[논문]온도에 따른 난지형 마늘 출현 모형

문경환; 최경산; 손인창; 송은영; 오순자

doi:10.5532/kjafm.2014.16.4.343

온도에 따른 난지형 마늘 출현 모형
A Simple Emergence Model of Southern Type Garlic Based on Temperature 원문보기

한국농림기상학회지 = Korean Journal of Agricultural and Forest Meteorology, v.16 no.4, 2014년, pp.343 - 348

문경환 (국립원예특작과학원 온난화대응농업연구센터) , 최경산 (국립원예특작과학원 온난화대응농업연구센터) , 손인창 (국립원예특작과학원 온난화대응농업연구센터) , 송은영 (국립원예특작과학원 온난화대응농업연구센터) , 오순자 (국립원예특작과학원 온난화대응농업연구센터)

초록
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일 평균기온을 이용하여 난지형 마늘의 출현시기와 출현율을 일별로 예측하는 동적 모형을 개발하였다. 난지형 마늘은 최적온도인 $12.7^{\circ}C$보다 증가하면서 출현율과 출현속도가 감소하였다. 일 평균기온을 입력하여 난지형 마늘의 일별 출현속도를 예측할 수 있는 베타함수와, 출현속도를 누적하여 마늘 출현율의 변화를 예측하는 비선형 모형을 개발하였다. 개발된 모형으로 생장상의 실험결과를 잘 설명할 수 있었다. 모형을 재배기간 온도조건이 다른 온도구배터널에 적용해본 결과 온도구배터널 재배 마늘의 출현시기와 출현율을 비교적 잘 예측할 수 있었다. 그러나 노지 포장에서는 모형에서는 출현시기가 실제 관측된 것보다 5일 정도 빠를 것으로 예측되어 토양수분 등 온도이외의 다른 요인을 반영할 수 있도록 모형의 개선이 필요하였다.

Abstract ▼ AI-Helper

We developed a simple model to predict emergence time and emergence rate of southern type garlic using the daily mean temperature. Emergence rate of garlic was decreased and emergence time was delayed on higher temperature than optimum temperature of $12.7^{\circ}C$. In the model, firstly daily emergence rate was calculated using a beta function to input daily mean temperature, then the percentage of garlic emergence was calculated using a nonlinear model with accumulated emergence rate. The model was good to describe the experimental data of growth cabinet. Also it can explain well the experimental data using temperature gradient tunnel, designed for verification of model performance. But there are 5 days of deviation between estimated and measured time of garlic emergence on the field experiment. More research is needed to develop an advanced model considering other factors, such as soil moisture.

주제어

AI 본문요약
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문제 정의

온도구배터널에서 마늘을 재배하며 출현모형을 검증하고자 하였다. 온도구배터널은 투명한 불소필름으로 피복된 긴 터널 모양의 하우스로 외부와 입구가 폐쇄된 터널 가장 내부 시험구의 온도차가 24시간 일정하게 편차를 유지할 수 있는 시설이다(Fig.
이 연구에서는 앞으로 기후변화가 진행되었을 때 기온 상승이 마늘 출현율에 미치는 영향을 예측하기 위해서 우리나라에서 많이 재배되고 있는 난지형 마늘을 대상으로 온도가 마늘의 출현에 대한 영향을 정량적으로 분석하고, 이를 바탕으로 파종 후 일수에 따른 마늘 출현율을 예측하는 모형을 개발하고, 이 모형이 포장조건에서 적용할 수 있을 지를 검토하고자 수행하였다.

가설 설정

또 이 함수를 활용하기 위해서는 출현이 가능한 최저온도, 최고온도에 대하여 사전에 정보가 있어야 한다. 여기서는 논문 등을 참고하여 난지형 마늘이 출현이 가능한 최저온도를 4℃, 최고온도를 37℃로 가정하여 최적함수를 구하였다(Hwang and Lee, 1990). 난지형 마늘이 출현하기 위한 최적의 온도는 12.

제안 방법

검증을 위해서 3개 시험구의 일 평균기온 자료를 이용하여 마늘 출현율을 예측하였고, 조사된 값과 비교하였다. 동일한 시기에 외부 포장에도 마늘을 파종하여 출현율을 조사하였다.
여기서, y는 출현율 (%), x는 소요일수 (일), 계수 a는 50% 출현 소요일수, b는 계수이다. 또 각 온도 조건에서 50% 출현했을 때까지 소요된 일수의 역수를 구하여 출현속도로 간주하였다. 따라서 매일의 출현속도를 누적하여 합이 1이 되면 전체의 50%가 발아된 기간이 된다.
(1995)이 제안한 비선형함수를 적용하였다. 또 온도별 발아속도를 누적한 값과 상대발아율의 발아에 대한 온도의 효과를 정규화하기 위하여 실험자료를 이용하여 곡선 맞춤법으로 최적함수를 구하였다.
마늘 인편을 처리한 생육상의 온도는 ±0.5℃ 범위에서 조절이 되었고 마늘의 새 잎이 0.5cm 이상일 경우를 출현이 되었다고 판단하였고, 조사는 파종 후부터 매일 조사하였다.
이 실험에서는 개방된 입구로부터 저온구, 중온구, 고온구로 구분하여 마늘을 재배하며 출현율을 조사하였다. 마늘 파종 후 17일이 경과된 후부터 저온부와 고온부의 일평균기온이 3.5~5.0℃의 편차를 유지하면서 마늘을 재배하였다. 조사는 마늘이 출현되기 시작하면서부터 매일 조사하는 것을 기준으로 17회 시행하였다.
마늘의 출현 속도를 계산하기 위해서 조사시점의 출현된 개체수를 최종 출현 개체수로 나누어 상대 출현율을 계산하였다. 이 때 마늘의 출현율은 단순하게 누적정규분포를 따른다고 가정하지 않고 실험 자료를 이용하여 곡선 맞춤법(curve fitting)으로 적합한 S자형 함수를 선택하였다.
온도에 따른 난지형 마늘의 출현율을 조사하기 위하여 생육상을 이용한 실험을 수행하였다. 생육상의 온도를 10, 15, 20, 25, 30℃의 5수준 항온 처리로 유지시키면서 24공 육묘상 2개에 마늘 인편을 1개씩 파종하고 출현율을 조사하였다. 마늘은 7월에 수확하여 저장기간 동안 휴면이 완료되었다고 판단되는 시점인 이듬해 1월부터 시험을 개시하였다.
온도에 따른 난지형 마늘의 출현율을 조사하기 위하여 생육상을 이용한 실험을 수행하였다. 생육상의 온도를 10, 15, 20, 25, 30℃의 5수준 항온 처리로 유지시키면서 24공 육묘상 2개에 마늘 인편을 1개씩 파종하고 출현율을 조사하였다.
4이다. 온도처리가 다른 5개의 실험자료를 모두 이용하여 정규화된 출현속도로부터 출현율을 구할 수 있는 비선형함수를 다음과 같은 도출하였다.
1). 이 실험에서는 개방된 입구로부터 저온구, 중온구, 고온구로 구분하여 마늘을 재배하며 출현율을 조사하였다. 마늘 파종 후 17일이 경과된 후부터 저온부와 고온부의 일평균기온이 3.
이 연구에서 제안된 마늘 출현모형은 일 평균기온 자료를 이용하여 비교적 쉽게 난지형 마늘의 출현시기와 출현율의 변화를 예측할 수 있는 모형이다. 앞으로 기후변화에 따라 우리나라는 기온이 증가하고 강수형태로 바뀔 것으로 예상되고 있다(Kwon, 2005).
일 평균기온을 이용하여 난지형 마늘의 출현시기와 출현율을 일별로 예측하는 동적 모형을 개발하였다. 난지형 마늘은 최적온도인 12.
7℃보다 증가하면서 출현율과 출현속도가 감소하였다. 일 평균기온을 입력하여 난지형 마늘의 일별 출현속도를 예측할 수 있는 베타함수와, 출현속도를 누적하여 마늘 출현율의 변화를 예측하는 비선형 모형을 개발하였다. 개발된 모형으로 생장상의 실험결과를 잘 설명할 수 있었다.
0℃의 편차를 유지하면서 마늘을 재배하였다. 조사는 마늘이 출현되기 시작하면서부터 매일 조사하는 것을 기준으로 17회 시행하였다. 검증을 위해서 3개 시험구의 일 평균기온 자료를 이용하여 마늘 출현율을 예측하였고, 조사된 값과 비교하였다.

데이터처리

조사는 마늘이 출현되기 시작하면서부터 매일 조사하는 것을 기준으로 17회 시행하였다. 검증을 위해서 3개 시험구의 일 평균기온 자료를 이용하여 마늘 출현율을 예측하였고, 조사된 값과 비교하였다. 동일한 시기에 외부 포장에도 마늘을 파종하여 출현율을 조사하였다.

이론/모형

온도에 따른 출현속도 함수는 Yin et al.(1995)이 제안한 비선형함수를 적용하였다. 또 온도별 발아속도를 누적한 값과 상대발아율의 발아에 대한 온도의 효과를 정규화하기 위하여 실험자료를 이용하여 곡선 맞춤법으로 최적함수를 구하였다.
마늘의 출현 속도를 계산하기 위해서 조사시점의 출현된 개체수를 최종 출현 개체수로 나누어 상대 출현율을 계산하였다. 이 때 마늘의 출현율은 단순하게 누적정규분포를 따른다고 가정하지 않고 실험 자료를 이용하여 곡선 맞춤법(curve fitting)으로 적합한 S자형 함수를 선택하였다. 온도에 따른 출현속도 함수는 Yin et al.

성능/효과

일 평균기온을 입력하여 난지형 마늘의 일별 출현속도를 예측할 수 있는 베타함수와, 출현속도를 누적하여 마늘 출현율의 변화를 예측하는 비선형 모형을 개발하였다. 개발된 모형으로 생장상의 실험결과를 잘 설명할 수 있었다. 모형을 재배 기간 온도조건이 다른 온도구배터널에 적용해본 결과 온도구배터널 재배 마늘의 출현시기와 출현율을 비교적 잘 예측할 수 있었다.
개발된 모형으로 생장상의 실험결과를 잘 설명할 수 있었다. 모형을 재배 기간 온도조건이 다른 온도구배터널에 적용해본 결과 온도구배터널 재배 마늘의 출현시기와 출현율을 비교적 잘 예측할 수 있었다. 그러나 노지 포장에서는 모형에서는 출현시기가 실제 관측된 것보다 5일 정도 빠를 것으로 예측되어 토양수분 등 온도이외의 다른 요인을 반영할 수 있도록 모형의 개선이 필요하였다.
생육상 실험결과 난지형 마늘은 저온에서 고온으로 갈수록 출현율이 저조하고 속도도 늦어지는 것으로 나타났다. 마늘은 10℃의 최종 출현율을 100%로 하면 15℃는 93.
이상의 결과로부터 난지형 마늘의 일별 출현율을 계산하는 모형식을 도출할 수 있다. 일별 출현율을 구하기 위해서 먼저 일 평균기온자료로부터 식 (2)를 이용하여 온도에 따른 일별 출현속도를 구한다.
6일이었고 30℃에서 가장 오랜 29일이었다. 즉 10~15℃의 처리구에서 마늘이 가장 많이 또 빠르게 출현되었고, 온도가 높아질수록 출현은 점차 어려워졌다(Fig. 2). 온도조건별 상대 발아율로부터 50% 출혈소요일수와 출현속도를 Table 1에 나타내었다.
여기서, y는 출현율, x는 온도별 출현속도의 누적값으로 정규화된 출현속도, a와 b는 계수이다. 측정자료 전체를 모아 위의 비선형식으로 곡선 맞춤법을 적용했을 때 계수 a는 1.1759, b는 2.6034이었고, 결정계수는 0.9539로 위 모형으로 전체 자료를 잘 설명할 수 있었다.

후속연구

제안된 모형은 최소한 기온이 상승했을 때 난지형 마늘의 출현시기와 출현율의 변화를 예측해 보는데 유용하게 활용될 수 있을 것이다. 앞으로 강수형태까지 고려한 영향평가를 위해서는 수분스트레스까지 고려된 마늘 출현모형의 개발이 필요하다고 하겠다.
이것은 지금까지 마늘의 파종 적기를 과거의 기후자료를 바탕으로 결정하였지만 앞으로 기후변화에 의해 관행에 따른 영농관리가 문제를 일으킬 수도 있음을 암시하고 있다. 이렇게 기후변화로 작물 재배가 어려워질 경우, 앞으로는 과거 관행적인 마늘 재배기술을 그대로 적용하기 보다는 작물이 생육하는 것을 사전에 예측하거나 실시간으로 파악하여 적절할 기술을 구사하는 것도 유력한 기후변화 대응책이 될 수 있을 것이다.
앞으로 기후변화에 따라 우리나라는 기온이 증가하고 강수형태로 바뀔 것으로 예상되고 있다(Kwon, 2005). 제안된 모형은 최소한 기온이 상승했을 때 난지형 마늘의 출현시기와 출현율의 변화를 예측해 보는데 유용하게 활용될 수 있을 것이다. 앞으로 강수형태까지 고려한 영향평가를 위해서는 수분스트레스까지 고려된 마늘 출현모형의 개발이 필요하다고 하겠다.

질의응답

핵심어	질문	논문에서 추출한 답변
	마늘을 인편이나 주아를 이용한 영양번식을 하는 이유는 무엇인가?	상업적으로 재배되는 마늘(Allium sativum L.)은 꽃은 피지만 감수분열 시 이상으로 종자가 맺히지 않기 때문에 인편(마늘쪽)이나 주아를 이용한 영양번식을 한다(Kamenetsky et al., 2004).
	마늘 인편을 이용한 재배방법에서 마늘 인편을 가을철에 파종하여 발근 후 노지에서 월동을 시키는 이유는 무엇인가?	, 2009). 마늘 인편을 가을철에 파종하여 발근 후 노지에서 월동을 시키는데 이는 마늘의 분구와 인편형성에 저온요구도를 충족시킬 필요가 있기 때문이다(Bandara et al., 2000).
	고온인 20oC 보다 저온인 5oC 또는 15oC에서4~6주 저장한 후 파종했을 때 엽초의 출현이 빨라지는 이유는 무엇인가?	반면 고온인 20oC 보다 저온인 5oC 또는 15oC에서4~6주 저장한 후 파종했을 때 엽초의 출현이 빨라졌다. 이는 수확기의 마늘은 이미 휴면 상태에 있고, 마늘 구의 휴면을 해제하기 위해서는 저온처리나 장기간의 보관 시간이 필요하기 때문이다. 수확 직후 휴면 때문에 쉽게 발아하지 않는 현상은, 휴면해제를 위한 휴면 기간이나 적온 범위는 다르지만, 양파나 감자 같은 식물에서도 유사하게 나타난다고 오래 전부터 알려져 있다(Mann and Lewis, 1956).

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표제어: PCR

동의어: Packet Collision Rate

용어 설명 출처 목록 (6)

용어 설명: PCR은 세균 특이성이 있는 primer를 이용하여 적은 수의 세균이 있을지라도 쉽게 검출할 수 있는 유용한 방법이며, 이를 이용하여 구강 내 치면세균막이나 타액에서 직접 세균을 검출할 수 있게 되었다[8].

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