Ag Heartlands Tour Guide

185
1 Itinerary for Agricultural Heartlands fieldtrip Monday, 26 th July Sydney to Scone Time Location Activity 0730 Depart The University of Sydney en route Sydney Basin geology Brief rest stop on F3 1030 Oakey Creek Rd, Pokolbin SBP1 – Brown Sodosol 1 1300 Pokolbin Community Hall Lunch, presentations 1430 Marrowbone Rd, Pokolbin Limestone/Marl cutting 1430 Marrowbone Rd, Pokolbin SBP2 – Shelly Calcarosol 1600 Drayton’s Family Wines Wine tasting 1900 Scone Motel & Dining Tuesday 27 th July Scone to Gunnedah Time Location Activity 0730 Depart Scone en route Dairy & horse farming 0930 Nowley Farm, Spring Ridge Welcome/ morning tea 1015 Nowley Farm SBP3 – Red Chromosol 1230 Nowley Farm Lunch 1400 Nowley Farm SBP4 – Brown Sodosol 1830 Gunnedah Motel 1900 Wild Orchid Dinner 1 Will also include and refer to these in WRB and Soil Taxonomy in final documentation.

Transcript of Ag Heartlands Tour Guide

Page 1: Ag Heartlands Tour Guide

 

Itinerary for Agricultural Heartlands fieldtrip 

 

Monday, 26th July    Sydney to Scone 

Time  Location  Activity 

0730  Depart The University of Sydney  – 

  en route Sydney Basin geology Brief rest stop on F3 

1030  Oakey Creek Rd, Pokolbin  SBP1 – Brown Sodosol1 

1300  Pokolbin Community Hall  Lunch, presentations 

1430  Marrowbone Rd, Pokolbin  Limestone/Marl cutting 

1430  Marrowbone Rd, Pokolbin  SBP2 – Shelly Calcarosol 

1600  Drayton’s Family Wines  Wine tasting 

1900  Scone  Motel & Dining 

 

Tuesday 27th July     Scone to Gunnedah 

Time  Location  Activity 

0730  Depart Scone  – 

  en route  Dairy & horse farming 

0930  Nowley Farm, Spring Ridge  Welcome/ morning tea 

1015  Nowley Farm  SBP3 – Red Chromosol 

1230  Nowley Farm  Lunch 

1400  Nowley Farm  SBP4 – Brown Sodosol 

1830  Gunnedah  Motel 

1900  Wild Orchid  Dinner 

                                                            1 Will also include and refer to these in WRB and Soil Taxonomy in final documentation.

Page 2: Ag Heartlands Tour Guide

 

Wednesday 28th July     Gunnedah to Narrabri 

Time  Location  Activity 

0730  Depart Motel Gunnedah    – 

0900  Pilliga Pottery  Morning tea 

1000 Pilliga Scrub, Newell Highway 23 km north of Coonabarabran 

SBP5 – Orthic Tenosol 

  en route  Edgeroi soil mapping 

1330  ‘I.A Watson’, Narrabri Lunch‐ Wheat breeding, conservation tillage and carbon measurement and management 

1430  ‘I.A Watson’, Narrabri  SBP6 – Grey Vertosol 

1600  ‘I.A Watson’, Narrabri  SBP7– Brown Dermosol ‐ stratigraphy 

1800  Narrabri   Motel  

1900  Crossing Theatre “Riverside Room”  Dinner 

 

Thursday 29th July    Narrabri to Goondiwindi 

Time  Location  Activity 

0730  Depart Motel Narrabri  – 

  en route  Sawn Rocks 

1000  ‘Romaka’ Tery Hie Hie Morning tea Precision Ag. Research 

1030  ‘Romaka’ Tery Hie Hie  SBP8 – Red Dermosol       WASHED OUT 

1300  Moree  Lunch 

1515  ‘South Callandoon’, Goondiwindi SBP9 – Grey Vertosol Alluvia, Gilgai, Cotton growing 

1700  ‘South Callandoon’, Goondiwindi  Demonstration of Vis‐NIR probe 

1800  Goondiwindi  Motel 

1900  Queensland Hotel  Dinner 

Page 3: Ag Heartlands Tour Guide

 

Friday 30th July     Goondiwindi to Toowoomba 

Time  Location  Activity 

0745  Depart Goondiwindi  – 

  en route  Geological history 

0820  Wondalli  SBP10 –Gilgaied Grey Vertosol 

0935  Yelarbon SBP11 – alkaline soil with unique vegetation, cultural heritage site 

1130  Gore  SBP12 – gravelly soil 

1315  Karara  SBP13 – Bulloak Sodosol 

1450  Pampas SBP14 – Black Vertosol, lysimeters, geophysics 

1700  Toowoomba  SBP15 – Red Ferrosol 

1800  Toowoomba  Motel  

1900  Fitzy Magees “Gaelic Room”  Dinner 

 

 

Saturday 31st July     Toowoomba to Brisbane 

Time  Location  Activity 

0745  Depart Motel Toowoomba    – 

  en route  Enjoy scenery 

0915  Esk  Morning Tea 

1015  Toogoolawah  SBP16 – Orthic Tenosol 

1200  Kilcoy  Lunch 

1300  Wamuran  SBP17 – Yellow Chromosol 

1530    Drop off at hotels 

Page 4: Ag Heartlands Tour Guide

 

Tour participants 

 

Name  Email address 

Tour Leaders 

Stephen CATTLE  [email protected] FIELD  [email protected]. McBRATNEY  [email protected] SHORT  [email protected] SINGH  [email protected]

Delegates 

Sonya AHAMED  [email protected] BAO  [email protected] BURGHARDT  [email protected]; [email protected]  

Xiaoqin CHEN  [email protected] COLINET  [email protected] (Seppe) DECKERS  [email protected] DEMPSTER  [email protected] EBERHARDT  [email protected] FOX  [email protected] FUJITAKE  [email protected] GARCIA‐CALDERON  [email protected]; [email protected]  

Ute HAMER  [email protected] HARTIKAINEN  Jon HEMPEL  [email protected] HENRIQUEZ  [email protected] KATO  [email protected] LEVIN  [email protected][email protected]  Bill McFEE  [email protected] MICHELI  [email protected] POTTER  [email protected] REINSCH  [email protected] REINSCH  [email protected] ROYER  Peter SCHAD  [email protected] SCHOLTEN  [email protected] TANI  [email protected] VACCA  [email protected] Van HUYSSTEEN  [email protected] VanCAMPENHOUT  [email protected] VENALAINEN  [email protected]‐Yan WANG  [email protected];[email protected]  Larry WEST  [email protected] WEST  [email protected] YIN  [email protected] ZHOU  [email protected]

Page 5: Ag Heartlands Tour Guide

 

Agricultural Heartland tourists at “Nowley”, July 27th, 2010 

 

 

 

Page 6: Ag Heartlands Tour Guide

 

 

 

 

 

Figure 1:A

 contin

entalco

ntext

Agricu

ltural H

eartlan

ds To

ur: Syd

ney to

 Brisb

ane

Page 7: Ag Heartlands Tour Guide
Page 8: Ag Heartlands Tour Guide

 

 

 

Figure 2: Tour Route 

Page 9: Ag Heartlands Tour Guide

 

 

Figure 3: Day 1, July 26th 

 

Figure 4: Day 2, July 27th 

 

Day 1

Day 2

Page 10: Ag Heartlands Tour Guide

 

 

 

Figure 5: Day 3, July 28th 

 

Day 3

Page 11: Ag Heartlands Tour Guide

 

 

Figure 6: Day 4, July 29th 

 

 

 

 

 

Day 4

Page 12: Ag Heartlands Tour Guide

10 

 

 

Figure 7: Day 5, July 30th 

 

 

Figure 8: Day 6, July 30th 

 

 

 

 

 

Day 5

Day 6

Page 13: Ag Heartlands Tour Guide

11 

 

 

 

Figure 9: Profiles within and catchment features of the Liverpool Plains area. 

 

Page 14: Ag Heartlands Tour Guide

12 

 

 

Figure 10: Hunter Valley profiles 

 

 

Figure 11: Nowley profiles 

 

Page 15: Ag Heartlands Tour Guide

13 

 

 

Figure 12: Pilliga profile 

 

 

Figure 13: IA Watson profiles 

 

Page 16: Ag Heartlands Tour Guide

14 

 

 

Figure 14: Terry Hie Hie profile 

 

 

Figure 15: Goondiwindi Profile 

 

 

Page 17: Ag Heartlands Tour Guide

15 

 

 

Figure 16: Wondalli profile 

 

 

Figure 17: Yelarbon profile 

 

Page 18: Ag Heartlands Tour Guide

16 

 

 

Figure 18: Gore (Traprock) profile 

 

 

Figure 19: Karara profile 

 

Page 19: Ag Heartlands Tour Guide

17 

 

 

Figure 20: Pampas profile 

 

 

Figure 21: Profile 15‐ Toowoomba 

 

Page 20: Ag Heartlands Tour Guide

18 

 

 

Figure 22: Toogoolawah profile 

 

 

Figure 23: Wamuran profile 

 

 

 

 

 

 

 

Page 21: Ag Heartlands Tour Guide

19 

 

 

Overview of the Geology of the Sydney‐Gunnedah Basins in NSW 

New South Wales which lies in the east of the Australian Plate is bordered to the east by the adjacent oceanic  lithosphere  of  the  Tasman  Sea.  The  nearest  active margin  passes  through New  Zealand, where  the  region  between  the  coast  and  oceanic  crust  comprises  a  narrow  continental  shelf consisting mainly of continental sedimentary rocks. The coast and the inland region are dissected by the Eastern Highlands with  the Great Dividing Range at  the crest. These highlands are believed  to have been uplifted due to the addition of igneous rocks from below (underplating). The lower part of the  Sydney Basin  is  adjacent  to  the  coast  and  forms  the  southern part of  the  Sydney‐Gunnedah‐Bowen Basins  (Figure 1) which are bound by  the New England and Lachlan Fold Orogen  (Belts) as detailed below.  

 Figure 1. Map of the Tectonic units comprising New South Wales.  The region west of the Eastern Highlands have subsided creating the Murray‐Darling Basin (Figure 2) resulting  in  river  systems  that  commence  in  Queensland  and  flow  to  the  west  and  south  west meeting  the ocean near Adelaide  in South Australia. The eastern  tectonic units  that  comprise  the Murray‐Darling  Basin  include  the;  Bowen  Basin,  Clarence‐Morton  Basin,  Lachlan  Fold  Belt,  New England Fold Belt, Gunnedah Basin, Upper Sydney Basin, and Surat Basin. Details of all tectonic units are given in (Figure 1) and the surface geology in (Figure 4). 

 

 

 

Page 22: Ag Heartlands Tour Guide

20 

 

 

Figure 2: Map of the tectonic units housed by the Murray Darling Basin 

The Sydney Basin 

This is a major structural basin comprising a Permian to Triassic sedimentary sequence (290 Ma – 200 Ma) that has a maximum total thickness in the range of 5000 m. This forms the southern part of the Sydney‐Gunnedah‐Bowen basin system. The basin is surrounded to the south and west by the older, largely  low‐grade metamorphic and granitic rocks of  the Ordovician  to Devonian Lachlan Fold Belt. The eastern part of  the basin continues offshore  to  the edge of  the continental shelf, while  to  the north, the basin  is bound by the Devonian to Carboniferous New England Fold Belt and  transitions into the contemporaneously developed Gunnedah basin to the north west.  

The basin was initiated by crustal rifting in the Early Permian where the earliest depositions consisted of volcanogenic sands and silts deposited  in a marine shelf. Along with basaltic  island volcanoes  in the  lower Hunter this region forms the Dalwood and Lower Shoalhaven Groups (Table 1). Sediment shed from compression of the New England Fold belt was responsible for the deposition of the Greta Coal Measures in the north of the basin near Muswellbrook and Cessnock. Basement sagging led to increased marine conditions  toward  the  top of  the Greta Coal Measures, where  in  the west of  the basin,  sourced volcanogenics derived New England and quartz  rich  sand and  silt derived  from  the Lachlan,  forming  the  Maitland  and  upper  Shoalhaven  Groups.  Faulting  and  folding  of  the  New England Fold Belt resulted in the Hunter‐Bowen Orogeny which resulted in the delta plain and fluvial conditions  forming  the  late  Permian  Tomago  and  Whittingham  Coal  Measures  in  the  in  the Muswellbrook‐Denman‐Singleton  of  the  northern  Hunter  area,  and  the  deposition  of  the  lower Illawarra Coal Measures in the south of the basin (Table 1).  

 

 

Page 23: Ag Heartlands Tour Guide

21 

 

Table 1: Simplified stratigraphic sequence of  the Permo‐Triassic Sydney Basin. The  lithology of  the basin differs from north to south and is detailed in Figure 2. 

Years (Ma) 

Period  Formation  Lithology 

WIANAMATTA GROUP Consists of three main formations called the Ashfield Shale (shale, siltstone, claystone), Minchinbury Sandstone (sandstone) and Bringelly Shale (shale, sandstone) 

MITTAGONG FORMATION 

Thin sandstone beds 

HAWKESBURY SANDSTONE 

Quartz rich sandstone with abundant cross‐bedding and inter‐bedded shale 

205 

TRIASSIC 

NARRABEEN GROUP  Lithic and quartz rich sandstones, siltstones 

ILLAWARRA, TOMAGO & NEWCASTLE COAL 

MEASURES 

Abundant thick coal seams, sandstone, shale, conglomerate (with abundant fossils) 

MAITLAND & SHOALHAVEN GROUPS 

Siltstone, sandstone, shale, conglomerate; including the Gerringong Volcanics 

GRETA COAL MEASURES Sandstone, shale, conglomerate , coal seams 

251       

298 

PERMIAN 

DALWOOD and LOWER SHOALHAVEN GROUPS 

Calcareous sandstone, conglomerate, shale, limestone, lava flows and tuff 

 

Coal measure development was terminated by a marine incursion forming the Dempsey and Denman formation  in  the north and Bargo claystone and Baal Bone  formation  in  the  south. The  regression continued  forming a meandering  stream which dominated  the alluvial plain, and  in  the north was responsible  for  the  formation of  the Newcastle and  the Wollombi Coal Measures  (completing  the Singleton Supergroup).  In  the south  it  formed  the upper  Illawarra Coal Measures, effectively  filling the basin.  

Renewed uplift of  the New England Fold belt  in  the early Triassic resulted  in  the deposition of  the Narrabeen Group  in an alluvial  flood plain and estuarine environments, which can be  found  in  the western  regions of  the Hunter Valley. During  this period,  sedimentation  varied between  the New England derived mixed load and quartz rich Lachlan. Uplift of the Lachlan Fold Belt or subsidence of the New  England  Fold  Belt  resulted  in  the  deposition  of  the  quartz  rich  Hawkesbury  Sandstone, which is overlain by the Wianamatta Group (Table 1).  

Jurassic age  igneous activity  resulted  in  the  formation of  the Prospect dolerite and diatremes over the eastern basin, while  late Mesozoic activity resulted  in the formation of numerous coastal dykes on the central coast and basaltic caps on Mount Banks, Wilson, and Tomah  in the Blue Mountains.  Only minor folding has occurred resulting in the Lapstone monocline in the east foothills, and further west, the Tomah Monocline in the Blue Mountains. Most of the unconsolidated material is Cainozoic or  Quaternary  in  age,  with  significant  thicknesses  of  up  to  80  m  being  deposited  in  coastal depressions such as Botany Bay. The humid conditions of the Cainozoic resulted in the formation of well developed lateritic soils on the Hawkesbury Sandstone, Narrabeen and Wianamatta Groups.  

Greater Sydney is developed on the Cumberland Plain, which is drained by the meandering creeks of the Hawkesbury and Parramatta Rivers. Much of the plain  is covered by texture contrast or duplex acidic  soils  and  uniformed  textured  alluvial  derived  soils  of  the  river  terraces.  These  soils  are characteristic of much of the east coast of Australia and extend  into the Great Dividing Range. The plateaus, such as the Blue Mountains and Hornsby that rise abruptly from the Cumberland Plain have coarse textured soils derived from the Hawkesbury sandstone, along with iron rich uniform clay soils derived from the isolated basalt occurrences. In this area, Hanging Swamps with organic rich soils can also  be  found.  To  the  north  in  the  Hunter  Valley,  the  Broken  Back  Range  is  comprised  of  the 

Page 24: Ag Heartlands Tour Guide

22 

 

Narrabeen  capped by  the Hawkesbury  sandstone  resulting  in  thin uniformly  coarse  textured  soils. The  areas  around  Cessnock  and  Singleton  are  underlain  by  the  Dalwood  and  Maitland  Group resulting  in  texture  contrast  acid  soils.  The presence of  limestone  in  the  area has  resulted  in  the occurrence of uniform clays. Alluvial soils are common skirting the Hunter River and its tributaries.       

The Gunnedah Basin (& Surat Basin) 

This  forms  the  central  part  of  the  Sydney‐Gunnedah‐Bowen  Basin  system  and  is  unconformably overlain by the Surat Basin (Jurassic and Cretaceous Strata). The basin covers an area of over 15, 000 square kilometres and is comprised of rocks of Permian and Triassic in age. This basin is bound by the New England Fold Belt  in  the east and as with the Sydney basin,  the west  is bound by  the Lachlan Fold  Belt.  The  northern  boundary with  the  Bowen  Basin  is  believed  to  be marked  by  the  highly eroded early Permian sediments north of Narrabri. The southern boundary with the Sydney basin is suspected to be either the Mount Coricudgy Anticline or Liverpool Range.  

Deposition  in  the  basin  is  marked  by  colluvial  and  alluvial  material  followed  by  an  influx  of vocanolithic sediments from the Boggabri Ridge. This forms the early Permian Bellata Group which is comprised of the Leard Formation and Maules Creek Formation, and is equivalent to the Greta Coal Measures of the Sydney Basin (Figure 3). They gave way to progressively marine conditions and the development of a marine shelf, the resulting deposition of the Porcupine and Watermark Formations outcropping on the eastern perimeter between Quirindi to Narrabri, and which are of similar age to the Maitland and  lower Shoalhaven Groups of  the Sydney Basin. The development of deltas  in  the late  Permian  resulted  in  the  sediments  of  the  Black  Jack  Group  outcropping  near  Boggabri  and Gunnedah  (Table  2).  The  shallow  marine  facies  of  the  Arkarula  Formation  gave  way  to  delta environments  resulting  in  widespread  peat  development  forming  the  Hoskisson  Coal.  This  was followed by increased alluvial development marking the upper part of the Black Jack Group and the end of the Permian sedimentation.  

Techtonism of  the New England Fold belt  in  the early Triassic  resulted  in  the deposition of coarse clastic  sediments  forming  the  Digby  Formation  (Table  2),  which  is  considered  equivalent  to  the Narrabeen Group  in  the  Sydney Basin. Outcrops  can be  found on  the eastern perimeter between Quirindi to Narrabri. Howevver, the large deltas that were forming the Hawkesbury Sandstone in the Sydney  basin  did  not  occur  further  north  but  gave way  to more moderate  lacustrine  and  delta conditions  and were  responsible  for  the  formation  of  the Napperby  Formation  in  the Gunnedah Basin (Figure 3).  

The Jurassic and Cretaceous sediments of the Surat Basin uncomfortably overlay the Gunnedah Basin in  the north  and west  and  form  thick  sequences  in  the northwest  (Table  2).  The  course  textured quartz  sandstone of  the Pilliga Sandstone outcropping between Baradine and Baan Ban  ,  result  in what is termed the Pilliga Scrub, and forms the main basement rocks for the region around and north of Narrabri. This  is underlain by the clayey sands and mudstones of the Purlawaugh Formation and Garrawilla  Volcanics  (Table  2).  The  Pilliga  Sandstone  is  overlain  by  the  Orallo  Group  and  Rolling Downs Group. The calcareous clays and marls of the Rolling Downs are found north of Narrabri, as are  the Nandewar Volcanics. Much of  the basin  in  the  vicinity  and north of Narrabri  and west of Coonabarabran and Gilgandra are covered with undifferentiated post Jurassic sediments.        

The Liverpool Plains forms an extensive physiographic unit covering the Lower Gunnedah Basin. The plain includes deep Quaternary alluvium of the Mooki River floodplain and is occasionally influenced by  the Naomi  river  floodplain.  The deep  alluvium of  the Goran Basin  Plains  can be  found,  and  is associated with the lunettes and beaches forming the margins of Lake Goran.  

 

 

Page 25: Ag Heartlands Tour Guide

23 

 

Table  2:  Simplified  stratigraphic  sequence of  the  Permo‐Triassic Gunnedah Basin  and  the  Jurassic Section of the Surat Basin.  

Years (Ma) 

Period    Formation  Lithology 

LATE  ORALLO FORMATION Clayey to quartzose sandstone, subordinate siltstone and conglomerate  

PILLIGA SANDSTONE Fluvial, medium to coarse‐grained quartzose sandstones 

MIDDLE PURLAWAUGH FORMATION 

Carbonaceous claystone, siltstone, sandstone and subordinate coal. 

141  

159   

184   

205 

JURASSIC 

EARLY  GARAWILLA VOLCANICS Alkali basalt, trachytes, hawaiite, pyroclastic and subordinate sediments  

DERIAH FORMATION Green lithic sandstone rich in volcanic fragments and mud clasts 

MIDDLE NAPPERBY FORMATION 

Thinly bedded claystone, siltstones and sandstones, common bioturbation and burrows 

230    

241  

TRIASSIC 

EARLY  DIGBY FORMATION Lithic and quartz conglomerates, sandstones and minor finer gained sediments 

BLACK JACK GROUP 

Dominantly fluvial and lacustrine sediments; lithic and quartz sandstones and conglomerates, siltstone and clay tuff and coal.  

WATERMARK FORMATION 

Regressive marine sediments; sandy siltstone, sandstone, common bioturbation sporadic erratics and secondary calcite “cone‐in‐cone” replacements 

LATE 

PORCUPINE FORMATION Marine shelf sediments; lithic sandstone and conglomerate and bioturbated mudstone 

MAULES CREEK FORMATION 

Fluvial; dominantly lithic and subordinate quartz‐rich sandstones and conglomerate 

GOONBRI and LEARD FORMATIONS 

Colluvial and lacustrine sediments; pelletoidal claystone and upward coarsening sequences of organic‐rich claystone to sandstones 

251         

270      

298 

PERMIAN 

EARLY 

BOGGABRI VOLCANICS  Mainly Rhyolite flows and pyroclastics  

  PRE‐PERMIAN 

  LACHLAN FOLD BELT Metavolcanics and Metasediments 

Texture contrast soils are  found between Curlewis and Lake Goran and are related  to  the Permian and early Triassic sediments. The  texture contrast and sometimes sodic soils   of Trinkey  forest are derived from the  Jurassic Purlewaugh Formation and Pilliga Sandstone.  In and around Mullaley the Garawilla  Volcanics  provide material  for  the  uniform  cracking  clay  soils  found.  Some  of  the  local mountains are  capped with Tertiary basalts  forming uniform  clay  soils  in  their  footslopes. Further north the outcrop of the Pilliga Sandstone has provided uniform coarse profiles.  In the areas north and west of Narrabri extensive alluvial plains representing the Quaternary history of the Darling River Basin  are  developed  by  meandering  river  systems,  such  as  the  Namoi  River.  The  use  of thermoluminescence  has  placed  these  sediments  as  between  5.6  ka  to  56  ka.  The  weathering products  of  the  basic  volcanics  capping  the  Nandewar  Range  and  surrounding  areas  may  have contributed  to  the  clay  sediments  in  the area. Selected outcrops of  the Gunnedah and Surat  rock formations  at  the  base  of  the  mountain  ranges  to  the  east  of  Narrabri  have  resulted  in  the development of texture contrast soils.     

Page 26: Ag Heartlands Tour Guide

24 

 

 

 

 

 

 

 

Figure 3: Correlation of the lithostratigraphic units of the Gunnedah and Sydney Basin. 

Page 27: Ag Heartlands Tour Guide

25 

 

 

 

 

Figure 4: Surface Geology of New South Wales 

   

Page 28: Ag Heartlands Tour Guide

 

Day 1 Sydney to Scone 

 

Presenters:     

Marcelo Stabile 

PhD candidate, Faculty of Agriculture Food and Natural Resources,  

The University of Sydney 

Email: [email protected] 

 

Brendan Malone 

PhD candidate, Faculty of Agriculture Food and Natural Resources,  

The University of Sydney 

Email: [email protected] 

 

Ken Bray 

Hunter Wine Country Private Irrigation District 

also 

Braemore Wines  

820 Hermitage Road,  

Pokolbin 2320  

Email: [email protected] 

 

John Drayton 

Drayton’s Family Wines 

555 Oakey Creek Road, Pokolbin 2320 

Email: [email protected]

Page 29: Ag Heartlands Tour Guide

 

A brief history of the lower Hunter and our research 

Marcelo Stabile, Inakwu Odeh, Alex McBratney 

The University of Sydney 

 

The Hunter Valley  is now well known  for  its wine and  for  its attractiveness to domestic 

and  international  visitors;  this  is  closely  related  to  the  area’s  development  which  has 

happened in recent decades. Undoubtedly the success of the Hunter relies on the wine and 

tourism.  In  fact,  the  first  plantations  of wine  grapes were  established  in  the  1800s,  but 

declined towards the end of that century due to the depression (O'Neill 2000).  

The early 1980s were characterised by removal of grape vines with government subsidies, 

however in the 1990s smaller plots were planted along with the establishment of the tourism 

industry. McManus (2008) pointed out that even though the climate and soils of the Hunter 

were not optimal for wine making, the chief reason for the region’s success was related to its 

proximity to major urban centres, such as Sydney and Newcastle. Moreover, ease of access, 

with expansion of roads in the 1990s, also contributed to the area’s development. 

In order to understand how this shift has transformed the Hunter, characterisation of the 

area was necessary and has been done previously (Stabile et al. 2008). Land‐use and ‐cover 

maps of the area were made at selected time  intervals,  following the broadest  level of the 

Australian standards (ACLUMP, Bureau of Rural Sciences 2006).  

Table 1 summarises the composition of the Hunter’s  landscape, where  it could be seen 

that  from  the mid 1990s  there was  significant  increase  in  the area of  irrigated agriculture, 

dominated by wine grapes, as well as significant expansion of intensive uses, characterised by 

the construction of parks, golf courses and hotels.  

As a form of comparison, in the 1970s the combined area of intensive uses and irrigated 

agriculture corresponded  to roughly 12% of  the  landscape, while  in 2005  they represented 

Page 30: Ag Heartlands Tour Guide

 

over 17.5% of the area. Since then the number of visitors in the region has increased steadily 

(Figure 1), as has the population (Figure 2). 

Table 1: Proportions of land‐use and land‐cover 

% of Area  1972  1985  1995  2000  2005 

Woodland  37.08  31.79  35.98  34.47  36.78 Dryland Agriculture  50.27  55.96  50.81  50.80  44.96 Irrigated Agriculture  10.69  9.53  10.25  10.15  13.52 

Intensive uses  1.75  2.13  2.49  3.77  4.10 Water  0.21  0.60  0.47  0.81  0.63 

 

1000000

2000000

3000000

4000000

5000000

6000000

7000000

2001-2002 2002-2003 2003-2004 2004-2005 2005-2006 2006-2007 2007-2008

Vis

itor

s

Period

Day

Overnight

 Figure 1: Annual number of visitors (Tourism New South Wales 2009) 

0

10000

20000

30000

40000

50000

60000

1976 1981 1986 1991 1996 2001 2006 2011 2016 2021 2026

Reg

iona

l Pop

ulat

ion

Year

Cessnock

Singleton

Cessnock Proj

Singleton Proj

 Figure 2: Population and projections (Australian Bureau of Statistics 2009, Hunter Valley Research 

Foundation 2009) 

Our  research  aims  at  understanding  the  causes  of  this  change  and  predicting  the 

landscape’s  configuration  in  the  future.  For  this, we  have  built  a  hybrid, Markov‐Cellular 

Page 31: Ag Heartlands Tour Guide

 

Automata  model  which  utilises  the  neighbourhood  configuration  to  dynamically  change 

transition probabilities for each pixel.  

Currently the model can handle 4 or 8 neighbours and the user can specify the weight of 

the CA  component  (1‐WTM),  thus allowing  the model  to  run exclusively on Markov mode 

(solely on transition probabilities), on CA mode (transition only related to neighbourhood) or 

any  combination of both. The model was  implemented  in R,  and  thus  complexity  such  as 

areas of exclusion and suitability layers could easily be added. 

An  illustration of  the model’s outcomes can be seen  in Figure 3. Panel A  illustrates  the 

landscape conditions in 2005 (Cessnock on the lower right). Panel B illustrates the simulated 

landscape  for  2020,  when  transition  probabilities  were  driven  from  predicted  climatic 

patterns and the model run on CA mode (WTM 0). Panel C shows the outcome of empirically 

derived transition probabilities and the model run with WTM=0.5. Panel D, finally, refers to 

when the model was run with transition probabilities derived from projections of population 

and in Markov mode (WTM=1).  

Empirically derived transition probabilities suggested significant  increase  in the areas of 

irrigated Agriculture and of  intensive uses. Other  transition probabilities, however,  such as 

the  ones  derived  from  population  and  climate,  did  not  significantly  alter  the  landscape’s 

composition. 

Further enhancement of the model would  include: utilising more than 8 neighbours for 

the CA component,  implementation of other  layers of  information  for modifying  transition 

probabilities  and  utilising  a  combination  of  spatial  ancillary  variables  for  modifying  the 

transition probabilities as well. 

Page 32: Ag Heartlands Tour Guide

10 

 

 

Figure 3: Initial conditions and simulated outcomes form the Hybrid model 

 

 

 

Page 33: Ag Heartlands Tour Guide

11 

 

Cited References: 

AUSTRALIAN BUREAU OF STATISTICS, 2009, Census of population and housing (Canberra: ABS). 

BUREAU OF RURAL SCIENCES, 2006, Guidelines for land use mapping in Australia: principles, procedures and definitions. 3rd edition, Bureau of Rural Sciences. 

HUNTER VALLEY RESEARCH FOUNDATION, 2009, Newcastle and the Hunter region 2008‐2009, edited by R. McDonald, and M. Jonita (Maryville, NSW: HVRF). 

MCMANUS, P., 2008, Mines, Wines and Thoroughbreds: Towards Regional Sustainability in the Upper Hunter, Australia. Regional Studies, 42, 1275 ‐ 1290. 

O'NEILL, P., 2000, The gastronomic landscape. In Journeys: the making of the Hunter Region, edited by P. McManus, P. O'Neill, R. J. Loughran, and O. R. Lescure (St. Leonards, NSW: Allen & Unwin), pp. 158‐185. 

STABILE, M. C. C., ODEH, I. O. A., and MCBRATNEY, A. B., 2008, Application of object‐oriented and knowledge‐based approach to multi‐temporal land use classification using Landsat images: 14ARSPC: Proceedings of the 14th Australasian Remote Sensing and Photogrammetry Conference. 

TOURISM NEW SOUTH WALES, 2009, Hunter Valley tourism statistics, HVRF. 

 

 

  

 

 

 

 

 

 

 

 

Page 34: Ag Heartlands Tour Guide

12 

 

An additional criterion for assessing the quality of digital soil attribute maps: The areal proportion of the map within a specified prediction interval.

Brendan P. Malone*A, Jaap J de GruijterB, Alex B. McBratneyA, Budiman MinasnyA

AFaculty of Agriculture Food & Natural Resources, The University of Sydney, NSW 2006, Australia. BWageningen University and Research Centre, Wageningen, The Netherlands. [email protected], [email protected], [email protected],

[email protected]

Summary

In this paper we present a new criterion in which to assess the quality of digital

soil property maps. Where soil map quality is estimated on the basis of validating

both the accuracy of the predictions and their associated uncertainties

simultaneously. At the core is a stratified simple random sample design, where the

stratifying variables are the mapped predictions and their uncertainties.

A soil pH map was validated using 100 sampling units, further sub-sampled at 5

depth increments. The indicator of map quality is the total proportion of the area in

the map that fit within a prescribed prediction interval (PI). At a 95% confidence level,

based on this indicator, the pH map is of high quality where 84% of the area is

adequately mapped. Further analysis revealed that map quality was strongest at the

surface (96%) but decreased with depth to 1m (81%). Suggestions for further

investigations are presented.

Introduction

The soil map is regarded as an efficient medium in which to convey information

about the variability of soils across a defined area. In recent times, soil mapping has

become popularised because of the dual drivers of demand and advances in

technology. Ensuring the highest standard of map quality possible must and should

remain a fundamental element of soil mapping.

Generally, soil map quality has been related to measures of uncertainty (Finke

2006). For example, traditional polygon-based maps used two measures of

stochastic uncertainty, namely the purity of mapping units and the variance of

individual properties within mapping units (Burrough et al. 1997). For digital soil maps

however, prediction outputs are naturally accompanied by some corresponding

measure of uncertainty. Uncertainties are conventionally based on measures of

Page 35: Ag Heartlands Tour Guide

13 

 

variance between observed and predicted values such as the co-efficient of

determination (R2), root mean square error (RMSE) and mean error (ME) and

accompany maps which display the magnitude of the predicted soil property or class

only (Bishop et al. 2001; Lagacherie 2008). Occasionally the map producer will

derive a separate map of the prediction uncertainties to indicate where predictions

are most and least reliable (Bishop et al. 2001).

Because we can dually generate predictions and uncertainties, we believe that the

indicator of map quality should simultaneously assess the quality of the prediction

outputs and their uncertainties. In this paper we demonstrate a robust quality

measure of soil maps using independent sampling units where we test the quality of

the predictions and their uncertainties. It is such that the indicator of map quality is

the proportion of the total map area correctly predicted within a specified prediction

interval. We discuss the methodology for obtaining the sampling units and the

subsequent results in terms of map quality.

Material and Methods

Study area

The study area selected for this study is an approximately 220 km2 area just north

of the town of Cessnock (32.83°S 151.35°E) in the Lower Hunter Valley,

approximately 140 km north of Sydney, NSW, Australia. This area is part of the

Sydney Basin where parent materials are composed mostly of Mesozoic sandstones

and shales. Topographically, this area consists mostly of undulating hills that ascend

to low mountains to the south-west. In terms of landuse, dryland agricultural grazing

systems are predominant, followed by an expansive viticultural industry. While most

of the land has been dedicated for these uses, tracts of remnant natural vegetation

(dry forest) are apparent, particularly towards the south-western (Brokenback

Mountains), eastern (Werakata National Park) and northern margins of the study

area.

Soil map to be validated

The map to be validated in this study is a soil pH map with grid spaced point

estimates, 25m apart. This map depicts the vertical and lateral distribution of soil pH

across the study area to 1m and was generated following the procedure of Malone et

al. (2009) which uses an amalgam of soil depth spline functions and DSM

techniques. The map was generated using a regression kriging approach where the

Page 36: Ag Heartlands Tour Guide

14 

 

predictions were based on a calibration dataset of 994 legacy soil profile descriptions

distributed across the area.

Corresponding with the DSM predictions of soil pH were estimates of uncertainty

associated with each prediction. Uncertainty was calculated empirically following the

procedure of Malone et al. (2010), an extension of the Shrestha and Solomatine

(2006) method, where uncertainty is expressed in the form of a prediction interval

(PI) of the underlying distribution of prediction errors. The PI represents a 95%

confidence level. What is generated from this method are upper and lower prediction

limits associated with each point. These were also mapped and are shown in Figure

4 (0-10cm shown only).

Figure 4: Mapped soil pH across the PID study area at 0-10cm.

Because we have accounted for the perceived uncertainties associated with the DSM

predictions. The validation technique attempts to determine the proportion of

additional observations that fit within the range of the upper and lower prediction

limits at fixed depths.

Determination of sampling sites

A stratified simple random sampling scheme (de Gruijter et al. 2006) was used to

determine the locations of the sample sites for which soil pH was to be laboratory

analysed at specified depth increments. We used two stratifying variables: the

averaged whole-profile prediction of pH and an uncertainty measure; the average

whole-profile difference between the upper and lower prediction limits.

The averaged prediction and the uncertainty measure for each point were

arranged in a table, where four equal-area area strata were created. These were

Page 37: Ag Heartlands Tour Guide

15 

 

ultimately characterised as being either low or high pH and either low or high

uncertainty where the thresholds were determined empirically from the data (Table

2).

Table 2: Characteristics (thresholds) of each stratum based on the two stratifying variables.

Stratum pH prediction Uncertainty (95% PI)

A Low (≤ 5.88) Low (≤ 2.58)

B High (>5.88) Low (≤ 2.58)

C Low (≤ 5.88) High (>2.58)

D High (>5.88) High (>2.58)

Soil sampling

Forty (40) potential sampling units (PSUs) were randomly selected from each

stratum. In the order in which they were selected, the first 25 were designated as

actual sampling units (SUs). The SUs could be sampled in no particular order. In the

event that an SU could not be sampled through such circumstances as permission

denied from a landholder to access property or difficult terrain and inaccessibility etc,

the first of the remaining 15 PSUs was selected on so on until the number of SUs for

each stratum totalled 25.

The SUs were soil cores of between 100-120 cm in length and a diameter of 5

cm. These were taken using a hydraulic geoprobe soil corer mounted on the back of

a truck/all terrain vehicle (ATV).

Laboratory analyses

Each SU was sub-sampled corresponding to the depth intervals of: 0–5cm, 5–

15cm, 15–30cm, 30–60cm, 60–100cm. Once mixed a small aliquot from each sub-

sample was taken to be laboratory analysed using the 1:5 soil:water suspension

method to determine soil pH (Rayment and Higginson, 1992).

Results and discussion

The PI represents a 95% confidence level. Ideally results would indicate that 95%

of observed results (aliquots) would fit within their prescribed PI. Results of the

proportion of correct PI at each depth increment and within each stratum are shown

in Table 3. Irrespective of depth increment we found that 84% of all aliquots fitted

Page 38: Ag Heartlands Tour Guide

16 

 

within their PI. This is an encouraging result, but immediately indicates an

underestimation of uncertainty because it is below the ideal 95% mark.

Table 3: Proportion of aliquots that fitted within their prescribed prediction intervals at each

depth increment and within each stratum.

Depth (cm) Stratum A Stratum B Stratum C Stratum D Total

0–5 96% 96% 92% 100% 96%

5–15 76% 92% 88% 96% 88%

15–30 84% 84% 80% 76% 81%

30–60 76% 68% 76% 76% 74%

60–100 84% 68% 80% 92% 81%

Average 83% 81% 83% 88% 84%

Stratifying the results by the depth increments revealed that at 0–5 cm PIs were

ideal if a little overestimated where 96% of aliquots were correctly accounted for

(within their prescribed PI). At 5-15cm there was a slight reduction where 88% were

accounted for. This downward trend continued to 15-30cm and 30-60cm were the

proportion of aliquots correctly predicted decreased from 81% to 74% respectively.

There was a slight improvement at 60-100 cm where 81% of aliquots fitted within

their prescribed PIs. The interpretation from these results is that the pH map is of

highest quality at the soil surface but decreases marginally with soil depth.

What can be observed when comparing the results at each depth interval within

each stratum are slight to moderate fluctuations around the mean value at a

prescribe depth. For example the proportion of aliquots accounted for within Stratum

A at 5-15cm was 76 % and 12% lower than then next lowest at stratum C. Similarly at

60-100 cm, the prediction intervals for Stratum B are not nearly as accurate as found

for the other three strata. Generally however, the differences between the strata are

slight where the proportion of correctly assigned PIs ranges between 81–88%.

Because no one stratum is vastly different form the other, assigning a spatial element

to the measure of map quality is difficult at this time. Nevertheless, we will need to

investigate methods for doing this in future studies.

To address the issue of the underestimation of uncertainty we need to look at the

quality of the predictions that accompany the uncertainties. To assess the observed

vs. fitted estimates of all aliquots (500) we firstly queried the corresponding DSM

spline predictions to determine the average pH at the aforementioned depth

Page 39: Ag Heartlands Tour Guide

17 

 

increments. These were then plotted against the laboratory observed values for each

depth increment (Fig. 5a-e).

Figure 5: Plots of the laboratory measured soil pH vs. the corresponding predicted value at

0-5cm (a), 5-15cm (b), 15-30cm (c), 30-60cm (d), 60-100cm (e).

Overall these results show a moderate agreement between the observed and

fitted values where Lin’s Concordance Correlation Coefficient (CCC) ranged between

0.44 and 0.30, with the strongest predictions at the soil surface (0–5 cm). Similarly

the RMSE at 0–5 cm was 0.62 and gradually increased with depth to 0.7 (5–15 cm),

0.76 (15–30 cm), 1.01 (30–60 cm) and 1.14 (60–100 cm). It can be observed from

the plots that at higher pHs (>7) there is a systematic under prediction, particular at

15–30 cm, 30–60 cm and 60–100 cm (Fig. 5c-e). As a whole, by observing the

RMSEs found for each strata at each depth interval, predicted pHs deviate from their

corresponding observed measurements by between 0.5 and 1.2 pH units.

A further analysis performed was to gauge the level of bias and precision of

predictions within each stratum. Bias was calculated as the mean error (ME) between

observed and predicted values. Precision was assessed as the square root of the

difference between the mean square error (MSE) and ME2. These results are

summarised for each strata at the defined depth increments in Table 4.

Page 40: Ag Heartlands Tour Guide

18 

 

For all strata there was an observed decrease in the precision of prediction with

depth, with the worst observed for stratum D. The bias estimates were more varied

where for strata A, C and D there was a systematic under prediction (+bias) of pH.

This was particularly pronounced for stratum C where bias was consistently above

0.5 at all depth increments. For stratum B (high pH) bias estimates indicate a

predominant over prediction of pH particularly at the bottom two depth increments.

Table 4: Bias and precision estimates between observed and predicted values of pH at each

depth increment within each strata

Stratum A B C D A B C D

Depth

(cm)

Bias Precision

0–5 0.18 -0.19 0.54 0.04 0.47 0.50 0.57 0.62

5–15 0.46 0.05 0.57 0.22 0.50 0.51 0.72 0.57

15–30 0.26 -0.03 0.45 0.26 0.58 0.71 0.73 0.79

30–60 0.22 -0.41 0.54 0.12 0.88 0.90 0.90 1.13

60–100 0.09 -0.78 0.54 0.03 1.00 0.96 1.00 1.18

Conclusions

The prediction results indicate that bias exists between the observed aliquots and

their corresponding predictions. We have also identified an increasing level of

imprecision of pH predictions with depth. Rather than the method used to calculate

the prediction uncertainties, it is believed that a predominant factor for the lower than

ideal (95%) of correctly prescribed PIs is due to the quality of the predictions.

Nevertheless, we have presented a new criterion for which additional data are

used to determine the quality of a soil map which entailed some measure of the

known uncertainties attached to the predictions. The indicator of map quality in this

study is that 84% of the prediction area is correctly mapped based on a 95%

confidence level. Akin to mapping purities which are used to assess the quality of

polygon-based maps, our results are encouraging and indicate that the pH map used

in this study is of high quality. In such polygon-based maps, mapping purities of

between 70-80% are acceptable but can often be found as being much less than

70% (e.g. Burrough et al. 1971).

We recognise that this criterion is only one indicator of map quality and should be

used as we have done as a compliment to more conventional indicators.

Page 41: Ag Heartlands Tour Guide

19 

 

Nevertheless, the indicator of map quality we have presented simultaneously derives

measures of map quality based on both the predictions and their associated

uncertainties, for which conventional indicators are unable to do.

We also recognise that there are unknown sources of uncertainty which can not

be accounted for at this point in time. We are also mindful that these results reflect no

spatial component of quality for which further work will be needed to investigate. We

will also need to investigate the efficacy of transference of the same sample units to

validate maps of different soil properties in the same area. Nevertheless, we

envisage that in the future, such quality-based information as we have presented in

this study will accompany digital soil maps in the form of attached metadata.

References

Bishop, T.F.A., McBratney, A.B. and Whelan, B.M., 2001. Measuring the quality of digital soil

maps using information criteria. Geoderma, 103(1-2): 95-111.

Burrough, P.A., Beckett, P.H.T. and Jarvis, M.G., 1971. Relation between cost and utility in

soil survey. Journal of Soil Science, 22(3): 359–394.

Burrough, P.A., vanGaans, P.F.M. and Hootsmans, R., 1997. Continuous classification in soil

survey: Spatial correlation, confusion and boundaries. Geoderma, 77(2-4): 115-135.

de Gruijter, J.J., Brus, D.J., Bierkens, M.F.P. and Knotters, M., 2006. Sampling for Natural

Resource Monitoring. Springer-Verlag Berlin Heidelberg, The Netherlands.

Finke, P.A., 2006. Quality assessment of digital soil maps: producers and users

perspectives. In: P. Lagacherie, A.B. McBratney and M. Voltz (Editors), Digital soil

mapping: an introductory perspective. Elsevier, Amsterdam, pp. 523–541.

Lagacherie, P., 2008. Digital soil mapping: a state of the art. In: A.E. Hartemink, A.B.

McBratney and M.L. Mendonca-Santos (Editors), Digital Soil Mapping with Limited

Data. Springer Science, Australia, pp. 3–14.

Malone, B.P., McBratney, A.B., Minasny B. (in preparation) Empirical estimates of

uncertainty for mapping continuous depth functions of soil attributes.

Malone, B.P., McBratney, A.B., Minasny, B. and Laslett, G.M., 2009. Mapping continuous

depth functions of soil carbon storage and available water capacity. Geoderma,

154(1-2): 138-152.

Rayment, GE & Higginson, FR 1992, Australian Laboratory Handbook of Soil and Water

Chemical Methods. Inkata Press, Melbourne. (Australian Soil and Land Survey

Handbook, vol 3)

Shrestha, D.L. and Solomatine, D.P., 2006. Machine learning approaches for estimation of

prediction interval for the model output. Neural Networks, 19(2): 225-235.

 

Page 42: Ag Heartlands Tour Guide

20 

 

Hunter Valley Focus Maps 

 

 

Figure 6: Sydney University Hunter Valley soil survey efforts 

 

Page 43: Ag Heartlands Tour Guide

21 

 

 Figure 7: Hunter Valley elevation (25m res) 

 

Page 44: Ag Heartlands Tour Guide

22 

 

 

Figure 8: Hunter Valley Slope (25m res) 

 

Page 45: Ag Heartlands Tour Guide

23 

 

 

Figure 9: Hunter Valley TWI (25m res) 

 

 

 

Page 46: Ag Heartlands Tour Guide

24 

 

 

Figure 10: Hunter Valley soil classes (to ASC suborder)  

 

Page 47: Ag Heartlands Tour Guide

25 

 

 

Figure 11: Soil classes to ASC sub‐order – zoomed  

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Page 48: Ag Heartlands Tour Guide

26 

 

 

   

1.  Location and landscape  

Landform This profile is situated mid‐slope on a low hill. In the Hunter Valley, undulating hills with slopes between 6‐12% are dominant. 

Parent material or substrate 

The most common soil parent materials within the region are shales and mudstones, but smaller amounts of sandstone and limestone are also present. Colluvium and alluvium are significant soil parent materials at lower elevations. 

Drainage class  Slowly drained, with a moderate run‐on rate and medium run‐off rate. 

Surface condition 

Soft surface which is currently stable. There is low soil erodibility around the site, which has a low erosion hazard. There is no salinity evident on the surface. 

Site disturbance 

Extensive clearing of the native vegetation occurred in the late 1800s to early 1900s to make way for pastures and viticulture. The region is now very well known for boutique wine production, with Semillon and Shiraz being the best performed grape varieties in the region. This site has been used for pasture production. 

Native vegetation 

The dominant vegetation consists of dry schlerophyll forests, with tall woodland stands and shrub/grass understory being most dominant. Two dominant Eucalyptus species present within the region are Eucalyptus fracta and Eucalyptus pumila (Pokolbin Mallee). 

Climate The annual average rainfall for the district is 699 mm. The average minimum temperature in July is 3.8oC and the average maximum temperature in January is 30.0oC. 

SB Profile 1: Oakey Creek Rd, Pokolbin, NSW 

Page 49: Ag Heartlands Tour Guide

27 

 

              0                                 1 km

New South Wales 

Queensland

Page 50: Ag Heartlands Tour Guide

28 

 

2.  Description of soil profile A slow draining Sodosol, derived from shale and mudstone. 

 

 

 

                  

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 Soil morphology 

RFP= Red, pale, faint; YPF= Yellow, pale, faint;   GPD= Grey, pale, distinct; RDD= Red, dark, distinct; FSCL= Fine sandy clay 

loam; SCL= Sandy clay loam; HC= Heavy clay 

 

 

Australian Soil Classification:  Brown Sodosol (SO AB) 

World Reference Base:  Stagnic Vertic Solonetz (Abruptic, Ruptic, Magnesic, Humic, Clayic) 

Soil Taxonomy:  Aquertic Natrudalf (Fine, Mixed, Active, Thermic) 

Boundary  Colour  Structure Horizon 

Depth (m) 

Distinctness  Shape  Moist Mottles 

Texture grade 

Grade  Shape Size (mm)

Coarse fragments 

A₁  A  0‐0.18  Clear  Even 10YR 3/2 

Very dark greyish brown‐  FSCL  Weak   Polyhedral  10‐20

<10% stones 

A₂  E  0.18‐0.3  Clear  Wavy 10YR 4/3 Brown 

‐  SCL  Massive  ‐  ‐ <10% stones 

B₂₁  Bt  0.3‐0.5  Abrupt  Even 10YR 4/4 

Dark yellowish brown ~3% RFP ~2% YPF 

HC  Strong  ‐  ‐ <10% stones 

B₂₂  Btn1  0.5‐0.9  Gradual  Even 2.5YR 3/6 Dark red 

~20% GPD HC  Strong  ‐  ‐ 10‐50% stones 

B/C  Btn2  0.9‐1.1  ‐  ‐ 7.5YR 4/2 Brown 

~35% RDD HC  Moderate  ‐  ‐  ‐ 

A₁ 

B₂₁ 

B/C

B₂₂ 

A₂ 

Bt 

Btn1 

Btn2

Page 51: Ag Heartlands Tour Guide

29 

 

3. Soil mineralogy  

X‐ray diffraction patterns of basally oriented clays show the presence of kaolinite,  illite and 

an  interstratified  swelling mineral.  The  proportion  of  the  interstratified  swelling mineral 

increased  with  depth.  In  addition  to  the  phyllosilicates,  the  random  powder  diffraction 

patterns  identified  quartz,  anatase,  feldspar  (plagioclase),  lepidocrocite,  goethite  and 

hematite in the soil clay fractions.  

 

X‐ray  diffraction  patterns  of  the  oriented  clay  fraction  of  B21  horizon  soil  after  various  pre‐

treatments; Mg  saturated  and  air‐dried  (‐‐‐‐‐‐), Mg  saturated  and  ethylene  glycolated  (‐‐‐‐‐‐),  K 

saturated  and  air‐dried  (‐‐‐‐‐‐)  and  K  saturated  and  heated  at  550°C  (‐‐‐‐‐‐).  I/S  =  interstratified 

swelling mineral. 

Thin sections 

 

 

 

 

 

The left image (PPL) shows many small ferromanganiferous inclusions in the clayey matrix of the B21 horizon, while the right image (XPL) shows quite pronounced orientation of clay around grain edges and along pores, suggesting that illuviation has been an important process in this soil. 

Page 52: Ag Heartlands Tour Guide

30 

 

4. Profile chemical characteristics 

The pH values  for  this soil profile are strongly‐slightly acidic  (5.29‐6.20) and  the soil pH decreases with depth.   

EC values range from very low to very high in this profile, with higher EC values towards the bottom of the profile. 

Soil organic carbon content is high in the surface soil and declines down the profile. 

CECs are very  low to moderate for the profile, with the A₂ horizon exhibiting a particularly low value. 

Nitrogen levels range from medium‐low and decline down the profile. 

C/N ratio ranges from medium ‐ very low. 

Chemical properties of soil profile 

  Cation exchange properties, available micronutrients and DCB and oxalate Fe and Al of soil profile

 

Horizon pH      

(1:5 H2O) EC   

(dS/m) Organic C (%) 

Total N (%) 

C:N ratio 

NO₃‐N (mg/kg) 

Colwell P (mg/kg) 

PBI‐Colwell 

SO4 (mg/kg) 

Avail. K (mg/kg) 

Cl (mg/kg) 

A₁  6.20  0.13  3.56  0.24  14.8  5.2  26  160  12  230  19 

A₂  6.18  0.10  1.75  0.11  15.9  1  5  ‐  ‐  120  36 

B₂₁  5.65  0.29  1.16  0.11  10.6  1  5  ‐  ‐  210  130 

B₂₂  5.35  0.69  0.46  0.09  5.1  1  5  ‐  ‐  120  540 

B/C  5.29  0.62  0.21  0.08  2.6  1  5  ‐  ‐  98  590 

Cation exchange properties  (mmolc/kg)  DTPA extractable (mg/kg)  DCB (%)  Oxalate (%) Horizon 

CEC  Ca  Mg  K  Na  Al  Zn  Cu  Fe  Mn  Fe  Al  Fe  Al 

A₁   112  28  44  23  33  1  5.1  0.3  610  24  3.05  0.19  0.4  0.1 

A₂  49  20  23  10  27  3  ‐  ‐  ‐  ‐  2.79  0.16  0.3  <0.1 

B₂₁  161  9  103  23  57  9  ‐  ‐  ‐  ‐  3.31  0.29  0.5  0.2 

B₂₂  186  6  117  35  155  8  ‐  ‐  ‐  ‐  2.71  0.11  0.3  <0.1 

B/C  128  6  92  23  127  8  ‐  ‐  ‐  ‐  1.74  0.05  <0.1  <0.1 

A1 A1  A1 

A2  A2  A2 A2 

B21  B21  B21 B21 

B22 

B22 B22 B22 

B/C B/C B/C B/C 

A1 

CEC (mmolc/kg)

Page 53: Ag Heartlands Tour Guide

31 

 

5. Profile physical characteristics 

The particle size distribution for this profile shows a very high sand content in the topsoil and very high clay content in the B horizons.

Values of bulk density are moderate to very high and increase with depth. Penetration resistance decreases down the profile, being dense at the top of the profile 

and very dense in the underlying horizons. 

The water content at permanent wilting point is low in the top 2 horizons but increases in the subsoil horizons. 

 

Soil physical characteristics  

 

 

 

 

 

 

 

 

Particle size analysis (%)  Moisture () 

Horizon Clay   

 (<2 µm) Silt          

(2‐20 µm) Fine sand (20‐200 µm) 

Coarse sand (200‐ 2000 µm) 

Bulk density        (g/cm

3)  10 kPa 

1500 kPa (PWP) 

0 kPa (FC) 

Penetration resistance (MPa) 

A₁   20.1  8.2  63.6  8.1  1.43  0.21  0.06  0.39  1.7 

A₂  22.5  3.3  64.3  9.9  1.53  0.17  0.05  0.34  2.4 

B₂₁  54.8  3.2  28.3  12.0  1.69  0.31  0.24  0.34  2.3 

B₂₂  71.3  3.4  21.3  4  1.92  0.25  0.19  0.27  2.4 

B/C  58.3  3.4  33.1  5.2  1.98  0.24  0.19  0.27  ‐ 

Estimated USDA PSA (%) 

Horizon Silt 

(2‐50 µm) Sand (50‐2000 µm) 

A₁   21  58.9 

A₂  11.4  66.1 

B₂₁  7.3  37.8 

B₂₂  2.5  26.2 

B/C  7.2  34.5 

A1 A1 A1 A1 

A2 A2 A2 

A2 

B22 

B21 B21 B21 

B22 

B22 B22 

B21 

B/C B/C B/C 

A1 

A2 

B21 

B22 

Page 54: Ag Heartlands Tour Guide

32 

 

   

2.  Location and landscape  

Landform This profile is situated on the upper slope of a steeply sloping hill in the Hunter Valley. A north‐south running ridgeline extends from the mid‐slope of this hill. 

Parent material or substrate 

The soil parent material at this site is limestone, with many fossilised shells present. The north‐south running ridgeline extending from this site is also comprised of limestone parent material. 

Drainage class  Well drained, with a low run‐on rate and low‐medium run‐off rate. 

Surface condition 

Soft surface which is currently stable. Despite the moderately steep slope of this site, the soil erodibility is low and the erosion hazard is low, due to the vegetative cover. 

Site disturbance 

Like the Oakey Creek site, this site would have been cleared of native vegetation in the 1800s or 1900s, and has been used as grazing land. 

Native vegetation 

Similar to the Oakey Creek site (Profile 1). 

Climate  Similar to the Oakey Creek site (Profile 1). 

Profile 2: Marrowbone Rd, Pokolbin, NSW

Page 55: Ag Heartlands Tour Guide

33 

 

                 0                                         1 km

New South Wales 

Queensland

Page 56: Ag Heartlands Tour Guide

54 

 

2.  Description of soil profile A well drained Shelly Calcarosol, located on an extensively cleared hillslope.  

 

 

 

                  

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 Soil morphology 

R/B, D= Red/black, dark; YD= Yellow, dark; CL= clay loam; LC= Light clay; MC= Medium clay 

 

Australian Soil Classification:  Shelly Calcarosol (CA EL) 

World Reference Base:  Calcic Kastanozem (Ruptic)  OR  Haplic Calcisol (Ruptic) 

Soil Taxonomy:  Typic Calciudoll  OR  Typic Calciudept 

Boundary  Colour  Structure Horizon 

Depth (m) 

Distinctness  Shape  Moist 

MottlesTexturegrade 

Grade  Shape Size (mm) 

Segregations

A  A  0‐0.10  Clear  Even 7.5YR 3/3 Dark brown 

‐  CL  Strong  Polyhedral  10‐20  Carbonate 

AB  AB  0.10‐0.28  Gradual  Even 7.5YR 3/3 Dark brown 

~15% R/B, D 

LC  Strong Sub‐angular 

blocky 20‐50  Carbonate 

B  Bkc  0.28‐0.64  Abrupt  Wavy 10YR 6/6 

Brownish yellow ~10% Y, 

D LC  Moderate

Sub‐angular blocky 

50‐100  Carbonate 

C  C  0.64‐1.12  ‐  ‐ 2.5YR 8/2 

Pinkish white ‐  MC  ‐  ‐  ‐  Carbonate 

AB 

C

AB 

Bkc 

Page 57: Ag Heartlands Tour Guide

55 

 

3. Soil mineralogy  

X‐ray  diffraction  patterns  of  basally  oriented  clays  showed  the  presence  of  smectite  and 

kaolinite throughout the profile. Small amounts of illite are present in the top two horizons. 

Smectite content increases with depth and the clay fraction of the C horizon is composed of 

predominantly smectite with small amounts of kaolinite.    In addition to the phyllosilicates, 

the random powder diffraction patterns also showed the presence of calcite  in the bottom 

two horizons.  

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

X‐ray diffraction patterns of  the oriented clay  fraction of C horizon after various pre‐treatments; 

Mg saturated and air‐dried  (‐‐‐‐‐‐), Mg saturated and ethylene glycolated  (‐‐‐‐‐‐), K saturated and 

air‐dried (‐‐‐‐‐‐) and K saturated and heated at 550°C (‐‐‐‐‐‐). 

 

Thin sections  

 

 

The left image (PPL) shows the strong microaggregation and organic richness of the A horizon, while 

the  right  image  (XPL)  of  the B  horizon  shows  a  spectacular  calcitic  pedofeature. Here,  secondary 

calcite appears to have completely coated an ovoid shell fragment.

Page 58: Ag Heartlands Tour Guide

56 

 

4. Profile chemical characteristics 

The pH values for this soil profile are strongly alkaline‐very strongly alkaline (8.72‐9.43). 

Very low‐low EC values are present throughout the profile. 

Organic carbon content is relatively high in the top two horizons of the profile. 

There is a significant amount of CaCO3 in the B and C horizons. 

The cation exchange capacity (CEC) is high throughout the entire profile. 

Available potassium is very high in the A horizon and decreases dramatically in the lower horizons. 

Chemical properties of soil profile  

 Cation exchange properties of soil profile 

Horizon pH      

(1:5 H2O) EC 

(dS/m) Inorganic C (%) 

Organic C (%) 

Total N (%) 

C:N ratio 

NO₃‐N (mg/kg) 

Colwell P (mg/kg) 

PBI‐Colwell 

SO4 (mg/kg) 

Avail. K (mg/kg) 

Cl (mg/kg) 

A  8.72  0.12  0.8  4.4  0.4  11.0  14  7  150  7.2  380  10 

AB  8.78  0.13  2.6  3.1  0.2  15.5  1  5  ‐  ‐  140  12 

B  8.96  0.13  5.9  1.4  0.06  23.3  1  5  ‐  ‐  48  17 

C  9.43  0.08  7.1  0.1  0.04  2.5  1  5  ‐  ‐  36  10 

Cation exchange properties  (mmolc/kg)  DTPA extractable (mg/kg)  DCB (%) Horizon 

CEC  Ca  Mg  K  Na  Zn  Cu  Fe  Mn  Fe  Al 

A  389  370  9.1  9.7  0.6  3.4  0.36  16  17  2.4  0.2 

AB  373  360  8.2  3.7  0.7  ‐  ‐  ‐  ‐  ‐  ‐ 

B  288  280  6.0  1.2  0.7  ‐  ‐  ‐  ‐  1.6  0.2 

C  310  300  8.0  0.9  1.3  ‐  ‐  ‐  ‐  1.4  0.2 

A  A  A1 

AB  AB AB AB

B  B  B  B 

C C C 

CEC  (mmolc/kg)

Page 59: Ag Heartlands Tour Guide

57 

 

5. Profile physical characteristics 

Clay and silt are present  in moderate amounts within  this profile. Both  fine and coarse sand are present in low amounts. 

The bulk density is very low‐low, which not much variation within the profile. 

The water content at permanent wilting point is about the same throughout the profile 

Penetration  resistance  increases  down  the  profile  (1.3‐2.5 MPa),  indicating  a medium‐dense degree of soil consolidation. 

Soil physical characteristics   

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Particle Size Analysis (%)  Moisture () 

Horizon Clay   

 (<2 µm) Silt          

(2‐20 µm) Fine sand (20‐200 µm) 

Coarse sand (200‐ 2000 µm) 

Bulk density        (g/cm

3)  10 kPa 

1500 kPa (PWP) 

0 kPa (FC) 

Penetration resistance (MPa) 

A  46.1  24.4  20.3  9.2  0.88  0.47  0.25  0.56  1.3 

AB  38.7  25.8  26.2  9.3  1.25  0.42  0.25  0.49  2.9 

B  39.5  30.2  23.2  7.1  1.25  0.43  0.26  0.50  2.5 

C  35.2  35.2  24.1  5.5  1.24  0.43  0.25  0.50  2.5 

Estimated USDA PSA (%) 

Horizon Silt 

(2‐50 µm) Sand (50‐2000 µm) 

A  39.9  14.0 

AB  44.0  17.3 

B  47.9  12.6 

C  53.4  11.4 

A A A A 

ABAB ABAB

B B B 

C C 

AB

Page 60: Ag Heartlands Tour Guide

58 

 

Day 2  

Scone to Gunnedah 

 

 

 

Presenters:     

Noel Ticehurst 

Manager 

E J Holtsbaum Agricultural Research Institute (Nowley Farm), Spring Ridge 

 

 

Page 61: Ag Heartlands Tour Guide

59 

 

Nowley Focus Maps 

 

 

Figure 12: Nowley elevation (100 m resolution) 

 

 

Figure 13: Nowley slope (10 m resolution) 

 

 

Page 62: Ag Heartlands Tour Guide

60 

 

 

 

Figure 14: Nowley RGB ternary radiometric image (100 m resolution) 

 

 

 

 

Figure 15: Nowley radiometrics‐ K (%) (100 m resolution) 

 

Page 63: Ag Heartlands Tour Guide

61 

 

 

Figure 16: Nowley radiometrics‐ eTh (ppm) (100 m resolution)  

 

 

 

 

Figure 17: Nowley soil classifications 

 

 

 

Page 64: Ag Heartlands Tour Guide

62 

 

  

3.  Location and landscape  

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Landform This site is situated on the Liverpool Plains. The region consists of alluvial channels and extensive floodplains, with some undulating hills and sloping plains. Profile 3 is located on a sloping plain. 

Parent material or substrate 

The bioregion comprises mainly of horizontally‐bedded Jurassic and Triassic quartz sandstones and shales with limited areas of conglomerate and basalts. Nowley itself comprises mainly of Quaternary alluvial plains and outwash fans derived from Tertiary basalts. 

Drainage class  Moderately drained, with a moderate low‐on rate and slow run‐off rate. 

Surface condition 

Hard surface which is currently stable. The topsoil is moderately erodible, leading to a moderate wind and water erosion hazard when the vegetative cover is poor.  

Site disturbance Extensive clearing of native vegetation for agricultural practices has occurred over the last 150 years. Landuses include sheep and cattle grazing, along with dryland cropping of winter cereals and various summer crops. 

Native vegetation 

Plains grass, windmill grass and blue grass can be found as well as white box (Eucalyptus albens), yellow box (Eucalyptus melliodora), rough‐barked apple (Angophora floribunda) and hill red gums (Eucalyptus camaldulensis). 

Climate This area falls into a summer dominant rainfall system, and has an average annual rainfall of 686 mm. The mean maximum temperature in January is 32.2oC, whilst the mean minimum temperature in July is 1.6oC. 

Profile 3: Nowley Farm 1, Spring Ridge, NSW 

Page 65: Ag Heartlands Tour Guide

63 

 

 

             0                          1 km

Queensland

New South Wales

Page 66: Ag Heartlands Tour Guide

64 

 

2.  Description of soil profile A  non‐sodic,  red,  texture‐contrast  soil  with  a  hypercalcic  horizon  (>20%  of  soft,  finely  divided 

carbonate) occurring  in the transition from  lower B to C horizons. These soils are commonly found  in 

the wheat‐sheep belt of south‐eastern Australia and are valued as a good cropping soil. 

 

 

 

                  

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 Soil morphology 

CL= clay loam; LMC= Light medium clay; MC= Medium clay 

Australian Soil Classification:  Red Chromosol (CH AA) 

World Reference Base:  Luvic Vertic Calcisol (Ruptic, Clayic, Rhodic) 

Soil Taxonomy:  Udic Rhodudalf (Fine, Smectitic, Thermic) 

Boundary  Colour  Structure Horizon  Depth (m) 

Distinctness  Shape  Moist  Dry 

Texturegrade 

Grade  Shape Size (mm) 

Coarse fragments

A  A  0‐0.11  Sharp  Even 7.5YR 2.5/3 

Very dark brown7.5YR 3/3 

Very dark brown CL  Weak  Polyhedral  10‐20

<10% stones 

B21  Bt  0.11‐0.23  Sharp  Irregular  ‐ 5YR 3/4 

Dark Reddish brownLMC  Moderate 

Sub‐angular blocky 

10‐20<10% stones 

B22  Btw  0.23‐0.65  Abrupt  Wavy  ‐ 2.5YR 3/6 Dark red 

LMC  Strong  Angular blocky  20‐50<10% stones 

B23  Btk  0.65‐1.00  ‐  ‐  ‐ 5YR 4/6 

Yellowish red MC  Moderate  Angular blocky  5‐10 

<10% stones 

B₂₁ 

B₂₃

B₂₂ 

Bt 

Btw 

Btk

Page 67: Ag Heartlands Tour Guide

65 

 

3. Soil mineralogy  

X‐ray  diffraction  patterns  of  the  basally  oriented  clays  show  the  presence  of  smectite, 

kaolinite and illite. Smectite content in the clays increase with the depth and are the highest 

in the B23 horizon.  Random powder diffraction patterns also identify hematite, quartz, anatase 

and traces of goethite  in the soil clay  fractions of the profile. Calcite  is observed only  in the 

clay fraction of the B23 horizon. Hematite content  in the clay fraction  is higher  in the B21 and 

B22 horizons than the amounts in the clay fractions of the A1 and B23 horizons. 

X‐ray  diffraction  patterns  of  the  oriented  clay  fraction  of  B23  horizon  soil  after  various  pre‐

treatments;  Mg  saturated  and  air‐dried  (‐‐‐‐‐‐), Mg  saturated  and  ethylene  glycolated  (‐‐‐‐‐‐),  K 

saturated and air‐dried (‐‐‐‐‐‐) and K saturated and heated at 550°C (‐‐‐‐‐‐).  

 

Thin sections  

 

 

 

 

The left image (PPL) shows much oriented clay around pore margins, some large quartz grains 

embedded in the clayey matrix and a well‐defined pore network in the B22 horizon, while the right 

image (PPL) shows some calcitic nodules and infillings in the clayey matrix of the B23 horizon. 

Page 68: Ag Heartlands Tour Guide

66 

 

4. Profile chemical characteristics 

The pH values for this soil profile  increase with depth and range from being slightly acidic to strongly alkaline (6.1‐8.9). 

The EC values are low throughout the soil profile. 

Organic carbon content is reasonably high in the upper two horizons. 

Nitrate content is high in the A horizon. 

The CEC  is considered  to be moderate  in  the upper 2 horizons and high  in  the bottom 2 horizons. 

Available K is very high in the two top horizons and declines in the subsoil.  

Chemical properties of soil profile 

  Cation exchange properties, available micronutrients and DCB and oxalate Fe and Al of soil profile. 

Horizon pH 

(1:5 H2O) EC  

(dS/m) Inorganic C 

(%) Organic C (%) 

Total N (%) 

C:N rato 

NO₃‐N (mg/kg) 

Colwell P (mg/kg) 

PBI‐Colwell 

SO4 (mg/kg) 

Avail. K (mg/kg) 

Cl (mg/kg)

A  6.1  0.18  ‐  3.88  ‐  ‐  42  17  79  19  630  49 

B21  7.0  0.12  0.15  3.40  0.12  28.3  7.9  8  ‐  ‐  410  30 

B22  8.7  0.16  0.20  0.82  0.04  20.5  1.1  5  ‐  ‐  160  10 

B23  8.9  0.18  3.43  0.65  0.04  16.2  1.4  5  ‐  ‐  150  10 

Cation exchange properties  (mmolc/kg)  DTPA extractable (mg/kg)  DCB (%)  Oxalate (%) Horizon 

CEC  Ca  Mg  K  Na  Zn  Cu  Fe  Mn  Fe  Al  Al  Fe 

A  193  110  66  16  0.6  0.5  1.6  41  52  1.75  0.13  0.1  0.2 

B21  179  110  58  10  0.7  ‐  ‐  ‐  ‐  2.32  0.13  0.1  0.2 

B22  328  190  130  4  3.8  ‐  ‐  ‐  ‐  3.00  0.16  0.2  0.2 

B23  390  220  160  4  6.5  ‐  ‐  ‐  ‐  2.03  0.13  0.1  0.1 

A1  A1 

B21  B21 B21

B22  B22 B22

B23B23 B23 

A1 

CEC  (mmolc/kg)

A1 

B21

B22

B23

Page 69: Ag Heartlands Tour Guide

67 

 

B21

5. Profile physical characteristics 

The particle size data show that the moderate‐high clay content increases with depth, sand content shows an opposite trend to clay content, while silt content does not vary much throughout the profile. 

Bulk density increases down the profile, and ranges from low to moderate. 

Penetration resistance increases down the profile and suggests an extreme degree of soil consolidation in the B21 horizon (11.2 MPa). 

Soil physical characteristics  

  

 

 

 

 

 

 

 

Particle Size Analysis (%)  Moisture () 

Horizon Clay   

 (<2 µm) Silt          

(2‐20 µm) Fine sand (20‐200 µm) 

Coarse sand (200‐ 2000 µm) 

Bulk density        (g/cm

3)  10 kPa 

1500 kPa (PWP) 

0 kPa (FC) 

Penetration resistance (MPa) 

A  33.2  22.5  36.9  7.4  1.04  0.43  0.21  0.53  3.3 

B21  46.7  24.4  23.7  5.2  1.16  0.45  0.28  0.52  8.9 

B22  49.2  23.5  23.2  4.1  1.58  0.37  0.29  0.40  11.2 

B23  63.5  12.1  19.8  4.6  1.6  0.35  0.28  0.38  ‐ 

Estimated USDA PSA (%) 

Horizon Silt 

(2‐50 µm) Sand (50‐2000 µm) 

A  41.8  25.0 

B21  39.7  13.6 

B22  37.8  13.0 

B23  18.4  18.0 

A A A A 

B21B21 B21 

B23 

B22 B22 B22 

B23

B23 B23

B22 

A1 

B21 

B22 

B21

Page 70: Ag Heartlands Tour Guide

68 

 

   

4.  Location and landscape  

 

 

 

 

 

 

 

 

Landform  Similar to that of Profile 3, but located further downslope on the sloping plain. 

Parent material or substrate 

Similar regional parent materials to those of Profile 3. Profile 4 is derived from Quaternary alluvium sourced from Jurassic sandstones.

Drainage class  Rapidly draining topsoil and slowly draining subsoil. Slow run‐on and run‐off rate. 

Surface condition 

Sandy and loose. Erodibility and erosion hazard are relatively low due to the coarse sandy texture of the topsoil and the small slope of the land.  

Site disturbance Similar to Profile 3, although this site has generally been used for grazing rather than cropping. 

Native vegetation 

Similar to that of Profile 3. 

Climate  Similar to that of Profile 3. 

Profile 4: Nowley Farm 2, Spring Ridge, NSW 

Page 71: Ag Heartlands Tour Guide

69 

 

 

   

 

 

 

 

 

 

 

 

 

   

 

                  0                                 1 km

Queensland

New South Wales

Page 72: Ag Heartlands Tour Guide

70 

 

2.  Description of soil profile A strongly duplex profile with a sodic upper B horizon. This soil has been used for improved 

pasture production and dryland cropping. 

  

 

                  

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

  Soil morphology 

S= sand; LC= Light clay; MC= Medium clay 

Australian Soil Classification:  Eutrophic, Mottled‐Mesonatric, Brown Sodosol 

World Reference Base:  Stagnic Solonetz (Abruptic, Ruptic, Magnesic, Humic, Epiarenic, Clayey) 

Soil Taxonomy:  Aquic‐Arenic Natrustalf (Very Fine, Kaolinitic, Thermic) 

Boundary  Colour  Structure Horizon  Depth (m) 

Distinctness  Shape  Moist 

Mottles Texture grade 

Grade  Shape  Size (mm)

A1  A  0‐0.15  Clear  Even 10YR3/4 

Dark yellowish brown ‐  S 

Single grained 

‐  ‐ 

A2  E  0.15‐0.46  Clear  Wavy 10YR 6/4 

Light yellowish brown ‐  S 

Single grained 

‐  ‐ 

B21  Btqn  0.46‐0.52  Clear  Wavy 2.5YR 7/2 Pale red 

‐  LC  Massive  ‐  ‐ 

B22  Btn1  0.52‐0.6  Diffuse  Wavy 7.5YR 5/8 

Strong brown ~15% grey  MC  Strong  Columnar  50‐150 

B23  Btn2  0.6‐1.02  ‐  ‐ 7.5YR 5/6 

Strong brown ~15% grey  MC  Strong  Columnar  50‐150 

A1 

B21 

B23 

B22 

A2 

Btqn 

Btn1 

Btn2 

Page 73: Ag Heartlands Tour Guide

71 

 

3. Soil mineralogy  

X‐ray diffraction patterns of basally oriented clays show the presence of kaolinite,  illite and 

traces of an  interstratified mineral.  Illite content  in the clay  fraction  increases slightly with 

the depth  in  the profile.  In addition  to  the phyllosilicates,  the  random powder diffraction 

patterns  also  identify quartz  (increases with depth),  anatase  and  goethite  in  the  soil  clay 

fractions.  

 

X‐ray  diffraction  patterns  of  the  oriented  clay  fraction  of  B22  horizon  soil  after  various  pre‐

treatments; Mg  saturated  and  air‐dried  (‐‐‐‐‐‐), Mg  saturated  and  ethylene  glycolated  (‐‐‐‐‐‐),  K 

saturated  and  air‐dried  (‐‐‐‐‐‐)  and  K  saturated  and  heated  at  550°C  (‐‐‐‐‐‐).  I/S  =  interstratified 

mineral. 

 

Thin section  

 

 

 

 

The left image (PPL) shows a very thin veneer of organic matter and/or iron oxides around most of 

the quartz grains in the A2 horizon, with just an occasional bridge of clay between grains. The right 

image (PPL) shows prodigious argillans in the B23 horizon, with some notable organic staining in some 

of these. 

I/S 

Page 74: Ag Heartlands Tour Guide

72 

 

4. Profile chemical characteristics 

The pH values  for  this  soil profile are moderately acidic and do not  change much with profile depth. 

The profile yields very low EC values, indicating negligible soluble salts throughout. 

Organic carbon and nitrogen contents are very high in the top horizon and then low‐very low for the underlying horizons. 

The  cation  exchange  capacity  (CEC)  increases markedly  from  the  A  horizons  to  the  B horizons, and ranges from very low to moderate. 

 Chemical properties of soil profile  

 Cation exchange properties, available micronutrients and DCB Fe and Al of soil profile

Horizon pH      

(1:5 H2O) EC 

(dS/m) Organic C 

(%) Total N (%) 

C:N ratio 

NO₃‐N (mg/kg) 

Colwell P (mg/kg) 

PBI‐Colwell 

SO4 (mg/kg) 

Avail. K (mg/kg) 

Cl (mg/kg) 

A1  5.80  0.05  4.46  0.36  12.4  15  14  24  3.4  76  10 

A2  5.71  0.01  0.69  0.06  11.5  2.2  5  ‐  ‐  18  10 

B21  5.65  0.07  0.64  0.06  10.7  1  5  ‐  ‐  66  17 

B22  5.70  0.08  0.42  0.05  8.4  1  5  ‐  ‐  77  12 

B23  5.86  0.10  0.15  0.03  5.0  1  5      75  66 

Cation exchange properties  (mmolc/kg)  DTPA extractable (mg/kg)  DCB (%) Horizon 

CEC  Ca  Mg  K  Na  Al  Zn  Cu  Fe  Mn  Fe  Al 

A1  34  16  4  11  0.7  1  0.51  0.14  120  8.1  0.47  0.05 

A2  21  16  3  3  0.4  1  ‐  ‐  ‐  ‐  0.25  0.02 

B21  114  26  78  11  18  1  ‐  ‐  ‐  ‐  2.68  0.26 

B22  130  24  91  13  22  1  ‐  ‐  ‐  ‐  3.41  0.38 

B23  119  12  82  13  24  1  ‐  ‐  ‐  ‐  2.59  0.37 

A1  A1  A1 

A2  A2  A2  A2 

B21  B21  B21  B21 

B22 B22 B22 B22 

B23 B23 B23 B23 

A1 

CEC (mmolc/kg)

Page 75: Ag Heartlands Tour Guide

73 

 

5. Profile physical characteristics 

Sand content decreases down the profile, ranging from very high to low, whilst clay content shows an opposite trend, ranging from very low to very high.

Moderate to high bulk densities are observed throughout the entire profile. Penetration resistance increases down the profile, suggesting a dense to extremely dense 

degree of soil consolidation.

Soil physical characteristics   

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Particle Size Analysis (%)  Moisture () 

Horizon Clay   

 (<2 µm) Silt          

(2‐20 µm) Fine sand (20‐200 µm) 

Coarse sand (200‐ 2000 µm) 

Bulk density        (g/cm

3)  10 kPa 

1500 kPa (PWP) 

0 kPa (FC) 

Penetration resistance (MPa) 

A1  7.6  7.6  65  19.8  1.53  0.35  0.21  0.06  1.7 

A2  9.2  3.1  65  22.7  1.61  0.32  0.18  0.06  3.0 

B21  59.4  3.1  26.8  10.7  1.47  0.43  0.39  0.29  5.5 

B22  71.2  3.1  17.7  8.0  1.82  0.29  0.27  0.21  7.5 

B23  61.3  3.2  22.7  12.8  1.73  0.33  0.30  0.23  ‐ 

Estimated USDA PSA (%) 

Horizon Silt 

(2‐50 µm) Sand (50‐2000 µm) 

A1  18.7  73.7 

A2  9.4  81.4 

B21  6.3  34.3 

B22  2.0  26.8 

B23  5.9  32.8 

A1 A1 A1 A1 

A2 A2 A2 A2 

B22 

B21 B21 B21 

B22 B22 B22 

B21 

B23 B23 B23 B23 

A1 

A2 

B21 

B22 

Page 76: Ag Heartlands Tour Guide

74 

 

Day 3 Gunnedah to Narrabri 

 

 

Presenters:     

Mr Bill Wall 

Farm Manager, I.A. Watson Grain Research Centre  

Email: [email protected]

 

Page 77: Ag Heartlands Tour Guide

75 

 

Digital Soil Class mapping in the Namoi Catchment 

Michael Nelson, & Inakwu Odeh, The University of Sydney 

In Australia, a move towards catchment‐based management, under the auspices of various 

Catchment Management Authorities  (CMAs), has  led  to  increased demand  for  catchment‐

scale  information.   To meet  this demand,  some CMAs have  initiated projects  to  integrate 

disparate  soil  data  into  soil  spatial  information  systems,  or, more  broadly,  land  resource 

information systems useful for natural resource management.  

We  collated  soils  data  for  the Namoi  catchment  from  various  sources  and  used  the  soil 

profile  information to create catcment‐scale digital soil class maps of the Namoi catchment 

(Nelson & Odeh, 2009).  

The Namoi Catchment is an area of ~42 000 km2, in north‐western NSW. The geology of the eastern  section  of  the  catchment  is  dominated  by  Tertiary  volcanics,  with  basalt  rocks forming  the  south,  south‐western,  and  north‐eastern  boundaries  (Donaldson  and  Heath 1997). The central section of the catchment is dominated by sedimentary geology, including shales,  sandstones,  and    conglomerate  rocks,  with  the  alluvial  plains  consisting  of Quaternary sedments (Zhang et al. 1999).  A large alluvial plain stretching from Narrabri west to Walgett is dominated by Quaternary sediments (Zhang et al. 1999).  The soils on the alluvial plains, especially where sediment is predominately sourced from the basaltic ranges, are generally moderately fertile, deep cracking clays (Donaldson and Heath  1997; Young et al. 2002) or Vertosol (Isbell 1996). In some places, these Vertosols are found in  association  with  duplex  soils  termed  as  Chromosols,  Sodosols,  and  Kurosols,  and Dermosols and Ferrosols (Isbell 1996; Donaldson and Heath 1997). In the eastern part, which is characterised by rough or steep terrain, the soil associations are predominantly made up of duplex soils as well as Kandosols, Tenosols, and Dermosols  (Isbell 1996; Donaldson and Heath 1997)  Soils  formed on Pilliga  sandstone, which  are  located  in  the  southern  central section  of  the  catchment,  are  coarse‐textured  Kandosols,  Tenosols,  and  some  Sodosols (Donaldson and Heath 1997)  Below are maps created for the Namoi catchment using Classification Trees (Figure 18) .  

 

Page 78: Ag Heartlands Tour Guide

76 

 

Figure  18:  Digital  soil  class  map  of  the  Namoi  catchment  developed  using  a  classification  tree algorithm 

Enlarged  sections of  the whole  catchment maps  around Nowley  (Figure 19)  and  the  I. A. Watson 

Research Station (Figure 20) are shown below. 

 

Figure 19: Section of the Namoi Catchment soil class map for the area around Nowley 

 

Figure  20:  Section  of  Namoi  catchment  soil  class map  for  the  area  surrounding  the  IA Watson research station 

Data mining  algorithms  such  as  Classification  trees  are  useful  in  producing maps  of  soil 

classes,  but  do  not  quantify  the  uncertainty  surrounding  any  predictions.   Model—based 

Page 79: Ag Heartlands Tour Guide

77 

 

approaches provide an alternative whereby predictions and prediction error variances can 

be quantified. 

 

 

Digital soil mapping using generalized linear spatial models 

Michael Nelson, Inakwu Odeh, Thomas Bishop & Neville Weber 

The University of Sydney 

Our  research examines  the use of model—based  geostatistics  (Diggle & Ribiero, 2007)  to 

produce digital  soil  class maps. We have developed a generalized  linear  spatial model  for 

digital   soil class mapping  (Nelson et al 2009) and are now considering the quantifying the 

various sources of error and effects on the error in the final map.  

Below is a simple example using binomial data, a digital soil map predicting the presence or 

absence of  Vertosols for a section of the Upper Namoi catchment. A map of the study area 

is presented  in Figure 21, with  the predicted probability  in Figure 22 and prediction error 

variance  in Figure 23.   The use of the generalized  linear spatial model avoids the problems 

associated with  indicator kriging  (Papritz, 2009)  , providing a  theoretically sound approach 

for mapping Bernoulli data. 

 

Figure 21: Location of the Upper Namoi study area and soil survey locations 

Page 80: Ag Heartlands Tour Guide

78 

 

 

Figure  22:  Predicted  probability  of  Vertosol  occurrence  for  the  Upper  Namoi  using  a  generalized linear spatial model for binomial data 

 

Figure 23: Prediction error variance  for predicted probability of Vertosol occurrence  for  the Upper Namoi 

References 

Diggle PJ, Ribiero Jr PJ (2007) Model—based geostatistics. Springer Series in Statistics, New York. 

Donaldson S, Heath T  (1997) Namoi  river catchment  report on  land degradation and Proposals  for 

integrated management  for  its  treatment  and  prevention'  NSW  Department  of  Land  and Water 

Conservation. 

Nelson, MA, Odeh IOA (2009)  Digital soil class mapping using legacy soil profile data: a comparison of a genetic algorithm and classification tree approach. Australian Journal of Soil Research, 47, 1—18.  

Page 81: Ag Heartlands Tour Guide

79 

 

Nelson MA, Bishop TFA, Odeh IOA, Weber, N (2009) A generalized linear spatial model for digital soil 

class  mapping  [Digital  soil  class  mapping  using  model‐based  geostatistics]  in  Proceedings  of 

Pedometrics 2009 conference, Beijing. 

Papritz, A (2009) Why indicator kriging should be abandoned. Pedometron 26  

Zhang  L,  Beavis  SG, Gray  SD  (1999) Development  of  a  spatial  database  for  large‐scale  catchment 

management: geology, soils and landuse in the Namo Basin, Australia. Environment International 25, 

853‐860. 

 

Page 82: Ag Heartlands Tour Guide

80 

 

High resolution soil carbon mapping 

Budiman Minasny, The University of Sydney 

 

A new methodology was developed and applied to make an assessment of the distribution 

of  total, organic and  inorganic carbon at a grains research and grazing property compared 

with an adjacent permanent pasture  stock‐route,  in  the  IA Watson  farm. The  I.A. Watson 

Grains  Research  Institute  (30°16´12.35˝S,  149°48´13.14˝E)  is  a  460  hectare  (320  ha  of 

cropping and 120 ha of pastoral  land) property  in Narrabri, north‐west New South Wales. 

The  property  has  been  breeding  cereals  (wheat,  rye  and  triticale)  under  traditionally 

managed  irrigated  cropping operations  for half a  century. Repeated  cultivation of  the  soil 

with  limited SOM  inputs has caused a decline of carbon  levels. An adjacent strip of crown 

land  used  as  a  travelling  stock  route was  incorporated  into  the  survey  area,  to  allow  for 

comparisons of  soil  carbon  content between  these  two different  land use  regimes. There 

was also variation  in the soil types between Vertosols and Dermosols of the cropping area 

compared with the Calcarosols of the pasture area 

A baseline survey was carried out to identify map areas of soil variation across the farm with 

data  from a Multi‐ Sensor Platform  (M‐SP). The M‐SP consisted of 3 proximal  soil  sensors 

including a Geonics Electromagnetic Induction (EM) 38 and EM 31 ECa sensors (Geonics Ltd, 

Mississauga, Ontario, Canada) and a GR320 Gamma radiometric spectrometer (Exploranium 

Radiation Detection Systems, Acworth, Georgia, USA). The vehicle was driven across the field 

at a speed of approximately 10km/h and the sensor measurements were logged at a rate of 

1  Hz  and  georeferenced  with  an  OmniSTAR  HP,  single  frequency,  Differential  Global 

Positioning  System  (D‐GPS)  (OmniSTAR  Inc,  Houston,  Texas,  USA)  which  simultaneously 

acquired  elevation  data.  The  swath width  across  the  field  ranged  in  distance  from  20‐30 

metres. All geo‐referenced continuous data  layers were  interpolated with Vesper software 

using block kriging onto a standard 5m grid for analysis. 

 

Page 83: Ag Heartlands Tour Guide

81 

 

Figure  24:  Electromagnetic  induction  (EM)  38 

ECa data interpolated onto a 5 metre grid 

 

Figure 25: Electromagnetic  induction  (EM) 31 ECa 

data interpolated onto a 5 metre grid 

 

Page 84: Ag Heartlands Tour Guide

82 

 

 

Figure  26:  Gamma  spectrometer  data  inPotassium (K) region of interest 

 

Figure  27:  Gamma  spectrometer  data  in Thorium (Th) region of interest 

   

Page 85: Ag Heartlands Tour Guide

83 

 

 

Figure  28:  Digital  elevation  model  in  metres above sea level (ASL) 

 

 

   

   Coupled with a digital elevation model and secondary terrain attributes all of the data layers 

were combined by k‐means clustering to develop a stratified random soil sampling scheme 

for the survey area. Soil samples were scanned at 15cm increments to a depth of 1m with a 

mid‐infrared  (MIR)  diffuse  reflectance  spectrometer,  which  was  calibrated  using  a 

proportion of the samples that were analysed in a laboratory for total carbon and inorganic 

carbon content.  

The values from the observed soil profiles were then interpolated throughout the farm at a 

resolution  of  5 m  x  5 m  grid  using  regression model  based  on  the  covariate/  ancillary 

information  derived  from  the  soil  survey. A  regression  rule  program CUBIST was  used  to 

derive models that could estimate carbon across the entire property and stock‐route.  

The combination of new methodologies and technologies have the potential to provide large 

volumes of reliable, fine resolution and timely data required to make baseline assessments, 

mapping, monitoring and verification possible.  

 

Page 86: Ag Heartlands Tour Guide

84 

 

References 

Miklos, M., Short, M.G., McBratney, A.B., Minasny, B., 2010. Mapping and comparing the distribution 

of soil carbon under cropping and grazing management practices  in Narrabri, NW NSW. Australian 

Journal of Soil Research 48, 248–257. 

 

Table 5: Mean soil total, organic and inorganic carbon stock, based on landuse 

 

Land use No.  of 

Samples 

Total  Carbon 

(kg/m2) 

Organic  Carbon 

(kg/m2) 

Inorganic  Carbon 

(kg/m2) 

Cropping  30  12.41  5.04  7.37 

Pasture  18  16.25  6.79  9.46 

Stock‐route  11  13.89  8.21  5.68 

 

 

 

Figure 29: Organic carbon stock to one metre  Figure 30. Inorganic carbon stock to one metre 

 

 

Page 87: Ag Heartlands Tour Guide

85 

 

EDGEROI  FOCUS MAPS 

 

 

Figure 31: The Edgeroi study area 

 

 

Page 88: Ag Heartlands Tour Guide

86 

 

 

Figure 32: The Edgeroi Data set (McGarry et al. 1989) point locations (yellow triangles) 

Page 89: Ag Heartlands Tour Guide

87 

 

 

Figure 33: Maps of organic carbon and available water capacity to 1m in the Edgeroi area. 

 

 

 

 

 

 

    

Page 90: Ag Heartlands Tour Guide

88 

 

   

1.  Location and landscape  

Landform 

Pilliga Scrub is part of the Pilliga Nature Reserve, which covers a total area of 80,000 ha. It consists of low, undulating, sandy country with occasional outcrops of rocky sandstone and low cliffs. Landforms in the southern area tend to be more steep and rugged with the presence of small gorges.

Parent material or substrate 

The bedrock of the area consists of the Jurassic‐aged Pilliga Sandstone, underlain by silty sandstones, claystones and shales. The Pilliga Sandstone dips in a north‐west direction with an angle of 5‐10° when not disrupted by igneous intrusions. In the north, extensive sediments were deposited by dendritic streams

Drainage class  Irregular drainage, with a moderate low‐on rate and a very slow run‐off rate. 

Surface condition 

Loose and sandy. The soil erodibility is low, as is the erosion hazard.  

Site disturbance Very low site disturbance as it is classed as a nature reserve, although there is a main road situated about 50 m away from the profile. Land surrounding the reserve is used for timber production. 

Native vegetation 

The dominant canopy species of vegetation are Eucalyptus spp and Callitris endlicheri. The shrub and groundcover includes species such as Acacia spp, Allocasuarina spp, Brachycome spp, Styphelia triflora and Swainsona spp.

Climate The area has a warm, sub‐humid climate, with an annual average rainfall of approximately 625 mm. The mean maximum temperature in January is 33.5oC, whilst the mean minimum temperature in July is 2.2oC. 

Profile 5: Pilliga Scrub, Pilliga, NSW 

Page 91: Ag Heartlands Tour Guide

89 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Queensland

New South Wales

              0                                  1 km

Page 92: Ag Heartlands Tour Guide

90 

 

2.  Description of soil profile This is an apedal sandy soil, with an extremely low CEC throughout the entire profile. Krotovinas are 

present in the upper B horizon. 

    

 

                  

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 Soil morphology 

LS= Loamy sand; CS= Clayey sand 

Australian Soil Classification:  Orthic Tenosol (TE DS) 

World Reference Base:  Cutanic Lixisol (Humic, Chromic) 

Soil Taxonomy:  Kanhaplic Haplustalf (Coarse Loamic, Siliceous, Thermic)

Boundary Colour  Structure 

Horizon  Depth (m) 

Distinctness  Shape  Moist  Dry 

Texture  grade 

Grade 

A  A  0‐0.15  Gradual  Even 7.5YR 3/2 Dark brown 

7.5YR 5/3 Brown 

LS  Apedal 

B1  Bw1  0.15‐0.45  Diffuse  Even 5YR 4/6 

Yellowish red 5YR 5/3 

Reddish brown LS  Apedal 

B21  Bw2  0.45‐0.75  Diffuse  Even 5YR 5/8 

Yellowish red 7.5YR 6/6 

Reddish yellow CS  Apedal 

B22  Bw3  0.75‐1.00  ‐  ‐ 7.5YR 6/8 

Reddish yellow 7.5YR 6/8 

Reddish yellow CS  Apedal 

B₁ 

B₂2

B₂1 

A A 

Bw1 or Bt? 

Bw2 

Bw3

Page 93: Ag Heartlands Tour Guide

91 

 

3. Soil mineralogy  

X‐ray  diffraction  patterns  of  basally  oriented  clays  show  the  presence  of  kaolinite  and 

interstratified vermiculite.  In addition to the phyllosilicates, the random powder diffraction 

patterns identify quartz, anatase, goethite and hematite in the soil clay fractions.  

 

X‐ray  diffraction  patterns  of  the  oriented  clay  fraction  of  B1  horizon  soil  after  various  pre‐

treatments; Mg  saturated  and  air‐dried  (‐‐‐‐‐‐), Mg  saturated  and  ethylene  glycolated  (‐‐‐‐‐‐),  K 

saturated and air‐dried (‐‐‐‐‐‐) and K saturated and heated at 550°C (‐‐‐‐‐‐).  

 

Thin sections  

 

 

 

 

 

 

 

The left image (PPL) shows a veneer of organic‐stained iron oxides and clay coating most of the large 

quartz grains in the B1 horizon, while the right image (PPL) shows the very limited extent of clay 

coating grains in the B22 horizon. 

 

Page 94: Ag Heartlands Tour Guide

92 

 

4. Profile chemical characteristics 

The  pH  values  for  this  soil  profile  range  from  strongly  acidic  to  slightly  acidic,  and  pH values increase with depth. 

Very low EC values are apparent in each of the horizons within the soil profile. 

High N in the top horizon followed by very low N in the lower horizons. 

Very high organic  carbon  content  in  the  top horizon  and  then  low  to  very  low  for  the underlying horizons. 

The cation exchange capacity (CEC) is very low throughout the entire profile. 

Chemical properties of soil profile  

 Cation exchange properties, available micronutrients and DCB Fe and Al of soil profile 

Horizon pH      

(1:5 H2O) EC 

(dS/m) Organic C (%) 

Total N (%) 

C:N ratio 

NO₃‐N (mg/kg) 

Colwell P (mg/kg) 

PBI‐Colwell 

SO4 (mg/kg) 

Avail. K (mg/kg) 

Cl (mg/kg) 

A  5.31  0.06  7.63  0.35  21.8  22  12  98  2  120  18 

B1  6.05  0.01  0.85  0.05  17.0  1  5  ‐  ‐  69  10 

B21  6.08  0.01  0.69  0.04  17.3  1  5  ‐  ‐  63  10 

B22  6.23  0.01  0.49  0.04  12.3  1  5  ‐  ‐  57  10 

Cation exchange properties  (mmolc/kg)  DTPA extractable (mg/kg)  DCB (%) Horizon 

CEC  Ca  Mg  K  Na  Al  Zn  Cu  Fe  Mn  Fe  Al 

A  33.8  10  12  2.9  0.2  8.7  0.28  0.13  190  26  0.63  0.14 

B1  18.6  1  13  1.8  0.2  2.6  ‐  ‐  ‐  ‐  0.67  0.10 

B21  16.9  1  12  1.6  0.2  2.1  ‐  ‐  ‐  ‐  0.60  0.09 

B22  18.2  1  12  1.5  0.3  3.4  ‐  ‐  ‐  ‐  0.86  0.12 

A  A A 

B1  B1  B1  B1 

B21 B21  B21  B21 

B22 B22 B22 B22 

CEC (mmolc/kg)

Page 95: Ag Heartlands Tour Guide

93 

 

5. Profile physical characteristics 

Very high sand content throughout the entire profile ranging from 68‐71%. 

Low to moderate bulk density for all horizons in the profile. 

The water content at permanent wilting point is low and does not vary much within the profile. 

Hydraulic conductivity increases down the profile. 

The penetration resistance ranges from medium to dense.    Soil physical characteristics   

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Particle Size Analysis (%)  Moisture () 

Horizon Clay   

 (<2 µm) Silt          

(2‐20 µm) Fine sand (20‐200 µm) 

Coarse sand (200‐ 2000 µm) 

Bulk density        (g/cm

3)  10 kPa 

1500 kPa (PWP) 

0 kPa (FC) 

Penetration resistance (MPa) 

A  10.8  7.5  10.4  71.3  1.46  0.23  0.07  0.38  0.9 

B1  14.3  5.1  12.3  68.3  1.46  0.23  0.08  0.37  1.6 

B21  13.2  5.1  11.8  70.0  1.28  0.24  0.09  0.43  1.2 

B22  13.5  5.2  11.7  69.6  1.39  0.23  0.08  0.40  ‐ 

Estimated USDA PSA (%) 

Horizon Silt 

(2‐50 µm) Sand (50‐2000 µm) 

A  19.0  70.2 

B1  14.4  71.2 

B21  14.2  72.6 

B22  14.5  72.0 

A A A A 

B1 B1 B1 B1 

B22 

B21 B21 B21 

B22 B22 B22 

B21 

A1 

B1 

B21 

Page 96: Ag Heartlands Tour Guide

94 

 

 

 

5.  Location and landscape  

 

 

 

 

 

 

 

 

Landform  This site is located on an alluvial fan of the Namoi River.  

Parent material or substrate 

Basaltic alluvium. The basalt shield volcano to the east has been extensively eroded, leaving its highest peak, Mt Kaputar, at 1508 m. The basalt flows overlie Tertiary alluvial sandstone and conglomerate. Calcareous clays and marls of the Rolling Downs Group form gentle slopes on the properties such as IA Watson.

Drainage class  Slow drainage, with a low run‐on and run‐off rate. 

Surface condition 

Epipedal and cracked when dry. The soil has a low erodibility and is regarded as being a low erosion hazard. There is no salinity evident on the surface. 

Site disturbance The surround region land has been extensively cleared for agricultural production including the growth of cotton, wheat, barley and oilseeds. Livestock production includes cattle and pigs. 

Native vegetation 

Native vegetation is sparse on the floodplain, but where it occurs it consists of open grasslands (mainly Austrostipa aristiglumis and Dichanthium sericeum) with scattered trees (e.g. Eucalyptus spp. and Angophora floribunda) and shrubs (e.g. Acacia pendula and Rumex spp.)

Climate The area has a warm, sub‐humid climate, with an annual average rainfall of 643 mm. The mean maximum temperature in January is 35.3oC, whilst the mean minimum temperature in July is 3.4oC. 

Profile 6: I.A. Watson Research Institute, Narrabri, NSW 

Page 97: Ag Heartlands Tour Guide

95 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

                   0                                  1 km

Queensland

New South Wales

Page 98: Ag Heartlands Tour Guide

96 

 

2.  Description of soil profile A grey Vertosol used for dryland wheat production and/or irrigated cotton and wheat production. Mechanical compaction has degraded the subsurface structure of this profile.

  

 

                  

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 Soil morphology  

GPD= Grey, pale, distinct; LC= Light clay; LMC= Light medium clay; MC= Medium clay 

Australian Soil Classification:  Grey Vertosol  

World Reference Base:  Calcic‐Mollic Vertisol (Pallic)  OR  Calcic Vertisol 

Soil Taxonomy:  Sodic Calciustert 

Boundary  Colour  Structure Horizon  Depth (m) 

Distinctness  Shape  Moist  Dry 

MottlesTexture grade 

Grade  Shape Size (mm) 

Coarse fragments

Ap1  Ap1  0‐0.08  Clear  Even 7.5YR 3/2 Dark brown 

‐  ‐  LC  Weak  ‐  ‐  ‐ 

Ap2  Ap2  0.08‐0.30  Clear  Even 5YR 4/1 Dark grey 

10YR 4/2 Dark greyish 

brown ‐  LC  Massive  ‐  ‐  ‐ 

B1  Bw  0.30‐0.45  Gradual  Wavy 5YR 2.5/1 Black 

7.5YR 4/1  ‐  LMC  Moderate Angular‐blocky 

50‐100 ‐ 

B21  Bssk1  0.45‐0.90  Diffuse  Even 10YR 4/2 

Dark greyish brown 

10YR 5/2 Greyish brown

‐  LMC  Strong  Lenticular  50‐100<10 % stones 

B22  Bssk2  0.90‐1.65  ‐  ‐ 10YR 5/2 

Greyish brown10YR 5/2 

Greyish brown~30% G, P, D 

MC  Strong Angular‐ blocky 

50‐100  

A1 

B1 

B22

B21 

A₂ 

Ap1 

Ap2 

Bw 

Bssk1 

Bssk2

Page 99: Ag Heartlands Tour Guide

97 

 

3. Soil mineralogy  

X‐ray diffraction patterns of basally oriented clays show the presence of smectite, kaolinite 

and minor amounts of  illite. Smectite content  is very high  in B21 and B22 horizons. Quartz, 

anatase  and  feldspar  (microcline)  are  also  identified  in  the  random  powder  diffraction 

patterns of the soil clay fractions.  

X‐ray  diffraction  patterns  of  the  oriented  clay  fraction  of  B21  horizon  soil  after  various  pre‐

treatments; Mg  saturated  and  air‐dried  (‐‐‐‐‐‐), Mg  saturated  and  ethylene  glycolated  (‐‐‐‐‐‐),  K 

saturated and air‐dried (‐‐‐‐‐‐) and K saturated and heated at 550°C (‐‐‐‐‐‐).  

 

 

Page 100: Ag Heartlands Tour Guide

98 

 

4. Profile chemical characteristics 

The pH values for this soil profile range from slightly acidic in the topsoil to very strongly alkaline in the subsoil (6.48‐9.53). 

Very  low EC values are  found  in  the A horizons and upper B horizon, while medium EC values are found in the lower B horizons. 

The organic carbon levels are considered to be moderate in the surface horizon and vary from low‐very low in the underlying horizons.  

The cation exchange capacity (CEC) is low to moderate for the profile. 

Exchangeable sodium percentage (up to 20%) is very high in the subsoil. 

Chemical properties of soil profile   

Cation exchange properties, available micronutrients and DCB Fe and Al of soil profile

Horizon pH      

(1:5 H2O) EC 

(dS/m) Organic C (%) 

Total N (%) 

C:N ratio 

NO₃‐N (mg/kg) 

Colwell P (mg/kg) 

PBI‐Colwell 

SO4 (mg/kg) 

Avail. K (mg/kg) 

Cl (mg/kg) 

Ap1  6.82  0.04  1.33  0.12  11.1  1.1  33  53  5  240  10 

Ap2  6.48  0.04  0.95  0.07  13.6  5.9  8  ‐  ‐  52  10 

B1  7.21  0.04  0.92  0.06  15.3  4.5  5  ‐  ‐  55  16 

B21  9.11  0.17  0.50  0.03  16.7  3.1  5  ‐  ‐  84  10 

B22  9.53  0.29  0.27  0.02  13.5  6.1  5      85  19 

Cation exchange properties  mmolc/kg  DTPA extractable (mg/kg)  DCB (%) Horizon 

CEC  Ca  Mg  K  Na  Zn  Cu  Fe  Mn  Fe  Al 

Ap1  82  41  33  6.2  1.7  0.94  1.5  56  170  0.25  0.05 

Ap2  71  39  27  1.3  2.5  ‐  ‐  ‐  ‐  0.35  0.07 

B1  91  49  35  1.4  5.7  ‐  ‐  ‐  ‐  0.32  0.06 

B21  251  160  74  2.1  15  ‐  ‐  ‐  ‐  0.28  0.06 

B22  185  70  76  2.2  37  ‐  ‐  ‐  ‐  0.31  0.06 

Ap1  Ap1  Ap1 

Ap2  A p2  A p2  A p2 

B1  B1  B1  B1 

B21 B21 B21 

B22 B22 B22 

Ap1 

CEC concentration (mmolc/kg)

B21 

B22 

Page 101: Ag Heartlands Tour Guide

99 

 

5. Profile physical characteristics 

High to very high clay contents are found in this profile, with the B22 horizon having the highest clay content. 

The profile has a moderate to high bulk density throughout. The penetration resistance ranges from 0.9 to 2.9 MPa, indicating a medium to very dense degree 

of consolidation.

Soil physical characteristics   

 

 

 

 

 

 

 

 

s

 

Particle Size Analysis (%)  Moisture () 

Horizon Clay   

 (<2 µm) Silt          

(2‐20 µm) Fine sand (20‐200 µm) 

Coarse sand (200‐ 2000 µm) 

Bulk density        (g/cm

3)  10 kPa 

1500 kPa (PWP) 

0 kPa (FC) 

Penetration resistance (MPa) 

Ap1  41.9  23.7  28.5  5.9  1.64  0.35  0.26  0.38  0.9 

Ap2  46.4  22.1  27.8  3.7  1.59  0.37  0.28  0.40  1.9 

B1  44.7  19.6  31.2  4.5  1.65  0.35  0.26  0.38  1.7 

B21  42.3  24.6  26.2  6.9  1.73  0.32  0.25  0.35  2.9 

B22  67.6  16.1  15.1  1.2  ‐  ‐  ‐  ‐  ‐ 

International system PSA (%) 

Horizon Silt 

(2‐50 µm) Sand (50‐2000 µm) 

Ap1  40.7  17.4 

Ap2  37.3  16.2 

B1  35.0  20.2 

B21  41.5  16.2 

B22  21.3  11.0 

Ap1 Ap1 

Ap1 Ap1 

Ap2 Ap2 Ap2 Ap2 

B21 

B1 B1 B1 

B21 B21 B21 

B1 

B22 

Ap1

Ap2 

B1 

B21 

Page 102: Ag Heartlands Tour Guide

100 

 

 

   

6.  Location and landscape  

Landform It is located in a low energy environment as a result of the site being positioned on a flat, upper alluvial floodplain.  

Parent material or substrate 

The profile overlies a basalt shield volcano which has eroded leaving its highest peak at Mt Kaputar at 1508 m. This shield overlies tertiary alluvial sandstone and conglomerate. At the site mudstone and basalt are recognised as the dominate parent material.

Drainage class  Slow drainage, with a low‐on rate and a ponded run‐off rate. 

Surface condition 

Firm surface which is very stable. There is low soil erodibility around the site, which is also regarded as having a low erosion hazard. There is no salinity evident on the surface. 

Site disturbance  Similar to that of Profile 6. 

Native vegetation 

Similar to that of Profile 6.

Climate  Similar to that of Profile 6. 

Profile 7: Cooyong, Narrabri, NSW 

Page 103: Ag Heartlands Tour Guide

101 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Page 104: Ag Heartlands Tour Guide

102 

 

2.  Description of soil profile A  polygenetic  profile with  a  strongly  structured  Red  Chromosol  overlying  a  calcic  Brown Vertosol. A stone line separates the two profiles. 

  

 

                  

 

 

 

 

 

   

 

 

 

 

 

 Soil morphology 

GPD= Grey, pale, distinct; LC= Light clay; LMC= Light medium clay; MC= Medium clay 

 

Australian Soil Classification:  Red Chromosol over a Brown Vertosol 

World Reference Base:  Calcic Stagnic Vertisol (Chromic, Mollinovic) 

Soil Taxonomy: Vertic Calciudoll  OR   Oxyaquic Vertic Hapludalf (Fine Siltic, Mixed, Superactive, Thermic) 

Boundary  Colour  Structure Horizon  Depth (m) 

Distinctness  Shape  Moist 

Mottles Texture grade 

Grade  Shape Size (mm) 

Coarse fragments

1A  1A  0‐0.26  Gradual  Irregular 2.5YR 2.5/2 

Very dusky red ‐  CL  Moderate  Polyhedral  10‐20  ‐ 

1B1  1Bt  0.26‐0.60  Clear  Wavy 2.5YR 3/6 Dark red 

~25 % G,P,D 

LMC  Strong  Lenticular  50‐100 ‐ 

2B21  2Btk1  0.60‐0.91  Gradual  Even 5YR 3/3 

Dark reddish brown ‐  MC  Strong 

Angular‐blocky 

20‐50  ‐ 

2B22  2Btk2  0.91‐1.40  ‐  ‐ 7.5YR 4/6 

Strong brown ‐  LMC  Strong  Lenticular  50‐100

<10 % stones 

1A 

1B₂ 

2B22

2B21 

1A 

1Bt 

2Btk1 

2Btk2 

Page 105: Ag Heartlands Tour Guide

103 

 

3. Soil mineralogy  

X‐ray diffraction patterns of basally oriented clays show the presence of smectite, kaolinite 

and traces of illite. In addition to the phyllosilicates, the random powder diffraction patterns 

identify quartz and small amounts of feldspar in the soil clay fractions.  

 

X‐ray  diffraction  patterns  of  the  oriented  clay  fraction  of  1B2  horizon  soil  after  various  pre‐

treatments; Mg  saturated  and  air‐dried  (‐‐‐‐‐‐), Mg  saturated  and  ethylene  glycolated  (‐‐‐‐‐‐),  K 

saturated and air‐dried (‐‐‐‐‐‐) and K saturated and heated at 550°C (‐‐‐‐‐‐).

Thin sections  

 

 

 

 

The thin section image on the left (PPL) shows the well‐developed porosity and aggregation of the 

1B2 horizon, while the right image (XPL) shows a high degree of clay orientation around large sand 

grains and pore margins in the same horizon. 

Page 106: Ag Heartlands Tour Guide

104 

 

4. Profile chemical characteristics 

The pH values for this soil profile range from slightly acidic to strongly alkaline, increasing down the profile. 

EC values ranged from medium to extreme and increased down the profile. 

The organic carbon and total nitrogen levels were low and declined down the profile. 

The cation exchange capacity (CEC) is moderate to high throughout the profile. 

Chemical properties of soil profile  

 Cation exchange properties of soil profile

Horizon pH      

(1:5 H2O) EC 

(dS/m) Organic C (%) 

Total N (%) 

C:N ratio 

NO₃‐N (mg/kg) 

Colwell P (mg/kg) 

PBI‐Colwell 

SO4 (mg/kg) 

Avail. K (mg/kg) 

Cl (mg/kg) 

1A  6.86  0.62  1.85  0.13  14.2  4.4  5  36  3.4  160  10 

1B1  8.00  0.48  0.83  0.06  13.8  1  5  ‐  ‐  85  10 

2B21  8.84  1.34  0.50  0.04  12.5  1  5  ‐  ‐  70  13 

2B22  9.13  2.55  0.51  0.03  17  1  5  ‐  ‐  94  28 

Cation exchange properties  (mmolc/kg)  DTPA extractable (mg/kg)  DCB (%) Horizon 

CEC  Ca  Mg  K  Na  Zn  Cu  Fe  Mn  Fe  Al 

1A  137  49  63  17  8  0.73  0.58  22  22  0.39  0.05 

1B1  220  118  79  13  10  ‐  ‐  ‐  ‐  0.78  0.10 

2B21  217  98  92  13  14  ‐  ‐  ‐  ‐  0.67  0.08 

2B22  232  102  96  13  21  ‐  ‐  ‐  ‐  0.53  0.06 

1A1  1A1  1A1 

1B1  1B1  1B1 1B1 

2B21 2B21 2B21 2B21 

2B22 2B22 2B22 2B22 

1A1 

CEC  (mmolc/kg)

Page 107: Ag Heartlands Tour Guide

105 

 

5. Profile physical characteristics 

This profile has a high clay content throughout. 

The bulk density is considered to be moderate in the top horizon, increasing to be high in the lower horizons. 

The water content at permanent wilting point increases down the profile. 

Penetration resistance increases down the profile causing the soil to have a dense to extremely dense degree of soil consolidation. 

  Soil physical characteristics   

 

 

 

 

 

 

 

 

s

Particle Size Analysis (%)  Moisture () 

Horizon Clay   

 (<2 µm) Silt          

(2‐20 µm) Fine sand (20‐200 µm) 

Coarse sand (200‐ 2000 µm) 

Bulk density        (g/cm

3)  10 kPa 

1500 kPa (PWP) 

0 kPa (FC) 

Penetration resistance (MPa) 

1A  14  10  65  11  1.51  0.25  0.09  0.37  1.5 

1B1  35  7  52  5  1.68  0.30  0.21  0.35  2.9 

2B21  32  11  49  8  1.75  0.29  0.20  0.33  4.9 

2B22  38  13  48  1  1.80  0.29  0.22  0.32  ‐ 

Estimated USDA PSA (%) 

Horizon Silt 

(2‐50 µm) Sand (50‐2000 µm) 

1A1  40.7  17.4 

1B1  37.3  16.2 

2B21  35.0  20.2 

2B22  41.5  16.2 

1A1 1A1 1A1 1A1 

1B1 1B1 1B1 1B1 

2B22 

2B21 2B21 2B21 

2B22 2B22 2B22 

2B21 

1A1 

1B1 

2B21 

Page 108: Ag Heartlands Tour Guide

106 

 

Day 4  

 

Narrabri to Goondiwindi 

 

 

Presenters:   

Dr. Brett Whelan 

Senior Research Fellow 

Faculty of Agriculture, Food and Natural Resources 

The University of Sydney 

Email: [email protected] 

 

Broughton Boydell 

“Remaka” 

 

James Duddy 

“South Callandoon” 

   

 

 

 

Page 109: Ag Heartlands Tour Guide

107 

 

Australian Production Systems Research Unit (APSRU) 

 

See maps for location of the APSRU reference sites 

 

Summary 

 

In 1990, the Queensland State Government and CSIRO established the joint research team, 

the Agricultural Production Systems Research Unit (APSRU), based in Toowoomba, 

Queensland, Australia. The formation of APSRU brought together expertise in the computer 

simulation of farming systems and was intended to facilitate research that would impact on 

how agricultural production systems are managed. After two successive five‐year terms and 

a successful external review in 2000, another five‐year term was agreed by the participating 

organizations – CSIRO Divisions of Sustainable Ecosystems and Land & Water, the 

Queensland Departments of Primary Industries and Fisheries and Natural Resources, Mines 

& Energy and The University of Queensland. APSRU has created a centre of excellence in the 

field of agricultural production systems research with the capability of pursuing related 

world class research and training. 

 

Mission 

To benefit rural industries and the environment through innovative systems approaches to 

research and development. 

 

Core functions 

Facilitate research collaborations. Co‐develop and manage research tools, methods and 

resources.  

Influence systems research design. 

 

Examples of impacts 

Operationalised use of seasonal climate forecasting for crop management 

Assisted farmers and agribusiness to better understand and measure their soil resource 

Decision tools and processes used by agricultural consultants in advising farm clients 

Use by plant breeding companies of gene to phenotype modelling 

Quantified drainage & salinity risk in the Murray‐Darling Basin 

Provided policy relevant information for drought exceptional circumstances assessment 

Scientific publications cited extensively 

Scientists invited as keynote speakers at national and international symposia 

 

Further information and links 

http://www.asris.csiro.au/themes/model.html#Model_Sites 

 

 

 

Page 110: Ag Heartlands Tour Guide

108 

 

 Figure 52: Locations of APSRU reference sites across Australian continent 

 

 Figure 53: APSRU reference site plant available water data (WA wheatbelt) 

 

Page 111: Ag Heartlands Tour Guide

109 

 

 

 Figure 54: APSRU reference site plant available water data (SE Australia) 

Figure 55: APSRU reference site plant available water data (Liverpool Plains) 

Page 112: Ag Heartlands Tour Guide

110 

 

 Figure 53: APSRU reference sites within the Liverpool plains area with reference to tour profile locations.                         

Page 113: Ag Heartlands Tour Guide

111 

 

   

7.  Location and landscape 

     

 

 

 

 

 

 

Landform Romaka is situated in the Gwydir River valley, which is located in the Murray Darling Basin. It lies between the Masterman Range to the north, and the Nandewar Ranges to the south. The site is located on a slight rise in a broad floodplain. 

Parent material or substrate 

The parent material at the profile site is likely to be quartz sandstone and alluvium from Jurassic and Carboniferous sediments in the surrounding ranges. The field also includes soil derived from Tertiary basaltic alluvium. 

Drainage class  Moderate drainage and low run on and run off rate due to the flat terrain.  

Surface condition: 

The profile has a weakly pedal and  friable  topsoil. Due  to  the  flatness of  the  surrounding terrain and lack of frequent flood events, the site has a low erosion hazard. 

Site disturbance 

The  site  has  been  under  cultivation  for  an  extended  period  of  time.  Cereal  and  sorghum crops have been the most recent crops used in rotation on the property. Sorghum roots can still be seen in the profile.  

Native vegetation 

Closed  grasslands with  scattered woodlands  dominate. Main  tree  species  are  Eucalyptus albens  (white  box),  Eucalyptus  melliodora  (yellow  box),  Acacia  Pendula  (myall), Heterodendron oleifolium (rosewood) and Casurina cristata (belah).  The main  grass  species  are  Stipa  aristiglumis  (plains  grass) with many  Aristida  spp.(wire grass), Stipa spp. (spear grass) and Danthonia spp. (wallaby grasses).  

Climate Nearby Moree is situated in a semi‐arid climate with hot summers and frosty winters. Annual rainfall  is  approximately  580 mm.  Average maximum  temperature  is  27.6°C  and  average minimum temperature is 11.7°C.  

Profile 8: Romaka, Terry Hie Hie, NSW 

Page 114: Ag Heartlands Tour Guide

112 

 

              0                                1 km

Queensland

New South Wales

Page 115: Ag Heartlands Tour Guide

113 

 

2.  Description of soil profile A red, clayey soil formed on very old alluvium. This reddish soil occurs on slightly elevated 

areas of land, whilst the surrounding soils consist mainly of greyish Vertosols. 

 

 

 

                 

 

 

 

 

 

 

 

 

 Soil morphology 

RDD= Red, dark, distinct; SCL= Sandy clay loam; LMC= Light medium clay; MC= Medium clay 

Australian Soil Classification:  Red Dermosol (DE AA) 

World Reference Base:  Calcic Cutanic Luvisol (Endo‐clayic, Chromic) 

Soil Taxonomy:  Calcic Haplustalf (Fine, Mixed, Superactive, Thermic)  OR  Typic Paleustalf 

Boundary  Colour  Structure 

Horizon  Depth (m) 

Distinctness  Shape  Moist  Dry 

MottlesTexturegrade 

Grade  Shape Size (mm) 

Coarse fragments 

Segregations

Ap1  Ap1  0‐0.03  Abrupt  Even 10YR 3/3 

Dark brown

2.5Y 3/1Dark 

reddish gray 

‐ SCL 

Weak Sub 

Angular Blocky 

10‐20  < 10% stones  

Ap2  Ap2  0.03‐0.11  Sharp  Irregular 10YR 3/3 

Dark brown

2.5Y 2.5/1Reddish black 

‐ SCL 

Weak Angular Blocky 

10‐20  < 10% stones  

B₂₁  Bt1  0.11‐0.38  Gradual  Even 5YR 4/6 Reddish brown 

10YR 4/1Dark gray

‐ LMC 

Strong Angular Blocky 

20‐50  < 10% stonesHard 

Carbonate nodules  

B₂₂  Bt2  0.38‐0.65  Gradual  Even 7.5YR 4/6 Strong brown 

10YR 4/1Dark gray

‐ LMC 

Strong Angular Blocky 

20‐50  < 10% stones

Hard Carbonate nodules, charcol 

B₂₃  Btk  0.65‐1.10  ‐  ‐ 7.5YR 4/6 Strong brown 

2.5Y 5/2Weak red

15% R, D, D 

MC Strong 

Sub‐angular blocky 

20‐50  < 10% stones

Soft Carbonate nodules, Charcoal 

Ap1 

B21 

B23 

B22 

Ap2 

Ap1 

Ap2 

Bt1 

Bt2 

Btk 

Page 116: Ag Heartlands Tour Guide

114 

 

3. Profile chemical characteristics 

The pH of soil ranges from neutral to strongly alkaline.  

EC levels are classified as being low to very low throughout the top 3 horizons of the soil profile. 

Nitrogen  levels are  low  in the topsoil and then decline slightly making them very  low  in the underlying horizons. 

C:N ratio is very low throughout the profile. 

Carbon levels are low in the soil profile. 

CEC  of  the  topsoil  is  considered  extremely  low.  The  middle  depth  is  considered  of moderate CEC whilst the subsoil has a high CEC. 

Chemical properties of soil profile    

Cation exchange properties of soil profile   

Horizon pH  

     (1:5 H2O) EC (dS/m)  Organic C (%)  Total N (%)  C:N ratio 

NO‐3‐N 

 (mg/kg) Colwell P (mg/kg) 

Ap1  6.0  0.06  0.6  0.06  10  7.9  44 

Ap2  6.9  0.02  0.6  0.05  12  8.6  4 

B21  8.7  0.12  0.4  0.05  8  3.6  1 

B22  ‐  ‐  ‐  ‐  ‐  ‐  ‐ 

B23  ‐  ‐  ‐  ‐  ‐  ‐  ‐ 

Cation exchange properties   (mmolc/kg)  DTPA extractable micronutrient status (mg/kg) Horizon 

CEC  Ca  Mg  K  Na  Zn  Cu  Fe  Mn 

Ap1  91  63  22  5.1  0.7  1.1  0.02  85  1.5 

Ap2  138  96  36  4.9  1.0  0.4  1  22  47 

B21  329  239  81  4.2  3.9  0.1  0.8  11  3 

B22  ‐  ‐  ‐  ‐  ‐  ‐  ‐  ‐  ‐ 

B23  ‐  ‐  ‐  ‐  ‐  ‐  ‐  ‐  ‐ 

CEC  (mmolc/kg)

Ap1 Ap1  Ap1  Ap1 

Ap2  Ap2  Ap2  Ap2 

B21  B21  B21  B21 

Page 117: Ag Heartlands Tour Guide

115 

 

4. Profile physical characteristics 

Sand ranges from being very high at the top of the profile and declines to being moderate. Clay content ranges from low to high, whilst silt is low.  

Bulk density is low at the top of the profile and increases slightly to moderate levels. 

Field capacity moisture content of this soil is low, particularly for the sandy topsoil. 

Conductivity declines down the soil profile. 

Soil physical characteristics   

 

 

 

 

 

 

 

 

Key physical soil properties

Particle Size Analysis (%)  Moisture () Horizon 

Clay  (<2 µm) 

Silt (2‐20 µm) 

Fine sand (20‐200 µm) 

Coarse sand (200‐ 2000 µm) 

Bulk density     (g/cm

3)  10 kPa 

1500 kPa (PWP) 

0 kPa (FC) 

Ap1  18.3  13.8  7.7  60.2  1.19  0.32  0.12  0.48 

Ap2  26.2  19.5  6.4  47.9  1.28  0.37  0.17  0.47 

B21  37.3  16.8  7.0  38.9  1.35  0.38  0.22  0.46 

B22  40.6  17.2  5.7  36.5  1.41  0.39  0.251  0.45 

B23  46.2  15.6  9.1  29.1  1.43  0.40  0.28  0.45 

Estimated USDA PSA (%) 

Horizon Silt 

(2‐50 µm) Sand (50‐2000 µm) 

Ap1  31.0  50.7 

Ap2  39.2  34.6 

B21  33.4  29.3 

B22  33.2  26.2 

B23  29.4  24.4 

Ap2 

B21  B21 B21  B21 

B22 

B23 

Ap1 

B22  B22  B22 

B23  B23  B23 

Ap1 Ap1 Ap1 

Ap2  Ap2  Ap2 

Page 118: Ag Heartlands Tour Guide

116 

 

Moree within‐field spatial variability 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Figure 1. Fine‐scale maps of spatial variation in: (a) topsoil colour, (b) soil ECa 0‐0.9m, (c) soil ECa 0‐

0.3m, (d) soil ECa 0.3‐0.9m, (e) crop yield. 

Page 119: Ag Heartlands Tour Guide

117 

 

   

8.  Location and landscape  

 

 

Landform Wide, alluvial plains of the lower Macintyre River. Local relief is <9 m and most slopes are <1% conferring a complex drainage system in the area. 

Parent material or substrate 

Quaternary alluvium. Clay alluvia have been deposited on the back plains of major streams. 

Drainage class Imperfectly drained, with a low run‐on rate and a ponded run‐off rate. Very slow internal drainage. 

Surface condition: 

Periodic cracking, with loose fragments. The soil has low erodibility and the site a low erosion hazard. 

Site disturbance 

Very minor disturbance by grazing animals, as the site is a stock route. The dominant landuse in the region is broadacre cropping; the stockroute is bordered by irrigated and dryland cropping paddocks. 

Native vegetation 

Open woodland of coolabah (Eucalyptus coolabah), belah (Casuarina cristata) and myall (Acacia melvillei), with tussock grassland of curly Mitchell grass (Astrebla lappacea) and Queensland bluegrass (Dichanthium sericeum). 

Microrelief  Normal gilgai with 0.15 m vertical intervals and approximately 6 m horizontal intervals. 

Climate This area has unreliable, summer dominant rainfall, causing periods of drought and flood events. The average annual rainfall is 592 mm. The mean January maximum temperature is 34.1°C, while the mean July minimum temperature is 4.5°C. 

Profile 9: South Callandoon, Goondiwindi, Queensland 

Page 120: Ag Heartlands Tour Guide

118 

 

 

 

                       0                                                      1 km 

Queensland

New South Wales

Page 121: Ag Heartlands Tour Guide

119 

2.  Description of soil profile A black, shrink‐swell, cracking clay soil that formed as a result of different alluvial events on the flood 

plain of the lower Macintyre River. 

 

 

                 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

   

Soil morphology 

MC= medium clay 

Australian Soil Classification:  Black Vertosol (VE AE) 

World Reference Base:  Grumic Sodic Mollic Gypsic Calcic Vertisol (Humic, Pallic) 

Soil Taxonomy:  Sodic Haplustert (Very Fine, Smectitic, Thermic) 

Boundary  Colour  Structure 

Horizon Depth (m) 

Distinctness  Shape  Moist  Dry 

Texture grade 

Grade  Shape Size (mm) 

Segregations 

1A  1A  0.0‐0.1  Clear  Even 2.5Y 3/2 Dusky red 

2.5Y 3/1 Very dark gray

MC  ModerateSub‐angular 

blocky 20‐50 

1B1  1Bt1  0.1‐0.5  Gradual  Even 2.5Y 2.5/1 

Reddish black 5Y 2.5/1 Black 

MC  Strong Angular blocky 

20‐50 

<2% Mn hard nodules (5‐15mm) 

1B2  1Btss  0.5‐0.7  Gradual  Even 5Y 3/1 

Very dark gray 10YR 4/1 Dark gray 

MC  Strong  Lenticular  20‐50 <2% carbonate soft nodules (5‐15mm) 

2B21  2Bt1  0.7‐1.1  Diffuse  Even 5Y 4/1 

Dark gray 10YR 4/1 Dark gray 

MC  Strong Angular blocky 

20‐50 

2B22  2Bt2  1.1‐1.6  Diffuse  Even 5Y 5/2 

Olive gray 5Y 5/2 

Olive gray  MC  Strong 

Angular blocky 

20‐50 

<2% Mn hard nodules (5‐15mm) 

2B23  2Bt3  1.6‐2.0  ‐  ‐ 5Y 6/2 

Light olive gray2.5Y 6/2 

Light olive grayMC  Moderate

Angular blocky 

20‐50  ‐ 

1A 

1B1 

1B2 

2B21 

2B22 

2B23 

1A 

1Bt1 

1Btss 

2Bt1 

2Bt2 

2Bt3 

Page 122: Ag Heartlands Tour Guide

120 

3. Soil mineralogy  

X‐ray diffraction patterns of basally oriented clays shows the presence of smectite, kaolinite 

and  illite. Smectite  is highest  in horizons 1B1.  In addition to the phyllosilicates, the random 

powder diffraction patterns identified quartz and small amounts of feldspars. 

X‐ray  diffraction  patterns  of  the  oriented  clay  fraction  of  1A  horizon  soil  after  various  pre‐

treatments; Mg  saturated  and  air‐dried  (‐‐‐‐‐‐), Mg  saturated  and  ethylene  glycolated  (‐‐‐‐‐‐),  K 

saturated and air‐dried (‐‐‐‐‐‐) and K saturated and heated at 550°C (‐‐‐‐‐‐).

 

Thin sections 

 

 

 

 

The left image (PPL) shows an accumulation of ellipsoidal faunal excrement in the pore spaces of the 

1B1 horizon. The right image (PPL) shows the strong angular blocky microstructure of the clayey 2B22 

horizon. 

Page 123: Ag Heartlands Tour Guide

121 

4. Profile chemical characteristics 

The pH values for this profile are neutral to moderately alkaline (7.39‐8.26). 

The EC values for this profile range from very low to extreme. 

The  carbon  contents  are  considered  to  be  extremely  low  to moderate,  ranging  from 0.08% in the bottom horizon to 1.54% in the top horizon. 

The total nitrogen in all horizons is considered as very low (<0.05%) to low (0.05‐0.15%). 

The cation exchange capacity (CEC) is high throughout the entire profile.  Chemical properties of soil profile  

Cation exchange properties of soil profile   

Horizon pH      

(1:5 H2O) EC 

(dS/m) Organic C (%)

Total N (%) 

C:N ratio 

NO‐3‐N 

(mg/kg) Colwell P (mg/kg) 

PBI‐Colwell 

SO4 (mg/kg) 

Avail. K (mg/kg) 

Cl (mg/kg) 

1A  8.26  0.07  1.54  0.12  12.8  8.5  56  98  5.4  420  22 

1B1  7.93  0.63  0.98  0.07  14.0  1  5  ‐  ‐  160  ‐ 

1B2  8.08  0.96  0.93  0.05  18.6  1  5  ‐  ‐  150  ‐ 

2B21  8.14  1.77  0.32  0.03  10.7  1  5  ‐  ‐  210  ‐ 

2B22  8.01  0.88  0.11  0.02  16.0  1  5  ‐  ‐  290  ‐ 

2B23  7.39  0.87  0.08  0.02  4.0  1  7  ‐  ‐  280  ‐ 

Cation exchange properties  (mmolc/kg)  DTPA extractable micronutrient status (mg/kg)  DCB (%) Horizon 

CEC  Ca  Mg  K  Na  Al  Zn  Cu  Fe  Mn  Al  Fe 

1A  270  160  91  11  8.3  ‐  0.92  1.3  31  30  0.5  0.1 

1B1  311  160  99  4  48  ‐  ‐  ‐  ‐  ‐  0.4  0.1 

1B2  335  160  110  3.9  61  ‐  ‐  ‐  ‐  ‐  0.3  0.1 

2B21  376  210  99  5.5  61  ‐  ‐  ‐  ‐  ‐  0.2  0.1 

2B22  374  110  91  7.5  65  ‐  ‐  ‐  ‐  ‐  0.2  0.1 

2B23  248  95  81  7.3  65  3.5  ‐  ‐  ‐  ‐  0.2  0.1 

CEC (mmolc/kg)

1A  1A 1A  1A 

1B1  1B1  1B1  1B1 

1B2  1B2  1B2  1B2 

2B22  2B22  2B22  2B22 

2B21 2B21 2B21 2B21 

2B23 2B23 2B23 2B23 

Page 124: Ag Heartlands Tour Guide

122 

Profile physical characteristics 

The particle size analysis reflects a low coarse sand content, low silt content and high to very high clay content throughout all the horizons to a depth of 2.2 m. 

The bulk density of the soil profile increases going down the profile for the first three horizons, ranging from 1.31 to 1.53 g/cm3. All horizons have moderate bulk density levels. 

Penetration resistance reflects a medium to very dense degree of soil consolidation.  Soil physical characteristics   

 

 

 

 

 

 

 

 

  

Particle Size Analysis (%)  Moisture () Horizon 

Clay  (<2 µm) 

Silt (2‐20 µm) 

Fine sand (20‐200 µm) 

Coarse sand (200‐ 2000 µm) 

Bulk density     (g/ cm

3)  10 kPa 

1500 kPa (PWP) 

0 kPa (FC) 

Penetration resistance (MPa) 

1A  46  32  14  8  1.31  0.43  0.29  0.48  1.03 

1B1  61  24  9  6  1.42  0.41  0.29  0.45  2.49 

1B2  67  18  9  6  1.53  0.38  0.28  0.42  2.9 

2B21  81  4  11  5  1.47  0.4  0.29  0.44  ‐ 

2B22  69  15  11  4  1.41  0.41  0.29  0.46  ‐ 

2B23  68  15  13  4  1.60  0.36  0.27  0.39  ‐ 

Estimated USDA PSA (%) 

Horizon Silt 

(2‐5 µm) Sand (50‐2000 µm) 

1A  47  7 

1B1  33  6 

1B2  24  9 

2B21  4  15 

2B22  19  12 

2B23  20  12 

1B1 

1B1  1B1  1B1  1B1 

1B2  1B1 1B1 

1A 

1B1 

1B2 

1A  1A  1A 1A 

2B22  2B22  2B22 2B22 

2B21 2B21 2B21 

2B21 

2B23 2B23 2B23 

Page 125: Ag Heartlands Tour Guide

123 

Day 5  

Goondiwindi to Toowoomba 

 

Presenters:   

Andrew Biggs 

QLD Department of Environment and Resource Management 

Email: [email protected] 

 

Des McGarry 

QLD Department of Environment and Resource Management 

Email: [email protected] 

 

Jenny Foley   

QLD Department of Environment and Resource Management 

Email: [email protected] 

 

 

 

 

 

The tour organisers and the Congress Committee would like to acknowledge the Traditional Owners 

and Custodians of this land (the Bigambul people) and pay respect to the Elders both past and 

present, for they hold the memories, the traditions, the culture and hopes of Aboriginal Australia. 

Page 126: Ag Heartlands Tour Guide

124 

   

  

 

 

 

 

 

Page 127: Ag Heartlands Tour Guide

125 

Itinerary 8:00 Depart Goondiwindi 8:20 Site 1 Wondalli Gilgaied Grey Vertosol 9:35 Site 2a Yelarbon Extremely alkaline soils with unique vegetation 10:00 Site 2b Yelarbon Cultural heritage site (eat smoko) 10:25 Depart Yelarbon site Have option of going back thru town if people need to use toilet Gore (Site 3) Brief toilet stop, gravelly soils 1:15 Site 4 Bulloak Sodosol 2:45 Site 5 Pampas Black Vertosol, lysimeters, geophysics 5:00 Site 6 Toowoomba Red Ferrosol pit (drinks & nibblies)

 

  

Regional geology From Goondiwindi to Toowoomba, we will be transiting two major geological provinces – the Great 

Artesian Basin (GAB) and the New England Fold Belt.  The GAB is an intra‐cratonic basin that extends 

from  far  north Queensland  to  South  Australia.    It  is  the  largest  artesian  basin  in  the world.    In 

southern inland Queensland, it is comprised primarily of Cretaceous argillaceous sediments overlying 

(and capping) quartzose sandstones.  Water quality in the capping sequences is generally poor, while 

that  in  the sandstones  is generally good.    In some areas, e.g  the Carnarvon Ranges,  the quartzose 

elements  outcrop  in  an  inclined manner,  leading  to  “GAB  recharge  zones”.    In  general  however, 

recharge rates are very slow (thousands of years).  In discharge zones e.g where the sandstones lap 

up onto hard rock outcrop or faults occur, GAB springs may be present. 

 

Overprinting  the Cretaceous  landscape are extensive areas of deep weathering  (mostly during  the 

Tertiary), and extensive  fluvial systems, some of which also date back  to  the Tertiary.   Weathering 

zones are often  lateritic and may be more than 30 m thick.   Residuals often possess  ferricrete and 

other  forms  of  induration/silicification,  particularly  in  the  west.    Tertiary  rounded  gravels  were 

Page 128: Ag Heartlands Tour Guide

126 

deposited  in some areas, and are present as both outcrop and subcrop.   The fluvial systems vary  in 

age,  but most  of  the  larger  rivers  have  occupied  their  valleys  since  pre‐Holocene,  and maximum 

alluvial  thickness  is  generally  100‐110 m.    In  the  Balonne  River  floodplain  to  the  west,  current 

exposures of Tertiary gravels are more than 100 m above the bottom of the alluvial fill.  The palaeo‐

valley is about 200 m below current land surface in one area, and there is some evidence to suggest 

the oldest  alluvia may be Miocene  (the oldest dated  alluvia  is  Early Pliocene).    Some  folding  and 

faulting has occurred in the region post Tertiary. 

 

 Figure 4 Basins within the eastern GAB

 

In the east, the GAB laps onto the hard rocks of the Texas Block (the Traprock and the Granite Belt) – 

part of the New England Fold Belt (Figure 2).  The Texas Block is comprised primarily of Carboniferous 

metasediments  (the Traprock), with  some  limestone, volcanics and  re‐worked Permian  sediments.  

The various granitoids of the Granite Belt are primarily Triassic to late Permian.  Both landscapes are 

steep, with shallow soils, and  incised drainage  lines, although  in parts of the Granite Belt there are 

areas of gently undulating, more weathered landscapes. 

 

The Kumbarilla Ridge represents the boundary between two sub‐basins within the GAB – the Surat to 

the west and the Clarence‐Moreton to the east.   The  latter wraps around, and  laps onto the Texas 

Block and Granite Belt  rocks on  the western and northern  sides  i.e  in both  the Border Rivers and 

Condamine catchments (Figure 3).  Jurassic sandstones are uppermost in the Clarence‐Moreton sub‐

basin, primarily coal measures and labile feldspathic sandstones. 

 

Page 129: Ag Heartlands Tour Guide

127 

  

Figure 5 Schematic cross-section of geological units  

Abutting the northern end of the Granite Belt and the Texas Block are the olivine basalts of the Main 

Range  Volcanics.    These  extend  northwards,  and  form  the  eastern  edge  of  the  Condamine 

catchment.  At this point, they also form the Great Escarpment.  The volcanics both intrude through, 

and  overly  the  Jurassic  sandstones  of  the  area.    In  areas  such  as  Toowoomba,  there  is  a  deeply 

weathered  surface  (The  Toowoomba  Plateau).    The  Condamine  valley  is  comprised  of  erosional 

landscapes  of  basalt  and  Jurassic  sandstones  in  the  uplands,  with  an  extensive  valley  floor  of 

colluvial/fluvial material. 

 

 Figure 6 Regional geology

 

Geomorphology Sites 1 and 2 

Goondiwindi  lies  on  the  Macintyre  River  floodplain.    This  is  comprised  of  Quaternary  alluvia, 

overlying  labile  Jurassic  to  Cretaceous  sediments,  which  slope  into  NSW.    Running  north‐south 

through the town is the Goondiwindi Fault.  The floodplain has been fed by Macintyre Brook and the 

Dumaresq River  in Queensland, and the Macintyre River from NSW.   These rivers all have different 

source materials, which  combined with  the  lengthy evolution of  the  floodplain, has  led  to a wide 

Page 130: Ag Heartlands Tour Guide

128 

variety of alluvial soils.  To the north and east, the lower uplands are comprised of fresh argillaceous 

sediments,  giving  rise  to  clay  soils  that  are  extensively  cropped.    The  higher  uplands  are more 

quartzose, and in parts lateritised.  Soils are sandier, and used for grazing and forestry. 

 

Driving from Goondiwindi to Site 1, we quickly leave the younger alluvia, and cross onto contrasting 

relict  flow  paths  of  the  Macintyre‐Dumaresq  system  (Figure  4).    The  better  soils,  which  are 

extensively  cultivated,  are  typically  Grey  Vertosols  with  varying  amounts  of  microrelief  (gilgai), 

originally  covered  in  brigalow/belah  (Acacia  harpophylla/Casuarina  cristata)  communities.   At  the 

other end of  the  spectrum  are  strongly  alkaline,  sodic,  texture  contrast  soils  (Sodosols),  generally 

vegetated with poplar box/pilliga box (Eucalyptus populnea/E. pilligaiensis) communities. 

 

 

  

Figure 7 Tour route from Goondiwindi to Inglewood  

Page 131: Ag Heartlands Tour Guide

129 

Site 10a Wondalli This  site  lies  on  the  older  alluvia  of  the Macintyre  River  Floodplain.    The  site  is  a  gilgaied  Grey 

Vertosol,  typical  of  landscapes  known  locally  as  “brigalow  claysheet”.    These  are  generally 

older/relict  alluvia,  and  the  soils  have  accumulated  salt  and  developed  gilgai.    It  is  common  for 

brigalow  (Acacia  harpophylla)  to  only  grow  on  the  mounds,  and  in  this  case,  belah  (Casuarina 

cristata) which  is more  tolerant of waterlogging, 

is  growing  in  the  depressions.    These  soils  are 

used  extensively  for  grain  cropping,  unless  the 

gilgai are too large.  Laser levelling of paddocks is 

common.   Mounds of gilgai are typically crusting, 

have  less  ground  cover,  are  slightly  lighter 

textured  and  more  sodic  than  the  depressions, 

which are often (but not always) heavier textured, 

darker,  more  fertile  and  exhibit  a  more 

cracking/self‐mulching  surface.    No  one  knows 

how the gilgai form. 

 

This  site  displays  many  of  the  typical  features, 

although  it  lacks  the gypsum  frequently  found  in 

similar  soils  to  the  west.    Gypseous  horizons 

invariably occur below the carbonate horizon, and 

mark  the EC and Cl bulge  i.e  they are present at 

the long‐term wetting front.  Manganese laminae 

are also a common  feature  in the mid  to  lower profile.   Large slickensides are common, as  is  large 

prismatic structure in the subsoil.  Deep coring of these soils indicates that below the wetting front, 

both  general morphology  and  chemistry  remain  constant  unless  there  is  a  substantial  change  in 

texture.  Zones of weak structure are not uncommon, although the reasons for this are not clear. 

 

While brigalow/belah  clays  are  extensively  cropped,  the presence of high Cl, high  EC  and  low pH 

leads to “subsoil constraints” to production of more sensitive crops such as chickpea.  These subsoil 

constraints have been studied extensively in recent years by agronomists (although pedologists have 

known about them for decades!). 

 

Deep drainage in Grey Vertosols has been studied in recent years using the chloride balance method.  

It has revealed that under native vegetation,  long‐term annual average deep drainage  is <1 mm/yr.  

When cleared it can increase to as much as 2 mm/yr and when cropped (long‐fallow wheat), it can be 

as much  as  15 mm/yr.   While  these  are  average  figures,  deep  drainage  is  in  fact  very  episodic.  

Neither of these things are surprising, given evaporation is >> rainfall, and rainfall is highly variable. 

 

Key features of the soil: 

High clay content 

High salinity, sodicity 

High fertility, moderately high PAWC     

A1

B21

B22

B23

B24

B25

Page 132: Ag Heartlands Tour Guide

130 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

0

30

60

90

120

1900 1910 1920 1930 1940 1950 1960 1970 1980 1990 2000

Year

An

nu

al d

rain

age

(mm

)

(b) sorghum

 Figure 10 Modelled annual deep drainage, Dalby

 

Figure 8 Chloride loss under a gilgaied Grey Vertosol

Figure 9 Modelled annual average deep drainage, Grey Vertosol at Goondiwindi

0.0

0.5

1.0

1.5

2.0

2.5

3.0

3.5

4.0

4.5

0 500 1000 1500 2000 2500 3000

Chloride (mg/kg)

Dep

th (

m) Trees mound mean

Trees dep mean

Crop mound mean

Crop dep mean0

10

20

30

40

50

60

Wood

land

Pastu

res

Buffel

Oppo

Sorghu

m

Whea

t

Irriga

ted

Dra

inag

e (m

m)

Page 133: Ag Heartlands Tour Guide

131 

Site 10b Wondalli depression General  description:  Gilgaied  uniform  cracking  grey  clay  with  pH  inversion  and  subsoil  salt 

accumulation, formed on relict alluvia 

Distribution: Typical of soils found extensively throughout floodplains of southern inland Queensland  

Parent material: Alluvium from Jurassic and Cretaceous sedimentary rocks

Location: -28.49016° 150.51339°

Landform: Alluvial plain Vegetation: Belah (Casuarina cristata) tall closed forest Microrelief: Normal gilgai Surface condition: Periodic cracking, weak surface crusting Permeability: Slowly permeable Drainage: Imperfect to poor ASC: Episodic, Epipedal, Grey Vertosol    PPF: Ug5.24

WRB: Calcic Stagnic Sodic Grumic Vertisol (Bathy, Manganiferric) 

Soil Taxonomy: Sodic Epiaquert (Very Fine, Smectitic, Thermic)  OR  Sodic Haplustert 

Profile description - depression

Horizon Depth Colour Texture Structure Segregations Boundary (m) (moist) Grade Size Type distinctness A1 0 - 0.03 grey (10YR5/1) light medium clay moderate <2 granular - clear

B21 0.03 - 0.2 grey (10YR5/1) heavy clay strong <2 lenticular <2%, <2mm calcareous concretions

gradual

B22 0.2 - 0.5 grey (10YR5/1) heavy clay strong 2-5 lenticular <2%, <2mm calcareous concretions; 2-10%, <2mm manganiferous laminae

gradual

B23 0.5 - 0.8 greyish brown (10YR5/2)

heavy clay moderate moderate

5-10 (parting to) 2-5

lenticular lenticular

<2%, <2mm calcareous concretions

gradual

B24 0.8 - 1.1 light brownish grey (10YR6/2)

heavy clay moderate strong

10-20 (parting to) 2-5

prismatic lenticular

10-20%, <2mm manganiferous laminae

gradual

B25 1.1 - 1.7 light brownish grey (2.5Y6/2)

heavy clay strong strong

5-10 (parting to) 2-5

prismatic lenticular

-

Laboratory analysis - depression

pH EC Cl NO3

(1:5 soil/water solution) Org.C (W/B)

TN C:N ratio

Extr. P (Colw.)

Extr P (H2SO4)

Exch. K(HCl)

Extr. S (ICP)

Extr. B (CaCl2)

DTPA extr. trace elements (mg/kg)

dS/m mg/kg mg/kg % % mg/kg mg/kg meq/100g mg/kg mg/kg Cu Zn Mn Fe

0 - 0.1 7.2 0.1 58 2 0.97 0.08 12.1 24 21 0.8 6 0.7 1.3 0.4 72.2 29.1

Depth pH EC Cl NO3

(1:5 soil/water solution) Org.C (W/B) TN

Exchangeable cations – alcoholic (pH8.5) (cmolc/kg)

Extractable cations - NH4Cl (pH7) (cmolc/kg)

(m) dS/m mg/kg mg/kg % % Ca Mg Na K CEC Ca Mg Na K

0 - 0.1 7.2 0.10 58 2 0.97 0.08 17.1 9.3 2.1 0.9 27 17.5 9.7 2.3 0.8

0.2 - 0.3 8.5 0.86 896 1 0.67 0.06 17.0 11.4 6.5 0.4 33 18.7 11.3 7.7 0.3

0.5 - 0.6 8.7 0.95 895 1 0.78 0.03 15.6 12.1 8.0 0.2 31 23.4 12.2 9.3 0.2

0.8 - 0.9 8.0 0.79 847 1 0.35 0.02 14.7 10.3 7.3 0.3 31 12.7 10.5 8.9 0.3

1.1 - 1.2 6.7 0.76 922 1 0.19 0.02 12.7 10.0 7.2 0.3 27 10.8 9.5 8.2 0.3

1.4 - 1.5 5.3 0.77 853 1 0.20 0.02 11.9 9.1 6.4 0.3 30 10.1 9.0 8.0 0.3

Depth Na corr Extr. S (ICP) Base Status ESP Particle size Total element XRF

Moistures ADMC 15B

(m) meq/100g mg/kg % CS FS SI CL P K S % % R1

0 - 0.1 2.10 6 41 8 3 19 19 63 0.027 0.474 0.02 3.3 19.9 0.70

0.2 - 0.3 5.00 112 51 20 3 21 17 63 0.020 0.406 0.04 3.4 20.7 0.84

0.5 - 0.6 6.46 157 49 26 4 18 19 61 0.018 0.426 0.04 4.0 20.4 0.92

0.8 - 0.9 6.13 127 48 24 3 23 17 63 0.018 0.568 0.02 3.2 20.8 0.96

1.1 - 1.2 5.40 110 43 27 4 23 17 61 0.017 0.668 0.03 3.1 20.2 0.95

1.4 - 1.5 5.13 129 48 21 2 22 17 61 0.016 0.821 0.03 3.4 20.4 0.93

 

PAWC ~ 150 mm 

Page 134: Ag Heartlands Tour Guide

132 

Site 10c Wondalli mound Landform: Alluvial plain Vegetation: Brigalow (Acacia harpophylla) tall closed forest Microrelief: Normal gilgai Surface condition: Periodic cracking, surface crusting Permeability: Slowly permeable Drainage: Imperfect to poor ASC: Episodic, Crusty, Grey Vertosol WRB: Calcic? Sodic Vertisol PPF: Ug5.24  

Profile description - mound Horizon Depth Colour Texture Structure Segregations Boundary

(m) (moist) Grade Size Type distinctness A1 0 - 0.03 dark grey

(10YR4/1) light clay (silty)

moderate 10-20mm platy - clear

B1 0.03 - 0.4 very dark greyish brown (10YR3/2)

medium heavy clay

moderate strong

10-20mm (parting to) 5-10mm

prismatic angular blocky

- gradual

B21 0.4 - 0.9 dark greyish brown (10YR4/2)

heavy clay moderate moderate

10-20mm (parting to) 2-5mm

prismatic lenticular

<2%, 2-6mm calcareous concretions

gradual

B22 0.9 - 1.2 light brownish grey (10YR6/2)

heavy clay moderate strong

10-20mm (parting to) 5-10mm

prismatic lenticular

10-20%, 2-6mm manganiferous laminae

gradual

B23 1.2 - 1.6 light brownish grey (2.5Y6/2)

medium heavy clay

strong strong

10-20mm (parting to) 5-10mm

prismatic lenticular

<2%, 2-6mm manganiferous laminae

 

Laboratory analysis - mound

pH EC Cl NO3

(1:5 soil/water solution) Org.C (W/B)

TN C:N Ratio

Extr. P(Colw.)

Extr. P(H2SO4)

Exch. K(HCl)

Extr. S (ICP)

Extr. B (CaCL2)

DTPA extr. trace elements (mg/kg)

dS/m mg/kg mg/kg % % mg/kg mg/kg meq/100g mg/kg mg/kg Cu Zn Mn Fe

0 - 0.1 6.5 0.1 86 2 1.33 0.11 12.1 19 17 0.6 11 0.7 1.1 0.4 115 45.7

 

Depth pH EC Cl NO3

(1:5 soil/water solution) Org.C (W/B) TN

Exchangeable cations - alcoholic (cmolc/kg)

Extractable cations - NH4Cl (cmolc/kg)

(m) dS/m mg/kg mg/kg % % Ca Mg Na K CEC Ca Mg Na K

0 - 0.1 6.5 0.10 86 2 1.33 0.11 14.5 6.9 1.7 0.7 28 13.0 7.0 1.6 0.7

0.2 - 0.3 6.6 0.66 764 1 0.87 0.07 15.2 9.5 4.8 0.3 30 13.6 9.1 6.0 0.3

0.5 - 0.6 8.5 0.92 926 1 0.60 0.04 16.3 11.1 6.8 0.2 29 9.4 8.9 8.1 0.3

0.8 - 0.9 8.1 0.85 929 1 0.28 0.02 14.0 10.6 7.8 0.2 28 13.1 11.1 9.2 0.3

1.1 - 1.2 7.1 0.77 937 1 0.21 0.02 11.1 9.2 7.8 0.2 28 12.9 11.1 9.0 0.3

1.4 - 1.5 5.5 0.77 870 1 0.24 0.01 10.8 8.0 6.7 0.2 26 10.7 10.1 8.9 0.3

 

Depth Na corr Extr. S (ICP)

Base Status ESP Particle size Total element XRF

Moistures ADMC 15B

(m) meq/100g mg/kg % CS FS SI CL P K S % % R1

0 - 0.1 1.37 11 53 6 5 29 20 51 0.034 0.461 0.02 2.8 19.9 0.61

0.2 - 0.3 3.64 113 49 16 3 22 19 59 0.027 0.395 0.04 2.8 20.7 0.77

0.5 - 0.6 5.29 132 44 24 3 22 17 63 0.026 0.428 0.04 2.9 20.4 0.79

0.8 - 0.9 6.29 110 43 28 3 19 16 63 0.017 0.537 0.02 3.2 20.8 0.96

1.1 - 1.2 6.08 97 46 28 5 21 18 59 0.017 0.619 0.03 3.1 20.2 0.96

1.4 - 1.5 5.99 112 45 26 5 24 16 56 0.018 0.705 0.03 3.4 20.4 0.98

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Page 135: Ag Heartlands Tour Guide

133 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Mineralogy   Depth 

(m) 

Amorph/ 

Unknown 

Qtz  Calcite  Plag.  Musc.  ML Illite/ 

smectite 

Kaol  Montm.  Kaol.  Smect. 

Depr.  0‐0.1  37.7  37.1    2.9      19.5  2.8  min.  maj. 

  0.2‐0.3                  min.  maj. 

  0.5‐0.6  33.4  34.9  1.1  6      21.7  2.9  min.  maj. 

  0.8‐0.9                  min.  maj. 

  1.1‐1.2  34.9  35.6    8.1      21.3    min.  maj. 

  1.4‐1.5  19  40.9    8.5  2.6  2.6  23.7  2.7  min.  maj. 

Mnd  0‐0.1  27.4  41.2    7.5  0  0  21.1  2.8  min.  maj. 

  0.2‐0.3  40.8  39.2  1.1  2.1      14.1  2.7  min.  maj. 

  0.8‐0.9                  min.  maj. 

  1.1‐1.2                  min.  maj. 

  1.1‐1.2  38.1  39.8    4.9      15.4  1.8  min.  maj. 

  1.4‐1.5  37  40.9    5.4      14.7  2  min.  maj. 

 

 

0

0.2

0.4

0.6

0.8

1

1.2

1.4

1.6

0 500 1000

Cl (%)

Dep

th (

m)

Depression

Mound

0

0.2

0.4

0.6

0.8

1

1.2

1.4

1.6

0 0.5 1

EC 1:5 (dS/m)

Dep

th (

m)

Depression

Mound

0

0.2

0.4

0.6

0.8

1

1.2

1.4

1.6

5 6 7 8 9

pH

Dep

th (

m)

Depression

Mound

Depression

0% 20% 40% 60% 80% 100%

0

0.25

0.55

0.85

1.15

1.45

Dep

th (

m)

CS FS SI CL Mound

0% 20% 40% 60% 80% 100%

0

0.25

0.55

0.85

1.15

1.45

Dep

th (

m)

CS FS SI CL

Page 136: Ag Heartlands Tour Guide

134 

Site 11a Yelarbon Lying at the junction of Macintyre Brook and the Dumaresq River, just north of the Queensland‐New 

South Wales border (Figure 11), the area around Yelarbon consists of landscapes unique in southern 

Queensland.   Because of  its barren appearance,  the area  is commonly  referred  to as  the Yelarbon 

‘desert’.   The  slightly  to  severely degraded  landscapes have also been  referred  to as  the Yelarbon 

‘salinity scald’  (Knight et al. 1989).   Until recently, detailed  laboratory analysis existed  for only one 

soil profile in the ~70 km2 area. 

 

Yelarbon soil

Figure 11 Yelarbon area The Yelarbon area. Results for Sites A, B & C are illustrated in Figures 3 & 4. Site D was described by Thwaites & Macnish (1991)

The Yelarbon  ‘desert’  is mapped as  spinifex grassland with  scattered  low  trees and  shrubs  (DERM 

2009).  It is home to some locally unique species, in particular the spinifex (Triodia scariosa) and tea 

tree (Melaleuca densispicata).  It is the most easterly occurrence of spinifex in southern Queensland, 

while  the  Melaleuca  is  limited  to  small  isolated  communities  scattered  across  southern  inland 

Queensland.    Bull  oak  (Allocasuarina  luehmannii),  also  present  on  the  scalded  areas,  has  a more 

widespread distribution.   The vegetation of  the area  is highly disturbed and degraded, with weeds 

such  as mother of millions  (Bryophyllum  spp.) 

common.    Fensham  et  al.  (2007)  recently 

surveyed  the  floristics of  the scalded and non‐

scalded areas, and investigated relationships to 

factors such as drainage lines and soil pH.  They 

refined  the mapping  of  the  ‘desert’  area  and 

found  gradients  in  floristic  patterns  were 

related  primarily  to  drainage  lines,  and 

secondarily to soil pH.  In areas marginal to the 

‘desert’,  emergent  species  such  as  Pilliga  box 

(Eucalyptus pilligaensis), poplar box (Eucalyptus 

populnea)  and  belah  (Casurina  cristata)  are 

common, while spinifex is absent.   Figure 12 Degraded land at Yelarbon

A1

A21

A22e

B2k

Page 137: Ag Heartlands Tour Guide

135 

Site 11b - Yelarbon General description: Groundwater influenced extremely sodic, alkaline texture contrast soils 

Distribution: Unique to the Yelarbon area 

Parent  material:  Altered  alluvia  from  Jurassic  sediments  and  Devonian/Carboniferous 

metasediments 

Landform: Alluvial plain Location: -28.58481° 150.74743°° Vegetation: Melaleuca densispicata dwarf woodland, Triodia spp. Microrelief: Sheet erosion Surface condition: Hardsetting to crusting Permeability: Slowly permeable Drainage: Poor ASC: Calcic, Hypernatric, Brown Sodosol  PPF: Db3.43

WRB: Stagnic Solonetz (Glossalbic, Abruptic, Ruptic?, Magnesic, Epiarenic) 

Soil Taxonomy: Glossic Natraqualf (Fine Loamy, Mixed, Active, Thermic) 

 

Profile Description Horizon Depth Colour Texture Structure Segregations Boundary

(m) (moist) Grade Size (mm) Type distinctness

A1 0 - 0.04 brown (7,5YR4/4)

sandy loam

weak 10-20 platy - sharp

A2e 0.04 - 0.08

light yellowish brown (10YR6/4) 2.5Y 7/2 dry

sandy loam

weak 10-20 platy - sharp wavy

B21 0.08 - 0.2 strong brown (7.5YR4/5)

medium clay

strong moderate

20-50 (parting to) 5-10

columnar angular blocky

- clear

B22k 0.2 - 0.3 light yellowish brown (10YR6/4)

sandy light clay

moderate strong

20-50 (parting to) 5-10

prismatic angular blocky

10-20%, 2-6mm calcareous soft segregations

gradual

B23k 0.3 - 0.6 yellowish brown (10YR5/5)

sandy light clay

moderate strong

20-50 (parting to) 5-10

prismatic angular blocky

20-50%, 2-6mm calcareous soft segregations

gradual

B24k 0.6 - 1.3 light yellowish brown (10YR6/4)

sandy light clay

moderate strong

20-50 (parting to) 5-10

prismatic angular blocky

20-50%, 2-6mm calcareous soft segregations

gradual

B25 1.3 - 1.6 yellowish brown (10YR5/4)

sandy light clay

moderate strong

20-50 (parting to) 5-10

prismatic angular blocky

<2%, 2-6mm manganiferous laminae

 

Laboratory Analysis pH EC Cl NO3

(1:5 soil/water solution)

ANC bt

Org.C (W/B)

TC (Dum.)

TN (Dum.)

C:N ratio

Exch. K (HCl)

DTPA extr. trace elements (mg/kg)

dS/m mg/kg mg/kg % CaCO3 % % % meq/100g Cu Zn Mn Fe

0-0.04 9 0.32 101 1 <0.5 1.08 0.74  0.05  21 0.3 0.2 2.7 15.8 12.8

0.04-.0 8 9.1 0.05 21 <1 <0.5 0.25 0.22  <0.03  17 0.1 <0.1 0.4 5.2 3.1

 

 

Depth pH EC Cl NO3

(1:5 soil/water solution) Org C (W/B)

TC (Dum)

TN (Dum)

C:N Ratio

Base Status

Exchangeable cations -‘alcoholic’ (m.eq/100g) ESP

Extr. B (CaCl2) Particle size ADMC

(cm) dS/m mg/kg mg/kg % % % (calc) Ca Mg Na K CEC % mg/kg CS FS SI CL % R1

0-0.04 9.0 0.32 101 1 1.08 0.74 0.05 21 113 3.1 1.0 3.6 0.2 9 40 0.1 34 53 7 8 <1.5 0.81

0.04-0.08 9.1 0.05 21 <1 0.25 0.22 <0.03 17 67 2.1 0.8 1.9 0.1 4 47 0.2 37 56 5 6 <1.5 0.80

0.08-0.20 10.4 0.76 24 1 0.49 0.4 0.07 7 100 1.8 0.5 29.6 0.1 35 84 1.3 11 33 25 35 <1.5 0.76

0.20-0.30 10.5 0.84 34 2 0.20 0.18 <0.03 13 110 1.5 0.5 29.0 0.3 33 87 1.2 7 40 28 30 <1.5 0.97

0.30-0.40 10.5 0.53 44 2 - - - - 129 1.1 0.4 24.9 0.3 27 91 0.7 11 45 28 21 <1.5 0.89

0.40-0.50 10.5 0.58 57 1 - - - - 145 1.7 0.4 25.3 0.3 29 86 0.7 13 31 35 20 1.6 0.83

0.50-0.60 10.5 0.55 71 2 0.15 0.1 <0.03 10 153 1.4 0.3 26.7 0.3 30 90 0.6 18 37 32 19 2.2 0.75

0.60-0.70 10.5 0.52 87 2 - - - - 171 1.2 <0.3 24.8 0.2 29 85 0.5 21 26 36 17 <1.5 0.64

0.70-0.80 10.4 0.55 108 2 - - - - 153 1.2 0.3 27.4 0.3 29 94 0.5 15 36 35 19 <1.5 0.65

0.80-0.90 10.4 0.61 123 2 0.18 0.17 <0.03 12 150 1.3 0.3 26.7 0.3 30 88 0.6 13 37 34 20 1.6 0.67

0.90-1.0 10.5 0.59 120 2 - - - - 85 1.0 <0.3 11.1 0.5 17 65 0.6 13 31 37 20 <1.5 0.76

Page 138: Ag Heartlands Tour Guide

136 

1.00-1.10 10.5 0.64 124 2 - - - - 85 1.7 <0.3 11.1 0.2 17 65 0.7 16 36 32 20 <1.5 0.79

1.10-1.20 10.5 0.62 124 2 0.13 0.14 <0.03 9 64 1.1 <0.3 11.1 0.2 14 79 0.7 14 39 29 22 <1.5 0.85

1.20-1.30 10.5 0.58 110 1 - - - - 100 1.2 <0.3 20.2 0.3 22 91 0.7 16 39 27 22 <1.5 0.83

1.30-1.40 10.5 0.55 100 1 - - - - 95 1.2 <0.3 18.8 0.2 21 89 0.9 19 32 29 22 <1.5 0.91

1.40-1.50 10.4 0.6 94 1 0.20 0.14 <0.03 13 88 1.2 <0.3 19.3 0.3 21 91 1.1 23 34 22 24 <1.5 0.96

1.50-1.60 10.4 0.79 83 1 - - - - 67 1.3 <0.3 19.2 0.3 23 83 0.1 30 34 17 21 <1.5 1.00

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Mineralogy Depth 

(m) 

Amorph./ 

Unknown 

Qtz  Calcite  Analcite  Plag.  Musc.  ML Illite/ 

smectite 

Kaol.  Montm.  Kaol.  Illite/ 

Mica 

Smect. 

0‐0.04  6  75.9      8.8  0.6  5.8  2.9    min.  min.   

0.08‐0.2  14  50.5    9.4  10.9  4.5  5.1  5.7    min.  min.  min. 

0.2‐0.3  34.5  43.2    5.3  10.1    4.6  2.2    min.  maj.  maj. 

0.4‐0.5  24.5  50.4      9.5  3.8  4.6  7.3    min.  min.  maj. 

0.8‐0.9  21.8  49.2      10.9  2.6  7.1  8.4    min.  min.  maj. 

1.1‐1.2  15.5  52      13.6  2.5  9.3  7    min.  maj.  min. 

1.4‐1.5  7.6  61.6    1.4  12.9  1.3  8.2  6.9    min.  maj.  min. 

 

 

 

 

 

 

 

0% 20% 40% 60% 80% 100%

0

0.14

0.35

0.55

0.75

0.95

1.15

1.35

1.55

Dep

th (

m)

CS FS SI CL

0

0.2

0.4

0.6

0.8

1

1.2

1.4

1.6

1.8

8 9 10 11

pH

Dep

th (

m)

0

0.2

0.4

0.6

0.8

1

1.2

1.4

1.6

1.8

0 0.25 0.5 0.75 1

EC 1:5 (dS/m)

Dep

th (

m)

0

0.2

0.4

0.6

0.8

1

1.2

1.4

1.6

1.8

0 50 100 150

Cl (mg/kg)

Dep

th (

m)

0

0.2

0.4

0.6

0.8

1

1.2

1.4

1.6

1.8

0 10 20 30 40

Clay (%)

Dep

th (

m)

Page 139: Ag Heartlands Tour Guide

137 

 

 

 

 

 

 

 

0

0.2

0.4

0.6

0.8

1

1.2

1.4

1.6

5 6 7 8 9 10 11

pH (1:5 soil-water) D

epth

(m

)

Outside FringeDegraded

0

0.2

0.4

0.6

0.8

1

1.2

1.4

1.6

0 0.2 0.4 0.6 0.8 1 1.2

EC 1:5 (dS/m)

Outside FringeDegraded

0

0.2

0.4

0.6

0.8

1

1.2

1.4

1.6

0 300 600 900 1200

Cl (mg/kg)

Outside FringeDegraded

0

0.2

0.4

0.6

0.8

1

1.2

1.4

1.6

0 20 40 60 80 100

ESP (%)

Outside FringeDegraded

Page 140: Ag Heartlands Tour Guide

138 

  

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

  

 1948  

 

0

0.5

1

1.5

2

2.5

3

3.5

4

4.5

4 5 6 7 8 9 10 11

pH (1:5soil:water)

Dep

th (

m)

Outside Desert

0

0.5

1

1.5

2

2.5

3

3.5

4

4.5

0 0.5 1 1.5 2 2.5

EC 1:5 (dS/m)

Dep

th (

m)

Outside Desert

Outside 6.64*Cl Desert 6.64*Cl

0

0.5

1

1.5

2

2.5

3

3.5

4

4.5

0 1000 2000 3000 4000

Chloride (mg/kg)

Dep

th (

m)

Outside Desert

Page 141: Ag Heartlands Tour Guide

139 

 Sheet and gull erosion at Yelarbon 

 

 Water ponding at Yelarbon 

 

Coolmunda Dam & Macintyre Brook 

Coolmunda Dam was  built  in  1963  to  service  the  tobacco  industry  established  on  the Macintyre 

Brook alluvia.  It has a capacity of 69 000ML.  Ironically, the tobacco industry collapsed at about the 

same  time  the dam was commissioned.   Since  then,  the main  industry has been  the production of 

forage crops (e.g lucerne hay), with minor grain production and horticulture.  Forage crops are grown 

rather  than  cotton  or  grain  because  of  the  poor  quality  alluvial  soils.    Hardsetting  and  crusting 

behaviour is a common problem. 

 

The dam is fed by primarily by Macintyre Brook, but also by creeks such as Bracker Creek.   Some of 

these  carry  elevated  salinity  levels,  due  to  dryland  salinity  in  the  Traprock.   High  chloride  in  the 

irrigation water was one of the contributing reasons to the collapse of the local tobacco industry. 

Page 142: Ag Heartlands Tour Guide

140 

Site 12a Gore (Traprock) The  Texas  Block  extends  from  Inglewood  to  the  east,  and  continues  into NSW.   Within Qld,  it  is 

comprised of two main elements – the Texas Beds (a complex of sediments and metasediments) and 

east of these, the higher altitude igneous rocks of the 

Granite Belt.  The Texas Beds are Permian in age, and 

highly  folded,  faulted and modified.   Within  the unit 

lie  small  elements  of  limestone,  and  re‐worked 

Permian  sediments.    The  terrain  varies  from 

undulating  plains  and  rises  on  the  western  fringe 

(where they are overlapped by the sedimentary rocks 

of  the GAB)  to  steep  hills  and  ranges  in  the  central 

and eastern parts.   A number of metalliferous (silver, 

gold,  arsenic) mines  are  found  in  the  vicinity  of  the 

Permian  sediments  within  the  broader  unit.    The 

Traprock  (as  the  Texas  Beds  are  locally  known) 

contains  gravelly,  low  fertility  soils,  but  is  a  highly 

valued wool production area.    It produces the finest, 

most valuable wool  in Queensland.   The Granite Belt 

is  a  mix  of  horticultural  production  (vineyards), 

grazing  land  and  national  park.    Terrain  varies  from 

undulating plains  to  steep mountains with bare  rock 

outcrop. 

Karangi soil 

 

Soils  in  the Traprock vary substantially, but are generally always very gravelly, and of moderate  to 

low fertility.   They range from uniform texture profiles to texture contrast.   The Permian sediments 

tend  to  produce  a more  clayey  soil  on  a  subdued  landform,  while  the  limestones  produce  Red 

Chromosols  (Terra  Rossa).    Sheet  and  gully  erosion  are  a  common  feature  in  overgrazed  areas.  

Thinning  and  clearing  first  commenced  in  the  late  1800s,  and  regrowth management  remains  a 

significant issue.  Dryland salinity is a feature of some local catchments. 

Gammie (Tenosol) Glentanna (Dermosol)

A1

A2e

B21

BC

Page 143: Ag Heartlands Tour Guide

141 

Site 12b Traprock (Gore) General description: Gravelly to stoney sodic soils formed on various metamorphics 

Distribution: Restricted to the Traprock 

Parent material: Permian metasediments Location: 28.09647° S 151.67168° E Landform: Rises to hills Vegetation: Fuzzy Box (Eucalyptus conica) woodland Microrelief: None Surface condition: Soft to hardsetting Permeability: Slowly permeable Drainage: Imperfect PPF: Dy3.42ASC: Mesotrophic, Subnatric, Brown Sodosol WRB: Haplic Solonetz (Abruptic, Magnesic,

Epiclayic) Profile description Horizon Depth Colour Mottles Texture Structure Coarse Boundary

(m) Grade Type Size fragments distinctnes

s A1 0-0.2 brown

(10YR4/3) - clay loam - - - very abundant >90%

gravel large pebbles 20-60mm

gradual

A2e 0.2-0.35 yellowish brown (10YR5/4 moist) (10YR7/2 dry)

- sandy clay loam

- - - very abundant >90% gravel large pebbles 20-60mm

clear

B21 0.35-0.55

yellowish brown (10YR5/8)

few 2-10% fine <5mm faint yellow mottles

medium heavy clay

moderate

angular blocky

10-20mm

common 10-20% angular gravel medium pebbles 6-20mm

gradual

B22 0.55-0.7 brownish yellow (10YR6/6)

few 2-10% fine <5mm faint red mottles

medium clay

massive

- - common 10-20% angular large pebbles 20-60mm

gradual

C 0.7 + weathered rock

 

Laboratory analysis 

pH EC Cl

(1:5 soil/water solution) Org.C (W/B)

TN

C:N Ratio

Acid-extract P Extr. K

dS/m mg/kg % % mg/kg meq/100g

0 - 0.10 6.0 0.01 10 2.1 0.11 19.1 <5 0.35

 

Depth pH EC Cl (1:5 soil/water solution)

Exchangeable cations - aqueous (meq/100g)

Particle size Base

Status Total element XRF

Moistures ADMC 15B

(m) dS/m mg/kg Ca Mg Na K ECEC CS FS SI CL P K S % % R1

0 - 0.10 6.0 0.01 10 2.2 1.4 0.1 0.3 4 27 42 15 14 29 0.040 1.20 0.015 0.8 4.7 0.77

0.20 - 0.30 6.0 0.03 10 0.7 2.9 0.3 0.2 4 21 34 2 41 10 0.019 1.19 0.009 0.9 6.4 0.87

0.30 - 0.40 6.0 0.08 59 0.9 7.4 1.0 0.2 10 - - - - - - - - - - -

0.50 - 0.60 6.3 0.54 725 0.4 11.2 4.5 0.1 16 10 29 18 40 41 0.011 1.84 0.012 2.0 13.0 0.96

0.80 - 0.90 7.4 0.60 772 0.2 8.4 6.3 0.1 15 28 32 2 38 39 0.012 2.43 0.008 1.4 8.0 0.77

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

0

0.1

0.2

0.3

0.4

0.5

0.6

0.7

0.8

0.9

0 10 20

ECEC (meq/100g)

Dep

th (

cm)

0

0.1

0.2

0.3

0.4

0.5

0.6

0.7

0.8

0.9

0 500 1000

Cl (mg/kg)

Dep

th (

m)

0

0.1

0.2

0.3

0.4

0.5

0.6

0.7

0.8

0.9

5 6 7 8

pH

Dep

th (

m)

0

0.1

0.2

0.3

0.4

0.5

0.6

0.7

0.8

0.9

0 0.5 1

EC (dS/m)

Dep

th (

m)

Page 144: Ag Heartlands Tour Guide

142 

 

 

 

 

 

Key features of the soil: 

Texture contrast 

High gravel/stone content 

Bleached A2 

Low fertility, PAWC 

Salt bulge at depth  

 

 

0% 20% 40% 60% 80% 100%

0

0.25

0.55

0.85

1.15

Dep

th (

m)

CS FS SI CL

Page 145: Ag Heartlands Tour Guide

143 

 

Site 13a Karara The  sandstones  of  the  Kumbarilla  Beds  and Marburg  Subgroup  are  common  in  the  Condamine 

catchment.    Both  units  vary  in  lithology 

from  labile  quartzose  and  feldspathic 

sandstones  to  argillaceous materials.    The 

Marburg  Subgroup will  be  encountered  in 

the  Lockyer  Valley  on  Saturday.    Soils 

formed  on  both  geologies  are  typically 

texture  contrast  and  sodic  (Sodosols  and 

Kurosols).    Pale  sands  (Tenosols)  are 

common  as  local  fluvial  deposits.    The 

vegetation at this site (ironbark & bulloak – 

Eucalyptus  crebra  &  Allocasuarina 

leuhmanii)  are  very  indicative  of  sodic 

texture contrast soils on the Darling Downs.  

The  bulloak  is  also  home  to  a  rare  and  threatened  species  –  the  bulloak  Jewel  Butterfly 

(Hypochrysops piceatus).  

 

These  landscapes  are  of  very  low  value  for  agricultural  production  due  to  a  range  of  limitations, 

including:  low  fertility,  low PAWC, high  sodicity, high bulk density, erodibility  and hardsetting  soil 

surface.   Management  of  regrowth  and  thickening  are  significant  problems.   When  cleared  and 

managed  appropriately,  they  can  support  improved  pastures,  but  productivity  remains  low 

compared  to other grazing areas  in  the  region.    Ironbark and cypress pine are often harvested  for 

fence posts and mill timber. 

 

C

A1

A2e

B21

B22

Key features of the soil: 

Texture contrast, high sand content 

Bleached A2 horizon 

Moderate to high salinity, sodicity in the subsoil 

Low fertility, low PAWC  

 

 

 

Page 146: Ag Heartlands Tour Guide

144 

Site 13b Karara General description: Texture contrast soil formed on sandstone 

Distribution: Mostly on the Kumbarilla Ridge  

Parent material: Jurassic sedimentary rocks Location: 28.07836° S 150.56708° E Landform: Undulating plains to rises Vegetation: Bull oak (Allocasuarina luehmannii) forest Microrelief: None Surface condition: Soft to firm Permeability: Slowly permeable Drainage: Poor PPF: Dy2.43 ASC: Eutrophic, Mesonatric, Grey Sodosol WRB: Haplic Solonetz (Albic, Abruptic, Epiarenic,

Endoclayic)  

Profile description Horizon Depth Colour Mottles Texture Structure Boundary

(m) (moist) Grade Type Size distinctnessA1 0 - 0.15 brown (10YR4/3)

light brownish grey (10YR6/2)

- loamy sand very weak - massive clear

A2e 0.15 - 0.3 pinkish white (7.5YR8/2) strong brown (7.5YR4/6)

- loamy sand weak - massive abrupt

B21 0.3 - 0.8 greyish brown (10YR5/2)

few 2-10% fine <5mm distinct orange mottles

sandy medium clay strong moderate

100-200mm (parting to) 10-20mm

columnar angular blocky

gradual

BC 0.8 - 1.3 yellowish brown (10YR5/6)

few 2-10% fine <5mm distinct orange mottles common 10-20% fine <5mm distinct grey mottles

coarse sandy light clay

- - massive

 

Laboratory analysis

pH EC Cl NO3

(1:5 soil/water solution) pH

(CaCl2)Org.C(W/B)

TN

C:N Ratio

Bicarb P Acid-

extract PExch. K

(HCl) Extr. S (ICP)

DTPA extr. trace elements (mg/kg)

(dS/m) (mg/kg) (mg/kg) % % (mg/kg) (mg/kg) (meq/100g) (mg/kg) Cu Zn Mn Fe

0-0.1 6.5 0.034 43 1 5.3 0.79 0.05 16 14 13 0.18 3 0.09 0.42 15 36

 

Depth pH EC Cl NO3

(1:5 soil/water solution) pH

(CaCl2) Base status

Exchangeable cations - alcoholic (meq/100g)

Particle size Total element XRFMoistures

ADMC 15B

(cm) dS/m mg/kg mg/kg Ca Mg Na K CEC CS FS SI CL P K S % % R1

0-0.1 6.1 0.07 56 4 5.3 71 3.6 1.1 - 0.3 5 57 31 6 7 0.024 0.200 0.023 0.6 3.4 0.63

0.2-0.3 6.5 0.01 21 1 5.0 16 0.1 0.2 - 0.1 2 55 36 6 3 0.005 0.148 0.006 0.1 0.6 0.97

0.5-0.6 8.5 0.16 146 1 6.8 33 3.1 6.1 2.6 0.3 14 34 24 4 37 0.009 0.304 0.007 1.7 13.1 0.98

0.8-0.9 9.1 0.27 280 1 7.6 41 2.6 6.1 3.1 0.3 13 52 16 - 30 0.010 0.290 0.014 1.3 11.1 1.00

1.1-1.2 9.1 0.39 487 1 7.9 69 5.3 4.0 1.9 0.2 12 47 28 7 17 0.006 0.340 0.008 0.8 - -

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

0

0.2

0.4

0.6

0.8

1

1.2

1.4

0 200 400 600

Cl (mg/kg)

Dep

th (

m)

0

0.2

0.4

0.6

0.8

1

1.2

1.4

0 0.2 0.4 0.6

EC (dS/m)

Dep

th (

m)

0

0.2

0.4

0.6

0.8

1

1.2

1.4

5 7 9

pH

Dep

th (

m)

Page 147: Ag Heartlands Tour Guide

145 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

The Condamine Valley The Condamine Valley is one of the headwater catchments of the Murray‐Darling Basin.  Its eastern 

edge is comprised of the Tertiary basalts and trachytes of the Main Range Volcanics.  This also forms 

the Great Escarpment and the Great Dividing Range.   The basalt overlies the Jurassic sandstones of 

the Clarence‐Moreton Basin.   Small areas of the Granite Belt, Traprock and miscellaneous volcanics 

occur in the southern end of the catchment. 

 

The Condamine is comprised of five main landscapes 

The steep ranges 

The basaltic uplands 

The sandstone landscapes 

The granitic and metamorphic hills 

The floodplain  

Of  these,  the  floodplain  is  the most  important  from  an  agricultural  perspective,  followed  by  the 

basaltic  uplands.    The  Condamine  Floodplain  is  one  of  the  most  productive  cropping  areas  in 

Australia (and the world!).  Irrigated and dryland cropping occurs on more than 80% of the floodplain 

proper, where the soil type is almost exclusively heavy textured (clay >50%) Vertosols.  Both surface 

water and groundwater are used for irrigation.  There are many natural resource management issues 

associated with the agricultural development in particular surface and groundwater quality (pesticide 

contamination), water quantity  (over‐extraction),  flow coordination  (erosion), biodiversity  loss and 

land use conflict (with mining/gas and urban development).  An obvious feature when driving across 

the floodplain  is strip‐cropping, which was first trialled  in the area  in the  late 1960s by Hector Tod.  

You will also notice  that roads are not built up.   This  is an  important design  feature  to allow  flood 

events to spread rather than concentrate. 

0% 20% 40% 60% 80% 100%

0

0.25

0.55

0.85

1.15

Dep

th (

m)

CS FS SI CL

0

0.2

0.4

0.6

0.8

1

1.2

1.4

0 1 2 3 4

Ca/MgD

epth

(m

)

0

0.2

0.4

0.6

0.8

1

1.2

1.4

0 10 20 30

ESP (%)

Dep

th (

m)

Page 148: Ag Heartlands Tour Guide

146 

 

Site 14a Pampas Stuart Leadbetters has been the site of considerable research for more than a decade, starting with 

compaction and permanent bed farming trials in the 1990s.  

Currently it is one of a number of irrigation farms in 

Queensland involved in studies of deep drainage.  Associated 

with this are investigations into groundwater recharge of the 

Condamine alluvia. 

 

The farm lies between the main branch and the “north 

branch” of the Condamine River.  It is on the lower level of 

the floodplain, subject to over‐bank flooding.  To the east, the 

next terrace up is only subject to overland flow flooding 

(water exiting the uplands to the east).  The main Condamine 

alluvia and the outwash fans are nearly exclusively Vertosols – 

varying in colour, but generally black or grey – the latter 

colour generally indicates less basaltic influence. They are 

nearly all high in fertility, but subsoil salinity varies from low 

levels in the basaltic Vertosols, to high levels in the sandstone 

dominant alluvia.  Subsoil colours are invariably browner, 

redder or yellower than the upper profile.  Subtle differences in aggregate size are recognised by 

farmers, as they influence the capacity to grow certain crops e.g millet. 

 

Anchorfield soil 

 

 Figure 13 Central Condamine valley land resources

 

A1

B24

B21

B22

B23

Page 149: Ag Heartlands Tour Guide

147 

 

Site 14b Pampas General description: Deep cracking dark clays on alluvial plains 

Distribution: Condamine alluvia 

Parent material: Mixed (basalt dominant) Location: Landform: Level plains Vegetation: Bluegrass grasslands Microrelief: None Surface condition: Self-mulching, cracking Permeability: Slowly permeable Drainage: Slowly drained PPF: Ug5.17ASC: Endohypersodic, Self‐mulching Black Vertosol 

WRB: Calcic Mollic Sodic Grumic Vertisol (Humic?, Pallic) 

Soil Taxonomy: Sodic Haplustert (Very Fine, Smectitic, Thermic) 

 

Profile description Horizon Depth Colour Texture Structure Segregations Boundary

(m) (moist) Grade Size (mm) Type distinctness A1 0 - 0.05 black (10YR2/1) heavy clay moderate 2-5 granular few, medium 6-20mm

angular chert pebbles clear

B21 0.05 - 0.30 black (10YR2/1) heavy clay moderate 10-20 sub-angular blocky

gradual

B22k 0.3 - 0.8 brownish black (10YR3/1)

heavy clay strong 10-20 lenticular few, medium 2-6mm calcareous concretions

diffuse

B23k 0.80 - 1.10 brownish black (10YR3/1)

heavy clay moderate 10-20 lenticular few, coarse 6-20mm soft calcareous segregations few, medium 2-6mm calcareous concretions

Laboratory analysis pH EC Cl

(1:5 soil/water solution) Org.C (W/B)

TN C:Nratio

Acid-extract P

Bicarb-P Exch. K (HCl)

Extr. S (SO4)

DTPA extr. trace elements (mg/kg)

(dS/m) (mg/kg) % % (mg/kg) (mg/kg) (mg/kg) (mg/kg) Cu Zn Mn Fe

0-10 8.3 0.17 70 2.5 0.16 16 591 137 2.12 19 1.2 0.2 4.0 16.0

Depth pH EC Cl (1:5 soil/water

solution)

Exchangeable cations - aqueous

(cmolc/kg) ESP Ca:Mg

Base Status

Particle size Total element XRF Moist 15B

(cm) dS/m mg/kg Ca Mg Na K ECEC % CS FS SI CL P K S % R1

0 - 0.1 8.3 0.17 70 27.5 21.2 2.5 2.12 62.5 4 1.30 89 8 11 16 60 0.140 1.100 0.038 29 0.63

0.1 - 0.2 8.7 0.17 40 29.7 24.4 3.2 1.91 66.8 5 1.22 94 7 12 16 63 0.130 1.030 0.022 27 0.64

0.2 - 0.3 9.0 0.23 70 32.2 29 4.3 1.03 68.8 6 1.11 111 6 10 24 60 0.120 0.950 0.016 29 0.59

0.5 - 0.6 9.2 0.41 190 22.7 36.7 9.4 1.03 70.2 13 0.62 103 5 9 16 68 0.120 0.983 0.015 31 0.79

0.8 - 0.9 9.2 0.68 460 17.1 38.4 12.8 1.07 65.1 20 0.45 101 5 9 15 69 0.130 1.020 0.019 33 0.93

1.1 - 1.2 9.3 0.71 510 13.9 36.2 13.8 1.07 66.1 21 0.38 97 4 9 17 67 0.134 1.070 0.017 32 0.98

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

0% 20% 40% 60% 80% 100%

0

0.05

0.25

0.55

0.85

1.15

De

pth

(m

)

CS FS SI CL

0

0.2

0.4

0.6

0.8

1

1.2

1.4

8 8.5 9 9.5

pH

Dep

th (

m)

0

0.2

0.4

0.6

0.8

1

1.2

1.4

0 0.5 1

EC (dS/m)

0

0.2

0.4

0.6

0.8

1

1.2

1.4

0 200 400 600

Cl (mg/kg)

Page 150: Ag Heartlands Tour Guide

148 

Burton soil formed on tephra in the Basaltic uplands 

 

PAWC >200 mm 

Site 15 Toowoomba Toowoomba sits on a plateau of deeply weathered Tertiary olivine basalts, part of the Main Range 

Volcanics –  the sequence  that makes up  this part of  the Great Dividing Range.   The basalt evolved 

about 19‐23 mya, and underwent varying amounts of weathering during  its evolution.   The original 

hypothesis proposed flood flow events, and there is certainly some evidence of these in the form of 

valley infills perpendicular to the range.  These are now present as flat‐topped ridges – the result of 

topographic inversion.  The basaltic uplands (which cover about 200 km on the western flank of the 

GDR)  are  clearly  comprised  of many  vents,  and  there  is  a  great  variation  in  flow  thickness  and 

weathering.    Pyroclastic materials  are  found  on  both  the  eastern  and western  side  of  the  range.  

Some basalt outliers are present  to  the east e.g Tabletop mountain, but most agree  that  the main 

basalt thickness only extended a few kilometres east of Toowoomba.   To both the north and south 

the lithology varies slightly, and leucocratic trachyte is present. 

 

The nature of the Toowoomba plateau (and the Highfields/Cabarlah surface to the north) have long 

been the subject of debate,  in particular whether they are  lateritic, and  if so, when the  laterisation 

occurred.    Throughout  Queensland  (and  Australia),  the  Tertiary  was  a  major  period  of  deep 

weathering, and many  lateritic Tertiary  residuals  remain  in western arid  landscapes.   Early authors 

suggested  the Toowoomba plateau was  laterite, but  little evidence of a  true  lateritic profile  (with 

mottled  and pallid  zones)  exists.    There  is no doubt  it  is  comprised of deeply weathered basaltic 

material.   No stones are  found anywhere  in either  the Toowoomba or Highfields surfaces, and  the 

plateaus experience about 300 mm more rainfall than areas to the east and west of the range.    In 

most parts of  the plateaus,  the weathered material  is  tens of metres  thick.    In one area  (western 

flank of Gowrie Creek, on the northern side of Toowoomba) there  is however basaltic outcrop on a 

steep slope.  The weathered material thins to the western side of town, where the Red Ferrosols are 

< 2m deep. 

 

In  the basaltic uplands,  two main  types of Red Ferrosols occur –  those associated with very hard, 

weathered residual basalt outcrop, and those associated with exposures of inter‐basaltic tephra and 

other pyroclastic materials.   Macnish et al.  (1987) analysed 

the  nature  of  these  “red materials”  in  detail.    They  were 

originally  postulated  to  be  bole,  but  those  authors  found 

they were in fact pyroclastic, and in particular, oxidised dust.   

 

Thus the two possibilities are that the plateaus are mantled 

in a deposited material (red material) which may have been 

subsequently  further  weathered  or  they  are  deeply 

weathered basalt in situ (or perhaps both). 

 

Recent drilling by DERM, and the construction of a pilot road 

tunnel  through  the  range  have  provided  a  considerable 

amount  of  new  geological  data.    Clearly  the  deeply 

weathered  zone  is  thicker  on  the  eastern  side  of 

Toowoomba.   At both the road tunnel, and a bore drilled at 

Mt Lofty, it is evident there were two major periods of basalt 

Page 151: Ag Heartlands Tour Guide

149 

evolution,  possibly  separated  by  a  long  time  period.   At Mt  Lofty,  a  25 m  thick weathered  zone 

overlies 24 m of weathered basalt, which in turn overlies nearly 60 m of mostly unweathered basalt 

with  some  thin  inter‐basaltic  sediments.    At  101 m  depth,  this  changes  back  to  a  thick  deeply 

weathered  red  zone,  that  extends  to  132 m.    This  sequence  is  not  found  across  all  parts  of  the 

plateau.  At Tor St, the deeply weathered basalt extends to 21 m, below which is alternating zones of 

fresh and weathered basalt to at  least 226 m below ground  level.    In the middle of the city,  in the 

creek valley bottom, the basalt is only about 100 m thick.   

 

 

The chemistry of the different Red Ferrosols of the 

eastern Downs varies substantially.  All possess the 

typical characteristics of Ferrosols (low fertility, low 

salinity,  low CEC  etc), but  their Ca/Mg  status  and 

base  saturation  varies.    On  the  Toowoomba 

Plateau, those formed on the eastern, more deeply 

weathered  part  of  town  tend  to  be more  acidic, 

and Mg dominant.   Those  formed on basalt  in the 

western side of town are neutral, grading to slightly 

alkaline  in  the  subsoil,  less  red  and Ca dominant.  

Those formed on weathered resistant basalt in the 

basaltic uplands possess  similar  chemistry.   Those 

formed on  inter‐basaltic  tephras  (the Burton  soil), 

while  also  neutral,  tend  to  have  the  lowest  base 

saturation and are Mg dominant.  The Ca dominant 

Ferrosols  have  a  higher  clay  activity  ratio 

throughout than the Mg dominant Ferrosols. 

 

 

Ruthven soil, Tor St 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

A1 

B21 

B22 

B23 

B1 

Page 152: Ag Heartlands Tour Guide

150 

 

Site 15 Toowoomba General description: Weathered red clays formed on basaltic plateaus 

Distribution: Restricted to Main Range volcanics  

Parent material: Tertiary olivine basalt Location: 27.53471° S 151.92826° E Landform: Rises Vegetation: Eucalypt forest Microrelief: None Surface condition: Soft Permeability: Highly permeable Drainage: Well drained PPF: Uf6.31ASC: Haplic, Mesotrophic, Red, Ferrosol WRB: Ferralic Nitisol (Endoeutric)  

Profile Description Horizon Depth Colour Texture Structure Segregations Boundary

(m) Grad

e Type Size distinctness A1 0-0.05 dusky red

(2.5YR3/2) light clay stron

g strong

granular granular

2-5mm (parting to) <2mm

- clear

B1 0.05-0.3 dark reddish brown (2.5YR3/4)

light medium clay

strong

angular blocky 2-5mm - clear

B21 0.3-0.6 reddish brown (2.5YR4/4)

light medium clay

strong strong

angular blocky angular blocky

5-10mm (parting to) 2-5mm

few 2-10% fine <2mm ferromanganiferous nodules

gradual

B22 0.6-0.9 dark reddish brown (2.5YR3/4)

light medium clay

strong strong

angular blocky angular blocky

5-10mm (parting to) 2-5mm

few 2-10% medium 2-6mm ferromanganiferous nodules

gradual

B23 0.9-1.5 dusky red (10R3/4) light medium clay

strong strong

angular blocky angular blocky

5-10mm (parting to) 2-5mm

 

Laboratory analysis  pH EC Cl NO3

(1:5 soil/water solution) TC

(Dum.) TN

(Dum.) C:N ratio

Extr. P (H2SO4)

Exch. K(HCl)

Extr. S (ICP)

Extr. B (ICP)

DTPA extr. trace elements (mg/kg)

dS/m mg/kg mg/kg % % mg/kg meq/100g mg/kg mg/kg Cu Zn Mn Fe

0 - 0.10 5.9 0.19 33 43 6.39 0.55 11.6 24 3.2 38 1.1 4.3 9.6 262 36.2

 

Depth pH EC Cl NO3

(1:5 soil/water solution) TC

(Dumas)TN

(Dumas)Exchangeable cations - alcoholic

(meq/100g) Extractable cations - NH4Cl

(meq/100g) (m) dS/m mg/kg mg/kg % % Ca Mg Na K CEC Ca Mg Na K

0 - 0.10 5.9 0.19 33 43 6.39 0.55 12.0 3.8 0.4 3.0 18 16.1 4.2 0.04 2.7

0.20 - 0.30 6.3 0.08 26 23 2.21 0.16 8.5 1.9 0.4 1.2 18 9.7 2.1 0.1 1.0

0.50 - 0.60 6.2 0.08 60 14 0.83 0.07 6.1 1.5 0.4 0.4 11 6.7 1.9 0.2 0.4

0.80 - 0.90 6.3 0.05 42 7 0.40 0.04 5.8 1.8 0.4 0.3 11 5.8 2.4 0.1 0.3

1.10 - 1.20 6.3 0.06 35 21 0.29 0.03 5.8 2.3 0.4 0.3 13 5.6 2.9 0.1 0.3

1.40 - 1.50 6.1 0.21 69 85 0.30 0.04 5.8 2.1 0.5 0.7 11 6.3 3.3 0.4 0.8

 

Depth Base Sat ESP

Fe - citrate

sol (ICP)

Fe - oxalate (ICP)

Al - citrate

sol (ICP)

Al - oxalate (ICP)

A/F Fe ratio

Particle size Total element XRF Moistures

ADMC 15B

(m) % % % % % CS FS SI CL P K S % % R1

0 - 0.10 42 2.2 9.4 0.73 0.4 0.83 0.08 10 21 22 44 0.122 0.368 0.081 3.8 24.9 0.33

0.20 - 0.30 20 2.2 11.0 0.82 0.5 1.03 0.07 8 21 19 58 0.088 0.273 0.029 3.0 22.1 0.39

0.50 - 0.60 11 3.8 10.9 0.82 0.6 1.03 0.08 5 14 15 72 0.067 0.217 0.018 2.9 23.8 0.17

0.80 - 0.90 11 3.5 10.5 0.82 0.5 1.13 0.08 5 11 12 77 0.067 0.18 0.011 3.0 26.3 -

1.10 - 1.20 12 3 9.7 0.72 0.5 0.82 0.07 4 13 14 73 0.067 0.16 0.01 3.0 27.5 -

1.40 - 1.50 16 4.6 8.2 0.62 0.5 0.93 0.08 10 22 17 55 0.064 0.217 0.01 3.5 26.8 -

 

Page 153: Ag Heartlands Tour Guide

151 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

0

0.2

0.4

0.6

0.8

1

1.2

1.4

1.6

5.8 6 6.2 6.4

pH

Dep

th (

m)

0

0.2

0.4

0.6

0.8

1

1.2

1.4

1.6

0 0.1 0.2 0.3

EC (dS/m)

Dep

th (

m)

0

0.2

0.4

0.6

0.8

1

1.2

1.4

1.6

0 50 100

Cl (mg/kg)

Dep

th (

m)

0

0.2

0.4

0.6

0.8

1

1.2

1.4

1.6

0 50 100

NO3 (mg/kg)

Dep

th (

m)

0% 20% 40% 60% 80% 100%

0

0.25

0.55

0.85

1.15

1.45

Dep

th (

m)

CS FS SI CL

Basaltic Vertosols

0% 20% 40% 60% 80% 100%

0.1

0.3

0.6

0.9

1.2

Dep

th (

m)

Ca M g Na K

Red ferrosols - Ca dominant

0% 20% 40% 60% 80% 100%

0.1

0.3

0.6

0.9

1.2

De

pth

(m

)

Ca M g Na K Red ferrosols - Mg dominant

0% 20% 40% 60% 80% 100%

0.1

0.3

0.6

0.9

1.2

De

pth

(m

)

Ca M g Na K

Page 154: Ag Heartlands Tour Guide

152 

 

References  

Fensham RJ, Silcock J, Biggs AJW (2007) Vegetation‐soil relations in a highly sodic landscape, 

Yelarbon, southern Queensland. Cunninghamia 10/2, 273‐284. 

 

Harris, P. S., A. J. W. Biggs, et al., Eds. (1999). Central Darling Downs Land Management Manual, 

Department of Natural Resources, Queensland. 

 

Knight MJ, Saunders BJ, Williams RM, Hillier J (1989)  Geologically induced salinity at Yelarbon, 

Border Rivers area, New South Wales, Queensland. Journal of Australian Geology and Geophysics 11, 

355‐361. 

 

Maher, J. M., Ed. (1996). Understanding and managing soils in the Stanthorpe‐Rosenthal Region. 

Brisbane, Queensland Department of Natural Resources. 

 

Macnish, S.E., Koppi, A.J., Little, I.P and Schafer, B.M.  (1987).  The distribution, nature and origin of 

some red sesquioxidic materials in south‐eastern Queensland, Australia.  Geoderma 41,  1–27 

 

Ross, D. J. and A. J. Crane (1994). Land resource assessment of the Goodar area, Queensland., 

Department of Primary Industries, Queensland. 

 

Thwaites, R. N. and S. E. Macnish, Eds. (1991). Land management manual, Waggamba

Shire. Brisbane, Queensland Department of Primary Industries. 

Page 155: Ag Heartlands Tour Guide

153 

Resistivity imaging across native vegetation and irrigated Vertosols of the Condamine catchment—a snapshot of changing regolith water storage  

Jenny FoleyA, Mark SilburnB and Anna GreveC 

 ADepartment of Environment and Resource Management, Toowoomba, QLD, Australia, Email [email protected] BDepartment  of  Environment  and  Resource  Management,  Toowoomba,  QLD,  Australia,  Email [email protected] CWater Research Laboratory, UNSW, Manly Vale, NSW, Australia, Email anna‐[email protected] 

 

 

Abstract Over  use  of  one  of  Queensland’s  most  productive  groundwater  systems,  the  Condamine  River 

alluvium, has  led  to substantial depletion  in groundwater  levels.   Most use  is  for  irrigation  (mainly 

furrow), which  is  known  to  increase  deep  drainage  below  the  root  zone.    Thus  irrigation  should 

create greater groundwater recharge, but this  is not generally detected  in groundwater  levels.   The 

enhanced deep drainage may be  filling a moisture deficit  in  the unsaturated zone and  is  therefore 

not yet causing greater recharge. Geophysical 2D resistivity imaging and soil coring was used to look 

at  changes  in  stored  regolith  water  in  the  alluvium.    Transects  were  imaged  across  naturally 

vegetated landscapes (as a reference) into irrigated paddocks.  All soils under native vegetation were 

found  to be very dry  (low  conductivity) even when only  sparsely populated by  trees.    In  contrast, 

significant  long‐term migration of water has occurred  to deep within  the  regolith  (up  to 15 m)  in 

most  irrigated paddocks.   A wet (close to saturated) zone was found  in the upper 6 m of soil  in the 

irrigated paddocks.  Deeper regolith (20‐60 m) was resistive, both above and below the water table, 

due to low salinities in the groundwater and coarser textures.  

 Key words Deep drainage, groundwater, geophysical survey, recharge, unsaturated zone  

Introduction The  Condamine  River  Alluvium  and  its  tributaries  is  one  of  the  most  productive  and  utilized 

groundwater resources in Queensland.  The main system is over 150 km long, up to 30 km wide, and 

over 120 m deep in places, with multiple sand and gravel aquifers in a matrix of clayey sediments.  An 

estimated  95  000 ML/yr  are  used  for  agriculture  (90%)  on  Vertosols,  and  some  urban  purposes.  

Groundwater  levels  have  fallen  substantially  because  of  over  use,  particularly  in  the  Central 

Condamine  where  ~70%  of  all  usage  occurs  (Murphy  2008).    This  decline  has  been  particularly 

evident over  the  last decade as  the system has been  in a virtual  ‘recharge drought’.   There  is also 

increasing  evidence  of  water  quality  deterioration,  both  in  shallow  groundwater  as  a  result  of 

increased salt leaching, and in deep systems as a result of the migration of poor quality groundwater 

from adjacent areas and from bedrocks (Murphy 2008).  

 

Irrigation alters the surface water balance.  Water not used for plant growth or lost to evaporation, 

drains below  the  root  zone  (deep drainage).   Deep drainage of 100‐200 mm/yr has  typically been 

measured under furrow  irrigation  in a  large number of sites on Vertosols and Sodosols  in Australia 

(Silburn  and  Montgomery  2004;  Smith  et  al.  2005;  Gunawardena  et  al.  2008).    There  is  some 

evidence, from bore monitoring, of rises  in groundwater  level  in shallower aquifers  in the alluvium 

(DERM groundwater database), likely due to recharge from deep drainage, but many shallower bores 

have been dry for many years.  Diffuse recharge (i.e. through the soil) in the alluvium is considered to 

Page 156: Ag Heartlands Tour Guide

154 

be small, with the aquifers mainly recharged by river leakage (Lane 1979).  Thus there is a disparity—

deep drainage below the root zone is seen to be high but recharge from this source is thought to be 

low.  This would be explained, in part, if deep drainage was being stored in an unsaturated zone left 

dry by the previous native vegetation, creating a time lag between deep drainage and recharge.  

 

Little is known about the moisture capacity and status of the regolith (unsaturated zone) or how this 

has changed as a result of changes in the soil water balance.  To examine the moisture status of the 

regolith,  electrical  resistivity  tomography  and  soil  coring was  applied  to  transects  in  the  central 

alluvium.   Soil resistivity  is related to soil water content, salinity and clay (content and type).   Data 

can be interpreted qualitatively with the aid of lithology from bore logs and measures of salt and clay 

content.    Contrasts  in  regolith  under  native  vegetation  and  under  irrigated  agriculture  were 

examined, to assess the impacts from land use changes.  

 

Methods Two dimensional resistivity images were taken using an ABEM SAS4000 Terrameter and LUND ES464, 

across  transects  (200–600 m  long and 60 or 21.5 m deep)  in  the Central Condamine alluvia,  in SE 

Queensland. Where  possible,  transects  running  through  native  vegetation  and  adjoining  irrigated 

paddocks were  imaged  to  look at differences  in water and  salt due  to  the  irrigation. Sites  imaged 

were:  

1. Dalby, Black Vertosol—a) 400 m transect down an irrigation furrow with 2.5 m wide spacing of electrodes, measuring  to  60 m  depth,  b)  600 m  transect  through  native  vegetation  (Acacia harpophylla, A. homalophylla, Casuarina cristata, Eucalyptus populnea)  into  irrigated  sorghum (stubble present) to 60 m 

2. Pampas, Black Vertosol—480 m transect running down a furrow in irrigated paddock to 21.5 m depth 

3. Brookstead, Black Vertosol—400 m transect from one irrigated field (sorghum stubble) through native vegetation  (Eucalyptus camaldulensis) and  into another  irrigated paddock (fallow) to 60 m depth. 

Soil volumetric water  content was  sampled with a  soil  coring  rig. Soil  samples were  collected and 

analysed for electrical conductivity (EC), chloride (Cl) and dispersed particle sizes, along the transects 

to assess the influence of salt and clay content on resistivity. Two dimensional resistivity images were 

inverted using the RES2DINV software. Data was converted to conductivity (reciprocal of resistivity) 

with high conductivity generally indicating high water contents. 

 

Results and discussion All  the  images  are  deeper  than—or  close  to,  in  the  case  of  Pampas—groundwater  levels.  The 

saturated zone and the deeper unsaturated zone are generally resistive, due to the low salinity of the 

groundwater  (Pampas  and Brookstead  400, Dalby 1200  μS/cm)  and  sands  and  sometimes  gravels 

interbedded in the clays. Thus the less resistive deeper material at the Dalby site (Fig. 1) is consistent 

with the higher groundwater salinity.  

 

Page 157: Ag Heartlands Tour Guide

155 

Figure 1. Dalby transect L to R, furrow irrigated paddock, head ditch (L) to past mid point in paddock. 

Figure 2. Pampas transect: L to R, furrow irrigated paddock, head ditch (L) to past mid point in paddock. 

 

The first two transects were measured down typical irrigation furrows at Dalby and Pampas. Images 

show highly conductive zones of soil  (very wet, with medium salinity  typical of soils  in the region), 

along the entire length of the transects in the upper 6 m of the profile (Figures 1, 2). Soil volumetric 

water sampling revealed, on average,  these areas had >550 mm of water above  that stored under 

native vegetation and up to 250 mm above drained upper  limit  in the top 6 m of soil. This  is  ‘new’ 

water added by irrigation.  

 

Water  in  this  near‐saturated  layer  is  not  static.  It  is  draining  into  the  deeper  regolith  at  a  rate 

proportional to the hydraulic conductivity of the deeper clay and sand layers. The soil profile changes 

at around 5–6 m, with increasing sandy, sandy clay and occasionally gravel layers. These often create 

confining  zones.  Once  saturated  clay  layers  become  interspersed  with  sand  layers,  the  soil  will 

remain saturated in the clay but not in the sand, due to hydraulic relationships. Water will continue 

to move deeper  in  the  regolith, but  these  zones will not  show up on  the  image  as having  a high 

conductivity due  to  the  increasing presence of unsaturated sand. Also, salinity will be a mixture of 

that  in  the  leachate  (i.e.  higher,  due  to  salt  from  the  soil)  and  the  lower  salinity  in  groundwater 

discussed  above.  Groundwater  levels  were  at  10–20  m  before  1965,  so  some  of  the  current 

unsaturated zone once held groundwater of low salinity.  

 

Page 158: Ag Heartlands Tour Guide

156 

Native veg Sorghum stubble Fallow - irrigated

Figure 3. Dalby transect: L to R, native vegetation into sorghum stubble (irrigated). 

0

1

2

3

4

5

6

0.20 0.40 0.60 0.8Soil moisture (v/v)

Dep

th (

m)

Native veIrr-130mIrr-260mIrr-550mTP

a)

0

1

2

3

4

5

6

0.0 0.4 0.8 1.2EC dS/m

Dep

th (

m)

Native vegIrr-130mIrr-260mIrr-550m

b)

0

1

2

3

4

5

6

20 40 60 80Clay %

Dep

th (

m)

Native vegIrr-130mIrr-260m Irr-260m

c)

Figure  4.  Dalby  transect  a)  soil  volumetric  water  contents,  b)  EC  and  c)  clay  contents,  taken  in  native 

vegetation and at 130, 260 and 550 m (refers to distances along transect in Figure 3). 

 

The  image at Dalby  (Figure 3) shows a clear  increase  in conductivity  in  the upper  layers at 120 m, 

where  native  vegetation  ends  and  the  irrigated  paddock  starts.  Soil  under  native  vegetation  had 

lower conductivity, half that in the irrigated paddock, and was dry (Figure 4a). Soil was extremely wet 

under irrigation to the depth measured (Figure 4a). Water contents were close to total porosity (TP); 

the  soil was near‐saturated  and had  little  air  content.  EC profiles  show  a  salt bulge higher  in  the 

irrigated paddock, consistent with salt added in irrigation water (Figure 4b). However by 3 m depth, 

EC was  reasonably  uniform  along  the  entire  transect.  Similarly, %  clay was  consistent  along  the 

transect to 4 m (Figure 4c). Deeper that this, some sandy layers begin to emerge, creating variability 

in particle size analysis. Overall, these results indicate changes in conductivity in the upper profile are 

predominately due to differences in soil water. The depth of the highly conductive zone is shallower 

at  the  tail  drain  (near  the  native  vegetation)  than  towards  the  head  ditch,  consistent  with  less 

drainage occurring along furrow irrigated fields (Gunawardena et al. 2008).  

 

As  with  the  Dalby  transect,  a  clear  delineation  is  seen  when  moving  from  irrigation  to  native 

vegetation  at  Brookstead  (Figure  5).  The wet  zone  extends  considerably  further  down  (to  15 m), 

under irrigation. Soil EC and clay contents are very uniform along the transect (Figures 6b, 6c), and so 

it  can  be  assumed  that  conductivity  changes  along  the  transect  (at  shallow  depths)  are  due  to 

changes in soil water.  

  

Conclusion 2‐D resistivity  imaging and soil coring showed that  irrigated  fields  in the Condamine alluvium were 

consistently near‐saturated  in  the upper  regolith  to depths of  about 10 m, whereas under native 

Page 159: Ag Heartlands Tour Guide

157 

vegetation the regolith was dry.  Thus considerable deep drainage from irrigation has been stored in 

regolith previously kept dry by native vegetation, preventing  it  from contributing to recharge.    It  is 

not possible  to determine  from  resistivity  imaging whether deeper  layers  (e.g. >15m) are also wet 

because they are resistive in the unsaturated zone and below the water table, due to low salinity of 

the  groundwater.    Deeper  coring  is  required  to  determine  the moisture  status  and  confirm  the 

salinity of these deeper materials.   

 

Native veg

Sorghum stubble - irrigated Fallow - irrigated

Figure 5. Brookstead transect: L to R, sorghum stubble (irrigated) into native vegetation, into fallow irrigated. 

0

1

2

3

4

0.20 0.40 0.60 0.8Soil moisture (v/v)

Dep

th (

m)

Nat veg206 m223 m243 mTPDUL

a)

0

1

2

3

4

0 0.2 0.4 0.6 0.8 1EC dS/m

Dep

th (

m)

Native vegGrassFurrows

b)

0

1

2

3

4

20 40 60 80Clay %

Dep

th (

m)

Native vegGrassFurrows

c)

Figure 6. Brookstead  transect a) soil volumetric water contents, b) EC and c) clay contents  taken at 196 m  (native veg), 203 m (grassed) 206 m (furrow start), and 223 and 243 m (refers to distances along transect in Figure 5). 

 

Acknowledgments Water Research Laboratory (UNSW) for use of resistivity imaging equipment, technical expertise and 

image  analysis.  Funds were  provided  by  Cotton  Catchment  Communities  CRC  Project  2.1.02  and 

Condamine Alliance. Kind thanks to Denis Orange, Maria Harris, Ralph de Voil and Tony King for field 

and laboratory assistance; and to farm owners and managers for access to farm sites.  

 

References Lane WB (1979) Progress report on Condamine underground investigation to December 1978. QWRC 

Groundwater Branch Report, June 1979. (Queensland Water Resources Commission).  Gunawardena TA, McGarry D, Gardner EA, Stirzaker R (2008) Managing Deep Drainage for Improved 

WUE: Solute Monitoring and Ground Water Response in the Irrigated Landscape. In “Proceedings of the 14th Australian Cotton Conference.” 12 – 14 August 2008, Broadbeach, Australia. 

Murphy  G  (2008)  Management  of  Groundwater  –  Condamine  River  and  tributary  alluvium: Information  paper  for  groundwater  licensees  and  users  (Central  Condamine  River  Alluvium). (Department of Natural Resources and Water: Brisbane). 

Page 160: Ag Heartlands Tour Guide

158 

Silburn DM, Montgomery  J  (2004) Deep  drainage  under  irrigated  cotton  in  Australia  –  A  review. WATERpak a guide for irrigation management in cotton. Section 2.4. pp. 29–40. (Cotton Research and Development Corporation/Australian Cotton Cooperative Research Centre: Narrabri).  

Smith RJ, Raine SR, Minkevich  J  (2005)  Irrigation application efficiency and deep drainage potential under surface irrigated cotton. Agricultural Water Management 71, 117–130.   

 

 

Extract from a report by T. Gunawardena  and D. McGarry (2007). 

The Pampas site  is part of the “Deep Drainage under Furrow  Irrigation – Surface and Groundwater 

Implications” project (Project: 1.02.04 of the CCC‐CRC and CRDC). 

‐ Three drainage  lysimeters were  installed  (13‐15  July, 2004) and an automated weather station  in 

October 2004. The  lysimeters were spaced equidistant along  the  length of  the  field and 50 metres 

into the field (perpendicular to the edge). 

‐  One  irrigated  crop  (cotton  2004‐5)  and  one  rainfed  crop  (sorghum  2005‐6)  have  been grown on this site with bare fallow between.  

A maximum deep drainage  (DD) of  just under 1 ML/ha was measured with  the  lysimeters during the 2004‐5 cotton season at the head ditch end of the field, 0.5 ML/ha of DD at the mid, and almost zero DD at the tail. 

Zero DD was measured at all other times, i.e. during the dryland sorghum crop and the bare fallow periods, despite up to 400 mm of rain during those times. 

Water balance analysis (the SIRMOD/ET model)  indicated the same trend  in DD at the site; that DD was greatest at  the head  location and decreased almost 25% at  the mid and was zero at  the  tail. The SIRMOD ET analysis predicted approximately x2  the amount of DD at both the head and mid locations, relative to the lysimeter data. (2.1 ML vs 1 ML at the head, and 1.6 ML vs 0.4 ML at the mid, for SIRMOD / ET vs lysimeter, respectively). 

SaLF  analysis  (based  on  inherent  soil  properties,  rainfall  and  irrigation  amounts)  also predicted more  DD  at  the  head  ditch  location,  and  equal  amounts  at  both mid  and  tail. However, the values were more  than 10‐fold the value of the  lysimeter data. SaLF analysis predicts  these soils are prone  to DD, particularly at  the head ditch end where  there  is  less clay, more sand and lower CEC levels. SaLF takes no account of ET and temperatures during season, or crop growth (or type); all of which will have marked  impact on DD amounts and in‐field variability. 

The very  low soil EC values at the site may show historic,  large  flushing episodes  (through‐water movement). This seems to correspond well with the SaLF results but not the lysimeter data collected to date. 

The EC and chloride values of the DD leachate waters are not regarded as “of concern”. The EC values are marginal in terms of what is considered “optimum” for cotton growth and are far lower than many of the other lysimeter sites. 

Page 161: Ag Heartlands Tour Guide

159 

The  lysimeters  should be maintained  to measure DD  in  future  irrigated  irrigation  seasons, with more  “typical”  (non drought) during  season weather patterns  and  irrigation events  / volumes. 

                 

  

 Figure 14  Lysimeter installation design 

 

The lysimeters are buried at 150 cm from the soil surface, 50 metres rectangularly into the field from 

the lysimeter trap, at each the head, mid and tail locations. 

 

09/0

4

0/0

4

1/0

4

2/0

4

01/0

5

02/0

5

03/0

5

04/0

5

05/0

5

06/0

5

Dee

p dr

aina

ge (

mm

)

0

20

40

60

80

100

120

140

160R

ainf

all (

mm

)

0

100

200

300

400

500

600HeadMidTailCum RF

  Figure 15   Cumulative deep drainage recorded  (electronic tips)  from the Pampas site during the 2004‐5 cotton season. The actual volumes of water collected for each of the head, mid and tail locations were 71, 106 and 62 mm, respectively. Arrows show irrigations. The cumulative rainfall is plotted as a dashed line. 

 

 

 

Page 162: Ag Heartlands Tour Guide

160 

    

9.  Location and landscape  

Landform Toowoomba is located on the escarpment of the Great Dividing Range. The slope of the landscape is about 5°.  

Parent material or substrate 

The geology of the area is dominated by basalt flows and associated rocks from the late Tertiary. Subsequent denudation in the Quaternary resulted in westward migration of the Great Dividing Range and the development of an east-facing escarpment.

Drainage class  Well drained, with a low run‐on rate and run‐off rate.  

Surface condition: 

A stable, granular, organic‐rich surface. The soil has low erodibility and is regarded as a slight erosion hazard. 

Site disturbance 

Completely cleared and currently under pasture, though has been cultivated in the past. Surrounding areas are sealed and urbanised. 

Native vegetation 

Eucalyptus spp.  

Climate The area has a temperate climate with no dry season. The annual average rainfall is 954 mm. Toowoomba experiences distinctly cool winters with warm, wet summers. The mean January maximum temperature is 27.6°C and the mean July minimum temperature is 5.3°C. 

SB Profile 15: Toowoomba, Queensland

Page 163: Ag Heartlands Tour Guide

161 

Queensland

New South Wales

Page 164: Ag Heartlands Tour Guide

162 

2.  Description of soil profile A red clay soil that has formed as a result of the weathering of basalt from the Main Range Volcanics. Although it is not texturally evident, due to the mid‐slope position of the site it is likely that upslope colluvium has contributed to the development of the soil.  

 

                     

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Soil morphology 

 LC= light clay, LMC= light medium clay, MC= medium clay 

Australian Soil Classification:  Red Ferrosol (FE AA) 

World Reference Base: Lixic Nitisol (Manganiferric, Humic, Rhodic)  OR   Ferrallic Lixic Nitisol (Manganiferric, Humic, Rhodic) 

Soil Taxonomy:  Typic Rhodudalf (Very Fine, Kaolinitic, Thermic) 

Boundary  Colour  Structure Horizon 

Depth (m) 

Distinctness  Shape  Moist  Dry 

Texturegrade 

Grade  Shape Size (mm) 

Coarse fragments 

Segregations

A  A  0‐0.1  Clear  Even 2.5YR 2.5/3 

Dark reddish brown2.5YR 3/3 

Dark reddish brownLC  Weak  Granular  2‐5   ‐  ‐ 

B1  Bw1  0.1‐0.25  Gradual  Even 2.5YR 3/2 Dusky red 

2.5YR 3/2 Dusky red 

LMC  Strong Angular blocky 

2‐5   ‐ 

B21  Bw2  0.25‐0.6  Gradual  Even 2.5YR 2.5/4 

Dark reddish brown2.5YR ¾ 

Dark reddish brownLMC  Strong 

Angular blocky 

5‐10   ‐ 

B22  Bt  0.6‐0.8  Diffuse  Even 2.5YR 3/6 Dark red 

2.5YR 3/6 Dark red 

MC  Strong Angular blocky 

2‐5   ‐ 

B23  Bw3  0.8‐1.15  Diffuse  Even 2.5YR 3/6 Dark red 

2.5YR 3/6 Dark red 

LMC  MediumAngular blocky 

2‐5, 10‐20  

Weathered basalt 

<2% medium 

(2‐6 mm) Fe 

nodules 

A1 

B22 

B23 

B1 

A1 

Bw2 

Bt 

Bw3 

B21 

Bw1 

Page 165: Ag Heartlands Tour Guide

163 

3. Soil mineralogy  

Kaolinite and traces of illite are observed in the oriented diffraction patterns of the clay fractions of 

the profile.  In  addition  to  the phyllosilicates,  the  random powder diffraction patterns  identify  the 

presence of hematite and traces of quartz in the clay fraction of the profile.  

 

X‐ray  diffraction  patterns  of  the  oriented  clay  fraction  of  A  horizon  soil  after  various  pre‐

treatments; Mg saturated and air‐dried (‐‐‐‐‐‐), Mg saturated and ethylene glycolated (‐‐‐‐‐‐), and K 

saturated and heated at 550°C (‐‐‐‐‐‐).  

 

Thin section 

This PPL image of the A1 horizon shows a 

very strong granular microstructure and 

the coating of all grains/aggregates with 

iron oxides. 

 

 

 

 

Page 166: Ag Heartlands Tour Guide

164 

4. Profile chemical characteristics 

The pH values for this profile are moderately acidic to neutral. 

The EC values range from low to medium within the profile. 

The organic  carbon and  total nitrogen contents are high, especially  in  the  top 50‐60 cm of  the profile.  

The cation exchange capacity (CEC) values for the profile are low to moderate. 

The profile has a very high free Fe content (8.7‐10.8%) in all horizons.  

Chemical properties of soil profile 

  Cation exchange properties, available micronutrients and DCB and oxalate Fe and Al of soil profile

Horizon pH      

(1:5 H2O) EC 

(dS/m) Total C (%)

Total N (%) 

C:N ratio 

NO‐3‐N 

(mg/kg) Colwell P (mg/kg) 

PBI‐Colwell 

SO4 (mg/kg) 

Avail. K (mg/kg) 

Cl (mg/kg) 

A  5.87  0.42  6.24  0.56  11  220  40  140  30  1100  32 

B1  6.26  0.21  5.24  0.40  13  68  10  ‐  ‐  840  32 

B21  6.44  0.12  2.14  0.17  15  38  5  ‐  ‐  530  28 

B22  6.78  0.44  0.50  0.05  10  8  6  ‐  ‐  78  26 

B23  6.48  0.45  0.27  0.03  9  7  6  ‐  ‐  71  22 

Cation exchange properties  (mmolc/kg)  DTPA extractable (mg/kg)  DCB (%)  Oxalate (%) Horizon 

CEC  Ca  Mg  K  Na  Zn  Cu  Fe  Mn  Fe  Al  Fe  Al 

A  198  130  40  28  0.4  11  3  66  260  8.68  0.43  0.3  0.4 

B1  174  120  32  21  0.5  ‐  ‐  ‐  ‐  10.80  0.55  0.4  0.5 

B21  105  75  16  14  0.4  ‐  ‐  ‐  ‐  9.74  0.55  0.4  0.5 

B22  78  55  20  2  1.1  ‐  ‐  ‐  ‐  9.94  0.66  0.4  0.5 

B23  76  51  23  2  0.9  ‐  ‐  ‐  ‐  ‐  ‐  ‐  ‐ 

A1  A1  A1  A1 

B21 B21  B21  B21 

B22  B22  B22 B22 

B23  B23  B23  B23 

B1  B1  B1  B1 

CEC concentration (mmolc/kg)

Page 167: Ag Heartlands Tour Guide

165 

5. Soil physical characteristics   

The particle size analysis for this soil reflects a high to very high clay percentage throughout the profile. 

The bulk density is considered to be very low‐ to low. 

The water content at permanent wilting point slightly increases down the profile. 

The conductivity declines down within the profile. 

The penetration resistance indicates medium to very dense consolidation. 

Soil physical characteristics  

  

 

 

 

   

 

 

 

Particle Size Analysis (%)  Moisture () Horizon 

Clay (< 2 μm)  

Silt (2‐20 μm) 

Fine sand (20‐200 μm) 

Coarse sand (200‐2000 μm) 

Bulk density   (g/cm

3)  10 kPa 

1500 kPa (PWP) 

0 kPa (FC) 

Penetration resistance (MPa) 

A  47  20  24  9  0.62  0.43  0.20  0.58  0.50 

B1  43  28  19  10  0.91  0.47  0.25  0.56  3.57 

B21  50  28  16  6  1.18  0.47  0.31  0.53  9.12 

B22  73  12  11  4  ‐  ‐  ‐  ‐  ‐ 

B23  47  19  25  9  ‐  ‐  ‐  ‐  ‐ 

International system PSA (%) 

Horizon Silt 

(2‐50 µm) Sand  

(50‐2000 µm) 

A  34  19 

B1  45  11 

B21  42  8 

B22  14  13 

B23  34  19 

B1 B1  B1  B1 

B21 

B21 

B22 

B23 

A  A  A 

B1 

B21 B21 

B21 

Page 168: Ag Heartlands Tour Guide

166 

Day 6  

 

Toowoomba to Brisbane 

 

 

 

Presenters:   

Ben Harms 

QLD Department of Environment and Resource Management 

Email: [email protected] 

 

Bernie Powell   

QLD Department of Environment and Resource Management 

Email: [email protected] 

 

 

 

 

 

 

 

 

Page 169: Ag Heartlands Tour Guide

167 

   

10.  Location and landscape  

 

Landform Situated in the Upper Brisbane River catchment. Parts of the region lay in the foothills of the Great Dividing Range and the Conondale Range. Undulating hills are the dominant landscape form within the region, exhibiting slopes of 4‐15%. 

Parent material or substrate 

Located on the Esk formation, which is derived from sediments formed by uplifting Palaeozoic mountainous areas. Granite is the most dominant parent material in the region, causing soils to be generally nutrient poor. 

Drainage class  Rapidly drained, with a high run‐on rate and medium run‐off rate. 

Surface condition 

Sandy and gritty. The soil is moderately erodible, and there is a significant erosion hazard at the site due to past quarrying activities. 

Site disturbance 

The region is dominated by livestock grazing, intensive agriculture and native bushland. Rural residential use and other activities such as quarrying also take place within the region. This profile has been highly disturbed by quarrying activities. 

Native vegetation 

The dominant vegetation consists of mostly native woodland with grass understorey. The woodland is comprised of mid‐high to tall Eucalyptus tereticornis, Eucalyptus crebra, Corymbia tesselaris, Angophora floribunda and Angophora leiocarpa. 

Climate 

Sub‐tropical climate with intense storms mostly during the summer. The annual average rainfall is 860 mm. Hot summer days and warm summer nights are characteristic of the area, with an average daily maximum temperature (in summer) of 30.4°C. Winter days are warm with cold nights. The average daily maximum temperature in winter is 19.3°C.  

Profile 16: Toogoolawah, Queensland

Page 170: Ag Heartlands Tour Guide

168 

 

                            0                                             1 km 

Queensland

New South Wales

Page 171: Ag Heartlands Tour Guide

169 

2.  Description of soil profile A free‐draining Tenosol of coarse sandy nature that is derived from granite parent material. 

 

 

 

                  

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Soil morphology 

CS= Clayey sand, LS= Loamy sand 

Australian Soil Classification:  Paralithic Orthic Tenosol (TE DS) 

World Reference Base:  Cutanic Lixisol (Manganiferric?, Hypereutric?, Arenic, Chromic) 

Soil Taxonomy:  Cemented Paleudalf (Sandy, Mixed, Semi‐active, Thermic) 

Boundary  Colour  Structure Horizon  Depth (m) 

Distinctness  Shape  Moist 

Texture grade 

Grade  Shape Size (mm) 

Segregations 

A₁  A1  0‐0.1  Clear  Even 10YR 3/4 

Dark yellowish brown CS  Massive  ‐  ‐  ‐ 

A3  A2  0.1‐0.3  Gradual  Even 10YR 4/6 

Dark yellowish brown LS  Massive  ‐  ‐  ‐ 

B₂₁  Bw1  0.3‐0.7  Gradual  Even 7.5YR 5/6 

Strong brown LS  Massive  ‐  ‐ 

<2% Mn soft nodules (<5mm) 

B₂₂  Bw2  0.7‐1.05  Gradual  Even 7.5YR 6/6 

Reddish yellow LS  Massive  ‐  ‐  ‐ 

B₂₃  Bw3  1.05‐1.35  ‐  ‐ 7.5YR 6/4 Light brown 

CS  Weak Sub‐angular 

blocky 10‐20   ‐ 

A₁ 

B₂₁ 

B₂₃

B₂₂ 

A3 

A1 

A2 

Bw1 

Bw2 

Bw3

Page 172: Ag Heartlands Tour Guide

170 

3. Soil mineralogy  

X‐ray  diffraction  patterns  of  basally  oriented  clays  show  the  presence  of  kaolinite,  small 

amounts of illite and an interstratified swelling mineral. The proportion of the interstratified 

swelling mineral increases with depth. In addition to the phyllosilicates, the random powder 

diffraction patterns identified quartz and feldspar (plagioclase) in the soil clay fractions.  

 

X‐ray  diffraction  patterns  of  the  oriented  clay  fraction  of  B21  horizon  soil  after  various  pre‐

treatments; Mg  saturated  and  air‐dried  (‐‐‐‐‐‐), Mg  saturated  and  ethylene  glycolated  (‐‐‐‐‐‐),  K 

saturated  and  air‐dried  (‐‐‐‐‐‐)  and  K  saturated  and  heated  at  550°C  (‐‐‐‐‐‐).  I/S  =  interstratified 

swelling mineral. 

 

Thin sections

 

 

 

 

 

The left image (PPL) shows a degree of clay bridging between sand‐sized grains of the B23 horizon, 

along with some fine‐grained iron oxide. The right image, showing the same view in XPL, reinforces 

the patchiness of the clay bridging. 

Page 173: Ag Heartlands Tour Guide

171 

4. Profile chemical characteristics 

The pH values for this soil profile range from neutral to mildly alkaline (6.9‐7.7). 

There are low EC values in all horizons of the profile. 

Nitrogen levels are high in the A1 horizon and then decline dramatically in the underlying horizons, which are classed as very low for N. 

The organic carbon contents are considered  low to moderate  in the surface horizon and extremely low in all other horizons. 

The cation exchange capacity (CEC) is very low throughout the entire profile.  Chemical properties of soil profile 

  Cation exchange properties of soil profile

Horizon pH      

(1:5 H2O) EC 

(dS/m) Organic C (%) 

Total N (%) 

C:N ratio 

NO₃‐N (mg/kg) 

Colwell P (mg/kg) 

PBI‐Colwell 

SO4 (mg/kg) 

Avail. K (mg/kg) 

Cl (mg/kg) 

A₁  6.88  0.09  1.10  0.31  3.54  49  10  23  4.10  130  10 

A3  7.67  0.02  0.32  0.07  4.57  2  6  ‐  ‐  35  10 

B₂₁  7.26  0.02  0.15  0.04  3.75  1  5  ‐  ‐  46  10 

B₂₂  6.71  0.06  0.15  0.02  7.50  1  5  ‐  ‐  50  50 

B₂₃  7.08  0.03  0.15  0.02  7.50  1  10  ‐  ‐  43  22 

Cation exchange properties  mmolc/kg DTPA extractable micronutrient status 

(mg/kg) DCB (%) 

Horizon 

CEC  Ca  Mg  K  Na  Al  Zn  Cu  Fe  Mn  Fe  Al 

A₁  34  24  6  1  4  1  0.63  0.24  20  39  0.4  0.03 

A3  24  14  5  2  2  1  ‐  ‐  ‐  ‐  0.3  0.02 

B₂₁  22  7  6  2  3  1  ‐  ‐  ‐  ‐  0.4  0.03 

B₂₂  22  5  7  3  3  2  ‐  ‐  ‐  ‐  0.4  0.02 

B₂₃  23  8  9  2  3  ‐  ‐  ‐  ‐  ‐  0.4  0.02 

A1  A1  A1 

A3  A3  A3  A3 

B21  B21  B21  B21 

B22 B22 B22 B22 

B23 B23 B23 B23 

A1 

            CEC (mmolc/kg)

Page 174: Ag Heartlands Tour Guide

172 

5. Profile physical characteristics 

The PSA for the profile reflects a very high sand content and low silt and clay content. There is not much variation throughout the profile.

The bulk density slightly increases down the profile, being rated as low to moderate. The penetration resistance is very low in the upper 2 horizons, whilst it is considered to be 

moderate in horizon B21 and high in the bottom 2 horizons.

Soil physical characteristics   

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Particle Size Analysis (%)  Moisture () 

Horizon Clay   

 (<2 µm) Silt          

(2‐50 µm) Fine sand (50‐200 µm) 

Coarse sand (200‐ 2000 µm) 

Bulk density        (g/cm

3)  10 kPa 

1500 kPa (PWP) 

0 kPa (FC) 

Penetration resistance (MPa) 

A₁  7.9  18.3  13.8  60.1  1.20  0.33  0.11  0.40  0.08 

A3  6.8  14.8  12.8  65.6  1.27  0.29  0.09  0.42  0.07 

B₂₁  9.9  17.3  16.6  56.3  1.28  0.32  0.11  0.40  1.6 

B₂₂  7.3  16.7  15.7  60.3  1.32  ‐  ‐  ‐  1.5 

B₂₃  9.1  15.9  13.4  61.6  1.37  ‐  ‐  ‐  1.5 

Estimated USDA PSA (%) 

Horizon Silt 

(2‐50 µm) Sand (50‐2000 µm) 

A₁   38.3  53.8 

A3  32.3  61.0 

B₂₁  36.7  53.4 

B₂₂  35.6  57.1 

B₂₃  34.3  56.6 

A1 A1 A1 A1 

A3 A3 A3 A3 

B22 

B21 B21 B21 

B22 B22 B22 

B21 

B23 B23 B23 B23 

A1  A1 

A3  A3 

B21  B21 

B22  B22 

B23  B23 

Page 175: Ag Heartlands Tour Guide

173 

   

1.  Location and landscape  

Landform The landform of the immediate area is gently undulating hills to plains (0-5% slope), with

imperfectly or moderately drained soils.

Parent material or substrate 

Wamuran is situated on Jurassic Landsborough Sandstone, on the North D'Aguilar Block. Sand and clay sediments, with some basaltic lava flows of the coastline have been folded and crumpled into the North D'Aguilar Block. The North D'Aguilar Block has also been intruded by granite-type rocks in the late Permian to mid-Triassic.

Drainage class  Moderately drained, with a low run‐on rate and medium run‐off rate. 

Surface condition: 

Soft and friable. The soil has low erodibility and as the area has only a slight erosion hazard.  

Site disturbance 

After the First World War, returned soldiers were permitted to settle this land for agricultural use, although it was not understood that the soils were of low fertility.  Today, the Wamuran area specialises in dryland horticulture, predominantly growing strawberries, pineapples, and bananas. 

Native vegetation 

Land has been cleared, although there are some native dry sclerophyll forests present in the surrounding areas. Vegetation species include Scribbly Gum, Spotted Gum, Ironbark (Eucalyptus spp.), Bloodwood (Corymbia spp.) and Paperbarks (Melaleuca spp.) 

Climate This area has a subtropical climate with cool winters and warm wet summers. Annual average rainfall is approximately 1380 mm. Summer temperatures have an average maximum of 30.5°C, while the average winter maximum temperature is 20.2°C.  

Profile 17: Wamuran, Queensland 

Page 176: Ag Heartlands Tour Guide

174 

 

Queensland

New South Wales

                            0                                      1 km 

Page 177: Ag Heartlands Tour Guide

175 

2.  Description of soil profile A moderately drained Yellow Chromosol, with slightly acidic pH levels.  

 

 

 

 

 

               

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Soil morphology 

RF= red, faint; RD= Red, dark; YD= Yellow, dark; CS= clayey sand, SL= sandy loam, LS= loamy sand, MC= medium clay 

 

Australian Soil Classification:  Yellow Chromosol (CH AC) 

World Reference Base:  Stagnic Cutanic Lixisol (Albic, Ferric, Abruptic, Ruptic, Humic, Clayic) 

Soil Taxonomy:  Oxyaquic Kanhapludalf (Fine, Kaolinitic, Thermic) 

Boundary  Colour  Structure Horizon  Depth (m) 

Distinctness  Shape  Moist  Dry 

Mottles Texturegrade  

Grade  Shape Size (mm) 

A₁  A1  0‐0.2  abrupt  wavy 10YR 4/2 

Dark grayish brown10YR 3/2 

Very dark grayish brown‐  CS  Moderate  Crumb 2‐5 

A₂  E  0.2‐0.35  gradual  wavy 10YR 6/2 

Light grayish brown10YR 3/2 

Very dark greyish brown‐  SL  Massive  ‐  ‐ 

A3  Bt1  0.35‐0.47  diffuse  even 10YR 6/6 

Brownish yellow 10YR 6/6 

Brownish yellow ~20% R, F  LS  Massive  ‐  ‐ 

B21  Bt2  0.47‐0.6  diffuse  even 10YR 6/8 

Brownish yellow 10YR 5/8 

Yellowish brown ~30% R, D  MC  Weak  Blocky 20‐50

B22  Bt3  0.6‐0.85  ‐  ‐ 10YR 7/8 Yellow 

10YR 5/8 Yellowish brown 

~50% Y, D  MC  Weak  Blocky 20‐50

A3 

B22 

A2 

Bt1 

Bt2 B21 

Bt3 

Page 178: Ag Heartlands Tour Guide

176 

3. Soil mineralogy  

X‐ray diffraction patterns of basally oriented clays show the presence of kaolinite, inhibited 

vermiculite and traces of illite in the clay fraction of the soil. In addition to the phyllosilicates, 

the  random  powder  diffraction  patterns  show  quartz  (trace  amounts  in  B22  horizon), 

anatase, goethite and hematite in the soil clay fractions.  

 

X‐ray  diffraction  patterns  of  the  oriented  clay  fraction  of  A1  horizon  soil  after  various  pre‐

treatments; Mg  saturated  and  air‐dried  (‐‐‐‐‐‐), Mg  saturated  and  ethylene  glycolated  (‐‐‐‐‐‐),  K 

saturated and air‐dried (‐‐‐‐‐‐) and K saturated and heated at 550°C (‐‐‐‐‐‐).  

 

Thin sections 

 

 

 

 

The left image (PPL) shows some very prominent argillans in the B22 horizon, while the right image 

(XPL) shows oriented clay coating grains and occupying long, continuous pores in the B22 horizon. 

These features attest to the importance of illuviation in this profile. 

Page 179: Ag Heartlands Tour Guide

177 

4. Profile chemical characteristics 

The pH values for this profile are strongly acidic to slightly acidic (5.38‐6.24) and there is no consistent pattern in the soil pH values within the profile. 

Very low EC values throughout the soil profile. 

Organic carbon and total nitrogen contents are high  in the top two horizons and  low  in rest of the horizons.  

The cation exchange capacity (CEC) ranges from very low to low through the profile. There is a significant amount of free iron in the B horizons.

Chemical properties of soil profile  

   Cation exchange properties, available micronutrients and DCB and oxalate Fe and Al of soil profile 

Horizon pH (1:5 H2O) 

EC (dS/m) 

Organic C (%) 

Total N (%) 

C:N ratio 

NO₃‐N (mg/kg) 

Colwell P (mg/kg) 

PBI‐Colwell 

SO4 (mg/kg) 

Avail. K (mg/kg) 

Cl (mg/kg) 

A₁   5.89  0.02  4.99  0.29  17.2  4.9  6  87  2.9  46  10 

A2  6.04  0.03  3.81  0.17  22.4  1  5  ‐  ‐  20  10 

A3  5.38  0.01  0.49  0.02  24.5  1  5  ‐  ‐  21  10 

B21  6.26  0.02  0.40  0.03  13.3  1  5  ‐  ‐  55  10 

B22  6.00  0.02  0.23  0.02  11.5  1  5  ‐  ‐  75  15 

Cation exchange properties  (mmolc/kg)  DTPA extractable (mg/kg)  DCB (%)  Oxalate (%) Horizon 

CEC  Ca  Mg  K  Na  Al  Zn  Cu  Fe  Mn  Fe  Al  Fe  Al 

A₁   82.5  66.5  6.3  1.2  0.4  8.1  4  1.4  0.12  81  0.75  0.15  0.1  0.1 

A2  17.3  10.0  2.6  0.5  0.2  4.0  2  ‐  ‐  ‐  0.46  0.12  0.1  0.1 

A3  14.8  1.0  12.0  0.5  0.3  1.0  3  ‐  ‐  ‐  1.15  0.14  <0.1  <0.1 

B21  45.0  1.5  40.0  1.4  1.1  1.0  1  ‐  ‐  ‐  3.10  0.45  <0.1  0.1 

B22  75.6  4.7  66.0  1.9  2.0  1.0  1  ‐  ‐  ‐  5.20  0.60  0.1  0.1 

CEC concentration (mmolc/kg)

A1 A1 A1 A1 

A2  A2 A2 A2 

A3  A3  A3  A3 

B21  B21 B21 B21 

B22  B22 B22 

B22 

Page 180: Ag Heartlands Tour Guide

178 

5. Profile physical characteristics 

The PSA reflects a very high sand percentage in the A horizons, while clay content increases significantly in the B horizons. 

There is a significant increase in the soil bulk density in the A3 horizon of the profile. 

Hydraulic conductivity and field capacity water content declines down the profile.  The penetration resistance is loose (topsoil) to dense (subsoil).

Soil physical characteristics   

 

 

 

 

 

 

 

 

Particle Size Analysis (%)  Moisture () 

Horizon Clay   

 (<2 µm) Silt          

(2‐20 µm) Fine sand (20‐200 µm) 

Coarse sand (200‐ 2000 µm) 

Bulk density        (g/cm

3)  10 kPa 

1500 kPa (PWP) 

0 kPa (FC) 

Penetration resistance (MPa) 

A₁   10.4  5.2  27.5  56.9  1.24  0.33  0.11  0.40  0.08 

A2  9.9  11.5  26.8  51.8  1.13  0.29  0.09  0.42  0.07 

A3  16.7  6.7  27.0  49.7  1.75  0.32  0.11  0.40  1.6 

B21  44.0  6.8  13.6  35.6  ‐  ‐  ‐  ‐  1.5 

B22  65.9  6.6  8.8  18.7  ‐  ‐  ‐  ‐  1.5 

Estimates USDA PSA (%) 

Horizon Silt 

(2‐50 µm) Sand (50‐2000 µm) 

A₁  14.1  75.5 

A2  26.6  63.6 

A3  17.8  65.5 

B21  16.4  39.6 

B22  9.6  24.5 

A1 

A2 

A3 

B21 

B22 

A1  A1  A1 

A2  A2 A2 

A3  A3  A3 

A3 

A1 

A2 

B21 

Page 181: Ag Heartlands Tour Guide

179 

 

Appendix 

Page 182: Ag Heartlands Tour Guide

180 

Laboratory Methods and interpretations 

All laboratory analysis was done < 2 mm soil fraction and values are expressed on an oven dry soil weight basis. 

(i) Soil pH and electrical conductivity (EC):  Soil pH and EC were measured in 1:5 soil /water extract after one 

hour end‐over‐end shaking and left for 20 min for the soil to settle. 

General interpretation of soil pH in water (1:5) (Bruce and Rayment, 1982). 

pH  Ratings 

>9.0  Very strongly alkaline 9.0‐8.5  Strongly alkaline 8.4‐7.9  Moderately alkaline 7.8‐7.4  Mildly alkaline 7.3‐6.6  Neutral 6.5‐6.1  Slightly acid 6.0‐5.6  Moderately acid 5.5‐5.1  Strongly acid 5.0‐4.5  Very strongly acid <4.5  Extremely acid 

 

US Salinity Laboratory soil salinity criteria for the interpretation of ECe† (Hazelton and Murphy, 2007). 

Status  ECe (dS/m)  Comment 

Non‐saline  <2  Salinity effects negligible Slightly saline  2‐4  Yields of sensitive crops reduced 

Moderately saline  4‐8  Yields of many crops reduced Very saline  8‐16  Only tolerant crops yield satisfactorily Highly saline  >16 

Very few crops give satisfactory yields 

† ECe = electrical conductivity of saturation extract. 

(ii) Total carbon and nitrogen were determined using an Elementar Vario MAX CNS analyzer. The procedure 

involved combustion of a small mass (~500 mg) of finely ground (<50 μm) soil sample at 900°C. The combustion 

process converts soil carbon and nitrogen into N2 and CO2 gases, respectively. The evolved gases are analysed 

sequentially  using  a  thermal  detector.  A  series  of  reference  compounds  or  soil  standards  are  analysed  to 

calibrate the  instrument prior to the analysis of soil analysis. Soil samples containing calcium carbonate were 

treated by equilibrating with 1 M HCl overnight to remove carbonates, and carbonated free sample should be 

analysed to determine the organic carbon in such soils. 

General rating of total nitrogen content of soil (Bruce and Rayment, 1982). 

Total nitrogen (%)  Rating 

<0.05  Very small 0.05‐0.15  Small 0.15‐0.25  Medium 0.25‐0.50  Large >0.50  Very large 

 

 

 

 

Page 183: Ag Heartlands Tour Guide

181 

General rating of the soil carbon/nitrogen (C:N) ratio (Metson, 1961) 

C:N ratio  Rating 

<8  Very small 8‐10  Small 10‐15  Medium 15‐25  Large >25  Very large 

                   

A C:N ratio of 10‐12 is normal for an arable soil. 

Nitrate nitrogen: Nitrate extracted by 1:5 soil/water solution, shaking for one hour, centrifuged, filtered and 

measured by automated colorimetric analysis.    

General rating of nitrate nitrogen 

Nitrate (mg/kg)  Rating 

<5  Very low 5‐10  Low 10‐15  Moderate 15‐25  Satisfactory 25‐100 >100 

High Very high 

 

Colwell phosphorus: Phosphorus extraction by 1:100 soil/0.5 M sodium bicarbonate (pH 8.5) solution, end‐

over‐end shaking for 16 hours, centrifuged, filtered and measured by automated colorimetric analysis.    

General rating of Colwell phosphorus 

Colwell P (mg/kg)  Rating 

<5  Very low 5‐10  Low 10‐15  Moderate 15‐40  Satisfactory 40‐100 >100 

High Very high 

 

Phosphorus Buffer Index (PBI): Phosphorus adsorption is determined by equilibrating 1:10 soil/ 0.01 M CaCl2 

solution and 100 mg/L phosphorus, for 17 hours, centrifuged, filtered and measured by ICP‐AES or colorimetric 

method. 

PBI (ColP) is calculated as:  PBI+ColP = [Ps + Colwell‐P ] / c0.41 

where Ps is the amount of freshly sorbed P in the soil (mg P/kg), c is the equilibrium solution P concentration 

(mg/L) and Colwell is the Colwell‐extractable P in the soil (mg P/kg). 

General rating of Colwell phosphorus 

PBI  Rating 

<35  Very low 35‐70  Low 70‐140  Moderate 140‐280  High >280  Very high 

 

Page 184: Ag Heartlands Tour Guide

182 

Phosphorus Buffer Index (PBI): Phosphorus adsorption is determined by equilibrating 1:10 soil/ 0.01 M CaCl2 

solution and 100 mg/L phosphorus, for 17 hours, centrifuged, filtered and measured by ICP‐AES or colorimetric 

method. 

Available potassium (Colwell K): Potassium extraction by 1:100 soil/0.5M sodium bicarbonate (pH 8.5) 

solution, end‐over‐end shaking for 16 hours, centrifuged, filtered and measured by AAS.    

General rating of available potassium 

K (mg/kg)  Rating 

<35  Very low 35‐70  Low 70‐140  Moderate 140‐280  High >280  Very high 

 

Chloride: Chloride extracted by 1:5 soil/water solution, shaking for one hour, centrifuged, filtered and 

measured by automated colorimetric analysis.    

General rating of chloride 

Cl (mg/kg)  Rating 

<250  Low 250‐450  Moderate 450‐600  High >600  Very high 

 

Exchangeable cations: Exchangeable cations (Ca, Mg, Na, and K) extracted by 1:10 soil/ammonium acetate (pH 

7.0) solution, end‐over‐end for half hour, centrifuged, filtered and measured by ICP‐AES.    

Exchangeable aluminium:  Aluminium extraction by 1:10 soil/1M KCl solution, shaking for one hour, 

centrifuged, filtered and measured by AAS. 

Cation exchange capacity (CEC): For variable charge acidic soil by silver thiourea method, for alkaline soil with 

permanent charge by summing up the exchangeable base cations. 

Cation exchange capacity ratings for Australian soils (Metson, 1961). 

Rating  CEC (mmolc kg‐1) 

Very low <60 

Low 60‐120 

Moderate 120‐250 

High 250‐400 

Very high >400 

 

Trace Elements (DTPA):  Zinc, copper, iron, manganese trace element extraction by 1:2 soil/DTPA solution 

triethanolamine/CaCl2 two‐hour shaking, centrifuged, filtered and measured by ICP‐AES.    

 

Page 185: Ag Heartlands Tour Guide

183 

Critical ranges for DTPA extractable micronutrients in soils (Sims and Johnson, 1991) 

Element  Critical range (mg/kg) 

Cu 0.3‐0.6 

Fe 4.5‐5.0 

Mn 1‐5 

Zn 0.3‐1.4 

 

Citrate/dithionite extractable iron and aluminium:  Iron and Al extracted by shaking 1 g soil with 50 ml 22% 

sodium citrate and 1 g dithionite on an end‐over‐end shaker for 16 h, centrifuged, filtered and measured by 

ICP‐AES.    

Oxalate extractable iron and aluminium:  Iron and Al extracted by shaking 1 g soil with 100 ml acid oxalate 

solution in the dark on an end‐over‐end shaker for 4 h, centrifuged, filtered and measured by ICP‐AES.    

References 

Bruce, R.C. and Rayment, G.E. (1982). Analytical Methods and Interpretation Used by the Agricultural 

Chemistry Branch for Soil and Land Use Surveys. Bulletin QB82004. Queensland Department of 

Primary Industries. 

Hazelton, Pam and Murphy, Brian (2007). Interpreting Soil test Results: What do all the numbers mean? CSIRO 

Publishing, Collingwood, Vic. 

Metson, A.J. (1961). Methods of Chemical Analysis for Soil Survey Samples. Soil Bureau Bulletin No 12, New 

Zealand Department of Scientific and Industrial Research.  

Sims, J.T. and Johnson, G.V. (1991). Micronutrient soil tests. In: Micronutrients in Agriculture (eds Mortvedt, 

J.J., Cox, F.R., Shuman, L.M. and Welch, R.M.). pp. 427‐472. Soil Sci. Soc. Am. Book Series no 4. Soil Sci 

Soc Am Inc, Madison, USA.