Modelling of the effect of light and temperature on the development parameters of tomatoes in the soilless cultures

Abstract

In this study, the effects of temperature and light on development parameters have been examined for cluster tomatoes grown on cocopeat and rockwool substrates. This research carried out in three planting periods in 2014-2015 in the shaded/unshaded glasshouse. Bandita F1 was used. Plant development parameters such as days from planting to blooming, plant height increase rate, leaf appearance increase rate, stem diameter increase rate and fruit growth period have been analyzed. The obtained data were transformed into mathematical models with multi regression analyses. The defined models used to draw 3D graph with Slide Write Plus package program for plant development parameters. It has been determined plant development parameters for the tomatoes grown on substrates of cocopeat and rockwool vary changed between 16.42-26.22ºC for the temperature and 96.10-455.93 µmol s-1 m-2 for the light intensity. It has been found that there is a statistically significant relationship between predicted parameters based on multi-regression analysis and actual parameters. Regression coefficients of the designed models for examined plant development parameters have been between 0.90-0.99. Research has found that cocopeat substrate has positive effect on blooming process and tomatoes fruit growth period. It has been found that increasing light and temperature has linear relationship to the rate of plant leaf appearance rate and stem diameter increase. Fruit growth period model for cocopeat substrate was found as MBP= 184.8317-8.65659xT-0.05637xL+0.170203xT² (temperature, ºC), (light, µmol s-1 m-2) (R²: 0.99***). Using these mathematical models for the tomato production in a controlled environment optimum plant management can be achieved since these will help better understand plant development parameters under different temperature and light conditions.

Keywords

• Tomato
• Light
• Temperature
• Soilless culture
• Modelling

Topraksız tarımda domates yetiştiriciliğinde bitki gelişme parametreleri ile sıcaklık ve ışık arasındaki ilişkilerin modellenmesi

Abstract

Çalışmada, Hindistan cevizi lifi ve kayayünü substratlarında yetiştirilen salkım domateste gelişme parametreleri üzerine, sıcaklık ve ışığın kantitatif etkileri incelenmiştir. Araştırma, 2014-2015 yıllarında üç farklı dikim döneminde, gölgeli ve gölgesiz koşullar altında cam serada yürütülmüştür. Bitkisel materyal olarak Bandita F1 salkım domates çeşidi kullanılmıştır. Bitki gelişme parametreleri bakımından; dikimden çiçeklenmeye kadar geçen gün sayısı, bitki boylanma hızı, bitki yapraklanma hızı, gövde çapı artış hızı ve meyve büyüme periyodu özellikleri incelenmiştir. Bu parametrelerden elde edilen veriler, çoklu regresyon analizleri ile matematiksel modellere dönüştürülmüştür. Oluşturulan modeller yardımıyla, bitki gelişme unsurları için Slide Write Plus paket programında 3 boyutlu grafikler çizilmiştir. Araştırmada, Hindistan cevizi lifi ve kayayünü substratlarında yetiştirilen domates bitkilerinde, bitki gelişme unsurlarının 16.42-26.22ºC sıcaklık ve 96.10-455.93 µmol s-1 m-2 ışık şiddeti sınırlarında belirgin değişkenlikler gösterdiği belirlenmiştir. Çoklu regresyon analiz sonuçlarına göre elde edilen tahmini değerler ile gerçek bitki gelişme parametreleri arasında istatistiksel olarak önemli düzeyde bir ilişkinin olduğu saptanmıştır. İncelenen bitki gelişme unsurları için üretilen modellerin regresyon katsayılarının (R2), 0.90-0.99 arasında olduğu tespit edilmiştir. Çalışma sonucunda; yetiştirme ortamı olarak Hindistan cevizi lifi substratının domateste ilk çiçeklenme süresini ve meyve büyüme periyodunda erkenciliği olumlu yönde etkilediği bulunmuştur. Ayrıca domateste her iki topraksız yetiştirme ortamında bitki yapraklanma hızı ve bitki gövde çapı artış hızının, artan ışık şiddeti ve artan sıcaklık ile doğrusal olarak artış gösterdiği belirlenmiştir. Çalışmada, Hindistan cevizi lifi substratlarında yetiştirilen domateste meyve büyüme periyodu modeli; MBP= 184.8317-8.65659xT-0.05637xL+0.170203xT² (sıcaklık, ºC) ve (ışık, µmol s-1 m-2) (R²: 0.99***) olarak tespit edilmiştir. Kontrollü ortamda yapılan domates üretiminde; farklı sıcaklık ve ışık koşullarının bitki gelişmesi üzerine olan etkilerini açıklayan söz konusu bu matematiksel modeller kullanılarak, optimum bitki yönetimi sağlanabilecektir.

Keywords

• domates
• ışık
• sıcaklık
• topraksız tarım
• modelleme

References

1. Adams SR, Cockshull KE, Cave CRJ (2001) Effect of temperature on the growth and development of tomato fruits. Annals of Botany 88: 869-877.
2. Andiç C (1993) Tarımsal Ekoloji. Atatürk Üniversitesi Ziraat Fakültesi Ders Notları. Yayın No: 106, Erzurum.
3. Atherton JG, Harris GP (1986) Flowering. In: Atherton JG, Rudich J (Eds), The Tomato Crop. A Scientific Basis for Improvement, London, England, pp: 167-200.
4. Balkaya A (2004) Modelling the effect of temperature on the germination speed in some legume crops. Journal of Agronomy 3: 179-183.
5. Brazaitytė A, Kasiulevičiūtė A (2013) The comparison of supplemental blue and green light effects on two cucumber hybrid transplant grown under HPS lighting in greenhouse. The Sixth International Scientific Conference Proceedings, Lithuanian Research Centre for Agriculture and Forestry 2(6): 49-53.
6. Cemek B (2002) Farklı sera örtü malzemelerinin bitki büyüme, gelişme, verim ve sera içi çevre koşullarına etkisi. Doktora Tezi, Ondokuz Mayıs Üniversitesi Fen Bilimleri Enstitüsü, Samsun.
7. Cengiz E (2017) Bazı kabak anaçlarında tohumların çimlenmesi ve çıkışı üzerine sıcaklığın etkisinin modellenmesi. Yüksek Lisans Tezi, Ondokuz Mayıs Üniversitesi Fen Bilimleri Enstitüsü, Samsun.
8. Cockshull KE, Graves CJ, Carol RJ (1992) The influence of shading on yield of glasshouse tomatoes. Journal of Horticultural Science 67(1): 11-24.

9. De Koning AdNM (1994) Development and dry matter distrubution in glasshouse tomato quantitive aproach. PhD Thesis, Wageningen Agricultural University, Wageningen.
10. De Koning AdNM (2000) The effect of temperature, fruit load and salinity on development rate of tomato fruit. Acta Horticulturae 519: 85-94.
11. Demir Y, Uzun S, Cemek B (2001) Sonbahar turfandacılığında ısıtmasız seralarda farklı torba kültürlerinde ortam sıcaklığı ile bitki büyüme, gelişme ve verim ilişkileri. 6. Ulusal Seracılık Sempozyumu, Muğla.
12. Demirsoy M (2016) Sera koşullarında farklı yapay ışık, renk ve kaynaklarının (Lycopersicon esculentum Mill.), biber (Capsicum annuum L.) ve patlıcanda (Solanum melongena L.) fide büyüme, gelişme, kalite ve dikim sonrası adaptasyonlarına etkilerinin kantitatif yöntemlerle incelenmesi. Doktora Tezi, Ondokuz Mayıs Üniversitesi Fen Bilimleri Enstitüsü, Samsun.
13. Dileman JA, Heuvelink E (1992) Factors affecting the number of leaves preceding the first inflorescence in tomato. Journal of Horticultural Science 67(1): 1-10.
14. El-Gizawy AM, Abdallah MMF, Gomaa HM, Mohamed SS (1992) Effect of different shading levels on tomato plants. 2. Yield and Fruit Quality Acta Horticultural 323: 349-354.
15. Eriş A (2007) Bahçe Bitkileri Fizyolojisi. VI. Baskı, Uludağ Üniversitesi Ziraat Fakültesi Ders Notları, Bursa.
16. Kandemir D (2005) Sera şartlarında sıcaklık ve ışığın biberde (Capsicum annuum L.) büyüme, gelişme ve verim üzerine kantitatif etkileri. Doktora Tezi, Ondokuz Mayıs Üniversitesi Fen Bilimleri Enstitüsü, Samsun.
17. Kandemir D, Uzun S (2019) Farklı ışık ve sıcaklık şartlarının sera biber yetiştiriciliğinde büyüme parametreleri üzerine kantitatif etkilerinin modellenmesi. Ondokuz Mayıs Üniversitesi Anadolu Tarım Bilimleri Dergisi 34(1): 1-11.
18. Odabaş MS (2003) Sıcaklık ve ışığın baklada (Vicia faba L.) büyüme, gelişme ve verime kantitatif etkileri. Doktora Tezi, Ondokuz Mayıs Üniversitesi Fen Bilimleri Enstitüsü, Samsun.
19. Odabaş MS, Gülümser A (2005) Farklı ışık şiddetinin bakla’da (Vicia faba L.) verim ve bazı bitkisel özelliklere etkisi. Tarım Bilimleri Dergisi 11(3): 286-291.
20. Odabaş MS, Camas N, Cirak C, Radušiene J, Janulis V, Ivanauskas L (2010) The quantitative effects of temperature and light intensity on phenolics accumulation in St. John's wort (Hypericum perforatum L). Natural Product Communications 5(4): 535-540.
21. ÖKS (2019) Örtüaltı Kayıt Sistemi. T.C. Tarım ve Orman Bakanlığı, Ankara. Sözlü Erişim 29 Mayıs 2019.
22. Özkaplan M (2018) Serada topraksız domates yetiştiriciliğinde büyüme, gelişme ve verim üzerine ışık ve sıcaklığın kantitatif etkilerinin modellenmesi. Doktora Tezi, Ondokuz Mayıs Üniversitesi Fen Bilimleri Enstitüsü, Samsun.
23. Özkaplan M (2019) Tarımda matematiksel model kullanımı. 3. Uluslararası Unidokap Karadeniz Sempozyumu, Tokat, s. 456-461.
24. Özkaplan M, Balkaya A (2019) Işık ve sıcaklığın topraksız tarım koşullarında salkım domatesin meyve kalitesine etkisi. Ondokuz Mayıs Üniversitesi Anadolu Tarım Bilimleri Dergisi 34(3): 227-238.
25. Özden ÜH (2015) Yöneylem Araştırması. http://www.unalozden.com/download/yoneylemaraştirmasiall.pdf. Erişim 19 Mayıs 2019.
26. Pearson S (1992) Modelling the effect of temperature on the growth and development of horticultural crops. PhD Thesis, The University of Reading, England.
27. Picken AJF, Stewart K, Klapwicjk K (1986) Germination and vegetative development. In: Atherton JG, Rudich J (Eds), The Tomato Crop. Chapman and Hall, London, English, pp. 167-200.
28. Taiz L, Zeiger E (2008) Bitki Fizyolojisi. 3. Baskı Çeviri (Ed: Türkan İ), Palme Yayıncılık, Ankara.
29. Tüzel Y, Gül A (2008) Seralarda İyi Tarım Uygulamaları. Bahçe Ürünlerinde Çevre Dostu Uygulamaların Yaygınlaştırılması ve İş Olanağı Yaratılması için Ziraat Mühendislerinin Kapasitelerinin Geliştirilmesine Yönelik Eğitim Projesi. Proje No: TR0205.01/002/02/011, İzmir.
30. Tüzel Y, Duyar H, Öztekin GB, Gül A (2009) Domates anaçlarının farklı dikim tarihlerinde bitki gelişimi, sıcaklık toplamı isteği, verim ve kaliteye etkileri. Ege Üniversitesi Ziraat Fakültesi Dergisi 46: 79-92.
31. Uzun S (1996) The quantitative effects of temperature and light environment on the growth, development and yield of tomato and aubergine. PhD Thesis, The University of Reading, England.
32. Uzun S, Demir Y (1996) Sıcaklık ve ışığın bitki büyüme, gelişme ve verime etkileri (II. Gelişme). Ondokuz Mayıs Üniversitesi Ziraat Fakültesi Dergisi 11: 201-212.
33. Uzun S (1997) Sıcaklık ve ışığın bitki büyüme, gelişme ve verimine etkisi (I.Büyüme). Ondokuz Mayıs Üniversitesi Ziraat Fakültesi Dergisi 12: 147-156.
34. Uzun S (2001) Serada domates ve patlıcan yetiştiriciliğinde bazı büyüme ve verim parametreleri ile sıcaklık ve ışık arasındaki ilişkiler. Türkiye 6. Ulusal Seracılık Sempozyumu, Muğla, s. 97-102.
35. Uzun S (2006) The quantitative effects of temperature and light on the number of leaves preceding the first fruiting inflorescence on the stem of tomato (Lycopersicon esculentum Mill.) and aubergine (Solanum melogena L.). Scientia Horticulturae 109: 142-146.
36. Yıldız D (2013) Gölgelemenin sırık domates yetiştiriciliğinde verim, kalite ve bazı argonomik özellikler üzerine etkisi. Yüksek Lisans Tezi, Gaziosmanpaşa Üniversitesi Fen Bilimleri Enstitüsü, Tokat.
37. Yoldaş F, Eşiyok D (2005) Termal zamanın (ºC-Gün) bitkisel üretimde kullanımı. Ege Üniversitesi Ziraat Fakültesi Dergisi 42: 207-218.