Effect of Climate Change on Wheat Grown Soil Moisture Profile in Thrace District

Abstract

Soil water status is an important parameter in plant production as it affects directly plant growth and yield. Climate change is expected to change the soil water (SW) regime and increase its negative impact on the agricultural sector. Therefore, the effects of climate change on SW and thus on agricultural production should be studied. To determine the effect of climate change on SW profile, first, in the wheat cultivation area, the estimated soil water content by SWAP model for the climatic conditions of 2016- 2017 development period were compared with the measured values and the model was calibrated and tested. Then, the effect of the predicted climate change data by RegCM3 Regional Climate Model with A2 scenario for short (2020-2030), medium (2046-2055) and long-term (2076-2085) periods on SW regime was simulated. In the field studies conducted at Tekirdag Viticulture Research Institute, meteorological data were recorded by the meteorological station (Davis Vantage Pro2) whereas SW content at two points and three different depths (30, 60 and 90 cm) were monitored by soil moisture sensor (Meter Group ECH2O EC-5, Irrometer Model 200SS WATERMARK). The predicted SW contents data fitted well with the measured SW content data (daily average ME=0,82, r2=0,93, NRMSE=0,06). It is concluded that climate change will not cause significant soil moisture change to affect wheat yield in the research area.

Keywords

• Climate Change,Soil Moisture Prediction,SWAP Model,Thrace Region,Wheat

İklim Değişikliğinin Trakya Bölgesi’nde Buğday Yetiştirilen Toprağın Nem Profiline Etkisinin Belirlenmesi

Abstract

Toprak nemi bitki gelişimini ve verimini doğrudan etkilemesi nedeniyle bitkisel üretimde önemli bir parametredir. İklim değişikliğinin toprak nem rejimini de değiştirerek tarım sektörü üzerindeki olumsuz etkisini artırması beklenmektedir. Bu nedenle iklim değişiminin toprak nemine ve dolayısıyla tarımsal üretime etkilerinin iyi değerlendirilmesi ve gerekli önlemlerin alınması gerekmektedir. İklim değişikliğinin toprak nem profiline etkisini belirlemek amacıyla, önce Trakya Bölgesi’nde buğday ekili arazide 2016-2017 gelişme dönemi iklim koşulları için SWAP modeli ile tahmin edilen toprak profili nem değerleri, ölçülmüş değerler ile karşılaştırılarak modelin kalibrasyonu ve testi yapılmıştır. Daha sonra, kısa (2020-2030), orta (2046-2055) ve uzun (2076-2085) dönemler için RegCM3 Bölgesel İklim Modeli ile A2 senaryosu kullanılarak tahmin edilmiş iklim verilerinin nem rejimine etkisi modellenmiştir. Tekirdağ Bağcılık Araştırma Enstitüsü’nde yürütülen arazi çalışmalarında sıcaklık, yağış, nem, rüzgâr hızı, global güneş radyasyonu gibi iklim verileri, iklim istasyonu (Davis Vantage Pro2); iki farklı nokta ve üç farklı derinlikteki (30, 60, 90 cm) toprak nem değerleri ise toprak nem sensörü (Meter Group ECH2O EC-5, Irrometer Model 200SS WATERMARK) ile ölçülmüştür. Modellenen toprak nem değerleri ile 2016-2017 gelişme döneminde ölçülmüş nem değerleri arasında iyi bir uyum bulunmuştur (günlük ortalama ME=0,82, r2=0,93, NRMSE=0,06). Geleceğe yönelik yapılan iklim değişikliği tahminlerinde toprak neminin, araştırma alanında buğday bitkisinin gelişimini etkileyecek düzeyde değişmeyeceği belirlenmiştir.

Keywords

• İklim Değişikliği,Toprak Nemi Tahmini,SWAP Model,Trakya Bölgesi,Buğday

References

1. Andarzian B, Bannayan M, Steduto P, Mazraeh H, Barati ME, Barati MA, Rahnama A, 2011. Validation and testing of the aquacrop model under full and deficit irrigated wheat production in Iran. Agricultural Water Management. 100: 1-8.
2. Anonim, 2012. Devlet Meteoroloji İşleri Genel Müdürlüğü Tekirdağ İl Müdürlüğü Veri Bankası.
3. Bregaglio S, Frasso N, Pagani V, StellaT, Francone C, Cappelli G, Acutis M, Balaghi R, Ouabbou H, Paleari L, Confalonieri R, 2015. New multi-model approach gives good estimations of wheat yield under semi-arid climate in Morocco. Agron. Sustain. Dev. 35:157–167.
4. Çaldağ B, 2000. Meteorolojik faktörlerin bitki gelişimine etkilerinin bitki iklim modelleri ile belirlenmesi. Yüksek Lisans Tezi. İstanbul Teknik Üniversitesi. Fen Bilimleri Enstitüsü. İstanbul.
5. Çaldağ B, 2009. Trakya Bölgesi’nin tarımsal meteorolojik özelliklerinin belirlenmesi. Doktora Tezi. İstanbul Teknik Üniversitesi. Fen bilimleri Enstitüsü. İstanbul.
6. Dalfes N, Karaca M, Şen ÖL, Kindap T, Önol B, Turunçoğlu UU, Bozkurt D, Fer İ, Akın HS, Çankur R, Ural D, Kılıç G, Coşkun M, Demir İ, 2008. Türkiye için iklim değişikliği senaryoları, TÜBİTAK. Proje No:105G015. http://gaia.itu.edu.tr/, (erişim tarihi: 19.11.2018).
7. Demir İ, Kılıç G, Coşkun M, 2008. PRECIS bölgesel iklim modeli ile Türkiye için iklim öngörüleri: HadAMP3 SRES A2 Senaryosu. IV. Atmosfer Bilimleri Sempozyumu, Bildiriler Kitabı, İTÜ Uçak ve Uzay Bilimleri Fakültesi Meteoroloji Mühendisliği Bölümü, 25-28 Mart, 365-373, İstanbul.
8. Deveci H, 2015. Trakya Bölgesi’nde iklim değişikliğinin yüzey su kaynakları, toprak nemi ve bitki verimine etkisinin modellenmesi. Doktora Tezi. Namık Kemal Üniversitesi, Fen Bilimleri Enstitüsü, 210 s, Tekirdağ.

9. Elmaloglou S, Malamos N, 2000. Simulation of soil moisture content of a prairie field with SWAP93. Agricultural Water Management. 43: 139-149.
10. Feddes RA, Kowalik PJ, Zaradny H, 1978. Simulation of field water use and crop yield. Simulation Monographs. Pudoc. 189, Wageningen.
11. Gültaş TH, 2006. Kiraz bahçelerinde damla ve mikro yağmurlama sulama yöntemlerinin ekonomik yönden karşılaştırılması. Yüksek Lisans Tezi. Namık Kemal Üniversitesi, Fen Bilimleri Enstitüsü, Tekirdağ.
12. İklimSu, 2016. İklim değişikliğinin su kaynaklarına etkisi raporu. T.C. Orman ve Su İşleri Bakanlığı Su Yönetimi Genel Müdürlüğü, Proje Nihai Raporu, Yönetici Özeti, 67 s. http://iklim.ormansu.gov.tr/ckfinder/userfiles/files/Iklim_Nihai%20Rapor_YoneticiOzeti.pdf, (erişim tarihi: 27.01.2019).
13. Júnior RPS, Silva JP, Rigitano RLO, 2010. Simulation of moisture profiles in a latossol in dourados region, in the state of mato grosso do sul, Brazil. Eng. Agríc. 30(1): 22-32.
14. Kale S, Tarı AF, 2012. Sulu ve kuru koşullar altında kışlık buğday için FAO-AQUACROP modelinin performansının değerlendirilmesi. Toprak Su Dergisi, 2: 119-131.
15. Kapur B, Topaloğlu F, Özfidaner M, Koç M, 2007. Çukurova Bölgesi’nde küresel iklim değişikliği ve buğday verimliliği üzerine etkilerine genel bir yaklaşım. Küresel İklim Değişikliği ve Çevresel Etkileri Sempozyumu, 18–20 Ekim, Konya.
16. Kapur B, 2010. Artan CO2 ve küresel iklim değişikliğinin Çukurova Bölgesi’nde buğday verimliliği üzerine etkileri. Doktora Tezi. Çukurova Üniversitesi. Fen Bilimleri Enstitüsü. Adana.
17. Koç EM, 2011. İklim değişikliğinin tarıma olası etkilerinin WOFOST bitki iklim modeli ile araştırılması. Yüksek Lisans Tezi. İstanbul Teknik Üniversitesi. Fen Bilimleri Enstitüsü. İstanbul.
18. Konukcu F, Deveci H, Altürk B, 2017. Trakya Bölgesi’nde iklim değişikliğinin buğday verimine etkisinin matematiksel modellerle tahmin edilmesi. BAP projesi. Tekirdağ. NKUBAP.03.GA.16.063. http://hdl.handle.net/20.500.11776/2959, (erişim tarihi: 25.01.2019).
19. Mishra SK, Shekh AM, Yadav SB, Kumar A, Patel GG, Pandey V, Patel HR, 2013. Simulation of growth and yield of four wheat cultivars using WOFOST model under middle Gujarat region. Journal of Agrometeorology 15 (1): 43-50.
20. Mkhabela MS, Bullock PR, 2012. Performance of the FAO AquaCrop model for wheat grain yield and soil moisture simulation in western Canada. Agricultural Water Management 110: 16-24.
21. Mualem YA, 1976. New model for predicting the hydraulic conductivity of unsaturated porous media. Water Resources Research. 12: 513-522.
22. Önol B, Ünal YS, Dalfes HN, 2009. İklim değişimi senaryosunun Türkiye üzerindeki etkilerinin modellenmesi. İTÜ Dergisi, 8 (5): 169-177.
23. Özkul S, Fıstıkoğlu O, Harmancıoğlu N, 2008. İklim değişikliğinin su kaynaklarına etkisinin Büyük Menderes ve Gediz Havzaları örneğinde değerlendirilmesi. TMMOB 2. Su Politikaları Kongresi. 309-322, Ankara.
24. Pachauri RK, Allen MR, Barros VR, Broome J, Cramer, W, Christ R, ... Dubash NK, 2014. Climate change 2014: synthesis report. Contribution of Working Groups I, II and III to the fifth assessment report of the Intergovernmental Panel on Climate Change. R.
25. Pachauri and L. Meyer(editors). Geneva, Switzerland, IPCC, 151 p., ISBN: 978-92-9169-143-2
26. Singh A, Saha S, Mondal S, 2013. Modelling irrigated wheat production using the FAO AquaCrop model in west Bengal, India, for sustainable agriculture. Irrigation and Drainage. 62: 50-56.
27. Şen, Ö. L., Bozkurt, D., Göktürk, O. M., Dündar, B., Altürk, B., 2013. Türkiye’de İklim Değişikliği ve Olası Etkileri. 3. Taşkın Sempozyumu. 29-30 Nisan 2013.
28. Şimşek O, Mermer A, Yıldız H, Özaydın KA, Çakmak B, 2007. Türkiye’de buğdayın verim tahmini. Tarım Bilimleri Dergisi. 13 (3): 299-307.
29. Tripathy R, Chaudhari KN, Mukherjee J, Ray SS, Patel NK, Panigrahy S, Parihar J, 2013. Forecasting. wheat yield in Punjab state of India by combining crop simulation model WOFOST and remotely sensed inputs. Remote Sensing Letters. Vol. 4(1): 19–28.
30. Tsiros JX, Elmaloglou S, Ambrose RBA, 1998. Comparative study of two methods for modeling soil water regime in agricultural fields. Water Resources Management. 12: 285-293.
31. Dam JV, Huygen J, Wesseling JG, Feddes RA, Kabat P, Van Walsum PEV, ... Van Diepen CA, 1997. Theory of SWAP version 2.0. simulation of water flow, solute transport and plant growth in the soil-water-atmosphere-plant environment. Department Water Resources, Wageningen Agricultural, Technical Document, 45, p 167.
32. Van Genuchten MT, 1980. A closed form equation for predicting the hydraulic conductivity of unsaturated soils. Soil Science Society of America Journal. 44: 892- 898.