다분광 영상 기반 소나무 종묘의 고온 반응성 평가

이정완*, 황진문, 김성용, 이현석

(국립경국대학교 산림과학과)

Assessment of Thermal Responsiveness of Pinus densiflora Seedling Using Multispectral Imaging

Jeongwan Lee*, Jinmun Hwang, Sungyong Kim, Hyunseok Lee

(Department of Forest Science, Gyeongguk National University)

요약: 최근 대형 산불 발생으로 인한 토양 표층의 급격한 온도 변화는 종자 발아 및 초기 유묘 단계의 생리반응에 직접적인 영향을 미친다. 본 연구에서는 급격한 고온에 노출 시 종자의 발아능 평가를 위해 70℃, 100℃, 150℃, 200℃에서 각각 1-5분간 고온처리를 실시하였다. 다분광 영상 기반 발아 탐지 기술 개발을 위해 NDVI 지수를 활용하였을 때 9-10일차에 발아한 종자를 일부 탐지할 수 있었다. 단계적 파장과 형태 조건을 적용한 MASK 기반 분석을 통해 발아시험 14일차에 실측 발아 패턴과 가장 일치하게 판별이 가능하였다(정밀도 65%, 재현율 93%). 유묘는 고온(38℃, 45℃)에 노출시켰을 때 식생지수(NDVI, GNDVI, NDRE, CIRE)가 처리 시간에 따른 지수변화가 서로 상이하게 나타났으며,  생리·물리 지표와 영상지수를 통합하여 분석 결과, 38℃, 45℃에서 엽록소와 카로티노이드 함량은 각각 r=0.990, 0.946으로 높은 상관이 나타났다. 본 연구의 결과는 향후 우량개체 선발, 기후변화 및 산불 대응 생육 예측 모델 개발의 기초자료를 제공하고자 한다.

Abstract: Rapid increase in surface soil temperature associated with large-scale wildfires can directly affect seed germination and early physiological responses in forest tree seedlings. This study assessed seed germination capacity and early physiological responses of Pinus densiflora seedlings following short-term exposure to high temperatures using multispectral imaging. Heat treatments were applied at 70, 100, 150, and 200℃ for durations of 1–5 min to evaluate germination responses. To develop an image-based germination detection approach, the normalized difference vegetation index (NDVI) was applied, enabling partial detection of germinated seeds at 9–10 days after sowing. Germination patterns were further identified using a MASK-based analysis incorporating stepwise spectral and morphological criteria, showing the highest agreement with observed germination at 14 days after sowing (precision: 65%; recall: 93%). Under subsequent high-temperature stress treatments (38℃ and 45℃), vegetation indices (NDVI, GNDVI, NDRE, and CIRE) exhibited distinct response patterns depending on exposure duration. Integrated analysis of physiological traits and image-based indices revealed strong correlations between vegetation indices and chlorophyll and carotenoid contents at both 38℃(r = 0.990) and 45℃(r = 0.946). These findings provide fundamental information for the selection of thermally tolerant individuals and for the development of growth prediction models under climate change and wildfire-prone conditions.

사사: 본 연구는 한국연구재단 이공분야 중점연구소지원사업(NRF-2018R1A6A1A03024862)의 지원에 의해 이루어진 것임.