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문제 정의
- 따라서 본 연구에서는 엽장, 엽폭, 엽병장과 SPAD 값등의 비 파괴적 생육 진단 지표를 이용하여 어윈 망고의 엽면적, 엽생체중과 엽건물중을 추정하는 모델을 확립하는 것을 목적으로 하였다.
- 엽면적, 엽생체중과 엽건물중은 생육을 진단할 수 있는 지표이며, 이를 비파괴적으로 추정할 수 있는 모델 확립이 필요하다. 본 연구의 목표는 어윈 망고(Mangifera indica L. cv. Irwin)의 엽장, 엽폭, 엽병장,SPAD 값 등의 비 파괴적 생육지표를 이용하여 엽면적, 엽생체중과 엽건물중을 추정하는 모델을 확립하는 것이다. 6년생 어윈 망고의 성엽에 대하여 엽장, 엽폭, 엽병장과 SPAD 값을 측정하였으며, 이에 따른 엽면적, 엽생체중과 엽건물중을 측정하였다.
제안 방법
- 127매의 어윈 망고 잎에 대하여 엽장과 엽폭의 측정값과 엽면적, 엽생체중과 엽건물중 측정값과의 관계를 3차원 그래프를 작성하였다(Fig. 2). 엽장과 엽폭이 증가함에 따라 엽면적은 선형적으로 증가하였고, 엽생체중과 엽건물중도 선형적으로 증가하였다.
- 마지막으로 엽건물중을 표현하는 모델 중 가장 신뢰도가 높은 Eq. 14를 사용하여 예측된 엽건물중 값과 실제 36개 잎의 엽건물중에 대하여 검증을 실시하였다(Fig. 5). 1:1 선상에서 회귀분석을 실시한 결과 R2 값은 0.
- 엽생체중을 표현하는 모델 중 가장 신뢰도가 높은 Eq. 14를 사용하여 예측된 엽생체중 값과 실제 36개 잎의 엽생체중에 대하여 검증을 실시하였다(Fig. 4). 1:1 선상에서 회귀분석을 실시한 결과 R2 값은 0.
- 어윈망고는 1-2월의 개화기에 수분을 실시하며, 2월 중순 이후 과실이 비대하여 5월경 수확할 수 있도록 재배하였다. 1년에 한 번 정단부에서 새로 자란 가지를 전정하여 3개의 측지가 발생하도록 유도하며, 온실 철골 구조물에 유인줄을 이용하여 가지를 유인하였다.
- Irwin)의 엽장, 엽폭, 엽병장,SPAD 값 등의 비 파괴적 생육지표를 이용하여 엽면적, 엽생체중과 엽건물중을 추정하는 모델을 확립하는 것이다. 6년생 어윈 망고의 성엽에 대하여 엽장, 엽폭, 엽병장과 SPAD 값을 측정하였으며, 이에 따른 엽면적, 엽생체중과 엽건물중을 측정하였다. 기존에 사용되는 모델식 중에서 14종의 모델을 선정하였으며, 회귀분석을 통해 각 모델의 계수를 추정하였다.
- 1). SPAD 값은 엽록소함량 측정기(SPAD-502, Minolta,Japan)를 사용하여 측정하였으며, 각각의 잎에서 무작위로 선정된 10개 위치에 대하여 측정한 값들의 평균을 사용하였다.
- 앞서 측정한 생육 진단 지표들을 이용하여 추정할 대상인 엽면적, 엽생체중과 엽건물중을 측정하였다. 엽면적은 LI-COR 사의 LI-3100 엽면적 측정기(LI-COR, Lincoln, NE, USA)을 이용하여 측정하였다.
- 관수는 4-5일에 한번 하루 15분간 30L의 관수를 실시하였다. 어윈망고는 1-2월의 개화기에 수분을 실시하며, 2월 중순 이후 과실이 비대하여 5월경 수확할 수 있도록 재배하였다. 1년에 한 번 정단부에서 새로 자란 가지를 전정하여 3개의 측지가 발생하도록 유도하며, 온실 철골 구조물에 유인줄을 이용하여 가지를 유인하였다.
- 선정한 모델식 14종에 대하여 회귀계수를 결정하고자 SPSS 통계 프로그램(IBM, New York, NY, USA)을 이용하여 회귀분석을 실시하였으며, Sigmaplot(Systat Software, San Jose, CA, USA)을 이용하여 모델의 그래프를 작성하였다. 엽면적, 엽생체중과 엽건물중에 대하여 각각 회귀분석 결과 R2 값이 가장 높게 나타나는 모델을 선정하였으며, R2 값이 같은 경우 평균제곱근오차(RMSE) 값이 낮은 모델을 우선적으로 선정하였다.
- 엽면적, 엽생체중과 엽건물중을 표현하는 모델 중 R2와 RMSE 값을 고려하여 통계적으로 가장 신뢰도가 높은 모델에 대하여 검증 절차를 진행하였다. 모델로 예측한 엽면적, 엽생체중과 엽건물중 값과 회귀분석에 사용되지 않은 36개의 잎의 생육 지표의 실측값을 비교하였다.
- 앞서 측정한 생육 진단 지표들을 이용하여 추정할 대상인 엽면적, 엽생체중과 엽건물중을 측정하였다. 엽면적은 LI-COR 사의 LI-3100 엽면적 측정기(LI-COR, Lincoln, NE, USA)을 이용하여 측정하였다. 엽생체중은 잎을 수확한 직 후 측정하였으며, 엽건물중은 80℃ 오븐에서 7일간 건조한 후 측정하였다.
- 엽면적을 표현하는 모델 중 가장 신뢰도가 높은 Eq.9를 사용하여 예측된 엽면적 값과 실제 36개 잎의 엽면적에 대하여 검증을 실시하였다(Fig 3). 1:1 선상에서 회귀분석을 실시한 결과 R2 값은 0.
- 엽면적은 LI-COR 사의 LI-3100 엽면적 측정기(LI-COR, Lincoln, NE, USA)을 이용하여 측정하였다. 엽생체중은 잎을 수확한 직 후 측정하였으며, 엽건물중은 80℃ 오븐에서 7일간 건조한 후 측정하였다. 추가적으로 생육 진단 지표로 널리 사용되는 엽면적지수(Leaf area index;LAI)를 측정하기 위하여 LAI-2200 엽면적 지수 측정기(LI-COR, Lincoln, NE, USA)를 이용하였다.
- 엽폭은 엽장 측정 방향과 직각을 이루는 방향으로 측정하였으며, 잎의 중간 부분에서 가장 긴 값을 갖는 최대 엽폭 값을 측정하였다. 엽장과 엽폭 값의 비율인 엽형비(=엽장/엽폭)는 마디 수를 기준으로 상단부, 중단부와 하단부 잎에 대해 각각 계산하여 엽 위치별로 생육에 차이가 있는지 확인하였다. 엽병장은 줄기에서 잎이 시작되는 지점까지의 길이를 측정하였다(Fig.
- 추가적으로 잎의 생육 진단 지표로 사용할 수 있을 것이라 판단되는 엽병장을 선정하였다. 엽장은 엽병이 끝나는 지점으로부터 잎의 반대편 끝까지의 길이를 측정하였으며, 휘어진 잎에 대해서는 잎을 평평하게 누른 후 측정하였다. 엽폭은 엽장 측정 방향과 직각을 이루는 방향으로 측정하였으며, 잎의 중간 부분에서 가장 긴 값을 갖는 최대 엽폭 값을 측정하였다.
- 엽장은 엽병이 끝나는 지점으로부터 잎의 반대편 끝까지의 길이를 측정하였으며, 휘어진 잎에 대해서는 잎을 평평하게 누른 후 측정하였다. 엽폭은 엽장 측정 방향과 직각을 이루는 방향으로 측정하였으며, 잎의 중간 부분에서 가장 긴 값을 갖는 최대 엽폭 값을 측정하였다. 엽장과 엽폭 값의 비율인 엽형비(=엽장/엽폭)는 마디 수를 기준으로 상단부, 중단부와 하단부 잎에 대해 각각 계산하여 엽 위치별로 생육에 차이가 있는지 확인하였다.
- 1, 3, 4, 6, 7, 8, 9)의 경우는 그 형태가 간결하여 기존에 널리 사용되고 있는 엽면적 추정 모델식이다. 추가적으로 엽병장을 변수로 포함시키기 위하여 수정된 모델식(Eqs. 5, 10)을 포함시켰다. 또한 SPAD 값을 포함하여 엽생체중과 엽건물중을 표현하는 데 적합한 것으로 알려진 모델식(Eqs.
대상 데이터
- 6년생 어윈 망고 잎의 생육 진단 지표로 기존에 널리 사용되고 있는 엽장, 엽폭과 SPAD 값을 선정하였다. 추가적으로 잎의 생육 진단 지표로 사용할 수 있을 것이라 판단되는 엽병장을 선정하였다.
- 6년생 어윈 망고의 성엽에 대하여 엽장, 엽폭, 엽병장과 SPAD 값을 측정하였으며, 이에 따른 엽면적, 엽생체중과 엽건물중을 측정하였다. 기존에 사용되는 모델식 중에서 14종의 모델을 선정하였으며, 회귀분석을 통해 각 모델의 계수를 추정하였다. 이중에서 높은 R2과 낮은 평균제곱근오차 값을 보이는 세 모델식에 대하여 검증한 결과, R2 값은 각각 0.
- 626oE)의 면적 2,640m2 연동 플라스틱 필름 온실에서 재배하였다. 어윈 망고는 6년생으로 대형 용기(높이 40cm, 지름 80cm)에서 재배하였다. 재배 온실은 폴리에틸렌폼과 부직포가 혼합된 보온커튼이 설치되었으며, 내부 기온은 25-30oC, 습도는 55-60% 정도로 유지되었다.
- 엽면적, 엽생체중과 엽건물중의 추정을 위한 지표를 측정하기 위하여 총 20그루의 어윈 망고 개체에서 무작위로 잎을 선발하였다. 잎의 위치에 따른 차이를 줄이고자 각 마디 별, 방위 별로 무작위로 잎을 선정하였으며, 총 127장의 잎에 대하여 측정을 실시하였다.
- 잎의 위치에 따른 차이를 줄이고자 각 마디 별, 방위 별로 무작위로 잎을 선정하였으며, 총 127장의 잎에 대하여 측정을 실시하였다. 잎은 생육이 충분히 진전된 성엽에 대해서만 측정하였으며, 측정시기에 따른 차이를 줄이고자 1월부터 5월에 걸쳐 잎을 선발하여 실험에 사용하였다.
- 엽면적, 엽생체중과 엽건물중의 추정을 위한 지표를 측정하기 위하여 총 20그루의 어윈 망고 개체에서 무작위로 잎을 선발하였다. 잎의 위치에 따른 차이를 줄이고자 각 마디 별, 방위 별로 무작위로 잎을 선정하였으며, 총 127장의 잎에 대하여 측정을 실시하였다. 잎은 생육이 충분히 진전된 성엽에 대해서만 측정하였으며, 측정시기에 따른 차이를 줄이고자 1월부터 5월에 걸쳐 잎을 선발하여 실험에 사용하였다.
- 6년생 어윈 망고 잎의 생육 진단 지표로 기존에 널리 사용되고 있는 엽장, 엽폭과 SPAD 값을 선정하였다. 추가적으로 잎의 생육 진단 지표로 사용할 수 있을 것이라 판단되는 엽병장을 선정하였다. 엽장은 엽병이 끝나는 지점으로부터 잎의 반대편 끝까지의 길이를 측정하였으며, 휘어진 잎에 대해서는 잎을 평평하게 누른 후 측정하였다.
- 측정 대상인 어윈 망고는 제주특별자치도 서귀포시 안덕면 화순리에 위치한 행복나눔영농조합(33.304oN, 126.626oE)의 면적 2,640m2 연동 플라스틱 필름 온실에서 재배하였다. 어윈 망고는 6년생으로 대형 용기(높이 40cm, 지름 80cm)에서 재배하였다.
데이터처리
- 모델로 예측한 엽면적, 엽생체중과 엽건물중 값과 회귀분석에 사용되지 않은 36개의 잎의 생육 지표의 실측값을 비교하였다. 1:1 선에 대해 회귀분석을 실시하였으며, R2 값을 확인하여 모델의 신뢰도를 검증하였다.
- 와 RMSE 값을 고려하여 통계적으로 가장 신뢰도가 높은 모델에 대하여 검증 절차를 진행하였다. 모델로 예측한 엽면적, 엽생체중과 엽건물중 값과 회귀분석에 사용되지 않은 36개의 잎의 생육 지표의 실측값을 비교하였다. 1:1 선에 대해 회귀분석을 실시하였으며, R2 값을 확인하여 모델의 신뢰도를 검증하였다.
- 선정한 모델식 14종에 대하여 회귀계수를 결정하고자 SPSS 통계 프로그램(IBM, New York, NY, USA)을 이용하여 회귀분석을 실시하였으며, Sigmaplot(Systat Software, San Jose, CA, USA)을 이용하여 모델의 그래프를 작성하였다. 엽면적, 엽생체중과 엽건물중에 대하여 각각 회귀분석 결과 R2 값이 가장 높게 나타나는 모델을 선정하였으며, R2 값이 같은 경우 평균제곱근오차(RMSE) 값이 낮은 모델을 우선적으로 선정하였다.
- 엽건물중과 엽장, 엽폭, 엽병장과 SPAD 값의 관계에 대한 14종의 회귀모델에 대하여 회귀분석을 실시하였다(Table 4). 건물중에 적용된 회귀모델에서 R2 값이 가장 높은 모델식은 Eqs.
- 엽면적과 엽장, 엽폭, 엽병장과 SPAD 값의 관계에 대한 14종의 회귀모델에 대하여 회귀분석을 실시하였다(Table 2). 전체 회귀모델에 대하여 R2 값이 0.
- 엽생체중과 엽장, 엽폭, 엽병장과 SPAD 값의 관계에 대한 14종의 회귀모델에 대하여 회귀분석을 실시하였다(Table 3). 생체중에 적용된 회귀모델에서 R2 값이 가장 높은 모델식은 Eqs.
이론/모형
- Cho 등(2007)이 제시하여 사용중인 기존의 모델식을 포함하여 엽면적, 엽생체중과 엽건물중을 추정하기 위한 회귀모델 14종을 선정하였다(Table 1). 회귀모델은 엽장(L), 엽폭(W)과 SPAD 값(S)을 변수로 하여 선형 결합식으로 표현되어 엽면적, 엽생체중과 엽면적을 추정하기 위한 것이다.
- 5, 10)을 포함시켰다. 또한 SPAD 값을 포함하여 엽생체중과 엽건물중을 표현하는 데 적합한 것으로 알려진 모델식(Eqs. 11, 12,13)을 사용하였으며, 추가적으로 엽병장을 변수로 포함시킨 모델식(Eq. 14)을 사용하였다.
- 엽생체중은 잎을 수확한 직 후 측정하였으며, 엽건물중은 80℃ 오븐에서 7일간 건조한 후 측정하였다. 추가적으로 생육 진단 지표로 널리 사용되는 엽면적지수(Leaf area index;LAI)를 측정하기 위하여 LAI-2200 엽면적 지수 측정기(LI-COR, Lincoln, NE, USA)를 이용하였다.
성능/효과
- 5). 1:1 선상에서 회귀분석을 실시한 결과 R2 값은 0.567로 나타나 엽면적과 엽생체중을 예측하는 모델에 비해 신뢰도가 낮았지만 선형적인 관계를 보임을 확인할 수 있었다.
- 2). 엽장과 엽폭이 증가함에 따라 엽면적은 선형적으로 증가하였고, 엽생체중과 엽건물중도 선형적으로 증가하였다. 127매의 어윈 망고의 엽면적은 24cm2부터 202cm2의 범위이었으며, 엽형비는 상단부에서 4.
- 기존에 사용되는 모델식 중에서 14종의 모델을 선정하였으며, 회귀분석을 통해 각 모델의 계수를 추정하였다. 이중에서 높은 R2과 낮은 평균제곱근오차 값을 보이는 세 모델식에 대하여 검증한 결과, R2 값은 각각 0.967과 0.743, 0.567로 나타나 신뢰성이 있다고 판단되었다. 이러한 방법은 작물의 생육 지표로 편리하게 추정하는데 도움을 줄 수 있다.
- 237g의 범위이었다. 표본을 추출한 6년생 어윈 망고의 엽면적지수는 2.83으로 나타났다. 큐티클화가 진행된 성엽의 경우, 어윈 망고 수관의 위치에 따른 엽형비는 통계적으로 유의한 차이를 보이지 않았다.
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