288 Hassas Sulama Teknolojileri Precision Irrigation

27. Tarımsal Mekanizasyon Ulusal Kongresi, 5-7 Eylül 2012, Samsun
Hassas Sulama Teknolojileri
Mehmet Metin ÖZGÜVEN, Sedat KARAMAN
Gaziosmanpaşa Üniversitesi, Ziraat Fakültesi, Biyosistem Mühendisliği Bölümü, Tokat
[email protected]
Özet: Çevre konusundaki hassasiyetler, bilgi teknolojilerindeki hızlı gelişmeler ve artan
maliyetler nedeniyle girdilerin en etkin şekilde kullanılma zorunluluğu ile birleştiğinde,
tarımsal üretimde hassas tarım teknolojilerinin kullanılması ve yaygınlaşmasının önemi
artmaktadır. Hassas tarım uygulamalarıyla girdilerin etkinliği arttırılarak maliyet
azalmakta ve alana özgü uygulama yapılmasıyla sağlanan verim artışıyla çiftçiler için
gereksinim duyulan teknolojik çözümler sağlanmaktadır. Bu çalışmada özelikle son
yıllarda yapılan araştırmalar göz önünde bulundurularak, hassas tarımın dünyadaki
mevcut durumu ve gelişme sürecine genel bir bakış getirilmeye çalışılarak tarımsal
sulamada kullanımları açıklanmıştır.
Anahtar Kelimeler: Hassas tarım, hassas sulama, sulama
Precision Irrigation Technologies
Abstract: Concerning the increasing environmental awareness, rapid developments in
information technologies and necessity of effective input utilization due to rising costs,
the importance and popularity of spreading and using precise farming technologies in
agricultural production is increasing. Precision farming decreases the cost by increasing
the efficiency of the inputs and increases the yield by site specific practices. This
provides technological solutions for the possible needs and drawbacks of the farmers. In
this study, initially recent studies on precision agriculture were reviewed, an overview of
precision farming in the world and its development were presented and then its
applications in agricultural irrigation were described.
Key words: Precision farming, precision irrigation, irrigation
Giriş
Hassas tarım (HT) teknolojileri kontrol, elektronik, bilgisayar ve veri tabanı ile hesap
bilgisini bir araya getirerek gelişmiş bir sistem yaklaşımı ortaya koymaktadır. HT teknolojileri
küresel konum belirleme sistemi, coğrafi bilgi sistemi, değişken oranlı uygulama ve uzaktan
algılama teknolojilerinin kullanılmasıyla, tarlanın bütününe yapılan alışılagelmiş sabit düzeyli
uygulama yöntemleri yerine, çok daha küçük kısımlarına ait toprak ve bitki özelliklerinin
(toprak nemi, topraktaki bitki besin elementlerinin düzeyi, toprak bünyesi, ürün koşulları,
verim, vb.) belirlenmesi sayesinde değişken düzeyli uygulamayı esas alan (her bir kısma
kendi gereksinimi kadar gübre veya ilaç uygulanması, farklı derinlikte toprak işleme, farklı
normlarda ekim, farklı düzeylerde sulama ve drenaj) ve bütün bunların sonucu olarak daha
ekonomik ve çevreye duyarlı üretimi hedefleyen bir işletmecilik ve tarımsal üretim yöntemidir
(Özgüven ve Türker, 2010).
Hassas sulama (HS) sistemi bitkisel üretimdeki toprak yapısı ve verimi, toprağın fiziksel,
kimyasal ve hidrolik özellikleri, sulama uygulamaları, zararlılar, hastalıklar ve bitki
genetiğindeki mekansal ve zamansal değişkenlik sonucunda geliştirilen değişkenliğin olduğu
bölgelerin belirlenmesi ve alana özgü sulama gereksinimlerinin en yüksek ekonomik yarar
sağlayacak şekilde doğru zamanda ve değişen oranlarda karşılanmasına yönelik bir sistem
yaklaşımıdır. Literatürlerde konuyla ilgili olarak hassas sulama (precision irrigation), reçeteli
sulama (prescription irrigation), alana özgü sulama (site-specific irrigation), değişken oranda
288
27. Tarımsal Mekanizasyon Ulusal Kongresi, 5-7 Eylül 2012, Samsun
sulama (variable-rate irrigation) ve hassas diferansiyel sulama (precision differential
irrigation) gibi değişik kavramlar kullanılmaktadır.
HS sisteminin en iyi performansı gerçekleştirmesi için gelişmiş algılama, modelleme ve
kontrol teknolojileri ile birleştirilmiş ileri sulama yönetimi ve uygulama teknolojilerinden
yararlanılmaktadır. HS teknolojileriyle bitki verimi, bitki ve alan hakkında sistematik bilgi
toplama ve ele alma yoluyla optimize edilmekte, alana özel hedefler belirlenmektedir. HS’da
girdi kullanımının azaltılması amacıyla kaynak israfının önüne geçilmesi, ürünün brüt
getirisinin artırılması ve olumsuz çevresel etkilerin en aza indirilmesi amaçlanmaktadır.
Tarlalardan sürekli ve etkin şekilde alınan veriler gelişmiş donanım ve yazılımlar kullanılarak
analiz edilmekte ve yetiştiricilikle ilgili daha doğru kararlar verilebilmektedir.
Hassas Sulama Teknolojileri
HS sistemi, bitkilere doğru zamanda ve değişen oranlarda su uygulama veya belirli
noktalarda (örneğin toprak profili dahilinde) veya belirli zamanlarda su vermektir. HS AlKaradsheh et al. (2002)’e göre suyun doğru miktarda doğru yerden uygulanması, King et al.
(2006)’a göre ise yönetim bölgesi olarak belirlenen bir alanın tanımlanmış alt alanlarına, bitki
gereksinimini esas alan sulama yöntemidir. Bu tanımlamaların hepsinin ortak yönleri
bulunmaktadır. Bunlar; HS’nın, su ve sulamanın mekansal ve zamansal unsurlarının optimal
yönetimini içermesi, HS’nın bütünsel olması, uygulama sisteminin optimal performansını
sorunsuz şekilde birleştirmesi gerektiği, HS’nın özgün bir teknoloji olmayıp bir düşünme yolu
ve sistemler yaklaşımı olduğu, HS uygulamalarının uygun mekansal ve zamansal ölçeklerdeki
bütün sulama yöntemleri ve bütün bitkiler için uygulanabilirliği, alana özel hedeflerin
belirlenmesi gerektiği, HS sistemlerinin tarla içi karar verme sürecini temelden değiştirme,
geliştirici girdi kullanım etkinliğinin çoklu hedeflerini aynı anda başarma, çevresel etkileri
azaltacak ve tarım işletmesi kârlarını ve ürün kalitesini artırma potansiyele sahip olduğu, HS
sisteminin sürekli öğrenme sistemi olması şeklinde sıralanabilmektedir (Smith et al., 2010).
HS konusundaki araştırmalar 1990’lı yıllarda ABD'de başlamıştır. Başlangıçta büyük ölçüde
su ve azotun mekânsal olarak çeşitli uygulamalarını elde etmek için merkez eksenli ve yanal
hareketli sulama sistemlerinin değiştirilmesi üzerine yoğunlaşmıştır (Evans et al.,1996; Duke
et al., 1997; Heermann et al., 1997; Sadler et al., 1997; Camp and Sadler, 1994, 1998;
Camp et al., 1998; Sadler et al., 2000). Bu araştırmalar, mekansal referansı olan verilerin
kayıtlı olduğu veri tabanlarına dayalı sistem kontrolü ile yapılmıştır. Programlanabilir lojik
denetleyiciler ve adreslenebilir selenoid valflerle istenilen uygulama oranına ulaşmak için bir
dizi yöntem izlenmiştir (Smith et al., 2010).
Kullanılan değişken hızlı su uygulama sistemleri, çoklu yağmurlama veya zaman ayarlı
darbeli yağmurlama grupları ve zaman ayarlı kontrole sahip değişken yağmurlama elemanları
içerir (Kincaid and Buchleiter, 2004; King and Kincaid, 2004). ABD’de hareketli sulama
sistemleri, yapılan araştırmalarla kapsamlı olarak incelenmiştir (Camp et al., 2006). Avrupalı
araştırmacıların konuya olan ilgisi 2000’li yıllarda artmış ve vurgu mekansal olarak değişken
sulamaların amaç ve performansına doğru kaymıştır (Al-Karadsheh et al., 2002; King et al.,
2005; Sadler et al., 2005; Camp et al., 2006; Chevaz et al., 2006).
Son zamanlarda yapılan çalışmalar gerçek zamanlı otomatik sulama programlaması ve
kontrolü için protokoller geliştirmek üzere merkez eksenler (pivot) üzerine monte edilmiş
kızılötesi termometrelerin kullanımını içerecek şekilde genişlemiştir (Peters and Evett, 2004;
2007; 2008; O'Shaughnessy et al., 2008).Yapılan başka bir çalışma da, radyo dalga tabanlı
iletilen talimatların gerçekleştirilebilmesi için sisteme monte edilmiş bir bilgisayar kullanan
dijital kontrol sistemlerinin geliştirilmesi ve test edilmesi ile aynı sistemde hem spreyleme ve
289
27. Tarımsal Mekanizasyon Ulusal Kongresi, 5-7 Eylül 2012, Samsun
hem de LEPA (düşük enerjili hassas uygulama) kurulması üzerine odaklanmıştır (Camp et al.,
2006).
Kuşkusuz merkez eksen, yanal hareket ve düşük enerjili hassas uygulamaya (LEPA) sahip
makineler mekansal olarak değişken sulama uygulaması için modifiye edilebilirler. Çoğu
sulama araştırmacısı tarafından kullanılan en yaygın strateji, uygulama hızını ve bundan
dolayı da tanımlanan bitki gereksinimlerine cevap vermek için uygulanan derinliği değiştirmek
olmuştur. Bu durum ister gerçek zamanlı algılanan bitki gereksinimlerine karşılık vermede
olsun, ister önceden belirlenmiş bir duruma göre olsun, uygulanmıştır (Smith et al., 2010).
HT teknolojilerinin tarım işletmelerinde uygulanmasının ekonomik olabilmesi için
yetiştirilen ürünlerin ekonomik potansiyele sahip olması gerekmektedir. Bu nedenle HT
teknolojisi uygulamayı düşünen çiftçilerin, arazi büyüklüğünün yanı sıra yetiştireceği ürünü de
iyi seçmesi gerekmektedir. Doğru seçilmemesi ve uygulanmaması durumunda ise işletme
ölçeğinde üretimin kârlılığı olumsuz etkilenmekte ve kırsal kesimdeki işsizliğin artmasına
neden olabilmektedir. Ayrıca HT’dan beklenen yararın sağlanabilmesi için öncelikle arazide
karşılaşılabilen sulama, drenaj, tesviye vb. sorunlar varsa bu sorunların çözümlenmesi
gerekmektedir. Böylece arazideki değişkenliğin daha sağlıklı algılanması ve girdi
uygulamasının da buna göre yapılması mümkün olabilmektedir.
Sulama, bitki su gereksinimlerinin doğru değerlendirilmesi ve bu miktarın doğru zamanda
hassas uygulanmasını içeren faaliyet olmalıdır. HS, bitki gereksinimlerini zaman açısından
uygun şekilde ve olanaklar ölçüsünde verimli ve mekanına uygun olarak karşılamalıdır. Bunu
başarmak için doğru sulama planlaması yapılmalı, özellikle de uygulanacak su miktarı
hesaplanmalıdır.
Hassas Sulamanın Yararları
Her bitkinin veya uygulama biriminin kendine özgü gereksinimlerini karşılamak üzere
doğru ve hassas su uygulamasını içeren ve olumsuz çevresel etkileri en aza indirgeyen HS
teknolojisi optimum bitkisel üretim, su kullanımı ve ekonomik verimliliği artırma potansiyeline
sahiptir. HS’da tek hedef yalnızca verim artışı olmayıp, verim kaybına yol açmayacak şekilde
girdi kullanımında tasarrufa olanak verecek uygulamaları da içermektedir. Bu sistemle
tarladan sürekli ve etkin şekilde alınan veriler, gelişmiş donanım ve yazılımlar kullanılarak
analiz edilmekte ve yetiştiricilikle ilgili daha doğru kararlar verilebilmektedir. Ayrıca bu
tekniklerin kullanılmasıyla, sulama şebekelerinin etkin şekilde yönetilmesinde yöneticilere
karar alma aşamasında kolaylık sağlanabilmektedir.
Günümüze kadar yapılan araştırmalar HS’dan elde edilecek yararların önemini ortaya
koymaktadır. HS teknolojilerinin kullanılmasıyla damla ve yağmurlama sulama yönteminde %
80-90, yüzey sulama yönteminde %40-45 verimliliğin artırabileceği bildirilmiştir (Dukes and
Scholberg, 2004). Değişken oranlı sulama ile geleneksel sulama uygulamalarında kullanılan
suyun %10-15’i kadar tasarruf sağlanabileceği belirlenmiştir (Yule et al., 2008). Hedley and
Yule (2009), mekansal sulama uygulamaları ile elde edilen uygulama verimliliğinde
iyileştirmeler yoluyla yaklaşık %25 su tasarrufunun sağlanabileceğini bildirmektedir. Mekansal
çeşitli sulama uygulamaları altında patates verimini ölçmek için King et al. (2006) tarafından
yapılan çalışmalarda, verimin iki yıl üst üste homojen sulama yönetiminden daha iyi olduğunu
belirlenmiştir. HS’nın ekonomik yararı aynı girdiler için verim artışı veya maliyet
azaltılmasından kaynaklanmaktadır (Shah and Das, 2012). HS’nın yararlarını araştırmak üzere
yapılan sınırlı sayıda çalışmalar; pamuk (Booker et al., 2006; Bronson et al., 2006; Clouse,
2006), patates (King et al., 2006) ve soya fasulyesinde (Paz et al., 2001) yapılmış ve olumlu
sonuçlar elde edilmiştir.
290
27. Tarımsal Mekanizasyon Ulusal Kongresi, 5-7 Eylül 2012, Samsun
HS özgün bir teknoloji olmayıp bir düşünme yolu ve sistemler yaklaşımıdır. Bitki verimi,
bitki ve alan hakkında sistematik bilgi toplama ve ele alma yoluyla optimize edilmekte, alana
özel hedefler belirlenmektedir. HS sistemleri tarla içi karar verme sürecini temelden
değiştirme, geliştirici girdi kullanım etkinliğinin çoklu hedeflerini aynı anda başarma, çevresel
etkileri azaltacak ve tarım işletmesi kârlarını ve ürün kalitesini artıracak potansiyele sahiptir
(Smith et al., 2010). HS teknolojileri girdi kullanımının azaltılması amacıyla kaynak israfının
önüne geçmeyi, ürünün brüt getirisini artırmayı en aza indirmeyi amaçlamaktadır.
Hassas Sulamada Kullanılan Teknolojiler
Sulama sistemlerinin yönetiminde, araziye ait fiziksel ve coğrafi değişkenliklerin
anlaşılabilmesi ve yorumlanabilmesi amacıyla ortaya atılan görüşlerin uygulamaya
konulabilmesi ve değişken oranlı uygulamaların gerçekleştirilebilmesi için, karar destek
sistemine gereksinim duyulmaktadır. HS sisteminin en iyi performansı gerçekleştirmesi için
algılama, izleme, kontrol ve veri transfer sistemleri hassas tarım uygulamaları için gerekli olan
teknolojilerdir.
HS’da kullanılan teknolojiler uzaktan algılama (UA), küresel konumlandırma sistemi (GPS),
coğrafi bilgi sistemi (CBS), değişken oranlı uygulama (VRA) ve kablosuz sensör ağları
(WSN)’dır. Bu teknolojilerdeki gelişmeler tarımda çeşitli parametreleri izleme, otomasyon ve
gerçek zamanlı kontrol etme olanağı sunmaktadır. Harita yazılımları ile toprak tipi,
topoğrafya, bitki türü ve tarladaki engeller tanımlanarak, yetiştiricilerin özel sulama bölgeleri
oluşturmalarına olanak sağlar. Değişken oranlı uygulama programı, değişken oranlı sulama
kontrolörüne yüklenerek kablosuz ağ aracılığıyla bireysel yağmurlama sistemlerini
yönlendirmektedir.
GPS, herhangi bir zamanda dünyanın herhangi bir yerinde bulunan kullanıcının konumunu
belirleyen ve en az 4 uydudan ölçüm yapılması esasına dayanan uydu ölçme sistemi olup,
NAVSTAR sistemi, uydular, yer istasyonları ve GPS alıcısından oluşur. CBS dünya üzerinde
konumsal olan ve olmayan bilgileri belirli bir amaca yönelik olarak toplamaya, bilgisayar
ortamında depolamaya, kontrol etmeye, analiz etmeye ve görüntülemeye olanak sağlayan
teknik araçlar bütünüdür (Tecim ve Kıncal, 2001; Güllü ve ark., 2003). CBS, su ile ilgili
yapılan çalışmaların planlı bir şekilde izlenebilmesini olanaklı kılmaktadır.
Geleneksel tarım sisteminde çiftçiler tarladan tesadüfi toprak örnekleri almakta ve analiz
sonuçlarına ilişkin ortalama değerlerden yararlanmaktadırlar. Tüm tarla bu ortalamalar göz
önüne alınarak işleme tabi tutulmakta ve yalnızca tek norma göre uygulama yapılmaktadır.
HT tekniğinde ise, tarlanın değişik yerlerinden düzenli örnekler alınmakta ve analiz
sonuçlarına göre norm değiştirilebilmekte veya yalnızca girdi gereksinimi duyulan yere gerekli
miktarda uygulanmaktadır. Bu örneklemelerde toprağın verimliliği, fiziksel ve kimyasal
koşulları ile sulama-drenaj durumları değerlendirilmektedir. Optimum bitki gelişimi için
toprağın değişik düzeylerde bitki besin elementlerine sahip olması gerekmektedir. Ürün
gelişimini etkileyen bu elementlerin düzeyinin belirlenmesi için toprak analizleri yapılmaktadır.
Bu analizlere göre toprak gereksinimi değişken oranlı uygulamalarla (VRA)
karşılanabilmektedir. HT’da eksikliğin olduğu yerler belirlenerek doğrudan ilgili yerdeki
eksikliği gidermek esastır (Özgüven, 2009).
UA farklı amaçlı yerel ve zamansal değişimler üzerinde değerlendirmeler yapmak üzere;
fiziksel temas olmaksızın nesnelerin durumunu görüntüleme ve değerlendirme olarak
tanımlanabilmektedir. UA, HT için önemli işletmecilik aracı olma özelliğine sahiptir. Bu
yöntemin kullanılmasıyla topraktaki bitki besin elementleri düzeyi, bitki, yabancı ot ve
291
27. Tarımsal Mekanizasyon Ulusal Kongresi, 5-7 Eylül 2012, Samsun
hastalık-zararlı durumu değerlendirilebilmektedir. Günümüzde bu amaçla uydu veya uçaklar
ile görüntüleme yapılabilmektedir (Özgüven, 2009).
HS uygulamaları gerekli su miktarının azaltılmasında önemli rol oynamakla birlikte,
kontrolün sağlanması için otomatik olarak ve doğru sulama programları ile uygun sistemlerin
seçilmesine gereksinim vardır. Örneğin bir sensörle yalnızca sensör çevresinin küçük bir
bölümü izlenebilmekte, ancak birden fazla sensörle çalışan bir ağ kullanımı HS için daha
uygun görülmektedir.
HS sistemlerine yönelik olarak gelişmiş araç ve teknolojilerinin geliştirilmesi devam
etmesine karşın halen özel algılama ve simülasyon araçları için bazı acil gereksinimler vardır.
Bunlar; düşük maliyetli, mekansal olarak dağıtılmış, toprak nemi algılaması ve bitki tepkisi,
değişken yağmurlama basıncı ve yüksekliği, yağmurlama modeli örtüşmesi, rüzgar ve makine
hareketini doğru şekilde hesaplayan CPLM’ler için tam belirleyici yağmurlama desen modeli
geliştirilmesi, sistem kontrolü ile etkileşim içinde olabilecek damla sulama için hidrolik teşhis
modeli geliştirilmesi, sulama yönetimindeki değişimlere duyarlı ve kendi öğrenme yeteneği
olan gelişmiş bitki modelleri ve alt alan ölçeğinde yağmurun mekansal dağılımını ölçmek için
kısa mesafeli radar kullanımının doğrulanması olarak sıralanabilmektedir.
Hassas Sulama Sisteminin Bileşenleri
HS, en iyi hassas tarım döngüsü tarafından tanımlanan bir yönetim yaklaşımı olarak
değerlendirilmektedir. Süreçte ve gerekli teknolojilerde 4 önemli adım bulunmakta olup
(Şekil 1), bunlar; veri toplama, yorumlama, kontrol ve değerlendirmedir (Smith et al., 2010).
Şekil 1. Hassas sulama döngüsü
Şekil 1’de görüldüğü gibi hassas tarım uygulamaları, arazide toprak ve
verilerin toplanması ile başlar, elde edilen verilerin büroda uygun donanım
kullanılarak analiz edilmesi ve yapılacak olan uygulamalara karar verilmesi ile
Karar verilen uygulama şekline göre arazide değişken düzeyli uygulamaların
sonlanmaktadır.
bitki ile ilgili
ve yazılımlar
devam eder.
yapılması ile
Veri Toplama
Veri toplama işleminin esasını ve başlangıcını verim değerlerinin elde edilmesi
oluşturmaktadır. Diğer yandan üretim alanının incelenen büyüklükteki kısmının toprak
özellikleri, toprak testleri ile belirlenmek zorundadır. Ürün verim değerleri ve toprak
özelliklerinin, üretim alanındaki gerçek yerleriyle ilişkilendirilmesi gerekir. Bu temel bilgilerin
yanı sıra bir önceki üretim sezonuna ait verim değerleri, yağış miktarı değerleri, topoğrafik
veriler, yabancı ot yoğunluğu, bir önceki üretim sezonuna ait gübre ve ilaç uygulama
292
27. Tarımsal Mekanizasyon Ulusal Kongresi, 5-7 Eylül 2012, Samsun
normları, uzaktan algılanmış bilgiler vb. bilgilere de gereksinim duyulabilmektedir. Söz konusu
bu verilerin elde edilmesi için yararlanılacak yöntemler çok farklı olabilmektedir (Kirişçi ve
ark., 1999)
Performans göstergelerinin belirlenmesi için geleneksel arazi verilerini toplamaya dayalı
çalışmalar kısıtlıdır. Çünkü ürün veriminin alansal dağılımı konusunda detaylı ve eksiksiz veri
elde etmek zordur. Bu nedenle bir sulama sisteminin tamamının objektif analizini geleneksel
veri toplama teknikleriyle başarmak güçtür. Bunun nedeni, verilerin aşamalı olarak elde
edilmesi ve sübjektif görüşlere dayalı olmasıdır (Karataş, 2006).
Son yıllarda performans değerlendirme çalışmalarında da kullanılmaya başlanan UA
tekniği, büyük alanlar hakkında geleneksel yöntemlere göre daha hızlı ve düşük maliyetle
objektif bilgi sağlayabilmektedir. Bu teknikle sistematik şekilde toplanan bilgiler, bazı arazi
çalışmalarıyla elde edilenlere göre daha doğru olabilmektedir. Ayrıca bu teknik farklı zaman
ve alanlar arasında karşılaştırmaya izin vermektedir. UA ölçümleri tekrarlanabileceğinden,
özellikle su yönetim uygulamalarını izlemeye ve müdahalelerin etkilerini değerlendirmeye
olanak sağlamaktadır. Yeryüzü verileriyle de birleştirilen UA tekniği, büyük sulanan alanların
performansını değerlendirmede oldukça etkin bir araçtır (Karataş, 2006).
Sulama sistemlerinin kontrolü için, uzaktan algılama yöntemi ve kurulacak otomasyon
sistemi ile tarım alanına gidilmeden sulama ve gübreleme gibi işlemler
gerçekleştirebilmektedir (Bıçaklı, 2005). Ayrıca bu yöntemle toprak su-vejetasyon sistemi
yüzeyinden buharlaşan su miktarı, diğer karmaşık hidrolojik işlemlere gerek duyulmaksızın
doğrudan elde edilebilmektedir (Karataş, 2006).
Veri toplamada kolaylık, hız ve ekonomiklik sağlayan GPS, arazi sınırlarının çizimi, ürün
izleme ve değerlendirme, verim izleme ve toprak örnekleme uygulamalarını içermektedir.
Pivotlar için sınır işaretleme işlemi, geleneksel yöntemlerde çok yavaş ve zahmetli yapılmakta
iken uydu görüntüleri ile kolaylıkla belirlenebilmektedir. Bilgisayarla tasarlanmış sulama
simülasyonları istenildiği gibi hazırlanarak yüksek hassasiyetli GPS ile istenilen konuma doğru
zamanda ve istenilen miktarlarda HS yapılabilmektedir.
Tuzluluk haritalarının hazırlanmasında Coğrafi Bilgi Sistemlerinin (CBS) kullanılması,
drenaj çalışmalarında hızlı ve etkin karar vermeyi sağlamaktadır. CBS haritaların
hazırlanmasına, elle oluşturulan haritaların üzerinde değerlendirmelerin yapılmasına, yüzeysel
dağılım gösteren verilerinin elde edilmesine ve depolanmasına yardımcı olmaktadır (Çetin ve
Diker, 2003).
Çeşitli amaçlarla tatlı suya duyulan gereksinimin giderek arttığı günümüzde baraj, göl,
gölet ve akarsular gibi yüzey sularının temel karakteristiklerinin bilinmesi, onların planlı
şekilde kullanılabilmeleri için son derece önemlidir. CBS ve UA teknolojileri geniş alanlarda
yüzey suları ile ilgili olarak konumlandırma ve güzergah belirleme çalışmalarında önemli
olanaklar sunmaktadır (Susam, 2006).
Hassas tarımda değişken düzeyli nem kontrolünde kullanılabilecek algılayıcının sürekli
ölçüm yapma özelliğinde olması gerekmektedir. Nem içeriğinin belirlenmesinde kullanılan
teknikler; toprağa temas ederek çalışan (yakın kızılötesi ışık yansıtmalı veya mikrodalga
esaslı), temas etmeden çalışan (elektriksel direnç veya kapasite ölçme esaslı) olmak üzere iki
gruba ayrılmaktadırlar (Vatandaş ve ark., 2005). Sulama programlamasının toprak nem
içeriğine göre yapılması durumunda topraktaki nem değişiminin çeşitli sensörlerle izlenmesi
gerekir. Bu amaçla kablosuz veri kaydedicilere veri aktarabilen elektronik tansiyometre, TDR
(Time Domain Reflectometer), EC (Elektriksel iletkenlik) ve GMS (GranularMatrix Sensor) gibi
sensörler geliştirilmiştir. Bu sensörler hassas tarıma uygun olarak hızlı ve hassas biçimde
toprak nemini ölçebilmektedirler (Emekli ve Topakçı, 2009). Elektromanyetik sensörler,
293
27. Tarımsal Mekanizasyon Ulusal Kongresi, 5-7 Eylül 2012, Samsun
tarımda ilk kez eriyebilir tuzlar ve toprak nemini ölçmek için kullanılmıştır. Ayrıca toprak
bileşenlerinin belirlenmesi, toprağın üst yüzeye yakın kısmındaki killi toprak miktarının
tahmini, sel baskınlarından sonra biriken kum derinliğinin tahmini, herbisit miktarı ve ürün
verimliliği için de kullanılmaktadır (Kesmez ve ark., 2008). Petersen (2001) ve Weiterman
(2002), elektromanyetik indüksiyon (EMI) yöntemlerinin toprak tuzluluğunun belirlenmesinde
ucuz, hızlı bir ölçme ve değerlendirme yöntemi olduğunu, Sudduth et al. (2003), EC
sensörlerinin etkili ve az masraflı olarak toprağın fiziksel ve kimyasal özelliklerinin tahmininde
kullanılabildiğini belirtmişlerdir.
Doğrudan ölçme yöntemleri ve iklim verilerinden yararlanarak ET ölçümü, özellikle proje
veya havza bazında zordur. Ayrıntıların eksikliği nedeniyle geleneksel yöntemlerle ET’nin
alansal dağılımı konusunda elde edilen bilgiler sınırlıdır. Geleneksel yaklaşımlarla verilerin
aşamalı elde edilme zorunluluğu, bireysel ve subjektif fikirlere dayalı olması nedeniyle sulama
sisteminin tamamının objektif analizini başarmak zordur. Oysa uzaktan algılama (UA)
teknikleri, yüksek alansal çözünürlükte ve büyük alanlar için bile objektif bilgiler sağlama
üstünlüğüne sahiptir. Günümüzde birçok alanda kullanılan ve yeryüzü verileriyle
birleştirilebilen CBS ve UA teknolojileri büyük ölçekli sulanan alanlarda potansiyel
evepotransprasyon (ETp) ve gerçek evepotransprasyon (ETa)’u değerlendirmede oldukça
etkin araçlardır (Karataş ve ark., 2006). Uydu verileriyle evapotranspirasyonun (ET)
belirlenmesinde; uydudan alınan verilerden bitkilerin albedo haritası, yaprak alan indeksi
haritası ve bitki yüksekliği haritası çıkarılmaktadır. Burada uydulardan alınan farklı bantlardaki
yansımalar spektroradyometre ile yapılan yer ölçümleri ile ilişkilendirilmekte ve geliştirilen
amprik denklemlerle ET belirlenmektedir (Uçar ve Başayiğit, 2001).
Sulu tarım parametrelerinin belirlenmesinde yaygın olarak SPOT, IRS, ERS-ATSR ve
LANDSAT TM ve MSS sensörleri kullanılmaktadır. Bu sensörler yardımıyla arazi kullanımı, bitki
deseni, Yaprak Alan İndeksi (YAİ), bitki katsayısı verim tahminlerinde bulunmak olasıdır. Yine
NOAA-AVHRR sensörü yaygın olarak arazi kullanımının ve Yaprak Alan İndeksinin
belirlenmesinde yaygın olarak kullanılmaktadır. Bunlardan orta çözünürlüklü SPOT (20 m),
IRS (10 m), ERS-ATRS ve LANDSAT TM ve MSS (30 m) uydularından alınan veriler sulama
şebekesi çalışmalarında, düşük çözünürlüklü NOAA-AHVRR (1 km) uydusundan alınan sayısal
veriler ise havza çalışmalarında kullanımı uygun görülmektedir (Uçar ve Başyiğit, 2001).
Yorumlama
Hassas Tarımda uygun ölçek ve sıklıkta toplanan veriler yorumlanmalı ve analiz
edilmelidir. Arazinin coğrafi durumuna ilişkin yorum yapabilmek ve uygulama kararları
verebilmek için CBS’den yararlanılmaktadır. CBS teknolojisi, sayısal akıllı haritalar yardımıyla
sorgulama amaçlı veri tabanlarını ve istatistiksel analizi kullanarak, bilginin sınıflandırılmasını
sağlar. CBS, nesneleri ve olayları anlatmakta, sonuçları tahmin etmekte ve stratejik
planlamada öne çıkmaktadır.
Hassas tarım kararların uygulanması için kontrol ve karar destek sistemlerinin yetersiz
gelişimi hassas tarımın benimsenmesi için büyük bir engel olarak belirlenmiştir (McBratney et
al., 2005; (Shah and Das, 2012). Uygun çok boyutlu simülasyon araçları (bitki tepkisi, sistem
kısıtları vb. birleştirilmesi)sulama optimizasyonu için önemlidir.
Kontrol
Değişken Oranlı Uygulama (VRA) teknolojisi gübre, tohum, su ve ilaç gibi girdileri
değişken oranlarda tarlaya verebilmek için bilgisayarlı kontrol ünitesi ve ilişkili donanımı
içeren bir yapıdadır. Burada kontrol ünitesi hafızasına uygulama haritası yerleştirilerek,
294
27. Tarımsal Mekanizasyon Ulusal Kongresi, 5-7 Eylül 2012, Samsun
bağlantı halinde olduğu GPS yardımıyla tarladaki pozisyona göre donanım kontrol edilmekte
ve girdi değişken oranlarda uygulanmaktadır.
Girdileri farklı yerleştirmek ve uygun zamansal ve mekânsal ölçeklerde sulama yönetimi
ayarlamak, HS sisteminin önemli bir bileşenidir. Bir alan üzerinde farklı su derinliklerinin
uygulanması, sulama sisteminin yapısına bağlı olacaktır Bu da uygulama oranını veya
uygulama zamanını değiştirerek başarılabilir. Operasyon alanı sensörlerinden gelen gerçek
zamanlı veriler ile otomatik denetleyiciler, sulama uygulamalarını denetlemenin en güvenilir
ve potansiyel olarak doğru araçlarını sağlamaktadır.
Değerlendirme
Değerlendirme veya kapatma döngüsü, HS sürecinde önemli bir adımdır. Sulama
sisteminin mühendislik, tarımsal ve ekonomik performans ölçümü HS sisteminde bir sonraki
döngü için geri bildirim ve iyileştirme sağlamak için gereklidir.
Sonuç
Su kaynaklarının etkin olarak kullanımını sağlamada gerekli parametrelerin
belirlenmesinde zaman ve maliyetin azaltılmasında büyük önem taşıyan HS teknolojileri
uygulamalarında, son yıllarda bilişim ve iletişimin teknoloji maliyetlerindeki azalma ile birlikte
artış görülmektedir. HS sistemlerinin basit otomasyon veya geleneksel sulama programından
daha büyük yararlar sağlayabileceği konusu, alan denemeleri ile henüz tam anlamda
gösterilememiştir. Bu konuda yapılan çalışmaların çoğu, henüz ispatlanamamış sistemin fayda
potansiyeli varsayımına dayanmaktadır. Yapılan araştırmalar HS’dan elde edilecek yararların
önemini ortaya koymasına karşın, HS uygulamalarının benimsenmesi ve yaygın kullanılabilir
olması için, araştırma ve geliştirme çalışmaların artması ve sonuçlarının iyi analiz edilmesi
gereklidir. Sulamadan dolayısıyla sulu tarımdan beklenen yararların sağlanabilmesi için HS
uygulamalarının yaygınlaştırılması gerekmektedir. Bu sistemlerin önemli ticari uygulamalarını
geciktiren en olası faktörler, uygun mekânsal ölçekte bitkinin su gereksinimlerini algılamak
için gerekli teknolojileri geliştirme gereği ve uygun yönetim eylemlerini tanımlayacak karar
destek sistemlerini geliştirme gereksinimidir. Bu boşluklara hitap etmek için üstlenilmiş önemli
bir uluslararası çalışma henüz bulunmamaktadır. Maksimum yararın nereden sağlanacağını
belirlemek ve araştırma yatırımlarında önceliği bu alanlara yönlendirmek için yeterli düzeyde
bitki, toprak ve sulama sistemleri üzerinde çalışmalara gereksinim vardır. Özellikle tam yüzey
sulama otomasyonunun maliyet ve yararlarını ve bir dizi bitki için mekansal değişken
uygulamaların agronomik yararlarını belirlemek yüksek öncelikli olarak görünmektedir.
Literatür Listesi
Al-Karadsheh, E., H. Sourell and R. Krause, 2002. Precision Irrigation: New strategy irrigation water
management. Deutscher Tropentag 2002, Conference on International Agricultural Research for
Development, Witzenhausen, Germany.
Bıçaklı, M., 2005. Açık Tarımda Sulama Otomasyonu(Y. Lisans Tezi). SDÜ, FBE, Makina Eğitimi ABD,
İsparta, 50s.
Booker, J.D, J. Bordovsky, R.J. Lascano and E. Segarra, 2006. Variable rate irrigation on cotton lint yield
and fiber quality. Beltwide Cotton Conferences, San Antonio, Texas.
Bronson, K.F., J.D. Booker, J.P. Bordovsky, J.W. Keeling, T.A. Wheeler, R.K. Boman, M.N. Parajulee, E.
Segarra and R.L. Nichols, 2006. Site-specific irrigation and nitrogen management for cotton
production in the southern high plains. Agronomy Journal, 98: 212-219.
Camp, C.R. and E.J. Sadler, 1994. Center pivot irrigation system for site-specific water and nutrient
management. ASAE Paper No 94-1586, St Joseph, MI.
295
27. Tarımsal Mekanizasyon Ulusal Kongresi, 5-7 Eylül 2012, Samsun
Camp, C.R. and E.J. Sadler, 1998. Site-specific crop management with a centre pivot. Journal of Soil and
Water Conservation, 53: 312-315.
Camp, C.R., E.J. Sadler, D.E. Evans, L.J. Usrey and M. Omary, 1998. Modified centre pivot system for
precision management of water and nutrients. Applied Engineering in Agriculture, 14(1): 23-31.
Camp, C.R., E.J. Sadler and R.G. Evans, 2006. Precision Water Management: Current Realities,
Possibilities and Trends. Handbook of Precision Agriculture, A. Srinivasan (ed), Binghamton, NY,
Food Products Press.
Clouse, R.W., 2006. Spatial Application of a Cotton Growth Model for Analysis of Site-Specific Irrigation
in the Texas High Plains. PhD dissertation, Texas A&M University.
Çetin, M. and K. Diker, 2003. Assessing Drainage Problem Area by GIS: A Case Study in the Eastern
Mediterranean Region of Turkey. Irrigation and Drainage 52:343-353, John Wiley & Sons, Ltd.
Duke, H.R., G.W. Buchleiter, D.F. Heermann and J.A. Chapman, 1997. Site specific management of
water and chemicals using self-propelled sprinkler irrigation systems. Precision Agriculture 97,
Volume 1, Spatial Variability in Soil and Crop, Bios Scientific Publishers, p273-280.
Dukes, M.D. and J.M. Scholberg, 2004. Automated Subsurface Drip Irrigation Based on Soil Moisture.
ASAE Paper No. 052188.
Evans, R.G., S. Han, M.W. Kroeger and S.M. Schneider, 1996. Precision centre pivot irrigation for
efficient use of water and nitrogen. Precision Agriculture. Proceedings of the 3rd International
Conference, ASA/CSSA/SSSA, Minneapolis, Minnesota, June 23-26, p75-84.
Emekli, N.F. ve M. Topakçı, 2009. Hassas Uygulamalı Tarım Teknolojilerinin Sulama Alanında Kullanımı.
GOÜ. Ziraat Fakültesi Dergisi, 26(2), 9-17.
Güllü, H., A. Baykasoğlu, ve T. Dereli, 2003. GIS ve Mühendislikte Kullanım Alanları. Otomasyon Dergisi,
Eylül, s.166,
Hedley, C.B. and I.J. Yule, 2009. Soil Water Status Mapping and Two Variable-Rate Irrigation Scenarios.
Precision Agriculture, 10, 342-355.
Heermann, D.F., G.W. Buchleiter, W.C. Bausch and K. Stahl, 1997. Non differential GPS for use on
moving irrigation systems. Precision Agriculture „97 (1), Spatial Variability in Soil and Crop, Bios
Scientific Publ. p567-574.
Karataş, B. S., 2006. Coğrafi Bilgi Sistemi ve Uzaktan Algılama Teknikleriyle Menemen Sulama Sistemi
Performansının Değerlendirilmesi (Doktora Tezi). Ege Üniv. FBE, İzmir, 159.
Karataş, B. S., E. Akkuzu ve M. Avcı, 2006. Uzaktan Algılama Tekniğiyle Evapotransprasyonun
Belirlenmesi. 4th GIS Days in Türkiye, September 13-16, Fatih University, İstanbul-Türkiye.
Kesmez, D., D.L. Suarez, S.M. Lesch, A. Ünlükara ve E. Yurtseven, 2008. Tarım Alanlarında Tuzluluğun
Belirlenmesinde Yeni Yaklaşımlar. DSİ Sulama- Tuzlanma Konferansı Ş.Urfa, 12-13 Haziran 2008.
Bildiri Kitabı s.207-218,
Kincaid, D.C., and G. Buchleiter, 2004. Irrigation, Site-Specific. Encyclopedia of Water Science.
10.1081/E-EWS 120010137.
King, B.A. and Kincaid, D.C., 2004. A variable flow rate sprinkler for site-specific irrigation management.
Applied Engineering in Agriculture, 20(6): 765-770.
King, B.A., R.W. Wall, D.C. Kincaid and D.T. Westermann, 2005. Field testing of a variable rate sprinkler
and control system for site-specific water and nutrient application. Applied Engineering in
Agriculture, 21(5): 847-853.
King, B.A., J.C. Stark and R.W. Wall, 2006. Comparison of Site-Specific and Conventional Uniform
Irrigation Management for Potatoes. Applied Engineering in Agriculture, 22(5), 677-688.
Kirişçi, V., M. Keskin, S.M. Say, S. Görücü, 1999. Hassas Uygulamalı Tarım Teknolojisi. Nobel Yay. 88,
186 s. Adana.
McBratney, A., B. Whelan and T. Ancev, 2005. Future directions of precision agriculture. Precision
Agriculture, 6: 7–23.
O'Shaughnessy, S.A., S.R. Evett, P.D. Coliazzi and T.A. Howell, 2008. Soil water measurement and
thermal indices for center pivot irrigation scheduling. Irrigation Association Conference Proceedings
Anaheim, California.
Özgüven, M.M., 2009. Hassas uygulamalı tarım teknolojilerinin üretim ekonomisi ve ülkemizdeki bazı
tarımsal ürünlerin üretiminde kullanılabilme olanakları (Doktora Tezi). Ankara Üniv. FBE, Ankara.
296
27. Tarımsal Mekanizasyon Ulusal Kongresi, 5-7 Eylül 2012, Samsun
Özgüven, M.M. and U. Türker, 2010. Application of Precision Farming in Turkey, Comparative Analysis of
Wheat, Cotton and Corn Production. Journal of Agricultural Machinery Science, 6, (2), p.127-135.
Paz, J.O, W.D. Batchelor and G.L. Tylka, 2001. Method to use crop growth models to estimate potential
return for variable-rate management in soybeans. Transactions of the ASAE, 44(5): 1335-1341.
Peters, R.T. and S.R. Evett, 2004. Complete center pivot automation using the temperature-time
threshold method of irrigation scheduling. 2004 ASAE/CSAE Annual International Meeting, Ottowa,
Ontario, Canada, Paper No. 042196.
Peters, R.T. and S.R. Evett, 2007. Spatial and temporal analysis of crop stress using multiple canopy
temperature maps created with an array of center-pivot-mounted infrared thermometers.
Transactions of the ASABE, 50(3): 919-927.
Peters, R.T. and S.R. Evett, 2008. Automation of a center pivot using the temperature-time-threshold
method of irrigation scheduling. J. Irrig. Drain. Engr., 134: 286-291.
Petersen M. L., 2001. Use of Electromagnetic Induction Tools In Salinity Assessment/Appraisals In
Eastern Colorado. USDA-Natural Resources Conservation Service, Greeley, CO.
Sadler, E.J., C.R. Camp, D.E. Evans and L.J. Usrey, 1997. A site-specific irrigation system for the south
eastern USA coastal plain. Precision Agriculture„97, Volume 1, Spatial Variability in Soil and Crop,
Bios Scientific Publishers, p337-344.
Sadler, E.J., P.J. Bauer, W.J. Busscher and J.A. Millen, 2000. Site-specific analysis of a droughted corn
crop: II. Water use and stress. Agronomy Journal, 92(3), 403-410.
Sadler, E.J., R.G. Evans, K.C. Stone and C.R Camp, 2005. Opportunities for conservation with precision
irrigation. Journal of Soil and Water Conservation, 60(6): 371-379.
Shah N. G. and I. Das, 2012. Problems, Perspectives and Challenges of Agricultural Water Management.
Edited Manish Kumar, 978-953-51-0117-8, Hard cover, 456 pages.
Smith, R.J., J.N. Baillie, A.C. McCarthy, S.R. Raine and C.P. Baillie, 2010. Review of Precision Irrigation
Technologies and their Application. National Centre for Engineering in Agriculture University of
Southern Queensland Toowoomba, University of a Report for National Program for Sustainable
Irrigation NCEA Publication 1003017/1 November 2010 p.94.
Sudduth K.A., N.R. Kitchen, G. A. Bollero, D.G. Bullock and W.J. Wiebold, 2003. Comparison of
Electromagnetic Induction and Direct Sensing of Soil Electrical Conductivity. Agronomy Journal, vol.
95, May–June 2003.,
Susam, T., S. Karaman ve T. Öztekin, 2006. Yüzey Suları Coğrafi Bilgi Sistemi; Tokat İli Örneği. GOÜ.
Ziraat Fak. Derg., (23)1, Tokat, 75-82,
Tecim, V. ve C. Kıncal, 2001. Coğrafi Bilgi Sistemleri: Bölgesel Planlamada Etkin Bir Bilişim Teknolojisi.
3. Coğrafi Bilgi Sistemleri Bilişim Günleri Fatih Üniv., 13-14 Kasım, İstanbul. 13.s
Uçar, Y. ve L. Başayiğit, 2001. Sulu Tarımda Uzaktan Algılama Tekniklerini Kullanma Olanakları.
4.Tarımda Bilişim Teknolojileri Sempozyumu, 2001, 224-231.
Vatandaş, M., M. Güner ve U. Türker, 2005. Hassas Tarım Teknolojileri. TMMOB Ziraat Mühendisleri
Odası 6. Teknik Kongresi, 3–7 Ocak, 347–365,Ankara.
Weiterman G., 2002. EM38 Study for IHARF Precision Farm. P. Ag., Supervisor, Agro Environmental Unit,
Sask Water, Box 1000, Outlook, Sask. S0L 2N0.
Yule, I.J., C.B. Hedley, and S. Bradbury, 2008. Variable-rate irrigation. 12th Annual Symposium on
Precision Agriculture Research & Application in Australasia. Sydney.
297