ZİRAAT FAKÜLTESİ TARIMSAL YAPILAR VE SULAMA BÖLÜMÜ. Toprak Bitki Atmosfer Su İlişkileri. Prof. Dr. Eyüp Selim KÖKSAL

TARIMSAL YAPILAR VE SULAMA BÖLÜMÜ

ZİRAAT FAKÜLTESİ

Toprak Bitki Atmosfer Su İlişkileri

Prof. Dr. Eyüp Selim KÖKSAL

Toprak Bitki Atmosfer Su İlişkileri

Hafta-1-14

Toprak Bitki Atmosfer Su İlişkilerinin İzlenmesinde Kullanılan Bazı Sistemler

Prof. Dr. Eyüp Selim KÖKSAL

Ondokuz Mayıs Üniversitesi Ziraat Fakültesi

Tarımsal Yapılar ve Sulama Bölümü, Samsun-Türkiye eselim@omu.edu.tr; eselimk@yahoo.com

0 362 312 19 19 (1275)

Giriş

• Bitkiler için, toprağın dört fiziksel özelliği olan

mekanik direnç, su, havalanma ve sıcaklıktan en önemlisi sudur.

• Bitkisel üretimde yetersiz su yaklaşık %41, aşırı su ise yaklaşık % 7 kayba neden olabilmektedir.

• İnsan yaşamı bitkisel üretime ihtiyaç duymaktadır.

• Bu nedenle toprak-bitki-su ve atmosfer çalışmaları

çok önemlidir.

Su Potansiyeli

• Suyun bitkideki statüsü “su potansiyeli (Ψ)” olarak ifade edilir.

• Teknik olarak suyun kimyasal

potansiyelinin birimi Joule/mole’ dur.

• Fakat bitki fizyolojisinde su potansiyelini ifade etmekte en çok kullanılan birim

basınçtır.

• Su potansiyeli, suyun serbest enerji içeriğinin bir ifadesidir.

•Su potansiyeli, suyu serbest konuma taşımak için gerekli iş olarak da tanımlanabilir.

Su potansiyeli (Ψ

) için standart birim Mega Pascaldır (MPa).

1 atmosfer =1,013 bar

=0,1013 MPa

=1,013 Pa

Su Potansiyeli

• Bitki fizyolojisine göre potansiyel enerji (temel yaklaşım, Meyer et al., 1960);

DPD = OP – TP

• DPD=Difüzyon basınç açığı

• OP = osmotik basınç

• TP = Turgor basıncı

Burada matrik ve yerçekimi potansiyelleri ihmal

edilmektedir.

Toprak-Bitki-Atmosfer Sisteminde Potansiyeller

• Toprak

– Ψ, -0,3 Mpa – Ψm, -0,2 Mpa – Ψs, -0,1 Mpa – Ψg, 0,0 MPa

• Bitki (10 m’ de yaprak mezofili vakuolü)

– Ψ, -0,8 Mpa – Ψp, 0,2 Mpa – Ψs, -1,1 Mpa – Ψg, 0,1 MPa

Buna göre toprak ile atmosfer arasındaki su potansiyeli farkı

yaklaşık 94,8 Mpa’ dır.

Atmosfer (Bitkinin hemen üzerindeki hava ve RH=%50

Ψ, -95,1 Mpa Ψp, 0,0 Mpa Ψs, 0,0 Mpa Ψg, 0,1 MPa

Su Potansiyeline İlişkin Önemli Bir Not!!!

Bitkide su potansiyeli gün doğmadan hemen önce en yüksek ve gün ortasından hemen sonra en düşük seviyededir. Ölçümlerde

buna dikkat edilmelidir.

Su Potansiyeli Ölçümü

Bu amaçla iki yöntemden söz dilebilir.

1) Termokopl Pisikrometre Yöntemi

2) Basınç odası yöntemi

Termokopl Pisikrometre Yöntemi

• Termokopl higrometreleri genel olarak bitki su potansiyeli ölçümü için standart olarak kabul görmüştür.

• Bu yöntem küçük bir haznede buhar basıncı (pisikrometre veya çiğlenme noktası sıcaklığı) ölçümüne dayanmaktadır.

• Temel dayanak ortamın oransal nemi ile su potansiyeli arasındaki ilişkiye dayanmaktadır.

• Yaprağı çevreleyen havanın oransal buhar basıncının ölçümü doğrudan su potansiyelini

vermektedir. Çünkü kapalı ortamda iki parametre

birbirine eşit hale gelmektedir.

Basınç odası

• Bu yöntem ilk olarak Scholander et al (1964) tarafından geliştirilmiştir ve günümüzde kullanımı çok yaygındır.

• Yaprağın bir haznede ve sapın hazne dışında bulunması durumunda yaprağın basınca maruz bırakılması ile saptan su çıkışının oluşmasına dayanmaktadır.

• Uygulanan basınç yaprak hücrelerindeki suyu ksileme doğru itmekte ve kesik saptan suyun çıkması yaprak su potansiyeli ölçüsünde bir basıncın uygulanmasını

gerektirmektedir.

• Diğer bir deyişle su çıkışını sağlayan basınç, yaprak su

potansiyeline eş değerdir.

Pressure Chamber’ın ölçümleri nasıl yaptığını anlayabilmek için aşağıdakiler bilinmelidir.

•Ksilem’ deki su bir tansiyon altındadır ve basınç potansiyeli negatiftir.

•Ksilem içerisindeki çözelti potansiyeli genellikle sıfıra yakındır.

• Böylece toplam ksilem su potansiyeli basınç

potansiyeline eşittir.

Dengeli koşullarda, ksilemin (ölü hücre) toplam su potansiyeli, kendisini çevreleyen

canlı hücrelerin su potansiyeline eşittir.

Basınç Odası

(Pressure Chamber)

ksilemdeki tansiyonu (Ψ _p )

ölçer!

Soldaki şekil gaz ile basınçlandırılmış bir kapalı ortama yerleştirilen bir bitkiyi göstermektedir.

Sağdaki şekil ise, zamana bağlı olarak, ksilemdeki su

kolonu seviyesini göstermektedir.

(A) Bitki kesilmemiş ve ksilem negatif basınç veya tansiyon altında.

(B) Bitki kesilmiş, ksilemdeki tansiyon nedeni ile su kesilen kısımlardan dokuların içine doğru geri çekilmiştir.

(C) Kapalı ortam basınçlandırılmış, ksilem öz suyu geri kesik yüzeye taşınmıştır.

İki yöntemin karşılaştırılması

• Basınç odası aletinin doğru sonuç verdiğinden emin olmak için, ilk önce termokopl pisikrometre yöntemi ile karşılaştırılması önerilmektedir.

• Çünkü, termokopl yöntemi Kelvin eşitliğine

dayanmaktadır ve standart olarak kabul edilebilir.

• Ancak bu şekilde yapılmış çok az sayıda çalışma

bulunmaktadır.

Suyun Bitkide

Hareketi

Suyun bitki içerisinde

hareketi üç yolla gerçekleşir

• Difüzyon

• Kütle Akışı

• Ozmos

Difüzyon

Basit olarak “ belli bir maddenin (katı, sıvı, gaz) büyük konsantrasyona sahip bir alandan daha küçük

konsantrasyona sahip alana, madde parçacıklarının (molekül, atom, iyon vb.) gelişi güzel hareketleri sonucu

net geçişi” olarak tanımlanabilir.

• Bir bitkiye çevrede bulunan maddelerin girişi genellikle difüzyonla olur.

• Çevredeki maddeler kısmen kök aracılığı, kısmen toprak üstü organları ile girer.

• Toprak suyu bitkiye kısmen difüzyonla girer.

• Moleküllerin başlangıçtan eş düzeye kadar ayrışımı soldaki şekillerde,

• Konsantrasyon profilleri sağdaki şekillerde grafik olarak gösterilmiştir.

• Eşit düzeye gelindiğinde

iki farklı molekül rastgele bir

biçimde dağılmış olur.

Kütle Hareketi

Kütle hareketinde, birimler atomların yada moleküllerin oluşturduğu gruplar halinde taşınırlar.

Bitkilerde su, kütle hareketi ile de taşınır.

Ozmosis

Ayrımlı geçirgen bir zarla ayrılmış bir ortamda suyun, su potansiyelinin yüksek olduğu yönden daha düşük

olduğu yöne geçişi OZMOSİS olarak bilinir.

Bazı Önemli Kurallar

1) Su yüksek potansiyelden düşük potansiyele doğru hareket eder.

2) Suyun hareketinde çözelti potansiyeli, yarı geçirgen bir zar var olduğunda, önemlidir.

3) Bitki ksleminin çözelti potansiyeli genellikle sıfırdır.

Su yüksek ağaçların en ucuna nasıl ulaşır?

• Günümüze kadar en uzun ağacın 127 m olduğu bilinmektedir (1895; British Colombia, Canada).

• Bu kadar yüksek bir mertebeye sürekli su temin edilmesi ancak modern pompa sistemleri ile

mümkün olmaktadır.

• Oysa bitkilerde herhangi bir mekanik sistem

bulunmamaktadır.

Kohezyon Teorisi veya Sap- Tansiyon Teorisi

• Günümüzde bitkilerin suyun yukarı

taşınmasında en çok kabul gören teoridir.

• Bilindiği üzere ksilem dokusunda bulunan su saf su değildir (çok seyreltilmiş sulu bir çözelti).

• Örneğin deniz gibi tuzlu suda yetişen

mangrove bitkilerinin ksilemindeki çözelti!

Mangrove

Bitkisinde Su

Kohezyon Teorisi veya sap- tansiyon teorisi

• Bilim adamlarına göre bitkilerde suyun yukarı taşınmasında

transpirasyonla oluşan çekim kuvveti etkilidir.

• Kohezyon teorisi ilk olarak Dizon ve Joly (1895) tarafından ortaya atılmıştır.

• Teoriye göre ksilemde çökelme özelliği göstermeyen ve

yapraklarla bağlantılı

elementlerden yayılan su, ksilemde bulunan suda bir tansiyon oluşturmaktadır.

Kohezyon Teorisi veya Sap- Tansiyon Teorisi

• Bu tansiyon ksilemde bulunan su moleküllerinin kohezyon özelliği ve ksilem elementlerinin hydropolik duvarları ile var olan adezyon sayesinde oluşmaktadır.

• Su sütunundaki bu tansiyon suyu köklerden yapraklara doğru

taşımaktadır.

• Ardından kök ksileminde su tansiyonu düşmekte ve toprakta bulunan su kökler tarafından alınmaktadır.

• Kohezyon teorisine göre bu döngü yatay ve düşey yönde süreklilik göstermektedir.

Kohezyon Teorisi veya Sap- Tansiyon Teorisi

Nükleer manyetik

rezonans görüntüleme ve sap akım ölçüm sistemleri, toprak-bitki-

atmosfer sisteminde suyun hareketini izleme

olanağı sunmaktadır.

STOMA VE STOMAL

DİRENÇ

Bitkilerde su seviyesi üzerine etkili iki ana bölüm vardır bunlar;

– Kökler; suyun bitkiye girdiği bölüm,

– Stomalar; suyun bitkiden çıktığı bölüm.

• Stomalar epirdermis içerisindedir ve iki koruyucu hücrenin arasında yer alır.

• İngilizcede «stoma» tekil, «stomata» çoğul anlamda kullanılır.

• Koruyucu(Bekçi) iki hücre stomanın açıklık seviyesini düzenlerler.

 Bir çok bitkide, iki veya daha fazla hücre koruyucu hücrelere bitişiktir ve bunlarla benzer fonksiyona sahiptir ve diğer

epidermal hücrelerden ayrı özelliktedirler.

 Bu tür hücreler ingilizcede «sidiary veya accessory» hücre olarak adlandırılırlar.

• Stomalar daha çok bitkilerin yaprak gibi yeşil aksamlarında bulunurlar.

• Bazen gövdede de stoma olabilir ancak yaprağa göre çok azdır.

• Stomaların bulunuş şekilleri aşağıda genel olarak verilmiştir;

– Bir amphistomatous yaprakta: her iki yüzeyde bulunur. Bir çok bitki böyledir.

– Bir hypostomatous yaprakta: sadece üst yüzeyde bulunur. Bir çok ağaç yaprağı böyledir.

– Bir epistomatous yaprakta: sadece üst yüzeyde bulunur. Bazı su bitkileri böyledir.

Stoma Açılma Mekanizması

• Stomaya bitişik olan koruyucu hücrede turgor değişimi ile hacimsel değişim olur ve bu durum arada kalan

stomanın açıklığının değişmesine neden olur.

• Koruyucu hücrenin turgor düzeyini etkileyen faktörler;

– Karbondioksit konsantrasyonu, – Işık düzeyi,

– Sıcaklık, – İçsel ritim,

– Atmosferik buhar basıncı açığı, – Toprak su potansiyeli, vb.

• Bunlara ek olarak koruyucu hücrelerde potasyum

önemli bir rol oynamaktadır ve dolaysıyla potasyum

düzeyi stomal açıklık üzerine etkilidir.

Yaprak Direnci

Bir yaprakta su buharı ve CO

taşınmasına karşı oluşan dirençler,

– Epidermal direnç, – Stomaların direnci, – Kütikular direnç, – Sınır tabakası,

– Mezofil direncidir (sadece CO

için).

Yaprak Direnci

 Su buharı yaprakta özellikle iki dirençle karşılaşır,

 Stomal direnç (rs),

 Hava direnci (sınır-tabakası direnci) ra (aerodinamik drenç),



ra, stomanın dışındaki buharın hareket yolunun uzunluğu, dolayısı ile rüzgar ve türbülansın bir fonksiyonudur.



Kütikular direnç (rc) rs ile paralel (fiziksel anlamda)

bir durum sergiler ve bu durumda oldukça küçük

kalır ve ihmal edilebilir.

Yaprak Direnci

Bir yapraktan transpirasyon ile suyun hareket etmesi mezofil hücresi ile atmosferin nem kapsamları arasındaki farka dayanmaktadır (Difüzyon teorisine göre, Fick yasası,

1855).

Yaprak Direnci Ölçümü

Su bitkilerde stomalardan buharlaşmaktadır. Bu nedenle stomaların ne kadar açık olduğunun bilinmesi ne kadar su kaybedildiğinin değerlendirilmesinde çok önemlidir. Bunu belirlemek amacıyla geliştirilmiş farklı yöntemlerden bahsedilebilir;

• Bir mikroskopla bakılabilir,

• Kobalt – klorit kağıdı kullanılarak değerlendirilebilir (ıslanmaya göre renk değişimi),

Yaprak Direnci Ölçümü

Yaprak transpirasyon ölçüm düzeneği ile direncin belirlenmesi, bu yöntemde aynı zamanda fotosentez için CO₂ asimilasyonunun izlenmesine de olanak

sağlamaktadır, (fotosentez ölçüm sisteminin kullanılması) (ör: Licor tarafından üretilen),

Yaprak Direnci Ölçümü

Difüzyon porometresi ile ölçüm. Bu yöntemde yaprağa kuru hava verilmekte ve yapraktan çıkan

havanın nemi ölçülerek değerlendirme yapılmaktadır. Diğer bir yol ise yaprağın bir kıskaç ile tutulması ve yapraktan gelen hava

akımının neminin ölçülmesidir.

Yaprak Direnci Ölçümü

Kütle transfer porometresi ile ölçüm. Bu yöntemde basınç altında yaprağa hava uygulanmakta ve akımın hızı veya yaprağın akıma

karşı drencine göre belirlenen porozite ile değerlendirme yapılabilmektedir.

Yaprak Alan Indeksi (YAİ)

• YAİ en çok bilinen ve yaygın olarak kullanılan bitki gelişimine ilişkin parametrelerden birisidir.

• Bir çok bitki su tüketimi tahmin modelinde YAİ

ve bağlı parametreler önemli yer tutmaktadır.

Yaprak Alan İndeksi; Ölçümle

• Örneklenen bitkide belirli sayıda yaprağın alanının çeşitli yöntemlerle ölçülmesi ve ortalama yaprak alanının toplam

yaprak sayısı ile çarpımına dayanan ölçüm.

• Bu amaçla planimetre aletlerinden veya çeşitli sayısallaştırma yazılımlarından yararlanılabilir.

Yaprak Alan İndeksi; Ölçümle

Bu amaçla geliştirilmiş yaprak alanı ölçer

cihazlardan yararlanılabilir.

Bu durumda bitkinin tüm yapraklarının ölçülmesi

önerilebilir.

Yaprak Alan İndeksi; Tahminle

• YAİ tahmini amacıyla geliştirilmiş, bitki örtüsü analiz eden cihazlarla, radyasyon ölçümüne dayalı olarak belirlenebilir.

• Cihaz radyatif transfer modeline göre çalışır ve bitki örtüsünün üzerinde ve altında yapılan

ölçümlere dayalı YAİ tahmin eder.

Güneş Radyasyonu

• Güneş buharlaşma, terleme, bitkinin suyu alması vb konularda etkili olan bir enerji kaynağıdır.

• Güneş radyasyonu moleküller tarafından tutulur ve kinetik ve potansiyel enerjiye dönüşür, böylece söz konusu maddenin sıcaklığı artar.

• Diğer bir deyişle sıcaklığı sıfırın üzerinde olan tüm materyallerin sürekli olarak radyasyon aldıkları söylenebilir.

• Siyah cisim (black body) isabet eden radyasyonu hemen her dalga boyunda tümü ile tutabilir.

• Stefan-Boltzman yasası tam bir siyah cismin belirli bir sıcaklıktaki toplam radyasyon oranını

açıklamaktadır.

Isı Dengesi

• Güneşten dünyaya enerji ulaşmaktadır. Bunun bir kısmı geri yansıma ile kayıp edilmektedir.

• Gelen ve gidenin bütçesi ısı dengesini oluşturmaktadır.

• İkinci bir faktör olarak yer ile yüzeye yakın atmosfer

arasındaki ısı hareketinin yönüdür (kış ve yaz aylarında

birbirine terstir).

Isı Dengesi

• Üçüncü faktör olarak yüzeye yakın hava hareketleri ısının taşınmasında rol oynamaktadır.

• Dördüncü etken olarak suyun faz değişikliğidir. Çünkü, su buharlaşırken enerji kullanmakta, donarken enerji açığa çıkmaktadır.

• Adveksiyon ise ısı dengesi ile ilgilenilen alanı çevreleyen

alanlardan gelen hava akımının, daha sıcak veya daha soğuk, daha nemli veya daha kuru olmasıdır.

• Diğer yandan yağış ısı dengesini etkilemektedir. Yağışın ısısı daha sıcak veya daha soğuk olabilir.

Radyasyon Dengesi

• İki terimden oluşmaktadır.

• Net kısa dalga boylu radyasyon

• Gündüz saatlerinde oluşur. Albedo oranında yer yüzünün depoladığı radyasyonu açıklamaktadır.

• Net uzun dalga boylu radyasyon

Stefan Boltzmann yasasına göre yerin gün boyu yaydığı

enerji yüzey sıcaklığının bir fonksiyonudur. Buna göre yer yüzü yüzey sıcaklığı ölçüsünde

uzun dalga boyunda enerji kaybatmektedir (Kirchhoff

yasası).

Bitki örtü Sıcaklığı

• Yüzeylerin sıcaklıkları yüzeyden meydana gelen buharlaşma ile ilişkilidir, çünkü yüzeyde bulunan su enerjinin bir kısmını faz

değiştirmede kullanmakta ve böylece enerjinin geri kalan kısmı cismin sıcaklığının değişiminde rol oynamaktadır.

• Bitkiler transpirasyon yaptıklarında, stomalar açıktır ve soğurlar. Tersi bir durumda yeterince transpirasyyon gerçekleşmediğinde, stomalar kapalıdır, enerjinin daha büyük bir kısmı sıcaklığın artmasına neden olmaktadır.

 Buna göre bitkilerin sıcaklıkları, transpirasyon ve/veya su yüzeylerinin değerlendirilmesinde kullanılabilir.

Infrared Termometre

• Siyah bir cisimden yayılan enerjiye göre, emissivite değeri 1’

dir , yüzey sıcaklığının belirlenmesinde Stefan Boltzmann yaklaşımından yararlanılabilir.

• Ancak bitkiler için emissivite 1’ den farklı olduğu için (0,98), cisimden yayılan enerji ve emissivite değerine göre yüzey sıcaklığı hesabında daha detaylı bir hesaplama yapılmalıdır.

• Infrared termometre, termal kamera gibi aletleri bu prensibe göre görüş

alanlarındaki, cisimlerin yüzey sıcaklıklarını

ölçebilmektedirler.

Infrared Termometre, Termal Kamera Kalibrasyonu

• Jackson et al. (1980)’ e göre bir çok infared termometre aleti fabrika çıkışında bile iyi kalibre edilememiş olabilmektedir.

• Bu nedenle kullandıkları tüm cihazları kendiler ayrıca kalibre etmişlerdir.

• Bu amaçla aşağıda verilen düzenek kullanılabilir.

Termal Kameralar (Elle Tutulanlar)

• Görüş alanına ve çözünürlüğü ölçüsünde termal görüntü çekme olanağı sunmaktadır.

 Infrared termometre ile aynı

temele dayanmaktadır.

Termal Kameralar

(İnsansız Hava Araçları ile kullanılanlar)

Termal kameraların

insansız hava araçlarına takılması ile uçuş sırasında görüntü alması ile termal görüntülerin elde edilmesi.

Termal Kameralar

(İnsanlı Hava Araçları ile kullanılanlar)

Termal kameraların insanlı hava

araçlarına takılması ile uçuş sırasında görüntü alması ile termal görüntülerin

elde edilmesi.

İHA termal görüntü

Termal Uydu Görüntüleri

Termal Uydu Görüntüleri

Amasya-Merzifon; Landsat 8

Spektral Yansıma

Spektral yansımanın daha iyi anlaşılabilmesi için aşağıdaki kavramların iyi bilinmesi gereklidir,

• Elektromanyetik Radyasyon,

• Elektromanyetik Dalga

• Elektromanyetik Spektrum

Elektromanyetik Radyasyon

Elektromanyetik radyasyon, manyetik ve elektrostatik sahaların salınımından meydana gelen bir enerji

biçimidir.

c = 3x10

m/s hızla yayılabilme özelliğine sahiptir.

Elektromanyetik radyasyonun frekansı (v), dalga boyu

(λ) ile ters orantılıdır.

Elektromanyetik Dalga

• Enerjinin bir yerden diğer bir yere aktarımında değişik yollar vardır ve bunlardan bir tanesi de dalga hareketleridir.

• Elektromanyetik dalga hareketleri, bir havuza atılan taş ile oluşan su dalga hareketlerine benzetilebilir.

Bir dalganın tepesi ile onu takip eden dalganın tepesi

arasındaki uzaklığa dalgaboyu denir ve (λ) ile

gösterilir. Bir saniyede oluşan dalga sayısı frekans

olarak adlandırılır.

Elektromanyetik Spektrum

Elektromanyetik spektrum en yalın şekli ile, çeşitli dalga

boylarındaki radyant enerjiyi içeren ve bu radyant enerjinin içinde elektromanyetik dalgalar halinde serbestçe hareket ettiği bir ortam

olarak tanımlanabilir.

Elektromanyetik spektrum süreklidir. Ancak çalışmalarda kolaylık sağlanabilmesi için özellikleri göz önüne alınarak belirli

bölümlere ayrılmıştır. Bu bölümler arasında kesin bir sınır yoktur ve bölümler bazı yerlerde çakışır.

Elektromanyetik Spektrum

Elektromanyetik Spektrum

Burada, Görünen ve Infrared (IR) bölge bizim ilgi alanımızdadır.

Sıcaklık ölçümlerinde en yararlı bölüm 8 ve 14 μm aralığındaki IR bölgenin kısımlarıdır. Portatif infrared termometrelerin bir çoğu

8 - 14 μm lens ve bir kısmı ise 10,5 – 12,5 μm lense sahiptir.

Elektromanyetik Spektrum

Görünen ve Infrared bölgede fotografik infrared, termal infrared ve infrared termometre aralıklarına ilişkin

elektromanyetik spektrumun bölümleri.

Cisimlerden meydana gelen yansımalar üç kavramla

açıklanabilir

• Irradiance (E): Bir cismin maruz kaldığı solar

radyasyona irradyansdenir, E ile ifade edilir ve birimi W m

’dir.

• Radiance (L): Cisme çarpan radyasyonun bir kısmı yansıtılır, bir kısmı soğurulur ve bir kısmı geçirilir.

• Reflectance (R): İrradyansın radyansa oranıdır.

𝑅 = 𝐸/𝐿

Spektral ölçüm sistemleri Hiper Spektral

Elektromanyetik spektrumun belirli bir bölgesinde çok

dar bantlarda yapılan spektral

ölçümdür.

Spektral ölçüm sistemleri Hiper Spektral Veri -Görüntü

• Elektromanyetik spektrumun belirli bir bölgesinde çok dar bantlarda yapılan spektral ölçümdür.

• Yerde Spektro Radyometre ile,

• Hava araçlarına takılan kameralar ile,

• Bazı uydu sistemleri ile elde

edilebilir.

• Spektroradyometreler belirli dalga boylarında cisimlerden yansıyan güneş radyasyonunu (radyans) ölçen donanımlardır .

• Cisimlerin maruz kaldıkları güneş radyasyonun da (irradyans) ölçülmesi ve her bir dalga boyu için radyansın irradyansa oranlanması ile spektral yansıma oranı bilgisi elde

edilebilmektedir.

• Birçok vejetasyon indeksi bu yansıma oranlarının işlenmesi ile elde edilebilmektedir.

• Bir spektral vejetasyon indeksi, bitki gelişim düzeyini ifade eden yaprak alan indeksi, biyomass, yeşil ağırlık, kuru ağırlık, örtü yüzdesi gibi bitki karakteristiklerinin spektral verilerden doğrudan veya işlenmeleri ile elde edilen bir niceliktir.

• Bir bitki örtüsünün spektral yansıma oranı öncelikle kullanılan spektroradyometrenin ölçüm sahası içerisinden cihaza ulaşan radyansa kaynak oluşturan bitki ve toprak oranından

etkilenmektedir.

• Bu nedenle tam örtü oluşmayan bitkilerin gelişme seviyeleri bu tarz bir ölçümle etkili bir biçimde izlenebilmektedir.

• Tam örtüye sahip bir bitki koşulunda ise yere dik doğrultuda ölçüm yapılarak elde edilen spektral yansıma oranı değerleri bitki gelişme seviyesinden daha çok vejetasyonun su

kapsamı, hastalık ve beslenme durumu ve bu özellikler

doğrultusunda oluşan vejetasyonda su, azot ve klorofil içeriği gibi parametrelerden etkilenmektedir.

• Tam örtü koşulunda vejetasyonun gelişme durumunun bu yolla izlenmesi için, spektral ölçümlerde spektroradyometre cihazının yere dik doğrultuda değil, belirli açılarda

konumlandırılması gerekmektedir.

• Verilen bu bilgilere göre, her hangi bir hastalık, zararlı, besin maddesi eksikliği ve tuzluluk gibi bitki gelişimini olumsuz

yönde etkileyebilecek etmenlerin bulunmadığı koşulda, spektral yansıma oranı ve bu veriye dayalı hesaplanan

göstergeler sulama durumuna ışık tutabilir, diğer bir deyişle sulama programlamada kullanılabilir.

• Bununla birlikte spektral vejetasyon indeksleri, enerji

dengesinin ve/veya bazı su stresi indekslerinin bir bileşeni

olarak da kullanılabilmektedir.

• Şekil tam ve kısıntılı olarak sulama suyu uygulanmış kuru fasulye ve salçalık biber bitki örtüsünde ölçülmüş spektral yansıma oranı

değerlerinin 300-1100 nm dalga boyu aralığında değişimini göstermektedir.

• Söz konusu bitkilerde sulama suyunun dışında, hastalık, besin maddesi ve tuzluluk gibi herhangi farklı bir koşul olmadığı

bilinmektedir. Bu nedenle farklılığın kaynağı bütünüyle sulama suyu uygulamalarıdır.

Spektral ölçüm sistemleri

Hiper Spektral Veri -Görüntü

Spektral ölçüm sistemleri Multi- Spektral Veri -Görüntü

• Elektromanyetik spektrumun belirli bir bölgesinde geniş bantlarda

yapılan spektral ölçümdür.

• Yerde Spektro Radyometre ile,

• Hava araçlarına takılan kameralar ile,

• Bazı uydu sistemleri ile elde edilebilir.

Spektral ölçüm sistemleri

Multi- Spektral Veri -Görüntü

Spektral ölçüm sistemleri

Multi- Spektral Veri -Görüntü

Spektral ölçüm sistemleri

Multi- Spektral Veri -Görüntü

Termal ve Spektral Veriler ile Hesaplanabilen Bazı

Göstergeler

Stress Derece Gün Yöntemi

• SDD, bitki örtü sıcaklığı (Tc) ile hava

sıcaklığı (Ta, 1,5 m’de) farkının, her hangi bir zaman dilimi için, toplamıdır.

• Bu yaklaşım Gelişme Derece Gün (GDD)

kavramına çok benzerdir.

Bitki Su Stress İndeksi (PWSI)

• PWSI, ilk olarak Ehrler (1973) tarafından ortaya atılmıştır.

• Araştırmacı yapraklara bağladığı

termokopıllar ile, su eksikliği olmadığı

koşulda, Tc-Ta ve VPD arasında doğrusal bir ilişki olduğunu tespit etmiştir.

• Genel yaklaşım çokça bilinen CWSI ile

aynıdır.

Bitki Su Stres Indeksi (CWSI)

Idso et al (1981) tarafından deneysel ve Jackson et al. (1981) tarafından teorik temelleri verilen CWSI’

esasen Ehrler (1973) tarafından termokopıllar için geliştirilen PWSI’ nin infrared termometre ile

ölçülmüş örtü sıcaklığı için geliştirilmiş versiyonudur.

CWSI Temel Grafiği

• Bu grafikte alt limit olarak verilen kısım, hiçbir su eksikliği

yaşanmamış koşulda, mümkün olduğunca geniş bir VPD

aralığında, arazide deneme koşullarında ölçülmüş Tc-Ta ve VPD’

nin doğrusal ilişkisinden elde edilmektedir.

• Bu koşul bitkiye özgüdür ve her bir bitki için

belirlenmesi

gerekmektedir.

CWSI Temel Grafiği

• Bu nedenle farklı sıcaklıklar için VPG yaklaşımından

yararlanılması daha mantıklı olabilir.

• Ölçüme dayalı belirlemede bitkilerin koparılarak kuruması sağlanabilir.

 Üst limit tümü ile transpirasyonun durduğu koşulu temsil etmektedir.

 Transpirasyonun durduğu bir durumda Tc-Ta değişimi VPD’ den etkilenmemektedir. Bu durumda en etkili parametre Ta dır.

Su Eksiklik Indeksi (WDI)

• WDI, temelde yere dik doğrultuda ölçülmüş yüzey sıcaklığı (Ts) ve vejetasyon göstergelerine dayanmaktadır.

• Şekil’de verilen Vejetasyon İndeksi ve Sıcaklık (VIT) trapezi, vejetasyon

göstergeleri ile yüzey sıcaklığı atmosfer sıcaklığı farklılıklarından yararlanılarak, geliştirilmiştir.

• Gerçek koşulların dört uç koşulun arasında bir noktada (C) gerçekleşmesi beklenir.

3 Boyutlu Su Stres Indeksi (3BSİ)

CWSI ile WDI yaklaşımlarının bir araya getirilmesi

ile Köksal (2011) tarafından geliştirilmiştir.

3 Boyutlu Su Stres İndeksi (3BSİ)

 Ts-Ta, VPD ve NDVI grafiğin eksenlerini oluşturmuştur.

 Grafik 8 uç noktadan oluşmaktadır.

 VPD için; en düşük - en yüksek

 NDVI için; tam örtü - çıplak toprak

•

Ts-Ta için;

• tam sulanmış bitki,

• susuz bitki

• su ile doygun toprak

• kuru toprak yüzeyi

koşulu,

AB

BSİ  AC

3

Uzaktan Algılama ile ET Haritalama

Enerji dengesine göre bir yüzey tarafından tutulan enerji (net

radyasyon, Rn) aşağıdaki şekillerde kullanılır;

- Yer Isı Akısı (G),

- Hissedilebilir Isı Akısı (H),

- Buharlaşma Gizli Isı Akısı (LE),

Uzaktan Algılama ile ET Haritalama

• Rn, G ve H parametreleri uydu görüntüleri ve iklim verileri kullanılarak

hesaplanabilmektedir.

• Uydu görüntüsünün her bir hücresi için bir ET değeri elde edilebilir.

• Bu ET değeri gerçekleşen koşulları temsil etmektedir ve ETa olarak dikkate alınabilir.

Uzaktan Algılama ile ET Haritalama

Gerekli Veriler,

• Uzaktan Algılanmış Veriler – SWIR, NIR, KIRMIZI,

YEŞİL ve MAVİ bant görüntüleri

– Termal Görüntüler,

• İklim Verileri

– Rs, Ta, RH, u, P

• Yer Verileri

• Parsel Sınırları,

• Sulama ve Drenaj ağı,

• Sayısal yükseklik haritaları,

• Toprak fiziksel ve kimyasal

koşulları,

Uzaktan Algılama ile ET

Haritalama

Uzaktan Algılama ile ET Haritalama

Amasya- Merzifon Yıl: 2015

Dönem:

01 Nisan – 01 Ekim

Uydu Sistemi: Landsat 8

Uzaktan Algılama ile ET Haritalama

Amasya – Merzifon Yıl: 2015

Dönem: 09 Nisan – 28 Eylül

Uydu Sistemi: Kompsat 3

Spektral Vejetasyon Indeksleri

• Farklı dalga boylarındaki veya bantlardaki spektral yansıma oranı değerlerinin birbirine oranlanması, birbirlerinden farkı veya normalize edilmesi ile çeşitli vejetasyon indeksleri hesaplanabilir.

• Bu tür vejetasyon indekslerinin belirlenmesinde kullanılacak bantların seçiminde en önemli kıstas, bantlardan birisine ilişkin yansıma verisi vejetasyonun artması ile azalmalı, diğerinde vejetasyon artması ile artmalıdır.

Spektral Vejetasyon Indeksleri –

Kc Katsayısı

Spektral Vejetasyon Indeksleri – Kc

Katsayısı

Spektral Vejetasyon Indeksleri

– Kc Katsayısı

Spektral Vejetasyon

Indeksleri – Kc Katsayısı

Sulama Suyu Yönetimi – Bitkilerde Fizyolojik

Parametrelerin İzlenmesi

• Sonuç olarak bitkilerde su eksikliğine bağlı ortaya çıkan belirtiler çeşitli laboratuvar analizleri ve cihazlarla belirlenebilmektedir.

• Yoğun emek harcanarak yürütülen arazi denemelerinde fizyolojik faktörlerin de izlenmesi, çalışmaların özgün değerini

arttırmaktadır.

• Araştırmaların uluslararası saygın dergilerde kabul görmesinde çeşitli teknolojik cihazlarla

fizyolojik faktörlerin izlenmesi olumlu rol oynamaktadır.

• Ayrıca dünya genelinde bu cihazlara dayalı bir sektör oluştuğu da bir gerçektir.

Sulama Suyu Yönetimi – Bitkilerde Fizyolojik

Parametrelerin İzlenmesi

• Dikkat edilmesi gerekenler;

• Cihaz satın alınırken, literatürdeki yeri irdelenmeli, mümkünse bu cihazı kullanan araştırmacılarla iletişim kurularak sorulmalıdır.

• Cihazların kalibrasyonları sürekli irdelenmeli ve belirli aralıklarla kalibre edilmelidir.

• Cihazların kullanma kılavuzları dikkatle okunmalı ve doğru kullanılmalıdır.

• Cihazların kullanıldığı literatürler derinlemesine okunmalı ve teoriye hakim olunmalıdır.

• Ölçümlerin geçerliliği ve doğruluğu, arazide ölçüm sırasında da denetlenmeli ve değerlendirilmelidir. Müdahale için sezon sonu çok geç olmaktadır.

• Elde edilen sonuçlar dürüstçe rapor edilmeli ve literatürle tartışılmalıdır.

Sulama Suyu Yönetimi – Bitkilerde Fizyolojik

Parametrelerin İzlenmesi

• Dikkat edilmesi gerekenler;

– Bu ölçümlerin yapıldığı arazi denemeleri, gerekiyorsa ölçümlerin gereği doğrultusunda planlanmalıdır.

– Yapılan ölçümlerin karşılaştırılacağı, mesnet niteliğindeki

parametreler (verim, toprak su içeriği, ETc, vb) güvenilir olmalıdır.

– Arazi denemelerinde, parsel ve blok aralarındaki çıplak toprak yüzeylerinden oluşan adveksiyon etkilerinden kaçınılmalıdır.

– Parsel alanları olanaklar ölçüsünde büyük tutulmalı ve ölçümler mümkün olduğunca fazla örnekte yapılmalıdır.

Sulama Suyu Yönetimi – Bitkilerde Fizyolojik

Parametrelerin İzlenmesi

– Günümüzde uzaktan algılama yer bilimleri için çok büyük araştırma ve uygulama olanağı sunmaktadır.

– Büyük parsellere sahip arazi denemelerinde izlenen toprak, su, fizyoloji ve agronomik parametrelerle yüksek çözünürlüğe sahip uydu görüntülerinden elde edilen veriler

ilişkilendirilmelidir.

– Uydu sistemlerinden verim tahmini, ETc ve su kullanımı izleme konularında uygulamalı çalışmalara ihtiyaç bulunmaktadır.

– Uzaktan algılama tarla denemelerinden elde edilen sonuçların büyük alanlara yayılması için en kıymetli tekniktir.

Sulama Suyu Yönetimi – Bitkilerde Fizyolojik

Parametrelerin İzlenmesi

Teşekkürler

Eyüp Selim

Ondokuz Mayıs Üniversitesi Ziraat Fakültesi

Tarımsal Yapılar ve Sulama Bölümü, Samsun-Türkiye eselim@omu.edu.tr; eselimk@yahoo.com

0 362 312 19 19 (1275)