근적외선 분광분석법을 이용한 토양의 탄소유기물 함량 예측에 관한 연구 = Prediction of Soil Organic Carbon Using Near-Infrared Reflectance Spectroscopy Analysis

국문 초록 (Abstract)

토양 유기탄소는 토양의 질을 결정하는 요소로 토지의 생산성 유지뿐만 아니라 대기 중 이산화탄소 경감, 지구온난화 완화와 같은 환경생태계 유지에도 중요한 역할은 한다. 따라서 토양 유기탄소 보존을 위해 그 함량을 파악하는 것이 중요하다. 토양의 유기물 함량 측정을 위한 화학분석방법은 시간과 비용이 많이 소요되며 전문 인력을 필요로 한다. 이에 다양한 지역의 많은 데이터를 확보하기 위한 제약조건들이 존재한다. 반면에 분광분석법은 토양의 분광학적 특성을 이용하여 토양특성을 분석할 수 있어 짧은 측정시간과 저비용의 높은 효율성을 가지고 있다. 따라서, 본 연구에서는 토양의 가시 및 근적외선 영역 분광 측정을 통해 토양의 특성을 분석하고 유기 탄소 함량을 예측하는 모델을 개발하고자 한다. 실험에 사용된 시료는 총 240곳에서 토성이 서로 다른 강원도와 경기도 지역의 토양을 채취하였다. 분광분석을 위해 샘플의 스펙트럼을 가시근적외선 (visible/near-infrared; VNIR) 영역인 500nm-1100nm 파장대에서 USB4000 Fiber Optic Spectrometer (Ocean Optics, Inc., USA)을 사용하여 측정하였고 근적외선(near-infrared; NIR)영역인 900nm-2500nm파장대에서 SM304(Korea Spectral Products, Kor.)을 사용하여 측정하였다. VNIR 및 NIR 파장대에서 샘플 당 1회씩 측정 후 3반복 진행하였다. 측정된 600개의 토양 스펙트럼과 유기물함량을 대상으로 부분최소제곱회귀법(Partial Least Squares Regression; PLSR)을 적용하여 예측모델을 개발하였고, 이를 검증하기 위해 120개의 데이터를 무작위로 선발하여 결정계수(R2)와 RMSE 값으로 성능을 평가하였다. 그 결과, 토양의 유기탄소 예측모델이 우수한 성능을 보였다. 추후 작물 재배 지역의 유기 탄소 함량을 예측하여 토양 성분관리에 활용될 것으로 기대된다.