모델링 - APSIM Wheat 품종별 파종시기에 따른 생육단계 분석

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들어가며

• 국내 밀 재배의 경우 벼-밀 또는 콩-밀 작부체계로 이루어지고 있음. 이모작은 앞작물의 수확 시기에 따라 후작물의 파종시기가 결정됨

• 밀의 파종이 지연될 경우 생육단계가 지연되어 고온으로 인한 유효수수 감소로 이어질 수 있으며, 성숙기가 지연될 경우 후작물의 파종 시기가 지연될 우려가 있음.

• 상황에 적합한 재배 관리 전략이 수반되어야 하며, 특히 생육 단계에 따라 적합한 재배 관리가 스케쥴 수립이 필요함.

• APSIM (Agricultural Production Systems sIMulator)는 관리자의 작물 재배 시 의사 결정을 지원하기 위해 널리 사용되고 있는 PBM중 하나이며(Hunt et al., 2006), 그 중 밀의 생육을 모의할 수 있는 APSIM-wheat 모듈은 봄 밀과 겨울 밀 품종을 모두 시뮬레이션 할 수 있음.

• 본 연구에서는 국내 기상환경에서 APSIM-wheat 모듈을 이용하여 밀 품종별 파종시기에 따른 생육단계를 분석하고자 함.

재료 및 방법

• 국내 과거 34년 기상 자료를 적용하여 여러 기상 상황에서 밀의 품종별 파종시기에 따른 생육단계를 모의하고자 함

• 기상 자료는 일조시간, 일조량, 평균 온도, 최고 온도, 최저 온도, 강수량, 풍속, 상대습도 등을 포함하고 있음.

• 철원, 수원, 부안, 밀양, 해남을 대상으로 시뮬레이션함.

• 농과원의 밀 작황조사 데이터를 이용하여 모형의 결과를 검증하고자 함. 대상 지역은 수원과 밀양임.

• APSIM 품종은 극조생, 조생, 중생, 만생 4가지 품종 파라미터를 활용함.

분석 결과

• 1989년부터 2022년까지의 34년간 수원 지역의 밀 품종별 출수기, 성숙기 생육 조사 자료를 바탕으로 APSIM 시뮬레이션 결과와 비교하여 모형의 성능을 평가하였다. 조광, 우리, 금강을 대상 품종으로 선정하였으며, 조광은 1989년부터 1998년까지, 우리는 1995년부터 2004년까지, 금강은 2011년부터 2022년까지 데이터를 수집하였다.

• 수원지역의 농과원 밀 작황조사 데이터와 APSIM의 품종별 결과를 함께 분석한 결과는 아래와 같음.

• APSIM 품종별 시뮬레이션 결과와 농과원의 밀 작황조사 데이터를 비교한 결과, 조광밀의 경우 APSIM의 Early Maturity와 성숙기 경향이 유사하였으며, 나머지 품종의 경우 APSIM의 Very Early Maturity와 성숙기 경향이 유사하였음.

• 농과원 밀 작황조사 데이터와 APSIM의 출수기, 성숙기 날짜를 비교한 결과, 출수기의 경우 R2 0.65, 성숙기 0.75의 결과를 보였음.

• 파종부터 출수, 성숙에 소요일수는 아래 그래프와 같았으며, 파종일자가 지연될수록, 파종부터 출수, 성숙에 소요되는 일수가 감소하는 결과를 보였음.

• 농과원 밀 작황조사의 밀의 품종별 출수기와 성숙기와 APSIM의 결과를 비교한 결과는 다음과 같음.

• Very Early Maturity 품종별 평균 값과 금강밀의 생육단계 사이의 설명력이 가장 높았음.

• 나머지 품종의 경우 설명력이 다소 낮았는데, 이는 파라미터 민감도 레퍼런스를 참고하여, 생육단계에 영향을 주는 온도 민감도와 광주기 민감도를 조정하여 모형의 성능을 개선할 수 있을 것으로 보임.

• 철원, 수원, 부안, 밀양, 해남의 지역별 밀 품종별 파종시기에 따른 생육단계를 시뮬레이션한 결과는 아래와 같음.

• 평균온도가 가장 낮은 철원의 파종부터 출수, 성숙까지 소요되는 일수가 가장 길었으며, 평균온도가 가장 높은 해남의 경우 가장 짧았음.

결론 및 토의

• 국내 기상환경에서 APSIM-wheat 모듈을 이용하여 밀 품종별 파종시기에 따른 생육단계를 분석하였으며, 농과원의 밀 작황조사 데이터와 APSIM의 결과를 비교하여 모형의 성능을 평가하였음.

• 품종별 파종시기에 따른 생육단계를 시뮬레이션한 결과, 파종부터 출수, 성숙까지 소요되는 일수는 파종일자가 지연될수록 감소하는 경향을 보였음.

• 농과원의 밀 작황조사 데이터와 APSIM의 출수기, 성숙기 날짜를 비교한 결과, 출수기의 경우 R2 0.65, 성숙기 0.75의 결과를 보였으며, Very Early Maturity 품종별 평균 값과 금강밀의 생육단계 사이의 설명력이 가장 높았음.

• 나머지 품종의 경우 설명력이 다소 낮았는데, 이는 파라미터 민감도 레퍼런스를 참고하여, 생육단계에 영향을 주는 온도 민감도와 광주기 민감도를 조정하여 모형의 성능을 개선할 수 있을 것으로 보임.

• 지역별 밀 품종별 파종시기에 따른 생육단계를 시뮬레이션한 결과, 평균온도가 가장 낮은 철원의 파종부터 출수, 성숙까지 소요되는 일수가 가장 길었으며, 평균온도가 가장 높은 해남의 경우 가장 짧았음.

• 본 연구 결과는 국내 기상환경에서 밀 품종별 파종시기에 따른 생육단계를 분석하는데 참고 자료로 활용될 수 있을 것으로 기대됨.