Görünür ve yakın kızılötesi spektroskopi kullanarak toprakların nem içeriklerini ve bazı özelliklerinin tahmin edilmesi

Abstract

Son yıllarda bitki gelişimini doğrudan etkileyen bazı toprak özelliklerinin değişimini daha doğru, hızlı ve ekonomik olarak belirlemeye yarayan geleneksel yöntemlere alternatif olarak algılama teknolojileri geliştirilmeye başlanmıştır. Bu amaç doğrultusunda geliştirilen 'Görünür ve yakın kızılötesi spektrometre' tarımsal ve çevresel kullanımlar için topraklar ve bitkiler hakkında yeterli bilgiye ucuz ve hızlı ulaşmayı sağlayan teknolojilerden biridir.Bu çalışmada, Aydın İli Söke Ovasında yer alan Yuvaca köyü arazilerinde toprakta değişik basınçlarda tutulan nem içeriklerinin NIRS (Near Infrared Spectroscopy) kullanarak belirlenmesi için, yansıma ölçme prensibine dayalı yeni bir yöntem geliştirilmesi ve bu yöntemin laboratuar, arazi ölçümleri ve geleneksel laboratuar analiz sonuçlarının karşılaştırmasında kullanılabilirliği amaçlanmıştır. Kireç, pH, organik madde, kum, silt, kil ile farklı tansiyonlarda tutulan nem içeriklerinin belirlemeleri için toplam 117 adet toprak örneği kullanılmıştır. Toprak örneklemeleri 1 km2'lik örnekleme alanında 100x100 m gridleme sistemine göre yapılmıştır. Çalışma alanının bazı toprak özelliklerinin laboratuarda geleneksel yöntemlerle belirlenen değerleri ile yansımalar arasında kalibrasyon eşitliklerini belirlemek için Kısmi En Küçük Kareler (Partial Least Square (PLS)) regresyon analiz yöntemi kullanılmıştır. Sonuçlar çalışma alanında da, kireç (r2:0.73), OM (r2:0.79), kum (r2:0.62) ve kil (r2:0.72 )gibi toprak özelliklerinin başarıyla tahmin edilebildiğini göstermiştir. Yansımalar ve toprak nem içeriklerinin laboratuarda geleneksel yöntemlerle belirlenen değerleri arasında kalibrasyon eşitliklerini belirlemek için Excel ve Kısmi En Küçük Kareler (Partial Least Square (PLS)) regresyon analiz yöntemi kullanılmıştır. Excel ile yapılan değerlendirmelerde en yüksek ilişkiler 0 ' 2,54 ' 4,2 pF ve hava kuru nem içeriği birlikte değerlendirmeye alındığında 1450 nm dalga boyunda r2=0.71, 1940 nm dalga boyunda r2=0.75 olarak elde edilmiştir. PLS analiz yöntemi ile farklı tansiyonlarda tutulan nem içeriklerinin tamamı değerlendirmeye alındığında da ölçülen değerler ile tahmin edilen değerler arasında r2=0.93 olarak excele göre oldukça yüksek ilişkiler elde edilmiştir. Sonuçlar PLS analiz yönteminin daha elverişli olduğunu ancak excel'in de değerlendirmelerde kullanılabilirliğini göstermiştir. Ayrıca NIRS yansıma tekniğinin pek çok toprak özelliğinin belirlenmesinde kullanılabileceği, hızlı ve oldukça ucuz bir yöntem olduğu ve daha detaylı çalışmalar yapılması gerektiğini göstermiştir.

New technologies have been developed as alternatives to determine the soil properties, which affect the plant growth accurately and economically. Visible and Near-Infrared Spectroscopy (NIRS, 760-2500 nm), which was developed for that aim, is one of these techniques for obtaining cheap and rapid soil data for agricultural and environmental usage.Objectives of this research includes : 1) develop a new methodology for characterization of the moisture capacity of the soil moisture contents at different tension levels at Yuvaca location in Söke Plain in Aydın province using NIRS method, 2) use this technique to compare traditional laboratory analysis results with NIRS measurement carried out both in the field and laboratory.Totally 117 soil samples were used in order to determine moisture capacity of the soils soil moisture contents at different tension levels, and also CaCO3, pH, organic matter, sand, silt, clay contents of the experimental area. Soil sampling was carried out according to 100x100 grid system in the sampling area covering 1 km2. The Partial Least Square regression analysis method (PLS) was used for some obtained soil sample properties in order to compare the calibration equalities by using the traditional and the reflection laboratory methods. The results showed that the CaCO3 (r2: 0.73), soil organic material (r2: 0.79) and clay (r2: 0.72) soil properties were obtained with success at the Yuvaca study area.In order to compare the calibration equalities from the obtained traditional method of the reflection values and the the soil moisture contents in laboratory, there was used Excel and the Partial Least Square (PLS) regression analysis as two different statistical methods. The highest relationship by Excel was obtained at the 0, 2.54 and 4.2 pF levels and by including the air-dried soil samples at a 1450 nm and 1940 nm wave length the r2 results were 0.71 and 0.75 respectively. By using the PLS method there was obtained between the measured and the estimated soil moisture contents at different tension levels higher r2 values (0.93) in contrast to the Excel statistical method. The results showed that the PLS analysis method was more effectively however using the Excel statistical method was reliable too. Moreover the NIRS reflection technique can be used for determining many soil properties since it is a rapid and cheap method but there is a need for more detailed studies in the future.