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주요 채소 작물 대상 작물 모형 모수 추정 및 검증을 지원하기 위한 생육 조사 프로토콜 분석
Analysis of Crop Survey Protocols to Support Parameter Calibration and Verification for Crop Models of Major Vegetables 원문보기

한국농림기상학회지 = Korean Journal of Agricultural and Forest Meteorology, v.22 no.2, 2020년, pp.68 - 78  

김광수 (서울대학교 식물생산과학부) ,  김준환 (농촌진흥청 국립식량과학원 작물재배생리과) ,  현신우 (서울대학교 식물생산과학부)

초록
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생산자뿐만 아니라 소비자에게 상당한 경제적인 영향을 줄 수 있는 채소 작황 정보를 사전에 예측하기 위해 작물 모형들이 사용될 수 있다. 채소의 생육과 수확량을 추정하기 위한 모형들은 대다수 작물에 대해 개발되어 있지 못하며 이는 고품질의 생육 관측 자료들이 축적되지 않았기 때문이다. 본 연구에서는 배추, 무, 마늘, 양파 및 고추의 5대 채소들을 대상으로 작물 모형 개발과 검증을 위한 생육 자료를 수집할 때 사용되는 프로토콜을 분석하고 이를 개선하고자 하였다. 작물 모형의 모수추정을 위해 사용되는 관측 프로토콜은 통계청과 농촌진흥청 프로토콜들의 단점을 보완하는 방식으로 개선될 수 있다. 작물모형은 기상조건에 따른 작물의 생육 반응을 예측하기 위해 사용되기 때문에 신뢰도 높은 기상 관측 자료를 확보할 수 있는 지역에서 표본 필지를 선정하는 것이 유리할 것이다. 또한, 최소한의 표본 조사 필지에서 상세한 관측자료 수집하기 위해 관심 작물이 재배되고 있는 지역 중에서 기후 특성이 상이한 지점들을 대상으로 표본 조사 필지들을 선정하는 것이 권장된다. 작물 생육 모형의 개발 및 검증을 위해서는 시계열적으로 얻어지는 작물 생육 모의값과 비교하기 위해 일정 시간 간격별로 관측 자료를 수집하는 것이 필수적이며, 기존의 프로토콜에 제시되지 않았던 생육 초기의 관측값을 확보하는 방향으로 개선되어야 할 것이다. 병해충 조사항목들과 기상재해 양상과 관련한 항목들이 작물모형 개발을 위한 관측 프로토콜에 포함된다면, 작물모형과 병해충 모형을 개발하고 이들 모형들을 통합하는 방식으로 실제 수량과 가까운 작황예측이 가능할 것이다. 또한, 표본조사 필지에서 다수의 구역을 설정하고, 이로부터 샘플을 채취하는 것이 관측자료의 신뢰도를 높일 수있다. 본 연구에서 제안된 프로토콜을 사용하여 얻어진 관측자료들이 자료 공유 플랫폼을 통해 제공된다면 채소 작물의 작황 예측을 위한 작물 모형 개발이 활성화될 것이다.

Abstract AI-Helper 아이콘AI-Helper

Crop models have been used to predict vegetable crop yield, which would have a considerable economic impact on consumers as well as producers. A small number of models have been developed to estimate growth and yield of vegetables due to limited availability of growth observation data in high-qualit...

주제어

표/그림 (7)

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문제 정의

  • 따라서 본 연구에서는 배추, 무, 마늘, 양파 및 고추 등 국내 5대 채소들을 대상으로 관측 자료 수집에 사용되는 프로토콜들을 작물 모형 개발의 관점에서 분석하고 개선사항들을 파악하고자 하였다. 또한, 이러한 분석 결과를 바탕으로 작물 모형 개발을 위한 생육 자료 수집 프로토콜을 제안하고자 하였다.
  • 따라서 본 연구에서는 배추, 무, 마늘, 양파 및 고추 등 국내 5대 채소들을 대상으로 관측 자료 수집에 사용되는 프로토콜들을 작물 모형 개발의 관점에서 분석하고 개선사항들을 파악하고자 하였다. 또한, 이러한 분석 결과를 바탕으로 작물 모형 개발을 위한 생육 자료 수집 프로토콜을 제안하고자 하였다. 개선된 생육 조사 프로토콜이 확립될 경우, 보다 균일한 품질을 가진 작물 생육자료를 확보할 수 있다.
  • 채소의 생육과 수확량을 추정하기 위한 모형들은 대다수 작물에 대해 개발되어 있지 못하며 이는 고품질의 생육 관측 자료 들이 축적되지 않았기 때문이다. 본 연구에서는 배추, 무, 마늘, 양파 및 고추의 5대 채소들을 대상으로 작물 모형 개발과 검증을 위한 생육 자료를 수집할 때 사용되는 프로토콜을 분석하고 이를 개선하고자 하였다. 작물 모형의 모수추정을 위해 사용되는 관측 프로토콜은 통계청과 농촌진흥청 프로토콜들의 단점을 보완하는 방식으로 개선될 수 있다.
  • 본 연구에서는 통계청과 농촌진흥청에서 개별적으로 사용하던 생육관측 프로토콜들을 통합하여 작물모델의 개발과 검증에 활용할 수 있도록 제안하였다 (Figs. 3-6). 작물 모형 개발을 지원하기 위한 프로토콜에는 작물의 생육 특성을 정량적으로 조사하기 위한 항목을 보강하는 방향으로 개선되었다.
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질의응답

핵심어 질문 논문에서 추출한 답변
작물생육모형은 어떻게 구성되어있는가? 작물 모형은 주어진 기상과 토양조건에서 파종 또는 정식부터 수확기까지 작물의 생육량을 매일 정량적으로 예측한다. 작물생육모형은 생육 과정을 수치적으로 표현하기 위해 여러 수식들로 구성되어 있으며, 특정 작물 또는 품종의 반응을 모의하기 위해 특정한 모수들이 사용된다. 작물 모형 개발을 위해 이러한 모수들을 추정하고, 생육 추정값들이 실제 상황에 관측된 작물 생육 양상을 어느 정도 반영할 수 있는 가를 검토하는 검증 과정을 거친다.
국내 주요 채소는 무엇이며 특징은 어떠한가? , 2018). 특히, 국내 주요 채소인 배추, 무, 마늘, 양파 및 고추는 주로 노지에서 재배되고 있기 때문에, 기상조건에 따라 생산성의 변동이 식량작물에 비해 상대적으로 크다(Bae et al., 2018, Choi and Baek, 2016).
생육 조사를 위한 프로토콜의 예시에는 어떤것이 있는가? 물론 현재에도 생육 조사를 위한 프로토콜들이 존재하기는 한다. 예를 들어, 통계청과 농촌진흥청에서는 5대 채소에 대한 작황 정보를 생산하기 위해 일정한 생육 관측 프로토콜에 따라 조사가 시행되고 있다. 그러나, 통계청에서 사용되는 프로토콜들은 수확기 시점에서 작황 정보를 생산하기 위해 설정되었기 때문에 작물 모형의 모수추정에 활용하기 어려운 단점이 있다(Hyun and Kim, 2019; Kim et al.
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참고문헌 (18)

  1. BAE, K.-H., G.-W. HAM, and J.-M. LEE, 2018: A study on estimating the vegetable cultivation complex area using aerial photogrammetry. Journal of the Korean Association of Geographic Information Studies 21(4), 108-118. 

  2. Boote, K., C. Porter, J. Jones, P. Thorburn, K. Kersebaum, G. Hoogenboom, J. White, and J. Hatfield, 2016: Sentinel site data for model improvement-definition and characterization. Advances in Agricultural Systems Modeling 7, 125-158. 

  3. Bouman, B., H. Van Keulen, H. Van Laar, and R. Rabbinge, 1996: The 'School of de Wit' crop growth simulation models: a pedigree and historical overview. Agricultural systems 52(2-3), 171-198. 

  4. Choi, S., and J. Baek, 2016: Onion yield estimation using spatial panel regression model. Korean Journal of Applied Statistics 29(5), 873-885. 

  5. Fleisher, D. H., B. Condori, R. Quiroz, A. Alva, S. Asseng, C. Barreda, M. Bindi, K. J. Boote, R. Ferrise, and A. C. Franke, 2017: A potato model intercomparison across varying climates and productivity levels. Global change biology 23(3), 1258-1281. 

  6. Folberth, C., R. Skalsky, E. Moltchanova, J. Balkovi?, L. B. Azevedo, M. Obersteiner, and M. Van Der Velde, 2016: Uncertainty in soil data can outweigh climate impact signals in global crop yield simulations. Nature communications 7(1), 1-13. 

  7. Hyun, S., and K. S. Kim, 2019: Calibration of cultivar parameters for cv. Shindongjin for a rice growth model using the observation data in a low quality. Korean Journal of Agricultural and Forest Meteorology 21(1), 42-54. 

  8. Kim, J., W. Sang, P. Shin, J. Baek, C. Cho, and M. Seo, 2019: History and future direction for the development of rice growth models in Korea. Korean Journal of Agricultural and Forest Meteorology 21(3), 167-174. 

  9. Kim, K. S., S.-O. Kim, J. H. Kim, K. H. Moon, J. H. Shin, and J. Cho, 2018a: Development and application of crop models in Korea. Korean Journal of Agricultural and Forest Meteorology 20(2), 145-148. 

  10. Kim, J., W. Sang, P. Shin, H. Cho, and M. Seo, 2018b: Calibration of crop growth model CERES-MAIZE with yield trial data. Korean Journal of Agricultural and Forest Meteorology 20(4), 277-283. 

  11. Kim, Y., K.-M. Shim, M.-P. Jung, I.-T. Choi, and K.-K. Kang, 2016a: Classification of agroclimatic zones considering the topography characteristics in South Korea. Journal of Climate Change Research 7(4), 507-512. 

  12. Kim, J., W. Kang, T. Ahn, J. Shin, and J. Son, 2016b: Precise, real-time measurement of the fresh weight of lettuce with growth stage in a plant factory using a nutrient film technique. Korean Journal of Horticultural Science & Technology 34(1), 77-83. 

  13. Lee, S., and K. S. Kim, 2018: Estimation of fresh weight for chinese cabbage using the Kinect sensor. Korean Journal of Agricultural and Forest Meteorology 20(2), 205-213. 

  14. Sang, W.-G., J.-H. Kim, P. Shin, H.-S. Cho, M.-C. Seo, and G.-H. Lee, 2017: A study on grain yield response and limitations of CERES-barley model according to soil types. Journal of Korean Society of Soil Science and Fertilizer 50(6), 509-519. 

  15. Shim, K.-M., Y. Kim, M.-P. Jung, J.-W. Kim, and K.-K. Kang, 2018: Influence of El Nino on the production of spring Kimchi Cabbage in South Korea. Korean Journal of Agricultural and Forest Meteorology 20(4), 330-336. 

  16. Song, E. Y., K. H. Moon, S. H. Wi, and S. Oh, 2018: Growth and bulb characteristics of extremely Early-Maturing onion by air temperature variation at different altitudes. Korean Journal of Agricultural and Forest Meteorology 20(4), 321-329. 

  17. Statistics Korea, 2019: 2019 Crop Survey. https://kostat.go.kr(accessed on 2020-01-25; Written in Korean) 

  18. Wi, S. H., E. Y. Song, S. J. Oh, I. C. Son, S. G. Lee, H. J. Lee, B. Mun, and Y. Y. Cho, 2018: Estimation of optimum period for spring cultivation of 'Chunkwang' Chinese Cabbage based on growing degree days in Korea. Korean Journal of Agricultural and Forest Meteorology 20(2), 175-182. 

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