Evaluation of Soil-N Distribution and Corn Yield in Fertigation Systems

공동혁,공동혁,이상훈,정기열,전현정 한국토양비료학회 2022 한국토양비료학회지 Vol.55 No.4

In Korea, field crop yields are steadily declining due to drought though it can be managed through irrigation. Toaddress this problem, irrigation technology using subsurface drip line (SDL) has only recently been developedand distributed in Korea. In this study, fertilizer was supplied through SDL while growing corn on the arableland where SDL were buried. SDL was installed and a venturi system was connected for fertilizer injection. Irrigation and fertigation were controlled by connecting to the control panel. During corn cultivation, soil mois ture levels were maintained at 100% and above 100% of the field capacity by soil moisture sensor. Nitrogenamounts and distributions of nitrate contents were measured by distance from SDL. Corn growth and yieldcharacteristics were also measured. As a result, the total amount of nitrogen by distance released from the SDLwas uniform, When evaluating the distributions of nitrate contents in the soil released from the SDL, NO3 wasspread first to the upper part of the soil (after 1 day). And, after 9 day NO3 was spread evenly over the upper partof the soil rather than leaking to the lower part. It was determined that nutrients could be stably supplied tocrops. There was a tendency that weight and diameter of ear during the growth of corn were greater than thosesupplied with topsoil, and the corn yield was also increased. Subsurface drip fertigation system is expected tohave a positive effect on agricultural automation for better agriculture production.

Assessment of In-Season N Effects on Soil Water Stress to Growth and Yields of Soybean

공동혁,전현정,이상훈,정기열 한국토양비료학회 2023 한국토양비료학회지 Vol.56 No.4

In Korea, many farmers apply in-season nitrogen (N) fertilizer to increase yields, especially in case of paddy field cultivation. However, researchers are skeptical about positive effects of in-season N application to soybeans. Previous studies reported in-season N application helped increase of soybean yield and mitigate excessive soil moisture stress. Despite in-season N application affects soybean yields, there has been no extensive information regarding the effects of in-season N application. Therefore, this study investigated impacts of in-season N application to soybean growth and yields under various soil water conditions. Soybeans were planted and had the same amounts of basal N fertilizer for all pots. Soybeans were treated with isotopes ( 15N) as N particles for only pre-plant pots before sowing and in-season N particles at R1 growth stage. Soils had threes soil moisture conditions: drought (20%, v/v), control (25%, v/v) and waterlogging (30%, v/v). Growth and yield characteristics were measured after harvest. Amounts of 15N absorption in soybeans were analyzed. As a result, soybeans showed that soil moisture conditions affected growth characteristics, while in-season N application did not affect the growth characteristics. it is a reasonable result since in-season N applied after a vegetative stage. Yields from the control and waterlogging condition had the greatest yields with in-season N application. These were resulted from alleviate soil water stress effects and induced greater absorption of N in soybeans. Based on results of 15N absorption, water stress induced greater absorption of 15N to seeds and yield increase occurred from the control and waterlogging with in-season N application. These results can indicate that application of in-season N application may help to increase yields of soybean if soybean is not deficient to soil water.

Characteristics of Maize Roots under Subsurface Drip Irrigation through Various Oxygen Treatment

공동혁,이상훈,정기열,전현정 한국토양비료학회 2023 한국토양비료학회지 Vol.56 No.1

In Korea, irrigation technology using subsurface drip irrigation (SDI) is new in agriculture system. Many limitationsof SDI are not well known. SDI can damage crops from overwatering. To address this weakness, it isimportant to improve and test the applicability of the SDI with air injection (oxygation). Therefore we investigatedsoil oxygen (O2) and carbon dioxide (CO2), root characteristics and yield of maize using two conditionsof soil moisture regime: field capacity (FC) × 100% and 120%. Maize was planted, and then air was injectedby compressor and venturi. In the field, irrigation was controlled by a controller connected to soil moisturesensors. Soil moisture sensors were measured at 20 cm below soil surface. Soil O2 and CO2 were measured at10 and 30 cm below soil surface before and after oxygation. Root activity was measured from tip of roots. Root volume and dry weight were measured. Post-harvest, number and weight of maize ears were surveyed aswell. As a result, soil oxygen values increased by 59% in the compressor treatment and by 34% in the venturetreatment. However, soil CO2 values did not depend on the oxygation. In all soil moisture treatments, theactivity of oxygated roots was greater than that of the control, and root activity was increased by 152%. Rootvolume and dry weight were also greater than those in the control. No significant effect of soil moisture wasfound on the number and weight of ears of maize. The average ear weight of maize in the FC 100% soilmoisture treatment was 1,292 kg 10a-1 in the oxygation and 1,278 kg 10a-1 in the control. In addition, no effectof oxygation was observed on number and weight of ears. The average ear weight of maize in the FC 120%soil moisture treatment was 1,229 kg 10a-1 in the oxygation and 960 kg 10a-1 in the control. Maize yield was28% greater in the oxygation treatment than that in the control. The yield of maize grown in the control fieldshowed a tendency to decrease as the soil moisture content increased. At FC 120% soil moisture, the earweight of control maize was reduced by 25% compared to FC 100% soil moisture. These results reflected thatthe oxygation process had a great effect on the root growth even in humid conditions, which was expected tohave a positive effect on the maize plants planted above-ground.

지중관비시스템에 의한 양액 질소의 유출농도 변화 균일성 평가

공동혁 ( Donghyeok Gong ),이상훈 ( Sanghun Lee ),전현정 ( Hyenchung Chun ),최영대 ( Young Dae Choi ),정기열 ( Kiyuol Jung ) 한국농공학회 2020 한국농공학회 학술대회초록집 Vol.2020 No.-

지중점적관개 및 관비시스템은 수자원의 효율적인 이용이 가능하며, 양분 유실을 줄여 양·수분 이용효율 증대가 가능하다. 또한, 지중점적 관비기술을 이용하면 자동으로 비료를 공급해 필요 노동력과 양분 공급 비용을 줄일 수 있다. 하지만, 우리나라의 노지 밭작물 재배에서 지중관개시설을 이용한 관비공급에 대한 연구는 많지 않은 실정이다. 따라서 본 연구는 지중관비시스템 거리별 양액 질소의 거리별 유출량의 농도 균일도와 관비공급에 따른 점적관의 막힘을 방지하기 위한 관세척 효과를 평가하기 위하여 수행되었다. 본 시험은 국립식량과학원 남부작물부내 시험온실에서 수행되었으며, 지중점적관은 점적공 간격 30cm, 점적당 물 유출량 1.6L/h인 N사의 압력 보상형 점적관을 설치하여 시험하였다. 질소 관비는 물 150L에 요소비료 300g을 녹여 정량펌프(solenoid metering pumps, max capacity 75mL/min, 행정수 100%)로 3분부터 18분까지 관비액을 공급하였고, 정량 펌프로부터 거리별(1m, 25m, 49m)로 250ml 용기에 3분씩(총 45분, 15번) 관비액을 받아 질소의 유출농도를 킬달법으로 분석하였다. 정량 펌프에서 거리별 관비 공급에 따른 양액 질소의 유출량과 농도는 균일하게 나타났다. 1m, 25m, 49m에서 질소 총 유출량은 각 850, 855, 861mg으로 점적관의 거리에 따라 유의성을 보이지 않았다. 또한, 1m, 25m, 49m에서 3분간 질소의 최고 유출 농도는 각 2176, 2190, 2184 mg/L 로 점적관의 거리에 따라 유의성을 보이지 않았다. 그러므로, 각 거리별 질소 유출량이 동일한 것으로 판단된다. 점적관 거리와 시간에 따른 질소 유출량 변화를 보면 1m, 25m에서 양액주입 3분 후 일정한 값을 나타냈고, 49m에서는 9분 후 일정한 값을 나타냈다. 또한, 모든 거리에서 양액 내 질소의 양은 12분간 일정했다. 거리별 관비 공급에 따른 점적관 세척시간은 1m, 25m, 49m 각 3분, 5분, 12분 추가 관수했을 때 초기 양액질소의 농도 값과 유사했다. 이상의 결과는 거리에 관계없이 동일한 양ㆍ농도의 비료를 공급한 것을 나타낸다. 또한, 관세척을 위해 50m 관비 시 양액 공급 정지 이후 12분 동안 관수공급이 필요하다. 본 연구의 결과는 지중점적관 관 기준설정에 기여할 수 있을 것으로 사료된다.

관수 및 배수 처리에 따른 콩의 생육 및 수량특성

정기열,공동혁,이상훈,전현정,채세은,전승호 경상대학교 농업생명과학연구원 2023 농업생명과학연구 Vol.57 No.3

본 연구는 기후변화에 따른 콩의 한해 및 습해에서의 안정생산 재배법 확립을 위한 물관리 방법별 생육특성 및 수량을 알아보기 위하여, 2021년과 2022년 2년에 걸쳐 무처리, 무굴착 땅속배수, 지중점적 관개 및 무굴착 땅속배수 + 지중점적 관개(관·배수 통합) 4처리로 수행하였다. 연차간 토양수분함량 및 토양수분장력은 관·배수 통합 처리구에서 토양 수분 장력 변이가 낮고, 안정적 토양수분 유지가 가능했으며, 2021년 생육특성 조사에서는 관·배수 통합 처리구 초장이 57.1㎝로 가장 길게 나타나, 가장 짧은 무관개 43.1㎝ 대비 32.5% 더 길게 조사되었으며, 2022년 초장 또한 같은 경향으로 관·배수 통합 > 지중점적관개 > 무굴착 땅속배수 > 무관개 순서로 길었다. 수량구성요소에서도 생육특성과 같은 경향을 보였으며, 이에 수량도 수량구성요소가 가장 높았던 관·배수 통합 처리구에서 연차간 각각 409, 346 kg/10a로 가장 많았다. 그러나, 관개량 및 물 이용효율 평가에서는 관·배수 통합 처리구가 지중점적관개 처리구 대비 일평균 관개량 203.1 ton/10a 더 많을 뿐만 아니라, 물 이용효율에서도 45.6% 더 낮게 나왔기 때문에 추후, 기후변화 환경에서의 효율적인 물관리와 한정된 농업용수 사용을 최대화로 할 수 있는 관개량에 따른 더 세부적인 연구가 추가된다면, 현재 지구온난화 등의 영향으로 범지구적 물 부족 현상이 나타나는 환경에서 보다 더 물 효율성을 극대화 시키고, 안정적인 콩 물관리 재배기술 개발의 기초자료가 될 수 있을 것으로 사료된다. This study was conducted with three levels of underdrainage, subsurface drip irrigation, and integrated irrigation and drainage to find out the growth characteristics and quantity by water management method to establish a stable production cultivation method in drought injury and water injury of soybeans according to climate change. As for soil moisture content and soil moisture tension between years, the soil moisture tension variation was low in the integrated irrigation and drainage treatment area, and stable soil moisture was maintained. In the first-year growth characteristics survey, the plant height in the integrated irrigation and drainage treatment group was 57.1 cm, which was 32.5% longer than the shortest 43.1 cm without irrigation. The second-year plant height was also longer in the order of integration of irrigation and drainage > subsurface drip irrigation > underdrainage > no irrigation with the same trend. The yield components also showed the same tendency as the growth characteristics, and thus, the yield was highest in the integrated irrigation and drainage treatment area, which had the highest yields component, with 409 and 346 kg·10a-1, respectively, between years. However, in the evaluation of irrigation amount and water use efficiency, the integrated irrigation and drainage treatment group not only showed 203.1 ton·10a-1 more daily average irrigation amount than the subsurface drip irrigation treatment group, but also showed 45.6% lower water use efficiency, so that it will be more efficient in the climate change environment in the future. If a more detailed study is added according to the amount of irrigation that can maximize efficient water management and limited use of agricultural water in climate change environments, water efficiency will be higher than in environments where global water shortages appear due to the effects of global warming. It is thought that it can be used as basic data for the development of stable soybean water management cultivation technology.

Growth Characteristics and Physiological Responses of Soybean (Glycine max L.) under Excessive Soil Moisture Stress

전현정,이상훈,공동혁,김원찬,이상협,정기열 한국토양비료학회 2022 한국토양비료학회지 Vol.55 No.3

Due to global climate change and poor drainage soil characteristic in paddy fields, soybeans which are one ofmain upland crops in Korea are prone to get stressed by excessive soil moisture during cultivation. Excessivesoil moisture stress causes poor growth, yield loss, and disease to soybeans. In order to prevent damages byexcessive soil moisture stress, it is important to understand responses of soybeans under excessive soil moisturecondition. Therefore, this study investigated morphological and physiological responses of soybeans byexcessive soil moisture at various growth stages; V2, R1, R3, R5 and whole growing period. Soybeans wereplanted and characteristics of photosynthesis, chlorophyll fluorescence and 1-Aminocyclopropane-1-carboxilicacid (ACC) were measured from leaves after excessive soil moisture treatment. After harvest, growth and yieldcomponents were measured. As a result, soybean showed the smallest stalk height from soybeans which hadexcessive soil moisture at V2 and whole growing period. On the other hand, the greatest yield loss occurredwhen excessive soil moisture applied at R5, while the smallest at R2 and whole growing period. Soybean leavesshowed the smallest photosynthetic rate and stomatal conductance under excessive soil moisture condition. These decline continued at least 1 week and restored to the values of photosynthetic rate and stomatal conductancefrom soybeans with no stress. Soybeans under excessive soil moisture exhibited greater ACC values thanone of no stress. These increment of ACC continued 2 weeks and diminished. Soybeans treated with excessivesoil moisture at V2, R1, R3 and whole growing period had decrease in photosynthetic rate and increase in ACCvalues. These results can indicate that changes of ACC contents in soybean leaves may be used as indicator ofexcessive soil moisture stress.

다양한 압력조건하에서 지중점적관의 유출량 평가

이상훈 ( Sang Hun Lee ),공동혁 ( Dong Hyok Gong ),정기열 ( Ki Yuol Jung ),전현정 ( Hyen Chung Chun ),최영대 ( Young Dae Choil ) 한국농공학회 2020 한국농공학회 학술대회초록집 Vol.2020 No.-

Subsurface drip irrigation system increase waster use efficiency, reduce run off and thus increase crop yields. There are many different types of drip lines to be purchased for irrigation system in a market. Therefore, the proper selection of drip line is a key factor for subsurface drip irrigation systems. The objective of this study was to evaluate the effluent rate of various subsurface drip lines according to the different pressure condition. Four drip lines that are commonly found in a market were selected based on the type and function of dripper. Each drip line was setting with pressure gauges at a certain interval and applied pressure from 0.5 bar to 4.0 bar at 0.5 bar intervals. Effluent rates were evaluated with the ratio of actual effluent amount and retail suggested effluent amount. Effluent rates showed various values based on the type and function of drippers. The drip lines without controlling of water drop had 68.6% of effluent rate at 0.5 bar pressure, which was significantly greater than 11.7% for the drip lines with controlling of water drop. Drip lines with pressure compensation had uniform effluent rate at a certain pressure. However, the effluent rate of non-pressure compensation line linearly increased from 7.2% to 113.1% on the increase pressure. The recommended pressures for subsurface drip irrigation system are ranging from 2.0 bar to 3.0 bar, where it had 97.2% effluent rate. The result of this study showed that the drip lines have various effluent rate, and thus the selection of proper drip lines is very important to function subsurface drip irrigation system along with proper pressure application.

암거배수 소수재 왕겨의 물성 분석

정기열(Kiyuol Jung),이상훈(Sanghun Lee),공동혁(Donghyeok Gong) 한국토양비료학회 2021 한국토양비료학회 학술발표회 초록집 Vol.2021 No.11

논에서 밭작물 재배 시 습해를 예방하기 위한 수단으로 PVC 유공관 등을 매설하는 암거배수 방법이 주로 사용되고 있다. 그러나 이와 같은 방법은 배수관과 소수재(모래 및 자갈)에 의한 시공비용이 많이 소요되는 단점이 있다. 또한 지하수위 제어에서 암거배수의 역할과 중요성과 관련하여 다양한 배수관과 소수재 및 설치와 관련하여 새로운 기술과 더 경제적인 시공기술을 찾기 위해 많은 연구가 이루어졌다. 이에 기존 암거배수 기술보다 시공이 쉽고 간편하고, 시공비용을 절감할 수 있는 PVC 유공관을 매설하지 않고 땅속 50cm 깊이에 천공과 동시에 소수재로 왕겨를 압축하여 시공하는 트랙터 견인식 왕겨충진형 암거배수 기술을 개발하고 있다. 본 연구는 왕겨를 배수용 소수재로 배수에 적용할 가능성을 조사하기 위해 수행하였다. 소수재 왕겨의 입도분포곡선, 다공성, 부피 및 입자 밀도, 수분 흡수율을 포함한 중요한 물리적 및 수리적 특성을 측정하였다. 왕겨는 독특한 모양(방추형)으로 인해 다른 기울기 곡선을 가질 수 있으므로 5, 10, 20, 30, 60 및 90분 동안의 기울기 곡선을 결정하였고, 입도분포곡선 기준을 이용하여 3회 반복하여 10분간 체질하여 계조 곡선의 균등계수(CU) 및 곡률계수(CC)를 계산하였다. 소수재 왕겨의 수리 전도도는 소수재의 수리 저항 및 유압 성능의 유입을 결정하는 데 유용한 요소로써 소수재 위에 놓인 토양의 하중으로 인한 압축으로 인해 가변적이기 때문에 왕겨 위에 가해지는 정하중의 차이에 따른 왕겨의 수리전도도 변화를 측정하기 위해 두께 8mm, 지름 20cm, 높이 120cm의 투명한 실린더 형태의 전도도계를 제작하여 시험하였다. 왕겨 소수재의 여과 특성 및 수리 전도도를 일반 소수재(자갈)와 비교하기 위하여 두 가지 토성(사양토, 식양토) 대상으로 가로 100cm, 세로 80cm, 높이 100cm 크기의 미니 토조을 제작하여 테스트하였다. 왕겨의 공극률이 매우 높다(~79%). 소수재로 왕겨의 물성을 조사한 결과 공극률은 79%, 수분흡수률은 410%로 나타났고, 균등계수와(CU) 및 곡률계수(CC)는 각각 2.8 및 1.16으로 계산되어 입경가적곡선으로 입도산태 판정 기준 1< CC<3, CU≤10를 만족하여 입도분포가 양호하였다. 왕겨의 공극률이 높은 이유는 왕겨의 방추형 모양 때문이었다. 왕겨의 수리전도도 변화는 압력하중(0–26 KPa)에서 왕겨의 수리전도도 변화의 범위는 6500 ~ 500m/day였다. 압력을 높이거나 왕겨 다짐도를 높이면 수리전도율은 감소하지만 높은 다짐에서는 거의 안정하게 되었다. 토조 시험 결과 두 가지 토양에 대한 자갈과 왕겨 소수재의 배수구의 최종 배출량를 기준으로 토성별 소수재(왕겨)의 배수 성능을 평가한 결과 그림 2-15과 같이 유효 배수량 소요 도달시간은 자갈 6시간, 왕겨 8시간 소요되어 왕겨 소수재로 된 배수관의 최종배출량의 차이는 크지 않았다. 왕겨의 수리 전도도가 소수재로서의 수리 기능을 보장할 만큼 높았고, 또한 왕겨 소수재는 자갈 소수재에 비해 적절한 여과 기능이 있었다. 결론적으로 왕겨 소수재를 통한 배수량은 자갈 소수재에 비해 낮으나 광물 소수재에 들어가는 비용이 더 많이 들기 때문에 왕겨를 소수재로 사용하는 것이 합리적이며 배수 소수재로 활용가능성을 확인하였다.

노지 밭작물 관·배수 통합 자동제어 물관리 기술 적용 효과

정기열(Kiyuol Jung),전현정(Hyenchung Chun),이상훈(Sanghun Lee),공동혁(Donghyeok Gong) 한국토양비료학회 2021 한국토양비료학회 학술발표회 초록집 Vol.2021 No.11

노지 밭작물 재배에서 효율적인 관개 및 배수관리는 중요한 재배관리 요소이며, 작물생육과 생산성에 대한 주요 환경적 요인이다. 우리나라 연 강수량은 6∼8월 사이에 집중되어 침수와 토양 과습에 의한 습해와 이상기상에 따른 반복적인 밭작물 가뭄피해 발생으로 노지 밭작물의 생산성 변동이 심화되고 있는 실정이다. 또한 현재까지 노지 밭작물의 물관리 기술은 습해 예방을 위한 암거(暗渠)배수와 가뭄피해 예방을 위한 자동관개 기술이 각각 별도의 기술이 개발되었으나, 습해와 관수를 동시에 관리할 수 통합한 물관리 기반기술 개발은 전무한 실정이다. 이에 본 연구에서는 기후변화에 따른 노지 밭작물의 안정적인 생산을 위한 관수와 배수를 동시에 제어 할 수 있는 관·배수 통합 자동화 기반 기술 개발하고자 수행하였다. 본 시험은 세 가지 물관리 방법 (i) 지중점적 관개(SDI) (ii) 무굴착 암거배수(SD) (iii) 관·배수 통합(지중점적관개 + 무굴착 암거배수)를 비교하기 위해 국립식량과학원 남부작물부 시험포장에서 수행하였다. 시험 토양은 모래 58.5%, 미사 31.9%, 점토 9.6%의 사양토이었다. 시험작물은 콩(Glycine max L.)을 대상으로 물관리 방법에 따른 생육반응을 평가하였다. 지중점적관개는 점적공 간격 20cm, 유출량 2.3L/hr의 압력보상형(pressure compensation) 점적관을 사용하여 1.2m 간격으로 땅속 40cm 깊이에, 땅속배수는 굴삭기 부착형 매설기를 이용하여 랩핑 암거관(Ø50mm)를 땅속 80cm 깊이에 2.4m 간격으로 각각 매설하였다. 또한 관·배수 통합 물관리(지중점적관개 + 무굴착 암거배수)는 지중점적관관 암거배수관을 교차로 시공하여 시험하였다. 토양수분 함량은 Electrical Capacitance 방식의 층위별 수분측정센서(Easy AG50-5Wire, Sentek Pty Ltd.)를 설치하여 토양의 깊이에 따라 10cm 단위로 0∼50 cm까지 1시간 간격으로 토양수분을 측정하였다. 자동관개는 근권층의 포장용수량 기준 토양수분 함량(용적수분 25%, VWC)에 설정하여 이보다 낮으며 자동 관개되도록 시스템을 프로그램화하여 실시하였다. 물관리 방법에 따른 토양수분 및 수분장력 변화, 일평균 관개량, 한발누적일수(초기위조점 이하 수분함량 누적일수) 등 관개효율을 각각 분석하였다. 물관리 방법에 따른 근권층의 일평균 토양수분 함량을 기준으로 평균 수분함량은 조사한 결과 대조구(무관개) 36.9%, 암거배수 29.8%, 지중관개 42.5%, 관·배수 통합 44.2%로 각각 조사되었으며, 한발누적일수는 대조구(무관개) 18일, 암거배수 15일이었고 지중관개와 관·배수 통합관리에서는 관측되지 않았다. 또한 토양 수분장력은 대조구(무관개) -76.3kPa, 암거배수 -87.8kPa, 지중관개 –5.1kPa, 관·배수 통합 –9.0kPa로 나타났다. 이러한 결과로 암거배수 처리구에서는 배수로 토양수분이 낮게 유지되었고, 지중관개에서 강우에 의해 토양수분이 높게 유지되었다. 반면 관ㆍ배수 통합관리에 관수와 배수관리로 암거배수와 지중점적 관개 처리에 비해 토양수분 변이가 낮고 안정적 토양수분 유지가 가능하였다.

Evaluation on Irrigation Water Use Efficiency and Soybean Growth by Irrigation Scheduling

Sang Hun Lee(이상훈),Hyen Chung Chun(전현정),Dong Hyok Gong(공동혁),Ki Yuol Jung(정기열) 한국토양비료학회 2022 한국토양비료학회 학술발표회 초록집 Vol.2022 No.10