소나무재선충병(Bursaphelenchus xylophilus)은 한국, 일본, 그리고 중국과 같은 동아시아의 소나무류 산림에 심각한 피해를 유발시킨다. 재선충병에 의한 병해는 그 치료방법이 훈증, 소각외에는 거의 없기 때문에 감염목을 조기 탐지하여 그 피해가 주변 임목 및 임분에 확산되지 않도록 하는 것이 최선책이라 할 수 있다. 본 연구에서는 소나무재선충병 감염목과 비감염목의 분광반사율을 주기적으로 측정하여 감염목의 분광반사 특성을 구명하였다. 이를 위하여, 6월에서 10월까지 GER3700 spectroradiometer를 이용하여 감염목과 비감염목의 400 nm~2,500 nm 파장대의 분광반사값을 측정하였다. 측정된 값의 noise를 보정하기 위하여 cubic spline 보간법을 사용하였다. 그 결과, 대부분의 감염목들은 재선충 주입 후 2개월 이내에 적색(600 nm~700 nm) 그리고 중적외선(1,400 nm~1,500 nm) 파장대에서 분광반사값의 변화를 보였으나, 비감염목들의 분광반사값은 어느 파장대에서도 특별한 변화가 나타나지 않았다. 시기별로 감염목과 비감염목의 분광반사값 변화를 통계적으로 비교해 본 결과, 소나무재선충 주입 2달 후 적색 파장대역과 중적외선 파장대역에서 가장 빠르게 통계적으로 유의한 차이를 보였으나(p<0.05), 근적외선 파장대역에서는 통계적으로 유의한 차이가 나타나지 않았다(p>0.05). 따라서 적색과 중적외선 파장대역에서의 분광반사율 변화를 통해 소나무재선충병 감염목의 조기 탐지가 가능한 것으로 판단되었다.
소나무재선충병(Bursaphelenchus xylophilus)은 한국, 일본, 그리고 중국과 같은 동아시아의 소나무류 산림에 심각한 피해를 유발시킨다. 재선충병에 의한 병해는 그 치료방법이 훈증, 소각외에는 거의 없기 때문에 감염목을 조기 탐지하여 그 피해가 주변 임목 및 임분에 확산되지 않도록 하는 것이 최선책이라 할 수 있다. 본 연구에서는 소나무재선충병 감염목과 비감염목의 분광반사율을 주기적으로 측정하여 감염목의 분광반사 특성을 구명하였다. 이를 위하여, 6월에서 10월까지 GER3700 spectroradiometer를 이용하여 감염목과 비감염목의 400 nm~2,500 nm 파장대의 분광반사값을 측정하였다. 측정된 값의 noise를 보정하기 위하여 cubic spline 보간법을 사용하였다. 그 결과, 대부분의 감염목들은 재선충 주입 후 2개월 이내에 적색(600 nm~700 nm) 그리고 중적외선(1,400 nm~1,500 nm) 파장대에서 분광반사값의 변화를 보였으나, 비감염목들의 분광반사값은 어느 파장대에서도 특별한 변화가 나타나지 않았다. 시기별로 감염목과 비감염목의 분광반사값 변화를 통계적으로 비교해 본 결과, 소나무재선충 주입 2달 후 적색 파장대역과 중적외선 파장대역에서 가장 빠르게 통계적으로 유의한 차이를 보였으나(p<0.05), 근적외선 파장대역에서는 통계적으로 유의한 차이가 나타나지 않았다(p>0.05). 따라서 적색과 중적외선 파장대역에서의 분광반사율 변화를 통해 소나무재선충병 감염목의 조기 탐지가 가능한 것으로 판단되었다.
Pine wilt disease has known as a serious forest disease in East Asia such as Japan, Korea and China. Fumigation and burning are considered as best way to treat infected tree at early detection. For investigate spectral reflectance characteristics of infected trees, periodic measurement has been done...
Pine wilt disease has known as a serious forest disease in East Asia such as Japan, Korea and China. Fumigation and burning are considered as best way to treat infected tree at early detection. For investigate spectral reflectance characteristics of infected trees, periodic measurement has been done in both infected and non-infected trees. Infected and non-infected trees' reflectance (400 nm~2,500 nm wavelength) are detected from June to October with GER3700 spectrometer. Noise of reflectance data was corrected using cubic spline interpolation method. Reflectance was changed in most of infected trees with ranges Red (600 nm~700 nm) and Middle Infrared (1,400 nm~1,500 nm) within two months after injected by Pine Wood nematode (PWN), but there was no differences in non-infected trees. Infected and non-infected trees were compared statistically in each period. As a result, we found that a statistically significant difference was occurred at Red and Middle Infrared (MIR) 2 months after injection (p0.05). Therefore, the early detection of infested pine trees by PWN may possible through detecting the change of spectral reflectance at red and MIR.
Pine wilt disease has known as a serious forest disease in East Asia such as Japan, Korea and China. Fumigation and burning are considered as best way to treat infected tree at early detection. For investigate spectral reflectance characteristics of infected trees, periodic measurement has been done in both infected and non-infected trees. Infected and non-infected trees' reflectance (400 nm~2,500 nm wavelength) are detected from June to October with GER3700 spectrometer. Noise of reflectance data was corrected using cubic spline interpolation method. Reflectance was changed in most of infected trees with ranges Red (600 nm~700 nm) and Middle Infrared (1,400 nm~1,500 nm) within two months after injected by Pine Wood nematode (PWN), but there was no differences in non-infected trees. Infected and non-infected trees were compared statistically in each period. As a result, we found that a statistically significant difference was occurred at Red and Middle Infrared (MIR) 2 months after injection (p0.05). Therefore, the early detection of infested pine trees by PWN may possible through detecting the change of spectral reflectance at red and MIR.
따라서 본 연구에서는 분광반사율측정기(GER3700 spectroradiometer)를 이용하여 소나무재선충병 감염목 그룹과 비감염목 그룹의 광합성과 관련이 있는 가시광선 파장대역 및 임목의 증산작용에 따른 수분함량과 직접적인 관련이 있는 중적외선 파장대역에서의 분광반사값을 지속적으로 모니터링 하여, 시기별 그룹간의 분광반사 특성을 분석하고, 이를 이용하여 재선충병 감염목의 조기 탐지 가능성을 제시하고자 하였다.
제안 방법
분광반사율측정기를 이용하여 분광반사율 측정 시 측정방법은 크게 2단계로 구분할 수 있다. 1단계로 데이터 보정을 위하여 백색판 99%를 reference 값으로 측정한 후, 2단계에서는 대상목을 target 시켜서 대상목에 대한 분광반사값을 취득하였다.
대상목들의 분광반사율 측정을 위하여 분광반사율측정기(GER3700 spectroradiometer, Spectra Vista Corporation, USA)를 이용하여 6월~10월 초까지 주 1 회 측정하는 것을 원칙으로 하고 주기적으로 측정하였다. 하지만 기기의 촬영 방법 및 자료 취득에 있어서 대상지의 기상상태에 영향을 많이 받기 때문에 기상상태가 안 좋은 경우(흐림 또는 비)에는 촬영일자를 변경하여 측정하였다(Field Spectroscopy Facility, 2005).
소나무재선충병 감염목 그룹과 비감염목 그룹의 시기별 분광반사율은 Figure 2와 같이 관측되었다. 분광반사율 측정은 6월부터 10월까지 총 15 회에 걸쳐 이루어졌으며, 소나무재선충 접종목 중 T9는 소나무재선충병에 감염되지 않았기 때문에 분석 대상에서 제외하였다. Figure 2(a) 감염목의 분광반사율 그래프이며, Figure 2(b)는 비감염목의 분광반사율 그래프이다.
대상 데이터
본 연구의 대상지는 경상남도 거제시 연초면 소재 수목원(34°54'32.06"N, 128°38'43.57"S) 으로 선정하였으며, 소나무재선충 접종 대상목 해송 7목(T1~T5, T9, T10)과 대조구로 쓰일 비접종목 해송 3목(T6~T8)을 선목하였다(Figure 1). 접종목으로 선목된 T1~T5, T9, T10의 수간부와 가지부에 재선충을 접종하였다.
데이터처리
소나무재선충병 감염으로 인한 분광반사율의 변화 시기를 탐지하기 위하여 보정된 감염목 그룹과 비감염목 그룹의 시기별 분광반사율 그래프를 비교하였다. 실험 대상 목인 해송의 시기별 표준 라이브러리가 구축되어 있지 않기 때문에 파장대역별로 시기에 따른 감염목 그룹과 비감염목 그룹간의 반사율 변화가 통계적으로도 유의한 의미를 가지는지 알아보기 위하여 독립표본 t-검정을 실시하였다. 통계학적 유의수준(p)은 0.
이론/모형
특히 중적외선 파장대의 경우 대기 중의 수분 상태와 관계가 크기 때문에 습하거나 구름이 많을 때, 바람이 많이 불 때 촬영을 하면 noise가 많이 발생하게 된다(Field Spectroscopy Facility, 2005). 따라서 본 연구에서는 발생한 noise를 임의적으로 제거한 후(주변 값과 비교하여 갑자기 발생되는 큰 값과 작은 값 제거) cubic spline interpolation 방법을 이용하여 제거된 부분의 자료를 보간 하였다.
성능/효과
본 연구에서는 소나무재선충병 감염목과 비감염목의 분광반사율을 주기적으로 측정하여 감염목의 분광반사 특성을 구명하고자 하였다. 그 결과, 대부분의 감염목들은 재선충 주입 후 2개월 이내에 적색(600 nm~700 nm) 그리고 중적외선(1,400 nm~1,500 nm) 파장대역에서 분광반사값의 변화를 보였으나, 비감염목들의 분광반사값은 어느 파장대에서도 특별한 변화가 나타나지 않았다. 시기별로 소나무재선충병 감염목과 비감염목간 분광사율 변화 차이를 통계적으로 검증해본 결과, 근적외선 파장대역에서는 통계적으로 유의한 차이가 나타나지 않았으나(p>0.
05). 그 중 적색 파장대역과 중적외선 파장대역에서 분광반사율의 차이가 다른 파장대역(청색, 녹색)보다 빠르게 관측(8월 20일 이후)되었다. 즉, 소나무재선충병에 감염된 소나무를 조기에 탐지하기 위해서는 적색과 중적외선 파장대역이 가장 적합하다고 판단되었다.
그 중 적색 파장대역과 중적외선 파장대역에서 분광반사율의 차이가 다른 파장대역(청색, 녹색)보다 빠르게 관측(8월 20일 이후)되었다. 즉, 소나무재선충병에 감염된 소나무를 조기에 탐지하기 위해서는 적색과 중적외선 파장대역이 가장 적합하다고 판단되었다.
질의응답
핵심어
질문
논문에서 추출한 답변
재선충병 감염목을 조기 검출하는 것이 중요한 이유는?
, 2011). 재선충병에 의한 병해는 일단 감염이 되면 그 치료방법이 소나무를 벌채하여 훈증, 파쇄 및 소각하는 방법 이외에는 거의 없기 때문에(Shin, 2008; Kim et al., 2011) 감염목을 조기 검출하여 그 피해가 주변 임목 및 임분에 확산되지 않도록 하는 것이 최선책이라 할 수 있다(Kim and Kim, 2008).
재선충병이 한 그루만 감염되는 것이 아니라 소나무 임분 내에서 다발적으로 발생하는 이유는?
, 2011; Shin, 2011; Korea Forest Service, 2011). 재선충병 병해는 숙주인 솔수염하늘소의 출현지역 및 행동반경에 따라 발생하기 때문에 소나무 임목 한 그루만 감염되는 것이 아니고, 소나무 임분 내에서 다발적으로 병해가 발현된다. 하지만 산림이라는 지형적 특성상 관찰자의 접근 쉽지 않기 때문에 현장 조사에 의한 감염목을 검출하는 것은 현실적으로 매우 어렵다(Kim and Kim, 2008; Kim et al.
소나무재선충병 감염목의 분광반사 특성은 비감염목과 어떤 차이가 있는가?
본 연구에서는 소나무재선충병 감염목과 비감염목의 분광반사율을 주기적으로 측정하여 감염목의 분광반사 특성을 구명하고자 하였다. 그 결과, 대부분의 감염목들은 재선충 주입 후 2개월 이내에 적색(600 nm~700 nm) 그리고 중적외선(1,400 nm~1,500 nm) 파장대역에서 분광반사값의 변화를 보였으나, 비감염목들의 분광반사값은 어느 파장대에서도 특별한 변화가 나타나지 않았다. 시기별로 소나무재선충병 감염목과 비감염목간 분광사율 변화 차이를 통계적으로 검증해본 결과, 근적외선 파장대역에서는 통계적으로 유의한 차이가 나타나지 않았으나(p>0.
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