LEE- Atmosfer Bilimleri-Doktora
Bu koleksiyon için kalıcı URI
Gözat
Konu "spektral vejetasyon" ile LEE- Atmosfer Bilimleri-Doktora'a göz atma
Sayfa başına sonuç
Sıralama Seçenekleri
-
ÖgeSpektral vejetasyon indeksleri ile bitkilerin biyofiziksel özelliklerinin tespiti ve değerlendirilmesi(Lisansüstü Eğitim Enstitüsü, 2021-02-23) Karayusufoğlu Uysal, Sezel ; Şaylan, Levent ; 511092009 ; Atmosfer BilimleriHasattan önce bitkilerin sağlık ve gelişme durumlarının belirlenmesi, verim miktarlarının tahmin edilebilmesi, sosyo-ekonomik koşulların şekillenmesi ve sürdürülebilirlik bakımından son derece önemlidir. Son yıllarda uzaktan algılama, özellikle Spektral Vejetasyon İndeksleri (SVI), bitkinin büyümesini ve gelişimini izlemek, üretimini, tarımsal kuraklığı, su tüketim durumunu, yüzeyin enerji ve gaz akılarını belirlemek ve tahmin etmek için, iyi ve faydalı birer araç haline gelmiştir. Literatürde enerji akılarının tahmini, bitki sağlığının takibi, verim tahmini vb. dahil olmak üzere farklı amaçlar için kullanılmış halihazırda 50'den fazla SVI vardır. SVI'lar uydular, uçaklar ve yerinde ölçümler gibi farklı platformlardan alınan verilerden hesaplanabilir. Literatürde mevcut SVI'ların çoğu, spektral verilerin oranlanması, bazıları ise farklı spektral bantların doğrusal kombinasyonları şeklinde elde edilmektedir. SVI'lar temel olarak elektromanyetik spektrumun kırmızı ve yakın kızılötesi (NIR) bandında bitki örtüsünün farklı spektral özellikler göstermesine dayanır. Kırmızı bantta bitki örtüsü, üzerine gelen elektromanyetik radyasyonu yüksek oranda absorblarken, NIR bandında ise gelen radyasyonun çoğunu yansıtır. Bitkinin bu farklı yansıtma özelliği kullanılarak biyokütle, yaprak alan indeksi ve boyu gibi biyofiziksel parametreleri izlenebilmektedir. Bu çalışma kapsamında başlangıçta 25 farklı SVI hesaplanmışsa da bunlardan dört tanesi seçilerek araştırmanın geri kalanında kullanılmıştır. Bunlar; Normalleştirilmiş Fark Vejetasyon (Bitki) İndeksi (NDVI), Toprağa göre Ayarlanmış Vejetasyon İndeksi (SAVI), Dönüştürülmüş ve Toprağa göre Ayarlanmış Vejetasyon İndeksi (TSAVI) ve Yeniden Normalleştirilmiş Fark Vejetasyon İndeksi'dir (RDVI). Bu SVI'lar, NASA'nın Terra-MODIS uydusundan ücretsiz olarak elde edilen verilerle (MYD09Q1) birlikte yer ölçümlerinden hesaplanmıştır (MODIS, 2015). Türkiye'nin yaklaşık 78 milyon hektarlık toplam alanının yaklaşık 38 milyon hektarının tarım alanı olması, yani toplam yüzölçümünün neredeyse %50'sinin tarımda kullanılması, tarımın ülkemiz ekonomisinde hayati bir role sahip olduğunu göstermektedir. Türkiye İstatistik Kurumu'nun 2020 yılında yayınladığı son rapora göre, yaklaşık 15.5 milyon ha'lık toplam tahıl ekim alanının yaklaşık 7 milyon ha'sına buğday ekilmiş ve toplam yaklaşık 20 milyon ton üretim elde edilmiştir. Ayçiçeği 750 bin ha ekim alanı ile ülkemizde en geniş alanda ekilen üçüncü bitkidir ve yaklaşık 2 milyon ton toplam üretime sahiptir. Mısır ise, yaklaşık 640 bin ha'lık ekili alan ve yılda yaklaşık 6 milyon ton toplam üretim ile dördüncü sırada yer almaktadır. Söz konusu bilgiler ışığında buğday, ayçiçeği ve mısır, Türkiye ekonomisini şekillendirme açısından büyük önem taşımaktadır. Uzaktan algılanan veriler yoluyla bu bitkilerin büyümesini derinlemesine anlamak ve izlemek, Türkiye için nispeten araştırılmamış bir konudur. Belirli sayıda çalışma olsa da daha iyi anlaşılması için daha fazlasına ihtiyaç bulunmaktadır. Tarıma elverişli arazi miktarı Türkiye ortalamasının yaklaşık 2.5 katı olan Trakya bölgesi, tek başına Türkiye'nin toplam ayçiçeği üretim alanlarının %75'ine ve üretimin de %45'ine sahiptir. Diğer yandan, Trakya, Türkiye toplam buğday üretiminin yaklaşık %11'ini sağlamaktadır. Bunlara ilave olarak, Trakya'nın da içinde bulunduğu Marmara Bölgesi'nde tüm Türkiye'de üretilen mısır miktarının %20'si üretilmektedir. Bu bakımdan Trakya Bölgesi bu üç bitki için çalışmanın yürütülmesi açısından ön plana çıkmaktadır. Bu çalışma, "İklim Değişikliğinin Bitki Büyümesine Olası Etkilerinin Bitki Büyüme Modelleri ile İncelenmesi" (Proje no: 108O567) ve "Kışlık Buğday İçin Karbondioksit, Su Buharı ve Enerji Akılarının Belirlenmesi" (Proje no: 109R006) başlıklı projeler kapsamında Türkiye Bilimsel ve Teknolojik Araştırma Kurumu (TÜBİTAK) tarafından desteklenmiştir. Proje boyunca, sürekli olarak yağış ölçümleri, farklı yüksekliklerde rüzgar hızı, yönü, bağıl nem, hava sıcaklığı, toplam güneş radyasyonu, net radyasyon, fotosentetik aktif radyasyon ve ayrıca toprakta da toprak ısı akısı, toprak yüzey sıcaklığı ve 2, 5, 10 ve 20 cm derinliklerde toprak sıcaklıkları, 0-30, 30-60 ve 60-90 cm derinliklerde toprak su içerikleri (hacimsel), Atatürk Toprak Su ve Tarımsal Meteoroloji Araştırma İstasyonu Müdürlüğü'nde bulunan üç tarım alanında 2009 yılından 2011 yılı sonuna kadar, kurulan otomatik meteoroloji istasyonları ile kaydedilmiştir. Spektral yansıtma verileri, yaprak alanı indeksi (LAI) ile birlikte, seçilen günlerde, iki haftada bir ölçülmüştür. Aynı zamanlarda biyokütle ve bitki boyu değerleri de periyodik olarak kaydedilmiştir. Fenolojik gözlemler kayıt altına alınmıştır. Bu çalışmada, yersel spektral ölçümlerden doğrulanan uydu verileri kullanılarak hesaplanan SVI'lar ile, ölçülen meteorolojik değişkenlerin; biyofiziksel parametrelerin, enerji dengesi bileşenlerinin (enerji akılarının), karbon akılarının ilişkileri, iki ardışık gelişme dönemi için Türkiye'nin kuzeybatı kesiminde ekili bulunan kışlık buğday (Triticum Aestivum L.; Çeşit "Gelibolu"), ayçiçeği (Helianthus annuus L.; Çeşit "Tunca") ve mısır (Zea mays L.; Çeşit "Helen") bitkileri için incelenmiştir. Buna ilave olarak, farklı fenolojik aşamalar boyunca toprak ısı akısını hesaplamak için dünyada kullanılan bazı denklemler test edilmiş ve dane verimi tahmin edilmeye çalışılmıştır. Çalışma kapsamında kullanılan MODIS uydu ürününden ve yer ölçümlerinden elde edilen SVI'lar arasında 0.4'lük belirlilik katsayısı ile zayıf bir doğrusal ilişki bulunmuştur (StD=0.18). Uydu ve yer ölçümlerinden elde edilen SVI'lar arasındaki bu farklılıkların uydu geçişleri ile yerde ölçüm yapılan tarihlerdeki uyumsuzluklar ve olumsuz hava koşullarından kaynaklanabileceği değerlendirilmiştir. Söz konusu farkı minimize etmek için uydudan elde edilen SVI'lar yer ölçümlerine göre düzeltilmiştir. Yürütülen araştırmanın sonuçlarına göre, her iki gelişme dönemi ve üç bitki tipi için toprağın hacimsel su içeriği ve toprak sıcaklıkları ile tüm seviyelerde, toprak düzeltme katsayısı içeren SAVI (en yüksek R2 =0.78, 20 cm derinlik için) ve TSAVI (en yüksek R2 =0.92, 10 cm derinlik için) indeksleri arasında yer yer iyi ilişkiler elde edilmiştir. Ancak, çalışmada kullanılan SVI'larla toprağın su içeriği ve sıcaklığının tespitinin güç olduğu belirlenmiştir. Bunlara ilave olarak, biyokütle ile tüm SVI'lar arasında doğrusal olmayan ilişkiler belirlenmiştir (tüm SVI'lar ile ilişkiler için R2=0.8 değerinden büyüktür). Yaprak alan indeksinin (LAI) en iyi kestirimi ise, normalleştirme işlemini içeren NDVI ve RDVI indeksleri ile yapılabilmiştir, belirlilik katsayıları her iki indeks için de 0.7'nin üzerindedir. Bitki boyu ile tüm SVI'lar arasında oldukça kuvvetli ilişkiler belirlenmiştir. Tüm R2 değerleri 0.9'un üzerindedir. Karbon akılarının analizinden, fotosentetik aktif radyasyonun (PAR) ne kadarının brüt üretimde (GPP; bitkinin fotosentez için atmosferden indirdiği CO2 miktarı) kullanıldığının bir ölçüsü olan GPP/PAR oranının, en iyi SAVI ile belirlenebileceği (R2=0.8) tespit edilmiştir. Buna ilave olarak, kümülatif karbon akıları değerleri (cumReco, cum NEE ve cum GPP) ile tüm SVI'ların anlamlı ilişkilere sahip olduğu, SVI'lar ile karbon akılarının belirlenebileceği anlaşılmıştır. Enerji dengesi bileşenlerinin SVI'lar ile ilişkileri incelendiğinde, toprak ısı akısı (G) ve buharlaşma gizli ısı akısının (LE), SAVI ile (sırasıyla R2=0.89 ve 0.95); hissedilir ısı akısının (H), NDVI ile (R2=0.69); net radyasyonun (Rn) ise, RDVI (R2=0.73) ile en iyi ilişkiye sahip olduğu tespit edilmiştir. Çalışmada ayrıca, dünyada toprak ısı akısının hesaplanmasında kullanılan denklemlerin gerçeği yansıtma değerleri incelenmiş ve gerçek ile modellenen değerler arasındaki hatalar tespit edilmiştir. Buna ilave olarak, diğer ülkelerde geliştirilmiş olan bu denklemlerdeki katsayılar, ülkemiz şartlarına ve bitkilere göre yeniden belirlenmiştir. Ayrıca, buğday bitkisinin gelişimi sırasında toprak ısı akısının belirlenmesi için kendi ülkemiz şartlarına uyumlu, yeni katsayılar içeren ve SAVI'nin fonksiyonu olan bir denklem geliştirilmiş ve bu denklem dünyada halen kullanılan denklemlerden çok daha başarılı sonuçlar vermiştir. Aynı şekilde, mısır ve ayçiçeği bitkileri için de, ülkemiz şartlarında toprak ısı akısını hesaplamak amacıyla yeni katsayılar içeren denklemler geliştirilmiştir. Geliştirilen bu denklemler, ayçiçeği için dünyada kullanılan 4 ve mısır için kullanılan 3 denklemden daha iyi sonuçlar vermiştir. Buna ilave olarak, bu çalışma kapsamında, G'yi tahmin etmek amacıyla bitki boyunun eksponansiyel bir fonksiyonu olan yeni bir model geliştirilmiştir. Bu model sayesinde, her üç bitki tipi için de literatürde yer alan eşleniğinden daha yüksek belirlilik katsayısı ve düşük hata değeri ile G tahmini yapılabilmiştir (ayçiçeği için R2=0.697; RMSE=10.782 W/m2). Verim tahmini için izlenen çoklu regresyon analizinde sıcaklık ve SVI'lar bağımsız değişken olarak kabul edilmiş ve doğrusal ve doğrusal olmayan iki model ile verim tahmini yapmak amaçlanmıştır. Sonuçlara göre SVI'ların bitki tane verimi tahmininde kullanılabilecek birer araç olduğu, ancak genelleştirilmiş bir sonuca varmak için ise daha uzun yıllar, farklı bitki-toprak kombinasyonu için veri toplanarak değerlendirmenin yapılması gerektiği sonucuna varılmıştır.