생장도일 계산기 | GDU로 작물 발달 추적

생육도일 단위란 무엇인가?

생육도일 단위(GDU)는 생육도일(GDD)이라고도 하며, 특정 날짜에 작물이 받은 열의 양을 나타내는 측정값이다. 농민과 농업학자들은 파종부터 생육 기간 내내 GDU를 합산하여 작물이 출아, 개화, 성숙과 같은 생육 단계에 도달하는 시기를 예측한다. 이 계산기는 하루의 최고 기온, 최저 기온 및 작물의 기준 온도로부터 일일 GDU 값을 계산한다.

달력상의 날짜만 세는 방식은 잘 맞지 않는다. 서늘한 날과 따뜻한 날이 식물의 생육을 서로 다른 정도로 진전시키기 때문이다. GDU는 온도를 누적 열량의 진행 점수로 변환하여 이 문제를 해결한다.

생육도일 단위 계산 방법

모든 작물에는 기준 온도가 있다. 이는 그보다 낮아지면 작물의 발달이 멈추는 온도이다. 이 온도 아래에서는 식물의 생장 과정이 거의 멈추므로 해당 시간은 GDU에 기여하지 않는다. 옥수수와 대두에는 일반적으로 50°F(10 °C)의 기준 온도를 사용한다.

대부분의 작물에는 실용적인 상한도 있다. 약 86°F(30 °C)를 넘으면 추가 열이 발달을 더 촉진하지 않으며 식물에 스트레스를 줄 수도 있다. 이 계산기는 수정 GDU 방법(때로는 ‘옥수수 방법’ 또는 Barger 방법이라고도 함)을 사용한다. 이 방법은 일일 최고 기온을 86°F (30 °C)로 제한하고, 평균을 내기 전에 일일 최저 기온을 기준 온도까지 높인다. 공식은 다음과 같다.

$\text{GDU} = \frac{\text{상한·하한 조정 } T_{\text{max}} + \text{상한·하한 조정 } T_{\text{min}}}{2} - T_{\text{기준 온도}}$

각 온도는 먼저 다음과 같이 조정한다.

• 온도가 기준 온도보다 낮으면, 기준 온도까지 높인다.
• 온도가 86°F (30 °C)보다 높으면 86°F (30 °C)로 낮춘다.
• 그 밖의 경우에는 변경하지 않는다.

공식의 결과가 음수이면 계산기는 0을 표시한다. 작물은 누적된 열을 잃을 수 없기 때문이다. 최저 기온을 먼저 기준 온도까지 높이므로 평균은 기준 온도보다 낮아질 수 없다. 따라서 이 하한은 86°F (30 °C)보다 높은 기준 온도를 입력한 경우에만 적용된다.

온도를 먼저 조정하는 이유

조정 단계는 보기보다 중요하다. 조정하지 않으면 매우 추운 밤 때문에 일평균 기온이 기준 온도 아래로 내려가, 따뜻한 낮 동안 식물이 정상적으로 자랐는데도 오해를 불러일으키는 음수 또는 영에 가까운 점수가 나올 수 있다. 최고 기온을 제한하면 비정상적으로 더운 날에 식물이 실제로 이용할 수 있는 양보다 많은 생장을 인정하는 일이 방지된다. 두 조정이 평균을 계산하기 전에 이루어지므로, 이 계산기의 결과는 해당 날짜의 최고 기온과 최저 기온을 단순히 제한 없이 평균한 값과 다를 수 있다.

풀이 예시

예 1: 최고 기온이 제한된 더운 날

• 최고 기온: 92°F (33.3 °C)
• 최저 기온: 68°F (20 °C)
• 기준 온도: 50°F (10 °C)

최고 기온은 86°F (30 °C)보다 높으므로 제한된다. 즉, 92°F (33.3 °C)가 86°F (30 °C)가 된다. 최저 기온 68°F (20 °C)는 이미 기준 온도보다 높으므로 그대로 둔다.

$\text{평균} = \frac{86 + 68}{2} = 77°F$

$\text{GDU} = 77 - 50 = 27.00$

예 2: 최저 기온을 높인 서늘한 밤

• 최고 기온: 65°F (18.3 °C)
• 최저 기온: 40°F (4.4 °C)
• 기준 온도: 50°F (10 °C)

최고 기온 65°F (18.3 °C)는 기준 온도와 86°F (30 °C) 사이에 있으므로 그대로 유지된다. 최저 기온 40°F (4.4 °C)는 기준 온도보다 낮으므로 50°F (10 °C)까지 높인다.

$\text{평균} = \frac{65 + 50}{2} = 57.5°F$

$\text{GDU} = 57.5 - 50 = 7.50$

예 3: 누적 합계 추적

GDU 값은 생육 기간 동안 합산된다. 아래 표는 기준 온도가 50°F (10 °C)일 때 닷새를 추적한 것이다.

3일째에는 최저 기온 45°F (7.22 °C)가 기준 온도보다 낮으므로 평균을 계산하기 전에 50°F (10 °C)까지 높인다. 따라서 (70 + 50) / 2 − 50 = 10.00 GDU이다. 4일째도 같은 방식으로 계산한다. 최저 기온 40°F (4.4 °C)를 50°F (10 °C)까지 높이므로 (65 + 50) / 2 − 50 = 7.50 GDU이다. 닷새 후 작물의 누적값은 77.50 GDU이다.

작물별 기준 온도

기준 온도는 작물의 기원과 생물학적 특성에 따라 달라진다. 서늘한 기후에 맞게 육종된 작물은 열대 기후용 작물보다 낮은 온도에도 견딘다.

이 값들은 농업지도 기관의 지침에서 일반적으로 사용하는 기본값이다. 종자 공급업체가 특정 품종에 대해 다른 기준 온도를 제시하는 경우도 있으며, 그 값이 있으면 대신 사용해야 한다.

생육도일 단위의 용도

농민은 누적 GDU 합계를 여러 실무적 판단에 활용한다.

• 생육 단계 예측. 종자 회사는 출아, 출수 또는 성숙과 같은 주요 단계에 필요한 대략적인 GDU 합계를 제시한다. 따라서 재배자는 달력만 보고 추측하는 대신 해당 단계가 언제 도달할지 추정할 수 있다.
• 파종일 선택. 품종에 필요한 총 GDU와 첫 가을 서리까지 일반적으로 누적되는 GDU를 비교하면 늦게 또는 일찍 파종할 수 있는 안전 여유가 충분한지 알 수 있다.
• 해충 조사 시기 결정. 많은 해충은 열에 따라 자체적인 발육 일정을 따른다. 농업지도 기관은 특정 해충에 대한 조사를 시작할 시점의 GDU 기준값을 발표한다.
• 관개 및 수확 일정 수립. 개화처럼 물에 민감한 생육 단계는 알려진 GDU 범위에서 발생하므로, 재배자는 사후에 대응하는 대신 그 시기를 미리 예상할 수 있다.

역사

온도를 합산하여 식물의 발달 시기를 예측한다는 개념은 1730년대까지 거슬러 올라간다. 당시 프랑스 과학자 르네 레오뮈르는 임계값을 넘는 일일 온도의 합으로 식물이 특정 생육 단계에 도달하는 시기를 예측할 수 있다고 제안했다. 이후 두 세기 동안 연구자들은 작물별 기준 온도를 도입하여 이 개념을 다듬었다. 상한 온도를 적용하는 수정 방법을 포함하여 오늘날 많은 계산기에서 사용하는 옥수수 열량 단위법은 E. C. Gilmore와 J. S. Rogers가 누적 열량 단위로 옥수수 성숙도를 측정한 1958년 논문으로 거슬러 올라간다.

자주 묻는 질문

생육도일 단위는 생육도일과 같은가? 그렇다. GDU와 GDD는 같은 측정값을 가리킨다. 지역과 기관에 따라 선호하는 용어가 다를 수 있지만 계산법은 동일하다.

이 계산기는 왜 최고 기온을 86°F (30 °C)로 제한하는가? 대략 86°F (30 °C)를 넘으면 대부분의 작물은 추가 열로 발달상의 이점을 더 얻지 못하고 오히려 고온 스트레스를 받을 수 있다. 최고 기온을 제한하면 매우 더운 하루가 식물 생장에 기여한 양을 실제보다 크게 계산하는 일이 방지된다.

결과가 최고 기온과 최저 기온의 단순 평균과 다른 이유는 무엇인가? 이 계산기는 평균을 내기 전에 각 온도를 기준 온도와 86°F (30 °C) 상한값을 향해 조정한다. 기준 온도보다 낮은 추운 밤의 기온은 기준 온도까지 높이고, 86°F (30 °C)보다 높은 더운 날의 기온은 86°F (30 °C)로 낮춘다. 원래 최고 기온과 최저 기온을 단순히 평균하면 어느 한 온도라도 이 범위를 벗어나는 경우 이 계산기와 일치하지 않는다.

어떤 기준 온도를 사용해야 하는가? 옥수수, 대두 및 수수에는 50°F (10 °C)를, 밀에는 32°F (0 °C)를, 목화에는 60°F (16 °C)를 사용한다. 단, 종자 공급업체가 특정 품종에 대해 다른 값을 제시한 경우에는 그 값을 사용한다.

한 생육 기간 전체의 GDU를 어떻게 추적하는가? 파종 또는 출아 시점부터 매일의 GDU를 계산한 뒤, 각 날짜의 값을 누적 합계에 더한다. 그 합계를 관심 있는 생육 단계에 대해 발표된 GDU 요구량과 비교한다.

GDU로 수확 시기를 정확히 예측할 수 있는가? 그렇지 않다. 달력상의 날짜를 세는 것보다 예상 시기를 상당히 좁힐 수는 있지만, 가뭄, 침수, 양분 스트레스 및 품종 차이가 실제 날짜를 바꿀 수 있다.

참고 문헌

1. Gilmore, E. C. 및 J. S. Rogers. “옥수수 성숙도를 측정하는 방법으로서의 열량 단위.” Agronomy Journal, 권 50, 호 10, 1958, 쪽 611–615.
2. McMaster, G. S. 및 W. W. Wilhelm. “생육도일: 하나의 공식, 두 가지 해석.” Agricultural and Forest Meteorology, 권 87, 호 4, 1997, 쪽 291–300.
3. Baskerville, G. L. 및 P. Emin. “최고 기온과 최저 기온을 이용한 열 축적량의 신속한 추정.” Ecology, 권 50, 호 3, 1969, 쪽 514–517.