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모델링 - 여러가지 작물생육 모델 돌려보기 -1부
모델링 - 지난 글
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작물 모델
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작물모델 혹은 작물생육모델이라 함은 식물, 토양, 기상 등으로 짜인 작물생태계의 물질과 에너지 흐름에 대한 물리, 화학, 생물학적 기초지식을 토대로 그 관계를 수학적으로 나타낸 것이라 할 수 있다. 이 것이 시공간적으로 적절한 입력자료에 의해 구동되면, 과학영농을 위한 의사지원정보를 생산할수 있다. 선진국에서는 이미 30~40년 전부터 이 분야의 연구 및 교육이 시작되어 지금은 작황 예측, 공장형 농업 등에 실용화되었음은 물론, 기후변화에 대응한 미래 농업 영향 예측 및 적응을 위한 유망기술로 주목받고 있다. 하지만 국내에서는 학제 간 소통의 미흡과 전문가 부족으로 본격적인 연구와 체계적인 교육이 이루어지지 못한 실제이다.
-작물생육 모델링의 이론과 실제 중- -
작물모델은 기본적으로 생육 환경 조건이 입력자료로 사용되며, 생산량을 기본으로 부가적인 정보를 출력자료로 얻을 수 있으며, 입력자료의 형식은 모델마다 약간의 차이가 있다.
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현 시점 상용화 된 작물모델의 종류는 무수히 많으며, 각각의 모델은 모두 자세하게 설명하는 기작의 종류가 다르다. 예를 들어 AquaCrop의 경우 토양 수분에 관한 기작을 자세히 설명하는가 하면, DNDC의 경우 작물의 N 및 CO2 사용과 관련한 기작을 보다 자세히 설명한다.***
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이번 글을 통해 통계청 기상 자료를 이용하여 여러 작물모델을 구동해 보며, 전국 단위 밀 생산량을 추정해보고 모델별로 어떤 차이가 있는지 알아보고자 한다.
APSIM
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APSIM은 The Agricultural Production Systems sIMulator의 약자로 농업 시스템 의 생물물리학적 과정을 시뮬레이션하기 위해 개발된 포괄적인 모델로, 특히 기후 위험에 직면한 관리 관행의 경제적 및 생태학적 결과와 관련이 있다.
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식량 안보, 기후 변화 적응 및 완화, 탄소 거래 문제 영역에 대한 옵션과 솔루션을 탐색하는 데 사용되고 있다.
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APSIM은 식물, 토양 및 관리 모듈을 중심으로 구성되며, 이러한 모듈에는 다양한 범위의 작물, 물 균형을 포함한 토양 공정, N 및 P 변환, 토양 pH, 침식 및 모든 범위의 관리 제어 가능.
APSIM 설치 방법
- GUI: https://registration.apsim.info/에서 설치 가능 (2023.02 기준 Apsim7.10-r4218 버전 설치)
AquaCrop
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AquaCrop은 식량안보 문제를 해결하고 농작물 생산에 대한 환경 및 관리의 영향을 평가하기 위해 FAO의 Land and Water Division에서 개발한 모델이다.
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AquaCrop은 초본 작물의 물에 대한 수확량 반응을 시뮬레이션하며 특히 물이 작물 생산의 주요 제한 요소인 조건을 해결에 적합하다.
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환경 변화를 비롯한 밭, 농장 및 지역에서 달성 가능한 수확량과 실제 수확량 비교, 작물 생산 및 수자원 생산성에 대한 제약 식별 및 계절 전략 및 운영 의사 결정, 기후 시나리오에 사용한다.
AquaCrop 설치 방법
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GUI: https://www.fao.org/aquacrop/software/aquacropplug-inprogramme/en/에서 설치 가능
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Python: https://pypi.org/project/aquacrop/ 참고하여 패키지 설치 가능
- Google Colab에서 사용가능: https://drive.google.com/drive/folders/1lqr5lfhqwGlE1l6ZLcKmPGDVt_Ryc6qp
DNDC
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DeNitrification-DeComposition의 약자인 DNDC는 농업 생태계에서 탄소와 질소 생화학 시뮬레이션 모델이다.
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DNDC는 작물 성장, 토양 온도 및 수분 체제, 토양 탄소 역학, 질소 침출 및 아산화질소(N2O), 산화질소(NO), 이질소(N2), 암모니아(NH3), 메탄(CH4) 및 이산화탄소(CO2)를 포함한 미량 가스의 배출을 예측하는 데 사용한다.
DNDC 설치 방법
DSSAT
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Decision Support System for Agrotechnology Transfer의 약자인 DSSAT은 42개 이상의 작물(버전 4.8 기준)에 대한 작물 시뮬레이션 모델과 모델의 효과적인 사용을 용이하게 하는 도구를 포함하는 소프트웨어 응용 프로그램이다.
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이 도구에는 토양, 날씨, 작물 관리 및 실험 데이터, 유틸리티 및 응용 프로그램을 위한 데이터베이스 관리 프로그램이 포함되며, 작물 시뮬레이션 모델은 토양-식물-대기 역학의 함수로서 성장, 개발 및 수확량을 시뮬레이션한다.
DSSAT 설치 방법
참고: DSSAT은 이메일 인증을 통해 시리얼키를 받아야 정상적인 실행이 가능하다.