1st International Congress on Biosystems Engineering ...icoben2019.mku.edu.tr/files/2019-12-ICOBEN2019-Proceeding-E-book-2-final.pdf · 1st International Congress on Biosystems Engineering

1st International Congress on Biosystems Engineering (ICOBEN2019) 24-27 September 2019, Antakya, Hatay, Turkey

II

Hatay Mustafa Kemal University

Faculty of Agriculture Department of Biosystems Engineering

Proceedings E-Book

1st International Congress on Biosystems Engineering

ICOBEN2019

24-27 September 2019 Hatay Mustafa Kemal University, Antakya, Hatay, Turkey

ISBN: 978-975-7989-67-7

(Final Version, 23.12.2019)

III

MAIN SPONSORS

SUPPORTING SPONSORS


CONTENTS

PREFACE.............................................................................................................................................. 7

CONGRESS ORGANIZING COMMITTEE....................................................................................... 8

EDITORIAL BOARD ........................................................................................................................... 9

SCIENTIFIC COMMITTE ................................................................................................................ 11

INTERNATIONAL PARTICIPANTS ............................................................................................... 13

CONGRESS PROGRAM ................................................................................................................... 14

SUMMARY OF THE KEYNOTE SPEECHES ................................................................................. 22

1) Irrigation, Drainage and Land Consolidation Applications in Turkey, Faruk Fıratoğlu ...................... 23

2) Seeding for Smart Farming, Ali Özbuğday ......................................................................................... 24

3) Shaping the Future for Agriculture, Natan Barak ............................................................................... 25

4) Benefits of Precision Agriculture Technologies, Sökmen Kan ............................................................ 26

ABSTRACTS 1 (Proceedings Including only Summaries of Studies without Full Texts) ................. 27

The Effect of Orientation on the Utilization of Solar Energy in Dairy Cattle Barn

Hatice Delice, Erkan Yaslıoğlu ...................................................................................................... 28

The Effect of Solid Biochar on Soil Properties

Saliha Dorak, Barış Bülent Aşık ..................................................................................................... 29

Artifical Neural Network Algorithm for Estimating Sugar Beet Irrigation Water Requirement in

Çumra

Sevim Seda Yamaç ......................................................................................................................... 30

Effects of Humic Acid on Plants Yield and Growth and Effect of Gypsum in Alkali Soils

Aysel Muhsine Ağar, A.İ. Ağar, Tuğba Yeter, İlknur Yurdakul, M.A. Altundağ ................................ 31

Relationships Among Salt or Drought Tolerance and Grafting in Eggplant

Sevinç Kıran, Şebnem Kusvuran, C. Ates, Şeküre Şebnem Ellialtıoglu ............................................ 32

The Effects of Different lrrigation Methods on Rice (Oryza sativa L.) Yield and Yield

Characteristics

Selçuk Özer, Yeşim Ahi .................................................................................................................. 33

What GAP project has Gained and Lost to Turkish Agriculture

Ali Rıza Öztürkmen ........................................................................................................................ 34

Examination of Microwave and Hot Air Drying Methods in Sultana Seedless Grapes in terms of

Drying Time and Energy Consumption

Ersin Karacabey, Levent Taşeri, Gamze Uysal Seçkin, Türkan Aktaş .............................................. 35

Comparison of ISO 1983, ISO 1996 and ISO 2007 Tests of Milking Machines

Sercan Seçer, Ahmet Kamil Bayhan................................................................................................ 36

The Evaluation of the Water Quality of the Several Irrigation Pools in Hakkari Province for

Irrigation Purposes

Kayhan Kacar, Şefik Tufenkçi, Fatih Şevki Erkuş, Ünal Şirin ......................................................... 37

Changes in Hydraulic Properties of Bacteria and Sewage Sludge Applied Sandy Soil

Üstün Şahin, Selda Örs, Recep Kotan, Mehmet Altun ..................................................................... 38

Evaluation and Mapping of the South Marmara Solar Radiation Data using Geographic

Information System

Erkan Yaslıoğlu, Hüseyin İlhan, Hatice Delice, Ali Vardar............................................................. 39

Analysis of Climatic Parameters in Cukurova Region

Volkan Çatalkaya, Nigar Anğın ...................................................................................................... 40

Leaf Water Content and Gas Exchange of Melatonin Applied Eggplant Seedlings under Drought

Stress

Selda Örs, Ertan Yıldırım, Üstün Şahin, Melek Ekinci, Mehmet Altun ............................................. 41


2

An Investigation of the Effectiveness of Equipment and Machinery Supports: A Case Study of

Karaman Province

Oğuz Gül, Ahmet Kamil Bayhan ..................................................................................................... 42

Evaluation of the Relation between Aggregate Stability and Aspect of Bingöl Çapakçur Basin

Soils

Yasin Demir, Hasan Er, Ramazan Meral ........................................................................................ 43

Determination of Energy Use Efficiency and Greenhouse Gas (GHG) Emissions of Pistachio

(Pistacia vera L.) Production in Adıyaman Province

Osman Gökdoğan, Mehmet Fırat Baran, Ömer Eren, Halil İbrahim Oğuz ...................................... 44

Development of an Experimental Unit for Grape Juice Research

Levent Taşeri ................................................................................................................................. 45

Effect of Air Velocity on Some Quality Parameters of Grape Pomace Dried with a Hot Air Dryer

Levent Taşeri, Mehmet Gülcü, Gamze Uysal Seçkin ....................................................................... 46

Investigation of Climate Change over Heat Cost of Greenhouses in Adana producing Tomato

(Solanum Lycopersıcum L.) using Expert Greenhouse Software SERASIM

Burak Şen, Bora Şen ...................................................................................................................... 47

Calculation of the Heat Requirement of Modern Greenhouses in Antakya According to Different

Temperatures

Sait Üstün, Abdulkadir Özgüler, Katibe Gülşah Bolat, Mehmet Emin Baran ................................... 48

Effects of Climate Change on Grapevines Vegetative and Reproductive Growth

Tefide Kizildeniz, Inmaculada Pascual, Juan Jose Irigoyen, Fermin Morales ................................. 49

Responses of Common Bean (Phaseolus vulgaris L.) Cultivars to Drought Stress

Sultan Kıymaz, Ramazan Beyaz ..................................................................................................... 50

Determination of Energy Efficiency, Greenhouse Gas (GHG) Emissions and Environmental

Prices of Carrot (Daucus carota) Production in Hatay Province

Ömer Eren ..................................................................................................................................... 51

Investigation and Development Opportunities of Siirt Province in Terms of Greenhouse

Burak Saltuk .................................................................................................................................. 52

A Remote Sensing-based Irrigation Performance Assessment: A Case Study of the Kemalpaşa

Irrigated Scheme in Turkey

Kemal Sulhi Gündoğdu, Alidou Sawadogo ..................................................................................... 53

Effect of Foliar Sulfur Applications on Some Yield Parameters in Reducing Water Stress Applied

to the Cotton Plant During Different Development Periods

Derya Kazgöz Candemir, Berkant Ödemiş...................................................................................... 54

Understanding the Farmers’ Practices, Adaptive Capacity to Respond, and Willingness to Adopt

Climate-Smart Agriculture (CSA) in Pakistan

Asif Sardar, Adiqa Kausar Kiani, Yasemin Kuşlu ........................................................................... 55

The Effects of Environmental Conditions in Cottonseed Storage Plants on Seed Quality

Merve Saylam, Zekai Gümüş .......................................................................................................... 56

Hydrological Drought Analysis for the Eastern Mediterrenean Region in Turkey Using SPI

Ahmet Saglamoglu, Ahmet Irvem .................................................................................................... 57

The Idea of Cultivation in Desert

Çetin Palta, Durmuş Ali Çarkacı, Zeliha Üstün Argon, Erdal Gönülal ........................................... 58

A Research on the Use of Soil Tillage Implements of Konya Province

Mehmet Zahid Malaslı, Çetin Palta ................................................................................................ 59

Response of Xantium Strumarium to Flaming at Different Propane Doses under Controlled

Conditions

Kübra Kargacı, Kadir Tayfun Sefil, Selçuk Arslan, Nihat Tursun.................................................... 60

Water-Yield Relationships of Grapefruit under Different Subsurface Drip Irrigation Strategies

Köksal Aydinşakir, Nazmi Dinç, Mesut Işık, Ruhi Baştuğ, A. Bayir Yeğin, S. Bayram ..................... 61


3

Energy Potential Evaluation of Agricultural Residues in Bursa

Aslı Ayhan Arslan .......................................................................................................................... 62

Current Status and Potential Improvements for Under-Cover Production Systems in Çarşamba

Town of Samsun Province

Emin Atay, Sedat Karaman ............................................................................................................ 63

Determination of Adıyaman Waste Water Treatment System Performance

Akif Mehmet Ketenci, Servet Tekin ................................................................................................. 64

Fluctuations of Water Table Level and Quality in Niksar Plain

Danişmend Hüseyin Şahin, Hüseyin Şimşek .................................................................................... 65

Forage Crops in Terms of Organic Fertilizer Efficiency

Ayşe Mine Yıldız, Müge Erkan Can ................................................................................................ 66

Effects of Different Moisture Levels on Yield and Quality of Almonds in Sub-Surface Drip

Irrigation System

Serkan Kösetürkmen, Cem Bilim, Nevzat Aslan, Ajlan Yılmaz, Yusuf Aydın..................................... 67

Determination of the Energy Input-Output Analysis and Economic Efficiency of Pumpkin Seed

Production: A Case Study of Nevşehir Province

Osman Gökdoğan, Oktay Erdoğan, Halil İbrahim Oğuz ................................................................. 68

Effect of Different Dripper Flows on Moisture Distribution in Soil and Modeling with HYDRUS-

2D / 3D Program

Filiz Kara ...................................................................................................................................... 69

Complexities of Transboundary Flood Risk Management in the Maritsa/Meric/Evros Basin

Jeroen Warner, Anusha Sanjeev Mehta .......................................................................................... 70

Calibration and Comparison of Soil Moisture Measurements

Inga Adamonytė, Laima Taparauskienė,Vilda Grybauskiene, Gitana Vyciene ................................. 71

Quality Parameters Evaluation of Spruce (Picea abies) Seedlings Growing at Open Nursery

Roman Rolbiecki, Stanislaw Rolbiecki,Vilda Grybauskiene, Gitana Vyciene ................................... 72

ABSTRACTS 2 (Full Texts of These Proceedings were Accepted to the Mustafa Kemal

University Journal of Agricultural Sciences after Evaluation by Two Reviewers) .................... 73

Design of an Arduino Based Digital Psychrometrics Device

Ünal Kızıl, Sefa Aksu ..................................................................................................................... 74

Irrigation Scheduling based on Crop Water Stress Index (CWSI) for Cool and Warm-season

Turfgrass under Sub-drip Irrigation Method

C. Sabahattin Oncel, Mladen Todorovic, A. Halim Orta ................................................................. 75

Effects of Different Nitrogen Rate Applications during Sowing to Pumpkin (Cucurbita pepo L.)

Growth, Yield, Evapotranspiration and Water Use Efficiency

Ali Ünlükara, Nihal Dumanlar, Adem Güneş .................................................................................. 76

Determination of the Average Temperature Data: Antalya and Alanya Case

Mete Özfidaner, Duygu Şapolyo Uçan, Fatih Topaloğlu ................................................................. 77

Seedling Growth Characteristics of Wheat Seeds Grown at Different Groundwater Depths,

Without Irrigation

Mehmet Sait Kiremit, Hakan Arslan, Alieu Saidy ............................................................................ 78

Evaluation of Agricultural Fields in Terms of Soil Productivity and Environmental Health in the

Industrial Zone

Serdar Polat, Korkmaz Bellitürk, Meryem Metinoğlu ..................................................................... 79

Response of Okra to Water Stress

Ali Ünlükara, Bilal Cemek ............................................................................................................. 80

Determination of the Effects of Irrigation in the Different Development Periods on the Efficiency

and Oil Quality of Sesame under Çukurova Conditions

Nigar Anğın, Volkan Çatalkaya ...................................................................................................... 81


4

Evaluation of Treated Wastewater Quality in Terms of Irrigation Water within The Framework of

Related Legislation: The case of Van Province

Talip Çakmakcı, Üstün Şahin ......................................................................................................... 82

Comparison of Two Lateral Move Irrigation Machines Commonly Used in Turkey in Respect of

Water Uniformity Coefficient

Hüseyin T. Gültaş, Daniyal D. Köksal, Murat Karaer, Yeşim Ahi ................................................... 83

Application of Machine Learning Methods in Monthly Precipitation Modelling (Chabahar

Station, Iran)

Fatemeh Shaker Sureh, Mohammad Taghi Sattari, Ahmet Irvem .................................................... 84

Agricultural Residues Potential of Hatay

Cengiz Karaca ............................................................................................................................... 85

Determination of Greenhouses and Its Insurance Conditions Damaging from Natural Disasters

Occurred in Districts of Eastern Antalya Region

Rabia Çalışkan, Kenan Büyüktaş, Ahmet Tezcan, Cihan Karaca..................................................... 86

Determination of the Intensity of Hail Damage of the Polyethylene Greenhouse Covers in the

Mediterranean Region by Thermal Camera

Kenan Büyüktaş, Ahmet Tezcan, Cihan Karaca, Zekai Gümüş, Rabia Çalışkan .............................. 87

Effects of Different Drying Conditions on Physical Changes of Apple (Malus communis L.)

Necati Çetin, Cevdet Sağlam, Bünyamin Demir .............................................................................. 88

The Use of Universal Kriging Interpolation Technique to Determine Groundwater Levels in Dry

and Wet Years: A Case Study in a Semi-Arid Region of Mahdia in Tunisia

Rania Soula, Ali Chebil, Mahmut Cetin, Rajouene Majdoub ........................................................... 89

Assessing Salt Accumulation in the Root Zone of Tomato Plant Using Ordinary Kriging

Interpolation Technique Under Deficit Irrigation Regime

Amal Ghannem, Imed Ben Aissa, Mahmut Cetin, Rajouene Majdoub .............................................. 90

Yield, Fuel Consumption and Economical Comparison of Different Tillage Methods on Main

Crop Peanut and Wheat + Second Crop Peanut

Çiğdem Boydak, Orhan Kara ......................................................................................................... 91

Determination of Nitrogen Usage Efficiency in Eggplant Plant Irrigated by Surface and

Subsurface Drip Irrigation Method in Çukurova Conditions

Engin Gönen, Çağatay Tanrıverdi, Yeşim Bozkurt Çolak, Atilla Yazar, Mete Özfidaner .................. 92

The Effects of Drip Irrigations on Water Yield Relationships in Royal Table Grape Cultivars in

Çukurova Conditions

Yeşim Bozkurt Çolak, Atilla Yazar, Semih Tangolar, Gülşen Duraktekin, Engin Gönen .................. 93

The Effect of Different Irrigation Programs on Chlorophyl Content in Watermelon

Gülşen Duraktekin, Yeşim Bozkurt Çolak, Mete Özfidaner, Alper Baydar, Engin Gönen ................. 94

Mapping Spatio-temporal Tendencies of Climate Types in Geographic Information Systems

(GIS) Media: A Case Study in Şanlıurfa and Its Environs

Ali Demir Keskine, Mahmut Cetin, Takanori Nagano ..................................................................... 95

Determination of Rhizobial Potentials in Legume Cultivation Areas in Hatay

Fatih Uyar, Kemal Doğan .............................................................................................................. 96

The Effect of Calcium (Ca+2) Applications on R/S Values in Tomato and Pepper Rhizosfer Soils

Kemal Doğan, Sefer Bozkurt, Necat Ağca ....................................................................................... 97

Effect of Different Boron Contents in Irrigation Water on the Development of Cotton

İbrahim Halil Çevik, Ali Fuat Tarı ................................................................................................. 98

Determination of Environmental Problems Caused by Agricultural Wastes in Greenhouse

Enterprises and Solution Suggestions

Sedat Boyacı, Sinan Kartal............................................................................................................. 99

Determination of the Suitability of Some Local Materials as Cooling Pad in Greenhouses

Sedat Boyacı, Adil Akyüz .............................................................................................................. 100


5

The Effects of Deficit Irrigation Technique on Second Crop Sweet Sorghum Biomass and

Bioethanol Yield

M. Dündar, Mustafa Ünlü, C. Yücel ............................................................................................. 101

Investigation of TR63 Region Climate Conditions in terms of Greenhouse

Abdullah Nafi Baytorun, Adil Akyüz, Sait Üstün, Ali Çaylı............................................................ 102

Briquetting of Corn Stalk as a Renewable Energy Source and Determination of Physical

Properties of Briquettes

Mahmut Dok, Mustafa Acar, Ayşegül E. Çelik, Gülhan Atagün, Ufuk Akbaş ................................. 103

Assessment of Irrigation Schemes with Quality Index in Mediterranean Region

Hasan Değirmenci, Sinan Kartal .................................................................................................. 104

Determınation of Water-Yield Relationship of Inoculated and Uninoculated Soybean in the East

Mediterrenean Climatic Conditions

Zeynep Karakaya, Berkant Ödemiş .............................................................................................. 105

Monitoring Soil Electrical Conductivity as an Agricultural Management Tool in Drip-Irrigated

Citrus Field via EM38

Burçak Kapur, Mahmut Çetin, Harun Kaman, Eser Çeliktopuz .................................................... 106

Drought Period Analysis using SPI for Mugla Province, Turkey

Ahmet Irvem, Mustafa Ozbuldu .................................................................................................... 107

Effectiveness of GNSS-Based Tractor Auto Steering Systems in Crop Spraying

Mustafa Topcueri, Muharrem Keskin ........................................................................................... 108

FULL TEXT PROCEEDINGS ......................................................................................................... 109

Assessment of Ammonium, Nitrate and Phosphorus Pollution in the Asi River

Necat Ağca, Kemal Doğan ........................................................................................................... 110

Modal Analysis of Different Boom Designs of Field Sprayers with a CAD Program

Medet İtmeç, Ali Bayat ................................................................................................................. 114

The Current State of Sprayer Manufacturers in Turkey and Some Strategies for the Future

Ali Bayat, Medet İtmeç ................................................................................................................. 121

Evaluation of Hydraulic Factors on Control of Water Bridges: A Case Study in Van Province

Unal Sirin, Abdurrahman Hanay, Sefik Tufenkci .......................................................................... 126

Determination of Crop Water Stress Index with Infrared Thermometer Technique of Eggplant

Gulsah Uglu, Hakan Buyukcangaz ............................................................................................... 133

Determination of Live Tree Trunk Diameter with Close-Range Imaging

Hayrettin Karadöl, Ali Aybek ....................................................................................................... 142

Ensuring the Ventilation and Cooling of Poultry Houses with Zero Energy

Ahmet Nedim Yüksel, Elif Yüksel Türkboyları ............................................................................... 148

Some Methods and Technologies Used for Hydrological Studies

Çayan Alkan ................................................................................................................................ 155

WinTR-55 Model Aided Analysis of Creeks and Ponds Basins in Turkey

Çayan Alkan ................................................................................................................................ 162

Effect of Irrigation on Carbon Dioxide Emission

Caner Yerli, Üstün Şahin, Talip Çakmakcı, Şefik Tüfenkçi ............................................................ 168

Gas Exchange Parameters of Squash Seedlings Inoculated with Bacteria and Methylamine under

Drought Stress

Ertan Yıldırım, Melek Ekinci, Selda Örs, Üstün Şahin2 Atilla Dursun, Recep Kotan,

Metin

Turan, İbrahim Demir .................................................................................................................. 174

Effects of Bacteria and Methylamine Application on Morphology of Squash Seedlings Under

Drought Stress

Melek Ekinci, Ertan Yıldırım, Üstün Şahin, Selda Ors, Atilla Dursun, Recep Kotan,

Metin Turan, İbrahim Demir ........................................................................................................ 180


6

Aggregate Stability Conditions of Common Soil Series in Harran Plain

Ali Rıza Öztürkmen, Yasemin Savaş ............................................................................................. 187

Identification of Water Table and Ground Water Potential Zones using RS/GIS Techniques in

Southern Haripur Tehsil, Province Khyber Pakhtunkhwa, Pakistan

Rehana Jamal, Sajid Rashid Ahmad, Samina Jamal ..................................................................... 194

The Use of Pumice to Remove of Suspended Solids from Irrigation Waters

Yasemin Kuşlu ............................................................................................................................. 207

Investigation the Use of Different Material on the Barns Construction

Hasan Er, Yasemin Kuşlu ............................................................................................................. 212

The Impacts of Land Consolidation Studies on Erzurum Agricultural Enterprises

Yasemin Kuşlu ............................................................................................................................. 219

A Practice-oriented Review of Bioreactors for Subsurface Agricultural Drainage

Ali Osman Demir, Hayrettin Kuşçu, Ezgi Kurtulmuş .................................................................... 224

Determination of Biomass Energy Equivalent of Apple (Malus communis L.) in Kayseri Province

Necati Çetin, Cevdet Sağlam, Bünyamin Demir ............................................................................ 238

Determination of Basic Parameter Values for Agricultural Mechanization Level of Agricultural

Enterprises in Selçuk District of Izmir Province

Cevdet Sağlam, Necati Çetin ........................................................................................................ 242

Determination of Optimum Machine Capacity and Tractor Power in Kayseri Irrigated

Agricultural Conditions

Cevdet Sağlam, Necati Çetin ........................................................................................................ 248

Labor Requirements and Harvest Cost in Melon Harvesting in Kırıkhan

Selcuk Ugurluay........................................................................................................................... 255

Effects of Climate Change over Potato (Solanum Tuberosum L.) Production

Burak Şen, Selina Güngör ............................................................................................................ 263

A Study on The Distribution of The Use of Underground Greenhouses in Turkey

Unal Sirin, Sedat Karaman, Omer Anapali ................................................................................... 273

Determination of Factors Affecting Tractor Ownership:The Case of Çumra District in Konya

Province

Ali Berk, Ahmet Haşim Keskin...................................................................................................... 279

Agriculture and Biofuels

Mustafa Acar ............................................................................................................................... 286

Measuring Parcel Shape Complexity: An Application of New Shape Index

Hasan Değirmenci, Fırat Arslan .................................................................................................. 291

Oxidation of Glycerol Using Metal Organic Frameworks

Seval Dogruyol, Volkan Degirmenci............................................................................................. 295

Determination of Lavandula Officinalis Plant Growth in Pot Conditions Under Dry Conditions in

Nigde Region

Burak Şen, Gülden Sandal Erzurumlu, M. H. Noory, H. Erinç ...................................................... 300

Effects of Four Irrigation Levels and Bio-activator Application on Strawberry Fruit and Leaf

Calcium Concentration

Eser Çeliktopuz, Burçak Kapur, Mehmetali Sarıdaş, Sevgi Paydaş Kargı, Bülent Özekici ............. 307

A Review on the Relationships of Forage Crops Grown in Hydroponics Conditions and Animal

Product Quality

Ayşe Mine Yildiz, Müge Erkan Can .............................................................................................. 313


7

PREFACE

We are very pleased to have organized the 1st International Congress on Biosystems Engineering

(ICOBEN2019) on 24-27 September 2019 at Ataturk Conference Halls on Tayfur Sokmen Campus of Hatay

Mustafa Kemal University located in Antakya, Hatay, Turkey.

The main purpose of the congress was to create a venue to discuss the various current and near-future

applications of engineering practices and means of operations used in Turkey and in the world within the

scope of Biosystems Engineering including Land and Water Resources Planning, Agricultural Machinery

Systems, Energy Systems and Plant and Animal Production Structures. In this context, many researchers and

academicians in addition to the related entrepreneurs and manufacturers from Turkey and abroad had the

opportunity to transfer their experiences and ideas to their colleagues and stakeholders.

The congress venue was Antakya city (Antioch) of the Hatay province, which has many cultures and

where people from many different religions have had a living space in harmony and peace. It has a sacred

places for Christians (St. Peter’s Church) and Muslims (Habibi Neccar Mosque) and was selected as the

World Gastronomy City by UNESCO. Therefore, the congress venue offered not only an academic but also

a different cultural perspective to the participants and the guests.

About 120 proceedings were included in the congress program as oral and poster presentations. All

submitted proceedings were evaluated by at least two independent reviewers in terms of scientific content

and quality. Selected full papers or abstracts were published in this Congress Proceedings E-Book while

some of the selected full papers were published in the special issue of Mustafa Kemal University Journal of

Agricultural Sciences after scientific evaluation.

We thank all of the participants for their contribution to the congress. We also acknowledge the financial

contribution of the sponsors that support this conference without which this congress would not be a

successful organization.

Congress Organizing Committee


8

CONGRESS ORGANIZING COMMITTEE

Honorary Members

Prof. Dr. Hasan KAYA (Honorary Chair), Rector of Hatay Mustafa Kemal University

Prof. Dr. Okan ŞENER, Dean of Faculty of Agriculture, Hatay Mustafa Kemal University

Congress Organization Committee Chair

Prof. Dr. Berkant ÖDEMİŞ, Head of Department of Biosystems Engineering

Congress Organization Secretary

Assoc. Prof. Dr. Muharrem KESKİN, Department of Biosystems Engineering

Assoc. Prof. Dr. Ahmet İRVEM, Department of Biosystems Engineering

Organization Committee Members

Prof. Dr. Berkant ÖDEMİŞ, Head of Department of Biosystems Engineering

Prof. Dr. Yurtsever SOYSAL, Department of Biosystems Engineering



Assoc. Prof. Dr. Cengiz KARACA, Department of Biosystems Engineering

Asst. Prof. Dr. Selçuk UĞURLUAY, Department of Biosystems Engineering

Asst. Prof. Dr. Zekai GÜMÜŞ, Department of Biosystems Engineering

Asst. Prof. Dr. Ömer EREN, Department of Biosystems Engineering

Res. Asst. Dr. Yunus Emre ŞEKERLİ, Department of Biosystems Engineering

Res. Asst. Derya KAZGÖZ CANDEMİR, Department of Biosystems Engineering

Res. Asst. Mustafa ÖZBULDU, Department of Biosystems Engineering


9

EDITORIAL BOARD

Editors


Asst. Prof. Dr. Ömer EREN, Department of Biosystems Engineering

Editorial Board Members

Prof. Dr. Berkant ÖDEMİŞ, Department of Biosystems Engineering

Prof. Dr. Yurtsever SOYSAL, Department of Biosystems Engineering


Assoc. Prof. Dr. Cengiz KARACA, Department of Biosystems Engineering

Asst. Prof. Dr. Selçuk UĞURLUAY, Department of Biosystems Engineering

Asst. Prof. Dr. Zekai GÜMÜŞ, Department of Biosystems Engineering

Res. Asst. Dr. Yunus Emre ŞEKERLİ, Department of Biosystems Engineering

Res. Asst. Derya KAZGÖZ CANDEMİR, Department of Biosystems Engineering

Res. Asst. Mustafa ÖZBULDU, Department of Biosystems Engineering


10


11

SCIENTIFIC COMMITTE

Adil Akyüz, Kahramanmaraş Sütçü İmam University (Turkey)

Ahmet Çelik, Atatürk University (Turkey)

Ahmet İnce, Çukurova University (Turkey)

Ahmet Kamil Bayhan, Isparta Uygulamalı Bilimler University (Turkey)

Ahmet Kurunç, Akdeniz University (Turkey)

Aivars Aboltins, Latvia University of Life Sciences and Technologies (Latvia)

Ali Musa Bozdoğan, Çukurova University (Turkey)

Ali Osman Demir, Bursa Uludağ University (Turkey)

Ali Ünlükara, Erciyes University (Turkey)

Bahar Kocaman, Atatürk University (Turkey)

Bahattin Akdemir, Tekirdağ Namık Kemal University (Turkey)

Bilal Cemek, Samsun Ondokuz Mayıs University (Turkey)

Birol Kayişoğlu, Tekirdağ Namık Kemal University (Turkey)

Burak Saltuk, Siirt University (Turkey)

Burhan Niyazi, King Abdulaziz University (Saudi Arabia)

Bülent Pişkin, Harran University (Turkey)

Cevat Aydın, Selçuk University (Turkey)

Cevdet Sağlam, Erciyes University (Turkey)

Daniel Isidoro, Centro de Invest. y Tecno. Agroalimentaria de Aragón (Spain)

Dariusz Gozdowski, Warsaw University Life Sciences (Poland)

Donald Suarez, The U.S. Department of Agriculture (U.S.A)

Dursun Büyüktaş, Akdeniz University (Turkey)

Ebubekir Altuntaş, Tokat Gaziosmanpaşa University (Turkey)

Engin Özgöz, Tokat Gaziosmanpaşa University (Turkey)

Engin Yurtseven, Ankara University (Turkey)

Ercan Şimşek, Bursa Uludağ University (Turkey)

Erhan Akkuzu, Ege University (Turkey)

Erkan Yaslıoğlu, Bursa Uludağ University (Turkey)

Fatih Mehmet Kızıloğlu, Atatürk University (Turkey)

Ferhat Küp, Harran University (Turkey)

Francesco F. Montesano, The Institute of Sciences of Food Production (Italy)

Gazanfer Ergüneş, Tokat Gaziosmanpaşa University (Turkey)

Gürkan Alp Kağan Gürdil, Samsun Ondokuz Mayıs University (Turkey)

Halil Ünal, Bursa Uludağ University (Turkey)

Hasan Değirmenci, Kahramanmaraş Sütçü İmam University (Turkey)

Hasan Hüseyin Öztürk, Çukurova University (Turkey)

İbrahim Ethem Güler, Atatürk University (Turkey)

İlker Çelen, Tekirdağ Namık Kemal University (Turkey)

Jeroen Warner, Wageningen University (Netherlands)

Jerry Knox, Cranfield University (U.K)

Ji Hyang, Independent Researcher (South Korea)

Jirka Simunek, University of California Riverside (U.S.A)


12

Kazım Çarman, Selçuk University (Turkey)

Kemal Doğan, Hatay Mustafa Kemal University (Turkey)

Kemal Sulhi Gündoğdu, Bursa Uludağ University (Turkey)

Kenan Büyüktaş, Akdeniz University (Turkey)

Kessai Abla, University Mohamed khider Biskra (Algeria)

Köksal Aydınşakir, Batı Akdeniz Tarımsal Araştırma Enstitüsü (Turkey)

Mahmut Çetin, Çukurova University (Turkey)

Mehmet Fırat Baran, Siirt University (Turkey)

Meir Teitel, Agricultural Research Organization, Volcani Center (Israel)

Milena Moteva, University of Architecture, Civil Engineering and Geodesy (Bulgaria)

Mohammad Taghi Sattari, University of Tabriz (Iran)

Monika Markovic, Josip Juraj Strossmayer University of Osijek (Croatia)

Nazmi İzli, Bursa Uludağ University (Turkey)

Necat Ağca, Hatay Mustafa Kemal University (Turkey)

Necdet Dağdelen, Aydın Adnan Menderes University (Turkey)

Osman Gökdoğan, Nevşehir Hacı Bektaş Veli University (Turkey)

Ömer Ertuğrul, Kırşehir Ahi Evran University (Turkey)

Öner Çetin, Dicle University (Turkey)

Peter Thorne, National Oceanography Centre (U.K)

Ramazan Meral, Bingöl University (Turkey)

Ramazan Sağlam, Harran University (Turkey)

Roman Rolbiecki, University of Technology and Life Sciences in Bydgoszcz (Poland)

Romina Kabranova, Ss. Cyril and Methodius University (Macedonia)

Roula Khadra, Mediterranean Agronomic Institute of Bari (Italy)

Sait Muharrem Say, Çukurova University (Turkey)

Sakine Özpınar, Çanakkale 18 Mart University (Turkey)

Sedat Kahraman, Tokat Gaziosmanpaşa University (Turkey)

Selçuk Arın, Tekirdağ Namık Kemal University (Turkey)

Selçuk Arslan, Bursa Uludağ University (Turkey)

Selda Örs, Atatürk University (Turkey)

Sema Kale Çelik, Isparta Uygulamalı Bilimler University (Turkey)

Seyed Mojtaba Shafaei, Shiraz University (Iran)

Stanisław Samborski, Warsaw University Life Sciences (Poland)

Stephen R. Grattan, University of California UC-Davis (U.S.A)

Tekin Öztekin, Tokat Gaziosmanpaşa University (Turkey)

Tolga Erdem, Tekirdağ Namık Kemal University (Turkey)

Toumi Abir, Université Chadeli Bendjedid d'El Tarf (Algeria)

Türkan Aktaş, Tekirdağ Namık Kemal University (Turkey)

Üstün Şahin, Atatürk University (Turkey)

Vilda Grybauskiene, Vytautas Magnus University Agricultural Academy (Lithuania)

Waldemar Treder, Research Institute of Horticulture (Poland)

Yıldıran Yıldırım, Atatürk University (Turkey)

Yücel Erkmen, Atatürk University (Turkey)


13

INTERNATIONAL PARTICIPANTS

Adiqa Kausar Kiani, Federal Urdu University (Pakistan)

Ali Chebil, National Research Institute for Rural Eng., Water and Forestry (INRGREF) (Tunisia)

Amal Ghannem, Higher Institute of Agronomy of Chott-Mariem (Tunisia)

Anusha Sanjeev Mehta, Wageningen University (Netherlands)

Asif Sardar, Federal Urdu University (Pakistan)

Fatemeh Shaker Sureh, University of Tabriz (Iran)

Fermin Morales, Agrobiotechnology Institute-CSIC (Spain)

Gitana Vyciene, Kaunas Forestry and Envir. Eng., University of Applied Sciences (Lithuania)

Imed Ben Aissa, Researches Regional Center on Hortic. and Organic Agric. (CRRHAB) (Tunisia)

Inga Adamonytė, Vytautas Magnus University (Lithuania)

Inmaculada Pascual, Navarra University (Spain)

Jeroen Warner, Wageningen University (Netherlands)

Juan Jose Irigoyen, Navarra University (Spain)

Laima Taparauskienė, Vytautas Magnus University (Lithuania)

Mladen Todorovic, Mediterranean Agronomic Institute of Bari (CIHEAM-IAMB) (Italy)

Mohammad Taghi Sattari, University of Tabriz (Iran)

Natan Barak, Netafim (Israel)

Rajouene Majdoub, High Agronomic Institute of Chott Mariem (Tunisia)

Rania Soula, High Agronomic Institute of Chott Mariem (Tunisia)

Rehana Jamal, Pakistan Institute of Management (Pakistan)

Roman Rolbiecki, UTP University of Science and Technology (Poland)

Sajid Rashid Ahmad, The University of Punjab (Pakistan)

Samina Jamal, GIS Consultant (Pakistan)

Stanislaw Rolbiecki, UTP University of Science and Technology (Poland)

Takanori Nagano, University of Kobe (Japan)

Vilda Grybauskiene, Kaunas Forestry and Envir. Eng. University of Applied Sciences (Lithuania)


14

CONGRESS PROGRAM

24 September 2019 Tuesday (Day 1) – Morning Session

OPENING OF THE CONGRESS

(HALL 1)

8:30 Pickup from the Hotels (Öğretmenevi, Saray Hotel, Narin Hotel, DSI Guest House, Polisevi, Anemon Hotel)

9:00-9:45 Registration

Tea and Coffee

9:45-10:45

Opening Session:

National Anthem

Introduction Video of Hatay Province

Introduction Video of Hatay Mustafa Kemal University

Opening Speeches:

Prof. Dr. Berkant ÖDEMİŞ (Chair of the Congress Orginizing Committee)

Prof. Dr. Okan ŞENER (Dean of the Faculty of Agriculture)

Assoc. Prof. Dr. Lütfü SAVAŞ (Mayor of Hatay Metropolitan Municipality)

Prof. Dr. Hasan KAYA (Rector of Hatay Mustafa Kemal University)

10:45-11:00 Acknowledgement of the Congress Sponsors

11:00-12:30

Keynote Speeches:

1) Irrigation, Drainage and Land Consolidation Applications in Turkey

(Faruk Fıratoğlu, Turkish State Hydraulic Works, DSI)

2) Seeding for Smart Farming

(Ali Özbuğday, ProGen Seeds)

3) Shaping the Future for Agriculture

(Natan Barak, Netafim)

4) Benefits of Precision Agriculture Technologies

(Sökmen Kan, Trimble Turkey)

12:45-13:45 Lunch (Hatay Mustafa Kemal University Dining Hall)


15

24 September 2019 Tuesday (Day 1) – Afternoon Sessions

Session1-1

14:00-15:15

Hall 1; Moderator: Abdülhalim Orta Irrigation

Determination of Adıyaman Waste Water Treatment System Performance (1209) A.M.Ketenci, S.Tekin

Irrigation scheduling based on Crop Water Stress Index (CWSI) for cool and warm-season turf grass under sub-drip irrigation method (0021) C.S. Oncel, M. Todorovic, A.H. Orta

Farklı Damlatıcı Debilerinin Topraktaki Nem Dağılımına Etkisi ve HYDRUS-2D/3D Programı İle Modellenmesi (1230) Filiz Kara

Response of Okra to Water Stress (1075) A. Ünlükara, B. Cemek

Hall 2; Moderator: Sedat Karaman Agricultural Structures

Investigation the Use of Different Material on the Barns Construction (1096) H. Er, Y. Kuşlu

Determination of Greenhouses and Its Insurance Conditions Damaging from Natural Disasters Occurred in Districts of Eastern Antalya Region (1108) R. Çalışkan, K. Büyüktaş, A. Tezcan, C.

Karaca

Determination of the Intensity of Hail Damage of the Polyethylene Greenhouse Covers in the

Mediterranean Region by Thermal Camera (1109) K.Büyüktaş, A.Tezcan, C.Karaca, Z.Gümüş, R.Çalışkan

Investigation of Climate Change over Heat Cost of Greenhouses in Adana producing Tomato using

Expert Greenhouse Software SERASIM (1149) Burak Şen, Bora Şen

Hall 3; Moderator: Muharrem Keskin Machinery Systems

Determination of Live Tree Trunk Diameter with Near Distance Imaging (1026) H.Karadöl, A.Aybek

Modal Analysis of Different Boom Designs of Field Sprayers with a CAD Program (0016) Medet İtmeç, Ali Bayat

The Current State of Sprayer Manufacturers in Turkey and Some Strategies for the Future (0019) Ali Bayat, Medet İtmeç

Labour Requirements and Harvest Cost in Melon Harvesting in Kırıkhan (1147) Selcuk Ugurluay

15:55-15:40 Coffee Break

15:40-15:45 Congress Participants Photo

Session1-2

15:45-17:00

Hall 1; Moderator: Yeşim Ahi Irrigation

Artifical Neural Network Algorithm for Estimating Sugar Beet Irrigation Water Requirement in Çumra

(1037) Sevim Seda Yamaç

Seedling Growth Characteristics of Wheat Seeds Grown at Different Groundwater Depths, Without

Irrigation (1045) M.S. Kiremit, H. Arslan, A. Saidy

Determination of Nitrogen Usage Efficiency in Eggplant Plant Irrigated by Surface and Subsurface

Drip Irrigation Method in Çukurova Conditions (1128) E. Gönen, Ç. Tanrıverdi, Y. Bozkurt Çolak, A. Yazar, M.Ozfidaner

The Effects of Different lrrigation Methods on Rice (Oryza sativa L.) Yield and Yield Characteristics

(1052) Selçuk Özer, Yeşim Ahi

Hall 2; Moderator: Adil Akyüz Agricultural Structures

Investigation and Development Opportunities of Siirt Province in Terms of Greenhouse (1167) Burak Saltuk

The effects of environmental conditions in cottonseed storage plants on seed quality (1181) Merve Saylam, Zekai Gümüş

Investigation of TR63 Region Climate Conditions in terms of Greenhouse (1183) Nafi Baytorun, Adil Akyüz, Sait Üstün, Ali Çaylı

Hall 3; Moderator: Ahmet Kamil Bayhan Machinery Systems

Comparison of ISO 1983, ISO 1996 and ISO 2007 Tests of Milking Machines (1071)

S. Seçer, A.K. Bayhan

An Investigation of the Effectiveness of Equipment and Machinery Supports: A Case Study of

Karaman Province (1086) Oğuz Gül, Ahmet Kamil Bayhan

Determination of Basic Parameter Values for Agricultural Mechanization Level of Agricultural

Enterprises in Selçuk District of Izmir Province (1116) Cevdet Sağlam, Necati Çetin

19:30 Dinner1 (Bogaziçi Restaurant, Harbiye)

Each presentation lasts 15 minutes. Every session has a discussion section of 15 minutes at the end.


16

25 September 2019 Wednesday (Day 2) – Morning Sessions

8:30 Pickup from the Hotels (Öğretmenevi, Saray Hotel, Narin Hotel, DSI Guest House,

Polisevi, Anemon Hotel)

Session2-1

9:30-10:45

Hall 1; Moderator: Üstün Şahin Irrigation

Effect of Irrigation on Carbon Dioxide Emission (1063) C.Yerli, Ü.Şahin, T.Çakmakçı, Ş.Tüfenkçi

Gas Exchange Parameters of Squash Seedlings Inoculated with Bacteria and Methylamine under Drought Stress (1066) E. Yıldırım, M. Ekinci, S. Örs, Ü. Şahin, A.Dursun, R. Kotan, M. Turan, İ. Demir

The Evaluation of the Water Quality of the Several Irrigation Pools in Hakkari For Irrigation Purposes (1072) Kayhan Kaçar, Şefik Tüfenkçi, Fatih Şevki Erkuş, Ünal Şirin

Determination of Crop Water Stress Index With Infrared Thermometer Technique of Eggplant (0023) G. Uglu, H. Buyukcangaz

Hall 2; Moderator: Ahmet Nedim Yüksel Energy Systems

Ensuring the Ventilation and Cooling of Poultry Houses with Zero Energy (1028) Ahmet Nedim Yüksel, Elif Yüksel Türkboyları

Effects of Different Drying Conditions on Physical Changes of Apple (Malus Domestica) (1112)

Necati Çetin, Cevdet Sağlam, Bünyamin Demir

Examination of Microwave and Hot Air Drying Methods in Sultana Seedless Grapes In Terms of Drying

Time and Energy Consumption (1068) E. Karacabey, L. Taşeri, G. Uysal Seçkin, T. Aktaş

Determination of Biomass Energy Equivalent of Apple (Malus domestica) in Kayseri (1115)

Necati Çetin, Cevdet Sağlam, Bünyamin Demir

Hall 3; Moderator: Selçuk Uğurluay Machinery Systems

Determination of Optimum Machine Capacity and Tractor Power in Kayseri Irrigated Agricultural

Conditions (1117) Cevdet Sağlam, Necati Çetin

Yield, Fuel Consumption and Economical Comparison Of Different Tillage Methods On Main Crop

Peanut And Wheat + Second Crop Peanut (1127) Ç. Boydak, O. Kara

Benefits of GNSS-Based Tractor Automatic Steering Systems in the Reduction of Overlaps in Crop

Spraying (1231) Mustafa Topcueri, Muharrem Keskin


Session2-2

11:15-12:30

Hall1; Moderator: İsmet Arıcı Irrigation

Determination of The Effects of Irrigation in the Different Development Periods on the Efficiency and Oil

Quality of Sesame under Çukurova Conditions (1078) Nigar Anğın, Volkan Çatalkaya

Leaf Water Content and Gas Exchange of Melatonin Applied Eggplant Seedlings under Drought Stress (1083) Selda Örs, Ertan Yıldırım, Üstün Şahin, Melek Ekinci, Mehmet Altun

Evaluation of Treated Wastewater Quality in Terms of Irrigation Water within The Framework of Related Legislation: The case of Van Province (1087) Talip Çakmakcı, Üstün Şahin

The Use of Pumice to Remove of Suspended Solids from Irrigation Waters (1093) Yasemin Kuşlu

Hall2; Moderator: Ali Vardar Energy Systems

Evaluation and Mapping of South Marmara Solar Radiation Data and Mapping Using Geographic Information System (1077) Erkan Yaslıoglu, Hüseyin Ilhan, Hatice Delice, Ali Vardar

Determination of Energy Use Efficiency and Greenhouse Gas (GHG) Emissions of Pistachio (Pistacia vera

L.) Production in Adıyaman Province (1094) O. Gökdoğan, M. F. Baran, Ö. Eren, H. İ. Oğuz

Agricultural Residues Potential of Hatay (1106) Cengiz Karaca

The Effect of Orientation on the Utilization of Solar Energy in Dairy Cattle Barn (0028) Hatice Delice, Erkan Yaslioglu

Determination of the suitability of some local materials as cooling pad in greenhouses (1166) Sedat Boyacı, Adil Akyüz

Hall3; Moderator: Selçuk Arslan Machinery Systems

Determination of Factors Affecting Tractor Ownership: The Case of Çumra District in Konya Province

(1177) Ali Berk, Ahmet Haşim Keskin

Response of Xantium Strumarium to flaming at different propane doses under controlled conditions (1194) K.Kargacı, K.T.Sefil, S.Arslan, N.Tursun

Design of an Arduino Based Digital Psychrometrics Device (0003) Ünal Kızıl, Sefa Aksu




17

25 September 2019 Wednesday (Day 2) – Afternoon Sessions

9:30-16:00 Poster Presentations

Venue: In front of the Congress Halls

14:00-15:30 Meeting for Heads of Biosystems Engineering Departments

Venue: Meeting Room of the Faculty of Agriculture

Session2-3

14:00-15:30

Hall 1; Moderator: Ali Fuat Tarı Irrigation

Effect of Different Boron Contents in Irrıgatıon Water on The Development of Cotton (1159) İbrahim Halil Çevik, Ali Fuat Tarı

Comparison of Two Lateral Move Irrigation Machines Used Commonly in Turkey in Respect of Water Uniformity Coefficient (1097)

Hüseyin T. Gültaş, Daniyal D. Köksal, Murat Karaer, Yeşim Ahi

A Practice-oriented Review of Bioreactors for Subsurface Agricultural Drainage (1103)

A.O. Demir, H. Kuşçu, E. Kurtulmuş

Assessing salt accumulation in the rootzone of tomato plant through using ordinary kriging interpolation

technique under deficit irrigation regime (1125) A. Ghannem, I. Ben Aissa, M. Cetin, R. Majdoub

Hall 2; Moderator: Mustafa Acar Energy Systems

Energy Potential Evaluation of Agricultural Residues in Bursa ( 1200)

Aslı Ayhan Arslan

Determination of Energy Efficiency, Greenhouse Gas (GHG) Emissions and Environmental Prices of

Carrot (Daucus carota) Production in Hatay Province (1162) Ömer Eren

Determination of Environmental Problems Caused by Agricultural Wastes in Greenhouse Enterprises

and Solution Suggestions (1165) Sedat Boyacı, Sinan Kartal

Briquetting of Corn Stalk as a Renewable Energy Source and Determination of Physical Properties of

Briquettes (1184) Mahmut Dok, Mustafa Acar, Ayşegül E. Çelik, Gülhan Atagün, Ufuk Akbaş

Determination of the Energy Input-Output Analysis and Economic Efficiency of Pumpkin Seed

Production: A Case Study of Nevşehir Province (1225)

Osman Gökdoğan, Oktay Erdoğan, Halil İbrahim Oğuz

Hall 3; Moderator: Necat Ağca Soils

Evaluation of Agricultural Fields in Terms of Soil Productivity and Environmental Health in the

Industrial Zone (1059) Serdar Polat, Korkmaz Bellitürk, Meryem Metinoğlu

Irregular Aggregate Stability Conditions of Common Soil Series in Harran Plain (1088) Ali Rıza Öztürkmen, Yasemin Savaş

Assessment of Ammonium, Nitrate and Phosphorus Pollution in Asi River (0004)

Necat Ağca, Kemal Doğan

The Idea of Cultivation in Desert (1189)

Ç. Palta, D.A. Çarkacı, Z.Ü. Argon, E. Gönülal

19:30 Dinner2 (Petek Mutfak, İskenderun Sahil)



18

26 September 2019 Thursday (Day 3) – Morning Sessions

8:30 Pickup from the Hotels (Öğretmenevi, Saray Hotel, Narin Hotel, DSI Guest House, Polisevi, Anemon Hotel)

Session3-1

9:30-10:45

Hall 1; Moderator: Berkant Ödemiş Irrigation

Relationships among Salt or Drought Tolerance and Grafting in Eggplant (1049)

S. Kıran, Ş. Kusvuran, C. Ates, S.S. Ellialtıoglu

The Effects of Deficit Irrigation Technique on Second Crop Sweet Sorghum Biomass and Bioethanol

Yield (1180) M. Dündar, M. Ünlü, C. Yücel

Effects of Four Irrigation Levels and Bio-activator Application on Strawberry Fruit and Leaf

Calcium Concentration (1211) E. Çeliktopuz, B. Kapur, M. Sarıdaş, S. Paydaş Kargı, B. Özekici

The Effects of Deficit Drip Irrigations on Water Yield Relationships in Royal Table Grape Variety in

Çukurova Conditions (1130) Y. Bozkurt Çolak, A. Yazar, S. Tangolar, G. Duraktekin, E. Gönen

Hall 2; Moderator: Ahmet Irvem Climate

Determination of the Average Temperature Data: Antalya and Alanya Case (1031) Mete Özfidaner, Duygu Şapolyo, Fatih Topaloğlu

Analysis of Climatic Parameters in Cukurova Region (1080) Volkan Çatalkaya, Nigar Anğın

Application of machine learning methods in monthly precipitation modeling (Chahbahar Station, Iran) (1101) Fatemeh Shaker Sureh, Mohammad Taghi Sattari, Ahmet Irvem

Effects of Climate Change on Grapevines Vegetative and Reproductive Growth (1156) T. Kizildeniz, I. Pascual, J.J. Irigoyen, F. Morales

Hall 3; Moderator: Ali Ünlükara Soils

Effects of Different Nitrogen Rate Applications During Sowing to Pumpkin (Cucurbita pepo L.) Growth, Yield, Evapotranspiration and Water Use Efficiency (1030) A. Ünlükara, N. Dumanlar,

A. Güneş

The Effect of Solid Biochar on Soil Properties (1032) Saliha Dorak , Barış Bülent Aşık

Effects of Humic Acid on Plants Yield and Growth and Effect of Gypsum in Alkali Soil Conditions

(1042) A.M. Ağar, A.İ. Ağar, T. Yeter, İ. Yurdakul, M.A. Altundağ

Effects of Bacteria and Methylamine Application on Morphology of Squash Seedlings under

Drought Stress (1073) M. Ekinci, E. Yıldırım, Ü. Şahin, S. Örs, A. Dursun, R. Kotan, M. Turan, İ. Demir


Session3-2

11:15-12:30

Hall 1; Moderator: Sultan Kıymaz Irrigation

The Effect Of Different Irrigation Programs On Chlorophyl Content In Watermelon (1133) G. Duraktekin, Y. Bozkurt Çolak, M. Özfidaner, A. Baydar

Responses of common bean (Phaseolus vulgaris L.) cultivars to drought stress (1158) S. Kıymaz, R. Beyaz

A remote sensing-based irrigation performance assessment: A case study of the Kemalpaşa irrigated

scheme in Turkey (1172) Kemal Sulhi Gündoğdu, Alidou Sawadogo

Hall 2; Moderator: Yasemin Kuşlu Climate

Understanding the farmers’ practices, adaptive capacity to respond, and willingness to adopt for

climate-smart agriculture (CSA) in Pakistan (1175) Asif Sardar, Adiqa K. Kiani, Yasemin Kuslu

Hydrological Drought Analysis for The Eastern Mediterrenean Region in Turkey Using SPI (1187)

Ahmet Saglamoglu, Ahmet Irvem

Drought Period Analysis using SPI for Mugla, Turkey (1221) Ahmet Irvem, Mustafa Özbuldu

Hall 3; Moderator: Köksal Aydınşakir Soils

Monitoring Soil Electrical Conductivity as an Agricultural Management Tool in Drip-Irrigated Citrus Field Via EM38 (1210) B. Kapur, M. Çetin, H. Kaman, E. Çeliktopuz

Forage Crops in Terms of Organic Fertilizer Efficiency (1213) Ayse Mine Yıldız, Müge Erkan Can

A Review on the Relationships of Forage Crops Grown in Hydroponics Conditions and Animal Product Quality (1214) Ayse Mine Yıldız, Müge Erkan Can




19

26 September 2019 Thursday (Day 3) – Afternoon Sessions

Session3-3

14:00-15:15

Hall 1; Moderator: Hasan Değirmenci Irrigation

Effect of Foliar Sulfur Applications on Some Yield Parameters in Reducing Water Stress Applied to the Cotton Plant During Different Development Periods (1173) Derya Kazgöz Candemir, Berkant

Ödemiş

Assessment of Irrigation Schemes with Quality Index in Mediterranean Region (1185)

Hasan Değirmenci, Sinan Kartal

Determination of Lavandula officinalis plant growth in pot conditions under dry conditions in Nigde Region (1191) B. Şen, G. Sandal Erzurumlu, M. H. Noory and H. Erinç

Water-Yield Relationships of Grapefruit under Different Subsurface Drip Irrigation Strategies (1197) K. Aydinşakir, N. Dinç, M. Işık, R. Baştuğ, A. Bayir Yeğin, S. Bayram

Hall 2; Moderator: Mahmut Çetin Hydrology

Evaluation of Hydraulic Factors on Control of Water Bridges and Van Province Example (0020)

Ünal Şirin, Abdurrahman Hanay, Şefik Tüfenkçi

WinTR-55 Model Aided Analysis of Creeks and Ponds Basins in Turkey (1041) Çayan Alkan

The use of universal kriging interpolation technique to determine groundwater levels in dry and wet years: A case study in a semi-arid region of Mahdia in Tunisia (1124)

R. Soula, A. Chebil, M. Cetin, R. Majdoub

Hall 3; Moderator: Kemal Doğan Soils

Changes in Hydraulic Properties of Bacteria and Sewage Sludge Applied Sandy Soil (1074)

Üstün Şahin, Selda Örs, Recep Kotan, Mehmet Altun

Determination of rhizobial potentials as Agriculture and Environment Factor in legume cultivation areas in Hatay (1152) Fatih UYAR, Kemal DOĞAN

The Effect Of Calcium (Ca+2) Applications On R/S Values in Tomato And Pepper Soils (1153) Kemal DOĞAN, Sefer BOZKURT, Necat AĞCA

Calibration and Comparison of Soil Moisture Measurements (1502) I. Adamonytė, L. Taparauskienė ,V. Grybauskiene, G. Vyciene


Session3-4

15:30-16:45

Hall 1; Moderator: Ali Osman Demir Irrigation

Determination of Relationship Water-Yield of Inoculated and Uninoculated Soybean in The East

Mediterrenean Climatic Conditions (1199) Zeynep Karakaya, Berkant Ödemiş

Effects of Different Moisture Levels on Yield and Quality of Almonds in Sub-Surface Drip Irrigation

System (1215) Serkan Kösetürkmen, Cem Bilim, Nevzat Aslan, Ajlan Yılmaz, Yusuf Aydın

Quality parameters evaluation of Spruce (Picea abies) seedlings growing at open nursery (1503) R. Rolbiecki, S. Rolbiecki, V. Grybauskiene, G. Vyciene

Hall 2; Moderator: Ahmet Irvem Hydrology

Mapping Spatio-temporal Tendencies of Climate Types in Geographic Information Systems (GIS) Media: A Case Study in Şanlıurfa and Its Environs (1144) A.D. Keskiner, M. Çetin, T. Nagano

Complexities of transboundary flood risk management in the Maritsa/Meric/Evros Basin (1501) Jeroen Warner, Anusha Sanjeev Mehta

Identification of Water Table and Ground Water Potential Zones using Remote Sensing and GIS

Techniques in Southern Haripur Tehsil, Province Khyber Pakhtunkhwa, Pakistan (1091) R. Jamal, S.R. Ahmad, S. Jamal, R. Jamal

Hall 3; Moderator: Selda Örs GIS

The Impacts of Land Consolidation Studies on Erzurum Agricultural Enterprises (1098)

Yasemin Kuşlu

Measuring Parcel Shape Complexity: An Application of New Shape Index (1186)

Hasan Değirmenci, Fırat Arslan

16:45-17.15 Closing Remarks and Evaluation of the Congress

19:30 Dinner3 (Konak Restaurant, Saray Caddesi, Antakya)



20

Poster Presentations*

25 September 2019 Wednesday (Day 2)

Venue: In front of the Congress Halls

Some Methods and Technologies Used for Hydrological Studies (1040)

Çayan Alkan

What GAP has gained and lost to Türkish agriculture (1067) Ali Rıza Öztürkmen

Evaluation of the Relation between Aggregate Stability and Aspect of Bingöl Çapakçur Basin Soils (1090) Yasin Demir, Hasan Er, Ramazan Meral

Development of an Experimental Unit for Grape Juice Research (1131) Levent Taşeri

Effect of Air Velocity on Some Quality Parameters of Grape Pomace Dried with A Hot Air Dryer (1132)

Levent Taşeri , Mehmet Gülcü, Gamze U. Seçkin

Effects of climate change over potato (Solanum Tuberosum L.) production (1148)

Burak Şen, Selina Güngör

Calculation of the Heat Requirement of Modern Greenhouses in Antakya According to Different Temperatures (1150)

Sait Üstün, Abdulkadir Özgüler, Katibe Gülşah Bolat, Mehmet Emin Baran

A Research on the Distribution of the Use of Underground Greenhouses in Turkey (1169) Ünal Şirin, Sedat Karaman, Ömer Anapalı

Agriculture and Biofuels (1178) Mustafa Acar

Oxidation of Glycerol Using Metal Organic Frameworks for Sustainable Production of Fine Chemicals (1188) S. Dogruyol, V. Degirmenci

A Research on the Use of Soil Tillage Implements of Konya Province (1192) Mehmet Zahid Malaslı, Çetin Palta

Fluctuations of Water Table Level and Quality in Niksar Plain (1212)

D. H. Şahin and H. Şimşek

Current Status and Potential Improvements for Under-Cover Production Systems in Çarşamba

Town of Samsun Province (1027)

Emin Atay, Sedat Karaman

*Presenter of each poster must be available near the poster to present its content to the visitors.


21

Congress Excursion Program

27 September 2019 Friday (Day 4)

Time Activity

7:30-16:00

Pickup from the Hotels (Öğretmenevi, Saray Hotel, Narin Hotel,

DSI Guest House, Polisevi, Anemon Hotel)

Breakfast in Döver Village

Touristic and Cultural tour in Harbiye and Samandag


22

SUMMARY OF THE KEYNOTE SPEECHES


23

1) Irrigation, Drainage and Land Consolidation Applications in Turkey (Türkiye’de Sulama, Drenaj ve Arazi Toplulaştırması Uygulamaları)

Faruk Fıratoğlu Devlet Su İşleri (DSI) Genel Müdür Yardımcısı

(Deputy Director-General, Turkish State Hydraulic Works, DSI)

Devlet Su İşleri (DSİ) Genel Müdürlüğü ülkemizde su kaynaklarının geliştirilmesi ile ilgili

faaliyetlerden sorumlu en etkin kuruluş olup, Tarım (Sulama ve Taşkın), Enerji, DKHS-Hizmetler

(İçmesuyu ve atıksu) ve DKHS-Kırsal Alan Planlaması sektörlerinde faaliyetlerini sürdürmektedir. DSİ projeleri, ülkemizin kalkınması ve milletimizin refah ve mutluluğunun artırılmasında son derece önemli

yatırımlardır. Bu projelerin bilinen ekonomik faydaları yanında, gözle görülmeyen sosyal yararları da vardır.

Türkiye'nin 78 milyon hektar olan yüzölçümünün yaklaşık olarak üçte birini teşkil eden 28 milyon hektar olan ekilebilir tarım arazisinin 24 milyon hektarı sulanabilir araziler olup, bunun da ekonomik olarak

sulanabilir miktarı 8.5 milyon hektar olarak belirlenmiştir. Ülkemizde, toprak ve su kaynaklarının

geliştirilmesinden sorumlu olan kamu kurum ve kuruluşlarının geliştirdikleri projeler sonucu yıllık su tüketimi 54 milyar m

3'e ulaşmıştır. Bu suyun; 40 milyar m

3’ü (%74) tarımsal sulama, 7 milyar m

3'ü (%13)

içme-kullanma suyu, 7 milyar m3'ü (%13) ise sanayi suyu ihtiyaçlarının karşılanmasında kullanılmaktadır.

Tarım sektörünün en büyük su kullanıcısı olması nedeniyle, suyun yönetimi ve işletilmesi, sulama sistemleri, verimlilikleri, fiyatlandırılması, su kaynaklarının korunması ve geliştirilmesi oldukça önemli bir konudur.

Dünyanın ekolojik dengesinin olumsuz etkilerle bozulmaya başladığı bilinmektedir. Küresel ısınma ve

iklim değişikliği, hızlı nüfus artışı ve gelişen sanayileşme gibi etkenlerle başta içme suyu olmak üzere suya bağlı diğer sektörlerdeki talep sebebiyle suyun giderek ticari mala dönüşmesi özellikle temiz su

kaynaklarının önemini artırmıştır. Çeşitli nedenlerle ekonomik olarak tarımsal faaliyetleri yapmaya imkân

vermeyecek biçimde parçalanmış, dağılmış, bozuk şekilli parsellerin modern tarım işletmeciliği esaslarına göre ve sulama hizmetlerinin geliştirilmesi için en uygun biçimde birleştirilmesi, şekillendirilmesi ve

yeniden düzenlenmesi işlemine ‘Arazi Toplulaştırması’ denilmektedir. Kamu yatırımları, çiftçiler, çevresel

ve sosyal açıdan önemli olan arazi toplulaştırması son dönemlerde önemini artırmaktadır. Bu sebeple, 28.04.2018 tarihli 7139 sayılı Kanun Hükmünde Kararnamenin 3’üncü maddesi ile Genel Müdürlüğümüz

Merkez Teşkilat kademesinde ‘Arazi Toplulaştırma ve Tarla İçi Geliştirme Hizmetleri Dairesi Başkanlığı’

kurulmuş olup, ülkemiz genelinde arazi toplulaştırması ve tarla içi geliştirme hizmetleri projelerinin

sorumluluğu İdaremize geçmiştir.

Türkiye nüfusu 1923 yılında 13.5 milyon iken 2018 yılında bu sayı 81 milyon (6 kat) olmuştur. Ancak

mevcut yüzölçümümüzde (78 milyon ha) bir değişiklik olmamasına rağmen tarım yapılan araziler gün geçtikçe azalmaktadır. Bu durumda 81 milyon nüfusun gıda güvenliğini sağlamak için arazilerimizde

toplulaştırma yaparak tarımsal sulamaya geçmemiz şarttır. Bu durumda amacımız, Ülkemiz tarım

arazilerinin mümkün olan tüm bölümlerinde arazi toplulaştırması çalışmalarını tamamlayarak ikinci nesil

arazi toplulaştırması faaliyetlerini başlatmak, tarla içi geliştirme hizmetleri ile düşük üretim kapasiteli araziler ile atıl arazileri tarımsal üretime kazandırmak ve Ülkemizin arazi toplulaştırması konusunda Dünya

çapında öncü ve lider bir konuma gelmesini sağlamaktır.


24

2) Seeding for Smart Farming

Ali Özbuğday

ProGen Seeds, Antakya, Hatay

By the year 2050, it is expected that the World population will increase to 10 billion while the arable

land amount will decrease to 0.15 ha/person. Therefore, we have to use our resources prudently by focusing on profitability of farmers, sustainability of agriculture as well as aligning Türkish agricultural practices with

consumer’s health.

Over the past 200 years, industrial revolution, green revolution, molecular revolution has changed the

course of agricultural practices. Despite its infancy, the advent of the computer and robotic sciences has

certainly had great impact on agriculture, too. Rapid changes in agriculture have also brought unprecedented

environmental hazards such as overuse of water, land degradation, greenhouse emissions, and nitrogen runoff and pesticide residues. In order to preserve our resources, we have to make systems innovation

involving all the aspects of new technologies as well as social collaborations from farmers to consumers.

Seed sector is primary stakeholder since genetic material is in the heart of the agricultural production

circle. Many developed countries have been investing on preserving and improving plant genetic resources.

Improving new varieties from genetic materials is laborious and time consuming; hence, information behind a high yielding and quality crop as valuable as the seed itself. Thereby, research and development has been

of great importance for seed sector to seek new ways to develop new varieties and to preserve it under a

license.

As one of the leading seed companies, ProGen has invested a lot in R&D infrastructure and has five research stations in different regions of Turkey. With support of R&D departments, ProGen has collaborated

in many national and international projects to improve high yielding, disease resistant and quality crop seeds

such as those of cotton, soybean, wheat and barley. As a result, ProGen has been the leader in cotton and soybean market shares.

ProGen also knows its responsibility to increase the profitability of farmers. In order to do that, it has been optimizing system innovations which collect all the environmental data from soil to air, analyze them and deploy them into a network. From that network, farmers are informed exactly when, what, how to apply

for their particular agricultural processes from planting to harvesting. Such a system will not only increase

agricultural production but also decrease the inputs resulting in high profitability. Adopting new

technologies and incorporating them into local ventures will both increase the prosperity and the vision of the society both locally and globally.


25

3) Shaping the Future for Agriculture

Natan Barak

Director of Corporate Affairs, Netafim

The world needs a new way to grow because of deforestation, climate change, limited access to clean

water and an increase in human population. Due to climate change, world temperature is expected to rise by

up to 4.8°C during the 21st-century. That could mean up to 1.2 meters of sea-level rise. Besides, 1 million

people are dying of hygiene-related diseases due to a lack of access to clean water every year.

Despite all these negativities, the world population which was 1 billion before the industrial revolution

has reached almost 8 billion today because of the green revolution in agriculture, the spread of antibiotics and improvements in technology. Because of the increased population, the world’s need for food is rapidly

growing. If we don’t change anything about the way we grow food and use resources, we will face some

massive challenges in the future.

We are not efficient in how we use our water and land. Sectorial distributions of water use in the world

are 69% agriculture, 19% industry and 12% municipal. This water of using in agriculture is used to irrigate

only 20% of the arable land. Despite the insufficient water available, flood irrigation is still used in 77% of the irrigated areas. The usage rate of pressurized irrigation systems is only 17% sprinkler and 6% micro-

irrigation. We need to make better use of the planet’s resources. But to get this right we need to find a way to

grow more, with less water, on the land we have got. We need a solution that increases farm productivity and resource efficiency at the same time.

Precision irrigation is the solution to change the economics of agriculture. It increases Israel

agricultural productivity while minimizing our water, fertilizer and energy use. Precise irrigation provides water and fertilizer directly to plant roots at the right time where it is needed. In this way, farmers achieve

more sustainable and efficient production by saving water, fertilizer, energy and labor costs.

The more insight a farmer has into their soil, climate and crop conditions, the more easily and

accurately they will be able to optimize their yields. That’s why automation and data are taking farming to a

whole new level. Because the deeper the insight, the higher the profit. NetBeatTM

is the first irrigation system that we have developed for this purpose. For the first time, we’ve integrated monitoring, analysis, and

automation into one easy-to-use, closed-loop system. NetBeat combines real-time data with dynamic crop

models to provide a more accurate picture of the farmer’s environment. It can deliver comprehensive, real-

time recommendations, crop growth models, crop forecasts and notifications about operational and agronomic changes. All through one state-of-the-art, easy-to-use, cloud-based interface that can be managed

anywhere, from any device.

In summary, for better future, finding new ways to grow is a must, precise irrigation is part of the

solution, we must be aware of global trends, and use innovation to answer the challenges.


26

4) Benefits of Precision Agriculture Technologies

Sökmen Kan

Trimble Inc. Ag Division, TR, AZ, ME Sales Representative [email protected]

We need Precision Agriculture because all aspects of the environment like soil, weather, vegetation, water vary from place to place. All these factors determine crop growth and farming success. Farmers have

always been aware of this, but they lacked the tools to measure, map and manage these variations precisely.

Precision Agriculture products help farmers to improve agricultural yield and reduce potential environmental risks, monitor the soil and plant physicochemical parameters: by placing sensors (electrical

conductivity, nitrates, temperature, radiation, moisture, etc.). The optimal conditions for plant growth can be

achieved by obtaining data in real time and providing better information for farm / field management decisions. Precision Agriculture products save time and costs, provide better farm records essential for sale

and succession. These products can be integrated with farm management softwares to make all activities on

farm recordable, traceable and productive. Other important benefits are; less fuel use, less soil compaction,

less hired labour requirement and more timely sowing. Precision Farming can make a difference to food production facing the challenge of a rising world

population and can help farmers to achieve:

Greater sustainability and environmental protection

Higher productivity

Economic benefits

Trimble Inc. can help farmers from land preparation to harvest with its Precision Ag solutions in and out of the field. Trimble offers many different products for agriculture including guidance and steering,

implement control, flow and application control, yield monitoring, water management, correction services

and farm management softwares Trimble was established by Charlie Trimble and his two friends from HP in 1978 and has more than 40

offices all around the world. Its revenue was $3.10 billion in the FY 2018. Trimble’s major industries

include agriculture, building, civil engineering and construction, geospatial, transportation, government,

forestry, rail, field service management, telecommunications, electric and water utilities as well as many others.

mailto:[email protected]


27

ABSTRACTS 1

(Proceedings Including only Summaries of Studies without Full Texts)


28

The Effect of Orientation on the Utilization of Solar Energy in Dairy Cattle

Barn

Hatice Delice*, Erkan Yaslıoğlu

Department of Biosystems Enginering, Faculty of Agriculture, Uludag University, 16059, Bursa, Turkey

*Correspondence: [email protected]

ABSTRACT

Solar energy is an inexhaustible, clean and easily accessible energy. Turkey has advantages in terms of

solar energy potential compared to many other countries and to benefit from this potential is very important.

With the increasing importance of renewable energy sources, photovoltaic (PV) panels, which are able to

convert solar energy directly into electrical energy, are not polluting the environment and easy to implement, are become more common. The inclination angle and position of the photovoltaic panels are the parameters

that directly affect the production of electrical energy. Electrical energy is extensively used in agricultural

production activities, as in every field. Especially, in animal production systems, the cost of electrical energy is an important input due to the high mechanization and the use of automation. This study was carried out in

the dairy cattle barn with a capacity of 50 head in Bursa province. It was aimed to determine the amount of

electrical energy produced by PV panels, located on the barn roof in different four directions (North-South, East-West, Northeast-Southwest, Northwest-Southeast), and also to find out whether produced energy is

sufficient or not to meet the energy requirement of the barn. The electrical energy produced by the panels to

be placed on the roofs was determined by using PVSOL software. According to the results, while the

amount of electrical energy produced from the panels with North-South (N) orientation was 7658 kWh, the amount of electrical energy produced by the panels in the direction of East-West (E) was determined as 6599

kWh. The amounts of electrical energy obtained in Northeast-Southwest (NE) and Northwest-Southeast

(NW) directions were 7486 kWh and 5356 kWh, respectively. The annual electrical energy requirement of the barn with 50 head capacity was calculated as 25 200 kWh. In this case, it was calculated that the energy

produced from the N, E, NE and NW directions met the requirements of the barn by 30.38%, 26.18%,

29.70% and 21.25%, respectively.

Keywords: Dairy cattle, solar energy, orientation, photovoltaic panel, PVSOL

Oral Presentation, No: 0028



29

The Effect of Solid Biochar on Soil Properties

Saliha Dorak1,

*, Barış Bülent Aşık2

1Bursa Uludağ University, Science Graduate Institute, Department of Soil Science and Plant Nutrition,

Bursa, Turkey

2Bursa Uludağ University, Faculty of Agriculture, Department of Soil Science and Plant Nutrition, Bursa,

Turkey


ABSTRACT

This study was conducted in Bursa Uludağ University, Faculty of Agriculture, Department of Soil

Science and Plant Nutrition. The effect of biochar applied at increasing levels (0-500-1000 and 2000 kg da-

1) on soil properties was determined in the incubation study carried out under greenhouse conditions.Soil samples were taken from pots on 1, 30, 60, 90, 120 and 150 days in incubation study. pH, EC, organic

matter, NH4-N and NO3-N, some microelements and heavy metal contents, especially P and K were

determined. According to the results of the study; pH value varied between 7.68 and 7.56 depending on time and application levels. The EC value increased and varied between 692 and 1742 µS cm

-1. Organic

matter content of soil varied between 1.32% and 1.99% depending on application level. NH4-N and NO3-N

contents were increased depending on the application levels. The amount of NO3-N over time showed higher values in biochar applications than the control application. The amount of P and K available increased with

respect to the control application. The effect of biochar applications on soil microelement and heavy metal

content was found statistically significant.

Keywords: Biochar, soil, nutrient elements, pH, EC, organic C, nitrogen




30

Artifical Neural Network Algorithm for Estimating Sugar Beet Irrigation Water

Requirement in Çumra

Sevim Seda Yamaç

Department of Plant Production and Technology, Faculty of Agricultural and Natural Sciences, Konya Food and Agriculture University, 42080, Konya, Turkey

Correspondence: [email protected]

ABSTRACT

Konya basin is highest sugar beet cultivation area in Turkey. However, the basin faces limiting water

resources due to insufficient water management and climatic reasons. Therefore, irrigation management is

an important topic for the area. Net irrigation requirement is a non-linear process. It is difficult to estimate by other methods. These difficulties can be solved applying the artificial neural network (ANN). In this

study, empirical net irrigation requirement method was used for comparing with artificial neural network

methods. The study was covered a period of 10 years. The dataset were used for training and testing the ANN. The architecture that was chosen has the 5-5-1 structure, with 5 neurons in the input layer, 5 neurons

in the hidden layer and 1 neuron in the output layer. Artificial neural network was evaluated according to the

following performance indices: root mean square error (RMSE) and coefficient of determination (R2). The

result showed that the ANN acceptable performances for testing subset (RMSE = 0.677, R2 = 0.927).

Keywords: Artifical neural network, sugar beet, irrigation water requirement, modelling, emrpirical models




31

Effects of Humic Acid on Plants Yield and Growth and Effect of Gypsum in

Alkali Soil Conditions

Aysel Muhsine Ağar*, A.İ. Ağar, Tuğba Yeter, İlknur Yurdakul, M.A. Altundağ

Soil Fertilizer and Water Resources Central Research Institute, 06172, Ankara, Turkey


ABSTRACT

This study was carried out to investigate the effects of base actosol material on the growth and yield of

plants in alkali soil conditions. Base actosol (contains 12% humic acid) was produced by TCE (TKİ) and

known as a soil regulator. We tried to compare with effects and plus effects of humic acid (HA) against

classical soil reclamation method which is added gypsum (amendment material) (G) and leaching water application (LF). A factorial pot experiment was conducted in greenhouse, as randomized plots design with

three replications. Maize (Zea mays) plant was grown in alkali soil. The pots were filled with soil that its

exchangeable sodium percentage (ESP) was 44.57 and pH values was 8.61. Three leaching fraction levels (L0: 0.00; L1: 0.15 and L2: 0.30) and six humic acid levels (H0: 0.00; H1: 1500; H2: 3000; H3: 4500;

H4:6000 and H5: 7500 ppm) and also three gypsum levels (G0:0.0 t/da; G1:1.0 t/da and G2:2.0 t/da) were

applied on soils. The subject L0G0H0 was taken into account as control (only irrigation water applied but not humic acid, leaching water or gypsum). Irrigation water and LF were applied with “the weighted pots”

method. We measured some plant growing criteria (fresh and dry weight, root weight, plant length etc).

Statistical data showed us that triple interaction was significant on fresh and dry weight with level 99%

probability. Other growing criteria were affected with two factors’ interaction. Also, their effects were found as significant. LF which was 030 (L2) gave us the highest yield. Plant’s yield was generally increased with

the increasing gypsum applied. But, it was remarkable that the yield of the plants were too weak in the

absence of gypsum whatever HA and LF levels were. For this reason, it was concluded that 1.0 t/da gypsum application would be sufficient in soils with similar properties. The yields of plant were raised to a certain

level with the increasing HA levels. When HA levels were higher than 3000 ppm the yields were reduced

again. The highest plant fresh and dry weight was obtained from L2G1H2 application.

Keywords: Alkali soil, humic acid (HA), leaching water (LW), soil regulator, plant growing criteria

Acknowledgement: This study was conducted under the sponsorship of General Directorate of Turkish Coal Enterprises (TCE).




32

Relationships Among Salt or Drought Tolerance and Grafting in Eggplant

Sevinç Kıran1,*, Şebnem Kusvuran

2, C. Ates

1, Şeküre Şebnem Ellialtıoglu

3

1Soil Fertilizer and Water Resources Central Research Institute, 06172, Ankara, Turkey

2Çankırı Karatekin University, Kızılırmak Vocational High School, 18200, Çankırı, Turkey

3Ankara University, Faculty of Agriculture, Department of Horticulture,06120, Ankara, Turkey


ABSTRACT

The goals of this study were to investigate the relationships between both salt and drought tolerance

separately and grafting according to different parameters. For this purpose, different rootstock/scion

combinations were tested. As plant materials, 4 eggplant scion genotypes (salt tolerant: Mardin, Kiziltepe, Burdur Merkez; Salt sensitive: Artvin, Hopa and Kemer) and 2 varieties of rootstock (Köksal-F1, Vista-306)

were used in the research. The study was carried out in a glass greenhouse where the temperature and

humidity were regulated automatically (temperature of 25°C, 50-55% humidity). Plants were grown in the hydroponic system and subjected to drought (Nonstress-control, drought stress: 15% PEG-6000) or salt

(Nonstress-control, salt stress: 100 mM NaCl) stresses. By the end of the growth period, plants were

evaluated for plant and root fresh and dry weights, relative humidity, chlorophyll content, leaf and root Ca, K, Na, and Cl contents, malondialdehid (MDA) contents, superoxide dismutase (SOD), catalase (CAT),

glutathione reductase (GR), and ascorbate peroxidase (APX) enzyme activities under stress conditions.

According to correlation analysis, there was a positive correlation between Na, Cl, MDA and enzyme

activities. However, negative correlation was shown at between scala and the other parameters. Salt or drought stresses were caused increasing in MDA content, superoxide dismutase (SOD), glutation reductase

(GR), ascorbat peroxidase (APX) and catalase (CAT) enzyme activities in all of the combinations. While,

the highest level positive correlation was observed at among leaf Cl content and scala in salt treatment, the highest level negative correlation was between leaf Ca content and scala.

Keywords: Correlation, grafting, MDA, salinity, water stress

Acknowledgement: This study was supported by General Directorate of Agricultural Research and Policies

of Turkey (TAGEM/TSKAD/14/A13/P02/02).




33

The Effects of Different lrrigation Methods on Rice (Oryza sativa L.) Yield and

Yield Characteristics

Selçuk Özer1, Yeşim Ahi

2,*

1Atatürk Soil, Water and Agricultural Meteorology Research Station, 39000, Kırklareli, Turkey

2Institute of Water Management, University of Ankara, 06135, Ankara, Turkey


ABSTRACT

In this study, it is aimed to determine the yield and yield components and water-production functions of

the paddy plant irrigated by different irrigation methods. For this purpose, the effects of water constraint applied with different irrigation methods on paddy yield and yield parameters were compared statistically.

The research was carried out according to randomized blocks factorial trial design with three repetitions in

2015, 2016 and 2017 and three different irrigation methods (D: Drip irrigation, Y: Sprinkler irrigation, AWD: Alternate wetting and drying) were used for the irrigation of paddy plant. In every three methods, two

different irrigation water levels (I1= The subject in which the 25% of the water between the saturation point

and field capacity was applied when the soil moisture was around the field capacity, I2= The subject in which the water was applied until the field capacity when 25% of available water holding capacity was

consumed) were used. Besides, traditional continuously flooded irrigation method, which is intensively used

in paddy farming, was carried out with three repetitions and it was compared with other three methods. As a

result of the study, the highest average rice yield was obtained from traditional continuously flooded method with 7,95 t ha-1. AWD –I1 application with 7,60 t ha-1 and D-I1 application with 6,39 t ha-1 followed this.

According to the cumulative variance analysis results, the difference between the methods and irrigation

levels and irrigation method * irrigation levels was found statistically significant in 1% confidence level. When the yield components such as 1000 grain weight, hectoliter weight, plant height, panicle length, stem

weight, harvest index and rough rice yield, total rice output rate are evaluated statistically, AWD application

comes to the fore and this is followed by drip irrigation method.

Keywords: Water use, irrigation level, yield components, efficiency, management

Acknowledgements: This work was financially supported by the Republic of Turkey Ministry of Agriculture and Forestry General Directorate of Agricultural Research and Policies

(TAGEM/TSKAD/15/A13/P02/11). We are grateful for their technical and financial support.




34

What GAP project has Gained and Lost to Turkish Agriculture

Ali Rıza Öztürkmen

Department of Soil Science and Plant Nutrition, Faculty of Agriculture, Harran University, 63040, Şanlıurfa, Turkey


ABSTRACT

Soil is a very important source of life for human beings and all other living things. Soil is the source of

life. People have always cultivated the land, grown crops and made a living. Despite the importance of land in their lives, people have not hesitated to abuse and pollute. Soil is of great importance for a sustainable

future in human life. The GAP Region corresponds to approximately 10% of Turkey’s area and population.

However, it owns 20% of the total economically irrigable area throughout the country. Along with the

Euphrates and Tigris rivers constitute 28% of Turkey's total water potential. Harran Plain, which has been completed within the scope of the GAP Project, is an important experience. In order to prevent the same

problem from other plains where irrigated agriculture will be started, it is beneficial to make the

infrastructure before irrigation, start training activities and direct the farmers by making product pattern plans. Otherwise, some negativity in the Harran Plain may be experienced from other plains. The major

breakthroughs expected in agriculture with the GAP are the degradation of the existing natural resources and

well below what it should be. In agriculture, large yield increase, profitability and different rotational rotation applications are less than considered. Even in this state, deterioration of the existing soil and water

resources is thought-provoking. While this project implemented in the GAP area has positive investments

and recoveries in energy, social, health and agricultural areas, wrong practices and faulty water - land use

reduce productivity. The pressure, structuring and misuse of agricultural land increases every day and the agricultural potential decreases. Special agricultural policies should be established and followed in the GAP

area, which is an important component of Turkey's economy. According to the importance of the GAP

Project, measures should be taken rapidly and decisions regarding land and water use should be taken. Trainings indicating the importance of these resources should be increased in the region.

Keywords: GAP Project, land use, irrigation water.

Poster Presentation, No: 1067



35

Examination of Microwave and Hot Air Drying Methods in Sultana Seedless

Grapes In Terms of Drying Time and Energy Consumption

Ersin Karacabey1*, Levent Taşeri

1, Gamze Uysal Seçkin

1, Türkan Aktaş

2

1Viticulture Research Institute, 59100, Tekirdağ, Turkey

2Department of Biosystems Engineering, Faculty of Agriculture, Tekirdağ Namık Kemal University,

59100, Tekirdağ, Turkey


ABSTRACT

Raisin is an important food product with vitamin, mineral and phenolic content. Drying time and energy consumption based on energy source is very important in drying period. This study was conducted to

determine drying time and energy consumption values in drying of Sultana Seedless grapes using hot air and

microwave methods in different temperature and power levels with untreated conditions. Hot air drying experiments in electric forced convection oven were conducted in temperatures of 50, 60 and 70°C with 1

m/s air velocity. Microwave drying experiments were conducted in 180 and 270 W power levels. It was

observed that there is an important relation between product amount and power level in microwave drying method. For instance in 16.5 g grape sample product moisture was decreased from 75 % (w.b.) to 29%

(w.b.) in one hour without discoloration in 90 W while this power level was insufficient in drying of 200 g

samples. Besides, no unfavorableness was observed in 70-75% part of drying period although there are some

negative features such as blast and discoloration with caramelisation in final product in microwave drying method. Moisture content before negative features were observed decreased till 45-50% in microwave

drying method. This result indicated that combining hot air and microwave drying methods could be a

solution in terms of drying time and energy consumption. Significant decrease in drying time and energy consumption with temperature rise occured in hot air drying method. Minimum drying time was obtained as

10 hours in 70°C hot air drying and 35 minutes in 270 W microwave power level for decreasing moisture

content of 200 g grape samples from 75% (w.b.) to 20% (w.b.). Minimum energy consumption was

determined as 19.15 kWh kg-1

in 70 oC hot air drying and 1.52 kWh kg-1

in 270 W microwave power level.

Keywords: Grapes, drying, microwave, hot air, drying time, energy consumption




36

Comparison of ISO 1983, ISO 1996 and ISO 2007 Tests of Milking Machines

Sercan Seçer*, Ahmet Kamil Bayhan

Department of Agricultural Machinery and Technologies Engineering, Faculty of Agriculture, Isparta University of Applied Sciences, 32260, Çünür, Isparta, Türkiye


ABSTRACT

This research has examined the renewal and changes of international test standards related to milking

machines and facilities in comparison with years. If automatic milking is excluded, there are three standards that have been revised three times until now. The standards for the first time in 1983 were revised twice in

1996 and 2007. These standards are: ISO 3918 Milking Machines - Terminology, ISO 5707 Milking

Machines - Construction and Performance, and ISO 6690 Milking Machines - Mechanical Tests. These

standards are bucket or direct-to-can milking machine, pipeline milking machine and milking parlours. New tests have been added to the international milking machine testing standards in each revision. Acceptable

tolerances are reduced in milking machines and plants for milking success, breast health, milk yield and

quality increase. Minimum requirements, facilities and capacities are specified in more detail in 2007 standards. It has been found that the selection of suitable materials and methods in milking machines is very

important in providing the desired tolerances as a result of the tests. With the latest revision of international

standards, vacuum pump capacities have been increased according to machine specifications. In addition, milk to be transported more easily and faster than the breast, depending on the average milk flow rate; The

characteristics of the milking machine, the type of milk pipeline installation, the diameter, the slope and the

number of milking heads vary. It has been determined that the choice of regulator is very important in order

to keep the vacuum value at which the vacuum regulator is set, at the allowable tolerances, and the uneven and irregular vacuum fluctuations are low. It has been seen that the selection and installation of milking

claws, connection points, etc. materials are effective in increasing milk line leaks. In addition to the leakage

of airline leakages, air consumption of pulse devices is prominent. As a result, for the proper establishment of milking facilities; In order to make regular maintenance, repair and adjustment, periodic tests must be

repeated in certain periods. In order to achieve high milking performance, the last revised ISO 2007

international standards should be used when performing periodic tests. All relevant tests shown in these standards must be fully performed. Recently revised the relevant tests of ISO standards established state-

supported and unsupported milking machines in Turkey should be fully carried out periodically.

Keywords: Milking machine, milking performance, milking machine ISO test standards, pulsation characteristics, pulsator, vacuum regulator.

Acknowledgements: This research was supported by BAP 4952-YL1-17 by Süleyman Demirel University Scientific Research Projects Coordination Unit.




37

The Evaluation of the Water Quality of the Several Irrigation Pools in Hakkari

Province for Irrigation Purposes

Kayhan Kacar, Şefik Tufenkçi*, Fatih Şevki Erkuş, Ünal Şirin

Department of Biosystems Engineering, Faculty of Agriculture, Van Yuzuncu Yil University University, Van, Turkey


ABSTRACT

In this study, it is aimed to determine the quality parameters of irrigation water used for irrigation in the

central villages of Hakkari province. Total 10 irrigation pools were taken sample in the vegetation period

(June, July, August and September 2018) and water quality classified according to the quality of irrigation water. Ca, Mg, Na, K, SO4, NO3, CI, pH and EC were analyzed. Sodium absorption ratio (SAR), residual

sodium carbonate (RSC) and sodium percentage (% Na) were computed according to evaluate water quality.

According to analyzes from water samples, 90% of the irrigation water samples were in C1S1 and 10% in C2S1 irrigation water class. The majority of irrigation water was below the limit values. However, the

nitrate and magnesium values of Akcalı-Kanatlı village water pool and the potassium value of

Kırıkdag-Siser village water pool exceeded the limit value. This situation is thought to be caused by snow water transports nitrogenous compounds to water sources, animal wastes are mixed with water resources and

using excessive fertilizers and pesticides.

Keywords: Irrigation, irrigation pools, water quality, Hakkari




38

Changes in Hydraulic Properties of Bacteria and Sewage Sludge Applied Sandy

Soil

Üstün Şahin1, Selda Örs

1, Recep Kotan

2, Mehmet Altun

1

1Department of Agricultural Structures and Irrigation, Faculty of Agriculture, Ataturk University, Erzurum,

Turkey

2Department of Plant Protection, Faculty of Agriculture, Ataturk University, Erzurum, Turkey

ABSTRACT

One of the most characteristic properties of sandy soils is low water-holding capacity which results

excessive drainage of rain or irrigation water from the root zone. Organic fertilizers are advised to improve water holding capacity of sandy soils. We conduct an experiment to evaluate the potential of plant growth

promoting bacteria (PGPB) and sewage sludge (SS) as an ecological, environment friendly organic fertilizer

on improving water holding capacity of sandy soil. We measured hydraulic conductivity, soil water retention characteristics, and water evaporation of PGPB and SS applied sandy soil by using the HYPROP system

which determines the soil water retention curve and the hydraulic conductivity curve based on a simplified

evaporation method. The soil was incubated with 5 t da-1

SS and 30 L da-1

formulated PGPB separately and together to investigate their individual effect on sandy soil. Measured parameters indicated that sandy soil

hydraulic properties were improved by application of PGPB and SS. The positive contribution of

experimented materials on soil hydraulic conductivity and water retention in sandy soils is meaningful

because our results provide support to contribute to solving globally problematic issues such as soil degradation and water shortage.

Keywords: Bacteria, evapotranspiration, hydraulic conductivity, water holding capacity



39

Evaluation and Mapping of the South Marmara Solar Radiation Data using

Geographic Information System

Erkan Yaslıoğlu1, Hüseyin İlhan

2, Hatice Delice

1,*, Ali Vardar

1

1Department of Biosystems Engineering, Faculty of Agriculture, Uludag University, 16059, Bursa, Turkey

2Bursa Meteorology Provincial Directorate, 16059, Bursa, Turkey


ABSTRACT

Due to the development of technology, the energy requirement is increasing day by day.

Environmentally-friendly sustainable energy sources attract attention as an alternative energy source due to limited existing fossil resources and damages to the environment. Among the sustainable energy sources,

solar energy is one of the most attractive sources. Before starting the construction of facilities based on the

use of solar energy, revealing the intensity of solar radiation from the region is of great importance in terms of preventing incorrect investments. The aim of this study is to create solar energy potential map using

ArcGIS software from solar radiation data of meteorological stations in South Marmara Region and to

obtain data in PVGIS 5 software and to determine the correlation between these measured data and PVGIS 5 (Photovoltaıc Geographıcal Informatıon System) software. The data used in the study were obtained from

the Turkish State Meteorological Service (MGM) and monthly solar energy potential maps were generated

with the help of ArcGIS program. As a result, a correlation between meteorological data and PVGIS 5

software was found to be 0.96. This result indicates that PVGIS 5 software generates data very close to the actual measurement data. Therefore, PVGIS 5 software can be used to determine solar energy potential of

the regions, where the measurement is not possible, or where data outside the meteorological station

coverage.

Keywords: Sustainable energy, solar radiation, CBS, ArcGIS, PVSOL 5




40

Analysis of Climatic Parameters in Cukurova Region

Volkan Çatalkaya*, Nigar Anğın

Eastern Mediterranean Agricultural Research Institute, Adana, Turkey

* Correspondence: [email protected]

ABSTRACT

Climate change results as a change in long term meteorological parameters. Therefore, it is of utmost

importance to follow these parameters. In this study, average temperatures, humidity and precipitation data

is analyzed in the Adana, Ceyhan, Karaisalı, Kozan and Yumurtalık stations in the Cukurova region to analyze changes, if any. Non parametric Mann-Kendall correlation test is applied in these stations. Analyzed

data showed that monthly average humidity values declined in Adana, Karaisalı, Kozan and Yumurtalık

stations, but increased in others. Average temperatures increased in all station except for Karaisalı station.

Average monthly precipitation data declined in all stations in February, April, September and November.

Keywords: Adana, climate change, temperature, precipitation, relative humidity.




41

Leaf Water Content and Gas Exchange of Melatonin Applied Eggplant

Seedlings under Drought Stress

Selda Örs1,*

, Ertan Yıldırım2, Üstün Şahin

1, Melek Ekinci

2, Mehmet Altun

1

1Ataturk University, Faculty of Agriculture, Department of Agricultural Structures and Irrigation, 25240,

Erzurum, Turkey.

2Ataturk University, Faculty of Agriculture, Department of Horticulture, 25240, Erzurum, Turkey


ABSTRACT

Melatonin in plant first discovered in 1995, since then it has drawn more and more attention for its complex roles in plants. Melatonin helps plants respond to light and dark cycles and respond to difficult

environments. It is considered an antioxidant with important actions in the control of reactive oxygen and

harmful oxidative molecules present in plant cells. We investigated the effects of melatonin with different doses (0, 5, 25, 50, 100, 150 μM) on leaf gas exchange in eggplant seedlings under drought stress. We

measured leaf water content, photosynthesis, transpiration rate, stomatal conductance and concentration of

intercellular CO2 of the eggplant seedlings before harvest. Photosynthesis decreased with drought stress as compared to control, but the foliar application of melatonin improved plant photosynthesis both under

drought and well-watered conditions as compared to control treatment. However increased application doses

of melatonin were not as favorable as the initial application doses. We also found that foliar application of

melatonin increased the leaf water content of the eggplant at all application doses under drought.

Keywords: Abiotic stress, water content, photosynthesis, water deficit, melatonin




42

An Investigation of the Effectiveness of Equipment and Machinery Supports:

A Case Study of Karaman Province

Oğuz Gül*, Ahmet Kamil Bayhan

Department of Agricultural Machinery and Technologies Engineering, Faculty of Agriculture, Isparta University of Applied Sciences, 32260, Çünür, Isparta, Turkey


ABSTRACT

The purpose of this study is to investigate the quality and the quantity of supportive activities in the

agricultural sector, which is of great importance for Turkey, and to create suggested solutions regarding the

current and alternative supportive tools. In this respect, the 50 percent subsidy granted in the case of

Karaman Province has been analysed on-site in terms of its convenience with the aims of Machinery and Equipment Subsidy Program, with enterprises that were granted this subsidy, with strategic efficiency and

agricultural techniques. It is aimed to provide a clear as possible picture of machinery and equipment

support and to suggest solutions for potential problems through a critical look into subsidized milking machines in Karaman Province. The scope of this study consists of all machinery and equipment subsidized

by the Ministry of Agriculture and Forestry between 2007 and 2014, and machinery (especially milking

machines) supported by subsidies in Karaman Province within the Machinery and Equipment Subsidy Program. Data gathered from producer and importer companies of milking machines, and subsidy and

testing reports of the ministry have been analyzed. In addition to these, the frequency and they ways of

adjustments, maintenance and periodical testing have been identified on-site through questionnaires,

observation, and assessments in the enterprises taking all the milking machines and cooling tanks into consideration. In this study, the numbers and financial values of all the machinery subsidised in Karaman

Province have been investigated and discussed in terms of their convenience with the agricultural structure

of the city and with the qualities of the enterprises. As it was impossible to investigate all the machinery on-site even in Karaman Province, as stated above, only milking machines and the enterprises granted these

machines have been investigated on-site in detail. The way milking machine installation test reports, which

are obligatory for each of the individual milking unit, were created and organised, their consistency with ISO

standards, firm label values and the reports created have been investigated and discussed in this study. The reasons for the possible differences between experimental pulsator tests and installation pulsator tests, which

were carried out individually on each milking unit in each enterprises and enterprises experiment report,

which was the subject of the subsidy at the beginning, have been analysed via the statistical analyses carried out. Consequently, it has been concluded that films should be provided with training on periodic adjustment,

maintenance, and utilisation of the machinery for the correct purposes besides the subsidies in purchase.

Keywords: Machinery and equipment subsidy, milking machine, milking machine testing

Acknowledgements: This paper was produced from Oğuz Gül’s master thesis.



43

Evaluation of the Relation between Aggregate Stability and Aspect of Bingöl

Çapakçur Basin Soils

Yasin Demir1,*

, Hasan Er2, Ramazan Meral

2

1Department of Soil Science and Plant Nutrition, Faculty of Agriculture, Bingol University, 12000, Bingol,

Turkey

2Department of Biosystems Engineering, Faculty of Agriculture, Bingol University, 12000, Bingol, Turkey


ABSTRACT

Soil aggregate stability is expressed as the resistance of soil aggregates to deterioration under external forces. porosity, infiltration, ventilation, compactness, water retention, hydraulic conductivity, erosion and

surface flow. In addition to organic matter and other chemical properties of soil; climate, biological factors

and agricultural management factors are effective on aggregate stability. In this study, it is aimed to investigate the relationship between aggregate stability and aspect at soil samples taken from 260 different

points in Bingol Çapakçur Basin. The study was carried out by taking into consideration the basic chemical

properties of the soil. The results showed that the effect of aspect on the aggregate stability was limited and texture and organic matter content had a more significant effect.

Keywords: Aspect, soil aggregates, aggregate stability,




44

Determination of Energy Use Efficiency and Greenhouse Gas (GHG) Emissions

of Pistachio (Pistacia vera L.) Production in Adıyaman Province

Osman Gökdoğan1,*

, Mehmet Fırat Baran2, Ömer Eren

3, Halil İbrahim Oğuz

1

1Department of Biosystem Engineering, Faculty of Engineering-Architecture, Nevşehir Hacı Bektaş Veli University, 50300, Nevşehir, Turkey

2Department of Biosystem Engineering, Faculty of Agriculture, Siirt University, 56100, Siirt, Turkey

3Department of Biosystem Engineering, Faculty of Agriculture, Hatay Mustafa Kemal University, 31060,

Hatay, Turkey


ABSTRACT

The purpose of this research is to perform the energy use efficiency and greenhouse gas (GHG) emissions of pistachio production. This research has been performed for 2016 and 2017 production season in

Adıyaman province of Turkey in dry conditions in 2017. The data supplied from research have been

collected from 152 different farms by face to face surveys with simple random sampling method. The agricultural input energies and output energies used in pistachio production have been computed to

determine the energy use efficiency. According to the research findings, the energy inputs in pistachio

production have been computed respectively as 4561.11 MJ ha-1 (35.49%) diesel fuel energy, 3206.24 MJ

ha-1

(24.95%) chemical fertilizers energy, 2420.93 MJ ha-1 (18.84%) machinery energy, 1020.06 MJ ha-1

(7.94%) human labour energy, 715.69 MJ ha

-1 (5.57%) animal labour energy, 656.95 MJ ha

-1 (5.11%)

farmyard manure energy and 269.19 MJ ha-1

(2.09%) chemicals energy. Total input energy has been

computed as 12850.17 MJ ha-1

. Energy values of pistachio yield have been computed as 15008.65 MJ ha-1

. Energy use efficiency, specific energy, energy productivity and net energy calculations have been computed

respectively as 1.17, 22.32 MJ kg-1

, 0.04 kg MJ-1

and 2161.51 MJ ha-1. The consumed total energy input in

pistachio production can be classified as 49.01% direct, 50.99% indirect, 18.62% renewable and 81.38%

non-renewable. Total GHG emission has been computed as 1123.72 kgCO2-eq ha-1

for pistachio production with the greatest portions for human labour (32.42%). The human labour followed up chemical fertilizers

usage (22.27%), diesel fuel consumption (19.89%), machine usage (15.30%), farmyard manure usage

(5.65%), pesticides usage (3.25%) and sulphure usage (0.94%), respectively. Additionally, GHG ratio value has been computed as 1.95 kgCO2-eq kg

-1 in pistachio production.

Keywords: Adıyaman, GHG emisssions, GHG ratio, energy use efficiency, pistachio, Turkey.




45

Development of an Experimental Unit for Grape Juice Research

Levent Taşeri

Food Technology Department, Viticultural Research Institute, Tekirdag, Turkey


ABSTRACT

Grape juice, which contains many of the food nutrients, is obtained from suitable processes from fresh

grape or must. Grape juice, nutritious, energizing and healing properties against diseases is a product. Grape

juice production is one of the leading alternative assessment methods of grapes. As a result of scientific research in recent years, consumer demand is increasing in grape juice production due to the bioactive

properties of grapes. In this study, It was aimed to develop an experimental prototype for grape juice

processing some of grape varieties that located at National Collection Vineyard in Viticultural Research

Institute-Tekirdag. Researches have been carried out to select the most suitable varieties which can be considered as raw materials for grape juice industry. An experimental prototype was developed to provide

grape juice production required for these investigations. In the process of making the prototype, the flow

diagram is first drawn in detail. After the necessary machinery and equipment were provided for grape juice production processes, the prototype construction process was started. When the negative conditions

recognized during the prototype construction phase were observed, efforts were made to optimize the

prototype by interfering with these adverse conditions. Grape juice production prototype consists of a table where equipment is placed, mash heating tank, filters, pump, plate heater, plate cooler, pasteurizer tank,

bottling device, capping device, cooling cabinet and hydraulic press.

Keywords: Grape juice, processing, prototype, experimental, unit




46

Effect of Air Velocity on Some Quality Parameters of Grape Pomace Dried with

a Hot Air Dryer

Levent Taşeri*, Mehmet Gülcü, Gamze Uysal Seçkin

Food Technology Department, Viticultural Research Institute, Tekirdag, Turkey


ABSTRACT

Grape is one of the most popular fruits and various types of grape have been cultivated by more than 100 countries around the World. The grape industry produces large quantities of by-product, called grape

pomace (GP) as an industrial waste and it consists of skins, seeds and stems. Various processes such as

separation, pressing, drying, and milling are applied to benefit from its health effects. This paper has been focused on the recovery of grape pomace and quality dried products the main waste remaining from the

grape juice processing line. In this research, the effect of air velocity on some quality parameters of grape

pomace dried with a hot air dryer were investigated. Fresh grape pomace obtained from new harvested

grapes provided from Viticulture Research Institute, Grape Juice Processing Plant in Tekirdağ, Turkey, was dried at temperature of drying air 45°С and different air velocity (1.5, 2.0) in a laboratory pilot hot air dryer.

Some quality parameters such as moisture content, total phenolic content, free radical scavenging activity,

total monomeric anthocyanin content, total tannin content, catechin, epicatechin and trans-resveratrol were assessed and they were discussed with regard to the precision of the respective method as well as suitability

for use in grape pomace drying. When the results were analyzed in terms of selected quality parameters, it

was observed that most of the bioactive properties were lost in pomace samples dried at 2.0 m/s application. At 1.5 m/s, it was observed that there were fewer losses in all bioactive properties than the other application.

Keywords: Grape, pomace, hot air drying, bioactive properties, air velocity




47

Investigation of Climate Change over Heat Cost of Greenhouses in Adana

producing Tomato (Solanum Lycopersıcum L.) using Expert Greenhouse

Software SERASIM

Burak Şen1, Bora Şen

2,*

1Nigde Omer Halisdemir University, Faculty of Agricultural Sciences and Technologies, Biosystems

Engineering Department, 51240, Nigde, Turkey

2Uludag University, Faculty of Agriculture, Biosystems Engineering Department, 16059 Görükle, Bursa,

Turkey


ABSTRACT

Climate change emerges due to increases in greenhouse gases (CO2, CH4, etc.) content of the

atmosphere resulting from human activities. Climate change results in irregularities in the distribution and

amount of precipitation and increases in surface temperatures, drought severity and evaporation, which causes signification decreases in agricultural production. The aim of this paper is to investigate the effects of

climate change over heat demand and cost of greenhouses in Adana region producing tomato, one of the

most consumed vegetables in the world. For this purpose, based on the temperature increases of 1.5°C and

3.0°C estimated in the IPCC reports, the possible changes in heat demand and cost of greenhouses producing tomato in glass greenhouse with iron construction for a whole year are determined for different energy

sources e.g. electricity, lignite, fluid gas and natural gas. SERASIM software, an expert program for the

calculations of construction, cover, equipment and climatization, is used in the study. Accordingly, heat cost decreases by 7.83% for electricity, lignite, fluid gas and natural gas with 1.5°C of temperature increase. And

the same cost decreases by 15.46% for the same energy sources with 3.0 °C of temperature increase.

Keywords: Tomato (Solanum lycopersicum L.), industry 4.0, climatization, software, agriculture and technology, climate change.




48

Calculation of the Heat Requirement of Modern Greenhouses in Antakya

According to Different Temperatures

Sait Üstün*, Abdulkadir Özgüler, Katibe Gülşah Bolat, Mehmet Emin Baran

Department of Biosystem Engineering, Faculty of Agriculture, Kahramanmaraş Sütçü İmam University, 46050, Onikişubat, Kahramanmaraş


ABSTRACT

Due to the fact that it is based on the last limit of agricultural areas in the world and in Turkey and the

rapid population increase, it has made it necessary to take special measures to increase the productivity in

the existing agricultural areas. These special measures include the cultivation of fruits and vegetables in greenhouses known as controlled environments with low production costs. Therefore, in order to obtain the

high quality yield expected from the greenhouses, it is necessary to provide the biological optimum

conditions desired by the plants. Depending on the climate of the place where greenhouses are established, there is a need for heating during cold periods, ventilation during hot periods, shading and cooling. Heating

in greenhouses has great effects on efficiency and quality. In this study, if the internal temperature values of

modern greenhouses in Antakya province are between 7°C and 22°C, the heat requirement values are calculated by using ISIGER-SERA expert system software.

Keywords: Greenhouse, heat requirement, heating, expert system, air conditioning

Acknowledgements: ISIGER-SERA software developed by TUBITAK and project 114O533 was used in

the preparation of this article.




49

Effects of Climate Change on Grapevines Vegetative and Reproductive Growth

Tefide Kizildeniz1,2,*

, Inmaculada Pascual1, Juan Jose Irigoyen

1, Fermin Morales

3,4

1Grupo de Fisiología del Estrés en Plantas (Dpto. de BiologíaAmbiental), Unidad Asociada al CSIC, EEAD, Zaragoza e ICVV, Logroño. Facultades de Ciencias y Farmacia, Universidad de Navarra, Irunlarrea 1,

31008, Pamplona, Spain

2Nigde Omer Halisdemir University, Faculty of Agricultural Sciences and Technologies, Biosystems

Engineering Department, 51240, Nigde, Turkey

3Instituto de Agrobiotecnología - CSIC, Avenida de Pamplona 123, 31192 Mutilva, Spain

4Estación Experimental de Aula Dei (EEAD). CSIC. Dpto. Nutrición Vegetal. Apdo. 13034, 50080

Zaragoza, Spain


ABSTRACT

Atmospheric CO2 concentration has increased from preindustrial period values of 280 µmol CO2 mol-1

air (ppm) to nowadays more than 400 ppm, and it is expected to reach 700 ppm by the end of this century.

Due to its greenhouse effect, high CO2 concentration leads to higher temperatures that are being accompanied by less water availability. The aim of this study was to evaluate the changes in red and white

Tempranillo grapevine vegetative and reproductive growth affected by the three climate change-related

factors above mentioned, the water deficit, elevated CO2 and elevated temperature. Grapevine fruit-bearing

cuttings were grown under elevated CO2, elevated temperature and drought conditions in temperature gradient greenhouses located at the University of Navarra (Pamplona, Spain) during three consecutive

growing seasons (years 2013, 2014 and 2015) with the aim of detecting individual and/or combined effects

of climate change-related factors in the Tempranillo white and red varieties. Drought reduced vegetative growth (total vegetative mass). Elevated CO2 stimulated leaf and root growth in both varieties. Water

availability diminished negative effects of high temperature on vegetative growth. Yield response to climate-

change related factors was year-depended, however it was affected by drought each year.

Keywords: Grapevine, climate change, elevated CO2, high temperature, drought, vegetative growth, yield

Acknowledgements: Authors acknowledge INNOVINE European project (No 311775), Aragón Government (A03 group) and “Ministerio de Ciencia e Innovación” of Spain (MCINN AGL2014-56075-C2-

1-R) for funding and “Asociación de Amigos de la Universidad de Navarra” for T. Kizildeniz grant.




50

Responses of Common Bean (Phaseolus vulgaris L.) Cultivars to Drought Stress

Sultan Kıymaz1,*

, Ramazan Beyaz2

1Department of Biosystems Engineering, Faculty of Agriculture, Kırşehir Ahi Evran University, 40100, Kırşehir, Turkey

2Department of Soil Science and Plant Nutrition, Faculty of Agriculture, Kırşehir Ahi Evran University,

40100, Kırşehir, Turkey


ABSTRACT

Common bean (P. vulgaris L.) (P. vulgaris L.) is one of the most important food legumes in human

nutrition, and drought stress causes serious loss of yield in this crop. The objective of this study was to

investigate morpho-physiological responses, yield and water use efficiency (WUE) of four common bean (P. vulgaris L.) cultivars under different water regimes. The study was conducted in pots and experiments were

carried out as randomized plot design with ten replicates. The results of this investigation showed that yield,

yield components, LRWC, leaf area and chlorophyll contents were reduced while WUE was increased depending on the different water regimes in all cultivars. Consequently, cv. "Gina" may have the potential to

be used in drought areas.

Keywords: Common bean, drought, water use efficiency, yield and yield compenents

Acknowledgements: This study was published Legume Research and supported by Kırşehir Ahi Evran

University Scientific Research Projects Coordination Unit. Project Number: ZRT.B2.16.003.




51

Determination of Energy Efficiency, Greenhouse Gas (GHG) Emissions and

Environmental Prices of Carrot (Daucus carota) Production in Hatay Province

Ömer Eren

Department of Biosystems Engineering Faculty of Agriculture, Hatay Mustafa Kemal University, 31000, Antakya, Hatay, Türkiye


ABSTRACT

The purpose of this study is to make the energy efficiency and greenhouse gas (GHG) emissions of

carrot (Daucus carota) production. This study was performed for 2018 production season in Hatay province

of Turkey. The data provided from study were collected from 50 different farms by face to face surveys with full count method. The agricultural input energies and output energies used in carrot production were

calculated to determine the energy efficiency analysis. According to the research findings, the energy inputs

in carrot production were calculated respectively as 14700.00 MJ ha-1 (35.63%) irrigation energy, 11846.25

MJ ha-1 (28.72%) nitrogen fertilizer energy, 4306.71 MJ ha

-1 (10.44%) diesel fuel energy, 3690.68 MJ ha

-1

(8.95%) human labour energy, 2982.50 MJ ha-1

(7.23%) electricity energy, 1930.00 MJ ha-1

(4.68%)

phosphate fertilizer energy, 1233.31 MJ ha-1

(2.99%) machinery energy, 267.50 MJ ha-1 (0.65%) insecticides

energy, 150.00 MJ ha-1

(0.36%) farmyard manure energy, 112.50 MJ ha-1

(0.27%) potassium fertilizer

energy and 35.00 MJ ha-1

(0.08%) seed energy. Total input energy was calculated as 41254.45 MJ ha-1

.

Energy values of carrot yield were calculated as 72760.24 MJ ha-1. Energy efficiency, specific energy,

energy productivity and net energy calculations were calculated respectively as 1.76, 0.91 MJ kg-1

, 1.10 kg MJ

-1 and 31505.79 MJ ha

-1. The consumed total energy input in carrot production could be classified as

62.25% direct, 97.75% indirect, 44.94% renewable and 55.06% non-renewable. Total GHG emission was

calculated as 4463.04 kgCO2-eq ha-1

for carrot production with the greatest portions for human labour (29.53%). The human labour followed up nitrogen fertilizer (26.96%), water consumption of irrigation

(13.33%), electricity usage (11.16%), diesel fuel consumption (7.46%), phosphate fertilizer usage (6.38%),

machine usage (1.96%), seed (1.56%), potassium fertilizer usage (0.81%), insecticides usage (0.52%) and

farmyard manure usage (0.32%), respectively. Additionally, GHG ratio value and environmental prices was calculated as 0.10 kgCO2-eq kg

-1 and 254.39 € ha

-1, respectively in carrot production.

Keywords: Carrot (Daucus carota), energy efficiency, environmental prices, GHG emisssions, GHG ratio, Hatay, Turkey




52

Investigation and Development Opportunities of Siirt Province in Terms of

Greenhouse

Burak Saltuk

Department of Biosystem Engineering, Faculty of Agriculture, Siirt University, 56100, Siirt, Turkey


ABSTRACT

Southeastern Anatolia Region stands out to be the most significant region of Turkey in point of solar

energy and hours of sunrise. Either having optimal climate conditions or fertile lands, Southeastern Anatolia

Region’s potential for greenhousing is believed to be augmentable in years to come. It is possible to detect

potential areas that are fit for greenhouse installation in Southeastern Anatolia Region by usage of today’s technology and knowledge. It is aimed to identify suitable potential areas and current situation of

greenhousing in city of Siirt. In this context, climate data (1990-2015) data for max, min and average

temperature, hours of sunrise, wind speed and direction), topographical characteristics (elevation, slope) and parameters like soil structure are imposed on. All collected data constitute main material of study. Satellite

images of 2015 are used as layer in ArcGIS environment at GIS. Examination and analyse parts of

Geographical Information Systems and Multiple Criteria Decision Analysis (MCDA) interpretation and analyse are used. MCDA is a solution which is applied when a problem is need to be solved with more than

one criteria. As a result, data gathered from this study are saved to geographical information system database

and associated with Multiple Criteria Decision Analysis (MCDA) and interpreted. In consequence of this

study, images certificated geographically and created Project are evaluated suitably for the aim of this study and areas are identified as suitable for greenhousing, unsuitable and partially suitable for greenhousing.

Keywords: Greenhouse, GIS, MCDA, Siirt




53

A Remote Sensing-based Irrigation Performance Assessment: A Case Study of

the Kemalpaşa Irrigated Scheme in Turkey

Kemal Sulhi Gündoğdu*, Alidou Sawadogo

1Department of Biosystems Engineering Department, Faculty of Agriculture, Uludağ University, 16059,

Bursa, Turkey


ABSTRACT

Remote sensing is one of the commonly methods used to evaluate irrigation performance indicators.

The main advantage of remote sensing techniques in irrigation performance indicators evaluation is based on

the spatial evaluation of the indicators. The main objective of this research is to evaluate the irrigation performance of the Kemalpaşa irrigated scheme by mapping the irrigation performance indicators spatially.

Irrigation performance indicators based on the Surface Energy Balance Algorithm for Land (SEBAL) model

will be estimated and analyzed temporally and spatially. Landsat 7 and 8 images, and weather data will be used for this study to estimate the performance indicators. The depleted fraction, the relative

evapotranspiration, the uniformity of water consumption, the water productivity, head–tail indicator, water

deficit index, and the crop yield performances indicators will be estimated based on the SEBAL model. Ground data such as the crop biomass production, the yield, and actual evapotranspiration will be collected

from maize crop field. The collected ground data and the estimated biomass, yield, and actual

evapotranspiration from SEBAL model will be used in statistical analysis including the simple linear

regression, the Root Mean Square Error (RMSE), the Coefficient of Determination (R2), the Willmott Index of Agreement (d), and the Mean Bias Error (MBE).In addition, very high resolution imagery from drone will

be taken for visual appreciation of the crop development stages.

Keywords: Irrigation performance, performance indicators, SEBAL, evapotranspiration, remote sensing,

Acknowledgements: This work was supported by TUBITAK as project number 1190600 in the 1002-

Support Program.




54

Effect of Foliar Sulfur Applications on Some Yield Parameters in Reducing

Water Stress Applied to the Cotton Plant During Different Development

Periods

Derya Kazgöz Candemir*, Berkant Ödemiş

Department of Biosystem Engineering, Faculty of Agriculture, Hatay Mustafa Kemal University, 31000,

Antakya, Hatay, Türkiye


ABSTRACT

Water is a crucial matter affecting crop development and yield. Water stress may cause significant loss

in the yield. Therefore, the aim of this study was to evaluate the effects of water stress applied at different

growth stages on cotton yield parameters. The research was carried out in the Amik Plain (Hatay province, Turkey) with the “Carisma” variety cotton plant based on factorial experimental design with three

replications in 2015 and 2016. In the study, growth of cotton plant was divided into three different stages as:

a) vegetative growth period, b) flowering and boll development period, and c) boll opening period. While at some stages of the growth, water equivalent to the field capacity was applied (T), at some stages irrigation,

water was not supplied (O). In order to determine the effects of water stress on generative and vegetative

characteristics of the plant; leaf area index, leaf moisture content, dry matter and yield parameters were

measured in this study. In the first year the amount of irrigation water ranged from 91 to 1136 mm, in the second year it ranged from 149 to 1078 mm; Evapotranspiration ranged from the: 311 to 1046 mm, 303 to

1182 mm; the water use efficiency ranged from 0.60 to 0.46 kg da-1

mm-1

, 0.49 to 0.42 kg da-1

mm-1

and

irrigation water use efficiency from 2.06 to 0.42 kg da-1 mm

-1, 1.00 to 0.46 kg da

-1 mm

-1; 2015, 2016,

respectively. The yield value (480.12 kg da-1

in 2015 and 499.8 kg da-1

in 2016) of the treatment of full

irrigation at every period (TTT) was determined to be 294.58 and 351.2 kg da-1

than the non-irrigated

treatment with yield value of 185.54 and 148.6 kg da-1

, respectively. The amount of dry matter for TTT in

the four different sampling times of the first year was 266.91 kg da-1

, 479.37 kg da-1

, 605.29 kg da-1, and

956.97 kg da-1

, the second year was 94.00 kg da-1

, 398.00 kg da-1

, 579.60 kg da-1

and 747.00 kg da-1

,

respectively. The proportional increase in the amount of dry matter for TTT treatment between the sampling

stages the first year was 79.60%, 26.27% and 58.10%, the second year was 323.40%, 45.63%, 28.88%, respectively.

Keywords: Cotton (Gossypium hirsutum L.), different growth stages, vegetative and generative characteristics, water stress, yield




55

Understanding the Farmers’ Practices, Adaptive Capacity to Respond, and

Willingness to Adopt Climate-Smart Agriculture (CSA) in Pakistan

Asif Sardar1,2,

*, Adiqa Kausar Kiani1, Yasemin Kuşlu

2

1Department of Economics, Faculty of Social Sciences, Federal Urdu University of Arts, Science and

Technology Islamabad, 44000, Islamabad, Pakistan

2Department of Agricultural Structures and Irrigation, Faculty of Agriculture, Ataturk University, 25100,

Erzurum, Turkey


ABSTRACT

Climate-change-related impacts to the agriculture have been intensifying in the Asian region

particularly for Pakistan. In order to encourage the innovative adaptation practices, it is critical to understand

farmers’ perspectives on the possibility of adopting climate-smart agriculture (CSA) practices and the obstacles they face. However, limited studies have considered how farmers are responding to climate change

impacts, and in relation to this, the opportunities in the relevance of resilience via adaptive capacity (AC) are

addressed. This paper investigates farmers' practices, and adaptation to climate-mart agriculture (CSA) in Pakistan by using a survey of 420 farmers, with a view to understanding the farmers’ practices, adaptive

capacity to respond, and willingness to adopt for climate-smart agriculture practices in Punjab, Pakistan.

Driving factors of farmers’ intended to adopt for climate-smart agriculture were examined using a logistic

model. The results of the study showed that drivers of adaptive capacity such as human, physical, natural, financial and social capacity of the farm households’ indicators are significantly determinant to the

possibility of adopting CSA measures. Further, we also identified that lack of institutional support and lack

of information are the major obstacles for adopting these innovative measures. The study recommends providing institutional support to increase in farmers’ adaptive capacity through households’ assets

endowment as it is the best way to increase the acceptance of this promising CSA measures.

Keywords: Adaptive capacity, climate change, farmers, climate-smart agriculture practices, willingness to adopt, Pakistan




56

The Effects of Environmental Conditions in Cottonseed Storage Plants on Seed

Quality

Merve Saylam, Zekai Gümüş*

Department of Biosystems Engineering, Faculty of Agriculture, Hatay Mustafa Kemal University, 31060, Antakya, Hatay, Turkey


ABSTRACT

The objective of this study was to determine effects of temperature, moisture content and fatty acid

which are important environmental factors in terms of seed quality for cottonseed production and storage

facilities. These environmental factors were measured in November 2016 to compare with the limit values that seed germination quality was defined. The increase in the level of fatty acidity in the seeds, because of

the high temperature and humidity content is affected seed quality negatively. Unsuitable conditons in

storage are caused that seeds have low seed germination percentage. These seeds generally used as raw materials to produce cottonseed oil or animal feeding. This study was carried out in the sertified seed

production factory which has 25 storage plants in Hatay. Each storage plant has 200 tons capacity. Two

storage plants which have dimensions 7.5x4x22 m were used to measure environmental factors when they were operating at full capacity. Hourly measurements of temperature and humidity ratio have done 28 days

before seed delintation, in two location points inside the storage plants and 18 points inside the seeds.

Storage plants were ventilated nearly 38 hours for every four days to obtain suitable environmental

conditions. Measured temperature was ranged between 5ºC and 15ºC, humidity ratio found 45-70%. Cottonseed moisture content measured between 5.6 and 8.2 and fatty acid was found between 6 and 7.

According to results, current ventilation system in storage plants could provide desired environmental

conditions in terms of temperature, moisture content and fatty acid.

Keywords: Cottonseed, environmental conditions, moisture content, fatty acid

Acknowledgements: Author would like to thank ProGen Seed Inc. for its contribution.




57

Hydrological Drought Analysis for the Eastern Mediterrenean Region in

Turkey Using SPI

Ahmet Saglamoglu1, Ahmet Irvem

2,*

1Hatay Metropolitan Municipality, Antakya, Hatay Turkey

2Department of Biosystems Engineering, Faculty of Agriculture, Hatay Mustafa Kemal University, 31040

Antakya, Hatay, Turkey


ABSTRACT

Monitoring of drought periods using drought indices is very important for water resources planning and management. Standard Precipitation Index (SPI) is one of the most widely used drought indices. In this

study precipitation data were obtained from 22 meteorological stations located in East Mediterranean region

in Turkey. Monthly precipitation data that have more than 30 years record period have been transferred to ReDIM software. SPI values for each station were calculated for 12-month scale. According to the results

obtained for the 12-month SPI analysis under the “SPI <-1 drought period the maximum number of dry

periods with a 1-month period was observed in Iskenderun 17 times Mersin 13 times Adana and Karataş 12 times Yumurtalık and Anamur 11 times. The number of dry periods in other stations was ranged between 1

and 9 times. The longest drought period (35 months) was observed in the Kahramanmaras one time 27

months in Adana and 24 months in Antakya and Kozan stations.

Keywords: SPI, drough, East Mediterranean region, ReDIM

Acknowledgements: This paper was produced from Ahmet Sağlamoğlu’s master thesis.




58

The Idea of Cultivation in Desert

Çetin Palta1, Durmuş Ali Çarkacı

2, Zeliha Üstün Argon

1, Erdal Gönülal

3

1Department of Biosystems Engineering, Faculty of Engineering and Natural Sciences, Necmettin Erbakan University, 42310, Ereğli, Konya, Turkey

2Technical Sciences Vocational School, Karamanoğlu Mehmetbey University, 70200, Karaman, Turkey

3Bahri Dağdaş International Agricultural Research Institute, 42020, Konya, Turkey


ABSTRACT

Soil erosion is one of the most important environmental disasters that come from the past and make us

feel more effect today. In our region, the bitter experiences experienced in the past must be conveyed in a way to the new generation and the truths must come to life. The aim of this project is to provide the students

with the information about the damage and the ways of fighting in the Karapınar region. In addition to

demonstrating the damage caused by erosion, the success achieved by applying alternative combat and sustainable land methods has been seen and examined at the place of success. The project was supported by

the Tübitak 4004 Nature Education and Science Schools support program. As a target audience, Necmettin

Erbakan University, Ereğli Faculty of Education in three departments (Elementary Mathematics, Turkish and PDR departments) are continuing their second year of undergraduate students. With this project, the

awareness levels of the students about the environment and raising awareness about the environment have

been tried to increase. In addition to the education received by the Faculty of Education students, they tried

to prepare new ideas for the sustainable environment. At the same time, the students of the Faculty of Education will be the future prospective teachers, and the raising of awareness about the environmental

issues concerning our present and future will make it possible to raise awareness of the new generations they

will grow in the future. Within the scope of the project, students were informed theoretically in groups. It was taken to Karapınar Desertification and Erosion Research Center, which is a natural museum and

laboratory, and the theoretical information, was given to the students in a comprehensive manner. In

addition, information about sustainable land management projects, proper irrigation techniques and soil structure can be realized in the region. Brainstorming and workshops during the activities and alternative

solutions for the problems in the agenda were tried to be produced by the students. The questionnaire applied

to the participants before and after the project was evaluated and the changes in the levels of consciousness

were evaluated.

Keywords: Sustainable land management, desertification, wind erosion, soil conservation




59

A Research on the Use of Soil Tillage Implements of Konya Province

Mehmet Zahid Malaslı*, Çetin Palta

1Department of Biosystems Engineering, Ereğli Faculty of Engineering and Natural Sciences, Necmettin

Erbakan University, 42310, Ereğli, Konya, Turkey


ABSTRACT

Soil tillage is one of the most important agricultural processes affecting the production cost in crop

production, and considering the plant and soil conditions, the most suitable soil tillage implements should be used for the preparation of seedbed at the appropriate time. The type and number of tillage implements

available reveals different tillage methods in practice. In this context, the development of tillage implements

continues with the developing technology. This study was carried out to determine the presence of soil

tillage implements in the Konya province. Konya is the largest province of Turkey in terms of surface area and 8% of the agricultural land is located here. The material of the study was the Turkish Statistical

Institute’s statistical data of crop production and soil tillage implements between 2009-2018 in the Konya

province. According to the results, while the number of primitive tillage tools in Konya decreased considerably, it was determined that conventional tillage tools were used intensively. According to this, the

most used soil tillage tool in all districts and throughout the province was the moldboard plow. While the

number of moldboard plows was 42335 in 2009, it increased by 17% in the last decade and reached 49574. Cultivator is the most used conservation tillage equipment in the province. While the number of cultivators

was 14988 in 2009, it increased by 8% to 16242 in 2018. In addition, the most commonly used cultivator

was Çumra district. Throughout the province, it is an important development that the presence of the subsoil,

which has an important place in sustainability of soil fertility, has increased by approximately 75% in the last decade.

Keywords: Soil tillage, soil tillage implements, crop production, conservation tillage, Konya




60

Response of Xantium Strumarium to Flaming at Different Propane Doses

under Controlled Conditions

Kübra Kargacı1, Kadir Tayfun Sefil

1, Selçuk Arslan

2,*, Nihat Tursun

3

1Department of Biosystems Engineering, Institute of Natural and Applied Sciences, Bursa Uludağ

University, 16059, Bursa, Turkey

2Department of Biosystems Engineering, Faculty of Agriculture, Bursa Uludağ University, 16059, Bursa,

Turkey

3Department of Plant Protection, Faculty of Agriculture, Turgut Özal University, Malatya, Turkey


ABSTRACT

Flaming is applied as an alternative weed control method in some countries, especially in organic crop production. Limited use of flaming can be found in Turkey, particularly in vineyards in the Aegean Region.

Determination of propane dose requirements of weeds is important to apply the right amount of input for

weed control. Xantium strumarium L is commonly encountered in Turkish soils. The aim of this study was to determine response of Xantium strumarium L to flaming at different growth stages (2-4, 6-8, and 10-12

leaf) by applying different LPG doses (30, 45, 60, 75, and 90 kg ha-1). The flamings were done using a

research flamer that was developed in another study, which was calibrated at gas pressures from 0.15 to 0.25

MPa, and ground speeds from 1.8 to 4.1 km h-1

, depending on the LPG dose needed. The experiment was replicated four times. The control rates were determined visually at 1, 7, and 14 days after treatments (DAT)

and then four-parameter log-logistic models were used to obtain the dose-response curves. The control rates

for 10-12 L stage were 29.2, 43.8, 73.8, 87.8, and 91.0% at DAT1; 15.0, 23.0, 65.0, 85.3, and 92.3% at DAT7; and 13.8, 26.3, 30.0, 52.5, and 75.0% at 14DAT, compared to the weeds in controlled pots. The

control rates increased with increasing LPG doses for a given weed growth stage. Some weeds started

recovering from the heat stress towards DAT14. It was found that gas dose range of 60-80 kg ha-1

is

sufficient to achieve 70-90% weed control rate up to 7DAT, however gas dose needs to be greater than 90 kg ha

-1 for 90% control at 14 DAT. Consequently, a second flaming may be needed after 14DAT if the weeds

are at 10-12 L growth stage.

Keywords: Weed control, flaming, Xantium Strumarium L., response




61

Water-Yield Relationships of Grapefruit under Different Subsurface Drip

Irrigation Strategies

Köksal Aydinşakir1,*

, Nazmi Dinç1, Mesut Işık

1, Ruhi Baştuğ

2, A. Bayir Yeğin

1, S. Bayram

1

1Department of Soil and Water Resources, Institute of Bati Akdeniz Agricultural Research Institute, 07100,

Antalya, Turkey

2Department of Farm Structures and Irrigation, Faculty of Agriculture, Akdeniz University, 07559, Antalya,

Turkey


ABSTRACT

This research was carried out to determine the effect of subsurface drip irrigation strategies on yield

and quality characteristics of grapefruit (Citrus paradise cv. Star Ruby) trees at Batı Akdeniz Agricultural

Research Institute in Antalya, Turkey. Three different irrigation levels designated as full irrigation (I100) with no water stress and slight (I67), and severe water stress (I33) treatments. Soil moisture content was

monitored gravimetrically. Irrigation was applied when the soil moisture consumed 30% of the moisture.

Evapotranspiration, yield and quality criteria such as fruit yield, fruit weight, fruit width, fruit length, juice yield, titratable acid, pH, and the amount of soluble solids were determined in the study. The

evapotranspiration determined from a soil water balance were 732.7 mm for I100, 594.8 mm for I67, and

432.6 mm for I33 irrigation treatments between 01 April 2018 and 21 November 2018. Annual yield for

I100, I67, I33 for irrigation levels were 47.1 t ha-1

, 41.5 t ha-1, and 36.1 t ha

-1, respectively. The effects of

subsurface drip irrigation treatment on fruit weight, fruit width, fruit length, juice yield, total soluble solids,

total acidity and pH were found to be significant.

Keywords: Grapefruit, subsurface drip irrigation, water stress, yield, quality




62

Energy Potential Evaluation of Agricultural Residues in Bursa

Aslı Ayhan Arslan

Department of Biosystem Engineering, Faculty of Agriculture, Bursa Uludağ University, 16059, Bursa, Turkey


ABSTRACT

Energy is one of the most important indicator of development in all over the world. Turkey is an energy

importing country. The usage of domestic and renewable energy sources (RES) is important for the country's' energy policies. Biomass is one of the major renewable energy sources in Turkey. In this study,

agricultural biomass residues energy potential was determined locally for Bursa province which has a variety

of agricultural products. Agricultural residues were classified into three categories. First category included

straw, husk, shell, stalk, and leaves. Second and the third categories consisted of pruning residues of fruit trees and residues of processed agricultural products, respectively. The yields of agricultural products, Ratio

of Product Residue (RPR), and availability were used to calculate the theoretical biomass potentials and

available energy potential. The highest theoretical residue quantity was estimated as 1206 kilotonne in Category 1. The highest available energy potential was 13941 TJ in Category 1. In Bursa, the total

theoretical biomass potential and available energy potential were calculated as 1698 kilotonne and 19670 TJ,

respectively.

Keywords: Biomass, agricultural residues, renewable energy, energy potential




63

Current Status and Potential Improvements for Under-Cover Production

Systems in Çarşamba Town of Samsun Province

Emin Atay1, Sedat Karaman

2,*

1Tokat Gaziosmanpaşa University, Science Graduate Instutute, Tokat, Turkey

2Tokat Gaziosmanpaşa University, Faculty of Agriculture, Department of Biosystems Engineering, Tokat,

Turkey


ABSTRACT

This study was conducted to assess the structural and environmental conditions and potential problems of under-cover production systems of Çarşamba town, which constitute about 87.81% of under-cover

production potential of Samsun Province through comprehensive literature search and to develop possible

solutions towards these problems. The areas with widespread under-cover production systems in Çarşamba town were determined with the recommendations of technical staff employed at Town Directorate of

Agricultural Food and Livestock. Along with their recommendations, information and statistical data were

gathered about the under-cover production enterprises, their sizes, types and cover materials through stratified sampling method. Selected facilities were analyzed for their structural characteristics, production

techniques, technology use, and environmental conditions through surveys, drawings, observations and

photographs. Present findings revealed that all of the family type under-cover production systems are

composed of individual (single) constructions. Facility owners had quite low level of education and under-cover production systems constituted a significant place in their economic statuses. Under-cover production

systems were mostly lack of technology because of financial burdens and unplanned production activities.

Ventilation, heating and cooling systems, playing a significant role in control of environmental conditions, were mostly insufficient and relevant design criteria were not mostly taken into consideration. With this

study, potential problems were identified, structural and environmental requirements of under-cover

production systems were determined, and recommendations were provided to producers accordingly.

Keywords: Greenhouses, under-cover production, structural properties, environmental conditions, Çarşamba

town

Acknowledgement: This proceeding is the summary of the Master's study thesis.




64

Determination of Adıyaman Waste Water Treatment System Performance

Akif Mehmet Ketenci, Servet Tekin*

Department of Biosystems Engineering, Faculty of Agriculture, Kahramanmaras Sütçü İmam University, 46100, Kahramanmaraş, Turkey


ABSTRACT

The study was carried out in 2017 and 2018 in Adıyaman Waste Water Treatment Plant established in

Adıyaman province in 2016 with 85% European Union (EU) grant, 6% Ministry of Environment and Urbanization and 9% Municipal budget. In this study, some chemical properties (pH, electrical conductivity

(ECw), suspended solids (AKM), chemical oxygen demand (COD), five days biological oxygen demand

(BOD5), total nitrogen (N), total phosphorus (P), ammonium (NH4), nitrate (NO3), nitrite (NO2) were

evaluated. Water from the treatment plant and discharged into the Atatürk Dam Lake. For the year 2017, which is in the class water II class and the first year of the experiment, the pH values of the water coming

out of the system were 3.3%, 95.3% for AKM, 94.9% for COD, 93.5% for BOD5, % of total nitrogen (N)

80.6, 82.1% of total phosphorus, 89.3% of NH4 and 57.4% of NO2 were determined. However, 50.7% increase in NO3 value was detected in the same year. In 2018, the pH values of the water leaving the system

were 4.7%, 93.5% for AKM, 94.4% for COD, 94.1% for BOD5, 80.6% for total nitrogen (N), and 56.0% for

total phosphorus, 97.8% of NH4 and 66.0% of NO2. Similar increases in NO3 values were observed in the first year. At the end of the study, it was determined that Adıyaman Waste Water Treatment Plant works

effectively but especially nitrogen and its components are not treated very effectively in water treatment.

Keywords: Adıyaman biological treatment plant, wastewater, incoming and outgoing water characteristics

Acknowledgements: This paper is prepared from Akif Mehmet Ketenci's Master thesis.




65

Fluctuations of Water Table Level and Quality in Niksar Plain

Danişmend Hüseyin Şahin1, Hüseyin Şimşek

2,*

1Municipality of Niksar, 60600, Niksar, Tokat, Turkey

2Department of Biosystems Engineering, Faculty of Agriculture, Tokat Gaziosmanpaşa University, 60240,

Tokat, Turkey


ABSTRACT

This study is done with the purpose of determining the change in groundwater depth and the quality of

water in irrigated areas of Tokat-Niksar Plain. Sixty eight groundwater monitoring wells in the Niksar Plain

are in active status. Monthly groundwater depth and electrical conductivity values were measured during the

years of 2003 through 2019 by the State Hydraulic Works VII. District Tokat Directorate and/or Irrigation Units. Maps, graphs and charts indicating distributional water table depth, phreatic fluctuation obtained and

the change of groundwater quality were generated by processing water quality results of local 18 deep wells

at different times, and data obtained from the observation wells in computer environment on ArcGIS 10.3 software. The groundwater observation areas is determined as 6 364 ha. An apparent increase in water table

levels was observed especially in the year of 2008. It was observed that pH values are between 6.70 and

8.50, electrical conductivity values are between 510-1 118 micromhos/cm in aquifer deep wells. In general, irrigation water quality was determined as C2S1. In the studied of 68 observation wells, pH is between 6.12

and 7.8, electrical conductivity is between 100-4 420 micromhos/cm. As a result of the evaluation of

groundwater measurements monitored monthly, the area where the groundwater depth is 0-1 m is 924 ha

(10%); 1-1.5 m is 2 980 ha (33%); 1.5-2 m is 969 ha (11%), 2-3 m is 719 ha (8%); 3-4 m is 2 836 ha (32%) and deeper than 4 m is 487 ha (6%). The month in which the irrigation water demand is the highest was

determined as the month of August. It has been observed that agricultural irrigation activities have been

increased, crop pattern has been diversified in the last decade. In addition, a proportional increase in the irrigation efficiency has been observed in the last decade. Studiously protecting and augmenting observation

wells and boreholes, increasing the number of them, and frequent monitoring activities are advised. The

monitoring of the water table depths and salinity of the groundwater should be continued carefully.

Keywords: Niksar plain, water table, groundwater, observation well, salinity, hydrogeology, aquifer

Acknowledgements: This article is prepared from Master thesis.




66

Forage Crops in Terms of Organic Fertilizer Efficiency

Ayşe Mine Yıldız*, Müge Erkan Can

Department of Agricultural Structures and Irrigation, Faculty of Agriculture,Cukurova University, 01330, Adana, Turkey


ABSTRACT

Unconsciously applied chemical fertilizers and drugs and the negative effects of the seriously damaged

ecosystem have led people to the idea of organic life again. Instead of using chemical pesticides, hormones and chemical fertilizers, the use of organic and green fertilizers should be expanded in order to rebuild the

lost ecological balance. Organic fertilizers used as an additional nutrient source in the agricultural sector; It

is composed of residues or wastes of plant, animal and human origin, besides them it contains nitrogen (N),

Phosphorus (P), Potassium (K) and other nutrients in different proportions. The amount and proportions of nutrients contained in animal feces indicate the quality of organic fertilizer. As a source of organic fertilizer,

animal feces is a biological process that extends to the feeding-digestion and excretion system and the waste

is natural fertilizer. Animal feces contain easily degradable organic matter and inorganic compounds. Species, feeding methods and cultivation methods affect the nitrogen and phosphorus content of feces.

Amount and type of feed consumption; significantly affects the amount and content of cattle feces. As a

result, a good understanding and selection of feed sources used; The feed will help to understand the contents of digestibility and fertilizer. Based on this information, the aim of this study is to evaluate the

relationship between preferred forage crops and animal manure in cattle and compare them with the

literature.

Keywords: Forage plants, organic fertilizer, cattle feces, animal nutrition, manure management




67

Effects of Different Moisture Levels on Yield and Quality of Almonds in Sub-

Surface Drip Irrigation System

Serkan Kösetürkmen1,*

, Cem Bilim1, Nevzat Aslan

1, Ajlan Yılmaz

1, Yusuf Aydın

2

1Department of Irrigation Pistachio Research Institute, 27060, Gaziantep, Turkey

2Department of Biosystems Engineering, Faculty of Agriculture, Siirt University, 31060, Siirt, Turkey


ABSTRACT

The aim of this project is to determine the effects of different irrigation levels on the yield, quality, and

plant water consumption of the almonds applied by sub-surface drip irrigation system. In this study, the subsurface drip irrigation system is installed at a depth of 40 cm on both sides of the trees. In the formation of

irrigation levels, when 30% of the moisture in the soil at 90 cm is exhausted, the first irrigation is started and

the missing moisture is planned to be completed to the field capacity. Irrigation subjects were applied as 100% (S100) for full irrigation, 67% (S67) and 33% (S33) for restricted irrigation. Moisture monitoring was

performed according to gravimetric method. In each subject, by using the moisture values in its own parcel,

the missing moisture was completed to the field capacity and multiplied by the constraint coefficients and shortened irrigation was performed. The project also includes the control issue, which is irrigated only by

rainfall. As a result of the studies, it was observed that the almond tree had the highest ET total of 705 mm

and the lowest ET 486 mm with S33. When the yield values obtained during the harvest period are examined,

it is seen that the highest yield is in S100 with 21.1 kg in 2017 and the lowest yield is in waterless with 15, 11 kg. Similarly, in 2018, the highest yields of 26.54-24.79 kg were obtained in S100 and S67 subjects and they

were statistically the same group. In this year, approximately twice the difference between irrigated and non-

irrigated subjects, the lowest yield 19.66 kg was obtained from the subject without water.

Keywords: Almond, deficit irrigation, yield




68

Determination of the Energy Input-Output Analysis and Economic Efficiency of

Pumpkin Seed Production: A Case Study of Nevşehir Province

Osman Gökdoğan1,*, Oktay Erdoğan

2, Halil İbrahim Oğuz

1

1Department of Biosystems Engineering, Faculty of Engineering-Architecture, Nevşehir Hacı Bektaş Veli University, 50300, Nevşehir, Turkey

2Department of Organic Farming Business Management, School of Applied Sciences, Pamukkale

University, 20600, Civril, Denizli, Turkey


ABSTRACT

In this study, the energy use of inputs (human labour, machine power, chemical fertilizers, agricultural

pesticides, water, seed etc.) and outputs (pumpkin seed) employed by the enterprises producing pumpkin

seed in Nevşehir’s Central, Acıgöl, Ürgüp districts and towns were determined. The inputs were classified into indirect, direct, renewable and non-renewable energy groups. For energy use efficiency calculation

purposes; energy output-input ratio, specific energy, energy efficiency and net energy calculations were

performed. In the study, survey, questionnaire, observation, measurement and calculation methods were employed. The gathered data were tabulated and analysed in Excel program. Based on the “Proportional

Sampling Method”, the study was take place in Nevşehir’s Central, Acıgöl and Ürgüp districts, where 23

villages were randomly selected from each district, combining to make up a total number of 23 villages and

198 enterprises. Regarding pumpkin seed production, energy input was calculated as 35904.24 MJ ha-1,

while energy output was calculated as 9005.45 MJ ha-1, and energy output-input ratio was defined as 0.25.

The composition of energy inputs is 45.08% (16184.42 MJ ha-1) chemical fertilizers energy, 32.42%

electricity energy (11639.52 MJ ha-1

), 9.14% (3282.87 MJ ha-1

) diesel fuel energy, 8.98% (3222.79 MJ ha-1

) irrigation water energy, 3.29% (156.11 MJ ha

-1) machinery energy, 0.43% (156.11 MJ ha

-1) seed energy,

0.33% (119.21 MJ ha-1

) human labour energy, 0.17% chemical energy (60.72 MJ ha-1

) and 0.16% (57 MJ ha-

1) farmyard manure energy. Energy use efficiency, energy productivity, specific energy and net energy in

pumpkin seed production were calculated as 0.25, 0.02 kg MJ-1

, 46.45 MJ kg-1

and -26899.79 MJ ha-1,

respectively. The consumed total energy input in pumpkin seed production could be classified as 50.87%

direct, 49.13% indirect, 9.90% renewable and 90.10% non-renewable. Economic efficiency of pumpkin seed

was calculated as 1.25.

Keywords: Pumpkin seed, energy input-output analysis, economic efficiency, Nevşehir.

Acknowledgements: This study was supported by the Scientific Research Project Fund of Nevşehir Hacı

Bektaş Veli University under the project number: NEÜBAP18F31.




69

Effect of Different Dripper Flows on Moisture Distribution in Soil and Modeling

with HYDRUS-2D / 3D Program

Filiz Kara

Batı Akdeniz Agricultural Research Institute, Antalya, Turkey


ABSTRACT

One of the basic requirements in the design of drip irrigation system is to obtain more information

about the shape and size of the wetted soil area. In order to determine the optimum irrigation water, moisture

values should be known along the soil profile. In land conditions, the determination of water movement or

soil moisture along the soil profile to be wetted is very laborious and time consuming. In recent years, moisture modeling in soil profile can be easily modeled with computer models. This study was carried out to

determine the moisture movement in soil profile by using HYDRUS-2D / 3D program by using 2 different

dripper flow rates (2 and 4 L s-1

) in drip irrigation method. Study; Moisture distribution in soil profile was determined by gravimetric method before irrigation, during irrigation, at the end of irrigation and 24, 48, 72

hours after irrigation. As a result of the study, it was determined that there is a concordance between the soil

water content distribution data modeled using HYDRUS-2D / 3D program and the actual data measured in the field. The results of the modeling show that the HYDRUS-2D / 3D program can be used to research and

design different applications of the drip irrigation system.

Keywords: Drip irrigation, HYDRUS-2D, modeling, flow




70

Complexities of Transboundary Flood Risk Management in the

Maritsa/Meric/Evros Basin

Jeroen Warner*, Anusha Sanjeev Mehta

Wageningen University, Social Sciences Group, Hollandseweg 1, 6706 KN Wageningen, Netherlands


ABSTRACT

The Meric Basin, shared by Bulgaria, Greece and Turkey, has seen an increase in the incidence of

floods impacting socio-economic development in the region. Flood risk management (FRM) is complex due

to the different actors, interests, values, and power dynamics involved. Despite unilateral and bilateral

attempts at transboundary FRM, the negative impacts of the floods have not been mitigated. Our contribution views the issue of transboundary FRM in the Maritsa Basin through an International Relations

lens. Furthermore, the active link between the water and non-water realms is researched using the TWINS

approach. This active link provides an insight into the changes in the intensities of conflict and cooperation (interactions) in the basin, and in turn, its influence on transboundary FRM. Interactions in the basin are

bilateral with low intensity conflict and moderate intensity cooperation, particularly with Bulgaria.

Moreover, the active links between water and non-water realms influence interactions and power strategies in the basin. This is especially visible in the interactions between Greece and Turkey as Greece strategically

connects water and non-water factors to employ its ideational power, thereby influencing water and non-

water interactions in the basin. An unexpected yet significant finding was the scalar frames of the

interviewed experts on various topics, influenced by the location and profession of the experts.

Keywords: Phosphorus level, potassium level, greenhouse, Fethiye, soil analyses




71

Calibration and Comparison of Soil Moisture Measurements

Inga Adamonytė1, Laima Taparauskienė

1 ,Vilda Grybauskiene

2,*, Gitana Vyciene

2

1Institute of Water Resources Engineering, Faculty of Water and Land Management, Vytautas Magnus

University, Agricultural Academy, LT-53030, Kaunas, Lithuania

2Department of Hydrotechnical Construction, Faculty of Environmental Engineering, University of Kaunas

Forestry and Environmental Engineering University of Applied Sciences, LT-53101 , Kaunas, Lithuania


ABSTRACT

In agriculture, soil moisture reserve is significantly more important for drought management than

precipitation during certain period. Currently applied methodology is beneficial when it comes to

determination of meteorological droughts, but agricultural drought is not the same as meteorological drought. The last is defined by precipitation shortage (comparing to long-term mean value) and a

precipitation-free period duration. Agricultural drought should be estimated taking into account the

following: 1) agricultural losses caused by meteorological drought with special attention to precipitation shortage; 2) difference between the actual and potential evaporation rate; 3) soil moisture deficiency.

Agricultural drought should also be associated with plant drought sensitivity and different plant development

phases. Integration in European environment monitoring system by applying the Standardized Precipitation Index to identify not only meteorological droughts, but also agricultural droughts is very important for

Lithuanian region. The World Meteorological Organization (WMO) recommends applying SPI to identify a

meteorological drought; therefore, alignment of long-term monitoring data and rating scale adjustment is

necessary in order to adapt it to our region and use it for identification of agrometeorological droughts in Lithuania. Monitoring results cover optimal, medium wet, or wet periods, which corresponds to

meteorological conditions and data. Graphical comparative analysis of the moisture values determined by

Watermark and experimental methods for the field research period 2012-2013 shows similar trends of moisture dynamics, graph peak points approximately correspond to the soil moisture results obtained by the

both methods. Based on the completed analysis of the entire period values and the summarized results, it

was determined that estimation of plant growth conditions period by HTK and actual soil moisture reserve (W, cbar) differ approx. 2-fold (according to HTK ‒ 31 % wet and according to Watermark ‒ 15 % wet).

Nevertheless, the vegetation period according to HTK is deemed as wet, but soil moisture reserve is less

than optimal moisture conditions for plant growth.

Keywords: Actual soil moisture, soil moisture reserve, drought, precipitation, evapotranspiration,

hydrothermal coefficient (HTK)




72

Quality Parameters Evaluation of Spruce (Picea abies) Seedlings Growing at

Open Nursery

Roman Rolbiecki1, Stanislaw Rolbiecki

1 ,Vilda Grybauskiene

2,*, Gitana Vyciene

2

1Department of Melioration and Agromelioration, Faculty of Agriculture and Biotechnology, University of

Science and Technology, PL 85-029, Bydgoszcz, Poland

2Department of Hydrotechnical Construction Faculty of Environmental Engineering, University of Kaunas

Forestry and Environmental Engineering University of Applied Sciences, LT-53101, Kaunas, Lithuania


ABSTRACT

Water regulates growth and development of woodland plants. During the dry period of a year, plants

die, develop poorly and do not meet minimum quality requirements, therefore, it is relevant to determine

optimal irrigation regime for a spruce (Pice abies) seedlings. In Lithuania and Poland, seedlings are usually planted in spring, they become stronger before dry summer period comes and thereby are less sensitive to

lack of water; however, during some periods irrigation is necessary. The field study was conducted in the

period of 2002–2005, experiments with computer modeling program HYFRAN 20012-2018. Seedlings were planted in Dubrava forest nursery. Prior to replanting seedlings into experimental fields in spring, seedlings

have been grown for 2 years in the nursery from seeds, replanted in spring, seedlings have grown for 2 years

in the experimental field and after 2 years, as 4 years (2+2) of growth passed, seedlings were dug out. Prior

to replanting seedlings into experimental fields in summer, seedlings have been grown for 1.5 years in the nursery from seeds, replanted in summer, seedlings have grown for 1.5 years in the experimental field and

after 1.5 years, as 3 years (1.5+1.5) of growth passed, seedlings were dug out. Hyfran can draw long period

curves and compare data together. Irrigation also influenced qualitative indices of seedlings: 95% of non-irrigated seedlings planted in spring met minimum requirements, with average height of 35 cm; 99% or

irrigated seedlings met minimum requirements, with average height being 44.5 cm. 35% of non-irrigated

seedlings planted in summer met the requirements, with average height of 21 cm; 75% of irrigated seedlings

met the requirement and average height amounted 24 cm. 100% of irrigated seedlings planted in spring and 72% of seedlings planted in summer met the root thickness requirement; 96% of non-irrigated seedlings

planted in spring and 45% of non-irrigated seedlings planted in summer met the root thickness requirement.

Keywords: Irrigation scheduling, soil moisture, precipitation, evapotranspiration, quality, seedlings




73

ABSTRACTS 2

(Full Texts of These Proceedings were Accepted to the Mustafa Kemal

University Journal of Agricultural Sciences After Evaluation by Two

Reviewers)


74

Design of an Arduino Based Digital Psychrometrics Device

Ünal Kızıl*, Sefa Aksu

Department of Agricultural Structures and Irrigation, Faculty of Agriculture, Çanakkale Onsekiz Mart University, 17020, Çanakkale, Turkey


ABSTRACT

Those properties include temperature, relative humidity, humidity ratio, degree of saturation, specific

volume and density, dew point temperature, wet-bulb temperature and enthalpy. The simplest way of obtaining data regarding to psychrometrics properties of moist air is to measure dry-bul temperature and

relative humidity using simple thermometer and psychrometer. The remainder of the properties can be

determined using either psychrometric chart or complex equations. A simple and cost-effective device is

essential to gather long-term data to be used for automation devices or other engineering designs related to environmental control systems. An Arduino based psychrometrics devise developed to achieve this goal.

The device employs Arduino microcontroller card. This card has a cheap and high capacity microprocessor

that can easily integrate different sensors. The device includes temperature/relative humidity sensor and a digital barometric sensor. The measured temperature/ relative humidity and elevation are recorded by

connecting to a remote database server over the Internet at the desired time intervals. All other

pscyhrometrics properties are calculated within the database. The design procedure and performance of the device is discussed in this paper along with cost information.

Keywords: Psychrometrics, environmental control, automations, Arduino, data transfer




75

Irrigation Scheduling based on Crop Water Stress Index (CWSI) for Cool and

Warm-season Turfgrass under Sub-drip Irrigation Method

C. Sabahattin Oncel1, Mladen Todorovic

1, A. Halim Orta

2,*

1Land and Water Management, Mediterranean Agronomic Institute of Bari (CIHEAM-IAMB), Via Ceglie 9,

Valenzano, Bari 70010, Italy

2Department of Biosystems Engineering, Faculty of Agriculture, Namık Kemal University, 59030 Tekirdağ,

Turkey

*Corresponding author: [email protected]

ABSTRACT

This study was conducted to determine irrigation scheduling based on the Crop Water Stress Index

(CWSI) of cool (CS) and warm-season (WS) turf grass species under sub-drip irrigation method in Turkey.

The field experiment was carried out during the summer period of 2018 in the Agricultural Production and Research Centre (TURAM) of Silivri municipality, Istanbul,-Turkey (41°03ʹN; 28°00ʹE; 46 m a.s.l.).

Specific objectives were to measure actual evapotranspiration (ETc) values for both turf grass species, to

compare cool and warm season turf grass in the concept of ETc and their responses to different water levels, to determine CWSI values for both turf grass species under different irrigation scheduling and opportunity of

using CWSI in irrigation timing, to compare ETc with reference to evapotranspiration (ETo) calculated with

five different methods and to determine crop coefficient curve (kc) for experimental conditions, and to focus

on the crop growing and irrigation management parameters under sub-drip irrigation method. Three irrigation strategies [I1:30%, I2:50%, and I3:70%) were tested in a split-plot randomized complete block

design with three replications. These strategies corresponded, respectively, to 30%, 50% and 70% of total

available soil moisture depletion at 0-30 cm of the effective root zone and returning soil moisture back to field capacity. The results indicated that colour, quality, fresh yield, dry matter yield, irrigation water use

efficiency, water use efficiency, vegetation height and mowing were significantly different in terms of

irrigation strategies for both species. The most appropriate irrigation strategies were I2:50% for CS and

I3:70% for WS turf grass which corresponded to a CWSI of 0.47 and 0.45, respectively. The amount of applied irrigation water in WS turf grass was 53% less than in CS turf grass. Actual evapotranspiration was

26% lower for WS than for CS turf grass. The most suitable reference evapotranspiration (ETo) methods

were Jensen-Haise (JH) and Penman-FAO modification (P-FAO) for both species, a crop coefficient (kc) curve was prepared based on those methodologies.

Keywords: Landscape irrigation, irrigation scheduling, evapotranspiration, canopy temperature, water use efficiency, crop coefficient.

Acknowledgements: This article is prepared from Master thesis.




76

Effects of Different Nitrogen Rate Applications during Sowing to Pumpkin

(Cucurbita pepo L.) Growth, Yield, Evapotranspiration and Water Use

Efficiency

Ali Ünlükara1,*, Nihal Dumanlar

1, Adem Güneş

2

1Department of Biosystems Engineering, Faculty of Agriculture, Erciyes University, 38039, Kayseri, Turkey

2Department of Soil Science and Plant Nutrition, Faculty of Agriculture, Erciyes University, 38039, Kayseri,

Turkey


ABSTRACT

In this study, effects of different nitrogen applications during sowing to pumpkin growth, yield, evapotranspiration and water use efficiency were investigated under irrigated agriculture in Kayseri province

of Middle Anatolian Region of Turkey. The study, designed in completely randomized block-plots with 4

replications, was conducted in the experimental area of Erciyes University Agricultural Research and Training Center. Develi pumpkin population (Cucurbita pepo L.), commonly grown in rainfed agriculture in

the region, was used. The treatments were N0, N20, N40, N60, N80 and N100 that consisted of applications

of 0%, 20%, 40%, 60%, 80% and 100% of pumpkin nitrogen need, respectively. The rest of nitrogen

amounts were applied by fertigation in 5 consecutive irrigations and all treatment were received the same amount of nitrogen. Soil moisture of the treatments were monitored by neutron meter. Depleted water from

root zone was applied by drip irrigation system. The highest total leaf area was determined in N100 while

the highest total chlorophyll amounts were determined in N80 and N100. Nitrogen applications big than 80% during sowing increased water use efficiency, fruit diameter, fruit yield, seed yield per fruit and seed

yield, significantly. Seed yield in N100 was found 139.6% higher than seed yield in N0. The least nitrogen

rate during sowing for Develi pumpkin population was offered as 100 kg per ha under controlled irrigation

conditions.

Keywords: Nitrogen rates during sowing, Develi pumpkin population, plant growth, water consumption




77

Determination of the Average Temperature Data: Antalya and Alanya Case

Mete Özfidaner1,*

, Duygu Şapolyo Uçan2, Fatih Topaloğlu

2

1Alata Horticulture Research Institute, Erdemli, Mersin, Turkey

2Çukurova University, Faculty of Agriculture, Department of Irrigation and Agricultural Structures, 01330

Adana, Turkey


ABSTRACT

The trend analysis of hydrological variables has become more important today due to drought and

climate change. The presence of the trend in hydrological time series could be determined by parametric and

non-parametric tests. In this study, it is aimed to determine the average monthly temperature data of Antalya

and Alanya temperature observation stations (1975–2018) by using Mann-Kendall rank correlation test statistics. According to the results of the study, significant increase in mean temperature data were

determined by Mann-Kendall rank correlation test in Antalya station except for December and January. The

annual average temperature increase values of the Antalya station were found to be 0.036 degrees year. Also, this increase was statistically significant. For Alanya station, significant increase trends in average

temperatures were determined in all months. On the other hand, the significant increase value was

determined as 0.071 degrees year-1

annually in this station.

Keywords: Mediterranean, trend, climate change, mann-kendall, temperature




78

Seedling Growth Characteristics of Wheat Seeds Grown at Different

Groundwater Depths, Without Irrigation

Mehmet Sait Kiremit, Hakan Arslan*, Alieu Saidy

Department of Agricultural Structures and Irrigation, Faculty of Agricultural, Ondokuz Mayıs University, 55200, Samsun, Turkey


ABSTRACT

Wheat is one of the significant in cereal crops for feeding the world’s population, its yield and growth

components adversely affect by abiotic and biotic stresses. In view of our best knowledge, there is no study

on how changes the seedling growth ability of wheat seeds, which grow in different groundwater depths, without irrigation. Therefore, this study was carried out to investigate the influence of groundwater depths

(30, 55 and 80 cm) on germination and seedling growth characteristics of wheat seed grown under without

irrigation condition. The wheat crops were grown in 9 lysimeters (60 cm diameter x 100 cm height) under rain shelter condition and then harvested wheat seeds from different groundwater depths were used for

germination experiment. The results show that groundwater depths affected the early growth parameters of

wheat seed. However, root fresh-dry weights and root lengths were not statistically influenced by groundwater depths, whereas these values increased with increase groundwater depth up to 55 cm and then

decreased. Moreover, shoot length, shoot fresh weight and root dry weight were considerably affected by

groundwater depths. The obtained results from this study the highest early seedling growth parameters of

wheat were obtained from 55 cm groundwater depths, while the lowest values were obtained from 80 cm groundwater depth. In the light of these values, under the shallow groundwater and without irrigation grown

wheat crops, when groundwater depth is higher than 55 cm, reusing of wheat seeds were significantly

decreased early growth parameters and consequently decreases yield losses.

Keywords: Groundwater tables, Triticum aestivum, seed germination, seedling growth




79

Evaluation of Agricultural Fields in Terms of Soil Productivity and

Environmental Health in the Industrial Zone

Serdar Polat1, Korkmaz Bellitürk

2,*, Meryem Metinoğlu

3

1Department of Horticulture, Faculty of Agriculture, Tekirdağ Namık Kemal University, 59030, Tekirdağ,

Turkey

2Department of Soil Science and Plant Nutrition, Faculty of Agriculture, Tekirdağ Namık Kemal University,

59030, Tekirdağ, Turkey

3Department of Nursing, School of Health, Tekirdağ Namık Kemal University, 59030, Tekirdağ, Turkey


ABSTRACT

This research was carried out for total 28 soil samples which were taken at 0-20 cm depth from fields (50-250 m) which are next to the some factories from Murtlı-Çerkezköy-Çorlu country side of Tekirdağ

province which are thought to be the best for good agriculture. The soil texture, pH, salinity, lime (as

CaCO3), organic matter, N, P, K, Ca, Mg and S elements were analyzed and the statistical analysis was performed. According to analysis, the soil pH values indicated the research soils as low acidic (between 5.66

and 5.92) class. Soil texture mostly was “loamy” and “clay loamy” class. Saltiness (average 0.023 %) was

not problem for common agriculture. Lime (CaCO3) (average 0.21%) was also not a problem and only 6

samples were shown with “low lime” in these soil samples. Organic matter levels were between 0.1% and 1.5%. Total N was as such organic matter and < 0.09 % called “low”. The average potassium levels were

found in three sides “140-370 mg kg-1” respectively. This was a known fact that the factories which are

mostly heavy industry should not be built near the agricultural areas. However we can show the many heavy industries close to field in the research areas. As a result of such areas, it is possible that many changes will

occur in the air, water and the soil, to deteriorate the ecological balance and to have a direct or indirect

impact on human health. It is known that they can make toxic effects especially when they exceed the limit

values depending on the amount of some elements in the soil and the duration of the interaction. Because of this reason, it is necessary that such studies should be done frequently and likely to test the accumulation of

the heavy metals in agricultural soils and to find a solution by phytoremediation techniques for the healthier

and clean agricultural production. This research supports to these suggestions.

Keywords: Industry, soil, organic matter, macro element, micro element, soil pollution




80

Response of Okra to Water Stress

Ali Ünlükara1,*

, Bilal Cemek2

1Department of Biosystems Engineering, Faculty of Agriculture, Erciyes University, 38039, Kayseri, Turkey

2Department of Agricultural Structures and Irrigation, Faculty of Agriculture, Ondokuz Mayıs University,

55050, Samsun, Turkey


ABSTRACT

Different water amounts were applied to determine response of okra (Abelmoschus esculentus L.

Akköy 41) to water stress in a study conducted in Tokat, Turkey. The irrigation treatments consisted of the

applications of 100%, 75% and 50% of depleted water from root zone of okra. The experiment was designed

according to randomized block with three replications. Soil moisture along okra growing season was monitored by gravimetric method. Water consumption and fresh fruit production were found 664 mm and

28690 kg/ha, 596 mm and 24691 kg/ha and 506 mm and 20554 kg/ha for I100, I75 and I50 treatments,

respectively. Fresh fruit yield and total dry biomass above ground were significantly affected from water stress but fruit numbers and fruit yield per plant, mean fruit weight, dry fruit yield, harvest index, irrigation

water use efficiency and water use efficiency w.ere not affected significantly. Okra was found sensitive

against water stress for fresh fruit yield with yield response factor of 1.22 while it was found tolerant for dry fruit yield with yield response factor of 0.71. Dry matter ratio of fruit increased from 15.1% for I100 to 18.0%

for I50 treatment. It can be concluded from the results that okra under water stress promoted fruit yield

against vegetative growth because of its increasing harvest index.

Keywords: Yield response factor, abelmoschus esculentus, water regime




81

Determination of the Effects of Irrigation in the Different Development Periods

on the Efficiency and Oil Quality of Sesame under Çukurova Conditions

Nigar Anğın*, Volkan Çatalkaya

Eastern Mediterranean Agricultural Research Institute, Adana, Turkey


ABSTRACT

The study was carried out in the trial area of the Eastern Mediterranean Agricultural Research Institute

in 2015 in order to determine the effects of the irrigation on second crop sesame yield and oil quality in the

different developmental stages of the sesame. In the experiment, nine different irrigation treatments were

studied according to plant developmental periods. The subject was started in the dilution period and continued during flowering-capsule binding periods. At the end of the experiment, it was determined that the

seasonal water consumption values of the plants varied between 146.3-628.3 mm and yields were 135-253

kg decare-1

according to irrigation subjects. Also, according to irrigation subjects, the height of the plant was 127-184 cm, the number of branches was 3.05-5.43 pieces plant

-1. The first capsule binding height was 33.7-

42.1 cm, the number of capsules was 128-295 pcs plant-1, the shank thickness was 1.01-1.64 cm and the

weight of 1000 grains varied between 3.59-4.03 g. In addition, the protein ratios of 24.3-27.7% and fat ratios between 53.1% and 55.9%, palmitic acid was 9.19%-9.96%, stearic acid 4.76-5.15%, oleic acid 39.4-24.7%

and linoleic acid It was determined that it ranged from 40.9% to 44.3%. As a result, while the lowest yield

was determined on the anhydrous subject, the effect of irrigation on yield and yield was statistically

significant, and the effect on the values of fat and fatty acids was not significant.

Keywords: Adana, sesame, limited irrigation, yield, quality.




82

Evaluation of Treated Wastewater Quality in Terms of Irrigation Water

within The Framework of Related Legislation: The case of Van Province

Talip Çakmakcı1,*, Üstün Şahin

2

1Department of Biosystems Engineering, Faculty of Agriculture, Van Yuzuncu Yil University University,

Van, Turkey

2Department of Agricultural Structures and Irrigation, Faculty of Agriculture, Ataturk University, Erzurum,

Turkey


ABSTRACT

The purpose of this study was to evaluate whether the effluent quality of outlet water at Van Province

Urban Treatment Facility outlet water was suitable for the use in irrigation within the framework of relevant

legislation. In the study, the analysis was carried out at treated waste water samples in the months representing the irrigation season (June, July, August and September). In the analysis; pH, EC, cations

(Ca, Mg, Na, and K), anions (CO3, HCO3, SO4, and Cl), chemical and biological oxygen needs, suspended

solids, total N and P, fecal coliform, micro element and heavy metal contents (B, Fe, Cu, Mn, Zn, Pb, Cd, Cr, and Ni) were determined. In addition, Na%, sodium adsorption rate, permanent sodium carbonate and

Langelier saturation index values were calculated. According to the obtained results of the evaluation, the

limit values did not exceed the limits based on the “Turkish Wastewater Treatment Facility Technical

Procedures Communique” and it has been observed that the use of treated wastewater in irrigation will not pose a risk. It has been concluded that treated wastewater can be used safely for short term uses for irrigation

and that water quality should be controlled in long term uses.

Keywords: Treated wastewater, Treatment facility outlet water, Irrigation water quality, Irrigation, Van

Province




83

Comparison of Two Lateral Move Irrigation Machines Commonly Used in

Turkey in Respect of Water Uniformity Coefficient

Hüseyin T. Gültaş1,

*, Daniyal D. Köksal2, Murat Karaer

1, Yeşim Ahi

3

1Department of Biosystems Engineering, Faculty of Agricultural and Natural Sciences, Bilecik Şeyh Edebali

University, 11230, Bilecik, Turkey

2Land and Water Division, Mediterranean Agronomic Institute of Bari / CIHEAM, 70010, Bari, Italy

3Institute of Water Management, Ankara University, 06135, Ankara, Turkey


ABSTRACT

The purpose of this paper is to define some criteria such as uniformity coefficient, features of machines,

which is used commonly in Thrace region for field crops to be used in system design. In this study, the water distribution tests were performed standards and the Christiansen uniformity coefficient (Cu) was determined

in order to control the uniformity of the water distribution throughout the wings. Within the scope of the test,

6 mm nozzle diameter, 30, 40, and 50 m/h operating speed were used. The wind velocity and prevailing direction is the factor that causes negative influence on water application. Therefore, They were taken into

consideration the wind velocity from 0.5 m/s to 2.0 m/s. The performance test was applied on two different

types of irrigation movement machines that have different wing lengths, where 11 and 17 collectors were

placed on the left and the right side of the wings. The amount of water collected in the collectors was measured and the Christiansen uniformity coefficient should be higher than 84% for being acceptable of

water distribution. As a result, water uniformity coefficients values were varied between 74.72-86.50% and

so these machines are suitable for irrigation in terms of water distribution. But, while it is advantageous that the wing height and length of one of the machines can be adjustable, it is advantageous that the flow and

speed control of the other one's can be done with electronic panel. So, these machines should be tested and

developed by crop cultivation.

Keywords: Linear move irrigation system, performance test, operating principles, wetted area




84

Application of Machine Learning Methods in Monthly Precipitation Modelling

(Chabahar Station, Iran)

Fatemeh Shaker Sureh1, Mohammad Taghi Sattari

1,*, Ahmet Irvem

2

1Department of Water Engineering, Faculty of Agriculture, University of Tabriz, Tabriz, Iran

2Department of Biosystems Engineering, Faculty of Agriculture, Hatay Mustafa Kemal University, Antakya,

Hatay, Turkey


ABSTRACT

Precipitation is one of the most important parts of the water cycle and plays an important role in assessing the climatic characteristics of each region. Modeling of monthly precipitation values for a variety

of purposes, such as flood control, runoff, sediment, irrigation planning, and river basin management, is very

important. The modeling of precipitation in each region requires the existence of accurately measured historical data such as humidity, temperature, wind speed, etc. Limitations such as lack of sufficient

information on precipitation in spatial and temporal scales, as well as the complexity of the relationship

between weather parameters associated with precipitation, calculate this parameter by using the usual methods as inaccurate. In this research, after testing homogeneity of precipitation data, temperature and

humidity and wind speed data of Chabahar synoptic station, firstly, input parameters were selected based on

two algorithms of Relief and CFS (Correlation based Feature Selection). Then, it was modeled monthly

precipitation using two support vector regression and the nearest neighborhood methods based on the two proposed input combinations. The results showed that the support vector regression method using

normalized polynomial kernel function has higher accuracy and lower estimation error than the nearest

neighbor method.

Keywords: Data mining, Nearest neighbors, precipitation modeling, support vector regression, Chabahar




85

Agricultural Residues Potential of Hatay

Cengiz Karaca

Department of Biosystems Engineering, Faculty of Agriculture, Hatay Mustafa Kemal University, 31040, Antakya, Hatay, Turkey


ABSTRACT

The aim of this study was to determine the biomass potential and the energy value, being produced

from agricultural residues in Hatay province. Hatay is a province of Turkey on the Eastern Mediterranean Region which is divided into 15 districts. The amounts of residues from the agricultural crops cultivated in

Hatay province were calculated using production data of crops with Turkish Statistical Institute for the 2018

seasonal years. The annual gross potential of agricultural residues was determined by using residue to

product ratio or residue per tree or residue per area. The energy potential of residues for each district was calculated by multiplication of the calorific values of agricultural residues with the available residue amount.

The total amount of agricultural residues was approximately 652.8 kt.year-1

. It was found that the total

heating value of the agricultural residues was around 13.36 PJ.year-1

for the production period of 2018 in the province. When districts put in order according to the amount of agricultural residues, the top four districts

of Hatay are Kırıkhan (181.6 kt), Center (158.8 kt), Reyhanlı (111.3 kt) and Kumlu (65.2 kt). The major

crops included in the ratio of the total residues amount were cotton (65.5%), maize (14%), olive (13.3%) and citrus (10.9%). Besides, the data obtained in order to see the distribution of residues more clearly is mapped.

Keywords: Biomass energy, agricultural residues, Hatay




86

Determination of Greenhouses and Its Insurance Conditions Damaging from

Natural Disasters Occurred in Districts of Eastern Antalya Region

Rabia Çalışkan1, Kenan Büyüktaş

2*, Ahmet Tezcan

2, Cihan Karaca

2

1Department of Agricultural Structures and Irrigation, Graduate School of Natural and Applied Sciences,

University of Akdeniz, 07058, Antalya, Turkey

2Department of Agricultural Structures and Irrigation, Faculty of Agriculture, University of Akdeniz, 07058,

Antalya, Turkey


ABSTRACT

Greenhouses are the plant production structures which can increase the yield taken from the unit area

because they are controlled growth environments independent of climatic conditions. In addition, it is

specified that many countries will be negatively affected from the adverse climate conditions such as

drought, storm, frost, hail, hose etc. in the next 50 years due to climate change as a result of global warming in the world. In this case, in order to meet the need for food, the importance of greenhouses with a controlled

growing environment will increase. However, greenhouses need to be planned in the setup stage in such a

way that they do not damage from adverse weather conditions. Antalya has a very suitable potential for greenhouse production due to its climatic structure and geographical location. However, the vast majority of

this greenhouses have not statically projected. These greenhouses were installed by untrained people who

are not qualified about the greenhouse more than the competent firms. In addition, these unqualified people used structurally insufficient constructions in the installation stage in the vast majority of these greenhouses.

At the same time, Antalya is a region that can be seriously damaged climatically due to the fact that its

geographical location. Therefore, the damage potential of those greenhouses can be is high in any natural

disaster. However, since the greenhouses constructed by using the appropriate construction are projected according to the long-term natural disaster data of the region, it is less likely to be affected by such disasters.

In this study, it was determined how the plant production structures in the districts of East Antalya are

affected by the natural disasters such as hail, showers, storms, hurricanes, hoses and fire, and how they were able to withstand or affected these climatic disasters. In addition, it was determined whether the greenhouses

damaged were covered by agricultural or private insurance and if they were insured, how much they

benefited from this insurance. For this purpose, surveys were carried out with the greenhouse owners in the

districts located in the East Antalya region. The results of the survey were evaluated with SPSS software. It has been determined how the disasters occurred in which part of Antalya and how they affect the

greenhouses in the area. At the end of the study, the suitable greenhouse type (size, roof type, cover type

etc.) and construction sections for those regions were proposed. It was found that education level, foundation, and basement status, profile type used in the greenhouse were related to damage situations of

greenhouses caused by natural disasters.

Keywords: Agricultural insurance, construction, hail damage, global warming, plant production structures

Acknowledgements: Authors would like to thank to Turkish State Meteorological Service Antalya 4th

Regional Directorate and Agricultural Insurance Pool for their contributions.




87

Determination of the Intensity of Hail Damage of the Polyethylene Greenhouse

Covers in the Mediterranean Region by Thermal Camera

Kenan Büyüktaş1*, Ahmet Tezcan

1, Cihan Karaca

1, Zekai Gümüş

2, Rabia Çalışkan

1

1Department of Agricultural Structures and Irrigation, Faculty of Agriculture, University of Akdeniz, 07058,

Antalya, Turkey

2Department of Biosystems Engineering, Faculty of Agriculture, University of Hatay Mustafa Kemal,

31060, Hatay, Turkey


ABSTRACT

As a result of the intense industrialization in order to meet the needs of the growing population, the

greenhouse gas density in the atmosphere is increasing rapidly Climate change also affects our country and

hail damages in the Mediterranean basin, where there are intensive greenhouse activities, are increasing

every year. After the hail, plastic greenhouse covers can be drilled or lose their plastic material properties. Growers can insure their greenhouses against the hail damage to the greenhouse cover. Following the natural

disasters, the determination of the damages of the farmers is the most important stage in the process of

covering the losses from insurance. In this study, it was aimed to determine the intensity hail damage by using thermal camera. For this purpose, 36 months-old polyethylene UV+IR+LD+EVA added greenhouse

covering material having 200-micron thickness, which are commonly used in the region, were used as

material. Alergo brand drop tester was used in order to determine the damage caused by the hail damage of different intensity. 6 different weights were released to the greenhouse cover with a free fall from the height

of 78 cm. The resulting damaged greenhouse covers were mounted on the test frame and the temperature

differences between the damaged zone and the intact zone were observed with a thermal camera. A model

was developed to determine the intensity of hail damage by using these temperature changes. It is thought that the obtained model can be used in other regions if regional calibration is performed.

Keywords: Impact Strength, Natural disaster, Temperature based model, Thermal imager, Antalya

Acknowledgements: Authors would like to thank to İMECE Plastik A.Ş. for their contributions.




88

Effects of Different Drying Conditions on Physical Changes of Apple (Malus

communis L.)

Necati Çetin1,*, Cevdet Sağlam

1, Bünyamin Demir

2

1Erciyes University, Faculty of Agriculture, Department of Biosystems Engineering, 38039, Kayseri, Turkey

2Mersin University, Vocational School of Technical Sciences, Department of Mechanical and Metal

Technologies, 33343, Mersin, Turkey


ABSTRACT

Drying is the mass transfer process consisting of the removal of water from the product in order to extend the storage period of the agricultural product and to create a new product market. Drying stages of

agricultural products consist of a warming phase, drying stage with constant speed and drying stage with

decreasing speed. Due to the loss of moisture during the drying process, some physical changes occur in the products. The optimum drying time, drying temperature and product size should be determined in order to

achieve the desired moisture level of the dried product in different drying conditions. The aim of this study

was to investigate some physical changes of apple dried in cabin type dryer and to determine optimum drying conditions. According to the findings, optimum drying condition was achieved in cabinet type dryer

with the drying parameters of 7 mm 10 hours 50 °C and 7 mm 10 hours 60 °C. In addition, the highest

chroma values after drying were obtained with the drying parameters of 5 mm 9 hours 50° C. In the study, a

positive correlation (p=0.99) was found between initial L* and initial area, initial chroma and initial b*, final a* and b*.

Keywords: Apple, dryer, cabin type, size, color




89

The Use of Universal Kriging Interpolation Technique to Determine

Groundwater Levels in Dry and Wet Years: A Case Study in a Semi-Arid

Region of Mahdia in Tunisia

Rania Soula1,*

, Ali Chebil2, Mahmut Cetin

3, Rajouene Majdoub

1

1High Agronomic Institute of Chott Mariem, Department of Water, Soil and Environment, Sousse, Tunisia

2National Research Institute for Rural Engineering, Water and Forestry (INRGREF), Tunis, Tunisia

3Cukurova University, Faculty of Agriculture, Department of Agricultural Structures and Irrigation, 01330

Balcali, Saricam, Adana, Turkey


ABSTRACT

Overexploitation of groundwater (GW) resources leads to lowering of the water table and widespread

shallow groundwater contamination, particularly in semi-arid and arid regions of the world. The region of Mahdia, located in the Sahel of Tunisia, is a semi-arid region characterized by its limited surface water and

groundwater resources. Overexploitation of groundwater in some shallow aquifers has been detected lately

in the region due to the increase of population and human activities. This study aimed to figure out spatial

and temporal changes in groundwater elevations through using geostatistical techniques. In line with the determined objective, data from 102 groundwater observation wells, located in the Mahdia region in Tunisia,

were used in this study. The Regional Commissariat for Agricultural Development of Mahdia (CRDA)

provided us with the data of groundwater depth observations from 2005 to 2017, surface elevation and coordinates of the groundwater wells. The use of universal kriging, i.e. “kriging with a drift”, method

allowed us to make reasonable interpretations on groundwater levels in dry and wet years. Generated maps

by Jeostat Software demonstrated that the relief of the catchment determines the groundwater divide, which

controls hydrological processes in groundwater catchments. In addition, generating groundwater elevation maps for dry and wet years was subtracted and a new map was derived, i.e. difference map. Difference map

indicated that overexploitation was accentuated in dry years.

Keywords: Groundwater elevation, drought, overexploitation, kriging with drift, Jeostat Software, Mahdia,

geostatistical tools




90

Assessing Salt Accumulation in the Root Zone of Tomato Plant Using Ordinary

Kriging Interpolation Technique Under Deficit Irrigation Regime

Amal Ghannem1,*, Imed Ben Aissa

2, Mahmut Cetin

3, Rajouene Majdoub

1

1Engineering Department of the Horticultural Systems and of the Natural Environment, Higher Institute of

Agronomy of Chott-Mariem, BP 47, 4042 Chott Mariem, Sousse, Tunisia

2Researches Regional Center on Horticultural and Organic Agriculture (CRRHAB), BP 57, 4042 Chott-

Mariem, Sousse, Tunisia

3Cukurova University, Faculty of Agriculture, Department of Agricultural Structures and Irrigation, 01330,

Saricam, Adana, Turkey


ABSTRACT

Deficit irrigation might be a remedy to increase water use efficiency in water scarce areas albeit it may

cause to: a) increase salt accumulation in the root-zone, b) decrease crop yield. Therefore, monitoring and

assessment of salt accumulation in the root-zone is necessary in deficit irrigation practices. Primary objectives of this work were to: a) assess salt accumulation in the root-zone of tomato crop irrigated with

conventional deficit irrigation (DI-50) through using ordinary kriging interpolation technique, and

b) compare it with full irrigation (FI) treatment. To this end, soil electrical conductivity (EC in dS m-1

)

measurements were conducted under emitters, between emitters and plant, and under plant on right and left side of root-zone by using an EC probe. In order to assess spatial and temporal changes of salt accumulation

in the root-zone of tomato crop, EC lectures were done: a) at the beginning crop growth stage, b) in the

middle, and c) at the end of growing season. In order to generate salinity maps in the root-zone, geostatistical interpolation techniques have been utilized. Geostatistical analysis has been realized by using

“Jeostat-2017” software. Geostatistical analysis results indicated that the most suitable theoretical semi-

variogram model to the experimental semivariogram was Gaussian and/or Spherical model. Cross validation

analysis revealed that kriging interpolation errors were fitted to the normal distribution, indicating that theoretical semivariogram model and its parameters as well as kriging search parameters are representative

for the study site. Kriging errors helped us evaluate efficiency of sampling design for salinity assessment.

The kriging estimation maps for EC showed spatial and temporal salt accumulation process in the root-zone of tomato crop. In this regard, results showed that salt accumulation was concentrated in the root-zone just

beneath the plant. This finding can be explained by the heavy texture of soil, which obstructs the leaching

operation also by the high root density of tomato under this profile. Moreover deficit irrigation treatment reduce the amount of total salt accumulated in the root zone compared with the full irrigation treatment due

to the fact that the amount of water applied with deficit irrigation is half of the full treatment, hence salt

accumulation. Soil salinity maps reveal that salt accumulation in the root-zone gets more and more as the

growing stage progress.

Keywords: Deficit irrigation, salt accumulation, electrical conductivity, ordinary kriging, semivariogram,

sampling scheme.




91

Yield, Fuel Consumption and Economical Comparison of Different Tillage

Methods on Main Crop Peanut and Wheat + Second Crop Peanut

Çiğdem Boydak*, Orhan Kara

Alata Horticultural Research Institute, Soil and Water Resources Unit, Mersin, Turkey


ABSTRACT

This study was carried out for compared different soil tillage main crop peanut and wheat + second

crop peanut in Çukurova Region. The study was conducted in Alata Horticultural Research Instıtute

Directorate in the field of cultivation in 2015-2016 growing periods with three replications according to

randomized block experiment design. With this purpose; four different tillage systems were applied. In the peanut two-year study; main crop peanut of fruit yield values changed between 433.10 kg/da and 548.66

kg/da, while second crop peanut of fruit yield values changed between 267.06 kg/da and 338.88 kg/da. The

main crop and second crop peanut different soil tillage methods of the highest fruit yield level was determined 209.78 kg / ha, while the lowest fruit yield level was determined as 164.99 kg / da. Main crop

peanut of fuel consumption values changed between 33.33 l/ha and 63.80 l/ha, while second crop peanut of

fuel consumption values changed between 34.92 l/ha and 62.48 l/ha. The main crop and second crop peanut different soil tillage methods of the highest fuel consumption level was determined 2.09 l/ha, while the

lowest fuel consumption level was determined 0.2 l/ha. As a result were determined positive effects different

soil tillage main crop and second crop peanut on yield and fuel consumption. The monetary values of soil

tillage methods have been presented with economic comparison. The most positive effect in terms of yield, fuel consumption, production in put cost and income was determined in T1 and T2 tillage methods.

Keywords: Peanut, soil tillage, economical, yield, cost




92

Determination of Nitrogen Usage Efficiency in Eggplant Plant Irrigated by

Surface and Subsurface Drip Irrigation Method in Çukurova Conditions

Engin Gönen1,*, Çağatay Tanrıverdi

2, Yeşim Bozkurt Çolak

1, Atilla Yazar

3, Mete Özfidaner

1

1Alata Horticultural Research Institute, Soil and Water Resources Unit, Mersin, Turkey

2Department of Biosystem Engineering, Faculty of Agriculture, Kahramanmaraş Sütçü İmam University,

46050, Onikişubat, Kahramanmaraş, Turkey

1Department of Agricultural Structures and Irrigation, Faculty of Agriculture, Çukurova University, Adana,

Turkey


ABSTRACT

The aim of this study was to determine the efficiency of water and fertilizer usage in eggplant plants irrigated at different levels by surface and subsurface drip irrigation under Çukurova conditions. In the

study, two irrigation intervals 3-day (SA3); 6-day (SA6) and four irrigation levels (Full irrigation, TS; deficit

irrigation, KS50; deficit irrigation, KS75; and Partial Root-Zone Drying PRD50%) were tested. From the data obtained from the two-year trial (2014-2015), the highest nitrogen usage efficiency was obtained from

the full surface irrigation of the surface drip irrigation system within 3 days (28.3%), while the lowest

nitrogen usage efficiency was obtained from the PRD50 in the 6-day irrigation interval of the subsurface

drip irrigation system. (9.7%). Higher nitrogen use efficiency values were determined for eggplants irrigated by surface drip irrigation system compared to those irrigated by subsurface drip irrigation system. While the

maximum nitrogen utilization efficiency values were obtained from the 3-day irrigation subjects where

frequent irrigation was performed in both irrigation methods, nitrogen utilization efficiency values increased as the amount of irrigation water applied in both irrigation methods increased.

Keywords: Eggplant, surface drip irrigation, subsurface drip irrigation, deficit irrigation, fertilizer use

efficiency




93

The Effects of Drip Irrigations on Water Yield Relationships in Royal Table

Grape Cultivars in Çukurova Conditions

Yeşim Bozkurt Çolak1,*, Atilla Yazar

2, Semih Tangolar

3, Gülşen Duraktekin

1, Engin Gönen

1

1Alata Horticultural Research Institute, Soil and Water Resources Unit, Mersin, Turkey

2Department of Agricultural Structures and Irrigation, Faculty of Agriculture, Çukurova University, Adana,

Turkey

3Department Horticulture, Faculty of Agriculture, Çukurova University, Adana, Turkey


ABSTRACT

This research was conducted in 2012 at Experimental Vineyard of Çukurova University in order to

determine the water yield relationships in the Royal table grape variety irrigated with drip system with different deficit irrigation strategies. In the study, six different treatments were considered: full irrigation

(TS), soil water deficit in the 80 cm within the seven-day intervals was replenished to the field capacity;

deficit irrigations, KS50; KS75; and Partial Root-zone Drying PRD50 which received, respectively 50, 75 and a control treatment non irrigated (RF). Irrigation interval of 7-day was used for all irrigated treatments.

Experimental design is randomized blocks with three replications. In general, irrigation treatments had

significant effect on yield at 1% level. Highest yield was obtained from the full irrigation (TS) as 33.4 t ha-1,

and the lowest yield was obtained 17.9 t ha-1

. The highest seasonal water use (ET) was determined in the TS treatment as 837 mm; and the lowest yield was in the RF treatment 293 mm. Significant second degree

polynomial relationships between grape yield (Y) and (I) and grape yield (Y) and water use were found as

Y= -0.016I2+34.53I+17798 (r

2= 0.980**); and Y= -0.025ET

2+57.43ET+3140 (r

2= 0.978**), respectively.

The highest water use efficiency (WUE) was found in RF treatment 6.11 kg m-3

, the lowest one was found in

TS treatment 3.99 kg m-3

.

Keywords: Grapevine, drip irrigation, water use efficiency, water yield relationships




94

The Effect of Different Irrigation Programs on Chlorophyl Content in

Watermelon

Gülşen Duraktekin*, Yeşim Bozkurt Çolak, Mete Özfidaner, Alper Baydar, Engin Gönen

Alata Horticultural Research Institute, Soil and Water Resources Unit, Mersin, Turkey


ABSTRACT

This study was carried out to determine effect of different irrigation intervals and different irrigation

levels on chlorophyll content (SPAD) of watermelon irrigated with a trickle system in 2017 growing seasons

at the Alata Horticultural Research Institute, Tarsus Soil and Water Resources Location. The cultivar

Crimson Tide F1 was used in this research. Experimental design is randomized blocks with three replications. In the studies, the main issues from the three different irrigation intervals (4, 8 and 12 days); six

different irrigation levels (TS (full irrigation): soil water deficit in the 90 cm within the four day intervals

was replenished to the field capacity; KS75:75% of the water given to the TS subject, KS50:50% of the water given to the TS subject, PRD100: water applied to full irrigation, laterals operated alternately

PRD75:in which 75% of water applied to full irrigation, laterals operated alternately, PRD50:in which 50%

of water applied to full irrigation, laterals operated alternately) created the sub-plots. The total amount of irrigation water applied to the subjects varied between 150-300 mm and the evapotranspiration values

ranged between 379-486 mm. The effect of irrigation levels on yield was found differrent statistically

significant. Significant linear relationships between chlorophyll content (SPAD) and yield were determined.

As the applied irrigation water increased and irrigation interval decreased, chlorophyll values increased. Watermelon should be irrigated at chlorophyll content (SPAD) value between 54.00 for high yield.

Keywords: Water melon, irrigation intervals, irrigation level, chlorophyll content, partial rootzone drying




95

Mapping Spatio-temporal Tendencies of Climate Types in Geographic

Information Systems (GIS) Media: A Case Study in Şanlıurfa and Its Environs

Ali Demir Keskiner1,*, Mahmut Cetin

2, Takanori Nagano

3

1Department of Agricultural Structures and Irrigation, Faculty of Agriculture, Harran University, 63100, Şanlıurfa, Turkey

2Department of Agricultural Structures and Irrigation, Faculty of Agriculture, Cukurova University, 01330,

Adana, Turkey

3Graduate School of Agricultural Science, University of Kobe, 657-8501, Kobe, Japan


ABSTRACT

Climate-types are subject to change spatially and temporally due to both the inherent variability of climate in itself and anthropogenic interventions to the environment. The primary objective of this study was

to figure out spatio-temporal tendencies of climate-types in Şanlıurfa town and its environs, located in the

Southeastern Anatolia Project (GAP) area, through using Erinç Drought Index method. In line with this objective, data sets consisting of long-term (1965-2018) annual total precipitation as well as average annual

maximum temperature series of Şanlıurfa, Birecik, Akçakale, Ceylanpınarı, Siverek and Bozova

meteorological stations-distributed unevenly over total surface area of 18 584 km² were obtained and

utilized in this study in order to calculate Erinç Drought Index (EDI) on a yearly basis. After having been obtained EDI series, drought index time series of each station was divided into three non-overlapping and

successive parts or periods, i.e. period-1 (1965-1981), period-2 (1982-1999), period-3 (2000-2018). The best

fitting probability distribution models to the EDI series of each period were, in turn, determined by performing a regular frequency analysis procedure by Kolmogorov-Smirnov Goodness of Fit Test at the 5%

significance level. EDI having 50% probability was estimated for the three periods of each station by

utilizing probability models determined exclusively for each predetermined period. Afterwards, regular grids

with the size of 100 m by 100 m were established over the study area in GIS media. Ordinary-Kriging interpolation technique was employed to estimate index values at the grid points and to generate climate

maps over the study area for the three successive periods. Consequently, based on the spatio-temporal

tendencies map of climate types for 3 time periods, it was concluded that the spatio-temporal climatic characteristics of Şanlurfa province is dominated as “Arid”, “Semi-arid” and “Sub-humid“ climate type from

south to north, respectively, and areas of severe drought exposure expands northward along to Siverek in all

three periods. Although Atatürk, Birecik, and Karkamış Dams tackle to mitigate drought expansion in the northwest, it is unlikely that it would not prevent the spread of the future drought drifts because of global

warming. It is strongly recommended that spatio-temporal climate change studies should be periodically

conducted in tandem with forest management practices for the whole GAP area.

Keywords: Drought, Erinç drought index, drought tendency map, climate-type, GAP, GIS.




96

Determination of Rhizobial Potentials in Legume Cultivation Areas in Hatay

Fatih Uyar, Kemal Doğan*

Hatay Mustafa Kemal University, Department of Soil Science and Plant Nutrient, Faculty of Agriculture Antakya, Hatay, Turkey


ABSTRACT

This research was carried out to determine rhizobial potentials in Hatay legume cultivation areas. A

wide survey study was carried out in Serinyol, Kırıkhan, Kumlu, Reyhanlı, Altınözü, Amik Plain, Samandağ, Anayazı and Karaali regions to investigated nodulation conditions of broad bean, peas, peanuts,

kidney beans, beans and chickpeas plants. Plant samples were made on different dates for each plant

according to the flowering periods of the plants in the research areas. In addition to the root samples of the

plant root samples were made in the soil. The nodule number, nodule weight and effective nodule weight were determined for nodulation parameters. In order to determine microbial activity in rhizosphere soil, CO2

production (g CO2-C gkt-1

24sa-1

), and dehydrogenase enzyme activity (DHA g TPF gkt-1

) were analyzed.

However, soil pH (1: 5 dilution) and EC (S-1 cm) values were also determined. According to the results of

the study, the lowest and highest number of nodule values (nodüle number plant-1), except for zero, were

found to be between 5 and 596. The average nodule count value was 83 according to all samples. The lowest

nodulation results were determined in the peanut plant and in Reyhanlı agricultural areas, while the highest values were determined in Amik Plain in broad bean plants. However nodules were not found in Reyhanli

peanut agricultural areas. According to the overall average results, the lowest and highest CO2 values are 57

(Kumlu-pea) and 328 (Serinyol-broad bean) g CO2-C gkt-1

24h-1

respectively while DHA values are

determined as 4.633 (Kumlu-pea) and 27.368 (Serinyol-pea) g TPF ds-1. pH values were measured as 8.16

(Amik Plain-pods) -8.67 (Kirikhan-pea), and EC values were measured as 200 (Serinyol- broad bean) -538

(Amik Plain-bakla) S cm-1

.

Keywords: Nodulation, rhizobial potential, legume, microbial activity in soil




97

The Effect of Calcium (Ca+2) Applications on R/S Values in Tomato and

Pepper Rhizosfer Soils

Kemal Doğan1,*, Sefer Bozkurt

2, Necat Ağca

1

1Hatay Mustafa Kemal University, Department of Soil Science and Plant Nutrient, Faculty of Agriculture,

31040 Antakya, Hatay, Turkey

2Hatay Mustafa Kemal University, Department of Biosystems Engineering, Faculty of Agriculture, 31040

Antakya, Hatay, Turkey


ABSTRACT

The aim of this study was to determine some microbial activity of the tomato and pepper plant rhizosfer

soils under different dose Calcium (Ca+2

) applications. Calcium is an important nutrient that provides cell

wall stability in plants, protects the plant against frost damage and the functions of stomata against drought and water stresses. Soil microbial activities are affected by the changes in soil properties and root activities.

Rhizosphere (R) and out of the rhizosphere soil (S) were used for the research that carried out under

greenhouse conditions. In order to determine the effects of Ca applications in conditions to pepper and tomato production on soil microbial activities, soil respiration (CO2 produce), dehydrogenase enzyme

activity (DHA) and microbial biomass carbon (MBC) content some biological analyzes were performed. In

addition, root biomass weights (g.plant-1

), pH (1:5) and EC (S.cm-1

) analyzes were performed and R/S values were calculated for both plants. Results of CO2, DHA and MBC values in rhizosphere soils (R) for

pepper and tomato were determined as 71.98-68.74 g CO2-C.gkt-1

, 12.84-12.48 g TPF.10 gkt-1

, 53.00-

39.24 g.gkt-1

and the average S values of the the soils were determined as 58.64-59.54 g CO2-C.gkt

-1,

1.55-1.57 g TPF.10 gkt-1

, 25.43-25.94 g.gkt-1

, respectively. R/S values calculated according to these results were 1.23-1.17 CO2, 8.19-8.06 DHA and 2.09-1.52 MBC for pepper and tomato, respectively.

Increasing doses of Ca applications resulted in reductions in CO2, DHA values for pepper and tomato, while

increasing MBC values. Root weight values showed increases with increasing doses of Ca for both plants. While the pH values were not significantly affected by the applications, EC values differed significantly for

pepper and tomato plants.

Keywords: Rhizosfer, microbial activity, Ca+2 applications, tomato, pepper




98

Effect of Different Boron Contents in Irrigation Water on the Development of

Cotton

İbrahim Halil Çevik, Ali Fuat Tarı*

Department of Agricultural Structures and Irrigation, Faculty of Agriculture, Harran University, 63050, Şanlıurfa, Turkey


ABSTRACT

Lack of boron element negatively affects the plant growth, while the excess is toxic. The toxic effect of

boron varies from plant to plant. This study was carried out to determine the effects of irrigation waters

containing different concentrations of boron in the cotton plant, which is a plant with borax resistance. In this study, eight different experimental subjects (0, 1, 2.5, 5, 10, 15, 20, 25 ppm) were discussed. The

experiment was carried out in a randomized plot design and six replications. Plant growth was monitored

during the trial and the effect of boron on plant height, wet weight, dry weight, fiber quality, amount of boron deposited on leaf and soil was determined. It was determined that the amount of boron application

increased the yield. The content of boron in the irrigation water significantly influenced the length, age, dry

weight and fiber yield of cotton. In the study, plant height, wet weights and dry weights ranged from 51.5 cm to 63.0 cm, 131 g to 283 g and 55.97 g to 86.37 grams, respectively. At the same time, the increase

in boron content of irrigation water caused the accumulation of boron in the plant and soil.

Keywords: Boron, cotton, yield, quality, growth




99

Determination of Environmental Problems Caused by Agricultural Wastes in

Greenhouse Enterprises and Solution Suggestions

Sedat Boyacı1,*, Sinan Kartal

2

1Kırşehir Ahi Evran University, Faculty of Agriculture, Department of Biosystems Engineering, 40100 Kırşehir, Turkey

2Akdeniz University, Kumluca Vocational School, Department of Crop and Animal Production, 07350,

Antalya, Türkiye


ABSTRACT

This study was conducted in Kumluca district in the province of Antalya, Turkey. At the end of the life

span of the pollutants (plastic cover materials, chemical fertilizer and medicine boxes, post-harvest waste

and drip irrigation laterals), which have emerged in the greenhouse enterprises in the district and which have an impact on the environment, were evaluated and their environmental effects were determined. For this

purpose, surveys were conducted in 122 greenhouse enterprises. With the help of the obtained information, it

was determined that 97.5% of the greenhouse enterprises used polyethylene plastic with a service life of 1-7 years as covering material on the side wall and roof. It was determined that the cover material was burned at

the end of its service life at the rate of 4.92% or disposed of in rubbish bins. It was determined that wood and

coal were used as fuel type in the heating greenhouses, 61.02% of the wastes from these fuels were disposed

in trash cans and 38.98% of them were disposed in open areas outside the greenhouse. It was determined that 47.45% of the used fertilizer bags and 82.79% of the medicine boxes were disposed or incinerated in the

rubbis bins, 28.69% of the fertilizer bags and 15.57% of the medicine boxes were given to the junkman. It

was determined that 95.90% of the vegetable wastes from the pruning and 88.52% of the wastes from the harvest were disposed in a way that would harm the nature and the atmosphere. It was determined that drip

irrigation was applied as irrigation method in all of the enterprises, 6.56% of the drip irrigation laterals

whose life expired were burned and disposed in trash cans and 90.16% of them were given to junkman. As a

result of this study, it was determined that Kumluca district is one of the most experienced regions of Turkey in terms of greenhouse cultivation. Recycling of plastics and composting of plant wastes is an important

issue in order to prevent environmental pollution of plastic and plant wastes in the region. Therefore, the

establishment of agricultural waste collection centers in the region will contribute to the minimization of negative environmental impacts caused by waste in enterprises. However, increasing the service life by

increasing the additives added to the cover materials used in greenhouse enterprises and supporting scientific

research studies for the production of biodegradable plastic materials are very important in terms of reducing environmental pollution from greenhouse enterprisses and also sustainable greenhouse cultivation.

Keywords: Greenhouse, agricultural waste management, plastic, environmental impact, sustainability




100

Determination of the Suitability of Some Local Materials as Cooling Pad in

Greenhouses

Sedat Boyacı1,*, Adil Akyüz

2

1Kırşehir Ahi Evran University, Faculty of Agriculture, Department of Biosystems Engineering, 40100 Kırşehir, Turkey

2Kahramanmaraş Sütçü İmam University, Faculty of Agriculture, Department of Biosystems Engineering,

46100, Kahramanmaraş, Turkey


ABSTRACT

It is necessary to cool the greenhouses in order to reduce plant stress due to the high temperatures

occurring in the greenhouses and to offer quality products to the market. In this period, one of the most

effective solution used in cooling the greenhouse interior environment is the evaporative cooling method which converts the sensible heat to latent heat on the basis of working principle. For this purpose, in the high

tunnel with a floor area (3x5) of 15 m2, wet air conditioning was used to reduce indoor temperatures. In

order to ensure the humidification of the dry air taken from the outdoor environment in the air conditioner, six different applications have been tried. These applications are commercially used celdek pad, celdek

pad+shading net. Straw, straw+shading net and grater shavings, shavings+shading net were used as local

materials. According to the results, the highest cooling efficiency of Celdekped is 56.72%, whereas it is

67.45% when used with shading net. While the highest cooling efficiency in straw application was 29.96%, this ratio reached 32.77% when used with straw+shading tulle. The highest cooling efficiency in grater

shavings was 41.08%, and in the case of grater shavings+shading, this ratio reached 44.44%. As a result of

the study, it was determined that commercially produced Celdek pads gave more positive results in lowering greenhouse temperatures. The reason for the decrease in the success rate of the local materials is that the dry

air taken from the external environment is not able to transmit sufficient air through the cooling pads into the

greenhouse. Therefore, the cooling efficiency of the materials is reduced. In the studies to be carried out,

local materials that are considered to be used as cooling materials should have high moisture holding capacity and porous structure. This has been found to be very important in terms of increasing the cooling

efficiency and reducing indoor temperatures.

Keywords: Greenhouse, cooling pad, local material, cooling, cooling effect




101

The Effects of Deficit Irrigation Technique on Second Crop Sweet Sorghum

Biomass and Bioethanol Yield

M. Dündar1, Mustafa Ünlü

1,*, C. Yücel

2

1Department of Agricultural Structures and Irrigation, Faculty of Agriculture, Çukurova University, 01330,

Adana, Turkey

2Department of Field Crops, Faculty of Agriculture, Şırnak University, 73000, Şırnak, Turkey


ABSTRACT

The study was carried out in the year of 2017 in Çukurova University, Faculty of Agriculture, Department of Agricultural Structures and Irrigation. The aim of this study is to investigate the effects of

different irrigation water levels (I100, I75, I50, I25) applied during the plant development periods on the

biomass and bioethanol yields of the sorghum plant. In this research, irrigation water was applied to the experimental treatments between 479.6 mm and 227.8 mm. The dry matter yield was obtained in the study

ranged from 6007.4 kg da-1

to 3661.8 kg da-1

, and the highest amount of dry matter was obtained in the full

irrigation treatment. Irrigation water use efficiencies (IWUE) were determined between 16.07 kg da-1

.mm and 12.43 kg da

-1.mm. Water use efficiencies (WUE) were between 10.2 kg da

-1. mm and 9.4 kg da

-1.mm.

The yield respons factor (ky) value was determined as 1.17. The biomass yields were obtained between 8733

kg da-1

and 13300 kg da-1

and bioethanol yields were between 189 L da-1 and 326 L da

-1.

Keywords: Sorghum, Deficit Irrigation, Yield, Water Use Efficiency, Bioethanol




102

Investigation of TR63 Region Climate Conditions in terms of Greenhouse

Abdullah Nafi Baytorun1,*, Adil Akyüz

2, Sait Üstün

2, Ali Çaylı

2


Adana, Turkey

2Department of Biosystems Engineering, Faculty of Agriculture, Kahramanmaraş Sütçü İmam University, 46050, Kahramanmaraş, Turkey


ABSTRACT

With the rapidly increasing world population, demand for foodstuffs is increasing day by day. In order

to meet the demand for vegetables, fruits and food during the off-season, greenhouse cultivation with high

yields per unit area is becoming more and more important all over the world. The current situation was analyzed and feasibility studies were carried out in order to extend the modern greenhouse cultivation in the

provinces where geothermal resources are located, which was carried out within the scope of the Project of

Improving Alternative Production Methods implemented by the Ministry of Agriculture since 2012. Due to the demand for greenhouse products in winter, greenhouse cultivation has also been supported by

governments in recent years. In order to obtain high quality high yields from greenhouses, it is imperative

that the comfort area desired by the plants is regulated by heating, ventilation, shading and cooling. Controlling the climate in greenhouses has a significant impact on production costs. In this study, the

temperature values reached in different periods of the production period and the required heating, ventilation

and cooling times and the required amount of fuel and cooling water were determined. For this purpose,

long-term climate values of Hatay Osmaniye and Kahramanmaraş provinces in TR63 region were used.

Keywords: Greenhouses, heating, ventilation, shading, cooling




103

Briquetting of Corn Stalk as a Renewable Energy Source and Determination of

Physical Properties of Briquettes.

Mahmut Dok*, Mustafa Acar, Ayşegül E. Çelik, Gülhan Atagün, Ufuk Akbaş

Karadeniz Agricultural Research Institute, Tekkeköy, Samsun


ABSTRACT

Biomass is very important for Turkey which has a large amount of agricultural areas. Approximately

55-60 million tone wastes of biomass are produced from agricultural areas in Turkey every year. In this

study, dried and milled corn stalks are turned into a briquette to be used as a solid fuel and determined its

physical properties regarding quality of the briquette. The briquettes are produced in a spiral screwed briquetting machine which has 24 kW electric motor power. Milled corn stalk used in the study is dried as

moisture content will be under 10%. In the stage of briquetting, four different mould temperature and three

different particle size are studied. The briquettes are produced in 55 mm thickness as hexagon briquettes of which central bore diameter is 12-15 mm. Before physical tests, to provide stabilization of the briquettes,

they are waited in 20°C environment temperature during 7 days. Intensity of the briquette, endurance

resistance, fracture resistance, pressure resistance, heat of combustion, moisture, ash contents, emission values of stack gas and water resistance of the briquettes are determined as properties of the briquettes. As a

result of the conducted tests, in the produced briquettes it is seen that effect of the mould temperature is

unimportant on the fracture resistance, also effect of the particle size is unimportant on endurance and

fracture resistances. It is determined that the mould temperature and the particle size are markedly effective on examined other forms.

Keywords: Renewable energy, biomass, corn stalk, solid fuel, briquette.




104

Assessment of Irrigation Schemes with Quality Index in Mediterranean Region

Hasan Değirmenci1,*, Sinan Kartal

2

1Department of Biosystem Engineering, Faculty of Agriculture, Kahramanmaraş Sütçü İmam University,

46040, Kahramanmaraş, Turkey

2Department of Crop and Animal Production, Kumluca Vocational School, Akdeniz University,07350,

Antalya, Turkey


ABSTRACT

Performance of irrigation schemes in Turkey is not satisfactory level. The construction of a large

number of irrigation schemes and the management of them are important in terms of agricultural production.

The present study was conducted on 17 irrigation schemes from 6. region (Mediterranean region) of State Hydraulic Works (DSI) by using performance indicator for 11 years of monitoring and evaluation reports

from 2006 to 2016. A total of 16 performance indicators were examined in three groups (water distribution,

financial and agricultural activity productive efficiency indicators). In order to evaluate irrigation schemes, the performance indicators were analysed by principle component as well as the quality index of

multivariate statistical methods. The irrigation schemes of each irrigation region were evaluated among

themselves over the years. As a result, the most effective indicators were determined using the principle component analysis by reducing a large number of performance indicators. The quality index ensured the

ranking of success among the irrigation schemes in Mediterranean region. The performance indicator group,

which is effective in each scheme has changed scheme to scheme. According to mean values of performance

indicators for 11 years, irrigation ratio was found 86.25% in Ceyhan, relative water supply was found 4.71 in Düziçi Sabunsuyu, output per unit irrigated area was found 23866 $ ha

-1 in Anamur, maintenance, operation

and management cost per unit command area was found 502 $ ha-1 in Samandağ irrigation scheme.

According to quality index analysis, Bozyazı, Silifke and Anamur irrigation schemes have the highest performance while Karaisalı, Mut and Düziçi Sabunsuyu irrigation schemes have the lowest performance

during study period. As a result, it was determined that water delivery channels and irrigation methods

should be developed in order to increase the overall performance.

Keywords: Irrigation, irrigation schemes, performance indicators, principle component analysis, quality

index




105

Determınation of Water-Yield Relationship of Inoculated and Uninoculated

Soybean in the East Mediterrenean Climatic Conditions

Zeynep Karakaya, Berkant Ödemiş*

Department of Biosystem Engineering, Faculty of Agriculture, Hatay Mustafa Kemal University, 31040, Antakya, Hatay, Turkey


ABSTRACT

This research was carried out to evaluate the yield (seed yield), yield parameters (weight of 1000 seeds,

dry matter accumulation), vegetative (plant weight, leaf area index) and physiological characteristics

(stomatal conductance, chlorophyll content) of soybean as a response to different irrigation levels in East Mediterranean climatic conditions (Hatay Region). In the experiment, five irrigation level (as a depletion of

available water content water, 25, 50, 75, 100 and 125%) were treated. Drip irrigation system was employed

and irrigation frequency was planned as once a week troughout the irrigation season. According to results, the amount of applied irrigation water, evapotranspiration and water use efficiency ranged from 201.5-807.1

mm, 251.5-781.7 mm, 0.59-0.93 kg da-mm-1

, respectively. The seed yields in inoculated and uninoculated

treatments were 218.90, 328.07, 431.80, 449.33, 468.27 and 198.56, 295.80, 409.10, 473.03, 518.73 kg da-1 in I25, I50, I75, I100, I125 irrigation levels, respectively. The yield response to water (ky) was calculated as 0.63-

0.90. While the amount of irrigation water were found to be influential on the seed yield, the weight of 1000

seeds, the fat and protein contents, and dry matter content of the plant in the blooming and harvest, no effect

on the number of pod and flowers in blooming were observed. The chlorophyll content and stomatal conductance tended to decrease in all treatments toward the end of the irrigation season.

Keywords: Soybean, deficit irrigation, inoculation, stomatal conductance, chlorohyll content




106

Monitoring Soil Electrical Conductivity as an Agricultural Management Tool in

Drip-Irrigated Citrus Field via EM38

Burçak Kapur1,*, Mahmut Çetin

1, Harun Kaman

2, Eser Çeliktopuz

1


Adana, Turkey

2Department of Agricultural Structures and Irrigation, Faculty of Agriculture, Akdeniz University, 07058,

Antalya, Turkey


ABSTRACT

Soil salinity continues to be one of the vital environmental problems affecting both crop yields and soil

quality. In turn, the socio-economic status of the producers depends mostly on soil salinity development.

Therefore, monitoring spatial and temporal soil salinity at the field level is highly crucial, particularly for better soil management and crop production. Instead of long and tedious assessment of soil salinity via

laboratory analysis, electromagnetic induction (EM) technique is a widely used tool for mapping of

measuring the apparent bulk salinity (ECa) of a soil-water continuum. The primary objective of this study was to investigate the spatiotemporal variability of soil salinity in a drip irrigated citrus field –located in

Adana, Turkey− by using electromagnetic induction device, i.e. EM38. Both horizontal (EMh) and the

vertical (EMv) dipole orientations of EM38 device was utilized to assess the salinity development in the soil

depths of 1- (ECah) and 2-m (ECav), respectively. In order to convert ECa lectures to the standard soil salinity levels of ECe, calibration equations in turn for ECah and ECav were exclusively developed for the

site by following conventional soil sampling and salinity measurement in the laboratory. Our conclusion was

that calibration models were satisfactory with the correlations over 0.70. EM38 lectures were done each month, from April to September. After converting ECah and ECav readings by EM38 to the standard soil

salinity values of ECev and ECeh, respectively, interpretation of the standard soil salinity data reflected that

average salinity increased about 19 and 21% in the soil profile with the depth of 1- and 2-m soil,

respectively, in an irrigation season –stared in April and ended at the end of September. Additionally, a concrete-lined irrigation channel located the very close to the field caused an increase in soil salinity and

farther from channel the soil salinity values were decreasing. Thus, the irrigation water penetration could be

occurred from channel to the field. Consequently, our results demonstrate that this monitoring approach is able to be adapted successfully in practice so that the soil salinity could be quantified easily and rapidly.

Keywords: EM38, drip irrigation, citrus, salinity, Mediterranean climate




107

Drought Period Analysis using SPI for Mugla Province, Turkey

Ahmet Irvem*, Mustafa Ozbuldu

Department of Biosystem Engineering, Faculty of Agriculture, Hatay Mustafa Kemal University, 31040, Antakya, Hatay, Turkey


ABSTRACT

Monitoring of drought periods using drought indices is very important for water resources planning and

management. Standard Precipitation Index (SPI) is one of the most widely used drought indices. In this study, precipitation data were obtained from Nine meteorological stations located in Mugla province,

Turkey. Monthly precipitation data from 1968 to 2011 have been transferred to ReDIM software. SPI values

for each station were calculated for 12-month SPI. Some of the results obtained were mapped using

Geographical Information Systems (GIS). According to the results obtained for the 12-month SPI analysis under the “SPI <-1 drought period, the maximum number of dry periods with a 1-month period was

observed in Fethiye 10 times, Koycegiz 9 times and Dalaman 7 times. The number of dry periods in other

stations was between 2 and 5 times. The longest drought period (26 months) was observed in Milas, 24 months in Yatagan and 22 months in Bodrum and Mugla stations. Milas, Yatagan and Bodrum have to be

care more for future hydrological drought conditions.

Keywords: SPI, drought, Mugla, Ilwis, ReDIM




108

Effectiveness of GNSS-Based Tractor Auto Steering Systems in Crop Spraying

Mustafa Topcueri, Muharrem Keskin*

Department of Biosystems Engineering, Faculty of Agriculture, Hatay Mustafa Kemal University, 31060 Antakya, Hatay, Turkey


ABSTRACT

This study aimed to compare the pass-to-pass overlaps and spacings in adjacent parallel passes in

spraying with and without tractor automatic steering (AS). The data were obtained from 13 farmer fields (cotton, corn and peanut) to assess the performance of AS systems in real farmer conditions. Root mean

square errors (RMSE) of overlaps and spacings were determined on the maps generated from the coordinates

of the tractor recorded while spraying. Variations between the fields were also examined. The RMSE was

lowest (7.5 ± 1.7 cm) in the fields on which farmers used AS (with RTK correction signal) in all three operations of tillage, sowing and spraying. On the other hand, RMSE values were comparatively higher for

the fields on which farmers used AS only in ridge tillage but not in sowing and spraying (CORS-GSM: 46.1

± 6.5 cm, SBAS: 76.5 ± 13.9 cm). The fields with manually-steered ridge tillage, sowing and spraying (all three) had the highest RMSE value of 100.8 ± 27.8 cm (p<0.05). The mean RMSE in the manual spraying

(without AS) were found to be significantly higher than those using the AS (p<0.05). Based on the results,

AS systems were found to be beneficial in reducing the mean pass-to pass overlap and spacing errors (RMSE) in spraying. However, most of the farmers used AS only in soil ridge tillage and made the spraying

without AS by referencing marking flags and/ or soil ridges which were formed using AS. Main reason of

this is believed to be the high cost of AS systems and farmers cannot afford to equip all of their tractors. The

use of AS systems not only in ridge tillage but also in planting and spraying reduced the errors and increased the benefit of AS usage. The level of benefits from the AS could change from farmer to farmer; thus,

farmers should use the AS systems carefully with appropriate equipment settings to obtain a higher level of

benefits. Appropriate use of AS systems in spraying offers benefits to reduce overlap and gaps and the amount of pesticides resulting in lower amount of environmental pollution and pesticide residues on crops,

lower application time, lower fuel and lower labor consumption and costs.

Keywords: GNSS, auto steering, benefit, spraying, overlap, gap, error

Acknowledgements: This paper was produced from Mustafa Topcueri’s Master study thesis.




109

FULL TEXT PROCEEDINGS


110

Assessment of Ammonium, Nitrate and Phosphorus Pollution in the Asi River

Necat Ağca*, Kemal Doğan

Department of Soil Science and Plant Nutrition, Faculty of Agriculture, University of Hatay Mustafa Kemal, 31040, Antakya/Hatay, Turkey


ABSTRACT

In this research, it was aimed to determine ammonium (NH4+), nitrate (NO3

-) and phosphorus (P)

concentration and to evaluate their pollution levels in the Asi river. For this purpose, a total of 32 water samples were taken from the Asi river water in four different periods and eight different points together with

the geographical coordinates of the points as determined by GPS. Water samples were analyzed for

temperature (T), total salt (TT), total dissolved solid (TDS), NH4+, NO3

- and P. Descriptive statistical

analyses were performed to characterize distribution of physicochemical properties of water samples. In addition, Anova test was used to explain differences between sampling points and times. Furthermore,

pollution degrees of NH4, NO3 and P in waters were evaluated comparing standard values. According to

results of descriptive statistical analysis, T, TT, TDS, NO3, NH4, P, concentrations determined between 13.0- 29.3

oC, % 0.043-0.084, 578.5-1097.0, 1.23-11.44 mgL

-1, 0.44-8.93 mg L

-1, 0.5-1097 µgL

-1, respectively.

NO3-

and P contents in all samples were found lower than permissible limits for drinking and irrigation

purposes. The variation of TDS, TT and NH4 values among sampling sites were significant (p<0.05). The spatial changes in T and NO3

- values of the water were statistically significant, at 0.01 level, also. According

to NH4+

, NO3- and P values, all of the water samples are suitable for drinking and irrigations. As a

conclusion, there was no NH4, NO3 and P pollution in Asi River samples.

Keywords: Asi River, Surface water, nitrate pollution, ammonium pollution, phosphorus in Asi River


1. INTRODUCTION

Water quality is influenced by natural processes including precipitation rate, weathering processes, and

sediment transport and also by anthropogenic activities including urban development and expansion, and

industrial and agricultural practices. Pollution of surface water with toxic chemicals and excess nutrients, resulting from storm water runoff, vadose zone leaching, and groundwater discharges, has been an issue of

worldwide environmental concern. Therefore, effective and long-term management of surface water requires

a fundamental understanding of hydro-morphological, chemical, and biological characteristics. However, due to spatial and temporal variations in water quality, a monitoring program, providing a representative and

reliable estimation of the quality of surface waters, is necessary (Shrestha and Kazama 2007; Guangjia et al.

2010).

Ammonium nitrogen (NH4 +-N) is a widely used indicator to assess water quality of lakes, streams and

other water bodies. Usually, concentration of ammonium nitrogen in moving water is very low, unless the

water is seriously polluted by industrial waste and domestic sewage. If ammonium nitrogen levels are too

high, they are toxic to some aquatic organisms; but if the content is moderately high, algae and aquatic plants may grow rapidly (Wang et al., 2016).

This study aimed to assess the Asi river water in terms of human health and suitability for irrigation

based on physicochemical variables (temperature (T), total dissolved solid (TDS), total salt (TT),

phosphorus (P), nitrate (NO3-) and ammonium (NH4

+).


111

2. MATERIAL AND METHODS

The lower Orontes Basin within 7796 km2 is located in the southern Anatolia (36°45' – 38

°15' N and

35°50' - 37

o16' E) and neighbored by the Euphrates Basin in the east, the Ceyhan Basin in the north, the

Mediterranean Sea in the west and the Syrian border in the South (Ağca et al., 2009). The main flow rate of

the Orontes River ranged annually between 2.39 (in July) and 22.96 m3 s

-1 (in February) according to the

data of the period between 1995-2002 (Eie, 2003).

The 8 sampling sites were selected along the Turkish section of the Asi river. The samplings from 8 different sites were made on the same day. Sampling was carried out at four different times: starting in May

2017, and continuing in August 2017, November in 2017, and February in 2018. Total of 32 water samples

taken from the Asi River. The samples were placed in clean glass bottles and kept refrigerated at 4 oC until

all the laboratory analyses were completed. Coordinates according to UTM system of water sampling sites

were recorded in the field using a Magellan Explorist 600 Geographical Positioning System (Table 1).

Table 1. The Geographical coordinates of sampling points in the Universal Transverse Macerator (UTM) system

Point number Coordinates

Point number Coordinates

East North East North

1 262282 4014395 5 252521 4015752

2 259641 4016824 6 248364 4015391

3 258954 4017425 7 244978 4011816

4 255599 4018378 8 243909 4009205

Water samples were analyzed for temperature (T), total salt (TS), and total dissolved solid (TDS), ammonium (NH4

+), nitrate (NO3

-) and phosphorus (P). TDS, TT, TDS, NH4

+ and NO3

- were measured in

situ immediately after collection with YSI Professional plus instrument (Pro Plus). Phosphorus was

determined molybdophosphoric blue color using ascorbic acid method (Murphy and Riley 1962), and its

concentration was measured using spectrophotometer (Shimadzu UVmini/1240V) at 882-nm wavelength. Descriptive statistical analyses such as mean, standard deviation, minimum and maximum

concentration were performed to characterize distribution of physicochemical properties of water samples.

In addition, Anova test was used to explain differences between sampling points and times. All statistical analyses were performed using SPSS 17.0. statistical software. Furthermore, pollution degrees of NH4

+,

NO3- and P in waters were evaluated comparing standard values.

3. RESULTS AND DISCUSSION

Results of descriptive statistics analyses of properties in the Asi river water are given in Table 2. The values of temperature (T), total dissolved solid (TDS), total salt (TT), phosphorus (P), nitrate (NO3

-) and

ammonium (NH4+) in the all sampling points and all sampling periods varied from 13.50

oC (period no.4,

point no. 8) to 29.30 oC (period no.2, point no. 4), 578 mg L

-1 (period no.2, point no. 1) to 1097 mg L

-1

(period no.3, point no.8 ), 0.43 ppt (g 100 g-1

)(period no.2, point no. 1) to ile 0.84 ppt (period no.2, point no. 8), 0.50 µg L

-1 (period no. 1, point no. 7) to 904.5 µg L

-1 (period no.2, point no. 8), 1.23 mg L

-1 (period no.2,

point no. 8) to 11.44 mg L-1

(period no.1, point no. 8), 0.44 mg L-1

(period no.2, point no. 1) to 8.93 mg L-1

(period no.2, point no. 8), respectively. According to results of Anova test, the differences in TDS, TT, P and NH4

+ values among sampling sites were significant (p<0.05). The differences in other parameters among

sampling sites were not significant. The changes in T and NO3- values of the water among sampling periods

were found statistically significant at 0.01 level, also. Similar results were indicated by Agca et al. (2009). The hydrochemical properties of the Asi river water are compared with the standard guideline values

proposed by World Health Organization (WHO 1997) to assess the suitability for drinking water. All of the

waters are above the maximum desirable limit of 500 mg L-1

of TDS, which indicates that the water can be

can be used for drinking purpose without any risk. None of the water samples from the Asi river exceeded the desirable limit of 50 mg L

-1 for NO3

- as recommended by WHO (2004). Still, all the waters are lower

than the maximum desirable limit of 2.2 mg L-1

of P which can be used for drinking recommended by Food

Standards Agency (2003). Similar results were reported by Agca et al. (2018). In the17 water samples, T values exceeded the permissible limit of 25 °C suggested for very high

quality classes by TWPCR (2008). In the all water samples, The NO3-N values are lower than the

maximum recommended concentration for irrigation water of 44 mg L-1

NO3- proposed by Ayers and

Westcot (1994). In 4 of 32 samples, NH4-N contents were higher than the maximum permissible limit for irrigation water of 6.1 mg L

-1 NH4

+ as recommended by Ayers and Westcot (1994). According to the Food


112

Standards Agency (2003) and FAO (Ayers and Westcot 1994), PO4-P limits are 2.2 and 2.0 mg L-1

, respectively. None of the groundwater samples in this study exceeded both P limits.

Table 2. Descriptive statistics of water properties in study area

Properties Period Minimum Maximum Mean Standard deviation Coefficient of variation

T (°C)

1 24.10 25.90 24.78 0.76 3.07

2 26.50 29.30 27.80 0.83 2.98

3 25.40 26.60 26.12 0.41 1.57

4 13.50 15.10 14.25 0.63 4.42

Total 13.50 29.30 23.24 5.42 23.28

TDS

(mg L-1)

1 650 994.5 767 139.93 18.2 2 578 1741 669.44 52.25 7.8

3 650 1097 776.81 194.67 25.38

4 628 696 677.19 21.83 3.22

Total 578 1097 720.11 126.38 17.50

TS (ppt)

1 0.49 0.76 0.58 0.11 18.60

2 0.43 0.56 0.50 0.04 7.92

3 0.49 0.84 0.59 0.15 25.59

4 0.51 0.53 0.52 0.01 1.34

Total 0.43 0.84 0.55 0.09 17.89

P (µg L-1)

1 0.50 57.00 18.75 21.89 116.75

2 7.00 904.50 132.45 312.13 235.66

3 6.00 313.50 66.19 101.95 154.02

4 9.00 304.50 88.06 96.42 109.49

Total 0.50 904.50 76.11 168.19 220.98

NO3

(mg L-1)

1 4.46 11.44 7.19 2.82 39.2 2 1.23 3.5 2.31 0.82 35.5

3 3.66 6.97 4.41 1.05 23.8

4 1.29 2.68 1.91 0.43 22.51

Total 1.23 11.44 3.96 2.60 65.65

NH4

(mg L-1)

1 0.56 8.17 4.43 2.77 62.52

2 0.44 8.93 2.57 3.70 143.96

3 0.51 1.78 0.80 0.43 53.75

4 1.41 3.84 2.26 1.07 47.34

Total 0.44 8.92 2.52 2.62 103.96

In order to quantitatively analyze and confirm the relationship among physicochemical parameters of water samples, Pearson’s correlation analysis was applied to the data and presented in Table 3. There were

statistically important biggest positive correlations between TT and TDS at 0.01 level (r2=0.981). In

addition, NO3- had a positive correlation with TDS and TT (p<0.01). A significant positive correlation was

found to exist between NH4+ and P at 0.05 level.

Table 3. Correlations coefficient (r) between physicochemical parameters (n= 32)

P T TDS TT NO3

T 0.015

TDS 0.019 0.176

TT 0.028 0.138 0.981**

NO3 -0.204 0.329 0.482**

0.465**

NH4 0.437* 0.044 0.322 0.306 0.228

* Significant at 0.05 level; ** significant at 0.01 level

4. CONCLUSIONS

The highest and the lowest mean temperature in the Asi water were determined in the second and third

period, respectively. This difference was probably resulted from the differences air temperature among the sampling period.

There was no NO3 and P pollution in the Asi river water samples. However there were NH4 pollution

recorded only in four water samples. This situation indicates the presence of local pollution. The results


113

revealed that there was no NO3, NH4 and P pollution in the Asi river water and is suitable for drinking and irrigation purpose.

ACKNOWLEDGEMENTS

This research was supported financially by Hatay Mustafa Kemal University Coordinatorship of

Scientific Research Projects (project number: 16580).

REFERENCES Ağca N, B Ödemiş & M Yalçin. 2009. Spatial and temporal variations of water quality parameters in Orontes

River Hatay. Turkey. Fresenius. Envir. Bulletin, 18-4.

Ağca N, K Doğan & S Karanlık. 2018. Amik ovasındaki yüzey sularında amonyum, nitrat, fosfor ve ağır metal

kirliliğinin belirlenmesi. Mustafa Kemal Üniversitesi Ziraat Fakültesi Dergisi, 23(2):197-203.

Ayers R. S, DW Westcot. 1994. Water quality for agriculture. FAO Irrigation and Drainage Paper No. 29, Rev. 1.

EİE, 2003. General Directorate of electrical power resources survey and development administration observations

of water qualities in Turkey Rivers. Ankara, Turkey.

Food Standards Agency, 2003. Safe upper levels for vitamins and minerals Published by Food Standards Agency

p 293-299 (ISBN 1-904026-11-7).

Guangjia J, L Dianwei, K Kaishan, W Zongming, Z Bai & W Yuandong. 2010. Application of multivariate model

based on three simulated sensors for water quality variables estimation in Shitoukoumen reservoir, Jilin

province, China. Chinese Geographical Science, 20(4), 337–344.

Murphy J, JP Riley. 1962. A modified single solution method for determination of phosphate in natural water.

Analytica Chimica Acta, 27: 31–36.

Shrestha S, F Kazama. 2007. Assessment of surface water quality using multivariate statistical techniques: a case

study of the Fuji river basin, Japan. Environmental Modelling & Software, 22:464–475.

Wang S, A Lu, S Dang & F Chen. 2016. Ammonium nitrogen concentration in the Weihe River, central China

during 2005–2015. Environ Earth Sci., 75:512

WHO, 1997. Guidelines for drinking-water quality, vol 1. World Health Organization, Geneva

WHO, 2004. Guidelines for Drinking-water Quality, vol.1. Recommendation. World Health Organization,

Geneva, ISBN 92 4 154638 7.

http://www.mku.edu.tr/departments.aspx?birim=66

http://www.mku.edu.tr/departments.aspx?birim=66


114

Modal Analysis of Different Boom Designs of Field Sprayers with a CAD

Program

Medet İtmeç*, Ali Bayat

Cukurova University, Faculty of Agriculture, Department of Agricultural Machinery and Technologies Engineering, 01330, Adana, Turkey


ABSTRACT

In Turkey, tractor mounted field sprayers are one of the most used plant protection machines.

Domestically made field sprayers’ booms have different design types. Vibrations on field sprayers booms

which exist because of soil unevenness, differ according to the design types of these field sprayers boom.

During the spraying operation, stability of a field sprayer boom effects the success of the spraying operation. If vibration increases, spray patterns damage. By the aid of a survey most widely manufactured and sold in

Turkey, field sprayers are determined as 10 m sprayer boom width however with different boom designs.

Design types of most widely manufactured field sprayers are modelled and analysed with modal analysis in a CAD (Computer Aided Design). Results of modal analysis of three different types of sprayer booms

(simple beam, simple beam with cantilever beam profile tip and fully cantilever beam profile) are evaluated

and compared with each other. As a result fully cantilever beam profile system’s natural frequency is 8.45 Hz which vibrates less than other designs under own load.

Keywords: Modal analysis, field sprayer boom, natural frequency


1. INTRODUCTION

In agriculture, importance has been attached to the selection and requirements of plant protection machines as far as, the place and the importance of plant protection is understood. Tractor mounted field

sprayers are mostly used plant protection machines. During the spraying operation, as the tractor move in the

field, because of soil unevenness vibrations exist on field sprayers’ booms. These uncontrolled vibrations damage spray deposit, spray pattern and leaf coverage, and also cause drift. In this case, the yield of

agricultural products is directly affected. Nation (1982) explained that to resist these uncontrolled vibrations

field sprayer booms must be rigid as possible. Comprehensive studies have been performed on vibration

characteristics of the sprayer’s boom and affects on sprayer. (Herbst and Wolf, 2001; Jeon et al., 2004; Anthonis and Ramon, 2003; Parloo et al., 2003; He et al., 2014; Hostens et al., 2000; Clijmans et al., 2000;

Kennes et al., 1999; Lardoux et al., 2007; Ooms et al., 2002; Sinfort and Herbst, 1996; Zhao et al., 2016.)

Kennes et al. (1998) investigated modal analysis of a tractor mounted field sprayer with 12 m boom width by the finite element method. The vibrations traveled to a frequency of 0.3 Hz to 3 Hz at a width of 2

cm. When the effect of vibrations on the spraying process is noticed, the vibration-damping elements are

being used more frequently in the field sprayer booms. Nielsen and Sorensen (1998) investigated effects of the active and passive suspensions in their study. As active suspension elements, cylinder and spring are

used. Passive suspension element is construction of the field sprayer boom. According to results it is

understood, both active and passive system must be in a field sprayer boom for damping vibrations.

Langenakens et al. (1995) experimentally investigate the field sprayer boom vibrations in the vertical axis via experimental modal analysis. In the study, it is shown that how much the field sprayer boom is

influenced, because of the soil unevenness and tractor tires’ air pressure. Borchert and Schmidt (2015)

studied on vibrations of the field sprayer boom on horizontal axis. Mathematical model of field sprayer is created in Matlab/Simulink for modal analysis. After viscous damper is applied to system, vibrations of field

sprayer boom is decreased rate of %40.



115

In Turkey, most of field sprayers’ booms are manufactured randomly, and without any engineering calculations. By the aid of a survey (is not scope of the study) which was applied to manufacturers, most

widely manufactured field sprayers’ booms were determined in Turkey. According to survey data, vibration

characteristics of most widely manufactured field sprayers’ booms’ constructions with 10 m width are

compared via modal analysis. Aim of the study to determine the best field sprayer boom design to increase efficiency of spraying.

2. MATERIALS AND METHODS

a) CAD Program Autodesk Inventor 2017

There are many engineering programs aimed at more accurate engineering solutions by making design

faster. And also they can do computer aided drawing (CAD), computer aided manufacturing (CAM), as well as flow analysis, heat analysis, static and dynamic analysis. Autodesk Inventor 2017 Educational, one of the

most widely used three-dimensional design programs, is one of the most important of these tools. Thanks to

the modules in this program, any machine or product can be designed parametrically. Even a mistake that

occurs on the basis of design on this page can be easily corrected without many changes. In the parts library, various bolt-nuts, profiles, gears, shafts etc. used by everyone. With machine elements, different types of

machines can be easily modeled. In this way, a system designed parametrically is analyzed according to the

engineering problem, and then it is possible to design the machine or product created from scratch. There is a decrease in the number of prototypes that are actively used and the desired result can not be obtained, so

better designs can be made for lower costs.

b) Widely Manufactured Field Sprayer Booms

In the questionnaire survey, the most commonly manufactured field sprayer boom types of the

manufacturers were identified. Each of these design types has been given a name. The boom designs of the most commonly manufactured sprayers with a tank capacity of 400 l and boom width of 10 m were

evaluated in modal analysis work. Here, the weights of nozzles, hoses, valves, and apparatus connecting

these elements to constructions are neglected. One of the most commonly used field sprayers' boom designs is simple beam with cantilever beam

profile tip. (Fig. 1) There is a spring system that prevents horizontal vibrations. However, this model is not

included since vertical movements will be examined in the study. There is no damping element used in the vertical direction.

Figure 1. General demonstration of the simple beam with cantilever beam profile tip boom design


116

One of the most commonly used field sprayers’ boom designs is simple beam with (Fig.2) There is a spring system that prevents horizontal vibrations. However, this model is not included since vertical

movements will be examined in the study. There is no damping element used in the vertical direction.

Figure 2. General demonstration of the simple beam boom design

Lastly of the other widely manufactured field sprayer encountered is fully cantilever beam profile

system (Fig. 3). There is no truss in this system. There is a spring system that prevents vibrations in the horizontal axis. However, this is not included in the study because vertical motion will be examined. Steel

rope was used in the system to damping the movements in the vertical direction. This will not be included in

the analysis program, but will be included in the discussion of the results.

Figure 3. General demonstration of the fully cantilever beam profile boom design

The other properties of these three booms are compared at the Table 1.

Table 1. Design Properties of widely manufactured field sprayer booms

Field Sprayer Boom Type Length of One Side

(mm)

Weight of One

Side (kg)

Profiles

Used Damping Element

Simple Beam Profile 3 260 10.315 a* available on both axis

horizontal axis (spring)

Simple Beam with Cantiliever

Beam Profile 3 233.5 16.033 a*, b*

available on horizontal axis

(spring)

Fully Cantilever Beam Profile 3 251 17.322 b*,c*

available on both horizontal

axis (spring), vertical axis (cable)

a*:25mm *25mm *2mm square profile

b*:40 mm * 40 mm * 3 mm rectangular profile

c*:60 mm* 40 mm* 3 mm rectangular profile


117

c) Modal Analysis and CAD Application

Modal analysis is used to determine vibration characteristic of a body under a load. Modal Analysis can

be applied both Mathematically and Experimentally also in 3D CAD programs. General vibration

characteristic of a system can be defined as below;

(1)

One of mostly manufactured field sprayer boom’s construction is determined. The field sprayer boom

has no damping element on it. Therefore mathematical defining of undamped free vibration system can be as

below;

(2)

To solve the differential equation, as coefficient of differential equation and x is function of t; (Rao, 2004).

( ) (3)

From here;

( ) and (4)

( ) (5)

√

(rad/s) (6)

(7)

In modal analysis with finite element method, general mathemetical defining of a field sprayer boom

can be definined as above. (Rao, 2004). Equation 6 was used in the Autodesk Inventor 2017 Educational to calculate the free vibration

characteristics of the constructions in the study. The lower the vibration frequency of a system, the more

rigid the structure is. each field sprayer boom vibrates during operation. The weight of the field sprayer, the

spring coefficient of the material of the booms, determines the free vibration characteristic of the system. In this study, only the vibration frequencies in the vertical direction are considered. Horizontal vibrations are

also a study topic.

Firstly, all three designs are modelled in Autodesk Inventor 2017 Educational (CAD program). The materials of the field sprayers were selected as St 37-2 (S235 JR) and modal analyzes were performed

(Table 2).

Table 2. Properties of S235 JR (St 37)

Density (g/cm3) 7.85

Yield Strength (MPa) 207

Ultimate Strength (MPa) 345

Young Modulus (GPa) 220

Poisson Ratio (ul) 0.275

Shear Modulus (GPa) 86.2745

Then, in the Autodesk Inventor 2017 Educational, the Stress Analysis section, where the finite element method was applied, was selected and the analysis was chosen as the modal analysis. The field sprayer

booms are fixed from where they are fastened, then the weight of each field sprayer boom is applied from

their own center of gravity of the spray booms. Nozzle, hose, joining elements weights and hydrostatic

weights are not taken in account. The contact of the parts with each other has been automatically established so that the contacts with the participants of the relevant participants are established so that their contacts are

realized. Subsequently, thin sections and objects were detected. In this way, nodes that are called mesh in the

system can be discarded. The mean mesh element size was then set to 0.080 for a more precise calculation in


118

order to achieve a more precise mesh in the system. Then the related inputs are analyzed for program to reveal the results.


To start with, three field sprayers with 400 l tank capacity, 10 m arm width are assembled and welded

after being modeled in 3D CAD program. Then own weights are applied from center of gravity, and modal

analysis are applied. Simple beam with cantilever beam profile tip, the weight of this field sprayer boom is 10.313 kg totally.

This sprayer boom has two parts, each weight of these pieces applied from each center of gravity. That is,

14.941 N from the center of gravity to the end piece, and 86,245 N from the center of gravity to the inner piece. According to these datas, natural frequency of simple beam with cantilever beam profile tip is 27.81

Hz (Figure 4).

Figure 4. Result of modal analysis of simple beam with cantilever beam profile tip

Simple beam boom design the weight of this field sprayer boom is 16.033 kg totally. This sprayer

boom has two parts, each weight of these pieces applied from each center of gravity. That is, 43.28 N from the center of gravity to the end piece, and 114 N from the center of gravity to the inner piece. According to

these datas, natural frequency of simple beam is 21.64 Hz (Figure 5).

Figure 5. Result of modal analysis of simple beam

Fully cantilever beam profile boom design the weight of this field sprayer boom is 17.032 kg totally. This sprayer boom has two parts, each weight of these pieces applied from each center of gravity. That is,


119

54.52 N from the center of gravity to the end piece, and 115.4 N from the center of gravity to the inner piece. According to these datas, natural frequency of simple beam is 8.45 Hz (Figure 6).

Figure 6. Result of modal analysis of fully cantilever beam

According to these datas, natural frequency of the fully cantilever beam is lowest. These means, the

fully cantilever beam will be vibrate less than others under its own weight. It has also steel cable on it which

is not taken into account. This steel cable also has damping affect. Beside the vibration as can be seen in

Figure 6, these design is also easy to manufacture.

4. CONCLUSIONS

The amplitude of the frequency occurring in the study is instantaneous, and the vibration waves can increase each other or even the two waves can damp each other. However, natural frequency values are

important here. As the rigidity of the construction increases, the vibration of the field sprayers will decrease.

This is an important design parameter. The field sprayer will have less vibration when it reaches a more rigid

structure with the design. This will reduce pesticide that applied to the plant due to vibration caused by vibration during the spraying. When the general structure of this sprayer boom is examined, it seems that the

manufacturing is easy and the manufacturing cost is low. For this reason, it will be more advantageous for

the user to choose this type sprayer boom design.

REFERENCES Anthonis J & H Ramon. 2003. Design of An Active Suspension To Suppress The Horizontal Vibrations of A

Spray Boom. Journal of Sound and Vibration, 266: 573–583.

Borchert A & R Schmidt. 2015. Modelling, Simulation And Optimization Of Agricultural Sprayer Boom

Horizontal Motion Behaviour. LANDTECHNIK, 70(4): 132–138.

Clijmans L, J Swever, J De Baerdemaeker & H Ramon. 2000. Sprayer Boom Motion, Part 1: Derivation of the

Mathematical Model using Experimental System Identification Theory. J. agric. Engng Res., 76: 61-69.

He Y, B Qiu & Y Yang. 2014. Simulation Analysis of Isolation about Spray Boom. Advanced Materials Research

Vol. 900: 742-745.

Herbst A & P Wolf. 2001. Spray Deposit Distribution from Agricultural Boom. Sprayers in Dynamic Conditions. Paper Number: 01-1054. ASAE, USA.

Hostens I, J Anthonis, P Kennes & H Ramon. 2000. Six-degrees-of-freedom Test Rig Design for Simulation of

Mobile Agricultural Machinery Vibrations. J. agric. Engng Res.,77(2): 155-169.

Jeon HY, AR Womac, JB Wilkerson & WE Hart. 2004. Sprayer Boom Instrumentation For Field Use. Vol. 47(3):

659−666. ASAE, USA. Kennes P, J Anthonis & H Ramon. 1998. Modelling and Optimization of the Dynamıc Behaviour of Sprayer

Booms. IFAC Workshop on Intelligent Components for Vehicles (ICV'98), Seville, Spain, 23-24 March.


120

Kennes P, J Anthonis, L Clijmans L & H Ramon. 1999. Construction of A PortableTest Rig to Perform

Experimental Modal Analysis on Mobile Agricultural Machinery. Journal of Sound and Vibration, 228 (2):

421-441.

Langenakens JJ, H Ramon & J De Baerdemaeker. 1995. A model for measuring the effect of tire pressure and

driving speed on the horizontal sprayer boom movements and spray patterns. Transactions of the ASAE, 65-

72.

Lardoux Y., C Sinfort, P Enfalt & F Sevila. 2007. Test Method for Boom Suspension Influence on Spray

Distribution, Part I: Experimental Study of Pesticide Application under a Moving Boom. Biosystems Engineering, 96 (1): 29–39.

Nation HJ.1982. The Dynamic Behaviour of Field Sprayer Booms. J. Agric. Engng Res., 27: 61-70.

Nielsen HS & PH Sorensen. 1998. Active Suspension for A Field Sprayer Boom. IFAC Control Applications and Ergonomics in Agriculture, Greece.

Ooms D, F Lebeau, R Ruter & MF Destain. 2002. Measurements of The Horizontal Sprayer Boom Movements

By Sensor Data Fusion. Computers and Electronics in Agriculture, 33: 139-162.

Parloo E, P Guilaumme, J Anthonis, W Heylen & J Swevers. 2003. Modelling of Sprayer Boom Dynamics by

Means of Maximum Likelihood Identification Techniques, Part 1: A Comparison of Input-output and Output-

only Modal Testing. Biosystems Engineering, 85 (2): 163–171.

Rao SS. 2004. Mechanical Vibrations. Pearson Miami. ISBN 978-0-13-212819-3.

Sinfort C & A Herbst. 1996. Evaluation of The Quality of Spray Distribution From Boom Sprayers in Practical

Conditions. Bullciitl OEPP EPPO Brillc, 26: 27-36.

Zhao X, X Liu, J Yuan & R Chen. 2016. ADAMS and ANSYS based Mechanism Optimization of

Multifunctional Sprayer and Performance Test. International Workshop of Advanced Manufacturing and

Automation (IWAMA 2016).


121

The Current State of Sprayer Manufacturers in Turkey and Some Strategies for

the Future

Ali Bayat, Medet İtmeç*

Cukurova University, Faculty of Agriculture, Department of Agricultural Machinery and Technologies Engineering, 01330, Adana, Turkey


ABSTRACT

In Turkey, domestic tractor mounted crop sprayers are one of the most used plant protection machines.

Manufacturers of crop sprayers manufacture crop sprayers which have different tank volumes, work widths,

nozzles, control units etc. available on it to produce very different types of products. In this study, a survey

on tractor mounted crop sprayers was conducted by interviewing face to face with nineteen different manufacturers total, taking into consideration the factories which produced the most crop sprayers in nine

different cities in Turkey and technical information about tractor mounted crop sprayers boom manufactured

by the companies. Technical issues about companies and products for sprayer manufacturers; compliance machine safety regulations, costs of steel components of sprayers were asked and the data obtained were

evaluated. According to the results obtained, 48% of the companies manufacture crop sprayers with 400 l

tank capacity and 10 m sprayer boom width most commonly, 94.74% of the manufacturing companies stated that they produce the products which are in compliance with the Machinery Safety Directive and 35.46% of

them are consumables as the highest cost in the production of the sprayer booms. Advices of decreasing

manufacturing cost, machine safety regulations and suitability of related standarts TS 4807 and TS 4808 also

made.

Keywords: Crop Sprayers, machinery safety directions, cost of field sprayer boom manufacturing.


1. INTRODUCTION

In Turkey, there are 1.169 thousand sprayers that consist of approximately 416 thousand field, 117

thousand orchards, 628 thousand backpack sprayer and 18 thousand other types of sprayers in use. Total arable areas are approximately 24 million hectares and about 84 percent of these areas are used for filed crop

production, others are for orchard plants. Due to this production pattern, field crop boom sprayers are mostly

used in Turkey.

Since pesticide spraying affects the yield and quality of the product, the application of the process as a uniform to all the plants in the area is the main aim of the pesticide treatment. Pesticide application machines

and equipment are also designed and produced for this purpose. Locally made plant protection machines

have replaced plant protection equipment, which entered into the agriculture of Turkey, by importation. Nowadays, numbers of high quality plant protection manufacturers are increasing. Beside these, plant

protection equipment can be manufactured without engineering calculations. Because of that reason failure

can be occur during the working of the plant protection machines. There are more than 150 sprayer manufacturing companies in Turkey.

Demir and Çelen (2005) conducted a survey on the situation and problems of field sprayer in 718

agricultural enterprises in Tekirdag province of Turkey. In the study, it was stated that the field sprayers

which are subjected to the survey changed between 300-800 liters of tank capacity and about 69.7% of the field sprayers had a tank capacity of 400 liters. Also % 43 of these field sprayer has 12 m boom width.

Yurtlu et al. (2012) found that farmers' level of education on safe machine use was low in their research

on risk perceptions of agricultural machine use. The risk importance ratings of plant protection machines (sprayers, atomizers, dusters, fogging machines, etc.) were determined in the study and it was stated that the



122

plant protection machines took second place after agricultural transportation means within all agricultural machines with a total score of 356.8.

Demir (2015) was intended to determine the projection of plant protection machines in the Central

Anatolia Region of Turkey. The use of tractor mounted field sprayer’s number increased from 37 289 in

2004 to 43 278 in 2013. According these data as calculated foreseen projection of field sprayers’ number will be 50 640 in 2023.

The objective of this study was to determine the state of Turkish agricultural sprayer manufacturers via

a survey, taking into some considerations such as; tank capacity, boom width, technical issues about companies and products for sprayer manufacturing; compliance machine safety regulations, costs of steel

components of sprayers


In this study, a survey organized for the tractor mounted field sprayer manufacturers to search the spray boom widths, tractor power, storage capacity etc. issues in Turkey. Addition to this, manufacturers have

been able to identify innovation considerations for field sprayer boom manufacturing, compliance with

machine safety, maintenance. Face to face interviews were held with 19 tractor mounted field sprayer

manufacturers from 9 provinces of Turkey (Adana, Aydın, Burdur, Bursa, Istanbul, Konya, Manisa, Mersin, Şanlıurfa) for this purpose.

3. RESULTS AND DISCUSSIONS

The data obtained as a result of survey work are presented in the following subheadings.

Evaluation of Sprayer Tank Capacities and Boom Width

According to survey results firstly, it is understood that all manufacturers are manufacturing the tractor mounted field sprayers with 400 l, 600 l, 800 l and 1000 l nominal tank capacity. Beside these 100 l, 200 l,

300 l, 500 l, 1200 l, and 1600 l are also manufactured but not used widely (Figure 1).

Figure 1. Manufacturing percentages of nominal tanks capacities in companies (liter)

Despite the fact the field sprayer with 1200 and 1600 liter tank capacities are available in the manufacturers, according to the standard TS 4807 (current standard of Turkish Standard Institute about

tractor mounted field sprayer) tractor mounted type field sprayers are not suitable for 1200 l and 1600 l tank

capacities because of overturn of tractors. However, manufacturers still offer these machines in the market, ignoring the relevant standard.

As in Figure 1, mostly manufactured tanks’ (400 l, 600 l, 800 l, 1000 l) relation with field sprayer boom

width is searched. According to results, 48 % of companies are manufacturing 400 l tank capacity with 10 m boom width, beside this 39.68 % of companies are manufacturing 600 l tank capacity with 12 m boom

width, 25.48% of companies are manufacturing 800 l tank capacity with 16 m boom width, 25.18% of

companies are manufacturing 1000 l tank capacity with 16 m width. As known, big tank capacities have

high chasis of crop sprayers. Whether the boom width increase, vibrations on the crop sprayer boom also increase. To prevent this, chassis and boom width must have relevance ratio which must increase both

storage tank capacity and boom width as in relationship of prototype and model. This standardization will

decrease failures in applications.


123

Relevance of Compliance Machine Safety Regulations (European Machinery Directive 2006/42/EC) of

Tractor-Mounted Field Sprayers

In survey, it was questioned that if the tractor mounted field sprayers are proper for CE document. For

94.74 % of the companies, CE document is available. Then it was asked that if clean water is available for cleaning the field sprayer. As an answer, 94.74 of companies denote that there is cleaning water tank on the

field sprayer. According to results, 73.68% of companies are using waterjets for cleaning the inside of the

tanks. Beside this, sprayers in 57.98% of companies had the system which sends the pesticide directly into storage tanks without hand touch. The tractor mounted field sprayers that manufactured in Turkey, as the

ratio of 73.68%, had the system prevents overturn when machine is parked. Also, 94.74% percentage of

these field sprayers had the traffic signs on it. By the way, 68.42% of companies had the protection on

electrical lines in field sprayer which have the high storage capacity. Furthermore, the questions about, location of the signs and warnings are proper or not, the protection on hydraulic lines are available or not,

cleaning water is available or not, for operator cleanness PTO cover is available or not, system of unloading

the storage tank is safe or not, boom lock system during the traffic travel is available or not, are also asked. All the companies are answered these questions as affirmative.

In the work done, most firms stated that they had CE marking machines. It is learned that a large

majority of companies have a clean water tank for machine washing purposes. It is important that there is enough water to clean the machine locally in any case. Jet system is required for washing inside the spraying

tank. It is an important matter to dilute the residues in the tank with the pressurized water. It seems that this

system exists in the great majority of companies. According to Turkish TS 4807 standard; there must be a

discharge plug at the bottom of the pesticide tank to provide complete discharge of the tank. At this point, the liquid which can be prevented from being left in the tank can go out from the drain tap with its own.

According to TS 4808 type of field sprayer standard, the tank filling system must supply water to the tank

with the vacuum brought by the pump. The system which prevents the overturning in the park, is generally made by attaching 4 tires to the lower part of the field sprayer chasis. These wheels must also be supported

with wedges. The designers must also determine the position of the center of gravity of the machine in the

CAD program and position the wheels accordingly. The electrical cables must be in a housing, preventing easy access by uninformed people. It also prevents an external load from damaging the cables. However,

most companies do not fulfill this requirement. When the field sprayer is taken to the field where it will

work, it will definitely go to traffic. Therefore, it is necessary to make traffic markings on the machine.

Manufacturing Costs of the Field Sprayer Booms

In the field study, steel construction costs of the manufacturers were evaluated and it is understood that 5.26% of the companies did not calculate the steel construction costs. As shown in Figure 2, 35.46% of the

manufacturers consider that the consumables (sheet metal, profiles etc.) are the most expensive part of the

manufacturing.

Figure 2. Manufacturing cost distribution of field sprayer boom according to manufacturers

Manufacturing costs (turning, milling, laser cutting etc operations) are the second after consumables as

the ratio of 27.41%. Labor cost have the ratio of 25.65% ratio which is higher than other manufacturing

costs ( electrical costs, water costs etc.) which have the ratio of 11.48%.


124

Cost Reduction Studies of Sprayer Booms

As shown in Figure 3, 52.63% of the companies stated that they changed the design. 36.84% of

companies change their raw material supplier and sell cheaper and quality products. For a better quality and

economical sprayer, 31.58 % of firms have stated that they try a different manufacturing method. For a better quality and economical sprayer, 31.58% of the firms stated that they tried a different mounting

method.

Figure 3. Studies done by companies in order to make their products better and more economical

In the study, some companies also aim to bring the user to a more efficient sprayer thanks to serious R&D activities. In these R&D studies, the software of low pressure electronic regulators is used, beside this

aluminum material usage in sprayer booms, using nitrogen in the hydraulic piston to open and close the

opening and closing hydraulic systems more slowly. Being close to the raw material and being located in large industrial sites allows manufacturers to purchase more suitable crop sprayer parts.

By using the technology adapted manufacturing method in production, better quality and economical

products will be marketed. As can be seen in Figure 4, if the welding is done with a robot, better quality and faster welding can be done, thus labor costs can be reduced and more quality and economical products can

be marketed.

Reducing the use of bolts and nuts in this phase, spreading sheet metal applications, welding rather than

bolt-nut connections is effective in reducing sprayer installation costs.

Figure 4. Robot welding used during welding of field sprayer chassis and booms


125

4. CONCLUSION

Companies mostly manufacture 400 l storage tank capacity 10 m boom width with percentage of 48%.

In the study conducted, it is found out that most of the manufacturers are informed about machine safety, but their field sprayers do not fulfill some of these applications. The agricultural sector is a sector where many

accidents are experienced. In order to prevent any accidents that may occur in the machines manufactured

for this sector, the manuals should include warnings and markings on the machines, which will inform the

user to avoid job accidents. Beside these, there are some studies to decrease manufacturing costs which also will be reflected to product’s price.

REFERENCES Demir C. & İH Çelen. 2005. A Research on the Condition and Problems of Sprayers in Agricultural Enterprises in

Tekirdağ Province. Journal of Agricultural Sciences, 12 (1): 23-28

Turkish Standards Institute. (2014). TSE 4808 Agricultural Machinery - Sprayers - Trailed, Moving From Tail

Shaft. Ankara: Turkish Standards Institute.

Turkish Standards Institute (2014). TSE 4807 Agricultural Machinery - Sprayers – Tractor Mounted, Moving

From Tail Shaft. Ankara: Turkish Standards Institute.

Yurtlu YB, K Demiryurek, M Bozoglu & V Ceyhan. 2012. Risk Perceptions of Farmers Using Agricultural

Machinery. Ege Univ. Faculty of Agriculture Journal, 49 (1): 93-101.

Demir B. 2015. Plant Protection Machinery Projection of Central Anatolia Region. Forehead Teri Journal of Agricultural Sciences, 28 (B): 27-32.


126

Evaluation of Hydraulic Factors on Control of Water Bridges: A Case Study in

Van Province

Unal Sirin1,*

, Abdurrahman Hanay2, Sefik Tufenkci

1

1Department of Biosystem, Faculty of Agriculture, University of Van Yuzuncu Yil, 65090, Van, Turkey

2Department of Agricultural Structures and Irrigation, Faculty of Agriculture, University of Erzurum

Ataturk, 25240, Erzurum, Turkey


ABSTRACT

Water bridges are hydraulic structures made to pass through of irrigation canals over the topographic areas such as deep valleys, large stream beds, highways or railways in the conditions where the canals cuts

perpendicularly the regions when the diversion is not possible. Water bridges that is economically expensive

construction should be checked periodically for longevity and to prevent or minimize damage that may

occur over time. The evaluations about the structural status of the water bridges are generally based on the data obtained in the architectural and static projects and results of the observations. These limited

evaluations by theoretical and observational methods gives often insufficient information about the structural

status of water bridges or the information obtained may be misleading. Water bridges which do not show any structural negativity on the physical appereance can be very critical with invisible problems such as

cracking, water infiltration. For this reason, controls should be done periodically by global methods based on

measurement. When the statistics are examined in the world and in Turkey, it is seen that the most of the

damages in water bridges and destruction of water bridges are hydraulically originated. In addition water bridges made on mandatory routes where hydraulically insufficient such as river and stream beds have

potential weakness even if they are dynamic and static. For this reason, hydraulic factors must be

investigated in water bridges extensively. In this study, the effects of hydraulic factors on water bridges has been emphasized and a sample water

bridge have been selected from Van province and evaluated according to HEC-20 model. As a result of the

study; it has been determined that 5 variables has seriously bad, 4 variables has moderate, 3 variables has good, only 1 variable has very good and solution suggestions are presented. In this way, It is aimed that the

economic expenses spent on agricultural activities can be reduced by controlling other existing water bridges

with this method.

Keywords: Water bridge, hydrology, hydraulic control, glacis, ground endurance


Akedüklerin Kontrolünde Hidrolik Faktörlerin Değerlendirilmesi:

Van İlinde Örnek Bir Çalışma

ÖZET

Akedük; derivasyonun mümkün olmadığı durumlarda sulama kanallarının, derin vadiler, büyük akarsu

yatakları, otoyol ya da demiryolu gibi topoğrafik bölgeleri dik kesmesi sonucu kanalın bu bölgeleri geçmesi

için yapılan sanat yapılarıdır. Ekonomik olarak pahalı bir yapı olan akedüklerin uzun ömürlü olabilmesi ve

zamanla oluşabilecek hasarları önlemek ya da en aza indirmek için periyodik olarak kontrol edilmesi gerekir. Akedüklerin yapısal durumu hakkındaki değerlendirmeler genellikle mimari ve statik projelerinde

yer alan ve gözlemler sonucu elde edilen verilere göre yapılmaktadır. Teorik ve gözlemsel yöntemlerle



127

yapılan bu sınırlı değerlendirmeler çoğu zaman, akedüklerin yapısal durumu hakkında yeterli bilgiyi verememekte veya elde edilen bilgiler yanıltıcı olabilmektedir. Siluetinde herhangi bir yapısal olumsuzluk

görünmeyen akedükler çatlama, suyu infiltre etme gibi görünmeyen problemlerle çok kritik durumda

olabilir. Bu nedenle kontrolleri periyodik olarak ölçüme dayalı global metotlarla yapılmalıdır. Dünyada ve

ülkemizde istatistikler incelendiğinde, akedüklerde oluşan hasarlara ve akedük yıkımlarına en fazla hidrolik kaynaklı faktörlerin neden olduğu görülmektedir. Ayrıca akarsu ve dere yatakları gibi hidrolik açıdan yeterli

derecede emniyetli olmayan zorunlu güzergâhlarda yapılan akedüklerde dinamik ve statik açıdan eksik ya da

hatalı durum söz konusu olmasa bile hidrolik etkenli potansiyel zaafiyetler bulunmaktadır. Bu nedenle akedüklerde hidrolik etkenlerin kapsamlı bir şekilde irdelenmesi gerekmektedir.

Bu çalışmada, hidrolik faktörlerin akedüklere etkileri üzerinde durulup Van ilinden örnek bir akedük

seçilerek HEC-20 modeline göre değerlendirmesi yapılmıştır. Çalışma sonucunda; 5 değişkenin ciddi

anlamda kötü, 4 değişkenin orta dereceli, 3 değişkenin iyi, yalnızca 1 değişkenin çok iyi durumda oldukları saptanmış ve çözüm önerileri sunulmuştur. Mevcut diğer akedüklerin de bu yöntemle kontrol edilerek

tarımsal faaliyetlere harcanan ekonomik giderlerin azaltılabileceği amaçlanmıştır.

Anahtar Kelimeler: Akedük, hidroloji, hidrolik kontrol, şev, zemin emniyet gerilmesi

1. GİRİŞ

Akedükler, su derinliği 5 m’yi geçmeyen büyük debili geniş akarsulardan kanallarla suyun taşındığı,

zemine ya da ayaklar üzerine oturtularak yapılan su köprüleridir. Normal olarak 10 m açıklıkta yapılan

akedükler genişliğin büyük olduğu yerlerde daha fazla sayıda açıklıklarda ve en fazla 5 m ayak yüksekliğinde inşa edilebilirler.Akarsuların aşılması için inşa edilmiş akedükler dış etkilerden, suyun

olmadığı ortamlarda yapılan akedüklere göre daha fazla zarar görürler. Bu nedenle akedüklerin periyodik

olarak takip edilmesi, yaşanabilecek olumsuzlukların önlenmesi ve gerekli tedbirlerin alınmasıyla uzun ömürlü ve daha güvenilir olarak kullanılabilirler. Akedüklerin kontrolünde, hidrolik etkiler gerektiği kadar

irdelenmediği için kontrol kriterlerinin yeniden ele alınması ve bu açığı kapatacak şekilde literature

kazandırılması gerekmektedir (Uluata ve Yağanoğlu, 2011).

Akedüklerin kontrolü suyun taşındığı yörelerin koşulları göz önünde bulundurularak belli zaman aralıklarında yapılmaktadır. Analizler daha once belirlenmiş ölçütlere göre değerlendirilmektedir.

Ülkemizde Tarım ve Orman Bakanlığı İl Müdürlükleri, Belediyeler, DSİ, İl Özel İdareleri, Üniversiteler gibi

kurumlarca hazırlanmış akedük takip ve kontrol kriterlerinin belirlendiği akedük planlama ve projeleme ilkelerine ait prensipler bulunmasına karşın tecrübeli insan kaynağı eksikliği ve ekonomik nedenlerle etkili

bir şekilde yürütülememektedir. Bu nedenle akedükler ile ilgili yaşanan problemler giderek etkisini daha

fazla göstermekte ve akedükleri tadilatı mümkün olmayacak derecede tahrip etmektedir. Bu çalışmada dere ve akarsu yatakları üzerine kurulmuş akedükleri olumsuz olarak etkileyen hidrolik faktörler incelenecektir.

Sulu tarım faaliyetlerinin yoğun bir şekilde yapıldığı ülkemizde de yaygın olarak inşa edilen akedüklerin

tahribatına çoğunlukla hidrolik faktörler neden olmaktadır (Yanmaz ve Caner, 2007).

Debi koşullarının sürekli değişmesi, hidrolik kaynaklı aksaklıkların debinin düşük ve yüksek olduğu zamanlarda ayrı ayrı ele alınmasını gerektirmektedir. Bu nedenle akedükler, incelemeye alındığı dönemlerde

zamanın etkilerini de değerlendirmeyi kolaylaştıracak periyotlarda kontrol edilmeli ve olumsuz koşullar

giderilmelidir. Debinin düşük olduğu zamanlarda, zeminde atık malzemelerin birikmesi sonucu oluşan hasarların yanında debinin yüksek olduğu zamanlarda meydana gelen zemin seviyesindeki çökme, akedük

açıklığında ve yapı elemanlarında ki oyulmalar araştırılarak bunlara neden olan etmenler üzerine çalışılmalar

yapılmalıdır (Türer ve Kaya, 2007).

Bu çalışmada da, ülkemizde bulunan ve başta hidrolik olmak üzere çeşitli faktörlerin etkisinde kalarak deformasyonlara uğramaları nedeniyle hiç ya da yeterli düzeyde yararlanılamayan akedüklerin minimum

maliyetle belli periyotlarda HEC-20 modeline göre kontrolleri yapılarak kullanım ömürlerinin artırılması,

maksimum verimin alınabilmesi amacıyla diğer akedüklerin kontrolüne örnek olacak Van ili merkez ilçede ki Gevaş akedüğünün HEC-20 modeline göre kontrolü yapılmıştır.

Hidrolik Faktörler

Akedüklerde görülen hidrolik kaynaklı problemler yapı zemin ve suyun birbirlerine yaptıkları etkiler ve

insanlar tarafından akarsu yataklarının yanlış kullanılmaları sonucu oluşan problemler olmak üzere iki temel

başlık altında incelenebilir.


128

Kullanım amacına göre plan ve projesi yönetmeliklere uygun olarak yapılan bir su köprüsünün taban ve kolon ebatları büyük seçilerek mimari ve statik açıdan güvenilirliği artırılabilir. Ancak bu durum hidrolik

etmenler açısından olası bir takım sorunları da beraberinde getirebilir. Taban döşemesi kalınlığının fazla

olması akedük açıklığı hava payının daha az olmasına, debi alanındaki daralmalar ise mansapta su

yüksekliğini artırarak kabarmalara ve akedük ayakları arasında su hızının artmasına neden olmaktadır. Bu da kayma ve oyulma tehlikeleri ile birlikte memba ve mansapta hidrolik sıçrama oluşturmaktadır.Akedüklerin

plan ve projelerinin hazırlanması sırasında mimari, statik ve hidrolik faktörler göz önünde

bulundurulduğunda hidrolik zararlar minimum indirilebilir. Bu kapsamda akarsuların değişmesi, akedük tipi, ayak sayısı, boyutlandırma gibi parametrelerde gerekli değişiklikler yapılabilir (Dernek, 2012).

İnsanlardan kaynaklanan akarsu yataklarının yanlış kullanılması gibi problemler özellikle taşkın

dönemlerde düzeltilmesi olanaksız hasarlar oluşturmaktadır. Akedükler, yalnız debinin arttığı zamanlarda

değil akarsuların düşük debili olduğu zamanlarda da zemin koşulları etkisi altında kalmaktadır. Taşkın dönemlerinde yataklarda pürüzlülüğün artmasına ve su seviyesinin yükselmesine neden olarak şev

eğimlerinin yok olmasına, hava payının azalmasına ve akedüğün statik yapısında onarılamaz tahribatlara yol

açmaktadır. Topoğrafik koşulların elverişsizliğinden dolayı özellikle akarsu yataklarında zeminden malzeme alınması da akedüklerde ciddi hasarlar meydana getirmektedir. Tabandan malzeme çekilmesi sonucu akarsu

yatağı, zemin kotunun suyun akış yönüne doğru azalmasıyla dengede kalmaktadır. Bu nedenle akedük

bünyesinin yakınından malzeme alınması akedük ayaklarının zemin kotunda ilave azalmalar gerçekleştirecektir (Erdoğan ve Erdoğan, 2007). Ülkemizde yalnızca bu hidrolik faktörlerden yıkılıp yok

olmuş çok sayıda akedük bulunmaktadır. Akedüklerin tahribatında karşılaşılan bir başka hidrolik faktor ise

akedükler ile sulama amaçlı taşınan su yükü fazlalığıdır. Gerektiğinden daha fazla su taşınması akedüklerde

özellikle taban ile kenarların birleştiği kıyı şeritinde oyulmalara neden olmaktadır. Debinin daha düşük olduğu dönemlerde akedüğün su taşınan gövdesinde süprüntü malzemelerin yığılması su akımını sürekli yön

değiştirerek ilerlemesine ve tabanda pürüzlülüğün artmasına yol açmaktadır. Bu da akedük kolon ayaklarının

statik ve mimari özelliklerinde ötelenmeler gerçekleştirmektedir. Akedüklerin; özellikle taşkın dönemlerde temeli zayıflamış kolon ayaklarının, fazla miktarda su taşındığı dönmelerde ise taban ve yan iç yüzeyleri

zayıflamış betonarme gövde yapısının dayanma gücü düşecektir. Bu nedenle dere ve akarsu yataklarında

inşa edilen akedüklerin yöresel yetkili kurumlarca sürekli kontrol altında tutulması gerekmektedir (Apaydın ve Öztürk, 1997).

Akarsu ve Derelerdeki Su Kararlılığının Akedüklere Etkisi

Akedüklerin üst ve alt yapı elemanlarını direkt olarak etkileyen hidrolik faktörler sistemli bir şekilde

tetkik edilerek yapı elemanları belli aralıklarda gözlemlenip puanlama yöntemiyle analiz edilmelidir. Bu

şekilde akedüklerin gördüğü zararların düzeltilmesi ve tamiri için gerekli bilgiler elde edilebilir. Hidrolik faktörlerden kaynaklanan sorunlar, akedüğün yapıldığı koordinat bölgeleri incelenerek daha açık ve kolay

bir şekilde çözülebilir. Akedüklerin kontrolünde hidrolik faktörler denildiğinde akedüklerin su taşınan tabanı

ve yan iç yüzeyleri ile kolon ayakları ve kolon papuçları için özellikle dere ve akarsu gibi yataklar

düşünülmektedir. Bu nedenle dere ve akarsu kararlılığını belirleme yöntemi kolay olmalı ve yeterli bilgiyi sunabilmelidir. Saptanan değerler açık bir şekilde kanıtlanmalı ve farklı açılardan çekilmiş fotoğraflar ile

desteklenmelidir. Mimari ve statik incelemeler akedük inşaatı bünyesinde yapılamsına karşın hidrolik

araştırmaların güvenilir olması için tecrübeli elemanlar, akedüğün memba ve mansap taraflarında gerekli doneleri elde edebilecek uzaklıkta bilgiler toplamalıdır. Farklı zaman periyotlarında özellikle debinin düşük

ve yüksek olduğu durumlarda muhtemel değişiklikleri müşahede etmek için hidrolik faktörlerdeki

hareketlilik göz önünde bulundurulmalıdır (Yanmaz ve Caner, 2007). Kaynaklarda var olan akedük kontrol sistemleri değerlendirildiğinde hidrolik faktörlerden biri olarak

kabul edilen kolon papuçları çevresindeki oyulmalar çoğunlukla statik açıdan irdelenmektedir. Buna karşın

oyulmalarda taşınan su ve akarsu şartları bütüncül olarak etkilidir. Bu nedenle ilk once kapsamlı bir şekilde

akarsuyun kararlılığı tetkik edilmeli ve akedüğün statiğine verdiği zararlar saptanmalıdır (Karahan ve ark., 2005).

2. MATERYAL VE YÖNTEM

Su kemerlerinde ve köprülerde kullanılan HEC-20, geçiş bölgelerinde akarsu kararlılığı konusu için

hazırlanmış bir yazılım programıdır. Bu sistem üç aşamalıdır. Birinci aşamada akarsu yüzeyi incelenmekte, ikincisinde hidrolik ve katı madde transfer özellikleri ölüçülmekte, üçüncüsünde ise sayısal modelleme

faaliyetleri yürütülmektedir. Dünyada buna benzer sistem ve programlar önerilmesine karşın bunlar çok güç


129

ve pahalı ekonomik giderlere dayanmaktadır. Jhonson (1999)’da önerilen bu sistemde akarsuyun yüzey ve hidrolojik özellikleri ön incelemeye tabi tutulmakta ve elde edilen bulgulara göre kapsamlı araştırmaların

değerlendirileceği sonraki aşamalar belirtilmektedir. Önerilen bu programla 13 değişken ölçülmekte olup

saptanan durumun sonucuna puanlama esasıyla varılmaktadır. ABD ve Avrupa’da yaygın olarak kullanılan

bu sistem kullanım kolaylığı nedeniyle ülkemizde akedüklerin takip ve kontrolünde değerlendirilebileceği olumlu karşılanmıştır. Yöresel müşahedelerle ölçülecek değişkenler akarsu ve taşınan su kararlılığı

konusunda açık bilgiler sunacağı öngörülmektedir. Puanlama tablosu ölçülecek değişkenler ve bunların bize

sunacağı veriler Çizelge 1’de verilmiştir.

Çizelge 1. Hidrolik faktörleri değerlendirme tablosu (Jhonson vd., 1999).

Değişkenler Ağırlık

katsayıları

Çok iyi

(1-3)

İyi

(4-6)

Orta

(7-9)

Kötü

(10-12)

a 0.6 Kil, siltli kil Kumlu tın, killi

kumlu tın

Killi kum,

kumlu tın Kum, tınlı kum

b 0.6 >1/3 iki taraf >1/2 bir ya da

iki taraf

>1/1.7 bir ya da

iki taraf >60°

c 0.8 Sıkı maki Orta sıklıkta

maki Az sıkı maki

<50% bitki

örtüsü

d 0.4 <15 cm, Çok az <30 cm, Az 30-60 cm, Sık

ve çok >60 cm,

Sürekli kırılma

e 0.8 Yok Az Sık ve fazla Sık ve çok

fazla

f 0.6 İnce ve zararı

yok

Bitki örtüsü ve

çakıl

Büyüme

olanağı var

Akarsu eninin

yarısından

fazla geniş

g 0.2 Önemsiz Az Önemli Çok önemli

h 0.2 Çok az ya da

hiç yok Var Ciddi miktarda

Çok fazla

miktarda

ı 0.8 Çok korunaklı Korunaklı Az korunaklı Çok az

korunaklı j 1.0 δe<1 1≤δe<1.5 1.5≤δe<2 δe≥2.5

k 0.8 0≤ β ≤5° 5°< β ≤10° 10°< β ≤30° Β>30°

l 0.8 Lc>35 m 20< Lc ≤35 10< Lc ≤20 0< Lc ≤10

m 0.8 0-5 6-25 26-50 >50

a- Şev eğiminde kullanılan malzeme ve nitelikleri: Şevin denge analizinde kullanılır.

b- Şevin ortalama eğimi: Şevin denge analizinde kullanılır.

c- Şevin bitki örtüsü varlığı: Toprak kaymasına karşı dayanıklılığı verir.

d- Şev kırılması: akış yönünün değişmesi sonucu şev eğimine vurması.

e- Şevin kayması: Şev malzemesinin eğim nedeniyle akması.

f- Kum birikimi: karasız akışlar sonucu kumların biriktiği yeri oyması.

g- Akarsuyun süprüntü malzeme transfer kabiliyeti: Özellikle taşkınlar sonucu süprüntü malzemelerin bulunduğu yeri

oyması. h- Su yönü değiştirici ve kum tutucu malzemeler: Bölgesel oyulmalara neden olacak değişiklikler.

ı- Zemin malzemelerinin pekiştirilmesi ve korunma: Zemin materyallerinin transferine olan etkileri.

j- Zemin emniyet gerilmesi (δe): Zeminin dayanma gücü.

k- Akışın akedük ayaklarına geliş açısı (β): Akışın geliş açısının artması bölgesel oyulmaları artırmaktadır.

l- Akedüğün kurp merkezlerinden uzaklığı (Lc): Merkezkaç kuvvetin etkisiyle dış bükey kıyılarda toprak kayması, iç

bükey kıyılarda malzeme birikimi olması.

m- Akedük en kesitinin daralma oranı: Akış hızının artması sonucu oyulmaların oluşması.

Jhonson ve ark. (1999)’da önerilen değerlere göre incelenen değişkenlerin kapsamlı nesnel bir şekilde

irdelenmesi için yerinde ölçüm yapacak kişilerin tecrübeli elemanlardan oluşması ve ölçümleri tekrarlı

yapmaları önem taşımaktadır. Çizelge 1’de belirtilen değişkenlerin nispi değerleri ağırlık sütunundaki

katsayılar ile çarpılmaları sonucu belirlenmektedir. Akarsuyun kararlılığını etkileyen değişkenlerin ağırlık

katsayılarının, önemli olup olmamasına göre arttığı gözlenmektedir. Tüm puan türlerinin toplanması sonucunda elde edilen puan değeri akarsuyun ağırlıklı puanını vermektedir. Elde edilen puanın karşılık

geldiği düzey Çizelge 2’de verilmiştir. Saptana düzeyin ciddi olması durumunda Çizelge 1’deki

değişkenlerin hangileri yüksek ise bunlar ortaya çıkarılmalıdır. Düzeltilmesi için yapılması gereken çalışmaların ne kadar sıklıkta ve hangi yapı elemanlarına uygulanacağı konusunda bilgilerin elde edilmesi

olanaklı hale gelecektir.


130

Çizelge 2. Akarsuyun kararlılık durumunun değerlendirilmesi (Jhonson ve ark., 1999).

Puanlama Değerlendirme

≤ 31 Çok iyi

32-54 İyi

55-77 Orta

≥78 Kötü

Hidrolik Faktörlerin Değerlendirildiği Akedük Örneği

Van ilinde aktif olarak kullanılan 15 adet akedük bulunmaktadır. Bunlardan 10 tanesi 2014 yılından önce yapılmış olup 5 tanesi 2014 yılından günümüze kadar geçen sürede inşa edilmiştir. Bütün akedükler

hidrolik ve diğer faktörlerin neden olduğu tahribatlar nedeniyle bakım oanarım tadilatlarına gereksinim

duymaktadır. 2014 yılından once yapılmış olan akedükler %60, 2014 yılı sonrası inşa edilenler ise %75 randıman ile hizmet vermektedirler. İlgili yöntemin ugulanması için ulaşım kolaylığı açısından Van

yöresinde ki Gevaş akedüğü seçilmiştir (Şekil 1).

Şekil 1. Van ili merkez ilçede bulunan Gevaş Akedüğü

Ölçümler, yağışların ve taşkın debilerinin en fazla olduğu 2019 yılı Mayıs ayında yapılmış olup yapı

malzemelerinden alınan örnekler Van Yüzüncü Yıl Üniversitesi Ziraat Fakültesi Biyosistem Mühendisliği Bölümü Ölçme ve Toprak Laboratuarında basınç ve çekme dayanımı yöntemleri ile değerlendirilmiştir.

Zemin emniyetinde, Van Performans Yapı Denetim tarafından elde edilen sonuçlar kullanılmıştır. Diğer

parametreler, aynı yılın Haziran ayında akedüğün yerinde incelenerek ve farklı açılardan fotoğrafları

çekilerek yapılan gözlemlere dayanarak belirlenmiştir. Daha sonra sayısal modelleme yani puanlama sistemi gerçekleştirilmiştir. Mimari ve statik açıdan su taşıma gövdesi, kolon ayakları ve diğer hizmet unsurları

incelenen akedüğün akarsu yatağının geliş ve gidiş yönleri, yeteri kadar uzaklıklarda irdelenmiştir. Varılan

sonuçlar Çizelge 3’te verilmiştir.

Çizelge 3. Akedükte hidrolik faktörlerin değerlendirilmesi

Değişkenler Ağırlık katsayıları Puan Ağırlıklı Puan

a 0.6 11 6.6

b 0.6 6 3.6

c 0.8 12 9.6

d 0.4 5 2

e 0.8 6 4.8

f 0.6 9 5.4 g 0.2 8 1.6

h 0.2 12 2.4

i 0.8 10 8

j 1.0 12 12

k 0.8 9 7.2

l 0.8 7 5.6

m 0.8 3 2.4


131

3. BULGULAR VE TARTIŞMA

Van ili merkez ilçede hizmet veren akedüğün akarsu kararlılığı 71.2 puan olarak hesaplanmıştır. Bu

değer orta dereceli sınıfa girmekle birlikte kötüye yakındır (Jhonson vd., 1999). Akedüğün kullanım ömrünün uzatılması ve sorunsuz hizmet verebilmesi için denge düzenleme çalışmalarının yapılması

gerekmektedir (Akyar, 2015). Yapılan çalışmada ilgili akedükte 5 değişken ciddi anlamda kötü durumda, 4

değişken orta dereceli durumda, 3 değişken iyi durumda ve yalnızca 1 değişkenin çok iyi durumda olduğu

bulunmuştur (Jhonson vd., 1999). Şev eğiminde kullanılan malzeme ve nitelikleri ile şevin bitki örtüsü varlığı Arkun ve ark. (2014) ile Yıldız ve Keleştemur (2005), kum tutucu malzeme özellikleri Medeot ve

Tuncer (2019), zemin malzemelerinin taşınmasına olan etkiler Özdemir ve ark. (2015), zemin emniyet

gerilmesinin ise Akçelik ve ark. (2010) ve Pınarlık ve ark. (2017)’de belirtilen kriterlere göre değerlendirildiğinde yeterli takip ve kontrollerin yapılmaması nedeniyle sayısal modellemede yüksek puanlı

çıktığı ve ciddi derecede kötü durumda oldukları saptanmıştır.

4. SONUÇLAR

Şev eğiminde kullanılan malzeme ve niteliklerinde güçlendirme takviyesi yapılabilir ve şevin bitki

örtüsü varlığı zenginleştirilebilir. Kum tutucu malzemeler özellikle akışın yüksek olduğu periyotların

akabinde mutlaka kontrol edilip temizlenebilir. Zemin malzemelerinin taşınmasını engelleyecek ıslah çalışmaları yapılabilir. Zeminin kaymaya karşı dayanma gücünün zayıflığını gövdenin memba şevinde dolgu

malzemelerinin su dalgaları tarafından yıkanmasını önleyecek örtü tabakasıyla kaplamak gibi güçlendirme

çalışmaları gerçekleştirilebilir. Bu çalışmada akedüklerin mimari ve statik açıdan dengesini etkileyen hidrolik faktörler irdelenmiştir.

Akarsu kararlılığına etki eden temel etmenler incelenmiş Jhonson vd. (1999)’da önerilen uygulaması, basit

kolayca sonuca ulaşılabilen durum değerlendirme yöntemi belirtilmiştir. Bu yöntem 13 ayrı değişkenin puanlanarak incelenmesine dayanan bir sistemdir. Değişkenlerin akarsu kararlılığını etkilemeleri bakımından

etkileşimli katsayıları bulunmaktadır. Toplamda hesaplanan puan akarsu kararlılığını çok iyi, iyi, orta ve

kötü olmak üzere dört dört sınıftan birinde değerlendirmektedir. Ağırlıklı toplam puan ne kadar yüksek

olursa o kadar çok problem olduğu gerçeği nedeniyle en yüksek puanlı değişkenler üzerinde yapılacak düzenleme çalışmaları ağırlıklı toplam puanın düşmesine olanak sağlayacaktır. Sonuçlar ilerleyen

zamanlarda değişiklik gösterebileceği için debini yüksek ve düşük olduğu dönemlerde akedükler sık sık

kontrol edilmelidir. Hidrolik faktörler mimari ve statik değerlendirmeler ile beraber incelenmelidir. Ekonomik ömrü bitme noktasına gelmiş ya da ağır zararlar görmüş akedükler için tadilat yapmak yeni bir

akedük inşa etmekten daha masraflı olabilmesi nedeniyle belli zaman aralıklarında kontrol edilerek

akedüklere ait veriler toplanırsa fizibilite çalışmalarında önemli kararlar alınabilir.

KAYNAKLAR

Akçelik N, Z Etkesen, E Mısırlı & İ Timur. 2010. Karayollarında Zayıf Zemin Problemleri Ve Önlemler.

Bayındırlık ve İskan Bakanlığı Karayolları Genel Müdürlüğü, Teknik Araştırma Dairesi Başkanlığı Zemin Mekaniği ve Tüneller Şubesi Müdürlüğü El Kitabı. Ankara, Turkey. pp.3-23

Akyar H. 2015. Türkiye’de Su Yapıları Planlanması ve Yatırımlarında Nerede Hata Yaptık. 4. Su Yapıları Sempozyumu. 19-21 Kasım 2015. Antalya, Turkey. pp.77-86.

Arkun AK, M Ergen & F Çakır. 2014. Bitki kökleriyle şev stabilizasyonun sonlu elemanlar yöntemiyle

incelenmesi. Süleyman Demirel Üniversitesi Orman Fakültesi Dergisi, 15: 77-83.

Apaydın H & F Öztürk. 1997. Sulama Şebekelerindeki Sanat Yapılarının Yeterliliğinin Belirlenmesi. Tarım Bilimleri Dergisi, 3(2): 52-58.

Dernek E. 2012. Taşkın Yapıları Tasarımı ve Kayı Deresi Örneği. Namık Kemal Üniversitesi, Fen Bilimleri Enstitüsü, Hidrolik Anabilim Dalı Yüksek Lisans Tezi. Tekirdag, Turkey.

Erdoğan ST & TY Erdoğan. 2007. Puzolanik Mineral Katkılar ve Tarihi Geçmişleri. 2. Yapılarda Kimyasal Katkılar Sempozyumu. 11-13 Nisan 2007. Ankara, Turkey. pp.263-329.


132

Jhonson PA, GL Gleason & RD Hey. 1999. Rapid Assessment of Channel Stability in Vicinity of Road Crossing.

Journal of Hydrology Engineering, ASCE, 125(6): 645-651.

Karahan O, K Arı, T Haktanır, CD Atiş. 2005. İki Farklı Portland Çimentolu Betonların Dayanımına Zaman ve

Kür Etkisinin Araştırılması. Erciyes Üniversitesi Fen Bilimleri Enstitüsü Dergisi, 21(1-2): 62-68.

Medeot R & M Tuncer. 2019. İspanya’daki Yüksek Hizli Demiryolu Köprüleri Ve Viyadükleri.

http://www.imo.org.tr/resimler/ekutuphane/pdf/1441.pdf, (Erişim Tarihi 28.08.2019).

Özdemir B, B Evirgen, A Tuncan, Mİ Onur & M Tuncan. 2015. Zemin Donatıları İle Güçlendirilmiş Şevlerin

Değerlendirilmesi. 6. Geoteknik Sempozyumu. 26-27 Kasım 2015. Çukurova Üniversitesi Adana, Turkey.

pp.1224-1344.

Pınarlık M, PSÖ Kardoğan & RK Demircan. 2017. Şev Stabilitesine Zemin Özelliklerinin Etkisinin Limit Denge

Yöntemi İle İrdelenmesi. Mühendislik Bilimleri ve Tasarım Dergisi, 5(3): 675-684.

Türer A & H Kaya. 2007. Köprülerin Yapısal Özelliklerinin Dinamik Ölçümler ve Model Analiz ile Belirlenmesi.

1. Köprü ve Viyadükler Sempozyumu. 29-30 Kasım 2007. Ankara, Turkey. pp.377-388.

Uluata AR & AV Yağanoğlu. 2011. Akedüklerin Planlama ve Projeleme İlkeleri. Atatürk Üniversitesi Ziraat Fakültesi Dergisi, 16(1-4): 129-136.

Yanmaz AM & A Caner. 2007. Köprülerin Tetkik ve İzlenmesinde Hidrolik Etkenlerin Değerlendirilmesi. 1. Köprü ve Viyadükler Sempozyumu. 29-30 Kasım 2007. Ankara, Turkey. pp.337-346.

Yıldız S & O Keleştemur. 2005. İnce Daneli Malzeme Kalınlığının, Dane Çapının ve Şev Eğiminin Taşıma

Gücüne Etkisi. Politeknik Dergisi, 8(1): 95-100.

http://www.imo.org.tr/resimler/ekutuphane/pdf/1441.pdf


133

Determination of Crop Water Stress Index with Infrared Thermometer

Technique of Eggplant

Gulsah Uglu1,*

, Hakan Buyukcangaz2

1Department of Soil and Water Resources,

Ataturk Horticultural Central Research Institute, 77102, Yalova,

Turkey

2Department of Biosystem Engineering, Faculty of Agriculture, University of Uludag, 16059, Bursa, Turkey


ABSTRACT

This study was carried out in order to observe the effects of irrigation in different periods on the crop water stress index (CWSI) by using infrared thermometer technique in eggplant which was produced in

Yalova ecological conditions. The study was conducted in 2014 by sixteen different irrigation subjects in

four different vegetation period in the experiment areas of Atatürk Horticulture Central Research Institute. The experimental subjects were designed, open-field conditions, by completing the missing moisture in the

field capacity when 50% of the amount of water used in the soil is measured with gravimetric method with

three frequency. Leaf crown temperature were measured by infrared thermometer in all subjects during the

growing season and the crop water stress index (CWSI) was calculated from the vapour deficit of air and the leaf-air temperature differences. At the same time, wet bulb and dry air temperature measurements were

made by the psychrometer thermometer. The highest yields were obtained in S4 which is in water stress

during harvest period, about 3320 kg ha-1

and the lowest yield was obtained at 480 kg da-1

in S15 which is

full water stress subject. Higher CWSI values were obtained in subjects which water stress, lower CWSI values were measured in subjects which less or no water stress. According to the results, it was determined

that infrared thermometer technique could be used in irrigation programming of eggplant plant in Yalova

conditions. In Yalova, if the technique is used, it is determined that the highest yield can be obtained when irrigation program is made to keep the average CWSI value around 0.20 during the season.

Keywords: CWSI, eggplant, infrared thermometer, yield, vegetation period.


Patlıcan Bitkisinde Bitki Su Stres İndeksinin İnfrared Termometre Tekniği ile Belirlenmesi

ÖZET

Bu araştırma Yalova Ekolojik Şartlarında açıkta üretimi yapılan patlıcan bitkisinde infrared termometre tekniği ile farklı dönemlerde yapılan sulamaların bitki su stres indeksine (CWSI) olan etkilerinin gözlenmesi

amacıyla yapılmıştır. Çalışma, 2014 yılında Atatürk Bahçe Kültürleri Merkez Araştırma Enstitüsü deneme

alanlarında dört farklı vejetasyon döneminde onaltı farklı sulama konusu oluşturularak yapılmıştır. Deneme konuları, üç tekerrürlü olarak gravimetrik yöntemle ölçülen toprak nemi kullanılabilir su miktarının %50’si

tüketildiğinde eksik nemin tarla kapasitesine tamamlanması ile oluşturulan konular ve susuz (S0) konudan

oluşmuştur. Denemede büyüme mevsimi boyunca tüm konularda bitki taç sıcaklık ölçümleri infrared termometre ile yapılmış ve havanın buhar basıncı açığı değerleriyle taç-hava sıcaklık farklarından bitki su

stresi indeksi (CWSI) hesaplanmıştır. Aynı zamanda psikrometre termometre ile ıslak ve kuru hava

sıcaklıkları ölçümleri de yapılmıştır. En yüksek verim hasat döneminde susuz bırakılan S4 konusunda 3320

kg da-1, en düşük verim ise sulama yapılmayan S15 konusunda 480 kg da

-1 elde edilmiştir. Su stresi



134

çekmeyen konularda daha düşük CWSI değerleri ölçülürken, su stresi altındaki konularda daha yüksek CWSI değerleri elde edilmiştir. Elde edilen sonuçlara göre, Yalova koşullarında patlıcan bitkisinin sulama

programlamasında infrared termometre tekniğinin kullanılabileceği belirlenmiştir. Yalova’da bu tekniğin

kullanılması durumunda mevsim boyunca ortalama CWSI değerinin 0.20 civarında tutulacak şekilde sulama

programlaması yapıldığında en yüksek verimin elde edilebileceği belirlenmiştir.

Anahtar Kelimeler: CWSI, patlıcan, infrared termometre, verim, büyüme dönemi

1. GİRİŞ

Tarımsal üretimde her geçen gün azalan sınırlı su kaynaklarının optimum kullanımında ve planlanmasında en önemli unsurlardan olan sulama programlaması genellikle üç yöntemle yapılır. Bu

yöntemler toprağın, meteorolojik verilerin ve bitkinin ölçümüne dayanır. Bu yöntemlerden bitkinin

ölçümüne dayanan yöntemler diğer sulama programlama yöntemlerine göre daha sağlıklı sonuçlar verirler. Çünkü bu yöntemler bitkide su stresinin neden olduğu fizyolojik belirtilerin denetlenmesine, bitkinin

topraktaki sudan yararlanmasını kısıtlayan etmenlerin değerlendirilmesine, daha geniş alanlarda daha kısa

surede ve yüksek duyarlılık düzeyleri ile sulama zamanı planlamasına olanak vermektedirler. Böylelikle su

kullanım randımanları arttırılarak mevcut su kaynakları ile daha fazla alan sulanarak bitkisel üretimde kalite ve verim yükseltilebilir (Kodal 2004).

Bu tekniklerden biri de bitki yüzey sıcaklığı ile hava sıcaklığı farkından ve havanın buhar basıncı

açığından yararlanılarak bitki su stres indeksini (CWSI) belirlemektir (Jackson, 1982). İnfrared termometrelerle (IRT) veya diğer uzak kızılötesi sensörlerle ölçülen gölgelik yüzey sıcaklığı, bir kaç yıldır

pratikte olan bir üründeki su stresini tespit etmek için önemli bir araçtır. İnfrared termometreler kullanılarak

bitki taç örtüsü sıcaklığı uzaktan algılanabilmektedir. Bu değer sulama programlamasında ve verimin önceden tahmin edilmesinde kullanılabilmektedir (Pinter ve Reginato, 1982, O’Toole vd., 1986). Anılan

yöntemde ölçümler sırasında bitkiye temas edilmediğinden, bitkilere zarar verilmemekte, hızlı ve doğru

ölçümler yapılabilmektedir (Zipoli, 1990).

Sulama programı oluşturulmasında bitki su stres indeksi CWSI son yıllarda başarıyla kullanılmıştır. Çok sayıda araştırmacı, farklı bitkilerde CWSI' nın sulama programlaması için kullanışlı bir indeks

olduğunu göstermiştir (Erdem ve ark., 2006a,b; Erdem ve ark., 2010; Köksal ve ark., 2010; Yazar ve ark.,

2010; Çamoğlu ve Genç, 2013; Bozkurt Çolak ve ark., 2014; Poblete-Echeverría ve ark., 2015; Tekelioğlu ve ark., 2017). CWSI değerinin belirlenmesinde kullanılan Idso vd (1981) tarafından geliştirilen deneysel

yaklaşım, Tc-Ta ile VPD ilişkisine dayalı CWSI değerinin grafiksel çözümle elde edilmesi esasına

dayanmaktadır. Söz konusu parametreler, bitki tacı Tc ve hava sıcaklığı Ta farkı ile havanın buhar basıncı

açığı VPD ‘dır (Jackson ve ark. 1981). Yöntemde kullanılan temel grafik, stressiz koşullarda hesaplanan (hiç su eksikliği çekmeyen ve potansiyel hızda transpirasyon yapan bitkide) alt sınır çizgisi ve maksimumum

stresli koşullarda (stomaların tamamen kapalı olduğu ve hiç transpirasyon yapmayan) hesaplanan üst sınır

çizgisinin belirlenmesi yoluyla hesaplanır. Bitkiler terledikçe yaprak sıcaklığı azalmakta ve hava sıcaklığının altına düşmektedir. Bitki su stresine girdiğinde terleme sınırlanır ve enerji buharlaşma yoluyla dağılamaz.

Bu durumda yaprak sıcaklığı artar (Jackson ve ark. 1981; Idso, 1990). Anılan fiziksel özellikten ve

psikrometrik ölçümlerden yararlanarak bitki su stresi indeksi (CWSI) belirlenmektedir (Jackson, 1982). İnfrared termometre (IRT) tekniğinin, tek yıllık bitkilerde sulama zamanı programlanmasında

kullanılabileceğine dair yapılmış birçok çalışma vardır. Bu çalışmalara örnek olarak; soyada Nielsen (1990)

ve Yazar (1990), mısırda Baştuğ ve Irmak (1996) ile Gençoğlan ve Yazar (1999), pamukta Ödemiş ve

Baştuğ (1999), fasulyede Erdem vd. (2006), çimde Emekli vd. (2007), şekerpancarında Köksal (2006), karpuzda Orta vd. (2003), ayçiçeğinde Taghvaeian vd. (2014) ve biberde ise Sezen vd. (2014) tarafından

yapılan çalışmalar örnek olarak gösterilebilir (Tekelioğlu ve ark, 2017).

Kırnak ve ark. (2002) ve Chaves ve ark. (2003) patlıcan bitkisinin veriminin su stresi koşullarında azaldığını bildirmişlerdir. Lovelli ve ark. (2007) patlıcanın su stresine karşı yüksek pazarlanabilir verim

azalmaları ve su veriminde düşüşle karşılık verdiğini belirtmişlerdir. Reginato (1983), genellikle gelişme

mevsiminde daha az strese uğrayan bitkinin daha çok ürün vereceğini ancak bazı bitkilerin meyve oluşturma döneminin başlaması için, bir su stresi periyoduna gereksinim duyabileceğini belirtmiştir (Çolak ve ark.

2015).

Bu çalışmanın amacı, Marmara bölgesinde açıkta yetiştirilen ve yüzey damla sulama sistemi ile sulanan

patlıcan (Solanum melongena L.) bitkisinde infrared termometre tekniği kullanılarak alt ve üst baz ile sulamaya başlanacak stres düzeyi CWSI'yi belirlemek ve büyüme mevsimi boyunca meydana gelen su

stresinin patlıcan bitkisinin verimi üzerindeki etkisini değerlendirmektir.


135


Araştırma, Yalova ilinde bulunan Atatürk Bahçe Kültürleri Merkez Araştırma Enstitüsü arazisinde, 2014 yılında yürütülmüştür. Deneme alanı 40° 39' kuzey enlemi ve 29° 17' doğu boylamında olup deniz

seviyesinden 2 m yükseklikte yer almaktadır. Yalova İl’inin iklimi, makro-klima tipi olarak, Akdeniz ve

Karadeniz iklimleri arasında bir geçiş niteliği taşımakta, kimi dönemlerde de karasal iklim özelliklerini

yansıtmaktadır. İlde yazlar sıcak ve kurak, kışlar ılık ve bol yağışlıdır. Denemenin yürütüldüğü yıl olan 2014 yılına ait aylık ortalama iklim verileri ve Yalova iline ait uzun yıllar ortalaması (1931-2016) Çizelge 1’de

verilmiştir. Ölçümler çalışma arazisine 250 m uzakta olan Yalova meteoroloji istasyonundan alınmıştır.

Çizelge 1. Yalova İli 2014 yılı ve uzun yıllar ortalamasına (1931-2016) ilişkin aylık ortalama sıcaklık ve yağış verileri

Aylar Ortalama Sıcaklık (

oC) Toplam Yağış (mm)

2014 1931-2016 2014 1931-2016

Mayıs 18.3 17.0 30.5 35.2

Haziran 22.3 21.4 67.7 38.2

Temmuz 25.2 23.7 47.8 23.2

Ağustos 25.5 23.6 71.9 28.9

Eylül 21.2 20.0 11.4 54.0

Ekim 17.0 15.7 163.2 83.5

Denemenin yürütüldüğü araziden alınan toprak örneklerinin fiziksel ve kimyasal özellikleri analiz sonuçları Çizelge 2’de verilmiştir.

Çizelge 2. Denemenin alanı topraklarının bazı fiziksel ve kimyasal özellikleri

Derinlik İşba Tarla

Kapasitesi (%)

Solma

Noktası (%)

Hacim Ağırlığı

(g cm-3

)

pH

1:2.5

EC₂ ₅

1:2.5 (mmhos cm-1

)

0-30 41

23.12 13.26 1.25 7.08 0.07

Tınlı Nötr Tuzsuz

30-60 48

27.00 15.52 1.27 6.86 0.08

Tınlı Nötr Tuzsuz

60-90

27.78 16.65 1.30

Araştırmada deneme parsellerinin sulanması için gerekli sulama suyu, enstitü deneme arazisinde daha

önceden açılmış bulunan kuyulardan sağlanmıştır. Yapılan analizler sonucunda sulama suyuna ait pH değeri

7.04 ve EC değeri 1032 µmhos cm-1

olarak ölçülmüştür. Sulama suyu; ABD Tuzluluk Diyagramına göre

C3S1 sınıfına girmektedir.

Bitki çeşidi olarak Atatürk Bahçe Kültürleri Merkez Araştırma Enstitüsü tarafından 1975 yılında ıslah

edilmiş olan Pala 49 patlıcan (Solanum melongena L.) çeşidi kullanılmıştır. Sıra arası 70 cm, sıra üzeri 50 cm olup, denemede her bir konu alanı 27 m

2 ve deneme toplam alanı 2635.2 m

2’dir.

Çalışma dört farklı vejetasyon döneminde onaltı farklı sulama konusu oluşturularak yapılmıştır.

Deneme konuları patlıcanın dört kritik gelişme dönemine göre Fide (F), Tam Çiçeklenme (Ç), İlk Meyve Görülmesi (M) ve Hasat (H) olarak belirlenmiştir. Konulu sulamalar, Çizelge 3’de açıklanan konulara göre

dört farklı gelişme dönemi için tam ve kısıntılı olarak uygulamıştır.

Tam sulama konusu (FÇMH); kullanılabilir su tutma kapasitesi esasından yararlanılarak, patlıcan

bitkisi yetişme dönemi boyunca 60 cm toprak profilinde elverişli nemin %50’si tüketildiği zaman eksik suyun tarla kapasitesine tamamlanması şeklinde programlanmıştır. Sulama suyunun uygulanmasında damla

sulama yöntemi kullanılarak, sistem damla sulama yöntemi esaslarına göre kurulmuştur. Yapılan

hesaplamalar sonucunda damlatıcı debisi 4 L h-1, damlatıcı aralığı 25 cm ve lateral aralığı 70 cm olarak

belirlenmiştir.


136

Çizelge 3. Deneme konuları

Deneme Konuları Fide Tam Çiçeklenme İlk Meyve Görülmesi Hasat

(ÇMH) - + + +

(FMH) + - + +

(FÇH) + + - +

(FÇM) + + + -

(FÇ) + + - -

(FH) + - - +

(MH) - - + +

(ÇM) - + + -

(FM) + - + -

(ÇH) - + - +

(F) + - - -

(Ç) - + - -

(M) - - + -

(H) - - - +

Sulamasız - - - -

(FÇMH) + + + +

Konulara göre sulama zamanlarının belirlenmesi amacıyla toprak nemi, 60 cm derinlikte, her bir 30

cm’lik katman için gravimetrik yöntemle izlenmiştir. Toprakta elverişli nemin %50’si tüketildiğinde mevcut

nemin tarla kapasitesine çıkarılması için uygulanacak sulama suyu miktarının belirlenmesinde aşağıdaki eşitlikten yararlanılmıştır (Güngör ve Yıldırım 1989);

( )

(1)

Eşitlik (1)’de;

d: Her sulamada uygulanacak sulama suyu miktarı (mm),

TK: Tarla kapasitesi (%), MN: Topraktaki mevcut nem (%),

i: Toprağın hacim ağırlığı (g cm-3

),

D: Etkili kök derinliği (mm);

P: Islatılan alan oranı değerlerini göstermektedir.

Araştırmada bitki su tüketimi (ET) aşağıda verilen eşitlik ile belirlenmiştir.

(2)

Eşitlik (2)’de; ET: Bitki su tüketimi (mm),

I: Uygulanan sulama suyu (mm),

R: Yağış (mm),

DP: Derine sızma (mm), RO: Yüzey akış (m),

Δs: Sulama aralığında etkili kök bölgesindeki toprak suyu değişimidir (mm).

Bitki su stresi indeksi (CWSI) değerlerinin belirlenmesi amacıyla açık günlerde gün ortasında infrared

termometre (IRT) ile bitki taç sıcaklığı (Tc) ve hava sıcaklığı (Ta) ölçümleriyle eş zamanlı olarak

psikrometre termometre ile ıslak ve kuru hava sıcaklıkları ölçümleri yapılmıştır. Konular üzerinde yapılan

ölçümlerden Tc-Ta farkları ile havanın buhar basıncı açığı (VPD) arasındaki ilişkilere ilişkin alt sınır ve üst sınır eşitlikleri belirlenmiştir.


137

VPD = es – ea (3)

Eşitlik (3)’de;

es: Doygun buhar basıncı (kPa),

ea: Gerçek buhar basıncıdır (kPa).

Psikrometrik ölçümlerden yararlanılarak havanın buhar basıncı açığı (VPD) hesaplanarak, (Tc-Ta) ile

arasındaki ilişkiler belirlenerek Idso ve ark. (1981)’nın önerdiği amprik yöntemle bitki su stresi indeksi hesaplanmıştır. CWSI değerleri anılan grafikten yararlanılarak belirlenmiştir. CWSI’ ni belirlemede

kullanılan eşitlik aşağıda verilmiştir.

( ) ( )

( ) ( ) (4)

Eşitlik (4)’te,

LL: Alt sınır çizgisini, UL: Üst sınır çizgisini göstermektedir.

Bitki taç sıcaklığı gözlemlerine bitki örtü yüzdesi %70’e ulaştığında tüm konularda su stresinin gün içerisinde değişimini belirlemek için sabah saat 8:00’den akşam saat 16:00’a dek birer saat aralıklarla bir kez

yapılmıştır. Taç sıcaklığı gözlemleri sulamalardan önce ve sonra, ölçümleri kısıtlamayan günlerde

yapılmıştır. Ölçümler parsellerin köşegenleri doğrultusunda, 4 köşeden ve her birinde 3 yinelemeli ve

toplam 12 değerin ortalaması alınarak o parsel için ortalama taç sıcaklığı bulunmuştur. Bitki taç sıcaklığı ölçümlerinin başında ve sonunda psikrometrik termometre ile ıslak ve kuru termometre değerleri

okunmuştur. Su stresinin olmadığı tam sulama konularında sulamadan bir veya iki gün sonra yapılan

ölçümler alt sınır (LL) eşitliğinin geliştirilmesinde kullanılmıştır. Tam stresi temsil eden üst sınır eşitliği (UL) ise deneme parselleri yanında oluşturulan ve hiç su uygulanmayan bir parselde yapılan ölçümlerden

belirlenmiştir (Gönen ve ark., 2018). Bitki örtü sıcaklığı ölçümlerinde kullanılan Everest Interscience Marka

Mini-Therm 3800 Model İnfrared Termometre, 8-14 μm spektral bant aralığına sahiptir Deneme tesadüf blokları deneme desenine göre üç tekrarlı olarak yürütülmüştür. Deneme konularına

ilişkin derlenen verilerin istatistiksel analizlerinde JUMP 5.0 istatistik paket programı kullanılmıştır.

Ortalamaların karşılaştırılmasında LSD testi gerçekleştirilmiştir.


Araştırmada deneme konularına ilişkin mevsimlik su kullanımı (ET), sulama suyu ve verim değerleri

Çizelge 4’de verilmiştir. Araştırmada vejetasyon dönemlerine göre fide döneminde 3, tam çiçeklenme

döneminde 5, ilk meyve görülmesi döneminde 4 ve hasat döneminde 6 sulama uygulaması yapılmıştır.

Vejetasyon dönemlerine göre oluşturulan deneme konularında tüm dönemlerde tam sulama yapılan FÇMH konusuna 561 mm sulama suyu uygulanmıştır. Diğer konular ise hiç sulama yapılmayan sulamasız konu 0

mm ile 561 mm arasında değişmiştir. Sulama konularına ilişkin ET değerleri benzer seyretmiştir. Bitki su

tüketimi değerleri FÇMH konusunda 674 mm ve sulamasız konuda 222 mm olarak hesaplanmıştır. Diğer konularda ise bu değerler arasında değişmiştir. Artan sulama suyu ile mevsimlik ET değerlerinde artış

gözlenirken FMH ve FÇM konuları aynı sulama suyu miktarını almasına rağmen, FÇM konusunda FMH

konusuna kıyasla az da olsa daha yüksek ET değerleri belirlenmiştir. Aynı şekilde FÇ ve FH konularında FÇ konusu, ÇH ve FM konularında FM konusu daha yüksek değerleri almıştır.

Çalışmada konularda en yüksek verim FÇM konusunda 3320.7 kg da-1, en düşük verim ise sulamasız

konuda 480 kg da-1 olarak ölçülmüştür. Diğer konular ise bu değerler arasında değişmiştir. Yapılan varyans

analizi sonucunda sulama konularının verim üzerine etkileri istatistiksel olarak %1 düzeyinde önemli bulunmuştur. Ortalama verimlerin istatistiksel gruplandırması Çizelge 5’de verilmiştir.


138

Çizelge 4. Deneme konularına ait ET, verim ve sulama suyu değerleri

Deneme Konuları ET (mm) Sulama Suyu (mm) Verim (kg da-1

)

(ÇMH) 636 523 1967

(FMH) 587 472 1932

(FÇH) 654 540 2221

(FÇM) 673 474 3320

(FÇ) 570 354 1399

(FH) 468 358 2050

(MH) 532 420 705

(ÇM) 641 431 1337

(FM) 619 406 1419

(ÇH) 493 404 571

(F) 429 217 1255

(Ç) 543 325 669

(M) 474 287 1227

(H) 325 236 939

Sulamasız 222 0 480

(FÇMH) 674 561 2719

Çizelge 5. Deneme konularına ait verim değerlerinin istatistiksel analiz gruplandırılması

Sulama konularında bitki su stres indeksini (CWSI) hesaplamak için kullanılan Tc-Ta ve VPD ilişkisini

gösteren temel grafik Şekil 1’de verilmiştir. Su stressiz (alt) ve tam su stresli (üst) sınır çizgisinin

denklemleri sırasıyla Tc-Ta (LL) = -0,8165VPD - 2,9362 ve Tc-Ta (UL) = 0,9869VPD + 3,2043 olarak

belirlenmiştir. Çalışmanın yürütüldüğü yerin iklim özellikleri ve bitki çeşidine bağlı olarak alt ve üst sınır çizgisi eşitlikleri değişiklik göstermektedir.

Şekil 1. Üst ve alt sınır çizgileri ve denklemleri

Deneme Konuları Ortalama Verim (kg da-1

)

(ÇMH) 1967.9 c**

(FMH) 1932.4 c

(FÇH) 2221.4 c

(FÇM) 3320.7 a

(FÇ) 1399.57 d

(FH) 2050.49 c

(MH) 705.1 fg

(ÇM) 1337.0 d

(FM) 1419.0 d

(ÇH) 571.4 fg

(F) 1255.7 de

(Ç) 669.0 fg

(M) 1227.0 de

(H) 939.3 ef

Sulamasız 480.1 g

(FÇMH) 2719.3 b

P= %1** önemlilik düzeyi

CV= 15.5


139

Deneme konularında hesaplanan CWSI değerlerinin değişimi Şekil 2’ de gösterilmiştir. CWSI değerleri

tam sulama yapılan FÇMH konusunda 0.12-0.16 arasında değişiklik gösterirken, sulamasız parselde ki

CWSI değişiminin 0.43-0.61 arasında olduğu belirlenmiştir. Şekil 2’de görüldüğü gibi sulamasız parsel için

hesaplanan CWSI değerleri mevsim boyunca en yüksek düzeyde seyretmiştir. CWSI değerleri sulamalardan önce artarken sulamadan sonra ise azalmıştır.

Şekil 2. Deneme konularında hesaplanan CWSI değerlerinin değişimi

Araştırma konularında elde edilen mevsimlik ortalama CWSI değerleri Çizelge 6’da verilmiştir. CWSI değişimi incelendiğinde su stresi daha az çeken konularda daha düşük CWSI değerleri ölçülürken, su stresini

daha yoğun yaşayan konularda daha yüksek CWSI değerleri belirlenmiştir. Deneme konuları incelendiğinde

en yüksek ortalama CWSI değeri 0.52 ile sulamasız konudan elde edilmiş, en düşük ortalama CWSI değeri ise 0.15 ile FÇMH ve FÇH konularından elde edilmiştir. En yüksek verimin alındığı FÇM konusunda

ortalama CWSI değeri 0.20 değerini vermiştir.

Çizelge 6. Deneme konularına ait mevsimlik ortalama CWSI değerleri

Deneme Konuları Ortalama CWSI

(ÇMH) 0.44

(FMH) 0.19

(FÇH) 0.15

(FÇM) 0.20

(FÇ) 0.21

(FH) 0.15

(MH) 0.40

(ÇM) 0.48

(FM) 0.24

(ÇH) 0.41

(F) 0.22

(Ç) 0.48

(M) 0.48

(H) 0.43

Sulamasız 0.52

(FÇMH) 0.15


140

4. SONUÇ

Bu çalışmada, Yalova koşullarında açıkta üretimi yapılan ve damla sulama yöntemiyle farklı gelişme

dönemlerinde sulanan patlıcan bitkisinde en uygun sulama programını belirlemek için infrared termometre tekniğinin kullanılması sonucunda elde edilen sonuçlar aşağıda açıklanmıştır.

En yüksek verim FÇM konusunda 3320 (kg da-1) elde edilmiştir. Ayrıca tam sulama konusuna göre

FÇM konusunda 87 mm daha az su tüketimi olmuştur. Bu bulgulara göre anılan konu tam sulamaya göre su

tasarrufu sağladığından dolayı Yalova koşullarında FÇM konusu önerilmektedir. Çalışmada ölçülen Tc-Ta sıcaklık farkı değerleri ile VPD değerlerinin ilişkilendirilmesi sonucunda bitki

su stres indeksi (CWSI) değerleri hesaplanmıştır. CWSI değerlerinin belirlenmesi için tam sulanan ve

sulanmayan konulardan bir temel grafik oluşturulmuştur. CWSI değerleri her bir deneme konusu için ayrı ayrı hesaplanmıştır.

Sulamaların genel olarak patlıcan bitkisinin verimini olumlu yönde etkilediği, aşırı sulamalardan

kaçınılması ve en uygun verim için önerilen düzeyde ve zamanda sulama yapılması gerektiği ortaya konulmuştur. Elde edilen sonuçlara göre, Yalova koşulları için patlıcanda sulama programlaması amacıyla

CWSI değerleri esas alınarak infrared termometre tekniğinin kullanılabileceği, böyle bir durumda mevsim

boyunca 0.20 civarında tutulacak şekilde sulamaların programlanabileceği önerilebilir.

5. KAYNAKLAR

Baştuğ R & S Irmak. 1996. Toprak suyu potansiyeli ve bitki su stresi indeksi (CWSI) değerlerinin mısır

sulanmasında kullanılması. Akdeniz Üniversitesi Ziraat Fakültesi Dergisi, 9(1):241-255.

Bozkurt Çolak Y, A Yazar, SM Sezen & S Tangolar. 2014. Çukurova bölgesinde Ergin çekirdeksiz sofralık üzüm

çeşidinde bitki su stresinin infrared termometre ile izlenmesi. Ala Tarım, 13 (1): 17-26.

Chaves MM, JP Maroco & JS Pereira. 2003. Understanding Plant Responses to Drought from Genes to Whole

Plant. Funct. Plant Biol. 30: 23–264.

Çamoğlu G & L Genç. 2013. Taze Fasulyede Su Stresinin Belirlenmesinde Termal Görüntülerin ve Spektral

Verilerin Kullanımı. ÇOMÜ Ziraat Fakültesi Dergisi, 1(1):15-27.

Çolak, YB, A Yazar, İ Çolak, H Akça, & G Duraktekin. (2015). Evaluation of crop water stress index (CWSI) for

eggplant under varying irrigation regimes using surface and subsurface drip systems. Agriculture and agricultural science procedia, 4: 372- 382.

Emekli Y, R Bastug, D Buyuktas & NY Emekli. 2007. Evaluation of a crop water stress index for irrigation

scheduling of bermudagrass. Agricultural Water Management, 90 (3):205-212.

Erdem Y, T Erdem, AH Orta & H Okursoy. 2006b. Canopy–air Temperature Differential for Potato under

Different Irrigation Regimes. Acta Agric. Scand. 56 (3): 206–216.

Erdem Y, S Sehirali, T Erdem & D Kenar. 2006. Determination of CropWaterStress Index for Irrigation

Scheduling of Bean (Phaseolusvulgaris L.). Turk. J. Agric. Forest, 30: 195–202.

Erdem Y, L Arin, T Erdem, S Polat, M Deveci, H Okursoy & H Gültas. 2010. Crop Water Stress Index for

Assessing Irrigation Scheduling of Drip Irrigated Broccoli (Brassicaoleracea L. var. italica). Agric. Water

Manage, 98 (1): 148–156.

Gençoğlan C & A Yazar. 1999. Çukurova koşullarında yetiştirilen I. ürün mısır bitkisinde infrared termometre

değerlerinde yararlanılarak bitki su stresi indeksi (CWSI) ve sulama zamanının belirlenmesi. Turkish

Journal of Agriculture and Forestry, 23(2): 87-95.

Gönen E, Y Bozkurt Çolak, A Yazar, Ç Tanrıverdi & S Sesveren. 2018. Bitkiye Dayalı Ölçümler Kullanılarak

Gün İçerisinde En Uygun Sulama Zamanının Belirlenmesi. Süleyman Demirel Üniversitesi Ziraat Fakültesi

Dergisi. I.Uluslararası Tarımsal Yapılar ve Sulama Kongresi Özel Sayısı: 281-289. ISSN 1304-9984,

Araştırma Makalesi.

Güngör H & O Yıldırım. 1989. Tarla Sulama Sistemleri. Ankara Üniv. Ziraat Fak. Yayınları, No: 1155, Ankara.

Idso SB, RD Jackson, PJJr Pinter, RJ Reginato & JL Hatfield. 1981. Normalizing the stres-degree-day parameter

for environmental variability. Agricultural Meteorology, 24 (1981): 45-55.

Idso SB, PJJr Pinter & RJ Reginato. 1990. Nonwater stressed baselines: the importance of site selection for air

temperature and air vapour pressure deficit measurements. Agricultural and Forest Meteorologh, 53:73-80.

Jackson RD, SB Idso, RJ Reginato & PJJr Pinter. 1981. Canopy temperature as a crop water stress indicator.

Water Resources Research, 17(4):1133-1138.

Jackson RD, 1982. Canopy Temparature and Crop Water Stres. Advances in Irrigation. Edited by Daniel Hillel

Acamedic Press, 1 43-85, New York, London.


141

Kırnak H, İ Taş, C Kaya & D Higgs. 2002. Effects of Deficit Irrigation on Growth, Yield and Fruit Quality of

Eggplant Under Semi -Arid Conditions. Aust. J. Agric. Res., 53, 1367-1373.

Kodal S. 2004. Sulama ve Bilgisayar Destekli Sulama Zaman Planlaması. GAP Bolge Kalkınma İdaresi

Başkanlığı, GAP Sulama Sistemlerinin İsletme Bakım ve Yönetimi (GAP-İBY) Projesi, Şanlıurfa.

Köksal ES. 2006. Sulama suyu düzeylerinin şekerpancarının verim, kalite ve fizyolojik özellikleri üzerindeki

etkisinin, infrared termometre ve spektroradyometre ile belirlenmesi. Doktora Tezi, Ankara Üniversitesi,

Ankara.

Köksal ES, H Üstün & A İlbeyi. 2010. Bodur yeşil fasulyenin sulama zamanı göstergesi olarak yaprak su

potansiyeli ve bitki su stres indeksi sınır değerleri. Uludağ Üniversitesi Ziraat Fak. Dergisi, 24(1), 25-36.

Lovelli S, M Perniola, A Ferrara & T Di Tommaso. 2007. Yield Response Factor to Water (Ky) and Water Use

Efficiency of Carthamus Tinctorius L. and Solanum melongena L. Agric. Water Manage, 92, 73–80.

Nielsen DC. 1990. Scheduling irrigations for soybeans with the crop water stress index (CWSI). Field Crops Research, 23(2):103-116.

Orta AH, Y Erdem & T Erdem. 2003. Crop water stress index for watermelon. Scienta Horticulturae, 98(2):121-

130.

Pinter PJ & RJ Reginato. 1982. A thermal infrared technique for monitoring cotton water stress and scheduling

irrigations. Transaction of the ASAE, 25(6):1651-1655.

Poblete-Echeverría C, D Espinace, D Sepúlveda-Reyes, M Zúñiga & M Sanchez. 2015. Analysis of crop water

stress index (CWSI) for estimating stem water potential in grapevines: comparison between natural

reference and baseline approaches. In: VIII. International Symposium on Irrigation of Horticultural Crops

1150 (pp. 189-194).

Sezen SM, A Yazar, Y Daşgan, S Yücel, A Akyıldız, S Tekin & Y Akhoundnejad. 2014. Evaluation of crop

water stress index (CWSI) for red pepper with drip and furrow irrigation under varying irrigation regimes.

Agricultural Water Management, 143:59-70.

Taghvaeian S, L Comas, KC Dejonge & TJ Trout. 2014. Conventional and simplified canopy temperature indices

predict water stress in sunflower. Agricultural Water Management, 144:69-80.

Tekelioğlu B, D Büyüktaş, C Karaca, R Baştuğ, N Dinç & K Aydınşakir. 2017. Infrared termometre tekniğinin

nar (Punica granatum L.) ağaçlarında sulama programlaması amacıyla kullanım olanakları. Derim, 34(1).

61-71.

O’toole JC & JG Real. 1986. Estimation of Aerodynamic and Crop Resistances From Canopy Temperature.

Agron. J. 78:305-310, 1986.

Ödemiş B & R Baştuğ. 1999. Infrared termometre tekniği kullanılarak pamukta bitki su stresinin

değerlendirilmesi ve sulamaların programlanması. Turkish Journal of Agriculture and Forestry, 23(1):31-

37.

Reginato RJ. 1983. Field quantification of crop water stress. Transaction of the ASAE, 26(3):772-781.

Yazar A. 1990. Utilization of infrared thermometry technique for assessing crop water stres and irrigation

scheduling for soybean. DoğaTürk Tarım ve Ormancılık Dergisi, 14:517-533.

Yazar A, S Tangolar, SM Sezen, YB Colak, B Gencel, HB Ekbic & A Sabır. 2010. New Approaches in Vineyard

Irrigation Management: Determining Optimal Irrigation Time Using Leaf Water Potential for High Quality

Yield under Mediterranean Conditions. Turk. Science and Research Council (TUBITAK) (Project No:

TOVAG-1060747), 100 pp.

Zipoli G. 1990. Remote Sensing for Scheduling Irrigation: Review of Thermal Infrared Approach. Acta

Horticulture Volume I (1-442):281-288.


142

Determination of Live Tree Trunk Diameter with Close-Range Imaging

Hayrettin Karadöl*, Ali Aybek

Department of Biosystems Engineering, Faculty of Agriculture, University of Kahramanmaraş Sütçü İmam,

46100, Kahramanmaras, Turkey


ABSTRACT

Accurate measurement and recording of tree trunk diameters in forestry activities is an important issue

in terms of sustainable forestry. The development of practical methods for the processes carried out in

uneven terrain conditions in forest areas will also provide significant benefits in terms of processing time

and labor. In this study, the caliper images were obtained from a distance of 70 cm by placing markers to the

starting point and moving jaw area (measurement end point) of a mechanical caliper used to measure the tree

trunk diameter. Original images have been converted to binary images by transferring them to MATLAB

program environment. At the transformation stage, the markers placed on the caliper are brought to the

foreground. The nearest distance between the markers was accepted as diameter and the calculated values

were transferred to the Excel program environment via the OPC (Ole for Process Control) server. The

diameters calculated using the images were compared with the values measured by the caliper manually. As

a result, it was determined that the measurement of 10 different tree trunk diameters can be calculated with

the accuracy rate between 95.40% and 99.78% by close-range imaging method.

Keywords: Close-range imaging, image processing, tree trunk diameter, OPC


Yakın Mesafe Görüntüleme ile Canlı Ağaç Gövde Çapının Belirlenmesi

ÖZET

Ormancılık faaliyetlerinde ağaç gövde çaplarının doğru bir şekilde ölçülmesi ve kayıt altına alınması

sürdürülebilir ormancılık açısından önemli bir konudur. Orman alanlarında engebeli arazi şartlarında

gerçekleştirilen işlemler için pratik yöntemlerin geliştirilmesi, işlem zamanı ve iş gücü açısından da önemli

ölçüde fayda sağlayacaktır. Bu çalışmada, ağaç gövde çapını ölçmek amacıyla kullanılan mekanik bir kumpasın cetvel başlangıç noktasına ve hareketli çene bölgesine (ölçüm son noktası) belirteçler

yerleştirilerek kumpas görüntüleri 70 cm uzaklıktan elde edilmiştir. Orjinal görüntüler MATLAB programı

ortamına aktarılarak ikili görüntülere dönüştürülmüştür. Dönüşüm aşamasında görüntülerde kumpas üzerine yerleştirilen belirteçlerin ön plana çıkarılması sağlanmıştır. Belirteçler arasındaki en yakın mesafe değeri çap

olarak kabul edilmiş ve hesaplanan değerler OPC (Ole for Process Control) server üzerinden Excel program

ortamına aktarılmıştır. Görüntüler kullanılarak hesaplanan çap değerleri ile manuel olarak kumpasla ölçülen değerler karşılaştırılmıştır. Sonuç olarak, yakın mesafe görüntüleme yöntemi ile 10 farklı ağaç gövde çapının

ölçümü % 95.40 ile % 99.78 arasında doğruluk oranıyla hesaplanabildiği belirlenmiştir.

Anahtar kelimeler: Yakın mesafe görüntüleme, görüntü işleme, ağaç gövde çapı, OPC

mailto:hayrettinkaradol@


143

1. GİRİŞ

Ormancılık faaliyetlerinde bir bölgeye ait üretim potansiyelinin belirlenmesi için ilgili bölgedeki

ağaçlar gövde çaplarına göre sınıflandırılmaktadır. Sınıflandırma aşamalarının gerçekleştirilebilmesi için

önemli ölçüde iş gücüne ve zamana ihtiyaç duyulmaktadır. Bu açıdan bu alandaki üretim aşamalarında teknolojik temellere dayanan ölçüm sistemlerinin geliştirilmesi önemli katkılar sağlayacaktır.

Orman işletmelerinde devamlı ve rasyonel bir çalışmayı sağlamak amacıyla ürünlerin belirli

periyotlarda bir sayıma tabi tutulmaları, elde edilecek materyalin istatistiksel analizlerinin yapılması gerekmektedir. Periyodik olarak yürütülen hacim ve artım kontrolü için geliştirilen envanter metotlarının

hemen hepsinde, ölçümlerin ağırlık noktasını çap ölçümü oluşturur (Soykan, 1964). Ormancılıkta ağaçların

boylarının ve gövdelerinin çeşitli yüksekliklerdeki çaplarının bilinmesinin büyük önemi vardır. Bu ölçüler

sayesinde gövde şekilleri, hacimler ve hacim artış miktarları hesaplanabilmektedir. Ağaç gövdesinin en yukarıdaki ucuna yerden ulaşmak oldukça zor olduğu için gövde boyunu ve uç çapını direkt olarak ölçme

imkanı yoktur. Çap ölçme işine genel olarak gövdenin en alt kısmından başlanılır ve yaklaşık olarak 1.20 m

aralıkla ölçülür (Tokmanoğlu, 1972). Ayrıca tarım alanında gövde çapı, meyve ağaçlarının üretim tahmininde de kullanılan bir değişkendir. Gövde çapının yaprak alanı ve ağacın biyokütlesiyle olan ilişkisi

bitkilerin potansiyel üretimi açısından önemli bilgiler sunmaktadır (Pérez ve ark., 2016).

Günümüzde halen ağaç yüksekliğinin, ağaç çapının ve dikili bir ağacın odun hacminin hesaplanmasında manüel yöntemler kullanılmaktadır. Ancak bu yöntemler doğruluk, güvenilirlik ve işlem

süresi açısından yetersiz kalmaktadır. Yarı otomatik bir sistemle ölçümlerin yapılması çok daha kısa sürede

daha doğru sonuçlar verecektir. Bu nedenle, görüntü işleme tekniği kullanılarak daha efektif bir ölçüm

yöntemi sağlanabilir (Singla & Singh, 2017). Bu çalışmada, ilk aşamada mekanik kumpas ile ağaç gövde çapı ölçümü esnasında elde edilen

görüntüler MATLAB programına aktarılarak ağaçlara ait gövde çapları görüntü işleme fonksiyonları

yardımıyla otomatik olarak hesaplanmıştır. Daha sonra hesaplanan değerler OPC sunucu aracılığı ile Excel program sayfasına yazılmıştır.


2.1. Materyal

Ağaç gövde çapını ölçmek amacıyla kullanılan 80 cm ölçüm aralığına sahip mekanik bir kumpas kullanılmıştır. Görüntü dönüşümleri aşamasında kumpas cetveli başlangıç ve bitiş noktalarını doğru olarak

belirleyebilmek için kumpas üzerine eklenen kırmızı renkli belirteçler Şekil 1’de görülmektedir.

Şekil 1. Ağaç gövde çapı ölçümünde kullanılan mekanik kumpas

Çalışmada, örnek olarak seçilen ve gelişim düzeyleri farklı olan dikili kızılçam ağaçlarının gövde

çapları ölçülmüştür. Ölçüm esnasında görüntüleri elde etmek için CMOS sensör teknolojisine sahip UeyeUI-

1240ML-C-HQ bir endüstriyel kamera ve AzureC-Mount 1/2", 4 mm lens (IDS, 2019) kullanılmıştır (Şekil 2 a ve b).

Kameranın elektriksel beslemesi ve görüntü verilerinin bilgisayara aktarılması için 5 m uzunluğunda

USB kablo kullanılmıştır. Çalışmada kullanılan bilgisayar; Intel Core i7-6700 HQ işlemci modeline, 2.6

GHz işlemci hızına, 4 GB ekran kartı hafızasına ve 256 GB SSD harddisk’e sahiptir.


144

Şekil 2. Dijital renkli (RGB) kamera (a) ve lens (b)

Örnek kumpas ölçüm görüntüleri, ağaç gövdesine 70 cm uzaklıktan ve yer düzleminden 120 cm

yükseklikten elde edilmiştir (Şekil 3). Çalışmada Kahramanmaraş Orman Bölge Müdürlüğü yerleşkesinde

bulunan gövde çapları 20 cm ile 60 cm aralığında olan farklı gelişim düzeylerine sahip kızılçam ağaçları tercih edilmiştir.

Şekil 3. Örnek görüntülerin elde edilmesi

2.2. Yöntem

2.2.1. Görüntülerin Elde Edilmesi

Kamera tarafından elde edilen görüntülerin MATLAB ortamına aktarılabilmesi için Image Acquisition Toolbox kullanılmaktadır. Bu araç kutusu endüstriyel ve bilimsel kameraların MATLAB ve Simulink'e

bağlanmasını sağlayan fonksiyonlara ve bloklara sahiptir. Ayrıca, kameranın donanım özelliklerini interaktif

olarak algılayan ve yapılandıran uygulamalar içermektedir. Araç kutusu, döngü içi işleme, donanım

tetikleme, arka plan edinimi ve birden fazla cihazda eşlemeyi senkronize etme gibi veri alma modlarını etkinleştirmektedir (MATLAB, 2019). RGB formatında elde edilen örnek bir görüntünün (Şekil 4)

MATLAB programı ortamında okunması ve görüntülenmesi için kullanılan kodlar şu şekildedir:

rgbImage = imread('E:\kumpas\53cmb.BMP');

[rows, columns, numberOfColorBands] = size(rgbImage);

imshow(rgbImage);

Şekil 4. RGB görüntü


145

2.2.2. Ağaç Gövde Çapının Hesaplanması

RGB formatında elde edilen görüntüler Image Processing Toolboox fonksiyonları kullanılarak renk

kanallarına ayrılmıştır. Burada temel amaç kumpas üzerindeki kırmızı renkteki belirteçleri gri seviye

görüntüde ön plana çıkarmaktır. Çünkü RGB renk modelinde her renk, onun kırmızı, yeşil ve mavi ana spektral bileşenleri şeklinde görünür (Gonzalez & Wood, 2014). Elde edilen görüntülerin renk kanallarına

ayrılarak kırmızı kanal değerinin ön plana çıkarılması (Woebbecke ve ark., 1995) için kullanılan kodlar

aşağıda ve gri seviye görüntüsü ise Şekil 5’de verilmiştir.

axison;

redchannel = rgbImage(:, :, 1);

greenchannel = rgbImage(:, :, 2); bluechannel = rgbImage(:, :, 3);

gray= (2*redchannel-greenchannel-bluechannel);

imshow(redvalue);

Şekil 5. Kırmızı kanal ön plana çıkarılmış gri seviye görüntü

Gri seviye görüntüde kırmızı kanalın ön plana çıkarılması nedeniyle kumpas üzerindeki kırmızı

renkteki belirteçlerin gri seviye parlaklık değeri daha büyük olmuştur. Bu noktada kaba bir eşik değeri (75) kullanarak kumpas üzerindeki kırmızı renk değerine sahip belirteç bölgeleri, ikili görüntüde ön plana

çıkarılmıştır. Daha sonraki aşamada elde edilen ikili görüntü 3x3’lük bir kare şeklindeki yapısal elemanla

genişletilerek, beyaz değere sahip bölgelerin içerisindeki ve kenar noktalarındaki boşluklar doldurulmuştur.

Son aşamada ise beyaz bölge sınırları belirlenerek iki bölge arasındaki en yakın mesafe, piksel sayısına bağlı olarak, hesaplanmıştır (Şekil 6).

Şekil 6. İkili görüntüde iki bölge arasındaki en yakın mesafe

Şekil 6’da 70 cm mesafeden 1280x1024 piksel çözünürlük değerine sahip kamera ile çekilen görüntü için belirteç bölgeleri arasındaki yatay doğrultu boyunca bir satırın piksel sayısı (beyaz bölgeler arasındaki

minimum piksel sayısına sahip satır) kullanılarak ağaç gövde çapı ‘cm’ olarak hesaplanmıştır (Eşitlik 1).

Eşitlikte X değeri 70 cm çekim mesafesi için 0.0944 olarak oluşmuştur.


146

(1)

Burada;

AGÇ: Ağaç gövde çapı (cm),

AGMPS: Ağaç gövde minimum piksel sayısı (Adet), X: Kamera çekim mesafesine bağlı oluşan katsayıdır.

2.2.3. Verilerin Excel Ortamına Aktarılması

MATLAB programı ortamında hesaplanan her bir ağaç gövde çapını Excel programına aktarmak

amacıyla MATLAB OPC – Kepware OPC – Excel programı arasında bağlantı kurulmuştur. OPC, veri

alışverişinde istemci - sunucu yapısını kullanan bir yazılımdır ve bir OPC sunucusu proses bilgisinin kaynağı olan cihazdan verileri alır ve istemci arayüzü üzerinden kullanıcıya iletir. OPC uyumlu bir istemci, sunucuya

bağlanır ve talep ettiği veriye ulaşır (Mahnke ve ark., 2009). Çalışmada ilk olarak Kepware OPC yazılımında

bir kanal oluşturularak bu kanal üzerinden Excel programı ile bağlantı kurulmuştur. Excel sayfasındaki veri yazılacak hücre adresleri kanal oluşturma aşamasında Kepware OPC tarafında tanımlanmıştır. İkinci

aşamada ise MATLAB OPC - Kepware OPC bağlantısı kurularak MATLAB programında hesaplanan ağaç

gövde çaplarına ait sayısal değerler, Kepware OPC veri alanlarına yazılmıştır. Böylece MATLAB programında hesaplanan veriler doğrudan Excel programında ilgili hücre alanlarına yazılabilmektedir (Şekil

7).

Şekil 7. MATLAB OPC – Excel programı arası veri transferi


Çalışmada, 10 farklı ağaç gövde çapının manuel kumpas ölçüm sonuçları ve 70 cm sabit mesafeden

elde edilen görüntüler kullanılarak, görüntü işleme fonksiyonları kullanılarak hesaplanan ağaç gövde çap değerleri Çizelge 1’de, manuel ve görüntüleme ölçüm yöntemlerinin karşılaştırılması ise Şekil 8’de

verilmiştir. Manuel ve görüntüleme ölçümleri arasındaki minimum fark (%+0.22) 2. örnekte, maksimum

fark ise (%+4.60) 8. örnekte oluşmuştur (Çizelge 1, Şekil 8). Diğer bir ifade ile ölçüm sonuçlarının doğruluk

oranı %95.40 ile %99.78 arasında gerçekleşmiştir. Bazı örneklerde (1., 7., 8., 9.) hata değerinin artış göstermesinin temel nedeni ölçüm esnasında 70 cm olan görüntüleme mesafesinin sabitlenememe

hatasından kaynaklandığı düşünülmektedir. Bu nedenle kameranın ağaç gövdesini belirli bir mesafeden

görecek şekilde kumpas üzerinde bir noktaya sabitlenmesi durumunda, hata oranını çok daha küçük değerlere düşürecektir.

Çizelge 1. Manuel ve görüntüleme yöntemi kullanılarak hesaplanan ağaç gövde çap değerleri

Örnek ağaçlar Manuel kumpas ölçümü (cm) Görüntüleme ölçümü

(cm)

Fark (%)

1. Ağaç 28.00 27.29 -2.53

2. Ağaç 31.00 31.07 +0.22 3. Ağaç 33.00 33.34 +1.03

4. Ağaç 34.00 34.18 +0.53

5. Ağaç 36.00 36.23 +0.63

6. Ağaç 37.00 37.11 +0.29

7. Ağaç 40.00 39.10 -2.25

8. Ağaç 48.50 50.71 +4.60

9. Ağaç 52.00 53.94 +3.73

10. Ağaç 53.50 54.12 +1.15


147

Şekil 8. Ağaç gövde çapı ölçümünde manuel ve görüntüleme yöntemlerinin karşılaştırılması

4. SONUÇ

Bu çalışmada, ağaç gövde çaplarının ölçümünde daha pratik bir yöntem geliştirmek amacıyla

geleneksel yöntem olan mekanik kumpas ölçümüne referans olabilecek yakın mesafe görüntüleme yöntemi

kullanılmıştır. Ölçüm sonuçlarına göre yakın mesafe görüntüleme yöntemi ile 10 farklı ağaç gövde çapının ölçümü % 95.40 ile % 99.78 arasında doğruluk oranıyla hesaplanarak, veriler OPC sunucu yazılımı

yardımıyla Excel program sayfasına yazılmıştır.

Geleneksel yöntemde ağaç çap ölçüm işlemleri ve bu ölçüm sonuçlarının kaydedilmesi manuel olarak yapıldığından; zaman, işgücü ve maliyet açısından etkin olmamaktadır. Görüntüleme sensörleri ile yapılan

ağaç çap ölçüm değerlerinin gerçek zamanlı olarak belirlenip kayıt altına alınması geleneksel yönteme göre

daha etkin olacaktır. Günümüzde oldukça küçük boyutlara sahip mikro bilgisayarların görüntüleme sensörlerinden aldıkları bilgileri işleyebilme kabiliyetleri giderek artmaktadır. Bu açıdan ele alınan bu

araştırma yöntemine dayanan mikroişlemci temelli görüntüleme ve mesafe sensörü kullanılarak bir mobil

ölçüm sisteminin tasarımı, sonraki çalışmaların konusunu oluşturacaktır.

KAYNAKLAR

Gonzalez RC & RE Woods. 2014. Sayısal Görüntü İşleme, 3. Baskıdan Çeviri, Palme Yayıncılık, ISBN: 978-

605-355-212-3.

IDS. 2019. USB 2 uEye ML Endüstriyel Kamera. URL (erişim tarihi: 26.7.2019) https://en.ids-

imaging.com/store/products/cameras/usb-2-0-cameras/ueye-ml.html

MATLAB. 2019. Image Acquisition Toolbox, The Mathworks Inc. URL (erişim tarihi: 11.07.2019)

https://www.mathworks.com/products/imaq.html

Mahnke W, SH Leitner & M Damm. 2009. OPC Unified Architecture, Berlin.

Pérez DS, F Bromberg & FG Antivilo. 2014. Computer Vision Approach for Low Cost, High Precision

Measurement of Grapevine Trunk Diameter in Outdoor Conditions. arXiv preprint arXiv:1406.4845.

Singla N & D Singh. 2017. A Soft Approach to Estimate Woody Volume of a Live Tree. Oriental Journal of

Computer Science and Technology, 10(3): 618-623.

Soykan B. 1964. Dikili Ağaçların Çaplarının Ölçülmesinde Muhtelif Çap Kademeleri Teşkilinin ve Muhtelif

Kompasların Sırhat Derecelerinin Tayini. Ormancılık Araştırma Estitüsü Yayınları, Teknik Bülten Seri

No: 13, Ankara

Tokmanoğlu T. 1972. Ağaç boyunun ve çeşitli yüksekliklerdeki çapların ölçülmesi. Journal of the Faculty of

Forestry, Istanbul University. 27 (1): 35-48.

Woebbecke DM, GE Meyer & DA Von Bargen Mortensen. 1995. Shape features for identifying young weeds

using image analysis. Transactions of the ASAE, 38(1): 271-281.

https://www.mathworks.com/products/imaq.html


148

Ensuring the Ventilation and Cooling of Poultry Houses with Zero Energy

Ahmet Nedim Yüksel1, Elif Yüksel Türkboyları

2,*

1Biosystem Engineering, Faculty of Agriculture, University of Tekirdağ Namık Kemal, 59030, Tekirdağ,

TURKEY

2Department of Plant and Animal Production, Vocational School of Technical Sciences, University of Tekirdağ Namık Kemal, 59030, Tekirdağ, TURKEY


ABSTRACT

It is possible to achieve high efficiency in poultry houses, increase the product quality and increase the living comfort of the animals with adequate and appropriate ventilation. Sufficient and appropriate

ventilation in poultry houses can be provided only through mechanical (forced) ventilation. It is beneficial to

use zero energy in the acquisition of the electrical energy that will be used in forced ventilation, for the protection of both the producer and nature. Use of the zero energy that has no carbon-dioxide emission in

poultry houses is possible only by means of the installation of a system of solar panels. For the cooling

system of a poultry house whose base area is 350 m2 (14.0*25.0) accommodating 5000 hens, 18.75 m

2 fan-

pad and for the circulation of water within the system, a circulation pump with the power of 0.2 kWh are needed. When it comes to mechanical ventilation, seven aspirators at 60 cm diameter, 0.55 kWh power,

9500 m3h

-1 flow rate, and 1400 rpm (dd

-1) cycle will be able to operate the system. For the ventilation and

cooling system, a 5.0 kW photovoltaic battery system will provide the desired energy. When the system operates at full capacity, it will allow the storage of some energy in accumulators in order to be used later

on.

Keywords: Zero energy, solar panels, poultry houses, ventilation, fan-pad system


1. INTRODUCTION

A substantial part (86%) of the energy resources consumed in the world are the fossil based traditional

fuels (Kayişoğlu & Dikmen, 2018). Such fuels are nonrenewable fuels due to the fact that the organic

matters form under pressure and in a long period underground. Fossil fuels are available in particular places

in the world and their price increases gradually as they are scarce and because of the obligation of transporting them. Especially the developing countries importing fossil based fuels spend a large portion of

their budgets for that purpose. Their development delays as they are unable to make sufficient investment

due to the high energy costs. In addition, the fossil energy resources in the world have undesirable impacts on the environment like

carbon emissions. The proportion of greenhouse gases generated as a result of non-renewable fossil energy

sources is increasing in the atmosphere. With the increase of the ratio of the greenhouse gasses in the

atmosphere and their retention of the solar energy on them, the temperature of the world increases. The increase of the temperature of the world promotes the meteorological incidents such as storms and floods

and causes glaciers to melt down and seas to rise (Anonymous, 2019a).

The rise in energy prices cause increase in the input prices of agricultural production and the resulting products become expensive. The possibilities of using the environment-friendly zero energy resources rather

than the fossil fuels whose reserves are declining and prices are increasing must be improved. Zero energy

can be defined as the energy source with very little or no CO2 emission in the atmosphere. In zero energy, the energy requirement is fulfilled through the use of the renewable energy resources like solar, wind,



149

geothermal, hydraulic, or wave (Anonymous, 2019b). The sun is the world's leading renewable and endless source of energy. The solar energy is incomparably much more than the energy resources on earth (Kamat,

2007). What makes solar energy valuable compared to the other renewable energy resources is that it is

ready for use anywhere in the world without conducting any preliminary study or preparation.

Solar energy is converted into electrical energy via photovoltaic systems and heat energy via solar thermal systems (Yüksel & Yüksel-Türkboyları, 2017). The studies conducted state that the generation and

utilization of electricity through solar energy in agricultural enterprises can be economical (Küsek et al.,

2016).

1.1. Importance of Poultry Farming in Turkey

Animal breeding is a significant field of study in terms of economic, social, and dietary grounds in Turkey. For a healthy diet of people, the body needs calories, proteins, fats and carbohydrates must be met in

a balanced way. In addition, 40% of the protein consumed must be animal based. However, only 29% of the

protein consumed per capita in Turkey is obtained from animal products (Gündüz et al., 2006). Our production of red meat that is the source of the animal protein that has substantial importance in

nourishment is not sufficient. The consumption of per capita red meat in Turkey is gradually decreasing. It is

possible to overcome our animal protein gap by means of poultry farming. Poultry farming can develop more plentifully, faster, and in smaller areas. Hence, it may took an important place in solving the nutrition

and protein problem of humans (Yüksel & Şişman, 2015). As chicken meat is a nutrient that is rich in terms

of energy, protein, and minerals, easy to digest, and relatively cheap, it has a substantial strategic

importance. Hence, the demand for chicken meat has increased gradually in the recent times. In the recent years, significant increases took place both in the number of the animals and the

production of the animal products upon the supports and incentives of the Ministry of Food, Agriculture, and

Livestock. In terms of the countries’ meat consumption as of 2015, the ratio of the US is 94.9 kg (cattle by 24.0, pork by 33.0, poultry by 22.7, and sheep by 1.8 kg) while this figure becomes 37.4 kg (cattle by 13.0,

poultry by 23.0, and sheep by 7.0 kg) in Turkey (BESD-BİR, 2018). It is seen that the poultry products will

have a great effect in closing this gap in animal products. The increase in the poultry became 6.6% compared to 2011 and the number of the hens for meat and egg production became 254 million.

In Turkey, the production of poultry and, accordingly, its export increased throughout the years. Our

export of chicken meat is increasing gradually and it is exported to many countries, particularly the

neighboring countries and Turkic republics. Chicken feet are exported to the Southeast Asian countries (Yüzbaşı & Kendirli, 2012).

1.2. Environmental Conditions in Poultry Houses

In the design of the modern shelter systems, the provision of animal health and comfort, which means

their welfare, stands out. This situation has impact on the animal welfare (living comfort) in the shelter environment to be created for animals and indirectly on the productivity of the enterprise. High productivity

will be obtained as long as the appropriate living comfort of the animals is ensured in a shelter (Yüksel et al.,

2000; Yılmaz et al., 2012). It is specified that the biggest problem encountered in poultry houses, which are

among animal shelters, has to do with the arrangement of the climatic environmental conditions (Mutaf, 1981; Uğurlu & Kara, 2000; Yağcıoğlu et al., 2006; Karaca et al., 2016).

Ventilation plays a significant part in ensuring the living comfort and appropriate environmental

conditions in poultry houses. Trough ventilation, the climatic and chemical environmental conditions of a poultry house are kept at the best level for animals. The climatic environmental conditions in a poultry house

are provided by means of the air movement balancing the air temperature and humidity. Through the

chemical environmental conditions, the ratios of dust, harmful microorganisms, and gasses (Carbon Dioxide- CO2, Ammonia- NH3, Hydrogen Sulphur -H2S) inside a poultry house are kept at a desired level

(Yüksel &Şişman, 2015; Şenköylü, 2001).

Insufficient ventilation causes the formation of an unfavorable indoor environment for hens. It may

cause a disease of keratoconjunctivitis (ammonia blindness) in eyes. It causes the decline of live weight, fat growth, carcass yield, and quality and it makes chickens more sensitive to other illnesses. In addition, the

dust irritates the respiratory tract and excessive moisture makes it difficult to breathe. Effective ventilation

decreases the intensity of the disease factors (Şenköylü, 2001). Natural and forced mechanical ventilation systems are used in poultry houses. Natural ventilation will not provide the desired impact in poultry houses


150

during the days with high air temperature where there is no air movement outside. In such circumstances, sufficient cooling and ventilation in poultry houses can only be provided by means of forced ventilation.

According to the Environmental Protection Act, the poultry houses, one of the animal shelters, must be

situated generally at least 1000 m far away from settlements in the rural areas. Such obligation may

occasionally cause setbacks in the access to electrical energy. In the rural areas, in the situation that there is no electrical energy or there becomes a power-cut, or in order to reduce the energy costs, solar energy can be

utilized. The problem can be solved by generating electrical energy with photovoltaic batteries in rural areas

(Yüksel & Yüksel-Türkboyları, 2018).


The province of Tekirdağ where the study was conducted, is located on the area of Thrace at the north

of the Marmara Sea. It is between the 26˚41′-28˚10′ eastern longitudes and 40˚35′-41˚35′ northern latitudes.

Its area is about 671788 ha. The geological structure of Tekirdağ, in which land structure is slightly rough, is highly young. The province acquired its present appearance in the Period IV. Tekirdağ is in subhumid

climate type. It is windy in the summer and winter seasons. The prevailing and constant winds are north-

easter and south-wester (Anonymous, 2007).

A project will be designed for performing ventilation and cooling in poultry houses in Tekirdağ. In order for conducting sufficient ventilation and cooling at all times in poultry houses, mechanical (forced)

ventilation must be used. 5000 hens are present in the poultry house where the project will be implemented

and the dimensions of the poultry house are about 14.0*25.0 m. The poultry house must be insulated for reducing the ventilation capacity and decreasing the investment made in fans, fan pads, and solar system

(Şenköylü, 2001).

For the poultry house with above mentioned dimensions having insulated walls, the ventilation fans, fan-pad oriented to cooling, and photovoltaic batteries that will generate electricity for them are designated

in this project.

1.3. Design of The Photovoltaic Battery and Ventilation System

Tukey is in better condition than many other countries in terms of solar energy. In Turkey, the periods

of sunshine vary according to the seasons. Hours of sunshine is five hours in winter, seven hours in autumn and spring, and about 11 hours in summer (Anonymous, 2018).

It was determined that Turkey’s annual average sunshine duration is 2628 hours (daily 7.2 hours on

average) and its average total radiant intensity is 1311 kWh m-2

year-1 (daily average of 3.6 kWh m

-2) (Küsek

et al., 2016). The radiant intensity value for the province of Tekirdağ where the study was conducted is

1281.2 kWh m-2

year-1

(3.51 kWh m-2

day-1

), which is quite close to the Turkey average (Yüksel & Yüksel-

Türkboyları, 2018). In the rural areas, where there is no electricity network or where power cuts is observed, solar panels

are used to obtain electrical energy. Hence, the use of electricity in the agricultural enterprises in rural areas

is becoming more and more widespread. It provides illumination, ventilation, cooling, and the electricity

energy needed in the use of the other tools in poultry houses. A solar panel is a photovoltaic tool consisting of solar cells and converting sun rays directly into power

current. Solar batteries can be made as organic and inorganic based. As the efficiency of the inorganic based

solar batteries is usually between 15-20% and above, they have more areas of utilization (Grӓtzel, 2009). In the structure of the system of solar batteries, depending on the application, photovoltaic (sun)

batteries, accumulator group, accumulator charge regulator, an inverter, and auxiliary electronic circuits are

present (Anonymous, 2018; Köroğlu et al., 2010). In such system, particular number of photovoltaic batteries are used as an energy resource. When the sun is absent or insufficient, accumulators provide the

energy to the system. In the system, generally a GEL (Gelled Electrolyte Sealed Lead Acid) accumulator is

used. In order not to allow the structure of the accumulators to break down in a short period, maximum 70%

of the stored energy must be used. A charge regulator must be used to prevent accumulators to become overcharged or discharged. Depending on the condition of the batteries, it cuts the current from the solar

panels and the current of the system where the load is drawn. If 220 V and 50 Hz alternating current is to be

used in the system or a current is to be served to provincial network, an inverter must be used in the system (Köroğlu, et al., 2010). The fan and fan-pad system that will provide the ventilation and cooling via the solar

panel system in poultry houses is given in Figure 1.


151

When water is used for cooling in animal shelters, utilizing the water evaporation is aimed. The impact of water in cooling through the use of fan pads is to receive 598-calorie (2500 J) perceptible heat from the

air to vaporize one-gram water. By the impact of aspirators, the air is loaded with water vapor when passing

through the fan pads. The evaporation required to evaporate the water in the fan pads takes all of the latent

heat from the sensible heat of the air. This way, the temperature of the air entering the shelter with enhanced moisture decreases as well. In fan pads, the in door temperature decreases between 6˚C and 16˚C depending

on the climatic conditions of the respective area (Abdalla & Narenden, 1991; Uğurlu & Kara, 2000; Karaca

et al., 2016).

Figure 1. The components of the ventilation and cooling system via photovoltaic batteries in poultry houses

In order to use fan pads in poultry houses, mechanical ventilation is needed. Therefore, aspirators are installed on the wall situated opposite the wall where the fan pads are located. Instead of the air discharged

through the aspirator to the outside of the shelter, the wet and cool air passing through the fan pads takes

place of the air discharged to the outside of the shelter through the aspirator (Yüksel &Şişman, 2015; Yüksel

& Yüksel-Türkboyları, 2018; Boyacı et al., 2012).

1.4. Cooling Systems in Poultry Houses

Ensuring to a particular extent the cooling of poultry houses in summer months and warm periods

provides significant benefits in minimizing the heat stress in animals. Thus, maintaining an efficient

production will be provided (Mutaf, 1981; Yağcıoğlu et al., 2006). The body temperature of the poultry is about 41˚C. They are the farm animals that are most sensitive to

the ambient temperature. The temperature inside the poultry house must be between 15˚C and 25˚C

(Anonymous, 2019c). The temperatures lower than 15˚C or greater than 25˚C cause decrease in productivity.

If the temperature inside a shed is lower than 13˚C-15˚C in cold seasons, heating must be applied and when it is higher than 22˚C-25˚C, which is the critical temperature, cooling is to be performed (Figure 2).

Figure 2. Climatization in poultry houses in the conditions of Tekirdağ in line with the outside air temperature


152

The ventilation must be conducted in poultry houses when the indoor air temperature is between 13˚C and 23˚C - 25˚C. Mechanical ventilation on hot and non-windy days when the outside air temperature

exceeds 23˚C - 25˚C should be fortified by fan pads (Yüksel & Yüksel-Türkboyları, 2018).

When Figure 2 is scrutinized in line with the outside temperature in the conditions of Tekirdağ, it will

be seen that there are months in which heating, ventilation, and cooling are required to ensure the animal welfare in a poultry house. In November, December, January, February, and March when the outside air

temperature falls below 13˚C-15˚C, heating and controlled ventilation must be conducted in the respective

poultry house. Importance must be attached to ventilation in the months of September, October, April, and May when the outside air temperature is between 15˚C and 25˚C. In the months of June, July, and August

that are the months when the outside air temperature rises above 25˚C, cooling must be conducted in

addition to effective ventilation.

1.5. Project Design of The Fan-Pads to be Used in Poultry Houses

Fan-pads must be placed on the walls at the direction of the prevailing wind when the poultry houses are being planned. The width of the 5000-hen poultry house where the fan pad project will be implemented

is 14.0 m and its length is 25.0 m. Its height is about 3.0 m.

The ventilation amount is 7-9 m3h

-1 for 1kg live weight in insulated poultry houses. As the average

weight of hens is 1.5 kg, the total amount of ventilation is calculated as follows (Şenköylü, 2001).

5000 hens*1.5 kg*9 m3kg

-1h

-1 = 67500 m

3h

-1 = 18.75 m

3s

-1

In fan-pads, the air flow rate is wanted to be 1.0 ms

-1. Accordingly, the fan pad area is:

18.75 m3s

-1/1.0 ms

-1 = 18.75 m

2

Daily water consumption of a fan pad is about 30-40 L for one m2 fan pad area (Bucklin et al., 1993).

Daily water need of the fan pad must be fulfilled. For carrying the water taken from the water tank to the top section of the fan pad, a small 0.2 kWh

circulation pump is needed.

The fans used in the system are wanted to be at maximum 60 cm diameter (Şenköylü, 2001). The flow

rates of the fans whose diameters are 60 cm are 9500 m3h

-1, their powers are 0.55 kWh, their cycle is 1400

rpm (dd-1

), and their monophase is 230 V (Anonymous, 2019d). It must be possible to actuate the fans

individually in order to adjust the air volume in line with the air temperature. The number of the fans was

determined as follows:

67500 m3h

-1 / 9500 m

3h

-1 = 7.1 ~ 7 pieces

In the system, totally seven fans with 0.55 kWh power and 0.2 kWh circulation pump is needed. Accordingly, the total energy need of the system is:

0.55*7+0.2 = 4.05 kWh


The calculated values of the solar panels and cooling system intended to be established in 5000-hen poultry houses among the animal shelters are given in Table 1.

Table 1. The calculated values of the ventilation and cooling system of (5000-hen) poultry houses

Fan pad area (m2) Ventilation amount

(m3h

-1)

Number of aspirators

(pieces) Total energy need of the

system (kWh)

18.75 67500 7 4.05

As seen in Table 1, in order for the ventilation and cooling of a 5000-hen poultry house and

moisturizing the air, seven pieces of 0.55 kWh aspirators with 6750 m3h

-1 ventilation capacity, 18.75 m

2 fan-

pad area, and a 0.2 kWh circulation pump for wetting are needed.


153

A 4.05 kWh electrical energy, to be obtained by utilizing zero energy, is needed for the ventilation, and cooling of the poultry house in hot seasons. In the project design of fan-pads, they must be located on the

windward surface of the smaller wall of the poultry house, and the aspirators must be placed on the surface

of the wall right opposite to it. As the length of the poultry house does not exceed 30 m, it is not required to

place a fan in the middle of the house for ensuring air movement (Yüksel & Yüksel-Türkboyları, 2018). In order for this system to work efficiently, a 5.0 kWh solar panel system, greater than 4.05 kWh, is

required. Sufficient energy is not produced in the system due to some negative conditions, fouling of the

glass panels, too hot and cold outside weather conditions, non-perpendicular arrival of the sun rays in the morning and evening hours and the losses in the system (Anonymous, 2019e). For those reasons, for the

system to be able to function in an efficient manner, a solar panel system like 5.0 kWh, which is higher than

the required 4.05 kWh power, is needed. Therefore, a 5.0 kWh system, which is 25 % higher than the

required, must be established instead of the needed 4.05 kWh system. The energy generated in the case of operating the system at full capacity is stored in the accumulators in order to be used at the times where there

are no rays from the sun. Excess energy can also be used in the other tools and equipment as well as internal

lighting in the poultry houses.

4. CONCLUSION

The objective in animal-based production is to obtain high productivity with quality. For high

productivity with quality in poultry houses, it is necessary to provide appropriate living comfort in the

indoor environmental conditions of the poultry house. Hens are highly sensitive to ambient temperature. Ventilation in ensuring the appropriate environmental conditions and cooling in hot days play a significant

part. By the means of ventilation, the temperature and humidity of the air as well as the ratios of dust and

harmful microorganisms and gases inside the house are reduced to the desired levels.

In order to perform the desired ventilation and cooling in poultry houses, fans and fan-pads are needed. Use of the systems like fans and fan-pads is possible by means of electrical energy. However, the presence

of the obligation of establishing poultry houses outside settlements due to legislative enforcements makes it

difficult to access electrical energy. At the same time, this problem can be overcome by using zero energy during the periods of power outage. Photovoltaic batteries are used to obtain electrical energy by way of

using zero energy.

Electrical energy can be generated economically using solar panels everywhere in Turkey because of owning spatial advantage. The problem of power energy in animal shelters can be solved through solar

panels system to some extent.

REFERENCES

Abdalla AM & R Narenden. 1991. Fog emitters on evaporative cooling devices for dairy cow sheds. Agricultural

Mechanization in Asia, Africa and Latin America(AMA), 22(1):73-76.

Anonymous. 2007. Water resources use and management of Tekirdağ. Tekirdağ Governorship Publications,

Tekirdağ-Turkey.

Anonymous. 2018. www.elektrikport.com

Anonymous. 2019a. www.elektrikport.com

Anonymous. 2019b. www.bestdergisi.com.tr

Anonymous. 2019c. www.venmx.tr.com

Anonymous. 2019d. www.havalandirmamarketi.com

Anonymous. 2019e. www.günesenerjisipanelleri.net

BESD-BİR (Beyaz Et Sanayicileri ve Damızlıkçıları Birliği Derneği). 2018. www.besd-bir.org

Boyacı S, A Akyüz, S Gençoğlan & Ş Baydar. 2012. Refreshing of meat poultry with fan pad systems. 2.National Congress on Irrigation and Agricultural Structures, 24-25 May 2012. İzmir-Turkey. pp.949-954.

Bucklin RA, RW Henley & DB McConnel. 1993. Fan and pad greenhouse evaporative cooling systems.

University of Florida, Florida Cooperative Extension Service, Circular 1135.

Gratzel M. 2009. Recent advances in sensitized mesoscopic solar cell. Accounts of Chemical Research, 4(11):

1788-1798.

Gündüz K, K Esengün & Z G Göktolga. 2006. An investigation on meat consumption of households: A case of Tokat-province.7. National Congress on Agricultural Economics, Antalya-Turkey. pp.1152-1160.

Kamat PV. 2007. Meeting the clean energy demand: Nanostructure Architectures for Solar Energy Conversion. J.

Phys. Chem. C,. 11(7): 2834-2860.

http://www.elektrikport.com/

http://www.elektrikport.com/

http://www.bestdergisi.com.tr/

http://www.venmx.tr.com/

http://www.havalandirmamarketi.com/

http://www.besd-bir.org/


154

Karaca C, Y Yıldız, M Dağtekin & Z Gümüş. 2016. Effect of water flow rate on cooling effectiveness and air

temperature change in evaporative cooling pad systems. Environmental Engineering and Management Journal, 15:827-823.

Kayışoğlu B & B Diken. 2018. The current situation of renewable energy use in Turkey and problems. 31. National Congress on Agricultural Mechanization and Energy, 05-07 September 2018. Bursa-Turkey. p.31,

Abstracts Book.

Köroğlu T, A Teke, KÇ Bayındır & M Tümay. 2010. Design of solar panel systems. Electrical Engineering,

439:98-104.

Küsek G, H H Öztürk & S Akdemir. 2016. Techno-economic feasibility of electricity generation by solar energy

in agricultural enterprises. 13. National Congress on Agricultural Structures and Irrigation, 12-15 April

2016. Antalya-Turkey. pp.127-136.

Mutaf S. 1981. Açık kümeslerde su püskürtme ile serinletmenin kümes içi çevre koşullarına etkisi. Doğa Bilim Dergisi, Veteriner Hayvan/Tarım Ormancılık. 5:30-39.

Şenköylü N. 2001. Modern chicken production. 3rd Edition, ISBN: 975-93691-2-5: 153-162.

Uğurlu N & M Kara. 2000. Islak ped sistemiyle serinletmenin performans verileri ve kafes sistem kümes iç

sıcaklığının düşürülmesine etkisi. Turk. J. Agric. For., 24(1):79-86.

Yağcıoğlu A, T Günhan & V Demir. 2006. Cooling with fan pads in agricultural structures. Journal of Agricultural Machinery Science, 2(4):381-388.

Yılmaz H, İ Öztürk & HB Ünal. 2012. Evaluation of different dairy barn constructions according to construction

cost and animal welfare. 2. National Congress on Irrigation and Agricultural Structures, 24-25 May 2012.

İzmir-Turkey. pp.941-948Yüksel AN & E Yüksel Türkboyları. 2017. Use of solar panels in greenhouse soil

disinfection. International Advanced Research and Engineering Congress, 16-18 November 2017.

Osmaniye – Turkey. pp.2319-2323.

Yüksel AN & CB Şişman. 2015. Planing of livestock shelters. Hasad Publishing House. İstanbul-Turkey: 145-

154.

Yüksel AN, Mİ Soysal, İ Kocaman & Sİ Soysal. 2000. Principal book of dairy cattle. Hasad Publishing House,

İstanbul-Turkey.

Yüzbaşı Ş & B Kendirli. 2012. Determination of the climatic criteria on poultry houses design in Bandırma

district. 2.National Congress Irrigation and Agricultural Structures, 24-25 May 2012. İzmir-Turkey. pp.899-

906.

Yüksel AN & E Yüksel Türkboyları. 2018. Using the photovoltaic cells for ventilation and cooling of the animals

barns. 1st International 14

th National Congress on Agricultural Structures and Irrigation, 26-26 September

2018. Antalya-Turkey: 49-55.


155

Some Methods and Technologies Used for Hydrological Studies

Çayan Alkan

Department of Biosystems Engineering Faculty of Agriculture and Natural Sciences, Bilecik Şeyh Edebali University, 11000, Bilecik, TURKEY


ABSTRACT

It is inevitable that variety of auxiliary methods and technologies are required in a wide range of

subjects such as hydrology. Artificial neural networks (ANN), Fuzzy logic, optimization approach, regression analysis, Geographic Information Systems-Remote Sensing (GIS-RS), McMath and Snyder

methods are frequently used in hydrological studies. The aim of this study is introduce some common

methods used in hydrology. While these Geographic Information Systems-Remote Sensing technologies are

considered to be the most useful tools among these auxiliary methods, it is understood that results of the methods such as Artificial Neural Networks are less reliable. Moreover it is recommended to determine peak

flows with the help of hydrological simulation models instead of empirical methods such as McMath and

Snyder.

Keywords: Artificial neural networks, fuzzy logic, geographic information systems, remote sensing, snyder

method, McMath method


1. INTRODUCTION

The scope of hydrology, which may be needed in agricultural research, is very wide and requires the use of various assistive methods and technologies. Artificial Neural Networks (ANN), Fuzzy logic,

optimization approach, regression analysis, Geographic Information System-Remote Sensing (GIS-RS),

McMath and Snyder methods are some of these tools. The aim of this study is to introduce some common

methods used in hydrology.

2. METHODS USED FOR HYDROLOGICAL STUDIES

2.1. McMath methods

McMath method, one of peak flow calculation formulas, has been developed based on rational method. Equation of McMath method is (Öztürk & Apaydın, 1997);

(1)

It is recommended to use the rational method if the S / A ratio in the equation is less than 1.

2.2. Snyder method

Researcher Snyder examined the unit hydrographs of some basins in USA and determined the

following equation (Öztürk & Apaydın, 1997);

(2)



156

( ) (3)

( ) (4)

(5)

Where;

QPR: Peak flow (m3/s),

tPR: Lag time (h),

t0: Time of residual precipitation (h),

A: Watershed area (km2),

L: Stream length between the outlet and the farthest point of the basin (km),

LC: Stream length between the outlet and the center of gravity of the basin (km),

Ct: A coefficient between 0.44 and 2.2, CP: A coefficient between 0.56 and 0.94.

Ct is small and CP is big in Mountainous region (Öztürk & Apaydın, 1997).

2.3. Artificial Neural Networks (ANN) Method

ANN method can be used when the relationship of datas is not known and inputs-outputs are known for modeling. The most important feature of ANN is learning algorithm. ANN is to come up with the idea of

integrating the brain's working mechanism into computers and evaluated as mathematical modeling of

neurons in the brain. Mathematical programs such as MATLAB can be used to create ANN models. Missing precipitation and flow can also be estimated with the help of ANN method (Can et al., 2008; Turhan &

Çağatay, 2015).

The nonlinear ANN method can be considered that it is not based on a particular model as a regression

model. Artificial neural networks are a method producing results through trial-and-error in case of there is no clear relationship between inputs and outputs. ANN model has three elements. They are input, hidden

part (black box) and output (Rehber, 2008).

It is important to form the ANN models of the measured values in hydrology because it provides the advantage of analyzing them in parallel with many different variables. ANN can be divided as forward and

reverse ANN (Turhan & Çağatay, 2015).

Can et al (2008) estimated three missing data in the flow station in the Çoruh basin by ANN method.

After the estimation process, they checked whether the mean and variance of the flow series were maintained with the re-sampling technique used in parametric and non-parametric statistical analyzes.

Dahamsheh (2008) developed a series using synthetic Thomas-Fiering model in his study which aims

to develop ANN and multivariate linear regression models. The researcher did not get good results from ANN and multivariate linear regression models as a result of his study. He was succeeded in estimating dry

months by using ANN and multivariate linear regression models combined with Markov chains. It also

found that conditional ANN and conditional linear regression models used in rainfall estimation were successful.

Cevat (2009) used daily flow data from 5 stations in Kızılırmak River and applied various

combinations of ANNs through codes prepared in MATLAB program and compared the results obtained

with the curve method. Solaimani (2009) used ANN method for precipitation- flow modeling in Jarahi basin, semi-arid region

of Iran, and stated that using ANN method for estimating river flows would yield more effective results than

classical regression models. Turhan (2012) tried to modeling the precipitation-flow relationship with ANN, used MATLAB R2008a

for modeling, and estimated the flow with observed precipitation and flow data in Seyhan basin.

2.4. Fuzzy Logic Method

While genetic algorithms are an optimization technique, Fuzzy logic and ANN methods are modern

modeling techniques.


157

The name of fuzzy logic was first used in 1965. Fuzzy logic can produce high accuracy results due to its flexibility in limiting. The difference between fuzzy logic and classical logic is as follows (Rehber, 2008):

* The limits of results are certain in classical logic such as 0 (no) or 1 (yes).

* Limits of the results are flexible in fuzzy logic. Decimal value can be assigned according to the

proximity of 0 or 1 of the event subject to analysis. (An event rate could be yes as 0.90.) The fuzzy logic method has the following advantages in model calibration: In addition to using the

fuzzy logic method to determine the extreme limits of the parameters that cannot be directly measured, the

approximate assigned values can be further confirmed. The logic of the model and its hydrological assumptions should be analyzed well in the use of hydrological models (Şen, 2009).

2.5. Optimization Approach Method

Calibration of process component parameters, such as surface flow coefficient (percentage),

groundwater capacity, which is difficult to measure in nature and might be cause an error, is often required.

The calibration can be performed manually, as well as the objective functions used in operations research and the automatic calibration using the optimization approach. When selecting the model to be used, it is

necessary to make a decision by making calibration and verification. As a result, it can reach a conclusion by

using each model, but the high rate of representation of the actual result is the most important factor determining the model selection (Anonymous, 2015).

2.6. Regression Analysis

The reason for the regression analysis is to investigate whether the existence of a significant

relationship between variables or not and to define the regression equation of this relationship. Estimating

the equations and determining the confidence intervals of the estimates indicate another step. Correlation coefficients are used in the determination of an important relationship between two variables. If the absolute

value of the correlation coefficient is close to 1, it can be decided that there is a strong link between the two

variables (Turhan & Çağatay, 2015). The equation used in multiple linear regression analysis is as follows;

(6)

Where;

y: dependent variable,

x1…xi : independent variable, c: error constant,

B0…Bi: coefficient of regression.

Any coefficient Bi shows the amount of change that a unit change in the xi will cause some changes in the y variable when other variables are held constant (Turhan & Çağatay, 2015).

The basis of the regression analysis is based on the analysis of error terms. The term error refers to the

effect of variables not included in the model collectively. Modeling the relationship between variables is done by regression analysis.

The linear, quadratic and cubic equations in the polynomial regression model class, which is only one

of the regression models, are as follows (Öztürk et al., 2003; Keskiner, 2008):

(7)

(8)

(9)

Where; Y: dependent variable,

X: independent variable,

e: error constant, bi: coefficient of regression.


158

That is, incomplete observation series can be completed with polynomial type observation series.

Coefficient of observation (R2) can be extended by selecting the model with the largest value and the

standard deviation with the smallest value. If the value of the coefficient of determination is close to 1, it

means good estimation. Computer programs such as Matlab, Minitab and SPSS can be used in order to create a regression model. The significance test of the model equation coefficients can be determined by t-

statistic and the significance test of the model equation can be determined by analysis of variance (F-test)

(Öztürk et al., 2003; Keskiner, 2008). Efficiency ratio test is similar to the coefficient of observation (R

2). It consists of the variance deviation

of the observation values and the error variance difference between the observation and model values. This

test is preferred by hydrologists who are afraid of deterministic approach and statistical calculation (Öztürk

et al., 2003). Özcan (2006) used a new method in the Eastern Black Sea basin to estimate the instantaneous peak

flow from the average daily flow values. He obtained good results using multivariate regression method.

Pektaş (2012) developed a suitable table for regional use in accordance with the variability characteristics of flow coefficient. Logistic regression method was used for this purpose. It is concluded that

well estimation of small values of flow coefficient is achieved, but it is failed to estimate large values in own

logistic regression model. It is stated that Revised Thiessen Method is the most successful flow coefficient calculation method used in the study.

2.7. Geographic Information Systems and Remote Sensing (GIS and RS)

Installation of flood early warning systems is inevitable with the help of advances in computer and

radar technologies. The importance of GIS and RS technologies is evident here. GIS and RS technologies

are valuable because they provide the opportunity for rapid analysis in large areas. Information about the soil condition, topography, vegetation, land use status and surface geology of the land can be produced using

these technologies. It can be said that it is easier to perform hydrological analysis by adding manual methods

such as ANN, fuzzy logic and genetic algorithms to automated methods such as GIS and RS. The software, hardware, users, some informations of collecting, storing, processing, analyzing and displaying the spatial

based information on the earth is called GIS as a whole (Usul, 2008; Şen, 2009).

One of the major problems in hydrology is to collect measured data from the field. GIS are useful tools

for assembling, collecting and storing the geographical data of land planning and management. Basin areas, slope, average height, flow path slope and flow length of the basin can be determined with the help of GIS

(Abhishek, 2008). Applications of GIS in hydrological studies (Usul, 2008): • Determination of basin boundary and determination of basin characteristics • Determination of DEM (digital elevation model) for the basin • Production of flood maps • Production of land use maps • Determination of the protected area for the watershed • Classification of soils The maps that can be created with the help of GIS are as follows (Ross et al., 1997): - Ground cover - Basin and sub-basin boundaries

- Land use status - Basin slope - Groundwater network and boundaries - Hydraulic properties maps of Aquifer GIS technologies provide great convenience in identifying and processing sub-basins (Figure 1).

ArcGIS Desktop (ArcInfo, Arc View, and ArcEditor) in which ArcMap, ArcCatalog, ArcToolbox,

ArcGlobe and Model Builder interfaces are integrated, is an integrated GIS software for data management, mapping, geo-analysis etc. (Aydin & Yaylak, 2015).

As a result of the maps obtained with GIS technologies, the possibility of interpretation, visualization

and success is increased (Figure 2).


159

Figure 1. Determination of subbasins with the help of GIS and Thiessen polygon (Acınan, 2008)

Figure 2. 3D view of a watershed area (Aydın & Yaylak, 2015)

If we talk about hydrological analysis studies with GIS, Loucks et al. (1985) used GIS to determine the

spatial distribution of soil moisture. Cline et al. (1989) and Moeller (1991) carried out similar studies using

GIS to provide input parameters to the HEC model. Vieux (2004) explained how hydrological modeling is performed through GIS (Sen, 2009).

Input adjustment and verification data are needed for model studies. Analysis and simulations should

be performed and the accuracy of the model should be tested after the data are collected and processed in the model studies. Land modeling also can be done with GIS. Terrain models refer to irregular network (TIN)

and digital elevation model (DEM). When topographic studies are considered as earth modeling, DEM can

be considered as the most important component of earth modeling (Usul, 2008; Şen, 2009).


160

The most accurate maps that can be obtained from the General Command of Map are layer of 1/25000 scale contour curves with Universal Transverse Mercator (UTM) projection, European Datum (ED) 50

datum or World Geodetic System (WGS84) datum in geographic coordinates and is not fully representative

for flood analysis. When contour curves are passed 10 m apart, they cannot fully represent the terrain for

flood analysis (Aydın & Yaylak, 2015). Aircraft or satellites can be utilized in RS, which is the science of collecting information by means of

sensors about an area, object and event (Şen, 2009).

The application areas of RS in hydrology can be summarized as follows (Sen, 2009): • Evaporation calculation

• Determination of basin characteristics

• Surface flow calculations

• Precipitation and soil moisture estimation • Preparation of land use maps

RS advantages over GIS are as follows (Sen, 2009):

• The data is collected by using numerical values in different bands and the images can be processed. • Images are always digital.

The following studies are the previous researches on GIS-RS.

Taşdemir (2009) has successful results using Snowmelt Runoff Model (SRM), GIS and RS together and comparing the hydrographs.

Sharkh (2009) estimated runoff using 10-year precipitation data, using the GIS and WMS model jointly

in the Wadi Hasca basin, which has area of 7.32 and has average annual precipitation of approximately

500 mm. Sharkh (2009) concluded that there are average annual runoff depth of 95 mm and average annual

runoff volume of 693 500 and 19% of the total rainfall within the runoff. Sharkh (2009)

concluded that the approach used in the study can be applied in other Palestinian basins.

3. CONCLUSION

While GIS-RS technologies are generally considered to be the most useful tools in hydrological research, it is known that the results of such method as ANN are less reliable. Also, determination of flood

flow with hydrological simulation models can both facilitate calculation and increase reliability of the

results, instead of empirical methods such as McMath and Snyder methods.

REFERENCES Abhishek K. 2008. Hydrological modelling using TOPMODEL in Karso watershed. MSc Thesis, Indian Institute

of Remote Sensing (NRSA) Andhra University, Water resources division, Dehraduan, India.

Acınan S. 2008. Determination of runoff coefficient of basins by using geographic information systems. MSc Thesis, Graduate School of Natural and Applied Sciences of Middle East Technical University, Geodetic and

geographic information technologies, Ankara.

Anonymous. 2015. Hydrologic models. http://www.imo.org.tr/resimler/ekutuphane/pdf/12956.pdf. Accessed

21.12.2015.

Aydın MC & M Yaylak. 2015. Flood analysis in streams with the help of GIS and a sample application, 8. National Hydrology Congress, 08-10 October 2015, Harran University, Şanlıurfa.

Can İ, C Yerdelen & E Kahya. 2008. By the method of artificial neural networks to predict the missing data

stream in the Coruh basin. 5th World Water Forum-regional preparatory meetings in Turkey, floods,

landslides and gully protection conference 7-8 August 2008, State Hydraulic works 22. Regional Directorate,

Trabzon

Cevat F. 2009. Determination of level-flow relationships in rivers by artificial intelligence methods. MSc thesis,

Graduate School of Natural and Applied Sciences of Erciyes University, Department of Civil Engineering,

Kayseri.

Dahamsheh A. 2008. Estimation of arid zone monthly rainfall with conditional artificial neural networks attached

to the markov chain. PhD thesis, Graduate School of Natural and Applied Sciences of Istanbul Technical

University, Department of Civil Engineering, Istanbul.

Keskiner A D. 2008. Determination of suitable method for mapping different probable precipitation and

temperatures in GIS environment and development of M. Turc surface flow map: Seyhan basin sample. MSc Thesis, Graduate School of Natural and Applied Sciences of Cukurova University, Department of

Agricultural Structures and Irrigation, Adana.

http://www.imo.org.tr/resimler/ekutuphane/pdf/12956.pdf.%20Accessed%2021.12.2015

http://www.imo.org.tr/resimler/ekutuphane/pdf/12956.pdf.%20Accessed%2021.12.2015


161

Özcan E. 2006. Estimation of instantaneous peak flows from average daily flows and application of Eastern Black

Sea basin. MSc thesis, Graduate School of Natural and Applied Sciences of Istanbul Technical University,

Department of Civil Engineering, Istanbul.

Öztürk F & H Apaydın. 1997. Comparison of methods used to determine project flow rate of open drainage

channel, 6th National Agricultural Structures and Irrigation Congress, 5-8 June, Bursa.

Öztürk F, FK Sönmez, YE Yıldırım, İ Bayramin, H Apaydın & E Karaş. 2003.

Estimation of surface runoff and sediment content in the Kurukavak river basin by AGNPS model. Journal of Agricultural Science,, 9 (3): 344-351.

Pektaş AO. 2012. Calculation of flow coefficient in large basins. PhD thesis, Graduate School of Natural and

Applied Sciences of Istanbul Technical University, Department of Civil Engineering, Istanbul.

Rehber E. 2008. Expertness and appraisal of agricultural assets, Ekin Publishing, Bursa, pp.161

Ross MA, PD Tara, JS Geurink & MT Stewart. 1997. FIPR hydrologic model users manual and technical

documentation. University of South Florida center for modeling hydrologic and aquatic systems (USF -

CMHAS), Tampa / Florida.

Sharkh MSA. 2009. Estimation of runoff for small watershed using watershed modelling system (WMS) and GIS,

Thirteenth International Water Technology Conference, 2009, Hurghada, Egypt

Solaimani K. 2009. Rainfall-runoff prediction based on artificial neural network (a case study: Jarahi watershed).

American-Eurasian J. Agric. & Environ. Sci., 5 (6): 856-865.

Şen Z. 2009. Climate change flood disaster and modern calculation methods, Water Foundation Publications,

Istanbul, pp. 252

Taşdemir G. 2009. Simulation of snow melt flow hydrograph with remote sensing and geographic information

systems (example of Sarız river basin). MSc thesis, Graduate School of Natural and Applied Sciences of

Gazi University, Department of Civil Engineering, Ankara.

Turhan E. 2012. Modeling of precipitation-flow relationship of Seyhan basin by artificial neural network method. MSc Thesis, Graduate School of Natural and Applied Sciences of Cukurova University, Department of Civil

engineering, Adana.

Turhan E & HÖ Çağatay. 2015. Estimation of missing flow data of Göksun river-poscoflu discharge observation

station by artificial neural network (ANN) method, 8. National Hydrology Congress, 08-10 October 2015,

Harran University, Şanlıurfa.

Usul N. 2008. Flood study in Çayboğazı basin with hydrological-hydraulic model and GIS, 5th World Water

Forum-regional preparatory meetings in Turkey, floods, landslides and gully protection conference 7-8

August 2008, State Hydraulic works 22. Regional Directorate, Trabzon.


162

WinTR-55 Model Aided Analysis of Creeks and Ponds Basins in Turkey

Çayan Alkan

Department of Biosystems Engineering Faculty of Agriculture and Natural Sciences, Bilecik Şeyh Edebali University, 11000, Bilecik, TURKEY


ABSTRACT

In this study, the estimated peak flows by WinTR-55 model using data were compared with observed

and the peak flows determined by Mockus method for Samsun-Minoz Creek and Bursa-Iznik-Muskule Pond basin. Also, properties of Istanbul-Catalca-Damlica Creek basin was used in this study. Purpose of the study

is determination of the effects on the peak flows and flood analysis with help of WinTR-55 model in these

basins. It is understood that forming probability of big peak flows is higher at Iznik-Muskule Pond basin

compared with Samsun Minoz Creek basin. Usage of WinTR-55 model for creek basins has been found to be more reliable than usage for pond basins at the conditions of Turkey. In addition, it was found that

WinTR-55 model tends to estimate greater peak flows than the observed flows. Also, WinTR-55 model has

the potential to produce more reliable results than Mockus method.

Keywords: Hydrology, hydrologic model, creek basin, pond basin, WinTR-55 model, mockus method


1. INTRODUCTION

Floods, which is a kind of hydrometeorological disasters, might cause great damage to agricultural

sector. Therefore; As one of the most important analyzes in hydrology studies, possible rates of peak discharge in the future should be estimated as rationally as possible.

Flood assessment studies in Turkey usually focuses on river basins and flood analysis although there

are few studies for small pond basin in Turkey. Usage of hydrological models at the flood analysis is recognized to be inadequate on the issue in public institutions of Turkey.

Garday&Pugh (2006) estimated the peak flow using WinTR-55 model in the Hop Brook basin in USA.

They obtained 9% difference between the estimated and the observed peak flow when they used the flow rates. Sutjiningsih et al. (2015) used the Schaffernak approach and WinTR-55 model to determine sediment

yield in the Sugutamu basin. They obtained flow-time curve with the help of WinTR-55 model.

Various hydrological models are used to determine peak flow rates. WinTR-55 can be used safely in

small river and pond basins because WinTR-55 model was developed for small watershed. This study, which aims to determine the effects of differences in creek and pond basin characteristics at peak flow rates,

has a special importance in this respect.

2. MATERIAL AND METHODS

2.1. Material

2.1.1. Iznik-Muskule Pond Basin

The pond, which is planned to be used for irrigation, is located to the south of the village of Müskule

and is 22 km away from Iznik district center. The area is dominated by rainy and warm climate

characteristics of the Marmara region. The direction of the basin is in the South-North direction and the

physical properties of the basin are given in Table 1. Iznik D.M.İ datas are suitable for the basin. Soil group



163

of lime-free brown forest is dominant in the basin with a slope of 3-30%. The soil depth is medium depth and is between 0.2 and 1 m. The land is tend to moderate erosion. Land use status is 85% forest and 15%

pasture land (Donmez, 2012).

Table 1. Watershed characteristics of Iznik-Muskule watershed (Dönmez, 2012)

Name of

watershed

Watershed

area (km2)

Main

waterline lenght (km)

Main

waterline slope

Average slope of

watershed (m)

CN (Curve

number)

Tc, Time of

concentration (h)

Muskule

pond basin 1.679 1.104 0.107 0.27 76 0.114

2.1.2. Samsun-Minoz stream basin

Minoz Creek Basin in Samsun-Kavak Cakallı Village has an area of 7.894 km

2 and the basin outlet is

430 m above sea level. Physical properties of the basin are given in Table 2 (Erel, 2010).

Table 2. Watershed characteristics of Samsun-Minoz watershed (Erel, 2010)

Watershed area

(A)

Perimeter of watershed

(P)

Lenght of watershed

(LH)

Maximum height of

watershed

(hmax)

Minimum height of

watershed

(hmin)

Average slope of

watershed

(SH)

Lenght of main

waterline

(Ls)

Curve Number

(CN)

7.894 km2 11.50 km 4.875 km 965.39 m 430.00 m % 15 4.925 km 74

Land use and vegetation status of the basin is as follows: Dry farming is carried out in the basin; wheat,

corn and tobacco are majority crops. Percentage of land use status of the basin are 4% hoe crops, 15.57% cereal cultivation area, 5.76% pasture, 5.76% village settlement area, 25.4% degraded forest and 43.52%

empty land (Erel, 2010).

2.1.3. Istanbul-Catalca-Damlica Stream Basin

The basin is on Catalca-Kumburgaz road, which is away 51 km from Istanbul and 9 km from

Kumburgaz. Damlica stream joins Tepecik stream. And then, it discharges into Buyukcekmece lake. The basin is 110 meters above sea level. The climate characteristic of the basin is less rainy and hot in the

summer season. It is also rainy and cold in the winter season (Bakanoğulları, 2008).

Table 3. Watershed characteristics of Catalca-Damlica watershed (Bakanoğulları, 2008)

Watershed

area

(A)

Perimeter of

watershed

(P)

Lenght of

watershed

(LH)

Maximum

height of

watershed

(hmax)

Minimum

height of

watershed

(hmin)

Average

slope of

watershed

(SH)

Lenght of

main

waterline

(Ls)

Curve

Number

(CN)

8.26 km2 13.10 km 4.10 km 258 m 110 m % 5.9 4.35 km 88

Dry farming without fallow is carried out in 90% of the basin and vegetables are cultivated in 10% of

the basin. Wheat-sunflower alternation is applied throughout the basin (Bakanoğulları, 2008).

3. METHODS

Two different methods were used to determine the peak flow values of the research area. The Mockus

method and WinTR-55 simulation model (which based on the NRCS-TR55 method equation).

3.1 Mockus Method

Peak runoff discharge can be calculated by Equation 1 and the concentration time by Equation 2 in the Mockus method (Öztürk & Apaydın, 1997; Çelik, 2012; Alkan, 2017).

(1)

Where; qp: Peak runoff discharge of 1 mm surface flow per 1 km

2 area of the basin (m

3s

-1),


164


Ye: Effective precipitation (mm),

Qp: Peak runoff discharge (m3s

-1).

(2)

Where;

Tc: Concentration time (h), S: Main waterline harmonic slope,

L: Main waterline lenght (m).

3.2. NRCS – TR55 Method

In NRCS-TR55 method used for determination of peak surface flow discharge in small watershed, peak

flow rate with Equation 3 and concentration time with Equation 4 can be safely determined using 24 hour precipitation amount data while the watershed area is smaller than peak flow rate 900 hectare and mean

watershed gradient is 0.5% (Huffman et al., 2013; Alkan, 2017).

(3)

Where;

qp: Peak runoff discharge (m3s

-1),

qu: Unit peak runoff discharge (km2cm

-1),


Q: Runoff depth from a circadian rainfall of the desired return period (mm)

: Swamp and pond adjustment factor

[(

)

( ) ] (4)

Where; Tc: Concentration duration (h),

L: The longest waterway lenght from the farthest point of the watershed to the watershed outlet (m),

CN: Runoff curve number, Sg: Average watershed slope (m m

-1).

4. RESULTS

Table 4. Results of peak flow in WinTR-55 model (m3s

-1)

Return periods

(year)

Name of watershed

Iznik Muskule pond basin Samsun Minoz stream basin

2

5

10

25 50

100

2.71 2.66

9.53 6.86

16.18 9.55

26.12 12.66 34.23 14.76

42.73 16.68

4.1. Results Related to Iznik-Muskule Pond Basin

There are significant differences between estimated peak flows by Mockus method and estimated peak

flows by WinTR-55 model in Iznik-Muskule pond basin (Table 5).

In this study, inputs of İznik Müşküle Pond in Bursa was used. When predicted peak discharges of

WinTR-55 Compared with results of Mockus method, Predicted peak discharges of Mockus method are 0.17 (m

3s

-1), 0.78 (m

3s

-1), 2.18 (m

3s

-1), 3.61 (m

3s

-1) and 5.33 (m

3s

-1), respectively for the recurrence intervals of 5,


165

10, 25, 50 and 100 years. On the other hand, predicted peak discharges of WinTR-55 are 9.53(m3s

-1), 16.18

(m3s

-1), 26.12 (m

3s

-1), 34.23 (m

3s

-1) and 42.73 (m

3s

-1), respectively for the same recurrence intervals.

Table 5. Analysis of estimated peak flows in Iznik Muskule pond basin (Donmez, 2012)

Return period

(year)

Estimated peak flows by WinTR-55 model

(m3s-1)

Estimated peak flows by Mockus method

(m3s-1)

2 2.71 -

5 9.53 0.17

10 16.18 0.78

25 26.12 2.18 50 34.23 3.61

100 42.73 5.33

4.2. Results Related to Samsun-Minoz Stream Basin

Figure 1. Hydrograph results of WinTR-55 model for Minoz stream basin

The estimated peak flows amounts are 2.66 m3s-1 for 2 years recurrence, 6.86 m3s-1 for 5 years

recurrence, 9.55 m3s-1 for 10 years recurrence, 12.66 m3s-1 for 25 years recurrence, 14.76 m3s-1 for 50 years recurrence and 16.68 m3s-1 for 100 years recurrence at the outlet of Minoz stream basin (Figure 1).

Table 6 shows the comparison of the estimated peak flows of Samsun Minoz stream basin with

(measured) the results of the frequency analysis.

Table 6. Analysis of estimated and observed discharges in Minoz stream basin (Erel, 2010) Return

period

(year)

Estimated flows by

WinTR-55 model

(m3s-1)

Observed flows in

Minoz stream basin

(m3s-1)

Difference between

estimated flows and

measured flows (m3s-1)

Difference between

estimated flows and

measured flows (%)

2 2.66 1 1.66 166

5 6.86 2.8 4.06 145

10 9.55 4.2 5.35 127.38

25 12.66 6 6.66 111

50 14.76 7.4 7.36 99.46

100 16.68 8.8 7.88 89.54

There are large amount of differences among the values in Table 6. This is because period of

observation of precipitation data and period of observation of flow data are not the same.

WinTR-55 method can predict the results closer to the measured peak flows at small recurrence periods in Minoz stream basin. WinTR-55 method can simulate results significantly different from the measured

peak flows when the recurrence periods become larger (Figure 2).


166

Figure 2. Graph of analysis of estimated and observed discharges in Minoz stream basin (Erel, 2010)

4.3. Results Related to Catalca-Damlica Stream Basin

There are significant differences between estimated peak flows by WinTR-55 model and observed peak

flows in Catalca-Damlica stream basin (Table 7).

Table 7. Analysis of estimated and observed peak flows in Catalca-Damlica stream basin (Bakanoğulları, 2008)

Return period

(year)

Estimated peak flows by WinTR-55 model

(m3s-1)

Observed flows in Catalca-Damlica stream basin

(m3s-1)

2 35.7 0.56

5 57.9 1.65

10 73.22 2.82

25 92.47 4.88

50 106.87 6.88

100 120.97 9.27

In this study, inputs of Catalca Damlıca creek was used. When predicted peak discharges of WinTR-55 Compared with results of observed data, The observed datas are 0.56 m3s-1, 1.65 m3s-1, 2.82 m3s-1, 4.88 m3s-1,

6.88 m3s-1 and 9.27 m3s-1 respectively for the recurrence intervals of 2, 5, 10, 25, 50 and 100 years. On the

other hand, predicted peak discharges of WinTR-55 are 35.7 m3s

-1, 57.9 m3s

-1, 73.22 m3s

-1, 92.47 m3s

-1, 106.87 m3s-1 and 120.97 m3s-1, respectively for the same recurrence intervals.

5. CONCLUSION

It is determined that the probability of encountering larger peak flows is high in Iznik-Muskule pond

basin when compared with Samsun Minoz stream basin. The largest peak flows are expected to be observed in Catalca-Damlica stream basin. There are very close results between observed and estimated flows in

Samsun-Minoz stream basin when compared Catalca-Damlica with Samsun-Minoz stream.

The usage of WinTR-55 model for stream basins was found to be very reliable compared to usage for

pond basins under the conditions of basins of Turkey. In addition, it was found that WinTR-55 model is more prone to predict peak flows than observed flows data and WinTR-55 model is capable of producing

more reliable results compared to Mockus method.

Hydrology information system, that should be established for hydrology education and applications in order to prevent problems in data acquisition in the future, have to have hydrological data, ancillary tools

and simulation models. Hydrologists will be able to access broader and higher quality hydrological data by

establishing a hydrological information system. An example of such a system is available on the site (http://his.cuahsi.org/).

0

2

4

6

8

10

12

14

16

18

2 yıllık tekerrür 5 yıllık tekerrür 10 yıllık tekerrür 25 yıllık tekerrür 50 yıllık tekerrür 100 yıllık tekerrür

Minoz stream basin

WinTR-55 modelinin tahminlediği debi (m^3/s)

Minöz deresi havzasında ölçülen debiler (m^3/s)

http://his.cuahsi.org/


167

REFERENCES Alkan C. 2017. Comparison of WinTR-55 model and Mockus method: A case study on Ankara Polatlı Kargalı

watershed. 9. National Hydrology Congress, 04-06 October 2017, Dicle University, Diyarbakir. (Article is

in Turkish)

Bakanogullari F. 2008. Rainfall and Discharge Characteristics of Damlıca Stream Basin. T.R. Ministry of

Agricullture and Rural Affairs General Directorate of Agriculture Research, Topraksu-2008/64, Kırklareli.

(Article is in Turkish)

Celik HE. 2012. Hydrology in flood control, Flood Control Seminar, 15-17 February 2012, Afyonkarahisar.

(Article is in Turkish)

Donmez H. 2012. Bursa – Iznik – Muskule Project of Small Earth Dams Aimed at Irrigation. T.R. Bursa

Municipality, Bursa. (Article is in Turkish)

Erel A. 2010. Rainfall and Discharge Characteristics of Samsun-Minöz River Basin, T.R. Ministry of Agricullture

and Rural Affairs General Directorate of Agriculture Research, Samsun, 143 pp. (Article is in Turkish)

Garday T & A Pugh. 2006. A geomorphic evaluation with calibrated hydraulic and hydrologic modeling of the

Hop Brook watershed in Massachusetts, 8th Federal Interagency Sedimentation Conference, April 2-6,

Reno, USA.

Huffman R L, DD Fangmeier, WJ Elliot & SR Workman. 2013. Soil and water conservation engineering,

American society of agricultural and biological engineers(ASABE), Michigan, 515 pp.

Ozturk F & H Apaydin. 1997. Comparison of the methods used in determining the open drainage canal project,

6th National Agricultural Structures and Irrigation Congress, 5-8 June 1997, Bursa (Article is in Turkish).

Sutjiningsih D, H Soeryantono & E Anggraheni. 2015. Estimation of sediment yield in a small urban ungauged

watershed based on the Schaffernak approach at Sugutamu watershed, Ciliwung, West Java. International Journal of Technology, 5: 809-818.


168

Effect of Irrigation on Carbon Dioxide Emission

Caner Yerli1,*, Üstün Şahin

2, Talip Çakmakcı

1, Şefik Tüfenkci

1

1Department of Biosystem Engineering, Faculty of Agriculture, University of Van Yuzuncu Yil University,

Van, Turkey

2Department of Agricultural Structures and Irrigation, Faculty of Agriculture, University of Ataturk,

Erzurum, Turkey


ABSTRACT Global warming, which has been increasing in recent years, is due to the increasing amount of

greenhouse gases in the atmosphere. The agricultural sector, which has a 25 % share in greenhouse gas

formation, plays an important role in global warming. Carbon dioxide, which has a share of 82 % among greenhouse gases, is shown as the most important greenhouse gas. It is estimated that 10 % of the carbon

dioxide in the atmosphere is emissioned from the soil. When soil organic carbon, which is an indicator of

soil fertility, is released into the atmosphere as carbon dioxide, nitrogen and sulfur compound gases return to

the earth and it causes inefficient soil as well as global warming. Organic carbon is a source of carbon dioxide emissions when the soil is mismanaged. The organic carbon in the soil is transformed into carbon

dioxide with increasing soil moisture and accumulates in the atmosphere. Unconscious irrigations increase

the physical and biological activity of the soil and cause carbon dioxide emissions from the soil. Carbon dioxide emission, which is the main cause of drought, needs to be reduced with low cost, easy and practical

applications. At the beginning of these applications, can be listed deficit irrigation, reduction of fertilizer

usage and reuse of waste. In this study, it is aimed to investigate carbon dioxide emission from soil effect of the irrigation water amount, irrigation methods and irrigation with wastewater.

Keywords: Carbon dioxide emissions, global warming, greenhouse gases, irrigation, wastewater


Karbon Dioksit Salınımına Sulamanın Etkisi

ÖZET

Son yıllarda artmakta olan küresel ısınma, atmosferdeki artan sera gazları miktarından kaynaklanmaktadır. Sera gazı oluşumunda % 25’lik paya sahip olan tarım sektörü, küresel ısınmada önemli

bir rol oynamaktadır. Sera gazları arasında % 82'lik bir paya sahip olan karbondioksit, en önemli sera gazı

olarak gösterilmektedir. Atmosferdeki karbondioksit miktarının % 10'unun topraktan salınım yoluyla ortaya çıktığı tahmin edilmektedir. Toprak verimliliğinin bir göstergesi olan organik karbon, karbondioksit olarak

atmosfere salındığında azot ve kükürt bileşikli gazlara dönüşerek toprağa geri döner ve küresel ısınmanın

yanı sıra toprakların verimsizleşmesine neden olur. Organik karbon, toprak yanlış yönetildiğinde bir

karbondioksit salınım kaynağı olarak görev yapmaktadır. Topraktaki organik karbon, artan toprak nemi ile karbondioksite dönüşür ve atmosferde birikmeye başlar. Bilinçsiz sulamalar, toprağın fiziksel ve biyolojik

aktivitesini arttırır ve topraktan karbondioksit salınımına neden olur. Kuraklığın ana nedeni olan

karbondioksit salınımının düşük maliyetli, kolay ve pratik uygulamalar ile azaltılması gerekmektedir. Bu uygulamaların başında kısıtlı sulamalar, gübre kullanımının azaltılması ve atıkların tekrar kullanımı

sıralanabilir. Bu çalışmada, sulama suyu miktarının, sulama yöntemlerinin ve atık sular ile sulamanın

topraktan karbondioksit salınımı üzerine etkilerinin araştırılması amaçlanmıştır.

Anahtar Kelimeler: Karbondioksit salınımı, küresel ısınma, sera gazları, sulama, atık su



169

1. GİRİŞ

Dünya’da artan nüfus ve sanayi faaliyetleri, betonarme yapıların artması ve şehirleşmenin etkisi,

çevreye olan duyarsızlık ve ormansızlaştırma, arazi kullanımında değişiklikler, tarım ilaçlarının ve gübrelerinin aşırı tüketimi gibi antropojenik etkiler sonucunda sera gazlarının atmosferdeki miktarı

artmaktadır (Atabey & Yokaş, 2016). Absorbe etme özelliğine sahip olan sera gazları, yeryüzünden yansıyan

güneş ışınlarını tutarak sıcaklığın artmasına neden olmaktadır (Türkeş, 2008). Artan sıcaklıklar; iklim

değişiklikleri, su kaynaklarının kirlenmesi ve azalması, buzulların erimesi, deniz seviyelerinde artış, seller, taşkınlar, erozyon, kuraklık, hava olaylarının şiddetlenmesi, salgın hastalıklar ile tarım alanlarında hastalık

ve zararlılarının artması ve ekolojik dengenin bozulması gibi direkt ve indirekt etkilerin ortaya çıktığı

olumsuz sonuçları doğurmaktadır (Öztürk, 2002). Temel sera gazları olarak bilinen karbondioksit (CO2), metan (CH4) ve nitröz oksit (N2O) gazları

atmosferde normal şartlar altında da var olan gazlardır (Şenyigit ve Akbolat, 2010). Fakat bu gazların

miktarlarındaki artış tehlike oluşturmakta ve küresel ısınmaya neden olmaktadır. Dünyanın ısınmasında önemli bir rol alan karbondioksitin 18. ve 19. yüzyıllardan önce 280-290 ppm arasında değişen miktarı

günümüzde yaklaşık 380 ppm gibi yüksek değerlere ulaşmıştır (Eker-Develi, 2009). Karbonun temel

kaynağı olan karbondioksit sera gazları arasında miktar ve dağılım bakımından en önemlisi olarak

gösterilmektedir (Gültekin ve Örgün, 1994). Keeling ve Whorf (2005) tarafından, 1958-2004 yılları arasında Hawaii Gözlemevi’nde karbondioksit salınımının yıllara göre artış miktarını belirlemek amacıyla yapılan

ölçümlerde, karbondioksit salınımının 46 yıllık bir süreçte yaklaşık %20 arttığı bildirilmiştir (Şekil 1).

Şekil 1. Hawaii Gözlemevi’nde 1958-2004 yılları arasında yapılan karbondioksit ölçümleri (Keeling ve Whorf, 2005).

Türkiye’de 1990-2017 yılları arasında temel sera gazlarının salınım miktarları TÜİK (2019) verilerinden yararlanılarak Tablo 1’de verilmiştir. Yıllara göre karbondioksit salınım miktarı incelendiğinde,

diğer temel sera gazlarına göre miktarının büyük oranda artış gösterdiği ve diğer temel sera gazlarına göre

karbondioksit salınım miktarının da daha fazla olduğu görülmektedir. Bu durum dikkate alındığında

karbondioksit salınımının azaltılması için derhal önlemler alınması gerekmektedir.

Tablo 1. Türkiye’de 1990-2017 yılları arasında temel sera gazlarının milyon ton CO2 eşdeğeri olarak salınım miktarları

(TÜİK, 2019).

Yıl Toplam CO2 CH4 N2O Yıl Toplam CO2 CH4 N2O

1990 219.2 151.5 42.4 24.6 2004 314.9 244.4 43.4 25.4

1991 226.5 157.9 43.2 24.4 2005 337.2 264.2 45.1 26.1

1992 232.8 163.9 43.1 24.9 2006 358.1 281.6 46.5 28.0

1993 240.1 171.0 42.9 25.7 2007 391.4 312.7 48.9 27.3 1994 234.1 167.4 42.6 23.2 2008 387.5 309.3 49.8 25.9

1995 247.5 180.9 42.5 23.5 2009 395.5 315.3 49.5 28.1

1996 267.2 199.5 42.8 24.2 2010 398.6 314.3 51.3 29.4

1997 278.6 212.0 42.1 23.8 2011 427.5 339.4 53.6 30.4

1998 280.2 212.0 42.3 25.3 2012 446.9 353.6 57.0 31.5

1999 277.7 207.8 43.6 25.6 2013 438.9 345.2 55.4 33.5

2000 298.8 229.7 43.5 24.8 2014 457.9 361.6 57.2 33.9

2001 280.4 213.4 42.7 23.2 2015 472.1 381.3 51.3 34.6

2002 286.0 220.9 40.8 23.2 2016 498.4 401.2 53.8 37.0

2003 305.5 236.4 42.8 25.0 2017 526.2 425.3 54.1 38.5


170

CO2 salınımında önemli bir kaynak olan toprağın, atmosferde bulunan karbondioksit miktarının % 10’undan sorumlu olduğu tahmin edilmektedir (Raich ve Potter, 1995). Topraktan karbondioksit salınımı,

toprak verimliliğinin bir göstergesi olan organik karbonun, toprağın gevşetilmesi ile karbondioksit formuna

dönüşmesiyle gerçekleşmektedir (West ve Marland, 2002). Sadece küresel ısınma boyutlu etkide rol

almayan organik karbon, atmosfere karbondioksit, azot ve kükürt bileşenli gazlar ile yayılarak, yağışlar ile topraklara tekrar dönmekte ve toprakları verimsizleştirmektedir (Senyigit ve Akbolat, 2010).

CO2 salınımının artan miktarıyla kuraklığın şiddetinin artacağı, kuraklığın artan etkisiyle su

kaynaklarının azalacağı ve buna bağlı olarak sulama suyu temininde problemler yaşanacağı açık bir gerçektir (Yerli ve ark., 2019a). Ayrıca artan karbondioksit salınımları ile yağışların miktar ve dağılımının

düzensizleşeceği, su kaynaklarının azalacağı ve kirleneceği göz önüne alındığında besin ihtiyacının

karşılanması bakımından büyük önemlilik arz eden tarım sektörü olumsuz etkilenecektir. Su yenilenebilir bir

kaynak olarak düşünülse de, sınırlı bir kaynak olduğu, temiz su miktarının gün geçtikçe azaldığı ve su temin maliyetlerinin yüksek olduğu unutulmamalıdır (Yerli ve ark., 2019b). Bu sebeple başta karbondioksit

salınımı olmak üzere sera gazlarının salınım miktarının azaltılması ve bu konuda araştırmaların yapılması

gerekmektedir. Toprak kaynaklı karbondioksit salınımının azaltılması için toprak işlemenin, sulamada aşırı su kullanımının ve gübre tüketiminin azaltılması, tarımsal atıkların değerlendirilmesi ve toprak organik

maddesinin zenginleştirilmesi gerekmektedir (Sainju ve ark., 2008; Mancinellia ve ark., 2015). Bu

çalışmada; sulama suyu miktarının, sulama yöntemlerinin ve atık su ile sulamanın karbondioksit salınımı üzerine etkisi daha önce yapılmış olan önemli çalışmalar referans alınarak değerlendirilmiştir.

2. SULAMA SUYU MİKTARI ve SULAMA YÖNTEMLERİNİN KARBONDİOKSİT

SALINIMINA ETKİSİ

Sulama, özellikle kurak ve yarı kurak bölgeler başta olmak üzere bitkisel üretimde verimi arttıran temel girdilerden biridir. Fakat bilinçsiz ve aşırı sulamalar toprak yapısının bozulmasına, erozyona, taban suyunun

yükselmesi ve buna bağlı olarak çoraklaşmaya neden olabildiği gibi bitkisel üretimde verimin azalmasına da

neden olmaktadır. Ayrıca toprağa su girişi ile toprağın mikrobiyal aktivitesi artmakta ve toprağın fiziksel faaliyetleri değişiklik göstererek toprak, karbondioksit salınımı için bir kaynak görevi almaktadır (Akbolat

ve Senyigit, 2012). Toprağa sürekli su sağlanması bitki köklerinden ve ölü bitki artıklarından toprağa daha

fazla organik karbon kazanımı sağlamakta ve karbondioksit salınımını teşvik etmektedir (Entry ve ark., 2008). Artan toprak nemi toprak biyolojisinin gelişme hızının artmasına ve böylece organik karbonun

parçalanması ile karbondioksit salınımının oluşmasına neden olmaktadır (Jabro ve ark., 2008).

Claderon ve Jackson (2002), sulama ile karbondioksit salınımı arasındaki ilişkiyi inceledikleri

çalışmada, toprak neminin artışı ile karbondioksit salınımının sulama öncesine göre artış gösterdiğini belirtmişlerdir. Sinaie ve ark. (2019), toprağa su uygulanmasıyla biyolojik faaliyetlerin artmasına bağlı

olarak karbondioksit salınımının arttığını, uygulanacak sulama suyu miktarının azaltılması ile karbondioksit

salınımının azalma eğilimi gösterdiğini yaptıkları çalışma ile bildirmişlerdir. Benzer şekilde Zornoza ve ark. (2016), bitki sulama suyu ihtiyacının azaltılması ile karbondioksit salınımının azaldığını belirtmişlerdir.

Akbolat ve Senyigit (2012), farklı sulama suyu seviyelerinin topraktan karbondioksit salınımı üzerine

etkilerini inceledikleri çalışmada, karbondioksit salınımının artan sulama suyu miktarı ile artış gösterdiğini

belirtmişlerdir. Araştırmacılar, bu durumu artan sulama suyu miktarı nedeniyle toprak sıcaklığındaki düşüşe bağlı olarak karbondioksit salınımının azalış gösterdiği ile açıklamışlardır. Yapılan çalışmaya ilişkin

topraktan karbondioksit salınımı, buharlaşma miktarı, toprak nemi ve toprak sıcaklık değerleri Tablo 2’de

verilmiştir. Toprağa su girişi ile toprak serinletileceği için mikroorganizma faaliyetinin azalacağı düşünüldüğünde, topraktan karbondioksit salınımı da azalma eğilimi gösterecektir. Chapman ve Thurlow

(1996), aylara göre topraktan karbondioksit salınımını izledikleri çalışmada, sıcak geçen aylarda topraktan

karbondioksit salınımının artış gösterdiğini fakat bu artışın 30°C’lik değere kadar pozitif lineer olarak ilerleme gösterdiğini, 30°C’den sonra mikroorganizma faliyetinin olumsuz etkilenmesinden dolayı topraktan

karbondioksit salınımının azalma eğilimi gösterdiğini belirtmişlerdir.

Tablo 2. Farklı sulama suyu seviyelerine göre karbondioksit salınımı, buharlaşma miktarı, toprak nemi ve toprak

sıcaklık değerleri (Akbolat ve Senyigit, 2012).

Sulama suyu miktarları CO2 salınımı

(g m2 h

-1)

Buharlaşma

(g m2 h

-1)

Toprak nemi

(%)

Toprak sıcaklığı

(oC)

% 100 (tam sulama) 0.152 6.39 14.82 21.66

% 50 0.106 8.20 15.57 22.77

% 25 0.073 3.91 17.31 21.17


171

Bitki ve toprak verimi üzerine büyük etkisi olan sulama yöntemleri, topraktan karbondioksit salınımında önemli bir faktör olarak ele alınmaktadır. Şenyiğit ve Akbolat (2010), sulama yöntemlerinin

karbondioksit salınımı üzerine etkilerini inceledikleri çalışmada en düşük karbondioksit salınımının sık

aralıklarla ve az miktarda sulama imkanı sağlayan ve toprak nemini daha uzun süre koruyan damla sulama

yönteminden elde edildiğini belirtmişlerdir. Damla, salma ve yağmurlama sulama yöntemlerinin kullanıldığı çalışmada, sulamadan sonra ki 4 gün boyunca ölçülen karbondioksit salınımları ve topraktan buharlaşma ile

toprak sıcaklık değerleri Tablo 3’de verilmiştir. Maris ve ark. (2015), yüzey üstü ve yüzey altı damla

sulamanın karbondioksit salınımına etkisini inceledikleri çalışmada, yüzey altı damla sulamanın daha fazla karbondioksit salınımına neden olduğunu belirtmişlerdir. Araştırmacılar bu durumu, yüzey altı damla

sulamanın doğrudan bitki kök bölgesine su verilmesinden dolayı oksidasyonu hızlandırmasına bağlı olarak

salınım miktarının artması ile açıklamışlardır.

Tablo 3. Farklı sulama yöntemlerinin karbondioksit salınımı, buharlaşma miktarı ve toprak sıcaklık değerleri üzerine

etkisi (Şenyiğit ve Akbolat, 2010).

1. Gün 2. Gün 3. Gün 4. Gün Ortalama

Sulama yöntemleri Topraktan karbondioksit salınımı (g m2 h

-1)

Damla sulama 0.156 -0.067* 0.004 0.167 0.065

Yağmurlama sulama 0.108 0.034 0.102 0.041 0.071

Salma Sulama 0.096 0.138 0.087 0.014 0.084

Buharlaşma (g m2 h

-1)

Damla sulama 14.96 4.82 5.53 6.95 8.06

Yağmurlama sulama 16.41 7.57 5.10 6.32 8.85 Salma Sulama 13.42 10.85 6.59 4.91 8.94

Toprak sıcaklığı (oC)

Damla sulama 25.4 25.9 25.2 25.2 25.4

Yağmurlama sulama 27.7 29.1 27.8 29.6 28.6

Salma Sulama 28.2 29.1 27.8 29.6 28.6

*Negatif değer karbondioksit miktarının dış ortamdan daha az olduğunu göstermektedir.

3. ATIK SU İLE SULAMANIN KARBONDİOKSİT SALINIMINA ETKİSİ

Dünya’da en çok suyun tüketildiği sektör olan tarım sektörü, artan dünya nüfusunun ihtiyaçlarını

karşılamak açısından önemlilik arz etmektedir. Fakat küresel ısınma ve iklim değişikliği, buna bağlı oluşan

kuraklıklar ve azalan yağışlar sulamayı daha önemli bir hale getirmiştir. Azalan su kaynaklarından dolayı

tarımsal sulamalarda temiz su kaynaklarının yerine alternatif su kaynaklarının kullanılması bir zorunluluk halini almıştır. Günümüzde temiz suyun yerine alternatif su kaynaklarının öncüsü olan atık suyun

kullanılması bir çok ülkede yaygınlaşmıştır (Kiziloglu ve ark., 2008). Corcoran ve ark. (2010), Dünya’da 20

milyon hektardan daha fazla tarım alanında atık sular ile sulama yapıldığını belirtmişlerdir. Özellikle

Ortadoğu ve Afrika ülkelerinde temiz su kaynaklarının yetersizliğinden dolayı tarımsal sulamada atık suların kullanımına sıkça rastlanılmaktadır (Ghneim, 2010).

Atık sular zengin organik madde içerikleri ile topraklara gübreleme etkisi sağlamakta ve bitki

veriminde artışa neden olmaktadır. Fakat bir organik madde olan organik karbonun topraklarda artan miktarı topraklara yapılan müdahaleler ile birleşince karbondioksit salınımlarına neden olmaktadır. Fernandez-

Luqueno ve ark. (2010) ile Gonzalez-Mendez ve ark. (2015), atık sular ile yapılan sulamalarda karbondioksit

salınımının temiz su ile yapılan sulamalara göre daha fazla olduğunu bildirmişlerdir. Bu durumu Mahmoud

ve ark. (2012), atık suyun içeriğinde bulunan organik madde ve özellikle organik karbonun parçalanması ile karbondioksit salınımlarına neden olması ile açıklamışlardır. Xue ve ark. (2012), farklı seviyelerde temiz su

ile seyreltilmiş atık suyun karbondioksit salınımı üzerine etkisini inceledikleri çalışmada, gübre olarak

azotun kullanıldığı durumda % 40, % 60 ve % 80 seyreltme durumlarına göre karbondioksit salınımının sırasıyla 2.40, 3.66 ve 2.93 mg kg

-1, azotun kullanılmadığı durumda aynı seyreltme oranları için

karbondioksit salınımının sırasıyla 1.47, 1.94 ve 2.26 mg kg-1

değerlerini aldığını belirtmişlerdir.

Araştırmacılar, yaptıkları çalışmada atık su ile sulamaların karbondioksit salınımına önemli bir etkisi olduğu gibi gübrelemenin de etkisine dikkat çekmişlerdir. Ayrıca topraktan karbondioksit salınımının toprak

sıcaklığı, toprak özellikleri, iklim etmenleri, bitki faktörü ve toprak işleme gibi bir çok faktörden

etkilenebileceği bilinmeli ve topraktan karbondioksit salınımı bu faktörlere göre değerlendirilmelidir.


172

4. SONUÇ VE ÖNERİLER

Sulamanın, tarımsal üretimde verimin artırılması yönünde etkisinin büyük olduğu açık bir gerçektedir.

Fakat bilinçsiz ve aşırı sulamalar toprak ve bitki için olumsuz sonuçlar doğurabildiği gibi topraktan

karbondioksit salınımlarına ve böylece küresel ısınmaya da neden olmaktadır. Bu sebeple, karbondioksit

salınımını azaltmanın yanında az miktarda ve sık aralıklar ile sulama imkanı sağlayarak toprak nemini daha uzun süre koruyan ve bitki verimini de olumlu yönde etkileyen damla sulamanın tercih edilmesi pratik bir

uygulama olarak önerilmektedir. Artan sulama suyu miktarının toprak biyolojisinin aktivitesini hızlandırdığı

dikkate alındığında, kısıntılı sulamaların karbondioksit salınımını azaltma yönünde olumlu etkisinin olduğu açıktır. Bu nedenle, sulamadan kaynaklanan karbondioksit salınımlarının azaltılması için kısıntılı sulamalar

ekonomik bir uygulama olarak düşünülebilir.

Atık sular, zengin organik karbon içeriklerinden dolayı bitki ve toprak verimini arttırmaktadırlar. Fakat

organik karbonun, topraktan karbondioksit salınımı için zengin bir kaynak olduğu ve atık sular ile sulamaların temiz sular ile sulamalara göre 2-3 kat daha fazla karbondioksit salınımına neden olduğu dikkate

alınmalıdır. Bu sebeple, atık sular ile sulama yapılacaksa karbondioksit salınımının azaltılması için temiz

sular ile seyreltme yapılması önerilebilir. Topraktan karbondioksit salınımının toprak, bitki, su ve iklim gibi bir çok faktöre göre değişiklik

göstermesi ve bu faktörlerin karbondioksit salınım mekanizması üzerindeki etkisinin tam olarak

açıklanamayışı, salınım miktarını azaltacak uygulamaların geliştirilmesini engellemektedir. Fakat, toprak kaynaklı karbondioksit salınımının azaltılması için damla sulama yönteminin kullanılarak, toprak işlemenin

ve sulama suyu miktarının azaltılması en pratik uygulama olarak önerilebilir. Toprağa daha az müdahale ile

daha az karbondioksit salınımı ve daha fazla verim artışı sağlayan doğrudan ekim uygulamasının

yaygınlaştırılması ile toprak işleme maliyeti sıfıra inecek ve toprak işleme taşıtlarından kaynaklanan karbondioksit salınımı da ortadan kalkacaktır. Toprak kaynaklı karbondioksit salınımının azaltılması

yönünde çalışmaların yapılması ile sürdürülebilir tarımın geliştirilmesi sağlanabilecek ve karbondioksit

salınım mekanizması hakkında daha kapsamlı bilgiler elde edilebilecektir.

KAYNAKLAR

Akbolat D & U Senyigit. 2012. Short-term effect of different irrigation water levels on soil carbon dioxide (CO2)

emission. Fresenius Environmental Bulletin. 21 (12): 3869-3873.

Atabey S & İ Yokaş. 2016. Küresel ısınmanın artış nedenlerinin su kaynakları ve turist sağlığı üzerindeki

yansımaları. Uluslararası Hakemli Sosyal Bilimler E-Dergisi. 54: 188-203.

Chapman SJ & M Thurlow. 1996. The influence of climate on CO2 and CH4 emissions from organic soils.

Agricultural Forest Meteorology. 79: 205–217

Claderon F & LE Jackson. 2002. Rototillage, disking, and subsequent irrigation: effects on soil nitrogen

dynamics, microbial biomass and carbon dioxide efflux. Journal of Environmental Quality. 31: 752-758.

Corcoran E, C Nellemann, E Baker & R Bos. 2010. Sick Water? The Central Role of Wastewater Management in

Sustainable Development: a rapid response assessment. Un Habitat, edited by H. Savelli. Printed by

Birkeland Trykkeri AS, Norway.

Eker Develi E. 2009. Denizel fitoplanktonun ekolojik önemi ve küresel iklim değişikliğindeki rolü. Mersin

Üniversitesi Eğitim Fakültesi Dergisi. 5 (2): 285-293.

Entry JA, D Mills, K Mathee, K Jayachandran, RE Sojka & G Narasimhan. 2008. Influence of irrigated

agriculture on soil microbial diversity. Applied Soil Ecology Journal. 40: 146-154.

Fernandez-Luqueno F, V Reyes-Varela, F Cervantes-Santiago, C Gomez-JuarezSantillan-Arias & L Dendooven.

2010. Emissions of carbon dioxide, methane and nitrous oxide from soil receiving urban wastewater for

maize (Zea mays L.) cultivation. Plant and soil. 331 (1-2): 203-215.

Ghneim A. 2010. Wastewater reuse and management in the Middle East and North Africa: A case study of

Jordan. Universitatsverlag der TU Berlin. Printed by Univerlagtuberlin, Berlin.

Gonzalez-Mendez B, R Webster, S Fiedler, E Loza-Reyes, JM Hernandez, LG Ruiz-Suarez & C Siebe. 2015.

Short-term emissions of CO2 and N2O in response to periodic flood irrigation with waste water in the

Mezquital Valley of Mexico. Atmospheric Environment. 101: 116-124.

Gültekin AH & Y Örgün. 1994. Tarım toprağında bitki besleyici elementlerin rolü. Ekoloji Dergisi. 13: 27-32.

Jabro JD, U Sainju, WB, Stevens & RG Evans. 2008. Carbon dioxide flux as affected by tillage and irrigation in

soil converted from perennial forages to annual crops. Journal of Environmental Management. 88 (4): 1478-

1484.


173

Keeling CD & TP Whorf. 2005. CO2 emissions. http://cdiac.ornl.gov/ftp/trends/co2/maunaloa.co2. Accessed

15.09.2018.

Kiziloglu FM, M Turan, U Sahin, Y Kuslu & A Dursun. 2008. Effects of untreated and treated wastewater

irrigation on some chemical properties of cauliflower (Brassica olerecea L. var. botrytis) and red cabbage

(Brassica olerecea L. var. rubra) grown on calcareous soil in Turkey. Agricultural water management. 95

(6): 716-724.

Mahmoud M, M Janssen, S Peth, R Horn & B Lennartz. 2012. Long-term impact of irrigation with olive mill

wastewater on aggregate properties in the top soil. Soil and Tillage Research. 124: 24-31.

Mancinelli R, S Marinari, P Brunetti, E Radicetti & E Campiglia. 2015. Organic mulching, irrigation and

fertilization affect soil CO2 emission and C storage in tomato crop in the Mediterranean environment. Soil and Tillage Research. 152: 39-51.

Maris SC, MR Teira-Esmatges, A Arbones & J Rufat. 2015. Effect of irrigation, nitrogen application, and a

nitrification inhibitor on nitrous oxide, carbon dioxide and methane emissions from an olive (Olea europaea

L.) orchard. Science of the Total Environment. 538: 966-978.

Öztürk K. 2002. Küresel İklim Değişikliği ve Türkiye’ye Olası Etkileri. Gazi Üniversitesi Gazi Eğitim Fakültesi Dergisi. 22 (1): 47-65.

Raich JW & CS Potter. 1995. Global patterns of carbon dioxide emissions from soils. Global Biogeochemical Cycles. 9 (1): 23-36.

Sainju UM, JD Jabro & WB Stevens. 2008. Soil carbon dioxide emission and carbon content as affected by

irrigation, tillage, cropping system, and nitrogen fertilization. Journal of Envir. Quality. 37 (1): 98-106.

Şenyigit U, Akbolat D. 2010. Farklı sulama yöntemlerinin topraktan karbondioksit çıkışı üzerine etkisi. Ekoloji Dergisi. 19 (77): 59-64.

Sinaie S, H Sadeghi-Namaghi & L Fekrat. 2019. Effects of elevated CO2 and water stress on population growth of

the two-spotted spider mite, Tetranychus urticae Koch (Acari: Tetranychidae) on sweet pepper under

environmentally controlled conditions. Journal of Asia-Pacific Entomology. 22 (1): 96-102.

TUİK. 2019. Çevre ve Enerji İstatistikleri. http://www.tuik.gov.tr/UstMenu.do?metod=temelist Erişim

14.11.2018.

Türkeş M. 2008. Küresel iklim değişikliği nedir? Temel kavramlar, nedenleri, gözlenen ve öngörülen

değişiklikler. Su Vakfı, İklim Değişikliği ve Çevre Dergisi. 1 (1): 26-37.

West TO & G Marland. 2002. A synthesis of carbon sequestration, carbon emissions, and net carbon flux in

agriculture: comparing tillage practices in the United States. Agriculture, Ecosystems and Environment. 91

(1-3): 217-232.

Xue YD, PL Yang, YP Luo, YK Li, SM Ren, YP SU & YT Niu. 2012. Characteristics and driven factors of

nitrous oxide and carbon dioxide emissions in soil irrigated with treated wastewater. Journal of Integrative

Agriculture. 11 (8): 1354-1364.

Yerli C, Şahin Ü, Çakmakcı T & Tüfenkci Ş. 2019a. Effects of Agricultural Applications on CO2 Emission and

Ways to Reduce. Turkish Journal of Agriculture - Food Science and Technology. 7 (9): 1446-1456.

Yerli C, Şahin Ü, Kızıloğlu FM, Tüfenkci Ş & Örs S. 2019b. Van İlinde Silajlık Mısır, Patates, Şeker Pancarı ve

Yoncanın Su Ayak İzi. Yüzüncü Yıl Üniversitesi Tarım Bilimleri Dergisi. 29 (2): 195-203.

Zornoza R, RM Rosales, J A Acosta, JM de la Rosa, V Arcenegui, A Faz & A Perez-Pastor. 2016. Efficient

irrigation management can contribute to reduce soil CO2 emissions in agriculture. Geoderma. 263: 70-77.

http://cdiac.ornl.gov/ftp/trends/co2/maunaloa.co2.%20Accessed%2015.09.2018

http://cdiac.ornl.gov/ftp/trends/co2/maunaloa.co2.%20Accessed%2015.09.2018


174

Gas Exchange Parameters of Squash Seedlings Inoculated with Bacteria and

Methylamine under Drought Stress

Ertan Yıldırım1,*

, Melek Ekinci1, Selda Örs

2, Üstün Şahin

2, Atilla Dursun

1,

Recep Kotan3,

Metin Turan

4, İbrahim Demir

5

1Ataturk University, Faculty of Agriculture, Department of Agricultural Structures and Irrigation, Erzurum-

Turkey

2Ataturk University, Faculty of Agriculture, Department of Horticulture, Erzurum-Turkey

3Ataturk University, Faculty of Agriculture, Department of Plant Protection, Erzurum-Turkey

4Yeditepe University, Faculty of Engineering and Architecture, Department of Genetics and Bioengineering,

Kayışdağı, İstanbul-Turkey

5Ankara University, Faculty of Agriculture, Department of Horticulture, Erzurum-Turkey

*Corresponding Author: [email protected]

ABSTRACT

A greenhouse experiment was conducted to investigate the combined effects of bacteria and

Methylamine (MA) on gas exchange parameters of squash seedlings (Cucurbita pepo L. cv. Sakız), under

different drought stress levels with five different bacteria isolates combined with three different MA doses (0, 2.5 mM and 5 mM). Under full irrigation, the water content in pots were increased to the field capacity at

each irrigation event and drought treatments were 85%, 70% and 55% of the water applied in the full

irrigation. Plant photosynthesis (Pn) stomal coductance (gs), transpiration (Tr) were measured before harvest. The measured results were statistically significant for all the Bacteria+MA applications, drought treatments

and their interactions. Lower results were obtained from control treatments as compared to Bacteria+MA

applications. The higher Pn of the squash under control treatment were obtained from TV-6D, RK-1900,

RK- 79 with 2.5 and 5 MA applications as compared to the other treatments. However, the highest Pn was measured with the application of TV-6D together with 5 MA. Under severe drought conditions, higher Pn

measurements were obtained from TV-6D, RK-1900 and 2.5 MA and without MA applications.

Keywords: Squash, plant growth promoting bacteria, polyamines, water deficit, photosynthesis


1. INTRODUCTION

Drought (water stress) is one of the most important environmental stresses and occurs for several

reasons, including low rainfall, salinity, high and low temperatures, and high intensity of light, among

others. Drought stress is a multidimensional stress and causes changes in the physiological, morphological,

biochemical, and molecular traits in plants (Lisar & Akdam 2016). Under drought stress conditions, many metabolic processes, including photosynthesis, are negatively affected. Water deficiency damages basic

organization structure, which inhibits carbon assimilation and damages photosynthetic apparatus (Golldack

et al., 2011). Successful management with limited amount of water depends on better agricultural practices and

improved understandings of water productivity (Howell, 2001; Jones, 2004). To improve plant tolerance to

different environmental stress conditions, Plant Growth Promoting Rhizobacteria (PGPR) have been practiced to ameliorate the growth of plants, protecting plants from the deleterious effects of environmental



175

stresses (Karlidag et al., 2011; Sandhya et al., 2010; Yildirim et al., 2006; 2008; 2011). Although polyamines recently has began to use as plant amendment, their ability to improve plant response to drought

announced by earlier researchers (Gupta et al., 2013, Saha et al., 2015).

Polyamines are low-molecular organic cations found in a wide variety of organisms, and in plant they

can participate in various physiological processes such as growth, development, aging and stress reactions. The importance of polyamines has been taken into account in improving different environmental stresses

such as osmotic stress, drought, heat, high light intensity, heavy metals, mineral nutrient deficiency, pH

change and UV irradiation (Gupta et al., 2013, Saha et al., 2015). The presence of polyamines provides a great advantage in maintaining crop yield under adverse environmental conditions and improves the

tolerance to abiotic stress in plants (Liu et al., 2007; Khan et al., 2012). Methylamine (MA) is one of the

polyamines, which is a new component, which used on the plant root to improve water retention of the

plants. The main aim of this study was conducted to determine the effects of PGPR and MA on plant gas

exchange parameters of squash grown under different drought levels.


A pot experiment was conducted with squash in the greenhouse at Ataturk University, Erzurum (39°54'05.8"N 41°14'16.4"E). The greenhouse temperature and humidity conditions were controlled by a

sensor within a certain range. Lower temperatures were avoided through heating and an average temperature

of 20 (±2)°C was maintained throughout the growing period, humidity were around 35 (±5)%. The bacterial applications of 5 (1.Bacillus megaterium TV-91C, 2. Bacillus megaterium TV-6D, 3.

Bacillus subtilis RK-1900, 4. Pantoea agglomerans RK-79 and 5. Paenibacillus polymixa TV-12E ) and 2

methylamine doses (2,5 and 5 mM) were used in the experiment. Application of the bacterial bio-formulation was performed using the dipping method in which seedling roots were inoculated with the

bacterial suspensions in sterile water for about 20 min before planting. The bacterial suspension was

included into plastic trays containing 0.2 g of sucrose, and seedlings were soaked in this suspension.

Drought regimes were varied in different levels, according to 100 % (control, I0), 85 % (I1) and 70% (I2), 55% (I3) of field capacity in the experiment. To determine the water retained at field capacity, the pot

was saturated with tap water, and top of the pot was covered with a plastic sheet in order to prevent

evaporation. The water content of the growing media in pot after the drainage stopped (roughly 30 h) was assumed to be the field capacity and measured with the Wet-2 sensor. Control drought treatments (100 %)

were kept at field capacity throughout the growing period. The treatments were replicated with 5 pots,

respectively, and the pots were arranged completely randomized.

Drought treatments in the pots were maintained by checking soil moisture using a moisture meter calibrated for the experimental soil and experimental pot size (wet sensor, type WET-2, Delta-T Device Ltd,

Cambridge, England). The water was applied in three days intervals until the harvest.

Photosynthetic rate (Pn), stomatal conductance (gs), and transpiration rate (Tr) of plants were measured on the third fully expanded upper leaves along the right abaxial side of the leaf lamina between 10:00-11:00

am using a portable Li-Cor 6400 Photosynthesis System one week before the harvest. The measurement

conditions were leaf chamber PAR (photosynthetically active radiation), 1100 μmol m-2

s-1

; leaf to air vapor deficit pressure, 1.7 to 2.6 kPa; leaf temperature 20-22

oC and chamber CO2400 μmol mol

-1 (Ors & Suarez,

2017)

The SPSS program was used to evaluate the measured data (SPSS 2010). The experimental design was

randomized complete block design with five replications. Data were subjected to analysis of variance (ANOVA) to compare the effects of irrigation levels, MA doses and the bacteria strains. The differences

among the means were compared using the Duncan multiple tests.


The effect of bacteria applications together with MA on plant gas exchange parameters found

statistically significant in all applications (Table 1). The application of bacteria together with MA

application improved Pn, gs, and Tr of the plant as compared to control treatment under drought conditions. Under drought stress conditions, many metabolic processes, including photosynthesis, are negatively

affected. The positive effect of PGPR on squash plant under drought conditions stated earlier (Sahin et al.,

2015), additionally, application of MA with PGPR improved the plant drought tolerance and gas exchange


176

parameters were quite improved as compared to control treatment. The measured Pn results under severe drought conditions were as much as the ones under full irrigation conditions. Knowing that photosynthesis is

affected directly by drought (Chaves et al., 2009), improved Pn results thanks to applications were promising

to develop plant drought tolerance of squash.

Table 1. Two- way ANOVA of drought, bacteria, MA and their interactions on gas exchange parameters of squash

seedlings.

Application

Significance

Pn

μmolm−2

s−1

gs

mmolm−2

s−1

Tr

mmolm−2

s−1

Irrigation *** *** ***

Bacteria *** *** ***

MA ** ** ** Irrigation x Bacteria *** *** ***

Irrigation x MA *** *** ***

Bacteria x MA *** *** ***

Irrigation x Bacteria x MA *** *** ***

***: p<0.001

The experiment conducted with four different drought levels, however, the results were provided only

for severe drought treatment (55% water deficit treatment) and for control treatment (100%) to enable the interpretation of the applications on measured parameters.

The higher Pn of the squash under control treatment were obtained from TV-6D, RK-1900, RK- 79

with 2.5 and 5 MA applications as compared to the other treatments (Table 2). However, the highest Pn was measured with the application of TV-6D together with 5 MA. Under severe drought conditions, higher Pn

measurements were obtained from TV-6D, RK-1900 and 2.5 MA and without MA applications. The highest

measured Pn were obtained from the application of RK- 1900-2.5 MA under severe drought conditions. Under both full irrigation treatment and severe drought treatment, the measurements obtained from control

treatments without bacteria and MA application were the lowest as compared to the other applications.

These findings prove the positive effect of bacteria and MA on plant photosynthesis.

Table 2. The effects of drought, bacteria, MA and their interactions on Pn of squash seedlings

Bacteria MA

mM

Pn (μmolm−2

s−1

)

100% Irrigation 55% Irrigation

Control

0.0 7.74 K-S 4.26 c

2.5 8.27 E-N 6.40 V-a

5.0 8.15 G-P 6.31 YZa

TV-91C

0.0 8.51 D-M 6.59 U-a

2.5 9.33 CDE 7.03 P-Y

5.0 9.02 D-J 7.09 O-Y

TV-6D

0.0 7.59 L-U 7.90 J-P

2.5 9.20 C-G 7.69 K-U

5.0 10.72 A 6.65 S-a

RK-1900

0.0 9.32 C-F 7.96 I-P

2.5 8.46 E-N 7.98 I-P

5.0 10.39 AB 6.28 YZa

RK-79 0.0 9.59 BCD 6.73 R-Z 2.5 8.40 E-N 7.07 P-Y

5.0 10.07 ABC 5.79 Zab

TV-12E

0.0 8.26 E-N 6.64 T-a

2.5 8.51 D-M 6.42 V-a

5.0 8.46 E-N 5.59 abc a: Capitals used first and continued with lower case.

b: Means are separated within each column by least significant difference test at P < 0.05

At the earlier stage of drought stress, the decrease in gs suggests that a reduction in stomatal conductance can have protective effects because it allows the plant to save water and to improve its efficient

use (Chaves et al., 2009). However, as the degree of drought stress aggravated, the reduction in

photosynthesis became independent from stomatal closure (Wang et al., 2018). The gs measured in our


177

experiment decreased under drought conditions (Table 3). This finding were reported earlier by several researchers (Chavez, 2009; Ors et al., 2016; Ors & Suarez, 2017).

However, the highest gs were obtained from TV-91C-2.5 MA application under severe drought

conditions. This gs is roughly 60% higher than the one measured in control treatment under same drought

stress level. Moreover, under well-irrigated conditions, the higher gs measurements as compared to control treatment were obtained from the application of TV-6D, RK-1900, RK- 79, TV-12E together with 2.5 MA

application. The highest Pn were obtained from only application of RK-1900 bacteria strain (Table 2).

Table 3. The effects of drought, bacteria, MA and their interactions on gs of squash seedlings.

Bacteria MA

mM

gs (mmolm−2

s−1

)


Control

0.0 0.068 K-N 0.032 ghı

2.5 0.082 FGH 0.041 c-ı 5.0 0.081 F-I 0.034 f-ı

TV-91C

0.0 0.071 I-L 0.037 e-ı

2.5 0.079 G-J 0.053 P-b

5.0 0.085 E-H 0.042 b-h

TV-6D

0.0 0.080 F-I 0.031 hı

2.5 0.103 BC 0.044 Y-e

5.0 0.096 CD 0.043 a-g

RK-1900

0.0 0.114 A 0.050 T-d

2.5 0.089 D-G 0.039 d-ı

5.0 0.093 DE 0.043 a-g

RK-79

0.0 0.087 D-G 0.016 j

2.5 0.090 DEF 0.046 V-e

5.0 0.085 E-H 0.031 hı

TV-12E

0.0 0.076 H-K 0.041 c-ı

2.5 0.108 AB 0.032 ghı

5.0 0.103 BC 0.017 j a, Capitals used first and continued with lower case.

b, Means are separated within each column by least significant difference test at P < 0.05

Transpiration is a process that involves loss of water vapour through the stomata of plants, which is a

inevitable process to allow the plant to absorb water from the soil. The adaptive potential of some plant

species reducing water losses were achieved by closing of stomata and reduction in the transpiration rate (Tardieu and Davies, 1996). Therefore, measurement of transpiration rate is an excellent tool to assess

drought tolerant capacity of plants. In our experiment, Tr decreased 45% under severe drought conditions in

control treatment (Table 4).

Table 4. The effects of drought, bacteria, MA and their interactions on Tr of squash seedlings

Bacteria MA

mM

Tr

(mmolm−2

s−1

)


Control

0.0 2.31 IJ 1.06 g

2.5 2.88 D 1.18 fg

5.0 2.61 EFG 1.11 g

TV-91C

0.0 2.66 EF 1.23 fg

2.5 2.69 E 1.31 ef

5.0 3.10 BC 1.35 def

TV-6D

0.0 3.05 C 1.47 Z-e

2.5 3.24 AB 1.64 R-b

5.0 3.15 BC 1.47 Z-e

RK-1900

0.0 3.34 A 1.49 Z-e

2.5 3.09 BC 1.57 T-c 5.0 2.65 EF 1.41 cde

RK-79

0.0 2.77 DE 1.52 V-d

2.5 2.70 E 1.64 R-b

5.0 2.45 GHI 1.56 U-c

TV-12E

0.0 3.36 A 1.45 b-e

2.5 3.23 AB 1.66 O-Z

5.0 2.89 D 1.59 S-c a: Capitals used first and continued with lower case.

b: Means are separated within each column by least significant difference test at P < 0.05


178

Moreover, under severe drought conditions, the application of bacteria and MA improved measured Tr, and the highest result were obtained from TV-6D, RK-79, TV-12E bacteria strains at 2.5 MA applications.

The effects of bacteria and MA application promoted Tr under well-irrigated conditions as well as drought

conditions. Although the highest Tr were obtained from RK-1900 without MA application, the treatments of

TV-6D, RK-1900 and TV-12E at 2.5 MA were statistically similar to that result. This study was conducted to determine the effects of PGPR and MA on plant gas exchange parameters

of squash grown under different drought levels. PGPR used together with MA to increase the positive

contribution of the PGPR on plant development and drought tolerance of squash. TV-6D (Bacillus megaterium) and RK-1900 (Bacillus subtilis) were found to be more effective especially in squash growing

under different drought levels as compared to other bacteria strains. MA applications, especially 2.5 mM,

improved plant gas exchange parameters under drought conditions as much as well-watered conditions. This

research reveals that PGPR inoculations together with 2.5 mM MA, can be used for improving plant gas exchange parameters of squash under drought conditions.

4. CONCLUSIONS

This study was conducted to determine the effects of PGPR and MA on plant gas exchange parameters

of squash grown under different drought levels. PGPR used together with MA to increase the positive

contribution of the PGPR on plant development and drought tolerance of squash. TV-6D (Bacillus

megaterium) and RK-1900 (Bacillus subtilis) were found to be more effective especially in squash growing under different drought levels as compared to other bacteria strains. MA applications, especially 2.5 mM,

improved plant gas exchange parameters under drought conditions as much as well-watered conditions. This

research reveals that PGPR inoculations together with 2.5 mM MA, can be used for improving plant gas

exchange parameters of squash under drought conditions.

ACKNOWLEDGEMENTS

We are very grateful to the Scientific and Technological Research Council of Turkey (TUBITAK) for

its generous financial support (Project Number: TOVAG 116O213).

REFERENCES

Chaves MM, J Flexas & C Pinheiro. 2009. Photosynthesis under drought and salt stress: regulation mechanisms

from whole plant to cell. – Ann. Bo, 103: 551–560.

Golldack D, I Lüking & O Yang. 2011. Plant tolerance to drought and salinity: Stress regulating transcription

factors and their functional significance in the cellular transcriptional network. Plant Cell Rep, 30, 1383-

1391. 10.1007/s00299-011-1068-0

Gupta K, A Dey & B Gupta. 2013. Plant polyamines in abiotic stress responses. Acta Physiologiae Plantarum,

35:2015–2036.

Howell TA. 2001. Enhancing water use efficiency in irrigated agriculture. Agronomy Journal, 93:281–289.

Jones HG. 2004. What is water use efficiency? In: Bacon, MA, editor. Water use efficiency in plan biology.

Oxford (UK): Blackwell Publishing; p. 27–41.

Karlidag H, A Esitken, E Yildirim, F Donmez & M Turan. 2011. Effects of plant growth promoting bacteria

(PGPB) on yield, growth, leaf water content, membrane permeability and ionic composition of strawberry

under saline conditions. Journal of Plant Nutrition, 34(1):34–45.

Khan H, K Ziaf, M Amjad & Q Iqbal. 2012. Exogenous application of polyamines improves germination and

early seedling growth of hot pepper. Chilean Journal of Agricultural Research, 72(3): 429-433.

Liu JH, H Kitashiba, J Wang, Y Ban & T Moriguchi. 2007. Polyamines and their ability to provide environmental

stress tolerance to plants. Plant Biotechnology, 24(1): 117-126.

Ors S. M Ekinci, E Yildirim & U Sahin. 2016. Changes in gas exchange capacity and selected physiological

properties of squash seedlings (Cucurbita pepo L.) under well-watered and drought stress conditions,

Archives of Agronomy and Soil Science, 62:12,1700-1710, DOI: 10.1080/03650340.2016.1168517

Ors S & DL Suarez. 2017. Spinach biomass yield and physiological response to interactive salinity and water

stress. Agricultural Water Management, 190(C): 31-41. Saha J, EK Brauer, A Sengupta, SC Popescu, K Gupta & B Gupta. 2015. Polyamines as redox homeostasis

regulators during salt stress in plants. Frontiers Environmental Science, 3:21. doi:

10.3389/fenvs.2015.00021

https://doi.org/10.1080/03650340.2016.1168517


179

Sahin U, M Ekinci, F.M Kiziloglu, E Yildirim & M Turan. 2015. Ameliorative effects of plant growth promoting

bacteria on water-yield relationships, growth, and nutrient uptake of lettuce plants under different irrigation

levels. Hortscience, 50(9): 1379–1386.

Salehi-Lisar SY & H Bakhshayeshan-Agdam. 2016. Drought Stress in Plants: Causes, Consequences, and

Tolerance. In: Hossain M., Wani S., Bhattacharjee S., Burritt D., Tran LS. (eds) Drought Stress Tolerance in

Plants, Vol 1. Springer, Chambridge

Sandhya V, SZ Ali, B Venkateswarlu, G Reddy & M Grover. 2010. Effect of plant growth promoting

Pseudomonas spp. on compatible solutes, antioxidant status and plant growth of maize under drought stress.

Plant Growth Regulation, 62:21–30.

SPSS Inc, 2010. SPSS® 18.0 Base User’s Guide. Prentice Hall.

Wang Z, G Li, H Sun, L Ma, Y Guo, Z Zhao, L Mei. 2018. Effects of drought stress on photosynthesis and

photosynthetic electron transport chain in young apple tree leaves. Biology open, 7(11), bio035279.

doi:10.1242/bio.035279

Yildirim E, F Donmez, M &Turan. 2008. Use of bioinoculants in ameliorative effects on radish (Raphanus sativus L.) plants under salinity stress. Journal of Plant Nutrition, 31(12):2059– 2074.

Yildirim E, Taylor AG & Spittler TD. 2006. Ameliorative effects of biological treatments on growth of squash

plants under salt stress. Scientia Horticulturae, 111(1):1–6.

Yildirim E, M Turan, M Ekinci, A Dursun & R Cakmakci. 2011. Plant growth promoting rhizobacteria ameliorate

deleterious effect of salt stress on lettuce. Scientific Research and Essays, 6(20): 4389–4396.


180

Effects of Bacteria and Methylamine Application on Morphology of Squash

Seedlings Under Drought Stress

Melek Ekinci1,*

, Ertan Yıldırım1, Üstün Şahin

2, Selda Ors

2, Atilla Dursun

1,

Recep Kotan3, Metin Turan

4, İbrahim Demir

5

1Department of Horticulture, Faculty of Agriculture, University of Ataturk, 25240, Erzurum, Turkey

2Department of Agricultural Structures and Irrigation, Faculty of Agriculture, University of Ataturk, 25240,

Erzurum, Turkey

3Department of Plant Protection, Faculty of Agriculture, University of Ataturk, 25240, Erzurum, Turkey

4Department of Genetics and Bioengineering, Faculty of Engineering and Architecture, University of

Yeditepe, İstanbul, Turkey

5Department of Horticulture, Faculty of Agriculture, University of Ankara, Ankara, Turkey


ABSTRACT

Improvement of plant production with plant growth promoting bacteria is widely investigated. Recently

using polyamines for similar purposes also became a popular subject. To understand the effects of bacteria and Methylamine (MA) on drought tolerance of squash seedlings (Cucurbita pepo L. cv. Sakız), we

conducted a greenhouse experiment under different drought stress levels with five different bacteria isolates

combined with three different MA doses (0, 2.5 mM and 5 mM). Under full irrigation, the water content in

pots were increased to the field capacity at each irrigation event and drought treatments received 85%, 70% and 55% of the water applied in the full irrigation. We measured the plant morphological parameters such as

plant height, leaf number, leaf area, root dry and fresh weight. Application of bacteria and MA improved

plant development; higher results were obtained from bacteria treated applications as compared to control treatments. The growth parameters of squash seedlings were greater with application of MA+ bacteria under

drought stress.

Keywords: Plant growth promoting bacteria, polyamines, water deficit, plant height, leaf area, dry weight


1. INTRODUCTION

Drought, being the most important environmental stress, severely impairs plant growth and

development, limits plant production and the performance of crop plants, more than any other environmental

factor (Shao et al., 2009). Successful management with limited amount of water depends on better agricultural practices and improved understandings of water productivity (Howell, 2001; Jones, 2004).

Water management strategies and genetic engineering are useful tools to adapt to or mitigate drought

stress. However, a vital biological approach to combat drought impacts is the soil inoculation of plant

growth promoting rhizobacteria (PGPR) (Zafar-ul Hye et al., 2019). The PGPR are frequently reported to mobilize the immobile nutrients that lead to significant increases in plant vegetative growth (Kumputa et al.,

2019). Polyamines are low-molecular organic cations found in a wide variety of organisms, and in plant they

can participate in various physiological processes such as growth, development, aging and stress reactions. Polyamines recently has began to use as plant amendment, and their ability to improve plant response to

drought announced earlier by some researchers (Gupta et al., 2013, Saha et al., 2015).



181

The importance of polyamines has been taken into account in improving different environmental stresses such as osmotic stress, drought, heat, high light intensity, heavy metals, mineral nutrient deficiency,

pH change and UV irradiation (Gupta et al., 2013, Saha et al., 2015). The presence of polyamines provides a

great advantage in maintaining crop yield under adverse environmental conditions and improves the

tolerance to abiotic stress in plants (Liu et al., 2007; Khan et al., 2012). Methylamine (MA) is one of the polyamines, which is a new component, used on the plant root to improve water retention of the plants.

While individual PGPR application has been frequently investigated for reducing drought effects, using

polyamines to increase the positive contribution of the PGPR on plant development and drought mitigating effects remains unknown. Therefore, the objective of this research was to observe the efficiency of

combined application of PGPR and MA against drought impacts. We hypothesized that using PGPR along

with MA would be a more efficient technique to mitigate adverse drought effects on squash plant growth

parameters and its morphology.


A pot experiment was performed in the controlled greenhouse (Ataturk University, Erzurum;

39°54'05.8"N 41°14'16.4"E). The average temperature were kept 20 (±2)°C throughout the growing period, and humidity were around 35 (±5)%.

5 bacterial applications (1. Bacillus megaterium TV-91C, 2. Bacillus megaterium TV-6D, 3. Bacillus

subtilis RK-1900, 4. Pantoea agglomerans RK-79 and 5. Paenibacillus polymixa TV-12E) and 2 methylamine doses (2.5 and 5 mM) were used in the experiment. Squash seedling roots were soaked into the

sterile water contains bacterial suspensions together with 0.2 g of sucrose before planting.

Drought regimes were varied in different levels, according to 100% (control, I0), 85% (I1) and 70%

(I2), 55% (I3) of field capacity in the experiment. To determine the water retained at field capacity, the pot was saturated with tap water, and top of the pot was covered with a plastic sheet in order to prevent

evaporation. The water content of the growing media in pot after the drainage stopped (roughly 30 h) was

assumed to be the field capacity and measured with the Wet-2 sensor. Control drought treatments (100%) were kept at field capacity throughout the growing period. The treatments were replicated with 5 pots,

respectively, and the pots were arranged completely randomized.

Drought treatments in the pots were maintained by checking soil moisture using a moisture meter calibrated for the experimental soil and experimental pot size (wet sensor, type WET-2, Delta-T Device Ltd,

Cambridge, England). The water was applied in three days intervals until the harvest.

It was measured the plant morphological parameters such as plant height, leaf number, leaf area, root

dry and fresh weight on seedling. The root material for dry weight was dried at 70°C for 48 h. SPSS was used to evaluate the measured data statistically (SPSS 2010). The experimental design was

randomized complete block design with five replications. Data were subjected to analysis of variance

(ANOVA) to compare the effects of irrigation levels, MA doses and the bacteria strains. The differences among the means were compared using the Duncan multiple range test (DMRT). We have used all data

obtained from the study for statistical analysis, however, we showed only the control (100%) and the most

severe drought level in Tables because the huge data takes up space in the manuscript. Therefore, we

thought it would be better to remove the 80 and 75% irrigation levels in the article for better comparison.


The effect of bacteria applications together with MA on plant morphological parameters found

statistically significant (p<0.05) in all applications (Table 1). The application of bacteria together with MA

application improved plant height, number of leaf, leaf area, root dry and fresh weight of the plant as compared to control treatment under drought conditions. The relation between bacteria application and

number of leaves did not found significant statistically. Also the interactions of irrigation levels with MA

application were not found significant statistically for root dry weight. All the measured parameters decreased under drought conditions gradually depending on the drought

level. The highest decreases were observed under severe drought conditions. Plant growth is a function of

complex interplay between sources and sink limitations of the two main organs of a plant, the root system and the shoot, establishing functional equilibrium. The permanent or temporary water deficit severely

hampers the plant growth and development more than any other environmental factor (Anjum et al., 2011).

In our experiment both root and shoot system affected significantly from different levels of drought.


182

Application of bacteria and MA together noticeably improved plant growth and promoted the ability of plant to cope with the experimented drought conditions.

Table 1. Two- way ANOVA of drought, bacteria, MA and their interactions on morphology of squash seedlings

Application Significance

Plant height Number of leaf Leaf area Root dry weight Root fresh weight

Irrigation *** *** *** *** ***

Bacteria *** NS *** *** *** MA *** *** *** *** ***

Irrigation x Bacteria *** *** *** ** ***

Irrigation x MA *** *** *** NS ***

Bacteria x MA *** *** *** *** ***

Irrigation x Bacteria x MA *** *** *** *** *** ***: p<0.001; **: p<0.05; NS: Non significant

The experiment conducted with four different drought levels, however, the results were provided only for severe drought treatment (55% water deficit treatment) and for control treatment (100%) to enable the

interpretation of the applications on measured parameters. A common adverse effect of water stress on crop

plants is the reduction in fresh and dry biomass production (Zhao et al., 2006).

The plant height decreased roughly 20% under severe drought conditions in control treatment (Table 2). It is reported earlier that the reduction in plant height could be attributed to decline in the cell

enlargement and more leaf senescence in the plant under water stress (Manivannan et al., 2007). The

application of bacteria strains improved plant height under well-watered conditions. The application of RK- 79 alone increased plant height at 34% as compared to control treatment. Moreover, all the bacteria

applications provided higher plant height as compared to control treatment. Using MA alone increased plant

height by roughly 30% as compared to control, but the application doses of 2.5 mM provided better results

as compared to maximum application dose (5mM). Under severe drought conditions the highest results were obtained from RK-79 and TV-6D applications together with MA applications. The application of RK-79

with 2.5 MA increased plant height by roughly 40% as compared to control treatment.

Table 2. The effects of drought, bacteria, MA and their interactions on plant height of squash seedlings

Bacteria MA

(mM)

Plant height (cm)


Control

0.0 34.67 P-b* 27.07 e

2.5 45.67 AB 32.50 Y-d

5.0 39.17 F-P 35.17 O-b

TV-91C

0.0 35.00 P-b 36.67 K-Z

2.5 44.00 A-D 31.00 b-e

5.0 35.33 O-b 33.33 V-c

TV-6D

0.0 44.33 A-C 31.67 a-d 2.5 43.50 A-F 35.50 N-a

5.0 43.83 A-E 38.33 I-S

RK-1900

0.0 43.58 A-E 31.50 a-d

2.5 40.03 C-M 33.08 V-d

5.0 39.50 E-O 32.33 Z-d

RK-79

0.0 46.67 A 33.58 U-c

2.5 39.83 D-N 38.58 I-S

5.0 39.50 E-O 34.67 P-b

TV-12E

0.0 37.33 J-V 33.33 V-c

2.5 43.68 A-E 34.67 P-b

5.0 44.18 A-D 34.33 R-c *, Capitals (A, B, …,Z) used first and continued with lower case (a, b, c, …..z)

Same letters within each column are not significant according to DMRT at p< 0.05

The leaf number decreased remarkably under severe drought conditions in all treatments. The total leaf

number per plant was decreased by 60% in control treatment under severe drought stress (Table 3). Water deficits reduce the number of leaves per plant and individual leaf size, leaf longevity by decreasing the soil’s

water potential (Anjum et al., 2011). All applications under severe drought conditions provided better leaf

number as compared to control treatment. Application of MA alone improved plant leaf number under


183

drought. The highest leaf number was obtained from combined application of TV-6D and 2.5 MA at 55% irrigation level.

Table 3. The effects of drought, bacteria, MA and their interactions on leaf number of squash seedlings

Bacteria MA

(mM)

Leaf Number


Control 0.0 7.83 A-E* 4.92 N 2.5 8.17 ABC 6.00 KLM

5.0 7.67 A-F 6.17 J-M

TV-91C

0.0 8.50 A 6.17 J-M

2.5 8.33 AB 6.67 G-L

5.0 7.67 A-F 6.17 J-M

TV-6D

0.0 8.00 A-D 5.83 LM

2.5 7.67 A-F 6.83 F-K

5.0 8.00 A-D 6.50 H-M

RK-1900

0.0 7.17 D-I 6.50 H-M

2.5 7.67 A-F 6.50 H-M

5.0 7.50 B-G 6.17 J-M

RK-79

0.0 7.67 A-F 5.67 MN

2.5 7.50 B-G 6.17 J-M

5.0 7.50 B-G 6.50 H-M

TV-12E

0.0 8.00 A-D 5.67 MN

2.5 7.33 C-H 6.50 H-M 5.0 7.83 A-E 6.33 I-M

*, Capitals (A, B, …,Z) used first and continued with lower case (a, b, c, …..z)


The leaf area per plant decreased by 35% under severe drought conditions in control treatment (Table

4). Leaf area expansion depends on leaf turgor, temperature, and assimilating supply for growth (Anjum et

al., 2011). In our experiment improved leaf area were observed even under drought conditions with the

application of bacteria and MA. The highest leaf area was obtained from combined application of RK-79 and 5 MA under drought, which is even higher than control treatment in well-watered conditions.

Furthermore, the increased effect of applications to leaf area were obtained from well-watered conditions,

the increase in leaf area were observed in all applications, the highest leaf area obtained from combined application of TV-91C and 2.5 MA under well-irrigated condition.

Table 4. The effects of drought, bacteria, MA and their interactions on leaf area of squash seedlings

Bacteria MA

(mM)

Leaf area (cm2 plant

-1)


Control

0.0 798.54 U-c* 522.39 ı

2.5 917.67 H-K 501.52 jk

5.0 843.39 N-U 655.33 ı

TV-91C

0.0 1065.4 C 706.70 fgh

2.5 1179.43 A 757.04 b-e 5.0 1135.79 B 695.86 gh

TV-6D

0.0 1050.21 CD 700.87 fgh

2.5 1065.83 C 802.33 T-a

5.0 1117.08 B 742.13 def

RK-1900

0.0 824.55 O-Z 739.70 d-g

2.5 998.69 E 782.02 Z-d 5.0 1017.11 DE 745.12 def

RK-79

0.0 974.01 EFG 729.26 efg

2.5 980.67 EFG 744.43 def

5.0 990.77 EF 832.21 O-V

TV-12E

0.0 883.88 K-N 700.90 fgh

2.5 974.74 EFG 784.83 Y-d 5.0 948.62 FGH 780.85 Z-d

*, Capitals (A, B, …,Z) used first and continued with lower case (a, b, c, …..z)



184

Root development is strongly influenced by growing conditions such drought stress (Franco et al., 2011). In our experiment, a meaningful reduction was occurred in fresh and dry weights of root under

drought stress. Dry and fresh root weight of squash seedlings decreased by roughly 45% and 30%,

respectively under severe drought treatments (Table 5 and Table 6). Similar findings announced earlier in

grass (Mafakheri et al., 2011) and corn plant (Batlang, 2006) that the fresh and dry weights of the root were reduced significantly due to drought stress.

Table 5. The effects of drought, bacteria, MA and their interactions on root dry weight of squash seedlings

Bacteria MA

(mM)

Root dry weight (g plant-1

)


Control

0.0 0.197 c* 0.108 e

2.5 0.337 B-F 0.203 bc

5.0 0.326 B-H 0.237 U-b

TV-91C

0.0 0.303 D-L 0.240 T-b

2.5 0.346 BC 0.268 K-Y

5.0 0.333 B-F 0.233 V-c

TV-6D

0.0 0.340 B-D 0.230 Y-c

2.5 0.399 A 0.275 K-V

5.0 0.323 B-I 0.250 P-a

RK-1900

0.0 0.337 B-E 0.243 S-a

2.5 0.350 B 0.267 K-Y

5.0 0.307 C-K 0.263 L-Z

RK-79

0.0 0.337 B-E 0.247 R-a

2.5 0.300 D-M 0.223 Z-c

5.0 0.300 D-M 0.247 R-a

TV-12E

0.0 0.293 F-O 0.257 N-Z

2.5 0.299 D-M 0.213 abc

5.0 0.293 F-O 0.230 Y-c *, Capitals (A, B, …,Z) used first and continued with lower case (a, b, c, …..z)


Table 6. The effects of drought, bacteria, MA and their interactions on root fresh weight of squash seedlings

Bacteria MA

(mM)

Root fresh weight (g plant-1

)


Control

0.0 1.91 j* 1.35 m

2.5 3.70 CDE 2.78 gh

5.0 3.6 D-G 3.03 cd

TV-91C

0.0 3.70 CDE 2.95 de

2.5 3.79 AB 3.25 S-Y

5.0 3.73 BCD 2.75 hı

TV-6D

0.0 3.62 E-H 3.02 cd 2.5 3.82 A 3.24 T-Z

5.0 3.60 F-I 2.97 cde

RK-1900

0.0 3.67 D-G 2.68 ı

2.5 3.80 AB 3.17 YZa

5.0 3.58 HI 2.89 ef

RK-79

0.0 3.59 GHI 3.05 bc

2.5 3.78 ABC 2.72 hı

5.0 3.55 HIJ 3.02 cd

TV-12E

0.0 3.41 MNO 2.97 cde

2.5 3.52 IJK 2.85 fg

5.0 3.21 U-a 2.92 ef *, Capitals (A, B, …,Z) used first and continued with lower case (a, b, c, …..z)



185

Regarding the results of comparison between the means, the highest fresh and dry weights of the root were observed in the combined application of TV-6D and 2.5 MA treatments. Dry root weight increased by

roughly two fold in combined application of TV-6D-2.5 MA as compared to control treatment. Under severe

drought treatment, the same combined application of TV-6D-2.5 MA provided the highest dry root weight,

which is almost three fold bigger than the one obtained from control treatment. Similar results obtained from fresh root weight of squash plant. Application of TV-6D- 2.5 MA

increased fresh root weight by two fold under well-irrigated conditions and roughly 2.5 fold under severe

drought stress conditions. The most significant differences obtained in root dry and fresh weight as compared to all measured

parameters such as plant height, leaf number and leaf area etc. This might be the contribution of the

application method, which requires plant roots directly soaked in to bacteria suspension and MA solution.

The direct contact of the roots with bio formulation remains in the soil and improves plant root growth. Marasco et al., (2013) announced that pepper plants inoculated with bacterial isolates exhibited a higher

tolerance to water shortage, compared with control. Inoculation enhanced the root system (up to 40%),

which improved plant ability to uptake water.

4. CONCLUSION

We investigated the efficiency of combined application of PGPR and MA to mitigate adverse drought

effects on squash plant growth parameters and its morphology. At the end of the experiment, drought- treated plants had significantly lower plant height, less leaf area, fewer leaves, and lower dry and fresh

weights of roots than did the control. Combined application of PGPR and MA more effectively mitigates

drought impacts as compared to individual PGPR inoculation or MA application, in squash seedlings. Specifically, Bacillus megaterium (TV-91C), Bacillus megaterium (TV-6D), and Bacillus subtilis (RK-

1900) in addition to polyamine application MA (2.5 mM), significantly promotes growth and morphology

traits of squash under drought conditions.

ACKNOWLEDGEMENTS

We are very grateful to the Scientific and Technological Research Council of Turkey (TUBITAK) for

its generous financial support (Project Number: TOVAG 116O213).

REFERENCES

Anjum SA, XY Xie, LC Wang, MF Saleem, C Man & W Lei. 2011. Morphological, physiological and

biochemical responses of plants to drought stress. African Journal of Agricultural Research, 6(9): 2026-

2032.

Batlang U. 2006. Studies with triazoles to alleviate drought stress in greenhouse-grown maze (Zea mays)

seedlings. Master of Science Thesis. pp.123.

Franco JA, S Bañón, MJ Vicente, J Miralles & JJ Martínez-Sánchez. 2011. Root development in horticultural

plants grown under abiotic stress conditions – a review. Journal of Horticultural Science & Biotechnology,

86: 543-556.

Gupta K, A Dey & B Gupta. 2013. Plant polyamines in abiotic stress responses. Acta Physiologiae Plantarum,

35: 2015-2036.

Howell TA. 2001. Enhancing water use efficiency in irrigated agriculture. Agronomy Journal, 93: 281-289.

Jones HG. 2004. What is water use efficiency? In: Bacon, MA, editor. Water use efficiency in plan biology.

Oxford (UK): Blackwell Publishing; pp. 27-41.

Khan H, K Ziaf, M Amjad & Q Iqbal. 2012. Exogenous application of polyamines improves germination and

early seedling growth of hot pepper. Chilean Journal of Agricultural Research, 72(3): 429-433.

Kumputa S, P Vityakon, P Saenjan & P Lawongsa. 2019. Carbonaceous greenhouse gases and microbial

abundance in paddy soil under combined biochar and rice straw amendment. Agronomy, 9: 228.

Liu JH, H Kitashiba, J Wang, Y Ban & T Moriguchi. 2007. Polyamines and their ability to provide environmental

stress tolerance to plants. Plant Biotechnology, 24(1): 117-126.


186

Mafakheri A, A Siosemardeh, A Bahramnejad, PC Struik & Y Sohrabi, 2011. Effect of drought stress and

subsequent recovery on protein, carbohydrate contents, catalase and peroxidase activities in three

chickpea (Cicer arietinum) cultivars. Crop Science Ajs, 5 (10): 1255-1260.

Manivannan P, CA Jaleel, A Kishorekumar, B Sankar, R Somasundaram, R Sridharan & R Panneerselvam. 2007.

Changes in antioxidant metabolism of Vigna unguiculata L. Walp. by propiconazole under water deficit

stress. Colloids Surf B: Biointerfaces, 57: 69-74.

Marasco R, E Rolli, G Vigani, S Borin, C Sorlini, H Ouzari, G Zocchi & D Daffonchio. 2013. Are drought-

resistance promoting bacteria cross-compatible with different plant models? Plant Signaling & Behavior, 8(10): p. e26741

Saha J, EK Brauer, A Sengupta, SC Popescu, K Gupta, & B Gupta. 2015. Polyamines as redox homeostasis

regulators during salt stress in plants. Frontiers Environmental Science, 3:21. doi:

10.3389/fenvs.2015.00021

Shao HB, LY Chu, CA Jaleel, P Manivannan, R Panneerselvam & MA Shao. 2009. Understanding water deficit

stress-induced changes in the basic metabolism of higher plants-biotechnologically and sustainably

improving agriculture and the ecoenvironment in arid regions of the globe. Critical Reviews Biotechnology,

29: 131-151.

SPSS Inc, 2010. SPSS® 18.0 Base User’s Guide. Prentice Hall.

Zafar-ul-Hye M, S Danish, M Abbas, M Ahmad & TM Munir. 2019. ACC deaminase producing pgpr bacillus

amyloliquefaciens and agrobacterium fabrum along with biochar improve wheat productivity under

drought stress. Agronomy, 9(7): 343.

Zhao TJ, S Sun, Y Liu, JM Liu, Q Liu, YB Yan & HM Zhou. 2006. Regulating the drought-responsive element

(DRE)-mediated signaling pathway by synergic functions of trans-active and transinactive DRE binding

factors in Brassica napus. The Journal of Biological Chemistry, 281: 10752-10759.


187

Aggregate Stability Conditions of Common Soil Series in Harran Plain

Ali Rıza Öztürkmen1,*

, Yasemin Savaş2

1Department of Soil Science and Plant Nutrition, Faculty of Agriculture, University of Harran, 63040, Şanlıurfa

2Department of Soil Science, Graduate School of Natural and Applied Sciences, University of Harran, 63040, Şanlıurfa


ABSTRACT

The longer the soil aggregates can remain undissolved when dispersed in water, the more soils formed

from these aggregates become resistant and resistant to erosion. In this study, a total of 36 soil samples from

the most common soil series of the Harran Plain were taken and analyzed for agregat stabilities using wet sieving method. The results were compared with the finding obtained from the same soil series using the

same methodology prior to irrigation. In 1994, prior to irrigation, the largest AS value was obtained for

Sırrın Series while the lowest one was for Cepkenli Series. According to study findings, the largest agregat stability was obtained for Kısas Series the lowest was for Cepkenli Series as in the case of 1994 year.

Soil is the only entity that cannot be produced or propagated by artificial means. As a result of misuse

and misuse, our soil becomes inefficient and degraded due to erosion and contamination. Therefore, we

should use good agricultural potentials such as Harran Plain. We must maintain soil properties.

Keywords: Harran plain, aggregat stability, irrigation


Harran Ovası’nın Yaygın Toprak Serilerindeki Agregat Stabiliteleri

ÖZET

Toprak agregatları suda dağıldıkları zaman çözülmeden ne kadar uzun süre kalabilirlerse, bu

agregatlardan oluşan topraklar da erozyona o kadar dayanıklı ve dirençli olurlar. Bu çalışmada Harran Ovası’nın önemli ve yaygın olan altı toprak serisinden alınan 36 adet toprak örneğinin ıslak eleme metodu

ile agregat stabiliteleri belirlenerek ova topraklarında sulu tarıma geçilmeden önce aynı toprak serilerinden

alınan toprak örneklerinin yine aynı metot ile belirlenen agregat stabilitesi değerleri arasında bir değerlendirme yapılmıştır. 1994 yılında sulama öncesi bulunan en yüksek agregat dayanıklılığı Sırrın Serisi

olup, en düşük agregat stabilitesine sahip toprak serisi Cepkenli Serisi olarak belirlenmiştir. Araştırma

sonucunda ise en yüksek agregat dayanıklılığı Kısas Serisinde, en düşük agregat dayanıklılığı ise yine Cepkenli Serisinde elde edilmiştir.

Toprak yapay yollarla üretilmesi ya da çoğaltılması mümkün olmayan tek varlıktır. Hatalı ve yanlış

kullanımlar sonunda topraklarımız erozyon ve kirlenme nedeniyle verimsizleşmekte ve bozulmaktadırlar. Bu

yüzden Harran Ovası gibi tarım potansiyeli yüksek topraklar iyi kullanmalıyız. Toprak özelliklerini korumalıyız.

Anahtar Kelimeler: Harran Ovası, agregat stabilitesi, sulama


188

1. GİRİŞ

Toprak yaşamın kaynaklarından en önemlilerindendir. Doğal denge dikkate alındığında toprakların

sürdürülebilir kullanılmasının gerekliliği ortaya çıkmaktadır. Doğal durumda açıkça izlenebileceği gibi aynı

koşullar altında farklı toprak serilerinden alınan topraklar farklı derecelerde erozyona uğramaktadırlar.

Sulu tarım yapılması Harran Ovası topraklarında üretimi arttırma ve bitkisel verim açısından önemli

olmakla beraber toprak yapısı için bazen dezavantajı da olabilmektedir.. Özellikle sulama suyunun içerdiği iyonlar birikerek, toprakta tuzluluk ve alkalilik sorunları ortaya çıkarabilmektedir.

Bu çalışma ile Harran Ovası’nda sulamadan sonra derinlik esasına göre 6 toprak serisinden alınan

toprakların strüktür özelliklerinden biri olan agregat stabilitelerinin ıslak eleme metodu kullanılarak belirlenmesi ile sulama başlamadan önce 1994 yılında aynı seri topraklarının bulunan agregat stabiliteleri

arasında bir değerlendirme yapılması amaçlanmıştır.

Agregat stabilitesini belirlediği ve toprakların erozyona mukavemetlerini etkilediği için önemlidir.

Ancak agregat stabilitesi ile strüktür stabilitesi ve bitki büyümesi arasındaki ilişkiler henüz tam olarak aydınlatılmış değildir. Bununla beraber, bazı toprak özellikleri ile agregat stabilitesi arasında doğrudan

doğruya ilişkilerin bulunduğu saptanmıştır (Akalan, 1969; Aksoy, 1973; Baver, 1935; Kemper ve Koch,

1966). Toprakların kil miktarı ile agregat stabilitesi arasında yüksek seviyede pozitif ilişki bulunmuştur

(Baver, 1935; Chester ve ark., 1957). Baver, aynı zamanda, kilin bağlayıcı etkisinin küçük agregatlarda daha

belirgin olduğunu, organik madde miktarı azaldıkça kil miktarı ile agregasyon arasındaki ilişkinin arttığı tespit edilmiştir.

Kil danelerinin diğer kaba toprak danelerinin agregatlaşmasını sağlamaktan ziyade kendi aralarında

bağlayıcı rol oynadıklarına inanılmaktadır. Peterson, 1946 ve Mazurak, 1950’ye göre, agregatların

stabilizasyonunda yüksek spesifik yüzey alana sahip killer daha etkindirler. Toprak strüktürü primer toprak parçacıklarının (kil, silt, kum) bileşik tanecikler oluşturarak birleşmeleri

ve gruplaşmalarıdır. Primer toprak parçacıkları birbirleriyle birleşerek veya birbirine yapışarak agregatları

veya strüktür ünitelerini oluştururlar. Toprak strüktürünün ortaya çıkmasına neden olan birçok faktör bulunmaktadır. Toprak parçacıklarının

agregasyonu, toprak çözeltisinde dissosiye olmuş katyonlar ile kil parçacıklarının yüzeyindeki negatif yük

arasında oriyente olmuş su molekülleri aracılığıyla meydana gelebilecekleri kabul edilmektedir. Harran Ovası’nda tuzluluğun yayılma olasılığının belirlenmesi amacı ile yapılan diğer bir çalışmada,

söz konusu serilerin kapladığı alanların önemli bir bölümünün tuzdan etkilendiği saptanmıştır. Bu serilerden

özellikle Akçakale, Ekinyazı ve Gürgelen serilerinin en çok etkilenen seriler olduğu gözlenmiştir.

Çalışmada, 1995 yılında yapılan sulamanın tuzlu taban sularını yüzeye daha fazla yaklaştırmasından dolayı tuzlulukta artışların meydana geldiği ifade edilmiştir. Söz konusu alanda yapılan analizler sonucunda

toprakların kireç içerikleri % 13.39-48.97, KDK 17.65-46.39 me /100 g, pH 7.67-8.40, EC 0.316-19.15

dS/m, % çözünebilir tuz 0.01-1.14 ve ESP’leri ise 0.05-39.12 değerleri arasında olukları ölçülmüştür (Çullu ve ark., 2000).

Toprakların özelliklerindeki farklılık, alkalileşmeye karşı eğilimlerinin farklı olmasını sonuçlamaktadır.

Harran Ovası topraklarında yapılan bir çalışmada, yüzey altı horizonlarında, gerek Kg değerlerinden,

gerekse regresyon denklemlerinden hesaplanan ESR (ESP) değerlerine göre alkalileşme olasılığı sıralamaları benzer olup, bu sıralama Gürgelen> Akçakale> Cepkenli> Harran> Sırrın> Kısas şeklinde olduğu ortaya

konmuştur. Bu sıralamadan da görüldüğü gibi yüzey altı horizonları bakımından alkalileşme olasılığı en

yüksek olan Gürgelen, en düşük olan ise Kısas serisidir. Bu araştırmada toprakların alkalileşme eğilimlerinin yüksek olduğu serilerde infiltrasyon hızının göreceli olarak düşük bulunması ilginç bir rastlantı olabileceği

gibi, uygulamada dikkatli olunması gerektiğini ortaya koyan, uyarı niteliğinde bir ipucu da olabilir. Diğer bir

deyişle, şu anda bölge topraklarının büyük bir bölümünde alkalileşme gerçekleşmiş olmasa bile alkalileşme eğiliminin yüksek olduğu serilerde infiltrasyon hızının düşük olması toprak yönetiminde çok dikkatli

olunması gerektiğini göstermektedir. Bu topraklarda kötü bir yönetim altında başlayacak alkalileşmenin,

göreceli olarak infiltrasyon hızını azaltacağı ve sorunun boyutlarının daha fazla arttırabileceği belirlenmiştir

(Ağca ve Ark., 1998). Işıldar vd. (2006) tarafından deneme alanı toprağında büyüklükleri 8-0.25 mm arasında değişen agregat

grupları ile yapılan araştırma sonuçlarına göre iki yıllık ortalama en düşük organik karbon miktarı 2.0-1.0

mm’lik grupta belirlenmiştir. Dolayısıyla büyük agregatlar için agregasyon yüzdesinin yüksek olmasında organik karbon içeriğinin etkili olduğu düşünülmektedir.

Çok önemli doğal varlıklar olan toprak ve su kaynaklarının etkin ve devamlılığı sağlanarak

kullanımının, gerek karasal ekosistemin devamlılığı gerekse de gıda güvenliği açısından, nüfustaki hızlı artış


189

göz önüne alındığında önemi daha da artmaktadır. Toprağın erozyona karşı hassaslığı, onun erozyona uğrama eğilimi ya da uygunluğu olarak tanımlanabilir. Su erozyonunda taşınan toprak miktarı yüzey akışın

taşıma gücünün yanında, toprağın aşınabilirliğine de bağlıdır. Toprağın aşınabilirliği (erodibilite) ise;

parçacıkların büyüklüğüne, şekline, yoğunluğuna, bitki örtüsü ve yüzey pürüzlülüğü gibi diğer faktörlerin

geciktirme etkisine bağlıdır. Aynı yağış, farklı toprak çeşitlerinde farklı oranlarda parçalanma, aşınma ve taşınmalara sebep olabilmektedir (Aşkın ve ark., 2016). Ayrıca, iyi bir strüktürel gelişim, toprakta bitkinin

kök gelişimine dolayısıyla verim ve kalitenin artmasına yardımcı olduğu gibi, toprağın özellikle

parçalanmasına ve taşınmasına karşı dayanıklılığını da artırmaktadır. Bryan (1976) agregatsal oluşumunda farklılığa neden olan etmenlerin, toprakların erozyona maruz kalma eğilimlerini önemli ölçüde etkilediğini

belirlemiştir. Ayrıca, toprakların agregat büyüklük dağılımları ve stabilite ölçümleri, toprakların önemli

kalite göstergeleri olarak kabul edilmektedir (Özdemir ve ark., 2015; Eraslan ve ark., 2016). Bununla

birlikte, agregat stabilitesi toprak agregatlarının bozulmayı oluşturan çevresel etmenlere karşı içsel direncinin belirlenmesinde önemli bir parametre olarak kullanılmaktadır. Bu nedenle, agregat stabilitesi

değeri toprağın erozyona karşı eğilimini göstermesinde önemli bir faktör olarak değerlendirilir. Bu anlamda,

Yakupoğlu ve ark. (2016) agregat stabilitesi değerinin artması ile erozyona karşı dayanıklılığın artmakta olduğunu belirmişlerdir. Dispersiyon oranı ise toprakların suda dağılmaya karşı dirençlerinin bir

göstergesidir ve aşınabilirlik parametresi olarak değerlendirilmektedir (Baumgartl, 2002).

2. MATERYAL VE METOT

2.1 Materyal

Harran Ovası daha önce yapılan çalışmalarda 25 toprak serisi bulunmuştur. Bu toprak serileri: Kısas,

Sırrın, Ekinyazı, Uğurlu, Harran, Akören, Kap, Cepkenli, Gürgelen, Çekçek, Sultantepe, Bozyazı, Gülveren, İkizce, İrice, Begdeş, Bellitaş, Hancığaz, Konuklu, Fatik, Gündaş, Akçakale, Urfa, Meydankapı ve

Karabayır serileri bulunmaktadır. Araştırma materyali olarak Harran Ovası’ndaki sınıflandırma ve

haritalama ile saptanan ovanın yaygın ve önemli olan Harran, Sırrın, Gürgelen, Cepkenli, Akçakale, Kısas serileri seçilmiştir. Bu toprak serilerinin seçiminde daha önce yapılmış çalışmayla çakışıyor olması önemli

bir etken olmuştur. Seçilen bu toprak serilerinden 6 farklı yerden örnekleme yapılmıştır. Araştırma bölgesi

olarak seçilen Harran Ovası‘nı temsilen toprak serilerinde açılan profillerden 0-30 cm derinlikten 36 adet toprak örneği 2010 yılında alınmıştır. Bu örnekleme 1994 yılında alınan örneklerle yaklaşık aynı yerlerden

alınmıştır.

2.2. Metot

2.2.1. Toprak Örneklerinin Alınması ve Analize Hazır Hale Getirilmesi

Araştırmada, 0–30 cm derinlikten toprak örneği alınarak kurutulup, öğütüldükten sonra 2 mm lik elekten geçirilip analize hazır hale getirilmiştir. Laboratuvara getirilen toprak örnekleri, kurutulup

öğütüldükten sonra 2 mm’lik elekten elenerek analize hazır hale getirilmiştir.

2.2.2. Toprakların Bazı Fiziksel Analizleri

Bünye: Bouyucos hidrometre metodu ile belirlenmiştir.

Kireç: Scheibler kalsimetresinden karbondioksit çıkış hacmine göre ölçülen değer, sıcaklık ve analiz yapılan ortamın atmosfer basıncı yardımıyla % kireç içeriği hesaplanmıştır (Kacar, 1994).

pH: 1:2.5 toprak su süspansiyonunda pH-metre aleti ile ölçülmüştür.

EC: 1:2.5 toprak su süspansiyonunda EC-metre aleti ile ölçülmüştür.

Agregat Stabilitesi: Alınan bozulmuş toprak örnekleri herhangi sert bir darbeye maruz bırakılmadan sadece parmak uçları ile kuvvet uygulamadan dağıtılmış ve bu örnekler 8 mm’lik elekten geçirilerek

hazırlanan örneklerde 4.0, 2.0, 1.0 ve 0.5 mm elek takımından oluşan Yoder tipi ıslak eleme aleti

kullanılarak Kemper ve Rosenau (1986)’ya göre saptanmıştır.


190


Bu çalışmada, sulamadan önce yaygın 6 toprak serisinin sulama sonrası değişimini ortaya koymak amacıyla toprak özellikleri saptanmıştır. Toprak özelliklerinin dağılımları ve bazı istatistikleri Çizelge 1’de

verilmiştir.

Çizelge 1. Toprakların bazı fiziksel ve kimyasal analiz sonuçları

Seri Örnek No Kum(%) Silt(%) Kil(%) CaCO3(%) Ec(ds/m) pH

Akçakale

1 25 25 50 22 14.1 7.4

2 27 26 47 30 2.8 7.4

3 18 22 60 26 1.5 7.6

4 6 24 70 19 0.5 7.4

5 8 30 62 24 0.5 7.5

6 8 28 64 25 1.4 7.5

Cep

ken

li

7 29 30 41 29 0.4 7.5

8 31 24 45 21 1.4 7.5 9 23 28 49 23 1.9 7.5

10 14 20 66 32 0.8 7.6

11 23 22 55 30 4.2 7.6

12 17 26 56 37 0.5 7.6

Gürgelen

13 19 26 55 44 0.6 7.5

14 17 23 60 33 0.5 7.5

15 15 26 60 33 2.6 7.4

16 20 23 57 21 1.8 7.9

17 19 21 60 25 0.6 7.7

18 11 24 65 25 1.3 7.5

Har

ran

19 20 29 51 32 1.3 7.5

20 20 30 50 35 25.4 7.3

21 15 28 57 33 1.3 7.5

22 30 19 52 31 6.3 7.2 23 24 30 46 30 0.6 7.4

24 25 27 48 30 12.8 7.3

Kısas

25 20 30 50 39 19.5 7.2

26 29 23 48 30 2.1 7.2

27 25 24 52 27 0.6 7.5

28 23 32 45 28 0.4 7.5

29 23 31 46 29 0.5 7.8

30 30 30 40 37 5.5 7.1

Sırrın

31 29 30 41 35 3.9 7.6

32 43 18 40 29 1.2 7.1

33 29 30 40 26 12.6 7.4

34 29 25 46 35 0.4 7.7

35 32 24 44 42 0.3 7.2 36 13 30 57 29 0.6 7.8

Çizelge 1’e göre toprakların kireç içeriği % 19 ile 44 arasında değişim göstermiştir. Buna göre

toprakların kireç içeriği oldukça yüksektir ve çok fazla kireçlidir. Kil içeriği % 40 ile 70 arasında değişim göstermektedir. Buna göre topraklar killi-tınlı bir yapıya sahiptir. Silt içeriği % 18 ile 32 arasında değişim

göstermektedir. Kum içeriği % 6 ile 43 arasında değişim göstermektedir. EC’ si 4 dsm’ den yüksek olan

topraklar tuzlu olarak sınıflandırılmaktadır. 0.3 ile 25.4 arasında olduğundan çalışma alanının toprakları tuzsuz ve çok tuzlu sınıfında yer almıştır. Toprakların pH’ sı 7 ile 7.5 arasında değişim göstermiş olup

alkalin özelliktedir (Savaş, 2011).

3.1.1.Toprak Özelliklerinin Dağılımı

Çizelge 2’de toprak özelliklerinin tüm örneklerde elde edilen minimum, maksimum ve standart sapma

değerleri verilmiştir.


191

Çizelge 2. Toprak özelliklerinin dağılımı

Özellikler Minimum Ortalama Maksimum Standart Sapma

CaCO3 (%) 19 29.8 44 5.8

Kil (%) 40 52.08 70 8.1

Silt (%) 18 26.05 32 3.7

Kum (%) 6 21.9 43 7.8 EC (ds/m) 0.3 12.85 25.4 5.8

pH 7.1 7.4 7.9 0.18

3.1.2. Toprak Özellikleri ve Agregat Stabilitesi Arasındaki İlişkiler

Çizelge 3’de oluşturulan korelasyon tablosuna göre kireç oranı ile agregat stabilitesi arasında negatif

bir ilişki gözlemlenmiştir.Kireç miktarı arttıkça,agregat stabilitesi azalma göstermiştir. Kum oranı ile agregat

stabilitesi arasında da negatif bir lişki söz konusudur. Yine kum miktarı arttıkça agregat stabilitesi azalmıştır.

Silt oranı ile agregat stabilitesi arasında da negatif bir ilişki söz konusudur. Silt miktarı arttıkça, agregat stabilitesi azalmıştır. Kil oranı ile agregat stabilitesi arasında pozitif bir ilişki vardır. Kil miktarı arttıkça,

agregat stabilitesinde de artış gözlemlenmiştir. Ec miktarı ile agregat stabilitesi arasında negatif bir ilişki

gözlemlenmiştir. Topraktaki tuz miktarı arttıkça, agregat stabilitesi azalmıştır. GAP Bölgesinde yapılan toprak araştırmaları sonucu elde edilen bilgi ve verilere göre bölgede genel olarak toprağın kendi

bünyesinden kaynaklanan tuzlanma olasılığının çok az olduğu belirtilmektedir. Ancak Şanlıurfa - Harran

Ovalarında tarımsal faaliyetleri olumsuz bir şekilde etkileyen tuzluluk ve drenaj sorunları yaşanmaktadır. Harran Ovası’ ndaki tuzlanmanın en önemli nedeni ovanın çevresine göre çukur olması ve dolayısıyla taban

sularının, bu çukur alanda aşırı derecede birikmesidir. Bunun dışında iklim koşulları, toprak özellikleri,

drenaj yetersizliği ve çiftçilerin aşırı-bilinçsiz sulamalar yapması ova topraklarının tuzlanmasına neden

olmuştur (Çullu, 2010). Toprak pH’sı ile agregat stabilitesi arasında ise pozitif bir ilişki olduğu gözlemlenmiştir. Toprak pH‘sı

artttıkça, agregat stabilitesi de artmıştır.

Çizelge 3. Korelasyon tablosu

Özellikler AgrStb CaCO3 Kum Silt Kil Ec pH

AgrStb 1 -0.06 -0.28 -0.38 0.38 -0.353* 0.63

CaCO3 -0.06 1 0.209 1.46 -0.27 0.146 -0.293

Kum -0.28 0.209 1 -0.161 -0.882** 0.117 -0.412*

Silt -0.38 0.146 -0.161 1 -0.32 0.235 0.076

Kil 0.038 -0.27 -0.882** -0.32 1 -0.226 0.35*

Ec -0.353* 0.146 0.117 0.235 -0.226 1 -0.404*

pH 0.063 -0.293 -0.412* 0.076 0.35* -0.404* 1

Çizelge 3’de görülen korelasyon tablosuna göre Ec ile Agregat Stabilitesi arasında istatiksel olarak önemli bir ilişkinin mevcut olduğu, diğer değerlerin birbirleriyle ilişkilerinin istatiksel olarak önemli

olmadığı görülmektedir.

3.1.3. Agregat Stabilitesinin Toprak Serilerindeki Değişimi

Çizelge 4’te görüldüğü gibi sulama sonrası 6 seriden alınan toprak örneklerinin agregat stabilitelerine

bakıldığında ise en yüksek agregat stabilitesine sahip olan toprak serisi Kısas serisi olup, en düşük agregat stabilitesine sahip olan toprak serisi ise Cepkenli serisi olarak belirlenmiştir.

Çizelge 4. Sulama Öncesi ve sonrası A.S ort.

Seri Adı Sulamadan önce A.S ort.(%) Sulamadan sonra A.S ort.(%)

Akçakale 55.1 48.9

Cepkenli 54.9 34.3

Gürgelen 75.1 45.4 Harran 80.1 49.4

Kısas 78.5 64.3

Sırrın 83.6 36.1

Çizelge 4 hazırlanırken sulama öncesi aynı toprak serilerinden alınan toprak örneklerinin ıslak eleme

metoduyla bulunan agregat stabiliteleri (Bilgehan, 1994) ile sulama sonrası aynı toprak serilerinden alınan


192

toprak örneklerinin agregat stabiliteleri yine ıslak eleme metoduyla bulunarak toprakların sulamayla nasıl değişikliğe uğradığı ile ilgili kıyaslama yapılması sağlanmıştır.

Buna göre çizelge 4’den de anlaşıldığı üzere Akçakale serisi topraklarının agregat stabilitesi ortalaması

sulama öncesi % 55.1 iken, sulama sonrası bu oranın % 48.9’ a düştüğü görülmüştür. Yine Cepkenli serisi

toprakları agregat stabilitesi ortalaması sulama öncesi % 54.9 iken, sulama sonrası % 34.3‘ e, Gürgelen serisi toprakları agregat stabilitesi ortalaması sulama öncesi % 75.1 iken, sulama sonrası % 45.4‘ e, Harran serisi

toprakları agregat stabilitesi ortalaması sulama öncesi % 80.1 iken, sulama sonrası % 49.4‘ e, Kısas serisi

toprakları agregat stabilitesi ortalaması sulama öncesi % 78.5 iken, sulama sonrası % 64.3’ e ve son olarak Sırrın serisi toprakları agregat stabilitesi ortalaması sulama öncesi % 83.6 iken, sulama sonrası yapılan

analizlerde bu oranın % 36.1’e düştüğü belirlenmiştir.

4. SONUÇ

Yapılan çalışamaya göre; Harran Ovası topraklarına ait Akçakale, Cepkenli, Gürgelen, Harran, Kısas

ve Sırrın toprak serilerine ait topraklar sulama öncesinde en yüksek agregat stabilitesine sahip toprak serisi

Sırrın serisi olup, sulama sonrası ise en yüksek agregat stabilitesine sahip toprak serisi Kısas serisi olarak bulunmuştur. Sulama öncesi en düşük agregat stabilitesi Cepkenli toprak serisi olup, sulamadan sonra

yapılan bu çalışma sonucunda da yine en düşük agregat stabilitesine sahip toprak serisinin Cepkenli serisi

olduğu belirlenmiştir. Bu da gösteriyor ki Harran Ovası’ nda sulu tarım yapılmaya başlaması ile ova topraklarının agregat stabiliteleri azalmıştır. Bunun nedeni sulama Toprak agregatı suda dağılıp çözülmeden

ne kadar uzun süre kalabilirse, bu agregatlardan oluşan topraklar da erozyona o kadar dayanıklı ve dirençli

olmaktadır. Yapılan bu çalışma ile toprak agregat değerlerinde görülen azalmalar neticesinde çalışmanın

yapılmış olduğu Harran Ovası topraklarının 6 serisinde sulu tarıma geçildikten sonra erozyona karşı dayanıklılıklarının da azaldığı görülmüştür.

KAYNAKLAR

Ağca N, M Aydın, MR Derici, MŞ Yeşilsoy & S Erşahin. 1998. Alkalinization Tendency and Infiltration Rate

Relationships of Widely Soil Series in Harran Plain, Turkey. M.Şefik Yeşilsoy International Symposium on

Arid Region Soil, 21-24 September Menemen-İzmir.

Akalan İ. 1969.Kuzey –batı Çukurova topraklarında organik madde miktarı ile suya dayanıklı agregatlar

arasındaki ilişki. Ankara Üniversitesi Ziraat Fakültesi Yıllığı, Fasikül: 1-2, s. 170-227.

Aksoy N. 1973. Mikroorganizmalarla Aşılama ve Fümigasyonun Muhtelif Rutubet Seviyelerinde İnkübasyona

Tabi Tutulan Bazı Doğu Karadeniz, Doğu Anadolu ve Güneydoğu Anadolu Topraklarının

Agregatlaşmalarına Olan Etkileri. Atatürk Üniversitesi Ziraat Fakültesi Yayınları No.93.

Aşkın T, F Türkmen, C Tarakçıoğlu. 2016. Ordu ili merkez ilçe topraklarında erozyon riskinin jeoistatistiksel

tekniklerle değerlendirilmesi. Toprak Bilimi ve Bitki Besleme Dergisi, 4(2);69-7.

Baumgartl T. 2002. Atterberg Limits. Encyclopedia of Soil Science, Marcel Dekker Inc. pp: 89-93 Charman PEV,

Roper MM (2007).

Baver LD. 1935. Factors contributing to the genesis of soil microstructure. Am. Soil Survey Assoc. Bull., 16: 55-

56.

Bilgehan G. 1994. Sulama Başlamadan Önce Harran Ovası Topraklarının Strüktür Durumları.

Bouyoucos GJ. 1951. A recalibration of the hydrometer method for making mechanical analysis of soils. Agron.

J., 43, 434-438.

Bryan RB. 1976. The development, use and efficiency of indices of soij erodibility. Geoderma, 2: 2-25.

Chesters G, OJ Attoe & ON Allen. 1957. Soil aggregation in relation to soil constituents. Soil Sci. Soc.. Amer.

Proc., 21: 272-277.

Çullu MA, A Almaca, AR Öztürkmen, N Ağca, F İnce & MR Derici. 2000. Harran Ovası Topraklarında

Tuzluluğun Yayılma Olasılığının Belirlenmesi. T. C. Başbakanlık GAP Bölge Kalkınma İdaresi Başkanlığı.

Çullu MA. 2010. Harran Ovası Tuzluluk Haritasının Oluşturulması ve Tuzlulaşmanın Bitkisel Verim Kayıplarına

Etkisinin Tahmini Projesi Raporu, No: 24-25.


193

Eraslan S, A İmamoğlu, A Coşkun, F Saygın & O Dengiz. 2016. İnebolu Havzası topraklarının erozyon

duyarlılıklarını belirlenmesinde agregat ve strüktür stabilite durumları, arazi örtüsü ile olan ilişkileri.

Uluslararası Coğrafya Sempozyumu, 13-14 Ekim, TÜCAUM, 779-794. Ankara.

Işıldar A & K Bayhan. 2005. Kuruda ayçiçeği tarımında farklı toprak işleme yöntemlerinin tohum yatağı

özellikleri ve çıkış üzerine etkileri, S.Ü. Zir.Fak.Der., 19 (36): 120-124.

Kacar B. 1994. Bitki ve Toprağın Kimyasal Analizleri III Toprak Analizleri. Ankara Üni. Zir. Fak. Eğitim

Araştırma Geliştirme Vakfı Yayınları No.3.

Kemper WD & RC Rosenau. 1986. Aggregate stability and size distribution. In: Klute, A. (Ed.), Methods of Soil

Analysis. Part 1. Physical and Mineralogical Methods, 2nd

Edition, Agronomy Monograph No.9, ASA and

SSSA, Madison, WI,. Pp: 425-442.

Mazurak AP. 1950. Aggregation of clay separates from bentonite, kaolinite and a hydrous mica soil. Soil Sci. Soc.

Amer. Proc., 15: 18-24.

Peterson JB. 1947. Calcium linkage, a mechanism of soil granulation. Soil Sci. Soc. Amer. Proc., 12: 29-34.

Savaş Y. 2011. Harran Ovası Topraklarında Agregat Stabilitelerinin Sulama Öncesi Ve Sonrasındaki Durumunun

Değerlendirilmesi. Sayfa No: 30-31- 32-33.

Özdemir N, E Öztürk, ÖT Kop Durmuş & İ Ekberli. 2015. Effects of organic and inorganic amendments on soil

erodibility. Eurasian J Soil Sci, 4 (4); 266 – 271.

Yakupoğlu T, AÖ Şişman & R Gündoğan. 2015. Toprakların agregat stabilitesi değerlerinin yapay sinir ağları ile

tahminlenmesi. Türkiye Tarımsal Araştırmalar Dergisi, 2:89-9.


194

Identification of Water Table and Ground Water Potential Zones using RS/GIS

Techniques in Southern Haripur Tehsil, Province Khyber Pakhtunkhwa,

Pakistan

Rehana Jamal1,*

, Sajid Rashid Ahmad2, Samina Jamal

3

1Project Coordinator/Visiting Faculty, Centre for Security and Disaster Management, Pakistan Institute of

Management, Postal Code:54660, Gulberg-III, Lahore, Pakistan

2Principal College of Earth and Environmental Sciences, Faculty of CEES, The University of Punjab, Postal

Code: 54590, New Campus, Lahore, Pakistan

3GIS Consultant, M112, Zainab Tower, Postal code: 54700, Model Town, Lahore, Pakistan


ABSTRACT

This study was carried out to identify Water Table and Ground Water Potential Zones using techniques of Remote Sensing(RS) and Geographic Information System(GIS) in Southern Haripur Tehsil. The aims of

this paper was the best utilization of ground water for the purpose of irrigation. GPS field survey and

questionnaire techniques were used to explore the geographical locations and ground water table depths in the research area respectively. The software, ArcGIS 10.5 was used to indicate the point locations of water

tables. The graph of the collected values of water table depths was created in Excel sheet 2010 and

interpolated in ArcGIS 10.5. Maximum depth of water table was found 500 ft. and minimum was 15 ft. whereas 152 ft. was the average value. Five parameters i.e. Soil, geology, land use/land cover, drainage

density and slope were studied for the identification of Ground Water Potential Zones in the research area.

Five thematic maps were generated in ArcGIS 10.5. All maps were reclassified, converted into raster format

making their cell size equal as100.These thematic maps were assigned weights and integrated using weighted overlay technique of Spatial extension of ArcGIS 10.5. It was found that the areas comprising the

agriculture land, forest land, areas of gentle slope in the north-west of study area have high infiltration

recharge so, this area was included in high Ground Water Potential Zone. In short, the use of GIS and remote sensing techniques proved very powerful tool to analyse the groundwater resources and mapping plan for

most highly suitable, moderately suitable and least suitable for ground water categories.

Keywords: Ground water table, interpolation, ground water potential zones, global positioning system,

remote sensing, geographical information system


1. INTRODUCTION

Water table is a specific part of groundwater (Anonymous, 2019a). The water table delineates the boundary between the two layers of saturate and unsaturated zones. The water table depth varies according

to the composition of land that starts from zero in the swampy area and up to more than 300 feet in depth.

When the water table intersect with rivers, lakes and dams it is changed due to these water bodies. Water tables are not horizontal or flat but they are inclined following the conformation of land which causes

ground water to flow (Anonymous, 2019b). Margat and Gun (2013) mentioned that about half of the world’s

population drinks groundwater every day. Groundwater is of vital importance for agriculture and contributes

to more than half of the world’s production of irrigated crops; it sustains wetlands and rivers, provides stability to the soil and prevents seawater intrusion. David and Mutowo (2014) mentioned that ground water


http://www.google.com/

http://www.google.com/


195

storage is better in many ways as a natural resource than the surface water storages. According to a report Yihdego and Khalil (2017) mentioned that ground water is a reliable source of water for different purposes

i.e. irrigation, industrial and domestic uses. Tucker (2014) reported that infiltration or ground water recharge

depends on the four types of threshold values of drainage density. The four alternative cases having four

different types of threshold are considered for drainage density which are (1) a threshold for erosion by surface runoff, (2) a threshold of simple topographically-based slope stability. (3) a threshold of runoff

generation, and (4) a threshold of pore-pressure-dependent slope stability which incorporates the flow

convergence effects. ‘Bhave et al. (2019) concluded in a research carried out in Aam River watershed, Umred Tahsil, District Nagpur, Maharashtra for the identification of ground water recharge potential zone

for watershed using GIS and remote sensing that three groundwater recharge potential zones i.e. most

suitable, moderately suitable and least suitable based on the weighted factors are found using six thematic

layers of soil, geomorphology, land use-land cover, lithology, slope (%) and lineament. ‘Ramu and Vinay (2014) mentioned in their research, conducted in Maysore Taluk, Karnataka for the identification of ground

water potential zones using GIS and remote sensing techniques that nine parameters i.e. elevation,

geomorphology, land use and land cover, drainage density, dykes, slope gradient, soil texture and lineaments and rainfall pattern are mapped. These parameters are weighted, classified using Analytical Hierarchical

Process. Then weighted overlay analysis are performed in Arc GIS and found four zones of ground water

potential i.e. very high, high, low and very low. These results were correlated and validated with the ground water sample data at seven locations and found 95% correct. Hutti and Nijagunappa (2011) mentioned that

the groundwater potential zones were delineated in the Ghataprabha sub-watershed of Krishna river located

in Karnataka using techniques of Remote Sensing (RS), Geographic Information System(GIS) and Global

Positioning System(GPS). For this purpose, a multi-parametric dataset consisting of Google Earth data, satellite data and conventional maps having topographic sheets of Survey of India (SOI) were used. Seven

thematic layers of geomorphology, geology, slope, soil, drainage density, surface water bodies and recharge

were integrated and weights were assigned according to their relative importance using MapInfo GIS and Autodesk MAP software. Three different groundwater potential zones namely ‘good’, ‘moderate’ and ‘poor’ were found.

1.1. Study Area

The selected area of study, Southern Haripur Tehsil is located in the south of Distric Haripur (Fig. 1).

Haripur (“The Town of Hari or Vishnu”) is a district of Hazara division of province, Khayber Pakhtunkhwa. It is about 610 meters high above sea level. Its point location is WGS84 34º0′ 3.18″N latitude,

72º 56′ 14.00″E longitude in DSM and 34.000884ºN latitude, 72.937223ºE longitude in DD. The west to

east extention of research area is 72.547595ºE to 73.223263ºE (DMS: 72º 32′ 51.34′′E to 73º 13′ 13.75′′E) and south to north extention is 33.716569ºN to 34.440462ºN (33º 42′ 59.65′′N to 34º 26′ 25.66′′N). The

Southern Haripur Tehsil(research area) is bordered by Abbotabad and Mansehra in the north east, by

Sawabi and Buner in the north west, by Islamabad (capital city of Pakistan) in the south and by District

Rawalpindi in the south west. The District Haripur is comprising of total area 1 725km2 (666sq mi). Jamal et

al., (2018) concluded the total area of Southern Haripur Tehsil is 867 sq.km.

Figure 1. Location map of study area


196


This study was conducted on the primary data (Questionnaire and GPS Locations) and secondary data

(Google earth Map2016 and Topo Map of District Haripur) sources were used. Soil map acquired from Soil

Survey of Pakistan, Peshawar, topographic map of Haripur District acquired from Survey of Pakistan,

Islamabad and Geological map from Institute of Geology,University of Punjab,Lahore were used to conduct

this study. Arc GIS 10.5 software(Anonymous, 2019c) was used to convert GPS locations (converted into KML files on Google earth) into shapefiles. The methodology followed for the processing is shown in Fig.

2.

Figure 2. Flow diagram of Water Table and ground water potential zones

Depth of water table below the ground level was also used in modelling the ground water potential.

Data of this water table depth was measured in feet and was acquired through the questionnaire technique by

conducting interview with the local community at forty three locations in the study area. The respondants informed about the depth of water table according to their bore holes, handpumps and wells. Table of GPS

locations of water table was created in Excel sheet 2010 as shown in Table 1.

A point shapefile was created of water table depths in ArcGIS 10.5 software. Interpolation technique of Inverse Distance Weighted(IDW) was used to show the spatial variations of water table depths.The fourty

three spatial locations along with stored depths(ft) of water table were shown in Fig. 3.

Figure 3. Spatial locations of Water Table depths in ft. (Source: Created in ArcGIS 10.5)


197

Table 1. GPS location of water table in Southern Haripur Tehsil

Id Name GPS locations Water Table Depth (ft) Latitude Longitude

1 Ali Khan Union Council(UC) 350 33.990133° 72.960924°

2 Babutri Village 20 33.855147° 73.052422°

3 Bandi Bareela,Pind Muneem 325 33.867081° 72.914856°

4 Bareela Bazar, Pind Muneem 270 33.871995° 72.913591° 5 Bismillah Power Plant,Khanpur 40 33.799753° 72.913500°

6 Boys Primary School, Rehana UC 250 33.955508° 73.016542°

7 Boys Primary School, Bizban GT Rd Jabbri 200 33.822628° 73.061517°

8 Chapra Chowk, Chapra village, Rehana UC 150 33.923390° 73.024497°

9 Chhai Village, Najafpur 100 33.786911° 72.947719°

10 Dabhola village, Najafpur 100 33.797026° 73.006034°

11 Dara Village-Khanpur UC 50 33.812129° 72.912095°

12 Dartian near Haro River 15 33.842478° 73.009197°

13 Dartian Village, Najafpur 20 33.837010° 73.011741°

14 Fried Fish Farm, Khanpur 40 33.812862° 72.920407°

15 Govt. Girls Middle School ,Pind Muneem 250 33.872819° 72.899701° 16 Govt. Girls Primary School ,Pind Muneem 300 33.872300° 72.900807°

17 Govt.Girls & Boys High School, Bagla, Barakot 150 33.852283° 73.111201°

18 Halli village, Barakot UC 200 33.853573° 73.116586°

19 Hand pump near Kahal Dam 60 33.933261° 72.962287°

20 Haripur UC North 350 33.995143° 72.934687°

21 Hattar-Dhala Kas 500 33.848055° 72.848820°

22 Hattar-Kot Najeebullah Rd 165 33.857005° 72.853290°

23 Hattar Industrial Estate,Hattar 175 33.905945° 72.857502°

24 Hattar Khanpur Link 145 33.885394° 72.850169°

25 Jandi Village, Barakot UC 30 33.862350° 73.082786°

26 Khanpur-Tarnawa Bridge 40 33.794511° 72.902522°

27 Khanpur Dam Boat Stop 30 33.813348° 72.921428° 28 Khanpur Dam View Point 85 33.829747° 72.990404°

29 Khanpur UC Bazar 40 33.802140° 72.913728°

30 Mang Dam 30 33.907211° 72.916946°

31 Marri Village, Bharay/Muslimabad 150 33.829519° 73.075864°

32 Mirpur village ,Pandak UC 145 33.944877° 72.950490°

33 Mohran Moradu village, Tofkian UC 300 33.770553° 72.857750°

34 Muslimabad,Bridge Jabbri Rd 175 33.814683° 73.033235°

35 Oil & Gas Company, Kharala 35 33.817467° 72.975489°

36 Rehana Dam/Chuttri Dam 200 33.943578° 73.039056°

37 Sarai Saleh,Ali Khan UC 135 33.984821° 72.982970°

38 Tarnawa Bazar 60 33.790291° 72.904170° 39 Tofkian-Sirsukh Museum 150 33.769580° 72.849703°

40 Tofkian UC 70 33.790392° 72.906291°

41 Tofkian Village 100 33.771561° 72.861917°

42 Well near Kahal Dam,Pind kamal Khan 60 33.933289° 72.962391°

43 Well near Khanpur Spilway 40 33.799223° 72.922900°

2.1. Generation of Thematic Layers Based on Five Parameter

Five raster Maps of five parameters e.g. slope, geology, drainage density land use/land cover and soil,

were created in ArcMap to find out the ground water potential zones.

Slope in percentage and degree was analyzed by extracting the Shuttle Radar Topographic Mission(SRTM) 90 meter Digital Elevation Model (DEM) data (Anonymous, 2019d) using 3D Analyst

extension of ArcGIS 10.5 software. Map of five geological types (TK,Te,K,PC,Q) of study area were

digitized from the geological map for geological parameter. For the drainage density the “Stream network” shapefile of the drainage area was extracted from the DEM data of 90 meter and then the drainage density of

this study area was calculated by using the “Focal statistics” tool in the “Spatial Analyst” extension of

ArcGIS 10.5. Then it was reclassified by using “Reclassify“ tool in the “Spatial Analyst” extension. For

landuse /landcover parameter five classes (1.Agricultural fields, 2.Forest, Reserve Forest & Grass, 3.Terrace Cultivation & Shrubs, 4.Without cover, Dams, kas, 5. Built-up area & Waterbody ) of Landuse/landcover

were digitized through the interpretation of google 2016 and online Landsat7 in ArcGIS 3.9 and then later

edited and updated in ArcGIS 10.5. Soil types of this study were also extracted from a soil map. Eight types


198

of soils e.g. (1) River Plains, (2) Loess Plains, (3) Re-deposited Loess Plains, (4) Marl and calcareous red Shale, (5) Shale, Slate and Phyllite Mixed with redeposited Loess, (6) Limestone and Schist, (7) Shale, Slate

and Phyllite and (8) Miscellaneous (Lake/River and Built-up Area) were digitized.

2.2 Overlay Analysis

Thematic Maps of five parameters were created in ArcGIS software 10.5, then reclassified and

converted into raster format using conversion tool of Arc Tool box. Then the cell size of each raster map was set as 100. Overlay analysis was carried out using “weighted overlay” tool available in “Spatial Analyst”

extension of ArcGIS software.


3.1. Water Table Depth of Study Area

Questions about the water table depths were asked to the local community of the study area. Different

answers were acquired. By taking average of these depth values in Excel Sheet 2010 it was found 152 ft. deep. The minimum depth was found 15 ft. at Dartian village near Haro River on 33.842478º latitude and

73.009197º longitude having Id No.2 and maximum depth was found 500ft. at Hattar-Dhala Kas on

33.848055º latitude and 72.848820ºlongitude having Id No.48 in the graph(Fig.4).

Figure 4. Bar graph Response about Water Table Depths (ft.) (Source: Survey data)

After performing the IDW interpolation technique the spatial variations in water table depths were

found in the study area as shown in the Fig.5.The minimum variation was found between 15 to 69 ft near the large khanpur dam, small dams i.e.Kahal and Mang and along the Haro river.The maximum depth was found

between 446 to 499 ft in the west of study area near Dotal kas.

Figure 5. Interpolated map of Water Table depth values in ft. (Source: Created in ArcGIS 10.5)


199

3.2. Five Thematic Layers

Five thematic layers e.g. slope, land use/land cover, soil, geology and drainage density were created in

ArcMap.

3.2.1. Slope

Wenbin et al. (2015) concluded that characteristics of slope are very important which allows the runoff to infiltrate into subsurface to increase infiltration. The surface runoff is very slow in gently sloping areas so

it takes more time for rainy water to percolate into the ground. Where as in steep slope areas, runoff is very

rapid water and cannot infiltrate or recharge easily. The flat or plain areas can hold water and allow it to

percolate inside the ground which can increase the water recharge. In the same way the length of slope also plays an important role for infiltration. When the slope is longer it takes more time to infiltrate water in to

the ground.

Slope in percentage and degrees were calculated in five classes separately. Level to nearly sloping from

0 to 6 degree (0-10%), very gently sloping from 7 to 14 degree (11-20%), gently sloping from 15 to 21

degree (21-40%), moderately sloping from 22 to 30 degree (41-70%) and steep sloping from 31 to 57 (71-

100%) as shown in Fig.6.

Figure 6. Infiltration due to percent and degree slope of Study area (Source: Created in ArcGIS 10.5)

3.2.2. Land Use and Land Cover (LU/LC)

Due to natural and human activities the surface of land has been changed in the present age. The land

area covered by grass, forests, and agriculture hold the water in the roots of plants while the rocky land use

and built-up areas influence the infiltration of ground water due to the increase in runoff during rainfall.

Five classes (1.Agricultural fields, 2.Forest,Reserve Forest & Grass, 3.Terrace Cultivation & Shrubs,

4.Without cover, Dams, kas, 5. Built-up area & Waterbody ) of Landuse/landcover were found in this study

as shown in Fig.7. The weights, ranking in words and values were assigned to the various classes according to their infiltration rate and ground water holding capacity as shown in Table 2. GIS techniques and Remote

sensing data provide more reliable information about land use and land cover mapping.

Table 2. Ranking for land use land cover

Sr. Land use/land cover Ranking (in words) Value Ranking (in number)

1. Agricultural fields Very good 5 1

2. Forest & Grass Good 4 2

3. Terrace Cultivation & Shrubs Moderate 3 3

4. Without cover, Dams & kas Poor 2 4

5. Built-up area & Waterbody Very poor 1 5


200

Figure 7. LU/LC map showing infiltration in the study area (Source: Created in ArcGIS 10.5)

3.2.3. Soil

Courtney and Trudgill (1984) mentioned that the most important characteristic of soil is water holding

capacity. Water can flow quickly through the coarse and porous soil and not be retained for some time. Pores

of different sizes have different properties regarding soil water. Rapid water transport occurs in the larger pores.

Infiltration of water in soil depends upon the soil characteristics and soil saturation capacity. When

rainfall occurs some water causes runoff and some of water may infiltrate deeper, creating of ground water

aquifers. Water may travel and can remain in the ground as a storage water for longer periods of time. Some soils such as clay absorb less water and causes runoff whereas sandy soil absorbs more water which causes

infiltration of water in the lower grounds (Anonymous, 2019e). As Jamal et al. (2018) concluded in a study

area of Southern Haripur Tehsil the soil types i.e. loamy sand, sands, sandy loam and sandy clay loam were found. Sand has good infiltration capacity.

By the interpretation of different soil types, a thematic map for soil was generated as shown in Fig. 8.

These soils were assigned weights according to their infiltration property as given in Table 3.

Figure 8. Map of soil types of study area (Source: Created in ArcGIS 10.5)


201

Table 3. Ranking of Soil types

Sr. Soil Types Infiltration category Value Rank No.

1. River Plains Very good 5 1

2. Loess Plains Good 4 2

3. Re-deposited Loess Plains Good 4 2

4. Marl and calcareous red Shale Good 4 2 5. Shale, Slate and Phyllite Mixed with redeposited

Loess

Moderate 3 3

6. Limestone and Schist Moderate 3 3

7. Shale, Slate and Phyllite Poor 2 4

8. Miscellaneous (Lake/River and Built-up Area) Poor to moderate 1 5

From this parameter of soil, the loess plain soil was categorized as “Very good” and Lake/River and Built-up Area as “Very poor” for ground water occurrence. “Limestone and Schist” soils found in the

mountainous area in the south east of study area were less prone to infiltration.

3.2.4. Geology

Geology plays an important role in the groundwater occurrence. This study area was comprised of

TK: TK includes mostly Eocene nummulitic limestone, cretaceous limestone and the cretaceous Giumal sandstone,

Te: Eocene rocks, mostly nummulitic limestone and shale,

K: Giumal sandstone,

PC: Precambrian metamorphic and sedimentary rocks, In Hazara, the hazara slates: all unfossiliferous and of Pre-cambrian or possible Early Paleozoic age,

Q: Unconsolidated surficial deposits of silt, sand and gravel.

Five geological types (TK,Te,K,PC,Q) of study area were found from the digitized map of geology. Normalizaed weights/Values (TK,Te = 4), (K=3),(PC=2),(Q=1) and infiltration categories (Very good,

Good, Moderate and Poor) were assigned according to their infiltration ability respectively (Fig.9). Rank No.

were also assigned according to their importance as shown in Table 4.

Figure 9. Geological units of the study area (Source: Created in ArcGIS 10.5)

Table 4. Ranking of the geological features

Sr. Geology/Lithology Infiltration category Value Rank No.

1. TK Very good 4 1

2. Te Very good 4 1

3. K Good 3 2

4. PC Moderate 2 3

5. Q Poor 1 4


202

3.2.5. Drainage Density

Drainage density is the sum of total length of all the tributaries, stream network and rivers in a drainage

area divided by the total area of the drainage basin(Anonymous, 2019f).

Drainage density is the important parameter to influence the infiltration rate. Drainage basin which possess impermeable rock and soils have a higher drainage density so, it causes less infiltration. It means

water enters into the channel quickly causing increase in discharge. As compared to this the drainage basins

that possess permeable rock and soils have low drainage density (Anonymous, 2019g). Drainage Density was categorized into five classes from Very good, Good, Moderate, Poor to Very

poor according to their values showing infiltration capacity as shown in Fig.10. and Table 5.

Figure 10. Drainage density of the study area (Source: Created in ArcGIS 10.5)

Table 5. Drainage density of the study area

Sr. Drainage Density Infiltration category Value Ranking (in number)

1. 0.00 - 0.47 Very Good 5 1

2. 0.47 - 0.48 Good 4 2

3. 0.48- 0.54 Moderate 3 2

4. 0.54 - 0.62 Poor 2 3

5. 0.62 – 0.84 Very poor 1 3

According to seven main watersheds of the study area Drainage Density was also calculated in ArcMap (Fig. 11 and Table 6) by using following formula.

Drainage Density = Sum of stream Length/Area of drainage Basin

Table 6. Drainage density of seven watersheds of study area

Main watersheds Sum of stream

length in (Km)

Area of basin

(Sq.Km)

Drainage

density

Infiltration

category

Watershsed-1 34.404376 63.578989 0.54 Good

Watershsed-2 206.297721 249.723259 0.83 Poor

Watershsed-3 43.562657 91.341557 0.47 Very good

Watershsed-4 28.777019 61.693938 0.46 Excellent

Watershsed-5 70.013035 129.252658 0.54 Good

Watershsed-6 173.859476 205.926789 0.84 Very poor

Watershsed-7 37.22379 59.601894 0.62 Moderate


203

Figure 11. Drainage density of seven watersheds (Source: Created in ArcGIS 10.5)

3.3. Weighted Overlay and Integration of Thematic Layers

The individual themes and their various features were assigned by normalized weights which were obtained through the process of Saaty’s analytical hierarchy process (AHP) (Table 7).

Table 7. Assigned and normalized values and weights for the individual features of the five themes for groundwater

potential zoning

Theme Class Infiltration

Category

Normalized

Values

Assigned

Weight % age

Slope

1. Level to nearly sloping (0-10%)

2. Very gently sloping (11-20%)

3. Gently sloping (21-40%) 4. Moderately sloping (41-70%)

5. Steep sloping (71-100%)

Very good

Good

Moderate Poor

Vary poor

5

4

3 2

1

20

Land use

and Land

cover

1. Agricultural fields

2. Forest & Grass

3. Terrace Cultivation, Shrubs

4. Without cover, Dams, kas

5. Built-up area & Waterbody

Very good

Good

Moderate

Poor

Vary poor

5

4

3

2

1

25

Soil

1. River Plains

2. Loess Plains

3. Re-deposited Loess Plains

4. Marl and calcareous red Shale

5. Shale, Slate and Phyllite Mixed with

redeposited Loess 6. Limestone and Schist

7. Shale, Slate and Phyllite

8. Miscellaneous (Lake/River and Built-up Area)

Very good

Good

Good

Good

Moderate

Moderate

Poor

Poor to moderate

5

4

4

4

3

3 2

1

25

Geology

TK: Limestone, Sandstone

Te: Rocky, Limestone, Sandstone

K: Sandstone

PC: Metamorphic & sedimentary rocks

Q:Sand,Silt,Clay

Very good

Very good

Good

Moderate

Poor

4

4

3

2

1

10

Drainage

Density

0 - 0.47

0.47 - 0.48

0.48- 0.54

0.54 - 0.62

0.62 – 0.84

Very Good

Good

Moderate

Poor

Very poor

5

4

3

2

1

20


204

3.4. Ground Water Potential Zones

In this study the geographic and hydrologic attributes of watersheds in Southern Haripur Tehsil were

analyzed. Five parameters affecting the ground water recharge e.g. slope, land use/land cover, soil, geology

and drainage density were studied to identify the Ground Water Potential Zones. Each parameter may affect the infiltration process at a different level. According to Thomas L. Saaty’s Analytical Hierarchical

Process(AHP) weights were assigned to each parameter as slope (20%), land use/land cover (25%), soil

(25%), geology (10%) and drainage density (20%). Thematic Maps of five parameters were created in ArcGIS software 10.5 then reclassified and converted into raster format using conversion tool of Arc Tool

box. The cell size of each raster map was set as 100. Overlay analysis was carried out using “weighted

overlay” tool available in “Spatial Analyst” extension of ArcGIS software. The “Spatial Analyst” tool

operators were used to develop model of Groundwater Potential Zones. As ‘Venkateswarana & Ayyanduraib (2015) mentioned in their study of Groundwater Potential Zoning in Upper Gadilam River Basin Tamil

Nadu that thematic maps i.e. geomorphology, lineament, slope, geology and drainage density drainage maps

have been prepared and were found four zones of ground water potential from very good, good, moderate to poor.

This final map of Groundwater Potential Zones has been further categorized into three zones as “Least

suitable”, “Moderate suitable” and “Highly suitable” (Fig. 12).

Slope + Land use/land cover + Soil + Geology + Drainage density = Potential Zone map

Figure 12. Final classified map for Potential Zones of Ground Water (Source: Created in ArcGIS 10.5)

In this research, Geographic Information System and remote sensing approach has been proved very

useful technique to identify water table and ground water potential zones. Furthermore, the comparison of water table data captured through the field survey also supported that there can be made number of highly

yield wells in the most favourable potential zones derived through GIS. The designed final map of Ground

Water Potential Zones could be very useful for different purposes i.e. Sustainable development schemes for Ground Water Potential Zones in the research area.


205

4. CONCLUSIONS

This study was proposed for the identification of water table and Ground Water Potential Zones in the Southern Haripur Tehsil. Its results indicated that

The most useful potential zone was found in the north west area of the study area because this area is

covering mostly by agricultural fields, flat surface and loess plain. That’s why it has high infiltration ability.

The south eastern area is least effective for ground water occurrence due to steep slope surface. Ground water infiltration is controlled by slope, land use/land cover, soil, geology and drainage density as

identified through analysis. GIS and Remote sensing techniques were used to integrate the thematic maps of five parameters

which proved to be very effective to map the groundwater potential zones. This technique has also proved

very useful to identify water table and ground water potential zones. So it is recommended that this

technique should be used for such type of analysis and sustainable developments schemes. Furthermore, the comparison of water table data acquired through the field survey using Global

Positioning System(GPS) also supported that there could be made number of highly yield wells in the most

favourable potential zones derived through GIS.

The designed final map of Ground Water Potential Zones could be useful for different purposes i.e. Sustainable development schemes for Ground Water Potential Zones in the research area.

ACKNOWLEDGEMENTS

The author is thankful to Sajid Rashid Ahmad, Principal College of Earth and Environmental Sciences, Khalida Khan, Exe-Director Centre for Integrated Mountain Research, University of the Punjab, Lahore and

Muhammad Ikram, Exe Principal, Soil Survey of Punjab, Pakistan who provided her their professional

knowledge and guidance for research work that’s why the author could be able to do this research. She is also grateful to her field work team of students Misbah-ul-Hassan (Metallurgical Engineer), Asif Ali

(Electrical Engineer) and Ali Muhammad (M.Phil Geomatics) who supported her during the field work. She

also pays regards to Shahid Jamil Sameeni and Tasnim Ahmad Lodhi (Director and lecturer respectively of Institute of Geology, University of the Punjab, Lahore) who provided her the geological map and guidance

related to geology in her research.

REFERENCES

Anonymous. 2019a. https://www.google.com/ Accessed 23.11.2019.

Anonymous. 2019b. https://sciencing.com/connection-between-water-table-groundwater-14975.html. Accessed

23.11.2019.

Anonymous. 2019c. www.esri.com.

Anonymous. 2019d. www.viewfinderpanoramas.org.

Anonymous. 2019e. www.usgs.gov. Accessed 18.08.2019.

Anonymous. 2019f. www.definitions.net. Accessed 18.08.2019.

Anonymous. 2019g. www.tutor2u.net/geography/reference/the-drainage-basin-system Accessed 18.08.2019.

Bhave HD, YB Katpatal & AM Pophare. 2019. Identification of Ground Water Recharge Potential Zone for

Watershed using Gis and Remote Sensing, International Journal of Advanced Research in Engineering and Technology(IJARET), 10(1): 121-135.

Courtney FM & ST Trudgill. 1984. Soil Components and Soil Properties (Chapter 2, P.21). “The Soil; An

Introduction to Soil Study” Second Edition Printed in Great Britain for the educational publishing division

of Hodder and Stoughton Ltd., Mill Road, Dounton Green, Sevenoaks, Kent by Eastern Press Ltd., Berks.

David C & G Mutowo. 2014. Spatial modelling of groundwater potential in Zimbabwe using geographical

information systems techniques. International Journal of Water, 8(4): 422-434.

Hutti B & R Nijagunappa. 2011. Identification of Groundwater Potential Zone using Geoinformatics in

Ghataprabha basin, North Karnataka, India. International Journal of Geomatics and Geosciences, 2(1): 91-

109.

https://www.google.com/

http://www.esri.com/

http://www.viewfinderpanoramas.org/


206

Institute of Geology, University of Punjab, Lahore, Pakistan

Jamal R, M Ikram, S R Ahmad, K Khan. 2018. Physicochemical Properties of Soil and Water Along Haro River

and Khanpur Dam, Haripur, Pakistan. International Journal of Economic and Environmental Geology 9(1):

54-61.

Jamal R, S R Ahmad & K Khan. 2018. Identification and Statistical Analysis of Land use and Land Cover

Patterns in Southern Haripur Tehsil, KPK with Techniques of Remote Sensing and GIS.International Journal

of Economic and Environmental Geology 9(3): 55-62.

Margat J & J V D Gun. 2013. Groundwater around the World. A Geographic Synopsis. CRC Press Taylor &

Francis Group,19.

Ramu B Mahalingam & M Vinay. 2014. Identification of ground water potential zones using GIS and Remote

Sensing Techniques: A case study of Mysore taluk – Karnataka. International Journal of Geomatics and

Geosciences, 5(3): 393- 403.

Soil Survey of Pakistan, Peshawar.

Survey of Pakistan, Islamabad.

Tucker G E & L B Rafael. 2014. Hillslope Processes, Drainage Density, and Landscape Morphology. Department

of Civil and Environmental Engineering Massachusetts Institute of Technology Cambridge, MA 02139 In

press, Water Resources Research.

Venkateswarana S & R Ayyanduraib. 2015. Groundwater Potential Zoning in Upper Gadilam River Basin Tamil

Nadu. International conference on water resources, coastal and ocean Engineering (ICWRCOE 2015).

Aquatic Procedia 4: 1275 – 1282.

Wenbin M , F Yu, C Li , Y Xie , J Tian , J Liu, N Zhao. 2015. Effects of Rainfall Intensity and Slope Gradient on

Runoff and Soil Moisture Content on Different Growing Stages of Spring Maize. Water, 7(6): 2990-3008.

Yihdego Y & A Khalil. 2017. Groundwater Resources Assessment and Impact Analysis Using a Conceptual

Water Balance Model and Time Series Data Analysis: Case of Decision Making Tool. Hydrology 25(4): 1-

16.


207

The Use of Pumice to Remove of Suspended Solids from Irrigation Waters

Yasemin Kuşlu

Atatürk University Agricultural Faculty Agricultural Structures and Irrigation Department 25240, Erzurum,

Turkey


ABSTRACT

Suspended materials in irrigation water play an important role in the economic life of pressured

irrigation systems. This study was done to analyze the effectiveness of pumice media in removing suspended solids from irrigation water. In the study, pumice media was passed through 0.5-2 and 2-4 mm sieve

openings. Suspended solids concentration of raw water was 250 ppm, and was passed through the pumice

granular media filter under the operating pressure of 100 kPa. For each ton of filtered water, discharge velocity was measured. At the end of the daily operation the sediment content was determined via

gravimetric method. Total cumulative discharge volume is measured as 14.04 m3 in the 30 h operating

period. The discharge velocities were changed between 49.5 m3/m

2/h and 3.4 m

3/m

2/h. According to the

research, it was concluded that the discharge velocities and sediment contents decreased as the total amount

of treated water increased in pumice media filters. Layers composed of small size were more effective at

removing the solid particles.

Keywords: Pumice, filter, suspended solids removing, drip irrigation systems


Sulama Sularındaki Askıda Katı Maddelerin Giderilmesinde Pomzanın Kullanımı

ÖZET

Sulama sularının içeriğinde bulunan askıda katı maddeler, özellikle basınçlı sulama sistemlerinin

ekonomik ömrünü etkilemektedir. Bu çalışma sulama sularındaki askı maddelerini uzaklaştırmada

pomzadan oluşturulmuş ortamların etkinliğini irdelemektedir. Çalışmada 0.5-2 mm ve 2-4 mm elek

açıklıklarından geçirilmiş pomza ortamlar kullanılmıştır. AKM konsantrasyonu 250 ppm olan ham su 100 kPa işletme basıncı altında filtre ortamından geçirilmiştir. Filtre edilen her bir ton suya karşılık; arıtım debisi

ve günlük çalışma sonunda çıkış suyunun AKM içeriği belirlenmiştir. Toplam 30 saatlik filtrasyon süresinde

yığışımlı akım hacmi 14.04 m3 olarak ölçülmüştür. Filre akım hızları 49.5 m

3/m

2/h ile 3.4 m

3/m

2/h arasında

değişmiştir. Araştırma sonucunda filtreden geçen toplam su miktarı arttıkça pomza ortamda çıkış debisi ve

arıtım suyundaki AKM miktarının azaldığı tespit edilmiştir. AKM tutmada küçük boyutlu malzemeden

oluşan tabaka daha etkili olmuştur.

Anahtar Kelimeler: Pomza, filtre, askıda katı madde giderilmesi, damla sulama sistemleri



208

1. GİRİŞ

Basınçlı sulama sistemlerinin en önemli sorunlarında birisi tıkanma sorunu olup, doğrudan su kalitesi

ile ilgilidir (Nakayama ve Bucks, 1991; ASAE, 2005). Özellikle düşük basınçla çalışan mikro sulama

sistemleri sisteme giren sulama suyunda bulunan organik ve inorganik maddeler tarafından tıkanmaktadır. Bunlar arasında 50 ppm’den daha az askıda katı madde (AKM) içeren sular damlatıcılarda az tıkanma

sorunu yaratırken, 100 ppm’den daha fazla konsantrasyonda AKM içeren sular ciddi tıkanma sorunu

yaratmaktadır. Fiziksel etkenlerden kaynaklanan tıkanma sorununun önlenmesinde çökeltme ve filtreleme

önerilmektedir (FAO, 1992). Filtrasyon mikro sulama sistemlerinin tıkanmasına neden olan fiziksel unsurların giderilmesinde en

önemli işlemdir (Nakayama ve ark., 2007; Capra and Scicolone, 2007). Ortam filtreleri kum, çakıl ve tane

yapısındaki birçok farklı malzemeden oluşturulabilmektedir (ASAE, 2005). Kum ve kum-çakıl filtreler, askıda bulunan maddeleri ayırmada en yaygın kullanılan filtre türleridir. Kum, kum-çakıl, pomza, atık cam

ve fiber plastik gibi çok farklı ortamlarda yapılan filtrasyon çalışmaları bulunmaktadır (Dockkoa, 2009; Gill

ve ark., 2009; Remize ve ark., 2009; Kuslu ve Sahin, 2013). Basınçlı kum filtrelerinin kapalı sistemde çalışanları tek, iki veya daha fazla tabakadan oluşturulabilir (Bulancak ve ark., 2006).

Dünya üzerinde 50’ye yakın ülkede pomza üretimi yapılmakta olup, bunlardan İtalya ilk sırada yer

almaktadır. Diğer ülkeler arasında Yunanistan, Şili, İspanya, Türkiye ve ABD yer almaktadır (Anac ve

Tamzok, 2008). Yüksek poroziteye sahip yapısından dolayı, filtre ortamı olarak kullanılan doğal malzemelerden biri de pomzadır (Farizoglu ve ark., 2003; Ghebremichael, 2004; Kuslu ve Sahin, 2013).

Bu çalışmada laboratuvar koşullarında pomza ortamı kullanılarak AKM konsantrasyonu 250 ppm olan

ham su filtre edilmiş ve filtrenin etkinliği araştırılmıştır.


Araştırmanın ana materyalini Dünya ve Türkiye’nin birçok bölgesinde kolay ve ucuz olarak

sağlanabilen pomza oluşturmaktadır. Erzurum Pasinler yöresinden alınan pomza 0.5, 2.0 ve 4.0 mm eleklerden elenerek iki tabakalı filtre ortamı hazırlanmış ve pomza kullanılmadan önce yıkama işlemine tabi

tutulmuştur (Capra ve Scicolone, 2004).

Filtre kolonunun uzunluğu 850 mm ve çapı 200 mm’dir. Filtrelerin merkez (ikinci) katmanını, toplam

filtre kolonu uzunluğunun %50'sini kapsamakta 0.5-2 mm çapındaki malzemeden oluşmaktadır. Filtrenin giriş (birinci) ve çıkış (üçüncü) katmanları 2-4 mm tane büyüklüğündeki malzemeden ve filtre kolonu

toplam uzunluğunun %25'i kadardır. Filtreleme işleminde 250 ppm konsantrasyonda bulanık su elde etmek

için için, toprak 75 µm açıklıkta elenmiş ve AKM olarak kullanılmıştır (James, 1988).. Filtrasyon işleminde çalışma basıncı su giriş hacmine bağlı olarak 100 kPa olarak seçilmiş ve sistem

girişindeki manometre yardımı ile kontrol edilmiştir. Askı maddeleri filtre ortamında biriktiğinden, çalışma

basıncının artacağı açıktır. Basıncı azaltmak için, filtreye giren su hacmi vanalar yardımı ile azaltılmıştır.

Böylece, sistemin işletme basıncı süreç boyunca sabit tutulmuştur (Kuslu ve Sahin, 2013).

Filtrasyon işlemi toplam 30 saat ve üç tekrarlama şeklinde yürütülmüştür. Her bir saat filtrasyon işlemi

sonunda çıkış hızı belirlenmiş, her gün sonunda sediment ölçümü yapılmıştır. Bu amaçla gravimetrik analiz

yöntemi kullanılmıştır. Filtre 30 saat çalıştırıldıktan sonra her bir filtre tabakasından bir litre hacminde

pomza malzemesi alınarak basınçlı su ile yıkanmıştır. Yıkamadan elde edilen su gravimetrik analize tabi tutularak filtre tabakalarındaki sediment birikimleri belirlenmiştir.

3. ARAŞTIRMA BULGULARI VE TARTIŞMA

Filtrasyon işlemi sırasında yığışımlı akım hacmi Şekil 1'de gösterilmiştir. Filtrasyon süresi sonunda ortalama toplam çıkış hacmi 14.04 m

3 olmuştur. Grafikten de anlaşılacağı üzere akım hacmi zamanla

artmaktadır. Bu, pomza ortamının porozitesi ve makro gözenek oranının yüksek olduğunun bir sonucudur

(Farizoğlu ve ark., 2003; Kuslu ve Sahin, 2013). Pomza filtrede akım hızının zamanla değişimi, Şekil 2'de görülmektedir. Filtrede akım hızı zamanla

azalmış, bu azalma logaritmik özellik göstermiştir. Pomza ortam filtrelerinin akım hızının, pomzanın

gözeneklilik oranının yüksek ve pürüzlü doğası nedeniyle yüksek olduğu söylenebilir. Akış hızı, gözenek

boyutu küçüldükçe azalır. Bu nedenle filtre ortamının direnci, filtre malzemesinin gözenek büyüklüğü azaldıkça artar (Farizoglu ve ark., 2003; Ghebremichael, 2004; Kuslu ve Sahin, 2013).


209

Şekil 1. Pomza filtre ortamında zamanla akım hacminin değişimi

Şekil 2. Pomza filtrenin zamana bağlı akım hızı değişimi

Şekil 3, pomza ortam için çıkış suyundaki AKM yoğunluğunu göstermektedir. Çıkış suyunda AKM yoğunluğu, filtrasyon deneme süresindeki artışla azalmıştır. Gill ve ark. (2009) ve Kuslu ve Sahin (2013),

filtreleme yeteneğini azaltan faktörün daha yüksek akış hızları olduğunu bildirmiştir. Basınçlı akış koşulları,

boşaltılan AKM yoğunluğunu arttırabilir çünkü pomza çok sayıda makro ve mikro gözeneğe sahip bir malzemedir. Pomza ortamı basınca maruz kaldığında, yüzey boşluklarında tutulan parçacıkların çıkışı daha

fazla olmuştur.

Şekil 3. Pomza filtrede çıkış suyunun zamana bağlı AKM yoğunluğu


210

Her katmanda biriken AKM yüzdesi, Şekil 4'te verilmiştir. Şekle göre, en yüksek AKM birikimi

merkezi (ikinci) katmanda bulunmuştur. Bunu birinci ve üçüncü katmanlar izlemiştir. Bunun nedeni,

merkezi katmanın daha ince tanecik boyutuna ve daha yüksek gözenekliliğe sahip olmasıdır (Singhal vd.,

2008; Kuslu ve Sahin, 2013). Nitekim araştırmalar, yüksek porozitenin AKM tutma üzerinde olumlu bir etkisi olduğunu göstermektedir.

Şekil 4. Pomza filtre katmanlarında AKM birikim oranları

4. SONUÇ

Yapılan araştırmada pomza ortam filtrelerinde askıda katı madde giderimi irdelenmiştir. Pomza

ortamının sulama sularında bulunan AKM giderimi amacıyla etkili bir şekilde kullanılabileceği belirlenmiştir. Bu yönüyle pomza, kum-çakıl ortam filtrelerine alternatif olabileceği gibi yüksek porozite ve

makro-mikro gözenek yoğunluğu ile daha iyi performans gösterebilecektir.

Filtrasyon amacıyla kullanılacak pomzanın daha küçük boyutlarının kullanılması filtrasyon kapasitesini artırıcı özellik katmaktadır. Özellikle düşük basınç gerektiren sulama sistemlerinin ekonomik ömrünü

artırmada pomza filtreler önerilebilir.

TEŞEKKÜR

Bu araştırma, Atatürk Üniversitesi tarafından desteklenen ve PRJ2016/271 kod numaralı projeden

üretilmiştir.

KAYNAKLAR

Anaç S & N Tamzok. 2008. Structural transformation in the Turkish mining industry, Proceedings Book of 21st

World Mining Congress, Krakow-Poland, 7-11 Sept, Sobczyk and Kicki (eds), pp. 367–376.

ASAE. 2005. Media Filters for Irrigation-Testing and Performance Reporting. ASAE Standards. St. Joseph, MI.

Bulancak S, V Demir, H Yürdem & E Uz. 2006. Determination of the efficiencies of different types of filters and

filter combinations used in drip irrigation systems in open channel. Ege University, J.Faculty of

Agriculture, 43(1): 85–96.

Capra A & B Scicolone. 2004. “Emitter and filter tests for wastewater reuse by drip irrigation”. Agricultural

Water Management, 68(2): 135–-149.

Capra A & B Scicolone. 2007. Recycling of poor quality urban wastewater by drip irrigation systems. J. Cleaner

Production, 15: 1529–1534.

Demir V & E Uz. 1994. Filters using in the drip ırrigation systems. Ege University, J.Faculty of Agriculture,

31(2-3): 177-184.

Dockkoa S, HK Kima, Y Guanb & IHH Dockko. 2009. Characteristics of water quality and extracellular

polymeric substances in trickling filter system using plastic fiber media. Desal. Wat. Treat., 2: 129–130.


211

FAO. 1992. “Wastewater Treatment and Use in Agriculture” Rome, Italy, (Ed. M.B. Pescod). Irrigation and

Drainage Paper 47.

Farizoglu, B, A Nuhoglu, E Yildiz & B Keskinler. 2003. The performance of pumice as a filter bed material

under rapid filtration conditions. Filtration & Separation, 40(3): 41–47.

Ghebremichael KA. 2004. Moringa Seed and Pumice as Alternative Natural Materials for Drinking Water

Treatment. PhD dissertation, Royal Institute Technology (KTH), Stockholm, Sweden.

Gill L, C Doran, D Misstear & B Sheahan. 2009. The use of recycled glass as a filter media for on-site

wastewater treatment. Desal. Wat. Treat., 4: 198–205.

James LG. 1988. Principles of Farm Irrigation System Design, New York, John Wiley and Sons Inc., 543 p

Kuslu Y & U Sahin. 2013. A comparison study on the removal of suspended solids form irrigation water with

pumice and sand–gravel media filters in the laboratory scale. Desal. Wat. Treat., 51: 2047–2054.

Nakayama FS & DA Bucks. 1991. Water quality in drip/trickle irrigation: A review. Irrigation Science, 12: 187–

192.

Nakayama FS, BJ Boman & DJ Pitts. 2007. Maintenance. In: F. R. Lamm, J. E. Ayars, and F. S. Nakayama,

Microirrigation for Crop Production. Design, Operation, and Management, Elsevier, Amsterdam, pp. 389–

430.

Remize PJ, JF Laroche, J Leparc & JC Schrotter Remize. 2009. A pilot-scale comparison of granular media

filtration and low-pressure membrane filtration for seawater pretreatment. Desal. Wat. Treat., 5: 6–11.

Singhal N, T Elefsiniotis, N Weeraratne & A Johnson. 2008. Sediment retention by alternative filtration media

configurations in storm water treatment. Water Air Soil Pollut, 187:173–180.

http://www.sciencedirect.com/science/journal/00151882

http://www.sciencedirect.com/science?_ob=PublicationURL&_tockey=%23TOC%236098%232003%23999599996%23441930%23FLP%23&_cdi=6098&_pubType=J&view=c&_auth=y&_acct=C000031788&_version=1&_urlVersion=0&_userid=610102&md5=83761e3b2449d05bbbc1a629971bb4be


212

Investigation the Use of Different Material on the Barns Construction

Hasan Er1,*

, Yasemin Kuşlu2

1Department of Biosystem Engineering,

Faculty of Agriculture, Bingol University, 12000, Bingol, Turkey

2Department of Agricultural Structures and Irrigation, Faculty of Agriculture, Ataturk University, 25240,

Erzurum, Turkey


ABSTRACT

To increase the production per animal it is needed to animals with high genotypic values, higher quality

feed, animals with resistant to diseases and pests, and barns with suitable environmental conditions need. The health status and yields of animals have a close relationship with the environmental conditions of the

barns. In Turkey, it is very important to build barns with modern and economic methods to increase animal

production and income levels of livestock enterprises. This may be possible with prefabrication technology which includes positive aspects such as speed, quality, and economy in production. In this study, the use of

prefabricated building systems with the galvanized sheet, which is a different construction material, has been

evaluated as an alternative to the barns built by the traditional production method. In addition, the importance and positive aspects of the galvanized sheet barns, which are designed by using different

insulation materials, are compared with the barns built with traditional methods. As a result, it has been

determined that prefabricated barns are more cost-effective than traditional barns. It has been concluded that

it may be preferred for users due to its advantages such as ease of production, transportation, installation and, being open to development.

Keywords: Prefabrication, orefabricated barn, cattle barns, galvanized sheet


Ahır Yapımında Farklı Malzemenin Kullanımının Araştırılması

ÖZET

Hayvan başına üretimin artırılması için; yüksek verimli genotipik değerlere sahip hayvan sayılarının

artırılması, hayvanları daha kaliteli yemlerle besleme, hastalık ve zararlılarla mücadele edilmesi ve hayvanlara uygun çevre koşullarına sahip ahırlara ihtiyaç vardır. Hayvanların sağlık durumlarının ve

verimlerinin, barınak içi çevre koşulları ile sıkı bir ilişkisi vardır. Türkiye'de hayvansal üretimin hayvansal

üretimi ve gelir seviyesini artırmak için modern ve ekonomik yöntemlerle ahır inşa etmek çok önemlidir. Bu durum üretimde hız, kalite ve ekonomiklik gibi olumlu yönleri içerisinde bulunduran prefabrikasyon

teknolojisi ile mümkün olabilmektedir. Çalışmada, farklı bir yapı malzemesi olan galvanizli sac ile prefabrik

bina sistemlerinin kullanılması, geleneksel üretim yöntemiyle yapılan ahırlara alternatif olarak değerlendirilmiştir. Ayrıca, farklı yalıtım malzemeleri kullanılarak tasarlanan galvanizli saclı ahırların

önemi ve olumlu yönleri, geleneksel yöntemlerle yapılan ahırlarla karşılaştırılmıştır. Sonuç olarak, prefabrik

ahırların geleneksel ahırlardan daha uygun maliyetli olduğu tespit edilmiştir. Üretim kolaylığı, nakliye,

montaj ve geliştirmeye açık olma avantajları nedeniyle kullanıcılar için tercih edilebileceği sonucuna varılmıştır.

Anahtar Kelimeler: Prefabrik, prefabrik ahır, besi sığırı ahırları, galvanizli sac



213

1. GİRİŞ

Dünyada teknolojinin ve sanayinin gelişmesine rağmen hayvancılık ülkeler için önemini korumaktadır.

Temel gıda olan et ihtiyacını karşılamak amacıyla uygun çevre koşullarına sahip barınakların inşası, hayvancılık işletmelerinde büyük paya sahip bir alt yapı gideri olarak düşünülmektedir.

Barınak içinde kontrol altına alınması gereken çevre koşulları ise hayvanların büyümesini, gelişmesini

ve verimini etkileyen tüm dış etmenleri kapsamaktadır. Bu dış etmenler sıcaklık, bağıl nem, hava hareketi,

ışık, radyasyon, havanın kimyasal bileşimi, havalandırma ve yalıtım durumu gibi etmenlerdir (Ekmekyapar, 2001; Kızıldağ, 2012).

Türkiye’de kişi başına günlük hayvansal protein tüketimi 22 g, gelişmiş ülkelerde 56 g, gelişmekte olan

ülkelerde ise 20.5 g kadardır. Bu değerlere bakıldığında ülkemiz hayvansal ürün tüketimi bakımından gelişmiş ülke ortalamasının altında olduğu görülmektedir.

Türkiye’nin hayvansal üretiminin nerdeyse yarısı sığırlardan sağlanmaktadır. Hayvansal üretime

tavuğun katkısı %25, balığın katkısı %17, koyun ve keçinin katkısı da sırasıyla %5 ve %2 civarındadır. Geriye kalan %1’i ise manda ve hindiden üretilen hayvansal protein oluşturmaktadır. Ülkemizin bu şekildeki

üretim deseni için sığır hayvancılığı açıkça önemini göstermektedir.

Ülkemiz büyükbaş hayvancılığı açısından; sığırdan elde edilen et ve süt üretimi ekonomiye etkinlik

kazandırmaktadır. Türkiye’de hayvancılığın yoğun şekilde yapıldığı bölgelerin başında Doğu Anadolu Bölgesi gelmektedir (Akman, 2003). Ülkemizde büyükbaş hayvan varlığının %22.6’sı Doğu Anadolu

bölgesine aittir. Doğu Anadolu Bölgesinde ise Erzurum İli ekonomisi için hayvancılık önem taşımaktadır.

Ülkemizin büyükbaş hayvan sayısının % 4.6’sı Erzurum’da yer almaktadır. İlde hayvancılık gelenekselleşmiş tarım anlayışları uygulunarak yapıldığından ve uygun olmayan çevre koşullarına sahip

ahırlarda gerçekleştiğinden dolayı hayvan başına düşen verim oldukça düşük olmaktadır. Bu olumsuzlukları

gidermek amacıyla hayvan barınaklarının yapı malzemesi ve inşaat yöntemi galvanizli sac malzeme ile üretilen prefabrik ahırlar olarak tasarlanarak, hayvancılık sektörüne olumlu katkı yapacağı düşünülmüştür.

Prefabrikasyon, kontrollü bir şekilde fabrikalarda üretilen yapı elemanlarının, şantiye ortamında

birbirine monte edilmesi işlemi olarak tanımlanıp, bu sistemle üretilen yapılara ise prefabrik yapılar

denilmektedir (Türker, 1998; Gürer, 2008). Prefabrikasyon teknolojisi, üretimde hız, kalite ve ekonomiklik gibi olumlu yönleri içerinde barındıran bir yapım teknolojisi olup, günümüzde her türlü alt yapı, üst yapı gibi

ihtiyaçlara kolaylıkla cevap verebilmektedir (Gedik, 2014). Prefabrik sistemin yapı elemanlarında

kullanılacak olan galvanizli sac, rulo şeklinde bulunan, sacın krom ve çinko ile kaplanmasıyla elde edilerek, sıcak daldırma yöntemi ile uluslararası standartlara uygun üretilen malzemedir (Anonim, 2012).

Hayvan yetiştiriciliğinde, sığırların refah seviyelerinin iyileştirilmesi ve çevresel stresten etkilenmemesi

için ahır yapı elemanlarının boyutlarının ve ahır içi çevre koşullarının uygun seviyeye getirilmesi

gerekmektedir (Okuroğlu ve Yağanoğlu, 1989; Şahin, 2009). Bu çalışma, Erzurum ilinde maliyet ve işgücü yönünden yeni bir yaklaşım ele alınarak hayvan

barınaklarının yapı malzemesi ve inşaat yöntemine katkı yapmak amacıyla bu araştırmanın yapılmasına

karar verilmiştir. Çalışmada soğuk iklim koşulları göz önüne alınarak 10, 20 ve 30 başlık galvanizli sac malzemeli prefabrik bağlı duraklı besi sığırı barınak planları geliştirilmiştir. Böylelikle kırsal alanda varlık

gösteren tarım işletmelerinde gelir düzeyi artırılarak kırsal alandan kentsel alana kontrolsüz göçü önlemeye

yönelik bir katkı sağlanmak istenmiştir.

2. MATERYAL ve METOT Araştırma alanı olarak seçilen Erzurum İli coğrafik konum açısından 40°-15'' ve 42°-35'' doğu

boylamları ve 40°-57'' ve 39°-10'' kuzey enlemleri arasında yer almaktadır. Erzurum ilinin yüz ölçümü 2 533

090 ha olup, tarım arazisi niteliğindeki toprak varlığı 460252 hektardır (Kuşlu, 2004; TÜİK, 2017). Araştırma sahasında karasal iklim hüküm sürmekte olduğundan yazları kurak ve sıcak, kışlar ise soğuk ve

kar yağışlı geçmektedir. Gece ve gündüz arasındaki sıcaklık farkı fazladır. Yıllık ortalama yağış miktarı

432.8 mm olup, en fazla yağış 73.1 mm ile Mayıs ayında, en az yağış ise 17.5 mm ile Ağustos ayında

düşmektedir (Anonim, 2016). Erzurum ekonomisi için hayvancılığın önemi çok fazladır. Nüfusun büyük bir kısmı hayvancıkla

uğraşmaktadır. Erzurum İlinin tarımsal ekonomisinin %64’ü hayvancılık, %36’sı bitkisel üretimden

oluşmaktadır. Erzurum, Türkiye İller sıralamasında büyükbaş hayvan varlığında ikinci, büyükbaştan elde edilen süt miktarı bakımından ise üçüncü sırayı almıştır. TÜİK (2017) verilerine göre, Ülkemizin büyükbaş

hayvan sayısı 15 943 586 baş olmuştur. Erzurum ili için ise büyükbaş hayvan sayısı 731 828 baştır.


214

Erzurum ve yöresinde prefabrik bir besi sığırı ahırını uygulamak amacıyla 10, 20, 30 başlık aile tipi bağlı duraklı ahırların projelendirilmesinde ve yapı elemanlarının boyutlandırılmasında ısı ve nem dengesi

gözetilerek yapılan hesaplamalarda havalandırma sistemlerinin projelendirilmesinde, yapı elemanlarının

konstrüksiyonlarının belirlenmesinde; Mutaf ve Sönmez (1984), Balaban ve Şen (1988), Öngel ve Özkütük

(2000), Ekmekyapar (2001), Uğurlu ve Uzal (2002), Akman (2003), Polat ve Damcı (2007), Usta (2011), Şahanoğlu ve Koçak (2014) tarafından verilen esaslar dikkate alınmıştır.

Galvanizli sac yapı malzemeli prefabrik yapılar ile ilgili TS 822 (2015) ve TS498 (1997) kullanılarak

10, 20 ve 30 başlık aile tipi işletmelere uygun prefabrik bağlı duraklı ahırlar planlanmıştır. Ahırların 2018 maliyet hesapları yapılmış ve aynı yıl verileri kullanılarak hesaplanan 10 baş klasik tip bağlı duraklı ahır

maliyet hesabı ile kıyaslanmıştır. Bu ahırların maliyet hesaplamaları Çevre ve Şehircilik Bakanlığının inşaat

birim poz listesinden ve piyasada bulunan şirketlerden alınan fiyatlarla gerçekleştirilmiştir.

Çalışmada kullanılan formüller; Bir hayvanın ortama yaydığı su buharı miktarı eşitlik 1 ile hesaplanmıştır:

(1)

Burada;

A: Sığır kilosuna bağlı olarak barınağın alanı (m2),

k1: 10°C sıcaklıkta 1 m2 vücut yüzey alanından yayılan su buharı miktarı (100 g/m

2h),

n: Barınakta bulunan sığır sayısıdır.

Gerekli havalandırma miktarının belirlenmesinde eşitlik 2 kullanılmıştır.

(2)

Burada;

Q: Havalandırma kapasitesi (m3/h),

A: Hava çıkış açıklıkların toplamı (m2),

V: Hava akım hızı (m/s) olup, eşitlik 3 ile belirlenmiştir.

√ ( )

(3)

Burada;

H: Baca etkili yüksekliği (m), ti: Barınak iç sıcaklığı (°C),

td: Barınak dış sıcaklığı (°C)’dır.

Havalandırma bacası sayısı eşitlik 4 ile hesaplanmıştır.

(4)

Burada; A: Hava çıkış açıklıklarının toplam alanı (m

2),

a: Baca alanı (m2)’dır.

“Tarım ve Kırsal Kalkınmayı Destekleme Kurumunun Yatırım Kapsamında Uyulması Gereken

Minimum Koşullar Yönetmeliğine” göre, pencere hesabı ahır taban alanının %5’i kadar alınır. Eşitliklerle

hesaplanan değerlerin bu kuralı karşılayıp karşılamadığı da kontrol edilmiştir.

Pencere sayısının belirlenmesinde eşitlik 5 kullanılmıştır.

(5)

Burada;

A: Pencere açıklıklarının toplam alanı (m2),

a= Pencere alanı (m2)’dır.


215

3. BULGULAR ve TARTIŞMA

Erzurum ili koşullarına uygun galvanizli sac ile üretilen 10, 20 ve 30 baş sprey poliüretan köpük ve

dolgu malzemeli sandviç panel yalıtımlı prefabrik bağlı duraklı besi sığırı ahırlarının maliyet hesapları

hazırlanmıştır. Galvanizli sac ile üretilen 10, 20 ve 30 baş prefabrik bağlı duraklı besi sığırı ahırların boyutsal

hesaplamaları Çizelge 1’de verilmiştir.

Çizelge 1. Prefabrik bağlı duraklı besi sığırı ahırların boyutsal hesaplamaları

Kabuller ve hesaplamalar 10 baş 20 baş 30 baş

Ahır yüksekliği (m) 4 4 4

Ahır genişliği (m) 7 7 10 Ahır uzunluğu (m) 18 30 24

Havalandırma miktarı (kg/h) 949.45 1898.86 2848.2

Toplam pencere sayısı (adet) 5 8 8

Toplam pencere alanı (m2) 6.3 10.5 12

Havalandırma baca sayısı (adet) 2 3 5

Özel bölme alanı (m2) 4.7 4.7 7.7

Yem deposu alanı (m2) 4.7 4.7 7.7

Galvanizli sac ile üretilen prefabrik ahırın sprey poliüretan köpük ve dolgu malzemeli sandviç

panel yalıtımlı maliyet hesaplamaları Çizelge 2 ve Çizelge 3’de verilmiştir.

Çizelge 2. Sprey poliüretan köpük yalıtımlı oluklu galvanizli sac malzemesi ile yapılan prefabrik ahır metrajı

Sıra No Yapılan İşin Cinsi Birim Miktar Birim Fiyat TUTAR

10 Baş 20 Baş 30 Baş

10 Baş 20 Baş 30 Baş

1 Toprak Harfiyat m3 72 115.2 124.8 3.58 257.76 412.41 446.784

2 Taş Blokaj m3 36 57.6 62.4 35.06 1262.16 2019.45 2187.744

3 Grabeton m3 18 28.8 31.2 130 2340 3744 4056

4 Taban Betonu m3 54 86.4 93.6 145 7830 12528 13572

5 Çelik hasır kg/adet 16.75 26.79 29 50 837.5 1339.5 1450

6 Galvanizli sac yan yüzey adet 6 10 8 5520 33120 55200 77600

7 Ön ve arka cephe yüzey m2 43.96 43.96 62.8 72 3165.12 3165.12 4521.6

8 Pencere adet 5 8 8 60 300 480 480

9 Havalandırma bacası adet 2 3 5 320 640 960 1600

10 Sprey poliüretan köpük

ile yalıtım m2 192.55 304.31 336.84 30 5776.5 9129.3 10105.2

11 Havalandırma fanı adet 2 3 4 1416 2832 4248 5664

TOPLAM 58361.04 93225.79 121683.3

Çizelge 3. Dolgu malzemeli sandviç panel yalıtımlı oluklu galvanizli sac malzemesi ile yapılan prefabrik ahır metrajı

Sıra No Yapılan İşin Cinsi Birim Miktar

Birim Fiyat TUTAR

10 Baş 20 Baş 30 Baş 10 Baş 20 Baş 30 Baş

1 Toprak Harfiyat m3 72 115.2 124.8 3.58 257.76 412.41 446.78

2 Taş Blokaj m3 36 57.6 62.4 35.06 1262.16 2019.45 2187.74

3 Grabeton m3 18 28.8 31.2 130 2340 3744 4056

4 Taban Betonu m3 54 86.4 93.6 145 7830 12528 13572

5 Çelik hasır kg/adet 16.75 26.79 29 50 837.5 1339.5 1450

6 Galvanizli sac yan yüzey adet 6 10 8 5520 33120 55200 77600

7 Ön ve arka cephe yüzey m2 43.96 43.96 62.8 72 3165.12 3165.12 4521.6

8 Pencere adet 5 8 8 60 300 480 480

9 Havalandırma bacası adet 2 3 5 320 640 960 1600

10 Dolgu malzemeli sandviç

panel yalıtım m2 192.55 304.31 336.84 52.5 10108.88 15976.28 17684.1

11 Havalandırma fanı adet 2 3 4 1416 2832 4248 5664

TOPLAM 62693.42 100072.8 129262.2


216

Çizelge 4. Klasik tip 10 başlık bağlı duraklı ahır metrajı

Geleneksel yöntemlerle yapılan 10 başlık bağlı duraklı besi sığırı ahırı için hayvan başına maliyetin, aynı özellikte prefabrik ahır maliyeti ile karşılaştırılması sonucunda prefabrik ahırların daha ekonomik

olduğu tespit edilmiştir. Maliyet azalış yüzdesi galvanizli sac sprey poliüretan köpük yalıtımlı, galvanizli sac

sandviç panel yalıtımlı, ahır tipleri için sırasıyla % 30.1 ve % 24.9 olarak belirlenmiştir. Benzer şekilde; 20 başlık bağlı duraklı besi sığırı ahırı için hayvan başına prefabrik ahır maliyeti geleneksel yöntemle inşa

edilenlere göre daha düşük bulunmuştur. Maliyet azalış yüzdesi galvanizli sac sprey poliüretan köpük

yalıtımlı, galvanizli sac sandviç panel yalıtımlı ahır tipleri için sırasıyla %32.7 ve %27.8 olarak saptanmıştır. Yukarıda sıralanan maliyet azalış yüzdesi değerleri 30 başlık bağlı duraklı besi sığırı ahırı için sırasıyla

%18.5 ve %13.4 olarak belirlenmiştir. Bu değerlere göre birim hayvan başına bağlı duraklı prefabrik besi

sığırı ahırı için en düşük maliyetli ahır tipinin; galvanizli sac malzemeden üretilmiş sprey poliüretan köpük

yalıtım özellikteki barınak olduğu görülmektedir.

Ferrer ve ark. (2007), prefabrik yapıların temel boyutlarının küçülmesinden dolayı geleneksel olarak

üretilen yapılara göre maliyetinin düştüğünü öne sürmüştür. Taştekin (2006), maliyet yönünden geleneksel yollarla üretilen yapılarla, prefabrik yapıların karşılaştırıldığı çalışmasında, prefabrik elemanların üretildiği

fabrika ile montaj yapılacağı yer arasındaki uzaklık artıkça maliyetin arttığını belirlemiştir.

Sıra No Yapılan işin cinsi Birim Miktar Birim fiyatı Tutar

1 Temel Kazısı m3 81.600 10.74 876.38

2 Kum Çakıl Serilmesi m3 30.000 17.3 519.90 3 Gro Beton Yapılması m3 13.600 130.00 1768

4 Taban betonu C 25/30 m3 54.400 145.00 7888

5 Ocak Taşı İle Blokaj m3 40.800 47.05 1919.64

6 Tuğla Duvar Yapılması m3 21.000 328 6888

7 Ahşap Çatı Üz. 0.50 Mm Galvanizli

Düz Saç İle Çatı Öörtüsü Yapılmasıı m2 128.000 28.50 3648

8 Polistren Köpük Levhalar 35 Kg/m3 m3 192.550 30.00 5776.50

9 Düz Yüzeyli Kalıp Yapımı m2 87.750 26.80 2351.70

10 İş İskelesi m 429.000 6.50 2788.50

11 Ø8-Ø12 İnce Nerv. Demir ton 0.395 2552 1008.04

12 Ø14-Ø28 Kalın Nerv. Demir ton 1.330 2503 3328.99

13 Çam Keresteden Ahşap Makaslı Çatı Yapma (Rendesiz)

m3 8.160 1637.80 13364.45

14 Demir Borudan İmalat Yapıl. Kg 810.000 7.88 6382.80

15 Kireç Badana Yapılması m2 204.000 2.10 428.40

16 Dış Yüzeylere Sıva Yapılması m2 98.800 22.43 2216.08

17 İç Yüzeylere Sıva Yapılması m2 125.500 17.71 2222.61

18 400 Dozlu Şap m2 148.600 17 2526.20

19 Normal Düz Cam 3 Mm m2 10.880 8.50 92.48

20 Ahşap Saçak Altı Kaplaması

Yapılması m2 177.390 64 11352.96

21 Dikişli Galvanizli Çelik Boru 2" MT 170.000 25.25 4292.50

22 Galvanizli Çivi (TS 155) kg 80.000 4.50 360 23 1.Sın.Çıralı Çamdan Kasa,Perv.Tek

Satıhlı Pencere m2 10.800 110.80 1196.64

24 Prefabrik Yapay Tahta Tam Dolu

Kapı Kanadı (Ts 1905) m2 3.590 90 323.10

Toplam 83519.87


217

4. SONUÇLAR

Erzurum ili hayvancılık bakımından Türkiye’nin önde gelen illeri arasındadır. Ancak verim oranlarına

bakıldığında Erzurum’da hayvansal üretim miktarının yeterli olmadığı görülmektedir. Hayvansal üretimdeki

verimin düşüklüğünün başlıca sebepleri ise, bakım ve besleme sorunları, yem bitkilerinin yetersizliği ve

çevre koşullarına uygun olmayan hayvan barınaklarının varlığı olarak sıralanabilir. Tarımsal üretimin artırılabilmesi için ekonomik, modern, kolaylıkla inşa edilebilen, estetik özelliklere

sahip, içinde çalışanların iş yükünü azaltan ve hayvanlar için konforlu ortamlar oluşturan ahırların

kazandırılmasına ihtiyaç olduğu tespit edilmiştir. Prefabrik ahırlar kısa sürede inşası, dayanımı, iklim koşullarından etkilenmediği ve seri bir şekilde üretildiği için yukarıda belirtilen özelliklerin birçoğunu

karşılamaktadır.

Bu çalışmada 10, 20 ve 30 baş galvanizli sac malzeme ile üretilen poliüretan köpük ve sandviç panel yalıtımlı prefabrik ve klasik tip ahırların maliyet hesapları yapılarak kıyaslama gerçekleştirilmiştir. Maliyet

hesapları sonucunda; 10, 20 ve 30 baş olarak tasarlanıp maliyeti oluşturulan prefabrik ahırlarda sığır sayısı

artıkça sığır başına düşen maliyetin de azaldığı görülmektedir. Yalıtımlar ile ilgili hesaplamalar göz önüne

alındığında sprey poliüretan köpük ile yalıtım sağlanmış prefabrik ahırların, sandviç panel yalıtımlı prefabrik ahırlara göre daha ekonomik olduğu ortaya çıkarılmıştır. Galvanizli sac ile üretilen prefabrik ahırların,

geleneksel ahır tiplerinden daha ekonomik olduğu söylenebilmektedir.

TEŞEKKÜR

Bu araştırma, Atatürk Üniversitesi tarafından desteklenen ve FYL-2018-6565 kod numaralı projeden

desteklenmiştir.

KAYNAKLAR

Akman N. 2003. Pratik Sığır Yetiştiriciliği. Türk Ziraat Mühendisleri Birliği Vakfı Yayını, S: 35-48. II. Baskı,

Ankara.

Anonim. 2012. Galvaniz Sac Hakkında. http://demirsac.com.tr/index.php/galveniz-sac-hakkinda (erişim

tarihi:25/07/2017 20:06).

Anonim. 2016. İllere Ait Mevsim Normalleri. https://www.mgm.gov.tr/ veridegerlendirme/il-ve-ilceler-

istatistik.aspx?m=ERZURUM (erişim tarihi: 08/08/2017 12:02).

Balaban A & E Şen. 1988. Tarımsal Yapılar. Ankara Üniversitesi, Ziraat Fakültesi Yayınları.

Ekmekyapar T. 2001. Hayvan Barınaklarında Çevre Koşullarının Düzenlenmesi. Atatürk Üniversitesi, Ziraat

Fakültesi Yayınları, Erzurum.

Gedik MG. 2014. Prefabrike Yapılarda Birleşim Bölgelerinin Düzenlenmesi ve Tasarımı. İstanbul Teknik

Üniversitesi Fen Bilimleri Enstitüsü İnşaat Mühendisliği Anabilim Dalı Yüksek Lisans Tezi, İstanbul.

Gürer C. 2008. Prefabrik Yapılar Ders notları. Kocatepe Üniversitesi Teknik Eğitim Fakültesi Yapı Eğitimi

Bölümü, Afyonkarahisar.

Kızıldağ Arslan A. 2012. Van İli Muradiye İlçesi Süt Sığırcılığı İşletmelerinin Yapısal Sorunları ve Çözüm

Önerileri. Atatürk Üniversitesi Fen Bilimleri Enstitüsü Tarımsal Yapılar ve Sulama Anabilim Dalı Yüksek

Lisans Tezi, Erzurum.

Kuşlu Y. 2004. Kuzgun Barajı Sulama Alanında Arazi Toplulaştırma Potansiyelinin Belirlenmesi. Atatürk

Üniversitesi Fen Bilimleri Enstitüsü Tarımsal Yapılar ve Sulama Anabilim Dalı Doktora Tezi, Erzurum.

Mutaf S & R Sönmez. 1984. Hayvan Barınaklarında İklimsel ve Çevre Denetimi. Ege Üniversitesi Ziraat

Fakültesi Yayınları, Yayın No: 438,258s. İzmir.

Okuroğlu M & AV Yağanoğlu. 1989. Doğu Anadolu Bölgesinde Hayvan Barınaklarının Planlanmasında Proje

Dış Sıcaklığının Belirlenmesi Üzerine Bir Araştırma. Tarım Orman ve Köyişleri Bakanlığı Tavukçuluk

Araştırma Enstitüsü Müdürlüğü, Sayı: 64, Ankara.

http://demirsac.com.tr/index.php/galveniz-sac-hakkinda


218

Öngel E & K Özkütük. 2000. Siyah Alaca İneklere Sıcak Yaz Aylarında Duş Olanağı Sağlanmasının Süt

Verimine Etkisi ve Duşa Girme Alışkanlığına İlişkin Davranışın Saptanması. Çukurova Üniv. Ziraat Fak. Dergisi, 15(3): 119-126. Adana.

Polat G & A Damcı. 2007. Türk İnşaat Sektöründe Prefabrik Betonarme Yapı Elemanlarının Kullanımını

Etkileyen Faktörler. http://www.imo.org.tr/resimler/ ekutuphane/pdf/1556.pdf (erişim tarihi: 18/05/2017

17:28).

Şahin S. 2009. Kayseri İl Merkezi Süt Sığırı Barınaklarının Yapısal Özellikler. Selçuk Üniversitesi Ziraat

Fakültesi Tarımsal Yapılar ve Sulama Bölümü Yüksek Lisans Tezi, Konya.

Türker K. 1998. Prefabrike Betonarme Yapılarda Moment Aktaran Birleşimlerin İncelenmesi. Balıkesir

Üniversitesi Fen Bilimleri Enstitüsü İnşaat Mühendisliği Anabilim Dalı Yüksek Lisans Tezi, Balıkkesir.

TÜİK. 2017. Türkiye İstaitistiki Kurumu İstatistikleri.

Uğurlu N & S. Uzal. 2002. Konya İlinde Süt Sığırları İçin Serbest Duraklı Barınak Tasarımında Alternatif

Yaklaşım. S.Ü. Ziraat Fakültesi Dergisi, 16(30): 49-55.

Usta S. 2011. Serbest Duraklı Süt Sığırcılığı İşletmelerinde Mimari Yerleşim Planı Oluşturma İlkeleri ve

Üreticiler İçin Öneri Mahiyetinde Tip Yerleşim Planlarının Geliştirilmesi. Süleyman Demirel Üniversitesi Teknik Bilimler Dergisi, 1(2):29-42.

Şahanoğlu E & S Koçak. 2014. Afyonkarahisar İli Süt Sığırcılığı İşletmelerinde Hayvan Refahının Barınak ve

Yetiştirme Şartları Yönünden Değerlendirilmesi. Lalahan Hay. Araşt. Enst. Dergisi, 54:(2), 47-55.

TS 822. 2015. Sıcak daldırma metodu ile galvanizlenmiş düz ve oluklu saclar. Türk Standartları Enstitüsü,

Ankara.

TS498. 1997. Yapı Elemanların Boyutlandırılmasında Alınacak Yük Değerleri. Türk Standartları Enstitüsü,

Ankara.

Ferrer CMF, JJ Ferran, JB Torregrosa, CMG Ferrer, FJ Sanchez, M Redon & JJ Valles. 2007. Light Structure

Examples for Industrial Architecture. Journal of the International Associationfor Shell and Spatial

Structures (J. IASS),Valencia. 48(2):119-129.

Taştekin MS. 2006. Sanayi Yapılarında Prefabrik Betonarme ve Çelik Konstrüksiyon Uygulamalarının Ekonomik

Yönden Karşılaştırılması. Selçuk Üniversitesi Fen Bilimleri Enstitüsü İnşaat Mühendisliği Anabilim Dalı

Yüksek Lisans Tezi, Konya.


219

The Impacts of Land Consolidation Studies on Erzurum Agricultural

Enterprises

Yasemin Kuşlu

Atatürk University Agricultural Faculty Agricultural Structures and Irrigation Department 25240, Erzurum-Turkey


ABSTRACT

Although land consolidation (LC) efforts in Turkey to be implemented starting in the early 1960s, it has

been taken place at the end of the year 2012 for the first time in Erzurum. This research is concerned with

the approach of agricultural enterprises to land consolidation studies. For this purpose, Beypınarı and Mülk rural settlements were selected, which have been completed the land consolidation projects. In research, 17

and 8 agricultural enterprises from the Beypınarı and Mülk settlements respectively were obtained with the

stratified sampling method and the face to face survey was conducted. The results were evaluated according to technical, socio-cultural, and economic perspective groups According to the results, the rate of farmers

who think that the consolidation works "certainly beneficial" is determined as 27% and 36% for Beypınarı

and Mülk, respectively. These rates were 39% and 45% respectively, for farmers who think “partially beneficial". The percentage of producers who accept LC projects to be “useless" was 9% and 6% for

Beypınarı and Mülk, respectively, and 25% and 13% for non-commentators. The overview of the LC works

carried out in the research area is not positive. Among the reasons, technical problems related to parceling

and distribution took first place, and it is followed by socio-cultural problems. It is concluded that the preliminary study and sociological research are a priority to land consolidation studies.

Keywords: Land consolidation, technical aspect, sosyo-cultural aspect, rural infrastructure, Erzurum,


Erzurum’da Arazi Toplulaştırma Çalışmalarının Tarım İşletmeleri Üzerindeki Etkileri

ÖZET

Türkiye’de arazi toplulaştırma (AT) çalışmaları 1960’lı yılların başlarında uygulanmaya başlasa da,

Erzurum’da ilk kez 2012 yılı sonunda gerçekleşmiştir. Bu araştırma, arazi toplulaştırma çalışmalarına tarım

işletmelerinin yaklaşımı konu edinmiştir. Araştırmada toplulaştırması tamamlanan Beypınarı ve Mülk kırsal

yerleşimleri seçilmiştir. Beypınarı’ndan 17, Mülk’ten 8 adet işletme gayeli örnekleme metodu ile seçilerek yüz yüze anket çalışması yapılmıştır. Sonuçlar, teknik, sosyo-kültürel ve ekonomik bakış açılarına göre

gruplandırılarak değerlendirilmiştir. Elde edilen sonuçlara göre; Toplulaştırma çalışmalarının “kesinlikle

yararlı” olduğunu düşünen üretici oranı Beypınarı ve Mülk için sırasıyla %27 ve %36 olarak belirlenmiştir. Bu oranlar “kısmen yararlı” olduğunu düşünen üreticiler için sırasıyla %39 ve %45 olmuştur. AT

projelerinin “yararsız” olduğunu kabul eden üreticilerin oranı Beypınarı ve Mülk için sırasıyla %9 ve %6

olurken yorum yapmayanlar için bu oran %25 ve %13 olarak gerçekleşmiştir. Araştırma alanında AT çalışmalarına genel bakış “olumlu” değildir. Sebepleri arasında ilk sırayı parselasyon ve dağıtım ile ilgili

teknik sorunlar almış olup, onu sosyo-kültürel sorunlar izlemektedir. Bu da arazi toplulaştırma çalışmaları

öncesinde ön etüt ve sosyolojik araştırmaların önemli olduğu sonucunu doğurmuştur.

Anahtar Kelimeler: Arazi toplulaştırma, teknik yaklaşım, sosyo-kültürel yaklaşım, kırsal altyapı, Erzurum,



220

1. GİRİŞ

Günümüzde 3083 Sayılı “Sulama Alanlarında Arazi Düzenlenmesine Dair Tarım Reformu Kanunu” ve

5403 Sayılı “Toprak Koruma ve Arazi Kullanım Kanunu” ile bu kanuna göre çıkarılan “Tarım Arazilerinin Korunması, Kullanılması ve Arazi Toplulaştırmasına İlişkin Tüzük” arazi toplulaştırma (AT) çalışmalarında

geçerli olan yasal mevzuatlardır.

AT projelerinin Dünya’da ve Türkiye’de yürütülme şekilleri farklı olmakla birlikte, hazırlanışı,

uygulanışı ve sonuçları açısından teknik bir uygulamanın ötesinde anlamlar taşımaktadır (Akdemir ve ark., 2018; Akkaya ve ark., 2007; İlhan ve Erpul, 2015). Bütüncül bir yaklaşımla bakıldığında AT projelerinin

hedefi, amacı, çıktı ve kazanımları geniş bir yelpazeyi kapsamaktadır. Proje teknik yöntemlerle hazırlanır

ancak, bu bütünün içinde, teknik, ekonomik, sosyolojik ve psikolojik ilkelerle irdelenmesi gereken unsurlar söz konusudur. Çünkü projenin sonunda tarım arazilerinin teknik yönden donatılması, yerleşke alanına

ilişkin iyileşmelerin gözlenmesi ve kırsal mekânda yaşayan insanların (çiftçilerin veya üreticilerin) hem

sosyal hem de ekonomik yönden kazanımlarının olması gerekir (Akdeniz ve Temizel, 2018; Arıcı ve ark., 2014; Kızılaslan ve Ermus, 2000; Kirmikil ve Aydus, 2018; Kuslu ve Ertem, 2019; Platonova ve ark.,

2011;). Bu durum özellikle kırsal alandan kente kontrolsüz göçün önlenmesi açısından önem taşımaktadır.

Çoğu AT projesi büyük yatırımlar gerektirdiğinden, bu tür uygulamaların hedef kitlede tarımsal üretime

bakış açısında olumlu değişime yol açması ve yenilik getirmesi beklenir (Çay ve Çevik, 2009; Kızılaslan ve Almus, 2000; Kuslu, 2008).

Yenilik sözlük anlamı olarak, eskimiş, zararlı veya yetersiz sayılan şeyleri yeni, yararlı ve yeterli

olanlarla değiştirme olarak tanımlanmaktadır (TDK, 2019). AT gibi büyük çaplı kırsal altyapı projelerinin, getirdiği yeniliklerle çiftçilerde davranış değişikliğine yol açması gerekir. Bu değişikliğin olumlu yönde

olması projenin başarısının bir ölçütüdür (Boztoprak ve ark., 2015; Çelebi, 2010; Kuslu, 2008).

AT çalışmalarının giderek yaygınlaşması ve hedef kitle tarafından benimsenmesinde, projenin içeriği ve kapsamı, mali yönden büyüklüğü, basit ve anlaşılır olması, söz konusu kitlenin tutum, davranış ve değer

yargıları ile karşıtlık göstermemesi ile sağlanabilir.

Kırsal alanda teknik projelerin getirdiği yeniliklerin hedef kitle tarafından kabul görmesine ilişkin

araştırmalar sınırlıdır. Bu araştırmada AT’nın Erzurum’daki ilk uygulamalarından olan Beypınarı ve Mülk kırsal mahallelerinde projeye bakış ve üreticiler üzerindeki yansımaları irdelenmiştir.


2.1. Materyal

Araştırmanın materyalini Erzurum İli Erzurum Ovası’nda yer alan Beypınarı ve Mülk kırsal mahalleleri

oluşturmaktadır. Beypınarı Erzurum kent merkezine 16.1 km Mülk ise 7 km uzaklıkta yer almaktadır

(Kuslu, 2004). Erzurum Ovası’nda Kuzgun Barajı sulama alanına giren 13 köy yerleşiminde, 2004 yılında 7103 Sayılı Bakanlar Kurulu Kararı ile zorunlu toplulaştırma kararı alınmıştır. Erzurum İli Ilıca ve Merkez

ilçelerinde yer alan Beypınarı ve Mülk köyleri de bu kapsamdaki yerleşimlerden olup, 2004 yılında çıkarılan

5216 Sayılı Büyükşehir Belediyesi Yasası ile Beypınarı Erzurum İli Aziziye Merkez, Mülk ise Yakutiye

Merkez ilçelerine bağlanarak birer mahalle niteliğine bürünmüştür (Kuslu ve Yağanoğlu, 2007; Kuslu ve Ertem, 2019). Toplulaştırma projesi 2010 yılında başlatılmış ve 2012 yılı sonunda tamamlanabilmiştir.

Beypınarı ve Mülk kırsal mahallelerinde toplulaştırma oranları sırasıyla %51 ve %44 olarak gerçekleşmiştir.

2.2. Yöntem

Araştırmanın yürütüleceği en az işletme sayısı belirlenirken, araştırmaya konu olan popülasyon sonlu ve varyans sınırlı olduğundan basit şansa bağlı örnekleme yöntemi için, sonlu popülasyonlara göre

geliştirilmiş eşitlik 1 kullanılmıştır (Çiçek ve Erkan, 1996).

( ) (1)

Burada;

n: Örnek birim sayısı,

N: Popülasyon birim sayısı, σ

2: Popülasyon varyansı,

D: Olası hata değeridir.


221

Hesaplamalar sonucunda güvenlik payı dikkate alınarak Beypınarı için 17 ve Mülk için 8 adet işletme dikkate alınmıştır. Yüz yüze anket yöntemi ile belirlenen birincil veriler ve DSİ 8. Bölge Müdürlüğü’nden

alınan ikincil veriler sırasıyla Microsoft Excel ve NETCAD 5.2 GIS programlarında değerlendirilmiştir.


Araştırma kapsamındaki denek işletmelerin verilerine göre; Beypınarı’nda üreticilerin %66’sı bitkisel

ve hayvansal üretimi bir arada yürüten geleneksel tarımsal üretim modelini benimsemiştir. Geriye kalanların %11’i yalnız bitkisel üretim yapmakta olduğu, %23’ünün ise tarım arazilerinde bitkisel üretim faaliyetinde

bulunmadığı gözlenmiştir. Tarım dışı geliri olanlar ve küçük çaplı örtüaltı yetiştiriciliği seçen işletmeler

%23’lük grupta yer almaktadır. Geleneksel üretim modelini benimseyen üretici oranları Mülk için %74 olarak bulunmuştur. Yalnız bitkisel üretim yapan işletme oranı %8 ve tarım arazilerini işlemeyip tarım dışı

geliri olan grup ise %18 olarak tespit edilmiştir.

Mülkiyet listeleri incelendiğinde her iki yerleşimde de malik sayısının artmış olduğu görülmektedir. Bunun nedeni büyük işletmelerdeki hisselilik durumlarının kadastro çalışmaları ile ortadan kaldırılarak

miras yasası çerçevesinde küçük işletmelere dönüşmesidir.

Araştırma alanlarında yeraltı su düzeyi yüksek olduğu için AT öncesinde drenajının sağlanması

amacıyla çiftçiler parsel sınırlarını aynı zamanda birer drenaj kanalına dönüştürmüştür. Toplulaştırma projesi ile bu alanlarda dolgu çalışmaları yapılmış tarım arazileri topoğrafik olarak çiftçi koşullarında üretim

yapmaya uygun duruma getirilmiştir. Hem Beypınarı hem de Mülk’te parsellerin sulama şebekesi ve yol

ağından yararlanma oranı %100 olmuştur. Araştırma kapsamındaki denek işletmelerin arazi kullanım durumu incelendiğinde üreticilerin öz

mülkleri üzerinde üretim yapmayı yeğledikleri gözlenmiş, üretici oranları Beypınarı ve Mülk için sırasıyla

%51 ve %63 olarak belirlenmiştir. Bunun dışındaki arazi işletim sistemleri içinde kiracılık sistemi ortakçılığa göre daha fazla benimsenmiştir. Bunun nedeni olarak üretim girdileri ve işgücü maliyetlerinin

yüksekliğinden kaynaklanan kar payının düşüklüğü gösterilmiştir.

Beypınarı ve Mülk AT projeleri ile yeni bir kırsal altyapıya kavuşan tarım işletmelerinde, tarımda

makineleşme açısından az da olsa gelişme kaydedilmiştir. Beypınarı’nda işletmelerin %5’i Mülk’te ise %3’ü makine parkına yeni bir araç eklemiştir. Makine parkını geliştiren işletmelerin bu eğilimi AT sonrası sulu

tarıma geçiş ile birlikte üretilen ürün deseninin değişeceği yönündeki düşüncedir.

Hem Beypınarı hem de Mülk’te AT projesinden önce kuru tarım alanlarında yoğunlukla hububat ve yem bitkileri, sulu tarım alanlarında ise patates ve şeker pancarı gibi bitkiler yetiştirildiği belirlenmiştir. AT

sonrası patates, şeker pancarı, ayçiçeği, silajlık mısır ve bazı bahçe bitkilerinin tarımına başlanmıştır. Bu

bakımdan üreticiler üzerinde bitki çeşitliliği açısından AT projesinin olumlu bir değişikliğe neden olduğu

söylenebilir. Denek işletmelerin Beypınarı’nda %71’i Mülk’te ise %79’u toprağın manevi değerinin olduğuna

inanmaktadır. Bu inanç AT projelerinin parsellerin dağıtımı aşamasında yoğun itirazlara neden olmaktadır.

Ayrıca böyle bir düşünce şeklinin üretime doğrudan etkisi de bitkisel üretim yapmayan maliklerin arazilerini satmak veya başka işletim şekillerinde kullandırmak istememeleridir.

Araştıra alanındaki denek çiftçiler arasında AT projelerinin “kesinlikle yararlı” olduğuna inanan üretici

oranı Beypınarı’nda %27 iken bu değer Mülk için %36 olarak tespit edilmiştir. AT projelerinin “kısmen yararlı” olduğuna inanan üreticilerin oranı Beypınarı için %39, Mülk için %45, “yararsız” bir yatırım olarak

niteleyen üreticilerin oranı ise sırasıyla %9 ve %6 olarak belirlenmiştir. AT projelerinin yararına ilişkin bir

fikri olmayan veya yorum yapmak istemeyen üreticilerin oranı ise Beypınarı’nda %25, Mülk’te %13

olmuştur. AT projelerinin üreticiler arasında tam bir kabul görmemesinin nedenleri arasında ilk sırayı kendilerine

daha verimsiz bir arazinin dağıtıldığını öne sürenler almaktadır. Bu görüşte olanların oranı Beypınarı ve

Mülk için sırasıyla %52 ve %46’dır. AT’dan sonra sahip olduğu arazinin alanında azalma olduğunu belirten üreticiler Beypınarı’nda %34, Mülk’te %41 oranındadır. Arazilerinin manevi değerinden dolayı yeni

arazilerini beğenmediğini söyleyen üreticilerin oranı ise Beypınarı ve Mülk için sırasıyla %14 ve %13

olmuştur. Beypınarı ve Mülk AT uygulamalarında yerleşke alanına ilişkin bir çalışma yapılmamıştır. Plansız

toplu yerleşim özelliği taşıyan bu mahallelerin yerleşke alanlarında yollar yetersiz yerel doku geliştirilmeye

muhtaçtır. Kırsal peyzaj unsurları bulunmasına rağmen değerlendirilmeye alınmamıştır.


222

4. SONUÇ

Yapılan araştırmadan elde edilen sonuçlar ışığında aşağıda sıralanan tespitler yapılmıştır:

Zorunlu toplulaştırma kararı olduğu için Erzurum bölgesinde AT projelerinin tam olarak ne olduğu, üreticilerin veya maliklerin nelerle karşılaşacağı, proje aşamalarında maliklerin yükümlülükleri ve haklarının

ne olduğu iyi anlatılamamıştır. Bu da AT projelerine başlamadan önce yukarıda değinilen konuların maliklere net bir şekilde anlatılması zorunluluğunu doğurmaktadır.

Beypınarı ve Mülk toplulaştırmaları Erzurum için ilk çalışmalar arasındadır. “İlkler her zaman zordur” düşüncesinden yola çıkılarak toplulaştırmayı yapan ekibin deneyiminin fazla olması beklenirdi. Yatırımcı

kurum ve hizmet alınan şirketin maliklere yaklaşımının ilk uygulamalarda özel ve özenli olması yörede

isteğe bağlı toplulaştırmanın yolunu açması açısından önem taşımaktadır.

AT öncesi ön görüşmeler, etütler, anketler ve toplantıların sistemli bir şekilde yapılması, maliklerin katılımının sağlanması ve oluşabilecek soru ve sorunların giderilmesi projenin teknik başarısı kadar

önemlidir.

AT gibi tarımsal altyapıya yenilik getiren, üreticilerin alışkanlıkları ve davranışlarında farklılık iddiası taşıyan büyük çaplı projelerin, teknik ve ekonomik boyutu kadar sosyal ve psikolojik boyutları da göz

önünde tutulmalıdır.

AT projelerine bağlanabilecek kırsal yerleşkenin olanaklar ölçüsünde yeniden düzenlenmesi ile tam bir kırsal alan gelişimine ön ayak olunabilir. Bu şekilde kırsal alanda yaşayan insanların yaşam alanları

güzelleştirilerek tarıma olan bakışın olumlu yönde gelişmesi sağlanabilir.

KAYNAKLAR

Akdemir Ş, B Öztornacı, A Berk, E Turan, D Aslan & F Gündüz. 2018. The effects of land consolidation and farmer satisfaction: case of Adıyaman province. International Journal of Agricultural and Natural

Sciences, 1(3): 218-221.

Akdeniz M & K Temizel. 2018. Evaluation of success in land consolidation projects by different indicators. Anadolu Journal of Agricultural Sciences., 33(2): 149-161.

Akkaya Aslan ŞT, KS Gündoğdu & İ Arıcı. 2007. Some metric indices for the assessment of land consolidation projects. Pakistan J. of Biological Sci. 10(9): 1390-1397.

Arıcı İ & ŞT Akkaya Aslan. 2014. Land Consolidation Planning and Design. Dora Pub., Bursa, 237 s.

Boztoprak T, O Demir, YE Çoruhlu & R Nişancı. 2015. Investigating the land consolidations’ effects on agricultural enterprises. Selcuk Univ. J. Eng. Sci. Tech., 3(3): 1-11.

Çay T & H Çevik. 2009. Analysis of land consolidation results with questionnaires. J. Fac.Eng.Arch. Selcuk Univ., 24(3): 11-18.

Çelebi M. 2010. Effects on Productivity and Agricultural activities of Consolidation Study in Karaman. Journal of Agricultural Sciences, 3(2): 1-6.

Çiçek A & O Erkan. 1996. Research and Sampling Methods in Agricultural Economics. GOÜ. The Faculty of Agriculture Pub. Num. 12, Lecture Notes Number: 6, Tokat.

İlhan H & G Erpul. 2015. Success analysis in land consolidation study (physical, social and economic evaluations): Erzurum Daphan Plain Project. TMMOB Surveying Engineers, Turkey Map Scientific and Technical Conference, 25-28 March, Ankara (In Tukish).

Kızılaslan N & S Almus. 2000. A research on the determination of the socio-economic factors effecting the farmers’ adoption behaviors to land consolidation applied in Güzelbeyli Town of Zile County of Tokat

Province GOÜ. Journal of The Faculty of Agriculture, 17(1): 37-49

Kirmikil M & D Aydus. 2018. The effects of land consolidation projects on fuel costs and agricultural mechanization in rural areas. SDÜ Journal of The Faculty of Agriculture, 13(2): 31-42.

Kuşlu Y. 2004. Determination of Land Consolidation Potential in Irrigation Area of Kuzgun Dam. Atatürk University Science Institute, (Unpublished Doctorate Thesis, in Turkish), Erzurum, 218p.


223

Kuşlu Y & AV Yağanoğlu. 2007. Determination of rural infrastructure on the irrigation area of the Kuzgun Dam. Atatürk Univ., J. of the Agricultural Faculty, 38(1): 71-81.

Kuslu Y. 2008. Effects of an irrigation project in prevention of migration from rural areas. Water Resour Manage., 22: 611–619.

Kuslu Y & E Ertem. 2019. Evaluation of the land consolidation project of the Beypınarı district of Erzurum province in terms of road network adequacy. Atatürk Univ., J. of the Agricultural Faculty, 50(3): 1-9.

Platonova D, L Setkovska & A Jankava. 2011. Assessment principles of land fragmentation: Baltic surveying International Scientific Conference of Agriculture Universities of Baltic States 11th - 13th of

May, Jelgava, Letonya.

TDK. 2019. Turkish Dictionary, www.sozluk.gov.tr Accessed 10.08.2019


224

A Practice-oriented Review of Bioreactors for Subsurface Agricultural

Drainage

Ali Osman Demir*, Hayrettin Kuşçu, Ezgi Kurtulmuş

Department of Biosystems Engineering Faculty of Agriculture, University of Bursa Uludağ, 16059, Bursa,

Turkey


ABSTRACT

Denitrification bioreactors are a new, engineering-based technology to reduce the amount of nitrate in

agricultural drainage. Increased interest in improving water quality in areas impacted by agricultural drainage has given bioreactors a boost of publicity over the past several years. While bioreactors continue to

be an area of active research and are not a silver bullet to address drainage water quality concerns, the

growing number of bioreactor installations by practitioners not involved in research demonstrates a need for a practice-oriented review of important aspects of these systems. This paper provides context for enhanced-

denitrification treatment of agricultural drainage, discusses the design and installation of bioreactors, and

presents factors affecting their nitrate removal performance. Additionally, this review offers ideas for management and monitoring of agricultural drainage bioreactors. Bioreactors are a promising technology for

improving drainage water quality, but much work remains to understand and optimize their performance.

With additional evaluation and improved monitoring of bioreactors, a more complete picture of the potential

contribution of these systems will be developed.

Keywords: Agricultural drainage water management, denitrification bioreactors, nitrate removal, woodchip


1. INTRODUCTION

Around the world, artificial drainage has been instrumental in the practicable use of poorly drained soils for agriculture. However, artificial drains can also provide a pathway for fast and undiluted nutrient

transfers to streams and rivers (Arenas Amado et al., 2017; King et al., 2015; Rivas et al., 2019). In an effort

to mitigate the impacts of artificial drainage on surface water quality, several measures have been proposed including controlled drainage (Ballantine and Tanner 2013; Tan et al., 1999) and bioreactors (Addy et al.,

2016; Christianson et al., 2012b; Schipper et al., 2010a). The latter is a recently developed technology for

treating artificial drainage water at the edge of the field.

A bioreactor is fundamentally a lined pit filled with carbonaceous materials, often woodchips, as a source of carbon, which microorganisms use to transform nitrate through the process of denitrification into

gaseous forms of nitrogen, mostly N2. Water level control structures, similar to controlled drainage systems,

are embedded in the entry and exit sections of the bioreactors to control the groundwater level, flow rate and hence hydraulic retention time of the system (Parsinejad and Akram, 2018) (Fig. 1 and 2).

Although a number of bioreactors are now in operation in the World, there is a lack of comprehensive

peer reviewed performance evaluations from multiple sites. The objective of this paper is to introduce a

practice-oriented discussion of design, installation, performance, and monitoring of bioreactors for the unique characteristics of agricultural drainage. Because the quality of agricultural drainage waters is not

currently regulated in so many countries, any such treatment of these waters is voluntary, and thus must

remain practical. This additional dimension of farm-scale practicality is a theme which necessarily runs throughout this review.

mailto:aodemir@


225

Figure 1. Plan view of a woodchip bioreactor (not to scale) (Partheeban et al., 2014)

Figure 2. Schematic of denitrification bioreactor for agricultural subsurface drainage (Christianson, 2011)

2. DENITRIFICATION

Denitrification, the microbially mediated anaerobic reduction of NO3- to dinitrogen gas (N2) (Eq. 1), is

one of the most important possible fates of NO3- in the soil (Tiedje, 1994). Artificial drainage modifies the

nitrogen cycle as well as the hydrologic cycle in agricultural systems because the relatively rapid transport of

drainage water in tile drains decreases the time for natural processes like denitrification to occur (Kellman, 2005). Moreover, denitrification in soils can be carbon limited, especially at deeper depths, significantly

reducing the likelihood of the soil n solution to be fully denitrified before it becomes drainage water

(Moorman et al., 2010).

5C + 4NO3- + 2H2O 2N2 + 4HCO3

- +CO2 (1)

Denitrification requires; (1) N oxides (e.g., NO3-, NO2

-, NO, N2O; the electron acceptors) (Eq. 2), (2)

denitrifying bacteria, (3) carbon source (electron donor) and (4) suitable dissolved oxygen (DO) conditions (Korom, 1992). Under-saturated conditions, bacteria utilize oxygen to process (oxidize) the available carbon.

When oxygen concentrations become limiting, facultative anaerobes begin using NO3- as electron acceptors

in their respiration electron transport chain. This limiting DO level varies amongst the numerous denitrifying organisms (Korom, 1992), and DO concentrations as low as 0.2 mg/L are able to inhibit denitrification from

reaching maximum rates. Denitrifying bacteria are a very diverse group of mostly facultative anaerobes, the

majority of which are heterotrophic (Korom, 1992).

→

→

→

→ (2)


226

After nearly complete reduction of NO3- and with further decreases in reducing conditions, obligate

anaerobes become active and use other electron acceptors, such as sulfate (SO42-

), manganese (Mn (IV)), and

iron (Fe(III)) (Korom, 1992). The order in which these reactions proceed is based on the amount of free

energy released, with denitrification, for example, releasing more energy than sulfate reduction. The end

products of denitrification include N2, carbon dioxide (CO2), and bicarbonate (HCO3-) (Eq. 1).

3. FACTORS CONTROLLING THE PERFORMANCE OF BIOREACTORS

Many factors can affect bioreactor NO3- removal performance, including retention time, reaction

kinetics, temperature, microbiology, flow rate of water through the bioreactor, initial nitrate concentration,

pH and DO. Performance life estimates are often on the order of several decades, with empirical data showing at least 10 years. The performance life of drainage bioreactors may be complicated by their

fluctuating flow depths and levels of saturation. Less consistently saturated woodchips towards the surface

of these systems will degrade more quickly than deeper-placed chips (Moorman et al., 2010; Christianson et al., 2012a). Currently, most drainage bioreactors are designed for an expected life of at least 10 years

(USDA NRCS, 2009).

3.1. Hydraulic Retention Time (HRT)

The retention time in the bioreactor is dictated by the reactor flow rates combined with the design

factors of media porosity and bioreactor flow volume. In reactor design, the retention time of the liquid and solutes inside the reactor is important because there must be sufficient time for the desired treatment

processes to occur.

Operationally, very low retention times experienced in drainage denitrification bioreactors may not be sufficient to reduce the influent drainage DO to a level that allows denitrification to proceed. Very high

retention times provide excellent NO3- removal but also the potential for oxidation reduction potentials

(ORPs) indicative of undesirable processes, like sulfate reduction and mercury methylation. Relatively

higher retention times in drainage denitrification systems typically correlate with higher NO3- removal. For

example, Chun et al. (2009) reported NO3--N concentration reductions of 10% to 40% at retention times of

generally less than 5 h with 100% removal at retention times of 15.6 and 19.2 h. Greenan et al. (2009)

corroborated this, though at a longer time scale, with retention times ranging from 2.1 d to 9.8 d resulting in removal efficiencies of 30% to 100%, respectively. The use of inflow and outflow control structures in

Midwestern (USA) bioreactors allows closer management of retention times. The inflow structure (i.e., the

diversion structure, Chun et al., 2010) routes water into the bioreactor but also allows water to be transmitted

via a by-pass line at high flow events (Fig. 2). The outflow structure (i.e., the capacity control structure, Chun et al., 2010) allows the control of retention time, and is thus the structure requiring the most in-field

management. Active management of the stop logs is an important part of bioreactor operation. The stop log

height in this capacity control structure can be lowered during low flows (e.g., late summer) to prevent the retention time from becoming too high and can be increased during higher flow periods (e.g., spring) to

maintain a sufficient retention time. Lower-cost alternatives to control structures, such as moveable pipes,

have been used in other denitrification systems to control the flow rate, head and/or and retention time (Van Driel et al., 2006; Robertson and Merkley, 2009).

3.2. Reaction Kinetics

Past analysis of enhanced denitrification systems has not reached a consistent consensus about NO3-

removal reactor kinetics. Mass removal rates graphed versus inflow NO3- concentrations illustrates such

kinetics. Chun et al. (2009) reported NO3- removal most closely fit first order removal parameters in laboratory experiments using inflow concentrations of less than 35 mg NO3- -N/l common in agricultural

drainage. Similarly, Leverenz et al. (2010) found that first order removal best fit their pilot-scale

woodchip/wetland system, though they noted that “…while most field-scale systems are well approximated assuming zero order reaction kinetics, at low nitrate concentrations and at reduced temperatures, first-order

kinetics may provide a better fit.” Gibert et al. (2008) reported zero order NO3- removal for a batch test using

32 mg NO3- -Nl-1 and Van Driel et al. (2006) assumed zero order kinetics for their field reactor receiving a

maximum of 20 mg NO3- -Nl-1. Robertson (2010) recently documented increasing NO3- concentrations from

3.1 to 49 mg NO3- -Nl-1

in lab experiments yielded a zero order reaction which corroborated their previous

field-scale assumption (Robertson et al., 2000).


227

3.3. Temperature

Drainage water entering a bioreactor may have temperatures that vary seasonally with early spring

temperatures just above freezing and late summer temperatures at greater than 15°C (Christianson, 2011). As

a biologically mediated transformation, denitrification in a bioreactor is influenced by the drainage water temperature though NO3- removal has been documented at water temperatures as low as 2°C to 4°C

(Robertson and Merkley, 2009). Not surprisingly, many studies show increased NO3- removal at higher

temperatures (Cameron and Schipper, 2010; Diaz et al., 2003; Volokita et al., 1996). The effect of temperature on bioreactor performance is known to be significant (Christianson, 2011),

but with better understanding of operational parameters like seasonal retention time management, it is

possible this sensitivity to temperature can be reduced. Additionally, NO3- concentrations in early season

drainage may be relatively lower due to snow melt (Patni et al., 1996), potentially also complicating reaction kinetics. At low temperatures, it is recommended to manage for a longer retention time (Robertson et al.,

2005a; Volokita et al., 1996).

3.4. Microbial Community

The genus of most common and active denitrifying bacteria in natural environment is Pseudomonas (Knowles, 1982). Among this genus, Pseudomonas pseudoalcaligenes species do not accumulate nitrite

compounds, and other species Pseudomonas fluorescens can accumulate large nitrite compounds. The

denitrifying enzyme assay (DEA) method can be used to measure the population of denitrifiers to evaluate

the denitrifying activity (Tiedje et al., 1989). Moorman et al. (2010) reported that the population of denitrifiers is higher in woodchips than in the adjacent subsoil. Elevated DEA shows the potential

denitrification process while other limiting conditions are favorable. Environmental factors play a role in the

composition of the microbial community presence in the media (Porter, 2011). Due to the moisture and the temperature gradients, the microbial community composition varies by depth of the reactor (Porter, 2011).

Porter (2011) reported microbial community positively associated with moisture at the depth of 1.52 m and

positively associated with temperature at the depth of 0.76 m. In addition to the depth, seasonal variations also affect the microbial community variation (Appleford et al., 2008; Porter, 2011). The compositions of

denitrifiers are very in different carbon substrates (Warneke et al., 2011b; Partheeban et al., 2014).

3.5. Flow Rate of Water through the Bioreactor

Of the factors controlling the nitrate-nitrogen removal rates of a bioreactor, a primary mechanism

influencing the nitrate removal rate is flow rate. Studies show that, in general, the nitrate load reduction efficiency decreases when the flow rate increases above a baseline flow (Bell, 2013; Elgood et al., 2010;

Gibert et al., 2008; Greenan et al., 2009). Greenan et al. (2009) suggests efficiency of removal decreases

with higher flow rate due to the increase transport of DO at the higher flow rate. He obtained results that

nitrate removal efficiencies of 100%, 64%, 52%, and 30%, which correspond to the flow rates 2.9, 6.6, 8.7, and 13.6 cmd

-1, respectively. Hydraulic properties of the carbon media are critical to maintain the desired

flow rate through the reactor. The determined average saturated hydraulic conductivity of common type of

woodchips used in bioreactor was 9.5 cms-1 (Christianson et al., 2010a). Christianson et al. (2010a) suggests

the addition of pea gravel mix to the woodchips to increase the hydraulic conductivity. Hunter (2001) found

the addition of oil (oil coating) as a carbon substrates reduced the hydraulic conductivity (Partheeban et al.,

2014).

3.6. Initial Nitrate Concentration

The presence of nitrate is required for the stimulation of reductase enzymes. At lower concentrations, nitrate controls the rate of the denitrification process follows first order kinetics (Schipper et al., 2010a). The

concentration of nitrate, whether it is low or high, controls the denitrification process (Robertson et al.,

2000). Fluctuating nitrate concentrations do not cease the denitrification process because denitrifiers can survive for months even when nitrate decrease rapidly. But fluctuation of nitrate results in depletion of the

available carbon (Partheeban et al., 2014).


228

3.7. pH

Fewer studies have been carried out regarding the pH effect on the nitrate removal rate in a denitrifying

bioreactor. The activity of enzymes, such as nitrate reductase and nitric oxide reductase, which are involved

in denitrification process, are pH dependent. Heterotrophic denitrifiers prefer a pH range between 5.5 and 8.0 for the denitrification process (Rivett et al., 2008). In general, denitrification is positively correlated with

pH at 7-8. At the low pH, denitrification accumulates N2O due to the inhibition of N2O reductase enzyme,

and at high pH it liberates less N2O due to the potential activation of N2O reductase enzyme (Downie et al., 2009; Knowles, 1982). Commonly used wood media for bioreactors have low start-up pH: hardwood 2.5 and

softwood 4.3 (Cameron and Schipper, 2010). They suggest that because of the low pH for hardwood, the

nitrate removal rate for hard wood is lower than for softwood media, but not significantly different.

Denitrification itself increases pH by producing bicarbonates and hydroxides (Rivett et al., 2008; Rust et al., 2000; Partheeban et al., 2014).

3.8. Dissolved Oxygen (DO)

Tile drain water has a certain amount of DO and which is consumed by aerobic microbes almost

immediately after water enters the reactor (Driel et al., 2006; Greenan et al., 2009; Robertson, 2010). The presence of dissolved oxygen in the water in the reactor negatively affects the denitrifying bacterial activities

and causes accumulation of denitrifying intermediates such as nitrite and nitrous oxide, which are toxic and

unwanted (Gómez et al., 2002). Due to the presence of oxygen, aerobic bacteria remain active and oxygen

acts as the major electron acceptor (Rivett et al., 2008). This happens because a reduction of dissolved oxygen is thermodynamically highly favorable than reduction of nitrate (denitrification) (Fahrner, 2002;

Rivett et al., 2008). At this time, aerobic bacteria consume a certain amount of microbially available carbon

source. After depletion of DO at a certain level (1-2 mg O2l-1

) (Fahrner, 2002; Rivett et al., 2008), denitrifying bacteria become active. The concentration of DO is very important when water has shorter

retention time. Warneke et al. (2011a) found during his study that DO concentrations decreased from above

6 mg/l to below 2 mgl-1

at inlet and at outlet respectively, which indicates substantial amounts of carbon was consumed by aerobic respiration.

Approximately one hour is needed to deplete the DO in DO saturated water with two year old

woodchip media (Schipper et al., 2010a). Robertson (2010) also noted that a retention time of about one

hour is required to deplete the DO concentration of 7 mg/l from the influent water. Due to the seasonal temperature variation and the inverse relationship between water temperature and its capacity to dissolve

oxygen, DO in warmer months is lower than in colder months (Christianson et al., 2012a). This is because

temperature rise causes a limitation of oxygen holding capacity (Ahiablame et al., 2011).

4. DENITRIFICATION BIOREACTOR DESIGN

One of the largest design and performance challenges of drainage denitrification systems is the

variable, and oftentimes unknown, flow rates inherent to drainage systems (Christianson et al., 2009; Woli et al., 2010). A peak flow rate could be estimated for a given drainage system by multiplying a drainage

coefficient by the drainage area (e.g. 1.3 cmd-1

coefficient for a 16 ha site yields 24 ls-1

) or by using a pipe-

full flow equation (e.g. Manning’s equation), but drainage systems vary rarely operate at this maximum flow

rate. Flow rates within a given year range from zero to this maximum (or above, as this is theoretical) with low and higher flow periods interspersed depending upon precipitation patterns.

A recent design method by Christianson et al. (2011a) attempted to account for flow rate and retention

time by estimating a peak flow rate for the drainage system and sizing the bioreactor to treat a percentage of that maximum at a chosen retention time. This downsizing of the peak estimated flow rate is in agreement

with reports that designing a bioreactor to treat the peak drainage flow rate may not be economical (Van

Driel et al., 2006). In Iowa (USA), a very similar design method is used by the USDA NRCS to design

bioreactors that are seeking cost-share through the Environmental Quality Incentives Program (EQIP) (Iowa NRCS, 2016). A design table from Wildman (2001) allows estimation of a required bioreactor volume based

on drainage area and drainage coefficient; unfortunately, the drainage area and coefficient are not known for

many drainage systems. Another method from the Midwest (USA) has used the rough estimate of approximately 3 m of bioreactor length for every 0.4 ha of drainage. Finally, the stoichiometry of the

denitrification reaction can be used to develop a volume of carbon required, but this theoretical method may

be prone to error as many other microbial reactions will also utilize the carbon (Wildman, 2001).


229

In addition to different design methods, alternative configurations for drainage denitrification systems have been investigated. Jaynes et al. (2008) used a hybrid approach of denitrification walls on the sides of a

tile line as a passive, flow-through technology. In-stream bioreactors have also been installed in drainage

ditches with a system by Robertson and Merkley (2009) consisting of 40 m3 woodchips plus a gravel

infiltration gallery, a downstream silt impedance layer and a downstream berm. Different bioreactor design geometries have been explored though there may be no significant benefit of different shaped cross-sections

at least at the pilot scale (Christianson et al., 2011b). Among researchers and collaborators, there have been

discussions of including baffles within a bioreactor or designing bioreactors in series or parallel to maximize treatment. While these ideas are certainly interesting in the research realm, all such ideas must eventually be

tempered under the umbrella of farm-scale practicality. The use of a denitrification bioreactor as part of a

“suite of solutions” for drainage is also an idea worth consideration (Christianson and Tyndall, 2011);

bioreactors can easily be paired with wetlands (Robertson and Merkley, 2009), controlled drainage (Woli et al., 2010), and other in-field conservation practices for improved water quality (Christianson, 2011;

Christianson et al., 2012a).

5. INSTALLATION CONSIDERATIONS

Installation generally consists of positioning the control structures, excavating and filling the trench,

laying geo-fabric over the fill, mounding the soil cover, and re-seeding the site

(http://lib.dr.iastate.edu/extension_ag_pubs) (Fig. 3). Woli et al. (2010) recommended using a bioreactor liner after documenting a lack of outflow from one of their unlined bioreactors and it is also suggested the use of a

liner for sandy areas and many installations to date have been lined (Van Driel et al., 2006). This highlights

the importance of site evaluations which carefully consider potential designs for sites with highly permeable

soils. A mounded soil cover is sometimes used to help prevent subsidence as the woodchips can settle. In addition to subsidence concerns, a soil cover may be beneficial for mitigating N2O emitted through the

bioreactor surface. Woodchip bioreactor after installation; circular sumps and PVC wells used for research

monitoring (Fig. 4).

Figure 3. Covering the woodchips with a geo-textile fabric before laying the soil cover at a bioreactor installation

(http://lib.dr.iastate.edu/extension_ag_pubs)

Figure 4. Woodchip bioreactor after installation; circular sumps and PVC wells used for research monitoring

(http://lib.dr.iastate.edu/extension_ag_pubs)

http://lib.dr.iastate.edu/extension_ag_pubs


230

5.1. Carbon Media

The type of carbon fill is one of the most important considerations of denitrification systems because

media properties affect many vital factors ranging from retention time to longevity to start-up flushing.

Robertson et al. (2005) noted the selection of denitrification fill material should be based upon cost, porosity, C:N ratio, and longevity. These requirements mean that a wide variety of materials may be most

practical in different locations with tested materials including corn cobs, corn stalks, wood media (multiple

sizes and species), wheat and barley straw, and pine and almond shells (Cameron and Schipper, 2010; Diaz et al., 2003; Greenan et al., 2006; Soares and Abeliovich, 1998). In general, woody media is the preferred fill

material due to cost, conductivity, longevity, and C:N (Schipper et al., 2010b).

The chemical properties of the media can most notably affect longevity and organic flushing. While

woody media is the recommended material, there can be a wide variety of C:Ns between tree species with lower C:N materials generally not recommended due to flushing losses or potential mass degradation

(Christianson et al., 2011c; Gibert et al., 2008). Some authors have discussed the use of hardwood versus

softwood, but this terminology may be misleading. For example, two species used successfully in denitrification studies are oak, a hardwood (Greenan et al., 2006; Jaynes et al., 2008) and pine, a softwood

(Cameron and Schipper, 2010), which both have a C:N in the range of several hundred (Greenan et al., 2006;

McLaughlan and Al-Mashaqbeh, 2009). In addition to chemical properties, the physical properties of the fill material (i.e. porosity, particle size,

and hydraulic conductivity) are also important and can change over time. Porosities of woody chipped media

typically range from 0.6-0.86 (Christianson et al., 2010; Chun et al., 2009; Ima and Mann, 2007; Robertson,

2010) with in situ values reported at 0.65 to 0.79 (Chun et al., 2010; Van Driel et al., 2006; Woli et al., 2010). Increased moisture content (Ima and Mann, 2007) and packing density (Christianson et al., 2010)

both decrease woodchip porosity.

There can be a large range in particle sizes and shapes for the term “chip”. Commonly, chipped material described by Christianson et al. (2010) had 50% of particles which fell between 13 to 25 mm and

Chun et al. (2009) and Woli et al. (2010) used chips of which had 66% and 62%, respectively, fall in the 6 to

25 mm range. Several studies reported no consistent, significant differences in NO3 - removal for coarse versus fine or ground materials (Greenan et al., 2006; Van Driel et al., 2006) and have recommended coarse

materials for preferable flow properties (Van Driel et al., 2006). Additionally, at higher flow rates, fine

materials may be washed out thus modifying porosity and hydraulic conductivity (Chun et al., 2009). The

addition of gravel to woodchip media may help reduce compaction-related porosity reduction (Wildman, 2001), but it may be difficult to obtain a homogenous mixture at the field-scale.

Considering the relatively high flow rates a drainage denitrification bioreactor may experience, the

hydraulic conductivity of the media is one of its most important physical parameters. Even in groundwater treatment this parameter is important as Schipper et al. (2004) reported incorrect estimation of conductivity

led to preferential flow around a denitrification wall. Average conductivities for wood material have ranged

from 0.35 cm sec-1

(sawdust) to 11.6 cm sec-1

(61 mm chips) (Cameron and Schipper, 2010) with the

Christianson et al. (2011a) design method based on an average of 9.5 cm sec-1

though this user input can be changed (Christianson et al., 2010). In situ values range from 1.2 cm sec

-1 to 11 cm sec

-1 (Robertson et al.,

2005; Van Driel et al., 2006). Over time, the conductivities can decrease with possible explanations of

biofilm formation (Chun et al., 2009; Robertson and Merkley, 2009) or consolidation; reactors containing larger particles may experience relatively higher reductions in conductivity compared to reactors with

smaller particles (Cameron and Schipper, 2010; Christianson, 2011).

5.2. Longevity

Bioreactor longevity depends upon multiple factors including the type of carbon source, flow

characteristics, and the consistency and level of saturation. Blowes et al. (2000) noted the lives of these systems are finite and will also depend upon mass of reactive material, the reaction rate, and physical

changes in the barrier (porosity and permeability). Further factors affecting longevity include other microbial

processes like sulfate reduction (Blowes et al., 2000) and, to a small extent, dissolved organic carbon leaching (Robertson and Cherry, 1995).

Most of the longevity estimates to date have been for groundwater treatment systems or tile drainage

walls. Based upon stoichiometry, half-lives, or carbon losses, these estimates approximate lives greater than

several decades (i.e. 20, 37 or 66 yr from Robertson and Cherry (1995), Moorman et al. (2010), and Long et al. (2011), respectively), though denitrification may be carbon limited by then. Several of reports have

shown there is very little carbon deterioration of consistently saturated wood media in the first years of


231

operation (e.g. less than 13% C loss in saturated chips over nine yr by Moorman et al. (2010); negligible C loss over five yr after initial losses by Schipper and Vojvodic-Vukovic (2001); little C deterioration after

four to six yr by Robertson et al. (2000). At this point, the longevity of drainage denitrification systems (and

denitrification systems in general) is not exactly known because seemingly none have failed due to carbon

exhaustion (Schipper et al., 2010b). However, the longevity of denitrification bioreactors is very important as these systems will likely not be economically feasible if the carbon source has to be frequently replaced

(Robertson et al., 2000).

5.3. Cost

The total cost of denitrification bioreactors in Iowa (USA) has ranged from $4 400 to $11 800 to treat a

range of drainage areas (12 ha to over 40 ha) (Christianson et al., 2012a), with most bioreactors averaging between $7 000 to $9 000. The largest installation cost components of these reactors were the woodchips,

which ranged from 13 to 55 % of the total cost, and the contractor fees, which ranged from 23 to 54 %.

Across a range of bioreactors, the average cost of woodchips, contractor fees, control structures, and supplies has been approximately $2 900, $3 300, $1 800, and $500, respectively (Christianson et al., 2012a).

Schipper et al. (2010a) provided the first cost efficiency calculation of a denitrification system at $2.39 to

$15.17 per kg N. The low end of this range was very similar to a newer cost report of $2.27 per kg N ± $0.99 for bioreactors from Christianson (2011) (not including governmental cost share incentives). This cost

efficiency comparison showed constructed wetlands, controlled drainage, and bioreactors all had mean cost

efficiencies less than $2.00 per kg N when government cost share was included (Christianson, 2011).

6. CONCERNS AND LIMITATIONS

Several major concerns about denitrification systems include start-up issues, greenhouse gas

production, and mercury methylation (Schipper et al., 2010b). Because this is still a relatively new

technology for treatment of drainage, many of these concerns are still being investigated.

6.1. Organic Flushing

The flushing of organics upon woody reactor start-up has been noted in many studies with flushing parameters of water quality concern including total organic carbon (TOC)/dissolved organic carbon (DOC),

biochemical oxygen demand (BOD), and ammonium (NH4+) (Cameron and Schipper, 2010; Gibert et al.,

2008; McLaughlan and Al-Mashaqbeh, 2009). Initially dark or tea colored effluent means early

concentrations for several of these parameters can be in the hundreds of milligrams per liter (Schipper et al., 2010b), though these concentrations stabilize at lower rates over time (Robertson et al., 2005). Mc Laughlan

and Al-Mashaqbeh (2009) suggested the release of DOC was “multi-phasic”; releases may occur in the short

term as well as long term as new pieces are dissolved or degraded. To reduce this effect, laboratory-scale studies have used pre-flushed materials (Diaz et al., 2003), but at the field-scale this 19 may be logistically

difficult (Schipper et al., 2010b). In an applied agricultural sense, organic flushing may never be eliminated

from denitrification bioreactors, but can be minimized through selection of more optimal material or starting-up under high flow conditions when by-pass flow is also occurring (Schipper et al., 2010b). Site

selection is also important as careful consideration should be given to proposed bioreactors outleting to

sensitive or public waters (Christianson, 2011; Christianson et al., 2012a).

6.2. Nitrous Oxide (N2O)

As a natural by-product of denitrification (Eq. 1 and 2), nitrous oxide may be released from a

denitrification bioreactor either from the surface or in the dissolved form in the liquid effluent. Of the environmental conditions that may shift the N2O:N2 denitrification production ratio towards N2O (i.e. low

pH, temperature, or C:N and high DO, (Chapin III et al., 2002)), high DO may be of special concern for

drainage bioreactors considering their inherently fluctuating flow rates and possible flow depths. Multiple field-scale reports stated that total N2O emitted is less than 4.5% of the N removed (Elgood et al., 2010;

Moorman et al., 2010; Warneke et al., 2011a; Woli et al., 2010).

As an N2O mitigation technique, Elgood et al. (2010) suggested designing systems for complete NO3-

removal, but this may exacerbate sulfate reduction and mercury methylation. The use of a soil cover may help mitigate N2O surface emissions (Christianson, 2011; Christianson et al., 2012a). In terms of the total


232

nitrogen balance over a watershed, Moorman et al. (2010) noted that if NO3- in drainage is treated less efficiently downstream, more N2O may be released than if it is treated in a bioreactor.

6.3. Sulfate Reduction and Mercury Methylation The process of sulfate (SO42-) reduction has been documented in many denitrification systems at low

flows when NO3- has been removed nearly completely and often at high temperatures (Robertson and

Cherry, 1995; Robertson and Merkley, 2009; Van Driel et al., 2006). Thermodynamically, the use of SO42- as an electron acceptor is not as favorable as NO3-, but when NO3- is reduced completely in a bioreactor, SO42-

reducing organisms can out-compete denitrifiers for carbon and convert naturally present SO42- to hydrogen

sulfide gas (H2S). Sulfate reduction occurs at oxidation reduction potentials (ORPs) less than ORPs for

denitrification when there is an excess of reducing capacity. This process is of concern because (1) its represents a loss of carbon for the denitrifiers (2) the production of hydrogen sulfide can be a noxious gas

(though bioreactors are not in confined spaces), and (3) this process is closely linked to the methylation of

mercury. Common forms of mercury include elemental mercury, inorganic mercury, and methyl mercury

(CH3Hg) (Krabbenhoft and Rickert, 2009; USGS, 2000b), with methyl mercury forming from inorganic

mercury via the biological processes of sulfate reducing bacteria (Eckley and Hintelmann, 2006; Krabbenhoft and Rickert, 2009). In most locations, atmospheric deposition is the biggest source of mercury

(Krabbenhoft and Rickert, 2009) and watersheds with wetlands have been identified as important sources

(net producers) of methyl mercury (Rudd, 1995). Human intake of mercury occurs typically by ingestion of

bio-accumulated methyl mercury in fish or inhalation of elemental mercury (Krabbenhoft and Rickert, 2009).

There has been little work investigating mercury methylation in enhanced denitrification systems with

the only direct evidence of this process reported by Hudson and Cooke (2011). To reduce this concern, bioreactors should be designed and managed to minimize sulfate reduction by perhaps retaining very low

concentrations of NO3- in the effluent (Robertson and Merkley, 2009); if hydrogen sulfide (i.e. a rotten egg

smell) is noted around the outflow control structure, the stop logs should be lowered to allow water to flow unimpeded through the reactor (Christianson, 2011; Christianson et al., 2012a).

7. MONITORING METHODS

As denitrification bioreactors for the treatment of agricultural drainage continue to move from the

research to the demonstration phase, one of the most important considerations is the availability of practical, field-scale monitoring methods. Many researchers have used techniques such as denitrifying enzyme activity

(DEA), stable isotopes (15N), and gas sampling to better understand the denitrification process and nitrogen

balance in these systems (Greenan et al., 2006; Elgood et al., 2010; Moorman et al., 2010; Long et al., 2011; Warneke et al., 2011a). These methods provide interesting and valuable research data, but it is unlikely such

methods will be used to monitor farmer-managed bioreactors, and thus a description of simpler methods is

useful. The most basic representation of drainage bioreactor function is provided though comparison of inflow and outflow NO3

--N concentrations based on grab sampling. Although this method is easiest, without

supporting evidence provided by some of the relatively straightforward monitoring techniques described

below, many questions would remain about the bioreactor’s performance (Christianson, 2011; Christianson

et al., 2012a).

7.1. Sampling

Grab sampling from the inflow and outflow structures is the most fundamental level of monitoring

recommended for these systems. Water samples can easily be collected with a sampling rod (i.e., a stick with

a sample collector attached to the end) at the overflow point of the stop logs in both structures. In terms of

sampling frequency, Wang et al. (2003) reported that for estimation of N mass losses from drainage water, the probability of being within ±15% of the “true” mass loss was 92% for weekly samplings and 68% for

monthly samplings. A number of denitrification system researchers have sampled weekly to every other

month for common parameters (e.g., NO3-), while also having some samples analyzed less frequently for

other compounds that are of research interest but may not directly pertain to NO3- removal performance

(e.g., BOD, NH4+, DOC, SO4

2-; Robertson and Merkley, 2009). For locations in which the bioreactor

discharges directly to a stream, it may be important to collect samples from the receiving stream, especially


233

upon start up. Woli et al. (2010) did not collect samples during two high drain flow events under the assumption that no NO3

- removal would occur during these conditions.

To capture higher resolution data, an auto-sampler (e.g., Model 6712 Portable Sampler, Teledyne Isco,

Lincoln, Nebr.) can be used to collect samples from a control structure over the course of a drainage high-

flow event or during a tracer test. Sampling can also be tied to flow measurement to obtain flow-proportional samples. Jaynes et al. (2008) used this method to obtain weekly composited samples from collection sumps

at which flow volumes were also recorded (Christianson, 2011; Christianson et al., 2012a).

7.2. Flow Measurement

While sampling for NO3- concentrations provides some insight on NO3- removal, the ability to relate

concentration data to flow volumes allows a more complete performance description in terms of NO3- loads. The most elementary flow monitoring method utilizes a container of known volume and a stop watch and

can be done at bioreactor sites that outlet directly to a surface water body. Unfortunately, this method can be

prone to error and variability, though several authors have published results with this method (Robertson and Merkley, 2009; Van Driel et al., 2006).

The next least expensive method is the use of pressure transducers (and optional data loggers) to record

water depth in the control structures (e.g. Solinst Model 3001 Levelogger Junior, Global Water Instrumentation, Inc. WL16 Water Level Loggers). Limitations here are that the transducers give no

indication of water movement meaning standing water or backwards flow in the structure is problematic for

flow calculations. Developed weir calibration equations for AgriDrain control structures that are commonly

used in bioreactor designs. The installation of a v- notch weir in the structure can give increased accuracy for flow calculations especially at low flow depths (Christianson, 2011; Woli et al., 2010). Other more

expensive flow monitoring methods include the use of doppler-based velocity meters (e.g. Teledyne Isco

2150 Area Velocity Module, MACE Series 3 FloPro) or digital or mechanical totalizing flow meters with data loggers (Jaynes et al., 2008). Other non-drainage denitrification treatments have used flow monitoring

equipment such as mechanical water meters, inline sonic flow meters, and impellor water meters (Schipper

et al., 2010a; Warneke et al., 2011a; Christianson, 2011; Christianson et al., 2012a).

7.3. In situ Measurements

Additional information provided by measurement of parameters such as DO, temperature, pH and ORP is relatively easy to obtain with measurement probes; the inflow and outflow structures provide ideal

locations to deploy such probes to below the water level either permanently or for a spot reading during a

site visit. Temperature and pH meters and probes are especially common laboratory equipment (e.g. WTW 3300i pH field meter) and provide interesting information as temperature impacts the microbiology of

denitrification and pH is typically increased by this process (Warneke et al., 2011a). Media bags are another

useful in situ research tool for investigating longevity and carbon dynamics (Christianson et al., 2011c;

Moorman et al., 2010). As an anoxic process, DO measurements can indicate if the conditions are present for denitrification to

proceed. At several sites, DO has been shown to be reduced to below 0.5 mg DO/l within approximately

25% of the length from the inlet (Christianson et al., 2011b; Van Driel et al., 2006; Warneke et al., 2011a). In smaller scale and laboratory studies, DO is difficult to control as the influent water may be easily

disturbed (Chun et al., 2010; Schipper et al., 2010b).

The use of an ORP probe (AKA redox or oxidation reduction probe; e.g. WTW SenTix ORP Electrode Probe) provides slightly more insight than DO measurements into conditions conducive to denitrification

(Christianson et al., 2011b; Van Driel et al., 2006). Because the use of different electron acceptors (i.e.

oxygen, nitrate, sulfate, etc.) varies based on the strength of the reducing conditions, ORP measurements

have been used as supporting data for occurrence of these various reactions. This parameter may be reported as an ORP, which is often relative to a Ag/AgCl electrode which is the voltage reading relative to a standard

hydrogen electrode; the offset between the two depends upon the reference electrode used but is usually

around 200mV (YSI Environmental, 2001). The range most suitable for denitrification is +50 to -50mV (ORP) with the Eh upper limit of approximately 350mV (YSI Environmental, 2008; Christianson, 2011;

Christianson et al., 2012a).


234

7.4. Tracer Testing

Tracer tests are commonly used in reactor engineering to investigate hydraulic performance and

residence characteristics. Non-ideal hydraulic performance in plug flow reactors includes short-circuiting,

where a certain volume of flow arrives at the outlet of the reactor earlier than expected and dead zones, where a certain volume of the reactor traps or detains flow. These conditions can be caused by poor mixing,

poor design, and the location of inlets and outlets (Cameron and Schipper, 2011).

In denitrification systems, bromide or chloride are typically used as conservative tracer compounds to better study hydraulic properties and flow characteristics (Schipper et al., 2004; Cameron and Schipper,

2011; Christianson et al., 2011b; Christianson et al., 2011c; Christianson et al., 2012c). Cameron and

Schipper (2011) used tracer testing to determine vertical flow regimes (i.e., up- or down-flow) minimized

short circuiting; however, most agricultural drainage bioreactors are designed for horizontal flow due to practicality. It is suggested that by-pass flow be avoided during a drainage bioreactor tracer test (Chun et al.,

2010; Christianson, 2011; Christianson et al., 2012a).

7.5. Wells and Piezometers

The installation of wells or piezometers in a bioreactor is useful for sampling to determine approximate zones in which NO3

- removal or other processes are occurring and to provide locations for in situ probe

measurements (e.g., temperature, electrical conductivity, pH, ORP, DO) (Christianson et al., 2012c;

Warneke et al., 2011a). Samples are usually collected from the piezometers via a pump or syringe with well

evacuation or purging recommended prior to sample collection. Pressure transducers can likewise be fitted in the wells to determine the head difference across the reactor and to document in situ drainage hydrographs

(Christianson et al., 2012c; Chun et al., 2010). Depth to water can also be manually measured in wells with

the use of a measuring tape (e.g., Model 101 or 102 Water Level indicators, Solinst, Georgetown, Ontario, Canada) (Christianson et al., 2011b). Installation of piezometer “bundles,” with each individual piezometer

screened at a different depth, allows measurement and sampling of the depth axis of the reactor in addition

to across the surface area axes (Van Driel et al., 2006; Christianson, 2011; Christianson et al., 2012a).

8. CONCLUSION

Enhanced denitrification systems to reduce NO3- loadings from agricultural drainage systems are a

promising new technology. However, this new water quality option is not without limitations or additional

research needs around the world, especially in Turkey. Because there is a lack of such researches in Turkey.

As this technology begins to move from the research to demonstration phase, more field scale bioreactor data are urgently needed to evaluate design methods, quantify potential deleterious effects, and develop

better management methods for optimized performance. It is hoped this paper can help landowners and

professionals in the field better understand, manage, and monitor their denitrification bioreactors for agricultural drainage.

REFERENCES Addy K, AJ Gold, LE Christianson, MB David, LA Schipper & NA Ratigan. 2016. Denitrifying Bioreactors for

Nitrate Removal: A Meta-Analysis. J Environ Qual, 45, 873-881.

Ahiablame LM, I Chaubey, DR Smith & BA Engel. 2011. Effect of tile effluent on nutrient concentration and

retention efficiency in agricultural drainage ditches. Agricultural Water Management, 98(8):1271-1279.

Arenas Amado A, KE Schilling, CS Jones, N Thomas, LJ Weber. 2017. Estimation of tile drainage contribution

to streamflow and nutrient loads at the watershed scale based on continuously monitored data. Environ Monit Assess, 189: 426.

Ballantine DJ & CC Tanner. 2013. Controlled drainage systems to reduce contaminant losses and optimize

productivity from New Zealand pastoral systems. New Zealand Journal of Agricultural Research, 56, 171-

185.

Bell NL. 2013. Characterizing transient and seasonal responses of bioreactors for subsurface drains. Thesis. University of Illinois at Urbana-Champaign, Deaprtment of Agricultural and Biological Engineering,

Urbana, Illinois.

Blowes DW, CJ Ptacek, SG Benner, CWT McRae, TA Bennett & RW Puls. 2000. Treatment of inorganic

contaminants using permeable reactive barriers. Journal of Contaminant Hydrology, 45:123-137.


235

Cameron, SG & LA Schipper. 2010. Nitrate removal and hydraulic performance of organic carbon for use in

denitrification beds. Ecological Engineering, 36(11):1588-1595.

Cameron, SG & LA Schipper. 2011. Evaluation of passive solar heating and alternative flow regimes on nitrate

removal in denitrification beds. Ecol. Eng., 37(8): 1195-1204.

Chapin III FS, PA Matson & H A Mooney. 2002. Principles of Terrestrial Ecosystem Ecology. Springer

Publication, New York, NY.

Christianson LE, A Bhandari & MJ Helmers. 2009. Emerging technology: Denitrification bioreactors for nitrate

reduction in agricultural waters. J. Soil Water Cons., 64(5): 139A-141A.

Christianson LE, R Castelló, M Christianson, MJ Helmers & A Bhandari. 2010. Technical Note: Hydraulic

property determination of denitrifying bioreactor fill media. Applied Engineering in Agriculture, 26(5):849-

854.

Christianson LE, A Bhandari & M J Helmers. 2011a. Pilotscale evaluation of denitrification drainage bioreactors:

Reactor geometry and performance. J. Environ. Eng., 137(4): 213-220.

Christianson LE, J Hanly & M Hedley. 2011b. Optimized denitrification bioreactor treatment through simulated

drainage containment. Agric. Water Mgmt., 99(1): 85-92.

Christianson LE, N Hoover, A Bhandari & MJ Helmers. 2011c. The Potential of Municipal Yard Waste to be

Denitrification Bioreactor Fill. ASABE Annual International Meeting. American Society of Agricultural and

Biological Engineers, Louisville, Kentucky. Paper Number: 1111036.

Christianson LE & J Tyndall. 2011. Seeking a dialog: A targeted technology for sustainable agricultural systems

in the U.S. Corn Belt. Sustainability: Sci., Practice, & Policy, 7(2): 70-77.

Christianson LE. 2011. Design and performance of denitrification bioreactors for agricultural drainage. PhD

Theses, Iowa State University, Ames, Iowa, USA.

Christianson LE, A Bhandari & MJ Helmers. 2012a. A Practice-Oriented Review of Woodchip Bioreactors For

Subsurface Agricultural Drainage. Applied Engineering in Agriculture, 28(6): 861-874.

Christianson LE, A Bhandari, MJ Helmers, K Kult, TSutphin, R Wolf. 2012b. Performance Evaluation of Four

Field-Scale Agricultural Drainage Denitrification Bioreactors in Iowa. Transaction of the ASABE, 55: 2163-

2174.

Christianson L, N Hoover, A Bhandari & M Helmers. 2012c. Technical Note: The potential of municipal yard

waste to be denitrification bioreactor fill. Applied Eng. in Agric, 28(6): 853-859.

Chun JA, RA Cooke, JW Eheart & MS Kang. 2009. Estimation of flow and transport parameters for woodchip-

based bioreactors: I. laboratory-scale bioreactor. Biosystems Engineering, 104:384-395.

Chun JA, RA Cooke, JW Eheart & J Cho. 2010. Estimation of flow and transport parameters for woodchip-based

bioreactors: II. field-scale bioreactor. Biosystems Engineering, 105:95-102.

Diaz R, J Garcia, R Mujeriego & M Lucas. 2003. A Quick, Low-Cost Treatment Method for Secondary Effluent

Nitrate Removal through Denitrification. Environmental Engineering Science, 20:693-702.

Downie A, A Crosky & P Munroe. 2009. Physical properties of Biochar. In Biochar:Enviornmental management, 13-32. S. J. Johannes Lehmann, ed. UK: Earthscan publications.

Eckley CS & H Hintelmann. 2006. Determination of mercury methylation potentials in the water column of lakes

across Canada. Science of the Total Environment, 368:111-125.

Elgood Z, WD Robertson, SL Schiff & R Elgood. 2010. Nitrate removal and greenhouse gas production in a

stream-bed denitrifying bioreactor. Ecological Engineering, 36(11):1575-1580.

Fahrner S. 2002. Groundwater Nitrate Removal Using a Bioremediation Trench. Honours Thesis. University of

Western Australia, Department of Environmental Engineering, Perth.

Gibert O, S Pomierny, I Rowe & RM Kalin. 2008. Selection of organic substrates as potential reactive materials

for use in a denitrification permeable reactive barrier (PRB). Bioresource Technology, 99:7587-7596.

Gómez MA, E Hontoria & J González-López. 2002. Effect of dissolved oxygen concentration on nitrate removal

from groundwater using a denitrifying submerged filter. Journal of Hazardous Materials, 267-278.

Greenan CM, TB Moorman, TC Kaspar, TB Parkin & DB Jaynes. 2006. Comparing carbon substrates for

denitrification of subsurface drainage water. Journal of Environmental Quality 35:824-829.

Greenan CM, TB Moorman, TB Parkin, TC Kaspar & DB Jaynes. 2009. Denitrification in Wood Chip

Bioreactors at Different Water Flows. Journal of Environmental Quality, 38:1664-1671.


Hudson RJM & RAC Cooke. 2011. (Total and) Methyl Mercury Export from Denitrifying Bioreactors in Tile-

Drained Fields of Central Illinois. Available at:

http://www.istc.illinois.edu/research/092910symposium/1045.pdf.

Hunter WJ. 2001. Use of vegetable oil in a pilot-scale denitrifying barrier. Journal of Contaminant Hydrology, 53(1-2):119-131.

Ima CS & DD Mann. 2007. Physical Properties of Woodchip: Compost Mixtures used as Biofilter Media.

Agricultural Engineering International: the CIGR Ejournal. Manuscript BC 07 005. Vol. IX.


http://www.istc.illinois.edu/research/092910symposium/1045.pdf


236

Iowa NRCS. 2016. Iowa Environmental Quality Incentives Program (EQIP) list of eligible practices and payment

schedule FY2011. United States Department of Agriculture Natural Resources Conservation Service.

Available at: www.ia.nrcs. usda.gov/programs/stateeqip.html. Accessed 29 November 2011.

Jaynes DB, TC Kaspar, TB Moorman & TB Parkin. 2008. In situ bioreactors and deep drain-pipe installation to

reduce nitrate losses in artificially drained fields. J. Environ. Qual., 37(2): 429-436.

Kellman LM. 2005. A study of tile drain nitrate - 15

N values as a tool for assessing nitrate sources in an

agricultural region. Nutrient Cycling in Agroecosystems, 71(2): 131-137.

King KW, Williams MR & NR Fausey. 2015. Contributions of systematic tile drainage to watershed-scale

phosphorus transport. J Environ Qual, 44, 486-494.

Knowles R. 1982. Denitrification. Microbiological Reviews, 46(1):43-70.

Korom SF. 1992. Natural denitrification in the saturated zone: Water Resources Res., 28(6): 1657-1668.

Krabbenhoft DP & DA Rickert. 2009. Mercury Contamination of Aquatic Ecosystems United States Geological

Survey Fact Sheet 216-95 (http://pubsusgsgov/fs/1995/fs216-95/).

Leverenz HL, K Haunschild, G Hopes, G Tchobanoglous & JL Darby. 2010. Anoxic treatment wetlands for

denitrification. Ecological Engineering, 36:1544-1551.

Long LM, LA Schipper & DA Bruesewitz. 2011. Long-term nitrate removal in a denitrification wall. Agriculture, Ecosystems & Environment, 140:514-520.

McLaughlan RG & O Al-Mashaqbeh. 2009. Effect of media type and particle size on dissolved organic carbon

release from woody filtration media. Bioresource Technology, 100:1020-1023.

Moorman TB, TB Parkin, TC Kaspar & DB Jaynes. 2010. Denitrification activity, wood loss, and N2O emissions

over 9 years from a wood chip bioreactor. Ecol. Eng., 36(11): 1567-1574.

Parsinejad M & M Akram. 2018. A Fresh Look at Drainage For Agriculture, Irrig. and Drain. 67 (Suppl. 2): 8–16.

Partheeban C, J Kjaersgaard, C Hay & T Trooien. 2014. Demonstrating the nitrogen-removal effectiveness of

denitrifying bioreactors for improved drainage water management in South Dakota. An ASABE-

CSBE/ASABE Joint Meeting Presentation, Paper Number: 141911325. Montreal, Quebec Canada July 13–

16, 2014.

Partheeban C, J Kjaersgaard, C Hay & T Trooien. 2014. A Review of the factors controlling the performance of

denitrifying woodchip bioreactors. ASABE Intersectional Meeting, March 28–29, 2014, Brookings, SD,

USA.

Patni NK, L Masse & PY Jui. 1996. Tile effluent quality and chemical losses under conventional and no tillage -

Part 1: Flow and nitrate. Transactions of the ASAE, 39:1665-1672.

Porter MD. 2011. Microbial Community Dynamics in Denitrifying Biofilters Receiving Agricultural Drainage.

Thesis. University of Illinois at Urbana-Champaign, Department of Civil and Environmental Engineering,

Urbana, Illinois.

Rivas A, G Barkle, B Moorhead, J Clague & R Stenger. 2019. Nitrate removal efficiency and secondary effects of

a woodchip bioreactor for the treatment of agricultural drainage. In: Nutrient loss mitigations for compliance in agriculture. (Eds L.D. Currie and C.L. Christensen). http://flrc.massey.ac.nz/publications.html.

Occasional Report No. 32. Fertilizer and Lime Research Centre, Massey University, Palmerston North, New

Zealand. 10 pages.

Rivett MO, SR Buss, P Morgan, JWN Smith & CD Bemment. 2008. Nitrate attenuation in groundwater: A review

of biogeochemical controlling processes. Water Research, 42.

Robertson WD & JA Cherry. 1995. In situ denitrification of septic-system nitrate using reactive porous media

barriers: field trials. Ground Water, 33:99-111.

Robertson WD, DW Blowes, CJ Ptacek & JA Cherry. 2000. “Long-term performance of in situ reactive barriers

for nitrate remediation.” Ground Water, 38:689-695.

Robertson WD, GI Ford & PS Lombardo. 2005. Wood-based filter for nitrate removal in septic systems.

Transactions of the ASAE, 48:121-128.

Robertson WD & LC Merkley. 2009. In-stream bioreactor for agricultural nitrate treatment. Journal of

Environmental Quality, 38:230-237.

Robertson WD. 2010. Nitrate removal rates in woodchip media of varying age. Ecological Engineering, 36:1581-

1587.

Rodriguez WD. 2010. Reclamation of Tile Effluent: Denitrifying Woodchip Bioreactors. In World Environmental and Water Resources Congress. Providence, Rhode Island: American Society of Civil Engineers.

Rudd JW. 1995. Sources of Methyl Mercury to Freshwater Ecosystems: A Review. Water, Air and Soil Pollution,

80:697-713.

Rust CM, CM Aelion & JRV. Flora. 2000. Control of pH during denitrification in subsurface sediment microcosms using encapsulated phosphate buffer. Water Research, 34(5):1447-1454.

Schipper LA & M Vojvodic-Vukovic. 2001. Five years of nitrate removal, denitrification and carbon dynamics in

a denitrification wall. Water Research, 35:3473-3477.

http://www.ia.nrcs/

http://pubsusgsgov/fs/1995/fs216-95/


237

Schipper LA, GF Barkle, JC Hadfield, M Vojvodic-Vukovic & CP Burgess. 2004. Hydraulic constraints on the

performance of a groundwater denitrification wall for nitrate removal from shallow groundwater. Journal of Contaminant Hydrology, 69:263-279.

Schipper LA, SC Cameron & S Warneke. 2010a. Nitrate removal from three different effluents using large-scale

denitrification beds. Ecological Engineering, 36:1552-1557.

Schipper LA, WD Robertson, AJ Gold, DB Jaynes & SC Cameron. 2010b. Denitrifying bioreactors-An approach

for reducing nitrate loads to receiving waters. Ecological Engineering, 36:1532-1543.

Soares MIM & A Abeliovich. 1998. Wheat straw as substrate for water denitrification. Water Research, 32:3790-

3794.

Tan CS, CF Drury, JD Gaynor & HYF Ng. 1999. Effect of Controlled Drainage and Subirrigation on Subsurface

Tile Drainage Nitrate Loss and Crop Yield at the Farm Scale. Canadian Water Resources Journal, 24, 177-

186.

Tiedje JM, S Simkins & PM Groffman. 1989. Perspectives on measurement of denitrification in the field

including recommended protocols for acetylene based methods. Plant and Soil, 115(2):261-284.

Tiedje JM. 1994. Denitrifiers. Part 2: Microbiological and biochemical properties. In Methods of Soil Analysis, 245-267. R. W. Weaver, ed. Madison, Wis.: Soil Science Society of America.

USDA NRCS. 2014. Natural Resources Conservation Service Conservation Practice Standard Denitrifying

Bioreactor (Ac.) Interim Code 747.

USGS. 2000b. Mercury in the Environment. https://www2.usgs.gov/themes/factsheet/146-00/

Van Driel PW, WD Robertson & LC Merkley. 2006. Denitrification of agricultural drainage using wood-based

reactors. Transactions of the ASABE, 49:565-573.

Volokita M, S Belkin, A Abeliovich & MIM Soares. 1996. Biological denitrification of drinking water sing

newspaper. Water Research, 30:965-971.

Wang X, JR Frankenberger & EJ Kladivko. 2003. Estimating nitrate-N losses from subsurface drains using

variable water sampling frequencies. Trans. ASAE, 46(4): 1033-1040.

Warneke S, LA Schipper, DA Bruesewitz, I McDonald & S Cameron. 2011a. Rates, controls and potential

adverse effects of nitrate removal in a denitrification bed. Ecological Engineering, 37:511-522.

Warneke S, LA Schipper, MG Matiasek, KM Scow, S Cameron, DA Bruesewitz & I McDonald. 2011b. Nitrate

removal, communities of denitrifiers and adverse effects in different carbon substrates for use in

denitrification beds. Water Research, 45:5463-5475.

Wildman TA. 2001. Design of field-scale bioreactors for bioremediation of nitrate in tile drainage effluent. MS

thesis. Urbana-Champaign, Ill.: University of Illinois at Urbana-Champaign, Agricultural & Biological

Engineering.

Woli KP, MB David, RA Cooke, GF McIsaac & CA Mitchell. 2010. Nitrogen balance in and export from

agricultural fields associated with controlled drainage systems and denitrifying bioreactors. Ecological

Engineering, 36:1558-1566.

YSI Environmental. 2001. Measuring ORP on YSI 6-Series sondes: Tips, cautions and limitations. Available at:

www.ysi.com/media/pdfs/T608-Measuring-ORP-on-YSI-6-Series-Sondes-Tips-Cautions-and-

Limitations.pdf. Accessed 1 December 2011.

YSI Environmental. 2008. ORP Management in wastewater as an indicator of process efficiency. Available at:

www.ysi.com/media/pdfs/A567-ORP-Management-in-Wastewater-as-an-Indicator-of-Process-

Efficiency.pdf. Accessed 1 December 2011.

https://www2.usgs.gov/themes/factsheet/146-00/

http://www.ysi.com/media/pdfs/T608-Measuring-ORP-on-YSI-6-Series-Sondes-Tips-Cautions-and-Limitations.pdf.%20Accessed%201%20December%202011

http://www.ysi.com/media/pdfs/T608-Measuring-ORP-on-YSI-6-Series-Sondes-Tips-Cautions-and-Limitations.pdf.%20Accessed%201%20December%202011


238

Determination of Biomass Energy Equivalent of Apple (Malus communis L.) in

Kayseri Province

Necati Çetin1,*

, Cevdet Sağlam1, Bünyamin Demir

2

1Erciyes University, Faculty of Agriculture, Department of Biosystems Engineering, 38039, Kayseri, Turkey

2Mersin University, Vocational School of Technical Sciences, Department of Mechanical and Metal

Technologies, 33343, Mersin, Turkey


ABSTRACT

Biomass is a non-fossilized organic substance of plant and animal-based used in energy production. Biomass energy sources are evaluated by directly burning (classic) or by converting them into fuels

(modern). Agricultural, animal, industrial, forest, domestic and sewage residual and wastes are the most

important sources of biomass. Plant residuals consists of stalk, straw, branches, shell and stem. Pruning

residues in orchards are one of the main plant residues. However, fruit residues that are not suitable for consumption are considered as biomass. The aim of this study is to determine the biomass energy equivalent

of apple grown in Kayseri province for the last 10 years. The obtained data were compared with Turkey and

Central Anatolia Region potential values.

Keywords: Renewable energy, apple, plant residuals, biomass, Kayseri


1. INTRODUCTION

Kayseri is located in the Central Kızılırmak area of the south of Central Anatolia between 37º 45 and

38º 18’ northern latitudes and 34º 56’ and 36º 59’ east longitudes. Kayseri covers an area of 2.2% of the

country's territory with a surface area of 16.970 km². The altitude of the province is about 1054 meters above sea level. About 35% of the province's surface area consists of agricultural lands (Anonymous 2016;

Anonymous 2018). Cultivated fields; field crops 365 614 ha, fruits, beverage and spice crops 19 543 ha,

vegetables 34 718 ha and fallow area 157 915 ha. Additionally, the apple production area of Kayseri is 6248 ha and the yield are 127 847 tons (TUIK, 2018). Biomass, which is one of the renewable

energy sources, environmentally friendly, clean and can available everywhere. To describe biomass briefly;

Biomass is a substance of biological origin, called organic carbon, some of which can be used for energy

production (Ergüneş, 2009) Fossil fuels are non-renewable sources of energy in rotting plant and animal wastes generated by the

storage of solar energy for millions of years. Fossil fuels constitute 78% of the world's energy resources. The

remaining 3% is nuclear and 19% is renewable energy sources (Anonymous, 2014). About 89% of the energy used in Turkey is from fossil (Türkyılmaz and Özgiresun, 2012). Approximately 78% of our fossil

fuel energy consumption is provided from imported sources (Saraçoğlu, 2008). Decreasing dependence on

foreign sources to meet energy needs, obtaining energy in cheap and reliable ways, depends on domestic energy equipment and domestic energy resources. This can be achieved with optimum utilization of

sustainable energy sources.

In this study is to determine the biomass energy equivalent of apple grown in Kayseri. The obtained

data were compared with Central Anatolia Region and Turkey potential values.


239


Between the years 2009-2018 to determine the of Kayseri province agricultural biomass energy

potential and, to compare with Turkey and the Central Anatolia Region ten years of crop production data were used. Agricultural biomass sources were evaluated in five groups like cereals, fruits, oilseeds,

vegetables, and legumes. Production area amounts of product groups were determined and annual average

dry biomass amounts were calculated over these areas. In the one-hectare area (with average yield), 80-100

tons of wet and 25-30 tons of dry biomass is obtained annually (Balat, 2005). Hence it is assumed that an average of 27,5 tons of dry biomass is obtained from one-hectare area. Generally, the thermal value of dry

biomass varies between 3 800-4 300 kcal / kg (Koçer and Ünlü, 2007). With the calculations, 1 kcal = 1.10-7

TEP (ton equivalent oil) and 1 TEP = 0.001163 MW equivalents were used to determine the energy equivalent of agricultural biomass (Topal and Arslan Topal, 2012). Accordingly, the average dry biomass

amount that can be produced in a year, the average dry biomass thermal value and the average dry biomass

energy value calculations were made using the following equations.

(

) (1)

(

) (2)

(3)

where;

OKBM: Average amount of dry biomass (ton), OBID: Average dry biomass thermal value (kcal/kg),

OBED: Average dry biomass energy value (TEO),

A: Area (ha).


Kayseri province (K), Central Anatolia Region (CAR) and Turkey (T) on the covering the years 2009-

2018 the annual amount of apple cultivated areas are given in Figure 1. Generally, Turkey, Central Anatolia Region, Kayseri increase in the area planted apple has occurred. According to Figure 1, apple cultivated

areas are reached to 6 249 ha in Kayseri and 70 429 ha in the Central Anatolia Region and Turkey amounted

to 174 640 ha in 2018. Apple cultivated areas in Kayseri, similar to both the Central Anatolia Region and Turkey has increased. Kayseri province in terms of apple production reflects Turkey. In this regard, Kayseri

province in terms of apple production reflects Turkey.

Figure 1. Apple cultivated areas (ha)


240

The energy equivalent of biomass obtained from apple between 2009-2018 is given in Figure 2. Biomass energy equivalent amount for Kayseri, Central Anatolia Region, and Turkey were determined to be

0.81 MW, 9.12 MW and 22.62 MW in 2018, respectively. In case the distribution between years is

evaluated, it is observed that the increases and decreases are at the same time. It can be obtained from apples

in Turkey biomass energy equivalent to 21.07 MW in 2009, while this value reached to 22.62 MW in 2018. Can be obtained at high biomass energy potential on behalf of Turkey has been the year of 2018.

Figure 2. Biomass energy potential (MW) obtained from apples

Considering the apple production area average obtained biomass energy equivalent and proportional

distribution of places it is in Table 1, Turkey's average biomass energy equivalent potential, Kayseri has 3.46% share and Central Anatolia Region has 8.68% proportional share.

Table 1. Average biomass energy equivalent and proportional distribution

Years

Biomass Energy Equivalent

(MW)

Proportional Comparison

(%)

Kayseri CAR Turkey K/T K/CAR CAR/T

2009 0.69 8.31 21.07 3.28 8.32 39.45

2010 0.70 8.58 21.38 3.26 8.13 40.15

2011 0.74 8.71 21.59 3.42 8.47 40.35

2012 0.76 9.04 22.64 3.35 8.38 39.93

2013 0.78 8.77 22.42 3.46 8.84 39.13

2014 0.79 8.85 22.20 3.55 8.92 39.84

2015 0.81 8.79 22.20 3.63 9.17 39.59

2016 0.80 8.92 22.46 3.57 8.99 39.71

2017 0.80 9.11 22.71 3.50 8.74 40.11

2018 0.81 9.12 22.62 3.58 8.87 40.33

Average 0.77 8.82 22.13 3.46 8.68 39.86

4. CONCLUSIONS

In order to reduce dependence on foreign sources in terms of energy, it is important to utilize the

highest levels of energy in agriculture. Taking into consider the agricultural potential of Turkey, it is thought

that obtaining energy from biomass sources will contribute to our energy deficit significantly. Therefore, modern biomass production methods and energy conversion technologies should be supported in order to

benefit from biomass at the national, regional and provincial level (Demir 2015; Demir 2016). In this study,

important information has been presented in terms of evaluating the energy potential of agricultural biomass, and it has been shown that Turkey will benefit from the energy problem positively by evaluating the high

potential agricultural biomass in Kayseri and Central Anatolia Region which is one of the important

agricultural centres of Turkey.


241

REFERENCES

Anonymous. 2014. Renewable energy policy network for the 21st century. http://www.ren21.net, Accessed 10

Aralık, 2014.

Anonymous. 2016. Kayseri tarihi, www.kayseri.gov.tr, Accessed 19.05.2017.

Anonymous. 2018. Kayseri ili iklim ve bitki örtüsü www.kayseri.tarim.gov.tr, Accessed 11.07.2017.

Balat M. 2005. Use of Biomass Sources for Energy in Turkey and a View to Biomass Potential. Biomass and

Bioenergy, 29, s. 32-41.

Demir B, ZA Kuş, HA İrik & N Çetin. 2015. Mersin İli Tarımsal Biyokütle Enerji Eşdeğer Potansiyeli. Alinteri

Journal of Agriculture Sciences, 29(2), 12-18.

Demir B, N Çetin, ZA Kuş & E Kuş. 2016. Erzincan İlinin Tarimsal Kökenli Biyokütle Enerji Eşdeğer

Potansiyeli. Uluslararasi Erzincan Sempozyumu, 28 Eylül-1 Ekim 2016, Cilt 3, 641-646.

Ergüneş G. 2009. Tarım Makinaları. Nobel Yayınları, Ankara. 544 s.

Koçer NN & A Ünlü. 2007. Doğu Anadolu Bölgesinin Biyokütle Potansiyeli ve Enerji Üretimi. Doğu Anadolu

Bölgesi Araştırmaları, 175-181.

Saraçoğlu N. 2008. Biyokütleden enerji üretiminde enerji ormancılığının önemi. VII. Ulusal Temiz Enerji

Sempozyumu (UTES’2008) Bildiri Kitabı, 17-19 Aralık 2008, İstanbul.

Topal M & EI Arslan Topal. 2012. Ürün Bitkilerinden Yenilenebilir Enerji Kaynağı Biyokütle Enerjisi

potansiyelinin Belirlenmesi: Afyonkarahisar ili Örneği (2006-2010). Afyon Kocatepe Üniversitesi Fen Bilimleri Dergisi, 12 (2012) 025401 (1-11).

Türkyılmaz O & C Özgiresun. 2012. Türkiye’nin enerji görünümü. http://www.mmo.org.tr

TUIK. 2018. Türkiye İstatistik Kurumu. http://www.tuik.gov.tr. (Erişim tarihi: 09 Temmuz 2018).

http://www.mmo.org.tr/


242

Determination of Basic Parameter Values for Agricultural Mechanization Level

of Agricultural Enterprises in Selçuk District of Izmir Province

Cevdet Sağlam*, Necati Çetin

Department of Biosystems Engineering, Faculty of Agriculture, University of Erciyes, 38039, Kayseri, Turkey


ABSTRACT

The main source of livelihood for the population living in Selçuk is agriculture and animal husbandry

after tourism. The district has 1 200 agricultural holdings in 14 586 hectares of agricultural land. Among the

crops, olive-grape as fruit and cotton as field crop are the most grown products. In this study, data on agricultural land and machinery assets from 100 enterprises located in 14 villages and district centres that

can represent the district were used. Observations from surveys, survey results and data obtained from

district agriculture directorate were taken as basic inputs in determining mechanization level indicators. Mechanization indicators taken into account in calculations; the number of tractors per farm, average tractor

power, tractor engine power per farm, the number of tools and equipment per tractor, the weight of tools and

equipment per tractor, the area per tractor, the number of tractors per 1 000 ha treated area.

Keywords: Mechanization level, tractor, Selçuk district, agriculture machinery


1. INTRODUCTION

The effect of the machines and tools used in agricultural production on increasing agricultural

productivity varies depending on soil structure, climatic characteristics, product design, production

techniques, type and capacity of the machines used, land availability, parcel size, tractor power and compatibility with agricultural machinery. These parameters, when used alone or in combination, can be

effective in increasing agricultural yield (Gürsoy, 2012).

The most important of the mechanization opportunities evaluated for production in Turkey is the harmony between the size of the enterprises and the tractor power groups. If this is not considered, the

increase in the level of mechanization decreases at some point and all the costs incurred remain unnecessary

(Sabancı and Akıncı, 1994).

In agricultural production, mechanization takes place at every stage from sowing to harvest. This process, which is called as agricultural mechanization, is important both in terms of decreasing the operating

costs and using the labour force more effectively. In today's world, agricultural mechanization, which is

indispensable of modern agricultural technique, requires a good planning process since it is a long-term and expensive investment area. For this reason, the mechanization situation of countries and agricultural

enterprises and their problems should be examined sufficiently.

In the district of Selçuk, which is a research area, agriculture is a sector that constitutes an important source of livelihood of the region. 14 210.8 hectares of the Selçuk district, which has an area of 29 500

hectares, are agricultural lands. This study on mechanization planning will be important in terms of being a

reference source.

With this study, a study has been carried out on the existing agricultural machinery and technology in the study areas, and the suggestions for solutions to the problems related to the mechanization level and the

use of the machines have been presented and a reference resource has been formed which can be the basis

for the use of modern technologies in the study area. With this study, a study has been carried out on the existing agricultural machinery and technology in the study areas, and the suggestions for solutions to the



243

problems related to the mechanization level and the use of the machines have been presented and a reference resource has been formed which can be the basis for the use of modern technologies in the study area.


2.1. Materials

In this survey, the data obtained from the surveys and observations from 100 agricultural enterprises in 15 settlements in 14 villages and 1 central district of Selçuk district of İzmir province consist of data

obtained from agricultural enterprises. In addition, the data collected from the farmers' records and statistics

of Selçuk District Agriculture Directorate were used. Selçuk District was chosen as the research area. The data used in the research belongs to the years 2017-2018.

2.1.1. Research Location and Features

The district of Selçuk which constitutes the research area; It is located on the 295 km² area on the 73

km of the İzmir-Aydın highway to the west of the Aegean Region. Izmir Adnan Menderes Airport is 60 km

away. Since the district is located at the intersection of important traffic lines, land transportation is also convenient. It is connected to the nearby provinces and districts by rail line. Its distance to İzmir is 74 km

(Özpınar, 2001).

Height from the sea is 16 m. Surrounded by Torbalı in the north, Tire in the east, Germencik in the south, and Kuşadası districts in the south west, our district's historical and archaeological status as well as its

natural beauties have brought to the forefront its geographical richness and privilege (Polat and Sağlam,

2001). The Küçük Menderes River, which emerges from the Western Anatolia region, passes through a wide

plain 3 km north of the district and flows into the sea from 9 km west. Maden does not have much heights in

the east, Kayser and Sarıkaya Mountains; there is Bülbül Mountain on its skirt which has witnessed the

establishment of a great civilization. In the northwest of Selçuk, which has Bird Paradise and three natural lakes (Coyote, Gebeklise and Cevasir), nature allows the shelter of various birds. The fact that 49% of the

area is a forest area constitutes the richness of the natural pattern of the district. Total area of Selçuk district

is 29 500 hectares. The total agricultural area in the district is 14 586 hectares. There are 8 olive oil factories, 2 ginning factories, 4 dairy factories and 2 wine factories in the district (Yavuzcan et al., 1986).

Selçuk is dominated by the Mediterranean climate, summers are hot and dry, winters are mild and

rainy. After tourism, the most important livelihood of the district is agriculture. Cotton, olives, grapes,

peaches, pomegranates and citrus fruits are the most important sources of income. The average annual temperature in Selçuk is 16.8 °C. The average annual rainfall is 712 mm (Anonymous, 2019). The surface

area of Selçuk district is 29 500 ha, 14 210.8 ha of this constitutes the agricultural area. 11 000 km² fallow

area is not included (Sabancı et al., 1994).

2.1.2. Land Existence of Research Area

Product pattern and planted areas in Selçuk district are formed as shown in Table 1.

Table 1. Planted areas (ha) of the district

Product Planted Area (ha)

Field Crops 1 135

Vegetable 458

Fruits 2 939

Peach, tangerine, olive, cotton, pPomegranate, corn, quince cultivation is the most common. Vegetable

cultivation is almost non-existent. Product pattern is shown in Table 2 (Yıldız et al., 2007).

Table 2. Product pattern of the district

Products Field size (ha) Products Field size (ha)

Peach 1 635 Quince 200

Mandarin 1 150 Almond 165

Olive 1 000 Tomato 130

Cotton 680 Maize (silage) 130

Pomegranate 300 Maize (grain) 100


244

2.2. Methods

2.2.1. Selection of Sample Businesses

The research facility was determined as 100 units. Land assets and number of farms of all farms in the research area were determined from the records of Selçuk District Agriculture Directorate Farmer

Registration System (EQS). In the research area, there are 1200 enterprises in a total of 15 settlements

including 14 villages and 1 central district (Kasap and Özgöz, 2006). In the survey study, random sampling method and; graded sampling method were used.

In determining the mechanization level of Selçuk district, the number of tractors per farm, average

tractor power, tractor engine power per farm, the number of tools and equipment per tractor, the weight of

tools and equipment per tractor, the area per tractor, 1 000ha per tractor number were the criteria. In determining these criteria, total processed area, number of tractor - equipment and average tractor power

quantities were used.

Surveys were conducted by interviewing the farmers in the enterprises, observing and measuring them. In the survey, agricultural land size, dry and irrigated land area, fallow area, product pattern, tools and

machinery availability were discussed.

3.2.2. Evaluation of Data

In the evaluation of the data obtained from the enterprises through observation, measurement,

questionnaire and data obtained from TURKSTAT, charts on the mechanization level of Selçuk district and research areas were prepared. Mathematical calculations were made during the preparation of these tables. In

determining the mechanization level parameters of Selçuk district, number of tractors per tractor (tractor /

operation), tractor power (kW / operation), average tractor power (kW / tractor), tool-machine per tractor (number of tools / machine / tractor) and tool-equipment weight (ton / tractor), tractor engine power per unit

area (kW / ha), number of tractors per 1 000 ha processed area (number of tractors / 1 000 ha) and treated

area per tractor (ha / tractor) were obtained.


3.1. Agricultural Production Area of Enterprises

The data obtained from 100 enterprises by questionnaire were collected and evaluated. As a result of

the evaluation, various conclusions were reached about the product pattern of the district and the status of the lands.

3.1.1. Land Status of Businesses

The agricultural production areas and distribution in the sample farms are given in Table 3.

Table 3. Production areas of sample farms

Area Groups

(ha)

Number of

Farms

Ratio

(%)

0.1-2 52 52

2.1-4 22 22

4.1-6 10 10

6.1-8 4 4

8.1-10 3 3

10.1-50 9 9

Total 100 100

As seen in the data obtained from observations and surveys from 100 enterprises, there are 52 enterprises in the range of 0.1-2 ha. This shows that small areas are more common in the research area.


245

3.2. Mechanization Properties of Enterprises

3.2.1. Existence of Tractors of Enterprises

Tractor assets of farms were determined in terms of numerical and tractor power.

3.2.2. Distribution of Tractor Numbers by Land Size

According to the results of the survey, 76 tractors were found in 100 farms. The distribution of 76

tractors by land size is given in the Table 4.

Table 4. Distribution of tractor assets by land groups

Field Size

(ha)

Number of

Tractor

Number of

Farms

Tractor per farm

(number/farm)

0.1-2 38 52 0.73

2.1-4 18 22 0.82

4.1-6 7 10 0.70

6.1-8 5 4 1.25

8.1-10 4 3 1.33

10.1-50 4 9 0.44

Total 76 100 5.27

According to the results of the table, there are almost no tractors per land in farms with land size of 0.1-2 ha, 2.1-4 ha, 4.1-6 ha, and 10.1-50ha. The number of tractors per farm is 1.25 in the farms with 6.1-8ha

land size. The number of tractors per enterprise is 1.33 in the enterprises with 8.1-10ha land size. According

to the data obtained from the table, the number of tractors per plant is 5.23 per 100 plants.

3.2.3. Agricultural Tools and Machinery Existence

The presence of agricultural tools and machinery in the sample farms is given in Table 5. In determining the mass and typical properties of the machines and tools in the table, the technical properties of

the companies producing the relevant machines were determined and the table was arranged. When the data

obtained from the enterprises included in the survey were examined, it was observed that there were 299 agricultural tools and machines in 100 enterprises. The total mass of the machines in the table is 169 224

tons.

Table 5. Presence of Agricultural Machinery and Tools of Enterprises

Agricultural Tools and Machinery Name Number Type Mass (kg) Total mass (kg)

Mouldboard plough 20 3 unit 360 7 200

Disc plough 5 14 discs 410 2 050

Stubble disc plough 1 - 670 670

Subsoil machine 2 3 unit 501 1 002

Soil milling 15 - 440 6 600

Cultivator 8 9 units 330 2 640

Disc harrow 3 24 discs 570 1 710

Hay Rake 16 4 rows 170 2 720

Tooth Harrow 2 15 tooth 195 390

Tractor Drawn Hoeing Machine 1 3 rows 520 520

Pneumatic Sowing Machine 2 5 rows 970 1 940 Manure Spreading Machine 1 3 m3 1600 1 600

Fertilizer Broadcaster 25 400 lt 150 3 750

Selector Knapsack Sprayer 7 25 lt 9 63

Field Crop Sprayer 30 400 lt 400 12 000

Engine driven sprayer 8 200 lt 85 680

Moto pomp (Thermic Engine) 2 6.5 lt 67 134

Moto pomp (Electrical) 5 3 lt 35 175

Trailer 59 5 tons 1650 97 350

Water Tanker 22 3 tons 850 18 700

Disc-Harrow 10 24 discs 685 6 850

Total 244 - - 169 224


246

3.3. Mechanization Level of Enterprises

With the help of the data obtained from the surveys, the number of tractors per farm, average tractor

power, tractor engine power per farm, the number of tools and equipment per tractor, the mass of tools and

equipment per tractor, the area per tractor, per 1000 ha processed criteria indicating the mechanization level such as the number of tractors per area were determined and shown in the Table 6.

Table 6. Mechanization criteria of Selçuk district

Mechanization criteria Value Unit

Number of tractors per farm (Tractor / Farm) 0.76 number

Amount of power per operation (kW / operation) 31.53 kW

Average tractor power (kW / Tractor) 41.49 kW Number of machine and tool equipment per tractor (Tool-machine/Tractor) 3.93 number

Machine mass per tractor (ton / Tractor) 2.23 tone

Cultivated area per tractor (ha / Tractor) 54.83 ha

Tractor power per unit area (kW / ha) 7.57 kW

Number of tractors per 1000 ha area (Tractor / 1000ha) 5.48 number

Using more than one method to determine the level of mechanization is very important for the more

accurate evaluation of the results. Considering this assessment, it is considered that there is diversity in mechanization criteria.

3.4. Comparison of Mechanization Criteria of Sample Enterprises and Selçuk District

Table 7 shows that the comparison of the mechanization criteria of the sample enterprises and Selçuk

district.

Table 7. Comparison of mechanization criteria of sample enterprises and Selçuk district

Mechanization criteria Sample

enterprise

Selçuk

District

Average tractor power (kW/Tractor) 41.49 42.58

Tool-machine/Tractor 3.93 6.61

Sowing area per tractor (ha/Tractor) 54.83 101.95

Tractor power per unit area (kW / ha) 7.57 4.53

Number of tractors per 1000 ha area (Tractor / 1000ha) 5.48 9.81

As a result of the comparison of the sample farms and the mechanization criteria of Selçuk district, the fact that the average tractor power is very close to each other is an indication that 100 enterprises were

selected with the right method. The amount of power per unit area was higher in sample enterprises

compared to Selçuk district. This indicates that the mechanization of the enterprises is high.

4. CONCLUSIONS

The results of the survey conducted with 100 enterprises in Selçuk district are summarized below:

- 52% of enterprises have agricultural area in 1-20. This figure shows that the size of the enterprises in

Selçuk is very small. Another reason for agriculture in smaller areas in Selçuk is the formation of orchards in a large part and the presence of small, rugged and fragmented lands in the southern parts. 59.02% of the

owners were engaged in agricultural activities in their own land. The land used for rent is 36.83%. The land

used for free is 4.15%. 89.94% of the land used as an enterprise is irrigated agriculture. In this figure, it covers the whole district and its environs. 8.46% of the operating areas are dry farming. 1.6% of the

enterprises were left fallow. Among the enterprises surveyed, 14.73 of the population are primary school

graduates or continue to study. Faculty or college graduate is 33.42 percent of the population. This makes us infer that the literacy rate is quite high in Selçuk.

- The level of education of the business owners is 51% with a secondary school degree. The ratio of

high school graduates is 17%. The ratio of faculty and college operators is 8%. Business owners with social

security account for 92%. A small number of operators, such as 8%, are not affiliated with any social security institution. 28% of business owners benefit from agricultural viniculture. Out of 100 operators, there

are 49 people who work in a different business than both business and agriculture. 51 people earn their


247

living only by agricultural production. In this case, 49% confirmed that it cannot be sustained only by agricultural production. Cotton is cultivated at a rate of 56.78% of the farmland and has the highest

production area with an area of 134 da. This shows that cotton cultivation has an important place for Selçuk

district. Melon in the area of 4.5ha, strawberry in the area of 3.2 ha and tomato in the area of 2.5 ha.

- According to the operating data, the most fruit trees are mandarin with a share of 32.38%. The second place is peach with 23.36%. Peach is followed by pomegranate (18.07%), olive (12.16%), quince

(7.27%) and fig (6.76%). It was observed that there were 299 agricultural tools and machines in the surveyed

enterprises. Total mass of these machines is 169 224 tons. Most of the machines are plough, sprayer, centrifugal pump, seeder and fertilizing machine. The total number of tractors in the 100 enterprises

surveyed is 76.

- The number of tractors per plant in Selçuk district is 0.76; tractor engine power 31.53 kW; average

tractor power is 41.49 kW, number of machinery and equipment per tractor is 3.93, tractor mass per machine is 2.23 tons, average engine power per unit area is 7.57 kW, number of tractors per 1 000 ha area is 5.48 The

cultivated area per tractor was found to be 54.83 ha. There is no use of common and rental agricultural tools

and machinery. It was observed that 100 enterprises in the survey generally used sprinkler irrigation and drip irrigation. The owners of the survey stated that they were affected negatively by the increasing fertilizer and

diesel prices in general.

-

REFERENCES

Anonymous. 2019. İzmir Meteoroloji Bölge Müdürlüğü. http://izmir.mgm.gov.tr/ Accessed 15.10.2018.

Gürsoy S. (2012). Güneydoğu Anadolu Bölgesinde Tarımsal Üretimin Gelişmesinde Mekanizasyonun Rolü.

Batman Üniversitesi Yaşam Bilimleri Dergisi, 1(2): 339-346.

Kasap A & E Özgöz, Tokat İlinin Tarımsal Mekanizasyon Durumu ve Farklı Toprak İşleme Sistemlerinin

Uygulanabilirliği. GOÜ. Ziraat Fakültesi Dergisi, 23 (2): 45-51

Özpınar S. 2001. Marmara Bölgesinin Tarımsal Mekanizasyon Özelliklerinin Belirlenmesi, Tarımsal

Mekanizasyon 20. Ulusal Kongresi, 41-46, Şanlıurfa.

Polat R & R Sağlam. 2001. GAP Bölgesinin Mekanizasyon Durumu ve Sorunları, Tarımsal Mekanizasyon 20.

Ulusal Kongresi, 617-621, Şanlıurfa.

Sabancı A & İ Akıncı. 1994. Dünyada ve Türkiye’de Tarımsal Mekanizasyon Düzeyi ve Son Gelişmeler,

Tarımsal Mekanizasyon 15. Ulusal Kongresi, 20-22 Eylül, Antalya.

Yavuzcan G, R Keskin, M Ayık, Aİ Acar, A Çelik & M Vatandaş. 1986. Tarımsal Mekanizasyon Sorunları ve

Çözüm Yolları, GAP Tarımsal Kalkınma Sempozyumu Bildiri Kitabı, 453-467, Ankara Üniversitesi

Basımevi, Ankara.

Yıldız MU, Y Dilay & A Özkan. 2007. ve Ark. Karaman İlinin Tarımsal Mekanizasyon Seviyesinin Belirlenmesi

http://Selçuk.bel.tr/icerik/24/40/Selçuka-dair.aspx Accessed 01.11.2018.

http://izmir.mgm.gov.tr/


248

Determination of Optimum Machine Capacity and Tractor Power in Kayseri

Irrigated Agricultural Conditions

Cevdet Sağlam*, Necati Çetin

Erciyes University, Faculty of Agriculture, Department of Biosystems Engineering, 38039, Kayseri, Turkey *Correspondence: [email protected]

ABSTRACT

Nowadays agricultural mechanization applications are very diversified, machine selection and planning increase its importance. In order to achieve the purpose of agricultural mechanization and contribute to the

increase in productivity, power machines should be equipped with the most suitable construction machinery.

The machine sets that are created for this purpose should consist of a combination of machines that will provide the greatest benefit in terms of work and energy economy when used with agricultural tractors with

certain power and technical equipment. In this study, it is aimed to determine the optimum machine capacity

and tractor forces required for the irrigated agricultural production conditions of Kayseri. Firstly, the data

obtained from observation, measurement and survey studies from sample enterprises determined in the field of research were evaluated. Product patterns and production areas of the products produced were determined

according to the determined business groups and the required optimum machine dimensions and tractor

powers were calculated accordingly. In the 1-10 ha, 10.1-20 ha and 20.1-50 ha operating groups, optimum machine capacities indicating the working widths of the plough, cultivator, disc harrow, precision sowing

machine, grain sowing machine and hoeing machine were determined. As a result, maximum tractor power

requirements were determined in mouldboard ploughs according to operating groups. 4.18, 12.74 and 31.47

kW. Consequently, optimum plough capacities were determined as 0.10 m, 0.33 m and 0.74 m. Optimum power values after mouldboard plough respectively; channel plough is determined in precision sowing

machine, grain machine and cultivator.

Keywords: Farm machinery, Optimum capacities, Tractor powers, Plant production, Kayseri


1. INTRODUCTION

In Turkey where there is no possibility of further development of the production areas, the productivity

increase can be achieved by cultivating a few products annually by using modern agricultural techniques.

Agricultural mechanization, which is one of the important elements of advanced agricultural technology, enables the efficient and economic use of agricultural inputs. One of the leading conditions of effective

mechanization in agricultural enterprises is the selection of machinery in a way that allows the best use of

resources. The most important limiting factor in this issue is the lack of adequate and appropriate data

(Çelik, 1997). In order to increase agricultural productivity, maximum profit and minimum costs, the selection and economic use of tractors and agricultural machines which are important power sources in

agriculture are required. When selecting the machine set for an agricultural enterprise, it is necessary to use

the tractor that is most suitable for it (Tunalıgil ve Eker, 1987; Hunt, 1973). In this study, it is aimed to determine optimum agricultural machinery sizes and tractor powers required

for irrigated farms in Kayseri conditions. For this purpose, 110 agricultural enterprises were interviewed one

by one with the contribution of the technical staff of Kayseri Provincial and District Directorate of

Agriculture and Forestry, Kayseri Sugar beet Cultivators Cooperative and Kayseri Agricultural Credit Cooperative. Field studies have been conducted with many business owners in order to see the land

applications and to determine the operating costs. In our region, cereal cultivation, sugar beet cultivation and



249

potato cultivation are done intensively. Agricultural mechanization applications are used extensively in these production models.

The research area shows similarities with the farms in Central Anatolia in terms of both climate

conditions and soil structure and farmer habits. Therefore, the agricultural mechanization model to be

determined in the study is important in terms of helping to determine the mechanization model of agricultural enterprises in the Central Anatolia region.

In Kayseri conditions, a comprehensive study on the mechanization planning model based on

agricultural enterprises could not be done. With this study, different production planning and model were determined depending on the production pattern and the machine assets used in the existing enterprises in

the region. The determination of the model that evaluates the production resources in the best way within the

framework of the factors affecting machine selection is a developing field of study in Turkey. It is planned

that the agricultural mechanization model to be determined with this research will help in the selection of machinery of similar agricultural enterprises working under the same conditions.


2.1. Material

The main material of the research consists of information about the 2013-2017 production season

collected from agricultural enterprises in the research area. The answers of 110 agricultural holdings selected

by purposeful sampling method from 10 districts which can represent Kayseri province, in general were evaluated. Field studies have been observed in order to determine the application methods and fuel

consumption of selected farmers. The values related to fuel consumption and business success of the tools

and machines used in production operations in field studies were determined by observing and measuring over a few sample enterprises during the operations.

2.1.1. Climate and Meteorological Characteristics

The steppe climate is observed in many places in Kayseri. In the research area, the climate of Central

Anatolia is dominated by cold and snowy winters and hot and dry continental in summer. According to the

30-year climate data of Kayseri, monthly average, maximum and minimum temperature values are given in

Table 1 (Anonymous, 2018a).

Table 1. Average temperature values of Kayseri Province by months

Months Lowest Average

Temperature (ºC)

Highest Average

Temperature (ºC)

Average

Temperature (ºC)

January -6.9 4.0 -1.7

February -5.3 6.0 0.1

March -1.6 11.2 4.8

April 3.2 17.7 10.7

May 6.8 22.6 15.2 June 9.7 26.8 19.3

July 11.9 30.6 22.6

August 11.4 30.8 22.2

September 7.3 26.5 17.3

October 3.5 20.4 11.6

November -0.9 13.0 5.3

December -4.5 6.4 0.5

There are very few closed days in Kayseri. The average number of closed days is 51.1, and the number of open and sunny days is around 120.3 days. The average relative humidity is 64%. The average rainfall is

397.4 kg per square meter. The province receives the most rainfall in April, May and June (Anonymous,

2018b). In Kayseri, only 12.97% of the total agricultural area is irrigated and when compared to the total

irrigated areas according to the total agricultural area (%), it is seen that Yahyalı, Melikgazi, Yeşilhisar,

Kocasinan districts are most irrigated. In terms of total irrigated areas, Yahyalı, Kocasinan, Pınarbaşı and

Yeşilhisar districts are at the forefront. As the irrigable areas supported by the consolidation increase, I. and II. class land, especially Kayseri, 47.79% of the corresponding III. it is clear that the yield will increase

significantly in class land.


250

2.2. Methods

Bünyan, Tomarza, Akkışla, Develi, Yeşilhisar, Yahyalı, İncesu and Kocasinan districts were selected to

represent the province of Kayseri, which is the research area. Kayseri Beet Cultivators Cooperative,

Provincial and District Directorates of Agriculture and Forestry and Agricultural Credit Cooperatives were used to determine the enterprises. The enterprises were determined by “Gay Sampling Method. The

“Proportional Stratified Sampling” method was used in order to increase the accuracy of the findings of the

selected enterprises and to ensure that the different sections in the population were adequately represented.

2.2.1. The survey form and data preparation

In the formation of the form, the product type, quantity, production area, production operations, machine-tool number, type, properties, production values and input usage values of the plants cultivated by

the enterprises. information (Annex I). Machine-tool fuel consumption and work efficiency values related to

production processes were determined by observations and measurements made during the process. The information and data subject to the survey were obtained by one-to-one interviews with the sample business

owners and authorized persons and filling the forms. The reliability of the data was determined by

comparing the information given by the farmers with the previous experimental and literature data. Questionnaires with insecure and distorted information were not considered.

2.2.2. Consisting Business Groups

In the selection of the sample enterprises, the total number of enterprises within the scope of the

research area has been determined primarily. Then, the enterprises that could represent the working area in

terms of production area, production pattern and machine presence were determined. Frequency tables and graphs of the sample farms were examined, and 3 different farms were determined according to the land size

limits.

2.2.3. Determination of Workable Days

In order to determine the number of days that the tractor can work in the production area, 20-year

climate data obtained from Kayseri Regional Directorate of Meteorology was used. Rainfall amounts, average temperature values and whether the field is covered with snow were taken into consideration in

determining the time that can be worked in the field. It has been calculated by considering the following

constraints based on climate data in order to determine the days to be studied (Bölükoğlu, 1982): Rainfall on a calculated day <= 2.5 mm,

The amount of rain falling on the previous day <= 5.1 mm,

Rainfall <= 7.6 mm two days ago,

The rainfall of the week containing the calculated day <= 12.7 mm, Amount of snow cover on the calculated day <= 0

In order to the calculated day to be workable, it must meet the specified constraint values. The number

of workable days determined was calculated according to the 80% probability level. Workable day values are taken as 10 hours daily working time for production period and values related to total workable times are

determined.

2.2.4. Determination of Machine Capacity and Tractor Power

In order to determine the optimum tractor power required for the farm groups, the optimum tool-

machine capacities (working widths) were determined to depend on the production areas. Then the optimum tractor engine’s horsepower was determined according to the specified equipment. In order to determine the

optimum machine working widths, the following formula was used (Mutaf, 1974; Sağlam, 2003):

(1)

where;

w: Optimum machine capacity (m),

A: Production area (ha),


251

Z: Number of days that the tractor can work in the field (number), T: Daily working time of the tractor (h / day),

e: Field activity (decimal),

s: Working speed of the tractor (km / h).

The values of field efficiency and tractor speed were taken into consideration while the measurements

and observations made in the field for each tool-machine were taken into consideration as well as the results

of the studies conducted in the literature. When determining the number of workable days, the working periods and maximum working periods of each machine set in the field were taken into consideration. The

number of workable days for these periods was determined based on the meteorological data of the

production season of that year. After determining the optimum machine capacities, it is necessary to

calculate the traction power required by agricultural equipment in the enterprises. For this purpose, the following formula was used (Mutaf, 1974; Sarıaslan, 1990; Sağlam et al., 2018):

(2)

Where; MCG: Traction force (KW) required for traction of agricultural tools and machines,

MCD: The specific draw resistance of the machine (kN / m).

After calculating the power required for the machines to be towed, the equivalent power of the tail shaft

was determined depending on the drawbar power and drawbar efficiency (Mutaf, 1974, Sarıaslan, 1990;

Sağlam et al., 2018):

(3)

Where;

EKMG: Equivalent PTO Power (kW),

TCE: The tractor's towing efficiency.

The following general equation has been used to calculate the optimum tractor power (OTG) required

for machines that only work by pulling without moving from the PTO (Mutaf, 1974, Sarıaslan, 1990;

Sağlam et al., 2018):

(4)

In the formulations, the TCE values were calculated as 0.73 for untreated hard soils and 0.65 for treated

soils.


3.1. Business Groups

As a result of the data obtained from the research area, operational groups, numerical and proportional values formed according to the production area are given in Table 2.

Table 2. Distribution of enterprises by groups

Enterprise

size (ha)

Tractor

power (kW)

Enterprise number Field size

Number (%) Awerge (ha) Total (ha) (%)

1-10 33.7 73 66.65 4.76 347.5 31.04

10.1-20 45.6 25 22.47 15.23 380.7 34.01

21.1-50 62.4 12 10.88 35.60 427.2 38.16

Total - 110 100.00 10,18 1119.4 100.00


252

The number of enterprises divided into 3 groups according to the size of the production area is determined as 110 in total, 73 in 1-10 ha group, 25 in 10.1-420 ha group and 12 in 21.1-50 ha group. The

number of enterprises in the first group (1-10 ha) was highest with 66.65% and the lowest in the third group

(21.1-50 ha) with 10.88%. In terms of land size, Group 3 had the highest production area with a total of

427.2 ha and 1 group had the least production area with 347.5 ha.

3.2. Production Processes and Time

Processes related to agricultural activities carried out in the production areas of the enterprises are

shown in Table 3.

Table 3. Production processes and times of sugar beet and potato products

Operations Tool-Equipment Operation Times Workable

Times

Tillage

Mouldboard plough September30-October30 14

Cultivator April 15-25 6

Disc harrow April 15-25 6

Sowing Pneumatic seed drill April 25-May 15 9

Furrow Furrow plough April 25-May 15 11

Grain sowing machine October 10-30 11

Hoeing Hoeing machine May 15-30 7 Spraying Field sprayer May 15-25 8

Harvesting - September30-October30 18

3.3. Machine Capacity and Tractor Powers

Specific draw resistance of agricultural tools and machines used in enterprises are given in Table 4

(Anonymous, 1996).

Table 4. Specific draw resistance of agricultural tools and machinery

Tools and machine Draw resistance (kN/m) Tools and machinery Specific draw resistance (kN/m)

Mouldboard plough 15.2 Field sprayer 0.60

Cultivator 2.65 Grain sowing machine 1.65

Disc harrow 2.00 Hoeing machine 1.30

Sowing machine 5.88 Furrow plough 10.20

Table 5 shows the field efficiency values of agricultural tools and machines determined during the operation.

Table 5. Field efficiency values of agricultural tools and machinery (%)

Equipment Group 1 Group 2 Group 3

Mouldboard plough 80 83 81

Cultivator 81 85 84

Disc harrow 80 79 80 Sowing machine 70 69 65

Hoeing machine 81 80 86

Field sprayer 73 75 74

Grain sowing machine 68 69 70

Table 6 shows the values of the progress and work successes of the tools and machines determined

during operation.

Table 6. Working speed of agricultural tools and machines (km/h)

Equipment Group 1 Group 2 Group 3

Mouldboard plough 5.14 4.90 5.40

Cultivator 7.28 7.58 7.87

Disc harrow 6.96 6.69 7.90

Pneumatic seed drill 6.52 6.45 5.20

Hoeing machine 6.56 6.92 7.28

Grain sowing machine 5.5 5.20 5.7

Field sprayer 7.17 7.23 7.00


253

The optimum working widths of the equipment in the machine sets and the pulling force values they

require are shown in Table. 7.

Table 7. Optimum working width and traction values of tool-machines

Tools-Machinery

Group 1 (1-10 ha)

(Average 4.76 ha)

Group 2 (10.1-20 ha)

(Average 15.23 ha)

Group 3 (20.1-50 ha)

(Average 35.60 ha)

Capacity

(m)

Drawbar

power(kW)

Capacity

(m)

Drawbar

power(kW)

Capacity

(m)

Drawbar

power(kW)

Mouldboard plough 0.10 2.24 0.33 6.83 0.74 16.87 Cultivator 0.17 0.91 0.52 2.90 1.12 6.49

Disc harrow 0.18 0.70 0.60 2.23 1.17 5.14

Sowing machine 0.15 1.6 0.48 5.06 1.46 12.4

Furrow plough 0.11 1.68 0.38 5.23 0.91 13.4

Hoeing machine 0.16 0.38 0.50 1.79 1.02 4.13

Grain sowing machine 0.15 0.39 0.49 1.17 1.04 2.72

When Table 7 is examined, it is seen that the maximum drawbar power requirement is in the

mouldboard plough. As a result of the calculations made by considering the average sowing areas in the operating groups 4.76 ha. Optimum plough working widths for average production areas of 15.23 ha and

35.60 ha, respectively; 0.103 m, 0.33 m, and 0.74 m. The optimum traction values required for these plough

working widths are; 2.24 kW, 6.83 kW and 16.87 kW. The optimum tractor engine’s horsepower required for the equipment in the machine sets is calculated according to the equivalent PTO power values of the

tractor and these values are given in Table 8.

Table 8. Optimum tractor engine forces required

Tools-Machinery

Group 1 (1-10 ha)

(Average 4.76 ha)

Group 2 (10.1-20 ha)

(Average 15.23 ha)

Group 3 (20.1-50 ha)

(Average 35.60 ha)

P (kW) P (kW) P (kW)

Mouldboard plough 4.18 12.74 31.47 Cultivator 1.91 6.07 13.56

Disc harrow 1.46 4.67 10.77

Sowing machine 3.35 10,95 25.98

Furrow plough 3.86 11.27 28.07

Hoeing machine 0.85 2.12 8.65

Grain sowing machine 0.51 2.45 5.70

When Table 8 is examined, it is seen that the maximum optimum power requirement for all three

groups occurs in the mouldboard plough. After mouldboard plough, the maximum power requirement respectively; furrow plough, row plant sowing machine and cultivator was determined to occur. Optimum

tractor forces determined for the operating group average values of 4.76 ha, 15.23 ha and 35.60 hectares

respectively; 4.18 kW, 12.74 kW and 31.47 kW. The power of the existing tractors used in the agriculture enterprise groups are as follows; 33.7 kW, 45.6 kW, 62.4 kW. According to this; all available tractor forces

are greater than the optimum tractor forces required.

4. CONCLUSIONS

As a result of the study carried out based on measurement, observation and survey data in 110

agricultural holdings in the irrigated conditions of Kayseri province, the existing agricultural structure and machinery assets were first determined. The enterprises were divided into three groups as 20-30 ha, 31-40 ha

and 41-50 ha. The average tractor power in these operating groups was 33.7 kW, 45.6 kW and 62.4 kW.

The optimum tractor power values determined according to the average production areas in the farm groups were determined by ear plough, trough plough, row planting machine and cultivator respectively.

Accordingly, the optimum power requirements for the equipment specified in the first group with an average

of 4.76 ha; 4.18, 3.86, 3.35, 1.91 kW. In the second group (15.23 ha), these values are as follows; 12.74,

11.27, 10.95 and 6.07 kW. For the third group (35.60 ha), these values are; 31.47, 28.07, 25.98 and 13.56 kW.


254

It can be said that the tractor power of enterprises is quite high. According to the small-to-large enterprises’s groups, the average tractor power available is approximately as follows; It is understood that

they have 85%, 72% and 50% more tractor power. This shows that the owners do not take a conscious

approach to the selection of tractors suitable for the size of the farm and the type of production. It is clearly

seen that this situation occurs more clearly in small enterprises.

REFERENCES

Anonymous. 1996. Agriculture Machinery Management Data. ASAE Standarts D497 2, Michigan.

Anonymous. 2018a. Kayseri Meteoroloji Bölge Müdürlüğü. Accessed: 10.6.2019.

Anonymous. 2018b. Kayseri İl Gıda Tarım ve Hayvancılık Müdürlüğü. www. kayseri.gov.tr Accessed:

12.6.2019.

Bölükoğlu H. 1982. Aksaray yöresine uygun tarım makinaları optimizasyon modeli üzerinde bir araştırma (In

Turkish). Doçentlik tezi, Ankara Üniversitesi Fen Bilimleri Enstitüsü, Ankara.

Çelik A. 1997. Atatürk Üniversitesi Ziraat Fakültesi Tarım İşletmesi bitkisel üretim alanı için en uygun

mekanizasyon modelinin tespiti (In Turkish). Yüksek lisans tezi (basılmamış). Atatürk Üniversitesi, Ziraat

Fakültesi Tarım Makinaları Bölümü, Erzurum.

Mutaf E. 1974. Tarım Alet ve Makinaları (In Turkish). Ege üniversitesi yayınları, yayın No: 218, İzmir.

Hunt DR. 1973. Farm Power and machinery Manegement. 6th Edd. Iowa State University Press, Ames Iowa,

324p.

Sağlam C. 2003. Şanlıurfa Harran Ovası sulu tarım işletmelerinde farklı makine setlerine göre optimal işletme

organizasyonunun belirlenmesi (In Turkish). Ankara Üniversitesi Fen Bilimleri Enstitüsü, Doktora Tezi,

Ankara.

Sağlam C, S Gerçek, N Çetin & L Karaca. 2018. Kayseri Sulama Birlikleri İşletmelerinde Yaygın Üretim

Desenine Göre Optimum Makina Boyutu ve Traktör Gücünün Belirlenmesi (In Turkish). SDÜ Ziraat

Fakültesi Dergisi, 13(1).

Sarıaslan H. 1990. Kaynak dağılımında doğrusal planlama (In Turkish). Turhan Kitabevi, Ankara.

Tunalıgil BG & B Eker. 1987. Tarımsal Mekanizasyonda Sistem Analizi (In Turkish). Ankara Üniversitesi Ziraat

Fakültesi Yayınları: 1050, 306 s, Ankara.


255

Labor Requirements and Harvest Cost in Melon Harvesting in Kırıkhan

Selcuk Ugurluay

Department of Biosystems Engineering, Faculty of Agriculture, Hatay Mustafa Kemal University, 31120, Hatay, Turkey


ABSTRACT

Harvest of fruits for fresh consumption is carried out by human labor in Turkey as in other countries of

the world. In Turkey, located in the temperate-subtropical climate zone, fruits are produced and consumed in

abundant quantities. Melon is one of the fruits consumed usually in summer months. Kırıkhan is one of the prominent cities in melon production in Hatay province. The aim of this study was to present technical data

on the crews of workers, tasks, time consumptions, labor capacities, harvest costs, etc. related to hand-

harvested melons in Kırıkhan. A detailed examination of the manual harvesting works helps to see the problematic parts more clearly and partly to solve them. The related data was collected from the farmers. A

mathematical model was developed to estimate number of workers in harvesting crews. It was found that a

typical melon harvesting crew consisted of an average of 15 workers who perform different tasks and one

crew leader organizing the workers. Such a crew can harvest 20 tonnes of melon during the daily working time (approximately 7 hours). The average labor cost was determined as 29.77 USD da

-1 (per decare) and the

average diesel fuel consumption was found to be 5 L da-1

(per decare).

Keywords: Melon, harvest, Kırıkhan, labor capacity, cost


1. INTRODUCTION

Melon (Cucumis melo L.) belongs to the Cucurbitaceae family, which includes several other vegetables of economic importance such as cucumber, watermelon, squash, pumpkin and gourds (Ministry of

Agriculture and Forestry, 2018). The melon world production was estimated to be 49 million tons and the

main producing countries being China (17.1 million tons) followed by Turkey, Iran, Egypt and India. The

world production increases regularly from 13.5 to 19.8 and to 49 million tons in 1990, 2000 and 2010, respectively (FAOSTAT, 2017).

Melons are grown in large areas in many parts of Turkey. These areas are generally located in Aegean,

Marmara, Central Anatolia, Eastern Anatolia, South-eastern Anatolia and Mediterranean regions. The average annual production is around 1 800 000 tons (TUIK, 2018). Although it is a summer product, it is

also produced in greenhouses and low plastic tunnels and it is sold and evaluated out of the season thanks to

the storage facilities. Small fruits of melon take an important place in pickle industry. In summer, it is also

used as an ingredient in ice creams. Melon is generally produced for the domestic market in Turkey, but is exported to European and Middle Eastern countries (Vural et al., 2000).

Prominent cities in melon production in Turkey are Adana (202 000 tons, 11.5%), Konya (148 000

tons, 8.4%) and Denizli (135 000 tons, 7.7%) and Hatay province has a share of 2.5% with 45 000 tons of production (TUIK, 2018). Melon production has an important place in the agriculture of Hatay province.

Turkey has an appropriate climatic conditions for agricultural production and is a favourable

agricultural country with large agricultural lands. Due to the limited agriculturally cultivable areas, the rapidly increasing world population causes adequate and balanced nutrition problems. In order to solve the

problem of balanced nutrition, fruit and vegetable production and consumption should be expanded

(Uğurluay et al., 2010).

Although fruit production ranks second after cereals all over the world, the level of mechanization achieved in most countries has not yet reached the desired level. In recent years, some harvesting methods



256

have been developed which can be used in practice especially in the USA and some European countries. However, the search for new methods is continuing all around the world especially for harvesting for fresh

fruit consumption. Especially in industrialized countries, high wages and low labor force accelerate the

researches on this subject. Soil cultivation and maintenance of horticultural crops have reached a technically

definite solution but no significant progress has been achieved in mechanical harvesting (Uğurluay et al., 2010).

In the production process for fruits consumed as fresh, all operations are performed by hand except for

maintenance works. A technology that significantly reduces human working hours (hwh) is not yet used, especially when harvesting is considered. The level of mechanization in field crop harvest has been a

significant decline in the human working hours showing a rapid development (Table 1).

Table 1. Labor Requirements in the Harvesting of Some Selected Products (Uğurluay et al., 2010)

Crops Degree of Mechanization hwh ha-1

Crop loss (%)

Grain Full 6-10 5 Roughage Full 10-15 10-15 (protein loss)

Potato Full 60-80 -

Sugar beet Full 17-60 -

Pome fruits Insufficient 400 -

Stone fruits Insufficient 1150 -

In fruit growing, harvesting is one of the processes with the highest labor requirement per unit area. A large part of this workforce is human labor. The share of labor required for harvest in some fruits in total

labor required for production is given in Table 2.

Table 2. The Share of the Labor Force for Some Fruits in the Total Labor Force Required for Production (Söyler and

Özcan, 2003).

Fruit Type Cherry Olive Strawberry Hazelnut

Harvest labor 70% 50-70% 63% 74%

Although manual fruit harvesting method varies from fruit to fruit, it requires an average of 450-2,000

hwh ha-1

human labor. These numbers constitute about 40-80% of the total working time for production and

30-60% of the total production cost (Tunçer and Özgüven, 1989). It is possible to reach some literature data about some vegetables and fruits that can be harvested by

machine for their evaluation in food industry (tomato paste, canned food, puree etc.). However, it is difficult

to find technical data such as tasks of harvesting crews and sub-groups, time required for jobs, labor requirements for fruits harvested by hand. Therefore, the aim of this study was to provide technical and

management data in manual melon harvesting to literature and to provide easy access and use by other

researchers. A detailed examination of the harvesting works will help to see the problematic parts more

clearly and partially solve them. Hence, the harvesting processes in the application were examined in detail and the technical data (labor requirements, processing times, labor cost, etc.) in melon harvest were

determined. The number of the crews used in the harvesting work was used to develop a model and made

computable. In this way, it is possible to create melon harvesting crews that are suitable for different needs very easily.


2.1. Materials

In this study, Kırıkhan melon was selected as the test material in order to determine the labor capacities used in harvesting activities. Kırıkhan is a city with a population of about 115 000 in Hatay province located

in the mid-south of Turkey. Agriculture plays an important role in the region. In Kırıkhan, melon is one of

the products produced in large areas and consumed in significant amounts (Figure 1).


257

Figure 1. Kırıkhan melon, famous for its aroma

The Kırıkhan district (Figure 2-b) of Hatay province (Figure 2-a), covers a large part of the Amik plain

and is one of the important centers of melon production (Figure 2).

Figure 2. Geographical location of Hatay province (a) and Kırıkhan district (b)

2.2. Methods

2.2.1. Investigation of Melon Harvest

The region where the research is conducted is located in the Kırıkhan Irrigation Union Area. Irrigation Association duty area is 7 300 ha. In 2019, melons were produced on a land of approximately 200 ha in the

area. Approximately 40% of the farmers engaged in the field production were reached. Farmers have been

engaged in melon farming for many years and are highly specialized in this production. In order to examine

the harvest method applied, visits were made during the season to examine the harvest processes and to make face-to-face interviews. Observation results and other information (execution of works, amount of

product collected, etc.) obtained from the persons responsible for production (steward, overseer, etc.) were

recorded.

2.2.2. Determination of Harvest Crew Structures

In the Amik Plain, melon harvesting is carried out using human labor. In order to make the harvest, a number of harvest workers are working to provide different tasks one after the other in accordance with the

product specifications. In this study, the group of workers carrying out the harvest was called “Harvest

Crew”. The structure and operation of these crews, which have been formed according to the needs in time have been examined in detail. It was observed that the crews were subdivided according to the harvesting

processes (cutting and collecting, loading onto the trailer, transporting by trailer, etc.).

2.2.3. Determination of Labor Capacities

In the field of agricultural machinery, the term “Work Capacity” is used to refer to the machines' ability

to do work. This term can be expressed in two different ways. The first is known as “Field Work Capacity” and is calculated by dividing the processed area by the time taken to process that area. The second is called

“Product Work Capacity” and can be calculated by proportioning the collected or processed product to the

time spent processing it (Tezer, 1975).


258

The “Work Capacity” is defined as “Labor Capacity” for manual labor. If it is desired to reach the labor capacity value of a harvest worker in melon harvest, it is more appropriate to use the term “Product Work

Capacity” (Uğurluay, 2008).

The data that can be continuously changed during the day was the measurement of the start time, pause

or end time and number of workers. An example schematic table for recording this data is given below (Figure 3).

When the figure is examined, the starting hours, stopping hours and the numbers of the workers doing

the work can be seen. At times of change or break in the number of workers in the group, the working time was stopped and recorded and resumed in the next table cell.

Type of work

Overseer Cutting and windrow making Trailer loading Trailer transporting

05:00

109:00

05:00

2405:30

05:30

609:00

05:30

209:00

09:30

112:00

05:00

05:30 24

Starting time

Number of

workers

Pause or end time

1809:00

05:30

24

09:30

211:00

09:30

10:00

2

Type of work Type of work Type of work

Figure 3. Determination of active working hours and number of workers

The value sought is the numerical equivalent of the Labor Capacity for each transaction in progress.

But what is significant is that the value of the Labor Capacity is calculated for a worker. The method

followed to perform this calculation is as follows. For example, there should be 10 workers in any group. Let

the workers in that group finish their work in 90 minutes. If there were one worker instead of 10 people, 10 times more time would be required. This can be achieved by establishing an inverse proportion, such as “If

10 workers do the work in 90 minutes”, “one worker can do it in 900 minutes”. With such a logic, the

necessary time can be calculated by considering all the work in the group as if it were one worker. The values in time format were converted to decimal figures because they were not suitable for summation. In

addition, the mass value of the product obtained at the end of that harvest day was known.

In order to obtain the Labor Capacity value, the amount of harvested product and the time taken to harvest this product are proportional (Equation 1). In this way, the individual labor force value of the

workers in all groups was calculated (Uğurluay, 2008).

(1)

where;

C : Labor capacity amount (tons h-1

),

PA : Product mass (tons), T : Time required for the job to be done (h).

2.2.4. Harvest Cost

In crop production processes (soil tillage, sowing, maintenance, irrigation, fertilizing, harvesting, etc.),

harvesting is usually the most labor-intensive and costly. Especially in vegetable and fruit farming,

harvesting works are very important compared to others (Tunçer and Özgüven, 1989). İşcan et al. (2007) stated that harvesting is the process that requires the most labor force in fruit production and emphasizes that

450 to 2000 labor-hours / hectare human labor was used in manual fruit harvest. In addition, it is stated that

the harvest works constitute 40-80% of the working time spent for fruit production and 30-60% of the production cost.


259

It is very important to know the cost of the harvesting crew to the farm for a day or for a unit area (one decare). The workers involving in the melon harvest are paid daily. Labor expenses were calculated

according to the number of workers in the crew. Tractor drivers were counted in the crew, but they were the

permanent employees of the farm. Their daily cost is calculated by dividing the minimum wage pension by

30. The amount of fuel consumed by the tractor used in the harvesting operations should also be included in the daily harvest cost.

There are three work groups in melon harvest (Cutting and windrow making, Loading on trailer and

Transporting with trailer). In order to find labor costs in melon harvesting, the limitations are as follows; 1) In order to perform certain tasks correctly, it is necessary to establish at least one harvesting crew

with an appropriate number of workers.

2) Overseer is the crew leader and directs the workers. Each crew must be headed by an overseer.

3) Tractor drivers are salaried employees. In order to find the daily costs of all workers in a crew, the number of workers in the crew must be

known (Equation 2).

(2)

where; TNW : Total Number of Workers (number),

O : Overseer (number),

CWM : Number of workers in Cutting and Windrow Making group (number),

LT : Number of workers in Loading on Trailer group (number), TD : Number of Tractor Drivers (number).

One-day harvest labor cost can be calculated using Equation 3.

(3)

where;

HLC : Harvest Labor Cost (USD), TNW : Total Number of Workers,

DW : Daily Wages (USD).


3.1. Harvest

It was determined that melon harvest which was the subject of this research in Hatay / Amik Plain has

been carried out by hand. There are harvesting crews established according to the requirements. Within the harvesting crew, there are sub-groups performing different harvesting processes. In order to ensure that

harvesting was properly performed, there were people called overseer who are responsible for each harvest

crew. The overseer directs and organizes all groups in the crew.

It was observed that there was no difference between the degree of difficulty of the work carried out during the follow-up of the harvesting process and therefore, the gender and age differences were not

significant among the groups. In other words, all harvesting works can be carried out by both men and

women in the 18-50 age group, except for tractor drivers. It was observed that all farmers employed harvest workers based on daily wages. The workers in the

field and the so-called overseer who manage the works can also supply the harvest workers to the farmer.

The overseer deducts 5-7% of each employee's wage. The melon harvest starts early in the morning just before sunrise. Each melon harvesting crew consists

of the following groups, including the overseer.

Overseer

Cutting and Windrow Making group

Trailer Loading group

Trailer Transport group

The overseer monitors the work of the entire crew and guides the employees continuously according to

the status of the work to be performed. First of all, workers working in cutting and windrow making process locate the melon fruits in plant rows (1.5 m) by cutting them from the stalks and turn them into a windrow


260

along a single line (Figure 4-a). The other group of workers (the trailer loading group) loads the melons onto a trailer connected to the tractor. The workers in the same group and on the trailer stack the melons in the

trailer (Figure 4-b). After the trailer is full, it is taken to the melon markets established in certain regions for

sale to the melon brokers.

The groups in the crew work one after the other by doing interconnected works. It has been observed that harvest works are planned according to plant characteristics and market demands. In this study, the

actual working group consisting of sub-groups is named as Harvest Crew. These crews were created over

time by trial and error by the operators. Different jobs have different work capacities. Therefore, the number of workers in each group is also different. Groups are formed with appropriate numbers of workers. In this

way, the highest work efficiency and thus the lowest harvest labor cost is provided. Uğurluay (2008)

conducted similar studies for other crops harvested manually. In the research, the structure of the harvest

groups were examined, the labor requirements were calculated but the harvest costs were not mentioned.

(a) (b)

Figure 4. Views of melon harvest a) melon windrow b) loading of melon to trailer

According to the data of Hatay Provincial Directorate of Ministry of Agriculture and Forestry, until

2018, the yield was 2 tons da-1

(Hatay Tarım Orman, 2019); however, in the year of the study, it was 4 tons da

-1 thanks to drip irrigation usage.

3.2. Time Required for Harvesting, Labor Requirements and Cost

The work done in the melon harvest, the average time required to carry out these works, labor

requirements and the availability of a sample (core) crew are given in Table 3.

Table 3. Average Total Time for One-Day Harvesting, Labor Requirements and Crew Pattern

Groups

Total spent

time

(h day-1)

Labor capacity

(tons h-1)

Number of workers in the

crew

Overseer 7 2.934 1

Cutting and windrow making 68 0.294 10

Trailer loading 23 0.883 3

Trailer transporting 11 1.894 2

TOTAL - - 16

* Data were collected in June 2019. Daily wage of agricultural worker was 8.92 USD.

When the values in the table were examined, it was seen that 68 hours is quite long in cutting and

windrowing. In the melon harvest, the daily working time is about 7 hours in Kırıkhan, but the time required

for this process is many times greater. This situation can be explained as follows. If all workers in that group

do the work they do alone, they need to spend approximately that much time. That is, the times in the table indicate the times reduced to a worker. Similarly, when the labor capacities were examined, it was noticed

that the capacity value of the worker who performs cutting and windrowing was much lower than the others.

Low-capacity jobs are not due to the workers themselves, but to the content of the work. That is, in jobs requiring labor and spending a lot of time, the worker capacities are much lower. For this reason, the number

of workers who will perform the work in that group should be more than the others (Table 3).

The number of workers given in the table was calculated as the smallest crew (core crew) that can do

this job. A core crew working in the melon harvest should have 1 overseer, 10 workers for cutting and windrow making, 3 workers for trailer loading and 2 tractor drivers and a total of 16 workers. Such a crew


261

for harvesting melons is able to harvest approximately 20 tons of crop per day (7 hours). A producer who wants to harvest more crops must increase the number of crews 2 times, 3 times or more.

The daily wages of agricultural workers in Hatay in 2019 were determined as about 8.92 USD (Table

4). However, the tractor driver is the salaried employee of the farm. If it is assumed that the tractor driver

receives a minimum monthly salary (360 USD), his daily wage is approximately 360 USD / 30 days = 12 USD $.

Table 4. Daily Labor Costs

Groups Number of

workers

Daily wages

(USD) Cost (USD)

Overseer 1 8.92 8.92 Cutting and windrowing 10 8.92 89.20

Trailer loading 3 8.92 26.76

Trailer transporting 2 12 24.00

TOTAL 16 148.88

Accordingly, the daily cost of such a crew was calculated as approximately 148.88 USD. Average

melon yield value of Hatay province was around 4 tons da-1 on average. When 20 tons of product were

harvested per day, it means that 20/4 = 5 da area was harvested in a day. The cost per unit area (decare) is

found to be 148.88 USD / 5 da = 29.77 USD da-1.

In the interviews with the farmers, it was stated that a tractor in the middle power class (51-70 HP) consumed an average of 25 L of day

-1 (for 7 hours) fuel for loading and transporting the trailer on a harvest

day. When 5 decares were harvested in one day, then, 25 L / 5 da = 5 L da-1 fuel was consumed per unit area.

4. CONCLUSIONS

In this study, firstly, the harvesting of melons in Amik Plain was investigated. It was determined that melon harvesting is carried out as follows. There is an overseer responsible for each crew working in the

harvest. The overseer monitors the work of the entire crew and guides the employees continuously according

to the status of the work to be performed. Workers doing cutting and windrow making process locate the melon fruits in plant rows (1.5 m) by cutting them from the fruit stalks and turn them into a windrow along a

single line. Workers in the other group (trailer loading group) transport the melons in the field in a windrow

to a trailer connected to the tractor. The workers in the same group and on the trailer stack the melons in the

trailer. After the trailer is full, it is moved to melon markets established in certain regions for sale to melon brokers.

There are several different tasks in melon harvesting. Employees in different jobs are grouped

separately. All these groups of workers are called the Harvest Crew. It was seen that crew formation was created over time by the experience of the producers. Different jobs have different work capacities. Forming

groups with the most appropriate number of workers will provide the highest work efficiency and thus the

lowest labor cost. It was found that a crew working in the harvest of melons included at least 16 workers, including one

overseer, 10 workers for cutting and windrow making, three trailer loading workers and 2 tractor drivers. In

a day, such a crew can harvest approximately 20 tons of products. A farmer who plans to harvest more crops

must make up more of this crew. The daily wage of agricultural workers in Hatay of the year 2019 was used as 8.92 USD in the calculations. The daily cost of such a harvest crew was found to be 148.88 USD. The

average melon yield value in Kırıkhan was around 4 tons da-1

. When 20 tons of crop was collected per day,

20/4 = 5 da area was harvested in a day. The cost of per unit area (decare) was 148.88 USD / 5 da = 29.77 USD da

-1. The average fuel consumption value of a tractor used in melon harvesting and transporting the

crop to the market place by using a trailer was 5 L da-1

. It was determined that fuel consumption was around

approximately 25 L for harvesting 20 tons of product. A detailed examination of the harvesting works may

contribute to a clearer view of the problematic parts and to mechanize them.


262

REFERENCES

FAOSTAT, 2017. Crop production statistics. http://www.fao.org/faostat/en/#data/QC (Accessed 17.06.2019).

Hatay Tarım Orman, 2019. https://hatay.tarimorman.gov.tr/Menu/55/Tarimsal-Veriler (Accessed 11.05.2019).

İşcan S., Z Ayyıldız, E Gültekin, A Uyan, Y Gökalp, M Çınar & R Bülbül. 2007. Vineyard-Garden

Mechanization. Ministry of Agriculture and Rural Affairs Adana Agricultural Production Enterprise and

Personnel Training Center Directorate, Adana. ISBN: 975-407-110-1. Yayın No: 7, pp:171 (Turkish Book).

Ministry of Agriculture and Forestry, 2018. Fighting with Melon Diseases and Pests. General Directorate of Food

and Control Publications. (https://www.tarimorman.gov.tr) (Accessed 15.5.2019)

Söyler O & MT Özcan. 2003. Studies on Determination of Technical and Economic Achievements of Citrus

Harvest. Tarımsal Mekanizasyon 21. Ulusal Kongresi. 3-5 Eylül, Konya/Türkiye. pp:272-278 (Article is in

Turkish with English Abstract).

Tezer E. 1975. Mechanization of Field Agriculture. BH-417. Çukurova University Faculty of Agriculture

Publications. Agricultural Mechanization Department, Adana (Turkish Book).

Tunçer İK & F Özgüven. 1989. Mechanization Opportunities in Vineyard Garden Vegetable and Industrial

Cultures. Turkey Agricultural Equipment Association Professional Publications. Broadcasting No:52 İdeal

Matbaacılık, Ankara. ISBN: 3-490-13215-7. pp:196 (Turkish Book).

TUIK. 2018. Turkey Statistical Institute Data. http://www.tuik.gov.tr/PreTablo.do?alt_id=1001 (Accessed

17.5.2019)

Uğurluay S. 2008. Determination of Technical Achievements in Harvesting of Some Vegetables in Çukurova

Region and Development of Prototype Leek Harvesting Machine. PhD Thesis. Çukurova University,

Institute of Natural and Applied Sciences. Adana. (Turkish with English Abstract).

Uğurluay S, A İnce, A Sessiz, B Kayişoğlu, E Güzel & MT Özcan. 2010. Harvest Threshing Machines and

Principles. Nobel Kitabevi, Adana. ISBN: 978-605-397-111-5. pp:316 (Turkish Book).

Vural H, D Eşiyok & İ Duman. 2000. Culture Vegetables (Vegetable Growing). Ege University Printing house,

Bornova, İzmir. ISBN: 975-97190-0-2. (Turkish Book).


263

Effects of Climate Change over Potato (Solanum Tuberosum L.) Production

Burak Şen1,*

, Selina Güngör2

1Department of Biosystems Engineering, Faculty of Agricultural Sciences and Technologies, University of

Nigde Omer Halisdemir, 51240, Nigde, Turkey

2Department of Animal Production and Technology, Faculty of Agricultural Sciences and Technologies,

University of Nigde Omer Halisdemir, 51240, Nigde, Turkey


ABSTRACT

Climate change has different effects over agricultural products, and a number of studies are being carried out to find solution to provide adequate alimentation to world population despite the increasing

global temperatures. Potato is one of the most important food in the world, and climate change has great

impact over potato production. The following four factors should be taken into account in the scientific assessment of climate change effect over potato production: increasing number of heat, pest and diseases,

water supply and higher carbon levels in atmosphere, which are all affected by global warming. Some

scientists claimed that global warming could significantly restrict potato production in the world. Experts predict 1.1–6.4 °C increases in global temperatures in the next 50 years, which might make potato

production unsustainable in many parts of the world. Higher temperatures are estimated to slow down bump

growth and reproduction, increase the frequency of physiological damage to bumps and shorten the bump

dynamics enabling early sprout. For sustainable potato production, drought and heat resistant potato types should be cultivated or alternative cultural applications should be adapted.

Keywords: Potato (Solanum Tuberosum L.), potato production, climate change, agriculture, heat stress.


Küresel İklim Değişikliklerinin Patates (Solanum Tuberosum L.) Üretimi Üzerine Etkilerinin

İncelenmesi

ÖZET

İklim değişikliğinin tarımsal ürünler üzerindeki potansiyel etkileri değişebilirken, artan küresel

sıcaklıkların dünya nüfusunun beslenmesine yönelik çözümler bulmak için çok sayıda araştırma

yürütülmektedir. Patates, dünyanın en önemli tarımsal ürünlerinden biridir ve iklim değişikliğinin yaşamı sürdürmede en önemli mahsul olan patatesin üretimine büyük etkileri vardır. İklim değişikliğinin patates

üretimindeki etkilerini bilimsel olarak değerlendirirken, aşağıdaki dört faktörün dikkate alınması

gerekmektedir. Bunlar: sıcaklık, zararlı ve hastalıklarda artış, su temini ve atmosferdeki artan karbon seviyeleri – bunların tümü küresel ısınmadan kaynaklanmaktadır. Bu faktörleri değerlendiren bazı bilim

adamları, iklim değişikliğinin küresel patates üretimini ciddi biçimde kısıtlayabileceğine inanmaktadır.

Uluslararası uzmanların gelecek 50 yılda 1.1°C'den 6.4 °C ulaşan küresel artışları öngörmesiyle, dünyada

birçok alanda yetiştirilen patates üretiminin olumsuz yönde etkileneceği düşünülmektedir. Yüksek sıcaklıkların yumru büyümesini ve üremesini yavaşlatacağı, yumrularda fizyolojik hasarı arttıracağı ve

yumruların çok erken filizlenmesini sağlayan yumru dinamiğini kısaltacağını tahmin etmektedirler. Patates

üretiminde sürdürülebilirliğin sağlanması için kuraklık ve sıcağa toleranslı çeşitlerin kullanılması veya alternatif kültürel uygulamaların uyarlanması gerekmektedir.

Anahtar Kelimeler: Patates (Solanum Tuberosum L.), patates üretimi, iklim değişikliği, tarım, sıcaklık stresi.



264

1. GİRİŞ

1.1. Konunun Önemi

Patates (Solanum Tuberosum L.) türleri, Amerika kıtası ve dünyanın birçok ülkelerinde yabani olarak

bulunmakla beraber, yumru oluşturan kültür formlarına, yalnız Güney Amerika'da rastlanmaktadır. Son

zamanlara kadar, patatesin gen merkezi kesin olarak belirlenememiştir. Patates insan yiyeceği ve hayvan

yemi olarak tüketildiği gibi, işlenerek (cips, parmak patates vs.) değişik şekillerde de tüketilmektedir. Özellikle; geri kalmış, yetersiz ve dengesiz beslenen ülkelerde patatesin değerli bir besin kaynağı olarak

önem kazandığı bilinmektedir. Halen milyonlarca insanın açlık ve yetersiz beslenme sorunlarıyla karşı

karşıya olduğu dünyada, bu sorunların çözümüne katkı sağlayabilecek ürünlerin başında patatesin geldiğini düşünen Birleşmiş Milletler Tarım ve Gıda Örgütü (FAO), bu konuda bir farkındalık yaratmak amacıyla

2008 yılını “Dünya Patates Yılı” ilan etmiştir.

Ülkemizin en önemli tarımsal ürünlerinden birisi olan patatesin on binlerce üretici ailenin birincil geçim kaynağı; birçok ailenin de en önemli gıda maddesi durumunda olduğu bilinmektedir. Türkiye’de

üretilen patateslerin yaklaşık %56’sının taze olarak tüketildiği, kişi başı yıllık taze patates tüketiminin 36 kg

dolayında olduğu saptanmıştır (Çalışkan ve ark., 2011).

Türkiye’de yaklaşık 150 yıllık bir geçmişi bulunan patatesin; üretimi, pazarlaması ve tüketimi ile başlı başına bir sektör haline geldiği bilinmektedir. Türkiye sahip olduğu ekolojik koşullar ve doğal zenginlikler

bakımından bitkisel üretime uygun şartlar taşımaktadır. Özellikle birçok bitkinin ülkede yetişmesi önemli bir

avantajdır. Bununla birlikte bazı ürünlerin farklı bölgelerde yoğun olarak yetiştirildiği de görülmektedir. Bunlardan biri de patates bitkisidir. Türkiye’de uzun yıllar boyunca aile işletmeciliği şeklinde yapılan

patates üretimi, son yıllarda ticari olarak yapılmaktadır. Türkiye’de 70 ilde patates üretiminin yapıldığı

belirlenmiştir. Yoğun olarak İç Anadolu, Marmara ve Ege bölgesinde yetişen bitki, son yıllarda Doğu Anadolu bölgesinin çeşitli yerlerinde de yetiştirilmeye başlanmıştır. Niğde, Nevşehir, Konya, Aksaray, Bolu,

Sakarya, İzmir, Trabzon, Ordu ve Erzurum gibi, patates üretiminde önemli rol oynayan illerdir. Bunlara son

yıllarda katılan üretim merkezlerinden biri de Bitlis iline bağlı ve Van Gölü kıyısında bulunan Ahlat ilçesidir

(Şahin, 2003). 2016 yılı itibariyle patates üretim miktarı 4.750.000 ton civarında olup, üretim alanlarının yaklaşık %17’si Niğde ilinde bulunmaktadır (TÜİK, 2018).

Türkiye’nin sahip olduğu agro–ekolojik zenginlik sayesinde patates üretimi açısından oldukça

ayrıcalıklı bir konumda olduğu ortaya konmuştur (İşler, 2012). Patates, hem vejetatif hem de generatif olarak çoğaltılabilen bir bitkidir. Günümüzde ticari patates üretimi, büyük ölçüde tohumluk yumru

kullanılarak vejetatif yolla yapılmaktadır. Generatif çoğaltım ise patatesin meyveleri içerisinde oluşan,

botanik anlamda bitkinin gerçek tohumları kullanılarak yapılmakta ve bu tohumluğa tüm dünyada “Gerçek

Patates Tohumu (GPT)” adı verilmektedir. Tohumluk yumru üretiminin çevre koşullarından fazla etkilenmesi, hastalık baskısının fazla olması ve yüksek maliyet gibi olumsuzlukları nedeniyle alternatif

tohumluk kaynağı olarak GPT kullanımı üzerinde durulmaktadır. Halen çok sayıda ülkede GPT kullanımının

yaygınlaştırılması üzerine çalışmaların yürütülmekte olduğu, bazı ülkelerde ticari üretimde yer almaya başladığı saptanmıştır (Çalışkan ve ark., 2011).

Patates dikim zamanını belirleyen faktör toprak sıcaklığıdır. Toplam sıcaklığı 8–10 dereceyi bulduğu

zaman dikim işlemine başlanabilir. Kısa gelişme süreliler 1 600 °C, uzun gelişme süreliler ise 3 000 °C toplam sıcaklık istemektedir. Gelişme devresinde 300–450 mm yağış ; -l, -1,5 °C de zarar görür. Yumruların

sürgün verebilmesi için toprak sıcaklığının en az 8 °C; yumru bağlama, yumrularda gelişme için optimum

sıcaklığın 18 °C olması gerekir. 29–30 °C üzeri fotosentez yavaşlar. Uzun gün koşullarında çiçeklenme, kısa

gün koşullarında yumru verimi artar (Anonim, 2018e). Genelde stres altında yetişen bitkinin yumrularında erken fizyolojik yaşlanmalar görülür. Düşük nem, yüksek sıcaklık, yetersiz gübreleme, don zararı ve hastalık

yoğunluğu patates bitkisi üzerinde strese neden olurlar bundan dolayı da yumrularda erken yaşlanmalar olur.

Genç tohumlar yaşlı tohumlarla aynı sıcaklıkta depolandığında çıkışlar daha yavaş olmaktadır çünkü yaşlı tohumlarda sürgünlerin büyüme oranı daha yüksektir. Kısa vejetasyon süresi olan bölgelerde hızlı çıkış ve

fazla sap sayısı avantaj sağlar (Anonim, 2018a). Konya bölgesi için uygun ekim zamanı 15 Nisan–15 Mayıs

tarihleri arasıdır. Tohumluk üretimi için 28–35 mm çarpındaki yumrular, normal üretim için ise 35–60 mm çapındaki yumrular kullanılmalıdır. Dikimden önce tohumluklar ilaçlanmalıdır. Dikim derinliği daha çok

toprak nemi ve sıcaklığına bağlı olarak 4–5 cm olmalıdır. Dikilen yumrular en az 10–15 cm toprak örtüsüyle

örtülmelidir. Nemin yetersiz olduğu durumlarda derin dikim yapılmalıdır.

Patates yumrusunun, %80’e yakın oranda su içermesinin, birçok hastalık etmeninin patates yumrusunda gelişmesi için ideal bir ortam oluşturmasına neden olduğu tespit edilmiştir. Vejetatif olarak yumruları ile

çoğaltılması da patatesi, gerçek tohumları ile üretilen kültür bitkilerine göre bitki patojenlerine karşı daha


265

duyarlı hale getirmektedir. Önümüzdeki 50 yıl içerisinde, patates türlerinin %12’sinin soyunun tükeneceği öngörülmektedir (Jarvis ve ark., 2008). Bu nedenle patates üretimini gerçekleştirecek üreticinin yeterli

düzeyde bilgi sahibi olarak bilinçli bir şekilde, patates tohumluğunda bulunmasını istediği çeşit özelliklerini

ve tohumluk temin edeceği yeri üretim amacına uygun bir şekilde çok dikkatli seçmesi gerekmektedir.

Üretimi yapılacak tohumluk patates yumrularında bulunması gereken bu özellikler şunlardır: * Yayla yerlerde üretilmiş olmalı (deniz seviyesinden en az 1 000 m yüksek)

* Hastalıklarla bulaşık olmamalıdır.

* İyi koşullarda depolanmış olmalıdır, yumru üzerinde 1 cm den daha uzun sürgünler bulunmamalıdır. * Sürmeyi engelleyici kimyasallar ile muamele edilmemiş olmalıdır.

* Fizyolojik olgunluğa ulaşmış olmalıdır.

* Yetiştirme amacına göre uygun irilikte olmalıdır.

* Çeşit karışıklığı olmamalıdır (Arıoğlu ve ark., 2006).

2. KÜRESEL, BÖLGESEL VE TÜRKİYE BAZINDA İKLİM DEĞİŞİKLİĞİ

İklim değişikliği, “nedeni ne olursa olsun iklim koşullarındaki büyük ölçekli (küresel) ve önemli yerel

etkileri bulunan, uzun süreli ve yavaş gelişen değişiklikler” olarak tanımlanabilir (Şen, 2009). Yerküre iklim

sisteminde bir kısmı insan etkileriyle de ilintili olan küresel ve bölgesel ölçekte değişiklikler gözlenmektedir (Şen, 2009). Küresel ortalama yüzey sıcaklığı 20. Yüzyılın başından günümüze değin yaklaşık olarak 0.7 °C

artmıştır. Küresel olarak, 1990’lı ve 2000’li yıllar aletli gözlem kayıtlarındaki en sıcak yıllar; 1998 ise +0.58

°C’lik anomali ile en sıcak yıl olmuştur. (Şen, 2009). En düşük gece sıcaklıklarında yaklaşık her on yılda 0.2

°C artış olduğu saptanmış ve bu artışın en yüksek gündüz sıcaklıklarındaki artışta yaklaşık iki kat daha yüksek olduğu belirlenmiştir (Şen, 2009). Hükümetlerarası İklim Değişikliği Paneli’nin (IPCC) son

değerlendirmeleri de, iklim sistemindeki ısınmanın kuvvetlendiğini göstermiştir. Örneğin, IPCC’ye (2007)

göre, geçen 12 yılın (1995–2006) 11’i, 1850’den beri yapılmakta olan aletli küresel yüzey sıcaklığı ölçüm kayıtlarındaki en sıcak 12 yılın arasında yer almıştır. Küresel ortalama yüzey sıcaklıkları için güncellenen

100 yıllık (1906–2005) doğrusal eğilimin büyüklüğü ise, 0.74 °C’ye ulaşmıştır. Yağışlar kuzey yarımkürenin

orta ve yüksek enlem bölgelerinde her on yılda yaklaşık % 0.5 ile % 1 arasında artarken, subtropikal karaların (Akdeniz Havzası’nıda içerir) önemli bir bölümünde her on yılda yaklaşık %3 azalmıştır (Şen,

2009).

Ülkemizin de içerisinde yer aldığı Akdeniz Havzası, küresel iklim değişikliğine karşı yerkürenin en

hassas bölgelerinden birisidir. Akdeniz Havzası’nda gerçekleşecek 2 °C’lik bir sıcaklık artışı, beklenmeyen hava olayları, sıcak hava dalgaları, orman yangınlarının sayısında ve etkisinde artış, kuraklık ve bunlar

dolayısıyla biyolojik çeşitlilik kaybı, turizm gelirlerinde azalma, tarımsal verim kaybı ve en önemlisi

kuraklık olarak etkilerini hissettirecektir. Aşağıda Şen (2009) tarafından yapılan kapsamlı çalışmada belirtilen Türkiye ikliminde sıcaklık ve

yağış parametrelerindeki değişim ve gidişler maddeler halinde özetlenmiştir.

1) Yıllık, kış ve ilkbahar ortalama sıcaklıkları, özellikle Türkiye’nin güney bölgelerinde artma eğilimi

göstermesine karşın, yaz ve özellikle sonbahar ortalama sıcaklıkları, kuzeyde ve karasal iç bölgelerde azalmaktadır.

2) Yaz mevsimi gece en düşük hava sıcaklıklarındaki ısınma, ilkbahar ve sonbahar gece sıcaklıklarının

ısınma oranlarından genel olarak daha büyüktür. İlkbahar ve yaz gece sıcaklıklarındaki ısınma oranları ise, ilkbahar ve yaz maksimum (gündüz en yüksek) sıcaklıklarındakilerden genel olarak daha kuvvetlidir.

3) Gece en düşük hava sıcaklıklarında saptanan ısınma eğilimleri, Türkiye’nin pek çok kentinde

istatistiksel olarak anlamlıdır. Türkiye’nin sıcaklık rejimindeki daha ılıman ve/veya daha sıcak iklim koşullarına yönelik değişiklikler, ilkbahar ve yaz mevsimlerindeki anlamlı gece ısınmasıyla daha kuvvetli

açıklanmaktadır.

4) Gece hava sıcaklıklarındaki belirgin ısınma eğiliminin oluşmasında, küresel ısınmanın genel ve uzun

süreli etkisine ek olarak, Türkiye’deki hızlı nüfus artışına ve kentsel alanlara yönelik büyük göçe bağlı yaygın ve hızlı kentleşmenin de etkisi vardır.

5) Gece en düşük hava sıcaklıklarındaki belirgin ısınmayla karşılaştırıldığında, gündüz en yüksek

sıcaklıkların bazı istasyonlarda zayıf bir ısınma ve bazılarında ise zayıf bir soğuma sergilediği görülmektedir.

6) Yağışlardaki önemli azalma eğilimleri ve kuraklık olayları, kış mevsiminde daha belirgin olarak

ortaya çıkmıştır. 1970’li yılların başı ile 1990’lı yılların başı arasındaki kurak koşullardan en fazla, Ege, Akdeniz,

Marmara ve Güneydoğu bölümleri etkilenmiştir (Şen, 2009). Türkiye’nin karasal iç ve doğu bölgelerinin


266

önemli bir bölümü ve Güneydoğu Anadolu Bölgesi, iklim etmenleri ve bitki örtüsü de dikkate alınarak, çölleşmeye eğilimli araziler olarak değerlendirilmektedir (Şen, 2009). 1950–2010 yılları arasındaki

meteorolojik veriler incelendiğinde, istatistiksel olarak anlamlı ısınma eğilimleri genel olarak Türkiye’nin

Akdeniz Bölgesi’nde gözlenmiştir. Çok azı istatistiksel açıdan anlamlı olmak üzere, soğuma eğilimleri

Türkiye’nin Karadeniz Bölgesi ile iç ve batı bölgelerinde tespit edilmiştir. İlkbahar ortalama hava sıcaklıkları ise Türkiye’nin çok büyük bölümünde artma eğilimi göstermiştir. Yağışlarda ise genel olarak kış

ve ilkbahar yağış toplamlarında Türkiye’nin Akdeniz yağış rejiminin egemen olduğu, Marmara, Ege,

Akdeniz ve Güneydoğu Anadolu bölgeleri ile İç ve Doğu Anadolu bölgelerinin iç ve güney bölümlerinde ise yağışlarda belirgin bir azalma eğiliminin (kuraklaşma) olduğu belirlenmiştir. Kış mevsiminde Türkiye’nin

özellikle batı, güney ve karasal iç–güney bölgelerinde gözlenen kuraklaşma eğilimi, bu bölgelerde son iki

yılda egemen olan ortalamadan daha yağışlı (nemli) koşulların varlığına karşın sürmektedir (Anonim,

2018c). 2011 yılında yayımlanan İklim Değişikliği Ulusal Eylem Planı da, Türkiye’de yıllık ortalama sıcaklığın gelecek yıllarda 2.5 °C–4 °C artacağını, artışın Ege ve Doğu Anadolu Bölgeleri’nde 4 °C’yi, iç

bölgelerinde ise 5 ˚C’yi bulacağını öngörürken, Türkiye’nin yakın gelecekte daha sıcak, daha kurak ve

yağışlar açısından daha belirsiz bir iklim yapısına sahip olacağını ortaya koyuyor (Anonim, 2018b). İklim Değişikliği Eylem Planı, Türkiye’nin özellikle su kaynaklarının azalması, orman yangınları, kuraklık ve

çölleşme, bunlara bağlı ekolojik bozulmalar gibi olumsuz etkilerden önemli ölçüde etkileneceğini öngörüyor

(Anonim, 2018b). WWF–Türkiye’nin gerçekleştirdiği Türkiye’nin Yarınları Projesi Sonuç Raporu’na göre iklim

değişikliğinin başlıca etkileri şöyle olacak:

• Sıcaklık artışı 2030’lu yılların sonuna kadar sınırlı kalacak, bu dönemden sonra hızlı bir artış

gözlenecek, • Mevsimsel ve bölgesel farklılıklar göstermekle beraber sıcaklık artışının kış mevsiminde 4 °C, yazın

ise 6 °C civarına ulaşması bekleniyor (1960–1990 döneminde göre),

• Kış yağışlarında Türkiye’nin genelinde azalma görülürken bir tek Kuzey Anadolu’nun doğu yarısında yağışlarda artış görülecek.

3. DÜNYA’DA VE TÜRKİYE’DE PATATES ÜRETİMİ

3.1. Dünya’da Patates Üretimi

2016 yılında Dünya’da patates üretiminin 385 milyon 74 bin ton civarında, ha başına verimin ise 20 ton

civarında olduğu tespit edilmiştir. Bu dönem içerisinde, patates üretiminin kıtalara göre dağılımı; Asya’da

%49.4, Avrupa’da %31.3, Amerika’da %11.2, Afrika’da %7.7 ve Avustralya’da %0.5 olarak saptanmıştır.

2016 yılında Dünyada patates üretiminde ilk beş sırada sırasıyla yaklaşık 99 milyon ton ile Çin, 43 milyon ton ile Hindistan, 31 milyon ton ile Rusya, 20 milyon ton ile Ukrayna ve 20 milyon ton ile ABD’nin geldiği

tespit edilmiştir (Anonim, 2018d).

3.2. Türkiye’de Patates Üretimi

Türkiye’nin iklim özellikleri yönünden patates üretimi için oldukça avantajlı bir konuma sahip olduğu, 70 ilde patates üretiminin yapıldığı belirlenmiştir. 2014 yılı itibariyle patates üretim miktarı 4 milyon ton

civarında olup, üretim alanlarının yaklaşık %14’ünün Niğde ilinde, %9’unun Konya ilinde ve %8’sinin

İzmir ilinde bulunduğu tespit edilmiştir (TÜİK, 2018). Ülkenin orta, kuzey ve kuzeydoğu bölgeleri ılıman

iklime sahip olup bu bölgelerde patates yaz aylarında ana ürün olarak yetiştirilmektedir. Ana ürün patates üretimi, toplam üretimin %80’ini kaplamakta olup, toplam üretimin yaklaşık %61’i Orta Anadolu

bölgesinde, %24’ü ise sadece Niğde ve Nevşehir illerinde yapılmaktadır. Akdeniz ikliminin etkisi altında

bulunan kıyı Akdeniz ve Ege bölgelerinde ise patates üretimi, kış ve ilkbahar aylarında turfanda olarak yapılmaktadır. Bu bölgelerde, yaz sonu–sonbahar aylarında ikinci ürün patates üretimi de mümkün olmakla

birlikte, bu üretim sadece İzmir/Ödemiş ilçesinde yaygındır. Toplam patates üretiminin %18’inin turfanda,

%2’sinin de ikinci ürün olarak gerçekleştirildiği saptanmıştır (İşler, 2013). Türkiye’de 2016 yılında dekardan 3 279 kg verim ile toplam 1 448 572 dekar alandan 4 milyon 750 bin

ton patatesin elde edildiği saptanmıştır (Çizelge 1).

Türkiye’de 2009–2014 yılları arasında patates üretiminde en fazla üretim azalışının %13.7 ile Niğde

ilinde, en fazla üretim artışının ise %61.2 ile Konya’da gerçekleştiği saptanmıştır. Üretimde birinci sırada yer alan Niğde ilinde üretim 2009–2014 yılları arasında %13.7 azalsa da altı yıl boyunca birinciliğini


267

koruduğu tespit edilmiştir. 2009 yılında 407 bin 247 ton üretim ile ikinci sırada olan İzmir’in %3.9’luk bir üretim azalışı ile 2014 yılında üçüncü sırada yer aldığı saptanmıştır (Çizelge 2).

Çizelge 1. Türkiye’de 2011–2016 yılları patates üretimi (TÜİK, 2018)

YILLAR

NİĞDE TÜRKİYE (Alan)

Niğde’nin

Payı

(%)

(Üretim

Miktarı)

Niğde’nin

Payı

(%)

Ekim

Alanı

(Da)

Verim

(Kg/Da)

Üretim

Miktarı

(Ton)

Ekim

Alanı

(Da)

Verim

(Kg/Da)

Üretim

Miktarı

(Ton)

2011 203 870 3 646 731 270 1 429 849 3 226 4 613 071 14.26 15.85

2012 266 687 3 593 801 397 1 720 867 2 786 4 795 122 15.50 16.71

2013 153 510 3 339 512 644 1 250 294 3 158 3 948 000 12.28 12.98

2014 179 660 3 445 618 883 1 297 032 3 212 4 166 000 13.85 14.86

2015 227 466 2 966 674 773 1 538 787 3 093 4 760 000 14.78 14.18

2016 237 851 3 751 892 297 1 448 572 3 279 4 750 000 16.42 18.80

Çizelge 2. Türkiye’de en fazla patates üretimin yapıldığı illerde patates üretimindeki gelişmeler (1000 ton)

(TÜİK, 2018)

İller 2009 2010 2011 2012 2013 2014 2009-2014

Değişim (%)

Niğde 716 849 728 564 731 270 798 707 512 644 618 853 -13.7

Konya 315 825 321 482 370 388 460 154 420 755 509 188 61.2 İzmir 407 247 489 406 476 603 570 671 441 279 391 347 -3.9

Afyon 342 459 409 098 422 771 433 460 306 377 301 579 -11.9

Kayseri 181 298 172 783 222 038 281 896 299 346 285 770 57.6

Türkiye’de üretim, ülkenin tamamında sulamaya dayalı olarak yapılmaktadır. Patates kök sisteminin

yüzeyde olması nedeniyle su tüketimi fazla olmaktadır. Patates tarla bitkileri içerisinde üretim maliyeti en yüksek olan bitkidir. Orta Anadolu’da tipik bir patates üretim sezonunda ortalama 12–18 kez sulama

yapılmaktadır. Sulamalar yeraltı veya yerüstü su kaynaklarından basınçlı sulama ile yapıldığından enerji

(elektrik) maliyeti yüksek olmaktadır. Niğde Ziraat Odası verilerine göre kendi arazisinde üretim yapan bir üreticinin 2013 yılında bir dekar patates üretim maliyeti 1 650 TL tutmaktadır. Bitkinin genellikle geçirgen

topraklarda yetiştirilmesi ve fazla sulama nedeniyle besin elementi yıkanması fazla olmaktadır. Gerek

yıkanmanın fazla olması gerekse üreticilerin fazla gübre atma eğilimleri birleşince patateste gübre kullanım

miktarları diğer bitkilere göre 1-2 kat daha fazla olduğu tespit edilmiştir (İşler, 2013).

4. İKLİM DEĞİŞİKLİĞİ VE PATATES İklim değişikliğinin bitki üzerindeki etkilerini anlamak gıda güvenliği için hayati önem taşımaktadır

(Zhao ve ark.,2016). Patates, dünyanın en önemli tahıl olmayan ürünüdür. Bu nedenle, iklim değişikliğinin

patates üretimi üzerindeki potansiyel etkilerinin anlaşılması, gelecekteki küresel gıda güvenliği için kritik öneme sahiptir (Raymundo ve ark., 2017). Patates üretiminin iklim değişikliği açısından önemine ve iklim

değişikliğine bağlı olarak vereceği tepkilere karşılık yapılmış çalışmalardan bazıları aşağıdaki gibidir.

Zhao ve ark. (2016), “Kuzey Çin'de patates verimindeki ve iklimindeki değişim tesadüfleri” adlı çalışmalarında Uzun dönemli veri setlerini kullanarak kuzey Çin'de patates için hava değişkeni ile verim

farklılıklarının tesadüflerini karakterize etmeyi amaçlamışlardır. Sonuç olarak, Patates yetiştirirken, günlük

ortalama, maksimum ve minimum sıcaklıkların on yıl boyunca 0.23 °C, 0.20 °C ve 0.6 °C artış gösterdiğini

belirlemişlerdir. Spesifik olarak, günlük sıcaklık aralığı 1°C düştüğünde, patates veriminin 543.9 kg.ha-1

arttığını, toplam radyasyon 1 MJ m

2 azaldığı zaman, patates veriminin 63.8 kg ha

-1arttığını saptamışlardır.

ET0 1 mm azaldığında, patates veriminin 62.7 kg ha-1

arttığını ve yağışın 1 mm arttığında ise patates

veriminin 62.9 kg ha-1

arttığı sonucuna ulaşmışlardır. Hijmans (2003), “İklim değişikliğinin küresel patates üretimine etkisi” adlı çalışmasında iklim

değişikliğinin küresel patates üretimine etkisini değerlendirerek potansiyel getirileri, bir simülasyon modeli

ve mevcut (1961–1990) ve öngörülen (2010–2039 ve 2040–2069) şartlar için aylık iklim verilerine sahip bir şebeke ile hesaplamışlardır. 1961–1990 ve 2040–2069 yılları arasında küresel (Antarktika hariç) ortalama

sıcaklığın iklim senaryosuna bağlı olarak 2.1 ve 3.2 °C arasında artacağını tahmin etmişlerdir. Değişiklikleri patates alanı tarafından değerlendirdiklerinde ve özellikle dikim zamanı ve kültivarlarının uyarlanması

düşünüldüğünde sıcaklık artışının daha az olacağına ulaşmışlardır. (1 ila 1.4 °C arasında bir tahmini sıcaklık


268

artışı). Bu süre zarfında, küresel potansiyel patates veriminin %18 oranında (adaptasyon olmaksızın) % 32 ve %9 ila %18 (adaptasyon ile) oranında azalacağı sonucunu çıkarmışdır.

Adavi ve ark. (2018), “İklim değişikliğine ve adaptasyon stratejilerine patates cevabının

değerlendirilmesi” adlı çalışmalarında, İran'ın Isfahan vilayetinde, patates üretimindeki iklim değişikliğinin

etkilerini simüle ederek, dikim tarihi ve çeşit yönetimini iklim değişikliği uyum stratejileri olarak değerlendirmeyi amaçlamışlardır. Günlük iklim parametrelerinin Long Ashton Araştırma İstasyonu–Hava

Jeneratörü tarafından üretildiği çalışmada SUBSTOR–Patates modeli kullanılarak mevcut ve gelecekteki

patates büyümesi ve gelişimi simüle edilmiştir. Simülasyon sonuçlarına göre, gecikmiş dikim tarihi (31 Mayıs) gelecekteki iklim koşullarında yumru verimini artırırken, erken ekim (30 Nisan), iklim değişikliğinin

patates verimine olan zararlı etkilerini hızlandırmıştır. Orta ve erken olgunlaşan çeşitler, iklim değişikliği

koşullarında geç olgunlaşan çeşitlere göre daha iyi bir yumru verimine sahip oldukları sonucuna

ulaşmışlardır. Özünde, erken olgunlaşan çeşitlilik ve gecikmiş dikim tarihini, iklim değişikliğinin zararlı etkilerini hafifletmek için en verimli tarımsal yaklaşımlar olarak raporlamışlar ve gelecekteki iklim koşulları

için bölgenin patates ekosistemlerinin tasarlanması ve yönetilmesinde göz önüne alınmasını önermişlerdir.

Çalışmada genel olarak erken olgunlaşan çeşitliliği ve gecikmiş ekim tarihini, patates üretimindeki iklim değişikliğinin zararlı etkilerini hafifletmek için verimli tarımsal yaklaşımlar olarak görmenin önemini

vurgulamışlardır.

Vashisht ve ark. (2015), “Minnesota'da patates verimini sürdürmek için su ve azot yönetiminin gelecekteki iklimlere adaptasyonu: saha ve simülasyon” adlı çalışmalarında Minnesota, ABD'nin kumlu

topraklarında önerilen azot (N) gübresi ve sulama yönetimi ile mevcut zaman dilimine göre patates ekimi

veriminin değerlendirilmesi ile patates veriminin simülasyonu ve nitrat için öngörülen gelecekteki iklim

ortamında (2038–2067) SUBSTOR DSSAT–patates modeli ve iklim değişikliği etkilerini en aza indirmek için adaptasyon önlemleri olarak alternatif sulama ve N yönetim stratejilerinin DSSAT modeli ile

değerlendirmişlerdir. Sonuç olarak, 2058–2067 yıllarında yapılan değerlendirmede, artan N, sulama

seviyeleri ile sızma kayıplarıyla artık sürdürülemeyen bölge kaybı %41–67 oranında artacaktır. Kuraklık ve sıcaklığa toleranslı çeşitlerin kullanılması veya alternatif kültürel uygulamaların uyarlanmasının,

üretkenliğin sürdürülmesi için gerekli olacağı sonucuna ulaşmışlardır.

Arora ve ark. (2013), “SUBSTOR–Patates Modeli Kullanılarak Sub–Tropik Ortamda Sulama ve Azot Rejimlerine Patates Tepkisinin Analizi” adlı çalışmalarında, Punjab'ın yarı–kurak sub–tropikal ortamında,

sulama ve azot rejimlerine patatesin tepkisi analizinde SUBSTOR–Patates modelinin uygulanabilirliğini

incelemişlerdir. Sonuç olarak sulama ve N'nin verim ve olgunlaşma üzerine etkileri, sulama ile N'nin

etkisinin daha fazla olduğunu göstermiştir. Daccache ve ark. (2011), “Nemli iklimde iklim değişikliğinin sulu patates üretimine etkileri” adlı

çalışmalarında iklim değişikliğinin İngiltere'deki yetiştirilen patateslerin ( Solanum tuberosum L.) sulama

suyu gereksinimleri ve verimi üzerindeki etkilerini, genel bir popülasyon modeli (GCM) grubundan azaltılmış çıktıları patates mahsulü büyüme modeli ile birleştirerek değerlendirmişlerdir. Sonuç olarak

gelecekteki potansiyel verimlerin su veya gübre kısıtlamaları olmaksızın %13–16 oranında, sulama

ihtiyaçlarının ise, emisyon senaryosuna bağlı olarak %14–30 oranında artacağına, sulama altyapısı için

mevcut “tasarım” kapasitesinin, gelecekteki en yüksek sulama ihtiyacının yılların yaklaşık % 50'sinde karşılayamayacağı sonucuna ulaşmışlardır.

Holden ve ark. (2003), “İrlanda iklimindeki olası değişiklik ve arpa ve patates verimine etkisi” adlı

çalışmalarında iklim değişikliği senaryoları, iklim değişikliğinin tarımsal üretim üzerindeki etkisini tahmin etmek için bitki simülasyon modelleri kullanmışlar ve tarıma elverişli iki özel ürüne odaklanmışlardır:

İrlanda iklimine ve toprak işleme üretim sektörünün temeline iyi adapte edilmiş halihazırda başarılı bir tahıl

ürünü olan arpa; ve İrlanda'da geleneksel bir kök ürünü olan patatestir. Sonuç olarak sulanmayan yumrular için 2055 ve 2075'te patates veriminin düşmesinin bekleneceği, 2055 yılına kadar ülkenin büyük bir

bölümünde ciddi bir verim kaybı olmasının muhtemel olduğu sonucuna ulaşmışlardır.

Wolf ve ark. (2003), “İklim ve atmosferdeki CO2 ve O3 değişikliklerinin Avrupa Birliği'nde patates

(cint. Bintje) verim potansiyeli üzerine etkilerinin modelinin simülasyonu” adlı çalışmalarında yumru üretiminin ayrı ayrı değişen iklim ve hava değişkenlerine duyarlılığını belirlemişlerdir. Sulanan yumru

veriminin, Kuzey Avrupa'daki sıcaklık artışıyla birlikte güçlü bir şekilde arttığını ve sırasıyla orta ve güney

AB'de aynı ve güçlü bir şekilde azaldığını tespit etmişlerdir. 2050 yılı için iklimine dayalı olarak iklim koşulları ve değişen iklim koşulları için sulanan patates (cv. Bintje) verimini hesaplamışlar ve iklim

değişikliğinin, çoğu zaman 2000–4000 kgda-1

kuru madde olan sulanan verim artışlarını artırdığı sonucuna

ulaşmışlardır.

Singh ve ark. (2013),“İklim değişikliğinin patates üzerindeki etkisi” adlı çalışmalarında, sıcaklık ve CO2 etkilerinin patates büyümesi ve gelişimi, üretkenliği, hastalıkları ve zararlılar ve kalitesi üzerinde

durmuşlardır. Ayrıca, iklim değişikliğine karşı bölgesel hassasiyet ve iklim değişikliği ve küresel ısınma için


269

adaptasyon önlemlerini de tartışmışlardır. Çalışmanın sonucunda ılıman bir bölge ülkesi olan ve toplam patates alanının %80'ini kaplayan tropikal kısa gün koşullarına adapte olan Hindistan'da patatesin iklimsel

değişkenliğe çok duyarlı olduğuna ve bu nedenle iklim değişikliği ve küresel ısınmanın Hindistan'daki

patates büyümesi üzerinde büyük bir etkisi olacağı sonucuna ulaşmışlardır. Orta derecede yüksek

sıcaklıklarda bile fotosentezi ve toplam biyokütle üretimini etkilemeden yumru verimini önemli ölçüde azalttığı, yüksek sıcaklığın ısı filizlenmesine ve iç nekroza neden olarak yumru kalitesini etkilediği sonucuna

ulaşmışlardır. INFOCROP–PATATES modeli kullanılarak patates üretim iklim değişikliği etki

değerlendirmesi çalışması ile patates üretiminin sıcaklığın 3 ° C artmasıve CO2’in 550 ppm'ye çıkması ile 2050 yılında patates üretiminin % 13.72 oranında azalmasına yol açacağı sonucuna ulaşmışlardır.

Barbeau ve ark. (2015), Sürdürülebilir Tarım ve İklim Değişikliği: Kanada Yarımadası Birinci Milletler

Topluluğunda Geliştirilmiş Gıda Güvenliği ve Dayanıklılığı için Patates Üretimi (Solanum tuberosum L.) ve

Bush Fasulyesi (Phaseolus vulgaris L.), adlı çalışmalarında sürdürülebilir bir şekilde büyüyen patateslerin ( Solanum tuberosum L.) fizibilitesi uzak subarctic topluluklarda gıda güvenliğini artırmak için tarımsal

ormancılık uygulamalarını kullanarak Kanada'nın Kuzey Ontario'daki Fort Albany First Nation'daki bir vaka

çalışması ile incelemişlerdir. Sonuç olarak patates mahsullerinin iki yıllık bir süre boyunca yetiştirilmesi ve yeşil çalı fasulyesi (Phaseolus vulgaris L.) ile dikilen arazilere dönüştürülmesi sonucunda patateslerin ve çalı

fasulyelerinin, daha geleneksel yüksek girdili tarım yöntemleriyle karşılaştırılabilir mahsuller kullanılarak

seraların kullanımı olmadan, subarctic'de başarılı bir şekilde yetiştirilebileceğine ulaşmışlardır.

5. TARTIŞMA VE SONUÇ İklim değişikliğinin tarımsal ürünler üzerindeki potansiyel etkileri değişebilirken, artan küresel

sıcaklıkların ortasında dünya nüfusunun beslenmesine yönelik çözümler bulmak için çok sayıda araştırma

yürütülmektedir. Patates, dünyanın en önemli gıda ürünlerinden birisidir ve iklim değişikliğinin yaşamı sürdürmede en önemli mahsul olan patatesin üretimine büyük etkileri vardır. İklim değişikliğinin patates

üretimindeki etkilerini bilimsel olarak değerlendirirken, aşağıdaki dört faktörün dikkate alınması

gerekmektedir. Bunlar: sıcaklık, zararlı ve hastalıklarda artış, su temini ve atmosferdeki artan karbon

seviyeleri olup bunların tümü küresel ısınmadan kaynaklanmaktadır. Bu faktörleri değerlendiren bazı bilim adamları, iklim değişikliğinin küresel patates üretimini ciddi biçimde kısıtlayabileceğine inanmaktadır

(Anonim, 2018f).

Patates üretiminde sürdürülebilirliğin sağlanması için kuraklık ve ısıya toleranslı çeşitlerin kullanılması veya alternatif kültürel uygulamaların uyarlanması gerekmektedir. Patates yumrusunun, %80’e yakın oranda

su içermesi, birçok hastalık etmeninin patates yumrusunda gelişmesi için ideal bir ortam oluşturmaktadır

Vejetatif olarak yumruları ile çoğaltılması da patatesi, gerçek tohumları ile üretilen kültür bitkilerine göre

bitki patojenlerine karşı daha duyarlı hale getirmektedir. Güney Amerika’da yer alan Peru'nun en önemli ürünlerinden olan patates, binlerce yıl boyunca Andes'ın kaprisli iklimine rağmen 2 500 çeşide dönüşmüştür.

Ancak, 8 000 yıllık evcilleştirmeden sonra, yumru kökleri, devam eden Güney Amerika habitatına karşı

büyük bir tehditle karşı karşıyadır. Isınma sıcaklıkları nedeniyle, çiftçilerin daha yüksek irtifalarda, daha az dirençli hastalıklara ve zararlılara yenik düşmesi nedeniyle, patates üretimlerini daha yüksek irtifalarda

yetiştirmelerini zorlaştırmaktadır (Anonim, 2018g). Patates yetiştirme alanlarını değiştirmek ve genetik

olarak iyileştirilmiş çeşitler kullanmak, iklim değişikliğinden kaynaklı patates zararlılarından ve hastalıklarından meydana gelen tehditlerden kaçınmaya yardımcı olabilecektir. Peru’da Kutsal Vadi'nin Inca

kalbindeki beş Quechua dili konuşan köy, iklim değişikliğinden kaynaklanan olumsuz etkilere karşı modern

bilim ile çalışmaktadır. 6 000 aile, Cuzco yakınlarında, 9 bin hektarlık (22 700 dönümlük) bir canlı

laboratuvarı olan dünyanın ilk "Patates Parkı" nı oluşturmuşlardır. Burada yaşayanlar ve bilim adamları, çeşitli kuraklık ve dona karşı çeşitli patates türlerinin toleransını test etmektedirler. Doğa ve Sürdürülebilir

Kalkınma Derneği (ANDES)" Lino Loaiza, "30 yıl önce deniz seviyesinden 2 800 ila 3 500 metre arasında

büyüyen patateslerin, şimdi 4 000 ila 4 200 metre arasında büyüdüğü göz önüne alınırsa sıcaklıkların arttığı son derece açıktır." demiştir (Anonim, 2018g).

Amerika Birleşik Devletleri’nde Orta–kuzey eyaletlerinden olan, Kuzey’den Kanada’nın Manitoba ve

Ontario, Güney’den Iowa, Batı’dan Kuzey ve Güney Dakota, Doğu’dan Wisconsin eyaletleri ve Superio Gölü ile çevrili olan Minnesota'da patates verimini sürdürmek için su ve azot yönetiminin gelecekteki

iklimlere adaptasyonu: Saha ve simülasyon çalışması adı altında yapılan çalışmanın sonucunda geçerli

sulama veya gübre oranlarındaki değişimler olmadan, iklim değişikliğinin gelecekte Minnesota’da patates

veriminde %19–28, hasat indeksinde %4–9 ve su kullanım etkinliğinde %22–32 azalmaya neden olacağı sonucuna ulaşılmıştır (Vashisht ve ark., 2015). Dolayısıyla 2058–2067 yılları için Kuzey Amerika’da artan


270

N ve sulama seviyelerini ve sızma kayıplarını % 41–67 oranında artıracağı sonucuna ulaşılarak Asya Kıtası’nda patates veriminin ileriki yıllarda düşeceği sonucuna ulaşılmaktadır.

Uluslararası uzmanların gelecek 50 yılda 1.1 °C'den 6.4 °C ulaşan küresel artışları öngörmesiyle,

dünyada birçok alanda yetiştirilen patates üretimini destekleyemeyeceğini tartışmaktadırlar. Yüksek

sıcaklıkların yumru büyümesini ve üremesini yavaşlatacağı, yumrularda fizyolojik hasarı arttıracağı ve yumruların çok erken filizlenmesini sağlayan yumru dinamiğini kısaltacağını tahmin etmektedirler.

Mevsimsel ve bölgesel farklılıklar göstermekle beraber sıcaklık artışının kış mevsiminde 4 °C, yazın ise 6

°C civarına ulaşması beklenmektedir. Asya Kıtası’nda yer alan Kuzey Çin'de patates verimindeki ve iklimindeki değişim tesadüfleri adlı çalışmadan yola çıkarak spesifik olarak, günlük sıcaklık aralığı 1 °C

düştüğünde, patates verimi 543.9 kgha-1

artmıştır sonucundan patates veriminin iklim değişikliğine bağlı

olarak Asya Kıtası’nda sıcaklık artışlarından dolayı düşeceği sonucuna ulaşılmaktadır (Zhao ve ark., 2016).

Asya Kıta’nda yer almakta olan Türkiye’nin yıllık kış ve ilkbahar ortalama sıcaklıkları, özellikle güney bölgelerinde artma eğilimi göstermesine karşın, yaz ve özellikle sonbahar ortalama sıcaklıkları, kuzeyde ve

karasal iç bölgelerde azalmaktadır. Türkiye’nin karasal iç ve doğu bölgelerinin önemli bir bölümü ve

Güneydoğu Anadolu Bölgesi, iklim etmenleri ve bitki örtüsü de dikkate alınarak, çölleşmeye eğilimli araziler olarak değerlendirilmektedir (Şen, 2009). Sürekli sulama ile yapılan patates üretiminin bu şartlar

altında verim, dikiliş alanı olarak ve buna dayalı toplam tonajında azalma beklenmektedir. 2011 yılında

yayımlanan İklim Değişikliği Ulusal Eylem Planı’nda, Türkiye’de yıllık ortalama sıcaklığın gelecek yıllarda 2.5 °C–4 °C artacağını, artışın Ege ve Doğu Anadolu Bölgeleri’nde 4°C’yi, iç bölgelerinde ise 5˚C’yi

bulacağını öngörürken, Türkiye’nin yakın gelecekte daha sıcak, daha kurak ve yağışlar açısından daha

belirsiz bir iklim yapısına sahip olacağını ortaya koyulmaktadır. Türkiye’nin Güney bölgelerinde artan

sıcaklıkların bir sonucu olarak patates üretiminin daha yüksek rakımlara sahip olan daha fazla kuzey ya da karasal iç bölgeler yönünde yetiştirme alanlarına kayması beklenmektedir. İklim değişikliği, patates ekimi ve

hasatı zamanının değiştirilmesini gerektirebilecektir. Yine Hindistan'ın yıllık ortalama sıcaklığının son yılın

11. periyodunda 0.46 ˚C artması nedeniyle tüm patates yetiştirme eyaletlerinde 1 yıl atmosferdeki CO2 ve CH4 gibi yeşil ev gazları miktarının artması nedeniyle patates verimliliğinin düşüş göstermesi ve Karnataka

için ise en yüksek 2020'ye kadar % 18.68 azalma beklenmektedir. Asya Kıta’nda yer alan ve bir başka ülke

olan İran'ın Isfahan vilayetinde gecikmiş dikim tarihinin (31 Mayıs) gelecekteki iklim koşullarında yumru verimini artıracakken, erken ekimin (30 Nisan), iklim değişikliğinin patates verimine olan zararlı etkilerini

hızlandıracağı sonucuna ulaşılmıştır. Erken ekim daha sıcak bir iklimde daha yüksek donma riski ile

ilişkilidir. Daha sıcak yazlar patates bitkilerine ısı stresi riskini artıracaktır.

Gelecekteki simülasyonlar, daha sıcak bir iklime ve daha erken ekimin hasat zamanını bir ay öncesine kadar uzatabileceğini, ancak yılın başlarında patatesin ortaya çıkmasının, kuzey Avrupa'nın birçok yerinde

donma riskinin artmasıyla ilişkili olabileceğini göstermiştir. Günümüzde donma hasarına en çok maruz

kalan Batı Avrupa bölgeleri iklim değişikliğine tepki olarak donma riskiyle karşı karşıya kalabilir. Erken patates gelişiminin simülasyonu, gelişimsel eşiğin oluşturulmasına duyarlıyken, geç patates gelişimi

optimum sıcaklık ayarına duyarlıdır. Kuzey Avrupa'daki mevcut iklim koşulları için doğrusal bir sıcaklık

yanıtı fonksiyonu esas olarak yeterli olmakla birlikte, iklim değişikliği etki değerlendirmelerinde optimum

ve üst eşikler dikkate alınmalıdır. İklim ve atmosferdeki CO2 ve O3 değişikliklerinin Avrupa’da Sulanan yumru veriminin, Kuzey Avrupa'daki sıcaklık artışıyla birlikte güçlü bir şekilde arttığını ve sırasıyla orta ve

güney AB'de aynı ve güçlü bir şekilde azaldığını tespit etmişlerdir. 2050 yılı için iklim iklimine dayalı

olarak iklimsel iklim koşulları ve değişen iklim koşulları için sulanan patates (cv. Bintje) verimini hesaplamışlar ve iklim değişikliğinin, çoğu zaman 2 000–4 000 kg / da kuru madde olan sulanan verim

artışlarını artırdığı sonucuna ulaşmışlardır. Aynı şekilde yine Avrupa Kıtası’nda yer almakta olan İrlanda’da

da geleneksel bir kök ürünü olan patates verimin sulanmayan yumrularda 2055 ve 2075'te patates veriminin düşebileceği, 2055 yılına kadar ülkenin büyük bir bölümünde ciddi bir verim kaybı olabileceğine

ulaşılmıştır. Buradan hareketle Kuzey Avrupa Kıtası’nda patates üretiminde sulama imkânının olmasının

iklimin etkilerini bertaraf edeceğine, sulanan yumruların patates verimini artıracağı sonucuna ulaşılmaktadır.

Gelecekteki iklim değişikliği senaryolarını mevcut patates kesim sistemlerine uygulamak istenirse, 2055 yılına kadar küçük çaplı yumru verim düşüşlerini (−% 2 ila −% 6), ancak Temsili Konsantrasyon

Rotalarına (RCPs: Representative Concentration Pathways) bağlı olarak 2085 yılına kadar da (−% 2 ila% 26)

daha büyük düşüşleri görmek mümkündür. Küresel yumru verimi üzerindeki en büyük olumsuz etkiler, yüzyılın sonuna doğru RCP 8.5 için öngörülmüştür. Simüle edilen etkiler bölgeye göre değişmiştir ve

yüksek enlemlerde (örneğin Doğu Avrupa ve Kuzey Amerika) ve Afrika'nın alçak arazilerinde yüksek

yumru azalması, orta enlemlerde ve tropik dağlarda daha azdır (Raymundo ve ark., 2017). İklim

değişikliğinin küresel patates üretimine etkisini değerlendirerek potansiyel getirileri, bir simülasyon modeli ve mevcut (1961–1990) ve öngörülen (2010–2039 ve 2040–2069) şartlar için aylık iklim verilerine sahip bir

şebeke ile hesaplandığında; 1961–1990 ve 2040–2069 yılları arasında küresel (Antartika hariç) ortalama


271

sıcaklığın iklim senaryosuna bağlı olarak 2.1 ve 3.2 ºC arasında artacağı tahmin edilmiştir. Değişiklikler patates alanı tarafından değerlendirildiğinde ve özellikle dikim zamanı ve kültivarlarının uyarlanması

düşünüldüğünde sıcaklık artışının daha az olacağına ulaşılmıştır. (1 ila 1.4 ºC arasında bir tahmini sıcaklık

artışı). Bu süre zarfında, küresel potansiyel patates verimi %18 oranında (adaptasyon olmaksızın) %32 ve

%9 ila %18 (adaptasyon ile) oranında azalacak sonucuna ulaşılmıştır (Hijmans, 2003).

KAYNAKLAR

Anonim. 2018a. Patatesin Fizyolojik Tepkileri, http://slideplayer.biz.tr/slide/11807226// (Erişim:12.04.2018).

Anonim. 2018b. Türkiye’nin İkim Değişikliği. http://www.wwf.org.tr/ne_yapiyoruz/iklim_degisikligi_ve_ enerji/

iklim_degisikligi/kuresel_iklim_degisikligi_ve_turkiye/ (Erişim:12.04.2018).

Anonim. 2018c. Türkiye’nin İklim Değişikliği. http://idub.csb.gov.tr/images/files/Turkiye-Iklim-Degisikligi-5-

Bildirimi.pdf. (Erişim:15.04.2018).

Anonim. 2018d. Dünya Patates Üretimi. http://www.fao.org/faostat/en/#data/QC (Erişim:15.04.2018).

Anonim. 2018e. Patates İklim İsteği. https://acikders.ankara.edu.tr/pluginfile.php/ 68202/mod_resource/

content/1/tarla%20end8.pdf.(Erişim:22.04.2018).

Anonim. 2018f. Patates İklim Değişikliği Zorluklarıyla Yüzleşiyor. https://cipotato.org/blog/potato-faces-up-to-

climate-change-challenges/. (Erişim Tarihi:12.04.2018)

Anonim. 2018g. https://news.vice.com/article/climate-change-might-be-the-greatest-threat-to-potato-cultivation-

in- 8000-years. (Erişim Tarihi:10.04.2018)

Adavi Z, R Moradi, AH Saeidnejad, MR Tadayon & H Mansourit. 2018. Assessment of Potato Response to

Climate Change and Adaptation Strategies. Scientia Horticulturae, 228: 91-102

https://doi.org/10.1016/j.scienta.2017.10.017.

Arora VK, JC Nath & CB Singh. 2013. Analyzing potato response to irrigation and nitrogen regimes in a sub-

tropical environment using SUBSTOR-Potato model. Agricultural Water Management, 124: 69-76

https://doi.org/10.1016/j.agwat.2013.03.021

Arıoğlu H, ME Çalışkan & H Onaran. 2006. Türkiye’de patates üretimi, sorunları ve çözüm önerileri. IV. Ulusal

Patates Kongresi, 06-08 Eylül 2006, Bildiler Kitabı, s:1-10, Niğde.

Barbeau CD, M Oelbermann, JD Karagatzides & LJS Tsuji. 2015. Sürdürülebilir Tarım ve İklim Değişikliği:

Kanada Yarımadası Birinci Milletler Topluluğunda Geliştirilmiş Gıda Güvenliği ve Dayanıklılığı için

Patates Üretimi (Solanum tuberosum L.) ve Çalı Fasulye (Phaseolus vulgaris L.). Sürdürülebilirlik, 7, 5664-

5681. https://doi.org/10.3390/su7055664.

Çalışkan ME, H Arıoğlu, N Kuşman & S Çalıskan. 2006. Yield Potential and Using Possibilities of True Potato

Seed Technology in Turkey. IV. National Potato Congress, 6-8 September 2006. pp:38-45, Niğde. (Article

is in Turkish with English Abstract).

Çalışkan ME, EF Karaat & H Çelen. 2011. Türkiye ve Bazı Ülkelerin Tohumluk Patates Üretim ve Sertifikasyon

Sistemlerinin Karşılaştırılması, Türkiye 4. Tohumculuk Kongresi, Ondokuz Mayıs Üniversitesi Ziraat

Fakültesi, 14-17 Haziran 2011 Samsun. pp: Cilt2:37-47

Daccache A, EK Weatherhead, MA Stalham & JW Knox. 2011. Impacts of climate change on irrigated potato

production in a humid climate. Agricultural and Forest Meteorology, 151(12): 1641-1653

https://doi.org/10.1016/j.agrformet.2011.06.018

Hijmans RJ. 2003. The Effect of Climate Change on Global Potato Production. American Journal of Potato

Research, 80(4): 271-280. https://doi.org/10.1007/BF02855363.

Holden NM, AJ Brereton, R Fealy & J Sweeney. 2003. Possible change in Irish climate and its impact on barley

and potato yields, Agricultural and Forest Meteorology, 116(3–4): 181-196.

https://doi.org/10.1016/S0168-1923(03)00002-9.

IPCC. 2007. Climate change 2007: impacts, adaptation and vulnerability, Contribution of Working Group II

(AR4). Cambridge: Cambridge University Press.

İşler N. 2012. Patates Tarımının Mevcut Durumu. Web: www.mku.edu.tr/getblogfile .php?keyid=274,

(Erişim:27.06.2015).

İşler N. 2013. Patates Yetiştiriciliği ve Sorunları, Web: www.file:///C:/Users/ pc/Downloads/

921_dosya_1450773934.pdf. (Erişim: 27.06.2015).

http://www.fao.org/faostat/en/#data/QC

https://doi.org/10.1016/j.scienta.2017.10.017


272

Jarvis A, A Lane & RJ Hijmans. 2008. The effect of climate change on crop wild relatives. Agriculture,

Ecosystems and Environment, 126: 13–23.

Raymundo R, S Asseng, R Robertson, A Petsakos, G Hoogenboom, R Quiroz, G Hareau & J Wolf. 2017. Climate

change impact on global potato production. European Journal of Agronomy, 100: 87-98, ISSN 1161-0301,

https://doi.org/10.1016/j.eja.2017.11.008.

Singh BP, VK Dua, PM Govindakrishnan & S Sharma. 2013. Impact of climate change on potato Climate-

Resilient Horticulture: Adaptation and Mitigation Strategies, 125-135. Springer, India

Şahin K. 2003. Ahlat ilçesinde patates üretimi ve sorunları üzerine bir araştırma. Yüzüncü Yıl Üniversitesi, Ziraat

Fakültesi, Tarım Bilimleri Dergisi (J. Agric. Sci.), 13(2): 81-88.

Şen B. 2009. Bölgesel iklim modelleri kullanılarak Çukurova yöresinde iklim değişikliğinin 1. ve 2. ürün mısır

verimine olası etkilerinin belirlenmesi. Çukurova Üniversitesi Fen Bilimleri Enstitüsü Doktora Tezi, ss 308.

Adana.

TÜİK. 2018. Türkiye İstatistik Kurumu, Web: http://www.tuik.gov.tr/ UstMenu.do?metod=kategorist

(Erişim:20.10.2015).

Vashisht BB, T Nigon, DJ Mulla, C Rosen, HXu Twine & SK Jalota. 2015. Adaptation of water and nitrogen

management to future climates for sustaining potato yield in Minnesota: Field and simulation study.

Agricultural Water Management Volume, 152: 198-206.

Wolf J & MV Oijen. 2003. Model simulation of effects of changes in climate and atmospheric CO2 and O3 on

tuber yield potential of potato (cv. Bintje) in the European Union. Agriculture, Ecosystems & Environment,

94(2): 141-157. https://doi.org/10.1016/S0167-8809(02)000299

Zhao J, Y Zhang, Y Qian, Z Pan, Y Zhu, Y Zhang, J Guo & L Xu. 2016. Coincidence of variation in potato yield

and climate in northern China. Science of The Total Environment, 573: 965-973.

https://doi.org/10.1016/j.scitotenv.2016.08.195


273

A Study on The Distribution of The Use of Underground Greenhouses in

Turkey

Unal Sirin1,*

, Sedat Karaman2, Omer Anapali

3

1Department of Biosystems Engineering, Faculty of Agriculture, Van Yuzuncu Yil University, 65090, Van,

Turkey

2Department of Biosystems Engineering, Faculty of Agriculture, Tokat Gaziosmanpasa University, 60250,

Tokat, Turkey

3Department of Agricultural Structures and Irrigation, Faculty of Agriculture, Erzurum Ataturk University,

25240, Erzurum, Turkey


ABSTRACT Greenhouse cultivation in Turkey does not contribute sufficiently to the herbal production needs of the

growing population due to different reasons. It is seen that this insufficiency manifests itself essentially in all

regions of Turkey which has a high greenhouse potential, which in turn reveals the developmental difference

in the sectorally nationwide and reduces the progress of greenhouse development in Turkey. Lack of business continuity in herbal production, disagreements among partners, lack of self-confidence, failure to

provide at an optimum level environmental conditions inside and outside the greenhouse, inadequate

production in existing greenhouses that are suitable for the life style of society and will contribute to the solution of these problems and lack of alternative greenhouse structures are the main sources of the

identified problems. In this study; Underground greenhouse systems have been suggested as an alternative

greenhouse structure which is assumed to contribute to the development of greenhouse cultivation in Turkey in addition to plans and projects related to the underground greenhouse to be established in a place suitable

for greenhouse construction have been prepared and its application and widespread use in Turkey is aimed.

Keywords: Biosystem, greenhouse, underground greenhouse, agricultural structures


Ülkemizde Yeraltı Seralarının Kullanımının Yaygınlaştırılması Üzerine Bir Çalışma

ÖZET

Ülkemizde seracılık, farklı nedenlere bağlı olarak artan nüfusun bitkisel üretim ihtiyacına yeterli düzeyde katkı sağlayamamaktadır. Bu yetersizliğin, gerçekte seracılık potansiyeli yüksek olan ülkemizin

bütün bölgelerinde kendini gösterdiği, bunun da sektörel olarak ülke bazında gelişmişlik farkını ortaya

çıkardığı ve ülkemiz seracılığı gelişme seyrini düşürdüğü görülmektedir. Bitkisel üretimde iş sürekliliğinin olmayışı, ortaklar arasında anlaşmazlıkların olması, özgüven eksikliği, sera içi ve sera dışı çevre koşullarının

optimum düzeyde sağlanamaması, toplumun yaşam biçimine uygun ve bu sorunların çözümüne katkıda

bulunacak mevcut seralarda ki üretim yetersizliği, alternatif sera yapılarının olmaması belirlenen sorunların

temel kaynaklarını oluşturmaktadır. Bu çalışmada; ülkemiz seracılığının gelişmesine katkıda bulunacağı varsayılan alternatif bir sera yapısı olarak yeraltı sera sistemleri önerilmiş olup sera yapımına uygun bir

yerde kurulacak yeraltı serasına ait plan ve projeler hazırlanarak ülkemizde uygulanması ve kullanımının

yaygınlaştırılması amaçlanmıştır.

Anahtar Kelimeler: Biyosistem, sera, yeraltı seraları, tarımsal yapılar



274

1. GİRİŞ

Bitkisel üretimin yapıldığı en önemli faaliyetlerden biri de seracılıktır. Seralarda yetiştirilen bitkilerden

yüksek verim elde etmede ışık, sıcaklık, nem, hava ve havanın karbondioksit konsantrasyonu gibi sera içi çevre koşullarının optimum düzeyde olması gerekmektedir. Bu koşulların minimum maliyetle istenilen

düzeyde sağlanması için farklı yapısal özelliklere sahip seralar inşa edilmektedir (Yağanoğlu, 2008). Yılın

bütün mevsimlerinde ürün yetiştirmek, mahsullerinin büyüme dönemlerini uzatmak için seraları kullanan

işletmeciler özellikle soğuk mevsimlerde bitkilerin büyüdüğü ortamda gerekli çevre koşullarını sağlayabilmek için ısı yayımını geliştiren ilkeler üzerinde büyük desteğe gereksinim duymaktadırlar. Bu

amaçla dünyada ve ülkemizde yaygın olarak basit, beşik, eşlenik olmayan, kırma, venlo ve testere dişli çatılı,

cam, plastik, elyaf, yapay cam ve polikarbon örtülü, ahşap, beton ve çelik iskeletli, tekil, blok ve tünel tipli sera çeşitleri kullanılmaktadır (Yağanoğlu ve Kocaman, 2011). Tamamı toprak üstüne inşa edilen bu yerüstü

seraların bu şekilde kurulması ve kışın ısıtılması oldukça pahalı bir yatırımdır.

Sera üreticileri, uzun yıllardan beri tercih edilen geleneksel sera sistemlerine alternatif olacak sera içi çevre koşullarının sağlanmasında tamamen doğal kaynakları kullanan sera sistemlerinin tasarımı üzerinde

durmaktadırlar. Bu amaçla 2000’li yılların başında Güney Amerika’da yeraltı sera sistemleri geliştirilmiştir.

Özellikle ABD’de, Meksika’da, Karayipler’de ve Avrupa’nın bazı bölgelerinde bu sistem giderek daha çok

benimsenip yaygınlaşmaktadır. Çünkü yeraltı seraları, bitkilerin gelişimlerini tamamalamaları için gerekli çevre koşullarının sağlanmasında tamamen doğal kaynakları kullanır. Bu nedenle geleneksel sera

yapılarından daha etkili ve ucuzdur (Calvin and Cook, 2005).

Bu çalışmada; dünyada ve ülkemizde yaygın olarak kullanılan geleneksel sera çeşitlerine alternatif olan, maliyeti azaltan, yetiştirilen bitkilerin kalitesini ve verimini artıran yeraltı seraları üzerinde

durulacaktır.

2. YERALTI SERA SİSTEMLERİ

Bütün seralarda gereksinim duyulan ısı, güneş enerjisinden sağlanır ve bu ısının 70-80%’i çatıdan, 20-30%’si diğer yüzeylerden karşılanır. Ancak yapı elemanları ve havalandırma yoluyla ısı enerjisi kayıpları

gerçekleşir. Özellikle kış mevsiminde sera içi ortam sıcaklığının kontrol altında tutulabilmesi için ek ısı

sistemlerinin planlanması gerekir (Olgun ve ark., 1997). Yeraltı sera sistemleri seralarda gerçekleşen ısı enerjisi kayıplarını en aza indirerek yılın soğuk sezonlarında ek ısı sistemlerine gereksinim duymamak için

tasarlanmıştır. Yeraltı seraları büyük, orta ve küçük ölçekli sera büyüklüğünde bağımsız olarak ta, bir yapıya

ek olarak ev ölçekli de inşa edilebilirler. Isıtma sistemi ile desteklenen geleneksel seralar ürün pazar fiyatları

ve ekonomik gelir düzeyi dikkate alındığında maliyet açısından etkin olmadığı için yeraltı seraları ısı kayıplarını azaltarak enerjiyi sera iç ortamında koruması yönüyle uygun maliyetli bir alternatiftir. Bu

yapılarda temel amaç güneş ısısını zemin altında toplayarak ısı kaybını en aza indirmek ve toprak ısısı ile

birlikte solarizasyonu sağlayarak kış mevsimlerinde bile daha az maliyetle kaliteli ve bol miktarda ürün yetiştirmektir (Oehler, 2007).

Çoğu enlemde toprak yüzeyinin 1.5-2.0 m altındaki sıcaklık 10 ila 16 °C arasında kalır. Bir yeraltı

serası, iklim faktörlerinden etkilenmeden bitkilerin büyümesini sağlamak için sakin toprak altı havasını

kullanır. Sera iç kısımları taş, kerpiç veya büyük miktarda ısıyı emebilen ya da yansıtıcı, yoğun, doğal malzemeler ile kaplanır. Havalandırması geleneksel seralarda uygulanan havalandırma yöntemleri ile

yapılabilen yeraltı seralarında yağış suları oluklar ya da drenaj kanalları ile uzaklaştırılabilmektedir

(Gecesefa, 2012).

2.1. Yeraltı Sera Tasarımının Temel İlkeleri

Yeraltı seralarının tasarımı geleneksel seralardan beş şekilde farklılık gösterir.

1- Kış aylarında maksimum güneş ısısı alacak açıda bir çatı planlamasının olması ve kaplama

malzemesinin buna yönelik seçilmesi.

2- Güneş ısısını korumak için çevresinde zemin altı toprağı kullanıyor olması. 3- Doğrudan güneş ışığının olmadığı ya da çok az olduğu yerlerde büyük miktarda doğal yalıtım

özelliğine sahip olması.

4- Isı kaybını en aza indirmek için örtü malzemesinin ve montaj yöntemlerinin yalnızca çatı ve giriş kapısında kullanılması.

5- Yazın soğutma için yalnızca doğal havalandırmanın yeterli olması.


275

Ancak yeraltı seraları yapılırken yeraltı su seviyesi kontrol edilmeli, seralar yeraltı su seviyesinden en az 5 m yukarıda olmalıdır (Milne, 2014).

3. YERALTI SERA SİSTEMLERİ UYGULAMALARI

Yeraltı sera sistemlerinin dünyadaki uygulamaları ve bu uygulamalar sonucunda elde edilen başarıları

incelendiğinde ülkemizde de uygulanması ve yaygınlaştırılması gerektiği sonucuna varılabilmektedir.

3.1. Dünyada ki Yeraltı Sera Sistemleri Uygulamaları

USA Brigham Young Üniversitesi Biyoloji ve Tarım Fakültesinin bir bölümü olan Benson Enstitüsü tarafından Bolivya’da öğrencilerin yerel ve geleneksel uygulamalarına dayalı basit bir yeraltı serası inşa

edilmiştir (Şekil 1) (Anonymous, 2002).

Şekil 1. USA Brigham Young Üniversitesi Benson Enstitüsü tarafından yapılan basit yeraltı serası

İngiltere’de Spetchley bahçelerinde Mezzapod ve Flickr tarafından, Zero Carbon Food isimli firmanın kurucuları Richard Ballard ve Steven Dring’in, akademisyenlerin, şehir planlamacıların ve belediyenin

desteği ile yeraltı serası inşa edilerek ilk aşamada marul, bezelye, turp, hardal, kişniş, kereviz, maydanoz ve

roka bitkilerinin yetiştiriciliği gerçekleştirilmiştir.. Yeraltı serasında yetiştirilen ürünlerde geleneksel sera

yöntemlerine göre % 70 daha az su kullandıklarını belirtmişlerdir (Şekil 2) (Anonymous, 2019). Güney Amerika'da, pencereleri kış gündönümünde güneşe 90 ° döndürülebilen bir yeraltı serası

yapılmıştır. Sıcaklığın yeri olarak adlandırılan bu sera, güneşin en az süre parladığı günlerde en fazla ısıyı

depolamaktadır. Nepal’de, Moğolistan’da, Teksas’ta, Patagonya’da, Nebraska’da, Ladakh’ta, Japonya’da uygulanan ve giderek yaygınlaşan kapalı döngülü bitkisel gıda üreten yeraltı seralarında yılın her

mevsiminde ucuz kaliteli ve bol miktarda üretim yapılmaktadır (Anonymous, 2019).

Şekil 2. İngiltere’de spetchley bahçelerinde yapılan yeraltı serası


276

3.2. Ülkemizde Yeraltı Sera Sistemleri Uygulamaları

Ülkemizde bazı bölgelerde küçük ölçekli denenmesine karşın yeterli önem verilmemesi nedeniyle

uygulanmamış yeraltı seracılığının ilk ciddi çalışması, Kahramanmaraş ili Elbistan ilçesinde Tarım ve

Orman Bakanlığı İlçe Müdürlüğünün desteği ile yerin 2 m altında 700 m2 alana sahip yeraltı serası kurularak

yapılmıştır. Ancak bu da yaraltı serası olarak kurulmuş alçak tünel özelliklerine sahip bir bitkisel

yetiştiricilik sistemi niteliğindedir. Bu serada roka, marul, yeşil soğan gibi ürünlerin yetiştirilmesinin

yanında fide yetiştiriciliği de yapılmaktadır. İşletmeciler soğuk kış koşullarında bile serada sıcaklık dengesinin bozulmayıp ek ısıya gereksinim duymadan üretim yapılabildiğini belirtmektedirler (Şekil 3)

(Anonim, 2019).

Şekil 3. Kahramanmaraş Elbistan ilçesinde kurulan yeraltı serası

Bu koşullar altında, geleneksel seracılıktan daha az maliyetle daha kaliteli ve yüksek verim elde

edilmesi yönüyle ülkemizde de özellikle soğuk iklim bölgelerinde dünyadaki uygulamaları dikkate alınarak yeraltı seraların uygulanması ve yaygınlaştırılması öngörülmektedir.

4. YERALTI SERALARININ PLANLANMASI

Ülkemizin özellikle soğuk iklim kuşağının egemen olduğu bölgelerinde, kış mevsimi koşullarında bile sera içerisinde ilave ısıya gereksinim duyulmadan optimum sera içi iklim koşullarına olanak sağlayabilecek

yeraltı sera sistemleri bir yapıya bitişik ve bağımsız olarak başlıca iki yöntemle ülkemizde uygulanabilir.

4.1. Bir Yapıya Ek Olarak Yapılan Ev Ölçekli Yeraltı Seraları

Bir evin veya büyükbaş ya da küçükbaş hayvan barınağının güney cephesinde bir oda oluşturacak

şekilde zemin oyularak inşa edilen yalın sera yapılarıdır. Sınırlı miktarda gıda bitkisi üretimi için yer sağlar. Güneye bakan pencerelere ve ısı depolayan kuzey duvarına sahip bu seralar güneşe doğru

konumlandırılması ve büyük bir termal kütle kullanması özelliğiyle verimi oldukça yüksek yeraltı

seralarıdır. Bu tip yeraltı seraları küçük ölçekli ticari amaç ve ev üretimi için yeterli olabilmektedirler (Oehler, 2007). Bu şekilde yapılan seralar için iki ana tasarım vardır.

İlk tasarımda çatı mahya kısmını, seranın uzun eksenlerinden birini oluşturan arka cephenin bitişik

olduğu yapının güney cephe duvarı, saçak seviyesini ise seranın uzun eksenlerinden diğerini oluşturan ve üst kotu doğal zemin kotu olan cephede doğal zemin üzerine yapılan subasman duvarı oluşturmaktadır (Şekil

4a).

İkinci tasarımda sera, çatı mahyası ilk tasarımda olduğu gibi bitişik olduğu yapının güney cephe

duvarında, saçak seviyesi ise doğal zemin kotundan belli bir yükseklikte yukarıda olacak şekilde düzenlenir. Bu şekilde çatı ile birlikte sera ön yüzeyi, sera içerisine gelen güneş ışıklarının artırılabilmesine olanak

sağlar (Şekil 4b).

Her iki tasarımda da sera tabanını, toprak don derinliğinin daha altında bir derinlik oluşturur. Bu seralarda uzun eksen doğudan batıya doğru yönlendirilir. Güneye bakan cephe optimum güneş enerjisi

miktarını toplamak için çatı eğimli yapılır. Sera içinde ısı kaybını önlemek için yalıtım malzemesi kullanılır.


277

Bu yönelim sera içinin her tarafında homojen bir ışık dağılımına izin vermek içindir. Doğu-batı yönelimli bu seralarda zayıf ışık dağılımının etkilerini azaltmak için seranın bir yapıya bitişik olan kuzey cephesi yansıtıcı

malzemeler ile kaplanır (Anonymous, 2002).

a. Birinci ana tasarım b. İkinci ana tasarım

Şekil 4. Bir yapıya ek olarak yapılan yeraltı serası

4.2. Büyük, Orta ve Küçük Ölçekli Yapılan Bağımsız Yeraltı Seraları

Kış aylarında en iyi ısıtmanın sağlanması için uzun eksenleri doğu-batı yönünde yapılan geleneksel

seraların aksine kuzey-güney yönünde yapılan bağımsız yeraltı seraları, büyüklüğüne göre iş makineleri ile

yerin kazılarak yapıldığı büyük, orta ve küçük ölçekli sera yapılarıdır. Küçük ölçekli yapılarda sıcaklıklar

oldukça hızlı dalgalanmalar gösterebileceğinden büyük ölçekli seralar sıcaklık açısından daha verimli olabilmektedir. İşletmeciler bu seraları yeterli büyüklükte seçerek üretim sınırlarını genişletebilmektedir

(Oehler, 2007). Mahsullerin yerin toprak don seviyesinin altında yetiştirildiği ve geleneksel çatı tiplerinin

kullanıldığı bu seralar güneş ışığından yararlanma şekline göre iki tipte tasarlanmaktadır (Bellows and Adam, 2008).

Birinci tipte çatı, tamamen kazılan yerin çevresine çekilen su basman duvarının üzerine

oturtulmaktadır. Seranın yan yüzeylerini kazılan toprağın yalıtım malzemeleri ile çevrilmiş iç kısımları oluşturmaktadır (Şekil 5a). Bu seralarda güneş ışığı sadece sera çısından sağlanmaktadır.

İkinci tip serada; seraya giren güneş ışınları miktarını artırmak için çatı, kazılan yerin çevresine zemin

kotu üzerinde belli yükseklikte yukarı çıkılmış serada yan yüzey alanları oluşturan iskelet gövde üzerine

oturtulur (Şekil 5b).

a. Birinci tip b. İkinci tip

Şekil 5. Bağımsız yeraltı seraları

5. ÖNERİLER

Yeraltı seraları esas olarak, zeminin donma derinliğinin altında bir derinlikte inşa edilmiş ve sera örtü

malzemeleri ile kapatılmış bir alandan oluşmaktadır. Bitkilere kış aylarında bile stabil, sıcak ve verimli bir


278

ortam sağlamak için, ilk defa 1900’lü yılların sonlarında Güney Amerika’da geliştirilen ve yörenin soğuk bölgelerine konuşlandırılan yeraltı seraları, kışın toprak yüzeyinin altında depolanan ısıdan yararlanır.

Toprak yüzeyinin altındaki sıcaklık değişimi oldukça düşüktür. Bu nedenle yeraltı seralarının etrafındaki

çevre büyük bir termal kütleye sahiptir. Yeraltı seraları farklı iklim ve coğrafi koşullar için uygun bir sera sistemidir. Yapının arkasındaki kalın bir sıkıştırılmış toprak duvar ve bir alt ön duvar, çatının yerleştirilmesi için gereken açıyı sağlar. Çatı, güneş ışığının yapıya nüfuz etmesini sağlayan yalıtıcı bir hava sahası

oluşturur. Yapı aynı zamanda gün ışığını toplar ve saklar. Zemin yazın serin, kışın sıcaktır. Bu nedenle

bitkilerin verimli büyümesi için optimum çevre koşullarına en yakın ortamı oluşturur (Oehler, 2007).

Yeraltı Sera Sistemlerinin Faydaları:

a- Yeraltı sera sistemleri aşırı soğuk koşullarda bitkilerin hızlı bir şekilde büyümesini destekleyen

doğal yalıtımı sağlar.

b- Ticari ihtiyaçlara bağlı olarak çeşitli boyutlarda inşa edilebilirler ve ekolojik olarak akıllı, ekonomik olarak ucuz sürdürülebilir yapılardır.

c- Değişen iklim koşullarından etkilenen geleneksel sera sistemlerinin aksine yeraltı sera sistemleri

daha faydalı ve kârlı bir işletmecilik sunar. d- Gün boyunca, toprak duvarları ısı depolar. Duvarlar, geceleri ısılarını serbest bırakan ısı bataryası

görevi görürler. Toprak üstü bir serada sadece taban ısısından gün boyunca yararlanılırken yeraltı seralarında

doğal olarak ısıtılan dört cephesinden ve tabanından yararlanılır. Ülkemizin, özellikle kış koşullarının uzun ve yağışlı geçtiği bölgelerinde uygulanabilirlik açısından

küçük, orta ve büyük ölçekli olarak inşa edilebilir bir seracılık faaliyeti özelliklerine sahip yeraltı sera

sistemlerinde geleneksel sera sistemlerindeki gibi doğal ve mekanik havalandırma sistemlerinin

uygulanabilmesine olanak sağlayabilmektedir. Özellikle kışın soğuk sezonlarda sera içerisinde gerekli ısının sağlanabilmesi için geleneksel sera sistemlerinde ek ısı sistemlerine gereksinim duyulur ve seralarda ilave ısı

sağlayacak ek ısı kaynakları oluşturulur. Yeraltı sera sistemleri, ısı kaybını önleyerek ısıyı sera içerisinde

muhafaza edebilme yönüyle kışın soğuk günlerde de ilave ısı kaynağına gereksinim duymadan sera içi sıcaklığını istenilen düzeyde tutmaya elverişli bir yapıdadır. Güneş ışınlarının sera içerisinde homojen bir

şekilde dağılıp muhafaza edilmesine olanak sağlayacak, çökme tehlikesine karşı dayanıklı olacak şekilde

planlanmış yan duvarların iç yüzeylerinde yansıtıcı yalıtım malzemelerinin kullanılması seracılıkta kâr oranını artırmak için maliyetin azaltılmasına katkıda bulunabilmektedir.

Günümüzde, dünyada olduğu gibi ülkemizde de doğal ve organik gıda maddelerine yönelik talebin

giderek artmasına karşın organik ürün yetiştiriciliği için var olan alan sürekli azalmaktadır. Bu nedenle

mahsül yetiştiricileri, çevre dostu, düşük maliyetli ve daha kaliteli ürünler üretilebilen sürdürülebilir ürün yetiştirme tekniklerine gereksinim duymaktadırlar. Yeraltı sera sistemleri geleneksel sera sistemlerine

alternatif olarak tüm bu koşulları sağlayan uygun bir seracılık sistemi özelliklerini taşımaktadır.

KAYNAKLAR Anonim. 2019. http://www.elbistaninsesi.com/guncel/topragin-2-metre-altinda-sera-kurdu-h36743.html Erişim Tarihi:

01/08/2019.

Anonymous. 2002. Walipini Construction (The Underground Greenhouse), Revised Version. Brigham Young

University Benson Agriculture and Food Institute Publication. B-49 Provo, 84602. Utah, USA. pp.9-16.

Anonymous. 2019. https://insteading.com/blog/underground-greenhouse/ Erişim Tarihi: 28/08/2019.

Bellows B & K Adam. 2008. Solar Greenhouses. ATTRA Sustainable Agriculture.

https://attra.ncat.org/viewhtml/?id=59. Erişim Tarihi: 21/08/2019.

Calvin L & R Cook. 2005. Greenhouse Tomatoes Change the Dynamics of the North American Fresh Tomato Industry.

Amber Waves, April, 3(2): 1-28. Gecesefa ÖF. 2012. Erzurum Yöresindeki Jeotermal Enerji Kaynaklarının Seraların Isıtılmasında Kullanımı ve

Geliştirilen Excel Proğramı ile Yöre Koşullarına Uygun Sera Tasarımı. Atatürk Üniversitesi, Fen Bilimleri

Enstitüsü, Tarımsal Yapılar ve Sulama Anabilim Dalı Yüksek Lisans Tezi. Erzurum, Turkey.

Milne S. 2014. Underground Greenhouse. https://www.azocleantech.com/article.aspx?ArticleID=449 Erişim tarihi: 17/08/2019.

Oehler M. 2007. The Eart Sheltered Solar Greenhouse Book. Mole Publishing Company, 1 st. Edition, ISBN-13: 978-

0960446407. Montana, USA. Pp.200-230.

Olgun M, B Kendirli & MY Çelik. 1997. Yalova İlinde Farklı Özelliklerdeki Seralar İçin Isıtma Gereksinimlerinin

Belirlenmesi. Tarım Bilimleri Dergisi, 3(3): 1-7.

Yağanoğlu AV. 2008. Sera Yapım Tekniği. Atatürk Üniversitesi Ziraat Fakültesi Yayınları, No:200. Erzurum, Turkey.

pp.123-179. Yağanoğlu AV & B Kocaman. 2011. Seraların Planlama ve Projelenmesi. Atatürk Üniversitesi Ziraat Fakültesi

Yayınları, No:240. Erzurum, Turkey. pp.50-101.

http://www.elbistaninsesi.com/guncel/topragin-2-metre-altinda-sera-kurdu-h36743.html

https://insteading.com/blog/underground-greenhouse/

https://attra.ncat.org/viewhtml/?id=59.

http://www.ers.usda.gov/amberwaves/april05/features/greenhousetomatoes.htm

https://www.azocleantech.com/article.aspx?ArticleID=449


279

Determination of Factors Affecting Tractor Ownership:

The Case of Çumra District in Konya Province

Ali Berk1,*

, Ahmet Haşim Keskin2

1Republic of Turkey Ministry of Agriculture and Forestry, General Directorate of Agricultural Reform,

Ankara, Turkey. 2Vocational School of Technical Sciences, Karamanoğlu Mehmetbey University, 70200, Karaman, Turkey


ABSTRACT

Agricultural mechanization is one of the most important inputs for farms as it plays an active role in

saving labor. Tractors are generally used in the field as a mechanization component. Since the efficient use

of the tractor directly affects productivity and quality, it is a combine machine for every farm. In this study, it was aimed to determine the factors affecting farmers' having new generation tractors in Çumra district of

Konya province where agricultural mechanization is used effectively. The main material of the study

contained the data which obtained by the survey method from farmers who have tractors in Çumra district.

The data were analyzed by Logistic regression method. According to the results, the average age of the farm owners is 42.4 and the family width is 5.7 persons. In addition, it is determined that the producers have an

average of 26.4 years of professional experience. It was determined that there are 1.2 tractors in average and

80.5 % of the operators have at least one tractor. The average age of the tractors is 22.2 years, while the ratio of tractors under the age of 20 is 46.5 %, the ratio of tractors 21 years and over is 53.5 %. As a result of

logistic regression analysis; it was determined that factors affecting of having a new generation tractor are

being first owner of the tractor, age, horsepower, bank credit, off-farm income and working hours.

Keywords: Konya, tractor ownership, logistic regression, mechanization, agriculture.


Çiftçilerin Traktör Sahipliğini Etkileyen Faktörlerin Belirlenmesi:

Konya İli Çumra İlçesi Örneği

ÖZET

Tarımsal mekanizasyon, işgücünden tasarrufta çok etkin rol oynaması nedeniyle tarımsal işletmeler açısından önemli girdilerin başında gelmektedir. Mekanizasyon bileşeni olarak arazide genellikle

traktörlerden faydalanılmaktadır. Traktörün etkin kullanımı, verim ve kaliteyi doğrudan etkilediğinden, her

işletmenin ihtiyaç duyduğu bir makinadır. Bu çalışmada, tarımsal mekanizasyonun etkin olarak kullanıldığı Konya ilinin Çumra ilçesinde çiftçilerin yeni nesil traktöre sahip olma üzerine etkili faktörlerin belirlenmesi

amaçlanmıştır. Çalışmanın ana materyalini Çumra ilçesinde traktör sahibi olan çiftçilerle anket yöntemiyle

elde edilen veriler oluşturmuş olup, elde edilen veriler lojistik regresyon yöntemi ile analiz edilmiştir. Araştırma sonuçlarına göre, işletme sahiplerinin ortalama yaşı 42.4 olup, hane genişliği 5.7 kişidir. Ayrıca

üreticilerin ortalama olarak 26.4 yıl mesleki deneyime sahip olduğu belirlenmiştir. İncelenen işletmelerde

ortalama olarak 1.2 adet traktör bulunduğu ve işletmecilerin %80.5’inde en az bir traktör bulunduğu,

belirlenmiştir. Traktörlerin ortalama yaşı 22.2 yıl olup, 20 yaş altı traktörlerin oranı %46.5 iken, 21 yaş ve üstü traktörlerin oranı ise %53.5 olarak hesaplanmıştır. Yapılan Lojistik regresyon analizi sonucunda;

üreticinin traktöre ilk sahibi olması, yaş, beygir gücü, banka kredisi, çiftlik dışı gelir durumu ve çalışma saati

değişkenlerinin yeni nesil traktöre sahip olma olasılığı üzerine etkili faktörler olduğu belirlenmiştir.

Anahtar Kelimeler: Konya, traktör sahipliği, lojistik regresyon, mekanizasyon, tarım



280

1. GİRİŞ

Tarım sektörünü doğrudan etkileyen ve küresel ölçekte yaşanan değişimlerin başında küresel ticaret

savaşları, iklim değişikliği, gıda ve enerji fiyatlarında yaşanan artışlar ile bilgi, bilişim ve teknoloji

alanındaki ilerlemeler gelmektedir. Söz konusu bu gelişmeler tarım sektörünü doğrudan etkilemekte olup,

sektörde birim alandan elde edilen geliri arttırmayı amaçlayan ve maliyetlerin azaltılmasını hedefleyen yeni

çözümlere ihtiyaç duyulmaktadır. Bu uygulamanın başında tarımsal mekanizasyon uygulamalarının dijitalleşmesi gelirken, kullanılan

makinaların elektrikli veya hibrit, daha akıllı, büyük ve ağır olduğu görülmektedir. Bu süreçte çiftçinin iş

yükünü azaltan makinalar, çevreyi koruyan ve hasadı teknolojik olarak gerçekleştiren bilgisayarlı, sensörlü ve dokunmatik ekran gibi özellikleri taşıyan yeni nesil traktörler gibi otomasyona dayalı üretim araçları da

çiftçilerin hizmetine sunulmaktadır.

Tarımda kullanılan traktörlerin teknolojik gelişmelere doğrudan bağlı olması, işletmelerde kullanılan

diğer alet-ekipmanların verimliliğin arttırılmasında önemli rol oynaması ve işletmelerde azalan işgücüne alternatif olarak veya prestij amaçlı tercih edilmeleri dolayısıyla da ayrıca önem taşımaktadır. Bu nedenle de

tarım işletmelerinin veya ülkelerin tarımsal mekanizasyon düzeyinin karşılaştırılmasında traktör önemli bir

gösterge niteliği taşımaktadır. Küresel ölçekte tarımda kullanılan traktör pazarı hacmi özellikle gelişmekte olan ülkelerdeki

mekanizasyon seviyesinin artışıyla birlikte genişlemektedir. Özellikle Çin ve Hindistan’ın yaptığı traktör

satışlarının da etkisiyle pazar genişlemiştir. Bu bağlamda 2016 yılında Hindistan’da 600 000 adet ve Çin’de ise yaklaşık 1 300 000 adet traktörün satılmış olması önemli bir göstergedir. İşletmelerde artan

mekanizasyon oranı da pazarın genişlemesinde önemli rol oynamaktadır. Özetle, tarımda kullanılan traktör

pazarının küresel ölçekte 2023 yılına kadar %5.8 oranında artarak 73.45 Milyar $’a yükseleceği tahmin

edilirken, işletmelerdeki işgücü eksiliğinin de etkisiyle özellikle 40-99 BG ve 100 BG’nden büyük traktörlere talebin artacağı öngörülmektedir (MIA, 2019).

Türkiye’de ise traktör talebi artarak devam eden bir trende sahip olup, 1988’de 655 000 adet olan

traktör sayısı 1988-2018 döneminde % 103’lük bir artışla 1 332 000 adede yükselmiştir (TÜİK, 2019). Türkiye’de çiftçiler, genellikle 35 ile 70 beygir gücü arasında olan traktörleri tercih etmektedirler. Ülkedeki

mekanizasyon düzeyinin, AB’nin gerisinde olduğu bilinmektedir. Bugün AB’de traktör başına düşen

ekipman sayısı 10 iken Türkiye’de bu rakam 5.2’dir. Traktör başına düşen alan Türkiye’de 22 hektar iken, AB’de bir traktör 11.3 hektar alanı işlemektedir. 1 000 hektar alana ülkemizde 45 adet traktör düşerken bu

rakam AB’de 57’dir. AB’deki traktörlerin % 90’ı dört çeker ve ortalama güçleri 100 beygirin üzerinde iken

Türkiye’deki traktörlerin sadece %20’si dört çeker ve ortalama gücü 60 beygir civarındadır. Bu göstergeler

Türkiye’de tarımsal mekanizasyonun tüm gelişmelere rağmen hala yeterli düzeyde olmadığını göstermektedir (TZOB, 2019).

Türkiye tarım alanlarının önemli bir kısmını oluşturan Konya’da ise toplam traktör sayısı 72 432 adet

olup, ülke toplam traktörlerinin %5.4’ünü oluşturmaktadır. Konya ilinde 1 000 ha alana düşen traktör sayısı 65.72 adet; bir traktöre düşen işlenen alan 15.21 ha’dır (Oğuz ve ark., 2017). Sahip olduğu doğal kaynaklar

nedeniyle Konya ili, tarihsel olarak da medeniyetler için önemli bir üretim ve yerleşim yeri özelliği

taşımıştır. Bu bağlamda verimli arazisi ve sulanabilir bir toprak yapısı olan Çumra da Çatalhöyük ile

başlayan köklü bir tarım geçmişine sahip olup, bölge çiftçileri ekonomik karlılık için sürekli gelişen tarım teknolojilerine uyum sağlayarak üretimde devam etmektedir.

Yapılan literatür taramasında, mekanizasyon düzeyine yönelik makro çalışmalar yanında il ve konu

bazlı birçok çalışmanın olduğu görülmüştür. Cankurt ve ark. (2009) da yaptıkları bir çalışmada çiftçiler in traktör tercihlerini konjoint analizi ile belirlemiş, Aydın ilinde traktörlerin fiyat, dayanıklılık, yakıt tüketimi

ve marka özelliklerinin çiftçilerin tercihleri üzerine etkili olduğu tespit etmişlerdir. Sağlam ve Çetin (2017) yaptıkları bir çalışmada ise Kayseri yöresindeki çiftçilerin traktör seçimi ve satın alma davranışlarını etkileyen faktörleri belirlemiştir. Çalışmada, fiyat, güç ve markanın traktör satın alırken çiftçilerin satın alma

davranışlarını en çok etkileyen faktörler olduğu belirlenmiştir. Yine Oğuz ve ark. (2017) yaptıkları

araştırmalarında Konya ilinin mekanizasyon kullanım düzeyini belirlemişlerdir. İl genelinde 107 işletme ile

anketler yapmış, Konya ilinin mekanizasyon kullanım düzeyinin Türkiye ortalamasının üzerinde bir değere sahip çıktığını belirlemişlerdir. Evcim ve Ertuğrul (2010) yaptıkları çalışmalarında Türkiye tarımında

kullanılmakta olan traktörlerin yıllık kullanım sürelerinin ülke geneli, iller, tarım havzaları ve traktör güç

grupları belirlenmeye çalışmışlardır. Çalışma sonucunda, traktörlerin yıllık kullanım süreleri ortalamasının 443 saat olduğu belirlenmiştir. Bununla birlikte traktörlerin motor gücü arttıkça yıllık kullanım sürelerinin

de arttığı tespit edilmiştir. Göksu ve ark. (2005) yaptıkları bir araştırmada Konya yöresinde tarım alet ve

makinalarının kullanım etkinliğinin ölçülmesi amacıyla 102 işletmede çalışmalarını yürütülmüşlerdir.


281

Araştırmada bölgede traktörlerin yıllık toplam kullanım saati ise iyi bir kullanım için en az 500 saat olarak alınmış ve işletmelerde kullanılan alet ve makinalar için toplam yıllık kullanım sürelerinin olması gereken

değerlerin altında olduğu belirlenmiştir.

Çiftçilerin traktör satın alma tercihleri ve davranışları üzerine yapılan birçok çalışma bulunmakla

birlikte traktör sahipliliği ve özellikle yeni nesil traktörlerin (20 yaş altı) tercih nedenleri üzerine ilçe bazlı herhangi bir çalışmaya rastlanılmamıştır. Bu çalışmada, Konya ilinde tarımsal üretim faaliyeti gerçekleştiren

çiftçilerin yeni nesil traktöre sahip olma üzerine etkili faktörlerin belirlenmesi amaçlanmıştır. Bu amaçla

Konya ili Çumra ilçesinde traktör sahibi olup, tarımsal faaliyet gerçekleştiren işletmelerden anket yöntemiyle elde edilen veriler analiz edilmiş ve çizelgeler ile açıklanarak çözüm önerileri geliştirilmiştir.


2.1. Materyal

Araştırmada kullanılan birincil veriler Konya ili Çumra İlçesinde Oransal Örnekleme tekniği ile

belirlenen 120 işletmeden anket yöntemi ile 2017 yılında toplanmıştır. Ayrıca konu ile ilgili ikincil veriler ve

daha önce yapılan araştırma sonuçlarından da yararlanılmıştır. Elde edilen veriler çizelgeler yolu ile yorumlanmıştır.

2.2. Yöntem

Çalışmanın ana materyalini oluşturan birincil verilerin toplanması için gerekli olan örnek sayısını

hesaplamak için araştırma bölgesi gayeli olarak seçilmiş, örnek hacminin belirlenmesinde aşağıda formülü

(1) verilen “Oransal Örnekleme Metodu” kullanılmıştır. Konya ili Çumra ilçesinde çiftçi kayıt sistemine kayıtlı bulunan, mazot ve gübre desteğinden yararlanan toplam işletme sayısı 5 867 adet olup, çalışma

kapsamında görüşülen işleme sayısı oransal örnek hacmi formülü yardımıyla hesaplanmıştır.

( )

(1)

q = 1-p (2)

(

)

(3)

Burada N: Anakitle büyüklüğü,

n: Örnek sayısı,

p: Anakitle içerisindeki genç çiftçi sayısı (oransal), q: p’nin dışında kalanların oranı,

σ: Standart sapma,

r: Ortalamadan sapma,

Z: Z skorudur (Miran, 2007; Aksoy Yavuz, 2012). Çalışmada, örnek hacminin mümkün olduğu kadar büyük olmasını sağlamak için p (1-p) çarpımında en

büyük değeri verecek olan p= 0.50 değerinin kabul edilmesi önerilmektedir. Bu amaçla maksimum örnek

hacmine ulaşabilmek için tarımsal kredi kullanma eğilimi olan üreticilerin oranı 0.50 olarak kabul edilmiştir.

Araştırma için % 95 güven aralığında ve ortalamadan %9 sapma ile anket sayısı 120 olarak tespit edilmiştir. Bölgede çiftçilerin 20 yaş altı yeni nesil traktöre sahip olma tercihleri üzerine etkili değişkenlerin tespit

edilmesi için lojistik regresyon analizinden yararlanılmıştır.

Lojistik regresyon, bağımlı değişkenin nitel veri şeklinde olduğu durumlarda, bağımlı değişken ile açıklayıcı değişkenler arasındaki ilişkiyi tanımlamak amacıyla kullanılan bir yöntemdir. Araştırmada yapılan

lojistik regresyon analizinde, değişkenler arasında çoklu bağlantı olmadığı varsayımı altında analiz

yapılmıştır. Lojistik regresyon, bağımlı değişkenin mutlaka ikili sonucu olan (dikotom) değişken bulunduğu durumda kullanılır. Genel olarak lojistik regresyon modeli, p sayıda değişken için matematiksel olarak

aşağıdaki şekilde yazılmaktadır (Albayrak ve ark., 2005).


282

pp XXXP

PL

.....)

1ln( 22110 (4)

Lojistik regresyon modelinin parametreleri, analitik olarak elde edilemediğinden, iteratif bir yöntem

olan maksimum olabilirlik (Maksimum Likehood=ML) tekniği ile tahmin edilmektedir. Modelin bağımlı

değişkeni ile bağımsız değişkenleri arasında doğrusal bir ilişki olduğu halde, olasılıklarla bağımlı değişkenler arasındaki ilişki doğrusal değildir. Bağımsız değişkenlerin verilen özelliklerine göre olasılık

değerleri, yani bir olayın olma ihtimali; (Albayrak ve ark., 2005).

eX

Pi)0( 111

1

(5)

eşitliği yardımıyla hesaplanır. Burada e: logaritmada kullanılan terim: 2.718. Araştırmada kullanılan

lojistik regresyonda, bağımlı değişken olarak çiftçilerin 20 yaş altı yeni nesil traktöre sahiplilik durumu

alınmıştır. Buna göre bağımlı değişken olarak çiftçiler 20 yaş altı traktör sahibi ise 1, değilse 0 olarak kabul edilmiştir (Çizelge 1).

Konu ile ilgili daha önce yapılan çalışmalardan da yararlanılarak tarımsal faaliyette bulunan çiftçilerin

20 yaş altı traktöre sahip olmalarını etkileyebilecek değişkenler; üreticinin yaşı, eğitimi, hane genişliği,

eğitim düzeyi, tarımsal üretimdeki deneyim süresi, mevcut traktörün çalışma saati ve beygir gücü, traktörü banka kredisi ile alıp almama durumu, traktörü prestij olarak görme durumu, traktörü ile tarım dışı gelir elde

etme durumu, traktörün ilk sahibi olma ve yerli traktör durumu olarak analize dahil edilmiştir. Yapılan

denemeler sonucunda bulunan en uygun modelde yer alan değişkenler ve bunların özellikleri Çizelge 1’de verilmiştir.

Çizelge 1. Lojistik Regresyon Analizinde Kullanılan Değişkenler

Değişkenler Açıklama

Traktör Yaş Grubu (TYG) Y:1, 20 yaş altı traktöre sahip olan,

Y:0, 20 yaş altı traktöre sahip olmayan

Yaş (Y) Üreticinin yaşını yıl cinsinden ifade eder Eğitim (E) Üreticinin almış olduğu eğitimi yıl olarak ifade eder

Beygir Gücü (BG) Traktörün gücünü gösterir

Çalışma Saati (ÇS) Traktörün yıllık çalışma süresini saat olarak ifade eder

Banka Kredi (BK) Traktörün banka kredisi ile alınıp alınmadığını ifade eder

Prestij (P) Traktör alımını prestij amacıyla yapıp yapmadığını gösterir

Çiftçilik Dışı Gelir (ÇDG) Üreticinin çiftçilik dışında gelir durumunu gösterir

Traktörün İlk Sahipliği (TİS) Üreticinin traktörün ilk sahibi olup olmadığını ifade eder

Yerli Traktör (YT) Üreticinin traktör markasının yerli olup olmadığını gösterir


Araştırma kapsamında incelenen işletmelerde üreticilerin ortalama yaşı 42.4 olup, hane genişliği 5.7 kişi olarak bulunmuştur. Ayrıca üreticilerin ortalama 26.4 yıl mesleki deneyime sahip olduğu belirlenmiştir.

Eğitim düzeyi olarak; çiftçiler ortalama 6.4 yıl eğitime sahip olup, %2.6’sının okur-yazar olmadığı,

%64.7’sinin ilkokul, %16.4’ünün ortaokul, %12.9’unun ise lise düzeyinde eğitim aldığı belirlenmiştir.

Ayrıca yüksekokul ve lisans üzeri seviyesinde eğitim görenlerin oranının %3.4 olduğu saptanmıştır. Bununla birlikte çiftçilerin sadece %20.2’sinin tarımsal eğitim aldığı, % 79.8’inin ise herhangi bir eğitim almadığı

tespit edilmiştir. Alınan eğitimlerde budama ve arıcılık ile hayvancılık eğitimleri ön sırada yer almaktadır.

Bölgede çiftçilerin tarım dışı gelir durumları incelendiğinde ise %33.7’sinin tarım dışında farklı bir geliri olduğu, %66.7’sinin ise sadece tarımdan gelir elde ettiği belirlenmiştir. İşletmelerde üretim deseni

olarak %80.6’sında tarla tarımı, %0.2’sinde meyvecilik ve %12.4’ünde ise hayvancılık yapılmaktadır.

İşletmenin mekanizasyon düzeyini göstermesi açısından önemli bir gösterge olan traktör sahipliği

durumuna bakıldığında, incelenen işletmelerde ortalama 1.2 adet traktör bulunduğu ve işletmecilerin %80.5’inde en az bir traktör bulunduğu görülmektedir. Buna karşın %16.1’inde iki, %3.4’ünde ise üç traktör

bulunmaktadır. İncelenen işletmelerde bulunan traktörlerin ortalama yaşı 22.2 yıl olup, 20 yaş altı

traktörlerin oranı %46.5 iken, 21 yaş ve üstü traktörlerin oranı ise %53.5’tir.


283

3.1.Üreticilerin Traktöre Sahip Olma Tercihleri

Araştırmada kullanılan lojistik regresyon ile çoklu regresyon arasındaki çeşitli farklılıklar

bulunmaktadır. Çoklu regresyonda kullanılan yöntem, en küçük kareler yöntemi iken, lojistik regresyonda ise en çok olabilirlik (Maximum Likelihood) yöntemi kullanılmaktadır. Ayrıca lojistik regresyonda R

2

değeri bulunmazken, bu değere karşılık gelebilecek diğer göstergeler bulunmaktadır. Söz konusu modele

yönelik Cox & Snell R2 ve Nagelkerke R

2 değerleri, model tarafından bağımlı değişkende açıklanan

varyansın iki farklı yoldan kestirilmesini temsil etmesi açısından önemli olup, değer karşılığı olmamakla

birlikle yorumlama açısından çoklu regresyondaki R2 ile benzer şekilde yorumlanabilir (Çokluk, 2010).

Diğer yandan model ki-kare değerine ilişkin p değerinin anlamlı olması, bağımlı değişken ile bağımsız

değişkenler arasında ilişkinin varlığını göstermesi açısından önemlidir. Araştırma kapsamında elde edilen modele yönelik uyum istatistikleri; X

2 = 55.50; -2LL- LogLikehood: 93.29; Cox&Snell R

2 = 0.40;

Nagelkerke R2= 0.54 olarak hesaplanmıştır.

Modele yönelik veriler incelendiğinde, ki-kare değerinin 55.50 olduğu ve elde edilen lojistik regresyon modeli anlamlı (p<0.05) bulunmuştur. Bununla birlikte çoklu regresyonda R

2 değerine karşılık gelen, model

uyum indeks Loglikehood-olabilirlik değeri (-2LL) 93.29 iken, Cox&Snell R2 değerinin 0.40 ve Nagelkerke

R2 değerinin ise 0.54 olduğu belirlenmiştir. Bununla birlikte model sonucu tahmin edilen verilerde tutarlılık

oranı % 79.6 olarak tespit edilmiştir. Yapılan lojistik regresyon analiz sonuçları Çizelge 2’de verilmiştir.

Çizelge 2. Yeni Nesil Traktöre Sahip Olma Tercihi Etkileyen Faktörler

Değişkenler B S.E. Wald Sig. Exp(B) 95% C.I.for EXP(B)

En Düşük En Yüksek

Sabit - 2.130 1.476 2.083 0.149 0.119 - -

TİS 1.628 0.585 7.737 0.005*** 5.092 1.617 16.032

Y - 0.049 0.018 7.011 0.008*** 0.953 0.919 0.987

BG 0.040 0.017 5.502 0.019** 1.041 1.007 1.076 BK 1.531 0.773 3.917 0.048** 4.622 1.015 21.043

ÇDG - 1.130 0.608 3.452 0.063* 0.323 0.098 1.064

ÇS - 0.0001 0.000 3.278 0.070* 1.000 1.000 1.000

P 1.031 0.684 2.273 0.132 2.804 0.734 10.716

YT 0.494 0.577 0.735 0.391 1.640 0.530 5.077

E 0.046 0.086 0.290 0.590 1.047 0.885 1.240

* 0.10; **0.05 ve *** 0.01 için anlamlıdır.

Analiz sonucunda, üreticinin traktörün ilk sahibi olması, yaş, beygir gücü, banka kredisi, tarım dışı

gelir durumu ve çalışma saati değişkenlerinin yeni nesil traktör sahipliği olasılığı üzerine etkili faktörler olduğu belirlenmiştir. Bununla birlikte prestij değişkeninin her ne kadar anlamlı çıkmasa da anlamlılığa

yakın bir değere sahip olduğu ve bu bakımdan bölgede traktöre sahip olmada rolü olduğu söylenebilir.

Söz konusu bu değişkenlerden traktörün ilk sahibi olması ve yaş durumu %1, beygir gücü ve banka kredisi değişkeni %5, çiftlik dışı gelir durumu ve çalışma saati değişkenleri ise %10 düzeyinde istatistiki

açıdan anlamlı ve yeni nesil traktöre sahip olma olasılığı üzerine etkili olduğu tespit edilirken, prestij

değişkeni, yerli traktör markası ve eğitim değişkenleri istatistiki açıdan anlamlı bulunmamıştır. Traktörün ilk sahibi olması ile çiftçilerin traktöre sahip olma arasında istatistiki açıdan %1 düzeyinde

doğru yönlü bir ilişkinin olduğu görülmektedir. İlk defa traktör sahibi olmak isteyen çiftçilerin sayısı arttıkça

traktör sahibi olma olasılığı da artmaktadır. Buna karşın çiftçilerin yaşı ile traktöre sahip olma olasılıkları

arasında ters yönlü bir ilişkinin varlığından söz edilebilir. Çiftçilerin yaşı ilerledikçe yeni nesil traktöre sahip olma olasılıkları da azaldığı belirlenmiştir.

Traktör beygir gücü ve banka kredisi değişkeni ile çiftçilerin traktör sahip olması arasında istatistiki

açıdan %5 düzeyinde doğru yönlü bir ilişki olduğu görülmektedir. Gerek traktör beygir gücü gerekse banka kredisi değişkeninde bir birimlik artış yaşanması durumunda çiftçilerde yeni nesil traktör edinme ihtimalinde

de artış yaşanabilmesi mümkündür.

Diğer yandan ise tarım dışı gelir ve çalışma saati değişkenleri ile çiftçilerin traktör sahip olma olasılığı arasında % 10 düzeyinde istatistiki açıdan ters yönlü bir ilişki tespit edilmiştir. Başka bir ifade ile çiftçilerin

tarım dışı geliri veya gelir imkanlarının artması ile traktörün çalışma saati değişkenlerindeki artış, çiftçilerin

yeni nesil traktör sahip olma olasılıklarını da azaltmaktadır. Bununla birlikte traktörün prestij olarak

görülmesi nedeniyle de çiftçiler açısından özel bir anlamı olduğu da bilinmektedir. Bu bağlamda prestij değişkeninin her ne kadar anlamlı çıkmasa da anlamlılığa yakın (% 15 düzeyinde istatistiki açıdan anlamlı)


284

bir değere sahip olduğu ve traktör sahip olma olasılığı ile bu değişken arasında doğru yönlü bir ilişkinin olduğu görülmektedir.

Bu veriler ışığında araştırma bölgesinde yeni nesil traktörlerin sahipliliğinin artması, banka kredileri

veya ilk defa traktör alacaklara yönelik uygulanacak özel finansman paketleri gibi söz konusu bu

değişkenleri de kapsayacak politikaların uygulanmasına bağlı olacaktır.

4. SONUÇLAR

Mekanizasyonun özellikle işgücü ve yakıtta sağladığı fayda, çoğu işletmenin temel tasarruf alanını

oluşturmaktadır. Söz konusu alanın başında ise diğer faydaların yanı sıra yabancı ot çapasının insan gücü ve makina ile yapılması arasında kıyaslanamaz bir oranda makina lehine bir karlılık bulunmaktadır. Bölgede

traktör ve benzeri kombine makinalar, çiftçilerin daha hızlı ve daha verimli bir çiftçilik yapma eğilimiyle

sahip olduğu makinaların başında gelmektedir. Bölgede yeni nesil traktörlere karşı ihtiyaç oluştuğu ve bu nedenle de bu traktörlere yüksek miktarda yatırım yapıldığı görülmektedir. Bu ihtiyacın başında ise daha

fazla iş genişliği olan pulluk, rotovatör ve çapa makinasının piyasaya çıkması olduğu söylenebilir.

Dolayısıyla da bu durum işletmeler üzerinde yeni yatırım maliyetleri oluşturmakta ve daha fazla beygir gücü

isteyen balya, ot ve silaj biçme makinalarının alımlarında iş verimliliğini artırmak için yeni nesil traktör gerekliliği oluştuğu görülmektedir.

Araştırma bölgesinde köyler, geçmişten gelen güçlü sosyal bağlarla kümelenme özelliği

göstermektedir. Örneğin dağlı, Türkmen, göçmen, yörük, gibi tanımlanan gruplardan oluşan bu yapı müşterek altyapılı, sosyal birliktelik örgütlenme için önemli bir zemini de beraberinde getirmektedir. Bu

durum traktör eksenli ortak makina parkı/mekanizasyon odaklı kullanım açısından önemli bir altyapı

oluşturmaktadır. Ayrıca çiftçilere gerek traktör ve gerekse tarımda mekanizasyon kullanımı için gerekli eğitimlerin verilerek, olası iş kazalarının önlenmesi ve bilinçlendirme yapılması gerekmektedir.

Bu bağlamda mevcut traktörlerin verimli ve etkin kullanımı konusunda bölgelere özel planlama odaklı

çalışmalar yapılması ve hassas tarım teknikleri kullanan öncü çiftçilere yayım desteği verilmesi faydalı

olacaktır. Ayrıca da dijital tarım konusunda yenilikçi yaklaşımlara olan ilginin artması, bu ilginin teknik bilgi desteği ile yaygınlaştırılması, ekonomik rantabilite için önemli bir aşama olacaktır. Buna ek olarak

banka kredileri nedeniyle sürekli ve tam kapsamlı sigorta poliçelerinin mecburi yaptırılmasının, tarımda

sigorta yaptırma bilincinin oluşmasına olumlu etkisi olacağı gözlenmektedir. Bölgede işletmelerde mekanizasyon yenilenmesi için taşıt kanununda yapılacak bazı değişikliklere

ihtiyaç duyulduğu görülmektedir. Bu bağlamda özellikle belirli yaş grubunu tamamlamış olan eski

traktörlerin vergi indirimi veya hurda teşviki gibi uygulamalarla işletmelerde özellikle traktörlerin

yenilenmesi önem taşımaktadır. Diğer yandan işletme sermayesi açığı bulunan, traktör edinmiş çiftçilerin acil ve dönemsel ihtiyaçlarına

yönelik prosedürü kısa ve hızlı finansmanı sağlayacak özel kredilerin, bankaların ve kredi kuruluşlarının

portföyüne eklenmesi, bölgedeki tarımsal faaliyetlerin sürdürebilirliği açısından faydalı olacaktır.

KAYNAKLAR

Aksoy A & Yavuz F. 2012. Çiftçilerin küçükbaş hayvancılık yetiştiriciliğini bırakma nedenlerinin analizi; Doğu

Anadolu bölgesi örneği. Anadolu Tarım Bilim. Derg., 27(2):76-79.

Albayrak AS, A Eroğlu, Ş Kalaycı, E Küçüksille, B Ak, M Karaatlı, HÜ Keskin, E Çiçek, A Kayış, E Öztürk, L

Antalyalı, N Uçar, H Demirgil, DB İşler O Sungur. 2005. SPSS Uygulamalı Çok Değişkenli İstatistik

Teknikleri, BRC Matbaacılık, Asil Yayın Dağıtım, ISBN: 975-9091-14-3, Ankara.

Cankurt M, B Miran E Gülsoylu. 2009. Çiftçilerin traktör tercihlerinin konjoint analizi ile belirlenmesi, Tarım Makinaları Bilimi Dergisi, 5(1): 29-34.

Çokluk Ö. 2010. Lojistik Regresyon Analizi: Kavram ve Uygulama, Ankara Üniversitesi Eğitim Bilimleri

Fakültesi, Ölçme ve Değerlendirme Bölümü, Eğitim İstatistiği ve Araştırma Anabilim Dalı, Ankara.

Evcim HÜ G Özgünaltay Ertuğrul. 2010. Türkiye tarımında traktör kullanımı, Tarım Makinaları Bilimi

Dergisi, 13(1), Sayfa: 21-31.

Göksu N, N Taşdemir M Eker. 2005. Konya Yöresinde Tarım Alet ve Makinelerinin Kullanım Etkinliğinin

Belirlenmesi, KHGM-01440F01, Yayın No .145, Toprak ve Su Kaynakları Araştırma Enstitüsü, Konya.


285

MIA. 2019. Global Agricultural Tractor Market (2018 –2023), Global Agricultural Tractor Market, Mordor

İntelligent, India.

Miran B. 2007. Introduction to Statistics, Ege University, Pages: 297, İzmir, Turkey.

Oğuz C, Z Bayramoğlu, S Ağızan K Ağızan. 2017. Tarım işletmelerinde tarımsal mekanizasyon kullanım

düzeyi, Konya ili örneği, Selçuk Tarım ve Gıda Bilimleri Dergisi, ISSN: 2458-8377, 31(1): 63-72, DOI:

10.15316/SJAFS.2017.8, Konya.

Sağlam C. N Çetin. 2017. Kayseri yöresindeki çiftçilerin traktör seçimi ve satın alma davranışlarını etkileyen

faktörlerin belirlenmesi, U. Ü. Ziraat Fakültesi Dergisi, 31(2): 109-121, Bursa.

TÜİK. 2019. Türkiye İstatistik Kurumu. www.tuik.gov.tr (Erişim Tarihi: 23.07.2019)

TZOB. 2019. Zirai ve İktisadi Rapor 2015-2018, Yayın No: 293, ISBN: 978-975-8629-83-1, Türkiye Ziraat

Odaları Birliği, Ankara.


286

Agriculture and Biofuels

Mustafa Acar

Black Sea Agricultural Research Institute, Republic of Turkey Ministry of Agriculture and Forestry, 55300,

Samsun, Turkey


ABSTRACT

Energy is indispensable and indispensable for today's people. Energy requirement has been placed

among the priority needs such as feeding, dressing, and shelter. Vehicles that we use in transportation, devices we use in communication, and machines we use for heating cannot work without energy. For that

reason, the importance of energy is increasing day by day. There are different ways to classify energy

sources. However, the most basic classification can be made as renewable and non-renewable energy. When

non-renewable energy is considered, oil and coal are the sources that come to mind first. On the other hand, renewable resources are those in which the resources used can be replaced or inexhaustible. Solar energy,

wind energy, hydraulic energy, wave energy and biofuels are popular sources of renewable energy. Among

these resources, biofuels are of particular importance. What is biofuel? Biofuels are renewable and environmentally benign fuels especially obtained from plants and animal waste. Biofuels have attracted

attention due to many reasons such as environmental impact, economic importance, energy supply security,

waste utilization because the use of fossil fuels has brought about many environmental problems which are leading the world from being an livable planet. Especially in recent years, it is known that the use of fossil

fuels underlies climate changes, global warming, and extreme weather events such as cold, flood, droughts.

Renewable energy use is one of the main steps that can be taken to solve this problem. Approximately 60

million tons of agricultural waste is generated annually from agricultural production in Turkey and 15 million tons of this amount is a problem for producers since it cannot be used in any way. Biofuels provide

solutions to this problem. If agricultural waste which is seen as a problem is used as a biomass source, this

waste will be disposed of safely and gain economic value by converting it into energy. Also, the fact that using waste as fuel is beneficial for the environment should not be ignored.

Keywords: Agriculture, energy, biofuel, waste, environmental.


Tarım ve Biyoyakıtlar

ÖZET

Enerji günümüz insanının olmazsa olmazı, vazgeçilmezidir. Önceleri beslenme, giyinme ve barınma olan ihtiyaçların arasına enerji ihtiyacı da yerleşmiştir. Ulaşımda kullandığımız taşıtlar, haberleşmede

kullandığımız cihazlar, ısınmada kullandığımız makinelerin hiç birisi enerji olmadan çalışamamaktadır. Bu

sebeple enerji her geçen gün önemini artırmaktadır. Enerji kaynaklarını sınıflandırmak istediğimizde, farklı

sınıflandırmalar yapılabilir. Ancak en temel sınıflandırma; yenilenebilir ve yenilenemez enerji olarak yapılabilir. Yenilenemeyen enerji denildiğinde ilk akla gelen kaynaklar petrol ve kömür gibi kaynaklardır.

Yenilenebilir kaynaklar ise, kullanılan kaynağın yeniden yerine konulabildiği veya tükenmeyen

kaynaklardır. Yenilenebilir kaynaklar arasında ilk akla gelenler; güneş enerjisi, rüzgâr enerjisi, hidrolik enerji, dalga enerjisi ve biyoyakıtlar olarak sıralanabilir. Bu kaynaklar arasında biyoyakıtlar özel bir öneme

sahiptir. Peki biyoyakıt nedir? Özellikle bitkisel ve hayvansal organizmalardan elde edilen, yenilenebilen ve

çevre dostu olan yakıtlardır. Biyoyakıtlar özellikle çevresel etkileri, ekonomik önemi, enerji arz güvenliği,

mailto:mustafaacar@


287

atıkların değerlendirilmesi gibi pek çok sebepten dolayı önem kazanmış, dikkatleri üzerine çekmiştir. Çünkü özellikle fosil yakıtların kullanımı pek çok çevresel sorunu beraberinde getirmiştir. Çevresel sorunlar

dünyayı yaşanabilir olmaktan çıkarmaya doğru götürmektedir. Özellikle son yıllarda iklim değişiklikleri,

küresel ısınma, aşırı, soğuklar, aşırı yağışlar, aşırı kuraklıklar gibi ekstrem olayların yaşanmasının temelinde

fosil yakıt kullanımının yattığı bilinmektedir. Bu sorunun çözümü için yapılabileceklerin başında, yenilenebilir enerji kullanımı gelmektedir. Ülkemizde tarımsal üretimden yıllık olarak yaklaşık 60 milyon

ton bitkisel üretim artık ve atığı ortaya çıkmakta ve bunun 15 milyon tonluk kısmı herhangi bir şekilde

değerlendirilemediği için de üreticiler açısından sorun teşkil etmektedir. Biyoyakıtlar bu sorunlara çözüm getirmektedir. Özellikle sorun olarak görülen atık ve artıkların biyokütle kaynağı olarak kullanılması

durumunda, hem bu atıklar güvenli olarak bertaraf edilmiş olacak, hem de bu atıklar enerjiye dönüştürülerek

ekonomik bir değer kazanacaktır. Bu atıkların yakacak olarak kullanılmasının çevreye sağlayacağı yarar da

göz ardı edilmemelidir.

Anahtar Kelimeler: Tarım, enerji, biyoyakıt, atık-artık

1. GİRİŞ

Enerji kaynaklarını sınıflandırmak istediğimizde, farklı sınıflandırmalar yapılabilir. Ancak en temel sınıflandırma; yenilenebilir ve yenilenemez enerji olarak yapılabilir. Yenilenemeyen enerji denildiğinde ilk

akla gelen kaynaklar petrol ve kömür gibi kaynaklardır. Bu kaynakların yenilenemez olması, oluşmaları için, milyonlarca yıl geçmesine ihtiyaç olmasındandır. Yenilenebilir kaynaklar ise, kullanılan kaynağın

yeniden yerine konulabildiği veya tükenmeyen kaynaklardır. Yenilenebilir kaynaklar arasında ilk akla

gelenler; güneş enerjisi, rüzgâr enerjisi, hidrolik enerji, dalga enerjisi ve biyoyakıtlar olarak sıralanabilir. Bu kaynaklar arasında biyoyakıtlar özel bir öneme sahiptir. Peki biyoyakıt nedir? Özellikle bitkisel ve

hayvansal organizmalardan elde edilen, yenilenebilen ve çevre dostu olan yakıtlardır. Biyoyakıtların üretimi

büyük oranda insan kontrolündedir. Örneğin, rüzgâr enerjisi için, ne kadar rüzgâr eseceğini kontrol etmek

insanın elinde değildir. Ama biyoyakıt hammaddelerinin ne kadar üretileceği ve bu hammaddeden hangi biyoyakıtın üretileceği insanın tasarrufundadır. Biyoyakıtlar özellikle çevresel etkileri, ekonomik önemi,

enerji arz güvenliği, atıkların değerlendirilmesi gibi pek çok sebepten dolayı önem kazanmış, dikkatleri

üzerine çekmiştir. Çünkü özellikle fosil yakıtların kullanımı pek çok çevresel sorunu beraberinde getirmiştir. Çevresel sorunlar dünyayı yaşanabilir olmaktan çıkarmaya doğru götürmektedir. Özellikle son

yıllarda iklim değişiklikleri, küresel ısınma, aşırı, soğuklar, aşırı yağışlar, aşırı kuraklıklar gibi ekstrem

olayların yaşanmasının temelinde fosil yakıt kullanımının yattığı bilinmektedir. Bu sorunun çözümü için yapılabileceklerin başında, yenilenebilir enerji kullanımı gelmektedir. Dünyada bu konu son yıllarda

oldukça popüler hale gelmiş, bilim insanlarının çalışmaları da bu konuda yoğunlaşmıştır. Ülkemizde de

Gıda Tarım ve Hayvancılık Bakanlığı bünyesinde yenilenebilir enerji içerisinde yer alan biyoyakıtlar

konusunda çalışmalar yapmak amacıyla bir merkez kurumuştur. Samsun, Karadeniz Tarımsal Araştırma Enstitü bünyesinde kurulan Enerji Tarımı Araştırma Merkezi, biyoyakıtlar konusunda 2011 yılından bu

yana çalışmalarına devam etmektedir.


Biyoyakıtlar; sıvı, katı ve gaz biyoyakıtlar olarak 3 grup altında incelenebilir. Sıvı biyoyakıtlara örnek olarak, biyodizel ve biyoetanol verilebilir. Biyodizel, bitkisel ve hayvansal

yağlar ile atık yemeklik yağlardan elde edilen, motorinle birlikte veya motorin yerine kullanılabilen bir

biyoyakıttır. Biyoetanol, her türlü şekerli, nişastalı ve selülozik bitkisel materyallerden elde edilen, benzinle birlikte veya benzin yerine kullanılabilen temiz, renksiz ve oktan sayısı yüksek bir biyoyakıttır.

Katı biyoyakıtlara biyopelet ve biyobriket örnektir. Biyopelet; her türlü tarımsal ve endüstriyel

atıkların kurutulup öğütülerek daha sonra yüksek basınçla preslenerek sıkıştırılması suretiyle yoğunluğu arttırılarak enerji elde maksadıyla kullanılan küçük yakacak parçalarına (6-10 mm çapında) denir.

Biyobriket; her türlü tarımsal ve endüstriyel atıkların kurutulup öğütülüp, sıkıştırılması suretiyle yoğunluğu

arttırılarak enerji elde maksadıyla kullanılan, farklı geometrik şekillerde olabilen ve çapları genellikle 5 - 8

cm arasında olan yakacak parçalarına denir. Gaz biyoyakıtların en önemlisi ve yaygın olanı biyogazdır. Biyogaz terimi temel olarak organik

atıklardan kullanılabilir gaz üretilmesini ifade eder. Diğer bir ifade ile oksijensiz ortamda mikrobiyolojik

floranın etkisi altında organik maddenin karbondioksit ve metan gazına dönüştürülmesidir. Biyogaz elde


288

edinimi temel olarak organik maddelerin ayrıştırılmasına dayandığı için temel madde olarak bitkisel atıklar ya da hayvansal gübreler kullanılabilmektedir.


Biyoyakıtların hammaddesi tarımsal ürünlerden oluşmaktadır. Biyodizel ve biyoetanol gibi

biyoyakıtlar için genellikle özel üretim yapılmaktadır. Biyodizel için yağlı tohumlu bitkiler, biyoetanol için

ise şekerli veya nişastalı ürünlerin üretimi yapılmaktadır. Biyogaz bitkisel üretim materyallerinden de elde

edilebilse de genellikle hayvan gübrelerinden, özellikle de büyükbaş hayvan gübrelerinden elde edilmektedir. Dolayısıyla özellikle üretim yapmaya gerek olmaksızın, hayvancılık işletmelerinden çıkan

gübre, hammadde olarak değerlendirilebilmektedir. Aynı şekilde biyokütle enerjisi için de genellikle özel

üretim yapmaya gerek bulunmamaktadır. Çünkü tarımsal üretim sonrası ortaya çıkan atık ve artıklar biyokütle enerjisi üretimi için rahatlıkla kullanılabilmektedir.

2014 yılı verilerine göre ülkemizde yaklaşık 20-21 milyon hektar alanda tarımsal üretim

yapılmaktadır. Bu üretimden kaynaklanan, farklı kaynaklarda farklı rakamlar verilmekle birlikte, yaklaşık 60 milyon ton bitkisel üretim artık ve atığı ortaya çıkmaktadır. Bu atık ve artıklar farklı şekillerde

değerlendirilebilmektedir. Örneğin; tahıl sap ve samanları hayvan beslenmesinde, bazı tarımsal atık ve

artıklar hayvan altlığı olarak, bazıları ise toprağa organik madde kazandırmak amacıyla

kullanılabilmektedir. Yaklaşık yıllık 60 milyon ton olan tarımsal atık ve artığın, 15 milyon tonluk kısmının ise herhangi bir şekilde değerlendirilemediği, üreticiler için de sorun teşkil ettiği tahmin edilmektedir.

Bunların arasında, pamuk sapları, fındık zurufları, çeltik sapları, çay fabrikası atığı olan çay çöpü

sayılabilir. Bu atık ve artıklar halihazırda verimli bir şekilde değerlendirilemediği gibi, üreticiler için de sıkıntı olmaktadır. Örneğin fındık zurufları; fındık toplama işlemi sonrası toplanan ürün kurutularak

patozdan geçirilmekte, kabuk ve zuruf ayrılmakta, kalan zuruflar harman kenarlarında öbekler halinde

kurumaya bırakılmaktadır. Kuruduktan sonra kalan zuruflar ise genellikle yakarak imha edilmeye çalışılmaktadır. Bu durum ise başta yangın riski ve çevre kirliliği olmak üzere bir çok sorunu beraberinde

getirmektedir. Benzer durum, tarla tarımında hasat sonrasında tarlada kalan ve anız yakma yolu ile bertaraf

edilmeye çalışılan atık ve artıklar için de geçerlidir. Üstelik anız yakmak yasalarımıza göre ciddi bir suçtur.

Meyvecilik ve bağcılık alanında da benzer durumlar söz konusudur. Bu üretim alanlarında her yıl düzenli olarak budama yapılması bir zorunluluktur. Bağ, kivi, şeftali, elma vb üretim alanlarında her yıl milyonlarca

ton budama atığı ortaya çıkmakta ve bu atıklar genellikle bahçenin bir kenarında toplanarak yakılmak

suretiyle imha edilmektedir. Biyoyakıtlar bu sayılan sorunlara çözüm yolu önermektedir. Özellikle sorun olarak görülen atık ve

artıkların biyokütle kaynağı olarak kullanılması durumunda, hem bu atıklar güvenli olarak bertaraf edilmiş

olacak, hem de bu atıklar enerjiye dönüştürülerek ekonomik bir değer kazanacaktır. Bu atıkların yakacak

olarak kullanılmasının çevreye sağlayacağı yarar da göz ardı edilmemelidir. Karadeniz Tarımsal Araştırma Enstitüsü bünyesinde bulunan Enerji Tarımı Araştırma Merkezi

(ETAM) biyokütle konusunda yoğun çalışmalar yapmaktadır. Bu çalışmalar kapsamında ülkemizde tarımı

yapılan 90 adet tarımsal ürünün ısıl değer belirleme çalışmaları tamamlanmıştır. Elde edilen sonuçlar son derece ümit vericidir. ETAM tarafından yapılan analiz sonuçları ile bazı yakıt türlerinin karşılaştırılması

Çizelge 1’de verilmiştir. Çizelge 1’in incelenmesinden de görüleceği üzere, tarımsal atık ve artıkların ısıl

değerleri, yerli linyitlerimizden daha yüksektir.

Çizelge 1. Bazı materyallerin isıl değer sonuçları

Materyal Isıl Değer (kkal) Materyal Isıl Değer (kkal)

Yerli Linyit* 3.000 Fındık Zurufu** 4.226

Taş Kömür* 6.000 Çay Çöpü (Tozu)** 4.758

Odun* 2.500 Mısır Sapı** 4.275

Fuel Oil* 9.700 Kolza Sapı** 4.087

Mazot* 10.200 Ayçiçeği Sapı** 4.040

Çeltik Sapı** 3.629 Şeftali Budama Atığı** 4.369

Pamuk Sapı** 4.260 Bağ Budama Atığı** 4.356 Aspir Sapı ** 4.283 Domates Sapları ** 3.586

*Literatür bilgisi **ETAM Analiz Ortalamaları


289

Biyokütle enerjisi olarak biyopelet ve biyobiriketin üretimi 3 aşamadan meydana gelmektedir.

Öncelikle belirli bir neme (%8-15) kadar kurutulan materyaller değirmenden geçirilerek parçalanır ve

yüksek basınç altında biyopelet veya biyobiriket haline dönüştürülür. Tarımsal üretimden kalan atık ve

artıklar, biyopelet ve biyobiriket olarak kullanım için son derece uygundur. Ülkemizin farklı bölgelerinde farklı materyaller ön plana çıkmaktadır. Örneğin, Karadeniz Bölgesi sahil kuşağında fındık zurufları ve çay

fabrikalarından çıkan çay çöpleri, Ege Bölgesinde zeytin pirinası, meyve ve bağ budama artıkları, güney

bölgelerimizde pamuk sapları, Trakya bölümünde ayçiçeği sapları gibi bölgeye özel pek çok tarımsal atık bulunmaktadır. Bu atıklar biyopelet ve biyobiriket olarak rahatlıkla değerlendirilebilecek materyallerdir. Bu

materyaller bireysel olarak ısınma ve pişirme amaçlı kullanılabileceği gibi, elektrik üretim amaçlı olarak da

kullanılabilmektedir. Bu materyallerin büyük kısmı herhangi bir katkı maddesine ihtiyaç olmaksızın yalın

halde biyopelet ve biyobiriket olarak işlenebilmektedir. Üreticiler kendi tarımsal atıklarını kullanarak ısınma ihtiyaçlarını rahatlıkla karşılayabilirler. Yapılan bir ön çalışmada Karadeniz Bölgesi sahil kuşağında yıllık 2-

2.5 ton biyopelet ile 140-150 m2 büyüklüğünde bir evi ısıtabilmektedir. Bu bölgede fındık tarımı yaygın

olarak yapılmakta ve hemen her fındık üreticisinin zuruf ve budama atığı olarak 2-2.5 ton atık materyali çıkmaktadır. Bu sayede;

- Üreticiler bu atığı yok etmek zahmetinden kurtulacak,

- Isınmak için kömür parası ödemek zorunda kalmayacak, - Kömürden dolayı meydana gelen hava kirlilikleri azalacak,

- Orman kesimleri olmayacak,

- Çiftçi ekonomik olarak da rahatlayacaktır.

Karadeniz için fındık kullanılabildiği gibi diğer bölgelerde de o bölgeye özgü materyaller rahatlıkla değerlendirilebilecektir. Biyokütle enerjisinin yukarıda sayılanlar dışında da faydaları bulunmaktadır.

Özellikle çevre yönü ön plana çıkmaktadır. Çünkü biyokütle yakıldığında kükürt gazı salınımı

olmamaktadır. Kül içerikler kömüre nazaran çok düşüktür. Ayrıca sosyal açıdan da çok büyük önem taşımaktadır. Kırsal kesimde genellikle yaşlı nüfus yaşamakta ve kış geldiğinde ısınma problemi yüzünden

büyükşehirlerdeki yakınlarının yanına gitmekte, mevsimsel göçlere yol açılmaktadır. Biyokütlenin ısınma

amaçlı olarak kullanımı son derece kolaydır. Eğer bu insanlarımız biyopelet ve biyobiriketi ısınma amaçlı olarak kullanırsa, mevsimsel göçlerin de azalacağı açıktır. Biyopelet ve biyobiriketin yakılması için özel

sobalar bulunmakta olup; bunların kullanımı son derece rahat ve konforludur.

Ülkemizde özellikle gelir düzeyi düşük olan insanlarımıza yakacak yardımı yapılmaktadır. Yapılan bu

yardımlar genellikle yerli linyit kömürü şeklinde olduğu ve ısıl değerlerinin oldukça düşük olduğu bilinmektedir. Bu kömürlerin kül oranları da çok yüksek olup, hem çevreye olumsuz etkisi bulunmakta, hem

de yakması oldukça zahmetli olmaktadır. Bu kömürler yerine, tarımsal atık ve artıklardan elde edilen

biyopelet ve biyobiriketlerin dağıtılması hem çevre hem ekonomi ve hem de konfor olarak çok daha faydalı olabilecektir. Yine kömür kullanılan kamu binalarında da tarımsal atık ve artıklardan elde edilen biyoyakıtlar

rahatlıkla kullanılabilir.

Tarımsal atık ve artıklar sadece biyopelet ve biyobiriket olarak değil, birçok farklı şekilde enerji

kaynağı olarak kullanılabilmektedir. Örneğin bu atıklardan lignoselüloz içeriği yüksek olanlar biyoetanol üretiminde de kullanılabilir. Ancak bu konudaki teknoloji henüz tam olarak gelişmemiş olup, üzerinde

çalışmalar devam etmektedir. Günümüz şartlarında bu materyallerin en kolay kullanım ve değerlendirme

şekli biyopelet ve biyobiriket olark görülmektedir. Günümüzde özellikle AB üye ülkelerinde biyobiriket ve biyopelet yaygın olarak kullanılmaktadır.

Gelecekte ise kullanılan miktarların artarak devam edeceği öngörülmektedir. Ülkemizde biyopelet ve

biyobiriket üreten az sayıda üretici bulunmaktadır. Talebin artması durumunda bu üreticilerin sayısının da artması mümkündür. Biyopelet ve biyobiriket sobası da ülkemizde yerli olarak üretilebilmektedir.

Ülkemizde biyokütle enerjisi kullanımının artırılmasının sayısız faydası olacağı açıktır. Bunun için de

farkındalık oluşturulması, insanların bilgilendirilmesi ve bilinçlendirilmesi yanında, teşvik uygulamalarının

da kullanılması yerinde olacaktır. Ülkemizin sahip olduğu bu potansiyelin mutlaka hak ettiği şekilde değerlendirilmesi gerekmektedir.


290

4. SONUÇLAR

Ülkemizde tarımsal üretimden yıllık olarak yaklaşık 60 milyon ton bitkisel üretim artık ve atığı ortaya çıkmakta ve bunun 15 milyon tonluk kısmı herhangi bir şekilde değerlendirilemediği için de üreticiler

açısından sorun teşkil etmektedir. Biyoyakıtlar bu sorunlara çözüm getirmektedir. Özellikle sorun olarak

görülen atık ve artıkların biyokütle kaynağı olarak kullanılması durumunda, hem bu atıklar güvenli olarak

bertaraf edilmiş olacak, hem de bu atıklar enerjiye dönüştürülerek ekonomik bir değer kazanacaktır. Bu atıkların yakacak olarak kullanılmasının çevreye sağlayacağı yarar da göz ardı edilmemelidir.

KAYNAKLAR

Acar M & Ş Gizlenci. 2016. Enerji Tarımı Araştırma Merkezi Biyoyakıt Çalışmaları. Biyoyakıt Dünyası, 17: 54-

57. ISSN:1306-9373.

Acar M, Ş Gizlenci, M Dok, M Erdoğmuş & AE Çelik. 2016. Bazı Tarımsal Atık-Artıkların Biyokütle Kaynağı

Olarak Değerlendirilmesi. 2. Ulusal Biyoyakıtlar Sempozyumu. 27-30 Eylül 2016. Sayfa:57-66. Samsun.

Acar M. 2018. Enerji Tarımı. La Recolte Dumonde. Ocak-Şubat 2018 Sayı:14, Sayfa:66-67. Mersin.

Acaroğlu M, G Koçar, A Eryılmaz, M Acar & M Dok. 2015. Biyoyakıtların Türkiye’deki Durumu, Geleceği ve

Yasal Sorunlar. Türkiye Ziraat Mühendisliği VIII. Teknik Kongresi Bildiriler Kitabı – 2. Sayfa:1165-1199.

12-16 Ocak 2015, ANKARA.

Atagün G & M Acar. 2016. Biyokütle Enerjisi ve Tarımsal Atıklar. 2. Ulusal Biyoyakıtlar Sempozyumu. 27-30

Eylül 2016. Sayfa:277-284 Samsun.

Erdoğmuş M, Ş Gizlenci, M Acar, M Dok & AE Çelik. 2016. Bazı Tarımsal Atıklardan Biriket Üretimi Üzerine

Araştırmalar. 2. Ulusal Biyoyakıtlar Sempozyumu. 27-30 Eylül 2016. Sayfa:335-342. Samsun.

Gürdil AKG, B Demirel, M Acar & M Dok. 2014.Samsun’da Tarımsal Faaliyetler Sonucu Ortaya Çıkan Bazı

Tarımsal Atıklardan Elde Edilen Briketlerin Özellikleri. Enerji Tarımı ve Biyoyakıtlar 4. Ulusal Çalıştayı.

Syf:123-130. 28-29 Mayıs 2014, Samsun

Gürdil AKG, YÖ Baz, M Dokj, M Acar & Ç Demirel. 2016. Fındık Zurufundan Üretilen Yakıt Peletinin Isısal

Parametreleri. 2. Ulusal Biyoyakıtlar Sempozyumu. 27-30 Eylül 2016. Sayfa:107-114. Samsun

Dok M, M Acar & Ş Gizlenci. 2017. Investıgatıon Of The Possibilities Of Some Hazelnut Residue As Solid Fuel.

IX International Congress On Hazelnut. 15-19 August 2017. Samsun, Turkey.


291

Measuring Parcel Shape Complexity: An Application of New Shape Index

Hasan Değirmenci*, Fırat Arslan

Department of Biosystems Engineering, Faculty of Agriculture, Kahramanmaraş Sütçü İmam University

University, 46040, Kahramanmaraş

*Sorumlu yazar: [email protected]

ABSTRACT

Parcel shape complexity are measured by a number of shape indicator which are controversial. For

evaluation of success of land consolidation projects, there is a need for an indicator measuring parcel shape

complexity. In this study, new parcel shape index recommended by Arslan et. al. (2019) was applied to the land consolidation project of Yukarı Karakoç village. Kadastral data of before land consolidation was used

to determine parcel shape complexity. Yukarı Karakoç land consolidation project is consist of 160 parcel

cover 192.95 ha. New shape index is calculated by dividing area of parcel to minimum bounding geometry

which is measured by geographic information systems. According to results, when calculated values of shape index of parcel close to 1 the optimum value, parcel shape complexity is decreased. As a result, new

shape index may recommended using new parcel shape index to managers to evaluate parcel shapes

complexity in land consolidation projects.

Key words: GIS, parcel shape indicator, land consolidation


Parsel Şekil Bozukluğunun Ölçülmesi: Yeni Şekil İndeksi Uygulaması

ÖZET

Parsel şekillerinin ölçümü birçok indeks ile yapılmaktadır Ancak bu indekslerin kullanımı tartışmalıdır. Arazi toplulaştırma projelerinin başarısının değerlendirilmesinde, parsel şekillerini değerlendirecek yeni bir

indekse ihtiyaç vardır. Bu çalışmada, Arslan ve ark. (2019) tarafından ortaya atılan yeni bir şekil indeksi

Türkiye’de bulunan Yukarı Karakoç Projesine uygulanmıştır. Yukarı Karakoç arazi toplulaştırma projesi

toplam 192.95 ha’lık bir alanı 160 parsel ile kaplamaktadır. Bu parseller için yeni parsel şekil indeksi coğrafi bilgi sistemleri ile hesaplanmıştır. Sonuçlara göre, 1’e yakın olan değerlere sahip olan parseller tarımsal

üretime daha uygun parselleri gösterirken, 1’den uzaklaşan değerlere sahip olan parsellerin şekilleri daha

karmaşık olduğu anlaşılmıştır. Sonuçta, yeni şekil indeksi arazi toplulaştırma projelerinde parsel şekillerinin değerlendirilmesi amacıyla önerilebilir olduğu söylenebilir.

Anahtar Kelimeler: CBS, parsel şekil göstergesi, arazi toplulaştırma

1. GİRİŞ

Çeşitli nedenlerle ekonomik olarak tarımsal faaliyetleri yapmaya imkân vermeyecek biçimde

parçalanmış, dağılmış, bozuk şekilli parsellerin modern tarım işletmeciliği esaslarına göre ve sulama

hizmetlerinin geliştirilmesi için en uygun biçimde birleştirilmesi, şekillendirilmesi ve yeniden düzenlenmesi

işlemine “arazi toplulaştırması” denilmektedir. Arazi toplulaştırmasının amacı, daha az zaman, işgücü ve sermaye kullanımı ile üretim faktörlerinden

en iyi biçimde yararlanarak tarımsal üretimi ve tarım işletmelerinin verimliliğini artırmak ve kırsal

kesimdeki nüfusun hayat standartlarını yükseltmektir. Arazi parçalılığının ve dağınıklığının giderilmesi,



292

şekillerinin düzeltilmesi, çiftçinin çalışma koşullarının iyileştirilmesi ve diğer hizmetlerin araziye ulaştırılması gibi yapısal önlemlerin alınması arazileri yeniden düzenleme fırsatı yaratan arazi

toplulaştırması çalışması çerçevesinde yürütülebilmektedir.

Eskişehir Beyazaltın köyü arazi toplulaştırmasında toplulaştırmadan önce dikdörtgen şekilli parsel

oranı % 6.82 iken, toplulaştırmadan sonra % 89.50’ye yükselmiştir. Proje sahasında arazi toplulaştırması sonrasında dikdörtgen şekilli parsel sayısı oldukça artmıştır (Sönmezyıldız ve Çakmak, 2013).

Örencik köyünde toplulaştırmadan önce 318 parselin şekilsiz, 236 parselin yamuk, 69 parselin

dikdörtgen, 19 parselin kare ve 8 parselin üçgen olduğu görülmektedir. Dikdörtgen parsel oranı toplulaştırmadan önce %11 iken, toplulaştırmadan sonra % 55’e yükselmiştir. Dedeli köyünde

toplulaştırmadan önce 313 parselin şekilsiz, 157 parselin yamuk, 41 parselin dikdörtgen, 7 parselin kare ve

20 parselin üçgen olduğu görülmektedir. Dikdörtgen parsel oranı toplulaştırmadan önce %8 iken

toplulaştırmadan sonra % 44’e yükselmiştir. (Arslan ve Tunca, 2013). Yoğunlu (2013)’e göre; bazı Avrupa Ülkelerinde yapılan araştırmalara göre; arazi toplulaştırmasının

sağladığı net gelir artışı Almanya’da %20-25, İsviçre’de %10-25, İspanya’da %31-36, Hollanda’da ise %10

olarak saptanmıştır. Bu çalışmada, parsel şekillerini ölçmek amacıyla araştırmacılar tarafından geliştirilen yeni parsel şekil indeksi ile arazi toplulaştırma öncesi Yukarı Karakoç köyü projesi değerlendirilmesi

amaçlanmıştır.


Yozgat Boğazlıyan ilçesinde bulunan Yukarı Karakoç arazi toplulaştırma öncesi kadastral verileri toplulaştırma projesi yürütücü firmasından temin edilmiştir. Arazi toplulaştırma öncesinde toplam parsel

alanı 192.95 ha, toplam parsel sayısı ise 160’tır. Toplam köyde bulunan işletme sayısı 266’dır, ortalama

parsel büyüklüğü ise 12.06 da’dır. Yukarı Karakoç arazi toplulaştırma öncesi verilerinin kullanılma nedeni, farklı şekillerde ve büyüklüklerde parsellerin mevcut olmasıdır. İlgili arazi toplulaştırma projesi Şekil 1’de

verilmiştir.

Şekil 1. Yukarı Karakoç Arazi toplulaştırma öncesi kadastral yapı


293

Yeni parsel şekil indeksi parsel alanı ve minimum bounding geometri alanı (parseli çevreleyen en küçük dikdörtgen) ile hesaplanmaktadır. Minimum bounding geometry alanını hesaplamak amacıyla coğrafi

bilgi sistemleri programlarından Arcmap 10.7.1 programından yararlanılmıştır. Yeni şekil indeksinin

hesaplanması oldukça basit bir formülden (parsel alanı/minimum bounding geomety alanı) yararlanılarak

hesaplanmaktadır (Arslan ve ark., 2019). Bu formül Eşitlik 1’de verilmiştir.

(1)

Bire yaklaşan yeni parsel şekil indeksi parselin dikdörtgene yakın olduğunu ifade ederken, birden

uzaklaşan değerler ise parsel şeklinin bozulduğunu belirtmektedir.


Yeni parsel şekil indeksi minimum değeri 1.05, maksimum 2.85 ve ortalama 1.42 olarak

hesaplanmıştır. Şekil 2’de yeni parsel şekil indeksine göre gruplandırma yapılmıştır. Şekil incelendiğinde

gösterge değeri 1’e yaklaşan parseller dikdörtgene daha yakın, gösterge değeri 1’den uzaklaşan parseller ise şekli bozulmuş, tarımsal üretime uygun olmayan parsellerden oluşmaktadır. Bu sonuçlar, Arslan ve ark.

(2019)’un yaptığı çalışmayı desteklemektedir. Araştırmacılar tarafından arazi toplulaştırma projelerini

değerlendirmek amacıyla kullanılan şekil indeksi, fractal dimension gibi diğer şekil indeksleri sadece alan

veya çevre uzunluğu verileri ile hesaplanmaktadır. Bazı araştırmacılar tarafından birtakım şekil indeksleri üretilse de, hesaplaması karmaşık ve zordur (Arslan ve ark. 2019). Demetriou ve ark. (2013) yaptığı

çalışmada yeni bir şekil indeksi önermiş ancak hesaplama yöntemi nedeniyle araştırmacılar tarafından

karmaşık bulunmaktadır. Bayram ve Değirmenci (2018) yaptığı çalışmada şekil indekslerinden şekil indeksi, fractal dimension, kare piksel ölçeği ve form factor ile yaptığı çalışmada bazı şekil indekslerinin bazı

durumlarda arazi toplulaştırma projelerini değerlendirmek için kullanılabileceğini belirtmiştir. Şekil indeksi,

form factor ve fractal dimension göstergelerinin çok sayıda parsele sahip olan arazi toplulaştırma

projelerinde kullanılabileceğini belirtmiştir.

Şekil 2. Yeni parsel şekil indeksi sınıflandırma haritası


294

4. SONUÇ

Arazi toplulaştırma projelerinin değerlendirilmesinin önemi Türkiye’de yapılan proje sayısı ile paralel

olarak artmaktadır. Arazi toplulaştırma projeleri birçok yönden değerlendirilebilmektedir. Arazi

toplulaştırma projelerinin değerlendirilme parametrelerinden biri parsel şekilleridir. Parsel şekillerinin arazi

toplulaştırma öncesi ve sonrası için kullanılan indeksler tartışmalı veya hesaplaması zor karmaşık yöntemlerle yapılmaktadır. Bu nedenle, bu çalışmada arazi toplulaştırma planlaması değerlendirmesi amacı

ile kullanılabilecek olan yeni bir parsel şekil indeksi Yozgat’ta bulunan bir projeye uygulanmıştır. Coğrafi

bilgi sistemleri yardımı ile hesaplanan yeni şekil indeksinin hesaplama kolaylığı ve bu hesaplamada kullanılan parametreler açısından, daha önceden kullanılan parsel şekil indekslerinden daha iyi sonuçlar

verildiği söylenebilir. Sonuç olarak, yeni parsel şekil indeksinin, parsellerin şekillerini ölçmede iyi

performans gösterdiği söylenebilir.

KAYNAKLAR

Arslan F, H Değirmenci, ŞT Akkaya Aslan & E Jürgenson. 2019. A New Index Measuring Parcel Shapes

Complexity for Land Consolidation. Unpublished work.

Arslan H & E Tunca. 2013. Arazi Toplulaştırmasının Sulama Projelerinin Performansı Üzerine Etkileri. Anadolu

Tarım Bilimleri Dergisi, 28(3):126-133.

Bayram R & H Değirmenci. 2018. Arazi Toplulaştırma Projelerinde Parsel Şekillerinin Analizi: Niğde Misli

Ovası 2. Kısım Yıldıztepe Örneği. Kahramanmaraş Sütçü İmam Üniversitesi Tarım ve Doğa Dergisi 21(4):

500-510.

Demetriou D, S Linda & J Stillwell. 2013. A parcel shape index for use in land consolidation planning.

Transactions in GIS, 17(6): 861-882.

Sönmezyıldız E & B Çakmak. 2013. Eskişehir Beyazaltın Köyü Arazi Toplulaştırma Alanında Sulama

Performansının Değerlendirilmesi. Akdeniz Üniversitesi Ziraat Fakültesi Dergisi, 26(1): 33-40.

Yoğunlu A. 2013. Arazi Toplulaştırma Faaliyetleri. TRB1 Bölgesi (Bingöl, Elazığ, Malatya, Tunceli).

https://fka.gov.tr/sharepoint/userfiles/Icerik_Dosya_Ekleri/FKA_ARASTIRMA_RAPORLARI/ARAZ%C4

%B0%20TOPLULA%C5%9ETIRMA.pdf


295

Oxidation of Glycerol Using Metal Organic Frameworks

for Sustainable Production of Fine Chemicals

Seval Dogruyol1,*

, Volkan Degirmenci2

1Black Sea Agricultural Research Institute, Republic of Turkey Ministry of Agriculture and Forestry, 55300,

Samsun, Turkey

2School of Engineering, University of Warwick, CV4 7AL, Coventry, United Kingdom


ABSTRACT

The transition from petroleum to renewable sources has led to an increase in biodiesel production. As a

result of the increase in biodiesel production, the amount of glycerol, the by-product of transesterification

process which is a conventional method for biodiesel production, has been increasing as well. Having different applications, glycerol has great potential in the industry. However, glycerol produced as a by-

product from biodiesel synthesis cannot be used directly in the industry because it is contaminated by

methanol that is hard to separate, which reduces the value of glycerol. Therefore, glycerol conversion into valuable chemicals becomes important in recent years due to the fact that adding value to this chemical will

have a great positive impact on the biodiesel industry. The most important way to convert glycerol to

valuable molecules is to oxidize it. The acetalization of glycerol with acetone is one of the oxidation

processes which are included in the literature. The resulting product, solketal has many applications in polymer and pharmaceutical industry, and can be used as a fuel additive, which helps to increase the

lubricant properties and the octane number of gasoline, reduces the emissions resulting from fuel

combustion, enhances the antiknock power and also it has a potential to be used as a flammability reducing agent to jet fuel. The use of glycerol as a raw material for the production of solketal in the presence of

different MOF catalysts is the main objective of this work as an attempt to maintain the sustainability of

biodiesel production. For that purpose, different types of MOFs, which are MIL-96(Al), MIL-53(Al), NO2-MIL-53(Al), MIL-47(V), and ZIF-8 were used for oxidation of glycerol to solketal. It is observed that MIL-

47(V) enables the conversion of glycerol (51%) with high selectivity (90%) while ZIF-8 has no impact on

that conversion.

Keywords: Renewable energy, biodiesel, glycerol, solketal, acetalization, MOFs


1. INTRODUCTION

The growing energy demand, rapid depletion in fossil resources and the increase in pollution have

forced countries to find sustainable and environmentally-friendly alternative energy sources. Among them, biofuels such as bio-(m)ethanol, bio-diesel, and bio-oil are considered important renewable sources that are

attracting attention in this field. The term biofuel is referred to as a fuel in the form of gas or liquid made

from plants, residues or biological wastes (Demirbas, 2007).

Considering the increase in energy consumption, it is necessary to develop a green method of energy production. Biodiesel is one of the most promising alternatives to oil because its sulphur content is very low

and has low toxicity (Ilgen et al., 2017). It can be also used directly in diesel engines and blended easily with

petroleum fuel to lower petro-diesel based environmental problems (Demirbas, 2008; Pal, 2011). Biodiesel is produced via a transesterification process which is a well-known reaction shown in Figure

1. In this reaction, the oil is trans-esterified with alcohols like methanol in the presence of different catalysts

such as sodium/potassium hydroxide, platinum, palladium, nickel, and molybdenum (Biswas et al., 2017).



296

Figure 1. Transesterification reaction of triglycerides with methanol.

This conversion is followed by the side product formation of glycerol. For each biodiesel molecule,

three molecules of glycerol are formed. This means that there is more glycerol than the market need. The

industrial use of biodiesel is hampered by the high installation and operating cost of the process. In addition

to this, glycerol is not suitable for fuel blending because of its properties such as diesel-immiscibility, polymerization at high temperature, and giving toxic acrolein by oxidation (Siew et al., 2015; Jamil et al.,

2017). Therefore, biodiesel is not cost competitive with diesel produced from conventional processes from

crude oil. Glycerol is a cheap chemical, which has limited use. Adding value to this chemical, the main by-

product of biodiesel process, will have a great positive impact on the biodiesel industry. It has the potential to make the overall biodiesel process cost-competitive with conventional fuel production routes. This

transformation will provide a new way of sustainable and renewable production routes for the global

chemical industry (Sankaranarayanan et al., 2017). That is why glycerol transformation to value added products is critically important for the sustainable production of commercial biodiesel.

Many studies have been conducted to transform glycerol into different intermediate chemicals to

produce valuable chemicals like lubricants, fuel additives, dyes, solvents, fragrance, cosmetics, medicines, and polymers (Kowalska-Kus et al., 2017). One promising procedure for glycerol conversion is the reaction

of glycerol with ketones and aldehydes in the presence of catalysts to generate acetals or ketals which can be

used as fuel additives.

Solketal (2) is the product that is synthesised by the ketalization of glycerol in the presence of acid catalysts as shown in Figure 2. Solketal can be used as a fuel additive by blending it with gasoline and

biodiesel to reduce the emission of particulate (Suriyaprapadilok and Kitiyanan, 2011; Ilgen et al., 2017).

Nowadays, solketal is produced from glycerol ketalization with acetone in the presence of an acid catalyst (Mota et al., 2010). Industrially, p-toluene sulfonic acid (PTSA) which is a Brönsted acid is used as a

homogeneous catalyst in solketal synthesis (Suriyaprapadilok and Kitiyanan, 2011). However, there are

some negative sides of using homogeneous catalysts such as hydrochloric acid, sulphuric acid, p-toluene

sulfonic acid. For example; corrosion in the reactor, reusability problem, difficulty in separation from reactant and product are the main challenges in the industry (Rossa et al., 2017). On the other hand, Lewis

acid type homogeneous catalysts such as SnCl2, SnF2, Sn(OAc)2 gives high conversion rate as well as the

capability of recovery after synthesis. Therefore, it is considered advantageous to use heterogeneous catalysts because they are easy to separate, they can be used at high-temperature ranges, they are reusable, it

is easy to recycle them, and most of them have desirable selectivity and lower price.

Figure 2. Glycerol acetalization reaction with acetone in the presence of acid catalyst.

Various heterogeneous catalysts such as Pt-Bi/C (activated carbon) (Hu et al., 2010), Pt-Au supported

on WA30 anion exchange resin (Sánchez et al., 2017), beta zeolite (Jamil et al., 2017), MFI, BEA, and MOR zeolites (Kowalska-Kus et al., 2017), clay (Pawar et al., 2015), and amberlyst-46 (Ilgen et al, 2017) have

been used until now. However, there is not much research on using metal organic frameworks (MOFs) as a

catalyst for glycerol conversion. MOFs are porous materials that are a combination of metal ions with organic linkers. They are defined

as a metal–ligand coordination network with organic ligands which are extended in two or more typically


297

three dimensions and exhibit porosity (Batten et al., 2013). The metal part of MOFs can be transition metal cations e.g. zinc, copper, iron, and so on or rare-earth metal cations e.g. scandium, or p-block metals e.g.

aluminium. When it comes to organic part, the most popular linkers are di-, tri- or tetra-carboxylates, and

heterocyclic carboxylates with N-donor function (Kusgens, 2009). For example, benzene-1,4-dicarboxylic

acid (H2BDC), benzene-1,3,5-tricarboxylic acid (H3BTC), 2-methylimidazolium (MeIm) and 4,4',4'',4'''-Benzene-1,2,4,5-tetrayltetrapyridine (bztpy) can be incorporated into MOFs as a linker of metal ions.

MOFs have a large surface area, high porosity, adjustable morphology and uniform heteroatom doping,

which are the most important features for a catalyst. Therefore, they have a great potential to exhibit a good catalytic activity. Nowadays, metal organic frameworks have attracted interest as in the field of solid acid

catalysis (Mueller et al., 2006).


All chemicals and solvents for the synthesis which were commercially available were reagent grade and

were used without further purification. Glycerol and 1,2-Isopropylideneglycerol (or solketal) 98% wt purity

as a calibration standard for gas chromatography were purchased from Sigma Aldrich. Samples of MIL-96(Al), MIL-53(Al), and NO2-MIL-53(Al) were prepared by the procedures

previously described in the literature (Sánchez-Sánchez et al., 2015; Wang et al., 2016; Yang et al., 2017).

MIL-47(V) and ZIF-8 were synthesised by a modified method.

2.1. Instrumental Measurements

Powder X-ray diffraction (PXRD) and scanning electron microscopy (SEM) were used to characterize

the catalysts. Powder X-ray diff raction (PXRD) patterns were recorded on the solids before and after

experiments on a D5000 Siemens diffractometer with (Kα1)= 1.54059 Å. Diff raction data were collected

at room temperature in the 2θ range of 5−45° with 0.02° increments. SEM was performed by Zeiss Supra 5-VP Field Emission SEM with EDAX Genesis EDX and EBSD. The SEM instrument was operated at 10

KeV and 50° inclination. GC analysis were performed using a Shimadzu Gas Chromatography GC-2010

Plus analyser system equipped with a capillary column of Stabilwax GC (polyethylene glycol, 10m×0.15mm×0.15µm) using nitrogen as the carrier gas.

2.2. Catalytic Experiment

The catalytic activities of all materials, ZIF-8 (HT and RT), MIL-53(Al), NO2-MIL-53(Al), MIL 47(V),

and MIL-96(Al) were tested in the reaction of glycerol with acetone. The acetalization reactions of glycerol

and acetone were performed in a 7 ml glass reactor equipped with a magnetic stirrer. The condensation reaction was performed at 70°C and stirred for 90 minutes. In order to keep the temperature of the reaction

stable, the oil-bath was used. Before starting the reaction, the synthesised MOFs samples were activated at

120°C under vacuum for 1.5 hours. After that, the catalyst was loaded into the reactor, and then glycerol and acetone were added with acetonitrile in the ratio of 4.7 with respect to glycerol to improve the miscibility of

reactants. The samples were analysed using GC-FID analysis for the products’ composition.


After carrying out the catalytic performance of the MOFs, the results were presented in Table 1. Examining the data from GC results, various products were detected in the samples. However, the most

important product with the highest concentration share was solketal. Solketal was founded in various

concentrations depending on the catalyst used in the reaction. Table 1 presents the percentage of glycerol conversion and the selectivity of the catalysts towards solketal.

The data from Table 1 shows that the main product was five-membered solketal for the MOFs that

worked well in the reaction. Examination of these data shows that the highest conversion of glycerol was observed in the presence of MIL-47(V) with almost 43%, and NO2-MIL-53(Al) with nearly 32%. The

highest conversion observed with MIL-47(V) may be ascribed to its stronger acid sides as well as its

crystallinity and pore size. As can be seen from the table, the introduction of different functional group (-

NO2) into the organic linkers of the framework has a great effect on the conversion of glycerol. The conversion increased by 6.5 times and reached to 32%. This can be explained by that nitro group has a


298

nature of electron withdrawing, increasing its catalytic activity. Thus, it is obvious that an introduction of certain groups into the framework influences the catalytic activity of the MIL-53(Al).

Table 1. Catalytic activity of MOFs in the condensation reaction of glycerol with acetone.a

Catalyst Conversion of Glycerol

(%)

Solketal Yield

(%)

Solketal Selectivity

(%)

No catalyst 0.00 0.0 0.0

MIL-96(Al) 14.10 10.5 74.3

MIL-53(Al) 4.91 3.1 62.86

NO2-MIL-53(Al) 32.14 8.8 27.5 MIL-47(V) 42.80 36.74 85.83

ZIF-8(HT) 0.90 0.2 22.2

ZIF-8(RT) 0.00 0.0 0.0 aExperimental conditions: 2.17 mmol (200 mg) of glycerol, 10.19 mmol (592 mg) of acetone in 5 mL (4000 mg) of acetonitrile, 0.04

g of catalyst, 70°C, 1 atm, 1000 rpm, and 90 minutes.

When it comes to ZIF-8, while ZIF-8 (HT) showed the lowest catalytic activity with nearly 1%, ZIF-8 (RT) did not work in this reaction. The reason for that may be related to features of the catalyst because as

was mentioned previously, ZIF-8 (HT) has higher crystallinity and bigger domain size compared with ZIF-

8(RT) (based on our other work). However, as is seen, the crystallinity and pore size have a very low effect on the catalytic activity of MOFs. In brief, GC data indicated that ZIF-8 failed to make solketal from

glycerol and acetone.

In terms of the selectivity for solketal, among these catalysts, MIL-47(V) has the highest selectivity of

solketal with nearly 86% while ZIF-8(HT) has the lowest selectivity with only 22%. The most interesting finding is that NO2-MIL-53(Al) has a much higher glycerol conversion rate than MIL-53(Al) with 32%;

however, its selectivity (27.5%) is nearly half of MIL-53(Al) which has the value of 63%.

4. CONCLUSIONS

As a result of the biodiesel production process, high amount of glycerol has been produced as a

byproduct. In order to decrease the production cost, it is very important to add value to glycerol byproduct. Glycerol can be valorised by using different ways. Acetalization is one of the processes which can be used to

increase its value. The resulting product, solketal has many applications in industry such as cosmetic,

pharmaceutical, and as a fuel additive in diesel and jet fuel.

Catalyst is needed in this acetalization reaction. For that purpose, different MOFs were used as catalysts. MIL-96(Al), MIL-53(Al), and NO2-MIL-53(Al) were prepared as previously presented in the

literature while ZIF-8 and MIL-47(V) were synthesised by a modified method. The catalytic activity of these

MOFs has been tested obtained in the reaction of glycerol conversion into solketal under mild and environmentally friendly conditions. It was found that solketal was successfully synthesised in the presence

of all catalysts except ZIF-8. The order of catalytic activity is as follows; MIL-47(V)> NO2-MIL-53(Al)>

MIL-96(Al)> MIL-53(Al)> ZIF-8. Among these catalysts, MIL-47(V) showed the highest conversion and highest solketal selectivity.

REFERENCES

Batten SR, NR Champness, XM Chen, J Garcia-Martinez, S Kitagawa, L Öhrström, M O’Keeffe, MP Suh & J

Reedijk. 2013. Terminology of metal–organic frameworks and coordination polymers. Pure and Applied Chemistry, 85(8): 1715–1724. doi: 10.1351/PAC- REC-12-11-20.

Biswas S, R Katiyar, BR Gurjar & V Prıthi. 2017. Biofuels and Their Production Through Different Catalytic

Routes. Chemical and Biochemical Engineering Quarterly, 31(1): 47–62. doi: 10.15255/CABEQ.2016.897.

Demirbas A. 2007. Progress and recent trends in biofuels. Progress in Energy and Combustion Science, 33(1): 1–

18. doi: 10.1016/j.pecs.2006.06.001.

Demirbas A. 2008. Biofuels sources, biofuel policy, biofuel economy and global biofuel projections. Energy

Conversion and Management, 49(8): 2106–2116. doi: 10.1016/j.enconman.2008.02.020.


299

Hu W, D Knight, B Lowry & A Varma. 2010. Selective Oxidation of Glycerol to Dihydroxyacetone over Pt - Bi /

C Catalyst : Optimization of Catalyst and Reaction Conditions. Industrial & Engineering Chemistry Research, 49(21): 10876–10882.

Ilgen O, S Yerlikaya & FO Akyurek. 2017. Synthesis of solketal from glycerol and acetone over amberlyst-46 to

produce an oxygenated fuel additive. Periodica Polytechnica Chemical Engineering, 61(2): 144–148. doi:

10.3311/PPch.8895.

Jamil F, SP Saxena, AH Al-Muhtaseb, M Baawain, M Al-Abri, N Viswanadham, G Kumar & AM Abu-Jrai.

2017. Valorization of waste “date seeds” bio-glycerol for synthesizing oxidative green fuel additive. Journal of Cleaner Production, 165: 1090–1096. doi: 10.1016/j.jclepro.2017.07.216.

Kowalska-Kus J, A Held, M Frankowski & K Nowinska. 2017. Solketal formation from glycerol and acetone

over hierarchical zeolites of different structure as catalysts. Journal of Molecular Catalysis A: Chemical,

426: 205–212. doi: 10.1016/j.molcata.2016.11.018.

Kusgens P. 2009. Metal-organic frameworks for water adsorption applications in the automotive filtration

industry. Technical University of Dresden, (April). Available at:

http://www.qucosa.de/fileadmin/data/qucosa/documents/6859/Dissertation_SR_final_Mai2011.pdf.

Mota CJA, CXA da Silva, Jr N Rosenbach, J Costa & F da Silva. 2010. Glycerin Derivatives as Fuel Additives :

The Addition of Glycerol / Acetone Ketal (Solketal ) in Gasolines. Energy Fuels, 48(18): 2733–2736. doi:

10.1021/ef9015735.

Mueller U, M Schubert,F Teich, H Puetter, K Schierle-Arndt & J Pstre. 2006. Metal - organic frameworks -

prospective industrial applications. Journal of Materials Chemistry, 16: 626-636. doi: 10.1039/b511962f.

Pal KD. 2011. Investigations of transesteri cation of canola oil with methanol and ethanol for a new e cient

method of biodiesel production. Doktorate Thesis, Graduate Program in Chemical and Biochemical

Engineering, The University of Western Ontario London, Ontario, Canada

Pawar RR, KA Gosai, AS Bhatt, S Kumaresan, SM Lee & HC Bajaj. 2015. Clay catalysed rapid valorization of

glycerol towards cyclic acetals and ketals. RSC Advances, 5(102): 83985–83996. doi: 10.1039/c5ra15817f.

Rossa V, YSP Pessanha, GC Díaz, LDT Câmara, SBC Pergher & DAG Aranda. 2017. Reaction Kinetic Study of

Solketal Production from Glycerol Ketalization with Acetone. Industrial & Engineering Chemistry

Research, 56(2): 479-488. doi: 10.1021/acs.iecr.6b03581.

Sánchez-Sánchez M, N Getachew, K Diaz, M Diaz-Garcia, Y Chebude & I Diaz. 2015. Synthesis of metal-

organic frameworks in water at room temperature: Salts as linker sources. Green Chemistry, 17(3): 1500–

1509. doi: 10.1039/c4gc01861c.

Sánchez BS, MS Gross & CA Querini. 2017. Pt catalysts supported on ion exchange resins for selective glycerol

oxidation. Ef ect of Au incorporation. Catalysis Today, 296: 35–42.

Sankaranarayanan S, W Jindapon & C Ngamcharussrivichai. 2017. Valorization of biodiesel plant-derived

products via preparation of solketal fatty esters over calcium-rich natural materials derived oxides. Journal

of the Taiwan Institute of Chemical Engineers, 81: 57–64. doi: 10.1016/j.jtice.2017.10.007.

Siew KW, HC Lee, J Gimbun, SY Chin, MR Khan, YH Taufiq-Yap & CK Cheng. 2015. Syngas production from

glycerol-dry(CO2) reforming over La-promoted Ni/Al2O3catalyst. Renewable Energy, 74(3): 441–447. doi:

10.1016/j.renene.2014.08.048.

Suriyaprapadilok N & B Kitiyanan. 2011. Synthesis of Solketal from Glycerol and Its Reaction with Benzyl

Alcohol. 9: 63–69. doi: 10.1016/j.egypro.2011.09.008.

Wang M, X Zhang, L Zhou & Y Chen. 2016. Activated MIL-53(Al) for efficient adsorption of dichloromethane

and trichlormethane. Aerosol and Air Quality Research, 16(8): 2003–2010. doi:

10.4209/aaqr.2015.11.0651.

Yang X, S Deng, F Peng & T Lou. 2017. A new adsorbent of a Ce ion-implanted metal-organic framework (MIL-

96) with high-efficiency Ce utilization for removing fluoride from water. Dalton Transactions, 46(6):

1996–2006. doi: 10.1039/c6dt03934k.


300

Determination of Lavandula Officinalis Plant Growth in Pot Conditions Under

Dry Conditions in Nigde Region

Burak Şen1,*

, Gülden Sandal Erzurumlu2, M. H. Noory

3, H. Erinç

4

1Department of Biosystem Engineering, Faculty of Agricultural Sciences and Technologies, Nigde Omer

Halisdemir University, 51240, Nigde, Turkey

2Department of Landscape Architecture, Faculty of Architecture, Nigde Omer Halisdemir University, 51240,

Nigde, Turkey

3Department of Plant Production and Technologies, Faculty of Agricultural Sciences and Technologies,

Nigde Omer Halisdemir University, 51240, Nigde, Turkey

4Department of Food Engineering, Faculty of Engineering, Nigde Omer Halisdemir University, 51240,

Nigde, Turkey


ABSTRACT

There are many plant species in Turkey's rich flora and some of them can be used for medicinal

purposes as well as resistant to drought. One of the species resistant to dry conditions is Lavandula

officinalis plant. Lavender is a valuable essential oil plant in the lamiaceae family. The use of lavender dates back to 2 500 years ago. The world exports and imports of essential oil between 1.9 - 2.0 billion dollars

annually and approximately 50 million dollars of this amount is made from lavender essential oil. According

to TURKSTAT data, lavender production area and production amount tend to increase continuously in Turkey between 2012-2017. The research was carried out in the April-December period of 2018 in the open

field of Niğde Ömer Halisdemir University as a pot test. Lavandula officinalis plant was planted in soil in 5

liter pots as plant material. The experimental design was composed of 3 replications and 5 replicates per

replicate. For plant material measurements, it was determined to measure plant height, plant diameter, flower stem length, flower stem diameter, spike length, flower number once every 15 days. The amount of

irrigation water to be given to the plants was calculated according to the evaporation and precipitation values

obtained from the Niğde Meteorological Directorate. In the drought tests, 4 different irrigation topics (S1 = 100%; S2 = 66.6%; S3 = 33.3%; S4 = 0%) were applied. According to the measurements made at the end of

the period, 6.7%, 6.7%, 13.3%, 86.7% of the deaths due to drying in the S1, S2, S3 and S4 subjects were

determined respectively. In terms of the number of flowers, sorting from big to small was determined as S3, S2, S1, S4 according to irrigation subjects. In terms of plant diameter, sorting from big to small was

determined as S2, S1, S4, S3 according to irrigation subjects. According to these results, it is determined that

lavender plant is suitable for dry conditions in pot in soil environment and it can develop better in deficit

irrigation than full irrigation.

Keywords: Niğde, Lavandula officinalis, essential oil, drought, irrigation, pod, climate,




301

Niğde Yöresinde Kurak Koşullarda Saksı Ortamında Lavandula officinalis Bitkisi

Gelişiminin Belirlenmesi

ÖZET

Ülkemiz zengin florasında çok sayıda bitki türü bulunmakla beraber bir kısmı kuraklığa

dayanıklılığının yanı sıra tıbbi amaçlarla kullanılabilmektedir. Kurak koşullara dayanıklı olan türlerden birisi

de Lavandula officinalis bitkisidir. Lavanta, lamiaceae familyasında yer alan değerli bir uçucu yağ bitkisidir.

Lavantanın kullanımı günümüzden 2 500 yıl öncesine dayanmaktadır. Dünya’da yıllık 1.9–2.0 milyar dolar arasında uçucu yağ ihracat ve ithalatı yapılmakta ve bu miktarın yaklaşık 50 milyon dolar kısmını lavanta

uçucu yağı oluşturmaktadır. TUİK verilerine göre, ülkemizde 2012-2017 yıllar arasında lavanta üretim alanı

ve üretim miktarı sürekli artış eğiliminde olduğu görülmektedir.Araştırma, Niğde Ömer Halisdemir Üniversitesine ait açık alanda 2018 yılında Nisan-Aralık ayları arasında saksı denemesi şeklinde

gerçekleştirilmiştir. Bitkisel materyal olarak Lavandula officinalis bitkisi 5 litrelik saksılarda toprak

ortamına dikilmiştir. Deneme deseni 3 tekerrür ve her tekerrürde 5 bitki olacak şekilde oluşturulmuştur.

Bitkisel materyale ilişkin olarak yapılacak ölçümlerde 15 günde bir, bitki boyu, bitki çapı, çiçek sapı uzunluğu, çiçek sapı çapı, başak uzunluğu, çiçek sayısı belirlenmiştir. Bitkilere verilecek sulama suyu

miktarı Niğde Meteoroloji Müdürlüğünden alınan buharlaşma ve yağış değerlerine göre hesaplanmıştır.

Kuraklık koşulları olarak 4 farklı sulama konusu (S1= %100; S2= %66.6; S3= %33.3; S4= %0) uygulanmıştır. Dönem sonunda yapılan ölçümlere göre S1, S2, S3 ve S4 konularında sırasıyla %6.7; %6.7;

%13.3; %86.7 oranlarında bitkilerde kurumalar meydana gelmiştir. Çiçek sayısında büyükten küçüğe göre

sıralama sulama konularına göre S3, S2, S1, S4 bitki çapında ise S2, S1, S4, S3 şeklinde olduğu belirlenmiştir.. Bu sonuçlara göre lavanta bitkisinin saksıda toprak ortamında kurak koşullara uygun olduğu

ve kısıntılı sulamada tam sulamaya göre daha iyi gelişme gösterebileceği belirlenmiştir.

Anahtar Kelimeler: Niğde, Lavanta (Lavandula officinalis), uçucu yağlar, kuraklık, sulama, saksı, iklim.

1. GİRİŞ

Günümüzde küresel ısınma ve dünya koşullarına bağlı olarak artan nüfus, tarım arazilerinin ve suyun

kullanımını çoğaltmış ve bu kaynakların sürdürülebilirlik oranını düşürmüştür.

Dünyada kurak ve yarı kurak iklim bölgelerinde; yetersiz yağış, yüksek buharlaşma, toprak kuruluğunu arttırmaktadır.

Dünya çapında su kaynaklarının miktar ve niteliklerinde meydana gelen düşüşler nedeniyle kuraklığın

etkisi bitki yetiştiriciliğinde her geçen gün önemli hale gelmekte ve ekonomik öneme sahip bitkilerin normal fizyolojik işlevlerinde değişiklikler meydana gelmektedir. Bu durum kurak iklim koşullarına dayanıklı bitki

türlerinin yetiştiriciliğini ön plana çıkarmaktadır. Ayrıca, stres koşularına dayanıklı bitki türlerinin tolerans

mekanizmalarının açıklanması, uygun bitkilerin belirlenmesi, bitkisel gen kaynaklarının korunması, bitkilerin sürekliliğinin sağlanması ve aktarımı, gibi çalışmalar giderek önem arz etmektedir (Örs ve Ekinci,

2015).

Ülkemiz zengin florasında çok sayıda bitki türü bulunmakta ve bunların bir kısmı kuraklığa

dayanıklılığının yanı sıra tıbbi amaçlarla kullanılabilmektedir. Belirlenen koşullara dayanıklı olan türlerden birisi Lavandula officinalis bitkisidir.

Lavanta, lamiaceae familyasında yer alan değerli bir uçucu yağ bitkisidir (Baydar, 2007). Ethan tedavi

amaçlı ve ark (2004)’nın yaptığı araştırmada, Lavantanın hangi sağlık sorunlarının tedavisinde olumlu sonuçlar elde edileceğini saptamışlardır. Lavantanın tarihsel ve klinik verilerinden yararlanılarakmış

terapilerde kullanılmıştır. Lavantanın kullanımı günümüzden 2 500 yıl öncesine dayanmaktadır. Mısırlılar,

Finikeliler ve Araplar tarafından mumyalamada ve parfümeride kullanılmıştır. Bitki adını Latincede

“yıkanmak” anlamına gelen “Lavo” dan almıştır (Anonim, 2009). Çok yıllık, herdem yeşil, çiçekleri için üretilen önemli bir bitkidir. Ülkemiz koşullarında 20–60 cm boylanabilmekte, Haziran Temmuz aylarında

çiçeklenmekte, kendine ve yabancı döllenmektedir (Ceylan, 1996).Dünyada en fazla lavandin (L.xintermedia

Emeric ex Loisel.), lavander (Lavandula angustifolia Mill.) ve başak lavanta (Lavandula latifolia) türlerine giren çeşitlerin üretimi yapılmaktadır (Karık ve ark., 2017).

Ülkemizde 2018 yılı TÜİK kayıtlarına göre 8 700 dönüm alanda lavanta üretim alanı bulunmakta iken,

2019 yılı itibari ile ülke geneli lavanta üretim alanlarının 10 000 dönümü geçtiğini bildirdi. Bu alanlardan yaklaşık 1 500 ton lavanta çiçeği, çiçeklerden ise 20-30 ton lavanta yağı elde edilebildiği kaydedilen


302

açıklamada; kozmetikten, temizlik sektörüne, sağlıktan sanayiye geniş bir platformda kullanılmıştır (Anonim, 2019).

Fransa, Bulgaristan, İngiltere, ABD, Kuzey Afrika ve kısmen de olsa Türkiye’de tarımı yapılmaktadır.

Dekar başına yaklaşık 8–10 litre uçucu yağ elde edilmektedir. Yağın litresi Bulgaristan'da 80-100 avro

arasında olup bitkinin ekonomik ömrünün yaklaşık 10 yıldır (Anonim, 2018). Dünya kozmetik ve kişisel bakım ürünleri pazarının toplam satış hacmi 350 milyar dolardır (Anonim, 2012). Dünya’da yıllık 1.9–2.0

milyar dolar arasında uçucu yağ ihracat ve ithalatı yapılmakta ve bu miktarın yaklaşık 50 milyon dolar

kısmını lavanta uçucu yağı oluşturmaktadır. Türkiye’nin lavanta yağı ithalatı 2005 yılında 221 000 dolar olarak gerçekleşmiştir ve her geçen yıl artarak devam etmektedir. (Kara, 2011).

Çizelge 1. Türkiye Lavanta Üretim Alanı ve Üretim Miktarı (TÜİK, 2017)

Yıl Alan (da) Artış

Oranı (%)

Üretim

(ton)

Artış Oranı

(%)

Verim

(Kg/dekar)

2012 509 123 242

2013 709 39 105 -14 148

2014 2 189 209 297 183 136

2015 3 218 47 400 35 124

2016 5 700 77 747 87 131 2017 6 606 16 845 13 128

TUİK verilerine göre, ülkemizde 2012-2017 yıllar arasında lavanta üretim alanı ve üretim miktarı

sürekli artış eğiliminde olduğu görülmektedir. Üretim alanlarındaki artış 2012 ile 2017 yılları arasında

sırasıyla %39, %209, %47, %77, %16 üretimde ise %-14, %183, %35, %87, %13 olmuştur (TÜİK, 2017). Niğde iklim ve ekolojik koşulları sayesinde çok sayıda bitki türü barındırmaktadır. Bu türlerden

Lavandula officinalis bitkisi kolaylıkla yetişmektedir. Türlerin yetişmesi için, iklim koşullarından sonra

ikinci en önemli nokta ilin içerisinde bulunan toprağın yapısıdır. Lavanta, toprak yönünden seçici olmayan bir bitkidir. Kireççe zengin, süzek ve pH’sı 5.8-8.3 olan, kuru

ve kalkerli topraklarda çok iyi gelişme göstermektedir. Kurağa, sıcağa ve soğuğa oldukça dayanıklıdır

(Aslancan ve Sarıbaş. 2011).

Bitkiler kendilerine özgü topraklarda uzun süreli yaşayabildikleri için toprağın yapısının yetiştirilen bitki için uygun olduğu düşünülmektedir.

Yürütülen bu çalışmanın amacı; Lavandula officinalis bitkisinin saksı koşullarında farklı sulama

düzeylerine tepkisini ölçmek ve kuraklık uygulamalarının bitki gelişimi ile bazı fizyolojik stres parametreleri üzerine etkinliğini belirlemektir. Uygun su miktarının belirlenmesi durumunda da, kuraklık sorunu olan

tarım dışı sahaların ticari olarak üretime kazandırılması, peyzaj düzenlemelerinde kullanımını artırıp

tasarımlardaki kuraklığa dayanıklı peyzaj alanlarına ekilen/dikilen bitkilerde uygulama oranının artırılması

ve peyzaj sahalarına dikimden sonra bitkilerin su stresinden etkilenmeden kaliteli bir şekilde yaşamlarına devam edebilmesi için kullanımlarının yaygınlaştırılması amaçlanmaktadır.


2.1. Materyal

Araştırma, Niğde Ömer Halisdemir Üniversitesine ait açık alanda gerçekleştirilmiştir. Bitkisel materyal

olarak (Lavandula officinalis) bitkisi fideleri Niğde açık ceza evinden temin edilmiştir.

Lavanta fideleri 1/3 çiftlik gübresi + 2/3 bahçe toprağı ile doldurulmuş 5 litrelik saksılarda yetiştirilmiştir. Deneme Niğde Üniversitesi Tarım Bilimleri ve Teknolojileri Fakültesi’nin uygulama ve

araştırma arazisinde 2018 yılında Nisan-Aralık ayları arasında gerçekleştirilmiştir.

Araştırma yerinin iklim özellikleri Meteoroloji İşleri Genel Müdürlüğü web sayfasından elde edilerek Çizelge 2’de verilmiştir.


303

Çizelge 2. Niğde İli aylık meteoroloji veriler (1938-2018 dönemi)

2.2.Metod

2.2.1.Deneme Deseni ve Denemenin Kurulması

Bu çalışmada Lavanta bitkisi toprak ortamında 4 farklı sulama seviyesinde yetiştirilmiştir. Denemede yetiştirme materyali olarak kullanılan toprağın bazı fiziksel ve kimyasal özellikleri belirlendikten sonra,

17.05.2018 tarihinde 1/3 oranında 5 litrelik saksılara ortamlar hazırlanmış, 18.05.2018 tarihinde temin edilen

fidelerin dikimi gerçekleştirilmiş ve tüm konulardaki saksılara saksılardan sızma başlayana kadar (doygun

hale gelene kadar) can suyu verilmiştir. Deneme tesadüf blokları deneme desenine göre 3 tekerrürlü ve her tekerrürde 5 bitki olacak şekilde kurulmuştur. Sulama konusu olarak kuraklık testlerinde 4 farklı sulama

konusu (S1; Eksik nemin tarla kapasitesine getirilmesi, S2; S1 konusuna verilen suyun %66.6 oranında

uygulanması, S3; S1 konusuna verilen suyun %33.3 oranında uygulanması, S4; 0 sulamanın yapılmadığı sadece yağış miktarı kadar su aldığı) uygulanmıştır.

Denemede, konulu sulamaların başlangıcında (Temmuz) ve sonunda (Ekim) olmak üzere dönem

sonunda sulama suyu miktarı değerleri hesaplanmıştır.

Saksılara uygulanan sulama suyu miktarı açık yüzey buharlaşması dikkate alınarak hesaplanmıştır.

(1)

Burada;

I : Sulama suyu miktarını,

Kcp : Pan ve bitkiye bağlı katsayıyı, E0 : Sulama aralığındaki yığışımlı buharlaşma miktarını (CAP),

C : Bitki tarafından örtülen alanı (%) göstermektedir.

Çalışmada, pan ve bitkiye bağlı katsayı Kcp=1.00, bitki tarafından örtülen alanı C=%25 olarak alınmıştır.

Her bir deneme konusuna ilişkin su tüketimi (ETc) değerlerinin hesaplanmasında “Su Bütçesi”

yaklaşımından (Aydın, 2004) yararlanılmıştır.

ETc = I + P + Cp - Dp ± Rf ± ∆S (2)

Burada;

P : Yağış miktarını (mm),

Cp : Kılcal yükselişle kök bölgesine giren su miktarını (mm),

Dp : Sulama veya yağıştan sonra meydana gelen derine süzülme kayıplarını (mm), Rf : Deneme parsellerine giren veya çıkan yüzey akış miktarlarını (mm),

∆S : Kök bölgesindeki toprak su değişimini (mm) temsil etmektedir.

Deneme boyunca sulama suyu miktarı su sayacı ile ölçülmüştür. Yağış ve Class A Pan buharlaşma

değerleri deneme alanından yaklaşık 7-8 km uzakta bulunan Niğde Meteoroloji Müdürlüğü’nden elde

edilmiştir. Çalışma saksı denemesi ve damla sulama olması sebebiyle Cp, Dp, Rf ve ∆S değerleri göz ardı

edilmiştir. İlk fenolojik değer 30.05.2018 tarihinde ve son fenolojik değer 03.12.2018 tarihinde olmak üzere

deneme boyunda 15 günde bir fenolojik ölçümler yapılmış ve elde edilen sonuçlara göre değerlendirme

yapılmıştır.

Veriler 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 Yıllık

Ortalama Sıcaklık (°C) -0.4 1.1 5.1 10.6 15.2 19.4 22.7 22.5 18.0 12.2 6.2 1.7 11.2

Ortalama En Yüksek Sıcaklık (°C) 4.8 6.4 10.9 16.7 21.4 25.7 29.4 29.6 25.6 19.6 12.9 7.0 17.5

Ortalama En Düşük Sıcaklık (°C) -4.6 -3.4 -0.2 4.4 8.4 11.9 14.8 14.5 10.4 5.9 1.1 -2.6 5.0

Ortalama Güneşlenme Süresi (saat) 3.7 4.9 5.9 7.1 8.6 10.6 11.7 11.4 9.9 7.4 5.4 3.7 90.3

Ortalama Yağışlı Gün Sayısı 10.9 10.4 11.3 11.1 11.9 6.9 1.8 1.5 2.9 6.6 7.5 10.8 93.6

Aylık Toplam Yağış Miktarı

Ortalaması (mm)

35.2 33.0 35.8 42.0 49.0 27.4 4.4 5.4 9.8 27.0 31.1 41.3 341.4

En Yüksek Sıcaklık (°C) 18.6 20.5 26.4 30.8 33.0 35.0 38.5 37.8 35.1 32.0 25.0 21.2 38.5

En Düşük Sıcaklık (°C) -25.6 -24.2 -23.9 -6.9 -2.6 3.5 6.6 6.5 -0.7 -6.2 -19.5 -24.0 -25.6


304

2.2.2. Morfolojik Özellikler

Bitki Boyu; Bitkilerin toprak toprak seviyesinden itibaren bitkinin en üst kısmına kadar olan mesafe

ölçülmüştür. Bitki Çapı; Lavanta bitkisinin agronomik özelliklerinden taç hacmini belirlemek için bitki serbest

durumdayken en uç iki yaprak arasındaki mesafe;

Çiçek Sapı Uzunluğu; Bitki gövdesi üzerindeki çiçek sapının başlangıcı ile ilk çiçek arasındaki uzaklık ölçülerek belirlenmiştir.

Başaklı Çiçek Sapı Uzunluğu; Bitkinin çiçek sapı başlangıcı ile en ucu arasındaki uzaklık ölçülerek

belirlenmiştir.

Başak Uzunluğu; Sap üzerindeki ilk çiçek ile son çiçek arasındaki uzaklık ölçülerek belirlenmiştir. Çiçek Sapı Çapı; Bitki çiçek sapının ilk çiçeğin başlangıç kısmından kumpas metre ile ölçülerek

belirlenmiştir.

Çiçek Sayısı; Bitki üzerindeki başak sayısı olarak belirlenmiştir.


Denemede 28.08.2018 tarihinde yapılan ölçümlere göre elde edilen sonuçlar Çizelge 3’de verilmiştir.

Çizelge 3. 28.08.2018 tarihli ölçüm verileri

SULAMA KONUSU S2 (%66) S1(%100) S4(%0) S3(33)

Bitki boyu (cm) 40.40 36.10 43.47 34.77

Bitki çapı (cm) 9.98 9.38 8.73 8.29

Çiçek sapı uzunluğu (cm) 22.65 16.50 21.63 23.53

Başaklı çiçek sapı uzunluğu (cm) 27.99 22.03 28.82 29.64

Başak uzunluğu (cm) 5.33 5.53 7.18 6.11

Çiçek sapı çapı (mm) 1.03 1.14 1.04 1.14 Çiçek sayısı 2.86 2.67 2.30 3.03

Ölçümler analiz edilerek değerlendirildiğinde; sulamanın yapılmadığı (S4) sadece yağış miktarı kadar

su aldığı ortamda bitki boyunun (43.47), başaklı çiçek sapı uzunluğunun ve başak uzunluğunun en fazla,

%66’lık sulamada bitki çapının (9.98) iyi geliştiği, %33’lük sulamada Çiçek sapı uzunluğunun (28.82) ve çiçek sapı çapının (1.14) en iyi geliştiği, %100 sulamada çiçek sayısının en fazla olduğu gözlemlenmiştir.

Niğde Ömer Halisdemir Üniversitesi kampüs alanında yürütülen araştırmada, lavanta bitkilerine farklı

sulama deseninde uygulama yapılmış ve ölçümler elde edilmiştir. Bitkilere verilmiş olan sulama suyu miktarı Niğde Meteoroloji Müdürlüğünden alınarak buharlaşma ve yağış değerlerine göre hesaplanmıştır.

Elde edilen verilere göre sulama yapmaksızın bitkilerin yaşamlarını devam ettirdiği gözlemlenmiştir.

Denemede saksı ortamının bitki türlerinin su stresine dayanıklılığı düşük olmasına rağmen lavanta

bitkileri canlılığını yitirmediği belirlenmiştir. Bu sonuçlara göre lavanta bitkisinin saksıda toprak ortamında kurak koşullara uygun olduğu ve kısıntılı

sulamada tam sulamaya göre daha iyi gelişme gösterebileceği belirlenmiştir.

4. SONUÇ Elde ettiğimiz bu sonuçlara göre, lavanta'nın Niğde ekolojik koşullarında çok iyi şekilde

yetiştirilebileceği belirlenmiştir.

Küresel ısınmanın artmasından dolayı sıcaklık artmakta ve kuraklık dünyayı etkileyen en önemli çevresel stres olarak görülmektedir. İnsanlar az su ile yapılacak olan ürün arayışına girmektedir. Değişen

iklim göz önüne alındığında abiyotik (sıcaklık, kuraklık) faktörler biyotik (hastalıklar ve zararlılar) sıkıntıyı

da beraberinde getirmektedir. Bu nedenle kurak alanlarda yetişebilecek olan türlerin seçimine önem

verilmesi gerekmektedir. Niğde koşullarında yetişen Lavandula officinalis bitkisinin kurak koşullarda dayanıklılığı gözlemlenmiştir. Lavanta bitkisi sadece yağmur sularından beslendiğinde dahi canlılığını

yitirmemiştir. Bitkide en önemli kısımlarından olan başak uzunluğu sulama yapılan lavantalarda daha az

gelişim göstermiştir.


305

Lavanta bitkisi Niğde ekolojik koşullarında 8–9 aylık (Nisan–Aralık) süreç içerisinde elde edilen sonuçlara göre, bitki boyu (43.47) ve başak uzunluğunun (7.18) en fazla olduğu tespit edilmiştir.

Yapılan araştırma sonucuna göre, kurak koşullarda lavanta bitkisinin gelişimini devam ettirdiğinden

tercih edilen bitkiler arasında lavanta bitkisine yer verilebilir.

TEŞEKKÜR

Bu çalışma GBT 2017/03-BAGEP no’lu proje kapsamında Niğde Ömer Halisdemir Üniversitesi

Bilimsel Araştırma Projeleri Koordinasyon Birimi tarafından desteklenmiştir. Yazarlar ayrıca desteklerinden

ötürü Niğde Açık Ceza İnfaz Kurumu Müdürlüğüne teşekkür eder.

KAYNAKLAR

Aksakal EL, İ Angin & T Öztaş. 2011. Effects of diatomite on soil physical properties. Catena, 88:1–5.

Alatrache A, B Jamoussi, R Tarhouni & M Abdrabba. 2007. Analysis of theessential oil of Lavandula latifolia

from Tunisia. Journal of Essentıal Oil Bearing Plants, 10(6):446-452.

Angin I, M Köse & R Aslantaş. 2011 Effect of diatomite on grownth of strawberry. Pak. J. Bot., 43(1): 573-577.

Angioni A, A Barra, V Coroneo, S Dessi & P Cabrast. 2006. Chemical Composition, Seasonal Variability, and

Antifungal Activity of Lavandula stoechas L. ssp. stoechas Essential Oils From Stem/Leaves and Flowers.J.

Agric.Food Chem., 54(12): 4364-4370.

Anonim. 2009. “Baharın İlk Günlerinde Lavanta…”. https//ozgesipahioglu.wordpress.com. Accessed 07.04.2009.

Anonim. 2012. AKİB Kimyevi Maddeler ve Mamulleri Sektörel Haber Bülteni, “Kimya ihracatı 2012’de hız

kesmedi”. http//www.akib.org.tr. Accessed 23/01-13/02/2012.

Anonim. 2018. Kapaklı Bakış - Trakya Tarımsal Araştırma Enstitüsü.

http://www.kapaklibakis.com.tr/gundem/lavanta-yaginin-litresi-100-euro-dan-satiliyor-h1688.html. Alıntı

07 Haziran 2018 Perşembe 13:58.

Anonim. 2019. https://www.yasamicingida.com/tarim/lavanta-uretim-alani-10-bin-donumu-gecti/

Arabacı O & E Bayram. 2005. Aydın Ekolojik Koşullarında Lavanta(Lavandula angustifolia Mill.)’nın Bazı

Agronomik Ve Kalite Özellikleri Üzerine Bitki Sıklığı ve Azotlu Gübrenin Etkisi. ADÜ Ziraat. Aslancan H & R Sarıbaş. 2011.Lavanta Yetiştiriciliği. Meyvecilik Araştırma Enstitüsü Müdürlüğü. Yayın No: 41

Yayın Tarihi: 15.11.2011

Aslancan H. 2016. Bazı Lavanta (Lavandula X intermedia Emeric Ex Loisel.) Ekotip ve Çeşitlerinin Isparta Koşullarında Tarımsal ve Teknolojik Özelliklerinin Belirlenmesi. Yüksek Lisans Tezi. Süleyman Demirel

Üniversitesi, Fen Bilimleri Enstitüsü, Tarla Bitkileri Anabilim Dalı. s: 46.

Atalay AT. 2008. Konya Ekolojik Şartlarında Yetiştirilen Lavanta (Lavandula angustifolia Mill.)’Da Farklı Dozlarda Uygulanan Organik ve İnorganik Azotlu Gübrelerin Verim ve Kalite Özellikleri Üzerine Etkileri.

Selçuk Üniversitesi Fen Bilimleri Enstitüsü, Tarla Bitkileri Ana Bilim Dalı, Yüksek Lisans Tezi, s: 46.

Ayanoğlu F, A Mert v& A Kaya. 2000. Hatay florasında Yetişen Karabaş Lavanta (Lavandula stoechas)’nın

Çelikle Köklendirilmesi Üzerine Farklı Lokasyonların Ve Hormon Dozlarının Etkisi. Turk J agrıc For 24:

607-610.

Aydın Y. 2004. Antepfıstığında Farklı Su ve Azot Düzeylerinin Verim ve Periyodisite Üzerine Etkileri. ÇÜ.

Fen Bilimleri Enstitüsü. (Doktora Tezi)

Başer KHC. 1993. Essential Oils Of Anatolian Lamiaceae: A. Profile. Acta Horticulturae, 333: 217–238

Baydar H. 2007. Tıbbi Aromatik ve Keyif Bitkileri Bilimi ve Teknolojisi (Geliştirilmiş II. Baskı). Süleyman

Demirel Üniversitesi Ziraat Fakültesi Yayınları. Yayın No 51, Sayfa 205-214.

Ceylan A. 1996. Tıbbi Bitkiler II. Ege Üniversitesi Ziraat Fakültesi Yayın No:481, S.139-291.

Ceylan A. 1987. Tıbbi Bitkiler II. (Uçucu yağ içerenler). Ege Ünv.Zir. Fak. Yayın No:481, Bornova, İzmir.

Çetin M & B Taş. 2012. Biyolojik Orijinli Tek Doğal Mineral: Diyatomit. Tübav Bilim Dergisi, 5(2): 28-46.

Çimen G. 2016. Lavantanın Çiçek Verimi ve Uçucu Yağ Bileşnelerine Malç Uygulamasının Etkisi. Yüksek

Lisans. ulusal tez merkezi, 446474. Er G. 2011. Asidik Topraklara İlave Edilen Diyatomit ve Zeolitin Mısır Bitkisi (Zea mays L. Akpınar, Karadeniz

Yıldızı) Çeşitlerinin Kuru Madde Verimi ve Mineral İçeriği Üzerine Etkisi. Atatürk Üniversitesi, Fen

Bilimleri Enstitüsü, Toprak Bilimi ve Bitki Besleme Anabilim Dalı. s: 79.

Ethan B, F Ivo, L Richard, N Jamie, S Michael, S David & U Catherine. 2004. Lavender (Lavandula angustifolia Miller), Journal Of Herbal Pharmacotherapy, 4(2): 63-78, DOI: 10.1080/J157v04n02_07

Guo XF, ZB Wei, QT Wu, JR Qiu & JL Zhou. 2011. Cadmium And Zinc Accumulation İn Maize Grain As

Affected By Cultivars And Chemical Fixation Amendments. Pedosphere, 21(5): 650-656, China.

https://www.yasamicingida.com/tarim/lavanta-uretim-alani-10-bin-donumu-gecti/


306

Gül A & A Sevgican. 1992. Topraksız Ortamların Seramarul Yetiştiriciliğine Etkileri. Türkiye I. Ulusal Bahçe

Bitkileri Kong. Cilt 2, 311-313.

Güneş Ö. 2017. Isparta-Keçiborlu Amorf Silis Yataklarının Tarım Teknolojileri Alanında Kullanım Özelliklerinin

Belirlenmesi.Yüksek Lisans Tezi. 470711 ulusal tez merkezi.

Kaloustain J, MA Pauli & J Pastor. 2000. Evolution of Camphor And Others Components İn The Essential Oils

Of Two Labiate Species During The Biological Cycle. Analysis, 28: 308-315, EDP Sciences, Wiley-VCH

2000, France.

Kara N & Baydar H. 2011. Türkiye’de Lavanta Üretim Merkezi Olan Isparta İli Kuyucak Yöresi Lavantalarının

(Lavandula x intermedia Emeric ex Loisel.) Uçucu Yağ Özellikleri. Selçuk Üniversitesi Selçuk Tarım ve

Gıda Bilimleri Dergisi, 25(4) 42-46.

Kara N, H Baydar & S Erbaş. 2011. Farklı Çelik Alma Dönemleri ve IBA Dozlarının İn Vivo Koşullarında Bazı

Tıbbi Bitkilerin Köklenmesi Üzerine Etkisi. IX. Tarla Bitkileri Kongresi, 12-15 Eylül 2011, Bursa.

Karadoğan T, H Baydar & H Özçelik. 2003. Göller Yöresinde Lamiaceae Familyasına Dahil Bitki Türlerinin

Tespiti ve Tıbbi ve Aromatik Değerlerinin Belirlenmesi. TÜBİTAK Projesi, Proje No: TOGTAG-2599,

Isparta.

Karık Ü & Öztürk M. 2010. Uçucu Yağ Sektörünün Ulusal Ekonomimizdeki Yeri, Sorunları ve Çözüm. Alatarım,

9(2): 30-37.

Karık Ü, F Çiçek & O Çınar. 2017. Menemen Ekolojik Koşullarında Lavanta (Lavandula spp.) Tür ve

Çeşitlerinin Morfolojik, Verim ve Kalite Özelliklerinin Belirlenmesi. ANADOLU, J. of AARI, 27(1): 17 - 28

MFAL

Kuru A. 2016. Entansif Tarımda Jojoba Ve Lavanta Bitkilerinin Allelopatik Potansiyellerinin Araştırılması.

Yüksek Lisans Tezi. 464813 ulusal tez merkezi.

Li S, XGW Xue, X Li, B Zhao & F Chen. 2008. Influences Of Diatomite Medium Proportion On Vegetative

Growth Of Pot Capsicum Annuum. I. National Engineering Research Center for Information Technology in

Agriculture, Beijing, China,

Marumoto T & H Shindo. 1993. Effect Of Red Cabbage Residues Percolated Using Diatom Earth As A Filter On

Rice Growth And Soil İmprovement. Bulletin of the Faculty of Agriculture, Yamaguchi University (41): 13-

24.

Munoz Bertomeu J, I Arrıllaga & J Segura. 2007. Essential Oil Variation Within and Among Natural Populations

of Lavandulalatifolia and Its Relation to Their Ecological Areas. Biochemical Systematics and Ecology, 35(8): 479-488.

Nalbant H. 2013. Uygun Olmayan Fiziksel Koşullara Sahip Toprakların Toprak Düzenleyicileri İle İyileştirilmesi

Üzerine Bir Araştırma. Doktora Tezi. Namık Kemal Üniversitesi, Fen Bilimleri Enstitüsü, Toprak Bilimi ve

Bitki Besleme Anabilim Dalı.

Örs S & M Ekinci. 2015. Kuraklık Stresi Ve Bitki Fizyolojisi. Derim Dergisi, 32(2): 237-250 DOI:

10.16882/derim.2015.90060 237

Özgüven M, M Bux, WD Koller, N Sekeroglu, M Kırpık & J Muller. 2007. Influence of Fluctuating Drying

Conditions During Shade- ,Sun- and Solar-Drying on The Quality of Lavandula officinalis L.,Origanum

syriacum L. and Thymbra spicata L. Zeitschrift furArznei- & Gewurzpflanzen, 12(2): 80-87.

Pınto JEBP, JCW Cardoso, EM de Castro, SKV Bertoluccı, LA de Melo & S Dousseau. 2007.

Morphophysiological Aspectsand Essential Oil Content in Brazilian-Lavender as Affected byShadowing.

Hortıcultura Brasıleıra, 25(2): 210-214.

Quazi MH. 1980. In Vitro Multiplication Of Lavandula Spp. Ann Bot, vol .45 pp. 361-362.

Rizwan M, JD Meunier, H Miche & C Keller. 2012. Effect Of Silicon On Reducing Cadmium Toxicity İn Durum

Wheat (Triticum Turgidum L. cv. Claudio W.) Grown İn A Soil With Aged Contamination. Journal of

Hazardous Materials 209/210 Oxford: Elsevier Ltd, 326-334, UK.

Sınmaz T. 2001. Çukurova Bölgesi Kıraç Koşullarında Lavanta (Lavandula Officinalis Chaix)'Nın Yetiştirilme Olanakları. Yüksek Lisans Tezi, s:58.

Tınmaz AB, H Aslancan & R Sarıbaş. 2012. Bazı Lavanta Çeşit ve Tiplerinde Adaptasyon Çalışmaları. Tıbbi ve

Aromatik Bitkiler Sempozyumu, 22-25 Nisan, Tokat, s.195-207.

TÜİK. 2017. http://www.tuik.gov.tr/PreTablo.do?alt_id=1001

Wehtje GR, JN Shaw, RH Walker & W Williams. 2003. Bermudagrass Growth İn Soil Supplemented With

İnorganic Amendments. Alexandria: American Society for Horticultural Science, HortScience, 38(4): 613-

617.


307

Effects of Four Irrigation Levels and Bio-activator Application on Strawberry

Fruit and Leaf Calcium Concentration

Eser Çeliktopuz1,*

, Burçak Kapur1, Mehmet Ali Sarıdaş

2, Sevgi Paydaş Kargı

2, Bülent

Özekici1

1Department of Agricultural Structures and Irrigation, Faculty of Agriculture, University of Çukurova,

01330, Adana, Turkey

2Department of Horticulture, Faculty of Agriculture, University of Çukurova, 01330, Adana, Turkey


ABSTRACT

This study was carried out under Spanish type high tunnels in Çukurova University Horticulture Trial

Area during 2016-2017 growing season in order to determined the effects of bio-activator application with 4 different irrigation levels on leaf and fruit calcium (Ca) concentrations at ‘Kabarla’ strawberry variety. 4

different irrigation levels (Full irrigation, IR100; 25% Restricted Irrigation, IR75; 50% Restricted Irrigation,

IR50; 25% Over Irrigation, IR125) were tested. Besides, control (without bio-activator) and full application were performed to determine the effects of bio-activator. To the results of the research, which carried out

according to the experimental design of split plots in randomized blocks, it was determined that although

bio-activator increased the fruit and leaf Ca concentrations, these increases were not statistically significant.

It was detected irrigation applications affected leaf Ca concentrations statistically significant (p<0.05), but did not affect fruits. The highest leaf Ca concentration was obtained from IR125 irrigation application with

1.54%, while the lowest was obtained from IR50 with 1.35%. However, IR75 and IR100 applications were

found to be in the same significance group with similar values. In addition, it was also noteworthy that the highest fruit Ca concentration was obtained from IR50 application. Also, It was determined differences

caused by irrigation x application interaction had no effect on both fruit and leaf Ca concentrations. These

results indicate that 25% restricted irrigation practices did not change both leaf and fruit Ca concentrations and continued Ca intake even under water stress conditions when compared to full irrigation.

Keywords: Strawberry, restricted irrigation, bio-activator, Ca, water stress


Dört Sulama Seviyesi ve Biyo-aktivatör Uygulamasının Çilekte Meyve ve Yaprak Kalsiyum

Konsantrasyonlarına Etkileri

ÖZET

Bu çalışma dört farklı sulama seviyesi ile birlikte biyo-aktivatör uygulamasının ‘Kabarla’ çilek çeşidine

ait meyveler ve yapraklardaki kalsiyum (Ca) konsantrasyonlarına etkilerini belirlemek amacıyla 2016-2017

yetiştirme sezonunda Çukurova Üniversitesi Bahçe Bitkileri Deneme Alanında bulunan İspanyol tipi yüksel

tüneller altında gerçekleştirilmiştir. Araştırmada 4 farklı sulama seviyesi (Tam sulama, IR100; % 25 düzeyinde Kısıntılı Sulama, IR75; % 50 düzeyinde Kısıntılı Sulama, IR50; % 25 düzeyinde Aşırı Sulama,

IR125) denenmiştir. Ek olarak, biyo-aktivatörün etkilerini belirlemek amacıyla kontrol (biyo-aktivatörsüz)

ve tam olarak uygulama yapılmıştır. Tesadüf bloklarında bölünmüş parseller deneme desenine göre

yürütülen araştırma sonucunda, biyo-aktivatör uygulamasının meyve ve yaprak Ca konsantrasyonlarını arttırdığı belirlenmesine rağmen, bu artışların istatistiksel olarak önemli olmadığı tespit edilmiştir. Sulama

uygulamalarının yaprak Ca konsantrasyonlarını istatistiksel olarak önemli düzeyde (p<0.05) etkilediği



308

belirlenirken, meyveleri etkilemediği belirlenmiştir. En yüksek yaprak Ca konsantrasyon değeri % 1.54 ile IR125 sulama uygulamasından elde edilirken, en düşük değer IR50 uygulamasından % 1.35 ile elde

edilmiştir. Ancak, IR75 ve IR100 uygulamalarının yakın değerler ile istatistiksel olarak aynı önem grubunda

yer almaları dikkat çekmiştir. Ek olarak, en yüksek meyve Ca konsantrasyonunun IR50 uygulamasından

elde edilmesi yine dikkat çekmiştir. Ayrıca, sulama x uygulama etkileşiminden kaynaklanan farkların hem yaprak hem de meyve Ca konsantrasyonları üzerinde etkisinin olmadığı belirlenmiştir. Bu sonuçlar, tam

sulama ile kıyaslandığında % 25 düzeyinde kısıntılı sulama uygulamalarının hem yaprak hem de meyve Ca

konsantrasyonlarını değiştirmediği ve su stresi koşulları altında bile Ca alımının devam ettiğini göstermektedir.

Anahtar Kelimeler: Çilek, kısıntılı sulama, biyo-aktivatör, Ca, su stresi

1. GİRİŞ

Çilek, hoş kokulu, lezzetli ve hem sanayiye uygunluğu hem de taze olarak tüketilebildiğinden dolayı tüketici tarafından dünyada en çok tercih edilen üzümsü meyvedir. Ek olarak, A, B, C vitaminleri ile birlikte

kalsiyum (Ca), demir (Fe) ve fosfor (P) gibi minarellerce de zengin bir yapıya sahiptir. İnsan sağlığı ve

beslenmesine katkısının yanı sıra karlı bir yatırım unsuru olması günümüzde çilek üreticiliğine ilgiyi giderek arttırmaktadır. Nitekim, Türkiye çilek üretiminin 2018 yılında, 2017 yılına göre üretim alanı % 4.6 artarken,

verimi ise % 10.2 oranında arttığı görülmektedir (Anonim, 2019).

Ca bitkilerin metabolizmalarının düzenleyen en önemli besin elementlerinden biridir (Sharma & Singh,

2008) ve diğer makro elementlerden farklı olarak, bitkilerin hücre duvarlarının sertleşmesini ve güçlenmesini desteklemektedir (Sarıdaş, 2013). Bitkilerde Ca eksikliğinde hücre bölünmesi durma noktasına

gelirken (Schmit, 1981), kök uzaması aksamaktadır (Marschner ve Richter, 1974). Hakala ve ark. (2003)

çileklerin çok iyi Ca kaynakları olduğunu bulmuşlardır. Ayrıca, çileklerde belirli dozlarda Ca uygulamaları ile meyvelerin olgunlaşma süresinin geciktiği (Ferguson, 1984) ve raf ömrünü belirleyen meyve et

sertliğinin arttırıldığı belirlenmiştir (Nestby ve ark., 2005; Sarıdaş, 2013). Ancak, yüksek Ca gübrelemesinin

ise düşük meyve asidine ve şekil bozukluklarına yol açtıkları saptanmıştır (Raynal ve Carmentran, 2001).

Küresel ısınmanın etkisiyle önümüzdeki yıllarda ortalama sıcaklığın (Anonim, 2004; Grant ve ark, 2012) ve bitkilerin su ihtiyacının giderek daha da artacağı bilinmektedir (Feng & Fu, 2013; Klamkowski ve

ark, 2015). Bunun sonucunda bitkilerin gelişim ve üretimindeki aksaklıklara ek olarak, mineral alımıyla

ilgili sorunların da olacağı beklenmektedir (Silva ve ark, 2011; Çeliktopuz, 2019). Tüm bu koşullar günümüz şartlarında ele alındığında, bitkilerde su stresi ve su stresi-mineral beslenme ilişkilerini içeren

çalışmalar daha da önem kazanacaktır. Ek olarak, biyo-aktivatörler gibi bitkilerin doğal savunma

mekanizmalarını güçlendiren, besin elementi ve su alımını attıran, bitki büyümesini teşvik eden, çevre dostu ve doğal uygulamalardan da yararlanılması modern tarımın geleceği açısından oldukça önemlidir (Spinelli

ve ark, 2010; Bulgari ve ark., 2015). Yeni nesil bitki özlerinden olan biyo-aktivatörlerin içeriklerini

vitaminler (Spinelli ve ark., 2010), amino asitler, makro ve mikro besin elementleri (Sharma ve ark., 2014),

yosunlar ve bitki büyüme düzenleyicileri (Jameson, 1993) oluşturmaktadır. Ayrıca, biyo-aktivatörlerin çok düşük oranlarda bile kullanıldığında bitki besin elementi alımını teşvik ettiği Battacharyya ve ark. (2015)

tarafından tespit edilmiştir.

Akdeniz bölgesi çilek yetiştiriciliğinin en yoğun yapıldığı bölgedir ve yetiştiriciler çoğunlukla bilinçsizce sulama yaptıklarından dolayı aşırı su uyguladıklarını fark etmemektedirler. Bunun sonucunda,

killi ve siltli topraklarda özellikle mantari hastalıklar ile kloroz görülürken, kumlu topraklarda ise Ca, P ve

Mg gibi katyonların yıkanması ile verimde ciddi düşüşler meydana gelmektedir. Ek olarak, başlıca

meyvelerde olmak üzere farklı sulama seviyelerinde besin elementi konsantrasyonu değişimleri konusunda bilgi eksikliği bulunmaktadır. Bu çalışmada çileklerde Ca elementinin kritik ve en uygun seviyelerinin

bilinmesi amacıyla farklı sulama seviyeleri ve biyo-aktivatör uygulamasının Kabarla çeşidinin meyve ve

yapraklarındaki Ca konsantrasyonu üzerine etkileri araştırılmıştır.

2. MATERYAL VE METOD

Çalışma, 2016-2017 yetiştirme sezonu içerisinde Çukurova Üniversitesi Ziraat Fakültesi Bahçe

Bitkileri Bölüm arazisi içerisinde yer alan İspanyol tipi yüksek tünel içerisinde yürütülmüştür. Deneme

topraklarının killi tınlı olduğu, tarla kapasitesi ve solma noktası değerlerinin ise sırasıyla 34 g/g ve 18 g/g

olarak belirlenmiştir. Çilek fideleri, sıra araları 40 cm, sıra üzerileri çift taraflı ve karşılıklı gelmeyecek şekilde 30 cm olarak 20 Eylül 2016 tarihinde dikilmiş ve gri renk maçla kaplanmıştır. Araştırmada bitki


309

materyali olarak sera ve açık yetiştiricilik için uygun özelliklere sahip, erkenci, yüksek verimli nötr gün çilek çeşitlerinden ‘Kabarla’ kullanılmıştır. Dikimden sonra, her bir bitkiye ortama uyum sağlaması için 3

yapraklı olana kadar aynı miktarda sulama suyu verilmiştir. Gübreler, damla sulama sistemi aracılığı ile

deneme sonuna kadar tüm bitkilere aynı oranda uygulanırken, gerek görüldüğü durumlarda ise ilaçlama

yapılarak bitkilerin deneme sonuna kadar sağlıklı şekilde kalması sağlanmıştır. Deneme 4 x 2 faktöriyel düzende (sulama düzeyi x biyo-aktivatör) bölünmüş parseller deneme

desenine göre 3 yinelemeli olarak (ardışık 3 ay) toplamda 24 parsele göre düzenlenmiştir. Farklı sulama

seviyeleri alt parselleri oluştururken, biyo-aktivatör uygulaması ana parseli oluşturmuştur. Sulama seviyeleri, yüksel tüneli temsil edecek şekilde ortasına yerleştirilen A sınıfı buharlaşma kabından ölçülen

buharlaşma değerinin de kullanıldığı formüle göre (1) tam sulama suyu miktarının 0.5 (IR50), 0.75 (IR75),

1.0 (IR100) ve 1.25 (IR125) katı olarak belirlenmiştir. Belirlenen sulama suyu miktarları 2,7 L h-1

debili

damlatıcılar aracılığıyla bitki köklerine 3 günde bir uygulanmıştır. Biyo-aktivatör olarak BCS Öko-Garantie GMBH, Nürnberg, Almanya tarafından bitki özü olarak onaylı ticari bir çeşit kullanılmıştır. Bu biyo-

aktivatörün içeriğini ise organik madde (%67), alginik asit (%18), K2O (%1.5), gibberelik asit (250ppm)

oluşturmaktadır. Biyo-aktivatör 20g da-1

olacak şekilde 4 kez yapraktan püskürtülerek bitkilere uygulanmıştır. Ayrıca, denemede biyo-aktivatör konuları biyo-aktivatörlü (C) ve biyo-aktivatörsüz (kontrol)

olarak ele alınmıştır.

IR100 hesaplanması;

t= (A x Eo x P x Kcp) / q x n (1)

Burada; t : Sulama sisteminin çalışma süresi (h),

A : Sulama alanı (m2),

Eo : Klass A pan'dan ölçülen değer (mm), P : Bitki örtü yüzdesi (%),

Kcp : Bitki pan katsayısı (0.5, 0.75, 1 ve 1.25),

q : Damlatıcıların debisi (lt h-1

), n : Sulama alanındaki damlatıcı sayısı (adet).

Ek olarak, farklı sulama seviye uygulamalarına 20 Haziran 2017 tarihinde geçilmiştir. Farklı sulama

seviye uygulamalarına geçilmeden önce tüm konulara eşit olarak 179 mm su verilmiştir. Bu tarihten deneme sonuna kadar geçen sürede IR125, IR100, IR75 ve IR50 uygulamalarına sırasıyla toplamda 451 mm, 397

mm, 342 mm ve 288 mm su uygulanmıştır. Aktif hasat döneminde (Mart-Mayıs) uygulanan farklı sulama

suyu miktarları ve biyo-aktivatörün yapraklar ve meyvelerdeki Ca konsantrasyonlarında meydana getirdiği değişiklikleri incelemek amacıyla bir dizi işlem gerçekleştirilmiştir. Birer ay ara ile üç kez genç

yapraklardan ve hasata gelmiş meyvelerden 10-15 adet örnek alınarak, temizlenmiş ve etüve konularak 65°C

de sabit ağırlığa ulaşıncaya kadar kurutulmuştur. Daha sonra öğütülen bu örnekler, kuru yakma metoduna

göre yakıldıktan sonra üzerlerine önce 2 ml 1/3’lük HCL ve 18 ml saf su eklenerek mavi bant filtre kağıdında süzdürülmüştür. Daha sonra analize hazır hale gelen bu örneklerin Ca konsantrasyonları atomik

absorpsiyon spektrofotometrede (Perkin-Elmer) belirlenmiştir (Kacar & İnal, 2008).

Araştırmada elde edilen veriler, JMP paket programında ANOVA testine tabi tutulup konular gruplara

ayrılarak değerlendirilmiştir. Gruplar arasındaki farklar ise LSD testine göre belirlenmiştir.


Aktif hasat döneminde (Mart-Mayıs) farklı sulama seviyeleri ve biyo-aktivatör uygulamalarının

‘Kabarla’ çilek çeşidinde meyve ve yaprak Ca konsantrasyonlarında meydana getirdiği değişiklikler Çizelge

1’de verilmiştir.

İncelenen yaprakların Ca konsantrasyonları aktif hasat döneminde % 0.46–% 2.45 arasında değişmiş olup, Mills ve Jones (1996)’un belirlediği yeterlilik sınır değerleri içerisinde çoğunlukla yer aldığı

belirlenmiştir. Ek olarak, çilek yapraklarının Ca konsantrasyonlarının Cline (2004) % 0.50–% 1.50,

Almaliotis ve ark. (2002) ise % 0.77–% 1.48 arasında değiştiğini bildirmişlerdir. Sulama seviyeleri bakımından en yüksek yaprak Ca konsantrasyonu % 1.54 ile IR125, en düşüğü % 1.35 ile IR50

uygulamasından elde edilirken, sulamalar arasında meydana gelen değişiklerin istatistiksel anlamda önemli

düzeyde (p<0.05) olduğu tespit edilmiştir. Çilek yapraklarında su stresi koşulları altında Ca konsantrasyonunda azalmaların meydana geldiği Kırnak ve ark. (2001) tarafından da bildirilmiştir. Su


310

stresinin Ca konsantrasyonları üzerine etkilerinin incelendiği birçok çalışmada farklı sonuçlar elde edildiği gözlenmiştir. Kırnak ve ark. (2001)’na ek olarak Hu ve Schmidhalter (2005) ve Sardans ve ark. (2008) su

stresine giren çilek yapraklarının Ca konsantrasyonlarında kısmen azalmaların, Utrillas ve ark. (1995) ile

Singh & Singh (2004) ise artışların olduğunu bildirmişlerdir.

Çizelge 1. Farklı Sulama Seviyesi ve Biyo-aktivatör uygulamasının Kabarla çeşidinin meyve ve yaprak Ca

konsantrasyonları (%) üzerine etkileri

Yap

rak

Ca K

on

san

trasy

on

ları

(%)

Sulama Uygulama Mart Nisan Mayıs Sul X Uyg Sul. Ort.

IR 50 Kontrol 0.48 2.04 1.34 1.29

1.35 b Bio-aktivatör 0.49 2.37 1.35 1.40

IR 75 Kontrol 0.48 2.22 1.48 1.40

1.43 ab Bio-aktivatör 0.50 2.21 1.71 1.47

IR 100 Kontrol 0.46 2.27 1.70 1.47

1.44 ab Bio-aktivatör 0.46 2.23 1.54 1.41

IR 125 Kontrol 0.46 2.30 1.71 1.49

1.54 a Bio-aktivatör 0.49 2.45 1.81 1.58

Ay Ort. 0.48 C 2.26 A 1.58 B

Uygulama Ort. Kontrol 1.41

Bio-aktivatör 1.47

LSD ay*** = 0.10 LSD sul* =0.12

Meyv

e C

a K

on

san

tra

syon

ları

(%)

Sulama Uygulama Mart Nisan Mayıs Sul X Uyg Sul. Ort.

IR 50 Kontrol 0.117 0.126 0.137 0.127

0.122 Bio-aktivatör 0.105 0.117 0.131 0.118

IR 75 Kontrol 0.114 0.115 0.090 0.106

0.115 Bio-aktivatör 0.107 0.141 0.125 0.124

IR 100 Kontrol 0.114 0.103 0.108 0.108

0.113 Bio-aktivatör 0.095 0.126 0.132 0.118

IR 125 Kontrol 0.120 0.112 0.101 0.111

0.111 Bio-aktivatör 0.100 0.120 0.116 0.112

Ay Ort. 0.109 0.120 0.117

Uygulama Ort. Kontrol 0.113

Bio-aktivatör 0.118

LSD uyg x ay* =0.02

1) Ortalamalar arasındaki farklar ayrı harflerle gösterilmiştir.

2) ***p<0.01, *p<0.05

Biyo-aktivatör uygulanan bitkilerden alınan yaprak örneklerinin, kontrol bitkilerinden alınan örneklere

göre daha yüksek oranda Ca konsantrasyonuna sahip olduğu belirlenmesine rağmen, bu oranın istatistiksel olarak fark yaratmadığı belirlenmiştir. Ancak, biyo-aktivatör uygulamasının karnıbaharda (Kotze ve Joubert,

1980), marul yapraklarında (Crouch ve ark, 1990) ve domates yapraklarında (Dobromilska ve ark, 2008) Ca

konsantrasyonunu arttırdığı önceki çalışmalarda belirtilmiştir. Aktif hasat döneminin farklı aylarında alınan örnekler incelendiğinde, en yüksek Ca konsantrasyon

değerlerinin Nisan ayında, en düşüklerinin Mart ayında hasat edilen yapraklardan elde edildiği saptanırken,

aylar arasından meydana gelen bu farklılıkların istatistiksel olarak önemli düzeyde (p<0.01) olduğu bulunmuştur. Mart ayında Ca konsantrasyonlarının diğer çalışmalara göre düşük kaldığı ve sonrasında

sıcaklıkların artması ile Ca konsantrasyonlarında artış olduğu saptanmıştır. Nitekim, Taiz ve Zeiger (2002),

Ersoy ve Demirsoy (2006) ve Seferoğlu ve Kaptan (2010) sıcaklıkların artması ile Ca konsantrasyonlarının

arttığını bildirmişlerdir. Çalışmada sulama x uygulama etkileşiminden kaynaklanan en yüksek yaprak Ca konsantrasyon değeri Nisan ayında hasat edilen biyo-aktivatör uygulanmış IR125 (KC125) konusuna ait

yapraklardan % 2.45 ile elde edildiği belirlenmiştir.

İncelenen meyvelerin Ca konsantrasyonları aktif hasat dönemi içerisinde % 0.090–% 0.141 arasında değişmiştir. Benzer olarak Sharma & Singh (2008) çilek meyvelerinin Ca konsantrasyonlarının %0.100–%0.148 arasında değiştiğini bildirmiştir. Başka bir çalışmada ise, farklı çilek çeşitlerinin Ca

konsantrasyonlarının % 0.120–% 0.180 arasında değiştiği tespit edilmiştir (Uzunoğlu Bulduk ve Erdal,

2012). Sulama düzeyleri açısından incelendiğinde, en yüksek Ca konsantrasyon değeri IR50 (% 0.122), en

düşük IR125 (% 0.111) uygulamalarından elde edilmiştir. Ancak, sulama düzeyleri arasında meydana gelen

farklılıklar istatistiksel olarak anlamlı bulunmamıştır. Hem % 50 düzeyinde kısıntılı sulama uygulamasının hem de aşırı sulama uygulamasının (IR125) meyve Ca konsantrasyonları üzerinde farklılık yaratmaması

dikkat çekmiştir. Bunun sebebi, Karaman (2012)’ın belirttiği gibi Ca ve Mn gibi elementlerin hareketlilikleri

N, P, K ve Mg gibi elementlerin hareketliliklerine göre oldukça düşük olduğu ile açıklanabilir. Ca’un bazı


311

enzimleri teşvik etmesi ile su stresine dayanımı arttırdığı Abdul Jaleel ve ark. (2007) tarafından da bildirilmiştir. Ek olarak, Perin ve ark. (2019) % 30 daha az sulanan çileklerin meyve Ca

konsantrasyonlarında artış sağlandığını saptamışlardır.

Biyo-aktivatör uygulanan bitkilerin, kontrollere göre daha yüksek Ca konsantrasyonuna sahip meyveler

ürettikleri belirlense de, oluşan farklılıklar istatistiksel olarak anlamlı bulunmamıştır. Farklı aylarda hasat edilen meyvelerin Ca konsantrasyonları incelendiğinde, en yüksek Ca konsantrasyon değerlerinin Nisan

ayında hasat edilen meyvelerden elde edildiği saptanmıştır. Ancak, aylar arasında oluşan farklılıkların

istatistiksel olarak önemli olmadığı belirlenmiştir.

4. SONUÇLAR

Farklı sulama suyu miktarları ve biyo-aktivatör etkisinin Akdeniz koşullarında Kabarla çilek çeşidinin

meyve ve yapraklardaki Ca konsantrasyonları üzerine etkileri araştırılmıştır. Biyo-aktivatör uygulamaları

hem yaprak hem de meyvelerdeki Ca konsantrasyonlarında artışlara sebep olmasına rağmen, bu değişikliklerin önemli düzeyde olmadığı belirlenmiştir. Bu sebeple, ilerdeki çalışmalar için biyo-aktivatör

dozunun arttırılarak daha fazla çeşitte deneme yapılması önerilmektedir.

Su stresinin en çok yansıtıldığı % 50 düzeyinde kısıntılı sulama uygulamasının yaprak Ca

konsantrasyonlarını olumsuz etkilediği, meyve Ca konsantrasyonunu ise önemli oranda değiştirmediği belirlenmiştir. Aşırı su uygulaması olan IR125 uygulamasının yaprak Ca konsantrayonunu olumlu etkilediği,

meyve Ca konsantrasyonunu değiştirmediği saptanmıştır. Ancak, % 25 düzeyinde kısıntılı sulanan (IR75)

çileklerin hem yaprak hem de meyve Ca konsantrasyonları, tam sulanan (IR100) konulardakiler ile aynı önem grubundan yer almaları dikkat çekmiştir. Sonuç olarak, hem yaprak hem de meyve Ca

konsantrasyonlarının su stresinin şiddetine göre tepkiler verdiği ve bu sebeple olası su stresi koşulları altında

bitki metabolizma faaliyetlerinin sekteye uğramaması için % 25 düzeyinde kısıntılı sulama uygulamasının alternatif bir yöntem olabileceği düşünülmektedir.

KAYNAKLAR

Abdul Jaleel C, R Gopi, BH Sankar, P Manivannan, A Kishoekumar, R Sridharan & R Panneerselvam. 2007. Studies

on germination, seedling vigour, lipid peroxidation and proline metabolism in Catharanthus roseus seedlings

under salt stress. South African Journel of Botany, 73(2), 190–195. https://doi.org/10.1016/j.sajb.2006.11.001.

Almaliotis D, D Velemis, S Bladenopoulou & N Karapetsas. 2002. Leaf nutrient levels of strawberries (cv.Tudla) in

relation to crop yield. Acta Hort, 567: 447–450.

Anonim. 2004. Impactacs of Europe’s Changing Climate. EEA report no. 2/2004. EEA, Copenhagen, Denmark.

Anonim. 2019. Turkish Statistical Institute. Bitkisel Üretim İstatistikleri Veri

Tabanı.http://tuik.gov.tr/PreTablo.do?alt_id=1001, Erişim Tarihi: 25.08.2019. (Article is in Turkish with English

Abstract)

Battacharyya D, Z.M Babgohari, P Rathor & B Prithiviraj. 2015. Seaweed extracts as biostimulants in horticulture.

Scientia Horticulturae, 196, 39–48.

Bulgari R, G Cocetta, A Trivellini, P Vernieri & A Ferrante. 2015. Biostimulants and crop responses: a review.

Biological Agriculture & Horticulture, 31: 1–17. DOI:10.1080/01448765.2014.964649.

Cline RA. 2004. Leaf analyses for fruit crop nutrition. Factsheet Queen’s Printer for Ontario.-

.http://www.omafra.gov.on.ca/english/crops/facts/91–012.htm [erişim 23.12.2018 ]. Crouch IJ, RP Beckett & J Van Staden. 1990. Effect of seaweed concentrate on the growth and mineral nutrition of

nutrient-stressed lettuce. J. Appl. Phycol, 2: 269–272.

Çeliktopuz E. 2019. The effects of different irrigation levels and bioactivator application on yield, fruit quality and

nutrient contents in two strawberry varieties'. CU Science Inst. Department of Agr. Struc. And Irr. Phd thesis,

327p. (Article is in Turkish with English Abstract).

Dobromilska R, M Mikiciuk & K Gubarewicz. 2008. Evaluation of cherry tomato yielding and fruit mineal

composition after using of Bio-algeen S-90 preparation. J. Elem, 13: 491–499.

Ersoy B & H Demirsoy. 2006. Effect of shading on seasonal variation of some macro–nutrients in ‘Camarosa’

strawberry. Asian Journal of Chemistry, 18(3): 2329–2340.

Feng S & Q Fu. 2013. Expansion of global drylands under a warming climate. Atmos. Chem. Phys., 13: 10081–10094.

Ferguson L. 1984. Calcium in plant senescence and fruit ripening. Plant Cell Environ, 7: 477–489.

Grant OM, MJ Davies, CM James, AW Johnson, ILeinonen & DW Simpson. 2012. Thermal imaging and carbon

isotope composition indicate variation amongst strawberry (Fragaria x ananassa) cultivars in stomatal

conductance and water use effiency. Environmental and Experimental Botany, 76:7–15.


312

Hakala M, A Lapvetelainen, R Huopalahti, H Kallio & R Tahvonen. 2003. Journal of Food Composition and Analysis,

16(1) 67–80.

Hu Y & U Schmidhalter. 2005. Drought and salinity: A comparison of their effects on mineral nutrition of plants.

Journal of Plant Nutrition and Soil Science, 168: 541–549.

Jameson PE. 1993. Plant hormones in the algae. In: Round, F.E., Chapman, D.J. (Eds), Progress in Phycological Research., vol. 9. Biopress Ltd., Bristol: UK, p.239.

Kacar B & A Inal. 2008. Plant analysis. Nobel Pres, (1241), 891.

Karaman M. 2012. Plant nutrition. Gübretaş rehber kitaplar dizisi:2, sf.66, Isbn: 978–605–87103–2–0 (Article is in

Turkish with English Abstract).

Kirnak H, C Kaya, D Higgs, &S Gercek. 2001. A long-term experiment to study the role of mulches in the physiology

and macro-nutrition of strawberry grown under water stress. Australian Journal of Agricultural Research, 52(9)

937–943.

Klamkowski K, W Treder & K Wojcik. 2015. Effects of lon-term water stress on leaf gas exhange, growth and yield of

three strawberry cultivars. Acta Sci. Pol. Hortorum Cultus, 14(6): 55–65.

Kotze WAG & Joubert M. 1980. Influence of foliar spraying with seaweed products on the growth and mineral

nutrition of rye and cabbage. Elsenburg. J., 4: 17–20.

Marschner H & C Richter. 1974. Calcium- Transport in Wurzeln von Maisund Bohnenekeimpflanzen. Plant and Soil,

40:193–210.

Mills HA & Jr JB Jones. 1996. Plant Analysis Handbook II. A Practical Sampling, Preparation, Analysis, and

Interpretation Guide. Micro-Macro Publishing, Athens.

Nestby R, F Lieten, D Pivot, C Raynal Lacroix & M Tagliavini. 2005. Influence of Mineral Nutrients on Strawberry

Fruit Quality and Their Accumulation in Plant Organs. International Journal of Fruit Science, 5(1): 139–156,

DOI: 10.1300/J492v05n01_13

Perin EC, RDS Messıas, V Gallı, J.C Borowskı, ERD Souza, LOD Avıla, AL Bamberg & CV Rombaldı. 2019. Mineral

content and antioxidant compounds in strawberry fruit submitted to drough stress. Food Science and Technology,

D httpsI://doi.org/10.1590/fst.09717.

Raynal C & M Carmentran. 2001. Fertilization of strawberry crops–Yield and fruit quality. Infos-CTIFL, 170: 41–44.

Sardans J, J Peñuelas & R Ogaya. 2008. Drought’s impact on Ca, Fe, Mg, Mo and S concentration and accumulation

patterns in the plants and soil of a Mediterranean evergreen Quercus ilex forest. Biogeochemistry, 87: 49–69.

Sarıdaş M. 2013. The effect of different doses of calcium nitrate application in some strawberry cultivars on yield and fruit quality criterias with nutrition element concentration in leaf. Ç.Ü. Fen Bil. Enst. Bahçe Bitkileri Anabilim

Dalı YL tezi. (Article is in Turkish with English Abstract).

Schmit JN. 1981. Le calcium dans le cellule generatrice en mitose. Etude dans le tube pollinique en germination du

Cliva nobilis Lindl.(Amaryllidacee).C.R.Acad. Sci. Ser.[III]293:755–760.

Seferoğlu S & MA Kaptan. 2010. Seasonal Variation of Nutrients in Camarosa Strawberry Cultivars. 5. Bitki Besleme

ve Gübre Kongresi Bildirileri. Sayfa:203–209 (Article is in Turkish with English Abstract).

Sharma RR & R Singh. 2008. Fruit nutrient content and lipoxygenase activity in relation to the production of

malformed and button berries in strawberry (Fragaria x ananassa Duch.). Scientia Horticulturae, 119: 28–31.

Sharma SSH, C Fleming, & C Selby. 2014. Plant biostimulants: a review on the processing of macroalgae and use of

extracts for crop management to reduce abiotic and biotic stresses. J Appl Phycol, 26: 465–490. DOI

10.1007/s10811-013-0101-9.

Silva DCE, RJMN Nogueira, MA Da Silva & MB De Albuquerque. 2011. Drought Stress and Plant Nutrition. Global

Science Books. 32–41.

Singh B & G Singh. 2004. Influence of soil water regime on nutrient mobility and uptake by Dalbergia sissoo

seedlings. Tropical Ecology, 45: 337–340

Spinelli F, G Fiori, M Noferini, M Sprocatti & G Costa. 2010. A novel type of seaweed extract as a natural alternative

to the use of iron chelates in strawberry production. Sci Hortic., 125: 63–269.

Taiz L & E Zeiger. 2002. Plant Physiology.- Sunderland, USA. 690 p.

Utrillas MJ, L Alegre & E Simon. 1995. Seasonal changes in production and nutrient content of Cynodon dactylon (L.)

Pers. subjected to water deficits. Plant and Soil, 175: 153–157 Valliyodan.

Uzunoğlu Bulduk E & İ Erdal. 2012. The effect of genotypic differences on mineral nutrition of strawberries. Batı

Akdeniz Tarımsal Araştırma Enstitüsü Derim Dergisi, 29(1): 59–70.


313

A Review on the Relationships of Forage Crops Grown in Hydroponics

Conditions and Animal Product Quality

Ayşe Mine Yıldız*, Müge Erkan Can

Department of Agricultural Structures and Irrigation, Faculty of Agriculture, Çukurova University, Erzurum, Turkey

*Sorumlu Yazar : [email protected]

ABSTRACT

With the rapidly increasing human population, most of our existing agricultural areas and pasture areas

are exposed to urban construction. Also, the agricultural areas are intensively processed for the food sector,

which directly covers human consumption. This restricts the production of animal feed plants. In order to

meet the demands of animal husbandry, the nutritional needs of the animals must be met without any problems. In this context, forage crops are important. As a result of global warming, overpopulation and

environmental pollution, water resources are rapidly depleting. Through the hydroponics technique, which

we have heard frequently in recent years, water usage efficiency has been increased. At the same time, arable agricultural land is rapidly decreasing and the agricultural sector is prevented from being affected by

this situation. In addition to these benefits, green feed needs of the livestock sector can be met significantly

by landless agriculture in the regions affected by water scarcity where economic problems are experienced. hydroponics technique is used to produce many green forage plants that do not contain chemicals such as

drugs and hormones. The production of many forage crops such as alfalfa, barley, sorghum can be realized

by the aforementioned technique. Based on the preliminary information, the aim of our study is to

investigate the quality of forage crops in terms of water-yield relationship, their performance as animal feed and their effects on quality in animal products and to evaluate them in the light of the literature.

Keywords: Forage crops, water-yield relationship, Hydroponics, animal food quality, animal nutrition


Hidroponik Tarım ile Yetiştirilen Yem Bitkileri ile Hayvansal Ürün Kalitesi Üzerine Bir

İnceleme

ÖZET

Hızla artan insan nüfusu ile birlikte mevcut tarım alanlarımızın büyük bir bölümü ve çayır mera

alanlarımız kentsel yapılaşmaya maruz kalmaktadır. Ayrıca, söz konusu tarım alanlarımız doğrudan insan tüketimini karşılayan gıda sektörü için yoğun bir şekilde işlenmektedir. Bu durum hayvani yem bitkilerinin

üretimini kısıtlamaktadır. Hayvan yetiştiriciliğinin talepleri karşılayabilmesi için hayvanların beslenme

ihtiyacının sorunsuz bir şekilde karşılanması gerekmektedir. Bu bağlamda yem bitkileri yetiştiriciliği önem arz etmektedir. Küresel ısınma, aşırı nüfus yoğunluğu ve çevresel kirlilikler sonucunda su kaynakları hızla

tükenmektedir. Son yıllarda adını sıkça duyduğumuz topraksız tarım tekniği sayesinde su kullanım

verimliliğinin artması sağlanmıştır. Bu faydalara ek olarak topraksız tarım ile ekonomik sorunların yaşandığı

günümüzde su kıtlığından etkilenen bölgelerde hayvancılık sektörünün yeşil yem ihtiyacı önemli derecede karşılanabilecektir. Topraksız tarım tekniği ile ilaç ve hormon gibi kimyasal madde içermeyen birçok yeşil

yem bitkisinin üretimi sağlanmaktadır. Yonca, arpa, sorgum gibi birçok yem bitkisinin üretimi anılan teknik

ile gerçekleştirilebilmektedir. Ön bilgilere dayanarak derleme olarak hazırlanan; bu çalışmamızın amacı, yem bitkilerinin su-verim ilişkisi, hayvan yemi olarak performansları ve hayvansal ürünlerde kaliteye

etkileri açısından incelenmesi ve literatür ışığında değerlendirilmesidir.

Anahtar Kelimeler: Yem bitkisi, su-verim ilişkisi, topraksız tarım, hayvansal gıda kalitesi, hayvan besleme



314

1. GİRİŞ

Üretim çiftliklerinde, süt hayvanlarının kaliteli yeşil yemler ile beslenmeleri sürdürülebilir bir ekonomi

açısından önemli rol oynamaktadır. Ancak hayvancılık ile uğraşanlar yeşil yem üretiminde yetiştiricilikle alakalı bazı kısıtlamalara maruz kalmaktadırlar. Örneğin, mevcut arazilerin yeşil yem üretimi için tercih

edilmemesi, sulama suyu kalitesi ve su kıtlığı, kaliteli yem tohumlarının bulunamaması, gübre gereksinimi,

uzun büyüme mevsimi (45-60 gün) ve fazla iş gücü istemesi gibi sorunlar yeşil yem üretiminin tercih

edilmemesine neden olmaktadır. Anılan kısıtlamalar ve karşılaşılan sorunlar, çiftlik hayvanları için yem yetiştiriciliğinde geleneksel yöntemlere alternatif bir teknoloji olan topraksız tarımın geliştirilmesini

sağlamıştır (Naik ve ark., 2015). Yeşil sürgünlerin gelişmesi ve arpa, buğday ve ayçiçeği gibi tohumların veya bezelye gibi baklagillerin tohumlarının filizlenmesi için sınırlı bir süre (6-7 gün) yeterlidir. Saman ve tahıl fiyatlarının zaman zaman rekor seviyelere yükselmesi, öngörülemeyen hava koşulları, otlak alanlarının

zarar görmesi nedeniyle, ülke genelinde çiftçiler hayvancılık için güvenilir ve uygun fiyatlı bir beslemeye

ihtiyaç duyabilmektedir. Yemin topraksız olarak yetiştirilmesi, hayvancılık için herhangi bir yem üretmek üzere kullanılan diğer araçlardan daha verimlidir. Süt ve besi sığırcılığı işletmelerinde veya kanatlı hayvan

işletmeleri için hidroponik tarım sistemlerine ilgi artmaktadır (Amrutkar ve ark., 2016). Hidroponik yem, bazı hayvancılık ve tarım üreticileri tarafından kuraklığa bir çözüm olarak tanıtılmış

ve algılanmıştır. Topraksız yem üretim sistemlerinin potansiyel olarak ilk yatırım giderleri yüksek sermaye gerektirmekte, işletme ve yaşam tarzı bakımından dikkatle takip edilmeleri gerekmektedir. Sisteme ait

maliyet raporlarını değerlendirmekte zorlanan üreticilerin kârsız ve/veya uygun olmayan yatırım riskini en

aza indirmeye karar vermesine yardımcı olmak için hidroponik tarım maliyetini ve elde edilen besin değerini değerlendirmek için bağımsız bilgi ve araçlar sunulmaktadır (Sneath ve McIntosh, 2003).

Hayvancılık üretimindeki artış, hayvanları beslemek için besin gereksinimi beraberinde getirmektedir.

Hayvanların beslenmesi ve üreme performansı yeşil yemin kullanımını çoğaltarak artar. Sonrasında ise yeşil besleme hayvancılık ürünlerini iyileştirir (Dung ve ark., 2010). Örneğin, süt hayvanlarına hidroponik yem

sağlanması, süt üretiminin sürdürülebilir ekonomik gelişmesine yol açar ve süt hayvanlarının rasyonlarına

yeşil yem dahil etmeden beslenmeleri durumunda meydana gelebilecek eksiklikleri önler (Shah ve ark.,

2011).

1.1. Dünya ve Türkiye Genelinde Yem Bitkisi Yetiştiriciliği

Dünya genelinde yem bitkilerinin mevcut durumunu incelediğimizde, çoğu gelişmiş ülkeler yem

bitkilerinin üretimine ve üretim için gerekli alan ihtiyacına tarım sektörü içerisinde önemli bir pay

ayırmışlardır. Örneğin, yem bitkileri için ayrılmış ekilebilir arazilerin ülke genelinde tüm ekilebilir arazilere

oranı; Avustralya için %49.8, İngiltere için %25.4 ve ABD için %23.0, iken, nispeten daha az gelişmiş ülkelerden; Romanya için %17.0, Yunanistan için %11.7, Bulgaristan için %6.3’dür. Rakamlardan ve Şekil

1’de verilen diğer ülkelere ait oranlardan anlaşıldığı üzere ülkelerin tarım sektörünün gelişme düzeyi yem

bitkileri yetiştiriciliğine verilen önemi de etkilemektedir.

Şekil 1. Ülkelere göre yem bitkilerinin ekim alanlarının tüm ekim alanlarına oranı (TSÜAB, 2016)


315

Türkiye İstatistik Kurumu (TUİK, 2016) verilerine göre 2000 yılında Türkiye tarım alanlarının %2’si yem bitkileri için kullanılmıştır. Fakat 2015 yılında bu oran yaklaşık %12’ye yükselmiştir. Geçtiğimiz 15 yıl

içerisindeki 5 katlık artış; yem bitkileri üretiminin ciddiye alınması, hayvancılık sektöründe ilerleme ve

bakanlık desteklerinin artması gösterilebilir (Sayar, 2017). Türkiye tarımında, 2016 yılı verilerine göre,

yetiştirilen yem bitkileri ve yüzdeleri Çizelge 1’de verilmiştir.

Çizelge 1. Yem bitkilerinin Türkiye tarım üretiminde yetiştirilme yüzdesi (TSÜAB, 2016)

1.2. Tarımsal Üretim, Yaşanılan Sorunlar ve Geliştirilen Yöntemler

Tarım sektörünün ekonomik verimliliğini korumak ve geliştirmek amacıyla tarımsal su kullanımını

optimum düzeyde tutmak kurak ve yarı kurak bölgelerde oldukça zordur. Tatlı su kaynaklarının hızla

tükenmesinde tarımsal sulama başlıca tüketicidir. Son yıllarda su kaynaklarında yaşanan kıtlıklar yanında mevcut tarım alanlarının kentleşme sebebiyle azalması gıda sektörünü ve bunun yanında hayvancılık

sektörünü de ciddi boyutta etkilemektedir. Yem ihtiyacını karşılamak ve yeşil yem üretimini artırmak için

birçok proje geliştirilmiştir (Al-Karaki ve ark., 2012). Bitki için gerekli minerallerin kökler vasıtasıyla topraktan alınması yerine doğrudan hazırlanan

çözeltiler ile alındığı topraksız tarım tekniği yaygın olarak kullanılan kültür tekniğidir. Diğer adıyla

hidroponik tarım sayesinde sulama suyu, tarım alanı, zaman ve iş gücünden oldukça tasarruf edilmektedir. Şekil 2’de hidroponik sistemin işleyiş şemasına ait görüntüsü verilmektedir (HACHI, 2018).

Şekil 2. Hidroponik tarım sistemi (HACHI, 2018)

Bitkilerin su ihtiyacının yüksek ve suyun topraktan hızla drene olduğu alanlarda aşırı su kullanımının

önüne geçilmesinde, hidroponik tarım yöntemini kullanmak son derece önemlidir. Hayvan yetiştiriciliğinde

süt yumurta gibi ürünlerden en yüksek verimi alabilmek için hayvan beslemesinde kullanılan yem kalitesi

Yem Çeşidi %

Yonca 35.54

Sılajlık Mısır 22.04

Adi Fiğ 14.91

Korunga 10.28

Yulaf (Ot) 4.43

Mürdümük 1.05

Buğday (Ot) 0.78

Tritikale 0.41

Yem Şalgamı 0.37

Yem Bezelyesi 0.23

Burçak 0.21

Arpa (Ot) 0.18

Sorgum 0.09

İtalyan Çimi 0.08

Çavdar (Ot) 0.04

Üçgül 0.02


316

önem arz etmektedir. Hidroponik teknikle üretilen kaliteli yeşil yem, protein, lif, vitamin ve mineral içeriği bakımından oldukça yüksek değerlere sahip olmasının yanında, 7-10 gün gibi kısa sürede üretilmektedir.

Yöntemin üstünlüklerinden bir diğeri de; atık suların devir daim sistemi ile sulama suyu olarak kullanılması

sayesinde çevre kirliliğinin de önüne geçilmektedir (Al- Karaki ve ark., 2012). Hidroponik tarım ile üretilen

yeşil yemlerin hayvancılıkta kullanımına ilişkin örnekler Şekil 3’de verilmektedir (Reddy, 2016).

Şekil 3. Hayvan besiciliğinde hidroponik tarım ile üretilen yem bitkisi (Reddy, 2016)

Üretici ve işletmeciler için ekonomik bakımdan oldukça önemli olan sütün bileşimi beslenme açısından

da önemlidir. Sütün içeriğini incelendiğinde %4 oranında yağ, %3.2 oranında protein, %5.3 oranında diğer

maddeler ve %87.5 oranında sudan oluştuğu görülmektedir (Avrupa Komisyonu, 2006). Yıllar boyunca süt bileşiminde meydana gelen değişiklikler, inek ırklarının güçlü seçimi sayesinde özellikle son 50 yılda

azalmıştır (Huppertz ve Kelly, 2009). Ayrıca, süt kalitesini etkileyen faktörler arasında ırk, ırkın genetik

çeşitliliği, sağlık, çevre, işletme uygulamaları ve beslenme şekli sayılabilir. Bu günlerde, topraksız yem

üretimi ile sürdürülen beslenme dünyadaki farklı beslenme şekli rejimleri arasında yaygın olarak kabul edilmektedir (Hassan ve ark., 2016; Agius ve ark., 2019).

Topraksız yeşil yem, çimlenme yüzdesinin yüksek olduğu ve ürün eldesinin kısa bir süreçte

tamamlandığı uygun yetiştirme koşullarını sağlandığı bir odada yapılmaktadır. Ayrıca, uygulanan sulama suyu üretilen yemin mineral içeriği bakımından kaliteisini de etkilemektedir (Fazaeli ve ark., 2011; Fazaeli

ve ark., 2012). Anılan teknik ile yulaf, arpa, buğday ve diğer tahıllardan elde edilen taze yemlerin üretim

miktarları artırılmaktadır (Rodriguez-Muela ve ark., 2004; Agius ve ark., 2019). Tohumlarda yüksek oranda bulunan ve çimlenme esnasında aktif olmayan enzimler, nişasta, protein

yağ gibi metabolitlerin şeker, amino asit ve serbest yağ asitlerine parçalanmasını sağlamaktadır. Parçalanan

bu yapı taşları hem çimlenen bitkinin büyüme ve gelişmesinde hem de istenmeyen bileşiklerin

parçalanmasında kullanılmaktadır (Chavan ve Kadam, 1989; Naik ve ark., 2015). Bu sayede, yem içeriğinde amino asitlerin kalitesi ve vitamin konsantrasyonları değerleri yükselmektedir (Koehler ve ark., 2007; Naik

ve ark., 2015). Öte yandan, filizler hayvanın bağışıklık sisteminin güçlendirilmesinde ve verimliliğin

artırılmasında iyi bir rol oynayan antioksidan, klorofil, enzim ve alkali kaynağıdır (Sneath ve Mclntosh, 2003; Naik ve ark., 2016). Topraksız yem bitkisi, süt üretimi ile birlikte aynı zamanda verim artışını

sağlayan besin minerallerinin sindirilmesini de (% 8-13 oranında) sağlamaktadır (Naik ve ark., 2015).

1.3. Hidroponik Yöntem Çalışmaları

Topraksız yeşil yem 20-30 cm yüksekliğinde kök, tohum ve bitkilerden oluşmaktadır. Bir kg taze

hidroponik mısır yemi üretmek için yaklaşık 1.50-3.0 litre su gerekmektedir. Normal üretime göre 5-6 kat verim alınmaktadır. Örneğin her bir inek için yaklaşık 5-10 kg taze topraksız mısır yemi ilave

edilebilmektedir. Topraksız ortamda yetiştirilen mısır yeminde %11-14 oranında kuru madde içeriği

gözlenmektedir. Ayrıca, hidroponik mısır yemi üretiminin yaklaşık %90 oranında tohum maliyetine katkısı bulunmaktadır (Naik ve ark., 2015).

Beş yem bitkisi (yonca (Medicago sativa), arpa (Hordeum vulgare), börülce (Vigna unguiculata),

sorgum (Sorgum bicolor) ve buğday (Triticum aestivum)) topraksız ortamda 8 gün içerisinde yetiştirilmiştir.

Taze ağırlık olarak en yüksek değerler börülce, arpa ve yonca için sırasıyla 217, 200 194 ton/ha’dır. Ancak, börülce ve arpa bitkileri en yüksek yeşil kuru madde verimini vermiştir. Su tüketimleri bakımından

incelendiğinde en az su tüketimi ile yeşil yem üretimi için arpa bitkisi üretilebilir (Al- Karaki ve ark., 2012).


317

15 günlük bir periyotta sera benzeri bir odada püskürtmeli su uygulaması ile üretilen topraksız börülce filizinde, deneme sonunda, taze verimde artış fakat kuru madde veriminde düşüş (P<0.05) gözlenmiştir. Elde

edilen yemin ham protein (CP) %'si 1. günde en düşük (P<0.05) (21.04) iken, sonra artmış ve 6. günde en

yüksek (%27.16) değere ulaşmıştır. Enerji verimliliği içeriği sürekli artarak en yüksek değere 5 (%1.69) ila

6. günde (%1.77) gelmiştir. Ayrıca, yemin büyüme döneminde tamamlayıcı besin içeriği (CF) artarken ve serbest azot ekstraktı (NFE) seviyesi azalmıştır. Kül içeriği değeri 1. gündeki en düşük (3.40) seviyede iken

6. günde en yüksek (4.44) seviyeye gelerek artan bir eğilim göstermiştir (Naik ve ark., 2016).

Al Ajmi ve ark., 2009’da yaptıkları çalışmada arpa bitkisini hidroponik yöntem ile sıcaklık kontrolü altında bir odada yetiştirerek, bitkileri musluk suyu ve farklı oranlarda karıştırılmış tersiyer atık su

uygulaması ile sulamışlardır. 9 gün sonunda hasat edilmiştir. Bitki boyu, yeşil ve kuru yem ağırlığı,

çimlenme yüzdeleri ve kullanılan su miktarı takip edilmiştir. Ham protein (CP), Ham lif (CF), asit deterjan

lifi (ADF), nötral deterjan lifi (NDF) ve lipit konsantrasyonları incelenmiştir. Sulama suyunda tersiyer atık suyu konsantrasyonu arttıkça çimlenme yüzdesi ve arpa veriminin arttığı, ancak su kullanım etkinliğindeki

artışın anlamlı olmadığı görülmüştür. Arıtılmış su ile sulanan arpa yeminin nem, CF, NDF, ADF veya yağ

(eter özü) üzerinde önemli bir etkisinin olmadığını görülmüştür. Adebiyi ve ark., (2018) hidroponik yöntem ile üretilen mısır yemini kurudaki domuzların

beslenmesinde kullanmış ve bu yemin domuzların beslenmesi ve yemi sindirilebilmesi üzerine yaptığı

etkileri araştırmak için bir çalışma yapmışlardır. Çalışma sonucunda hidroponik mısır yeminin domuz beslemesine dahil edilmesi sonucunda kurudaki domuzların besin performansını ve yemin sindirilebilirliğini

arttırdığı kanaatine varmışlardır.

Samperio-Ruíz, (2009) yaptığı çalışmada yonca bitkisini besin çözeltisi alımı için içerisinden plastik bir

ağ geçirilen delikli kutularda perlit ve çakıl substratında yetiştirmiştir. Perlit ve çakıl için farklı sulama programları uygulanırken sulama manuel püskürtme şeklinde uygulanmıştır. Sonuçlar incelendiğinde,

yapraklardaki hasat protein içeriği, çiçeklenmeden önceki protein içeriğinden daha yüksektir. Köklerdeki

protein içeriğinde değişiklik gözlemlenmemiştir. Elde edilen hidroponik yeşil yem çinçilla hayvanının (bir tür kemirgen) beslenmesinde kullanılmıştır. Yapılan çalışma sonunda ilk olarak tohum maliyetinden kar elde

edilebileceği görülmüştür. Elde edilen besin içeriği yönünden zengin olan yem ile beslenen çinçillanın

ağırlığında bir değişim olmazken, yemden %43 oranında tasarruf elde edilmiştir. Maltada yapılan bir çalışmada geleneksel ve topraksız ortamda yetiştirilen yemler ile Holstein -

Friesian ırkı 20 inek beslenmiştir. Bireysel ve dökme tank süt örnekleri toplanmıştır. 1 ay süreyle haftada bir

kez fiziksel (pH, iletkenlik, yoğunluk, donma noktası) ve kimyasal (yağ, protein, kül, laktoz, katı yağsız)

parametrelerinin yanı sıra mineral (Zn, Cu, Pb, Ba) içeriği analiz edilmiştir. Yağ içeriği ve pH farklılıklar göstermekle birlikte, hidroponik yemde daha yüksek değerler (P<0:05) elde edilmiştir. Yine hidroponik

yemde Cu ve Pb değerleri daha yüksektir (P<0: 001). Temel bileşen analizleri (CPA) sonucunda, yüksek yağ

içeren süt kalitesi geleneksel yetişen yem ile beslenen hayvanların sütlerine göre yine yüksek seyretmiştir (Agius ve ark., 2019).

2. SONUÇLAR VE ÖNERİLER

Yapılan çalışmalar ışığında özellikle arpa başta olmak üzere börülce, mısır ve yonca bitkilerinin

topraksız tarım tekniği ile yetiştirilmesi ile oldukça yüksek bir verim elde edilmiştir. Bu bağlamda tarım

alanları ve sulama suyu başlıca dikkate alınması gereken konular olacak şekilde ilgili birçok konuda tasarruf elde edilebileceği görülmektedir. Ayrıca atık suların geri dönüşümü hususunda da hidroponik tarım son

derece önem arz etmektedir.

Hidroponik yemler ile beslenen hayvanların ürünlerinde yapılan analizlerde görülen kalite, yöntemin bu

husustaki üstünlüğünü kanıtlar niteliktedir. Organik beslenmenin ciddiyetinin önem kazandığı günümüzde hidroponik tarım yöntemini tercih etmek doğru bir bakış açısı olarak değerlendirilebilir.

Sonuç olarak, farklı yem çeşitlerinin hidroponik ortamda yetiştirilerek yem kalitesi açısından analiz

edilmesi ve kullanılması hayvan yetiştiriciliği ve sürdürülebilirlik açısından uygulanabilir yöntemler arasında oldukça önemlidir. Bu hususta daha fazla çalışmalar yapmaya ve hayvan yetiştiricileri ile yem

bitkisi tarımı ile uğraşan çiftçileri, doğal kaynakları en etkin şekilde kullanmak üzere yönlendirmeye ihtiyaç

vardır.


318

KAYNAKLAR

Adebıyı OA, AT Adeola, O Osınowo, D Brown & JW Ng’ambı. 2018. Effects of feeding hydroponics maize

fodder on performance and nutrient digestibility of weaned pigs. Applied Ecology and Envıronmental

Research, 16(3):2415-2422.

Agius A, G Pastorelli & E Attard. 2019. Cows fed hydroponic fodder and conventional diet: effects on milk

quality. Arch. Anim. Breed, 62, 517–525.

Al Ajmi A, AA Salih, I Kadim & O Othman. 2009. Yıeld and Water Use Effıcıency of Barley Fodder Produced

Under Hydroponıc System in GGC Countrıes Usıng Tertiary Treated Sewage Effluents. Journal of

Phytology, 1(5): 342–348.

Al-Karaki GN & M Al-Hashimi. 2012. Green Fodder Production andWater Use Efficiency of Some Forage Crops

under Hydroponic Conditions. International Scholarly Research Network ISRN Agronomy Article, ID

924672:5.

Amrutkar S, S Amrutkar & B Deshmukh. 2016. Hydroponic Fodder to Refresh Animal Husbandry Sector.

Hydroponic Fodder to Refresh Animal Husbandry Sector. http://benisonmedia.com/hydroponic-fodder-to-refresh-animal-husbandry-sector/ Accessed June, 2019.

Chavan J & SS Kadam. 1989. Nutritional improvement of cereals by sprouting. Critical Rev. Food Sci. Nutr., 28:

401-437.

Dung DD, IR Godwin & JV Nolan. 2010. Nutrient content and in sacco digestibility of barley grain and sprouted

barley. Journal of Animal, Veterinary Advances, 9(19): 2485-2492.

Fazaeli H, HA Golmohammadi, AA Shoayee, N Montajebi & S Mosharraf. 2011. Performance of feedlot calves

fed hydroponics fodder barley. J. Agr. Sci. Tech., 13: 367–375.

Fazaeli H, HA Golmohammadi, SN Tabatabayee & Asghari-Tabrizi. 2012. Productivity and nutritive value of

barley green fodder yield in hydroponic system. World Appl. Sci. J., 16 (4): 531-539.

Hachi. 2018. Hydroponics drip irrigation system. http://hachi.com.vn/5-he-thong-thuy-canh-co-ban/hydroponics-

drip-irrigation-system/ Accessed 30.08.2019

Hassan MB, FA Shafiq, S Mokhtar & NM El-Agroudy. 2016. An economic study for the alternatives of

traditional fodder. Int. J. Chemtech. Res., 9: 1–9.

Huppertz T & AL Kelly. 2009. Properties and constituents of cow’s milk, in: Milk Processing and Animal

Management, edited by: Tamone, A. Y., Society of Dairy Technology, UK, 25 pp.

Koehler P, G Hartmann, H Wierser & M Rychlik. 2007. Changes of folates, dietary fibre and proteins in wheat as

affected by germination. J. Agric. Food Chem., 55: 4678-4683.

Naik PK, BK Swain & NP Singh. 2015. Production and Utilisation of Hydroponics Fodder. Indian J. Anim. Nutr.,

32(1): 1-9

Naik PK, BD Dhawaskar, DD Fatarpekar, EB Chakurkar, BK Swain & NP Singh. 2016. Nutrient Changes with

the Growth of Hydroponics Cowpea (Vigna unguiculata) Sprouts. Indian J. Anim. Nutr., 33(3): 357-359.

Reddy J. 2016. Hydroponic green fodder production guide. Agrifarming. https://www.agrifarming.in/hydroponic-

green-fodder-production-guide . Accessed 30.08.2019

Rodriguez-Mulea C, HE Rodriguez, O Ruiz, A Flores, JA Grado & C Arzola. 2004. Use of green fodder

produced in hydroponic system as supplement for lactating cows during the dry season. Proc. Am. Soc.

Anim. Sci., 56: 271-274.

Samperio-Ruíza G. 2009. Perennial Production of Green Hydroponics Forage. ISHS. Acta Hort. 843.

Sayar MS. 2017. Ülkemizde ve Bölgemizdeki Yem Bitkisi Tarımına Genel Bir Bakış.

https://www.researchgate.net/publication/314113407 Accessed 26.08.2019

Shah VD, M Makwana & S Sharma. 2011. Economics of production, processing and marketing of fodder crops in

Gujarat. India Research Study No.144.

Sneath R & F Mclntosh. 2003. Review of Hydroponic Fodder Production for Beef Cattle. Queensland

Government, Department of Primary Industries, Dalby, Queensland. ISBN 1 74036 503 8.

TUİK.2016. T.C. Başbakanlık Türkiye İstatistik Kurumu. http://www.tuik.gov.tr/UstMenu.do?metod=temelist Accessed 26.08.2019

TSÜAB, 2016. Tohum Sanayicileri ve Üreticileri Alt Birliği

https://slideplayer.biz.tr/slide/11887876/ Accesssed 26.08.2019

http://benisonmedia.com/hydroponic-fodder-to-refresh-animal-husbandry-sector/

http://benisonmedia.com/hydroponic-fodder-to-refresh-animal-husbandry-sector/

http://hachi.com.vn/5-he-thong-thuy-canh-co-ban/hydroponics-drip-irrigation-system/

http://hachi.com.vn/5-he-thong-thuy-canh-co-ban/hydroponics-drip-irrigation-system/

https://www.agrifarming.in/hydroponic-green-fodder-production-guide

https://www.agrifarming.in/hydroponic-green-fodder-production-guide

https://www.researchgate.net/publication/314113407

http://www.tuik.gov.tr/UstMenu.do?metod=temelist

https://slideplayer.biz.tr/slide/11887876/

Documents

1st International Congress on Biosystems Engineering ...icoben2019.mku.edu.tr/files/2019-12-ICOBEN2019-Proceeding-E-book-2-final.pdf · 1st International Congress on Biosystems Engineering