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문제 정의
- 변량 시비는 생육에 필요한 질소량을 측정하여 필요한 양 만큼의 질소비료를 투입할 수 있도록 고안되었고 추후에 리모트센싱 기술을 도입하여 포장의 벼의 생육량을 실시간으로 분석하는 것이 가능하리라고 생각된다. 본 연구는 변량 시비 구획의 시비량을 균일 시비구획의 기준량보다 15% 감소 시켜 수확량과의 관계를 분석하는 목적에서 시작되었다.
제안 방법
- 기록하였다. Trimble 사의 RTK-DGPS(7400Msi)를 사용하여 실시간 위치 정보를 저장하였으며 작업기의 속도 측정 에 이용하였다.
- 정밀농업이 시작되기 전까지의 일본에서는 3kgN/10a를 기준으로 균일시비를 행하여 왔었다. 변량 시비를 수행하기 위해서 유수 형성기에 벼가 가지고 있는 질소량을 조사하여 부족분의 질소량을 시비하는 방법을 적용했다. 재배시스템 연구실에서 각 구획을 대상으로 각각 주씩을 샘플링하여 건증량과 보유질소량을 측정하였다 벼의 질소 부유량을 측정하기 전의 생육지수와 측정된 벼가 가지고 있는 질소 보유량을 그림 2와 3에 나타내였다.
- 변량살포기는 미쯔비시 농기계제작소의 MVP-805모델에 6개의 DC 서버 모터를 이용하여 변량제어를 하도록 구성하였다. 기타 장치로서 로터리 엔코 더 와 카운터를 이용하여 실제 모 터의 회전수와 2nd PTO의 속도를 측정.
- 생육량은 단위면 적당 분얼수에 SPAD치와 초장을 곱하여 생육지수로써 사용하였다. 변량살포의 필요성을 비교하기 위하여 100구획의 포장을 반으로 나누어 각각 50구획을 균일시 비구역과 변량 시비 구역으로 나누어 변량 시비의 필요성에 대해 검증하였다.
- 5ha의 논을 5mxl0m크기로 100개의 구 획으로 구분해서 각 구획의 중심을 기준으로 6주씩 생육량을 조사하였다. 생육량은 단위면 적당 분얼수에 SPAD치와 초장을 곱하여 생육지수로써 사용하였다. 변량살포의 필요성을 비교하기 위하여 100구획의 포장을 반으로 나누어 각각 50구획을 균일시 비구역과 변량 시비 구역으로 나누어 변량 시비의 필요성에 대해 검증하였다.
- 수확량은 DGPS와 수량 센서를 탑재한 콤바인을 이용하여 각 구획 별로 조사하였으며, 실제 수확량을 환산하기 위하여 각 구획에서 수확된 벼의 수분을 샘플링하였다. 샘플링한 수분 값을 적용하여 각 구획에 실제 수확량을 산출하여 그 결과를 GS+V3.
- 오사카부 타카쯔키시에 있는 쿄토대학 부속농장 0.5ha의 논을 5mxl0m크기로 100개의 구 획으로 구분해서 각 구획의 중심을 기준으로 6주씩 생육량을 조사하였다. 생육량은 단위면 적당 분얼수에 SPAD치와 초장을 곱하여 생육지수로써 사용하였다.
- 조사된 질소 보유량의 평균을 기준 시비량으로서 3kgN/10a로 설정하여 평균값과 각 구획의 값을 비교하여 변량 시비 구획에서는 OkgN/lOa~5kgN/10a 사이의 값으로 시비를 하도록 결정하였다
대상 데이터
- 이삭거름 작업은 2001년 8월8일 오사카부 타카쯔키시에 있는 쿄토대학 부속농장에서 실시되었다. 작업 순서는 그림5와 같다.
데이터처리
- 수확량은 DGPS와 수량 센서를 탑재한 콤바인을 이용하여 각 구획 별로 조사하였으며, 실제 수확량을 환산하기 위하여 각 구획에서 수확된 벼의 수분을 샘플링하였다. 샘플링한 수분 값을 적용하여 각 구획에 실제 수확량을 산출하여 그 결과를 GS+V3.1을 이용하여 분석하였다.
성능/효과
- 1. 시비량의 계산식에 의해 계산된 실제 비료의 투입예정량은 균일 시비구획은 86.74kg, 변량 시비구획은 80.84kg이였고, 실제 변량 시비구획에 살포된 비료의 양은 68.76kg로서 투입 예상량의 -14.94%로 나타났다.
- 2. 실제 투입된 비료의 양이 적은 것은 74번에서 78번 사이의 구획에서 호퍼의 출구에 덩어리진 비료에 의해 막혀 비료가 살포되지 않았던 것과 28번 구획에서 호퍼안의 비료가 바닥 나서 비료가 살포되지 않았던 것이 주된 원인으로 확인되었다.
- 3. 벼의 질소 보유량으로 계산된 예상 시비량과 실제 모터의 회 전수에 의해 계산된 실제 시비량과의 관계는 Y=-0.063+0.912X라는 회기 직선으로 나타났고, r 값은 0.965로서 변량살포 작업은 74번~78번, 28번 구획을 제외하고는 잘 된 것으로 평가되었다.
- 4.수확량과 CV값은 전구획에서 7.04t/ha, 7.71%로서 균일시비구획에서는 7.13t/ha, 4.84%, 변량시비구획에서는 6.96t/ha, 9.77%로 나타났다. 변량시비구획에서 수확량이 적고 CV값이 크게 나타난 이유는 x9구획의 생육상태가 좋지 않았기 때문이며 변량 시비구획에서 x9구획 의 데이터를 제외한 결과는 수확량이 7.
- GPS와 2nd PTO의 속도를 측정하여 작업기의 슬립을 계산하는 것이 가능하나 아직 결과를 내지 못했다. GPS를 이용한 위치와 속도계산에 의해 2000년도에 발생되었던 슬립에 의한 살포 양의 증가와 이것으로 인한 정확한 위치에의 살포 가 되지 않았던 문제점을 보완할 수 있었다. 전 구획에 투입된 비료의 양을 계산에 의한 시 비 량과 실제 모터의 회 전수에 의해 계산되 어진 시비량과의 관계를 그림7에 나타내었다.
- 전 생육 기간에 걸쳐 x9 구획의 생육량이 나쁘게 나타난 것과 포장의 물관리에 문제가 있었던 것이 수확량의 변동의 원인으로 나타났다. 결과적으로 변량 시비를를 적용하여 시비량을 15% 줄이더라도 수확량에는 커다란 변동이 없다는 것을 확인할 수 있었다. 좀더 정확한 생육 진단과 물관리가 이루어진다면 각 구획에서 수확량의 변동을 줄이는 것이 가능하게 되어 정밀농업에서의 변량 시비의 적용 가능성이 증가하리라 기대된다.
- 25t/ha 정도 수확량이 줄었다. 균일시 비 구획과 변량 시비구획의 수확량을 비교한 경우는, 균일 시비구획에 비해 변량 시비구획의 수확량의 편차가 0.25t/ha로 나타났다. 특히 변량 시비구획의 오른쪽 부분(x9)구획의 수확량이 다른 곳의 수확량과 큰 편차(1.
- 5t/ha)를 나타내었다. 만약, 변량 시비의x9구획의의 수확량을 제 외하고 균일 시비구획과 변량 시비구획의 수확량을 비교하면 0.04t/ha로 오히려 변량 시비구획 의 평균수확량이 균일구획의 수확량보다 더 높게 나타났다. 하지만, 구획 내의 변동은 균일시 비 구획의 결과가 더 좋았다.
- 변량 시비구획에서 시비를 할 당시의 시비량과 수확량의 비교해보면 x9 구획의 경우, 생육량과 조사되어진 질소 보유량의 결과가 좋지 않아서 비료의 양을 다른 구획보다 많이 살포했지만 수확량은 적게 나타났다. 전 생육 기간에 걸쳐 x9 구획의 생육량이 나쁘게 나타난 것과 포장의 물관리에 문제가 있었던 것이 수확량의 변동의 원인으로 나타났다.
- 시비량의 계산식에 의해 계산된 실제 비료의 투입예정량은 균일 시비구획에 86.74kg, 변량 시 비 구획에 80.84kg이었고, 실제 변량 시비구획에 살포된 비료의 양은 68.76kg로서 투입 예상량의 -14.94%로 나타났다. 실제 투입된 비료의 양이 적게 나타난 원인으로는 74번에서 78번 사이의 구획에서 호퍼의 출구가 덩어리진 비료에 의해 막혀 비료가 살포되지 않았던 것과 28번 구획에서 호퍼안의 비료가 바닥나서 비료가 살포되지 않았던 것이 원인으로 나타났으리라 판단된다.
- 변량 시비구획에서 시비를 할 당시의 시비량과 수확량의 비교해보면 x9 구획의 경우, 생육량과 조사되어진 질소 보유량의 결과가 좋지 않아서 비료의 양을 다른 구획보다 많이 살포했지만 수확량은 적게 나타났다. 전 생육 기간에 걸쳐 x9 구획의 생육량이 나쁘게 나타난 것과 포장의 물관리에 문제가 있었던 것이 수확량의 변동의 원인으로 나타났다. 결과적으로 변량 시비를를 적용하여 시비량을 15% 줄이더라도 수확량에는 커다란 변동이 없다는 것을 확인할 수 있었다.
후속연구
- 5.변량시비를 적용하여 시비량을 15% 줄이더라도 수확량에는 커다란 변동이 없다는 것을 확인할 수 있었고 좀더 정확한 생육진단과 관리가 이루어진다면 각 구획에서 수확량의 변동을 줄이는 것이 가능하리라 생각한다.
- 특히, 1999년부터 토양에 과다 투입되는 질소비료의 양을 최소화하기 위한 방법 중에 하나로써 변량 시비에에 관한 연구가 시작되었다. 변량 시비는 생육에 필요한 질소량을 측정하여 필요한 양 만큼의 질소비료를 투입할 수 있도록 고안되었고 추후에 리모트센싱 기술을 도입하여 포장의 벼의 생육량을 실시간으로 분석하는 것이 가능하리라고 생각된다. 본 연구는 변량 시비 구획의 시비량을 균일 시비구획의 기준량보다 15% 감소 시켜 수확량과의 관계를 분석하는 목적에서 시작되었다.
- 실제 투입된 비료의 양이 적게 나타난 원인으로는 74번에서 78번 사이의 구획에서 호퍼의 출구가 덩어리진 비료에 의해 막혀 비료가 살포되지 않았던 것과 28번 구획에서 호퍼안의 비료가 바닥나서 비료가 살포되지 않았던 것이 원인으로 나타났으리라 판단된다. 이 부분은 호퍼의 안쪽에 압력 센서를 부착하거나, 비료가 살포되는 출구 부에 포토센서를 이용하여 비료가 살포되고 있는 상황을 확인할 보조적인 장치가 추후 보강될 필요가 있다. 2000년의 실험에서 속도 센서의 문제로 인해 발생되었던 속도보정은 GPS를 이용하여 실시간 계산하여 보정하였다.
- 결과적으로 변량 시비를를 적용하여 시비량을 15% 줄이더라도 수확량에는 커다란 변동이 없다는 것을 확인할 수 있었다. 좀더 정확한 생육 진단과 물관리가 이루어진다면 각 구획에서 수확량의 변동을 줄이는 것이 가능하게 되어 정밀농업에서의 변량 시비의 적용 가능성이 증가하리라 기대된다.
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