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문제 정의
- 본 연구에서는 현재 기후와 미래 변화된 기후조건에서 ‘후지’의 재배적지를 판정할 수 있는 주 요인에 대해 GIS layer를 제작하는 것을 첫째 목적으로 하고 이들 layer를 이용한 중첩분석을 통해 현재 및 미래 사과 주산지 내의 재배적지 이동양상을 필지 단위로 파악하고자 하였다.
가설 설정
- 26으로 대체하였다. 실험 1에서는 시료가 충분히 저온에 노출되어 내생휴면이 타파되면 발아에 이르기까지 걸리는 기간이 거의 일정해진다고 보고 그 기간을 최소발아일수로 가정하였고 실험 2에서 최소발아일수가 처음으로 나타나는 시기를 내생휴면해제일로 간주하였다.
- 3). 이 분포양상은 2100년까지 불변이라고 가정하였다.
제안 방법
- ‘후지’를 대상으로 2007년(1차년도)과 2008년(2차년도) 12월부터 이듬해 봄까지 발아유도실험을 2회 실시하였다.
- 2차년도의 실험 2의 시료는 국립원예특작과학원의 시료가 부족하여 경기도농업기술원의 ‘후지’/M.26으로 대체하였다.
- 품질요건으로서 기온과의 관계식이 정립된 anthocyanin 함량, hunter A 값 및 L/D 비를 선정하였다. 각 요소의 속성을 앞서 제시된 방법에 의해 GIS 주제 레이어로 구현하여 중첩분석을 실시하였는데 후지의 생물계절정보 등 알려지지 않은 부분은 포장 및 챔버 실험을 통해 확인하였다.
- 기상청 기후변화정보센터(www.climate.go.kr)에서 제공하는 IPCC의 SRES(Special Report on Emission Scenarios) A1B 시나리오에 의한 미래평년(2011-2040년, 2041-2070년, 2071-2100년)의 월별 최고 및 최저기온 격자형 자료를 조화분석법을 통해 일별 자료로 변환하였다. 준비된 4개 평년에 대한 일별 기온자료는 GDD와 ‘후지’의 발아기 및 만개기 계산에 이용하였다.
- 준비된 토지피복도, 경사도, 수치토양도를 중첩시켜 필요한 조건을 모두 만족하는 지역을 선발하였다. 다음에는 이들 토지에 대한 농업기후학적 2단계 선발과정을 거쳤는데 먼저 IPCC SRES A1B 배출시나리오에 근거하여 미래평년(2011-2040년, 2041-2070년, 2071-2100년) 기후조건에서 추정된 만개기와 종상일간의 차이를 계산하여 만개기보다 종상일이 같거나 늦은 지역을 찾아내었다. 그와 같은 방식으로 첫서리가 발생한 날에 사과 만생종의 적산온도가 채워지지 않은 경우 즉 생육기간이 부족한 지역 역시 위험지역으로 판단하였다.
- 마지막으로 과일 품질정보에 근거한 3단계 선발과정을 거쳤는데 먼저 anthocyanin 함량과 hunter A 값, L/D 비 기준에서 ‘후지’ 고품질 재배조건에 해당하는 지역을 각각 제작하였다. 다음에는 이들을 중첩시켜 3가지 조건을 모두 만족하는 지역을 추출하는 방식으로 현재평년과 미래평년에 대하여 품질조건 재배적지를 작성하였다. 분포도 제작과정은 ArcGIS 9.
- 마지막으로 과일 품질정보에 근거한 3단계 선발과정을 거쳤는데 먼저 anthocyanin 함량과 hunter A 값, L/D 비 기준에서 ‘후지’ 고품질 재배조건에 해당하는 지역을 각각 제작하였다.
- 본 연구에서는 미래 시나리오 기후조건에서 사과 ‘후지’의 재배적지를 조사하기 위해 GIS 기반의 탐색기법을 이용하여 전자기후도, 토양전자지도, 수치지형정보, 농업기후 및 작물품질 예측모형 등을 종합적으로 활용, 체계적인 적지판정기법을 구현하였다.
- 다음에는 이들을 중첩시켜 3가지 조건을 모두 만족하는 지역을 추출하는 방식으로 현재평년과 미래평년에 대하여 품질조건 재배적지를 작성하였다. 분포도 제작과정은 ArcGIS 9.2(ESRI, Redlands, California, USA) 공간 분석 소프트웨어로 수행하였다.
- Sd는 1월 최저기온의 30년간 표준편차(℃)이고 Z는 해발고도(m), T는 일 최저기온의 1월 평균값이다. 위 근사식에서 계산한 30년 평년의 연차변이를 구하고 10년에 한 번 발생할 수 있는 재현확률을 적용하였다. 표준정규분포에서 10년 재현기간(p=0.
- 여기서 Tmin4는 일최저기온의 4월 평균값이고 Dfrost는 Julian day(1월 1일=1, 12월 31일=365)이다. 이 관계식을 통해 우리나라 전역의 종상일 분포도를 제작하였다.
- 이를 경기도농업기술원의 포장 내 자동기상관측소에서 측정된 기온자료에 대입하여 예상 발아기를 계산한 뒤 2001-2008년간 실측값과의 예측 오차를 확인하고 가장 RMSE(root mean square error)가 적은 모수조합을 선택하였다. 이 모수 조합을 통해 계산된 휴면해제일부터 실측 만개기까지의 Ca를 적산한 뒤 평균한 값을 만개기 고온요구도 모수로 간주하였다.
- 이들 모수로 후지에 최적화 시킨 모형에 전자기후도로부터 도출한 일별 기온자료를 입력하여 만개기 분포도를 기간 별로 제작하였다.
- 이들 식에 전자기후도로부터 추출한 해당 기간의 기온자료를 입력하여 요소 별 예상품질 분포도를 30m 해상도로 제작하였다.
- ‘후지’를 대상으로 한 적지판정 1차기준은 지표피복, 경사도, 토성이며, 2차 기준은 월동기간 중 동해위험도, 늦서리 피해위험도, 생육가능기간 등 기후조건, 3차기준은 과피의 색택, 과형지수 등 품질조건이다. 이들 조건을 지리정보시스템의 속성 레이어로 구현하고 중첩분석을 통해 재배적지를 검색하였다. 이 방법을 현재평년(1971-2000년)과 A1B 시나리오의 미래평년(2011-2040년, 2041-2070년, 2071-2100년) 기후에 적용하여 남한 전역을 대상으로 재배적지를 검색한 결과 현재평년의 경우 전국의 6.
- 이러한 동 · 상해위해 조건에 하나도 포함되지 않는 지역을 재배안전지대로 판정하였다.
- (2009)과 같이 매일의 Cd 및 Ca 계산을 통하여 기준온도와 저온요구도 조합을 찾아내었다. 이를 경기도농업기술원의 포장 내 자동기상관측소에서 측정된 기온자료에 대입하여 예상 발아기를 계산한 뒤 2001-2008년간 실측값과의 예측 오차를 확인하고 가장 RMSE(root mean square error)가 적은 모수조합을 선택하였다. 이 모수 조합을 통해 계산된 휴면해제일부터 실측 만개기까지의 Ca를 적산한 뒤 평균한 값을 만개기 고온요구도 모수로 간주하였다.
- )가 1,300℃이다. 일별 자료로 변환한 평년기후도를 통해 일 평균기온이 10℃ 이상이 된 시점부터 적산온도가 1,300℃에 도달하는 날짜를 계산하였고 최저기온이 0℃ 이하로 내려가는 첫 번째 날짜를 초상일로 간주하였다.
- 주어진 지역이 ‘후지’의 재배적지인지 여부를 판단하기 위하여 3단계의 기준을 설정하였다(Fig. 1).
- 3단계에서는 기후적인 요건을 갖춘 지역 가운데 고품질 ‘후지’ 생산이 가능한 지역을 선발하였다. 품질요건으로서 기온과의 관계식이 정립된 anthocyanin 함량, hunter A 값 및 L/D 비를 선정하였다. 각 요소의 속성을 앞서 제시된 방법에 의해 GIS 주제 레이어로 구현하여 중첩분석을 실시하였는데 후지의 생물계절정보 등 알려지지 않은 부분은 포장 및 챔버 실험을 통해 확인하였다.
- 현재평년과 미래 3개 평년에 대하여 일최저기온 1월 평균값과 1월 최저기온 분포도로 연차변이 및 10년 재현확률의 1월 최저기온을 계산하고 ‘후지’의 동해유발온도 이하의 온도가 발생하는 지역을 동해위험지역으로 출력하였다.
대상 데이터
- 1). 1단계에는 토양, 지형, 지표피복과 같은 토지의 불변속성에 대하여 사과원 개원가능 여부를 판단하였는데, 농경지 및 삼림피복 가운데 경사도 15% 이하인 지역을 대상으로 하여 토성이 사양토와 식양토, 식토, 미사질양토인 지역을 선발하였다. 2단계에는 1단계의 조건을 만족하는 지역에 한해 기후적 요건을 적용한 것으로서 연중 생장유효적산온도(growing degree days, GDD) 및 동상해 위험도를 판정하는 과정이다.
- 2007년 12월 12일과 2008년 12월 10일에 경기도 수원 소재 국립원예특작과학원 포장에서 ‘후지’/M.26 품종의 1년생 가지를 일괄적으로 채취하여 3℃저온저장고에 보관하였다.
- 는 30년 평년의 1월 최저기온이다. A1B 시나리오에 대한 미래평년 1월 최저기온의 경우는 국립기상연구소로부터 제공받은 2011-2040년, 2041-2070년, 2071-2100년 등 3개 미래평년의 현재평년(1971-2000년) 평균에 대한 편차를 현재평년 값에 더하는 방식으로 제작하였다.
- 국가농림기상센터(http://www.ncam.kr)에서 제공하는 전자기후도 가운데 평년의 월별 평균 일 최고 및 최저기온을 30m 해상도로 나타낸 격자형 자료를 수집하였다. 대부분의 농림업모형 구동에 필요한 입력 기온 자료는 일별 시간간격으로 1971-2000 기간의 기온기후도로부터 조화분석법을 통해 일별 최고 및 최저기온 자료를 복원하였다(Seino, 1993).
- 이 연구는 2009년도 농촌진흥청 농업과학기술개발공동연구사업(과제명: 기온상승이 주요과수의 생물계절변화에 미치는 영향평가)의 지원으로 수행되었다. 연구에 사용된 기후변화시나리오는 국립기상연구소 기후연구실로부터 제공받았다.
- 이와 함께 매주 포장에서 ‘후지’의 1년생 가지를 채취하여 생장상에서 발아를 유도하였다 (실험 2).
- 준비된 4개 평년에 대한 일별 기온자료는 GDD와 ‘후지’의 발아기 및 만개기 계산에 이용하였다.
- 환경부에서 제공하는 해상도 30m의 지표피복도 상에서 농경지와 삼림으로 분류된 곳을 대상으로 동일한 해상도의 수치고도모형(digital elevation model, DEM)에 의해 경사도를 계산하여 경사도 15% 이하인 지역을 선발하였다. 또한 국가수자원관리 종합정보시스템(http://www.
이론/모형
- 이때 만개기 이후 늦서리 위험지역을 검색하기 위해 국립농업과학원(1990)에서 제시한 ‘후지’의 발육속도 모형(development stage, DVS)으로 만개기를 예측하였다.
성능/효과
- 10년에 한번 발생할 수 있는 최저기온만으로 판정한 월동기간 중 동해위험지역은 북부 내륙의 일부 지역에 해당할 것으로 보이며(Fig. 6), 현재평년기후에서 전국의 약 0.5%에 불과할 것으로 추정되었다. 또한 미래에 기온이 상승함으로써 2011-2040 평년기후에서는 전국의 0.
- 2회에 걸친 발아유도실험을 통해 기준온도 6.1℃, 저온요구도 -100.5 day, 만개기 고온요구도 275.1 day의 모수조합을 도출하였다. 1992-2008년 기간의 경기도농업기술원 및 국립원예특작과학원 실측자료에 의해 모형의 만개기 추정능력을 검증한 결과, 각각 1.
- 8일의 RMSE 값을 보였다. 기존 발육속도 모형에 의해 추정해서 얻은 RMSE(2.5일 및 4.1일)에 비해 우수한 것으로 판단된다(Fig. 2).
- 5B). 미래에 기온이 상승할수록 위험 지역은 축소되어 2011-2040년 평년에는 전국의 1.6%, 2041-2070년 평년에는 0.3%, 2071-2100년 평년이 되면 거의 0%에 가까워질 것으로 추정되어 점차 더 높은 고도에서도 첫서리가 오기 전에 숙기에 도달할 수 있을 것으로 나타났다.
- 1%까지 감소하여 전국규모에서 재배적지의 한계선 북상추세를 감지할 수 있었다. 뿐만 아니라 개별 주산지 내에서도 적지이동 양상을 정밀하게 추적할 수 있음을 확인하였다.
- 우리나라에서 사과를 가장 많이 재배하는 영주시의 경우 현재평년기후에서 상해위험지역을 제외한 경사도 15% 이하 임야 및 농경지의 대부분이 고품질 ‘후지’ 과실생산이 가능한 재배적지로 나타났다(Fig. 8).
- 우리나라의 지형, 토지, 기후 및 품질 조건을 종합적으로 보았을 때 현재평년의 경우 ‘후지’의 재배적지는 전국의 약 6.5% 정도인 것으로 추정되었다(Fig. 8).
- 이들 조건을 지리정보시스템의 속성 레이어로 구현하고 중첩분석을 통해 재배적지를 검색하였다. 이 방법을 현재평년(1971-2000년)과 A1B 시나리오의 미래평년(2011-2040년, 2041-2070년, 2071-2100년) 기후에 적용하여 남한 전역을 대상으로 재배적지를 검색한 결과 현재평년의 경우 전국의 6.5%가 후지 재배적지에 해당하였고 2011-2040년 평년기후에는 전국의약 1.8%, 2041-2070년 평년에는 0.3%, 2071-2100년평년에는 전국의 0.1%까지 감소하여 전국규모에서 재배적지의 한계선 북상추세를 감지할 수 있었다. 뿐만 아니라 개별 주산지 내에서도 적지이동 양상을 정밀하게 추적할 수 있음을 확인하였다.
후속연구
- 이는 ‘후지’의 숙기 역시 빨리 찾아올 수 있음을 시사한다. 또한 늦겨울이나 초봄에 갑작스러운 저온현상에 의한 휴면타파 혹은 발아 지연 피해가 발생할 가능성도 증가할 것이다. 만개기는 남쪽지역 및 해안일수록 북쪽 및 내륙지역보다 더 많이 앞당겨지는 경향이 나타났다.
- 9, right). 또한 평창의 남쪽 및 저지대에 분포하던 현재의 재배적지가 미래로 갈수록 점차 북쪽으로 옮겨지고 보다 높은 고도의 지역으로 진출할 것으로 예상된다(Fig. 10).
- 기후가 변하면 농작물의 재배적지가 이동하게 되는데(Seo and Kim, 2005), 우리나라의 경우 국토가 좁고 산지가 많아 농경을 하기에 적합한 면적이 넓지 않으므로 수요를 충족시키기 위한 가장 효율적인 정책은 각 작물-품종에 적합한 지역을 찾아 적절하게 배치하는 일이라고 판단된다. 사과 등 과수는 산림과 마찬가지로 한 장소에서 수십 년 이상 뿌리를 뻗고 생장하며, 묘목을 재식 한 뒤 판매 가능한 과실을 생산하는데 상당한 시일이 소요되므로 과수산업에 관련한 계획을 수립할 때 해당 과수의 생육특성 및 재배적지에 대해 현재기후는 물론 미래기후에서의 변화 양상을 예측한 정보가 필요할 것이다.
- 이러한 결과물들과 함께 사용자 인터페이스를 만들어 다른 공간정보(예 지적도)와 중첩시켜 분석할 수 있도록 한다면 지방 자치단체 수준에서 재배적지 검색 및 대응기술 준비에 유용한 의사지원도구가 될 것이다.
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