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문제 정의
- (1995)에 의해 배추수량의 통계적인 예측모형이 작성되었고, 배추 병 진전도에 관한 연구가 수행된 정도로서(Ahn and Hahm, 1994), 현재까지 배추의 생장모형 작성에 관한 연구는 보고된 바 없다. 본 연구는 여름배추의 수급에 절대적으로 중요한 고랭지배추의 생장과 수량을 예측할 수 있는 방법을 찾기 위해 수행하였다. 먼저 생장 및 수량예측모델 작성을 위한 이론식을 설정하고 모형식의 최적변수 도출실험을 수행하였으며 모형식의 계산결과를 실측치에 의해 검증하였다.
제안 방법
- 육묘는 15~20일간 200공 플러그육묘하였고 본포에서의 재식거리는 65 × 35 cm로 하였다. 10a당 시비량은 N: 32kg, P2O5: 8kg, K2O: 20kg을 기비 및 분할시비 하였고, 퇴비 2,000kg과 붕사 1.5kg을 전량기비로 시용하여 노지재배 하였다. 생육상황은 출아 후부터 수확 시까지 생체중, 건물중 및 엽면적 등을 1~2주 간격으로 매회 구당 생육이 균일한 10주씩 조사하였다.
- 감자 등 많은 작물에서 유효적산온도 계산 시 0℃를 생장개시온도로 하였을 때 실용성이 가장 높은 것으로 보고되어(Jefferies, 1992; Kim and Yun, 2008), 본 연구에서도 고랭지배추의 생장개시온도를 0℃로 하여 PHU를 계산하였다. Fig.
- 잎, 줄기 등 부위별로 나누고 외엽 청색부분(source)과 내엽(sink)으로 구분하여 조사하였으며, 엽면적은 청엽부분만 가위로 도려내어 측정하였다. 그리고 엽면적은 엽면적측정기(Meiwa AMB)로 측정하였고, 건물중은 건조기(Yamato SG62)로 처음 1시간은 100℃에서 생리반응을 정지시키고 그 후에는 2~3일 80℃에서 건조시켜 측정하였다. 시험구 배치는 품종별 난괴법 3반복으로 하였다.
- 따라서 본 연구에서도 0℃를 생장개시온도로 하고 그 이상의 매일 평균기온을 적산한 유효적산온도(PHU)를 독립변수로 하는 모형식을 작성하였다.
- 특히 배추는 전형적인 엽채류로 생장예측을 위해서는 엽면적의 경시변화를 추정하는 일이 중요하다. 따라서 우선적으로 배추의 엽면적 예측식을 작성하고, 다음으로 배추의 수량형성에 중요한 구성요소인 생체중의 변화와 엽면적의 관계를 설명할 수 있는 예측식을 작성하여 이 둘을 결합함으로써 예측모형을 완성하였다.
- 본 연구는 여름배추의 수급에 절대적으로 중요한 고랭지배추의 생장과 수량을 예측할 수 있는 방법을 찾기 위해 수행하였다. 먼저 생장 및 수량예측모델 작성을 위한 이론식을 설정하고 모형식의 최적변수 도출실험을 수행하였으며 모형식의 계산결과를 실측치에 의해 검증하였다.
- 5kg을 전량기비로 시용하여 노지재배 하였다. 생육상황은 출아 후부터 수확 시까지 생체중, 건물중 및 엽면적 등을 1~2주 간격으로 매회 구당 생육이 균일한 10주씩 조사하였다. 잎, 줄기 등 부위별로 나누고 외엽 청색부분(source)과 내엽(sink)으로 구분하여 조사하였으며, 엽면적은 청엽부분만 가위로 도려내어 측정하였다.
- 수량예측모형 작성시 최종적으로 기상자료를 예측식에 적용하여 계산된 추정량과 실제 포장에서 재배된 수량을 비교하여 모형식의 정확도를 검증하게 되는데(Johnson et al., 1988), 본 연구에서는 모형의 성능검증을 위해 평창, 정선, 강릉 지역의 농가포장 및 시험재배 포장 가운데 다수 지점(2003년 33지점, 2004년 16지점, 2005년 1지점, 2006년 2지점)으로부터 식물체 시료를 지점 당 3~5반복 채취하여서 비교하였다(Table 1). 해당 조사지점은 해발고도가 400m이하로부터 1,100m지점까지 평난지, 준고랭지, 고랭지에 고루 분포하도록 선정하였으며, 파종일로부터 1~2주 간격으로 채취된 시료의 생체중, 건물중, 엽면적 등을 측정하였다.
- 이론식 (1)의 시간변수 t 대신에 들어갈 적절한 기상변수를 선발하기 위하여 배추생장에 영향을 미칠 것으로 추정되는 여러 기상요인을 대상으로 통계처리를 실시하였다. 파종 이후 전 생육기간의 기상요소별 관측값의 평균 혹은 적산값을 독립변수로 두고 생육조사에 의해 얻어진 건물중, 생체중, 엽면적을 종속변수로 둔 회귀분석을 통해 최적 기상요소를 선정하였다.
- 생육상황은 출아 후부터 수확 시까지 생체중, 건물중 및 엽면적 등을 1~2주 간격으로 매회 구당 생육이 균일한 10주씩 조사하였다. 잎, 줄기 등 부위별로 나누고 외엽 청색부분(source)과 내엽(sink)으로 구분하여 조사하였으며, 엽면적은 청엽부분만 가위로 도려내어 측정하였다. 그리고 엽면적은 엽면적측정기(Meiwa AMB)로 측정하였고, 건물중은 건조기(Yamato SG62)로 처음 1시간은 100℃에서 생리반응을 정지시키고 그 후에는 2~3일 80℃에서 건조시켜 측정하였다.
- 매개변수 PHU의 적합성을 검정하고 형태계수의 값을 추정하기 위해서는 생장곡선의 직선화가 필수적이다(Berger, 1981; Vanderplank, 1963). 즉 sigmoid 형태를 나타내는 생장곡선을 변환함수에 의하여 1차함수로 변환시켜 상관계수를 비교함으로써 적합성을 검정할 수 있고, 함수의 기울기와 절편을 계산함으로써 형태계수의 값을 추정할수 있게 된다. 식 (3)을 직선화하기 위해서 자연대수를 취하여 로지스틱(logistic) 변환함수 형태로 바꾸면 다음과 같다.
- 이론식 (1)의 시간변수 t 대신에 들어갈 적절한 기상변수를 선발하기 위하여 배추생장에 영향을 미칠 것으로 추정되는 여러 기상요인을 대상으로 통계처리를 실시하였다. 파종 이후 전 생육기간의 기상요소별 관측값의 평균 혹은 적산값을 독립변수로 두고 생육조사에 의해 얻어진 건물중, 생체중, 엽면적을 종속변수로 둔 회귀분석을 통해 최적 기상요소를 선정하였다. 기상자료는 인근 대관령기상관측소로부터 수집하였는데(1997-1998) 독립변수는 전 생육기간(6월~8월) 기온의 평균, 일최고기온의 평균, 일최저기온의 평균, 적산일사량, 상대습도의 평균, 적산강수량 등이었다.
- , 1988), 본 연구에서는 모형의 성능검증을 위해 평창, 정선, 강릉 지역의 농가포장 및 시험재배 포장 가운데 다수 지점(2003년 33지점, 2004년 16지점, 2005년 1지점, 2006년 2지점)으로부터 식물체 시료를 지점 당 3~5반복 채취하여서 비교하였다(Table 1). 해당 조사지점은 해발고도가 400m이하로부터 1,100m지점까지 평난지, 준고랭지, 고랭지에 고루 분포하도록 선정하였으며, 파종일로부터 1~2주 간격으로 채취된 시료의 생체중, 건물중, 엽면적 등을 측정하였다. 해당기간(2003-2006)의 기상자료는 인근 대관령기상관측소로부터 수집하였다.
대상 데이터
- 1997년부터 1998년까지 파종기를 달리하여 대관령 고랭지에서 재배한 배추의 생육단계별 소요일수, 생체중과 엽면적 생장정도를 나타낸 것이 Table 2, Fig. 1이다. 고랭지여름배추의 생육단계별 소요기간은 연차간 혹은 파종기에 따라서 차이가 심하였는데, 파종 후부터 결구개시기 까지의 소요기간은 49~59일인 반면, 결구기부터 수확기까지의 소요기간은 76~94일로 더 길었다(Table 2).
- 파종 이후 전 생육기간의 기상요소별 관측값의 평균 혹은 적산값을 독립변수로 두고 생육조사에 의해 얻어진 건물중, 생체중, 엽면적을 종속변수로 둔 회귀분석을 통해 최적 기상요소를 선정하였다. 기상자료는 인근 대관령기상관측소로부터 수집하였는데(1997-1998) 독립변수는 전 생육기간(6월~8월) 기온의 평균, 일최고기온의 평균, 일최저기온의 평균, 적산일사량, 상대습도의 평균, 적산강수량 등이었다. 최적변수 확인을 위해 SAS의 변량증감법(stepwise method)을 이용하였으며(Lee et al.
- 식 (1)을 고랭지여름배추 엽생장 예측용으로 바꾸기 위해 강원도 강릉시와 평창군의 경계인 대관령 인근 고랭지에 시험포장(해발 800m)을 설치하고, 이 지역의 주품종인 ‘고랭지여름배추’를 공시하여 1997년부터 1998년까지 2년에 걸쳐 파종기를 달리한 실험을 수행하였다(Table 1).
- 육묘는 15~20일간 200공 플러그육묘하였고 본포에서의 재식거리는 65 × 35 cm로 하였다.
- 해당 조사지점은 해발고도가 400m이하로부터 1,100m지점까지 평난지, 준고랭지, 고랭지에 고루 분포하도록 선정하였으며, 파종일로부터 1~2주 간격으로 채취된 시료의 생체중, 건물중, 엽면적 등을 측정하였다. 해당기간(2003-2006)의 기상자료는 인근 대관령기상관측소로부터 수집하였다.
이론/모형
- 그리고 엽면적은 엽면적측정기(Meiwa AMB)로 측정하였고, 건물중은 건조기(Yamato SG62)로 처음 1시간은 100℃에서 생리반응을 정지시키고 그 후에는 2~3일 80℃에서 건조시켜 측정하였다. 시험구 배치는 품종별 난괴법 3반복으로 하였다.
- 기상자료는 인근 대관령기상관측소로부터 수집하였는데(1997-1998) 독립변수는 전 생육기간(6월~8월) 기온의 평균, 일최고기온의 평균, 일최저기온의 평균, 적산일사량, 상대습도의 평균, 적산강수량 등이었다. 최적변수 확인을 위해 SAS의 변량증감법(stepwise method)을 이용하였으며(Lee et al., 1991), 여기서 선발된 최적변수를 적절한 생물기상학적 매개변수로 변환하여 이론식 (1)의 시간변수를 대치함으로써 고랭지배추 맞춤모형을 작성하였다.
성능/효과
- 73으로 다른 기상요소에 비해 가장 높았다(Table 3). 결론적으로 고랭지여름배추의 생장, 그 중에서도 엽면적의 증가에 영향을 크게 미치는 변수는 온도조건으로, 예측모형 작성 시 온도조건이 설명변수로 가장 적합한 것으로 판명되었다. 반면, 적산일사량은 예상과 달리 고랭지배추의 건물중과 큰 관련이 없었으며, 엽면적지수나 생체중과의 연관 또한 기온, 습도 등 다른 기상요소에 비해서 관련성이 적은 것으로 나타났다.
- 결론적으로 고랭지여름배추의 생장, 그 중에서도 엽면적의 증가에 영향을 크게 미치는 변수는 온도조건으로, 예측모형 작성 시 온도조건이 설명변수로 가장 적합한 것으로 판명되었다. 반면, 적산일사량은 예상과 달리 고랭지배추의 건물중과 큰 관련이 없었으며, 엽면적지수나 생체중과의 연관 또한 기온, 습도 등 다른 기상요소에 비해서 관련성이 적은 것으로 나타났다.
- 생육조사자료를 분석한 결과 엽면적과 생체중 간에는 로지스틱 함수관계가 인정되었다(식 6). 반응변수의 상한치, 즉 배추 생체중 최고치를 고랭지 여름배추의 연차간 통계자료(Ahn et al., 1995)에 보고되어 있는 3,500g으로 두고, 엽면적 변화에 따른 배추 생체중의 변화를 이 함수로 표현하였을때, 고랭지여름배추의 생체중 변화를 잘 모사하는 것을 확인 할 수 있었다(Fig. 4).
- 시간경과에 따른 배추의 엽면적지수, 건물중, 생체중 등의 증가속도에 영향을 미칠 수 있는 기상요소를 평가하였을 때, 최고기온, 상대습도, 평균기온이 그 유의성이 인정되었다. 그 가운데 최고기온에 의한 엽면적지수 추정에서 Mallows Cp값(Mallows, 1973)이 parameter의 개수에 접근하였으며, 결정계수는 0.
- 작성된 배추 생체중 예측모형인 식 (6)을 2003년부터 2006년까지 기상자료을 적용하여 예상 생체중을 추정하고, 검증용 포장에서 얻은 생체중의 실측치와 비교한 결과, 연도에 따라 결정계수 0.887~0.94 범위의 값을 나타내어, 생육정도의 모의가 비교적 실측값에 유사하게 추정되었음을 확인할 수 있었다(Fig. 5).
- 배추의 엽중은 초기에는 광합성이 가능한 청엽부의 생체중이 대부분을 이루고 있으나, 50~60일 이후부터는 결구내엽의 무게가 급증하여 80~90일경에 정점을 보였다. 정식 후 경과일수에 따른 엽면적의 변화는 생육초기에 완만한 증가를 보이다가 파종 후 40일경 엽면적지수 값인 0.5 정도를 지난 후부터 생장속도가 빨라져 60일 이후 급격히 증가되며, 파종 후 80일경에 엽면적지수 값이 5정도에서 정점(peak)을 보인 후 감소하는 추세를 보였다. 이러한 시그노이드(sigmoid) 형태의 엽생장패턴은 본 연구상 다른 모든 연도 및 파종기에서 비슷한 경향을 나타내었다(Fig.
후속연구
- 특수한 환경조건을 최대한 활용하여 농업활동이 이루어지는 고랭지에서는 기상요소 외에 각종 병해충의 발생 가능성 또한 상존하고 있으며, 무리한 환경조건 하에서 재배가 이루어지다보니 이에 따른 각종 병해 및 장해가 빈발한다. 금후 주요 병해충, 이상장해 등과 관련된 sub-model 들이 추가로 개발되어 본 모델과 연동되면 실제의 배추 수량성 및 상품성을 보다 정확하게 예측할 수 있을 것으로 기대된다. 아울러 본 연구결과는 고랭지배추의 동적인 생장모의 보다는 지역별 재배적지, 적기 판정 등 배추 생산성과 관련하여 통계적인 자료생산에 유익하게 이용될 수 있을 것이다.
- 또한 고랭지배추는 수요와 공급에 대한 가격반응이 매우 민감한 작목으로 날씨에 따른 작황변동은 가격 등락폭과 밀접한 관련이 있어 농민들의 생계에 영향을 크게 미칠 수 있다. 따라서 경과기상은 물론 예측된 기상조건에 따라 배추의 생장반응을 정량적으로 추정할 수 있다면 수급정책 입안과 재배농가 소득안정에 큰 도움이 될 수 있을 것이다.
- 금후 주요 병해충, 이상장해 등과 관련된 sub-model 들이 추가로 개발되어 본 모델과 연동되면 실제의 배추 수량성 및 상품성을 보다 정확하게 예측할 수 있을 것으로 기대된다. 아울러 본 연구결과는 고랭지배추의 동적인 생장모의 보다는 지역별 재배적지, 적기 판정 등 배추 생산성과 관련하여 통계적인 자료생산에 유익하게 이용될 수 있을 것이다.
- 이러한 현상은 모형작성의 초기단계에서 흔히 나타나는 현상으로, 추정된 parameter의 적합성 외에 모형을 단순화하기 위해 세부요인을 고려하지 못한 한계성이 문제점으로 작용한 것으로 판단된다. 향후 parameter의 검증, 변환 등 모형의 개선연구를 통하여 수정 및 보완이 필요하며, 신뢰도 향상에 기여할 수 있을 것으로 기대된다.
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