Ⅰ. 서 론
사일리지용 옥수수(Whole crop maize, WCM)의 생산량 추세 에 미치는 주요 기후 요인을 검토한 결과 생육도일, 강수량 및 강수일수 등이 WCM 생산량에 유의한 영향을 주는 기상변수라 고 확인하였다(Chemere et al., 2019;Kim et al., 2019;Peng et al., 2015). 한편 WCM의 재배기술 중 파종 및 수확시기는 건물 수량(Dry matter yield, DMY)과 사료품질에 크게 영향을 미친다 는 보고가 있다(Lee and Lee, 2010;Lee et al., 2012).
WCM의 적정 파종시기나 수확시기를 기준으로 파종시기가 이르면 냉해를 입을 수 있고 반대로 늦을 경우 생육기간이 짧아 DMY 및 사료품질이 감소할 수 있다. WCM의 수확시기도 파종시 기처럼 적정 수확시기보다 일찍 또는 늦게 수확할 경우 DMY 및 사료품질이 저하하게 된다(Lee et al, 2019). 국내 WCM의 적정 파종 및 수확시기를 판단하는 기존의 기준을 보면 파종시기는 지 온 10℃이상, 벚꽃만개시기 및 4월중순~5월상순(Lee and Lee, 1993)을, 수확시기는 황숙기, 건물함량 30~35%, 유선 1/2~2/3 및 흑색층 형성기를 추천하고 있다(Pioneer Hi-Bred International, 1990). WCM의 적정 파종 및 수확시기에 대한 종래의 다양한 판 단기준은 적정시기를 종합적으로 판단할 수 있다는 측면에서 아 주 효과적이나, 실제 현장에서 수시로 직접 조사해야 하거나 조 사자에 따른 차이 등의 편차가 있을 수 있다. 최근 지구온난화에 의한 이상기상으로 WCM의 적정 파종시기 및 수확시기는 지역 적 변동이 더욱 심해지고, 동일 지역내에서도 해발, 경사도, 지형 등의 지리적 특성에 따라 차이가 크므로 이러한 문제점을 개선할 수 있는 보다 객관적인 판단기준이 필요하다.
생육도일(Growing degree days,℃; GDD)은 WCM의 수량에 크 게 영향을 주는 매우 중요한 요인이다(Lee et al., 2006;Emerson, 2009). GDD는 WCM의 적정 파종시기와 수확시기에 대한 판단기 준으로 종래의 기준과 더불어 이용할 수 있을 것으로 사료된다. GDD를 기준으로 하는 WCM의 파종시기 예측은 지역별 수량예측 은 물론 재배관리 측면에서도 유리하다. 또한 수확시기 예측에서 GDD는 우리나라의 경우 가을장마의 영향으로 수확을 관행적으로 8월 15일(Forage Information Center, 2018) 전후로 실시하고 있어 지역특성에 적합한 WCM의 품종 선택이나 후작물 선택을 용이하 게 할 수 있게 한다. GDD를 이용하여 WCM의 적정 파종시기 및 수확시기를 판단하는 것은 지역이나 지리적 특성의 구분없이 일정 한 GDD에 달하면 그 값이 그 지역의 적기가 되므로 빈번한 조사 의 번거로움이나 조사자간 편차를 줄이는 것에 기여할 수 있다.
본 연구는 WCM의 파종시기와 수확시기에 대한 메타자료를 를 이용하여 적정 파종시기 및 수확시기를 GDD로 탐색하는데 목적 이 있다.
Ⅱ. 재료 및 방법
1. 자료출처
본 연구에서 WCM의 적정 파종시기와 수확시기를 검토하기 위한 자료출처 및 자료수는 Table 1과 같다. WCM의 메타자료 는 1982년부터 2012년까지 학회지 및 보고서로부터 총 3,152점 (원자료)을 수집하였으며 실험장소, 실험연도, 품종, DMY, 재배 기술(파종 및 수확시기) 등이 포함되어 있다. 기상자료(온도)는 기상청의 기상정보 개방포털의 기상 빅데이터를 이용하여 수집 하였으며 평균기온, 최저기온, 최고기온 및 강수량 등을 수집하 였다. GDD는 다음과 같이 계산하였다.
2. 분석절차 및 방법
자료가공과정은 1~5차로 나누어 구성되어 있다(Table 1). 1차 가공은 데이터 입력으로 풀사료자료 및 기상자료를 엑셀에 각각 입력하는 과정이다. 풀사료자료 입력은 파종시기와 수확시기에 따른 DMY, 품종, 실험연도, 실험지역 등을 입력하였으며 사용한 자료수는 164점이었다. WCM 164점에 대한 기상자료는 1982년 부터 2012년까지의 일평균기온을 이용하여 파종시기 및 수확시 기의 적산온도를 계산하였다. 2차 가공은 자료선별로 수집한 자 료에서 파종시기와 수확시기를 실험한 자료를 선별하는 작업이 다. 선별 기준은 다음과 같다. 첫번째, 품종이 같고 파종시기와 수확시기의 실험 수준이 3개 이상인 자료, 두번째, 파종시기와 수확시기의 실험 수준이 파종시기가 같고 수확시기가 다르거나 수확시기가 같고 파종시기가 다른 자료를 선별하였다. 2차 가공 과정에서 수확시기가 날짜로 표기되어 있지 않고 숙기(유숙기, 호 숙기 등)로 표기된 16점과 파종시기와 수확시기의 실험 수준이 3 개 미만인 27점, 총 43점을 제거하였다. 3차 가공은 오류 자료 수 정 작업으로 중복자료를 제거하고 오기자료 및 오산자료를 수정 하는 과정이다. 본 실험에서는 중복 자료, 오기 자료와 오산 자료 가 없었다. 4차 가공은 분석에 사용하는 최종 데이터 세트를 구성 하는 과정으로 파종시기는 29점(수원 24점, 상주 5점), 수확시기 는 92점(군위 4점, 남해 8점, 당진 4점, 수원 58점, 평창 18점), 총 121점(Table 2)이었다. 121점의 출처는 파종시기 자료가 Kim et al.(1996) 24점 및 Lee et al.(2007) 5점으로 총 29점이었으며, 수확 시기 자료가 Kim et al.(1986) 34점, 축산시험보고서(RDA, 1997) 4점, Chung et al.(2010) 9점, Ko et al.(1997) 8점, Lim and Kim(1996) 3점, Oh et al.(2011) 4점, Lee et al.(2004) 18점, Do et al.(2012) 4점 및 Kim et al.(2002) 8점으로 총 92점 이었다. 5차 가공은 분석에 사용되는 최종 데이터세트에서 DMY가 가장 많은 수준(적기)을 기준(0)으로 평행이동하는 변환과정(표준화) 을 수행하는 과정이다. 파종 및 수확시기를 나타내는 날짜는 1월 1일부터의 일수로 변환하였다. WCM의 최대건물수량이 극점 (extreme point)으로 나타나는 2차 모형을 구축한 뒤 모형의 해석 력과 풀사료 생산 이론을 검토하여 정밀한 2차 모형을 구축하였 다. WCM의 파종 및 수확시기에 대한 2차 모형의 정밀도는 회귀 분석을 이용하여 해석력(R2)으로 확인하였다.
WCM의 파종 및 수확시기의 적기는 2차 모형과 함께 산점도 로 나타내 탐색하였다. 통계프로그램은 SPSS 24.0을 사용하였다.
Ⅲ. 결과 및 고찰
1. 표준화 전 파종 및 수확시기의 최적점 탐색
WCM의 적정 파종 및 수확시기를 탐색하기 위해 전체 2차 함 수(Global quadratic function)를 이용한 결과, 지역 및 연도가 달 라 유일한 최적점을 찾을 수 없었다(Fig. 1). 따라서 WCM의 수확 시기를 고정하고 파종시기의 변화에 따른 품종별 산점도를 확인한 결과, 품종별 파종시기에 대한 DMY는 최적수준이 존재하는 2차 형태를 보였다(Fig. 1a). WCM의 상대숙기(relative maturity)를 고려한 품종별(조생종: P3394. 중생종: Suwon19, 32P75, P3352. 만생종: DK713, G4624) 2차 형태는 극점이 뚜렷하였으나 파종 적기는 품종에 따라 차이가 있었다.
WCM의 파종시기를 고정하고 수확시기의 변화에 따른 품종 별 산점도를 확인한 결과, 품종별 수확시기에 대한 DMY는 최적 수준이 존재하는 2차 형태를 보였다(Fig. 1b). WCM의 상대숙기 를 고려한 품종별(조생종: P3394. 중생종: 청안옥, Suwon19, 31N27, P32W86, P3352. 만생종: 광안옥, DK689) 2차 형태는 극점이 뚜렷하였으나 수확적기는 품종에 따라 차이가 있었다.
이와 같은 모형들은 2차함수의 형태가 뚜렷하여 최적 파종 및 수확시기가 존재하였지만, 모형적합(R2)이 각각 0.12와 0.16으로 불량하여 이를 이용하여 최적일을 탐색하는 것은 부적절하다고 판단하였다. 그러므로 WCM의 파종 및 수확시기에 대하여 개별 적으로 중심을 0으로 맞춘 후 전체 2차 함수를 재탐색하였다.
2. 표준화 후 파종 및 수확시기의 최적점 탐색
1) 적정 파종시기 탐색
수확시기를 고정한 경우 WCM의 DMY 변동(Table 2)은 파종 시기의 변동에 의해 62.6%로 해석할 수 있었다( 05). 표준화 후 2차함수는 높은 해석력과 유의한 수준으로 나타나 신뢰성이 있는 것으로 판단하였다.
Fig. 2는 Table 2의 Model을 산점도로 나타냈다. WCM의 DMY 는 파종시기(x)가 0일 때 21,496kg/ha으로, -0.24일 때 21,497kg/ha (최대 DMY)으로 나타났다.
WCM 파종시기는 평균값 113.7일, 중앙값 114일로 차이가 없 었으며 평균값으로부터 제 1 및 3 사분위수의 차이가 각각 19.7 및 18.8일로 좌우 대칭으로 나타났다(Table 3). 파종시기를 1월1일 부터 계산한 일수 기준(0)은 113.7일이며 날짜로 4월 24일이었다.
최대 DMY을 계산하기 위한 이차함수의 완전제곱식(perfect square expression)은 다음과 같았다.
따라서 기준(0)으로부터 최대수량(21,496.01kg/ha)은 -0.24일에 나타나므로 적정 파종시기는 약 114일(113.46 = 113.7-0.24)인 4 월 24일이었다(Table 4). 이때 GDD는 46.2℃였다.
본 연구에서 파종시기가 평균 4월 24일(113.7일)이고 최고 DMY 를 나타내는 파종적기가 4월 24일(113.7-0.24일)로 차이가 없는 것 은 현행 파종시기의 선택이 적절하다는 것으로 사료된다. 또한 WCM의 파종시기에 대한 메타자료를 구성하는 개별 실험의 처리 수준이 4월 24일을 중심으로 전후 균등하게 분포하고 있기 때문에 적정 파종시기는 2차함수를 통해 명확하게 찾을 수 있었다.
2) 적정 수확시기 탐색
파종시기를 고정한 경우 WCM의 DMY 변동(Table 5)은 수확 시기의 변동에 의해 52.8%로 해석할 수 있었다(p<0.05). 표준화 후 2차함수는 높은 해석력과 유의한 수준으로 나타나 신뢰성이 있는 것으로 판단하였다.
Fig. 3은 Table 5의 Model을 산점도로 나타냈다. WCM DMY는 수확시기(x)가 0일 때 18331.39kg/ha으로, +25.40일 때 19366.22 kg/ha(최대 DMY)으로 나타났다.
WCM의 수확시기는 평균값 223.8일, 중앙값 225일로 차이가 없었으며 평균값으로부터 제 1 및 3 사분위수의 차이가 각각 23 및 28.2일로 좌우대칭으로 나타났다(Table 6). 수확시기를 1월 1일 부터 계산한 일수 기준(0)은 223.8일이며 날짜로 9월 4일이었다.
최대 DMY을 계산하기 위한 이차함수의 완전제곱식(perfect square expression)은 다음과 같았다.
따라서 기준(0)으로부터 최대수량(19366.22kg/ha)은 +25.40 일에 나타나므로 적정 수확시기는 약 249.2일(223.8+25.4)인 9 월 4일이었다(Table 7). 이때 GDD는 1602.1℃였다.
WCM의 적정 수확시기가 9월 4일로 관행의 적정 수확시기로 여겨지는 8월 15일과 비교하면 20일 정도 늦다. 그 이유는 첫째, 일반적으로 우리나라에서 WCM은 가을장마가 오기 전 8월 15일 전후로 수확하기 때문이다. 둘째, WCM의 숙기가 늦은 품종을 파종하고 관행적으로 8월 15일에 이른 수확을 하였을 가능성이 높다. 실제로 본 연구의 WCM 수확시기 관련 전체 자료(92점) 중 중·만생종이 86.8%로 대부분을 차지하고 있어 이를 뒷받침하 고 있다. 셋째, 본 연구의 메타자료를 구성하는 개별 실험의 처리 수준이 대부분 8월 15일을 최종으로 하는 조건에서 수확시기별 DMY를 비교하여 대부분의 처리 수준이 8월 15일보다 앞에 분 포하고 있기 때문이다.
본 연구에서 최대 DMY를 나타내는 WCM의 적정 파종 및 수 확시기는 각각 4월 24일 및 9월 4일로 특정하고 있어, 이를 중심 으로 허용 범위를 고려한 기간을 GDD와 병행 제안하였다. 여기 서 WCM의 적정 수확시기(9월 4일)와 관행 적정 수확시기(8월 15일)간 차이가 20일 정도이므로 허용 범위를 20일로 설정하였 다. 처리 수준의 분포를 고려할 때 파종시기는 4월 24일을 중심 으로 전후 균등하게 분포하므로(Fig. 2) 허용 범위를 전후가 균등 한 ±10일로, 수확시기는 9월 4일을 기준으로 앞으로만 치우쳐 있어(Fig. 3) 허용 범위를 -20일로 설정하였다. 따라서 WCM의 파종기간은 4월 14일~5월 3일로 GDD는 23.7~99.6℃, 수확기간 은 8월 15일~9월4일로 GDD는 1,328.7~1,602.1℃로 제시하였다. 이러한 결과는 적기로부터 ±5일 이내에는 건물수량의 변동이 적 고 ±10일을 벗어나면 건물수량의 감소폭이 커지는 수수-수단그 라스 교잡종의 결과와 유사하였다(Kim et al., 2020).
본 연구에서는 GDD를 이용하여 적정 파종(46.2℃) 및 수확시 기(1602.1℃)를 남부(진주), 중부(수원) 및 북부(대관령)에 대하여 탐색하였다(Table 8). 진주와 수원 간 GDD를 비교하면 WCM의 적정 파종시기는 차이가 없었으나 수확시기는 오히려 수원이 진 주보다 이른 것으로 나타났다. 이는 수원이 진주보다 여름은 덥 고 겨울은 추운 기후적 특성에 영향을 받은 것으로 사료된다.
한편 대관령에서 WCM의 적정 파종시기는 5월 7일이었으나 수확시기는 1602.1℃에 도달하는 적정 시기가 존재하지 않아 이 러한 GDD는 수확적기를 결정하는데 적절하지 않았다.
그러므로 WCM 원자료(n=3,152)로부터 대관령 지역의 수확 시기를 검토하면 9월 하순 ~ 10월 상순이었다. 이는 9월 중순이 9월 상순에 발생하는 가을장마 및 9월 하순에 발생하는 서리에 의한 피해를 최소화할 수 있는 수확적기로 바람직함을 나타낸다.
이상의 본 연구를 통해 탐색한 WCM의 파종시기는 적정하다 고 판단할 수 있었다. 그러나 적정 수확시기는 극점이 우측으로 치우친 2차 모형 때문에 관행적 수확시기(8월 15일 전후)에 비해 늦은 문제점이 있었다. 이를 해결하기 위해서는 적합도가 높은 2 차 모형을 기반으로 WCM의 적정 수확시기를 보다 정확히 탐색 하는 것이 요구된다. 이 경우 WCM의 실험설계는 처리 수준의 수는 물론 수준간 간격을 동일하게 할 필요가 있다. 앞으로 WCM의 적정 파종 및 수확시기의 탐색은 지역에 따라 WCM의 최적 숙기가 정해지므로 해당 지역의 숙기에 맞는 품종을 선택하 여 수행하고자 한다.
Ⅳ. 요 약
본 연구는 사일리지용 옥수수(whole crop maize: WCM)의 메 타자료를 통해 적정 파종 및 수확시기에 대한 탐색을 생육도일 (Growing degree days, ℃; GDD)을 이용하여 검토하였다. WCM 의 원자료(1982~2012년)는 학위논문, 학회지 및 연구보고서로부 터 실험별 연도, 품종, 지역, 파종시기 및 수확시기 등 생육정보 가 포함된 3,152점이었다. 수집한 자료 중 파종시기 및 수확시기 와 관련된 자료는 데이터입력, 자료선별 및 오류자료수정 과정을 거쳐 최종데이터세트(파종시기 29점, 수확시기 92점; 총 121점) 를 구성하였고 최적점 설정, 메타분석, 2차모형 구축을 통하여 적정 파종 및 수확시기의 허용 범위를 고려한 기간과 GDD를 제 시하였다. WCM의 적정 파종 및 수확기간은 각각 4월 14일~5월 3일 및 8월 15일~9월 4일이었으며 이 때 GDD는 23.7~99.6℃ 및 1,328.7~1,602.1℃였다. 이상에서 GDD는 WCM의 적정 파종 및 수확시기의 판단기준으로 사용 가능할 것으로 사료된다.
