다분광 영상 기반 소나무 종묘의 고온 반응성과 생육 특성 평가 = Assessment of Thermal Responsiveness and Growth Characteristics of Pinus densiflora Seedling Using Multispectral Imaging

국문 초록 (Abstract)

최근 기후변화 및 대형 산불 발생의 증가로 인해 소나무림이 큰 위협을 받 고 있으며, 특히 산불 발생으로 인한 토양 표층의 급격한 온·습도 변화는 종자 발아 및 초기 유묘 단계의 생리반응에 직접적인 영향을 미친다. 그러나 기존의 전통적인 생육 평가는 시계열적 생육 변화를 정밀하게 추적하기 어렵다는 한계 를 갖는다. 이에 본 연구에서는 소나무 종묘의 고온 스트레스 반응을 정량적 으로 검정하고, 생리·물리적 지표와 다분광 영상분석 간의 상관관계를 구명 하여 우량 종묘 선발의 기초 자료를 제공하기 위하여 실시 하였다. 급격한 고온 스트레스에 대한 종자의 발아능 평가를 위해 70℃, 100℃, 150℃, 200℃에서 1~5분간 처리하였다. 70℃와 100℃에서 종자의 발아율은 종자의 산지에 따라 28.1%~68.8%로 차이를 나타내었다. 150℃ 온도 조건에서 5분 이상 처리한 종자는 모든 산지에서 발아하지 않아 소나무 종자의 고온 스트레스 임계값을 확인하였다. 영상 기반 발아 탐지에서 NDVI는 파종 후 9~10일차에 일부 탐지에 성공하였고, GNDVI는 전 기간동안 탐지하지 못한 반면, 단계적 파장·형태 조건을 적용한 MASK 기반 분석은 14일차에 정밀도 65%, 재현율 93%를 보여 실측 발아 패턴과 가장 일치하였다. 이는 영상 기반 발아 탐지 모니터링의 적용 및 활용 가능성을 제시한다. 유묘는 고온(38℃, 45℃, 90℃)조건에 노출시켰을 때 식생지수(NDVI, GNDVI, NDRE, CIRE)는 온도 조건과 각각의 지수가 다른 양상을 나타내었다. 38℃에서는 NDVI와 GNDVI가 감소했지만 전체적으로는 높은 수준을 유지했으며, NDRE는 약 0.158~0.164 범위에서 큰 변화없이 유지되었다. CIRE는 처리기간동안 서서히 상승하였다. 이와 같은 식생지수의 변화는 38℃온도 조건이 소나무 유묘의 생리 기능에 상대적으로 안정적인 온도 범위에 가깝다는 것을 보여준다. 반면 45℃에서는 NDVI와 GNDVI가 짧은 시간 안에 뚜렷히 감소하였고, 90℃온도 조건에서는 모든 식생지수가 급격히 감소하여 정상적인 생리 기능이 유지되지 않았다. 생리·물리 지표와 영상지수를 통합하여 분석 결과, 38℃에서 토양수분은 NDVI와 양의 관계(r = 0.81)를 보였으나 CIRE와는 뚜렷한 음의 관계를 나타냈다. 엽록소와 카로티노이드 함량은 38℃와 45℃에서 각각 R² = 0.990, 0.946으로 높 은 상관을 보인 반면, 90℃에서는 NDVI와 엽록소(r = -0.92), NDVI와 카로티노이드 (r = -0.99)가 모두 강한 음의 관계로 나타나 엽록소 및 카로티노이드 감소와 광합성 저하가 동시에 나타났다. 본 연구에서 구축한 다분광 영상 기반 분석 파이프라인을 통해 소나무 종묘의 급격한 고온 스트레스에 대한 스트레스 반응을 비파괴적으로 분석하였다. 또한 식생지수와 생리·물리 지표 간의 상관관계를 구명함으로써 영상 기반 분석 기술의 활용 가능성을 검증하였다. 본 연구의 결과는 향후 우량개체 선발, 기후변화 및 산불 대응 생육 예측 모델 개발의 기초 자료로 활용될 것으로 기대 된다.

목차 (Table of Contents)

• Ⅰ. 서 론 1
• Ⅱ. 재료 및 방법 5
• 2-1. 다분광 영상 분석을 통한 종자 발아 탐지 5
• 2-2. 생육 한계 온도 설정 및 유묘 선발을 위한 다분광 분석 8
• 2-3. 다분광 영상지수와 생리·물리적 지표의 통합 분석 13
• Ⅲ. 결과 14
• 3-1. 다분광 영상 분석을 통한 종자 발아 탐지 14
• 3-2. 생육 한계 온도 설정 및 유묘 선발을 위한 다분광 분석 21
• 3-3. 다분광 영상지수와 생리·물리적 지표의 통합 분석 30
• Ⅳ. 고찰 37
• 4-1. 다분광 영상 분석을 통한 종자 발아 탐지 37
• 4-2. 생육 한계 온도 설정 및 유묘 선발을 위한 다분광 분석 39
• 4-3. 다분광 영상지수와 생리·물리적 지표의 통합 분석 40
• Ⅴ. 결론 44
• 참고문헌 46