• 한국초지조사료학회지
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• 제43권4호
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• pp.232-239
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• 2023

본 연구에서는 새로운 사료작물로서 국내 재래종 단수수의 반추 동물용 사료가치를 평가하기 위하여 무안재래종(국립식량과학원 바이오에너지작물연구소)을 공시하여 실험을 실시하였다. 단수수 재배는 유박비료를 정량 처리한 권장량구(RD), 권장량의 2배 처리구(Double RD) 및 무처리구(Con)를 두어 상지대학교 (강원도 원주시)에서 2021년 5월부터 10월까지 재배하였다. 단수수 모종을 포장에 이식 후 일주일 간격으로 12주간 초장 및 분지수를 조사하였고, 영양 성분, 당도 및 반추위 in vitro 소화율을 7, 9 및 11주에 측정하였다. 단수수는 초기에는 완만한 성장을 하다가 6~7 주차에 성장이 가장 빨랐고, 이후에는 정체를 나타내었다. 7주차 초장은 권장량 2배구가(295.00 ± 18.92cm), 권장량(273.33 ± 18.04cm) 및 무처리(229.17 ± 16.34cm) 순으로 큰 차이를 보였다(p<0.05). 조단백질은 7 및 9주차에 권장량 2배구(8.91 ± 0.11%, 5.74 ± 0.22%)가 다른 실험구보다 높은 수준을 나타내었고(p<0.05), 조지방은 9주차에는 권장량 2배구(1.38 ± 0.10%)가 다른 실험구보다 높았다(p<0.05). ADF는 7, 9 및 11주차에 권장량 2배구가 각각 36.14 ± 0.04, 25.48 ± 0.74 및 23.74 ± 0.59%로 가장 높게 나타났으며(p<0.05), NDF도 권장량 2배구가 7 및 9주차(47.55 ± 0.34 및 43.78 ± 0.27%)로 가장 높았다(p<0.05). 농가에서 재배한 옥수수(광평옥) 및 수단그라스 교잡종(그린스타)과 비교하였을 때 조단백질 함량은 단수수가 낮았고(p<0.05), 조지방 함량은 단수수가 옥수수에 비하여 높게 나타났다(p<0.05). 그리고 조섬유 함량, ADF 및 NDF는 단수수가 옥수수 및 수단그라스에 비하여 높았다(p<0.05). 단수수의 당도는 9 및 11주차에는 무처리구(6.13 ± 0.21 및 7.63 ± 0.21 brix) 및 권장량구(6.17 ± 0.12 및 7.27 ± 0.12 brix)가 권장량 2배구(4.07 ± 0.12 및 4.67 ± 0.06 brix)보다 높게 나타났고(p<0.05), 농가 재배 옥수수 및 수단그라스 교잡종보다 높게 나타났다(p<0.05). 반추위 in situ 소화율은 9주차 및 11주차에서 30.73~38.13% 수준이었으며, 농가 재배 옥수수 및 수단그라스 교잡종보다 높았다(p<0.05). 따라서 이상의 연구 결과를 볼 때 재래종 단수수는 조사료 작물로서 충분한 가치를 보유하고 있고, 초장이 273.33~332.50cm(9주차)일 때 사료작물로서 생산량, 소화율 및 영양가 등 양호할 것으로 사료된다. 또한 우수한 당도는 조사료로써 활용 측면에서 큰 장점으로 작용할 것이다.

• 한국농림기상학회지
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• 제25권4호
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• pp.387-397
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• 2023

식물의 초장은 작물의 생육상태를 가시적으로 파악 할 수 있는 생육지표로 수량과 상관성이 높아 작물 육종이나 재배 연구에 널리 사용된다. 초장과 같은 작물의 생육특성 조사는 전통적으로 자를 이용하여 사람이 직접 조사하였으나 최근 센싱, 영상 기술이 발전하면서 작물의 생육을 효율적으로 조사하기 위해 생육계측 기술을 디지털 전환하려는 연구가 시도되고 있다. 본 연구에서는 넓은 범위에 걸쳐 정밀한 측정이 가능한 레이저 스캐너를 사용하여 다양한 질소 시비 수준에서 재배된 벼 군락의 높이를 측정하고 실측 초장과 비교 분석을 수행하였다. 군락의 높이는 레이저 스캐너로 수집된 포인트 클라우드의 상위 1% 점의 높이를 계산하여 측정하였다. 상위 1% 점의 높이를 이용하여 추정한 초장이 실측 초장과 가장 높은 결정계수를 보였고(R² = 0.93, RMSE = 2.73), 선형회귀식을 도출하 여 이를 근거로 레이저 스캐너로 측정된 군락의 높이를 실측 초장으로 변환하였다. 질소 시비 조건 및 생육 시기별로 수집된 실측 초장과 추정 값(레이저 스캐너로 측정된 군락 높이 기반으로 계산된 초장)을 종합하여 벼의 생육그래프를 도출한 결과, 레이저 스캐너 기반 초장 측정 기술이 벼의 초장과 생육을 평가하는데 충분히 활용될 수 있음을 확인할 수 있었다. 향후, 레이저 스캐너에서 도출된 3차원 영상은 작물 군락의 생육량 추정, 작물 초형 분석 등에 적용 가능할 것으로 판단되며, 기존 작물 생육조사 방식의 디지털 전환을 위한 기술로 활용될 수 있을 것이다.

• 한국자원식물학회지
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• 제36권5호
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• pp.517-526
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• 2023

만생종 'Fuji' 사과(Malus × domestica)는 과피 착색에 따라 수확시기가 가변적인 품종이다. Ethephon은 ethylene 발생을 촉진하는 식물생장조절제로 사과나무를 포함한 호흡급등형 과수작물의 과실 성숙과 관련된 생리적 반응을 유도한다. 본 연구는 'Fuji'/M.26 사과의 경제적이고 안정적인 수확기 조절 방법을 제시하고자 과실 비대생장 종료 후 ethephon 단용처리와 ethephon 및 염화칼슘 혼합처리가 과실특성에 미치는 영향을 조사하였다. 과실 비대생장이 종료된 만개 후 145일에 100 mg/L ethephon과 100 mg/L ethephon 및 0.5% 염화칼슘 혼합용액을 분무처리 후 10일 주기로 과실특성을 조사하였다. Ethephon 단용처리구와 ethephon 및 염화칼슘 혼합처리구 모두 만개 후 155일부터 전분함량이 감소되어 과실성숙이 촉진되었으며, 수확 10일 전 전분함량은 대조구의 수확기 전분함량과 유사하였다. 과피 착색은 ethephon 및 염화칼슘 혼합처리구에서 ethephon 단용처리구보다 착색률이 낮았으나 대조구보다는 높았다. 과실 평균 경도는 ethephon 단용처리구가 가장 낮았으며, ethephon 및 염화칼슘 혼합처리구는 대조구와 유사하였다. 수확기 당산비는 세 처리구 간에 유의한 차이는 없었으나 수확 10일 전 ethephon 단용처리구와 ethephon 및 염화칼슘 혼합처리구의 적정산도가 대조구보다 유의적으로 낮았다. 특히 2021년 수확 10일 전 ethephon 단용처리구와 ethephon 및 염화칼슘 혼합처리구의 당산비는 수확기 당산비와 유사하였다. 따라서 'Fuji'/M.26의 과실 비대생장이 종료된 시점에 100 mg/L ethephon과 0.5% 염화칼슘 혼합처리를 통해 과실성숙과 과피 착색을 수확기보다 10일 촉진할 수 있을 것으로 생각된다.

• 대한원격탐사학회지
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• 제39권5_3호
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• pp.1031-1042
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• 2023

인공위성은 시공간적으로 연속적인 지구환경 데이터를 제공하므로 위성영상을 이용하여 효율인 작물 수확량 예측이 가능하며, 딥러닝(deep learning)을 활용함으로써 더 높은 수준의 특징과 추상적인 개념 파악을 기대할 수 있다. 본 연구에서는 Landsat 8 위성 영상을 활용하여 다시기 영상 데이터를 이용하여 5대 수급 관리 채소인 배추와 무의 수확량을 예측하기 위한 딥러닝 모델을 개발하였다. 2015년부터 2020년까지 배추와 무의 생장시기인 6~9월 위성영상을 이용하여 강원도를 대상으로 배추와 무의 수확량 예측을 수행하였다. 본 연구에서는 수확량 모델의 입력자료로 Landsat 8 지표면 반사도 자료와 normalized difference vegetation index, enhanced vegetation index, lead area index, land surface temperature를 입력자료로 사용하였다. 본 연구에서는 기존 연구에서 개발된 모델을 기반으로 우리나라 작물과 입력데이터에 맞게 튜닝한 모델을 제안하였다. 위성영상 시계열 데이터를 이용하여 딥러닝 모델인 convolutional neural network (CNN)을 학습하여 수확량 예측을 진행하였다. Landsat 8은 16일 주기로 영상이 제공되지만 구름 등 기상의 영향으로 인해 특히 여름철에는 영상 취득에 어려움이 많다. 따라서 본 연구에서는 6~7월을 1구간, 8~9월을 2구간으로 나누어 수확량 예측을 수행하였다. 기존 머신러닝 모델과 참조 모델을 이용하여 수확량 예측을 수행하였으며, 모델링 성능을 비교했다. 제안한 모델의 경우 다른 모델과 비교했을 때, 높은 수확량 예측 성능을 나타내었다. Random forest (RF)의 경우 배추에서는 제안한 모델보다 좋은 예측 성능을 나타내었다. 이는 기존 연구 결과처럼 RF가 입력데이터의 물리적인 특성을 잘 반영하여 모델링 되었기 때문인 것으로 사료된다. 연도별 교차 검증 및 조기 예측을 통해 모델의 성능과 조기 예측 가능성을 평가하였다. Leave-one-out cross validation을 통해 분석한 결과 참고 모델을 제외하고는 두 모델에서는 유사한 예측 성능을 보여주었다. 2018년 데이터의 경우 모든 모델에서 가장 낮은 성능이 나타났는데, 2018년의 경우 폭염으로 인해 이는 다른 년도 데이터에서 학습되지 못해 수확량 예측에 영향을 준 것으로 생각되었다. 또한, 조기 예측 가능성을 확인한 결과, 무 수확량은 어느 정도 경향성을 나타냈지만 배추의 경우 조기 예측 가능성을 확인하지 못했다. 향후 연구에서는 데이터 형태에 따라 CNN의 구조를 조정해서 조기 예측 모델을 개발한다면 더 개선된 성능을 보일 것으로 생각된다. 본 연구 결과는 우리나라 밭 작물 수확량 예측을 위한 기초 연구로 활용될 수 있을 것으로 기대된다.

• 대한원격탐사학회지
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• 제39권5_1호
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• pp.521-535
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• 2023

논·밭 전환 시 수수(sorghum bicolor L. Moench)는 뛰어난 내습성으로 콩과 함께 안정적인 생산이 가능하여 국내 식량작물의 자급률 향상과 쌀 수급 불균형 문제를 해결할 수 있을 것으로 기대되는 작물이다. 그러나 수량 추정을 위한 재배면적과 같은 기본적인 통계조사는 많은 인력을 투입하여도 오래 걸리는 전통적인 조사 방식으로 인해 잘 이루어 지지 않고 있다. 이에 따라 본 연구에서는 무인기 기반 RGB 영상에 U-Net을 적용하여 수수 재배지 비파괴적 분할가능성을 확인하였다. 2022년에 7월 28일, 8월 13일, 8월 25일에 각각 영상이 취득되었다. 각 영상취득 날짜에서 512 × 512 영상크기로 훈련데이터셋 6,000장과 검증데이터셋 1,000장으로 나누어 학습을 진행하였으며 수수 농경지(sorghum), 벼와 콩 농경지(others)와 비 농경지(background)로 구성된 세 개 클래스와 수수 농경지와 배경(others+background)으로 구성된 두 개 클래스 기반으로 분류모델을 개발하였다. 모든 취득 날짜에서 세 개 클래스 기반 모델에서는 수수 재배지 분류 정확도가 0.91 이상으로 나타났지만 8월 데이터셋의 others 클래스에서 학습 혼동이 일어났다. 대조적으로 두 개 클래스 기반 모델에서는 8월 데이터셋의 안정적인 학습과 함께 모든 클래스에서 0.95 이상의 정확도를 나타내었다. 결과적으로 8월에 두개클래스 기반 모델을 현장에 재현하는 것이 수수 재배지 분류를 통한 재배면적 산출에 유리할 것으로 판단된다.

• 대한원격탐사학회지
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• 제39권6_1호
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• pp.1321-1330
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• 2023

정규식생지수는 농업분야에 가장 많이 사용된 원격탐사 자료로, 현재 대부분의 광학위성에서 제공되고 있다. 특히 고해상도 광학위성영상이 제공되면서 농업 활용 분야에 따른 최적의 광학위성영상의 선택이 매우 중요한 이슈가 되었다. 본 연구에서는 국내 논지역의 정규식생지수 모니터링 시 가장 최적의 광학위성영상을 정의하고 이를 위해 필요한 해상도 관련 요구조건을 도출하고자 한다. 이를 위해 전 세계적으로 많이 사용되는 MOD13, Landsat-8, Sentinel-2A/B, PlanetScope 위성의 정규식생지수영상을 대상으로 국내 당진 논지역의 공간분포 및 2019년부터 2022년까지 시계열 패턴을 비교, 분석하였다. 각 자료는 3-250 m의 공간해상도와 다양한 주기해상도로 제공되며, 정규식생지수를 산출할 때 사용되는 분광밴드의 영역도 약간의 차이가 있다. 분석 결과 Landsat-8은 가장 낮은 정규식생지수 값을 나타내며 공간적으로 변이도 매우 낮았다. 이에 비해 MOD13 정규식생지수 영상은 PlanetScope 자료와 비슷한 공간분포 및 시계열 패턴을 나타났으나 낮은 공간해상도로 인해 논 주변지역의 영향을 받았다. Sentinel-2A/B는 넓은 근적외선밴드 영역으로 인해 상대적으로 약간 낮은 정규식생지수 값을 나타내었으며, 특히 생육 초기시기에 그 특징이 두드러졌다. PlanetScope의 정규식생지수가 상세한 공간적 변이 및 안정적인 시계열 패턴을 제공하나 높은 구매가격을 고려하면 공간적으로 균일한 논지역보다는 밭지역에서 그 활용성이 높을 것으로 사료된다. 이에 따라 국내 논지역에 대해서는 250 m급 MOD13 정규식생지수나 10 m급 Sentinel-2A/B가 가장 효율적일 것으로 사료되나 작물의 개체에 대한 상세 물리량 추정을 위해서는 고해상도 위성영상이 활용될 수 있다.

• 한국작물학회지
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• 제68권3호
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• pp.114-120
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• 2023

갈색종피와 녹색자엽을 가진 품종 및 유전자원의 성숙 종실에는 눈 건강에 유익한 루테인 성분과 항산화 효과를 가진 플라보노이드 성분이 많이 함유되어져 있다. 그러나, 렉틴, 7S α′ subunit, 리폭시게나제 및 쿠니츠 트립신 억제제(KTI) 단백질 같은 항영양 성분이 존재한다. 이러한 항영양 성분을 불활성화시키기 위하여 콩 식품 제조 및 가공시 고온 및 첨가제 처리가 필요하지만 여러 가지 단점이 수반된다. 따라서, 갈색종피와 녹색자엽이면서 성숙 종실에서 렉틴, 7S α′ subunit, 리폭시게나제 및 KTI의 4가지 단백질이 모두 부재한 tetra null 유전자형(lecgy1lox1lox2lox3ti)을 가진 계통을 선발하기 위하여 본 연구가 진행되었다. 4개의 품종과 1개의 유전자원을 이용하여 육종집단 창성을 위한 두 모본이 선발되었다. 전체 58개의 F₂ 식물체로부터 DNA 마커를 이용하여 lele 유전자형을 가진 개체가 선발된 후 갈색종피와 녹색 자엽이면서 7S α′ subunit 단백질이 부재한 F3 종자가 선발되었다. 선발된 F₃ 종자는 F₃ 식물체를 거쳐 3개의 계통으로 육성되었다. 3개의 선발 계통(S1, S2, S3)에 대하여 F₆ 종자에서 렉틴, 7S α′ subunit, 리폭시게나제 및 KTI의 4가지 단백질에 대한 유전적 부재가 검정되었다. 3개의 선발 계통은 갈색종피, 녹색자엽 및 흰색배꼽을 가지고 있으며 백립중은 26.4-30.9 g으로 대조품종인 '청자3호'의 36.0 g보다 작았다. S2 선발 계통은 백립중이 30.9 g으로 대립이며 콩에서 항영양성분으로 알려진 lectin, 7S α′ subunit, lipoxygenase 및 KTI의 4가지 단백질 모두 부재한 유색콩 품종육성을 위한 중간모본으로 이용될 수 있을 것으로 사료되었다.

• 한국작물학회:학술대회논문집
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• 한국작물학회 2023년도 춘계학술대회
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• pp.7-7
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• 2023

현재 다양한 4차산업의 주요기술로는 빅데이터, 사물인터넷, 인공지능, 블록체인, 혼합현실(MR), 드론 등이 대표적인 기술들이다. 특히 최근에 세계적인 기술적 트랜드로 자리 잡고 있는 "디지털 트윈(digital twin)은 물리적인 사물과 컴퓨터에 동일하게 표현되는 가상 모델의 개념으로서. 실제 물리적인 자산 대신 소프트웨어로 가상화한 자산의 Digital twin을 만들어 모의실험함으로써 실제 농작업의 특성(현재 상태, 농업생산성, 농작업 시나리오, 등)에 대한 정확한 정보를 얻을 수 있다. 본 연구에서는 노지노업 주산지에 대한 디지털 트윈 데이터를 구축하고 스마트팜 단지를 설계 및 구축하여, 통합관제시스템 운영을 통해 자동 물관리, 원격생육예찰, 드론방제, 병충해 예찰작업 등으로 농작업을 효율화하고자 한다. 또한, 빅데이터 분석을 통한 적정량의 비료·농약사용으로 환경적 부하를 최소화하여, 노동력절감, 농작물 생산성을 향상할 수 있는 디지털 환경제어농업을 국내에 보급하고자 한다. 이러한 노지농업 기술은 디지털 농작업 및 재배관리 등 으로 노동력이 절감되고, 기후변화에 대비한 물이용 최적화와 토양오염예방 효과를 기대할 수 있으며, 전국 재배환경 디지털 데이터 확보를 통한 노지작물의 정량적인 생육관리가 가능하게 된다. 또한 농업생산성 향상을 통한 탄소중립 RED++ 활동을 직접적으로 실천을 할 수 있는 방안이다. 취득된 고정밀·고화질 영상기반 농작물 생육데이터취득을 통한 생육현황 분석과 예측은 디지털 영농작업관리에 매우 효과적이다. 실제 국립식량과학원 남부작물부에서는 지중점적, 땅속배수 등 다양한 종류의 노지스마트팜 연구개발을 진행하였다. 특히, 올해부터는 전국농업기술원 단지를 대상으로 노지스마트팜 시설 구축 및 기술 보급을 통한 사업화를 본격적으로 진행하고 있다. 본 연구에서는 디지털 트윈 기술과 노지스마트팜 기술을 융합한 농업분야 구축사례와 향후 활용방안에 대하여 서술하고자 한다.

• 한국농림기상학회지
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• 제25권3호
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• pp.142-150
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• 2023

기후온난화가 지속되면서 국내에도 열대거세미나방의 침입 시기가 빨라지고 유입량도 증가하여 작물에 대한 피해도 크게 증가하고 있는 실정이다. 본 연구는 열대거세미나방에 의한 작물의 피해를 최소화하고자 옥수수 포장에 요방제 수준을 통한 방제시기를 설정하고 사료용 옥수수 포장에서 약제 살포 방법에 따른 방제효과를 조사하였다. 옥수수 출사기에 피해율 4% 조건에서도 피해과율은 70%로 높은 피해 양상을 나타내었다. 열대거세미나방 2령 유충의 경제적 피해수준은 주당 0.7마리로 나타났으며, 요방제 수준은 0.6마리로 나타났다. 옥수수 도매 단가를 적용하여 소득을 산출한 결과, 피해율 4% 조건에서도 895,221원/10a 손실액이 났으며, 피해율이 높아질수록 소득 감소는 매우 큰 것으로 나타났다. 이를 방제하기 위하여 열대거세미나방에 등록된 단제 10종에 대해 살충효과를 검정한 결과, 4종 약제(에마멕틴벤조에이트, 클로란트라닐리프롤, 인독사카브, 스피네토람)에 대해 93.3% 이상의 높은 살충 활성을 나타내었으며, 약효 지속성 검정을 통해 3종 약제(클로란트라닐리프롤, 인독사카브, 스피네토람)에서 높은 잔류 효과로 열대거세미나방의 방제에 효과적인 것으로 생각된다. 따라서 열대거세미나방에 높은 활성을 나타내는 인독사카브 액상수화제, 클로란트라닐리프롤 입상수화제를 대상으로 사료용 옥수수의 출사 전에 관행방제와 항공방제를 각각 7일 간격으로 2회 실시하였다. 그 결과, 1차 방제를 통해 항공방제보다 관행방제에서 인독사카브 액상수화제 46.3%p, 클로란트라닐리프롤 입상수화제 21.7%p의 높은 방제가를 나타내었다. 2차 방제에서도 항공방제보다 관행방제에서 인독사카브 액상수화제 26.7%p, 클로란트라닐리프롤 입상수화제 40.4%p의 높은 방제가가 조사되었다. 이에 따라 인력방제 대체 수단을 많이 사용하는 최근 상황에서 방제 효과를 제고할 수 있는 방안 마련이 필요한 것으로 사료된다.

• 한국응용곤충학회지
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• 제62권4호
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• pp.315-323
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• 2023

좁은가슴잎벌레는 십자화과작물을 가해하는 해충으로 알려져 있다. 본 연구는 온도가 좁은가슴잎벌레의 발육단계별 발육기간, 성충의 수명과 산란특성에 미치는 영향을 파악하고자 성충 전 발육단계는 15, 20, 25, 27.5℃에서, 성충은 10, 15, 20, 25, 27.5℃ 항온조건에서 조사하였다. 알과 유충은 항온조건에서 다음 발육 단계로 성공적으로 발육하였다. 알, 유충, 번데기의 발육기간은 온도가 상승할수록 짧아지는 경향을 보였다. 좁은가슴잎벌레의 발육영점온도, 유효적산온일도는 선형회귀분석을 통해 추정하였으며 알에서 성충출현까지 발육영점온도와 유효적산온일도는 8.7℃와 344.73DD였다. 좁은가슴잎벌레 발육단계별 최저, 최고 온도의 한계는 Briere함수를 이용하여 추정하였으며 알에서 성충출현까지 최저, 최고한계는 5.3℃와 40.4℃였다. 성충은 10℃와 27.5℃ 범위에서 산란이 가능하였고 21.7℃에서 최대 약 627.5개의 알을 낳는 것으로 추정되었다. 노화율, 나이별 생존율, 나이별 누적산란율, 온도의존 산란수와 관련된 성충모델들을 작성하였다. 본 연구에서 제시한 온도발육모형과 성충산란모형은 좁은가슴잎벌레 개체군동태를 이해하는데 유용할 것이며 십자화과작물의 종합적 해충군관리체계를 마련하는데 기초자료로 활용될것으로 기대된다.