Organik ve geleneksel tarım yapılan alanlardaki bazı toprak kalite parametrelerinin spektroradyometrik yöntemlerle karakterize edilmesi
Characterization of some soil quality parameters in organic and traditional farming areas by spectroradiometric methods
Yazar: ABDULKADİR TURAN
Danışman: PROF. DR. ALİ VOLKAN BİLGİLİ
Harran Üniversitesi / Fen Bilimleri Enstitüsü / Toprak Bilimi ve Bitki Besleme Ana Bilim Dalı
Derece: Yüksek Lisans, 2022
Konu: Ziraat = Agriculture
Dizin: Komşuluk = Neighbour hood ; Organik tarım = Organic farming ; Spektroradyometre = Spectroradiometer ; İstatistik = Statistics

Özet:
Görülebilir ve Yakın Kızıl Ötesi Dalga Boyu Spektroradyometre (Visible and Near Infrared Reflectance Spectroradiometer; VNIRS) tekniği toprak örneklerinin karakterize edilmesinde ucuz, zamandan tasarruf sağlayan ve kolay bir yaklaşım olarak son zamanlarda yaygın bir biçimde saha çalışmalarında ve laboratuvar ortamında kullanılmaya başlanmıştır. Bu çalışmadaki amaç VNIRS tekniğinin aynı ana materyal üzerinde oluşmuş fakat iki farklı amenajman sistemi (organik tarım ve geleneksel tarım) ile yönetilen alanlara ait toprak örneklerinin sınıflandırılması ve toprak parametrelerinin tahmin edilebilirliğinde kullanılabilirliğinin test edilmesidir. Bu kapsamda 2 mm lik elekten elenmiş hava kurusu toprakların 350-2500 nm aralığında VNIRS aletiyle yansımaları toplanmıştır. Toprak örneklerine ait bazı fiziko kimyasal özellikler ile toprak yansımaları arasındaki ilişkiler Kısmi En Küçük Kareler Regresyon (Partial Least Square Regression; PLSR) tekniği kullanılarak modellenmiştir. Modellerin doğruluğu çapraz doğrulama (cross validation) ile test edilmiştir. Farklı amenajman altındaki topraklar farklı yansıma karakteristikleri göstermiştir. Uzun yıllardır organik tarım yapılan bu nedenle de organik madde birikimi fazla olan organik tarım yapılan alanlardaki toprakların yüzde yansıma oranları geleneksel tarım yapılan alanlardaki toprakların yüzde yansımalarına göre daha düşük bulunmuş, organik tarım topraklarındaki ortalama yansıma değerleri maksimum 10. 9 % oranında bulunurken, geleneksel toprakların ortalama yansımaları maksimum 15.5 % oranında bulunmuştur. Organik tarım yapılan alanlarda PLSR tekniği ile toprak parametreleri arasındaki model kalibrasyonları orta seviyede başarılı bulunmuştur (R2 0.7 – 0.8 arasında). Modellere ait çapraz doğrulama R2 değerleri ise sırasıyla 0.32 - 0.49 arasında bulunmuştur. Geleneksel tarım yapılan alanlardaki topraklarda ise model kalibrasyon R2 değerleri sırasıyla 0.79 - 0.81, çapraz doğrulama R2 değerleri ise sırasıyla 0.19 - 0.63 arasında bulunmuştur. K En yakın komşuluk (KNN) metodu ile farklı amenajman altındaki toprakların spektral yansımalara bağlı ayırt edilebilirlik doğruluk seviyeleri % 90` ın üzerinde bulunmuştur. RELIEF algoritmasına göre spektral ayrımdaki en önemli bantlar 400-500 nm aralığında yer almıştır.

Abstract:
The Visible and Near Infrared Reflectance Spectroradiometer (VNIRS) technique has recently been widely used in field studies and laboratory environments as an inexpensive, time-saving and easy approach to characterize soil samples. The aim of this study is to classify the soil samples from the areas formed on the same parent material but managed with two different management systems (organic agriculture and traditional agriculture) and to test its usability in predicting soil parameters. In this context, reflections of air-dry soils sieved through a 2 mm sieve were collected with a VNIRS instrument in the range of 350-2500 nm. Relationships between some physicochemical properties of soil samples and soil reflections were modeled using Partial Least Square Regression (PLSR) technique. The accuracy of the models was tested by cross validation. Soils under different managements showed different reflection characteristics. The percentage reflection rates of the soils in organic farming areas, where organic farming has been practiced for many years and therefore organic matter accumulation is high, were found to be lower than the percent reflections of the soils in conventional farming areas. While the average reflectance values in organic farming soils were maximum 10.9 %, the average reflection rates of traditional soils were found to be at a maximum rate of 15.5%. Model calibrations between PLSR technique and soil parameters in organic farming areas were found to be moderately successful (R2 between 0.7 and 0.8). Cross validation R2 values of the models were found to be between 0.32 and 0.49, respectively. Model calibration R2 values were found to be between 0.79 - 0.81, respectively, and cross-validation R2 values were found to be between 0.19 and 0.63, respectively, in the soils in traditional agricultural areas. With the KNN method, the discrimination accuracy levels of the soils under different managements using spectral reflections were found over 90%. According to the RELIEF algorithm, the most important bands in the spectral separation were in the range of 400-500 nm.