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작물 생육 모델을 이용한 지역단위 콩 수량 예측
Predicting Regional Soybean Yield using Crop Growth Simulation Model 원문보기

대한원격탐사학회지 = Korean journal of remote sensing, v.33 no.5 pt.2, 2017년, pp.699 - 708  

반호영 (서울대학교 농업생명과학연구원) ,  최덕환 (서울대학교 농업생명과학연구원) ,  안중배 (부산대학교 대기과학과) ,  이변우 (서울대학교 식물생산과학부)

초록
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본 연구에서는 재배 방법, 토양 특성 등의 정보를 상세하게 수집하기 어려운 지역단위의 콩 작황을 작물생육 모델을 이용하여 예측하는 방법을 개발하고자 하였다. 작물 생육 모델은 DSSAT에 포함된 CROPGRO-Soybean 모델을 이용하였고, 미국의 주요 콩 생산지역인 Illinois주를 연구 사례지역으로 선택하였다. CROPGRO-Soybean 모델을 이용하여 Illinois주의 콩 수량을 예측하기 위한 첫 단계로 다양한 성숙군에 속하는 국내외 품종들을 수집하여 서울대학교농장($37.27^{\circ}N$, $126.99^{\circ}E$)에서 2년동안 파종기 실험을 하여 성숙군(maturity group) I~VI까지의 성숙군별 대표 품종모수(genetic coefficients)를 추정하였다. 대표 품종모수는 각 성숙군 내에 포함되어 있는 품종들의 발육을 매우 정확하게 추정하였다. $10km{\times}10km$ 격자 단위의 기상자료를 바탕으로 성숙군(3), 파종시기(3), 관개여부(2) 등을 조합하여 18가지 조건으로 2000년에서 2011년까지 수량을 각각 모의 하였다. 성숙군과 파종시기는 Illinois주를 위도에 따라 3등분하여 각각 다르게 설정하였다. 관개 및 무관개 조건으로 구분하여 격자 별 모의결과로부터 Illinois주 전체 평균 모의수량을 구하여 연도 별 통계 수량과 비교한 결과 두 경우 모두 실제 수량과 큰 차이를 보일 뿐만 아니라 연차에 따른 수량 변동과 증가 경향을 반영하지 못하였다. 이러한 한계를 극복하고자 처리 별 격자 별로 모의된 수량을 수량을 18개 모의 조건 별로 평균하여 구한 9개 농업지구의 연도별 수량을 독립 변수, 농업지구의 연도별 통계수량을 종속 변수로 하는 중회귀 모델을 구축하였다. 18개 모의 조건 별 수량 외에 품종 개량, 재배 기술 발전 등에 따른 수량의 연차적 변화경향을 반영하기 위하여 연도를 독립변수로 추가하였으며, 중회귀모델은 농업지구와 연도별 수량 변이를 비교적 잘 예측($R^2=0.61$, n=108)하였다. 중회귀 모델로 추정한 9개 농업지구의 연도별 수량을 농업지구별 재배 면적으로 가중 평균한 Illinois의 연도별 추정수량은 통계수량에 매우 근사하였다($R^2=0.80$). 뿐만 아니라 모델 구축 대상연도가 아니고 가뭄으로 수량이 크게 감소한 2012년의 예측 수량은 $3006kg\;ha^{-1}$로 통계수량 $2890kg\;ha^{-1}$$116kg\;ha^{-1}$의 근사한 차이를 보였다.

Abstract AI-Helper 아이콘AI-Helper

The present study was to develop an approach for predicting soybean yield using a crop growth simulation model at the regional level where the detailed and site-specific information on cultivation management practices is not easily accessible for model input. CROPGRO-Soybean model included in Decisi...

주제어

AI 본문요약
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문제 정의

  • 본 연구에서는 작물 생육 모델을 이용하여 대상지에 대한 구체적인 영농, 토양 정보 등이 부족한 상황에서 콩의 지역단위 작황 예측의 정확도를 향상시키는 방법을 강구하고자 하였으며, 다음과 같이 구성하였다. 재료 및 방법에서는 작물 생육 모델을 구동하기 위한 입력자료의 준비, 모의 방법, 수량 예측방법 등에 대하여 소개하였고, 결과 및 고찰에서는 본 방법에 의한 수량 예측 정확성, 한계 등에 대하여 논하였으며, 이를 바탕으로 결론과 추가 연구에 대하여 제안하였다.
  • 본 연구에서는 작물재배 관련 상세 정보를 얻기 힘든 지역단위 콩 수량을 작물 생육 모델을 이용하여 추정/예측하는 방법을 개발하는 것을 목적으로 미국 Illinois 주를 사례지역으로 선정하여 연구를 수행하였다. 작물생육 모델을 구동하여 지역단위 수량을 예측하기 위해서는 지역내의 구역별 기상과 토양자료 이외에도 구역별 파종시기, 재배 품종, 관개상황 등에 대한 상세한 입력 자료가 필요하지만 이와 같은 정보를 모두 수집하여 입력자료로 이용하는 것은 불가능하다.
  • 97 이상으로 모든 품종에서 높은 발육단계 예측 성능을 보였다. 이와 같은 결과는 재배 품종과 생태환경이 다른 지역의 생육 및 수량의 예측에 성숙군별 대표 품종모수의 적용이 가능함을 시사하는 것이다.
  • 본 연구에서는 작물 생육 모델을 이용하여 대상지에 대한 구체적인 영농, 토양 정보 등이 부족한 상황에서 콩의 지역단위 작황 예측의 정확도를 향상시키는 방법을 강구하고자 하였으며, 다음과 같이 구성하였다. 재료 및 방법에서는 작물 생육 모델을 구동하기 위한 입력자료의 준비, 모의 방법, 수량 예측방법 등에 대하여 소개하였고, 결과 및 고찰에서는 본 방법에 의한 수량 예측 정확성, 한계 등에 대하여 논하였으며, 이를 바탕으로 결론과 추가 연구에 대하여 제안하였다.
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질의응답

핵심어 질문 논문에서 추출한 답변
작물 생육 모델의 장점은 무엇인가? 작물 생육 모델은 작물의 생육과 수량을 감시 및 예측하는데 유용하게 이용될 수 있는 수단 중에 하나이다. 작물 생육 모델은 다양한 환경조건과 재배 조건하에서의 작물의 생육변화를 설명할 수 있고, 실제 재배되는 환경에서뿐만 아니라 기후변화 등에 따른 재배 조건의 변화에 작황이 어떻게 변화 할 지도 예측이 가능하며, 환경적, 경제적 제약으로 인해 직접적인 재배가 불가능한 상황에서의 작황 또한 예측 및 비교가 가능하다(Gowda et al., 2013; Rauff and Bello, 2015, Lee, 2008; Singh et al.
세계의 곡물 수급의 불안정해질 것으로 전망되는 이유는 무엇인가? 작물의 생산성 증대 둔화, 지구온난화에 따른 기후 변동성 증대에 따른 작황의 불확실성증가, 식량 자원주의 확산 등으로 인해 세계 곡물의 공급은 점차 불안정성이 커지는데 반하여 인구증가와 바이오 에너지 수용 증가에 따라 그 수요는 크게 증가하여 세계의 곡물 수급이 불안정해질 것으로 전망된다. 우리나라의 경우 쌀을 제외한 대부분의 곡물 자급도는 매우 낮아 해외 의존도가 매우 높다.
작물 생육 모델의 한계점은 무엇인가? 즉, 기상자료와 토양자료와 같은 환경적인 요인과, 재배되는 품종의 특성, 파종시기와 비료시비 등과 같은 인위적인 요인 등 많은 자료가 필요하다. 따라서, 입력자료가 확실한 지점에 대한 작황 예측력은 상당히 높은 반면, 입력 자료를 얻기가 쉽지 않은 넓은 지역에 대한 작황 예측에 대해서는 어려운 단점이 있다(Jame and Cutforth, 1996; Kim et al., 2013). 뿐만 아니라 기존의 작물모형은 재배기술 등의 발전에 따른 수량의 연차적 증가 추이를 반영하지 못하고 당해 년도의 자료에만 근거하여 수량을 산정하는 한계를 보인다
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참고문헌 (24)

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  22. Suwanprasit, C. and N. Srichai, 2012. Impacts of spatial resolution on land cover classification, Proc. of the Asia-Pacific Advanced Network, Chiang Mai, Thailand, Feb. 13-17, vol. 33, pp. 39-47. 

  23. Wang, X., C. Zhao, C. Li, L. Liu, W. Huang, and P. Wang, 2008. Use of Ceres-wheat model for wheat yield forecast in Beijing, Proc. of The Second IFIP International Conference on Computer and computing Technologies in Agriculture, Beijing, China, Oct. 18-20, vol. 1, pp. 29-37. 

  24. Xie, Y., Z. Sha, and M. Yu, 2008. Remote sensing imagery in vegetation mapping: a review, Journal of plant ecology, 1(1): 9-23. 

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