양파노균병 예찰의 정밀도를 위한 정규식생지수 평가 및 적용 (Evaluation and Application of Normalized Difference Vegetation Index for Precision of Onion Downy Mildew Prediction)

서지정보

· 발행기관 : 경상국립대학교 농업생명과학연구원
· 수록지 정보 : 농업생명과학연구 / 56권 / 2호 / 7 ~ 15페이지
· 저자명 : 강병삼, 이예영, 최옥희, 김진우

초록

가시광선 영역의 스펙트럼과 근적외선 영역의 스펙트럼을 포함하는 다중스펙트럼 기반 정밀 감지 기술은 농작물 품질, 스트레스 및 식물 병진단 등의 비침습적 분석 및 감지에 성공적으로 적용되고 있고 원격 감지를 위한 센서 기술로 인정받고 있다. 다중스펙트럼 기반 원격 감지는다양한 작물에서 다양한 병을 감지, 모니터링 및 정량화하는 데 사용되어 왔다. 본 연구의 목적은 양파노균병 감염의 지표로 엽록소 함량 관련된다중스펙트럼 기반 식생 지수(Vegetation Index) 지표의 사용을 평가하는 것이다. 양파노균병은 주로 2~3월에 발생하고 양파 생산에 가장 큰손실을 야기하는 양파병 중 하나다. 2021년 3월 중순경 공간적으로 분리된 경상남도 함양과 전라남도 무안 지역에서 노균병이 심하게 걸린 양파노지 포장을 시험구로 사용하였다. 다중스펙트럼 카메라가 장착된 드론을 사용하여 다중스펙트럼 이미지를 얻었고 농작물 식생 지수 분석에 주로사용되는 NDVI, NDRE 및 GNDVI 값을 분석하였다. 지상 20 m에서 얻은 다중스펙트럼의 NDVI, NDRE 및 GNDVI 수치의 히스토그램은0 에 집중되어 있었는데 이는 주로 흙과 암석에서 나타나는 수치에 해당한다. 이는 양파 재배 특성상 물 빠짐을 좋게 하기 위해 조성한 고랑들이식생 지수 수치를 왜곡한 것을 판단되었다. 양파가 없는 고랑으로 인한 식생 지수 왜곡을 배제하기 위해 지상 2 m에서 다중스펙트럼 이미지를얻었고 이들의 식생 지수를 분석한 결과, NDVI 수치가 건전 양파와 노균병 감염 양파 간 차이를 뚜렷하게 구분할 수 있었다. GNDV 및 NDRE 값은 완전히 성장한 식물에서 높은 엽록소 민감도를 통해 식물 발달을 분석하기 위한 NDVI에 대한 경쟁적 식생 지수인데, 2~3월경 양파의 불완전한생육으로 인해 캐노피가 부족하여 GNDVI와 NDRE의 민감도가 떨어진 것으로 추정된다. 노균병에 걸린 양파의 NDVI 수치는 0 값에 집중되어있는 반면, 건전한 양파는 0.5 값에 걸쳐 있었는데, 이러한 결과는 생육환경이 전혀 다르고 지역적으로 분리된 함양과 무안 지역에서 재배되고자연적으로 발생한 양파에서도 동일한 결과를 도출하였다. 본 연구의 결과를 종합하며, NDVI는 양파노균병 발생 감지에 적용할 수 있는 것으로평가되고 뿐만 아니라 전문가 진단에 따른 변동성과 반복성의 변화를 극복할 수 있는 대안이 될 수 있을 것으로 평가된다.

영어초록

Multispectral-based precision sensing technology, including visible light spectrum and near-infrared spectrum, has been successfully applied to non-invasive analysis and detection such as crop quality, stress, and plant disease diagnosis. Multispectral-based remote sensing, which has been used to detect, monitor and quantify a variety of diseases in a variety of crops, is recognized as a superior sensor technology. The main objective of this study is to evaluate the use of multispectral-based vegetation index indicators related to chlorophyll content as indicators of downy mildew infection. Onion downy mildew occurs mainly in February and March, and causes the greatest loss to onion production. In mid-March 2021, downy mildew-infected onion fields were observed and used as test sites in Hamyang, Gyeongsangnam-do and Muan, Jeollanam-do, which were spatially separated. Multispectral images were obtained using a drone equipped with a multispectral camera, and vegetation indices, including NDVI, NDRE, and GNDVI values were analyzed according to the formula for analysis of the vegetation index. Multispectral histograms of NDVI, NDRE, and GNDVI values obtained from a height of 20 m are centered at 0 value, which corresponds to values mainly found in soil and rocks. The vegetation indices were considered to be distorted due to the furrows made for drainage. Multispectral images were acquired at a height of 2 m to exclude vegetation index distortion due to furrows. As a result of analyzing the vegetation index, the difference between healthy onions and downy mildew-infected onions could be clearly distinguished by the NDVI value. GNDV and NDRE values are competitive vegetation indices for NDVI for analyzing plant development through high chlorophyll sensitivity in fully grown plants. It is estimated that the sensitivity of GNDVI and NDRE is lowered due to the lack of a canopy resulting from the incomplete growth of onions around February to March. The NDVI values of downy mildew-infected onions were concentrated around 0 value, whereas healthy onions spanned values of 0.5. The results of this study are evaluated to be applicable to the detection of onion downy mildew using NDVI, as well as to be an alternative to overcome changes in variability and repeatability due to expert diagnosis.

참고자료

· 없음