Determination of Water Stress and Some Physiological Traits in Pepper Plant with Thermography Technique

Abstract

In this study, it was aimed to determine the water stress level of pepper plant by help of thermal indices and to determine the relationships among some physiological traits with these indices. An experiment consisting of four different irrigation applications (S100, S75, S50 and S25) was conducted in 2017 in Çanakkale. According to the results obtained from the study, thermal indices and all physiological traits were affected from the irrigation treatments. Crop Water Stress Index (CWSIe) determined empirically from the measurements of plant body with the help of thermal camera increased due to the decrease in irrigation water and Stomatal Conductance Index (IGe) has decreased as well. According to classification and regression tree analysis, arguably the use of CWSIe is enough to determine the time to start irrigation. In this case, the threshold value of the index is suitable as 0.42. According to the results of regression analysis for each growth period, significant correlations (p <0.001) were obtained among physiological traits with thermal indices. These relations increased after flowering period. As a result of the study, because of its success in discriminating water stress and ease of application, the use of indices obtained by thermal cameras which is one of the remote sensing techniques may be suggested for pepper plant. The study showed that the water stress in pepper plant has the potential to be determined quickly and accurately by using thermal images.

Keywords

• Pepper
• Thermal index
• Thermal imager
• Irrigation

Termografi Tekniği ile Biber Bitkisinde Su Stresinin ve Bazı Fizyolojik Özelliklerin Belirlenmesi

Öz

Çalışmada, termografi tekniği ile hesaplanan indeksler kullanılarak biberde su stresinin ve bu indeksler ile bazı fizyolojik özelliklerin belirlenmesi hedeflenmiştir. 2017 yılında Çanakkale’de dört farklı sulama konusundan (S100, S75, S50 ve S25) oluşan bir deneme yürütülmüştür. Çalışmadan elde edilen sonuçlara göre, uygulanan sulama konularından termal indeksler ve tüm fizyolojik özellikler etkilenmiştir. Termal kamera yardımıyla bitki düzeyindeki ölçümlerden ampirik olarak belirlenen bitki su stresi indeksi (CWSIe) verilen sulama suyundaki azalışa bağlı olarak artmış, stoma iletkenliği indeksi (IGe) ise azalmıştır. Sınıflama ve regresyon ağacı analizine göre, CWSIe’nin sulamaya başlama zamanını belirlemek amacıyla kullanımının yeterli olduğu söylenebilir. Bu durumda söz konusu indeksin eşik değeri 0.42 alınabilir. Termal indeksler ile fizyolojik özellikler arasında her bir büyüme dönemi için yapılan regresyon analizi sonuçlarına göre oldukça önemli ilişkiler elde edilmiştir. Söz konusu ilişkiler çiçeklenme döneminden sonra artış göstermiştir. Çalışmanın sonucu olarak su stresini ayırt etmedeki başarısı ve uygulamadaki kolaylığı nedeni ile biber bitkisinde uzaktan algılama tekniklerinden biri olan termografi tekniği ile elde edilen indekslerin kullanımı önerilebilir. Çalışma, termal görüntülerden yararlanarak biber bitkisinde su stresinin hızlı ve doğru bir şekilde belirlenebilme potansiyeli olduğunu göstermiştir.

Anahtar Kelimeler

• Sulama
• Biber
• Termal indeks
• Termal kamera

References

1. Ackley, W. B. (1954). Water contents and water deficits of leaves of bartlett pear trees on the two rootstocks P. Communis and P. Serotina. Proc. Amer. Soc. Hort. Science, 64, 181-185.
2. Anonim, (2015). Çanakkale İli Tarımsal Yatırım Rehberi. https://www.tarim.gov.tr/SGB/TARYAT/Belgeler/il_yatirim_rehberleri/canakkale.pdf Erişim tarihi: 15.01.2019.
3. Aybak, H. C. (2007). Biber, Hasad Yayıncılık. 2.baskı, İstanbul.
4. Behmann, J., Steinrücken, J., & Plümer, L. (2014). Detection of early plant stress responses in hyperspectral images. ISPRS Journal of Photogrammetry and Remote Sensing, 93, 98-111.
5. Breiman, L., Friedman, J. H., Olshen, R. A., & Stone, C. J. (1984). Classification and Regression Trees. Monterey, Calif., U.S.A. Wadsworth, Inc.
6. Camoglu, G., & Genc, L. (2013). Determination of water stress using thermal and spectral indices from green bean canopy. Fresenius Environmental Bulletin, 22(10a), 3078-3088.
7. Camoglu, G., Demirel, K., & Genc, L, (2018), Use of infrared thermography and hyperspectral data to detect effects of water stress on pepper. Quantitative InfraRed Thermography Journal, 15, 81-94.
8. Cohen, Y., Alchanatis, V., Meron, M., Saranga, S., & Tsipris, J. (2005) Estimation of leaf water potential by thermal imagery and spatial analysis. Journal of Experimental Botany, 56, 1843-1852.

9. Çamoğlu, G., & Genç, L. (2013). Taze fasulyede su stresinin belirlenmesinde termal görüntülerin ve spektral verilerin kullanımı. ÇOMÜ Ziraat Fakültesi Dergisi, 1(1), 15-27.
10. Çamoğlu, G., Demirel, K., & Genç, L. (2019). Termal kamera ve NDVI sensörü kullanılarak domatesin fizyolojik özelliklerinin tahminlenmesi. Harran Tarım ve Gıda Bilimleri Dergisi, 23, 78-89.
11. Fujiwara, H., Endo, T., & Yasuoka, Y. (2004, November). Evaluation of water stress on a crop using the portable hyper spectral imager. 25th Asian Conference on Remote Sensing & 1st Asian Space Conference, Thailand.
12. Jackson, R. D. (1982). Canopy temperature and crop water stress. Advances in Irrigation Research, 1, 43-85.
13. Jackson, R. D. (1986). Remote sensing of biotic and abiotic plant stress. Annual Review of Phytopathology, 24, 265-287.
14. Jones, H. G. (1999). Use of thermography for quantitative studies of spatial and temporal variation of stomatal conductance over leaf surfaces. Plant Cell Environment, 22, 1043-1055.
15. Jones, H. G., Stoll, M., Santos, T., Sousa, C., Chaves, M. M., & Grant, O. (2002). Use of infrared thermography for monitoring stomatal closure in the field: application to grapevine. Journal of Experimental Botany, 53, 2249-2260.
16. Kaçar, B., Katkat, A. V., & Öztürk, Ş. (2009). Bitki Fizyolojisi, Nobel Yayınları, 489, Ankara.
17. Strachan, I. B., Pattey, E., & Boisvert, J. B. (2002). Impact of nitrogen and environmental conditions on corn as detected by hyperspectral reflectance. Remote Sensing of Environment, 80(2), 213-224.
18. Vural, H., Eşiyok, D., & Duman, İ. (2000). Kültür Sebzeleri (Sebze Yetiştirme). Ege Üniversitesi Basım Evi, Bornova, İzmir.
19. Zia, S., Romano, G., Spreer, W., Sanchez, C., Cairns, J., Araus, J. L., & Müller, J. (2013). Infrared thermal imaging as a rapid tool for identifying water-stress tolerant maize genotypes of different phenology. Journal of Agronomy and Crop Science, 199, 75-84.