[논문]갈참나무로부터 발생되는 이소프렌의 배출속도 비교 연구

손윤석; 김조천; 김기준; 임용재; 선우영; 홍지형

[국내논문] 갈참나무로부터 발생되는 이소프렌의 배출속도 비교 연구
A Comparison Study on Isoprene Emission Rates from White Oak 원문보기

한국대기환경학회지 = Journal of Korean Society for Atmospheric Environment, v.22 no.6, 2006년, pp.791 - 798

손윤석 (건국대학교 환경공학과) , 김조천 (건국대학교 환경공학과) , 김기준 (건국대학교 환경공학과) , 임용재 (국립환경과학원 대기환경과) , 선우영 (건국대학교 환경공학과) , 홍지형 (국립 환경과학원 대기총량과)

Abstract ▼ AI-Helper

In order to investigate the NVOC (Natural Volatile Organic Compound) emissions from White Oak, the emission rates of isoprene were measured according to season, weather conditions, and the age of the tree. The analysis of seasonal emission rates showed that the emission rates were the highest during summer followed by spring and fall. The emission rates during summer were found to be nearly 8 times greater than those during fall. In addition, it was observed that the emission rates of isoprene depends on PAR and temperature. Moreover, the effect of age on the emission rates was studied, and the White Oak in the age range of $21{\sim}30$ had higher emission rates than that in the range of $41{\sim}50$. Accordingly, the current result indicates that the isoprene emissions are affected by both meteorological parameter and the age of a tree.

주제어

AI 본문요약
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문제 정의

따라서 본 연구에서는 낙엽수림의 약 85% 이상을 차지하는 참나무과 수종 중 갈참나무 (Q"erc"s a此”a Blume)로부터 배출되는 이소프렌의 배출속도를 측정하고, 이소프렌의 계절별, 기상별, 수령별 배출 특성을 비교 연구하고자 하였다.
갈참나무의 수령에 따른 이소프렌 배출속도를 알아보기 위하여 본 연구에서는 갈참나무 3령 (21 ~30) 과 5령 (41~50)의 이소프렌 배출속도를 비교 연구하였다. 그림 3은 갈참나무 3령과 5령의 배출속도를 측정한 결과를 나타낸 것이다.
본 연구는 국내의 주요 낙엽수림 중 하나인 갈참나무에서 배출되는 이소프렌의 배줄특성을 이해하고 배출속도를 산정하기 위하여 수행되었다. 계절, 기상 조건, 수령에 따른 배출속도 비교연구를 수행한 결과 다음과 같은 이소프렌 배출특성을 고찰할 수 있었다.

제안 방법

본 연구에 사용된 enclosure chamber systeme 선행연구를 통하여 기존에 사용된 시료 채취 방법에 비해 NVOC의 배출속도에 대한 정확도 및 정밀도 평가에 있어서 뛰어나다는 점이 검증되었다 (Kim, 2001b). 제로에어시스템 (Zero air system; Model 701, API, USA)을 사용하여 제로에 어를 챔버 (chamber)에 공급시키고 동시에 유출구에서 진공펌프(N035.1.2 AN. 18, Neuberger, USA)를 사용하여 유입구와 동일한 유량으로 흡입시켜 챔버 안의 유량을 평형으로 유지하였다(Kim, 2001b). 이때 system에서의 모든 유량은 유량조절기 (Mass Flow Controller, GMATE, Germany)를 사용하여 5 L/min으로 조절하였다.
채취된 시료들은 4℃ 이하의 냉장고에 보관한 후 48시간 이내에 분석하도록 하였고, 정성분석을 위해서 자동열탈착 시스템 (Aerotrap 6000, Tekmar, USA) 과 GC/MSD (HP Modle 6890/5973, USA) 시스템 이사용 되었다. 정량분석을 위해서는 정성분석 때와 동일한 자동열탈착 장치가 연결된 GC/FID (HP5890, USA)시스템이 사용되었다.

대상 데이터

갈참나무로부터 배출되는 이소프렌의 배출속도 측정은 충청북도 월악산 국립공원 일대 (Site 1: N 36° 50'29.6", E 128°05'44.6", Site 2: N 36°5O'58.3", E 128°0523.8")에서 이루어졌다. 이 지역은 기후가 여름에 고온다습하고 겨울은 한랭 건조한 온대 몬순기후로서 계절의 변화가 뚜렷하여 갈참나무의 계절별이 소프렌의 배출속도 측정 및 비교에 있어 적절하다고 판단된다.
었다. 이중흡착트랩은 Tenax TA (60/80 mesh, SUPELCO, USA)와 Carbotrap™ (20/40 mesh, SUPELCO, USA)을 채운 파이렉스 튜브(pyrex tube) 재질을 이용하여 제작하였고 (Komenda d al., 2001; Kesselmeier et al., 1996), 시료채취 유량은 50 mL/min 이었다.
정량분석을 위해서는 정성분석 때와 동일한 자동열탈착 장치가 연결된 GC/FID (HP5890, USA)시스템이 사용되었다. 기타 분석조건은 기 연구에 제시된 조건(김조천 등, 2004)과 동일하다.
미국과 유럽을 중심으로 한 선진외국의 경우 여러 수종에 대한 배출특성 연구들이 1980년대 이후 꾸준히 진행되고 있다. 특히, 낙엽수에서 배출되는 이소프렌에 대한 측정방법과 배출량을 제어하는 환경적 인자들의 계절적 다양성 등도 관심 있는 연구의 대상이다(Staudt eral., 1997). 우리나라의 경우 인위적인 배출원에 대한 자료는 몇 년 전부터 구체적인 배출원별 배출실태 파악이 이루어지고 있지만, NVOC 배출량의 측정 및 추정 이 매우 미흡한 실정이다.

이론/모형

잎으로부터 배출되는 NVOC 시료를 채취하기 위한 방법으로 기존의 semi-static enclosure나 dynamic flow-through chamber 등의 문제점을 보완한 enclosure chamber system을 사용하였다 (김조천 등, 2004; Kim, 2001a). 본 연구에 사용된 enclosure chamber systeme 선행연구를 통하여 기존에 사용된 시료 채취 방법에 비해 NVOC의 배출속도에 대한 정확도 및 정밀도 평가에 있어서 뛰어나다는 점이 검증되었다 (Kim, 2001b).

성능/효과

나타내었다. 갈참나무의 계절별 기상 조건에 따른 이소프렌의 배출특성은 PAR와 온도의 변화에 따라 이소프렌의 배출이 급격히 증가하거나 감소하는 특성을 확인할 수 있었다. 이러한 연구결과는 갈참나무의 이소프렌 배출특성이 온도와 PAR라는 두 인자에 모두 깊은 상관성이 있음을 나타내 주고 있다.
계절, 기상 조건, 수령에 따른 배출속도 비교연구를 수행한 결과 다음과 같은 이소프렌 배출특성을 고찰할 수 있었다. 계절에 따른 갈참나무의 배출 특성을 관찰한 결과, 여름 (78.8 μgC/gdw/hr)> 봄(63.8 μgC/gdw/hr)>가을 (9.83 ugC/gdw/hr) 순으로 이소프렌 배출속도가 높게 나타났고, 가을철 ERs가 여름철에 비해 1/7배 정도 낮게 나타나는 것을 확인할 수 있었다. 또한, 갈참나무의 이소프렌 배출은 PAR와 온도에 큰 영향을 받는 것으로 나타났고, 3령 (77.
83 ugC/gdw/hr) 순으로 이소프렌 배출속도가 높게 나타났고, 가을철 ERs가 여름철에 비해 1/7배 정도 낮게 나타나는 것을 확인할 수 있었다. 또한, 갈참나무의 이소프렌 배출은 PAR와 온도에 큰 영향을 받는 것으로 나타났고, 3령 (77.7ngC/gdw/hr)과 5령 (66.(mgC/gdw/hr)의 갈참나무를 대상으로 수령별 이소프렌 배출특성을 비교한 결과 3령 갈참나무의 ERs가 큰 것으로 확인되었다. 이런 연구결과를 바탕으로' 참나무속에 속하는 나무를 대상으로 선행된 외국사례와 비교해 본 결과, 본 연구의 결과가 외국의 배출속도와 비슷한 범주의 값을 나타내는 것을 알 수 있었다.
999이었다. 또한, 신뢰성 있는 자료를 얻기 위하여 샘플링 과정에서 동일한 가지를 대상으로 중복실험 (Duplicate sampling)이 수행되었으며, 중복분석 정밀도는 11.4%(n=3)이었고, 이 값은 자연의 식생을 대상으로 했다는 점에서 재현성이 있다고 사료된다.
본 연구결과에서, 낙엽수림에 속하는 수종의 이소프렌 배출특성은 PAR와 온도에 가장 큰 영향을 받는다는 외국의 여러 연구사례와 일치하는 것을 알 수 있다. (Trapp et al.
본 연구를 통한 갈참나무의 계절별 배출속도를 비교한 결과, 봄철과 여름철의 ERs값은 각각 63.8 (|igC /gdw/hr)과 78.8 (|4gC/gdw/hr)로 큰 차이가 나타나지는 않았으나 봄철보다는 여름철의 배출속도가 다소 높게 나타나는 것을 확인할 수 있었다. 그러나 봄철과 여름철의 경우와는 다르게 가을철의 경우는 ERs 값이 봄철과 여름철에 비해 1/7~1/8배 정도의 낮은 배출속도를 나타내는 것을 알 수 있었다.
2001a). 본 연구에 사용된 enclosure chamber systeme 선행연구를 통하여 기존에 사용된 시료 채취 방법에 비해 NVOC의 배출속도에 대한 정확도 및 정밀도 평가에 있어서 뛰어나다는 점이 검증되었다 (Kim, 2001b). 제로에어시스템 (Zero air system; Model 701, API, USA)을 사용하여 제로에 어를 챔버 (chamber)에 공급시키고 동시에 유출구에서 진공펌프(N035.
외국과는 수종이 다르므로 절대적인 비교는 불가능하지만 같은 참나무과에 포함되는 것이므로 비교의 의미는 있다고 판단된다. 본 연구에 의해 수행되어진 갈참나무의 경우, 외국의 다른 사례들과 비슷한 범주의 값을 나타냈고, 특히, Klinger et al. (2002)에 의해 수행되어진 연구결과 65.5 (|igC/gdw/hr)와 거의 유사한 값을 나타내는 것을 확인할 수 있었다.
본 연구에서는 검량선을 작성하기 위하여 Dyna- calibrator (VICI Metronics Inc., USA)를 사용하였으며 검출한계 (B이ow Detection Limit, 3 standard devia- tion)는 0.37ng 이하로 나타났고, 분석 정밀도(Precision)는 상대표준편차 (RSD) 값이 10% 내외로 나타났다. 이소프렌의 검량선을 작성한 결과, 이 소프렌의 결정계수(『) 값은 0.
772로 나타난 3령에 비해 다소 높게 나타난 것을 볼 수 있었다. 수령에 따른 이소프렌 배출특성을 고찰한 결과, 갈참나무는 어린 나무에서 이소프렌의 배출속도가 높게 나타났고, 이러한 결과는 어린 나무의 생장활동이 더 활발하게 진행되기 때문에 3령의 배출속도가 5령에 비해 높게 나타나는 것으로 사료된다. 이러한 결과는 참나무과에 속하는 수종은 아니지만, 유칼립튜스의수령에 따른 배출특성을 연구한 선행연구와 비슷한 경향을 나타내는 것을 확인할 수 있었다(Kim etal.
(mgC/gdw/hr)의 갈참나무를 대상으로 수령별 이소프렌 배출특성을 비교한 결과 3령 갈참나무의 ERs가 큰 것으로 확인되었다. 이런 연구결과를 바탕으로' 참나무속에 속하는 나무를 대상으로 선행된 외국사례와 비교해 본 결과, 본 연구의 결과가 외국의 배출속도와 비슷한 범주의 값을 나타내는 것을 알 수 있었다. 특히, 중국 북경에서 수행되어진 연구 결과와 거의 유사한 값을 얻을 수 있었다.

후속연구

특히, 중국 북경에서 수행되어진 연구 결과와 거의 유사한 값을 얻을 수 있었다. 이 연구를 바탕으로 향후 수령에 따른 이소프렌의 배출속도에 대한 비교 연구는 신뢰성을 갖기 위하여 지속적인 연구가 수행되어야 하고 기타 다양한 국내 수종의 낙엽수림에 대한 연구가 필요할 것으로 사료된다.
지금까지 우리나라 NVOC 배출량은 외국자료에 의존하여 추免되어 왔다. 최근, 참나무과 수종을 대상으로 여름철 이소프렌 배출속도를 비교한 바 있으나(김조천 등, 2004), 이는 여름철에 국한된 자료로 우리나라 특성에 맞는 NVOC 배출 특성 연구가 주요 수종에 대하여 지속적으로 수행되어야 할 것이다.
, 2005; Nunes and Pio, 2001). 하지만 본 연구의 신뢰성을 높이기 위해서는 좀더 강도 높은 낙엽수림에 관한 연구가 지속적으로 수행되어야 한다고 사료된다

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저자의 다른 논문 :

표제어: PCR

동의어: Packet Collision Rate

용어 설명 출처 목록 (6)

용어 설명: PCR은 세균 특이성이 있는 primer를 이용하여 적은 수의 세균이 있을지라도 쉽게 검출할 수 있는 유용한 방법이며, 이를 이용하여 구강 내 치면세균막이나 타액에서 직접 세균을 검출할 수 있게 되었다[8].

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