Domates bitkisinde azot içeriğinin hiperspektral algılama teknikleriyle belirlenebilirliğinin araştırılması
Investigation of the determination of nitrogen content with hyperspectral detection techniques in tomato plant
Yazar: ESMA KARĞI
Danışman: PROF. DR. LEVENT BAŞAYİĞİT
Isparta Uygulamalı Bilimler Üniversitesi / Lisansüstü Eğitim Enstitüsü / Toprak Bilimi ve Bitki Besleme Ana Bilim Dalı
Derece: Yüksek Lisans, 2019
Konu: Ziraat = Agriculture
Dizin: Amonyum nitrat = Ammonium nitrate ; Amonyum sülfat = Ammonium sulfate ; Azot = Nitrogen ; Bitki indeks modelleri = Vegetation index models

Özet:
Bu tez çalışmasında hiperspektral yöntemler ile domates bitkisinin azot içeriğinin kontrollü sera koşullarında belirlenebilirliği araştırılmıştır.

Çalışma sera ortamında yürütülmüş, domates bitkisine iki farklı gübre çeşidi amonyum nitrat ve amonyum sülfat formunda, 5 farklı doz uygulaması yapılmıştır. Toplamda 120 saksıdan oluşan denemede 4 farklı dönemde (15 Ağustos, 25 Ağustos, 5 Eylül ve 15 Eylül) her bir dozdan 3 tekerrür olacak şekilde örnekleme yapılmıştır. 

Spektral yansımalar ASD FieldSpec HandHeld spektroradyometre cihazı-bitki probu (plant probe) aparatı kullanılarak ölçülmüş, örneklenen domates bitkisi yapraklarında azot (N), fosfor (P) ve potasyum (K) analizleri yapılmıştır. Spektral yansıma ölçümleri ve 1. türev değerleri ile N besin elementi içerikleri stepwise çoklu regresyon analizi kullanılarak değerlendirilmiştir. Değerlendirme sonunda en yüksek R2'ye sahip tahmin modelleri oluşturulmuştur. Böylece çalışmaya konu olan N elementinin içerik olarak belirlenmesinde kullanılabilecek dalga boyları belirlenmiştir. 

Amonyum nitrat ile amonyum sülfat uygulamalarından oluşan yansıma grafikleri, türev grafikleri ve tahmin model denklemleri karşılaştırılmıştır. Amonyum nitrat ve amonyum sülfat ile gübreleme yapılan domates bitkilerinin N değerleri ile bitki örtüsü indislerinin değerleri arasındaki ilişkiyi belirlemek için korelasyon analizi yapılmıştır. Bitki örtüsü indisleri ile N besin elementi içeriklerinin arasındaki ilişkiyi gösteren grafikler elde edilmiştir. 

Elde edilen bulgulara göre, amonyum sülfat uygulamaları ile spektrumun 445, 705, 720, 735, 750, mavi (450-500nm), ve kırmızı (610-700) dalgaboyları arasında % 1 düzeyinde önemli istatistiksel farklılıklar belirlenmiştir. Amonyum nitrat uygulamaları ile spektrumun dalgaboyları arasında önemli istatistiksel farklılıklar görülmemiştir. Amonyum sülfat uygulamasında CI indisi hariç mND705, SR705, RI indisleri istatiksel olarak önemli (P<0.001) bulunmuştur. Bitki indisleri bitki sağlığı konusunda bize bilgi sunmaktadır. Dolayısıyla amonyum sülfat uygulaması yapılan bitkiler amonyum nitrat uygulanan bitkilere göre daha sağlıklı olduğu görülmüştür. Amonyum nitrat uygulamasında ise bitki indislerinin daha geniş veri setlerinde araştırılması gerektiği sonucuna varılmıştır.

Sonuç olarak, domates bitkisinin hiperspektral algılama yöntemleri ile N içeriğinin belirlenmesinde amonyum nitrat uygulamasının spektral yansıma grafiğinin görünür bölgesinde dalga boylarının % 75'inin, yakın kızılötesi bölgede dalga boylarının % 25'inin, amonyum sülfat uygulamasında ise spektral yansıma grafiğinin görünür bölgesinde dalga boylarının % 54.2'sinin, yakın kızılötesi bölgede dalga boylarının % 45.8'inin belirlenebildiği görülmüştür. Özellikle 4. dönemde amonyum nitrat ve amonyum sülfat uygulamalarının her ikisinde de azalan dozlara bağlı olarak görünür bölgede yansıma yüzdelerini artırdığı, dolayısıyla bu dönemde domates bitkisinin N içeriğinin belirlenebileceği tahmin edilmektedir.

Abstract:
In this thesis, the determination of the nitrogen content of the tomato plant by hyperspectral methods in controlled greenhouse conditions was investigated.

The study was carried out in the greenhouse conditions, two different fertilizers amonyum nitrat and ammonium sulfate were applied to the experimental plants and 5 different doses were applied. A total of 120 flower pots were sampled in four different periods (15 August, 25 August, 5 September and 15 September) for 3 replications. Spectral reflections were measured by using ASD FieldSpec HandHeld spectroradiometer-plant probe apparatus and nitrogen (N), phosphours (P) and potassium (K) analyzes were performed on sampled tomato plant leaves. Spectral reflectance measurements and 1st derivative values and N nutrient levels were evaluated by stepwise multiple regression analysis method and the highest R2 estimation models were formed. Wavelengths which can be used in the prediction of the N element which is the subject of research are determined.

Reflection graphs of ammonium nitrate and ammonium sulfate applications, derivative graphs and estimation model equations are compared. Correlation analysis was performed to determine the relationship between the values of N values of the tomato plants fertilized with ammonium nitrate and ammonium sulfate and the values of the vegetation indices. Graphs showing the relation between vegetation indices and N nutrient contents were obtained.

According to the findings, significant statistical differences were determined between 1 % and 445, 705, 720, 735, 750, blue (450-500 nm) and red (610-700 nm) wavelengths of spectrum ammonium sulfate applications. There were no significant statistical differences between ammonium nitrate applications and the wavelengths of the spectrum.

Ammonium sulfate application, except for the CI index, mND705, SR705, RI indices were statistically significant (P <0.001) was found. Plant indices provide information about plant health. Therefore ammonium sulfate treated plants have been found to be healthier than ammonium nitrate treated plants. In the application of ammonium nitrate, it is concluded that plant indices should be investigated in larger data sets.
As a result, it has been found that 75 % of the wavelengths in the visible region of the spectral reflection graph of the application of ammonium nitrate in the determination of N content by hyperspectral detection methods of tomato plant, 25 % of the wavelengths in the near infrared region, 54.2 % of the wavelengths in the visible region of the spectral reflection graph in the ammonium sulfate application, 45.8 % of the wavelenghts in the near infrared region can be determined. It is estimated that espically in the 4th period, ammonium nitrate and ammoniım sulphate applications increase the reflectance percentages in the visible region due to the decreasing does, thus the N content of tomato plant can be determined in this period.