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NES Model Development: Expert System for Nitrogen Fertilizer Applications to Cornfields
김원일,정구복,박노동,Kim, Won-Il,Jung, Goo-Bok,Fermanian, T.W.,Huck, M.G.,Park, Ro-Dong 한국토양비료학회 2001 한국토양비료학회지 Vol.34 No.1
N fertilizer recommendations to optimize with consideration to maximum crop yields, maximum profits, and minimum N losses to ground or runoff water, an advisory system. Nitrogen Expert System (NES), was developed. The system was to estimate the optimal rate of N fertilizer application cornfields in Illinois. NES was constructed using Smart Elements, a knowledge-based system that manages the expertise of human experts. NES was reinforced by addition of the effect of a productivity index (PI), soil organic matter content (SOM), and pre-sidedressing of nitrate concentration (PSNT) to the optimal N fertilizer recommendation. NES contains 49 rules, 1 class, 14 objects, and 2 properties. NES was successfully operated, showing N recommendations with inputs of three soil properties including PI, SOM, and PSNT. NES can reduce N loss to the environment, but adherence to the recommendations may also reduce farmers income. Therefore, NES will be more effective by evaluating both environmental damage assessment and other economic agricultural management parameters and other soil physico-chemical parameters. 일리노이 옥수수 포장에서 질소비료의 적정 시용량 결정에는 작물 수량의 극대화와 더불어 질소 손실의 최소화가 고려 되어야 하는데 이를 위하여 질소 전문가체계(NES)가 개발되었다. NES는 전문가의 지식과 사고의 결정과정을 컴퓨터체계로 전환하는 Smart Element program에 의해 만들어졌다. NES는 현재 일리노이 옥수수포장에서 사용중인 생산성지수 (PI)와 토양중 유기물함량 (SOM) 및 시비전 질산태질소 함량 (PSNT)의 요인을 고려하여 시비수준을 결정하였는데 각각의 수준에 따라 49개의 rule 등을 사용하였다. NES는 시스템상에서 성공적으로 작동되었으며 3개의 토양특성 (PI, SOM, PSNT)를 입력하여 적정 시비량을 결정하였다. NES는 다른 시비량 결정 방법에 비해 환경에 대해 질소의 유입을 현저히 줄일 수 있었으며 모델에 대한 검증이 계속될 것이다. 그러나 이에 따른 수량의 감소를 보여, 질소 비료의 적정 시비량은 수량과 더불어 질소유실에 따른 환경 영향평가와 기타 다른 경제적 또는 토양의 물리화학적 요인이 고려되어야 하며 이 요인을 추가한 NES의 검증 및 개선방향이 모색되어야 할 것이다.
Model Verification of Decision Assisting Nitrogen Expert System NES to Illinois Cornfields
김원일,정구복,김길용,박노동,Kim, Won-Il,Jung, Goo-Bok,Huck, M.G.,Kim, Kil-Yong,Park, Ro-Dong 한국토양비료학회 2001 한국토양비료학회지 Vol.34 No.1
To verify the newly developed decision assisting expert system for nitrogen fertilizer application NES to Illinois cornfields, a couple of N rate studies from Dr. Howard and five Illinois Agricultural Experiment Stations were applied. Four types of recommendations including the current Illinois recommendation, Hoeft recommendation, NES, and maximum economic recommendation were compared with each other for the crop yields, profits, recovery rate, and N losses to cornfields. The N rate of NES recommendation, considering productivity index (PI), soil organic matter content (SOM), and pre-sidedressing nitrate concentration (PSNT) level, was the lowest in comparison to those of other recommendations. However, N recovery rate in NES was generally higher and the resulting N loss was lower than others. But, adherence to the recommendations may also reduce farmers income if environmental expense did not considered. Therefore, NES will be more effective by adding the factors including environmental expense, tillage systems, crop rotation, and other agricultural management parameters. 전보에서 개발한 질소질 비료의 적정시비량 산정을 위한 전문가체계 모델인 NES 를 일리노이주 옥수수 포장에 적용하여 검증하였다. 본 검증에는 Howard 박사와 5개의 일리노이주 농업 시험장에서 수행한 옥수수에 대한 질소질 비료의 시용 결과를 각각 이용하였고, 현행 일리노이주 옥수수 포장의 질소시비 추천량, Hoeft 추천량, 이론적 최대이익산출 추천량 및 NES 추천량 등 각각의 추천기준에 대한 예상수량, 질소회수율 및 질소유실량을 산정 비교하였다. 생산성 지표(PI), 토양 유기물함량(SOM) 및 시비전 질산태질소 함량(PSNT) 등 3개의 토양특성을 고려한 NES의 추천량이 타 추천량에 비해 가장 적었으며, 이에 따른 질소의 회수율도 가장 높았다. 그러나, 수익면에 있어서는 NES 추천량이 이론적 최대이익산출 추천량에 미치지 못했는데, 이는 환경 비용을 고려하지 않은 결과로 생각된다. 따라서 경작 형태나 경운, 환경 비용 등에 따른 질소의 효율성을 고려한 보다 발전된 시비량 모델의 개발이 요구된다.
Corn (Zea mays L.) Root Distribution in Response to Variation in Soil Water Content
김원일,정구복,김용웅,박노동,Kim, Won-Il,Jung, Goo-Bok,Huck, M.G.,Kim, Yong-Woong,Park, Ro-Dong Korean Society of Soil Science and Fertilizer 2002 한국토양비료학회지 Vol.35 No.1
옥수수 뿌리 성장에 미치는 토양통과 경운의 영향을 구명하기 위하여 3년 동안 일리노이 중부지방의 몇 개 토양통이 다른 옥수수 포장에서 뿌리 분포를 관찰하였다. 무경운과 경운된 포장에서 깊이 75 cm Minirhizotron 기술에 의하여 Video로 촬영을 한 후 뿌리 분포를 관찰하였다. 토양 경작층의 뿌리 분포는 생육 초기 증가하였고, 이후 늦은 여름에는 수분이 고갈되면서 감소하였다. 본 실험에서 뿌리 분포가 토양통에 따라 차이는 보이지 않았으나 토양통에 따른 분포의 차이는 토양의 유효수분 저장용량에 따라 차이를 보였다. 토양의 투수 속도가 빠른 무경운에서의 뿌리분포가 경운에서의 분포보다 많았다. 생육기간 중 심토 층에서의 옥수수 뿌리는 경운포장보다 전 작물의 뿌리통로를 이용하여 생장하는 무경운 포장에서 2-3주 일찍 관찰되었다. 결론적으로 옥수수 뿌리 분포는 토양통보다는 경운에 의한 영향이 클 것으로 생각되었다. Root distribution was monitored in the root zone of corn fields on several soil series in central Illinois during three growing seasons in order to find the effect of soil series and tillage system on root growth. A minirhizotron technique was used to videotape each soil profile in weekly intervals to a depth of 75 cm under conventional tillage (CT) and no tillage (NT) systems of cultivation. Root distribution near soil surface generally increased during the early stages of the growing season, but declined as surface soil moisture was depleted in late summer. Even though root distribution was not significantly different between soil series in this experiment. differences in root distribution between soil series were associated with the increases in root-available water storage capacity. Root population in the top 30 cm of NT plots. where increased water infiltration rates and saturated flow of soil moisture into the subsoil, was generally higher than that of CT plots in Illinois corn fields. Foots appeared in the deeper layers later in the growing season, with root penetration into subsoil layers occurring as much as 2-3 weeks earlier on the NT plots than in CT plots. In conclusion, root distribution was significantly affected by the tillage systems, but not different by soil series.