자동점적관수에 의한 토성별 수분함량 및 장력 변화특성 비교 연구

김학진,안성욱,한경화,최진용,정선옥,노미영,허승오 (사) 한국생물환경조절학회 2013 생물환경조절학회지 Vol.22 No.4

Maintenance of adequate soil tension or content during the period of crop growth is necessary to support optimum plant growth and yields. A better understanding of soil tension and content for precision irrigation would allow optimal soil water condition to crops and minimize the adverse effects of water stress on crop growth and development. This research reports on a comparison of soil water tension and content variations in differently textured soils over time under drip irrigation using two different water management methods, i.e. pulse time and required water irrigation methods. The pulse time-based irrigation was performed by turning the solenoid valve on and off for preset times to allow the wetting front to disperse in root zone before additional water was applied. The required water estimation method was a new water control logic designed by Rural Development Administration that applies the amount of water required based on a conversion of the measured water tension into water content. The use of the pulse time irrigation method under drip irrigation at a high tension of −20 kPa and high temperatures over 30oC was not successful at maintaining moisture tensions within an appropriate range of 5 kPa because the preset irrigation times used for water control could not compensate for the change in evapotranspiration during day and night. The response time and pattern of water contents for all of the tested soils measured with capacitance-based sensor probes were faster and more direct than those of water tensions measured with porous and ceramic cup-based tensiometers when water was applied, indicating water content would be a better control variable for automatic irrigation. The required water estimation-based irrigation method provided relatively stable control of moisture tension,even though somewhat lower tension values were obtained as compared to the target tension of −20 kPa, indicating that growers could expect to be effective in controlling low tensions ranging from −10 to −20 kPa with the required water estimation system. 본 연구에서는 토성에 따른 물의 이용효율을 높이면서재배 작물의 생산성을 최대화하기 위한 효율적인 자동관개 로직을 개발하고자, 수분장력값을 관수 개시점으로하여 물 공급 유지와 멈춤을 간헐적으로 수행하는 펄스형 관개방식과 측정한 수분장력값을 이용하여 토양수분량을 예측해 재배작물에 적합한 물량을 추가 투입하는필요물량계산 관수방식을 적용하여 토성이 다른 실험베드에서 2년간 토마토 작물을 재배하면서 토양수분 함량과 장력의 변화를 측정비교하였다. 물공급 30초와 멈춤30분 및 15분 조건을 이용한 펄스형 관수방식과 필요물량계산 방식에서 얻어진 수분장력값은 목표한 −20kPa 조건에 비해 각각 −42~−8kPa, −20~−10kPa로 나타나 필요물량 계산방식이 균일한 수분장력을 유지하는 측면에서는 유리하였으나 토양수분상태는 상대적으로 습하였다. 공시 토성 모두에서 수분함량은 수분장력에 비해 시간반응이 빠르면서 물공급에 따라 비례적으로 증가하는 경향이 뚜렷하였다. 수분변화 값은 펄스형 관수와 필요물량계산 관수방식의 경우 사양토 기준으로 각각 17~24%, 19~31%로서 펄스형 관수방식이 수분변화 값이 작으면서 시간에 따라 안정적인 값을 유지한 것으로 나타났는데 이는 물공급에 따른 수분함량의 시간변화가 수분장력에 비해 뚜렷하게 빠름과 관계가 있는 것으로 판단하였다. 이러한 결과로부터 펄스형 관수방식은 수분함량값을 이용하여 수분을 조절하는 것이 유리함을 의미한다.

노지 과수원에서 토양수분센서 설치 위치에 따른 토양수분 변화 비교

김종균,김현석,강경진,김종윤 (사) 한국생물환경조절학회 2024 생물환경조절학회지 Vol.33 No.2

노지 토양의 효율적인 수분관리를 위해서는 토양수분센서 를 알맞게 사용하여야 하며, 특히 노지 과수와 같이 넓은 뿌리환경을 가지는 토양 환경에서는 적합한 센서 설치 위치가 매 우 중요하다. 이에 본 실험에서는 노지 과수원에서 다양한 거 리와 깊이에 토양수분장력 센서를 설치하여 각 위치의 토양수 분장력 값을 측정하고, 센서 설치 위치에 따른 토양수분 변화 정도를 비교하여, 이에 따른 최적 토양수분센서 설치 위치를 알아보기 위해 수행하였다. 국내 두 지역에 위치한 사과 및배 과수원에서 각 과수의 수간으로부터 거리 20, 40, 60cm, 토양표면으로부터 깊이 10, 20, 30cm로 각각 9개의 토양수분장력 센서(TEROS 21, METER Group)를 설치하여 2년간의 토양 수분장력 변화 정도를 비교 분석하였다. 두 과수원 모두 센서 가 과수의 수간으로부터 가까울수록, 토양의 표면으로부터 얕게 설치되어 있을수록 토양수분장력 값의 변화 정도가 크게 나타났으며, 20cm × 10cm(과수의 수간으로부터 거리 × 토양 표면으로부터 깊이) 지점에서의 토양수분장력 값의 변화 정 도가 가장 큰 것으로 나타나 토양수분센서 설치에 가장 적합 한 지점으로 판단되었다. 그러나 연도가 달라짐에 따라 과수 의 뿌리가 생장하며 센서 설치 위치에 따른 토양수분장력의 변화 정도 양상이 조금씩 변하는 것을 확인할 수 있었다. 노지 과수와 같이 장기간 재배하는 작물의 토양수분 환경을 알맞게 측정하기 위해서는 현장에서의 주기적인 토양수분 변화 관찰 및 보완을 통해 센서 설치 위치를 변경하는 노력도 필요할 것 으로 나타났다. For efficient soil water management in open fields, the proper use of soil moisture sensors is a prerequisite. Particularly in open-field environments like orchards with extensive root systems, the appropriate positioning of sensors is very important. The present study was conducted to identify the optimal placement of soil moisture sensors by assessing changes in soil water potential across various positions within orchard field soils after installing tensiometers. In apple and Asian pear orchards located in two regions of Korea, nine soil water potential sensors (TEROS 21, METER Group) were installed at distances of 20, 40, and 60 cm from the tree trunk and depths of 10, 20, and 30 cm from the soil surface, and monitored the soil water potential changes over two years. Results indicated that the positions closer to the tree trunk and the soil surface exhibited more pronounced changes in soil water potential. The greatest magnitude of change in soil water potential was observed at a distance of 20 cm and a depth of 10 cm, suggesting this position as the most suitable for soil moisture sensor installation. However, variations in the degree and pattern of changes in soil water potential were noted across sensor positions due to root system growth over time. Therefore, periodic observation and adjustments in sensor placement would be advisable to accurately monitor the soil moisture condition in long-term crops such as fruit trees in open fields

정밀 관수 제어를 위한 배추의 수분스트레스 지수 개발

이희수,김성겸,이희주,이진형,안세웅,이상규 한국원예학회 2019 원예과학기술지 Vol.37 No.4

This study was carried out to investigate the effects of soil moisture tension on the growth and leaftemperature of the Kimchi cabbage and develop the crop water stress index (CWSI) for precisionirrigation control. Kimchi cabbages were cultivated under different levels (-20, -100, and -500 kPa)of soil moisture tension (SMT). At 60 days after transplanting, the dry matter weight was significantlylower at -500 kPa of SMT than -20 and -100 kPa, however, there were non-significant changes inthe maximum leaf length, leaf width, and leaf number among SMT levels. The head weight of theKimchi cabbage was 60% greater (2,331 g/plant) at -500 kPa than at -20 kPa (1,442 g/plant). Themean leaf temperature of cultivars at -20, -100, and -500 kPa during trial periods was 25.9, 26.5, and30.6°C, respectively. The CWSI of cultivars at -20, -100, and -500 kPa was 0.0, 0.1, and 1.0,respectively. Results indicated that the growth, leaf temperature, and CWSI calculated from the leaftemperature of the Kimchi cabbage can differ depending on the SMT, and it is possible to developfeasible methods for precision irrigation using the CWSI. 본 연구는 토양수분장력 처리에 따른 배추의 생장과 엽온에 미치는 영향을 구명하고, 이를 활용하여 작물 수분 스트레스 지수(CWSI)를 개발하기 위하여 수행되었다. 토양수분장력 처리는 3수준(-20, -100 및 -500kPa)으로 설정하였다. 정식 후 60일에 배추 건물중은 -20 및 -100kPa 처리에 비해 -500kPa 처리에서 현저히 낮았으나, 최대 엽장, 엽폭 및 엽수에서는 유의차가Horticultural Science and Technology 497정밀 관수 제어를 위한 배추의 수분스트레스 지수 개발없었다. 배추의 구중은 -20과 -500kPa 처리에서 각각 2,331 및 1,442g/plant로 충분히 관수된 -20kPa 처리가 토양수분이 결핍된 -500kPa 처리에 비해 약 60% 더 무거웠다. 토양수분장력 처리기간 중 엽온 평균은 -20, -100 및 -500kPa 처리에서 각각25.9, 26.5 및 30.6°C였으며, -20과 -500kPa 처리의 엽온은 4.7°C 차이를 보였다. 토양수분장력 -20 및 -100kPa 처리구의 작물 수분 스트레스 지수는 각각 0.0 및 0.1로 수분 스트레스가 없었으나, -500kPa 처리구는 1.0으로 극심한 수분 스트레스를 받은 것으로 나타났다. 본 연구의 결과 토양수분장력에 따라 배추의 생장과 엽온이 크게 달라질 수 있고, 엽온을 측정하여 수분스트레스 지수를 계산하고 이를 정밀 관수 제어 프로그램에 활용할 수 있을 것으로 기대한다.

급경사 사면에서의 토양수분 특성곡선과 모형 매개변수 평가

조민지(Cho Min ji),곽용석(Gwak Yong seok),김상현(Kim Sang hyun) 한국방재학회 2017 한국방재학회논문집 Vol.17 No.6

본 연구는 사면에서의 토양수분과 함께 토양장력의 시계열에 대한 관측과 해석을 수행하였다. 토양수분과 토양장력의 관계를 현장사면에서 설정하는 시도는 토양수분 특성곡선을 확보하는 것으로 van Genuchten(1980)과 Brooks and Corey(1964)가 제안한 식에 적용시켜 수식의 매개변수를 구하였다. 이를 위해서 경기도 파주군 설마리에 존재하는 사면에 관측시스템을 설치하고 9개월간 토양수분과 토양장력 자료를 수집하였다. 토양장력은 사면에서의 위치, 계절에 따라 다른 특성을 나타냈다. 상부사면에서의 토양장력은 강우에 민감하게 반응을 하였고, 하부사면의 경우 토심이 깊은 60 cm, 90 cm의 경우 장력의 변화가 다른 지점에 비해 강우에 대한 반응이 적었으나, 중간정도의 토심인 30 cm의 경우 중부사면보다 강우에 대한 반응이 민감하였다. 토양수분 특성곡선과 그 자료를 이용하여 Seki(2007)이 고안한 프로그램을 통해 매개변수를 구하였다. 일반적으로 알려진 사양토에서의 vG-BC모형의 매개변수와는 상당히 큰 차이를 보였다. In this study, time series of soil moisture and soil tension in a steep hillslope had been measured. The in-situ soil moisture characteristic curve was obtained and the model proposed by van Genuchten (1980) and Brooks and Corey (1964) were used to estimated parameters. A monitoring system had been operated in a hillslope at Sulmachun watershed located in Paju, Kyounggi province for 9 months. Soil tension showed distinct features depending upon location and season. Soil tensions were sensitively responded at upslope but deeper depths such as 60 cm and 90 cm showed damped responses but more sensitive behaviour was observed at the depth of 30 cm in downslope. The model parameters for soil moisture characteristics curve were evaluated using code proposed by Seki (2007) and substantial difference in estimated parameters were found to parameters widely known vG-BC model for sandy loam soil.

관수 기준 설정 알고리즘을 적용한 토양 수분 제어 시스템 개발

강상현,김영진,이상봉,김희태,김민영 경상대학교 농업생명과학연구원 2021 농업생명과학연구 Vol.55 No.6

자동 관개 시스템에서는 관수를 자동으로 개시하고 중지할 수 있는 기준값의 설정이 중요하다. 관수 기준값은 작물의 종류와 생육 시기, 토성, 용적 밀도 등에 따라 달라지는 포장 용수량의 토양 수분값으로 결정되기 때문에, 전문적인 지식과 분석 경험이 필요하여 현장 농업인이 직접 파악하는 것은 어렵다. 그래서 재배 작물의 명칭, 재배 지역 및 재배 토양의 토성 등을 조건 변수로 하여 적절한 토양 수분값을 데이터베이스로부터 추출하고, 작물의 종류 및 생육 시기별 토양수분 기준을 데이터베이스화하여 선택한 작물에 적합한 토양수분 장력값을 설정할 수 있는 알고리즘을 개발하였다. 이 알고리즘을 센서부, 제어부, 구동부로 구성되어 있는 시스템에 적용하여 토양 수분을 제어할 수 있는 시스템을 개발하였다. 실험구별로 수분 제어 기준값을 설정하여 측정한 수분값이 -33 kPa 실험구에서 부합률 97.3%, -25 kPa 실험구에서 부합률 96.6%의 결과를 나타내었다. 이 시스템을 이용하여 최근 농촌지역의 고령화와 노동인구 감소에 따른 생산성 감소를 억제하는데 기여할 것으로 사료된다. In an automatic irrigation system, it is important to set threshold criteria that can automatically start and stop irrigation. The threshold criteria for irrigation is determined by the soil moisture level, which varies depending on the type of crop, the growing season, the soil texture, and the soil bulk density. It is difficult for a field farmer to figure it out directly because specialized knowledge and analysis experience are required. Therefore, the suitable soil moisture value was extracted from the existing data using the name of the cultivated crop, the cultivation area and the soil texture as the condition variables. The soil moisture standard for each crop type and growth period was made into a database. An algorithm that can set the soil moisture tension value suitable for the selected crop was developed. A system that can control soil moisture was developed by applying the algorithm to a system consisting of a sensor unit, a control unit, and an operating unit. The soil moisture value measured by setting the threshold criteria for each experimental plot showed a match rate of 97.3% in the -33 kPa experimental plot and 96.6% in the -25 kPa experimental plot. It is thought that the soil moisture control system will contribute to suppressing the decrease in productivity caused by the aging in the rural society and the decrease in the labor force.

관수 개시점 처리가 시설 재배 오이 생육과 물 이용에 미치는 영향

안진희(Jin-Hee An),전상호(Sang-Ho Jeon),이문행(Mun-Haeng Lee),장동철(Dong-Cheol Jang),최은영(Eun-Young Choi),나종국(Jong-Kuk Na),최기영(Ki-Young Choi) 한국원예학회 2021 원예과학기술지 Vol.39 No.2

본 실험은 시설 토양에서 생육 단계별로 관수 개시점을 달리하여 오이의 생육과 수분이용효율에 미치는 영향을 알아보고자 수행하였다. 실험은 강원도 춘천시 남산면 소재 플라스틱 연동 온실에서 2020년 4월 20일 오이(Cucumis sativus L.) 다다기 계통 ‘청춘’접목묘(대목: ‘하나짱토좌’)를 정식하여 7월 5일까지 재배하였다. 텐시오미터를 이용하여 토양 관수 개시점을 생육기-수확성기-수확후기 3단계로 나누어 처리 1은 10-10-10kPa(T1), 처리 2는 10-10-20kPa(T2), 처리 3은 20-10-10kPa(T3), 처리 4는 20-10-20kPa(T4) 및 관행 대조구 Control의 총 5 처리하였다. 총 관수량, 생육, 수량 및 수분이용효율을 측정하였다. 일평균 토양 수분장력이 T1은 8.3kPa, T2는 9.2kPa, T3는 10.7kPa, T4는 10.2kPa였으며, Control은 5.9kPa이였다. 공급된 주당 총 관수량은 53,322mL(T1)–59,206mL(T4)으로 처리 간 차이가 없었다. 일평균 관수량은 T1은 773mL, T2는 787mL, T3는 780mL, T4는 858mL였으며, 총 관수 횟수는 99회(T1), 92회(T2), 86회(T3), 93회(T4)였으며, 관수 간격도 0.7일로 차이가 없었다. 그러나 Control 처리는 일평균 관수량 1,525mL, 총 관수 횟수 50회로 평균 관수량이 처리구에 비해 2배 이상 많았고, 관수 횟수는 40% 이상 감소하였다. 처리 43일째 오이 초장, 마디수, 엽폭, 엽수는 Control 처리에서 가장 높았으며, T3, T4 처리는 초장이 가장 낮았고, 엽록소 함량(SPAD 값)은 유의한 차이가 없었다. 상품 과수와 수량은 T2 처리에서 가장 높았으며, 수확 시기에 따라 처리에 따라 차이를 보였다. 1L 관수량에 생산된 오이의 수분이용효율(g·L<SUP>-1</SUP>)은 T2(45.1g) > T1(33.5g), T3(31.9g) > T4(28.9g) > Control(23.7g)으로 높았다. 이상의 결과 4월 정식 5월 수확하는 봄 재배 작형에서 오이의 관수 개시점은 10(생육기) -10(수확성기)- 20(수확후기)kPa가 적합하였다. This experiment was conducted to investigate the effect of the soil irrigation starting point on the growth and water use efficiency of cucumber at each growth stage in a greenhouse. Cucumber (Cucumis sativus L.) ‘Chungchun’ grafting seedlings were transplanted on April 20, 2020 and cultivated until July 5, 2020 in a polyethylene greenhouse in Chuncheon-si, Gangwon-do. Soil irrigation starting point using a tensiometer were treated in 10-10-10 (T1), 10-10-20 (T2), 20-10-10 (T3), 20-10-20 (T4), and a control. The total amounts of irrigation, growth, yield and water use efficiency were measured. The average daily soil water tension (kPa) was 8.3 for T1, 9.2 for T2, 10.7 for T3, 10.2 for T4, and 5.9 for the control. The total amount of irrigation supplied was from 53,322 mL (T1) to 59,206 mL (T4), there was no difference between treatments. The average daily irrigation amount per plant was 773 mL (T1), 787 mL (T2), 780 mL (T3), and 858 mL (T4). The total number and intervals of the irrigations were not different from 86 times (T3) to 99 times (T1) and 0.7days. In the control, the daily average amount of irrigation was 1,525 mL, and the total number of irrigations was 50. In the control, the average amount of irrigation was twice that of the treatments (T1, T2, T3, and T4), and the number of irrigations was reduced by more than 40%. On the 43rd day of treatment, plant height, number of nodes, leaf width, and number of leaves were highest in the control, and the lowest plant height was in T3 and T4 treatments. There was no significant difference in chlorophyll content (SPAD value). Marketable number of fruit and yields was highest in the T2 treatment, and showed differences according to harvest time. The water use efficiency (g·L<SUP>-1</SUP>) of cucumbers produced in 1L irrigation was T2 (45.1g) > T1 (33.5g), T3 (31.9g) > T4 (28.9g) > control (23.7g). These results indicate 10 (growing period)- 10 (harvesting period)- 20kPa (late harvesting period) as a suitable starting point of soil irrigation tension for cucumbers in spring cultivation.

토양수분 장력별 토양수분함량 예측모형(PTF)의 검정

허승오(Seung-Oh Hur),손연규(Yeon-Gyu Sonn),현병근(Byung-Kewn Hyun),조현준(Hyun-Joon Cho) 한국토양비료학회 2014 한국토양비료학회 학술발표회 초록집 Vol.2014 No.10

Polyacrylic Acid Sodium Salt의 혼합률이 상토의 물리성에 미치는 영향

최종명(Jong Myung Choi),왕현진(Hyun Jin Wang),이종석(Jong Suk Lee) 한국원예학회 2005 원예과학기술지 Vol.23 No.4

본 연구는 다양한 비율로 고흡수성 수지 polyacrylic acid sodium salt를 상토에 혼합한 후 변화된 토양 물리성을 밝혀 작물재배를 위한 기초자료로 활용하기 위하여 수행하였다. 네 종류의 혼합상토로 피트모스+버미큘라이트(1:1, v/v; PV), 피트모스+부숙왕겨(1:1, v/v; PR), 피트모스+부숙톱밥(1:1, v/v; PS), 그리고 피트모스+부숙수피(1:1, v/v; PB) 등을 조제하는 과정에서 ㎩SS를 혼합하고 관수 5주후에 상토의 물리적 특성을 측정하였다. ㎩SS의 혼합은 PV, PB및 PR상토의 공극률을 증가시켰다. 본 연구의 고흡수성 수지 처리 범위 내에서의 용기용수량은 PV 87.5%, PR 86.1%, PS 89.9%, 그리고 PB 혼합상토에서 79.9% 이하로 측정되어 상토에 따라 차이가 있었다. 또한 모든 상토에서 고흡수성 수지의 혼합비율이 증가할 경우 기상률이 증가하였다. 고흡수성 수지의 혼합비율이 높아질수록 4.90㎪, 9.81㎪, 29.4㎪ 및 1.5m㎩의 토양 수분장력 하에서 존재하는 수분량이 많았다. 각 상토별로 29.4㎪이나 1.5m㎩에서 존재하는 수분은 PV에서 적었고, PB 와 PR 에서 유사한 수준이었으며, PS 상토에서 가장 많았다. 이는 PV 상토에서 유효수의 비율이 가장 높고, PS 상토에서 무효수의 비율이 가장 높음을 의미한다. This research was conducted to improve moisture retention capacity of substrate by incorporation of domestically produced hydrogel, polyacrylic acid sodium salt (PASS). To achieve this, PASS was incorporated at the rate of 0, 3, 6, or 9 gㆍℓ⁻¹ into four root media such as peatmoss+vermiculite (1:1 v/v; PV), peatmoss+composted rice hull (1:1; PR), peatmoss+composted saw dust (1:1; PS) and peatmoss+composted pine bark (1:1; PB). The media were packed into a 2,500 ㎖ plastic pot and were analysed for physical properties at five weeks after packing. The total porosity in PV, PB, and PR media increased as the incorporation rate of PASS was elevated. The container capacities of PV, PR, PS and PB media after incorporation of PASS were less than 87.5, 86.1, 89.9 and 79.9%, respectively, indicating that incorporation of PASS to various media influences physical properties differently. Elevated incorporation rates of PASS resulted in increase of air space in all root media. As the incorporation rate of PASS increased, more water was retained in all root media at the soil moisture tension of 4.90 ㎪, 9.81 ㎪, 29.4 ㎪ and 1.5 m㎩. The amount of water retained in PS medium was the greatest at the moisture tension of 29.4 ㎪ and 1.5 m㎩ followed by PB, PR and PV media. This means that available water holding capacity is the greatest in the PV medium and the lowest in the PS medium among root media tested in this research.

한발 지속에 따른 가을배추 포장의 토양수분 장력 변화 추정 모형 개발

엄기철(Kicheol Eom),임채일(Chaeil Im),남이(I Nam) 한국토양비료학회 2023 한국토양비료학회 학술발표회 초록집 Vol.2023 No.10

토성속 및 용적밀도에 따른 토양수분장력과 용적수분과의 관계

장용선(Yongseon Zhang),한경화(Kyunghwa Han),조희래(Heerae Cho),옥정훈(Junghun Ok),장시연(Siyeoun Jang),황선아(Seona Hwang),정강호(Kangho Jung) 한국토양비료학회 2018 한국토양비료학회 학술발표회 초록집 Vol.2018 No.5