 10.3389/fenvs.2026.1863525

Makale alındı

23 Nisan 2026

Makale düzeltildi

29 Ağustos 2026

Makale kabul edildi

09 Ekim 2026

Makale yayımlandı

11 Kasım 2026

Cilt

14 – 2026

Liu Jibao, Tokyo Teknoloji Enstitüsü, Japonya

Seyed Hamidreza Sadeghi, Tarbiat Modares Üniversitesi, İran

Bruna Soares Xavier De Barros, São Paulo Devlet Üniversitesi, Brezilya

© 2026 Lv, Peng ve Zhang.

Bu, Creative Commons Atıf Lisansı (CC BY) koşulları altında erişime açık olarak dağıtılan bir makaledir. Orijinal yazar(lar)ın ve telif hakkı sahib(lar)ının belirtildiği ve bu dergideki orijinal yayının, kabul edilen akademik uygulama doğrultusunda atıf edildiği sürece, diğer platformlarda kullanım, dağıtım veya çoğaltma izinlidir. Bu koşullara uymayan herhangi bir kullanım, dağıtım veya çoğaltma izinlidir.

İletişim: Shenling Peng, pengshenling@jlnku.edu.cn

†

ORCID: Shuaili Lvi, orcid.org/0009-0008-7296-4374; Shenling Peng, orcid.org/0009-0002-1840-2780

Bu makalede ifade edilen tüm iddialar yalnızca yazarlara aittir ve bağlı oldukları kuruluşların, ya da yayıncının, editörlerin ve hakemlerin görüşlerini kesin olarak yansıtmaz. Bu makalede değerlendirilebilecek herhangi bir ürün veya üreticisinin yapabileceği herhangi bir iddia, yayıncı tarafından garanti edilmez veya desteklenmez.