Comparing soil thermal properties under different plant canopies

Abstract

Toprak termal özellikleri, toprak süreçleri ve bitki gelişimi üzerinde önemli bir etkiye sahiptir. Bu çalışma, Konya Kumar ilçesinde (Kuru-yarı-nemli/yarı-kurak Karasal Orta Anadolu İklimi) şeker pancarı, mısır ve çıplak (kontrol) toprak yüzeyi koşullarında toprak profilinde sıcaklığın günlük ve mevsimlik değişiminin modellenmesi amacıyla yapılmıştır. Toprak sıcaklığı 0, 5, 10, 20, 30, 40 ve 60 cm toprak derinliklerinde katmansal, Noktasal1 ve Noktasal2 yöntemleri ile modellenmiştir. Noktasal1 ve Noktasal2 yöntemleri benzer sonuçlar vermiştir ve Noktasal1 ve Noktasal2 yöntemleri bütün durumlarda katmansal yönteminden daha başarılı tahminler yapmıştır. Katmansal yöntem, toprak sıcaklığını sistematik olarak gerçekte olduğundan daha yüksek tahmin etmiştir. Toprak sıcaklığını tahmin etmede her üç yöntemin başarısı derinlik ile giderek azalmıştır. Bu azalma sönme derinliği ötesinde daha belirgin olmuştur. Mısır parsellerinde günlük ve mevsimsel toprak sıcaklık değişimleri, şeker pancarı ve çıplak topraklara göre oldukça farklıdır. Çalışılan toprak derinliklerinde, sulamanın toprak ısı yayınımı ve toprak sıcaklığının mevsimsel değişimi üzerinde ciddi bir etkisi vardır. Sonuçlar, modellerde kullanılan analitik çözüm ve başlangıç koşullarının model performansını etkileyen önemli faktörler olduğunu göstermiştir. Bu bağlamda, toprak sıcaklığını tahmin etmede noktasal yöntemler Katmansal yönteme tercih edilebilir. Sonuçlar ayrıca çıplak toprak koşullarında yapılan tahminlerin üzerinde bitki bulunan topraklarda geçerli olmayacağını ve farklı kanopilerin, kanopi yapısı ve bitkinin toprak suyuna etkisindeki farklılıklar nedeni ile toprak termal özelliklerini etkileyebileceğini göstermiştir.

Soil thermal properties have a significant control on soil processes and plant growth. This study was conducted to model diurnal and seasonal change of soil temperature in soil profiles under corn, sugar beets, and no crops in Kumar township of Konya (Dry-subhumid/Semiarid Continental Central Anatolian climate). Soil temperature was modeled at 0, 5, 10, 20, 30, 40, and 60 cm soil depths with layer, point1, and point2 methods. Point1 and point2 methods gave similar results compared to that given by layer method and one point1 and point2 methods outperformed layer method in all the cases. The layer method over predicted soil temperature in majority of the cases. The success of all three methods to predict soil temperature decreased consistently with depth. This decrease was more drastic beyond duping depth. Diurnal and seasonal soil temperature changes across the soil depths under corn were highly different from those of sugar beets and bare soils. Irrigation had a drastic influence on soil heat diffusivity and diurnal change of soil temperature in studied soil depths. The results suggested that that analytical solution and initial conditions used in models were important factors determining the performance of modeling. In this regard, the point2 method can be preferred to point1 and layer methods in modeling soil thermal properties. The results further showed that predications made in bare soil conditions cannot be applicable to cropped soils and that different canopies may affect soil thermal properties differently due to differences in canopy structure and in plant influence on soil water.