Değişken oranlı fertigasyonda dinamik yönetim bölgeleri için modelleme ve veri yönetimi

Abstract

Hassas tarım, tarımsal üretim faaliyetlerine ileri teknolojileri entegre etmek, çevresel olumsuz etkiyi azaltmak, su kaynaklarını korumak, ürün verimini ve kalitesini artırmak, ekonomik faydalar sağlamak ve tarımsal sürdürülebilirliğin sağlanmasını temin etmek için veriye dayalı uygulamaları kapsamaktadır. Konuma özgü tarımsal uygulamalar hassas tarımın önemli özelliğidir. Bu çalışmanın amacı Otomatik Tamburlu Değişken Oranlı Fertigasyon Makinesi (HR-VRFM) kullanılarak konuma özel fertigasyon için veri setinin ileri teknolojiler kullanılarak hazırlanması, uygulama haritalarının hazırlanması, azot gübre ve sulama suyunun araziye uygulamasındaki performansın değerlendirilmesidir. Çalışma 2021-2023 yıllarında Bursa, Karacabey ilçesi, Bakırköy Köyü'nde seçilen bir ticari işletme alanında yürütülmüştür. Değişken oranlı fertigasyonun uygulamasında günümüz teknolojilerinden toprak nem sensörleri, görünür ve yakın kızılötesi (Vis-NIR) spektrometre ölçümleri, meteoroloji verileri ve uydu görüntüleri gibi veri kaynakları kullanmıştır. Sözü edilen verilerle ileri modelleme ve kümeleme yöntemleri kullanılarak dinamik yönetim bölgeleri ve uygulama haritaları elde edilmiştir. Uygulama haritaları değişken oranlı sulama (VRI) ve değişken oranlı azot gübrelemesi (VRNF) için hazırlanmıştır. Tarla koşullarında gerçekleştirilen VRI ve VRNF uygulamalarından yüksek uygulama randımanları elde edilmiştir. Uygulama haritasındaki değerler ile uygulanan değerler arasındaki determinasyon katsayı (R²) değerleri VRI için 0,96 ile 0,99 ve VRNF için 0,85 ile 0,99 arasında elde edilmiştir. Bu durum, yüksek çözünürlüklü VRI ve VRNF uygulamalarının Otomatik Tamburlu Değişken Oranlı Fertigasyon Makinesi ile mümkün olduğunu göstermiştir. Yüksek çözünürlüklü VRI ve VRNF veri setinin doğru ve hızlı bir şekilde hazırlanması önem kazanmaktadır.

Precision agriculture offers a sustainable and prosperous future for farming by integrating advanced technologies to reduce environmental impact, conserve water, increase crop yield and quality, realize economic benefits, and promote data-driven decision-making. A key aspect of precision agriculture is site-specific practices. This study aims to prepare a dataset using advanced sensing and control technologies and evaluate the performance of nitrogen fertilizer and irrigation water applications in site-specific fertigation. The evaluation uses an automated Hose Reel Variable Rate Fertigation Machine (HR-VRFM) with four-section control. The study was conducted from 2021 to 2023 on a commercial farm in Bakırköy Village, Karacabey district, Bursa, Turkey. Data sources such as soil moisture sensors, visible and near-infrared (Vis-NIR) spectrometer measurements, meteorological data, and satellite images were used for the variable rate fertigation. With this data, dynamic management zones and application maps were created using advanced modeling and clustering methods. Dynamic management zones were developed for variable rate irrigation (VRI) and variable rate nitrogen fertilization (VRNF). The site-specific fertigation implementation showed promising results under field conditions. The coefficient of determination (R²) values between the application map values and the actual applied values ranged from 0.96 to 0.99 for VRI and from 0.85 to 0.99 for VRNF. The present study demonstrates that high-resolution VRI and VRNF applications are feasible with the Automatic Hose Reel Variable Rate Fertigation Machine and could significantly improve fertilizer and water use efficiency, potentially revolutionizing smart farming practices.