Bazı toprak nem sabitelerinin penetrasyon direnci ölçümleriyle belirlenebilmesi için tahmin modellerinin geliştirilmesi
The development of prediction models to determine some soil moisture constants by penetration resistance measurements
Yazar: PELİN ALABOZ
Danışman: PROF. DR. AHMET ALİ IŞILDAR
Isparta Uygulamalı Bilimler Üniversitesi / Lisansüstü Eğitim Enstitüsü / Toprak Bilimi ve Bitki Besleme Ana Bilim Dalı
Derece: Doktora, 2019
Konu: Ziraat = Agriculture
Dizin: Penetrasyon = Penetration ; Penetrasyon direnci = Penetration resistance ; Tahmin modelleri = Estimation models ; Toprak nemi = Soil moisture ; Ölçme sistemleri = Measurement systems

Özet:
Toprak nem sabitelerinin ve diğer toprak özelliklerinin doğrudan ölçümü yerine bilinen ya da kolay elde edilen diğer toprak özelliklerinden tahminine yönelik araştırmalar, önemini hiçbir zaman yitirmemiştir. Bu çalışmada, belirlenmeleri çoğunlukla güç ve zaman alıcı nitelikte olan bazı nem sabitelerinin penetrasyon direnci ölçümlerinden tahmin edilebilirliğine odaklanılmıştır. Çalışmanın kapsamını asıl olarak; Isparta bölgesinde farklı toprak nem düzeylerindeki penetrasyon direnci ölçümleri oluşturmuştur. Ölçüm noktalarından alınan topraklar laboratuvar bünye analizleri temelinde; kumlu, tınlı ve killi olarak gruplandırılmış ve farklı nem tansiyonlarına (0.1, 0.33, 0.5 bar ve15 bar) ilişkin nem düzeyleri belirlenmiştir. Model geliştirme aşamaları; (1) herbir grubun ortalama nem içeriklerinin bireysel nem – penetrasyon direnci ilişkileri aracılığıyla sabit bir nem içeriği için düzeltilmesi amaçlı kullanımını, (2) düzeltilen penetrasyon direnci değerleri ile ortalaması alınan nem içeriklerinin ilişkilendirilmesini, (3) herhangi bir zamanda yapılan belirlemeler için bünye gruplarına özgü genel nem-penetrasyon direnci ilişkileri kullanılarak düzeltilmiş penetrasyon dirençlerinin eldesinin ve bir önceki elde edilmiş ilişki bağlamında değerlendirilmesini kapsamaktadır. Nem sabitelerinin tahminine yönelik alternatif model geliştirilmesinde ise; penetrasyon direncine ek olarak, bünye fraksiyonları (kum, kil ve silt), hacim ağırlığı, % CaCO3 ve organik madde içeriklerine yer verilmiştir.

Toprakların nem – penetrasyon direnci ilişkileri bağlamında nem sabitelerinin (0.1, 0.33, 0.5 ve 15 bar) tahminine yönelik modeller için; gerçek veriler ile tahmin edilenler arasındaki en yüksek R2 değerleri (0.61, 0.60, 0.64 ve 0.59) tınlı topraklarda elde edilmiştir. Söz konusu toprak grubu için hata kareler ortalaması karekökü (RMSE) 1.32 ve 1.90, ortalama hata (ME) ise 1.53 ve 2.05 arasında belirlenmiştir. Kum, kil, organik madde, hacim ağırlığı ve penetrasyon direnci özelliklerinin kullanımıyla farklı nem tansiyonları için açıklanabilirlik % 71 ve 77 arasında olmuştur. Penetrasyon direnci, organik madde, silt ve kum özelliklerinin kullanımıyla oluşturulan modellerin tahmin gücünün değerlendirilmesi kapsamında R2 0.63 ve 0.82, RMSE, 1.60 ve 5.08, ME ise 1.17 ve 3.97 aralıklarında belirlenmiştir. Dolayısıyla, sadece penetrasyon direncinin ya da diğer bazı toprak özelliklerinin ilavesiyle geliştirilen alternatif modellerin tınlı topraklarda güvenle kullanılabileceği sonucuna ulaşılmıştır. Benzer toprak gruplarında geçerliliği yüksek olan modellerin elde edilebilmesi için; özellikle gruplar arası geçiş bölgelerinde yer alan toprakların alt gruplara ayrılması ve daha kapsamlı çalışmalar yürütülmesi önerilmektedir.

Abstract:
The studies regarding the prediction of soil moisture constants from other known or easily obtained soil properties, rather than direct measurements, never lose importance. Therefore, this study also focused on the predictability of some moisture constants, whose determination is often difficult and time-consuming, from penetration resistance measurements. The scope of the study was composed of the mainly; measurements of the penetration resistance at different soil moisture levels in the Isparta region. The soil samples taken from measurement points based on the laboratory analysis, were grouped as sandy, loamy and clay and their moisture levels were determined for different moisture tensions (0.1, 0.33, 0.5 bar and 15 bar). Model development stages covered; (1) the use of the averages moisture contents of each group to correct for a constant moisture content by means of individual moisture-penetration resistance relations, (2) the correlation between avarage moisture content and the corrected penetration resistance values, 3) any time for the determination obtained corrected penetration resistance using of moisture-penetration relationships specific to groups and their evaluation of the previous acquired relationship. In the development of alternative models for the estimation of moisture constants; in addition to penetration resistance, textural fractions (sand, clay and silt), bulk density, CaCO3 % and organic matter contents were included.

For estimation models of moisture constants in the context of moisture-penetration resistance relationships of soils; the highest R2 values (0.61, 0. 609, 0.64 and 0.59)  between the actual and the predicted data was obtained from the loamy soils. For this group, the root mean square of error (RMSE) was determined to change between 1.32 and 1.90 and in addition, mean error (ME) was determined to range from 1.53 to 2.05. For different moisture tensions, the explainability obtained for clay, organic matter, bulk density and penetration resistance properties was between 71 and 77%. For the moisture prediction models generated by the use of penetration resistance, organic matter, silt and sand properties, R2 was determined to change between 0.63 and 0.82, RMSE and ME were range from 1.60 to 5.08, and from 1.17 to 3.97, respectively. Therefore, it is concluded that the alternative models, developed by the use of penetration resistance or by the addition of some other soil properties, could be used safely in the loamy soils. In order to obtain the models with high validity in the similar soil groups, In particularly, it is recommended to divide the soils in the transition regions between groups in to subgroups and to conduct more comprehensive studies.