Applicability of Pedotransfer Models Between Yield Parameters and Some Soil Properties of Wheat Plant

Abstract

The aim of this study is to set pedotransfer models based on correlation between yield parameters of wheat plants grown in Çarşamba Plain (plant height, thousand seed weight and grain yield) and some physical and chemical properties of soils, and to determine applicability of obtained models in estimation of yield in plain soils. For this purpose, soil and plant samples were taken from the lands of the plain used by the farmers for wheat production. In the research area, 70% of the wheat plant height values were observed between 75 cm and 90 cm, the thousand grain weight values of 47.5% were between 50 g and 55 g, and the yield values of 47.5% were between 600-700 kg da^-1. Pedotransfer model was statistically significant (p= 0.035) and regression coefficient was high (R= 0.731) between plant height and electrical conductivity (EC), Ca+Mg, bulk density (Db), Clay, (Db)², (EC)², (Clay)², √(Ca+Mg) soil properties; high regression coefficient (R= 0.794) with a statistical significance level of p= 0.013 between 1000 grain weight and (EC)², (OM)², (Fe)², (Clay)², (Db)², (Clay×Db), √Clay ,√Db wilting point (WP) parameters; and high regression coefficient with statistical significance (R= 0.840; p= 0.012) between grain yield and EC, CaCO₃, sand, (Sand×Db), (Db×WP), Fe, N, (Db)², WP, (EC)², √Db parameters were determined. Regression coefficient (R), root mean square error (RMSE), index of agreement (𝑑), model efficiency (ME), mean of absolute error (MAE), mean bias error (MBE) and maximum relative error (MRE) were evaluated together to determine the validity of pedotransfer models between the yield components and physical-chemical properties of soils. It can be seen that the pedotransfer models obtained can be applied in the estimation of yield parameters of wheat plant grown in plain soils.

Buğday Bitkisinin Verim Parametreleri ile Bazı Toprak Özellikleri Arasındaki Pedotransfer Modellerin Uygulanabilirliği

Abstract

Bu çalışmanın amacı, Çarşamba Ovası’nda yetiştirilen buğday bitkisinin verim parametreleriyle (bitki boyu, bin tane ağırlığı ve tane verimi) toprakların bazı fiziksel ve kimyasal özellikleri arasındaki korelasyon ilişkilerine dayanarak, bu özellikler arasında pedotransfer modellerin oluşturulması ve elde edilen modellerin ova topraklarında bitki veriminin tahmininde uygulanabilirliğinin ortaya konulmasıdır. Bu amaçla, ovanın çiftçiler tarafından buğday tarımı yapılan arazilerinden toprak ve bitki örnekleri alınmıştır. Araştırma alanındaki buğday bitki boyu değerlerinin  % 70’i 75 cm ile 90 cm, bin tane ağırlığı değerlerinin % 47.5’i 50 g ile 55 g, tane verimi değerlerinin % 47.5’i ise 600-700 kg da^-1 arasında değiştiği saptanmıştır. Bitki boyu ile elektrisel iletkenlik (EC), Ca+Mg, hacim ağırlığı (HA), Kil, (HA)², (EC)², (Kil)², √(Ca+Mg) parametreleri arasındaki pedotransfer modeli istatistiksel olarak anlamlı (p= 0.035), regresyon katsayısı (R= 0.731) yüksek; bin tane ağırlığı ile (EC)², (OM)², (Fe)², (Kil)², (HA)², (Kil×HA),√Kil, √HA, solma noktası (SN) parametreleri arasındaki model istatistiksel olarak anlamlı (p= 0.013), regresyon katsayısı (R= 0.794) yüksek; tane verimi ile EC, CaCO₃, Kum, (Kum×HA), (HA×SN), Fe, N, (HA)², SN, (EC)²,√HA parametreleri arasındaki modelin performansı çok yüksek (R= 0.840; p= 0.012) olarak belirlenmiştir. Verim unsurları ile toprakların fiziksel-kimyasal özellikleri arasındaki pedotransfer modellerin geçerliliğinin belirlenmesinde regresyon katsayısı (R), hata kareler ortalamasının karekökü (HKOK), uygunluk indeksi (d), modelin etkinliği (ME), mutlak hata (MH), ortalama aritmetik hata (OAH) ve maksimum nispi hata (MNH) birlikte değerlendirilmiştir. Elde edilen pedotransfer modellerin, ova topraklarında yetiştirilen buğday bitkisinin verim parametrelerinin tahmin edilmesinde uygulanabilirliği mümkün gözükmektedir. 

Keywords

• Bitki boyu,bin tane ağırlığı,verim,fiziksel-kimyasal toprak özellikleri,pedotransfer modeller

References

1. Alexandrov, V.A., Hoogenboom, G., 2000. The impact of climate variability and change on crop yield in Bulgaria. Agricultural and Forest Meteorology, 104(4): 315-327.
2. Anonim, 1984. Samsun İli Arazi Varlığı. T.C. Tarım Orman ve Köy İşleri Bakanlığı, Toprak Su Genel Müdürlüğü Yayınları, İl Rapor No: 55; Genel Yayın No: 748, Ankara.
3. Anonim, 2013. Tarımsal Değerleri Ölçme Denemeleri Teknik Talimatı, Buğday (Triticum spp.). Tohumluk Tescil ve Sertifikasyon Merkez Müdürlüğü. (http://www.tarim.gov.tr/BUGEM/TTSM/Belgeler/Tescil/Teknik%20Talimatla), (Erişim tarihi: 25.01.2019).
4. Anonymous, 1954. U.S. Salinity Laboratory Staff. Diagnosis and Improvement of Saline and Alkaline Soils. (Ed L.A. Richards). USDA Agriculture Handbook No: 60, U.S. Goverment Printing Office, Washington.
5. Ayçiçek, M., Yıldırım, T., 2006. Bazı makarnalık buğday (Triticum turgidum var. durum L.) çeşitlerinin Erzurum koşullarındaki verim yetenekleri. Fırat Üniversitesi Fen ve Mühendislik Bilimleri Dergisi, 18(2): 151-157.
6. Aydın, N., Mut, Z., Bayramoğlu, H.O., Özcan, H., 2005. Samsun ve Amasya koşullarında ekmeklik buğday (Triticum aestivum L.) genotiplerinin verim ve bazı kalite özelliklerinin belirlenmesi üzerine bir araştırma. Ondokuz Mayıs Üniversitesi Ziraat Fakültesi Dergisi, 20(2): 45-51.
7. Aydoğan, S., Soylu, S., 2017. Ekmeklik buğday çeşitlerinin verim ve verim öğeleri ile bazı kalite özelliklerinin belirlenmesi. Tarla Bitkileri Merkez Araştırma Enstitüsü Dergisi, 26(1): 24-30.
8. Bayraklı, F., 1987. Toprak ve Bitki Analizleri. Ondokuz Mayıs Üniversitesi Yayınları, No:17, Samsun.

9. Bayraklı, F., Ekberli, İ., Gülser, C., 1999. Azerbaycan Mil ovası topraklarının verimlilik düzeylerinin deneysel ve matematiksel olarak değerlendirilmesi. Ondokuz Mayıs Üniversitesi Ziraat Fakültesi Dergisi, 14(2): 138-153.
10. Bhatt, G.M., 1973. Significance of path coefficient analysis in determining the nature of character association. Euphytica, 22(2): 338-343.
11. Black, C.A., 1965. Methods of Soil Analysis Part I-Physical and Mineralogical Methods. Soil Science Society of America, No: 9, USA.
12. Bouma, J., 1989. Using soil surve data for quantitative land evaluation. Advances Soil Science, 9: 177-213.
13. Bouma, J., Van Lanen, H.A.J., 1987. Transfer functions and threshold values: from soil characteristics to land qualities. In Proceedings of the International Workshop on Quantified Land Evaluation Procedures, Washington, DC, USA, pp.106-110.
14. Budka, A., Lacka, A., Gaj, R., Jajor, E., Korbas, K., 2015. Predicting winter wheat yields by comparing regression equations. Crop Protection, 78: 84-91.
15. Campbell, G.S., Shiozawa, S., 1992. Prediction of hydraulic properties of soils using particle-size distribution and bulk density data. In: Van Genuchten, M.T., Leij, F.J. and Lund, L.J. (Eds.). Proceedings of International Workshop on Indirect Methods for Estimating the Hydraulic Properties of Unsaturated Soils. University of California, Riverside, pp. 317-328.
16. Demiralay, İ., 1993. Toprak Fiziksel Analizleri. Atatürk Üniversitesi Ziraat Fakültesi Yayınları No: 143, Erzurum.
17. Dengiz, O., Ekberli, İ., 2017. Bazı vertisol alt grup topraklarının fizikokimyasal ve ısısal özelliklerinin incelenmesi. Akademik Ziraat Dergisi, 6(1): 45-52.
18. Doğan, R., Yürür, N., 1992. Bursa yöresinde yetiştirilen buğday çeşitlerinin verim komponentleri yönünden değerlendirilmesi. Uludağ Üniversitesi Ziraat Fakültesi Dergisi, 9: 37-46.
19. Dorsey, J.W., Hardy, L.C., 2018. Sustainability factors in dynamical systems modeling: Simulating the non-linear aspects of multiple equilibria. Ecological Modelling, 368: 69-77
20. Ekberli, İ., Dengiz. O., 2016. Bazı ınceptisol ve entisol alt grup topraklarının fizikokimyasal özellikleriyle ısısal yayınım katsayısı arasındaki regresyon ilişkilerin belirlenmesi. Toprak Su Dergisi, 5(2): 1-10.
21. Ekberli, İ., Dengiz, O., 2017. Bazalt ana materyali ve farklı topografik pozisyon üzerinde oluşmuş toprakların bazı topografik özellikler ve fiziksel-kimyasal özellikleri arasındaki doğrusal regresyon modellerinin belirlenmesi. Toprak Su Dergisi, 6(1): 15-27.
22. Ekberli, İ., Kerimova, E., 2005. Azerbaycan’ın Şirvan bölgesinde sulanan killi bir toprağın bazı fiziksel-kimyasal parametrelerinin değişimi. Ondokuz Mayıs Üniversitesi Ziraat Fakültesi Dergisi, 20(3): 54-59.
23. Gençtan, T., Sağlam, N., 1987. Ekim zamanı ve ekim sıklığının üç ekmeklik buğday çeşidinde verim ve verim unsurlarına etkisi. Türkiye Tahıl Sempozyumu, Bildiriler Kitabı, 6-9 Ekim, Bursa, s. 171-183.
24. Guber, A.K., Pachepsky, Y.A., Van Genuchten, M.T., Šimůnek, J., Jacques, D., Nemes, A., Nicholson, T.J., Cady, R.E., 2009. Multimodel simulation of water flow in a field soil using pedotransfer functions. Vadose Zone Journal, 8(1): 1-10.
25. Gülser, C., 2004. Tarla kapasitesi ve devamlı solma noktası değerlerinin toprakların fiziksel ve kimyasal özellikleriyle ilişkili pedotransfer eşitliklerle belirlenmesi. Ondokuz Mayıs Üniversitesi Ziraat Fakültesi Dergisi, 19(3): 19-23.
26. Gülser, C., Candemir, F., İç, S., Demir, Z., 2007. Pedotransfer modellerle ince bünyeli topraklarda doygun hidrolik iletkenliğin tahmini. V. Ulusal Hidroloji Kongresi, Bildiriler Kitabı, 5-7 Eylül, Ankara, s. 563-569.
27. Gülser, C., Ekberli, I., Candemir F., 2016. Spatial variability of soil physical properties in a cultivated field. Eurasian Journal of Soil Science, 5(3): 192-200.
28. Jackson, M.L., 1962. Soil Chemical Analysis. Prentice Hall. Inc. Englewood Cliffs, New Jersey, USA, pp. 219-221.
29. Kacar, B., 1994. Bitki ve Toprağın Kimyasal Analizleri III, Toprak Analizleri. Ankara Üniversitesi Ziraat Fakültesi, Eğitim Araştırma ve Geliştirme Vakfı Yayınları, No: 3, Ankara.
30. Kettlewell, P.S., Griffiths, M.W., Hocking, T.J., Wallington, D.J., 1998. Dependence of wheat dough extensibility on flour sulphur and nitrogen concentrations and the influence of foliar applied sulphur and nitrogen fertilisers. Journal of Cereal Science, 28(1): 15-23.
31. Korkmaz, A., Bayraklı, F., Cülser, C., Ekberli, İ.A., 2000. Bafra ve Çarşamba Ovalarında mısır bitkisinin azotlu ve fosforlu gübre ihtiyacının belirlenmesinde matematiksel modellerin uygulanabirliği. Ondokuz Mayıs Üniversitesi Ziraat Fakültesi Dergisi, 15(1): 33-40.
32. Korkut, K.Z., Sağlam, N., Başer, İ., 1993. Ekmeklik ve makarnalık buğdaylarda verimi etkileyen bazı özellikler üzerine araştırmalar. Trakya Üniversitesi Tekirdağ Ziraat Fakültesi Dergisi, 2(2): 111-118.
33. Krause, P., Boyle, D.P., Base, F., 2005. Comparison of different efficiency criteria for hydrological model assessment. Advances in Geosciences, 5: 89-97.
34. Kumar, P., Sarangi, A., Singh, D.K., Parihar, S.S., Sahoo, R.N., 2015. Simulation of salt dynamics in the root zone and yield of wheat cropunder irrigated saline regimes using SWAP model. Agricultural Water Management, 148: 72-83.
35. Kurt, Ö., Yağdı, K., 2013. Bazı ileri ekmeklik buğday (Triticum aestivum L.) hatlarının Bursa koşullarında verim özellikleri yönünden performansının araştırılması. Uludağ Üniversitesi Ziraat Fakültesi Dergisi, 27(2): 19-31.
36. Kün, E., 1996. Tahıllar-I (Serin İklim Tahılları). Ankara Üniversitesi Ziraat Fakültesi Yayınları, Yayın No: 1451, Ankara.
37. Lindsay, L., Norvell, W.A., 1978. Development of a DTPA soil test for zinc, iron, manganese and copper. Soil Science Society of America Journal, 42(3): 421-428.
38. Mut, Z., Aydın, N., Bayramoğlu, H.O., Özcan, H., 2007. Bazı ekmeklik buğday (Triticum aestivum L.) genotiplerinin verim ve başlıca kalite özelliklerinin belirlenmesi. Ondokuz Mayıs Üniversitesi Ziraat Fakültesi Dergisi, 22(2): 193-201.
39. Oktay, E., 2006. Orta Karadeniz geçit bölümünde yetiştirilebilecek ekmeklik buğday (Triticum aestivum L.) çeşitlerinde verim, verim unsurları ve kalite kriterlerinin belirlenmesi üzerine bir araştırma. Yüksek lisans tezi, Ondokuz Mayıs Üniversitesi Fen Bilimleri Enstitüsü, Samsun.
40. Olsen, S.R., Cole, C.V., Watanabe, F.S., Dean, L.A., 1954. Estimation of available phosphorus in soil by extraction with sodium bicarbonate. U.S. Department of Agriculture, Circular No. 939.
41. Overman, A.R., Scholtz III, R.V., 2002. Mathematical Models of Crop Growth and Yield. Marcel Dekker, Inc., New York.
42. Özdemir, N., Ekberli, İ., Kop Durmuş, Ö.T., 2018. Bazı toprak özellikleri ile kütle yoğunluğunun tahmini için pedotransfer modeller. Toprak Bilimi ve Bitki Besleme Dergisi, 6(1): 46-51.
43. Özdemir, N., Gülser, C., Ekberli, İ., Kop, Ö.T., 2014. Asit toprakta düzenleyici uygulamalarının bazı toprak özellikleri ve verime etkileri. Toprak Bilimi ve Bitki Besleme Dergisi, 2(1): 27-32.
44. Öztürk, A., Akten, Ş., 1999. Kışlık buğdayda bazı morfolojik karakterler ve tane verimine etkileri. Turkish Journal of Agriculture and Forestry, 23(Ek Sayı 2): 409-422.
45. Özyazıcı, M.A., Aydoğan, M., Bayraklı, B., Dengiz, O., 2013. Doğu Karadeniz bölgesi kırmızı-sarı podzolik toprakların temel karakteristik özellikleri ve verimlilik durumu. Anadolu Tarım Bilimleri Dergisi, 28(1): 24-32.
46. Özyazıcı, M.A., Dengiz, O., Aydoğan, M., Bayraklı, B., Kesim, E., Urla, Ö., Yıldız, H., Ünal, E., 2016. Orta ve Doğu Karadeniz bölgesi tarım topraklarının temel verimlilik düzeyleri ve alansal dağılımları. Anadolu Tarım Bilimleri Dergisi, 31(1): 136-148.
47. Pachepsky, Y.A., Rawls, W.J., 1999. Accuracy and reliability of pedotransfer functions as affected by grouping soils. Soil Science Society of America Journal, 63(6): 1748-1757.
48. Pachepsky, Y.A., Rawls, W.J., Lin, H.S., 2006. Hydropedology and pedotransfer functions. Geoderma, 131(3-4): 308-316.
49. Patil, N.G., Singh, S.K., 2016. Pedotransfer functions for estimating soil hydraulic properties: A Review. Pedosphere, 26(4): 417-430.
50. Peterson, C.J., Graybosch, R.A., Baenziger, P.S., Grombacher, A.W., 1992. Genotype and environment effects on quality characteristics of hard red winter wheat. Crop Science, 32(1): 98-103.
51. Richards, L.A., 1954. Diagnosis and Improvement of Saline and Alkali Soils. United States Department of Agriculture, Handbook No: 60, pp. 105-106.
52. Sade, B., 1999. Tahıl Islahı (Buğday ve Mısır). Selçuk Üniversitesi Ziraat Fakültesi Yayınları No: 31, Konya.
53. Sağlam, M.T., 1997. Toprak ve Suyun Kimyasal Analiz Yöntemleri. Tekirdağ Üniversitesi Ziraat Fakültesi Yayınları, No: 189.
54. Sakin, M.A., Yıldırım, A., Gökmen, S., 2004. Tokat Kazova koşullarında bazı makarnalık buğday genotiplerinin verim, verim unsurları ile kalite özelliklerinin belirlenmesi. Tarım Bilimleri Dergisi, 10(4): 481-489.
55. Schaap, M.G., Leij, F.J., Van Genuchten, M.T., 2001. ROSETTA: A computer program for estimating soil hydraulic parameters with hierarchical pedotransfer functions. Journal Hydrology, 251(3-4): 163-176.
56. Smith, G.P., Googing, M.J., 1999. Models of wheat grain quality considering climate, cultivar and nitrogen effects. Agricultural and Forest Meteorology, 94(1): 86-93.
57. Şermet, C., 2011. Orta Karadeniz sahil bölümünde yetiştirilebilecek ekmeklik buğday (Triticum aestivum L.) çeşitlerinde verim, verim unsurları ve kalite kriterlerinin belirlenmesi üzerine bir araştırma. Yüksek lisans tezi, Ondokuz Mayıs Üniversitesi Fen Bilimleri Enstitüsü Tarla Bitkileri Anabilim Dalı, Samsun.
58. Taban, S., Çıkılı, Y., Kebeci, F., Taban, N., Sezer, S.M., 2004. Taşköprü yöresinde sarımsak tarımı yapılan toprakların verimlilik durumu ve potansiyel beslenme problemlerinin ortaya konulması. Tarım Bilimleri Dergisi, 10(3): 297-304.
59. Thiery, D., Amraoui, N., Noyer, M.L., 2018. Modelling flow and heat transfer through unsaturated chalk-Validation with experimental data from the ground surface to the aquifer. Journal of Hydrology, 556: 660-673.
60. Tosun, O., Yurtman, N., 1973. Ekmeklik buğdaylarda (Triticum aestivum L. em Thell) verime etkili morfolojik ve fizyolojik özellikler. Ankara Üniversitesi Ziraat Fakültesi Yıllığı, 23: 418-434.
61. Turan, M., Dengiz, O., Turan Demirağ, İ., 2018. Samsun ilinin Newhall modeline göre Toprak sıcaklık ve nem rejimlerinin belirlenmesi. Türkiye Tarımsal Araştırmalar Dergisi, 5(2): 131-142.
62. Vereecken, H., Weynants, M., Javaux, M., Pachepsky, Y., Schaap, M.G., van Genuchten, M.T., 2010. Using pedotransfer functions to estimate the van Genuchten-Mualem soil hydraulic properties: A review. Vadose Zone Journal, 9(4): 795-820.
63. Wang, L., Lia, X., Chen, Y., Yang, K., Chen, D., Zhou, J., Liu, W., Qi, J., Huang, J., 2016. Validation of the global land data assimilation system based onmeasurements of soil temperature profiles. Agricultural and Forest Meteorology, 218-219: 288-297.
64. Whitman, C.E., Haffield, J.L., Reginato, R.J., 1985. Effect of slope position on the microclimate, growth, and yield of barley. Agronomy Journal, 77(5): 663-669.
65. Willmott, C.J., Matsuura, K., 2005. Advantages of the mean absolute error (MAE) over the root mean square error (RMSE) in assessing average model performance. Climate Research, 30(1): 79-82.
66. Willmott, C.J., Robeson, S.M., Matsuura, K., 2012. Short Communication. A refined index of model performance. International Journal of Climatology, 32(13): 2088-2094.