Ekim Makinalarının Tohum Dağılımının İncelenmesinde Yeni Yaklaşımlar: İki Boyutlu Değerlendirme

Transkript

1 Trım Mkinlrı Bilimi Dergisi (Journl of Agriculturl Mchinery Science) 2010, 6 (2), Ekim Mkinlrının Tohum Dğılımının İncelenmesinde Yeni Yklşımlr: İki Boyutlu Değerlendirme Dvut KARAYEL, Aziz ÖZMERZİ Akdeniz Üniversitesi, Zirt Fkültesi, Trım Mkinlrı Bölümü, Antly dkryel@kdeniz.edu.tr Received (Geliş Trihi): Accepted (Kul Trihi): Özet: Ekim işleminde trldki tohum dğılımını değerlendirmek, ynı zmnd gömücü yğın toprktki tohum dğılım krkteristiğini incelemek için ypıln rştırmlrd yty ve düşey düzlemdeki tohum dğılım özelliklerinin elirlenmesi gerekmektedir. Bu mçl tohumlrın sır üzeri uzklıklrı ve derinlikleri ölçülmekte ve u ölçümler kullnılrk tohum dğılımlrı çizgisel olrk değerlendirilmektedir. Bu nedenle sır üzeri uzklık vey derinlik dğılımı ess lınrk ypıln değerlendirmeler tek oyutludur. Oys incelemeye konu oln düzlemler (yty ve düşey düzlem) iki oyutludur. Son yıllrd tohum dğılımını iki oyutlu, yni düzlemsel olrk tnımlmyn yöntemler geliştirilmiştir. Bu yöntemler ile yty düzlem tohum dğılımının incelenmesi için her itkiye düşen yşm lnı, düşey düzlem tohum dğılımını elirlemek için ise tohumlrın düşey düzlemdeki dğılım lnlrı incelenmektedir. Anhtr kelimeler: Ekim, tohum dğılımı, yşm lnı, hesplmlı geometri. New Approches in Seed Distriution Uniformity of the Seeders: Two Dimensionl Evlutions Astrct: Seed distriution on the verticl nd horizontl plne in the soil should e determined to evlute seed distriution in the field fter seeding opertion nd lso seed distriution chrcteristic of furrow openers. Seed spcings nd seeding depths re mesured nd the liner seed distriution is evluted using these mesurements. Hence, seed distriution evlutions using either seed spcing or seeding depth re one dimensionl. But the plnes (verticl nd horizontl) re two dimensionl. The new methods were developed to evlute seed distriution in two dimensionl wy. Plnt growing re is determined to evlute horizontl distriution pttern nd verticl seed distriution re is determined to evlute verticl distriution pttern of the seeds in these new methods. Key words: Seeding, seed distriution, growing re, computtionl geometry. GİRİŞ Tohumlrın toprk içerisindeki dğılımı, yrıc gömücü yklrın tohum dğılım krkteristikleri yty ve düşey düzlemdeki ölçümler ile elirlenmektedir. Yty düzlemdeki ölçümlerde tohumlrın sır üzeri uzklıklrı ve sırdn spm miktrlrı vey irim uzunluktki tohum syılrı, düşey düzlemde ypıln ölçümlerde ise tohumlrın ekim derinliği vey elirli toprk ktmnlrındki tohum syılrı ölçülmektedir. Yty düzlemdeki tohum dğılımının değerlendirilmesi için norml sırvri ekimde, sır üzeri tohumlr rsı uzklığın ölçülmesi yerine, sır üzeri oyunc 2.5 cm uzunluğund 0, 1, 2.r det tohum ulunn şeritlerin ornının hesplnırken, hsss ekimde ise ölçülen sır üzeri tohum uzklıklrı kullnılrk ikizleme ornı oşluk ornı, kul edileilir tohum rlığı ornı gii ekim klitesi kriterleri hesplnmktdır (Önl, 1995). Heege (1967, 1969, 1993), Speelmn (1975), Gökçey (1981) ve Özmerzi (1983) yürüttükleri çlışmlrd, yty düzlemdeki tohum dğılımını en ykın komşu tohum uzklığı ile elirtmişlerdir. En ykın komşu tohum uzklığı, ir tohumdn en ykın komşu tohum oln yty uzklıktır. Geometrik olrk, u uzklık ir direnin yrıçpın eşit olup, u uzklıktki yrıçpl çizilen direnin içerisinde şk ir tohum ulunmmlıdır. 101

2 Ekim Mkinlrının Tohum Dğılımının İncelenmesinde Yeni Yklşımlr: İki Boyutlu Değerlendirme Tohumlrın düşey düzlemdeki dğılımını yni toprk üst yüzeyine göre toprk içindeki konumlrını sptmk için ise iki yöntem uygulnmktdır. Bu yöntemlerden iri toprk rendesidir. Breitfuss (1954) tohum derinliğinin sptnmsın yönelik yptığı rştırmsınd ilk def mm ölçülerindeki toprk rendesini kullnmıştır. Yine Özmerzi (1986) trfındn toprk knlınd yürütülen ir rştırmd, tohumlrın ekim derinliğini sptmk için mm ölçülerindeki toprk rendesi kullnılmıştır. Toprk rendesi ile sğlıklı sonuçlr elde edeilmek için düzgün toprk koşullrınd çlışmk gerekmektedir. Bunun ynınd Hrzdın (1974), Erol (1977), Gökçey (1981), Özmerzi ve Keskin (1983) trfındn trl koşullrınd ypıln çlışmlrd ise tohumlrın ekim derinliğini elirlemek için çim oyu ölçüm yöntemi kullnılmıştır. Çim oyu ölçümü için çimlenen itkilerin yeşil kısmı oluştuktn sonr itkiler toprktn sökülmekte ve sökülen itkilerin tohum klıntısı ile çimlenen itkinin yeşilden eyz geçiş sınırı rsındki uzklık ölçülmektedir. Yty ve düşey düzlem tohum dğılımının lortuvr şrtlrınd elirlenmesi için ypışkn sonsuz nt, trtım yöntemi, ultrsonik syıcı, optik lgılyıcı, görüntü işleme yöntemi ve toprk knlı gii çeşitli ölçme sistemlerinden ve tekniklerden yrrlnılmktdır. Ypışkn sonsuz nt, trtım yöntemi, ultrsonik syıcı, kmer ve optik lgılyıcılrdn yrrlnıln rştırmlrd yty düzlem tohum dğılımı elirlenirken, toprk knlı kullnıln rştırmlrd yty düzlem tohum dğılımı ynınd düşey düzlem tohum dğılımı d elirleneilmektedir. Tohum dğılımını elirlemek için gerek yty gerekse düşey düzlemde ypıln ölçümler ve değerlendirmeler uzklık esslı olup ir oyutludur. Oys incelemeye konu oln düzlemler (yty ve düşey düzlem) iki oyutludur. Bu nedenle rştırmcılr trfındn yty ve düşey düzlemlerdeki tohum dğılımını iki oyutlu, yni düzlemsel olrk tnımlmyn yöntemler geliştirilmiştir. Bu çlışmd ise u yöntemlerin tnıtımı, vntj ve dezvntjlrının trtışılmsı hedeflenmiştir. YATAY DÜZLEMDEKİ TOHUM DAĞILIMININ BİTKİ YAŞAM ALANI İLE DEĞERLENDİRİLMESİ Bir ekim mkinsının yty düzlemdeki tohum dğılım düzgünlüğünün iyileştirilmesi itkiler rsındki reketi zltrk verimi rttırcktır. Yty düzlemdeki tohum dğılım düzgünlüğüne, tohumlrın sır üzeri uzklık dğılımı ynınd çizi ekseninden spm miktrlrı d etkilidir. Bir itkinin sır üzeri ve sır rsı uzklığı o itkiye düşen yşm lnını elirlemektedir. Teorik olrk hedeflenen sır rsı ve sır üzeri uzklılrdn spm miktrlrı ise itkinin yty düzlemdeki ekim düzgünlüğünü oluşturmktdır. Ekim düzgünlüğünün incelenmesi için ypıln pek çok rştırmd sdece sır üzeri uzklıklr ölçülmekte ve değerlendirmektedir. Fkt yukrıd d çıklndığı gii yty düzlemdeki tohum dğılımı çısındn, itki gelişimi ve verim üzerine etkili oln ess fktör itki yşm lnıdır. Yşm lnı iki oyutlu olrk incelenmelidir. Kryel (2010) uğdy, soy ve mısır ekiminde tohumlrın yty düzlemdeki dğılımını itkilerin yşm lnlrını inceleyerek elirlenmiştir. Bitkilerin yşm lnını elirlemek için öncelikle her itkinin trl yüzeyindeki iki oyutlu koordintı tespit edilmiştir. Koordintlrı elirlenen itkilerin yşm lnının elirlenmesinde hesplmlı geometrinin ir dlı oln Deluny üçgenlemesi ve Voronoi poligonu (çokgeni) kullnılmıştır. Hesplmlı geometrinin konulrındn iri oln üçgenlere yırm, verilen noktlrı (tohumlrın koordintlrı) köşe olrk kul eder ve yüzeyi üçgenlere yırır. Bir noktnın Voronoi poligonu o noktyı, komşu noktlr denen, o nokty en ykın konumdki noktlrdn yırmktdır. Poligonun kenrlrı, nokt ile komşu noktlrı irleştiren doğru prçlrının kenr ort dikmelerinden oluşmkt, her nokt kendisine it komşu noktlr ile irleştirildiğinde Deluny üçgenlemesi elde edilmektedir. Bir yüzey Deluny üçgenlemesi ile üçgenlere yrılırken dikkt edilecek en önemli nokt tüm üçgenler içindeki en küçük çının en üyük olduğu üçgenlemeyi ulmktır. Diğer ir deyişle, elde edilen üçgenler eşkenr en ykın üçgenler olmlıdır. Örneğin Şekil 1 de de görüldüğü gii şyet 102

3 Dvut KARAYEL, Aziz ÖZMERZİ min i < min i ise p i p j kenrı htlıdır, üçgenleme için p l p k kenrı kullnılmlıdır. gelişmiş yzılımlr kullnılmktdır. Arştırmcı trfındn itkilere düşen yşm lnının poligon lnı olrk hesplnmsı için u yzılımlrdn iri oln ve mühendislik uygulmlrınd oldukç yygın olrk kullnıln MATLAB yzılımı önerilmiştir. Progrmd yşm lnı hesı için komut stırlrı şğıdki gii oln ir m-dosy oluşturulmuştur. [v,c]=voronoin(x) for j=1: length(c) A=polyre(v(c{j},1), v(c{j},2)) end Şekil 1. Deluny üçgenlemesi (Şekildeki noktlr trl yüzeyindeki tohumlrı simgelemektedir) Deluny üçgenlemesi ypıldıktn sonr üçgeni oluşturuln kenrlr ort noktlrındn dik doğrulr çizilerek Voronoi poligonlrı elde edileilir (Şekil 2). Teorik olrk ir itkinin idel yşm lnı diredir. Oluşturuln yşm lnlrının, idel yşm lnı oln direye geometrik olrk ne kdr ykın olduğunu elirlemek için şekil ktsyısı dı verilen ir ktsyı kullnılmıştır (Griepentrog, 1998). Şekil ktsyısının 1 e yklşmsı yşm lnının d ynı ornd dire şekline yklştığını göstermektedir. Şekil ktsyısı, idel yşm lnı oln direyi çevreleyen çemerin çevresinin itkinin yşm lnı olrk hesplnn poligonun çevresine ornıdır. (1) (2) Ο Tohum Deluny üçgenlemesi Voronoi poligonu (yşm lnı) Şekil 2. Voronoi poligonunun oluşturulmsı Hesplmy dylı geometri ile Deluny üçgenlemesi ve Voronoi poligonlrının oluşturulmsı zor ve zmn lıcı ir işlemdir. Özellikle ekim işleminde, her itki için yklşık olrk 250 itkiye düşen yşm lnının hesplnmsı oldukç zor ve zmn lıcı ir işlem olcktır. Bilgi işlem teknolojilerinin yygın olrk kullnıldığı günümüzde, mtemtiksel hesplm ve nlizler için oldukç (3) Burd C idel, idel yşm çevresi; A, i poligon lnı; C poligon, poligonun çevresi; r, şekil ktsyısı; r ort, ortlm şekil ktsyısı ve n, hesplnn yşm lnı syısı. Arştırmd, örneğin uğdy itkilerinin için yşm lnlrı Şekil 3 deki gii oluşturulmuştur. Bu dğılımd ortlm sır üzeri uzklık 14.7 mm, sır üzeri uzklık vrysyon ktsyısı %74 iken ortlm yşm lnı 2022 mm 2, yşm lnlrının vrysyon ktsyısı %39 dur. 103

4 Ekim Mkinlrının Tohum Dğılımının İncelenmesinde Yeni Yklşımlr: İki Boyutlu Değerlendirme Şekil 3. Buğdyın trl yüzeyindeki tohum dğılımı ve Voronoi poligonlrı ile elde edilen yşm lnlrı. Arştırm sonund soy ve mısır gii dh geniş sır rsı uzklıklrd (40 ve 70 cm) ekilen ürünlerde ekim düzgünlüğünün göstergesi olrk kul edilen sır üzeri uzklık ile yşm lnı rsınd güçlü ir doğrusl ilişki ulunduğu ildirilmiştir. Anck dr sıry ekilen uğdyd (13 cm) sır üzeri uzklık kullnılrk ypıln tek oyutlu değerlendirme ile yşm lnı kullnılrk ypıln iki oyutlu değerlendirme rsınd önemli frklılıklr olduğu sptnmıştır. Dolyısıyl özellikle uğdy gii dr sıry ekilen itkilerin sdece sır üzeri uzklık değerleri kullnılrk ypıln tek oyutlu değerlendirme yty düzlemdeki tohum dğılımının elirlenmesi için yetersiz olduğu ildirilmiştir. DÜŞEY DÜZLEMDEKİ TOHUM DAĞILIMININ DAĞILIM ALANI İLE BELİRLENMESİ Kryel (2005) ve Kryel ve Özmerzi (2007) trfındn tohumlrın düşey düzlemdeki sırdn spm ve ekim derinliğini ir rd değerlendirmek için yeni ir yöntem geliştirilmiştir. Bu yöntemle çimlenen itkiler üzerinden ölçülen ekim derinliği ve sırdn spm değerleri ir grfiğe ktrılmıştır. Böylece toprkt, çiziye dik yönde kesit lındığınd tohumun toprk içerisindeki yeri elirlenmiştir (Şekil 4). Şekil 4. Tohumlrın toprk içerisindeki dğılımının elirlenmesi Her tohum it ekim derinliği (koordint sistemindeki z-ekseni değerini oluşturmktdır) ve sırdn spm miktrlrı (koordint sistemindeki y- ekseni değerini oluşturmktdır) ynı grfik üzerinde irleştirilmiş ve tohumlrın toprk içerisinde dğılımı elirlenmiştir. Tohumlrın toprk içerisindeki dğılımını ir düzlem üzerine ktrilmek için ynı grfik üzerindeki ütün tohumlrın x-ekseni değerlerinin sit olduğu vrsyılmıştır. Dolyısıyl toprk içerisinde çiziye dik yönde kesit lındığı frz edilerek kesit lınn çizideki tohumlrın yerleri grfik üzerinde işretlenmiştir. Bu tohumlrın dğılımını ln olrk elirleyeilmek için ise iki frklı yöntem kullnılmış ve u iki yöntemle elde edilen sonuçlr krşılştırılmıştır. Birinci yöntemde tohumlrın dğılım lnı, oyutu ortlm sırdn spm, oyutu ise ekim derinliğinin stndrt spmsı kdr oln ir elipsin lnı ile ifde edilmiştir (Şekil 5). 104

5 Dvut KARAYEL, Aziz ÖZMERZİ Şekil 6 d görülen y = f 1 (x), y = f 2 (x) eğrileri ile x =, x = doğrulrının sınırldığı ln (A) şğıd elirtildiği gii hesplnmıştır. A 1 f1( x) A 2 f 2( x) dx dx - Ortlm sırdn spm, - Ekim derinliği stndrt spmsı Şekil 5. Elips yöntemi ile tohumlrın düşey düzlemdeki dğılım lnının elirlenmesi Tohumlrın dğılım lnını temsil eden elipsin lnı şğıdki eşitlik kullnılrk hesplnmıştır. A = İkinci yöntemde ise ölçüm ypıln tohumlr Şekil 6 d olduğu gii ortlm ekim derinliğinin üzerindeki ve ltındki tohumlr olrk iki gru yrılmış ve u iki grup için yrı yrı III. dereceden polinomil eğri uydurulmuş ve eğrilerin denklemleri hesplnmıştır. Dh sonr u eğrilerin Şekil 7 deki gii - rlığı için integrli lınmış eğriler ile psis ekseni rsındki ln hesplnmıştır. Dh sonr ortlm ekim derinliğinin ltındki tohumlr ilişkin eğrinin integrlinden ortlm ekim derinliğinin üstündeki eğrinin integrli çıkrılmış ve ve rlığı için iki eğri rsındki ln hesplnmıştır. A = A 2 A 1 A f x) f ( x) ( 2 1 A f 2( x) f1( x) dx Bu yöntemle ypıln değerlendirmeye göre, hsss ekim çısındn dh iyi ir tohum dğılımı için dh düşük dğılım lnının sğlnmsı gerekmektedir. Arştırm sonund mısır ekimi için düşey düzlemdeki yşm lnlrı Şekil 7 deki gii elirlenmiştir. Elips yöntemi kullnılrk elirlenen dğılım lnı 293 mm 2 iken integrl yöntemi kullnılrk elirlenen dğılım lnı 393 mm 2 dir. Elips ve integrl yöntemleri ile elirlenen lnlr rsınd isttistiksel olrk frklılık olmsın krşın, frklı uygulmlrı krşılştırmk için ypıln çoklu krşılştırmlrd enzer sonuçlr elde edilmiştir. Frklı uygulmlr sonucu tohum dğılım lnındki değişimin her iki hesplm yönteminde de eşit ornd gerçekleştiği ildirilmiştir (Kryel 2005). Teorik ekim derinliği Ortlm ekim derinliği Şekil 6. İntegrl yöntemi ile tohumlrın düşey düzlemdeki dğılım lnının elirlenmesi Şekil 7. Mısır ekiminde tohumlrın düşey düzlemdeki dğılım lnı 105

6 Ekim Mkinlrının Tohum Dğılımının İncelenmesinde Yeni Yklşımlr: İki Boyutlu Değerlendirme SONUÇ Ekim işleminde ve gömücü yklrın gerek yty gerekse düşey düzlemdeki tohum dğılım düzgünlüğünü elirlemek için yeni ir yklşım oln iki oyutlu değerlendirme üzerine çlışmlr ypılmktdır. Yty düzlemdeki tohum dğılımını iki oyutlu olrk değerlendirmek için itkilerin yşm lnlrı elirlenmekte ve u lnlrın dğılım düzgünlükleri incelenmektedir. Düşey düzlemdeki dğılım çısındn ise gerek ekim derinliği gerekse itkilerin çizi ekseninden spmlrını ir rd değerlendirmek için düşey düzlem dğılım lnlrı hesplnmktdır. Aln hesınd ise integrl ve elips diye dlndırıln iki frklı yöntem kullnılmktdır. Bu yöntemler, klsik yöntemlere göre tohum dğılımını dh iyi tnımlmsın krşın, uygulnmsı dh fzl zmn lıcı ve zhmetlidir. Anck; Tohumlrın trl yüzeyindeki koordintlrının elirlenmesi için GPS destekli sistemlerin kullnımı ve Elde edilen koordintlrın değerlendirilerek ln hesın yönelik uygun ilgisyr yzılımlrının kullnımın yönelik rştırmlr ile u sorun giderileilir. LİTERATÜR LİSTESİ Breitfuss, J Untersuchungen üer die Gleichmessige Tiefenlge der St von Rüenseggerten. Lndtechische Frschung. Heft Erol, M. A Yerli Ypısı Asm Tip Üniversl Ekim Mkinsı Üzerinde Bir Arştırm. Ankr Üniversitesi, Zirt Fkültesi Yyınlrı 655, 18 s. Gökçey, B Huut Serpme Ekimi İçin Mkine Geliştirilmesi Olnklrı Üzerinde Bir Arştırm. Ankr Üniversitesi, Zirt Fkültesi Yyınlrı 784, 54 s. Griepentrog, H. W Seed Distriution Over the Are. AgEng, Oslo, Pper 98-A-059. Hrzdın, T Ort Andolu d Kullnıln Trktörle Çekilen Huut Mizerleri Üzerinde Bir Arştırm. Gıd Trım ve Hyvncılık Bknlığı, Ort Andolu Bölge Ziri Arştırm Enstitüsü Yyınlrı No:7, 72 s. Heege, H. J Die Gleichstnd Drill und Breitst des Getreides ünter Besonderer Brücksichtigung der Flechermessigen Kornverteilung KTL-Berichte üer Lndtechnik 112. Hellmut-neureuter Verlg. München Wolfrtshusen. Heege, H. J Drilling versus Brodcsting of Grn. ASAE pper, No: Heege, H. J Seeding Methods Performnce for Cerels, Rpe, nd Bens. Trnsctions of the ASAE, 36(3): Kryel, D Hsss Ekimde Frklı Tip Gömücü Ayk ve Derinlik yr Sistemlerinin Ekim Klitesine Etkisi, Doktor Tezi (Yyınlnmmış), Akdeniz Üniversitesi, Fen Bilimleri Enstitüsü, Trım Mkinlrı Anilim Dlı, Antly. Kryel, D., A. Özmerzi, Comprison of Verticl nd Lterl Seed Distriution of Furrow Openers Using New Criterion. Soil Tillge Res. 95: Kryel, D Sıry Ekimde Yty Düzlemdeki Tohum Dğılımı ve Bitki Yşm Alnının Voronoi Poligonlrıyl Değerlendirilmesi. Trım Bilimleri Dergisi (skıd) Önl, İ Ekim, Bkım, Güreleme Mkinlrı. Ege Üniversitesi Zirt Fkültesi Yyınlrı No: 490, Bornov, İzmir. Özmerzi, A Thıl Ekim Mkinlrınd Kullnıln Tek Diskli, Çift Diskli, Blt ve Çp Tipi Gömücü Ayklrın Tohum Dğılım Özellikleri Üzerinde Bir Arştırm. Ankr Üniversitesi, Zirt Fkültesi Yıllığı Cilt:33, Özmerzi, A., R. Keskin, Tohum Derinliğinin Öçülmesinde Uygulnn Yöntemler Üzerinde Bir Arştırm. U.Ü.Zirt Fkültesi Dergisi, Syı:1, Cilt:2, Burs Özmerzi, A Thıl Ekim Mkinlrınd Kullnıln Gömücü Ayklr İlişkin Tohum Dğılımlrı Üzerinde Bir Arştırm. T.Z.D.K. Mesleki Yyınlrı, No:44. Speelmn, L The Seed Distriution in Bnd Sowing of Cerels. Journl of Agriculturl Engineering Reserch, 20(1): ) 106