Bitki Su Stresi İndeksinin Belirlenmesinde İnfrared Termometre Alımı Alt Yapı Projesi

Transkript

1 KSÜ BİLİMSEL ARAŞTIRMA PROJELERİ KESİN SONUÇ RAPORU Bitki Su Stresi İndeksinin Belirlenmesinde İnfrared Termometre Alımı Alt Yapı Projesi PROJE SONUÇ RAPORU Proje yöneticisi Yardımcı Araştırıcılar :Doç Dr. Cafer GENÇOĞLAN :Yrd. Doç.Dr. Kenan UÇAN Arş. Gör. Dr. Ramazan MERAL Hasibe ALTUNBEY KAHRAMANMARAŞ- OCAK

2 T.C KAHRAMANMARAŞ SÜTÇÜ İMAM ÜNİVERSİTES BİLİMSEL ARAŞTIRMA PROJESİ KESİN SONUÇ RAPORU PROJE ADI: Bitki Su Stresi İndeksinin Belirlenmesinde İnfrared Termometre Alımı Alt Yapı Projesi PROJE NO : 2003/7-57 PROJE YÖNETİCİSİ : Doç Dr. Cafer GENÇOĞLAN YARDIMCI ARAŞTIRICILAR: Yrd. Doç.Dr. Kenan UÇAN Arş. Gör. Dr. Ramazan MERAL Hasibe ALTUNBEY OCAK 2005 KAHRAMANMARAŞ 2

3 İÇİNDEKİLER Sayfa No Özet... 4 Abstract... 4 Giriş... 5 Materyal Metot... 6 Sonuç... 9 Literatür

4 Bitki Su Stresi İndeksinin Belirlenmesinde İnfrared Termometre Alımı Alt Yapı Projesi Özet Sulamanın temel amacı bitkinin ihtiyaç duyduğu suyu, verimde ve ürün kalitesinde düşüşe neden olmayacak şekilde uygun zamanda ve yeterli miktarda vermektir. Bu ise iklim koşulları, bitki büyüme aşaması, toprağın su tutma kapasitesi ve diğer bazı toprak özelliklerine bağlı olarak değişim göstermektedir. Son yıllarda uygulama alanı bulan bitki su stress indeksinin kullanılması bitkilerin kritik su stresi eşik değerinin dikkate alınmasını sağlamaktadır. Böylece su stresi nedeniyle meydana gelecek verim kayıpları veya zamansız sulamalarla oluşacak su kayıpları önlenebilmektedir. Bu yöntemin temeli taç-hava sıcaklığı farkı ve psikrometrik ölçümlere dayanmaktadır. Bitki taç sıcaklığı da infrared termometre ile ölçülebilmektedir. Bu çalışmanın amacı; infrared termometre ölçümlerinden yararlanarak çeşitli bitkilerin sulama zamanının belirlenmesinde kullanılan bitki su stress indeksini (CWSI) belirlemektir Abstract Infrastructure Project for Purchasing Infrared Thermometer to Determine Crop Water Stress Index The main objective of irrigation is to provide plants with sufficient water without sustaining water stress that may cause yield or poor quality of harvest. Irrigation time and amount of water is governed by climatic conditions, crop and stage of growth, soil moisture holding capacity, and other soil properties. Recently, methods of crop water stress index is widely using for determining when to irrigation. This method prevents to decrease of yield without crop stress and water losses. One popular method is to a hand-held infrared thermometer to measure the difference between plant canopy and air temperature. The aim of this study is to determine crop water stress index of the various crops for irrigation time. 4

5 Giriş Günden güne kişi başına düşen miktarı azalan ve bunun yanında kirlenen su kaynağının optimum kullanımı çok önemlidir. Bu kıt kaynağın optimum kullanılması sulama işletmeciliğinde önemli bir yer tutmaktadır. Sulamaya ayrılan su miktarının da optimum kullanılması da uygun sulama programlarının oluşturulması ile sağlanabilir. Sulama programlarının önemli öğelerinde biri de sulama zamanın belirlenmesidir. Her hangi bir bitkinin ne zaman sulanması gerektiğini, ne toprak su içeriği ne de atmosferik istem, bitkinin kendi içsel su durumu kadar doğru olarak belirtemez. Bu nedenle, bitkinin içsel su durumunu belirlemeye yönelik yöntemler sulama programlarının hazırlanmasında yaygın olarak kullanılmaktadır (REGINATO ve HOWE, 1985; YAZAR, 1993). Yapılan araştırmalar bitki su stresinin, kolaylıkla ölçülebilen parametreler kullanılarak niceliksel olarak ifade edilebileceğini göstermiştir. Sözkonusu parametreler, bitki taç ve hava sıcaklığı farkı ile yaygın olarak atmosferin buharlaştırma istemi olarak tanımlanan havanın buhar basıncı açığıdır (JACKSON ve Ark., 1981; IDSO ve Ark., 1981a). Bitkiler terledikçe yaprak sıcaklığı azalmakta ve hava sıcaklığının altına düşmektedir. Taç-hava sıcaklığı farkından ve psikrometrik ölçümlerden yararlanarak bitki su stres indeksi (CWSI) belirlenmektedir (JACKSON, 1982). Anılan yöntemde ölçümler sırasında bitkiye temas edilmediğinden, bitkilere zarar verilmemekte, hızlı ve doğru ölçümler yapılabilmektedir (ZIPOLI, 1990). Tarım alanlarında, sınırlı su kaynaklarının işletilmesinde uygun sulama programlarının öneminin giderek arttığını belirten CLAWSON ve BLAD (1982), infrared termometre (IRT) ile ölçülen taç sıcaklığının sulama programlarının hazırlanmasında kullanılabileceğini vurgulamışlardır. REGINATO (1983), günlük CWSI değerlerinin atmosferik isteme ve toprak su içeriğine bağlı olarak değiştiğini saptamıştır. IDSO ve Ark. (1981a) da farklı bitkilerde ve değişik yerlerde taç-hava sıcaklığı farkı ile buhar basıncı açığını (VPD) ölçmüşlerdir. Bulutluluk dışında diğer çevre etmenlerini ihmal ederek bitkilerin potansiyel evapotranspirasyon yaptığı koşullarda taç sıcaklığı (Tc) hava sıcaklığı (Ta) farkı ile VPD arasında doğrusal bir ilişki olduğunu öğle saatlerinde yaptıkları ölçümlerle göstermişlerdir. İncelenen literatür ışığında, alınan İnfrared termometre ile sulama programlarının önemli öğelerinde biri olan sulama zamanın belirlenmesin de kullanılacaktır. CWSI ile bitkilerin en kritik su stresi dönemi bulunarak bu su stresinden kaynaklanan verim kayıpları 5

6 önlenebilecektir. Bu da kıt kaynakların hem optimum hem de verimde düşüşler önlenerek ülke ekonomisine katkı sağlayacaktır. Materyal Metot Bitkinin içsel su durumunu yansıtan bitki su stresi indeksinin (CWSI) belirlenmesinde IDSO ve Ark. (1981a) nın geliştirdikleri deneysel yöntem kullanılmıştır. Anılan yöntemler aşağıda açıklanmıştır. Çevreden, bitkinin fenolojik durumundan ve topraktaki nem eksikliğinden etkilenen bitki tacı sıcaklığı portatif infrared termometre (IRT) ile ölçülmektedir. Denemede taç sıcaklığı ölçümlerinde, 8-14 µ dalga boyundaki ışınları geçiren filtrelere sahip ve emissivite katsayısı 0.98 olan IRT kullanılacaktır. Aletin görüş açısı (FOV) 3 o dır. Toprak yüzeyini IRT nin görüş alanı dışında tutmak için IRT yatayla o lik bir açıyla bitki yüzeyine yöneltilerek taç sıcaklığı ölçümleri yapılacaktır. Taç sıcaklığı gözlemlerine örtü %80-85 e ulaştığında başlanılacaktır. Taç sıcaklığı (Tc) ölçümleri, havanın tamamen açık olduğu veya bulutların güneşi engellemediği koşullarda saat 12:00-14:00 arasında ve su stresininin günlük değişimini belirlemek için de sabah saat 7:00 den akşam saat 19:00 a dek birer saat aralıklarla yapılacaktır. Taç sıcaklığı gözlemleri sulamalardan önce ve sonra, ölçümleri kısıtlamayan her gün yapılacaktır. Ölçümler parsellerin köşegenleri doğrultusunda, 4 köşeden ve her birinde 3 yinelemeli ve toplam 12 değerin ortalaması alınarak o parsel için ortalama taç sıcaklığı bulunacaktır. Mısır bitki boyu arttıkça, IRT okumaları, 2 m yüksekliğindeki taşınabilir bir merdivenin üzerine çıkılarak yapılacaktır. Bitki taç sıcaklığı ölçümlerinin başında ve sonunda sapan psikrometre (ıslak ve kuru termometre içeren, el ile döndürülen tipte olan El modeli) ile ıslak ve kuru termometre değerleri okunacaktır. Bitki su stresi indeksi (CWSI) ölçülen taç sıcaklığı, ıslak ve kuru termometre değerlerinden hesaplanan havanın buhar basıncı açığından yararlanarak IDSO ve Ark. (1981a) nın önerdiği ampirik yöntemle belirlenecektir. IDSO ve Ark. (1981a) göre CWSI şu eşitlikle tanımlanmıştır; CWSI = [( T T ) LL] c a UL LL Eşitlikte: Tc: Taç sıcaklığı, ( o C); Ta: Hava sıcaklığı, ( o C); 6

7 LL: Bitkide su stresinin olmadığı alt sınır (bitkilerin potansiyel hızda transpirasyon yaptığı sınır değeri); UL: Bitkilerin tamamen stres altında olduğu üst sınır (bitkinin transpirasyon yapmadığı varsayılan sınır değeri). Bitkilerin potansiyel evapotranspirasyon yaptığı varsayılan diğer bir deyişle hiç su stresinin olmadığı alt sınır (LL), IDSO (1982), O TOOLE ve REAL (1986) tarafından aşağıda verilen ampirik eşitlikten belirlenecektir. Tc-Ta = a-b VPD... (3.10) Bu eşitlik, sulamalardan sonra su stresi olmayan I 100 konusundan ölçülen taç sıcaklığı (Tc, o C) hava sıcaklığı (Ta, o C) farkı ile buhar basıncı açığı (VPD, kpa) arasında regresyon analizi sonucu elde edilecektir. Bu regresyon eşitliğinde, a; doğrunun arakesit değerini ( o C) ve b de doğrunun eğimini (C kpa -1 ) göstermektedir. Buhar basıncı açığını hesaplamada HOWELL ve Ark. (1992) nın önerdiği LIST (1971) in verdiği temel psikrometre eşitliklerinden yararlanılacaktır Tw e w = exp T e a = ew - (AP) (Ta- Tw) w Burada: ew: Islak termometre sıcaklığında doygun buhar basıncı, (kpa); ea: Hava sıcaklığında gerçek buhar basıncı, (kpa); Ta: Kuru termometre sıcaklığı, ( o C); Tw: Islak termometre sıcaklığı,( o C); A: Psikrometrik sabite, ( o C -1 ); P: Barometrik basınçtır, (kpa). Psikrometrik sabite (A), aşağıda verilen eşitlikten hesaplanacaktır. A = [ ( Tw)] Doygun buhar basıncı aşağıda verilen eşitlikten belirlenecektir T a ea *( Ta) = exp T a Buhar basıncı açığı (VPD), kuru termometre sıcaklığındaki doygun buhar basıncı ile aynı sıcaklıktaki gerçek buhar basıncı farkı alınarak bulunacaktır (IDSO ve Ark., 1981b). Bu eşitlik: 7

8 VPD = [(e a *(Ta) - e a )]...(3.15) Anılan eşitlikte: VPD: Buhar basıncı açığı, (kpa); e a *(Ta): Kuru termometre sıcaklığında hesaplanan doygun buhar basıncı, (kpa); e a : Havanın gerçek buhar basıncı, (kpa), T a : Kuru termometre (hava) sıcaklığıdır, ( o C). Bitkilerin tamamen su stresi altında olduğu, transpirasyon yapamadığı varsayılan üst sınırdaki (Tc-Ta) değeri, IDSO ve Ark.(1981a) nın önerdikleri yöntemle bulunacaktır. Anılan araştırmacılar UL ın VPD na bağlı olmadığını belirtmişlerdir. Tc-Ta = a - b VPG VPG = [e*(ta) - e*(ta + a)] Burada: a ve b : Su stresinin olmadığı alt sınır (LL) eşitliğindeki regresyon katsayıları, VPG : Sıfır taç-hava buhar basıncı eğimi için gerekli negatif atmosferik buhar basıncı eğimi, e* : İlgili sıcaklıkta doygun buhar basıncını göstermektedir. Bu yöntemde üst sınır (UL) yalnızca Ta ya bağlıdır. Üst sınır teorik olarak, gizli ısı akısı ile toprağa olan ısı akısı sıfır varsayılarak tahmin edilebilmektedir (HOWELL ve Ark., 1986a). 8

9 Sonuç Çalışma sonucunda Model 100.3ZL infrared termometre alımı yapılmıştır. Sözkonusu aletin görünşü Şekil 1 de verilmiştir. Şekil1. Model 100.3ZL infrared termometrenin farklı görünüşleri Sıcaklık Ölçümleri Taşınabilir infrared termometrenin Teknik özellikleri Scaklık ölçüm Aralığı: -40 C to 100 C or -40 F to 212 F Kararlılık: 0.1 C or 0.1 F Doğruluğu: ±0.5 C or ±0.5 F Tekrarlamadaki doğruluk: ±0.1 C or ±0.2 F Sıcaklık: işlevi C or F Sıcaklığa gürültü etkisi: ±0.2 C Optimum Hususlar Optimum Configurasyon: Robust, Aerospace-Quality, Double-Coated Zinc Selenide Optics per Military Specification MIL-C Spectral Pass Band: 8 < Wavelengths < 14 Microns Görüş: Line of Sight Arazi görüşü: Standard: 4 or 15 Çalışma koşulları Çalışma Durumu: Kaydetme sıcaklığı: -10 C to 70 C or 14 F to 160 F, Oransal Nem 99% kadar, yoğunlaşma olmayan Ölçülen ile aynı 9

10 Genel Özellikleri Tepki zamanı: Emissivitesi : Ölçüm uzaklığı: 0.10 saniye 0.2 den 0.98 a kadar ayarlanabilir 2 cm den 300 metreye kadar Girdi/Çıktı Güç gereksinimi: Çıktısı: Garantisi Garanti: Nickel Cadmium Rechargeable Batteries Standard: RS-232C. Optional: Analog Millivolt (10.0mV/ C) Bir yıl 10

11 Literatür GEISER, K.M., SLACK, D.C., ALLRED, E.R., STANGE, K.W., Irrigation Scheduling Using Crop Canopy-Air Temperature Difference. ASAE. Paper No: ASAE. St. Joseph. MI. Vol. 25(3): Gençoğlan, C., Yazar, A., Çukurova Koşullarında Yetiştirilen I. Ürün Mısır Bitkisinde İnfrared Termometre Değerlerinden Yararlanılarak Bitki Su Stresi İndeksi (CWSI) ve Sulama Zamanının Belirlenmesi. Tr. J. of Agriculture and Forestry, TÜBİTAK. 23(87-95). Gençoğlan, C., Mısır Bitkisinin Su-Verim İlişkileri, Kök Dağılımı ile Bitki Su Stresi İndeksinin Belirlenmesi ve CERES-Maize Bitki Büyüme Modelinin Yöreye Uyumluluğunun İrdelenmesi. Ç.Ü. Fen Bilimleri Enstitüsü Tarımsal Yapılar Sulama Anabilim Dalı, Doktora Tezi, Adana. HOWELL, T.A., MUSICK, J.T., TOLK, J.A., 1986a. Canopy Temperature of Irrigated Winter Wheat. Vol. 29(6): IDSO, S.B., Non-Water-Stressed Baselines: A Key to Measuring and Interpreting Plant Water Stress. Agric. Meteorol., 27: IDSO, S.B., EHRLER, W.L., Estimating Soil Moisture in the Root Zone of Crops: A Technique Adaptable to Remote Sensing. Geophys. Res. Lett., 3, IDSO, S.B., JACKSON, R.D., PINTER, P.J., REGINATO, R.J., HATFIELD, J.L., 1981a. Normalizing the Stress-Degree-Day Parameter for Environmental Variability. Agricultural Meteorology, 24: IDSO, S.B., REGINATO, R.J., FARAH, S.M., Soil-and Atmosphere-Induced Plant Water Stress in Cotton as Inferred from Foliage Temperatures. Water Resources Research, Vol.18 No.4 Pages: IDSO, S.B., REGINATO, R.J., REICOSKY, D.C., HATFIELD, J.L., 1981b. Determining Soil-İnduced Plant Water Potential Depressions in Alfalfa by Means of Infrared Thermometry. Agron. J., 73: JACKSON, R.D., Canopy Temperature and Crop Water Stress. Advances in Irrigation. Edited by Daniel Hillel. Academic Press 1: New York. London. JACKSON, R.D., IDSO, S.B., REGINATO, R.J., PINTER, JR., P.J., Canopy Temperature as a Crop Water Stress Indicator. Water Resources Research. Vol.17, No:4. Pages: JACKSON, R.D., KUSTAS, W.P., CHOUDHURY, B.J., A Reexamination of the Crop Water Stress Index. Irrig Sci. 9:

12 KSÜ BİLİMSEL ARAŞTIRMA PROJELERİ KESİN RAPOR DEĞERLENDİRME FORMU Ek-7 Proje No: 2003/7-57 Projenin adı: Bitki Su Stresi İndeksinin Belirlenmesinde İnfrared Termometre Alımı Alt Yapı Projesi Türkçe BAŞLIK çalışmayı yansıtıyor mu? Evet Hayır Yabancı dildeki BAŞLIK çalışmayı yansıtıyor mu? Evet Hayır Türkçe ÖZET çalışmayı yeterli oranda kapsamakta mı? Yabancı dildeki ÖZET çalışmayı yeterli oranda kapsamakta mı? MATERYAL ve METOD uygun olarak hazırlanmış mı? ŞEKİL ve TABLOLAR ile ALT YAZILARI yeterli mi? Elde edilen BULGULAR mevcut kaynaklar ile uygun şekilde tartışılmış mı? Evet Evet Evet Evet Evet Hayır Hayır Hayır Hayır Hayır KAYNAKLAR yeterli ve konu ile ilgili mi? Evet Hayır GÖRÜŞÜNÜZ: Lütfen proje kesin raporu ile ilgili görüşünüzü yan tarafa işaretleyiniz, ayrıntılar ve hayır cevaplarının gerekçelerini de ek sayfada belirtiniz. Bu şekilde kabul edilebilir. Öneriler doğrultusunda düzeltildikten sonra kabul edilebilir Düzeltildikten sonra tekrar incelemek isterim Proje kabul edilmeye değer bulunmamıştır. Konu ile ilgili alanıma girmiyor, başka danışman öneririm. Not. Danışman isimleri yazara bildirilmediğinden, isim be soy adınızı arkaya yazarak imzalayınız. 12