신속토양분석법

- 과제명: 토양특성 신속·간편 분석을 위한 근접토양센싱기술 현장실증
- 담당자: 토양물환경과 전상호 연구사

오늘은 토양을 빠르고 간편하게 분석할 수 있는 신속토양분석법에 대해 알아보겠습니다. 이 영상에서는 농촌진흥청에서 새로 개발한 신속토양분석의 특징, 원리, 분석 방법을 차례로 설명해 드리겠습니다.

1. 신속토양분석 특징
토양 분석 결과는 적정한 비료 및 퇴비 사용 그리고 지속 가능한 토양 관리를 위한 핵심 정보입니다.
하지만 기존의 실험실 분석 방법은 시간과 비용이 많이 들고 다양한 유해 화학약품을 사용해야 하므로 분석자의 건강과 환경에 부정적인 영향을 줄 수 있습니다.
반대로 신속토양분석은 빠르고 저비용으로 토양분석이 가능하며 화학약품을 전혀 사용하지 않고 비숙련자도 쉽게 분석 가능하다는 장점이 있습니다.

2. 신속토양분석의 원리
토양 분석은 우리 눈에 보이는 가시광선이 아닌, 가시광선보다 파장이 긴 근적외선을 이용합니다.
눈에는 보이지 않지만 특정 파장의 IR 빛이 토양 입자, 유기물, 수분 등의 흡수 또는 산란 되면서 고유한 스펙트럼 패턴을 만들어냅니다.
이 패턴을 기존의 토양 분석 결과와 결합해 AI 모델을 구축하면 토양의 화학적 및 물리적 특성을 빠르게 추정할 수 있습니다.

3. 시료 준비
이제 신속토양분석을 위한 시료준비 방법을 알려드리겠습니다.
신속토양 분석은 현장에서 채취한 토양을 균질하게 섞고 약 5g 정도의 토양을 40도 건조기에서 약 4시간 건조합니다.
그리고 건조한 토양을 분쇄기를 이용하여 고운 입자로 토양을 분쇄합니다.
분석 도구에 있는 지지대 1과 지지대 2를 조립합니다.
시료 숟가락을 이용하여 분쇄 토양을 시료 컵에 담습니다.
이후 시료컵에 올려진 토양을 템퍼를 이용하여 토양 표면을 매끄럽게 스칩니다.
이때 토양을 눌러 담지 않고 표면을 스쳐 지나가 표면을 정리해주는 느낌으로 준비합니다.
시료컵이 담긴 위쪽 지지대를 돌려 하단 지지대와 맞물린 후 시료컵을 회수합니다.

4. 스펙트럼 측정
다음은 토양의 스펙트럼 측정 방법입니다.
(1) Standard
먼저 분석기계의 스탠다드를 설정하기 위해 금색의 판으로 제작된 Standard를 분석 기계에 넣습니다.
그리고 컴퓨터에 설치한 OPUS 프로그램을 실행합니다.
프로그램에서 해당 아이콘을 누르면 Measurement 창이 생성됩니다.
여기에서 Basic 하단에 Measure background single channel을 누르면 Standard 설정을 위한 측정이 시작됩니다.
하단에 초록색 바를 통해 진행률을 확인할 수 있습니다.
(2) 시료측정
분석 기계의 스탠다드 설정이 완료되면 금색판을 제거하고 그 위치에 준비한 토양 시료컵을 올립니다.
Advanced 창에 들어가 시료명과 파일을 저장할 위치를 설정합니다.
이때 시료명과 파일 위치명은 반드시 영어로 작성되어야 하며 시료명의 경우 “_rd_NAME” 형식으로 작성해 줍니다. 이는 AI 프로그램에게 반복수에 대한 정보를 제공하기 위한 방법으로 예시를 들어 2rd_soil A의 경우 Soil A라는 토양을 두 번째 측정 중 이라는 뜻입니다.
이렇게 정보를 제공하면 AI가 soil A라는 분석 결과의 반복 수를 모아 평균을 내어 결과값을 제시해 줍니다.
분석할 시료명과 파일 위치를 설정하였다면 Basic에서 Sample single channel을 눌러 토양 측정을 시작합니다.
토양 측정은 1분 후 종료되며 해당 토양의 성질을 나타내는 스펙트럼이 영상처럼 측정됩니다.

5. 신속토양분석 프로그램
다음은 해당 스펙트럼을 이용해 토양의 화학정, 물리적 특성을 추정하기 위한 신속 토양 분석 프로그램 사용법을 알려드리겠습니다.
컴퓨터에 설치된 신속 토양분석프로그램을 실행합니다.
프로그램 내부에 있는 “ALL”을 클릭하고 실행을 누릅니다.
분석하려는 스펙트럼을 저장한 파일 위치를 설정하고 내 프로젝트 실행을 누릅니다.
제작한 프로그램이 토양의 화학적 및 물리적 특성 분석이 종료되면 프로그램 내부에 해당 결과를 제시해 줍니다.
또한 토양의 분석 결과는 엑셀 파일로 다운로드 가능하며 그 외에도 토성 삼각도, 토양 간의 상관관계도 함께 제시해 줍니다. 이러한 신속 토양 분석 기술은 농업인과 연구자 모두에게 새로운 기회를 제공합니다.
토양의 상태를 정밀하게 모니터링하고 비료와 퇴비를 합리적으로 사용하여 비용을 절감하며, 다량의 토양 분석 의뢰가 들어오는 시기에 연구원의 부담도 줄어들 수 있습니다.
또한 넓은 지역에서 반복 측정이 가능하므로 기후변화 대응 및 탄소 저감 등 지속가능한 농업 정책을 수립하는 데도 중요한 자료로 활용될 수 있습니다.

이상으로 농촌진흥청이 개발한 신속토양분석의 특성 원리 및 방법에 대해 알아보았습니다.