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문제 정의
- 따라서 본 연구에서는 국내 퇴적암 유래 농경지 토양의 카테나에 대한 정량적, 객관적 분석을 위해 세부정밀토양도(축적 1:5,000)의 속성 자료인 토양통 정보를 기반으로 하여 토양통별 인접한 토양통의 연관성을 분석하였다. 이를 위해 GIS프로그램(ArcGIS 10.
- 본 연구에서는 퇴적암 유래 농경지 토양의 카테나를 정량적으로 해석하기 위해 세부정밀토양 도(축적 1:5,000)의 토양통자료를 이용하여 Arc GIS 지리정보프로그램과 R 통계분석프로그램을 이용하여 분석하였다. GIS 프로그램의 Buffer 기능을 이용하여 토양통들의 면적과 길이를 산출하였고, R 통계분석프로그램의 입체군집기준 (Cubic Clustering Criterion, CCC)을 이용해 군집의 개수를 선정한 후 군집분석을 수행하여 퇴적암 유래 농경지 토양들의 유사성 분석을 시도하였다.
제안 방법
- ArcGIS 프로그램의‘Dissolve’기능을 이용하여 각 퇴적암 유래 토양을 토양통별로 통합하고‘Buffer’명령어를 실행하여 인접한 토양통의 개수와 길이를 정량적으로 조사하였다.
- Table Join을 이용하여 토양상(Soil phase) 단위의 세부정밀토양도를 토양통(Soil series) 단위로 병합한 뒤 Dissolve를 통해 토양통별 한개의 polygon으로 통합하였다. Buffer를 이용하여 토양통별 폴리곤의 바깥쪽으로 1m의 buffer 를 설정한 뒤 인접토양의 폴리곤과 겹치는 면적을 Clip 기능을 이용하여 산출하였다. 이 면적들은 한변의 길이가 1m이기 때문에 면적(㎡)과 길이(m)가 같은 값으로 볼 수 있다.
- 토양 연접군의 분석을 위해 인접한 토양통의 길이를 이용하여 군집분석을 수행한 결과 기존 조사 특성과 연접군의 해석에 정량적인 요인을 이용하여 연관성을 분석한 결과로 해석으로 볼수 있다. 군집에 따른 토양의 분포특성은 암석의 분포하는 위치의 차이와 많은 연관성이 있는 것으로 사료되며, 토양통들의 입경분포, 특히 점토함량과의 연관성을 파악하였다. 추후 분포위치와 모암에 대한 연관성에 대해서는 보다 심도 있는 연구가 필요할 것으로 보여진다.
- 지형에 따른 토양의 연속적 분포 특성을 객관적 자료 확보를 위하여 농촌진흥청에 구축되어 있는 세부정밀토양도(RDA, 1:5,000)의 전산화 자료를 활용하였다. 우리나라 전체 토양통은 405개로 되어 있으나 퇴적암 유래 농경지 토양통 34개를 대상으로 GIS프로그램 (ArcGIS 10.1, US)의 Table join, Dissolve, Buffer와 Clip 기능을 이용하였다.
- 토양통 기본자료를 이용하여 인접된 토양통의 길이를 표준화 한 뒤‘nbclust’패키지 (Charrad et al., 2014)를 이용하여 계층적 군집분석을 실시하였고 군집의 개수를 결정하였다.
- 퇴적암 유래토양의 34개 토양통간의 인접 길이(=면적)를 조사하였다(표 4). 조사결과 밭토 양의 경우 면적과 인접토양통의 개수가 가장 많은 반호통(631ha)이 가장 큰 값으로 나타났으 며(논밭토양들이 혼재되어 있음), 도계통(198 ha), 안미통(86.
- 퇴적암 유래토양의 연속적 특성을 정량적으로 파악하기 위해 세부정밀토양도를 이용하여 전국 단위 토양통별 인접 토양통의 개수와 길이를 조사하였다. ArcGIS 프로그램의‘Dissolve’기능을 이용하여 각 퇴적암 유래 토양을 토양통별로 통합하고‘Buffer’명령어를 실행하여 인접한 토양통의 개수와 길이를 정량적으로 조사하였다.
대상 데이터
- 본 연구에 사용된 퇴적암 유래토양의 정량적 조사면적은 표 2에서 보는 것처럼 총 235,152ha로 밭토양과 논토양으로 구분된 농경지의 토양통을 대상으로 하였다. 조사결과 퇴적암 유래 토양의 농경지 용도는 밭토양 139,336ha(59%), 논토양 95,816ha(41%)로 조사되었으며, 밭 토양의 경우 사양질 7,932ha(6%), 식양질 105,3 07ha(76%), 식질 26,097ha(18%)로 조사되었고, 논토양의 경우 사양질 3,058ha(3%), 식양질 47,090ha(49%), 미사식양질 45,668ha(48%)로 조사되었다.
- 분석에 사용된 토양통은 퇴적암에서 유래된 농경지 대표토양으로 사양질 7개, 식양질 17개, 미사식양질 6개, 식질 4개로 총 34개의 토양통을 사용하였으며 퇴적암 유래 농경지 토양은 그림 2와 같다. 농경지 토양에 대한 배수등급, 토지이용, 토성 등의 특성을 표 1에 나타내었다.
- 지형에 따른 토양의 연속적 분포 특성을 객관적 자료 확보를 위하여 농촌진흥청에 구축되어 있는 세부정밀토양도(RDA, 1:5,000)의 전산화 자료를 활용하였다. 우리나라 전체 토양통은 405개로 되어 있으나 퇴적암 유래 농경지 토양통 34개를 대상으로 GIS프로그램 (ArcGIS 10.
데이터처리
- 본 연구에서는 퇴적암 유래 농경지 토양의 카테나를 정량적으로 해석하기 위해 세부정밀토양 도(축적 1:5,000)의 토양통자료를 이용하여 Arc GIS 지리정보프로그램과 R 통계분석프로그램을 이용하여 분석하였다. GIS 프로그램의 Buffer 기능을 이용하여 토양통들의 면적과 길이를 산출하였고, R 통계분석프로그램의 입체군집기준 (Cubic Clustering Criterion, CCC)을 이용해 군집의 개수를 선정한 후 군집분석을 수행하여 퇴적암 유래 농경지 토양들의 유사성 분석을 시도하였다. 분석결과 퇴적암 지대별로 암석의 종류에 따라 입경분포가 달라지는 것을 확인하였으며 석회암, 사암, 혈암 등으로 군집이 구별되어지는 것을 보였다.
- R program의 보다 효율적인 사용을 위해 모듈인‘RStudio’를 활용하였고 군집분석을 수행 하였다.
- 따라서 본 연구에서는 국내 퇴적암 유래 농경지 토양의 카테나에 대한 정량적, 객관적 분석을 위해 세부정밀토양도(축적 1:5,000)의 속성 자료인 토양통 정보를 기반으로 하여 토양통별 인접한 토양통의 연관성을 분석하였다. 이를 위해 GIS프로그램(ArcGIS 10.1, ESRI, USA)의 Buffer 기능을 활용하여 인접한 토양통의 면적을 산정하고 이를 기반으로 R 통계프로그램을 이용하여 군집분석을 실시하였다.
- 적정군집의 수를 산정하기 위해 입체군집기준 (Cubic Clustering Criterion, CCC)을 사용하 였으며, 이는 관측치가 균일분포를 따른다는 귀무가설 하에서 관측치 R-square 와 근사 기대치 R-square를 비교하여 산출한다. 적정군집의 수는 상대적으로 증가하는 CCC (relatively increasing) 값이나 CCC > 2이면서 국소 최대값(local maximum value)을 취할 때의 이를 적정 군집의 수로 결정한다.
- 이 면적들은 한변의 길이가 1m이기 때문에 면적(㎡)과 길이(m)가 같은 값으로 볼 수 있다. 토양통별로 인접 토양통들의 길이를 산출한 뒤 그 각 토양 통의 인접 토양통의 비율을 산정하여 그 값을 기반으로 R 통계분석 프로그램을 이용하여 군집 분석을 실시하였다. 군집분석의 결과를 가지고 토양연접군에 대한 해석을 수행하였으며 작업순서도는 그림 1과 같다.
이론/모형
- 본 연구에서는 퇴적암 유래 토양통간의 인접 거리를 변수값으로 군집간의 거리를 Euclidian 거리를 이용하여 Ward 법 (Ward method)을 활용한 계층적 군집분석을 실행하였다. 분석에 사용된 통계프로그램은 R program(ver.
- 퇴적암에서 유래된 토양통간의 인접길이를 기준으로 비율을 산정한 뒤 Euclidean 거리를 이 용하여 Ward’s 군집연결법에 의해 군집분석을 수행하여 같이 분류되었다.
성능/효과
- CCC값 산출을 통해 산정한 군집의 수를 3개의 군집으로 분류한 결과는 그림 4와 같으며 첫번째 군집(Group 1)은 문경, 옥계, 율곡, 평안, 평전, 마지, 영월, 안미, 우지, 도전, 구곡, 미탄 통으로 조사되었고, 두 번째 군집(Group 2)은 동암, 안계, 용곡, 다인, 양곡, 단북, 점곡통으로 분류되었으며, 세 번째 군집(Group 3)은 도계, 유가, 덕곡, 반호, 경산, 고령, 비곡, 유곡, 마령, 봉곡, 삼암, 죽곡, 임동, 감곡, 진천통으로 분류 되었다. 각 군집의 분류에 따라 토양통의 특성을 비교 검토한 결과 군집의 결과는 퇴적암의 종류에 따라 분류되는 것을 확인할 수 있었다.
- CCC값 산출을 통해 산정한 군집의 수를 3개의 군집으로 분류한 결과는 그림 4와 같으며 첫번째 군집(Group 1)은 문경, 옥계, 율곡, 평안, 평전, 마지, 영월, 안미, 우지, 도전, 구곡, 미탄 통으로 조사되었고, 두 번째 군집(Group 2)은 동암, 안계, 용곡, 다인, 양곡, 단북, 점곡통으로 분류되었으며, 세 번째 군집(Group 3)은 도계, 유가, 덕곡, 반호, 경산, 고령, 비곡, 유곡, 마령, 봉곡, 삼암, 죽곡, 임동, 감곡, 진천통으로 분류 되었다. 각 군집의 분류에 따라 토양통의 특성을 비교 검토한 결과 군집의 결과는 퇴적암의 종류에 따라 분류되는 것을 확인할 수 있었다. Group 1은 석회암, Group 2는 사암, Group 3 은 혈암으로 분류되었으며, Group 3은 다시 세분하면 적색혈암과 회색혈암으로 분류되는 것을 확인하였다.
- 군집의 결정을 위해 ‘nbclust’패키지를 사용하였고, 군집간의 거리는 Euclidean 거리, 분석방법은‘K-means’방 법으로 분석을 수행한 결과 추천 군집의 수는 3 개로 분류되는 것을 확인할 수 있었다.
- 군집의 수를 결정하기 위해 CCC값을 산출하여 CCC값이 급격히 증가하거나 최대값을 보여줄 때를 군집의 수로 결정을 하는데 ‘nbclust’패키지 수행결과 3개의 군집을 분류할 때 가장 급격한 상승분포를 나타내었고, 4개의 군집으로 분류할 때 가장 높은 값을 나타내었다.
- 논토양의 경우 비곡(177)이 가장 많은 인접 토양통의 개수를 나타내었고 유가(172), 양곡(159), 안계(137) 순으로 나타났다. 논토양과 밭토양 모두 면적이 클수록 인접하는 토양통의 개수 역시 많은 것으로 나타났으며 밭보다는 논에서 긴밀한 연관성을 볼 수 있었다.
- 퇴적암 유래 농경지 토양의 군집분석에 따라 입경의 분포를 확인한 결과 사암모재의 토양은 주로 사양질 토양에 분포하였고, 혈암 모재 토양은 식양질, 석회암 모재 토양은 식질에 주로 분포하고 있는 경향을 나타내었다. 또한 혈암 유래 농경지 토양은 세부적으로 적색혈암은 사양질과 식양질, 회색혈암은 식양질과 미사식양질이 주로 분포하는 것으로 조사되었다(그림 5).
- 분석결과 퇴적암 지대별로 암석의 종류에 따라 입경분포가 달라지는 것을 확인하였으며 석회암, 사암, 혈암 등으로 군집이 구별되어지는 것을 보였다. 또한 혈암유래 농경지 토양은 세부적으로 적색혈암과 회색혈암으로 구분 되는 것을 보였다. 입경에 따른 토양통의 분포 특성을 조사한 결과, 사암모재의 토양은 주로 사양질, 혈암 모재 토양은 식양질, 석회암 모재 토양은 식질에 주로 분포하고 있는 경향을 나타내었다.
- 본 연구는 기존 토양조사 특성과 연접군의 해석에 정량적인 요인을 이용하여 연관성을 분석한 결과로 해석할 수 있고, 군집에 따른 토양의 분포특성은 암석의 분포하는 위치의 차이와 많은 연관성이 있는 것으로 사료된다.
- GIS 프로그램의 Buffer 기능을 이용하여 토양통들의 면적과 길이를 산출하였고, R 통계분석프로그램의 입체군집기준 (Cubic Clustering Criterion, CCC)을 이용해 군집의 개수를 선정한 후 군집분석을 수행하여 퇴적암 유래 농경지 토양들의 유사성 분석을 시도하였다. 분석결과 퇴적암 지대별로 암석의 종류에 따라 입경분포가 달라지는 것을 확인하였으며 석회암, 사암, 혈암 등으로 군집이 구별되어지는 것을 보였다. 또한 혈암유래 농경지 토양은 세부적으로 적색혈암과 회색혈암으로 구분 되는 것을 보였다.
- ArcGIS 프로그램의‘Dissolve’기능을 이용하여 각 퇴적암 유래 토양을 토양통별로 통합하고‘Buffer’명령어를 실행하여 인접한 토양통의 개수와 길이를 정량적으로 조사하였다. 분석한 결과 표 3에서 보는 것처럼 인접하는 토양통의 개수는 밭토양은 반호(225)가 가장 높은 값을 나타내었고 도계(190), 감곡 (117), 안미(108), 미탄(107) 순으로 조사되었다. 논토양의 경우 비곡(177)이 가장 많은 인접 토양통의 개수를 나타내었고 유가(172), 양곡(159), 안계(137) 순으로 나타났다.
- 또한 혈암유래 농경지 토양은 세부적으로 적색혈암과 회색혈암으로 구분 되는 것을 보였다. 입경에 따른 토양통의 분포 특성을 조사한 결과, 사암모재의 토양은 주로 사양질, 혈암 모재 토양은 식양질, 석회암 모재 토양은 식질에 주로 분포하고 있는 경향을 나타내었다. 혈암 모재의 농경지 토양은 적색혈암은 사양질과 식양질, 회색혈암은 식양질과 미사식 양질이 주로 분포하는 것으로 조사되었다.
- 퇴적암 유래토양의 34개 토양통간의 인접 길이(=면적)를 조사하였다(표 4). 조사결과 밭토 양의 경우 면적과 인접토양통의 개수가 가장 많은 반호통(631ha)이 가장 큰 값으로 나타났으 며(논밭토양들이 혼재되어 있음), 도계통(198 ha), 안미통(86.3ha), 마지통(83.9ha), 평안통 (72.6ha) 순으로 나타났으며, 논토양에서는 유가 통(344ha), 비곡통(297ha), 경산통(166ha), 안계통(119ha) 순으로 조사되었다.
- 본 연구에 사용된 퇴적암 유래토양의 정량적 조사면적은 표 2에서 보는 것처럼 총 235,152ha로 밭토양과 논토양으로 구분된 농경지의 토양통을 대상으로 하였다. 조사결과 퇴적암 유래 토양의 농경지 용도는 밭토양 139,336ha(59%), 논토양 95,816ha(41%)로 조사되었으며, 밭 토양의 경우 사양질 7,932ha(6%), 식양질 105,3 07ha(76%), 식질 26,097ha(18%)로 조사되었고, 논토양의 경우 사양질 3,058ha(3%), 식양질 47,090ha(49%), 미사식양질 45,668ha(48%)로 조사되었다. 밭토양의 경우 반호(54,525ha), 도계(27,876ha), 미탄(15,831ha), 마지(8,471ha) 순으로 분포하고 있으며, 논토양의 경우 유가(31, 778ha), 비곡(16,257ha), 양곡(15,114ha), 경산 (9,603ha) 순으로 정량적으로 조사되었다.
- 밭토양의 경우 반호(54,525ha), 도계(27,876ha), 미탄(15,831ha), 마지(8,471ha) 순으로 분포하고 있으며, 논토양의 경우 유가(31, 778ha), 비곡(16,257ha), 양곡(15,114ha), 경산 (9,603ha) 순으로 정량적으로 조사되었다. 토성에 따른 면적 비교결과 밭토양과 논토양 모두 식양질에서 76%, 49%로 가장 많은 분포를 나타내고 있으며 식양질보다 미세한 입자들의 면적을 총합하면 90% 이상을 나타내고 있다.
- 퇴적암 유래 농경지 토양의 군집분석에 따라 입경의 분포를 확인한 결과 사암모재의 토양은 주로 사양질 토양에 분포하였고, 혈암 모재 토양은 식양질, 석회암 모재 토양은 식질에 주로 분포하고 있는 경향을 나타내었다. 또한 혈암 유래 농경지 토양은 세부적으로 적색혈암은 사양질과 식양질, 회색혈암은 식양질과 미사식양질이 주로 분포하는 것으로 조사되었다(그림 5).
- 입경에 따른 토양통의 분포 특성을 조사한 결과, 사암모재의 토양은 주로 사양질, 혈암 모재 토양은 식양질, 석회암 모재 토양은 식질에 주로 분포하고 있는 경향을 나타내었다. 혈암 모재의 농경지 토양은 적색혈암은 사양질과 식양질, 회색혈암은 식양질과 미사식 양질이 주로 분포하는 것으로 조사되었다.
후속연구
- 군집에 따른 토양의 분포특성은 암석의 분포하는 위치의 차이와 많은 연관성이 있는 것으로 사료되며, 토양통들의 입경분포, 특히 점토함량과의 연관성을 파악하였다. 추후 분포위치와 모암에 대한 연관성에 대해서는 보다 심도 있는 연구가 필요할 것으로 보여진다.
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