Using Spatial Data and Crop Growth Modeling to Predict Performance of South Korean Rice Varieties Grown in Western Coastal Plains in North Korea

A long-term growth simulation was performed at 496 land units in the western coastal plains (WCP) of North Korea to test the potential adaptability of each land unit for growing South Korean rice cultivars. The land units for rice cultivation (CZU), each of them represented by a geographically referenced 5 by 5 km grid tell, were identified by analyzing satellite remote sensing data. Surfaces of monthly climatic normals for daily maximum and minimum temperature, precipitation number of rain days and solar radiation were generated at a 1 by 1 km interval by spatial statistical methods using observed data at 51 synoptic weather stations in North and South Korea during 1981-2000. Grid cells felling within a same CZU and, at the same time, corresponding to the satellite data- identified rice growing pixels were extracted and aggregated to make a spatially explicit climatic normals relevant to the rice growing area of the CZU. Daily weather dataset for 30 years was randomly generated from the monthly climatic normals of each CZU. Growth and development parameters of CERES-rice model suitable for 11 major South Korean cultivars were derived from long-term field observations. Eight treatments comprised of 2 transplanting dates $\times$ 2 cropping systems $\times$ 2 irrigation methods were assigned to each cultivar. Each treatment was simulated with the randomly generated 30 years' daily weather data (from planting to physiological maturity) for 496 land units in WCP to simulate the growth and yield responses to the interannual climate variation. The same model was run with the input data from the 3 major crop experiment stations in South Korea to obtain a 30 year normal performance of each cultivar, which was used as a "reference" for comparison. Results were analyzed with respect to spatial and temporal variation in yield and maturity, and used to evaluate the suitability of each land unit for growing a specific South Korean cultivar. The results may be utilized as decision aids for agrotechnology transfer to North Korea, for example, germplasm evaluation, resource allocation and crop calendar preparation.

공간정보와 생육모의에 의한 남한 벼 품종의 북한 서부지대 적응성 예측

남한 벼 품종의 북한서부평야지 재배적응성 예측을 위하여 496개 단위 재배구역 각각에 대하여 30년간의 생육모의를 실시하였다. 5km $\times$ 5km로 구획된 1,044개 재배구역중 벼논 재배구역은 위성영상자료를 분석하여 추출하였다. 일최고ㆍ최저기온, 강우량, 강우일수, 일사량은 1981년부터 2000년 동안 남북한의 기상관측소의 측정간을 이용하여 1 km$\times$ 1 km 해상도로 작성하였고, 최소재배단위(CZU)의 벼논 픽셀에 해당하는 기후값만을 발췌하여 그들의 평균값을 각 CZU의 대표값으로 하였으며, 각 재배구역별 월평균값으로부터 30년간의 일기상 자료를 무작위로 생성하였다. 11개 주요 남한 벼품종에 해당하는 CERES-rice 모형에 필요한 생장 및 발육관련모수는 농업관련 국가기관에서 장기간동안 수행하여 축적된 조사자료로부터 추정하였다. 남한 주요 품종의 유전적 특성을 갖도록 모수가 조정된 생육모형 CERES-rice를 북한 서부평야지 496개 벼 재배단위별 무작위로 생성된 30년간의 일기상 자료를 이용하여 이앙기(적식, 만식), 관개(천수답, 수리안전답), 작부방식(일모작, 이모작) 등 3요인을 2수준으로 두어 품종별 총 8개씩의 처리로 년도별 기상변이에 따른 생육 및 수량 등을 모의하였다. 각 품종에 대하여 같은 모형을 남한의 3개 작물시험장 실제 기상자료에 근거한 생육모의를 수행함으로써 북한지방 모의결과의 상대평가를 위한 기준자료로 삼았다. 생육모의를 통한 분석결과 남한의 중생종 벼 품종들 가운데 수원에서의 출수기가 8월 15일 이전인 것들이 북한서부평야지에서 적응성이 높을 것으로 판단된다. 이 결과는 앞으로 있을 남ㆍ북한 농업기술교류시 남한 벼 품종의 북한 곡창지대인 서부평야지 적응성 판단의 중요한 기초자료가 될 것이다.