당근비트 형태발생 모델링: GreenLab 적용 연구

초록

본 논문은 식물 구조 형성 과정인 형태발생을 고려한 사탕무 성장 모델을 개발한다. GreenLab 프레임워크를 기반으로 2006년 현장 실험 데이터를 이용해 기관 발생, 생체량 생산 및 분배를 시뮬레이션하였다. 유기체와 구획 건조질량을 통해 소스‑싱크 관계를 제어하는 기능적 파라미터를 추정했으며, 모델 적합도가 높아 계절 전반에 걸친 근위‑지상부 배분 분석에 적합함을 보였다. 다만 계절별 검증이 추가로 필요하다.

상세 분석

이 연구는 기존 사탕무 작물 모델이 잎·줄기·뿌리의 구조적 변화를 무시한 점을 보완하고자, 형태발생 과정을 정량화한 GreenLab 모델을 적용하였다. GreenLab은 시간 단계별 기관 발생(파이톰)의 수와 크기를 규정하고, 각각의 기관이 생산하는 광합성량(소스)과 요구하는 생체량(싱크)을 동적으로 연결한다. 실험에서는 2006년 한 해 동안 다양한 재배 관리 하에 사탕무를 수확하고, 7시점에서 각 기관(잎, 줄기, 비트) 및 구획(근위·원위)의 건조질량을 측정하였다. 이러한 데이터는 비선형 최소제곱법을 이용해 파라미터(광합성 효율, 기관 성장 지속시간, 싱크 강도 등)를 추정하는 데 사용되었다. 모델 적합 결과는 R² 값이 0.85 이상으로, 관측값과 시뮬레이션값 사이에 높은 일치성을 보였다. 특히, 성장 초기 단계에서 잎의 발생 속도와 확장률이 전체 생체량 생산에 미치는 영향, 그리고 비트(뿌리)로의 전이 시점에서의 소스‑싱크 전환이 정확히 포착되었다. 그러나 계절 변동성(온도·광량·수분)과 스트레스 상황(가뭄·질소 결핍)에서 파라미터의 안정성 검증이 부족하며, 모델이 토양 물리·화학적 특성을 직접 반영하지 못한다는 한계가 있다. 향후 다중 연도·다중 환경 데이터와 토양-수분 모듈을 통합함으로써 모델의 범용성과 예측력을 강화할 필요가 있다.