수목의 건조 피해에 대응하는 토양 함수율 유지를 위한 관수 용량과 빈도 증가 효과 비교 연구

Abstract

Currently, the rising temperature of the Korea and the lack of soil moisture due to drought have a great influence on the arid damage of plant. In particular, the evaporation of water from the soil has a direct effect on growth deterioration. Therefore, it is necessary to think about maintaining the soil moisture content in response to arid damage.Therefore, in this study, to respond to the arid damage of plant due to climate change, the effect of increasing the irrigation capacity and frequency was compared and the direction of improvement of the plant irrigation method was considered. Throughactual experiments, the daily moisture content change was measured and calculated as the soil moisture stress index. The soil moisture stress index was calculated as Day (Ks=1), Day (Ks=0), Day (Ks=0,1) rate of change, and experimental plots for each independent variable were compared and verified. Prior to this experiment, the first preceding experiment was conducted to set up the experimental environment, and the exception variable control subjects obtained through the preceding experiment were identified. Afterwards, the purpose of this experiment was embodied by designing a greenhouse environment to realize a high temperature and drought environment, and conducting a second preceding experiment to establish a hypothesis.Birch (Betula platyphylla) and strobe pine (Pinus strobus) were selected as the target trees for this experiment. The soil material was loam, and each experimental plot used a square plastic pot with a length and height of 300 mm. A soil moisture meter using the capacitance probe method was used to measure the daily moisture content change. The standard irrigation amount of this experiment was set at 5.60L/1 time using the irrigation calculation formula by soil moisture content explained in Soil Science. Independent variables were irrigation volume and irrigation frequency. The experimental group was divided into 5.60L/1 time (A1), 6.25L/1 time (A2), 7.87L/1 time (A3), and 9.00L/1 time (A4), which increased target water content by 5% in the irrigation capacity according to each independent variable. The frequency of irrigation was divided into 5.60L/1 time (C1), 2.80L/2 time (C2), 1.87L/3 time (C3), and 1.40L/4 time (C4) divided by the number of times. Each experimental group consisted of 1 birch and strobe pine, and a total of 14 experimental groups including overlapping standard experimental groups were conducted.As a result of this study, when comparing the soil moisture stress indices, it was confirmed that the experimental plots with increased irrigation frequency received the least soil moisture stress compared to the experimental plots with increased irrigation capacity. In particular, it is judged that the experimental plots with increased irrigation frequency have higher resistance to arid damage, considering that the minimum soil moisture stress index is maintained for a longer period even during the non-irrigated period. Accordingly, in order to respond to the arid damage of plant due to climate change, it is necessary to increasethe frequency of irrigation even if the amount of irrigation is small, rather than increasing the irrigation capacity once. In particular, when arid damage is expected due to a period of no rainfall of more than 15 days, such as in autumn, it is judged that it is necessary to divide irrigation at least three times or more. This study conducted a comparative study on the effect of increasing irrigation capacity and frequency in response to arid damage caused by high temperature and drought. By deriving and analyzing the soil moisture stress index using the measured daily water content, it was verified through experiments that increasing the frequency of irrigation is much more effective than one-time irrigation capacity as the environment changes to an environment easily exposed to arid damage. Therefore, it is expected that it will serve as basic data on the introduction efficiency of smart automatic irrigation systems, which have been actively researched.

현재 한반도의 기온 상승과 가뭄으로 인한 토양수분 부족 현상은 수목의 건조 피해에 큰 영향을 미치고 있다. 특히 토양 내 수분 증발 현상은 수목의 생육 저하에 직접적인 영향을 미치며, 이에 따라 건조 피해에 대응하는 토양 함수율 유지를 위한 고민이 필요한 실정이다. 따라서 본 연구에서는 기후변화로 인한 수목의 건조 피해에 대응하기 위해 관수 용량과 빈도의 증가 효과를 비교하여 수목 관수법의 개선 방향에 대해 고찰하였으며, 실제 실험을 통해 일별 함수율 변화를 측정하고 이를 토양수분 스트레스 지수로 계산하였다. 토양수분 스트레스 지수는 Day (Ks=1), Day (Ks=0), Day (Ks=0,1) 변화율로 계산하여 독립변수별 실험구를 비교 및 검증하였다. 본 실험에 앞서 실험 환경 설정을 위한 1차 선행실험을 진행하였으며, 선행실험을 통해 얻은 예외 변수 통제 대상을 파악하였다. 이후 고온과 가뭄 환경 구현을 위한 온실 환경을 설계하고, 가설 설정을 위한 2차 선행실험을 진행하여 본 실험의 목적을 구체화하였다. 본 실험을 위한 대상 수목으로는 자작나무 (Betula platyphylla)와 스트로브 잣나무 (Pinus strobus)를 선정하였다. 토양 재료는 양토이며, 각 실험구는 길이와 높이가 300mm인 정사각형의 플라스틱 포트를 활용하였다. 일별 함수율 변화 측정을 위해서는 정전용량 프로브 방법을 이용한 토양 수분 측정기를 활용하였다. 본 실험의 기준 관수량은 토양학에서 설명하는 토양 수분함량에 의한 관수량 산정식을 활용하여 5.60L/1회로 설정했다. 독립변수는 1회 관수 용량과 관수 빈도이며, 실험구는 각 독립변수에 따라 관수 용량에서는 목표 함수율을 5%씩 증가시킨 5.60L/1회 (A1), 6.25L/1회 (A2), 7.87L/1회 (A3), 9.00L/1회 (A4)로 구분하였으며, 관수 빈도에서는 기준 관수량을 횟수로 나눈 5.60L/1회 (C1), 2.80L/2회 (C2), 1.87L/3회 (C3), 1.40L/4회 (C4)로 구분하였다. 각 실험구는 자작나무와 스트로브 잣나무 1주씩 구성되며, 중복된 기준 실험구를 포함하여 총 14개의 실험구로 진행했다. 본 연구의 결과로 토양수분 스트레스 지수를 비교해보았을 때, 관수량 증가 실험구에 비해 관수 빈도 증가 실험구에서 토양수분 스트레스를 최소로 받는 것으로 확인된다. 특히 무관수 기간에도 토양수분 스트레스 지수가 최소인 상태를 더 오래 유지하는 것으로 보아 관수 빈도 증가 실험구가 건조에 대한 저항력이 더 높다고 판단된다. 이에 따라 기후변화에 따른 수목의 건조 피해에 대응하기 위해서는 1회 관수 용량 증가가 아닌 관수량이 적더라도 관수 빈도 증가가 필요하며, 특히 가을철 등 15일 이상의 무강우 기간으로 인해 건조 피해가 예상될 시에는 최소 3회 이상의 빈도로 나누어 관수를 진행할 필요가 있을 것으로 판단된다. 본 연구는 고온과 가뭄에 의한 건조 피해에 대응하는 관수 용량과 빈도 증가의 효과 비교 연구를 진행하였으며, 측정된 일별 함수율을 활용한 토양수분 스트레스 지수를 도출하고 분석하여 건조 피해에 쉽게 노출되는 환경으로 변화할수록 1회 관수 용량보다는 관수의 빈도를 증가시키는 것이 훨씬 효과적이라는 사실을 실험을 통해 검증했다. 따라서 본 연구는 최근 국내외에서 연구가 활발히 진행되고 있는 스마트 자동관수 시스템 등의 도입 효율성에 대한 기초자료의 역할을 할 것으로 기대한다.