Optimization of the performance of a metering unit for precision seeding of Coriander seeds (Coriandrum sativum L.) using Box-Behnken Design

Year 2022, , 385 - 396, 30.09.2022

Hürkan Tayfun Varol , Adnan Değirmencioğlu

https://doi.org/10.20289/zfdergi.1068974

Abstract

Amaç: Bu çalışmanın amacı Kişniş (Coriandrum sativum L.) tohumlarının tek dane kiminde vakumlu tip bir ekici düzenin sıra üzeri tohum mesafesine ilişkin performansının belirlenmesidir.
Materyal ve Yöntem: Söz konusu amaca ulaşabilme yolunda, laboratuvar koşullarında denemeler yürütülmüş ve denemelerde vakumlu tip tek dane ekim makinası kullanılmıştır. Box-Behnken deneme desenine uygun olarak her birimin üç seviyesi olan üç bağımsız değişkenle laboratuvar koşullarında denemeler yürütülmüştür. Bu değişkenler, vakum plakası üzerindeki deliklerin çapı, ekim makinası ilerleme hızı ve vakum olarak düşünülmüştür. Elde edilen veriler, tohum mesafesindeki kalitenin düzgünlüğünü ifade etmede kullanılan beş farklı performans kriteri açısından değerlendirilmiştir. Bu performans kriterleri de kabul edilebilir tohum aralığı (Iqf), ikizlenme (Imulti) ve boşluk oranı (Imiss), hassasiyet (Ip) ve 3 cm mod esasına dayalı hassasiyet katsayısı olan (CP3) olarak seçilmiştir.
Araştırma Bulguları: Her bir performans kriteri için polinomiyal fonksiyonların geliştirilmesi denenmiş olup sadece kabul edilebilir tohum aralığı (Iqf) için uyum noksanlığı olmayan tek bir polynomiyal denklem geliştirilebilmiştir. Elde edilen ve kübik formdaki modelden optimum delik çapı, makina ilerleme hızı ve vakumun optimum değerleri sırasıyla 1.75 mm, 1.5 ms-1 ve 47.7 mbar olarak bulunmuştur.
Sonuç: qf değeri yukarıda belirtilen optimum değerlerde 94.7% olarak hesaplanmış olup söz konusu optimumlarda yapılan sınama denemelerinde ortalama olarak 97.3% değeri elde edilmiştir.

Keywords

matematiksel modelleme, tıbbi ve aromatik bitkiler, tepki yüzeyleri metodolojisi, tohum aralığında hassasiyet

Optimization of the performance of a metering unit for precision seeding of Coriander seeds (Coriandrum sativum L.) using Box-Behnken Design

Abstract

Objective: The objective of this study was to find out the seed spacing performance of a vacuum type precision metering unit for seeding coriander seeds (Coriandrum sativum L.).
Materials and Method: In order to meet this objective, experiments were conducted in the laboratory conditions and a vacuum type precision seeder was used. Box-Behnken design based experiments with three independent variables, with three levels for each was conducted in the laboratory. These variables were considered to be the hole diameter on vacuum plate, forward speed of the seeder and the vacuum. The data obtained were evaluated for five different performance indicators for defining the seed spacing quality. The performance indices were selected to be quality of feed (Iqf), multiple (Imulti) and miss index (Imiss), precision (Ip) and coefficient of precision (CP3).
Results: Polynomial functions were tried to develop for each indicator. As a result of regression analysis for all indices, only one polynomial function for Iqf was obtained without lack of fit. From the polynomial function, the optimum diameter of the hole on vacuum plate, forward speed of the seeder and vacuum was found to be 1.75 mm, 1.5 ms-1 and 47.7 mbar, respectively.
Conclusions: The Iqf value at these optimum points was calculated to be 94.7 % while the verification tests of these optimums experimentally resulted in an average value of 97.3%.

Keywords

Mathematical modelling, medicinal and aromatic plants, Response Surface Methodology, seed spacing accuracy

References

• Ahmad, F., M. Adeel, B. Qiu, J. Ma, M. Shoaib, A. Shakoor & F. A. Chandio, 2021. Sowing uniformity of bed-type pneumatic maize planter at various seedbed preparation levels and machine travel speeds. International Journal of Agriculture & Biological Engineering, 14 (1): 165-171. Doi: 10.25165/j.ijabe.20211401.5054
• Anonymous, 2020. Medicinal and aromatic plants. (Web page: https://gthmyo.bingol.edu.tr/en/programlar_/medicinal-and-aromatic-plants/#:~:text=Medicinal%20and%20aromatic %20plants%20are,herbal%20tea%2C%20flavor %20 and%20condiment) (Date accessed: December 2020).
• Anonymous, 2021. Kişniş Yetiştiriciliği ve Kullanım Alanları. (Web page: https://yetistir.net/kisnis-yetistiriciligi -ve- kullanim-alanlari/)) (Date accessed: June 2021).
• Anonymous, 2022. Türkiye İstatistik Kurumu (Web page: https://www.tuik.gov.tr) (Date accessed: February 2022).
• Box, G.E.P. & N. Draper, 1987. Empirical Model-Building and Response Surfaces. New York, NY, USA: John Wiley & Sons, 688 pp.
• Boztaş, G., A. B. Avcı, O. Arabacı & E. Bayram, 2021. Tıbbi ve aromatik bitkilerin dünyadaki ve Türkiye’deki ekonomik durumu , Teorik ve Uygulamalı Ormancılık, 1: 27-33. Doi: 10.53463/tafor.2021vol1iss1pp27-33
• Brinkmann, W., E. Flake & W. Gehlen, 1980. Test: Einzelkornsaegeraete fuer Zuckerrueben. DLZ Die Landtechnische Zeitschrift, 3: 1-8.
• Faydaoğlu, E. & M.S. Sürücüoğlu, 2011. Geçmişten günümüze tıbbi ve aromatik bitkilerin kullanılması ve ekonomik önemi. Kastamonu Üniversitesi Orman Fakültesi Dergisi, 11 (1): 52-67. (Web page: https://dergipark.org.tr/tr/pub/ kastorman/issue/17236/180072.
• Ferreira, S.L.C., R.E. Bruns, H.S. Ferreira, G.D. Matos, J.M. David, G.C. Brandao, E.G.P. da Silva, L.A. Portugal, P.S. dos Reis, A.S. Souza & W.N.L. dos Santos, 2007. Box-Behnken design: An alternative for the optimization of analytical methods. Analytica Chimica Acta, 597: 179-186. Doi:10.1016/j.aca.2007.07.011
• ISO, 1984. ISO 7256/1-1984(E) Standard. Sowing Equipment-Test Methods - Part One, Single Seed Drills (Precision Drills), 7256/1. Geneva, Switzerland: International Organization for Standardization.
• Kachman, S. D. & J.A. Smith, 1995. Alternative measures of accuracy in plant spacing planter using single seed metering. Transactions of the ASAE, 38: 379‐387. Doi: 10.13031/2013.27843
• Maple, 2005. Mapple Getting Started guide.Canada. 88 ppMinitab19, 2009. User Manual, Getting Started with Minitab 19 for Windows, www.minitab.com, (V19; Free Trial Version), Pennsylvania, USA. 294 pp.
• Onal, O. & I. Onal, 2009. Development of a computerized measurement system for in-row seed spacing accuracy. Turkish Journal of Agriculture & Forestry, 33 (2): 99-109. Doi:10.3906/tar-0804-12
• Rawlings, J. O., (1988). Applied Regression Analysis. Pacific Grove, CA, USA: Wadsworth & Brooks/Cole Advanced Books & Software, 553 pp.
• Simerjeet, S. V., J. P. Fulton, W. M. Porter & G.L. Pate, 2017. “Field validation of seed meter performance at varying seeding rates and ground speeds, Paper Number: 1701309: 1-9. 2017 ASABE Annual International Meeting (July 16-19, 2017, Spokane, Washington, USA).
• Singh, R. C., G. Singh & D. C. Saraswat, 2005. Optimisation of design and operational variables of a pneumatic seed metering device for planting cottonseed. Biosystems Engineering, 92 (4): 429-438. Doi.org/10.1016/j.biosystemseng.2005.07.002
• Yaldız, G. & M. Çamlıca, 2018. Türkiye’de tibbi ve aromatik bitkilerin üretimi ve ticareti. Bahçe 47 (Özel Sayı 2: Uluslararası Tarım Kongresi, (UTAK 2018): 224-229.
• Yazgı, A. & A. Değirmencioğlu, 2007. Optimisation of the seed spacing uniformity performance of a vacuum-type precision seeder using response surface methodology. Biosystems Engineering, 97: 347-356. Doi:10.1016/j.biosystemseng.2007.03.013
• Yazgı, A., 2010. Vakumlu Tek Dane Ekimde Optimizasyon ve Makina Performansının Matematiksel Modellemesi. Ege Üniversitesi Fen Bilimleri Enstitüsü, (Basılmamış) Doktora Tezi, İzmir, 189 s.