낙엽송 묘목의 건조 스트레스 조기 진단을 위한 엽 각도 및 이미지 기반 분석 연구

김도희1, 정욱한1, 한승현2, 정은주1*

(1강원대학교 산림환경시스템학과, 2국립산림과학원 산림기술경영연구소)

Study on Leaf Angle and Image-Based Analysis for Early Diagnosis of Drought Stress in Larix kaempferi Seedlings

Do Hee Kim1, Uk Han Jeong1, Seung Hyun Han2, Eun Ju Cheong1*

(1College of Environmental Forest System, Kangwon National University,

2Forest Technology and Management Research Center, National Institute of Forest Science)

요약: 목재와 조림수종으로서 국내에서 높은 수요를 보이는 낙엽송은 빠른 생장 속도에도 불구하고 종자 생산 주기가 길어 안정적인 대규모 생산에 어려움이 있다. 특히 우량묘의 지속적인 생산을 위해서는 적절한 스트레스 관리가 필수적이며, 그중에서도 수분 스트레스의 관리는 핵심적이다. 묘목이 수분 스트레스를 받지 않도록 체계적으로 관리하기 위해서는 스트레스를 신속하고 정확하게 감지할 수 있는 기술이 필요하다. 따라서 본 연구에서는 엽록소 함량(SPAD), 엽록소 형광반응, 열화상 이미지와 정단부 엽 각도, 개체별 이미지 분석을 통해 낙엽송 묘목의 건조 스트레스를 진단하고자 하였다. 실험 결과, 각 파라미터에서 육안으로 잎의 변색이 확인되기 전에 스트레스 반응을 감지할 수 있었다. 엽록소 함량 및 형광반응 보다 열화상 이미지가 스트레스 반응을 더욱 명확하게 감지하는 데 효과적이었다. 특히, 낙엽송 묘목은 실험 2일차에 정단부 잎이 시들었다가 3일차에 회복되는 경향을 보였으며, 이를 통해 엽 각도를 활용하여 건조 스트레스를 조기에 진단할 수 있음을 확인하였다. 마찬가지로, 이미지 분석에서도 유의미한 결과가 나타나 건조 스트레스 진단에 효과적으로 활용될 수 있음을 보여주었다. 잎 각도에 영향을 미칠 수 있는 다양한 환경 요인을 추가적으로 분석하고, 이미지 보정 기법을 개선하며, 더 많은 표본과 데이터를 통해 통계적 검정력을 강화한다면 본 연구에서 제안한 방법의 실제 적용 가능성을 더욱 높일 수 있을 것으로 판단된다.

Abstract: Larix kaempferi, which is in high demand in Korea as timber and an afforestation species, faces challenges in achieving stable large-scale production due to its long seed production cycle, despite its rapid growth rate. Effective stress management, particularly in controlling water stress, is essential for the consistent production of high-quality seedlings. To systematically manage seedlings and prevent water stress, it is crucial to develop technologies capable of rapidly and accurately detecting stress. This study aimed to diagnose drought stress in Larix kaempferi seedlings by analyzing chlorophyll content (SPAD), chlorophyll fluorescence, thermal imaging, shoot tip leaf angles, and individual image analysis. The results demonstrated that stress responses could be detected across parameters before visual discoloration of the leaves occurred. Thermal imaging, in particular, proved to be more effective in detecting stress responses compared to chlorophyll content and fluorescence. Notably, the shoot tips of the seedlings wilted on the second day of the experiment but recovered on the third day, confirming that drought stress could be diagnosed early through leaf angle analysis. Similarly, significant results were observed in image analysis, indicating its potential for effectively diagnosing drought stress. Further investigation into various environmental factors that may influence leaf angles, refinement of image correction techniques, and the inclusion of larger sample sizes and datasets to enhance statistical power could significantly improve the practical applicability of the method proposed in this study.

사사: 본 연구는 국립산림과학원 ‘산림용 묘목 대상 표현형 측정 기술개발’ 연구과제(SC0300-2023-01-2023)의 지원에 의하여 이루어진 것입니다.