공주 근교의 상수리나무림을 대상으로 단근처리 방법을 적용하여 토양호흡량에 대한 뿌리호흡량의 기여율을 파악하였다. 토양호흡구(control plot)와 미생물호흡구(trenched plot)를 설치하고 2011년 6월부터 2012년 5월까지 IRGA 토양호흡측정기를 사용하여 $CO_2$발생량을 측정하였다. $CO_2$발생량은 하절기에 증가한 후 동절기에 감소하는 경향을 보였다. 토양호흡구와 미생물호흡구의 $CO_2$발생량은 8월에 가장 높았으며, 이때 토양호흡구와 미생물호흡구의 $CO_2$발생량은 각각 1.345, 0.897g $CO_2\;m^{-2}\;hr^{-1}$로 토양호흡구에 비해 미생물호흡구에서 33.31% 낮게 나타났다(P<0.05). $CO_2$발생량은 1월에 가장 낮았으며, 이때 토양호흡구와 미생물호흡구에서 각각 0.097, 0.032g $CO_2\;m^{-2}\;hr^{-1}$로 토양호흡구에 비해 미생물호흡구에서 67.01% 낮게 나타났다(P<0.01). 연간 $CO_2$발생량은 토양호흡구와 미생물호흡구에서 각각 4.320, 2.834kg $CO_2\;m^{-2}\;yr^{-1}$로 나타났다. $CO_2$발생량은 토양호흡구와 미생물호흡구에서 토양온도와 높은 상관관계가 있었다. 토양호흡구와 미생물호흡구간의 $CO_2$발생량 차이로 추정한 뿌리호흡량은 토양호흡량 중 약 34.40%를 차지하는 것으로 나타났다.
공주 근교의 상수리나무림을 대상으로 단근처리 방법을 적용하여 토양호흡량에 대한 뿌리호흡량의 기여율을 파악하였다. 토양호흡구(control plot)와 미생물호흡구(trenched plot)를 설치하고 2011년 6월부터 2012년 5월까지 IRGA 토양호흡측정기를 사용하여 $CO_2$발생량을 측정하였다. $CO_2$발생량은 하절기에 증가한 후 동절기에 감소하는 경향을 보였다. 토양호흡구와 미생물호흡구의 $CO_2$발생량은 8월에 가장 높았으며, 이때 토양호흡구와 미생물호흡구의 $CO_2$발생량은 각각 1.345, 0.897g $CO_2\;m^{-2}\;hr^{-1}$로 토양호흡구에 비해 미생물호흡구에서 33.31% 낮게 나타났다(P<0.05). $CO_2$발생량은 1월에 가장 낮았으며, 이때 토양호흡구와 미생물호흡구에서 각각 0.097, 0.032g $CO_2\;m^{-2}\;hr^{-1}$로 토양호흡구에 비해 미생물호흡구에서 67.01% 낮게 나타났다(P<0.01). 연간 $CO_2$발생량은 토양호흡구와 미생물호흡구에서 각각 4.320, 2.834kg $CO_2\;m^{-2}\;yr^{-1}$로 나타났다. $CO_2$발생량은 토양호흡구와 미생물호흡구에서 토양온도와 높은 상관관계가 있었다. 토양호흡구와 미생물호흡구간의 $CO_2$발생량 차이로 추정한 뿌리호흡량은 토양호흡량 중 약 34.40%를 차지하는 것으로 나타났다.
A trenching method was used to determine the contribution of root respiration to soil respiration in Quercus acutissima forest in the vicinity of Gongju, Chungnam Province, Korea. $CO_2$ efflux in soil respiration plot($R_{control}$, $R_c$) and microblal respiration ...
A trenching method was used to determine the contribution of root respiration to soil respiration in Quercus acutissima forest in the vicinity of Gongju, Chungnam Province, Korea. $CO_2$ efflux in soil respiration plot($R_{control}$, $R_c$) and microblal respiration plot($R_{trenched}$, $R_t$) in Q. acutissima forest were measured from June 2011 to May 2012 by using IRGA soil respiration analyzer. Seasonal $CO_2$ efflux in $R_c$ and $R_t$ were higher in summer season than in winter season. In August, maximun $CO_2$ efflux in $R_c$ and $R_t$ was 1.345 and 0.897 g $CO_2\;m^{-2}\;hr^{-1}$, respectively. $CO_2$ efflux in $R_t$ was lower by 33.31% than that in $R_c$(P<0.05). In January, $CO_2$ efflux in $R_c$ and $R_t$ was 0.097 and 0.032g $CO_2\;m^{-2}\;hr^{-1}$, respectively. $CO_2$ efflux in $R_t$ was lower by 67.01% than that in $R_c$(P<0.01). The amount of annual $CO_2$ efflux from $R_c$ and $R_t$ was 4.320, 2.834kg $CO_2\;m^{-2}\;yr^{-1}$, respectively. There was a significant correlations between soil temperatures and soil respiration. Contribution of root respiration to total soil respiration in this Q. acutissima forest was 34.40%.
A trenching method was used to determine the contribution of root respiration to soil respiration in Quercus acutissima forest in the vicinity of Gongju, Chungnam Province, Korea. $CO_2$ efflux in soil respiration plot($R_{control}$, $R_c$) and microblal respiration plot($R_{trenched}$, $R_t$) in Q. acutissima forest were measured from June 2011 to May 2012 by using IRGA soil respiration analyzer. Seasonal $CO_2$ efflux in $R_c$ and $R_t$ were higher in summer season than in winter season. In August, maximun $CO_2$ efflux in $R_c$ and $R_t$ was 1.345 and 0.897 g $CO_2\;m^{-2}\;hr^{-1}$, respectively. $CO_2$ efflux in $R_t$ was lower by 33.31% than that in $R_c$(P<0.05). In January, $CO_2$ efflux in $R_c$ and $R_t$ was 0.097 and 0.032g $CO_2\;m^{-2}\;hr^{-1}$, respectively. $CO_2$ efflux in $R_t$ was lower by 67.01% than that in $R_c$(P<0.01). The amount of annual $CO_2$ efflux from $R_c$ and $R_t$ was 4.320, 2.834kg $CO_2\;m^{-2}\;yr^{-1}$, respectively. There was a significant correlations between soil temperatures and soil respiration. Contribution of root respiration to total soil respiration in this Q. acutissima forest was 34.40%.
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문제 정의
본 연구는 국내 산림의 주종을 이루고 있는 상수리나무림에서 미생물호흡, 뿌리호흡을 측정하여 토양호흡량 중 뿌리 호흡이 차지하는 비율 및 계절적인 변화를 파악하여 조사지역의 순생태계생산량 및 탄소순환을 파악하기 위한 기초 자료를 얻는데 그 목적이 있다.
토양호흡 중 미생물호흡과 뿌리호흡의 경우 방법상의 문제로 뿌리호흡을 정확하게 측정하기 어려워 국내에서 뿌리 호흡에 대한 연구는 많지 않다. 본 연구에서는 우리나라에 널리 분포하고 있는 상수리나무림에서 단근처리(trenching method)를 통해 토양호흡에 대한 뿌리호흡의 비율을 추정하고 토양온도 변화에 따른 관계를 검토하였다.
제안 방법
CO2발생량은 2011년 6월부터 2012년 5월까지 12개월동안 정기적으로 매달 2주에 한번씩 11:00~13:00 사이에 Rc와 Rt에서 3회 측정하여 그 값을 평균하였다. 측정방법은 휴대용 적외선 가스 분석기(IRGA; EGM-4 PP system, UK)를 사용하여 dynamic closed chamber method를 이용하였으며, 측점지점간의 오차를 줄이기 위해서 수관폭을 고려해 수관이 겹치는 지점에서 토양호흡을 측정하였다.
Rc에서 측정된 CO2발생량을 토양호흡량, Rt에서 측정된 CO2발생량을 미생물호흡량으로 사용하였으며, 측정된 CO2발생량 중 뿌리 호흡 비율은 토양호흡구의 CO2발생량에서 미생물호흡구의 CO2발생량을 뺀 값을 토양호흡구의 CO2발생량에 대한 %로 추정하였다. 매달 2회씩 측정된 토양호흡량으로 매달 발생되는 평균 토양호흡량(g CO2 m-2 mo-1)을 계산한 후 이를 합산하여 연간 토양호흡량(㎏ CO2 m-2 yr-1)을 추정하였다.
발생량에 대한 %로 추정하였다. 매달 2회씩 측정된 토양호흡량으로 매달 발생되는 평균 토양호흡량(g CO2 m-2 mo-1)을 계산한 후 이를 합산하여 연간 토양호흡량(㎏ CO2 m-2 yr-1)을 추정하였다.
2009년 11월 단근처리를 위해 상수리나무림내 2m×2m의 방형구를 설치하고 방형구내 지피식생을 모두 제거하였다. 방형구 경계선 밖으로 폭 30㎝, 깊이 50㎝의 도랑을 파 경계면의 모든 뿌리를 제거하고 0.5㎜ 두께의 천막용 비닐로 미생물호흡구 주변을 싼 후 도랑을 메웠다. 매월 미생물호흡구(Rt) 내 목본류의 지상부를 절단하고 초본류의 경우 토양이 교란되지 않도록 주의하여 제거하였다.
, 2003), 방법상의 문제로 인해 뿌리 분해에 의해 방출되는 CO2를 측정하기 위해서 미생물호흡구내 물리적 변화가 발생되는 요인이 될 수 있다. 뿌리의 분해 영향을 최소화 하기 위해 단근 처리 후 4~9개월 후에 토양 호흡을 측정한 바 있어(Ewel et al., 1987; Bowden et al., 1993; Haynes and Gower, 1995), 본 연구에서는 뿌리 분해에 의한 오차를 줄이기 위해 미생물호흡구를 약 19개월 동안 안정화 시킨 후 CO2발생량을 측정하였다.
조사기간 동안 조사지역의 토양온도를 측정하였다. 토양 온도는 T&D Thermo Recorder(TR-71U)를 사용하여 조사 기간 동안 1시간 간격으로 측정하였으며, 온도기록계 본체에 연결된 sensor는 토양층 5㎝, 15㎝ 깊이에 묻어 깊이에 따른 온도 변화를 측정하였다.
에서 3회 측정하여 그 값을 평균하였다. 측정방법은 휴대용 적외선 가스 분석기(IRGA; EGM-4 PP system, UK)를 사용하여 dynamic closed chamber method를 이용하였으며, 측점지점간의 오차를 줄이기 위해서 수관폭을 고려해 수관이 겹치는 지점에서 토양호흡을 측정하였다.
32℃로 기록되었다(Figure 2). 토양 온도는 Rc와 Rt간에 유의한 차이가 나타나지 않아 두 지소의 평균값을 사용하였으며, 토양온도와 CO2발생량과의 상관관계 분석시 상층토 온도를 사용하였다.
토양 온도는 T&D Thermo Recorder(TR-71U)를 사용하여 조사 기간 동안 1시간 간격으로 측정하였으며, 온도기록계 본체에 연결된 sensor는 토양층 5㎝, 15㎝ 깊이에 묻어 깊이에 따른 온도 변화를 측정하였다.
매월 미생물호흡구(Rt) 내 목본류의 지상부를 절단하고 초본류의 경우 토양이 교란되지 않도록 주의하여 제거하였다. 토양호흡구(Rc)와 미생물호흡구(Rt)는 각각 3개지소씩 선정하였으며, Rt의 물리적 변화를 최소화하고 뿌리 분해에 의한 오차를 줄이기 위해 Rt를 약 19개월 동안 안정화 시킨 후 2011년 6월부터 2012년 5월까지 매월 2회씩 Rc와 Rt에서 CO2발생량을 측정하였다.
대상 데이터
본 조사는 충청남도 공주시 금학동에 위치한 해발 약 220m (N 36° 25’ 21”, E 127° 07’ 06”)의 상수리나무림에서 실시되었다.
데이터처리
토양호흡에 영향을 주는 토양온도와의 관계는 상관분석과 희귀분석을 실시하였다. 토양 온도와 토양 호흡량 간의 관계를 나타낼 때 널리 쓰이는 Q10 값을 구하기 위해서 지수 함수식(식 4)을 이용하여 희귀분석한 후 그 모형으로부터 Q10 값을 산출하였다(Boone et al., 1998). 토양호흡량과 미생물호흡량의 평균치 차이는 STATISTICA 7 프로그램을 사용하여 일원분산분석을 실시하였으며, Duncan's multiple range test를 통해 유의성을 검정하였다.
토양호흡량과 미생물호흡량의 평균치 차이는 STATISTICA 7 프로그램을 사용하여 일원분산분석을 실시하였으며, Duncan's multiple range test를 통해 유의성을 검정하였다.
토양호흡에 영향을 주는 토양온도와의 관계는 상관분석과 희귀분석을 실시하였다. 토양 온도와 토양 호흡량 간의 관계를 나타낼 때 널리 쓰이는 Q10 값을 구하기 위해서 지수 함수식(식 4)을 이용하여 희귀분석한 후 그 모형으로부터 Q10 값을 산출하였다(Boone et al.
성능/효과
Rc와 Rt의 평균 CO2 발생량은 각각 0.500(0.097~1.345), 0.328(0.032~0.897)g CO2 m-2 hr-1로 지소간 유의한 차이는 없었으나, 2월과 3월을 제외한 조사기간 동안 계절별 유의한 차이가 나타났다(P<0.05).
본 연구에서도 발생원별 호흡과 토양온도 사이에 높은 상관관계가 나타났다. 동절기에서 하절기로 갈수록 토양온도가 증가함에 따라 토양호흡량은 지수적으로 증가하였으며, 미생물호흡량도 유사한 경향성을 보였다. 토양 호흡, 미생물호흡, 뿌리호흡과 토양온도의 상관관계는 각각 R2=0.
(2003)은 미생물호흡과 토양 온도 사이의 높은 상관관계가 있는 반면, 뿌리호흡율은 토양온도와 상관관계가 낮다고 보고하였다. 본 연구결과 지수함수 관계에서 추정된 CO2발생량의 토양온도 민감도(Q10)는 토양호흡, 미생물호흡, 뿌리호흡에서 각각 3.0, 3.4, 2.6으로 나타나, 뿌리호흡에 비해 미생물호흡의 토양온도 민감도가 높게 나타났다.
, 1998; Lee and Mun, 2001). 본 연구에서도 발생원별 호흡과 토양온도 사이에 높은 상관관계가 나타났다. 동절기에서 하절기로 갈수록 토양온도가 증가함에 따라 토양호흡량은 지수적으로 증가하였으며, 미생물호흡량도 유사한 경향성을 보였다.
7㎏ CO2 m-2 yr-1이라고 보고하였다. 본 연구지소의 연간 토양호흡량 추정치는 4.32㎏ CO2 m-2 yr-1로 Lee와 Mun(2005)이 보고한 연간 토양호흡량 추정치와 유사하나, 유사한 기후대의 산림에 비해 높게 나타났다. 이는 조사지 소간 식생형, 낙엽생산량, 낙엽의 분해율 등의 차이에 의한 것으로 판단된다.
본 조사지소내 토양호흡에 대한 미생물호흡 및 뿌리호흡의 기여는 생장기(3∼11월)과 휴지기(12∼2월) 사이에서 차이가 있는 것으로 나타났으며, 연간 미생물호흡량과 뿌리 호흡량 중 각각 50.7, 47.1% 정도가 여름철(6~8월)에 집중되었으며, 겨울철(12~2월)에 각각 4.6, 8.5% 정도로 추정되었다.
조사 지역에서 뿌리호흡의 평균 CO2 발생량은 0.172(0.018~0.448)g CO2 m-2 hr-1로 나타났으며, 뿌리호흡은 토양호흡과 마찬가지로 하절기에 증가한 후 동절기에 감소하는 경향을 보였다. 뿌리호흡량은 8월에 가장 높아 그 값이 0.
동절기에서 하절기로 갈수록 토양온도가 증가함에 따라 토양호흡량은 지수적으로 증가하였으며, 미생물호흡량도 유사한 경향성을 보였다. 토양 호흡, 미생물호흡, 뿌리호흡과 토양온도의 상관관계는 각각 R2=0.9129, 0.9127, 0.7648로 나타났다(Figure 4).
토양호흡 중 뿌리호흡 비율이 가장 높은 시기는 2012년 1월(67.14%), 뿌리호흡 비율이 가장 낮은 시기는 2011년 9월(25.00%)로 나타났으며, 토양호흡과 미생물호흡의 CO2 발생량 차이로 추정한 뿌리호흡은 토양호흡량 중 약 34.40%를 차지하는 것으로 나타났다.
후속연구
앞서 언급된 여러 연구에서 토양호흡은 생물적 요인과 비생물적 요인에 의해 영향을 받는 것으로 보고된 바 있어, 토양호흡 중 뿌리 호흡을 추정하기 위해서는 수종에 따른 식물의 생리적 활력 변화, 뿌리성장에 따른 호흡 변화, 조사지소의 낙엽생산과 분해 등의 생물학적 요인과 토양 온도, 토양 수분 등의 환경 요인의 영향을 장기적으로 조사하는 것이 필요하다고 판단된다.
질의응답
핵심어
질문
논문에서 추출한 답변
산림생태계의 순생태계생산량은 무엇에 의해 결정되나요?
산림생태계의 순생태계생산량(NEP)은 순 일차생산량(NPP)과 미생물호흡(Rm)에 의해 결정되므로(Lee et al., 2003; Luo and Zhou, 2006), 순생태계생산량을 측정하기 위해서는 미생물호흡과 뿌리호흡의 정확한 추정이 중요하다(Lee et al.
CO2란?
CO2는 자연적 그리고 인위적 활동을 통해 방출되는 중요한 온실가스 중의 하나이며, 대기 중 CO2 농도는 산업화 이전의 280ppm에서 2005년에는 379ppm으로 증가하였고, 연간 CO2 증가율은 최근 10년동안 가장 높아 평균 1.9ppmyr-1의 증가를 보이고 있다(IPCC 2007).
토양으로부터 발생되는 CO2발생량의 본 연구의 측정방법은?
CO2발생량은 2011년 6월부터 2012년 5월까지 12개월동안 정기적으로 매달 2주에 한번씩 11:00~13:00 사이에 Rc와 Rt에서 3회 측정하여 그 값을 평균하였다. 측정방법은 휴대용 적외선 가스 분석기(IRGA; EGM-4 PP system, UK)를 사용하여 dynamic closed chamber method를 이용하였으며, 측점지점간의 오차를 줄이기 위해서 수관폭을 고려해 수관이 겹치는 지점에서 토양호흡을 측정하였다.
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