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역전파 신경망 모델을 이용한 기준 작물 증발산량 산정 (Estimation of Reference Crop Evapotranspiration Using Backpropagation Neural Network Model)

  • 김민영;최용훈;수잔 오샤네시;폴 콜레이지;김영진;전종길;이상봉
    • 한국농공학회논문집
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    • 제61권6호
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    • pp.111-121
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    • 2019
  • 작물 증발산량은 수자원 계획 및 관리, 물수지 분석, 작물 관개 계획 및 생산량 추정 등에 널리 활용되고 있으며, 특히 FAO에서 공인한 Penman-Monteith식 (FAO 56-PM)은 잠재 증발산량 산정을 위한 표준방법으로 많이 사용되고 있다. Penman-Monteith식을 이용한 잠재증발산량 산정은 최소온도, 평균온도, 최대온도, 상대습도, 풍속과 일사량인 6가지 항목에 대한 시계열 자료가 필요한데, 결측 또는 미계측된 경우에는 사용이 어려운 단점을 가지고 있다. 따라서, 본 연구에서는 역전파 신경망(BPNN) 모델을 이용해서 6개 미만의 기상항목으로도 잠재증발산량이 추정가능한지를 확인하였다. 여섯 가지 기상항목을 각각 1~6개의 조합으로 입력자료를 구성하고, BPNN 모델을 이용해서 학습, 검증 및 테스트를 한 결과, 입력 자료가 많아질수록 좋은 결과가 산출되었으며, 일사량, 최대온도와 상대습도만으로도 결정계수($R^2$)가 0.94정도로 비교적 높은 예측결과를 얻을 수 있었다. 또한 산정 오차를 줄이고, 항목간의 상관관계를 높이기 위해서는 역전파 신경망 구조의 적절한 선택이 중요한 것으로 확인되었다. 역전파 신경망 모델을 사용하면 요구되는 기상 항목과 데이터의 양에 대한 제약 없이 예측이 가능할 수 있기 때문에 기준 증발산량 산정에 유용하게 활용될 수 있을 것이며 향후 작물 재배를 위한 적정 관개계획 수립에도 유용하게 사용될 것이라 사료된다.

한국에 거주하고 있는 북한이탈주민 여성의 골밀도에 따른 식생활과 영양상태 (Dietary behaviors and nutritional status according to the bone mineral density status among adult female North Korean refugees in South Korea)

  • 김수현;이수경;김신곤
    • Journal of Nutrition and Health
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    • 제52권5호
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    • pp.449-464
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    • 2019
  • 골다공증은 뼈 조직의 미세 구조 이상으로 골밀도가 감소되어 뼈의 골절율이 증가하는 질환이며 노인에게 있어 심각한 합병증을 증가시킨다. 이러한 골다공증의 2가지 위험요인은 청소년기 및 성인기에 낮게 형성된 최대 골질량과 폐경 및 노화로 인해 골질량이 빠르게 손실되는 것이다. 위험요인들은 복합적으로 연관되어 유발되는데 유전적 요인과 고령, 폐경, 호르몬, 칼슘, 비타민 D의 섭취, 단백질의 섭취부족과 카페인 섭취 등이 보고되고 있다. 북한이탈주민의 경우 북한에서 식량난으로 말미암아 골질량이 낮게 형성되어 있을 가능성이 커서 골다공증 위험군이라고 할 수 있지만 연구가 부족한 상황이다. 이에 이 연구는 골다공증 발병 위험이 높을 것으로 예상되는 북한이탈 여성들의 뼈 건강 상황을 알아보고 북한과 남한에서의 식생활과의 관련사항을 알아보고자 하였다. 연구대상은 고려대학교 북한이탈주민 (NORNS) 코호트에서 추출하였는데 골밀도 검사와 식이조사를 마친 여성 총 110명이었다. 북한에서의 식생활은 국민건강영양조사에서 사용하는 식품안정성 질문으로 알아보았고, 남한에서의 식생활은 24시간 회상법과 국민건강영양조사에서 사용하는 식품섭취빈도조사 설문지를 수정하여 알아보았다. 대상자의 사회경제교육수준, 체중과 신장 등은 검진의 일환으로 수집되었다. 이중에너지 방사선법 (DEXA)으로 척추와 대퇴골 골밀도를 측정하였다. 골밀도 진단기준으로 폐경전 여성은 z-값이 -2.0이상인 연령 기대치 이내 대상자, 폐경 후 여성은 t-값이 -1.0이상인 대상자를 골밀도 정상범위군으로, 폐경 전 여성으로 z-값이 -2.0이하는 연령 기대치 이하 대상자와 폐경 후 여성으로 t-값이 -1.0미만인 대상자를 골밀도 이상군으로 분류하였다. 골밀도 정상범위군은 62.7% (69명), 골밀도이상군은 37.3% (41명)로 나타났는데 정상군이 이상군에 비하여 어렸고 ($40.8{\pm}6.1$세 vs $60.2{\pm}8.2$세, p < 0.001) 복부둘레가 가늘었다 ($77.0{\pm}8.6cm$ vs $82.1{\pm}8.3cm$, p = 0.004). 또한 정상군은 14.5%가 폐경된 반면 이상군은 100% 폐경이 되었다 (p < 0.001). 식품섭취빈도조사로 주당 평균섭취빈도를 비교했을 때, 정상군이 이상군에 비하여 우유 (4.9회 vs 1.9회, p = 0.03), 요거트 (3.7회 vs 2.5회, p = 0.015), 우유 및 유제품군 (3.2회 vs 1.6회, p = 0.007)을 더 자주 섭취하였다. 정상군 ($146.3{\pm}143.2mg$)은 동물성 칼슘을 이상군 ($78.4{\pm}99.9mg$)보다 많이 섭취하였으며 (p = 0.009), 칼슘 평균필요량보다 미만으로 섭취한 분율이 정상군이 49.3%, 이상군은 78.0%로 이상군이 약 1.5배 높게 나타났다. 영양소 질적지수에서 칼슘을 제외한 나머지 영양소는 1이상으로 나타났고 단백질과 인질적지수가 정상범위군에서 유의하게 높았다 (p < 0.05). 두 그룹 간에 북한에서의 식품안정성 차이는 없었다. 이 연구를 통하여 고령의 북한이탈 여성이 골다공증 위험군임을 파악하였으며 뼈 건강에 중요한 영양소인 칼슘 섭취가 낮은 수준임을 알 수 있었다. 이 연구는 코호트 자료를 활용하였으나 골밀도 검사와 식이조사가 같은 시기에 이루어져서 인과관계를 파악하는데 한계가 있다. 24시간 회상법의 경우 하루만 진행하였기에 평상시 식생활을 반영하기에는 어려움이 있지만 식품섭취빈도조사도 같은 결과를 보였기에 신뢰할 수 있는 결과라고 하겠다. 이러한 결과를 바탕으로 북한이탈 여성에 대한 반드시 뼈 건강에 대한 건강증진 프로그램이 필요하다고 하겠다.

사료작물 사일리지의 단백질 분획 및 Borate-phosphate Buffer 추출이 In vitro 발효성상, Gas 발생 그리고 분해율에 미치는 효과 (Protein Fractionation of Whole Crop Silages, and Effect of Borate-phosphate Buffer Extraction on In vitro Fermentation Characteristics, Gas Production and Degradation)

  • ;김광림;지병주;;오영균;홍성구;송만강
    • Journal of Animal Science and Technology
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    • 제51권5호
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    • pp.369-378
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    • 2009
  • 본 시험은 여러 종류(호밀, RS; 볏짚, RSS; 소맥, WS; 트리티케일, TS; 귀리, OS; 청보리, BS)의 사일리지를 대상으로 단백질을 분획(fractionation)하고, in vitro 방법으로 buffer 추출 전과 추출 후의 사일리지를 배양하였을 때 반추위 미생물에 의한 발효성상, 가스발생량 및 분해율을 조사하고자 실시되었다. 사일리지의 가용성 물질은 boratephosphate 용액으로 추출하였으며, 반추위액과 인공 타액이 동일한 비율로 구성된 배양액을 혐기적인 조건에서 48시간동안 배양($39^{\circ}C$)하면서 발효 성상과 nylon bag을 이용한 사일리지의 in vitro 분해율을 조사하였다. 사일리지의 soluble protein (SP) 함량은 RSS에서 총 CP 함량 중 2.11%로 가장 낮았으며, RS와 BS 및 OS에서는 7% 이상의 높은 함량을 보였다. 또한 A fraction (NPN)은 RS에서 총 CP의 74.33%로 가장 높았으나 TS 및 RSS의 NPN 함량은 48% 정도로 비교적 낮았다. Buffer 불용성 단백질(IP) 중 B2 fraction은 RS, RSS 및 WS에서 총 CP의 7% 이상으로 비교적 높았던 반면 TS (1.45%)와 BS (2.13%)에서 매우 낮았다. 이와는 달리 $B_3$ fraction은 WS (4%)를 제외하고는 다른 사일리지에서 5.99~15.20%의 함량을 보였다. 체내 이용성이 매우 낮은 C fraction은 볏짚 사일리지(RSS)에서 27.07%로 다른 종류의 사일리지(1.40~9.93%)에 비하여 현저히 높은 수준이었다. 배양 12시간 까지는 추출 전에 비하여 추출 후의 사일리지 배양액에서 pH가 높았으나 (P<0.01~P<0.001) 48시간에는 오히려 추출 전의 사일리지 배양액의 pH가 낮았다(P<0.01). 배양액의 ammonia-N는 모든 사일리지에서 추출 전의 농도가 추출 후의 농도에 비하여 현저히(P<0.01~P<0.001) 높았으나 사일리지 종류에 의한 영향을 받지 않았다. 모든 사일리지에서 추출 후에 비하여 추출 전의 VFA 농도가 현저히 증가되었다(P<0.01~P<0.001). Acetate의 조성 비율은 buffer 추출 전에 비하여 배양 24시간까지 추출 후 모든 사일리지에서 높았던 (P<0.01~P<0.001) 반면 propionate와 butyrate 비율은 배양 24시간까지 추출 전에 더 높았다(P<0.001). 배양 12시간까지는 buffer 추출 전의 사일리지로부터 더 많은(P<0.01~P<0.001) 양의 gas가 발생되었지만 그 후로(24~48시간)는 오히려 buffer로 추출된 후의 사일리지에서 발생량이 더 많았다(P<0.01). 추출 후에 비하여 추출 전 사일리지의 DM과 CP 분해율이 현저히(P<0.001) 높았으나 NDF 분해율의 경우 오히려 추출 후의 사일리지에서 높았다(P<0.001). 그러나 각 사일리지에 대한 buffer 추출 전 후의 평균치에서는 사일리지 간에 차이가 없는 것으로 나타났다. 본 시험의 결과로 미루어 보아 사일리지로 인해 현저히 증가된 NPN 함량이 사일리지의 단백질 이용율을 크게 낮출 것으로 보이며, 단백질을 포함한 buffer 가용성 물질은 사일리지의 초기 발효를 크게 촉진할 수 있는 것으로 여겨진다.

농용(農用)트랙터 이용(利用)에 관(關)한 조사연구(調査硏究)(I) -경영형태별(經營形態別) 농작업이용실태분석(農作業利用實態分析)- (Overview of Utilization of Four-wheel Tractor in Korea(I) -Ownership and Annual Use by Different Farm Groups-)

  • 박호석;김경수;이용국;한성금
    • Journal of Biosystems Engineering
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    • 제6권2호
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    • pp.20-32
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    • 1982
  • 보급초기(普及初期)에 있는 농용(農用)트랙터의 농가이용실태(農家利用實態)를 조사분석(調査分析)하여 정부(政府)의 농업기계화시책(農業機械化施策)의 기초자료(基礎資料)로 활용(活用)하고자 8개도(個道) 32개군(個郡)을 대상(對象)으로 설문(設問)과 기장조사(記帳調査)를 통(通)하여 '80년(年) 1월(月)부터 12월말(月末)까지 트랙터의 농작업이용실태(農作業利用實態) 및 농가특성(農家特性)을 조사분석(調査分析)한 결과(結果)는 다음과 같다. 가. 트랙터는 수도작농가(水稻作農家)에 71.5%, 축산농가(畜産農家) 17.0%, 과수농가(果樹農家) 7.0%, 기타농가(其他農家) 4.5%의 비율(比率)로 분포(分布)되어 있으며, 이중 64.3%는 대형(大型)트랙터이었고 35.7%가 소형(小型)트랙터(19~23ps)이었다. 나. 부착작업기(附着作業機)중 쟁기와 로타베이터는 대부분(大部分)이 보유(保有)하고 있었으나 소형(小型)트랙터의 트레일러는 보유율(保有率)이 70.6%로, 농작업(農作業)에서 운반작업(運搬作業)이 차지하는 비중(比重)을 감안할 때, 비교적(比較的) 낮았으며, 기타(其他) 작업기(作業機)는 균평작업기(均平作業機)를 제외(除外)하고는 보급률(普及率)이 극(極)히 저조(低調)하였다. 다. 트랙터소유농가(所有農家)의 대당평균(臺當平均) 경작면적(耕作面積)은 수도작농가(水稻作農家) 3.9%, 축산농가(畜産農家) 13.9%, 과수농가(果樹農家) 7.4(ha)이었으며 이러한 규모(規模)는 트랙터의 부담가능면적(負擔可能面積)에 훨씬 미달(未達)하는 규모(規模)이었다. 라. 트랙터 운전자(運轉者)의 연령(年齡)은 20,30대(代)가 약(約) 70%이었고, 90%이상(以上)이 중졸이상(中卒以上)의 학력(學歷)을 가졌으며, 학력수준(學歷水準)이나 경력(經歷)에 비(比)하여 정비기술(整備技術)은 아주 낮은 것으로 나타났다. 마. 현(現) 보급기종(普及機種)의 마력규모(馬力規模)나 성능상(生能上)의 별 다른 문제점(問題點)은 발견(發見)되지 않았으나 농민(農民)의 마력성향(馬力生向)으로 보아 앞으로 20-30마력범위(馬力範圍)의 소형(小型)트랙터 수요(需要)가 증가(增加)될 것으로 예측(豫測)된다. 바. 트랙터의 각종(各種) 농작업이용시간(農作業利用時間)은 연간(年間) 약(約) 100일(日)에 400hr로 나타났으며 수도작농가(水稻作農家)가 412.4hr로 가장 높고 과수농가(果樹農家)가 377.7hr로 가장 낮았다. 사. 연간이용시간중(年間利用時間中) 운반작업(運搬作業)이 47.3%, 경운정지작업(耕耘整地作業)이 41.6%이었으며, 운반작업(軍搬作業)은 축산농가(畜産農家), 경운정지(耕耘整地) 및 평균작업(均平作業)은 수도작농가(水稻作農家), 기타작업(其他作業)은 과수농가(果樹農家)가 가장 많았다. 마력별(馬力別)로는 운반(運搬), 정지(整地) 및 방제작업(防除作業)은 대형(大型)트랙터 보다는 소형(小型)트랙터가, 경운(耕耘), 균평(均平), 로다작업(作業)은 대형(大型)보다 소형(小型)트랙터가 많았다. 아. 월별(月別) 이용시간(利用時間)은 5월(月)에 가장 높은 피크현상(現象)을 가졌으며, 자가이용시간(自家利用時間)이 경영형태(經營形態)에 따라서는 현저(顯著)한 차이(差異)를 가졌으나 마력별(馬力別)로는 별차(別差)가 없었던 반면(反面)에, 총이용시간(總利用時間)은 정반대(正反對)의 현상(現象)으로 마력(馬力)에 따른 차이(差異)는 현저(顯著)하나 경영형태(經營形態)에 따른 차이(差異) 별로 없는 것으로 나타났다. 자. 운전자(運轉者)의 학력수준(學力水準)이 높고 연령(年歷)이 많을 수록 이용시간(利用時間)은 감소(減少)되었으며 이는 학력(學歷)이 높고 연령(年歷)이 많은 경우(境遇) 임작업(賃作業)을 기피(忌避)하는 현상(現象)때문인 것으로 사료(思料)되었다. 차. 대당평균(臺當平均) 연간(年間) 임작업시간(賃作業時間)은 171.3hr으로 이중 균평작업(均平作業)이 35.4%로 가장 높았으며, 임작업율(貨作業率)은 수도작농가(水稻作農家)가 63.7%, 축산농가(畜産農家) 31.7%, 과수농가(果樹農家) 22.4%이었으며 작업별(作業別)로는 균평작업(均平作業)의 임작업율(賃作業率)이 78.2%로 가장 높았다. 카. 임작업료(賃作業料)는 경운정지작업(耕耘整地作業)은 ha당(當) 40,000선(線)이었으며 지역(地域)에 따라 영남지방(嶺南地方)이 가장 비싸고 중부지방(中部地方)이 비교적(比較的) 싼것으로 나타났다. 다. 경운작업능률(耕耘作業能率)은 논에서 소형(小型)은 7.8hr/ha, 대형(大型)트랙터는 4.3hr/ha이었으며, 정지작업능률(整地作業能率)은 각각(各各) 6.5, 4.3hr/ha이었다.

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