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문제 정의
- 따라서 본 연구는 우리나라의 벼 재배 여건하에서 영양생장기 생체정보를 이용한 수비 질소 시용량 처방에 군락반사와 SPAD 측정치의 이용 가능성을 검토하기 위한 첫 단계로서, 기비 및 분얼비 질소 시비량을 달리하여 영양생장기 생육 및 질소영양상태를 다양하게 설정하고 이를 군락반사와 SPAD- meter 측정값으로 추정할 수 있는지를 검토하였다.
- 진단하고 이를 근거로 처방해야 한다. 따라서 본 연구는 우리나라의 벼 재배여건에서 영양생장기 생체정보를 군락반사와 SPAD-meter 측정값으로 추정할 수 있는지를 다양한 영양생장기 생육 및 질소영양상태에서 검토하였다.
제안 방법
- 7인 사질식양토(sandy clay loam)였다. 4월 24일(U1)과 23일(02)에 기계이앙상자에 최아시킨 종자를 파종, 출아, 녹화시킨 후 비닐보온절충못자리에서 육묘하였고, 5월 22일(01)과 21일(02)에 재식밀도 15x3 0cm로 1주3본 손이앙하였다.
- 군락의 반사특성에 사용된 파장역은 Landsat TM (Thermatic Mapper)의 7개의 파장역중 청색광(450〜520nm, B), 녹색광 (520-600 nm, G), 적색광(630〜690 nm, R), 근적외선(760〜900nm, NIR) 등 4개 파장역이었으며, 이들의 파장역에서 얻어진BRF(p)의 평균치를 이용하였다. 각각의 파장역에서 얻어진 반사율을 조합하여 NDVI(noimalized difference vegetation index)와 RVl(ratio vegetation index) 등의 식생지수를 다음과같이 계산하였다.
- 군락반사 측정은 일사량의 변화가 거의 없는 아주 맑은 날이나 흐린날 오전 11시부터 오후 2시 사이에 측정하였고, 또한 흐린날 중에서도 일사광이 너무 약한 경우와 바람이 심하게 부는 날은 제외하였다. 군락반사는 약 2m 높이에서 센서가 직하방향이 되도록 하여 측정하였고, 반사율은 Lambertian- panel(reference panel)의 반사율에 대한 작물군락의 반사율의 (bidirectional reflectance factor, BRF)를 이용하였다. 군락의 반사특성에 사용된 파장역은 Landsat TM (Thermatic Mapper)의 7개의 파장역중 청색광(450〜520nm, B), 녹색광 (520-600 nm, G), 적색광(630〜690 nm, R), 근적외선(760〜900nm, NIR) 등 4개 파장역이었으며, 이들의 파장역에서 얻어진BRF(p)의 평균치를 이용하였다.
- 생육조사는 이앙 후 7〜14일 간격으로 처리당 3주를 예취하여 분얼수, 엽면적, SPAD, 건물중 등을 조사하였으며, 수확시수량 및 수량구성요소를 조사하였다. 생육조사일에 군락반사와 SPAD를 측정하였다.
- 및 수량구성요소를 조사하였다. 생육조사일에 군락반사와 SPAD를 측정하였다. 채취한 식물체는 부위별로 나누어 72℃ 건조기에서 72시간 건조한 후 건물중을 칭량한 후, 마쇄기로 분쇄하여 Kjeldahl법(Auto-Kjeltec 1035 System, Tecator社, Swiss)으로 질소를 분석하였다.
- Table 1과 같다. 질소는 기비분얼비:수비 =40:30:30으로 분시, 인산은 전량기비, 가리는 기비:수비=70:30으로 분시하였다. 출수기는 두 해 모두 8월 12일이었다.
대상 데이터
- 2001년과 2002년 2년에 걸쳐 서울대학교 농업생명과학대학부속농장에서 화성벼를 공시하여 실험하였다. 실험포장은 유기물함량이 2.
- 군락반사는 GER-1500(GER社) 분광방사계를 사용하였는데, 측정범위는 350-1050 nm, 측정간격은 1.55nm(512channel), FOV (field of view)는 15°로써 1m 높이에서 측정폭이 24 cm 였다. GER사에서 제공된 Lambertian-panel(15>< 15cm)은 협소하여 BaSQ를 도포한 Lambertian-panel을 제작하여 사용하였는데, GER 것과는 약 2% 내외의 반사율오차가 발생하였다.
- 군락반사는 약 2m 높이에서 센서가 직하방향이 되도록 하여 측정하였고, 반사율은 Lambertian- panel(reference panel)의 반사율에 대한 작물군락의 반사율의 (bidirectional reflectance factor, BRF)를 이용하였다. 군락의 반사특성에 사용된 파장역은 Landsat TM (Thermatic Mapper)의 7개의 파장역중 청색광(450〜520nm, B), 녹색광 (520-600 nm, G), 적색광(630〜690 nm, R), 근적외선(760〜900nm, NIR) 등 4개 파장역이었으며, 이들의 파장역에서 얻어진BRF(p)의 평균치를 이용하였다. 각각의 파장역에서 얻어진 반사율을 조합하여 NDVI(noimalized difference vegetation index)와 RVl(ratio vegetation index) 등의 식생지수를 다음과같이 계산하였다.
이론/모형
- 생육조사일에 군락반사와 SPAD를 측정하였다. 채취한 식물체는 부위별로 나누어 72℃ 건조기에서 72시간 건조한 후 건물중을 칭량한 후, 마쇄기로 분쇄하여 Kjeldahl법(Auto-Kjeltec 1035 System, Tecator社, Swiss)으로 질소를 분석하였다. 질소영양지수(WU, nitrogen nutrition index)는 Cui et a/.
성능/효과
- 1. 생육이 진전됨에 따라서 가시역의 반사율은 줄어들고 근적외역의 반사율은 증가하는 경향이었다. 군락의 반사율은 엽면적지수에 따라 크게 변하였으며, 군락이 폐쇄되어 배경효과가 줄어드는 엽면적지수 2.
- 2. 군락반사로 얻어진 식생지수 RVI, NDVI는 이앙후 30일 이후부터 직물의 생육량 및 질소영양상태와 밀접한 관련이 있었으며, 특히 엽면적지수, 건물중, 지상부 질소흡수량 및 NNI 와 고도로 유의한 상관관계를 나타내었는데, 이는 이들이 생육이 진전됨에 따라서 증가하는 경향을 갖고 있기 때문이었다.
- 3. RVI가 NDVI보다 생육량 및 질소영양상태와 관련성이 높았는데, NDV1 는 낮은 엽면적이나 건물중에서도 1에 근접하는 포화현싱.이 발생하기 때문에 생체정보의 변이가 큰 조건에서는 RVI가 더 유용하다고 판단된다.
- 4. SPAD값은 특정년도 특정시기의 질소영양상태 및 생장량과 매우 높은 상관을 보였으나 생육시기나 연도를 통합할 경우 상관이 낮았다. SPAD값은 엽면적지수에 관계없이 생육특성과는 관련성이 거의 없었고, 질소영양 관련 특성치 간에만 유의한 상관관계가 존재하였다.
- 5. SPAD-meter는 많은 제한조건이 있는 반면, 식생지수중 RVIgreen을 이용할 경우 유수형성기 전후 벼의 생육량이나 질소영양상태를 가장 잘 추정할 수 있을 것으로 판단된다.
- 낮게 나타났다. RVIgreen은 대부분의 경우 생육 및 질소영양상태와 밀접한 관련이 있었는데, 특히 유수분화기(출수전 26 일)때의 RVIgreen과 LAI, 지상부 건물중, 지상부 질소함량 및 NNI와는 r>0.9 이상의, 엽 및 지상부 질소농도와는 r>0.8 이상의 높은 정상관을 나타내어 유수분화기경의 생육과 질소영양상태를 진단할 수 있을 것으로 판단되었다. Diker와 Bausch (2003)는 옥수수에서 RVIgreen을 이용하여 식물체 질소농도를 추정 (R2>o.
- SPAD값은 특정년도 특정시기의 질소영양상태 및 생장량과 매우 높은 상관을 보였으나 생육시기나 연도를 통합할 경우 상관이 낮았다. SPAD값은 엽면적지수에 관계없이 생육특성과는 관련성이 거의 없었고, 질소영양 관련 특성치 간에만 유의한 상관관계가 존재하였다.
- SPAD값은 특정년도 특정시기의 질소영양상태 및 생장량과 매우 높은 상관을 보였으나(Fig. 4), 유사한 생육단계일지라도 연도가 다르거나, 같은 연도일지라도 조사일이 다를 경우 매우 상이한 결과를 나타내었다. 또한 엽면적지수에 따른 SPAD값과 생육 및 질소영양지표와의 관계를 살펴보면(Table 5), 엽면적지수에 관계없이 생육특성과는 관련성이 거의 없었고, 질소영 양특성 치 하고만 유의 한 상관관계 가 존재 하였다.
- 생육이 진전됨에 따라서 가시역의 반사율은 줄어들고 근적외역의 반사율은 증가하는 경향이었다. 군락의 반사율은 엽면적지수에 따라 크게 변하였으며, 군락이 폐쇄되어 배경효과가 줄어드는 엽면적지수 2.5 이상에서 측정하는 것이 유효하였다.
- 근적외역의 반사율 또한 엽면적지수 2 정도 이하에서는 반사율이 급격히 증가하다가 그 이상에서는 서서히 증가하는 경향을 보였다. 엽면적지수가 2.
- 5 이상에서도 NDVI의 포화현상이 발생한다고 보고하였다. 따라서 생체정보의 변이가 매우 클 경우에는 NDV1 보다는 RVI를 이용하는 것이 추정도를 높일 수 있을 것으로 판단되었다.
- 4), 유사한 생육단계일지라도 연도가 다르거나, 같은 연도일지라도 조사일이 다를 경우 매우 상이한 결과를 나타내었다. 또한 엽면적지수에 따른 SPAD값과 생육 및 질소영양지표와의 관계를 살펴보면(Table 5), 엽면적지수에 관계없이 생육특성과는 관련성이 거의 없었고, 질소영 양특성 치 하고만 유의 한 상관관계 가 존재 하였다. 이는 SPAD값이 생육단계와 환경조건에 따라 달라지기 때문에 질소영양결핍의 지표로만 고려해야 된다는 보고(Piekielek et al.
- 본 실험결과 대체로 RVI가 NDVI보다 벼 군락의 생체정보와 관련성이 높았는데, 이는 타 연구와는 달리 생체정보의 변이가 매우 큰 조건에서 이루어진 실험이기 때문인 것으로 판단된다. NDVI가 일반적으로 작물의 생체중이나.
- 생육시기별로 SPAD값과 생육 및 질소영양지표간의 관계를살펴보면(Table 4), 이앙 후 30일에는 생육 및 질소영양 특성치와 유의한 상관을 보였지만 이앙 후 42일에는 엽중 및 지상부 질소농도와 NNI 등 질소영양특성치하고만 유의한 상관을 나타내었다. 이후 유수분화기때 생육 및 질소영양지표와 유의한 상관관계를 보이다가 수잉기에 가장 높은 상관치를 나타내었다.
- 76 이상의 높은 상관값을 보였다. 생육시기에 관계없이 생육이 진전됨에 따라서 증가하는 경향성을 갖는 엽면적지수, 지상부 건물중, 지상부 질소함량 등이 식생지수와 상관도가 높았으며, 생육시기에 관계없이 엽면적지수 2.5 이상에서 분얼과 엽중 및 지상부 질소농도를 제외한 생육 및 질소영양 특성치와 상관도가 높게 나타났다. 이는 앞서 언급한대로 군락반사를 이용하여 비파괴적으로 벼의 생장량 및 질소영양 특성을 파악하기 위해서는 군락이 어느 정도 형성되어야만 정확한 추정이 가능하기 때문이다.
- 이 발생하기 때문에 생체정보의 변이가 큰 조건에서는 RVI가 더 유용하다고 판단된다. 식생지수 중에서는 RVIgreen이 생육량 및 질소영양상태와 관련성이 가장 높았다.
- 식생지수 중에서도 녹색역과 근적외역을 조합해서 얻은 RVIgreen과 NDVlgreen이 생육 및 질소영양특성치와 상관도가 높았으며, 적색역을 이용한 RVIred와 NDVIred가 그 다음이었고, 청색역을 이용한 RVIblue와 NDVIblue는 상관도가 가장 낮게 나타났다. RVIgreen은 대부분의 경우 생육 및 질소영양상태와 밀접한 관련이 있었는데, 특히 유수분화기(출수전 26 일)때의 RVIgreen과 LAI, 지상부 건물중, 지상부 질소함량 및 NNI와는 r>0.
- 연차나 생육시기에 관계없이 군락이 폐쇄되는 정도에 따라서 군락반사로써 생육량이나 질소영양상태의 추정이 가능한지를 살펴보기 위해 2001년과 2002년 모든 생육시기를 통합하여 식생지수와 생육 및 질소영양 특성치 간의 관계를 엽면적지수에 따라 살펴보았는데(Table 3), 군락이 형성되는 초기 시점인 엽면적지수 1 이상에서는 식생지수와 엽면적, 지상부건물중, 지상부 질소함량 간에 유의하게 높은 상관관계를 보인 반면, 식생지수와 엽중 질소농도 및 지상부 질소농도와는 엽면적지수가 증가함에 따라서 상관값도 증가하였으나 유의하지는 않았다. 질소영양지수는 엽면적지수가 증가함에 따라서 상관도가 높아져 엽면적지수 2.
- 3이다. 엽면적지수가 증가할수록 청색광과 녹색광 그리고 적색광 등 가시역의 반사율은 점차 줄어드는 경향이었고, 근적외역의 반사율은 점차 커지는 경향이었다. 가시역 중에서 청색광과 적색광의 반사율은 엽면적지수가 2 정도로 될때까지 급격하게 감소하였으며, 엽면적지수 2 이상에서는 감소율이 다소 줄어들었다.
- 녹색광의 반사율은 엽면적지수가 커짐에 따라 줄어드는 경향이었으나 감소폭이 상대적으로 적었고 반사율도 엽면적지수에 관계없이 3-10% 내외였다. 영양생장기 동안 청색광은 5%, 녹색광은 10%, 적색광은 8% 이하의 반사율을 보였으며, 엽면적지수 2〜2.5 이상에서는 청색광과 적색광의 반사율이 각각 3%, 5% 미만이었다.
- 2이다. 이앙 후 30일에는 엽중 질소농도를 제외한 생육및 질소영양 특성치와 식생지수간에, 이앙 후 42일에서는 분얼수와 엽중 질소농도를 제외한 생육 및 질소영양 특성치와식생지수간에 유의한 상관관계를 보였으며, 유수분화기에는 모든 생육 및 질소영양특성치와 식생지수간에 유의한 상관관계가 존재하였다. 엽중 질소농도의 상관도가 매우 낮은 이유는이 시기가 벼의 체내 질소 재분배가 본격적으로 일어나는 시기이기 때문으로 판단된다.
- 이후 유수분화기때 생육 및 질소영양지표와 유의한 상관관계를 보이다가 수잉기에 가장 높은 상관치를 나타내었다.
- 유의하지는 않았다. 질소영양지수는 엽면적지수가 증가함에 따라서 상관도가 높아져 엽면적지수 2.5 이상에서는 0.76 이상의 높은 상관값을 보였다. 생육시기에 관계없이 생육이 진전됨에 따라서 증가하는 경향성을 갖는 엽면적지수, 지상부 건물중, 지상부 질소함량 등이 식생지수와 상관도가 높았으며, 생육시기에 관계없이 엽면적지수 2.
- 엽중 질소농도는 유수분화기 이후에만 식생지수와 유의한 상관을 나타내었다. 특히 출수전 26〜32일인 유수분화기를 전후해서 상관도가 매우 높았다.
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