Creating of leaf area model with linear measurements in pepper plant

Abstract

Aims: Simple, accurate, and nondestructive methods of determining leaf area of plants are important for many experimental comparisons. The objectives of this study were to establish equations to estimate the leaf area of greenhouse-pepper and nondestructive leaf area determination by using this model and to evaluate the effects of different irrigation water levels (I20, I40, I60, I80, I100 and I120) on this estimative.

Methods and Results: A total of 300 leaves for each irrigation water level (totally 1800 leaves) were collect and predict the wide (W), length (L) and area (LA) of individual leaves of pepper plants. The wide and length of the leaves were measured with digital compass and leaf areas were measured with digital planimeter. The relationships among W, L and LA of leaves were invested graphically by using MS-Excel 2010.  The mathematical model estimated with measured leaf parameters were derived from Unscrambler software MLR. The RMSEP and R2 values were used for comparison of the models. Mean leaf area values were decreased by restricted irrigation amounts and, the leaf area values in I20 (22 cm2), I40 (23 cm2) and I60 (23.1 cm2) were lower than the other leaf area values in sufficient and/or excess irrigation amounts. In the experiment, the best pepper leaf area estimating model was determined as LA (cm2) = 0.2462 * (W2 + L2) - 0.4357 (RMSEP=2.47 and R2=0.98).

Conclusions: With the help of the model developed in the light of the data obtained, it is possible to determine the leaf area of pepper plant for using physiological, morphological and other scientific purposes.

Significance and Impact of the Study: Leaf area measurements without damaging the leaves are important because they provide researchers with the opportunity to continuously work on the same plant and leaf and thus reduce the high coefficient of variation that may occur in trials. Furthermore, the determination of leaf areas with simple linear measurements will eliminate the need for very expensive and complex leaf area measuring devices.

Keywords

• leaf area,growth model,leaf area index,water stress

Biber bitkisinde doğrusal ölçümlerle yaprak alan modelinin oluşturulması

Öz

Amaç: Bitkilerin yaprak alanının belirlenmesinde kullanılan basit, doğru ve bitkiye zarar vermeyen yöntemler, birçok deneysel karşılaştırmada önemli yer tutmaktadır. Bu çalışmada serada yetiştirilen biber bitkisinin farklı sulama suyu miktarları (I₂₀, I₄₀, I₆₀, I₈₀, I₁₀₀ ve I₁₂₀) altında yaprak alan modellerinin geliştirilmesi ve bu modelden faydalanılarak bitkiye zarar vermeden yaprak alanlarının belirlenmesi amaçlanmaktadır.

Yöntem ve Bulgular: Her konuda 300’er adet (toplam 1800 adet) yaprak üzerinde çalışılmış ve en (W), boy (L) ve alanları (LA) belirlenmiştir. En ve boy ölçümleri dijital kompasla yapılırken, alan ölçümleri dijital planimetre ile yapılmıştır. Yaprak eni, yaprak boyu ve yaprak alanı değerleri arasındaki ilişki MS-Excel 2010 yazılımı ile grafiksel olarak incelenmiştir. Yaprak eni, yaprak boyu ve yaprak alanı değerleri arasındaki matematiksel tahmin modelleri ise; Unscrambler yazılımında MLR yöntemine göre oluşturulmuştur. Modellerin karşılaştırılması amacıyla her bir model için Unscrambler yazılımından elde edilen RMSEP ve R² değerleri kullanılmıştır. Sonuçlara göre kısıtlı su uygulamalarının ortalama yaprak alanını azalttığı belirlenmiş ve bu bağlamda I₂₀ (22 cm²), I₄₀ (23 cm²) ve I₆₀ (23.1 cm²) kısıtlı su uygulama konuları diğer konulara göre daha düşük ortalama yaprak alanı değerleriyle sonuçlanmıştır. Araştırmada elde edilen en başarılı modelin; Biber Yaprak Alanı (cm²) = 0.2462 * (W²+L²) - 0.4357 (RMSEP=2.47 ve R²=0.98) olduğu belirlenmiştir.

Genel Yorum: Elde edilen veriler ışığında geliştirilen model yardımıyla biber üzerinde yapılacak fizyolojik, morfolojik ve diğer çalışmalarda kullanılan yaprak alanlarının belirlenmesi mümkündür.

Çalışmanın Önemi ve Etkisi: Yapraklara zarar vermeden yaprak alanı ölçümleri, araştırmacılara sürekli aynı bitki ve yaprakta çalışma fırsatı sağlaması ve dolayısıyla denemelerde ortaya çıkabilen yüksek varyasyon katsayılarını azaltma potansiyeli nedeniyle önemlidir. Ayrıca, basit doğrusal ölçümlerle yaprak alanlarının belirlenebilmesi çok pahalı ve karmaşık yaprak alan ölçüm cihazlarına gereksinimi ortadan kaldıracaktır.

Anahtar Kelimeler

• Yaprak alanı,büyüme modeli,yaprak alan indeksi,su stresi

Kaynakça

1. Anonim 2009. TÜİK, Türkiye İstatistik Yıllığı.
2. Anonim 2016. TÜİK, Türkiye İstatistik Yıllığı.
3. Centritto M, Loreto F, Massacci A, Pietrini F, Villani MC ve Zacchine M, 2000. Improved Growth and Water Use Efficiency of Cherry Saplings under Reduced Light Intensity. Ecological Research, 15: 385–392.
4. Çamaş N, Ayan AK ve Esendal E, 2005. Leaf Area Prediction Model for Safflower (Carthamus Tinctorius L.) Pakistan Journal of Biological Sciences 8 (11 ): 1541-1543.
5. Esbensen KH, 2009. Multivariate Data Analysis – In Practice. 5th Edition. Camo. Norway.
6. Gomez KA ve Gomez AA, 1984. Statistical Procedures for Agricultural Research. John Wiley and Sons, New York.
7. Guo DP ve Sun YZ, 2001. Estimation of Leaf Area of Stem Lettuce (Lactuca Sativa Var Angustana) from Linear Measurements. Indian J. of Agricultural Science, 71(7): 483-486.
8. Gülümser A, Bozoğlu H ve Peşken E, 1998. Yemeklik Tane Baklagiller (Uygulama Kitabı). OMÜ. Ziraat Fak. Ders Kitabı No.27. Samsun.

9. Kandiannan K, Kailasam C, Chandaragiri KK ve Sankaran N, 2002. Allometric Model for Leaf Area Estimation in Black Pepper (Piper Nigrum L.). J. Agronomy& Crop Science, 188: 138—140.
10. Kanemasu ET, Asrar G ve Fuchs M, 1985. Application of Remotely Sensed Data in Wheat Growht Modelling. In: Wheat Growht and Modelling, Eds.: W. Day and R.K. Atkin. Nato Asi Series, Series A: Life Sciences, 86, 357-369.
11. Kaygısız H, 2000. Sebzecilik Genel Teknikler Özel Uygulamalar (Domates, Biber, Patlıcan, Biber). Genişletilmiş İkinci Baskı, Hasad Yayıncılık Ltd. Şti., İstanbul.
12. Koç M ve Barutçular C, 2000. Buğdayda Çiçeklenme Dönemindeki Yaprak Alanı İndeksi ile Verim Arasındaki İlişkinin Çukurova Koşullarındaki Durumu. Turk J Agric For. 24:585-593.
13. Lawlor DW, 1995. Photosynthesis, Productivity and Environment. J. Exp. Bot. 46, 1449–1461.
14. Longnecker N, 1994. Nutrient Deficiencies and Vegetative Growth. In Mechanisms of Plant Growth and Improved Productivity; Basra, A.S., Ed.; Marcel Dekker: New York,137–172.
15. Manivel L ve Weaver RJ, 1974. Biometric Correlations Between Leaf Area and Length Measurements of grenache Grape Leaves . Hortscience, 9(1): 27-28.
16. Robbins NS ve Pharr DM, 1987. Leaf Area Prediction Models for Cucumber from Linear Measurements. Hortscience, 22(6): 1264-1266.
17. Sepaskhah AR, 1977. Estimation of Individual and Total Leaf Areas of Safflowers. Agronomy Journal, 69(5): 783-785.
18. Stewart DW ve Dwyer LM, 1993. Mathematical Characterization of Maize Canopies. Agricultural and Forest Meteorology, 66:247-265.
19. Strik BC ve Proctor JTA, 1985. Estimating the Area of Trifoliolate and Unequally Imparipinnate Leaves of Strawberry. Hortscience, 20(6): 1072-1074.