작물 생육 모델을 이용한 지역단위 콩 수량 예측

반호영,최덕환,안중배,이변우,Ban, Ho-Young,Choi, Doug-Hwan,Ahn, Joong-Bae,Lee, Byun-Woo 대한원격탐사학회 2017 大韓遠隔探査學會誌 Vol.33 No.5

본 연구에서는 재배 방법, 토양 특성 등의 정보를 상세하게 수집하기 어려운 지역단위의 콩 작황을 작물생육 모델을 이용하여 예측하는 방법을 개발하고자 하였다. 작물 생육 모델은 DSSAT에 포함된 CROPGRO-Soybean 모델을 이용하였고, 미국의 주요 콩 생산지역인 Illinois주를 연구 사례지역으로 선택하였다. CROPGRO-Soybean 모델을 이용하여 Illinois주의 콩 수량을 예측하기 위한 첫 단계로 다양한 성숙군에 속하는 국내외 품종들을 수집하여 서울대학교농장($37.27^{\circ}N$, $126.99^{\circ}E$)에서 2년동안 파종기 실험을 하여 성숙군(maturity group) I~VI까지의 성숙군별 대표 품종모수(genetic coefficients)를 추정하였다. 대표 품종모수는 각 성숙군 내에 포함되어 있는 품종들의 발육을 매우 정확하게 추정하였다. $10km{\times}10km$ 격자 단위의 기상자료를 바탕으로 성숙군(3), 파종시기(3), 관개여부(2) 등을 조합하여 18가지 조건으로 2000년에서 2011년까지 수량을 각각 모의 하였다. 성숙군과 파종시기는 Illinois주를 위도에 따라 3등분하여 각각 다르게 설정하였다. 관개 및 무관개 조건으로 구분하여 격자 별 모의결과로부터 Illinois주 전체 평균 모의수량을 구하여 연도 별 통계 수량과 비교한 결과 두 경우 모두 실제 수량과 큰 차이를 보일 뿐만 아니라 연차에 따른 수량 변동과 증가 경향을 반영하지 못하였다. 이러한 한계를 극복하고자 처리 별 격자 별로 모의된 수량을 수량을 18개 모의 조건 별로 평균하여 구한 9개 농업지구의 연도별 수량을 독립 변수, 농업지구의 연도별 통계수량을 종속 변수로 하는 중회귀 모델을 구축하였다. 18개 모의 조건 별 수량 외에 품종 개량, 재배 기술 발전 등에 따른 수량의 연차적 변화경향을 반영하기 위하여 연도를 독립변수로 추가하였으며, 중회귀모델은 농업지구와 연도별 수량 변이를 비교적 잘 예측($R^2=0.61$, n=108)하였다. 중회귀 모델로 추정한 9개 농업지구의 연도별 수량을 농업지구별 재배 면적으로 가중 평균한 Illinois의 연도별 추정수량은 통계수량에 매우 근사하였다($R^2=0.80$). 뿐만 아니라 모델 구축 대상연도가 아니고 가뭄으로 수량이 크게 감소한 2012년의 예측 수량은 $3006kg\;ha^{-1}$로 통계수량 $2890kg\;ha^{-1}$과 $116kg\;ha^{-1}$의 근사한 차이를 보였다. The present study was to develop an approach for predicting soybean yield using a crop growth simulation model at the regional level where the detailed and site-specific information on cultivation management practices is not easily accessible for model input. CROPGRO-Soybean model included in Decision Support System for Agrotechnology Transfer (DSSAT) was employed for this study, and Illinois which is a major soybean production region of USA was selected as a study region. As a first step to predict soybean yield of Illinois using CROPGRO-Soybean model, genetic coefficients representative for each soybean maturity group (MG I~VI) were estimated through sowing date experiments using domestic and foreign cultivars with diverse maturity in Seoul National University Farm ($37.27^{\circ}N$, $126.99^{\circ}E$) for two years. The model using the representative genetic coefficients simulated the developmental stages of cultivars within each maturity group fairly well. Soybean yields for the grids of $10km{\times}10km$ in Illinois state were simulated from 2,000 to 2,011 with weather data under 18 simulation conditions including the combinations of three maturity groups, three seeding dates and two irrigation regimes. Planting dates and maturity groups were assigned differently to the three sub-regions divided longitudinally. The yearly state yields that were estimated by averaging all the grid yields simulated under non-irrigated and fully-Irrigated conditions showed a big difference from the statistical yields and did not explain the annual trend of yield increase due to the improved cultivation technologies. Using the grain yield data of 9 agricultural districts in Illinois observed and estimated from the simulated grid yield under 18 simulation conditions, a multiple regression model was constructed to estimate soybean yield at agricultural district level. In this model a year variable was also added to reflect the yearly yield trend. This model explained the yearly and district yield variation fairly well with a determination coefficients of $R^2=0.61$ (n = 108). Yearly state yields which were calculated by weighting the model-estimated yearly average agricultural district yield by the cultivation area of each agricultural district showed very close correspondence ($R^2=0.80$) to the yearly statistical state yields. Furthermore, the model predicted state yield fairly well in 2012 in which data were not used for the model construction and severe yield reduction was recorded due to drought.

제설제가 도로주변 식생에 미치는 영향 평가

박상환(Sang-Hwan Park),임수현(Soo-Hyun Lim),최덕환(Doug-Hwan Choi),김진원(Jin-Won Kim),이찬영(Chan-Young Lee),이병덕(Byeong-Duk Lee),공유석(Yu-Seok Gong),김도순(Do-Soon Kim) 한국잡초학회 2019 한국잡초학회 별책(학술대회 초록집) Vol.39 No.2

온도와 일장에 따른 국화의 식물계절과 출엽 예측 모델 개발

서범석 ( Beom-seok Seo ),박하승 ( Ha-seung Pak ),이규종 ( Kyu-jong Lee ),최덕환 ( Doug-hwan Choi ),이변우 ( Byun-woo Lee ) 한국농림기상학회 2016 한국농림기상학회지 Vol.18 No.4

단일식물인 국화의 생육은 온도, 일장, 일사량 등 기상환경과 재배관리 조건에 영향을 받는다. 기상환경과 재배관리를 고려한 국화의 생육예측모델은 국화 재배 시 의사결정을 위한 도구로 이용될 수 있을 것이다. 이 연구에서는 국화 생육모델 구축을 위한 기초 작업으로 온도와 일장뿐만 아니라 에세폰 처리, 야간 전조처리리 등 재배관리 정보를 입력변수로 하여 국화 품종 백선의 출엽과 식물계절을 예측할 수 있는 모델을 개발하였다. 모델은 국화의 생육시기를 유약기(Juvenile phase), 유약기 이후 발뢰기까지 기간, 발뢰기부터 개화기까지의 기간의 기간으로 구분하여 계산을 하도록 구성하였다. 유약기는 출엽속도의 온도 반응 곡선과 유약기의 종료를 결정하는 기준 엽수를 이용하여 추정하도록 구성 하였다. 한편 모주와 이식 후 식물체에 대한 에세폰 처리가 유약기 종료시점의 엽수를 증가시키는 것으로 가정하여 모델에 반영하였다. 유약기 이후에는 온도와 일장에 관한 함수를 이용하여 발육속도를 계산하여 발뢰기와 개화기를 예측하도록 하였는데 야간전조 처리는 임계일장 이상의 장일로 가정하여 모델에 반영하였다. 그리고 최종 엽수는 잎의 출엽이 발뢰 직전까지 진행되는 것으로 가정하여 예측하였다. 위와 같이 구성된 모델의 계수는 온도반응 실험과 정식시기 실험 등을 이용하여 추정하였고 프로그램 언어인 Java를 이용하여 구현하였다. 모델의 계수 추정에 이용한 자료(calibration 자료)뿐만 아니라 이와는 별개의 자료(validation 자료) 모두에 대하여 모델이 비교적 정확하게 발뢰기와 개화기를 예측할 뿐만 calibration에 비하여 validation의 정확도가 떨어지지 않았다. 한편 생육시기에 따른 출엽수와 최종엽수를 모델이 비교적 정확하게 예측하였으나 생육시기에 따라 다소 과소 또는 과대 예측을 하여는 경향을 보여, 온도 이외의 요인을 반영할 수 있는 실험을 통해 개선할 필요가 있는 것으로 판단되었다. Chrysanthemum production would benefit from crop growth simulations, which would support decision-making in crop management. Chrysanthemum is a typical short day plant of which floral initiation and development is sensitive to photoperiod. We developed a model to predict phenological development and leaf appearance of chrysanthemum (cv. Baekseon) using daylength (including civil twilight period), air temperature, and management options like light interruption and ethylene treatment as predictor variables. Chrysanthemum development stage (DVS) was divided into juvenile (DVS=1.0), juvenile to budding (DVS=1.33), and budding to flowering (DVS=2.0) phases for which different strategies and variables were used to predict the development toward the end of each phenophase. The juvenile phase was assumed to be completed at a certain leaf number which was estimated as 15.5 and increased by ethylene application to the mother plant before cutting and the transplanted plant after cutting. After juvenile phase, development rate (DVR) before budding and flowering were calculated from temperature and day length response functions, and budding and flowering were completed when the integrated DVR reached 1.33 and 2.0, respectively. In addition the model assumed that leaf appearance terminates just before budding. This model predicted budding date, flowering date, and leaf appearance with acceptable accuracy and precision not only for the calibration data set but also for the validation data set which are independent of the calibration data set.

온도 상승 조건이 벼의 수량 및 수량구성요소에 미치는 영향

이규종 ( Kyu Jong Lee ),뉴안덕 ( Duc Nhuan Nguyen ),최덕환 ( Doug Hwan Choi ),반호영 ( Ho Young Ban ),이변우 ( Byun Woo Lee ) 한국농림기상학회 2015 한국농림기상학회지 Vol.17 No.2

기후변화로 야기되는 미래의 고온 환경은 벼의 생산성을 저하시킬 것으로 예측되고 있다. 본 연구에서는 기후변화에 따른 국내 벼 생산성의 신뢰성 있는 영향평가 기초자료를 확보하기 위해 고온 환경에서의 벼의 수량과 수량 구성 요소의 반응을 조사하고 분석하였다. 실험은 1/5000a 와그너 포트를 이용하여 2008년과 2009년에 걸쳐 서울대학교 부속실험농장(37o16``N, 128o59``E)의 온도조절 플라스틱 하우스에서 실시되었다. 2008년에는 자포니카계의 화성벼를 공시품종으로 이용하였으며, 시비수준을 120kg N ha-1와 180kg N ha-1 로 하였다. 온도처리는 대기온도, 대기온도 대비 +1.5oC, +3.0oC의 세 수준으로 하였다. 2009년에는 화성벼와 통일계의 다산벼를 공시품종으로 하여 120kg N ha-1 수준으로 시비하였다. 온도처리는 대기온도, 대기온도 대비 +1.5oC, +3.0oC 및 +5.0oC 수준으로 처리하였다. 수량 및 수량구성요소의 온도처리에 따른 영향은 품종별로 상이한 반응을 보였다. 이삭수와 이삭당 영화수는 두 품종 모두 온도처리의 영향을 받지 않았으나, 천립중과 등숙률에 대해 화성벼는 5.0℃, 다산벼는 1.5oC 이상의 온도처리에서 유의하게 감소하였다. 포트당 수량은 화성벼의 경우 5.0oC, 다산벼는 3.0oC 및 5.0oC 온도처리에서 유의한 감소를 나타냈다. 등숙 기간 동안의 평균기온에 대한 천립중과 등숙률 반응 또한 품종별로 다르게 나타났다. 다산벼의 경우 23oC이상의 평균 온도에 대해 등숙률과 천립중이 급격히 감소한데 반해, 화성벼는 23oC부터 27oC 범위에 대해 등숙률과 천립중의 변화가 크지 않았다. 기후변화에 의한 지속적인 기온상승이 예상되는 가운데 온도상승에 따른 등숙률과 천립중의 감소는 미래 기후 환경에서의 벼의 수량 감소를 야기하는 주요 원인으로 예측된다. 다만, 상승된 기온에 대한 벼의 반응은 품종별로 상이하기 때문에 고온에 둔감한 품종의 도입 또는 그러한 특성을 지닌 품종의 육종을 통해 기후변화에 따른 수량 감소의 위험을 낮출 수 있을 것이다. High temperature stress would affect rice production in the future as heat wave is expected to occur frequently under climate change conditions. The objective of this study was to obtain rudimentary information to assess the impact of heat stress on rice yield and its yield component in Korea. Two rice cultivars “Hwaseongbyeo” (Japonica) and “Dasanbyeo” (Tongil-type) were grown at different nitrogen fertilization levels in two seasons. These cultivars were grown in 1/5000a Wagner pot placed within four plastic houses where temperature was controlled at ambient, ambient+1.5oC, ambient+3oC and ambient+5oC throughout the rice growing season in Suwon (37o16``N, 128o59``E), Korea. The degree of temperature change affected grain yield whereas the level of nitrogen had little impact on grain yield. The number of panicle per pot and spikelet per panicle were not significantly different among temperature treatments in both cultivars tested. In contrast, 1000-grain weight and ripened grain ratio were decreased significantly under the treatments raising the air temperature to the level of 5.0oC and 1.5oC above the ambient air temperature in Dasanbyeo and Hwaseongbyeo, respectively. Reduction of 1000-grain weight and ripened grain ratio under the temperature treatments of 3.0oC and 5.0oC above the ambient air temperature resulted in significantly less grain yield for Dasanbyeo and Hwaseongbyeo, respectively. The greater sensitivity of grain yield to temperature increase in Dasanbyeo was attributable to the sharp decrease of 1000-grain weight and ripened grain ratio with the temperature rise above 23oC during ripening period. On the other hand, Hwaseongbyeo had little variation of them in the temperature range of 23-27oC. These results suggested that grain yield would decrease under future climate conditions due to grain weight decreased by shorter grain filling period as well as the ripened grain ratio reduced by spikelet sterility and early abortion of rice kernel development. Thus, it would be essential to use cultivars tolerant to heat stress for climate change adaptation, which merits further studies for developing varieties that have traits to avoid spikelet sterility and early abortion of rice kernel, e.g., early morning flowering, under heat wave.