토양과 기후 데이터베이스를 이용한 토양 기후도 작성과 강원지역의 조사료 재배 적지 기준 설정

다국어 초록 (Multilingual Abstract)

Climate, one of the phenomena of the dynamic nature, is changing, and soil temperature is also changing. Though worldwide concern on this climate change, little attention has been paid to change in soil temperature. Recommendations on major crops for soil and climate conditions have been provided through soil information system, but those on forage crops, of which demands are increased, are lack in Korea. Upon such backgrounds, relationship between air and soil temperature changes was studied with data at 20 locations for last 30 years collected from the Korean Meteorology Administration, KMA. In addition, recommendation on forage crops was determined based on the electronic climate maps and soil information system. The results were as follows:
1. The relationships between air temperature(X) and soil temperature (Ŷ) at the depths of 10 cm and 50 cm for the data collected from 20 locations from 1980 to 2009 showed Ŷ = 0.9016 X + 2.8917 (R2=0.925**), and Ŷ = 0.9126 X + 3.231 (R2=0.899**), respectively. The increase in average annual temperature at the 10 cm depth was 0.02294 ℃/yr ranging from -0.0076 to 0.0610. The digital soil climate maps were developed based upon this relationships. The soil temperature at the 50 cm showed similar pattern to the data for 10cm, but those at 3 and 5 m depths were higher than that on the surface soil. This could be confirmed with the 30 years average provided by the KMA. Since the reason for the soil temperature increase has not been clearly identified, further extensive investigation is necessary in the future.
2. Analysis on thermal soil regime based on the developed electronic soil climate maps showed the 63 soil series in three cities and counties should be classified as "thermal soil temperature regime". In 2020, 244 soil series in 47 cities and counties will have to be belong to thermal regime as a result of climate change. Considering soil temperature change, reclassifying the soil thermal regime is recommended in Korea.
3. Recommendations on seedling period of summer crops were developed through distribution maps for 10 ℃ and 15 ℃ appearance date based on soil climate map. The 15 ℃ appearance date was 6. June in Daegwangryung, and from 22. April to 25. May for southern part of Korea.
4. Based on soil information system and discussion with research group in the National Institute of Animal Science, major soil characteristics and climatic factors were selected and weighting for the total score was determined to make recommendations on cultivation of forage crops. Soil factors included soil texture, drainage grade, slope, effective soil depth (cm), gravel content (%), topography, soil rock exposure, soil acidity (pH), soil salt content (EC), and organic matter (OM) content. Climate factors included minimum temperature in January (0.1℃), mean temperature from March to May (0.1℃), number of days over 25 ℃, number of days over 5 ℃, number of days over 5℃ from March to May, number of days over 5 ℃ from September to December, effective cumulative temperature over 0℃ (0.1 ℃), effective cumulative temperature over 5℃ (0.1 ℃), effective cumulative temperature over 10 ℃ (0.1 ℃), number of days with precipitation from March to May, number of days with precipitation from March to November, number of days with precipitation from April to July, number of days with precipitation from October to May, precipitation from March to May (mm), precipitation from March to November (mm), precipitation from April to July (mm), precipitation from October to May in the following year (mm), and sunshine hour from March to May (hour). Selected forage crops were Italian rye grass, forage barley, rye, silage maize, and alfalfa.
5. A multi-variate analysis was used to set cultivation suitability of forage crops. The significance depending on year, region and cultivar was analyzed. Major climatic factors were selected by 'stepwise' method and contribution analysis. Standard values were determined by yield index and regression equations among the climatic factors, and weighting values were determined based on contribution analysis and relationships between yield and the climatic factors. The results from the multi-variate analysis were compared with the cultivation suitability established from consultations with experts. Selected factors were similar, although the weight for each factor was different. Further extensive research is necessary to precisely determine the relationship between climate factors and yields.

국문 초록 (Abstract)

기후는 동적 자연체의 현상이므로 변하게 되어 있고, 토양 온도 또한 변화한다. 이는 전지구적으로 일어나고 있는 기후 변화에 의한 당연한 결과이기도 하다. 기후 변화에 대한 관심에도 불구하고, 토양 온도 변화에 대한 대응은 없다. 여러 가지 작물에 대해 기후와 토양 특성을 고려한 재배 적지의 추천이 이루어지고 있으나, 최근 수요가 늘어나고 있는 사료 작물에 대한 적지 추천은 아직 없다. 이와 같은 배경으로 지구 온난화에 따른 기후 변화가 토양 환경 특히 토양 온도에 어떠한 영향을 미쳤는지를 살펴보고, 30년 평균 기후 자료와 전자 기후도를 이용하여 토양 기후도와 토양 온도권을 분석하고, 디지털화된 토양 정보와 기후 정보를 이용하여 조사료의 재배 적지 선정에 적용하는 방법을 찾아보고자 하였다. 그 결과를 요약하면 다음과 같다.
1. 기상청 토양 온도 측정 지점 20개소의 1980 ~ 2009년까지 30년의 기온과 지중 온도와의 관계를 보면, 토심 10 cm와 50 cm에서 각각 y = 0.9016 * x + 2.8917 (R2=0.925**), y = 0.9126 * x + 3.231 (R2=0.8998**)를 보여, 고도의 유의 상관이 있었다. 이들 지역의 토심 10cm에서의 연평균 지온 상승률은 0.02294 ℃/yr 이었다. 이들 회귀식을 전자 기후도에 적용하여 토양 기후도를 작성하였다. 토심 50 cm까지의 지온 상승률은 표토의 지온 상승률과 비슷하였으나, 토심 3 m, 5 m 지점의 지온 상승률은 표토의 지온 상승률보다 높은 경우가 있었고, 이는 기상청 제공의 30년 평년 자료를 통해서도 같은 결과를 확인할 수 있었으나, 그 원인에 대하여는 밝혀진 바 없어 이에 대한 구체적 검토가 필요하다.
2. 작성된 토양 기후도를 이용하여 토심 50 cm 에서의 토양 온도권을 분류한 결과, 3개 시군의 63개 토양통이 ‘thermic' 온도권으로 분류되어야 하는 것으로 나타났다. 기후 변화에 의하여, 2020년에는 47개시군의 244개 토양통이 ‘thermic' 온도권으로 분류되어야 할 것으로 예측되었다. 이는 우리나라 토양 온도권 분류시 고려되어야 할 것이라 판단된다.
3. 토양 기후도의 농업적 이용을 위해 월별 지중 10 cm 토양 기후도를 작성하였고, 작물의 토양 파종시 발아 온도인 지중 10 cm 에서의 일평균 10 ℃ 도달일과 15 ℃ 도달일을 작성한 결과 10 ℃ 도달일은 3월 10일 시작되어 6월 15일까지 였으며, 15 ℃ 도달일은 4월 22일 시작되어 7월 15일까지 였으며, 극히 일부 산간지에서는 15 ℃에 도달하지 않는 곳도 있었다.
4. 토양 요인 항목으로 토성, 배수 등급, 경사, 유효 토심 (cm), 자갈 함량(%), 지형, 표토 암반 노출, 산도 (pH), 염류도 (EC) 그리고 유기물 (O.M.) 함량을 선정하고, 각각의 배점 요인과 가중치를 부여하여 점수를 합계하여 등급을 정하는 것으로 결정하였고, 기후 요인 항목으로, 1월 일최저 평균 온도 (℃), 평균 기온 (℃, 3 ~ 5월), 25 ℃ 이상 일수(일), 유효 적산 온도 (℃), 년중 5℃ 이상 일수 (일), 3월 ~ 5월 5℃ 이상 일수 (일), 9월 ~ 12월 5℃ 이상 일수(일), 3월 ~ 5월 강수 일수 (일), 3월 ~ 11월 강수 일수 (일), 4월 ~ 7월 강수 일수 (일), 10월 ~ 5월 강수 일수 (일), 3월 ~ 5월 강수량 (mm), 3월 ~ 11월 강수량 (mm), 4월 ~ 7월 강수량 (mm), 10월 ~ 5월 강수량 (mm), 그리고 3월 ~ 5월 일조 시간을 선정하고, 각각의 배점 요인과 가중치를 부여하여 점수를 합계하여 토양 요인 및 기후 요인의 점수를 산출하고, 한 요인이 아주 낮을 경우 재배가 불가능하기 때문에 토양 요인과 기후 요인의 곱하여 100점 만점으로 조정하여 조사료의 적지 등급으로 정하였다. 조사료 작목은 국내에서 주로 재배되는 작목으로 선정하였으며, 선정된 작목은 이탈리안 라이그라스, 사료용 보리, 호밀, 사료용 옥수수, 알팔파의 기준을 각각 설정하였다.
5. 작물의 재배 적지 기준 설정을 위해 다변량 분석법을 이용한 방법을 제안하였다. 방법은 년도별, 지역별, 품종별 유의성 검정을 하고, 품종별 유의성을 고려하여 수량 지수를 이용하여 기후 요인 항목별 ‘STEPWISE' 방법과 기여도 분석방법을 이용하여 항목을 선정하고, 수량 지수와 각 항목간 회귀방정식을 통해 기준값을 설정하고, 기여도분석을 기초로 수량과 항목의 반응식을 고려하여 가중치를 설정하는 방법으로 사료용 옥수수의 기후에 따른 재배 적지 기준설정 방법을 제안하고, 전문가들과의 협의를 통해 설정한 기준과 다변량 분석법을 이용한 기여도 분석 자료를 비교하였다. 요인 항목의 선정은 비슷한 경향을 보이나, 가중치 설정은 차이를 나타내었다. 이러한 보완을 위해 보다 깊은 연구가 필요할 것으로 판단된다.

목차 (Table of Contents)

• Ⅰ. 서론
• Ⅱ. 연구사
• 1. 기온과 토양 온도의 변화와 관계 분석
• 2. 기온과 토양 온도 관계에 따른 토양 기후도 작성 및 토양
• 온도권 분포
• 3. 토양과 기후의 전자 정보를 이용한 조사료 재배 적지 기준
• 설정 및 분석 방법간 비교 분석
• Ⅲ. 재료 및 방법
• 1. 기온과 토양 온도의 변화와 관계 분석
• 2. 기온과 토양 온도 관계에 따른 토양 기후도 작성 및 토양
• 온도권 분포
• 3. 토양과 기후의 전자 정보를 이용한 조사료 재배 적지 기준
• 설정 및 분석 방법간 비교
• Ⅳ. 결과 및 고찰
• 1. 기온과 토양 온도의 변화와 관계 분석
• 2. 기온과 토양 온도 관계에 따른 토양 기후도 작성 및 토양
• 온도권 분포
• 3. 토양과 기후의 전자 정보를 이용한 조사료 재배 적지
• 기준 설정 및 분석 방법간 비교 분석
• Ⅴ. 종합 고찰
• Ⅵ. 적요
• Ⅶ. 영문 초록
• Ⅷ. 참고 문헌
• Ⅸ. 부록