관개나 수분수지 규명을 위한 기본적인 자료는 토양수분 함량이다. 그러나, 포장상태에서의 토양수분 함량은 직접 측정하는 것이 쉽지 않기 때문에 많은 경우 건조기를 이용한 중량수분 함량측정 방법을 이용하거나 토양수분 포텐셜 측정용인 텐시오미터를 이용한 토양수분의 에너지 특성을 관개에 활용하는 것이 현실이었다. 중량수분 함량은 시료를 채취해서 건조하기 때문에 시료채취 당시의 토양수분 함량을 아는 것이 어렵고, 토양수분 포텐셜은 에너지를 측정하는 것이기 때문에 이 역시 토양의 수분함량을 얻는 것이 불가능 하다. 따라서, 최근에 이런 측정상의 어려움을 극복하기 위해 여러 나라에서 포장에서의 토양수분 함량을 직접 측정하는 다양한 센서를 개발하고 있고 있다. 그 중 몇 가지는 현재 우리나라에 공급되고 있는데, 가격 등의 문제로 별로 알려져 있지는 않다. 센서는 현장에서 수분함량을 파악할 수 있는 장점이 있기 때문에 관개에 직접 적용이 가능하며 자동화시설이나 수분수지 모형 산정에도 활용할 수 있다. 본 시험은 우리나라에 소개되어 있는 몇 가지의 토양수분 측정용 센서를 현장에서 코어를 이용해 측정한 용적수분 함량과 비교하여 센서의 정확도나 이용 가능성을 검정하고자 하였다. 코어를 이용해 실측한 토양 용적수분 함량과 비교하고자 7종의 센서를 선택해 실험에 이용하였다. 가격이 비싼 것으로 알려진 TDR 형태의 센서가 2종이었으며, 나머지 5종은 FDR 형태의 센서였다. TDR 센서는 Soilmoisture사에서 제작한 MiniTrase와 Imko 사의 Trime이고, FDR은 Sentek사에서 개발한 EasyAG, EnviroSCAN과 Delta-T사에서 제작한 PR-1과 WET-2 및 Decagon사에서 제작한 $ECH_2O$ 센서였다. 실헙방법은 본량사양토인 포장에서 건조한 상태인 시험구와 물이 포화된 시험구를 만들어 놓고, 그곳에서 센서 종류별로, 측정 깊이별로 토양의 용적수분 함량을 측정하고, 센서로 측정한 위치 바로 옆에서 코어를 이용해 토양시료를 채취하고 이를 건조기에 건조해 용적수분 함량을 측정하였다. 비교결과 TDR인 MiniTrase가 결정계수$(r^2)$가 0.964이고 표준오차(SE)가 0.01로 좋은 결과를 보여줬고 WET-2가 $r^2$와 SE가 0.932와 0.013이였으며 EasyAG는 0.877과 0.0211, EnviroSCAN은 0.803과 0.0259의 값을 보였다. 일반적으로 토양수분 함량 측정오차가 1% 미만인 센서가 정확한 수분함량 해석을 유도할 것이지만 위의 센서 중 MiniTrase를 비롯한 4개의 센서 정도가 토양의 수분 함량을 측정하는데 유용할 것이라는 결론을 얻었다.
토양수분함량과 큰검정풍뎅이의 밀도 변화와의 관계를 파악하는데 필요한 기초 자료를 얻기 위해 토양수분함량이 큰 검정풍뎅이의 난과 유충의 생존에 미치는 영향을 조사하였다. 사양토와 식양토의 수분함량 15%와 25%에서는 난과 1, 2, 3령 유충 모두 79% 이상의 생존율을 보였으나 5%와 35%에서는 현저히 떨어졌다. 이 극한 수분함량에서는 토성에 따라 난과 유충의 생존율에 차이가 있는 것으로 보였다. 큰검정풍뎅이의 난은 생존할 수 있는 낮은 수분함량의 한계에 가까워질수록 발육기간이 길어졌다. 식양토에서 33-36%의 높은 수분함량에 난을 일정 기간 처리했을 때 배자 발육을 진행된 난일수록 잘 견뎠고 처리기간이 길어짐에 따라서 전란기간이 길어졌다. 또한 높은 토양수분함량에서는 3령 유충의 섭식 활동이 뚜렷이 억제되었다.
비닐하우스 내에서 일평균 투광율을 21.2%, 24.8%, 30.3%와 같이 3수준으로, 토양수분을 11.0%, 12.5%, 15.3%, 18.9%와 같이 4수준으로 조절하여 묘삼의 생육 및 수량을 조사한 결과는 다음과 같다. 엽록소 함량은 투광율이 낮은 조건에서 토양수분함량의 감소에 따라 완만히 감소되었으나 투광량이 높은 조건에서 토양수분함량이 낮아지면 엽록소 함량은 현저히 감소되었다.고온장해율은 투광율이 낮은 조건에서 토양수분함량이 11.0%처럼 매우 낮을 때에만 현저히 증가되었지만 투광량이 높은 조건에서는 토양수분함량의 감소에 따라 고온장해율은 급격히 증가되었다. 3.3$m^2$(칸)당 생근중, 주당 생근중 및 사용가능묘삼수는 투광율이 증가되고 토양수분함량이 감소될수록 뚜렷이 감소되었는데, 토양수분함량이 적절한 조건(18.9%)에서는 투광율이 증가되어도 묘삼수량의 감소는 적었으나 토양수분함량이 부족한 조건에서는 투광율이 증가될수록 묘삼수량은 현저히 감소되었다. 적변율은 투광율이 높고 토양수분함량이 많을 때 현저히 증가되었는데, 투광율이 높은 조건에서 토양수분함량이 감소되면 적변율도 차차 감소되었으며, 투광율이 낮은 조건에서 적변율은 토양수분함량에 따라 큰 변화를 보이지 않았다.
토양수분함량의 차이가 쥐오줌풀의 지하부생육 및 뿌리의 엑스함량에 미치는 영향을 조사하기 위하여 광룽쥐오줌풀 (Valeriana jauriei var. dasycarpa HARA)을 사용하여 토양수분을 최대용수량의 30, 45, 55, 70, 70 및 90%로 조절하여 pot시험으로 수행하였던 바 얻어진 결과는 다음과 같다. 1. 엽장 및 엽폭은 토양수분함량이 증가 할수록 미미한 증가를 보였으나 엽병장 및 근장은 80%까지 토양수분함량이 증가할수록 직선적인 증가를 보였다. 2. 토양수분함량과 근수량 및 근의 엑스함량간에는 고도의 정의 상관이 인정되었다. 3. 쥐오줌풀의 생육의 최적수분함량은 최대용 수량의 $80{\sim}90%$ 였다.
토양수분 이동에 대한 토양 특성과 경운의 영향을 구명하기 위하여 3년 동안 일리노이 중부지방의 몇 개 토양통이 다른 옥수수 포장에서 토양 수분함량을 조사하였다. 경작 기간중의 무경운과 경운된 포장에서 30 cm 간격으로 깊이 150 cm 까지 Neutron Scattering 기술에 의하여 수분함량을 측정하였다. 토양 경작층에서의 수분함량은 경운이나 강우에 의해 수분함량의 영향을 받은 반면 심토에서는 토성에 의해 영향을 받았다. 토양수분은 점토 함량이 상대적으로 낮은 Saybrook통이나 Catlin통에서 점토 함량이 높아 수분 보유능이 높은 Drummer통, Flanagan통, 및 Ipava통보다 빠르게 이동하였다. 이들 Drummer통, Flanagan통, Ipava통의 높은 유기물 함량은 수분 보유능을 증가시키는 또 다른 이유가 될 수 있다. 또한 옥수수 경작층에서의 수분함량은 경운 포장에서 무경운 포장보다 높았다.
착색단고추 관비재배 시 토양수분함량이 생육 및 품질에 미치는 영향을 구명하여 생산성 향상을 위한 기초자료로 활용코져 수행하였다. 광합성속도 및 증산속도는 토양내 수분량이 적은 -30 ㎪에서 낮았으며, 토양의 pH와 EC는 수분함량에 따른 큰 변화 없이 안정적이었다. 식물체의 전질소 함량은 -30 ㎪에서 가장 낮았으며, 칼륨, 칼슘, 마그네슘은 -10 kPa에서 가장 높았고, 인산은 처리간에 유의성이 없었다. 정식 60일째의 생육은 토양수분함량이 낮아질수록 저조하였으나 정식 210일째는 토양수분함량간에 유의성이 없었다. 품질은 토양수분함량에 따른 유의성이 없었으나 당도만 -30 ㎪에서 $8.0^{\circ}$Brit로서 가장 높았다. 따라서 착색단고추 관비재배를 위한 토양수분의 함량은 -10 ㎪∼-20 ㎪에서 생육 및 품질이 양호하였다.
토양수분포텐셜이 복분자 생육에 미치는 영향을 조사하기 위하여 복분자 시설하우스에서 -5 ~ -40 kPa 수준으로 토양수분을 처리하였다. 시설하우스내의 토양유효수분은 5.6%이었고, 수분포텐셜에 따라 토양수분함량이 높아지면 토양 pH와 치환성 Ca은 증가하였고, 치환성 K와 전질소 함량은 감소하였으며, 유기물함량은 수분처리 9일 이후부터 감소하였다. 수분포텐셜과 토양수분함량 간에는 y = 96.534 - 20.28In(x)의 지수함수 근사식이 성립되었다. 수분포텐셜이 -20 kPa (토양 수분 27.5%) 이상이면 복분자 잎의 엽록소 함량이 감소하였고 질소흡수가 억제되며, P 함량은 수분공급 시간에 따라 증가하였다. 수분포텐셜 -20 kPa 이상의 수준으로 7일 이상이 경과하면 뿌리활력이 급격히 감소되어 생육이 위축되었다. 지상부에 대한 뿌리비율 (T/R률)은 수분공급 9일까지 급격히 감소하였다. 휴면기의 복분자 줄기와 뿌리의 탄수화물 함량은 -5 kPa과 -10 kPa 처리구에서 가장 낮아 동해 위험도가 가장 높았다.
다편파 레이더 산란계 시스템 (L, C, X-밴드 안테나)에서 얻어진 편파별 후방산란계수와 토양수분함량과의 상관성을 분석하고 후방산란계수를 이용 토양수분함량을 추정하고자 하였다. 콩 생육시기에 따른 밴드별 후방산란계수 변화 관측 결과 L-밴드 후방산란계수가 C-, X-밴드후방산란계수보다 높게 나타났고, 모든 안테나 밴드에서 콩 생육초기에는 VV-편파가 HH, HV-편파보다 후방산란계수가 높게 나타났다. HH-편파가 VV-편파보다 후방산란계수가 높게 나타나는 시기는 밴드에 따라 차이를 보였다. L-밴드의 경우 7월 20일 (DOY 200), C, X-밴드는 7월 30일 (DOY 210)부터 HH-편파가 다른 편파들 보다 후방산란계수가 높게 나타났다. 모든 안테나 편파별 후방산란계수가 9월 29일 (DOY 271)에 최대값을 보였고, 그 이후 수확기 (DOY 294) 까지 감소하였다. L-밴드 HH-편파와 VV-편파 간의 차이는 꼬투리가 생성되는 착협기 (R3, DOY 228) 부터 다른 밴드에 비해 크게 나타났고, 반면에 C-밴드 HH-편파와 VV-편파 간의 차이는 착협성기 (R4, DOY 242) 이후 증가폭이 크게 나타났다. 후방산란계수와 토양수분함량과의 변화를 분석한 결과 생육기간동안 토양수분함량 변이가 컸고, 전체 생육기간에서는 모든 밴드별 후방산란계수와 토양수분함량 간에 상관성이 나타나지 않았다. 하지만 엽면적지수가 2 이하 (R2, DOY 224) 일 때 후방산란계수가 증가함에 따라 토양수분함량도 증가하는 경향을 보였다. 밴드별 후방산란계수와 토양수분함량과의 상관관계를 분석하였다. 전체 생육기간에서는 모든 밴드에서 두 변수간의 상관계수가 낮게 나타났다 ($r{\leq}0.50$). 반면에 엽면적지수 2 이하 일 때 모든 밴드에서 후방산란계수와 토양수분함량과의 상관계수가 전체 생육단계에서 조사한 것 보다 높게 나타났다. L-밴드 후방산란계수가 C-, X-밴드 후방산란계수 보다 토양수분함량과의 상관성이 높게 나타났고 ($r{\geq}0.84$), L-밴드 HH-편파가 상관계수가 가장 높았다 (r=0.90). X-밴드 후방산란계수는 L-, C-밴드 후방산란계수보다 상관계수가 낮게 나타났다 ($r{\leq}0.71$). 후방산란계수를 이용하여 토양수분함량 추정 모형식을 작성하였다. L-밴드 HH-편파 후방산란계수와 토양수분함량과의 관계를 비교해 본 결과 결정계수가 높게 나타났다($R^2=0.92$). 본 연구를 통해 레이더 산란계 시스템에서 얻어진 후방산란계수를 이용하여 토양수분함량을 추정할 수 있음을 확인하였다.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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