The development of infrared thermometry has led many researchers to use plant temperatures, and specifically the temperature of the crop canopy in the field, for estimating the water stress of a crop. The purpose of this study was to evaluate the role of leaf temperature in irrigation scheduling. An experiment was carried out in a greenhouse with chinese cabbage. Leaf temperature was measured with infrared thermometry and evapotranspiration of the crop was measured by lysimeters. Influence of the difference between leaf temperature and air temperature on crop evapotranspiration was evaluated under varying water stress condition. A further objective was to evaluate the effect of other climatic variables on the relationship between evapotranspiration and temperature difference between leaf and air. A statistical model for estimating evapotranspiration using the temperature difference, relative humidity. and radiation was developed and tested. Crop water stress index was calculated using vapour pressure deficit and the temperature difference. Relations between the crop water stress index and crop evapotranspiration was tested. The index was closely related with evapotranspiration.
기후변화에 따른 우리나라의 빈번한 가뭄에 따라 작물 생산량은 보존하면서 수자원 관리를 극대화하는 방법으로 작물 가뭄스트레스를 조기 탐지하여 적기에 적량이 관수되는 방식이 최근 주목받고 있다. 하지만, 대부분의 선행연구들은 가뭄스트레스가 상당히 진행되어 표징이 뚜렷한 시기에 실험되고 있어 가뭄 스트레스 초기에 원격탐지 될 수 있는 생리적 특징이 많이 알려지지 않았다. 본 연구에서는 콩을 대상으로 초기 수분 스트레스 시기에 열화상 카메라와 초분광 카메라 촬영을 수행하였다. 스트레스 우세 시기 작물 대상의 선행연구들 결과와 마찬가지로 엽온은 높아졌으며, 엽록소 함량을 대표하는 MERIS Terrestrial Chlorophyll Index (MTCI)는 감소하였다. 하지만, 오히려 광합성 능력을 나타내는 Chlorophyll/Carotenoid Index (CCI)가 증가하는 경향이 나타났다. 이는 스트레스 우세 상태와 마찬가지로 가뭄스트레스 초기에도 엽록소와 카로티노이드(carotenoid) 감소가 동시에 일어났지만, 처음의 카로티노이드 감소 속도가 엽록소에 비해 컸기 때문에 일시적으로 엽록소에 대한 카로티노이드 비율이 낮아져서 CCI가 높아진 것으로 사료된다. 이러한 스트레스 초기 반응은 조기탐지 알고리즘 개발에 유용할 것으로 기대한다.
In Korea, the largest agricultural lands are paddy fields which have poor infiltration and drainage properties. Recently, the Korean government has pursued cultivating upland crops in paddy fields to reduce overproduced rice in Korea. For this policy to succeed, it is critical to understand the topographic information of paddy fields and its effects on upland crops cultivated in the soils of paddy fields. The objective of this study was to characterize the growth properties of sesame and perilla from paddy fields with three soil topographic features and soil water effects which were induced by the topographic features of the sesame and perilla. The crops were planted in paddy fields located in Miryang, Gyeongnam with different topographies: mountain foot slope, local valley and alluvial plain. Soil water contents and groundwater levels were measured every hour during the growing season. The paddy field of the mountain foot slope was significantly effective in alleviating wet injury for the sesame and perilla in the paddy fields. The paddy field of the mountain foot slope had a decreased average soil water content and groundwater level during cultivation. Stress day index (SDI) from the alluvial plain paddy field had the greatest values from both crops and the smallest from the ones from the paddy field of the mountain foot slope. This result means that sesame and perilla had the smallest stress from the soil water content of the paddy field on the mountain foot slope and the greatest stress from the soil water content of the alluvial plain. It is important to consider the topography of paddy fields to reduce wet injury and to increase crop yields.
Millet and sorghum are major dryland cereal crops, however their growth and productivity is limited by soil water stress with varying intensity. The major objective of this study was to evaluate water stress of millet and sorghum yield under drainage classes of poorly drained soil and to test the effect of the installed pipe drainage in poorly drained paddy soil to minimize crop stress. The research was carried out in poorly drained paddy fields located at alluvial slopping area resulting in non-uniform water content distribution by the inflow of ground water from the upper part of the field. Stress Day Index (SDI) was determined from a stress day factor (SD) and a crop susceptibility factor (CS). SD is a degree of measurement by calculating the daily sum of excess water in the profile above 30cm soil depth ($SEW_{30}$). CS depends on a given excess water on crop stage. The results showed that sum of excess water day ($SWD_{30}$) used to represent the moisture stress index was lower on somewhat poorly drained soil compared with poorly drained soil on 117 days. CS values for sorghum were 57% on $3^{rd}$ leaf stage, 44% on $5^{th}$ leaf stage, 37% on panicle initiation, 23% on boot stage, and 16% on soft dough stage. For proso millet CS values were 84% on $3^{rd}$ leaf stage, 70% on $5^{th}$ leaf Stage, 65% on panicle initiation, 53% on boot stage, and 28% on soft dough stage. And for foxtail millet the values were 73% on $3^{rd}$ leaf stage, 61% on $5^{th}$ leaf stage, 50% on panicle initiation, 29% on boot stage, and 15% on soft dough stage. SDI of sorghum and millet was more susceptible to excess soil water during panicle initation stage more poorly drained soil than somewhat poorly drained soil. Grain yield was reduced especially in proso millet and Foxtail millet compared to Sorghum.
The interspecific estimation for tolerance capacities of upland crop species to excessive soil water stress in paddy field is significant in agricultural practices. Most of upland crops can be damaged by either excessive soil water or capillary rise of the water table during rainy season in paddy fields. The major objective of this study was to evaluate water stress of upland crops under different drainage classes in converted paddy field. This experiment was carried out in poorly drained soil (PDS) and imperfectly drained soil (IDS) of alluvial sloping area located at Toero-ri, Bubuk-myeon, Miryang-si, Gyeongsangnam-do. The soil was Gagog series, which was a member of the fine silty, mixed, nonacid, mesic family of Aeric Endoaquepts (Low Humic-Gley soils). Two drainage methods, namely under Open ditch drainage methods (ODM) and, Closed pipe drainage methods (PDM) were installed within 1-m position at the lower edge of the upper paddy fields. The results showed that sum of excess water days ($SWD_{30}$), which was used to represent the moisture stress index, was 42 days (the lowest) in the PDM compared with 110 days in the ODM. Most of upland crops were more susceptible to excessive soil water during panicle initial stage on more PDS than on IDS. Yield of upland crops in the PDM was continuously increased by the rate of 15.1% on sorghum, 15.4% foxtail millet, 53.6% proso millet, 49.6% soybean and 47.9% adzuki bean as compared in the ODM. The capacity for tolerance by excessive soil water based on yield of each upland crop in the poorly drained sloping paddy fields was the order of sorghum, soybean, foxtail millet, proso millet and adzuki bean. Therefore, Sorghum is relatively tolerant to excessive soil water conditions and, may be grown successfully in converted paddy field.
작물의 수분 스트레스는 생육 단계와 온도 조건에 따라 달라질 수 있으며, 이는 생육에 부정적이고 생산량에 피해를 줄 수 있다. 원격탐사 기법을 이용한 보다 정확한 스트레스 탐지를 위해서는 수분 결핍의 가뭄뿐만 아니라 폭염 조건도 함께 고려할 필요가 있으며, 작물 반응을 민감히 표현할 식생지수를 선정하고 그 변화 값을 이해해야 한다. 본 연구는 콩을 대상으로 영양생장기와 생식생장기로 구분해 가뭄과 폭염 조건에서의 MERIS terrestrial chlorophyll index (MTCI)와 chlorophyll/carotenoid index (CCI)를 측정하였다. 엽록소 농도에 민감한 MTCI는 가뭄에 민감하게 감소했으며, 폭염이 동시에 발생했을 때는 그 정도가 컸다. 광합성능과 상관이 있는 CCI는 비교적 가뭄에 민감하지 않으나, 폭염을 동반하면 큰 폭으로 감소했다. 수분 결핍 회복 후 MTCI는 피해 전보다 값이 증가했으며, CCI는 열 스트레스에 민감해졌다. 이러한 결과는 원격탐사를 활용해 콩의 수분 스트레스를 평가하고 관수 일정을 조정하는 데에 기여할 것으로 기대된다.
Crop response to weather and internal water pressure changes is more sensitive to crop water stress than soil water content. Recently, its implementation to optimal irrigation scheduling has been receiving much attention. This study was conducted to determine and compare the theoretical crop water stress index (CWSI) using meterological data and canopy temperature collected from three different irrigation treatments, which were Tr-1 plot (rainfed), Tr-2 plot (50% of daily evapotranspiration (ET) irrigated) and Tr-3 plot (75% of daily evapotranspiration (ET) irrigated). The readings of canopy temperature and CWSI were significantly different among irrigation treatment schemes. The average canopy temperatures and CWSIs of Tr-1 and Tr-3 plots were $34.6^{\circ}C$ and $32.6^{\circ}C$, 0.79 and 0.64, respectively. Solar radiation had the biggest correlation with CWSI (R=0.68) which was followed by wind speed, relative humidity and air temperature. Overall, the findings of this study indicated that canopy temperatures and CWSIs could be further used for irrigation scheduling for crop growth.
Excessive soil water at vegetative growth stages during the rainy season induces yield losses in soybeans. Our objectives were to obtain basic information about the cultivar differences and to understand the stress-tolerance process for due to excessive soil water. Previous experiments revealed soybean genotypic differences in tolerance to excessive soil water. A field experiment was conducted at the Research Farm of Korea University near Seoul on 21 May 1998. Soybean[Glycine max (L.) Merrill] cultivars, 'Hannamkong' (sensitive) and 'Taekwan-gkong'(tolerant) were planted in vinyl-lined plots(1.2 x 4.2 x 0.3 m deep) and control plots. Drip irrigation began at VI growth stage to submerge the soil surface. Three weeks of excessive soil water treatment reduced all growth parameters measured to soybean plants. Excessive soil water stress resulted in decreases of N, P, K, Ca, Mg and Cu, and increases of Fe and Mn contents in soybean leaves. The stress index of tolerant cultivars under excessive soil water showed no large difference in soybean growth characteristics measured at three growth stages. However, K, Ca, Mg, Fe and Mn contents in soybean leaves appeared to differ between sensitive and tolerant cultivars. From the above results, stress and tolerance indices are proposed for a method to test cultivar differences in plant responses within a species under adverse growth environments.
작물 수분 스트레스는 토양수분 함량, 농작물 생리학적 특성 및 원격탐사 기술을 이용하여 감지할 수 있으며, 작물의 생산량 감소를 평가하는데 매우 중요하다. 작물 수분 스트레스 지수(CWSI)는 작물의 엽온과 기온의 차이를 이용하여 산출할 수 있다. 본 연구에서는 드론 기반 열적외 영상을 이용하여 봄배추를 대상으로 관수 처리구(WCP)와 무관수 처리구(WDP)에 대한 CWSI 분포도를 작성하였다. 그 결과, CWSI 공간분포는 배추의 생육이상 반응 요소(구고, 구직경 및 엽록소 함량 측정치)와 높은 일치율을 나타내었다. 따라서 CWSI는 작물 생육이상 모니터링 및 평가에 좋은 수단으로 활용 가능할 것으로 판단된다.
Dongwon Kwon;Jaekyeong Baek;Wangyu Sang;Sungyul Chang;Jung-Il Cho;Ho-young Ban;HyeokJin Bak
한국작물학회:학술대회논문집
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한국작물학회 2022년도 추계학술대회
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pp.108-108
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2022
In this study, multispectral images of wheat according to soil water state were collected, compared, and analyzed to measure the physiological response of crops to environmental stress at the individual level. CMS-V multi-spectral camera(Silios Technologies) was used for image acquisition. The camera lens consists of eight spectral bands between 550nm and 830nm. Light Reflective information collected in each band sensor and stored in digital values, and it is converted into a reflectance for calculating the vegetation index and used. According to the camera manual, the NDVI(Normalized Difference vegetation index) value was calculated using 628 nm and 752 nm bands. Image measurement was conducted under natural light conditions, and reflectance standards(Labsphere) were captured with plants for reflectance calculation. The wheat variety used Gosomil, and the wheat grown in the field was transplanted into a pot after heading date and measured. Three treatments were performed so that the soil volumetric water content of the pot was 13~17%, 20~23%, and 25%, and the growth response of wheat according to each treatment was compared using the NDVI value. In the first measurement after port transplantation, the difference in NDVI value according to treatment was not significant, but in the subsequent measurement, the NDVI value of the treatment with a water content of 13 to 17% was lowest and was the highest at 20 to 23%. The NDVI values decreased compared to the first measurement in all treatment, and the decrease was the largest at 13-17% water content and the smallest at 20-23%. Although the difference in NDVI values could be confirmed, it would be difficult to directly relate it to the water stress of plants, and further research on the response of crops to environmental stress and the analysis of multi-spectral image will be needed.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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