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수분 스트레스 조건에 따른 겨울 밀의 생물계절학적 반응
청리광 ( Liguang Cheng ),박현수 ( Hyunsu Park ),구하린 ( Harin Koo ),장태일 ( Taeil Jang ) 한국농공학회 2023 한국농공학회 학술대회초록집 Vol.2023 No.0
수분 스트레스는 작물 생산성에 영향을 미치는 심각한 환경 제약 요소 중 하나이며, 가뭄에 따른 수분 스트레스는 그 크기와 기간이 중요하며, 이에 따른 물관리 전략이 필요하다. 본 연구은 2022~2023년 전라북도 남원시에 위치한 국립식량과학원 운봉시험포장에서 수행되었다. 시험포장은 관행처리구(Plot A), 실시간 토양수분 기반 적정관개처리구(Plot B), 습해처리구(Plot C)의 3개의 처리구를 구성되었다. 본 연구는 수분 스트레스의 처리수준별 생육단계에 따른 겨울 밀 생물계절학적 변화, 생산량 등 지표에 미치는 영향을 분석하였다. 모니터링 결과에 따르면, 개화 전 강우는 개화 기간 동안 성장수분 요구를 보장하고 곡물의 바이오매스 축적을 촉진하였다. 재생기(Jointing) 이후의 Plot C에서 이삭이 일찍 출현하였고 옆면적지수도 상대적으로 높게 나타났으며, 개화기(DAA0) 이후 급속한 감소 경향을 보여주었다. Plot A는 제한된 수분으로 인해 상대적으로 긴 개화기 구간을 보여주었으며. Plot B는 수분 스트레스가 높지 않아 비교적 양호한 생물계절학적 반응을 보여주었다. Plot C는 개화기(DAA0) 및 개화기(DAA28)에서 습윤 조건과 추가적인 집중호우(5월)로 인하여 밀의 개화 지연과 긴 등숙기간을 보여주었다. 각 처리구별 수확량(ton/ha)은 적정(5.88) > 관행(5.24) > 습해(4.90) 처리구의 순서로 나타났다. 그리고 천립중(g)은 적정(47.8) > 관행(46.3) > 습해(44.8) 처리구 순으로 나타났으며, 물이용효율(WUE, kg/ha/mm) 또한 적정(18.5) > 관행(16.5) > 습해(15.4) 처리구 순으로 나타났다. 본 연구는 수분 스트레스가 생물계절학적 반응과 수확량에 미치는 영향을 보여주었으며 적정한 물관리는 겨울 밀의 생육기 수분 스트레스를 감소시킬 수 있음을 잘 보여주었다.
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APSIM 모형을 이용한 밀 재배포장에서의 관개조건에 따른 토양수분 및 생산량 분석
청리광 ( Liguang Cheng ),김동현 ( Dong-hyeon Kim ),김가연 ( Gayeon Kim ),이은지 ( Eunji Lee ),장태일 ( Taeil Jang ) 한국농공학회 2022 한국농공학회 학술대회초록집 Vol.2022 No.-
국산밀은 연간 생산량이 매우 낮고 단백질 함량 등 품질이 균일하지 않아 국내 자급률에 문제가 있는 실정이다. 특히 밀 생육초기에 봄 가뭄 및 습해 등 기후적 요인에 따라 수량 및 품질 관리의 어려움을 증가시키고 있는 상황이다. 따라서 국산밀의 수량과 품질 증진과 봄철 가뭄 및 습해를 대응하기 위한 관개전략이 필요하다. 본 연구에서는 다양한 관개조건에 따른 밀 재배포장의 토양수분 및 생육 모니터링 결과와 APSIM 모형을 활용하여 관개방안을 평가하고자 한다. 연구 대상지역은 전라북도 남원시 운봉읍에 위치한 국립식량과학원 운봉시험지이며, 시험포장은 수분처리 조건에 따라 총 4개(A: 한발, B: 무처리, C: 적정수분, D: 습해)로 3개 블록을 구분하여 3반복으로 구성하였다. 토양수분은 ICT 기반의 토양수분센서를 통해 실시간으로 자료를 수집하였으며, 1년 재배기간(2021~2022년) 동안의 토양수분 및 수확량 자료를 기반으로 APSIM 모형의 적용성 평가를 수행하였다. 모형의 성능평가 지표는 R2 (Determine coefficient), d (Standardized measure of the degree)를 사용하여 평가하였다. 구축된 모형의 작물 수분, 온도 스트레스 자료를 활용하여 관개방안을 수립하고자 하며, 상관관계 분석을 통해 작물 생산량에 미치는 인자를 분석하고 다양한 관개 시나리오 적용에 따른 밀 생산량 영향을 분석하고자 한다. 향후 지속적인 모니터링을 수행하여 모델링 결과를 보완할 것이며, 스마트 물 관리 플랫폼 개발에 기초자료로 활용하여 국산밀의 수량 및 품질 증진을 위한 관리방안 마련에 도움이 될 것으로 사료된다.
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APSIM 모형을 이용한 기상 및 물관리에 따른 밀 수확량 기여도 평가
청리광 ( Liguang Cheng ),박현수 ( Hyunsu Park ),김태곤 ( Taegon Kim ),장태일 ( Taeil Jang ) 한국농공학회 2023 한국농공학회 학술대회초록집 Vol.2023 No.0
기상 조건, 수자원 관리 간의 복잡한 상호 작용 및 겨울 밀 수확량에 대한 영향을 이해하는 것은 농업 생산성을 최적화하는 데 매우 중요하다. 본 연구는 겨울 밀 수확량에 대한 날씨 변화와 수자원 관리 전략의 기여도를 평가하기 위해 농업 생산 시스템 시뮬레이터(APSIM) 모델을 사용하였다. 시험포장은 수분처리 조건에 따라 총 3개(A:무처리, B: 적정수분, C: 습해)로 구성되었다. 연구 결과는 재생기(Jointing)와 개화기(Anthesis)에서 적절한 관개 또는 충분한 강우량이 수확량에 큰 영향을 미친다는 것을 보여주었다. 모형 적용성 평가를 위한 지수는 R<sup>2</sup>(Determine coefficient), d(Standardized measure of the degree), RMSE(Root Mean Square Error)를 사용하였다. 모의된 수확량(ton/ha)은 적정(5.88), 무처리(5.24), 습해(4.90) 처리구의 순으로 나타났으며, 적용성 통계평가 결과에서 R<sup>2</sup>는 0.91, d는 0.88로 나타났다. 토양수분 모의 결과는 R<sup>2</sup>가 0.56~0.75, d가 0.75~0.82, RMSE가 6.79~10.40로 나타났다. Water Stress Index는 무처리(1.0), 적정(0.72), 습해(0.68) 처리구의 순으로 나타났다. 관개가 수분 스트레스를 감소시킬 수 있지만 초반 집중호우 등으로 발생하는 습해조건, 즉 습해처리구에서는 상대적으로 낮은 수확량을 초래하였다. WUE (Water use efficiency, kg/ha/mm)가 적정(17.3), 무처리(16.9), 습해(15.1)의 순으로, WP (Water productivity, kg/ha/mm)는 무처리(13.7), 적정(11.6), 습해(8.9)의 순으로 나타났다. APSIM 모델은 기상 및 관개 조건 동안 동적 상호 작용에 따른 겨울 밀 수확량에 미치는 영향을 정량적으로 이해하는 데 도움을 줄 수 있었다. 본 연구는 변화하는 기상 조건에서 맞춤형 물 관리 전략을 개발하고, 기상 변화에 대응하기 위한 겨울 밀의 관리방안을 개발하는데 기초자료로 활용될 것으로 기대된다.
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디지털 농업을 위한 파종, 시비, 관개 조건에 따른 밀 재배포장에서의 토양수분 모니터링 연구
김동현 ( Liguang Cheng ),청리광 ( Dong-hyeon Kim ),박현수 ( Hyunsu Park ),안지원 ( Jiwon An ),김가연 ( Gayeon Kim ),이은지 ( Eunji Lee ),박철수 ( Chulsoo Park ),김태곤 ( Taegon Kim ),강동현 ( Donghyeon Kang ),장태일 ( Taeil Jang ) 한국농공학회 2022 한국농공학회 학술대회초록집 Vol.2022 No.-
국산밀 자급률은 1.2%로서 매우 낮으며, 식량안보 측면에서 국제시장에서의 가격변동에 취약하다. 국산밀 자급률 향상을 위해 단위면적당 생산량 및 품질의 증진과 균일성을 위한 재배체계가 필요하다. 본 연구에서는 국산밀 재배에서 파종방법, 시비량, 관개조건이 생산량에 미치는 영향을 평가하고자 한다. 시험포장은 전라북도 익산시 함라면에 위치하고 있으며, 처리구는 총 5개(A: 관행, B: 파종처리, C: 파종+시비처리, D: 파종+관개처리, E: 복합구)로 구성하였다. 균일한 파종 깊이, 간격, 답압 등을 위해 작업기를 개발하여 트랙터를 통해 경운하며, 처리구별 12개의 매트릭포텐셜 센서를 설치하여 실시간 토양수분 자료 수집을 통해 적정 관개량 조절을 수행한다. 시비처리는 드론을 활용하여 균일한 추비관리를 수행하고 생육단계별로 토양 분석에 따른 영양상태를 확인한다. 이 밖에 밀 생육단계별로 생육조사 및 자료를 수집하여 추후 국산밀의 안정적 생산 및 품질을 향상하기 위한 디지털농업 모델 구축을 위한 기초자료로 활용하고자 한다. 본 연구는 디지털 기반 농업 기술 구축을 통해 밀 생육 초기 재배(파종) 및 토양의 양·수분 관리를 통하여 국산밀 수량 및 품질 증진을 위한 기초 연구이며, 향후 디지털농업 모델을 개발하여 국내 밀 작황 진단 및 예측을 통해 생산성을 향상시키고자 한다.
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박현수 ( Hyunsu Park ),청리광 ( Liguang Cheng ),김지상 ( Jisang Kim ),장태일 ( Taeil Jang ) 한국농공학회 2023 한국농공학회 학술대회초록집 Vol.2023 No.0
국내 1인당 밀 소비량은 쌀 소비량의 49% 수준으로 높으나, 자급률은 1.4% 미만으로 수요 대비 공급이 부족한 실정이다. 생산량 증대를 위한 무인비행체 영상 등 최신 기술을 접목한 디지털농업 연구가 활발히 이루어지고 있으나, 국내 노지 밭작물 대상으로는 미비한 상황이다. 따라서 본 연구에서는 무인비행체 영상을 이용해 파종 및 시비 조건이 수확량에 미치는 영향을 평가하고자 한다. 대상 지역은 전라북도 익산시 함라면에 위치하고 있으며, 처리구는 관개(ICT 기반 적정 관개의 유□무), 파종(광산파(관행) 및 세조파), 시비(추비 2회 유□무)의 처리 수준에 따라 총 8개로 구성하였으나 금년도의 경우 잦은 강우로 인하여 관개 처리구의 영향은 유의하지 못하여 종합적인 분석에서는 제외하였다. 무인비행체 영상은 밀 생육기간인 1월 하순부터 6월 중순까지 총 7회 촬영하였으며, 식물체 엽록소에 반사되는 특성을 가진 NIR 파장을 조합으로 하는 5개(NDVI, NDRE, GNDVI, RVI, CVI)의 식생지수들을 산출하여 비교□평가하였다. 산출된 식생지수 값들의 분포를 기준으로 처리구당 10곳의 샘플링 지점을 선정하여 생육조사를 실시하였다. 식생지수와 실측 수확량을 기반으로 선형회귀를 통해 모형을 구축하였으며, 구축된 모형은 R<sup>2</sup>(Determine coefficient), RMSE(Root Mean Square Deviation)와 같은 성능평가 지표를 사용해 성능을 평가하였다. 향후 다양한 머신러닝 기법들을 통하여 모형의 성능을 보완해 파종 및 시비 처리에 따른 수확량을 평가하고자 한다. 또한, 본 연구는 국산밀 수량 증대에 적합한 재배환경 선정 및 평가를 위한 디지털농업 모델의 기초자료로 활용될 것으로 기대된다.
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겨울 밀에서의 파종 및 시비 처리에 따른 생육시기별 작황 분석
박현수 ( Hyunsu Park ),청리광 ( Liguang Cheng ),오광스티븐 ( Stephen Okwang ),장태일 ( Taeil Jang ) 한국농공학회 2023 한국농공학회 학술대회초록집 Vol.2023 No.0
국산밀 자급률은 1.4% 미만으로 식량안보에 취약한 실정으로 생산량 증가를 위한 겨울철부터 초여름 수확기까지 생육기간 전체에 체계적인 재배관리가 필요하다. 본 연구에서는 겨울 밀밭에서의 파종 및 시비 처리에 따른 생육시기별 작황을 평가하고자 한다. 시험포장은 전라북도 익산시 함라면에 위치하고 있으며, 처리구는 관개(ICT 기반 적정 관개의 유□무), 파종(광산파(관행) 및 세조파), 시비(추비 2회 유□무)의 처리 수준에 따라 총 8개로 구성하였으나 금년도의 경우 잦은 강우로 인하여 관개 처리구의 영향은 유의하지 못하여 종합적인 분석에서는 제외하였다. 파종 처리는 균일한 파종을 위한 작업기가 부착된 트랙터를 통해 경운 및 파종하였으며, 시비 처리는 드론을 활용해 균일한 추비를 2회 수행하였다. 밀 생육조사는 LAI, 지상부 건물중, 수확량 등 생육시기별로 수행하였다. 개화 2주 후(DAA14) 무처리구(대조구) 기준으로 LAI는 시비 124%, 파종 122%, 복합 134% 수준으로 나타났으며, 지상부 건물중은 시비 117%, 파종 116%, 복합 132% 수준으로 나타났다. 수확량은 무처리 1.12ton/ha, 시비 1.35ton/ha, 파종 1.39ton/ha, 복합 1.60ton/ha 순으로 나타났으며, 천립중은 무처리 24.1g, 시비 31.4g, 파종 31.7g, 복합 34.5g 순으로 수확량과 같은 경향을 보여주었다. DAA14까지의 생육인자들이 시비처리구에서 높게 나타나 추비가 밀의 초기 생육에 긍정적인 영향을 미친 것으로 평가되었으며, 수확량의 경우 파종처리구에서 비해 높게 나타나 세조파가 밀의 생산량 향상 및 안정적인 생산에 기여한 것으로 평가되었다. 본 연구는 국산밀 생산량 향상을 위한 생육단계 및 재배체계에 따른 기초 모니터링 연구로 향후 국내 밀 작황 진단 및 예측을 위한 디지털농업 모델 개발에 활용하고자 한다.
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ICT 기반 밭작물 관개 시스템 구축을 위한 고랑 관개 모의 적용성 평가
김동현 ( Donghyeon Kim ),청리광 ( Liguang Cheng ),박현수 ( Hyunsoo Park ),장태일 ( Taeil Jang ),정한용 ( Hanyong Jeong ) 한국농공학회 2023 한국농공학회 학술대회초록집 Vol.2023 No.0
작물 생장에 필요한 농업 환경은 강우량, 증발산량, 그리고 토양 등은 기상 패턴에 영향을 받으며, 토양수분, 관개, 비료 등 관리에 따라 작물 생산성 및 품질이 달라질 수 있다. 특히, 미래로 갈수록 가뭄, 홍수 등 기상 패턴이 극심하게 변화될 것으로 예상되며, 미래에는 제한된 농업 수자원 내에서 작물의 최적 생장을 위해 얼마나 관개해야 하고 언제 관개해야 하는지 등 ICT 기반의 정밀 관개가 작물 생산성 및 품질에 중요한 핵심이 될 것이다. 본 연구에서는 국내 대부분의 밭에서 작물 재배시 적용되는 고랑 관개를 미국 USDA의 WinSRFR 관개 모형을 이용하여 관개 시나리오에 따른 시험포장 내의 균일 관개 가능성을 평가하였다. 모형의 평가를 위해 전라남도 남원군 국립식량과학원 시험포장을 대상으로 고량의 크기, 시험포장의 길이, 관개량, 관개시간, 관개 도달시간 등 총 4회의 실측 자료를 수집하고 이용하였다. 모형에서 시험포장의 물리적 특성을 반영하였으며, 조도계수, 토양의 수리적 전도도 특성은 토양물리성 시험 결과를 기반으로 적용하였다. 관개 시나리오는 관개량 30 mm, 60 mm, 80 mm, 100 mm 등과 고랑 깊이별 관개의 균일도 및 도달 시간 등 시나리오로 구성하여 침투량을 모의하였다. 모형의 모의 결과는 시간, 거리, 유출 및 침투량에 따라 2D 분포도로 분석하였다. 시험포장의 경사도가 없으므로 30 mm 관개 시나리오에서는 배수 (끝) 지점까지 관개가 도달하지 못하는 결과가 나타났으며, 80 mm, 100 mm 시나리오에서는 배수 지점까지 관개가 도달하였으나, 관개 시작 지점 일대가 침수될 수 있음을 나타냈다. 본 연구 결과는 작물 최적 생장에 도움이 될 수 있는 노지밭 관개 가이드라인의 기초자료로 활용할 수 있을 것으로 사료된다.
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