[논문]원격탐사(RS) 기법을 이용한 충북지역 5개 토양과 갯벌토양의 식생피복특성

박종화

원격탐사(RS) 기법을 이용한 충북지역 5개 토양과 갯벌토양의 식생피복특성
Vegetation Cover Characteristics for Five Soils at Chungbuk Prefecture and Tideland Soil Using Remote Sensing Technology 원문보기

環境復元綠化 = Journal of the Korean Society of Environmental Restoration Technology, v.6 no.3, 2003년, pp.9 - 16

Abstract ▼ AI-Helper

In support of remote sensing applications for monitoring processes of the Earth system, research was conducted to analyze the basic spectral response related to background soil and vegetation cover characteristics in the visible and reflective infrared wavelengths. Surface samples of seven stations were examined. Five soils were from land-field and two soils from tideland areas. The vegetation cover experiment was conducted on seven soil samples with known natural moisture content (%) by weight. To study the effect of vegetation cover, spectral measurements were taken on five or six vegetation cover treatments of the seven soils with 3 replications in air dry conditions. For collecting RS base data, used spectro-radiometer that measures reflection characteristics between 300~1,100nm was used and measured the reflection of vegetation from bean leaves. The relationships were evaluated for both a general soil line and for the individual lines of five soils, under air-dried condition as well as different vegetation cover ratio, through the determination of the line parameters. As vegetation cover ratio in bean leaves increases, features of soil reflectance decrease and those of plant reflectance become more and more apparent. In proportion to vegetation cover rate, near-infrared reflectance increased and visible reflectance decreased. Analysis results are compared to commonly used vegetation indices(RVI and NDVI ).

주제어

AI 본문요약
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문제 정의

본 논문에서는 RS기법을 이용하여 서로 다른 7개의 토양조건에서 식생 피복율이 변화할 때의 식생정보를 파악하는데 목적을 두었다. 또한 식생정보 추출에 관한 적절한 모니터링방법을 찾기 위하여 전보(박종화, 2003)에 제시한 토양에 대해 우리나라의 보편적인 밭작물인 콩잎을 이용하여 분광반사특성을 조사하여 식생의 피복정도에 따른 식생정보 추정방법을 제시하고자 한다.
본 논문에서는 RS기법을 이용하여 서로 다른 7개의 토양조건에서 식생 피복율이 변화할 때의 식생정보를 파악하는데 목적을 두었다. 또한 식생정보 추출에 관한 적절한 모니터링방법을 찾기 위하여 전보(박종화, 2003)에 제시한 토양에 대해 우리나라의 보편적인 밭작물인 콩잎을 이용하여 분광반사특성을 조사하여 식생의 피복정도에 따른 식생정보 추정방법을 제시하고자 한다.
본 논문은 RS기법을 이용하여 7개의 토양조 건과 5종류의 식생피복 변화에 따른 분광반사 특성을 조사하고 토양과 식생에 관한 정보를 추출하는데 목적을 두었다. 연구에서 얻어진 결과를 정리하면 다음과 같다.

제안 방법

5. 토양과 식생에 관한 정보를 가시광파장대(Red 650㎚)와 근적외선파장(NIR 850㎚)의 두 파장을 이용하여 토양과 식생피복율의 변화에 따른 특성을 도형화하여 제시하였다.
각 파장대별 분광반사특성을 조사하기 위하여 가시광대에서는 녹색(Green)과 빨강(Red)파장영 역에서 각각 550㎚와 650㎚점을 선정하고 근적외선 파장대에서는 850㎚점을 택하여 Figure 8~10같이 나타내어 토양별 분광반사특성을 검토하였다. Figure 8은 녹색(Green 550nm) 파장영역의 분광반사특성을 보여주고 있는 그림으로 토양별로 파장대별 분광반사율 변화가 서로 다르게 나타난다.
각 파장대별 분광반사특성을 조사하기 위하여 가시광대에서는 녹색(Green)과 빨강(Red)파장영 역에서 각각 550㎚와 650㎚점을 선정하고 근적외선 파장대에서는 850㎚점을 택하여 Figure 8~10같이 나타내어 토양별 분광반사특성을 검토하였다. Figure 8은 녹색(Green 550nm) 파장영역의 분광반사특성을 보여주고 있는 그림으로 토양별로 파장대별 분광반사율 변화가 서로 다르게 나타난다.
자연조건의 식생피복 상태는 계절변화와 작물의 성장조건, 지형조건에 따라 달라지므로 모든 조건을 만족하는 재현은 어려움이 있다. 따라서 본 연구에서는 피복조건의 변화에 따른 경향을 파악하기 위하여 콩잎을 토양시료 위에 0, 25, 50, 75, 100%로 피복한 다음 분광반사 스펙트럼을 조사하였다.
따라서 분광반사특성을 잘 대표해주며 경향이 두드러지게 나타나는 적색(Red 650nm) 파장과 근적외선 파장(850㎚)을 선정하여 식생피복에 따른 영향을 검토하였다.
실험방법은 Spectro-radiometer(LI-1800, 측정 파장범위：300㎚～1,100㎚, 측정간격：10㎚)에 Telescope/Microscope을 연결하여 분광반사에너지를 측정하였다. 측정은 기후의 영향을 최소화하기 위해 구름이 없는 맑은 날을 선정하여 태양고도의 영향을 최소할 수 있도록 오전 11시부터 오후 2시까지 실시하였다.
작물의 식생피복변화에 따른 분광반사측정은 밭작물 중 콩잎을 피복작물로 선정하여 조사하였다. 자연조건의 식생피복 상태는 계절변화와 작물의 성장조건, 지형조건에 따라 달라지므로 모든 조건을 만족하는 재현은 어려움이 있다.
실험방법은 Spectro-radiometer(LI-1800, 측정 파장범위：300㎚～1,100㎚, 측정간격：10㎚)에 Telescope/Microscope을 연결하여 분광반사에너지를 측정하였다. 측정은 기후의 영향을 최소화하기 위해 구름이 없는 맑은 날을 선정하여 태양고도의 영향을 최소할 수 있도록 오전 11시부터 오후 2시까지 실시하였다.
각각의 토양 시료에 대한 자연함수비와 입도분석 결과는 Table 1과 같다. 토양의 분광반사특성은 식생피복율이 0%인 경우로 Table 1에 제시한 자연함수비조건에서 측정하였다(박종화, 2003).

이론/모형

①Ratio-based ②Distance-based ③ Angularbased. 본 연구에서는 ①의 파장대비에 기초한 식생지수로 RVI(Ratio Vegetation Index)와 NDVI(Normalized Difference Vegetation Index)를 이용하여 해석하였다(Jordan, 1969; Rouse et al., 1974).

성능/효과

1. 식물의 분광반사특성은 가시광파장대에서 낮고 근적외파장대에서 매우 높은 분광반사특성을 나타낸다. 이는 식물이 구성하는 색(가시 광파장대)과 섬유의 근조직(근적외파장대)의 반사특성이 영향을 미치는 결과로 해석된다.
2. 토양의 수분함량과 명도에 의한 영향은 토양 수분함량이 낮고 토양이 밝을수록 높은 반사율을 나타낸다. 토양수분량 변화에 따른 건조(Dry)와 습윤(Wet)상태의 토양조건은 토양에 따라 각기 다른 고유한 분광반사율 띠(band)를 형성하였다.
3. 토양 위 식생피복율의 변화에 따른 반사 특성은 가시광선과 근적외선의 경계 파장대(700㎚부근)에서 피봇점(pivot point)을 형성하며 반사율이 역전되는 특징을 보인다. 피봇점 전후의 변화패턴에서 토양조건에 따라 3가지 유형으로 분류되었다.
4. 자연함수비 조건의 토양과 식생피복율 변화에 따른 RVI와 NDVI의 두 식생지수를 검토한 결과 분광반사율의 크기는 토양선을 따라 실트질 점토롬<롬<, 실트질롬<모래<사양토 순으로 나타났다.
특히, 토양의 수분함량은 작물의 성장에 많은 영향을 주는 요소로 토양종류에 따라 Figure 2와 같이 자연 건조 상태(Dry)와 포화 상태(Wet)에서 일정 분광반사율의 폭을 가지며 변화한다. Table 1에 제시한 7개 토양에 대해 토성이 서로 다른 5개 토양을 검토한 결과 가시광대(340㎚) 분광반사율의 변화 폭은 Soil 5의 실트질롬이 0.9%로 가장 적으며 Soil 3의 사양토가 11.6%로 크게 나타났다. 변화 폭이 적은 토양부터 정리할 경우 가시광대(340 ㎚)에서는 사양토<실트질롬<롬<실트질 점토롬< 모래의 순으로 나타났다.
위에서 얻어진 결과를 이용하여 토양의 명도와 식생피복에 따른 분광반사율 변화특성을 도형화하면 Figure 11과 같이 나타낼 수 있을 것이다. 그림과 같이 토양의 밝기에 따른 반사율 변화특성은 밝은 토양일수록 분광반사율이 높게 나타나며 어두운 토양일수록 분광반사율이 낮게 나타나 식생피복을 할 경우 그 변화비는 어두운 토양일수록 변화비가 더 커지는 특징을 보인다. 또한 식생피복율에 따른 영향은 식생피복율이높아질수록 분광반사특성이 높아지는 특징을 나타낸다.
폭의 변화를 크기 순으로 보면 모래<실트질 점토롬<실트질롬<롬<사양토 순으로 나타났다. 따라서 토양 수분함량의 변화에 따른 분광반사특성은 근적외 파장영역에서 경작토양의 분광반사율의 변화 폭이 크고, 물과 자주 접촉하며 침수와 노출을 반복하는 모래와 실트질 점토롬의 경우는 다른 토양에 비해 분광 반사율 변화 폭이 적은 것으로 나타났다.

후속연구

분광반사율의 크기는 RVI에서와 같이 토양선을 따라 실트질 점토롬<롬<실트질롬<모래<사양토의 순으로 나타났다. RVI와 NDVI 두 식생지수는 유사한 분포를 나타내므로 식생분포 변화에 따른 토양의 특징추출이 가능할 것이다. 따라서 두 지수의 관계를 Figure 12에 제시한 각도로 표현하면 식 (5)의 관계가 성립한다.
따라서 앞으로의 환경변동에 따른 식생변화의 예측과 영향을 조사하기 위해서는 다양한 토양 조건에 따른 작물의 정확하고 비교 가능한 현장 식생 등의 모니터링 자료취득과 정보파악이 필요하다.
이러한 환경변화가 농업생태계에 미치는 영향을 평가하고 이에 대한 대책마련을 위해서는 토양과 작물의 식생정보를 취득하여 활용하는 방법이 유용할 것이다. 또한, 농어촌의 환경정비와 환경복원기술의 적절한 적용과 농촌자원의 관리를 위해서도 농어촌 유역의 토양과 식생정보를 취득하여 활용할 수 있는 방법을 마련한다면 농업자원과 생태계 관리에 적합한 기술개발이 가능할 것이다.

질의응답

핵심어	질문	논문에서 추출한 답변
	토양의 분광반사율에 영향을 미치는 요소는 무엇이 있나요?	토양의 분광반사율에 영향을 미치는 요소 중토양의 수분함량과 토양의 명도(밝기)가 있다 (Muller, 2000; Piech, 1984). 특히, 토양의 수분함 량은 작물의 성장에 많은 영향을 주는 요소로 토양종류에 따라 Figure 2와 같이 자연 건조 상태(Dry)와 포화 상태(Wet)에서 일정 분광반사율의 폭을 가지며 변화한다.
	RS기법을 이용해 7개의 토양조 건과 5종류의 식생 피복 변화에 따른 분광 반사 특성을 조사하고 토양과 식생에 관한 정보를 추출하는 데 목적을 둔 본 연구에서 얻어진 결과를 어떻게 정리할 수 있나요?	1. 식물의 분광반사특성은 가시광파장대에서낮고 근적외파장대에서 매우 높은 분광반사특 성을 나타낸다. 이는 식물이 구성하는 색(가시 광파장대)과 섬유의 근조직(근적외파장대)의 반사특성이 영향을 미치는 결과로 해석된다. 2. 토양의 수분함량과 명도에 의한 영향은 토양 수분함량이 낮고 토양이 밝을수록 높은 반사 율을 나타낸다. 토양수분량 변화에 따른 건조 (Dry)와 습윤(Wet)상태의 토양조건은 토양에 따라 각기 다른 고유한 분광반사율 띠(band)를 형성하였다. 3. 토양 위 식생피복율의 변화에 따른 반사 특성은 가시광선과 근적외선의 경계 파장대 (700㎚부근)에서 피봇점(pivot point)을 형성하며 반사율이 역전되는 특징을 보인다. 피봇점 전후의 변화패턴에서 토양조건에 따라 3가지 유형으로 분류되었다. 4. 자연함수비 조건의 토양과 식생피복율 변화에 따른 RVI와 NDVI의 두 식생지수를 검토한 결과 분광반사율의 크기는 토양선을 따라 실트질 점토롬<롬<, 실트질롬<모래<사양토 순으로 나타났다. 5. 토양과 식생에 관한 정보를 가시광파장대 (Red 650㎚)와 근적외선파장(NIR 850㎚)의 두파장을 이용하여 토양과 식생피복율의 변화에 따른 특성을 도형화하여 제시하였다.
	우리나라 토양 피복형태의 특징은 무엇인가요?	사계절이 뚜렷한 우리나라 토양 피복형태의 특징은 계절변화에 따라 피복형태가 다양하게 변화한다는 점이며 특히 밭작물 재배지역의 경우 식생피복 형태는 매우 빨리 변화하며 그 주기도 짧다. 또한, 토양의 피복형태도 인구증가에 따른 택지개발과 레저의 다양화와 생활패턴 변화의 영향을 받아 다양하게 변화한다. 이러한 환경변화가 농업생태계에 미치는 영향을 평가하고 이에 대한 대책마련을 위해서는 토양과 작물의 식생정보를 취득하여 활용하는 방법이 유용할 것이다.

저자의 다른 논문 :

표제어: PCR

동의어: Packet Collision Rate

용어 설명 출처 목록 (6)

용어 설명: PCR은 세균 특이성이 있는 primer를 이용하여 적은 수의 세균이 있을지라도 쉽게 검출할 수 있는 유용한 방법이며, 이를 이용하여 구강 내 치면세균막이나 타액에서 직접 세균을 검출할 수 있게 되었다[8].

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