Optimization of Cultivational Conditions of Rice(Oryza sativa L.) by a Central Composite Design Applied to an Early Cultivar in Southern Region

중심합성계획법에 의한 남부 조생벼 재배요인의 최적조건 구명

Two field experiments were carried out to assess the applicability of a central composite design (CCD) in determining optimum culture condition of an early rice cultivar, Unbongbyeo in southern Korea. A central composite design with two replicates was applied to five levels of five factors such as the number of hills per 3.3m2, the number of seedlings per hill, the levels of nitrogen, the transplanting date and the seedling age (Experiment 1). The levels of planting density were ranged from 30 hills to 150 hills per 3.3m2 ; the number of seedlings per hill from 1 seedling to 9 seedlings per hill; the levels of nitrogen application from 1 kg/l0a to 21 kg/l0a; the transplanting date from June 15 to July 5; the seedling age from 25 days to 45 days. A fractional factorial design was applied to three levels of five factors tested in CCD (Experiment 2). Yield per hill and per unit area were examined and the results obtained from both experiments were compared. The benefits from the central composite design were discussed. Maximum yield of brown rice per unit area was obtained at the combination of the central levels of one of five factors when the other four factors were fixed at central point. Furthermore, brown rice yield per unit area affected by interaction of two factors was maximized at the central point when the remain three factors being fixed at the central level. The responses of five factors to brown rice yield per hill and unit area were found to be a saddle point in both designs. Actual values of the stationary points were 107 hills per 3.3 m2, 4 seedlings per hill, 10 kg nitrogen per l0a, transplanting date of rice on June 26 and 33 days of seedling age in the central composite design. Brown rice yield per unit area at the stationary points were estimated 439 kg/l0a in the central composite design and 442 kg/l0a in the fractional factorial design. Considering the number of experimental treatment combinations, the central composite design was rather convenient in reducing the number of treatment combinations for similar information. It was more convenient for an experimenter to present the results from the central composite design than those from the fractional factorial design. Considering the optimum yields of brown rice per unit area at the stationary points being verified as saddle points in both designs. inter-heterogeneity of each of the factors should be avoided in setting up factors in pursuit of inducing unidirectional response of the factors to yield. Even though both the lower and higher levels in the central composite design being beyond the region of an experimenter's interest. they were considered highly valued in interpretation of the results. Conclusively. the central composite design was found to be more beneficial to optimize culture condition of paddy rice even with several levels of various factors were involved.

수도재배에 있어서 수량은 여러 가지 요인이 복합적으로 작용하여 나타난 반응의 산물이다. 수도의 적정재배조건을 구명하기 위하여 지금까지는 제한된 요인 및 수준에서 시험연구가 수행되어 왔는데, 처리요인수 및 각 요인당 처리수준이 증가될 경우 전체 처리수의 급증으로 시험수행이 어렵게 된다. 본 연구는 이를 극복하고자 조생량 벼 품종 '운봉벼'의 재식주수, 주당본수, 질소시비량, 이앙일, 육묘일수 등 5가지 계량적 재배요인의 최적조건을 구명하기 위한 시험을 수행하고 수량을 Box와 Wilson의 중심합성계획법에 따라 분석하였으며(시험 1), 같은 품종을 공시하여 실험 1과 같은 요인을 Finney의 부분실시법(FFD)과 비교함으로써(시험 2) CCD의 농사시험연구에의 활용가능성을 제시하고자 하였다. 1. 재배조건에 따른 수량반응 수량은 5요인중 4요인의 수준을 중심수준에서 통제하였을 때 각 요인별 최대수량은 중심수준(재식주수, 90수/3.3$m^2$ ; 주당본수, 5본 ; N시비량, 11kg/10a ; 이앙일, 6월 25일 ; 육묘일수, 35일) 부근이었고 각 요인이 양극단수준으로 갈수록 감수하였으며 5요인중 3요인을 중심수준에서 통제하고 난 뒤에 2요인들 간의 상호작용에 의한 수량은 가 수준의 중심부에서 최고치를 보였다. 전체 5개 요인의 상호작용에 의해 나타난 수량의 정상점은 안부점이었다. 2. 두 계획법의 비교 가. CCD에서 수량에 대한 각각의 정상점에서의 재배조건은, 재식주수 107주/3.3$m^2$, 주당본수 4본, 질소시비량 10kg/10a, 이앙일 6월 26일, 육묘일수 33일이었고, 정상점에서의 수량은 439kg/10a으로서 FFD에서의 그것들과 비슷하였다. 나. CCD에 의하면 요인수와 수준수가 많아도 처리조합수를 획기적으로 줄일 수 있었고, 실험재료의 절적, 작업시간의 단축 및 작업의 간편화를 가져왔다. 다. CCD(각 요인별 5수준)는 FFD(각 3수준)에 비하여 수준수가 많았지만 결과를 도해화하기에 편리하였다. 라. 양 계획법에 있어서 수량의 정상점이 안부점인 것으로 보아 요인의 설정시 각 요인 상호간의 이질성을 고려해야 하며, 처리요인의 지나친 증가도 억제되어야 할 것이다. 마. CCD는 극한수준($\pm$2, $\pm$2, $\pm$2, $\pm$2, $\pm$2)의 처리가 없기 때문에 각 요인의 극한수준의 실험영역에 대해서는 적은 정보를 얻었으나. FFD보다는 많은 유익한 정보를 획득할 수 있었다. 따라서, CCD는 획기적으로 처리수를 줄였어도 유익한 정보를 제공하는 것으로 보아, 농사시험연구에 효율적으로 활용할 수 있는 계획적으로 확인되었다.적으로 확인되었다.