이미지 기반 엽각도를 이용한 상수리나무 묘목의

건조 스트레스 진단 연구

김도희1*, 정욱한2, 한승현2, 정은주1

(1강원대학교 산림환경시스템학과, 2국립산림과학원 산림기술경영연구소)

Study on Image-Based Leaf Angle Analysis for Drought Stress Diagnosis on Seedlings of Quercus acutissima in nursery

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

(1Department of Forest Environment System, Kangwon National University,

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

요약: 생태복원 및 조림수종으로서 국내에서 널리 활용되는 상수리나무(Quercus acutissima)는 산지에서는 건조에 잘 견디는 수종으로 알려져 있으나, 초기 묘목 단계에서는 건조한 조건이 활착 및 생육에 크게 영향을 미친다. 이에 조림용 우량묘를 안정적으로 생산하기 위해서는 양묘 과정에서의 체계적인 스트레스 관리가 요구되며, 수분 스트레스 관리는 핵심적인 요소이다. 엽록소 형광이나 엽온 측정과 같은 기존의 비파괴적 건조 스트레스 진단 기법은 고가의 장비와 수작업 측정을 필요로 하여 산림 양묘 현장에서의 실시간 적용에 한계가 있다. 따라서 본 연구에서는 상수리나무 묘목을 대상으로, 기존 생리학적 방법의 한계를 보완할 수 있는 저비용 RGB 타임랩스 이미지를 이용하여 이미지 기반 엽각도 측정을 통한 건조 스트레스 진단 가능성을 평가하였다. 이를 위해 1년생 묘목을 매일 관수한 대조구와 관수를 중단한 건조 처리구로 구분하여 실험을 수행하였으며, 엽록소 형광, 수증기압포차(VPD), 엽각도를 포함한 생리적 지표를 측정하였다. 그 결과, 이미지 기반 엽각도 모니터링을 통해 건조 스트레스에 따른 변화를 진단할 수 있었으며, 그 시간적 반응 양상이 생리적 스트레스 지표와 유사함을 확인하였다. 특히 PMD-MD(이전 측정일 대비 현재 측정일의 변화량) 엽각도 파라미터는 실험 6일차부터 처리구 간 유의한 차이를 보여 엽각도의 활용 가능성을 나타내었다. 다만 조기 진단 측면에서는 한계가 확인되었으며, 향후에는 계절 및 잎 발달 단계를 고려한 분석과 다각도 영상 분석, 재관수 처리, 다개체 측정으로 확장하여 현장 적용성을 개선할 필요가 있다.

Abstract: Quercus acutissima, widely used in Korea for ecological restoration and afforestation, is generally considered drought-tolerant; however, seedling growth and establishment are highly sensitive to water availability. Thus, effective water stress management during the nursery stage is essential for the stable production of high-quality planting stock. Conventional non-destructive physiological methods for drought stress detection, such as chlorophyll fluorescence and leaf temperature measurements, rely on costly equipment and labor-intensive procedures, limiting their real-time application in forest nurseries. This study evaluated the feasibility of diagnosing drought stress in Q. acutissima seedlings using image-based leaf angle measurements derived from low-cost RGB timelapse imagery. One-year-old seedlings were subjected to well-watered control and drought treatments, and physiological indicators including chlorophyll fluorescence, vapor pressure deficit (VPD), and leaf angle were monitored. Image-based leaf angle analysis successfully detected drought-induced responses, exhibiting temporal patterns comparable to physiological stress indicators. The PMD-MD leaf angle parameter (change relative to the previous measurement day) showed significant differences between treatments from day 6, indicating the potential applicability of leaf angle metrics for drought stress assessment, although limitations in early-stage detection were observed.

사사: 본 연구는 국립산림과학원 ‘산림용 묘목 대상 표현형 측정 기술개발’ 연구과제(SC0300-2023-01-2024)의 지원에 의하여 이루어진 것입니다.