Drought is a reoccurring worldwide natural hazard that affects not only food production but also economics, health, and infrastructure. Drought monitoring is usually performed with precipitation-based indices without consideration of the actual state and amount of the land surface properties. A drought index based on the actual evapotranspiration can overcome these shortcomings. The severity of a drought can be quantified by making a spatial map. The procedure for estimating actual evapotranspiration is costly and complicated, and requires land surface information. The possibility of utilizing drone-driven remotely sensed data for actual evapotranspiration estimation was analyzed in this study. A drone collected data was used to calculate the normalized difference vegetation index (NDVI) and soil-adjusted vegetation index (SAVI). The spatial resolution was 10 m with a grid of 404 x 395. The collected data were applied and parameterized to an actual evapotranspiration estimation. The result shows that drone-based data is useful for estimating actual evapotranspiration and the corresponding drought indices.

Drought stress is a major agricultural limitation to crop productivity worldwide, especially by which leafy vegetables, plant leaves eaten as vegetable, could be more lethal. The study was carried out to know the effect of drought tolerance plant growth promoting bacteria (PGPB) on water stress of kale seedlings. A total of 146 morphologically distinct bacterial colonies were isolated from bulk soil and rhizosphere soil of leafy vegetables and screened for plant growth promoting microbioassay in greenhouse. Out of them the isolate SB19 significantly promoted the growth of kale seedlings in increasement of about 42% of plant height (14.1 ㎝), 148% of leaf area (19.0 ㎠) and 138% of shoot fresh weight (1662.5 ㎎) attained by the bacterially treated plants compared to distilled water treated control (9.9 ㎝, 7.7 ㎠, 698.8 ㎎). Shoot water content of SB19 treated kale seedlings (1393.8 ㎎) was also increased about 152% compared with control (552.5 ㎎). The SB19 isolated from bulk soil of kale plant in Iksan, Korea, was identified as species of Bacillus based on 16S rRNA gene sequencing analysis. We evaluated the effect of drought tolerance by the Bacillus sp. SB19 on kale seedlings at 7th and 14th days following the onset of the water stress and watering was only at 7th day in the middle of test. In the survey of 7th and 14th day, there were mitigation effect of drought stress in kale seedlings treated with 106 and 107 cell mL-1 of SB19 compared to distilled water treated control. Especially, there were more effective mitigation of drought damage in kale seedlings treated with 107 cell mL-1 than 106 cell mL-1. Further, although drought injury of bacterially treated kale seedlings were not improved at 14th day compared with 7th day, drought injury of 107 cell mL-1 of SB19 treated kale seedlings were not happen rapidly but developed over a longer period of time than 106 cell mL-1 of SB19 or control. The diffidence of results might be caused by the concentration of bacterial suspension. This study suggests that beneficial plant-microbe interaction could be a important role of enhancement of water availability and also provide a good method for improving quality of leafy vegetables under water stress conditions.

The purpose of this study was to assess drought tolerance of groundcover plants for extensive green roof. Form July to November 2013, plant height, chlorophyll content, soil moisture, evapotranspiration and survival rate was measured. As results, after unirrigation started, Aster koraiensis reached 0% of soil moisture earliest followed by Sedum kamtschaticum, Hemerocallis fulva, Hylotelephium spectabile, Iris sanguinea, Hosta longipes and control. Among the plants, A. koraiensis withered earliest on 19th day of unirrigation experiment, followed by H. longipes and H. fulva (27th day); and I. sanguinea (29th day). S. kamtschaticum and H. spectabile survived even after 120th day of the experiment. As for chlorophyll content, I. sanguinea showed constant values in early stage than rapidly decreased right before its withering. Chlorophyll content of A. koraiensis and H. fulva showed rapid decrease from the beginning, while that of H. spectabile and S. kamtschaticum showed continuous reduction for first 30 days and the reduction was slowed down since then. In conclusion, H. longipes, I. sanguinea and H. fulva were found most applicable for extensive green roof considering scenic aspect.

Jeju Island relies on subterranean water for over 98% of its water resources, and it is therefore necessary to continue to perform studies on drought due to climate changes. In this study, the representative standardized precipitation index (SPI) is classified by various criteria, and the spatial characteristics and applicability of drought in Jeju Island are evaluated from the results. As the result of calculating SPI of 4 weather stations (SPI 3, 6, 9, 12), SPI 12 was found to be relatively simple compared to SPI 6. Also, it was verified that the fluctuation of SPI was greater fot short-term data, and that long-term data was relatively more useful for judging extreme drought. Cluster analysis was performed using the K-means technique, with two variables extracted as the result of factor analysis, and the clustering was terminated with seven-time repeated calculations, and eventually two clusters were formed.

본 연구에서는 기상학적 가뭄지수인 표준강수지수(Standardized Precipitation Index, SPI)를 이용하여 우리나라 전역에 대한 가뭄예측의 시공 간적인 평가를 수행하였다. 또한 다층 퍼셉트론 인공신경망(Multi Layer Perceptron-Artificial Neural Network, MLP-ANN) 예측 기법을 이용 하여 SPI(3), (6)에 대한 선행예보시간별 가뭄 예측을 실시하였다. 입력 자료는 기상청 산하의 59개 관측소에서 관측된 기상자료를 활용하였고, 관 측자료 기간은 1976~2015년이다. 예측 모델의 성능평가는 기준점(Threshold)에 따른 가뭄 발생유무와 같은 이진분류 혼동행렬을 구성하여 Receiver Operating Characteristics (ROC) score와 조건부 확률에 따른 F score를 산정하여 예측 성능평가를 수행하였다. 예측성능에 대한 ROC 분석결과 다층 퍼셉트론 인공신경망(MLP-ANN) 모형을 적용한 가뭄예측성능이 매우 우수한 것으로 나타났으며, SPI (3)은 2개월, SPI (6)는 5개월 정도의 선행예측이 충분히 가능한 것으로 나타났다.

Background : Schisandra chinensis is being weighted difficulties in stable production, there is increasing drought damage caused by climate change as shallow rooted crops. Therefore, the study was performed for water supply capacity and growth characteristics analysis by setting the irrigation method for the drought damage reduction. Methods and Results : Test material was used sophomore V-shaped planting Schisandra chinensis. Irrigation method were surface watering, underground watering, sprinkler and untreated. Underground irrigation was irrigation that buried hose and then dug up the 15㎝. Soil moisture tension was the irrigation after fixed at -30 ㎪(23%). Irrigation timing was performed in June-July that high drought damage and made the most fruit enlargement. The main investigating items were investigated fruit growth, normal fault rate, soil moisture and EC content according to the irrigation method. Normal fruit rate according to irrigation method were appeared in sprinkler(81, 74 %)>underground irrigation(76, 69 %)>surface irrigation(76, 67%)>untreated(66, 52 %). Cluster length of yield component was determined to effective irrigation method in fruit growth the highest in sprinkler. Soil moisture contents was maintained at appropriate level with significant -30㎪(23 %) in the sprinkler. EC content low with a downward trend in underground irrigation and sprinkler. Water supply capacity according to Irrigation Method were sprinkler 40 tons, underground irrigation 85 tons, surface irrigation 138 tons. Conclusion : Appropriate watering methods for drought damage reduction of Schisandra chinensis caused by climate change was determined in the most efficient irrigation method in sprinkler that high fruit growth and normal fruit rate, lower the required of water supply capacity.

본 연구에서는 인위적 수공시설물을 고려하지 않는 자연상태의 가뭄해석을 위해 자연가뭄지수(NDI)를 산정하고 활용성을 평가하였다. 자연가 뭄지수는 주성분 분석을 이용하여 산정하였으며, 입력자료는 3개월 누적강수량, 자연유량, 토양수분량 자료이다. 강수량은 ASOS 59개 지점 자료 이고, 자연유량 및 토양수분량은 지표수문해석모형의 결과를 이용하였다. 가뭄지수의 평가기간은 1977∼2012년이며, 활용성 평가를 위해 시계 열 분석, 지역별 분석 및 가뭄특성인자 분석을 수행하였다. 시계열 분석결과, 자연가뭄지수는 가뭄의 시작과 끝에 대한 평균절대오차는 0.85로 가 장 정확하게 나타났다. 과거 가뭄사례와 가뭄특성인자를 분석한 결과, 자연가뭄지수의 지속기간과 발생간격의 평균절대오차는 각각 1.3, 1.0으로 가뭄의 지속기간 및 발생간격을 적절히 반영하는 것을 확인하였다. 지역별 분석결과, 자연가뭄지수는 단일변량 가뭄지수의 지역별 가뭄상황을 적 절히 반영하여 활용성이 높은 것으로 나타났다. 또한, 가뭄의 시작, 끝, 지속기간, 발생간격에 대한 자연가뭄지수, 표준강수지수, 표준유출지수, 표 준토양수분지수의 순위를 분석한 결과 자연가뭄지수가 가장 높은 순위로 산정되었다. 자연가뭄지수는 기존 단일변량 가뭄지수의 상이한 가뭄상황 을 종합적으로 반영하며, 가뭄의 특성을 정량적으로 제시한다는 점에서 활용성이 높다고 판단된다.􀀁

본 연구는 1985년부터 2015년까지 지속기간에 따른 청미천 유역의 가뭄을 분석하였다.가뭄의 정량적 평가를 위해 기상학적 가뭄지수와 수문학적 가뭄지수를 사용하였다. 기상학적 가뭄지수로는 강수량을 변수로 하는 SPI(Standarized Precipitation Index)와 강수량과 증발산량을 변수로 하는 SPEI(Standarized Precipitation Evapotranspiration Index)를 사용하였다. SWAT 모형의 모의를 통해 도출된 결과를 바탕으로 농업학적 가뭄지수 인 PDSI(Palmer Drought Severity Index)와 수문학적 가뭄지수인 SDI(Streamflow Drought Index)를 적용하였다. 산정 결과, 극한 및 평균 가뭄의 평균에서 2015년과 2014년이 가장 가뭄에 취약함이 확인되었다. 빈도분석에 따른 가뭄의 변동성은 서로 다른 형태를 보였다. 또한 상관분석에서 극 한 가뭄 및 평균 가뭄은 PDSI를 제외한 SPI, SPEI, SDI 가뭄지수간에는 높은 상관관계가 확인되었다.􀀁하지만 각 가뭄지수는 서로 다른 극한가뭄의 시기 및 강도를 보였다. 따라서 가뭄분석시 다양한 특성을 지닌 가뭄지수를 활용하는 것이 필요하다.

In this study, we compared disease incidence rate and phyllosphere microbial community between drought resistance transgenic rice (Agb0103) and non-transgenic Ilmi (NGM) during 2011-2014 to examine an environmental risk assessment of drought resistance transgenic rice (Agb0103). As the results, major diseases such as sheath blight, brown spot, leaf blast and false smut were occurred, however, there were no significant disease incidence rate between Agb0103 and NGM. As the results of counting bacterial and fungal viable cell, the colonies were increased or decreased which affected by environmental conditions, however there were no differences between Agb0103 and NGM. Also unweighted pair-group method with arithmetic averaging (UPGMA) analysis based on polymerase chain reaction with denaturing gel electrophoresis (PCR-DGGE) revealed that DGGE band pattern of bacterial and fungal communities were clustered by each month and there were no differences between Agb0103 and NGM. Furthermore, isolated casual agents causing sheath blight and brown spot were collected from Agb0103 and NGM, and they revealed that each of pathogens were no differences in morphology and pathogenicity. Therefore, our results suggested that Agb0103 showed no differences in disease incidence rate, characteristic of pathogens and phyllosphere community with NGM. In this way, it can be assumed that transgenic rice Agb0103 could not influence phyllosphere microorganism community and environmental conditions.

본 연구에서는 RCP 시나리오별 표준가뭄지수의 특성을 정량적인 측면과 공간적인 측면에서 상호비교 하였다. 이를 위해, 4개의 RCP 시나리오 로부터 산정된 SPI를 기반으로 가뭄 특성을 정량적으로 비교하였고, 가뭄발생 횟수와 지속기간을 공간적으로 분석하였다. 결과적으로, RCP 시나 리오별 SPI의 거동 특성은 매우 상이하고, 모든 상관계수가 0.08보다 낮은 것으로 나타났다. 또한 가뭄의 정도, 발생횟수, 그리고 지속기간에 대한 상이한 공간분포 경향을 확인할 수 있었다. RCP 시나리오별 상이한 가뭄발생전망 특성의 가장 큰 배경은 다른 온실가스 배출농도 시나리오 기반의 일 강수량을 들 수 있으나, 온실가스 배출농도 규모에 따른 영향은 명확하지 않았다. 아울러, 본 연구 결과를 통해 단일 RCP 시나리오 자료만 이용 한 가뭄발생 전망에는 상당한 불확실성이 따를 것으로 판단된다.

본 연구에서는 가뭄사상과 확률 가뭄심도를 결정하는 새로운 방법을 제안하였다. 강우자료로부터 가뭄사상을 추출하기 위해 연속이론과 누적 강우부족량을 동시에 고려하였다. 절단수준 이상의 강우사상이 발생할 경우, 그 때까지의 누적 강우부족량을 해갈할 수 있을 만큼의 강우량이 발 생하였는가를 확인하여 가뭄사상의 종료여부를 최종 결정하였다. 이와 같이 추출된 가뭄사상의 지속기간과 심도의 상호 의존성 구조를 파악하여 결합분포함수를 추정하기 위해 코플라 함수를 적용하였다. 또한 이변량 코플라 함수의 조건부 함수를 이용하여 가뭄의 특정 지속기간에 대한 가뭄 심도의 재현특성을 분석하였으며, 신뢰구간을 추정하여 이변량 빈도해석의 불확실성을 정량화하였다. 서울지점의 1909∼2015년 강수자료에 적용한 결과 과거 극한가뭄으로 판단되었던 가뭄사상은 대부분 최소 10년에서 최대 50년 정도의 재현기간을 갖는 반면 2013년 발생하여 현재까 지 지속되고 있는 2015년 가뭄은 현저히 높은 재현기간을 가지고 있는 것으로 나타났다. 이러한 연구 결과는 향후 가뭄대책을 마련하는 데 있어 빈도개념을 바탕으로 하는 신뢰성 있는 기준으로 활용할 수 있을 것으로 기대된다

증발산량과 강수량을 변수로 하는 SPEI (Standardized Precipitation Evapotranspiration Index)는 보편적으로 기상학적 가뭄심도를 정량화 하는데 이용되고 있다. 또한 RDI (Reconnaissance Drought Index)는 가뭄의 피해를 받고 있는 지역에 활용도가 높은 가뭄지수이지만 이를 이용 한 국내 적용사례는 부족한 실정이다. 따라서 본 연구에서는 Thornthwatie, Hargreaves, Blaney-Criddle 증발산량 산정 방법을 이용하여 증발산 량과 강수량을 변수로 하는 SPEI와 RDI를 비교하였다. 1992년부터 2015년까지 한강 유역에 대한 가뭄 정량화 및 특징 비교를 위해 기상청 관할 16개 지점의 기상자료를 이용하였다. 연구결과, 한강유역의 경우 최근 들어 급격히 극한 가뭄이 발생하고 있는 지점들이 증가하였다. 두 가뭄지수 사이에 상관정도는 비교적 높았으나 가뭄의 심도 및 극한가뭄의 발생 연도 사이에는 일부 차이를 보였다. 따라서 가뭄 심도와 발생 시기의 정량화 를 위해 RDI 또한 활용이 필요함을 확인하였다.

Drought caused by global climate change is one of serious problems for rice cultivation. However, it was little reported the impact of drought on rice cultivation in Korea. In here, to assess impact of drought on rice varieties in Korean climate condition, growth characteristics and yield components of rice were compared on irrigated and partially irrigated rice paddy field. First, we have chosen 11 rice varieties including ‘Saeilmi’ and ‘Shindongjin’ which are widely cultivated in Korea. For partially irrigated rice paddy treatment, we have withheld irrigation from 25 days after transplanting and water supply was totally dependent on rainfall for rice cultivation. When we examined early plant height and tiller number of these varieties on partially irrigated rice paddy were reduced 1.6% to 18.4% and 10.4% to 33.1%, respectively, and these reduction rate were highly correlated with yield loss in our experimental conditions. Among rice yield components, panicle number was decreased 10.5% to 30.1% according to rice varieties and reduced panicle number was highly correlated with yield loss. Grain number per panicle, grain filling rate and 1,000 seeds weight did not have correlation with yield loss of rice varieties. These result means that growth stage, especially the tillering stage, is seriously affected by drought on rice cultivation in Korea. And we suggest that ‘Saeilmi’, ‘Ilmi’ and ‘Ilpum’ are good for rice cultivation on drought prone rice field in Korea.

Leaf water and osmotic potential, chlorophyll content, photosynthetic rate, and electrolyte leakage were measured to evaluate tolerance to water stress in wild-type (WT) and transgenic tobacco plants (TR) expressing copper/zink superoxide dismutase (CuZnSOD) and ascorbate peroxidase (APX) in chloroplasts. Leaf water potential of both WT and TR plants decreased similarly under water stress condition. However, leaf osmotic potential of TR plants more negatively decreased in the process of dehydration, compared with WT plants, suggesting osmotic adjustment. Stomatal conductance (Gs) in WT plants markedly decreased from the Day 4 after withholding water, while that in TR plants retained relatively high values. Relatively low chlorophyll content and photosynthetic rate under water stress were shown in WT plants since 4th day after treatment. In particular, damage indicated by electrolyte leakage during water stress was higher in WT plants than in TR plants. On the other hand, SOD and APX activity was remarkably higher in TR plants. These results indicate that transgenic tobacco plants expressing copper/zink superoxide dismutase (CuZnSOD) and ascorbate peroxidase (APX) in chloroplasts improve tolerance to water stress.

본 연구에서는 일강수량의 누적 패턴을 고려하여 새로운 가뭄지수(RADI)를 개발하였다. RADI는 누적 강수량의 장기간의 평균과 특정 기간에 관 측된 누적 강수량을 비교하여 일단위로 가뭄지수를 간단히 산정할 수 있도록 개발되었다. 우리나라의 대표적인 가뭄기간 동안의 RADI의 시·공간 적 변동성과 재현 주기를 살펴봄으로써 장·단기 가뭄의 감시에 대한 RADI의 적용성을 평가하였다. SPI의 경우, 장·단기 가뭄을 표현하기 위해서는 여러 가지 지속기간을 가지는 SPI를 사용해야 하지만, RADI는 하나의 지수로 단기 및 장기가뭄을 표현하고 모니터링 할 수 있다. RADI의 전국 평 균값을 살펴본 결과, 우리나라에서 20년 주기로 가뭄이 발생하고 있다는 사실을 확인하였다. 또한 RADI의 발생확률 및 통계 분석을 통해 5단계의 가뭄 등급을 제안하였으며, 이는 가뭄 예보와 대응을 위한 기준으로 활용될 수 있을 것으로 판단된다.

Drought stress has detrimental effects on the seedling development, vegetative/ reproductive growth, photosynthesis, root proliferation, anthesis, anthesis-silking interval (ASI), pollination and grain yield in maize. Typically, two weeks before silking through pollination are an important time in maize life. Here we reviewed the effects of drought stress on growth, physiological/ molecular researches for drought tolerance, and breeding to genomics in maize. Drought stress during kernel development increases leaf dying and lodging, decreases grain filling period and grain yield. Physiological factors of drought stress/ effects are water content, water deficits, and water potential. Nowdays molecular marker assisted breeding method is becoming increasingly useful in the improvement of new germplasm with drought stress tolerance.

본 연구에서는 표준강수지수(SPI)를 이용하여 우리나라의 과거 가뭄사상을 규모적 관점에서 정량적 평가를 실시하였다. 이를 위하여, 5대강 권역에 대한 가뭄사상의 지속기간, 규모, 평균심도를 연속이론을 바탕으로 산정하였다. 또한 과거 가뭄사상의 재현기간을 추정하고 가뭄 평균심도-지속기간-빈도 곡선을 작성하기 위하여 가뭄빈도분석을 실시하였다. 분석결과, 우리나라에 발생했던 심한 가뭄의 재현기간은 대부분 30∼50년으로 분석되었으며, 가뭄규모로 평가할 때 가장 가뭄이 심했던 해는 1988년과 1994년으로 나타났다. 특히, 1994년과 1995년에서는 2년 연속 가뭄이 발생하여 가장 극심했던 장기가뭄으로 분석되었다. 또한 2014년의 가뭄은 한강 권역을 중심으로 발생하였으며 가뭄의 규모와 평균심도 면에서 볼 때 우리나라 역사상 가장 극심했던 가뭄으로 평가되었다.

본 연구에서는 가뭄의 특성분석에 유리하며, 확률론적 접근이 가능한 은닉 마코프 모델(HMM) 기반의 가뭄 분석 기법을 적용하였다. HMM 기반의 가뭄의 심도뿐만 아니라 지속시간을 동시에 평가할 수 있도록 코플라 함수 기반의 이변량 가뭄빈도해석 기법을 도입하여 우리나라의 2015년 가뭄 빈도를 평가하였다. 가뭄빈도분석 결과 최근 40년 자료를 기준으로 영동지방에 비해 영서지방이 전체적으로 가뭄이 발생할 경우 가뭄의 심도가 큰 것으로 평가되었다. 심한가뭄의 발생 비율의 경우에 철원의 경우 10%를 상회하는 등 임진강 유역에서 상대적으로 심한가뭄의 발생비율이 크다는 것을 확인할 수 있었다. 한강유역 일부지점에서는 2014/2015년의 가뭄 지속기간 및 심도의 결합재현기간이 1,000년이 넘는 가뭄이 발생하고 있는 것으로 평가되었다. 특히 북한강 및 임진강 유역에 심한 가뭄이 발생하고 있으며 전반적으로 100년 이상의 기왕최대가뭄을 나타내고 있는 것으로 판단되었다.

본 연구에서는 ESP (Ensemble Streamflow Prediction)기법을 활용한 가뭄전망 체계를 구축하고 가뭄예보에 있어 활용성을 평가하였다. 과거 관측 수문기상 및 지형정보를 이용하여 우리나라 전역에 지면모델(Land Surface Model, LSM)을 구축하고 유출량(Historical Runoff, HR)을 생산하였다. 또한, 모의기간 동안 과거 30개 기상자료와 초기 토양수분량을 이용하여 선행시간별(1, 2, 3개월) 전망된 유출량(Predicted Runoff, PR)을 생산하였다. 평가결과 여름 및 가을철 보다 봄철 및 겨울철에 정확도가 높았으며, 1개월 전망 이후로는 정확도가 낮게 나타났다. 가뭄지수는 국내 가뭄해석에 있어 검증된 표준유출지수(Standardized Runoff Index, SRI)를 활용하였으며, PR_SRI을 산정 및 평가하였다. 1, 2개월 전망에서는 과거 HR이 고려되어 ESP HR에 비해 정확도가 크게 개선됨을 알 수 있었다. 선행시간별 상관계수는 평균 0.71, 0.48, 0.00, 평균제곱근오차는 0.46, 0.76, 1.01로 나타났으며, 건조기에 정확도가 높게 나타나 1, 2개월 전망까지는 ESP를 활용한 국내 가뭄예보의 활용성이 높다고 판단된다.

Wheat-rye translocation lines are widely used in wheat breeding programmes by reason of biotic stress tolerances. Though there have been a number of researches regarding abiotic stress tolerance, the tolerance of the lines depends on wheat genetic background, not on rye chromosome. Here, we investigated wheat-rye translocation specific transcripts derived from cDNA-AFLP under drought stress, which may help to elucidate the reaction under the stress. ‘OK91G117’ (1BL.1RS translocation) and ‘OK91G144’ (non-translocation) were used as materials, which are near-isolines for 1RS. 25% PEG 6000 was added in culture solution to simulate drought condition and root tissues were sampled at each 0 h, 3 h, 6 h, 12 h, 24 h, and 48 h after PEG treatment for RNA extraction. As a result of cDNA-AFLP, TDFs (transcript derived fragments) that were specific to OK91G117 were sequenced. GO functions of each sequenced TDF were annotated by Blast2GO using standard parameter with cut-off level 3 and mapped to the GO term (i.e. biological process; BP, molecular function; MF, cellular component; CC). The term with “organic substance metabolic process”, “primary metabolic process”, and “cellular metabolic process” account for almost 50 % of BP. The most represented terms among probes classified to MF were “transferase activity” and most of TDF were annotated in “cell part” of CC. In addition, rye-chromatin specific markers were developed by BLAST comparing sequence of TDF with wheat and rye genome data. RT-PCR was conducted to validate expression patterns of selected TDF. Further studies will be needed to elucidate functions of the highly expressed genes under drought stress.