본 연구는 벼의 질소영양 상태가 광 이용효율에 미치는 영향을 검토하여 벼 생육모델을 구축하기 위한 기초자료를 얻기 위해 수행되었다. 1998년부터 2000년까지 3개년에 걸쳐서 일반계 및 통일계 품종을 공시하여 다양한 질소시비 조건에서 건물중, 군락의 흡광량 및 질소영양 상태를 조사하였고, 이들 자료를 이용하여 군락의 광 이용효율 및 광 이용효율과 질소영양 상태와의 관련성을 검토하였다. 벼 군락의 흡광계수(K)는 최고분얼기까지 벼의 생장과 함께 증가하다가, 최고분얼기에서 출수기까지는 0.4정도로 일정하게 유지되고, 출수기 이후부터 다시 급격하게 증가하였다. 출수전 벼 군락의 누적 PAR interception과 건물중과는 직선 회귀관계가 성립하였고, 이 직선 회귀계수를 이용하여 군락의 출수전 평균 광 이용효율(RUE, g/MJ of PAR)을 추정하였는데, 평균 RUE는 질소시비량이 많을수록 높아지는 경향이었다. 벼에서 출수전의 RUE는 질소영양 상태를 나타내는 질소영양지수(NNI, nitrogen nutrition index) 및 비엽 질소농도(SLN, specific leaf nitrogen concentration; $g/m^2$ leaf area)가 증대됨에 따라 최대 RUE에 점근하는 다음과 같은 지수함수로 잘 표현할 수 있었다. $$RUE=3.13\{1-exp(-4.33NNNI+1.26)\}$$$$RUE=3.17\{1-exp(-1.33SLN+0.04)\}$$ 위의 식은 질소영양 조건에 따른 RUE의 변이를 각각 80%와 75% 정도를 설명할 수 있다. 여기에서 구해진 RUE와 NNI 및 SLN 관계는 출수전 전 기간의 평균적인 관계에 근거한 것으로서, 벼 생육모델의 건물중 추정의 구성모델(componentmodel)로서 활용하는 데는 한계가 있으며, 건물중 추정 구성모델로 이용하기 위해서는 보다 짧은 기간을 대상으로 이와 같은 분석이 이루어져야 할 것으로 판단된다.
본 연구는 벼의 질소영양 상태가 광 이용효율에 미치는 영향을 검토하여 벼 생육모델을 구축하기 위한 기초자료를 얻기 위해 수행되었다. 1998년부터 2000년까지 3개년에 걸쳐서 일반계 및 통일계 품종을 공시하여 다양한 질소시비 조건에서 건물중, 군락의 흡광량 및 질소영양 상태를 조사하였고, 이들 자료를 이용하여 군락의 광 이용효율 및 광 이용효율과 질소영양 상태와의 관련성을 검토하였다. 벼 군락의 흡광계수(K)는 최고분얼기까지 벼의 생장과 함께 증가하다가, 최고분얼기에서 출수기까지는 0.4정도로 일정하게 유지되고, 출수기 이후부터 다시 급격하게 증가하였다. 출수전 벼 군락의 누적 PAR interception과 건물중과는 직선 회귀관계가 성립하였고, 이 직선 회귀계수를 이용하여 군락의 출수전 평균 광 이용효율(RUE, g/MJ of PAR)을 추정하였는데, 평균 RUE는 질소시비량이 많을수록 높아지는 경향이었다. 벼에서 출수전의 RUE는 질소영양 상태를 나타내는 질소영양지수(NNI, nitrogen nutrition index) 및 비엽 질소농도(SLN, specific leaf nitrogen concentration; $g/m^2$ leaf area)가 증대됨에 따라 최대 RUE에 점근하는 다음과 같은 지수함수로 잘 표현할 수 있었다. $$RUE=3.13\{1-exp(-4.33NNNI+1.26)\}$$$$RUE=3.17\{1-exp(-1.33SLN+0.04)\}$$ 위의 식은 질소영양 조건에 따른 RUE의 변이를 각각 80%와 75% 정도를 설명할 수 있다. 여기에서 구해진 RUE와 NNI 및 SLN 관계는 출수전 전 기간의 평균적인 관계에 근거한 것으로서, 벼 생육모델의 건물중 추정의 구성모델(component model)로서 활용하는 데는 한계가 있으며, 건물중 추정 구성모델로 이용하기 위해서는 보다 짧은 기간을 대상으로 이와 같은 분석이 이루어져야 할 것으로 판단된다.
Radiation use efficiency (RUE), the amount of biomass produced per unit intercepted photosynthetically active radiation (PAR), constitutes a main part of crop growth simulation models. The objective of the present study was to evaluate the variation of RUE of rice plants under various nitrogen nutri...
Radiation use efficiency (RUE), the amount of biomass produced per unit intercepted photosynthetically active radiation (PAR), constitutes a main part of crop growth simulation models. The objective of the present study was to evaluate the variation of RUE of rice plants under various nitrogen nutritive conditions. from 1998 to 2000, shoot dry weight (DW), intercepted PAR of rice canopies, and nitrogen nutritive status were measured in various nitrogen fertilization regimes using japonica and Tongil-type varieties. These data were used for estimating the average RUEs before heading and the relationship between RUE and the nitrogen nutritive status. The canopy extinction coefficient (K) increased with the growth of rice until maximum tillering stage and maintained constant at about 0.4 from maximum tillering to heading stage, rapidly increasing again after heading stage. The DW growth revealed significant linear correlation with the cumulative PAR interception of the canopy, enabling the estimation of the average RUE before heading with the slopes of the regression lines. Average RUE tended to increase with the increased level of nitrogen fertilization. RUE increased approaching maximum as the nitrogen nutrition index (NNI) calculated by the ratio of actual shoot N concentration to the critical N concentration for the maximum growth at any growth stage and the specific leaf nitrogen $(SLN;\;g/m^2\;leaf\;area)$ increased. This relationship between RUE (g/MJ of PAR) and N nutritive status was expressed well by the following exponential functions: $$RUE=3.13\{1-exp(-4.33NNNI+1.26)\}$$$$RUE=3.17\{1-exp(-1.33SLN+0.04)\}$$ The above equations explained, respectively, about 80% and 75% of the average RUE variation due to varying nitrogen nutritive status of rice plants. However, these equations would have some limitations if incorporated as a component model to simulate the rice growth as they are based on relationships averaged over the entire growth period before heading.
Radiation use efficiency (RUE), the amount of biomass produced per unit intercepted photosynthetically active radiation (PAR), constitutes a main part of crop growth simulation models. The objective of the present study was to evaluate the variation of RUE of rice plants under various nitrogen nutritive conditions. from 1998 to 2000, shoot dry weight (DW), intercepted PAR of rice canopies, and nitrogen nutritive status were measured in various nitrogen fertilization regimes using japonica and Tongil-type varieties. These data were used for estimating the average RUEs before heading and the relationship between RUE and the nitrogen nutritive status. The canopy extinction coefficient (K) increased with the growth of rice until maximum tillering stage and maintained constant at about 0.4 from maximum tillering to heading stage, rapidly increasing again after heading stage. The DW growth revealed significant linear correlation with the cumulative PAR interception of the canopy, enabling the estimation of the average RUE before heading with the slopes of the regression lines. Average RUE tended to increase with the increased level of nitrogen fertilization. RUE increased approaching maximum as the nitrogen nutrition index (NNI) calculated by the ratio of actual shoot N concentration to the critical N concentration for the maximum growth at any growth stage and the specific leaf nitrogen $(SLN;\;g/m^2\;leaf\;area)$ increased. This relationship between RUE (g/MJ of PAR) and N nutritive status was expressed well by the following exponential functions: $$RUE=3.13\{1-exp(-4.33NNNI+1.26)\}$$$$RUE=3.17\{1-exp(-1.33SLN+0.04)\}$$ The above equations explained, respectively, about 80% and 75% of the average RUE variation due to varying nitrogen nutritive status of rice plants. However, these equations would have some limitations if incorporated as a component model to simulate the rice growth as they are based on relationships averaged over the entire growth period before heading.
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문제 정의
본 연구는 벼의 질소영양 상태가 광 이용효율에 미치는 영향을 검토하여 벼 생육모델을 구축하기 위한기초자료를 얻기 위해 수행되었다. 1998년부터 2000년까지 3개년에 걸쳐서 일반계 및 통일계 품종을 공시하여 다양한 질소시비 조건에서 건물중, 군락의 흡광량 및 질소영양 상태를 조사하였고, 이들 자료를 이용하여 군락의 광 이용효율 및 광 이용효율과 질소영양 상태와의 관련성을 검토하였다.
필요하다. 이 연구는 벼의 질소영양 상태와 RUE와의 관계를 구명하여 벼 생장모델 구축을 위한 기초 자료를 얻고자수행되었다.
제안 방법
얻기 위해 수행되었다. 1998년부터 2000년까지 3개년에 걸쳐서 일반계 및 통일계 품종을 공시하여 다양한 질소시비 조건에서 건물중, 군락의 흡광량 및 질소영양 상태를 조사하였고, 이들 자료를 이용하여 군락의 광 이용효율 및 광 이용효율과 질소영양 상태와의 관련성을 검토하였다.
엽면적은 처리구 당 평균적인 3주를 예취하여 엽, 줄기, 이삭 등으로 분리한 후 엽면적측정기(CI-203, CID)로 측정하였으며, 분리된 엽, 줄기, 이삭을 72℃ Dry Oven에서 72시간 건조하여 건물중을 측정하였다. 건물중을 즉정한 시료는 고속마쇄기로 잘게분쇄하여 자동시료분석기 (Auto-Kjeltec 1038, Tecator 사)로 전질소 분석을 하였다.
벼의 질소영양지수 (NNI)는 벼의 한계질소농도곡선에서 구한 한계질소농도(Nc, %)와 현재의 질소농도 (Na, %)의 비로 다음과 같이 계산하였다.
벼의 흡광계수(K, light extinction coefficient)를구하기 위해서 실험 2의 12kgN/10a 실험구에 군락 상부에 quantum sensor를 군락하부에 line quantum sensor(Li-Cor inc., USA)를 설치하여 생육기간 중 연속 측정하였으며, 흡광계수(K)는 아래와 같이 계산하였다. 여기서 PARo는 흐}루 중 입사된 전체 PAR flux이고, PA/b는 토양에 도달한 전체 PAR flux이며, LAI는 엽면적지수이다.
비엽질소농도(SLN, specific leaf nitrogen; gN/m2 leaf)는 비엽면적 (SLA, specific leaf area; m2 lea leaf dry weight)에 대한 엽의 질소농도(gN/g leaf dry weight)의 비로 계산하였다.
Table 1과 같다. 시험구 배치는 난괴법 3 반복으로 하였다.
엽면적, 건물중 및 질소함량을 조사하였다. 조사 간격은 3개년 모두 이앙 후 10일 간격 내외로 하였다.
조사 간격은 3개년 모두 이앙 후 10일 간격 내외로 하였다. 엽면적은 처리구 당 평균적인 3주를 예취하여 엽, 줄기, 이삭 등으로 분리한 후 엽면적측정기(CI-203, CID)로 측정하였으며, 분리된 엽, 줄기, 이삭을 72℃ Dry Oven에서 72시간 건조하여 건물중을 측정하였다. 건물중을 즉정한 시료는 고속마쇄기로 잘게분쇄하여 자동시료분석기 (Auto-Kjeltec 1038, Tecator 사)로 전질소 분석을 하였다.
대상 데이터
벼의 질소영양 상태와 광 이용효율과의 관계를 검토하고자 1998년부터 2000년까지 3개년에 걸쳐 서울대학교 농업생명과학대학 부속농장에서 실험을 수행하였다. 실험포장의 토양은 사질식양토로 유기물함량과 CEC가 비교적 낮은 토양이었다.
질소, 인산, 가리의 시비처리는 Table 2, 3과 같으며, 질소는 요소(성분량 46%), 인산은 용과린(성분량 20%), 가리는 염화가리(성분량 60%)를 사용하였다. 특히 실험 4의 건답직파재배 실험에서는 완효성 비료인 LCU(Latex coated urea, 성분량 32%)와 IBDU (Isobutylidene diurea, 성분량 31%)를 사용하였다.
특히 실험 4의 건답직파재배 실험에서는 완효성 비료인 LCU(Latex coated urea, 성분량 32%)와 IBDU (Isobutylidene diurea, 성분량 31%)를 사용하였다.
성능/효과
6이다. NNI와 RU의 관계는 지수함수로 잘 표현되었으며, NN1가 증가함에 따라 RUE 또한 곡선적으로 증가하였으나 증가폭은 점차 줄어드는경향으로, RUE는 NNI의 지수함수식으로 잘 표현되었다. 이 식은 NNI 변화에 따른 RUE 변이의 약 80% (R2=o.
SLN과 RUE의 관계 역시 SLN이 증가할수록 RUE가 곡선적으로 증가하였으나 증가폭이 점차 줄어들 때, 지수함수식으로 잘 표현되었는데, 이 식은 RUE 변이의 약 75%(R2=0.7446)를 설명하였다.
5는 화성벼를 공시하여 건답직파 재배조건에서 비료 종류와 분시방법에 따른 흡수된 PAR와 건물 중간의 관계를 나타낸 것이다(Table 3, Exp4). Tl, , T2, T4, T6처럼 대체로 기비보다 분얼비에 중점을 둔 쪽이 건물중 증가가 더 많았고, 전량 투입하는 것보다는 분시하는 쪽이 RUE가 더 높았다(Tl, T2). 또한 기비 및 분얼비로 전량 투입했을 때, LCU(T4)보다는 IBDU(T6)가 다소 높은 RUE값을 보였다.
4는 Japonica인 화성벼와 통일계인 다산벼를이용하여, 질소시비수준에 따른 PARi와 건물중 간의관계를 나타낸 것이다(Table 2, Exp 3). 다산벼는 질소시비량 증가에 따라 RUE가 증가하는 경향을 보였으나, 화성벼는 질소시비량 증대에 따른 RUE 증가가뚜렷하지 않았다. 추정된 RU正값들을 살펴보면, 6N 처리에서는 2.
3는 Japonica인 화성벼와 통일계인 다산벼를공시하여 흡수된 광합성 유효복사(PAR)와 건물중 간의 관계를 살펴본 것이다(Table, Exp2). 두 품종 모두 시비량이 증가함에 따라 광 이용효율(RUE)이 높아졌다. 12N 처리에서 RUE는 2.
Tl, , T2, T4, T6처럼 대체로 기비보다 분얼비에 중점을 둔 쪽이 건물중 증가가 더 많았고, 전량 투입하는 것보다는 분시하는 쪽이 RUE가 더 높았다(Tl, T2). 또한 기비 및 분얼비로 전량 투입했을 때, LCU(T4)보다는 IBDU(T6)가 다소 높은 RUE값을 보였다. 그리고 무비인 T7의 경우는 질소부족으로 인하여 뚜렷하게 낮은 RUE를 나타내었다.
2는 조생종, 중생종, 중만생종인 오대벼, 화성벼, 동진벼에서 PAR와 건물중 간의 관계를 나타낸 것이다. 세 품종 모두 시비량이 증가함에 따라 PARi와 건물생산량이 증가하였는데, 단위 PAR; 증가량 대비 건물생산 증가율, 즉 RIK&MJ)는 시비량이 증가함에따라 커졌다. 0N 처리에서 RUE는 품종에 따라 1.
1 g/MJ를 보고하였다. 이 값들은 본연구에서와는 달리 RUE의 추정에 PAR 대신 일사량을 이용하였기 때문에 본 연구의 RUE 값과 차이가있는 것 같이 보이나, PAR이 일사량의 약 50%인 점을 감안하면 이들이 보고한 RUE는 모두 본 연구에서 측정한 범위 내에 있는 것으로 판단된다. 한편 벼에서 출수기 이전의 RUE는 질소영양상태를 나타내는 질소영양지수(NNI, nitrogen nutrition index) 및비엽질소농도(SLN, specific leaf nitrogen concentration; g/m2 leaf area)가 증대됨에 따라 최대 RUE에 점근흐}는 다음과 같은 지수 함수로 잘 표현할 수 있었다 (Fig.
이상의 결과를 종합해 보면 RUE는 1.17-3.46g/ MJ PAR 범위(Table 4)였는데, RUE는 조생종이 높은 경향이었으며(Fig. 2, Table 4) 또한 12N 이하 처리에서는 Japonica인 화성벼가 통일계인 다산벼보다다소 높은 RUE를 보인 반면, 시비량이 증가할수록 RUE는 증가하였으나 품종 간의 차이는 점차 줄어드는 경향이었다(Fig. 3-5, Table 4). 벼에서 이와 같이 실제 실험에 의한 RUE값이 보고된 예는 많지 않은데, Horie and Sakuratani(1985)는 1.
4 정도로 일정하게 유지되고, 출수기 이후부터 다시 급격하게 증가하였다. 출수전 벼 군락의 누적 PAR interception과 건물중과는 직선 회귀관계가 성립하였고, 이 직선 회귀계수를 이용하여 군락의 출수전 평균 광 이용효율(RUE, g/MJ of PAR)을 추정하였는데, 평균 RUE는 질소시비량이 많을수록 높아지는 경향이었다. 벼에서 출수전의 RUE는 질소영양 상태를 나타내는 질소 영양지수(NNI, nitrogen nutrition index) 및 비엽질소농도(SLN, specific leaf nitrogen concentration; g/m2 leaf area)가 증대됨에 따라 최대 RUE에 점근하는 다음과 같은 지수함수로 잘 표현할 수 있었다.
그리고 2000년 실험결과에서 보듯이 오대벼의 RUE가 화성벼와 동진벼의 RUE 보다 높게 나타나 조생종의 RUE값이 높게 나타났다. 품종 간 RUE의 차이를 살펴보면, 98년과 99년 모두 12N 이하의 시비량에서는 화성벼가 다산벼보다 다소 높은 RUE를 보인 반면, 시비량이 증가할수록 두 품종간의 RUE 차이는 들었다.
후속연구
벼에서는 이와 같은 관계가 보고된 바 없고 -, 다만 Sinclair and Horie( 1989)7} SLN과 RUE 와의 관계를 이론적으로 해석한 예가 있는데, 이와 본 연구의 결과를 비교해보면 최대 RUE는 비슷하였으나 SLN 저하에 따른 RUE의 저하 정도가 본연구 결과보다 매우 컸다. 그런데 여기에서 구해진 RUE와 NNI 및 SLN 관계는 출수전 전 기간의 평균적인 관계에 근거한 것으로서, 벼 RUE는 생육 시기가 진전됨에 따라서 감소하므로(Campbell et al., 2001), 생육모델의 건물중 추정의 구성모델(component model)로서 활용하는 데는 한계가 있으며, 건물중 추정 구성모델로 이용하기 위해서는 보다 짧은 기간을 대상으로 이와 같은 분석이 이루어져야 할 것으로 판단된다.
따라서 벼에서의 기상환경, 품종, 시비조건, 재배양식 등 다양한 조건에서 광 이용효율(RUE)과 NNI 및 SLN과의 관계 등에 대한 실험적인 연구가 필요하다. 이 연구는 벼의 질소영양 상태와 RUE와의 관계를 구명하여 벼 생장모델 구축을 위한 기초 자료를 얻고자수행되었다.
여기에서구해진 RUE와 NNI 및 SLN 관계는 출수전 전 기간의 평균적인 관계에 근거한 것으로서, 벼 생육모델의 건물중 주정의 구성모델(component model)로서활용하는 데는 한계가 있으며, 건물중 추정 구성모델로 이용하기 위해서는 보다 짧은 기간을 대상으로 이와 같은 분석이 이루어져야 할 것으로 판단된다.
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