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문제 정의
- 본 연구는 당진군 신평면 최고 쌀 생산 단지와 우강면 일원의 일반농가를 연구지역으로 하여 지상측정용 능동형 광학센서와 및 위성영상 탑재 광학센서를 이용하여 벼 주요 생육시기에 대한 군락의 엽질소 함량을 추정하는 것을 목적으로 하였다.
제안 방법
- LAI는 대개 벼의 생육과 수량을 추정 하는데 중요한 인자로, 분얼기에서 결실기 초기에 즉정했던 벼 군락의 엽질소 함량 과 비교하였다(Fig. 2). LAI와 군락의 엽질소 함량은 직선적인 관계(R2=0.
- 벼논의 모내기 후 곁가지가 나오는 분얼기(6월 17일)부터 출수. 개화기가 끝난 결실기 초기(9월 5일 또는 11일)까지 측정한 LAI와 지상측정 및 위성탑재 광학센서 식생지수와의 관계를 살펴보았다 (Fig.l). Fig.
- 넓은 지역을 대상으로 위성영상을 이용하여 엽질소 함량을 추정하기 위하여, 위성탑재 광학센서 식생지수와 신평면 최고 쌀 생산단지와 우강면 일반농가에서 조사한 벼 군락의 엽질소 함량과의 관계를 조사하였다(Fig. 3). 신평면 일품벼와 우강면 동진벼에 대해서 위성영상에서 계산한 식생지수 값과 군락의 엽질소 함량과의 관계를 조사한 결과 지수함수적인 관계를 갖는 것으로 나타났다.
- 당진군 신평면 최고 쌀 생산단지(일품 벼)와 우강면 일원의 일반농가(동진벼)를 연구지역 으로 하여, 벼 주요 생육시기 동안 지상측정 및 위성탑재 광학센서를 이용하여 벼 군락의 생육과 엽질소 함량과의 관계를 조사하였다.
- 80㎛)의 반사율을 조합하여 식생지수값이 각각 얻어지는 방식을 취하고 있다. 식생지수 측정과 함께 신평면과 우강면 각각 15개 및 45개 필지 각 포장에서 벼를 3주씩 채취하여 초장, 생체중, 건물중을 측정하였다. 이때, 70℃에서 건조한 식물체를 분쇄하여 micro-kjeldahl법으로 엽질소 함량을 분석하였다.
- 분얼기에서 결실기 초기의 측정자료를 이용한 LAI와 지상측정 및 위성탑재 광학 센서 식생지수와의 관계를 살펴본 바, LAI가 2보다 커지면 식생지수가 더 이상 증가하지 않았고, LAI와 엽질소 함량과는 선형적인 함수관계로 나타났다. 위성탑재 광학센서 식생지수와 엽질소 함량과는 지수함수적인 관계로 나타났고 이 추정식을 이용하여 신평면 최고 쌀 생산단지 의 엽 질소 함량 지도를 작성하였다. 넓은 지역을 대상으로 한 군락의 엽 질소 함량 을 추정하기 위하여 위성 영상은 매우 유용한 것으로 나타났고, 엽질소 함량을 이용하여 수확기의 수량과 쌀 단백질 함량을 예측하는 연구가 수행되어야 할 것으로 생각된다.
- 시기별 지상센서 및 영상 유래 식생지수와 벼 생육량 및 엽질소 함량과의 관계를 알아보기 위해 상관분석 및 회귀분석을 수행하였다. 이때, 지상측정 및 생육 조사일이 위성영상 취득일과 일치하지 않는 경우는 조사일과 가장 가까운 날 취득된 영상자료와 비교하였다.
- 이때, 70℃에서 건조한 식물체를 분쇄하여 micro-kjeldahl법으로 엽질소 함량을 분석하였다. 태양으로부터 들어오는 빛을 다양한 각도의 투과특성을 측정하여 엽면적 지수(LAI; leaf area index)를 계산하는 LI-2000 (LI-COR, Inc. USA)를 이용하여 간접 측정하였다.
- 한편, 영상판독을 통한 피복분류를 실시하여 데이터를 구축하는 온스크린 디지타이징 방법으로 연구지역 전체를 농지 경계로 벡터라이징하고 현지조사하여, 연구지역에 대한 농경지 및 토지이용현황 분류를 통해 작성한 수치농경지 지도를 이용하여, 약 100ha 지역에 동일 품종, 일품벼를 심었던 신평면 최고 쌀 생산단지에 대해 지수함수식으로 얻어진 추정식을 이용하여 벼 군락의 엽질소 함량 지도를 작성하였다(Fig. 4). 최고쌀 프로그램에 참여하고 있지 않거나 쌀을 경작하지 않은 곳이 0~5 또는 25~30 g/n?의 범주에 포함되는 오류가 발견되는 것을 제외하고는 필지간 또는 필지내의 공간변이를 잘 나타내고 있다.
- 한편, 추정식을 이용한 넓은 지역에 대한 벼 군락의 엽질소 함량 지도 작성을 위하여, 영상판독을 통한 피복분류를 실시하여 데이터를 구죽하는 온스크린 디지타이징방법으로 연구지역 전체를 농지 경계로 벡터라이징하고 현지조사하여, 연구 지역에 대한 농경지 및 토지이용현황 분류를 통해 수치농경지 지도를 작성하였다.
대상 데이터
- 충남 당진군 신평면 최고 쌀 생산단지 (일품벼)와 우강면 일원의 일반농가(동진 벼)를 포함하는 해안평탄지를 대상으로 하였다. 미사 식양질 토양으로 유효토심이 깊으며 low humic-gley soils인 전북통 (Fluvaquentic Endoaquepts)이 넓게 분포하고 있다.
데이터처리
- 시기별 지상센서 및 영상 유래 식생지수와 벼 생육량 및 엽질소 함량과의 관계를 알아보기 위해 상관분석 및 회귀분석을 수행하였다. 이때, 지상측정 및 생육 조사일이 위성영상 취득일과 일치하지 않는 경우는 조사일과 가장 가까운 날 취득된 영상자료와 비교하였다.
이론/모형
- 벼 군락의 분광반사특성을 측정하기 위해 사용한 지상측정용 능동형(active) 광학센서는 미국 NTech사의 2종의 GreenSeeker 를 사용하였다. 센서내에 탑재된 인공광원으로부터 파장별로 빛을 조사하고 조사된 빛에 대한 적색광(0.
- 식생지수 측정과 함께 신평면과 우강면 각각 15개 및 45개 필지 각 포장에서 벼를 3주씩 채취하여 초장, 생체중, 건물중을 측정하였다. 이때, 70℃에서 건조한 식물체를 분쇄하여 micro-kjeldahl법으로 엽질소 함량을 분석하였다. 태양으로부터 들어오는 빛을 다양한 각도의 투과특성을 측정하여 엽면적 지수(LAI; leaf area index)를 계산하는 LI-2000 (LI-COR, Inc.
성능/효과
- 2). LAI와 군락의 엽질소 함량은 직선적인 관계(R2=0.80)로 나타났고 LAI가 1씩 증가할 때마다 엽질소 함량이 약 5 g/m2씩 증가하는 것으로 나타났다. 대개 단위 생체중 또는 건물중에 포함된 질소의 함량은 생육이 증가할수록 감소하는 경향이었으나 단위면적당 엽면적이 커지는 속도가 더 빠르므로 면적 단위로 계산된 엽질소 함량도 증가하였으므로 LAI와 직선적인 관계를 보이는 것으로 생각된다.
- 80)로 나타났고 LAI가 1씩 증가할 때마다 엽질소 함량이 약 5 g/m2씩 증가하는 것으로 나타났다. 대개 단위 생체중 또는 건물중에 포함된 질소의 함량은 생육이 증가할수록 감소하는 경향이었으나 단위면적당 엽면적이 커지는 속도가 더 빠르므로 면적 단위로 계산된 엽질소 함량도 증가하였으므로 LAI와 직선적인 관계를 보이는 것으로 생각된다.
- 분얼기에서 결실기 초기의 측정자료를 이용한 LAI와 지상측정 및 위성탑재 광학 센서 식생지수와의 관계를 살펴본 바, LAI가 2보다 커지면 식생지수가 더 이상 증가하지 않았고, LAI와 엽질소 함량과는 선형적인 함수관계로 나타났다. 위성탑재 광학센서 식생지수와 엽질소 함량과는 지수함수적인 관계로 나타났고 이 추정식을 이용하여 신평면 최고 쌀 생산단지 의 엽 질소 함량 지도를 작성하였다.
- 3). 신평면 일품벼와 우강면 동진벼에 대해서 위성영상에서 계산한 식생지수 값과 군락의 엽질소 함량과의 관계를 조사한 결과 지수함수적인 관계를 갖는 것으로 나타났다. 엽질소 함량은 en 품종에서 모두 15~20 g/m2 이상이면 LAI와 유사하게 (G)NDVI값이 더 이상 증가하지 않고 포화(saturation)되는 경향이 있었다.
- 신평면 일품벼와 우강면 동진벼에 대해서 위성영상에서 계산한 식생지수 값과 군락의 엽질소 함량과의 관계를 조사한 결과 지수함수적인 관계를 갖는 것으로 나타났다. 엽질소 함량은 en 품종에서 모두 15~20 g/m2 이상이면 LAI와 유사하게 (G)NDVI값이 더 이상 증가하지 않고 포화(saturation)되는 경향이 있었다.
- (2003)의 보고와 일치하는 경향이었다. 지상측정 센서에서 측정한 식생지수 값이 위성영상 자료로부터 계산한 식생지수 값보다 범위와 값이 더 크게 나타났으나 시계열 패턴은 유사 하게 나타났다. 이는 위성에 탑재된 센서가 대기의 입자나 수증기의 영향을 더 많이 받았기 때문일 것으로 생각된다.
후속연구
- 위성탑재 광학센서 식생지수와 엽질소 함량과는 지수함수적인 관계로 나타났고 이 추정식을 이용하여 신평면 최고 쌀 생산단지 의 엽 질소 함량 지도를 작성하였다. 넓은 지역을 대상으로 한 군락의 엽 질소 함량 을 추정하기 위하여 위성 영상은 매우 유용한 것으로 나타났고, 엽질소 함량을 이용하여 수확기의 수량과 쌀 단백질 함량을 예측하는 연구가 수행되어야 할 것으로 생각된다.
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