토양 인 신속측정을 위한 반자동 시스템 개발
Semi-automatic Soil Phosphorus Measurement System
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초록
인은 식물체 생장에 있어 매우 중요한 요소로 농업에서는 화학비료의 형태로 많이 사용되어져 왔지만경작지 내 인의 양을 정확히 알지 못하고 질소량 기준으로 시비하여 토양에 계속 축적되어 환경오염을 발생시키고 있다. 이러한 문제를 해결하기 위해서 신속한 토양 분석 기술의 개발이 필요하다. 이 연구에서는 침출, 여과 및 발색의 세 단계 반자동 분석 시스템을 개발하였으며, 각각의 과정을 표준방법과 비교하고 분석하였다. 또한 분광기의 온도 제어 장치를 개발하고 온도는 22±0.5℃를 유지하는 것을 목표로 하였다. 그 결과, 침출과정에서 Lancaster 분석법을 이용해 침출하였을 때와 반자동 장치를 이용해서 침출하였을 때 R2 값은 0.985, RMSE 값은 73.11이었으며, 여과과정과 발색과정도 같은 방법으로 비교했을때 R2 값은 각각 0.817, 0.893이었고 RMSE 값은 82.83, 57.72로 나타났다. 또한 3가지 단계를 모두 반자동 분석 장치를 이용하여 연속적으로 측정하였을 때도 R2 값은 0.837, RMSE 값은 61.13으로 모든 과정에서 70% 이상의 수준을 얻을 수 있었다. 이 측정 결과를 바탕으로 유의성 분석을 한 결과도 모든 과정에서 유의수준 0.05일 때 유의미한 차이가 없음을 알 수 있어 토양의 인을 측정하는 Lancaster 분석법대신 반자동 분석 장치를 활용한다면 보다 신속하게 측정 할 수 있을 것이라고 판단된다. 분광분석기의온도 제어 장치는 PI 제어를 통해 목표 온도인 22℃에서 ±0.35℃ 이내에서 유지하는 것이 가능하였다.
Abstract
Phosphorus, which is a very critical element to plant growth, has been used in the form ofchemical fertilizer in farming but it causes environmental pollution. Because it is artificiallyapplied by the proportional amount of nitrogen without knowing exact required amount ofphosphorus in the farmland thus it keeps accumulating in soil. Prompt development of soilanalysis technique is required to solve this problem. In this research, three semi-automatic analysissystems, such as extracting, filtration, and color-development were developed. Each process wascompared with a standard method. A temperature control device was developed to keep aspectrometer at constant temperature with 22±0.5℃. The extracting result by the semi-automaticsystem showed R2 of 0.985 and RMSE of 73.11 compared with the standard analysis method. In filtering and color-development, R2 of 0.817 and 0.893 and RMSE of 82.83 and 57.72 weremeasured. Test results with all the three stages together by the semiautomatic system showed R2 of0.837 and RMSE of 61.13. In summary, all the process showed more than 70% level compared witha standard method. Significance tests for all the measurements showed that there was no significantdifference with a significance level of 0.05. The temperature control of the spectrometer was capableof maintaining within ±0.35℃ from the target temperature through a PI controller. Therefore, it isreasoned that a semi-automatic system can be used to measure soil phosphorus in field.
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