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한국형 코즈믹 레이 토양수분 관측 시스템을 위한 국내 적용성 연구 (A Study on Domestic Applicability for the Korean Cosmic-Ray Soil Moisture Observing System)

  • 정재환;조성근;이슬찬;김기영;이용준;이충대;이신재;최민하
    • 대한원격탐사학회지
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    • 제39권2호
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    • pp.233-246
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    • 2023
  • 수문순환의 이해와 효율적 수자원 관리의 측면에서 토양수분의 중요성이 조명되고 있으나, 국내에는 양질의 지점 토양수분 자료의 부재로 그 활용도가 매우 낮은 실정이다. 때문에 인공위성 기반의 토양수분을 적용할 때에도, 기준자료가 되는 지상 관측자료가 없어 객관적인 평가 및 교정이 어려운 실정이다. 코즈믹 레이 중성자 탐지센서(cosmic-ray neutron probe, CRNP)를 활용한 토양수분 관측소는 위성 자료의 검보정을 위한 기준 자료 생산에서 핵심적인 역할을 수행할 수 있다. CRNP는 비침습식으로 설치가 가능하여 토양층 교란과 식생 환경의 피해를 최소화할 수 있고, 공간 대표성을 가진 중간 규모의 관측 범위를 가지고 있다는 장점이 있다. 이러한 특징은 지형이 복잡하고 식생이 우거진 지형이 많은 우리나라에서의 활용이 용이하다는 장점으로 이어진다. 따라서 본 연구는 한국형 코즈믹 레이 토양수분 관측 시스템(Korean cOsmic-ray Soil Moisture Observing System, KOSMOS) 구축의 일환으로, CRNP를 활용한 토양수분 관측소의 국내 적용성을 평가하고자 수행되었다. CRNP 관측소는 전력 및 설치 부지 확보의 용이성과 추후 타 수문기상 인자와의 효율적 활용을 고려하여, 한강홍수통제소의 홍천군 군업리 관측소에 병행 설치되었다. CRNP 토양수분 자료의 평가를 위해 12개소의 지점 토양수분 센서를 추가로 설치하였으며, 시간 안정성 분석을 통해 공간적 대표성을 평가하였다. CRNP에서 생성되는 중성자는 평균 1,087 counts per hour 정도로 설마천 관측소에 비해 낮게 나타나 홍천 관측소의 환경이 더 습윤한 환경임을 알 수 있었다. 관측된 중성자 자료의 중성자 보정과 초기교정을 통해 토양수분을 산정하였으며, 산정된 토양수분 자료는 짧은 교정 기간에도 지점 자료와의 검증에서 r=0.82로 높은 상관성을 보여주었고, root mean square error=0.02 m3/m3의 높은 정확도를 보여주었다. 추후 계절성을 반영할 수 있도록 연간 자료가 축적된 후 재교정을 수행하면 보다 높은 정확도를 보여줄 것으로 판단된다. 이러한 결과는 CRNP 토양수분 자료의 우수성을 검증한 선행연구들과 더불어, KOSMOS 구축 시 양질의 토양수분 자료를 생산할 수 있음을 시사한다.

한국산(韓國産) 왕대나무의 현존량(現存量)과 토양(土壤) 미세균류상(微細菌類相) (The Standing Crops and Soil-borne Microfungal Flora of Phyllostachys reticulata in Korea)

  • 김관수
    • 한국균학회지
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    • 제7권2호
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    • pp.91-116
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    • 1979
  • 본(本) 연구(硏究)는 예산지역(禮山地域)(A)과 광산지역(光山地域)(B)의 왕대나무(Phyllostachys reticulata)의 현존량(現存量)과 그 토양(土壤) 미세균류상(微細菌類相)을 조사(調査)한 것이다. 왕대나무의 죽림밀도(竹林密度)는 예산지역(禮山地域)이 17,250본(本)/ha이며 광산지역(光山地域)이 14,780본(本)/ha으로서 예산지역(禮山地域)이 16.1%가 많았다. 양지역(兩地域)의 환경요인(環境要因)은 B지역(地域)의 생장기간(生長期間)의 평균기온(平均氣溫)이 A지역(地域)보다 $1.5{\sim}2^{\circ}C$가 높았고 토양온도(土壤溫度)도 $1{\sim}2^{\circ}C$가 높았으며 토양내(土壤內)에 함유(含有)되어 있는 전실소(全室素), 인산(燐酸) 및 유기물질량(有機物質量)도 약간(若干)많았다. 또 B지역(地域)에서는 낙엽량(落葉量)과 부식량(腐植量) 그리고 죽림내(竹林內)의 식생수량(植生數量)도 많았으며 죽림지(竹林地)에서 환원(還元)되는 각종(各種) 유기물(有機物) 분해(分解)에 관여(關與)하는 미세균류(微細菌類)도 Mortierella elongata, Mucor circinelloides, Aspergillus japonicus, Penicillium waksmani and Trichoderma lignorum등의 5종(種)이 더 많았다. 온도(溫度)는 죽림내부(竹林內部)로 들어 갈수록 낮았고 습도(濕度)는 높았다. 죽림내(竹林內)의 상대조도(相對照度)의 비율(比率)은 A지역(地域)이 4.19% B지역(地域)이 2.7%로서 하단분(下端部)에서는 모두 광합성작용(光合成作用)을 할 수 있는 능력(能力)이 상실(喪失)되었으나 조도(照度)가 약(弱)할수록 표토(表土)근처에서 서식(棲息)하는 미세균류(微細菌類)는 오히려 활동력(活動力)을 강(强)하게 하는 것으로 생각한다. 생산구조도(生産構造圖)에서 B지역(地域)의 광합성부(光合成部)의 최대량(最大量)이 대나무 지상부(地上部)의 상단(上端)에 위치(位置)하고 있어서 높은 생산량(生産量)을 유지(維持)하는데 효과적(效果約)인 구조(構造)였다고 생각된다. A,B지역(地域) 죽림(竹林)에서 $D^2H$, $w_s,\;w_b$, 및 $w_l$ 상대생장식(相對生長式)을 유도(誘導)한 결과(結果)는 다음과 같다. A지역(地域) $logw_s=0.5262\;logD^2H+1.9546$ $logw_b=0.6288\;logD^2H+1.5723$ $logw_l=0.5181\;logD^2H+1.8732$ B지역(地域) $logw_s=0.5433\;logD^2H+1.8610$ $logw_b=0.1630\;logD^2H+2.3475$ $logw_l=0.4509\;logD^2H+2.0041$ 상기(上記)한 식(式)을 적용(適用)하여 10a당 현존량(現存量)을 조사(調査)한 결과(結果) A지역(地域) $w_s=1128.83kg,\;w_b=689.05kg,\;w_l=926.69kg$ 으로 $w_e=2744.57kg$이었고, B지역(地域) $w_s=1206.66kg,\;w_b=679.92kg,\;w_l=1112.51kg$으로 $w_t=2999kg$이였다. 따라서 A,B양지역간(兩地域間)에 있어서 $D^2H,\;w_s,\;w_b$, 및 $w_l$의 현존량(現存量)을 비교한 결과(結果)(t-test), $D^2H,\;w_s,\;w_b,\;w_l$에서는 유의차(有意差)가 인정되었으나 $w_b$는 유의차(有意差)가 없었다. 토양생(土壤生) 미세균류(微細菌類)를 조사(調査)한 결과(結果) 158균주(菌株)를 분리(分離)하고 55종(種)을 동정(同定)하였다. 그 중 A지역(地域) 50종(種), B지역(地域) 55종(種)으로 양지역(兩地域)의 우점종(優占種)들은 다음과 같다. Trichoderma viride, Penicillium janthinellum, P. commune, Aspergillus oryzae, A. niger, A. gigantus, A. fumigatus, Mortierella ramaniana, var. anguliFPora, Mucor hiemalis와 Zygorhynchus moelleri. 이상(以上)의 결과(結果)에 의(依)하면 토성(土性)이 좋고 토양양료(土壤養料) 및 토양생(土壤生) 미세균류(微細菌類)의 증가(增加) 그리고 생육기간(生育期間)의 온도(溫度)가 왕대나무의 생장(生長)이나 임상식물(林床植物)의 종(種)과 양(量)을 증가(增加)시킨 것으로 나타났고 왕대나무의 현존량(現存量)과 환경요인(環境要因)과의 상관관계(相關關係)는 이들의 모든 요인(要因)이 상호연관(相互連關)을 갖고 복잡(複雜)하게 작용(作用)한 것으로 보며 더욱 죽림밀도(竹林密度)가 중용(重要)한 인자(因子)로 작용(作用)한 것같다.

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단수수(Sorghum vulgare PERS) 품종의 생태변이 및 유용형질의 유전에 관한 연구 (Studies on Ecological Variation and Inheritance for Agronomical Characters of Sweet Sorghum Varieties (Sorghum vulgare PERS) in Korea)

  • 손세호
    • 한국작물학회지
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    • 제10권
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    • pp.1-43
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    • 1971
  • 실험 I. : 본 실험은 단수수에 대하여 재배시기를 이동함에 따르는 실용 제형질의 변화를 구명하기 위하여 1968~1969년까지 2개년에 거쳐 작물시험장 특용작물 연구실(수원)에서 시행되었으며 품종은 조만생, 초형, Syrup형, Sugar형 등 생태적 특성을 달리한 17개품종이 공시되었으며 묘종기 양년 모두 4월 5일부터 8월 25일까지 20일 간격으로 8회에 걸쳐 파종하여 조사한 바 그 결과를 요약하면 다음과 같다. 1. 발아기(발아일수)는 파종기를 앞당겨 저온하에 파종하면 발아에 소요되는 일수가 많고 파종기가 늦어서 기온이 상승됨에 따라 발아 일수가 직선적으로 단축되다가 8월 25일 이후의 파종부터는 다시 지연되는 경향이었다. 발아기간의 일평균온도와 발아일수간에는 높은 부상관관계가 있으나 이와는 반대로 발아일수와 적산온도간에는 고도의 정상관이 인정되었다. 2. 파종기의 지연에 따라 출수일수는 거의 직선적으로 단축된다. 공시된 품종간에 평균출수일수차는 30.2일이란 큰 차이가 있었다. 이들을 10일간격으로 조, 중, 만생군으로 구별하면 조생군은 평균출수일수가 78.5$\pm$4.5일범위에 속하고 중생군은 88.5$\pm$4.5일, 만생군은 98.5$\pm$4.5일로 되었다. 출수단축한계 종종기는 조생군이 제VI-VII파종기인 7월 15일$\pm$8월 5일까지이고 중생군은 제VI파종기인 7월 15일까지, 만생군은 제IV파종기인 6월 5일까지이었다. 3. 파종기(x)와 출수까지의 일수(y)와의 회귀직선식 y=a+bx의 손수(출수까지의 일수의 단축율)와 평균출수까지의 일수와는 고도의 정상관관계가 있었다. 4. 파종에서 출수기까지의 생육경과에 있어서 일평균기온이 높을수록 출수일수가 단축되어 조생종은 24.2$^{\circ}C$에서, 중생종은 23.8$^{\circ}C$에서, 만생종은 22.9$^{\circ}C$에서 최대단축율을 보이었고 따라서 출수전 30일간의 평균기온이 약 22$^{\circ}C$부터 $25^{\circ}C$에 이르기까지 가속적으로 출수소요일수가 단축되다가 그뒤 약 21$^{\circ}C$이하가 됨에 따라 다시 지연되는 경향이었다. 5. 초장의 절대치는 품종간에 차이는 있으나 비교적 조파구간에는 초장에 큰 변이가 없었고 파종기가 늦어짐에 따라 짧아졌다. 초장의 신장속도는 파종기가 늦어짐에 따라 현저하게 빨라지고 특히 조생종이 만생종보다 더욱 가속적인 경향이었다. 따라서 최고초장과 최저초장과의 절대치의 차이는 조생종일수록 적고 만생종일수록 큰 격차를 보이었다. 6. 간직경에 있어서도 만생종은 일반적으로 조기파종할수록 굵고, 조생종과 중생종은 4월 25일 파종기가 가장 굵은 편이며 이보다 파종기가 지연 가늘어지는 경향이었다. 7. 간중은 품종의 조만생에 따라 약간의 차이는 있으나 대체로 적기(4월 25일~5월 15일)보다 조기 혹은 만기 파종하면 작아지나 파종기 이동에 따른 간중의 변화는 품종의 조만성에 따라 양상을 달리하여 조생종은 4월 25일 내외, 중생종은 4월 25일~5월 15일 내외, 만생종은 4월 5일~5월 15일 내외의 파종기에서 최고수량에 달하고 이후 직선적으로 감소하였다. 8. Brix 도는 품종에 따라 절대치가 다르며 또한 파종기가 5월 15일 이후로 늦어짐에 따라 직선적으로 감소되어 파종기(x)와 Brix 도(y) 간에 고도의 부상관관계를 볼 수 있었다. 9. 출수후 40~45일경의 절간부위별 Brix 도는 상부 제 1~제3절간 부위가 최고에 달하고, 제4절간부터 서서히 낮아지다가 지상 제2절부위에 가서 다시 약간 높아지는 경향이었다. 그러나 출수전까지는 이와 반대의 경향이었다. 10. 간중당분에 대한 파종기별 축적상황은 파종기가 지연됨에 따라 거의 직선적으로 낮아지며 품종에 따라 차이는 있으나 6월하순 이후의 파종기는 당원료작물로서 거의 무가치한 낮은 함량을 나타내었다. 11. Brix도 및 간중당분은 출수기부터 축적이 시작되어 출수후 약 40~45일에 최고에 달하고 순당율도 같은 경향으로 생육의 진전과 더불어 높아져서 순당율과 Brix 도간, 순당율과 간중당분간에 각각 높은 정의 상관관계가 존재한다. 12. 가제당량과 파종기간의 관계를 보면 중생종과 만생종은 4월 25일, 중생종은 5월 15일 파종기가 최고에 달하고 이보다 파종이 지연됨에 따라 급격히 감소되는 경향으로 파종기(x)와 가제당량(y)사이에 1% 이상의 높은 부의 상관을 보았다. 13. 파종기 및 제형질간의 상호관계를 보면 파종기가 지연됨에 따라 발아일수, 발아기간의 적산온도, 출수일수, 출수일수까지의 적산온도, 초장, 간직경, 간중, Brix 도, 간중당분, 순당율, 가제당량 등은 모두 고도의 부상관 및 회귀관계이었고 출수일수(x)와 Brix도, 당도, 순당율, 가제당량, 초장, 간장(y)등 간, Brix 도(x)와 순당율, 가제당량, 간중(x)과 가제당량(y)간, 또한 출수시의 일장(x)과 Brix 도, 출수일수, 당도, 순당율, 가제당량(y) 등 간에는 고도의 정상관을 인정할 수 있었다. 실험 II: 실험 I에 공시된 품종중에서 생태 및 유전적으로 다른 11품종만을 이면교배법에 의하여 교잡된 F$_1$ 및 교배친의 출수기, 간장, 간중, Brix 도 및 Syrup yield 등에 대하여 우성정도, 교배조합능력 및 유전분석을 한 결과를 요약하면 다음과 같다. 1. 출수기는 조, 만숙방향으로 완전 혹은 초월우성인 특정조합이 있기는 하나 대체적으로 중간성 및 부분우성이었고 GCA 및 SCA가 높은 특정조합친을 인정할 수 있었다. 따라서 출수에 관여하는 유전인자의 분배비는 50:50으로 추정되었으며 유전력도 높아서 초기세대부터 선발이 가능할 것으로 본다. 2. 간장은 잡종강세도가 높았으며 장간의 방향으로 초월성인 특정조합도 있으나 완전 혹은 부분우성으로 추정된다. GCA 및 SCA는 일반적으로 높은 편이었으며 관여된 우성 및 열성유전자는 거의 50:50으로 분배되며 유전력은 낮았다. 3. 간중은 대부분 정의 방향(다수)으로 완전우성에 가까운 부분우성으로 작용하나 특정조합에 따라 초월우성인 것과 부분우성인 것이 있었다. GCA와 SCA는 비교적 높은 교배친을 인정할 수 있으며 유전자의 작용방향은 열성유전자가 많이 관여되고 복잡한 분리가 일어날 것으로 추정되며 유전력은 비교적 낮았다. 4. Brix 도에 대한 우성정도 및 방향은 교배조합에 따라 고 Brix 및 저 Brix로 나타났으나 일반적으로 초우성 내지 완전우성으로 나타났고 GCA 및 SCA는 Brix 도가 높은 품종일수록 높은 경향이므로 고당성 육종에는 역시 높은 당분함량을 가진 교배친이 유리할 것으로 추정된다. 5. Syrup 종에 대한 우성정도는 많은 방향으로 초월 혹은 완전우성으로 추정되며 잡종강세도는 대단히 높았다. GCA와 SCA의 관계는 일정하지 않으며 GCA가 높은 품종은 SCA가 낮은 경향이었다. 교배친의 우성대립인자 대 열성대립인자의 빈도는 거의 동수로 나타날 것으로 추정된다.

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