본 연구는 IPCC (2006)의 농업분야 온실가스 배출권 측정의 새로운 지침에 의거하여 과수와 토양, 대기 간의 탄소수지 산정 방법론을 제시하고자 전남 나주시의 배 재배농가를 대상으로 토양 호흡량과 초본류, 그리고 과수의 생태계 순생산량을 측정하였다. 토양 호흡량 및 초본류 생태계 순생산량은 Closed Dynamic Chamber (CDC) 방법으로 측정하였고, 배 과수의 생태계 순생산량은 EddyPro 5.2.1 프로그램을 이용하여 공분산법으로 측정하였다. 배 과수원의 토양 호흡량으로 연간 $429.1mgCO_2m^{-2}h^{-1}$이 배출되었으며, 토양온도민감도 ($Q_{10}$)는 2.3으로 나타났다. 초본류의 경우 측정기간 동안 호흡이 광합성보다 우세하게 나타났다. 2015년 6월 20일부터 24일까지 초본류의 광합성 또는 호흡을 통해 흡수 및 배출된 $CO_2$의 총합은 $156.1mgCO_2m^{-2}h^{-1}$으로 상대적으로 호흡이 더 많았던 것으로 나타났다. 배 과수의 광합성 또는 호흡에 의한 $CO_2$ 총합은 $-680.1mgCO_2m^{-2}h^{-1}$로 광합성에 의해 $CO_2$가 흡수되었다. 배 과원 단위의 토양 호흡량과 초본류 및 배 과수의 광합성 및 호흡량의 총합은 $-0.04tonCO_2ha^{-1}$로 $CO_2$의 흡수원이었다. 결론적으로 배 과원에서의 다양한 접근방법을 통한 향후 다년생 목본 작물 재배지에서의 탄소수지 산정 방법론 제시에 꼭 필요하다고 판단된다.
본 연구는 IPCC (2006)의 농업분야 온실가스 배출권 측정의 새로운 지침에 의거하여 과수와 토양, 대기 간의 탄소수지 산정 방법론을 제시하고자 전남 나주시의 배 재배농가를 대상으로 토양 호흡량과 초본류, 그리고 과수의 생태계 순생산량을 측정하였다. 토양 호흡량 및 초본류 생태계 순생산량은 Closed Dynamic Chamber (CDC) 방법으로 측정하였고, 배 과수의 생태계 순생산량은 EddyPro 5.2.1 프로그램을 이용하여 공분산법으로 측정하였다. 배 과수원의 토양 호흡량으로 연간 $429.1mgCO_2m^{-2}h^{-1}$이 배출되었으며, 토양온도민감도 ($Q_{10}$)는 2.3으로 나타났다. 초본류의 경우 측정기간 동안 호흡이 광합성보다 우세하게 나타났다. 2015년 6월 20일부터 24일까지 초본류의 광합성 또는 호흡을 통해 흡수 및 배출된 $CO_2$의 총합은 $156.1mgCO_2m^{-2}h^{-1}$으로 상대적으로 호흡이 더 많았던 것으로 나타났다. 배 과수의 광합성 또는 호흡에 의한 $CO_2$ 총합은 $-680.1mgCO_2m^{-2}h^{-1}$로 광합성에 의해 $CO_2$가 흡수되었다. 배 과원 단위의 토양 호흡량과 초본류 및 배 과수의 광합성 및 호흡량의 총합은 $-0.04tonCO_2ha^{-1}$로 $CO_2$의 흡수원이었다. 결론적으로 배 과원에서의 다양한 접근방법을 통한 향후 다년생 목본 작물 재배지에서의 탄소수지 산정 방법론 제시에 꼭 필요하다고 판단된다.
This study was conducted to find out the methodology of carbon budget assessment among soil, atmosphere and plant. Soil respiration, net ecosystem productivity of herbs and net ecosystem productivity of woody plants have been measured in 30 years old pear orchard at Naju. Closed Dynamic Chamber (CDC...
This study was conducted to find out the methodology of carbon budget assessment among soil, atmosphere and plant. Soil respiration, net ecosystem productivity of herbs and net ecosystem productivity of woody plants have been measured in 30 years old pear orchard at Naju. Closed Dynamic Chamber (CDC) method was used to measure soil respiration and net ecosystem productivity of herbs. Net ecosystem productivity of woody plant (pear) was determined by eddy covariance method using the EddyPro (5.2.1) program. As for soil respiration, $429.1mgCO_2m^{-2}h^{-1}$ was released to atmosphere and sensitivity of soil temperature ($Q_{10}$) was 2.3. In case of herbs, respiration was superior to photosynthesis during measurement period. From 20 to 24 Jun 2015, the sum of absorbed and released $CO_2$ by herb's photosynthesis and respiration was $156.1mgCO_2m^{-2}h^{-1}$. Woody plants showed the $680.1mgCO_2m^{-2}h^{-1}$ of absorption by photosynthesis. In a farm scale, the sum of soil respiration, and net ecosystem productivity of herbs and woody plants was $0.04tonCO_2ha^{-1}$ during the measurement period, and it showed that pear orchard act as a $CO_2$ sink. This study using various approaches is expected to present a methodology for evaluating the carbon budget of perennial woody crop plantations.
This study was conducted to find out the methodology of carbon budget assessment among soil, atmosphere and plant. Soil respiration, net ecosystem productivity of herbs and net ecosystem productivity of woody plants have been measured in 30 years old pear orchard at Naju. Closed Dynamic Chamber (CDC) method was used to measure soil respiration and net ecosystem productivity of herbs. Net ecosystem productivity of woody plant (pear) was determined by eddy covariance method using the EddyPro (5.2.1) program. As for soil respiration, $429.1mgCO_2m^{-2}h^{-1}$ was released to atmosphere and sensitivity of soil temperature ($Q_{10}$) was 2.3. In case of herbs, respiration was superior to photosynthesis during measurement period. From 20 to 24 Jun 2015, the sum of absorbed and released $CO_2$ by herb's photosynthesis and respiration was $156.1mgCO_2m^{-2}h^{-1}$. Woody plants showed the $680.1mgCO_2m^{-2}h^{-1}$ of absorption by photosynthesis. In a farm scale, the sum of soil respiration, and net ecosystem productivity of herbs and woody plants was $0.04tonCO_2ha^{-1}$ during the measurement period, and it showed that pear orchard act as a $CO_2$ sink. This study using various approaches is expected to present a methodology for evaluating the carbon budget of perennial woody crop plantations.
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문제 정의
본 연구는 IPCC (2006)의 농업분야 온실가스 배출권 측정의 새로운 지침에 의거하여 과수와 토양, 대기 간의 탄소수지 산정 방법론을 제시하고자 전남 나주시의 배 재배농가를 대상으로 토양 호흡량과 초본류, 그리고 과수의 생태계 순생 산량을 측정하였다. 토양 호흡량 및 초본류 생태계 순생산량은 Closed Dynamic Chamber (CDC) 방법으로 측정하였고, 배 과수의 생태계 순생산량은 EddyPro 5.
이에 본 연구에서는 IPCC 2006 지침에 의거하여 과수와 토양, 대기 간의 탄소수지 산정 방법론을 제시하고자 전남 나주시의 배 재배 농가를 대상으로 토양 호흡량과 초본류, 그리고 과수의 생태계 순 생산량을 측정하였다.
제안 방법
Closed Dynamic Chamber (CDC) 방법으로 측정된 토양호흡 속도는 일정시간 동안 체임버에서 유출되는 공기의 CO2 농도를 측정한 후 단위면적당 농도의 변화율로 변환하여 토양 호흡속도를 계산하였다. 2015년 과원에 설치된 총 6개의 체임버 중 3개의 체임버는 토양호흡속도를, 나머지 3개의 체임버는 초본류의 광합성 및 호흡량을 포함한 초본류 생태계 순생산량을 측정하였다.
Closed Dynamic Chamber (CDC) 방법으로 측정된 토양호흡 속도는 일정시간 동안 체임버에서 유출되는 공기의 CO2 농도를 측정한 후 단위면적당 농도의 변화율로 변환하여 토양 호흡속도를 계산하였다.
과수의 생태계 순생산량 (Net ecosystem productivity of woody plant: NEPw) 측정은 10 m 타워에 설치된 개방형 CO2/H2O 적외선가스분석기 (LI-7500, LI-COR Biosciences Inc.,USA)와 3차원 초음파풍속계 (CSAT3, Campbell Scientific Inc., USA)를 이용하여 2015년 6월부터 초당 10회 측정하여 풍속과 CO2 농도의 30분 평균에 대한 편차를 공분산하였다.
강우센서 (TE525MM, Campbell Scientific, Logan, UT)와 광량자센서 (Li-Cor 190SB,Campbell Scientific, Logan, UT)는 지상 10m 위치에 설치하였으며, 지온 (108, Campbell Scientific, Logan, UT) 및 토양수분센서 (CS616, Campbell Scientific, Logan, UT)는 지하 10cm에 매설하였다. 모든 기상데이터는 10초마다 측정하여 10분마다 측정치를 데이터로거 (CR1000, Campbell Scientific, Logan, UT)에 기록하였다.
AOCC 시스템은 체임버부, 펌프부, 전력분배부의 3개 주요 부분으로 구성되어 있다. 이 중 체임버부를 원통형의 지름 30 cm, 높이 30 cm의 형태로 변형하여 체임버 내부에 초본류의 생육이 가능하도록 하였다. 총 6개의 체임버는 10분 간격으로 순차적으로 작동하여 1시간이면 6개의 체임버가 모두 측정되어 1 사이클이 완성된다.
측정은 collar 설치로 인한 토양 간섭 등이 안정화되는 시기를 고려하여 약 3주 후부터 진행하였다. 측정은 일 평균 기온을 대표할 수 있는 10시와 16시를 기준으로 하여 각 체임버당 10분간 측정하였으며, 5초 간격으로 데이터가 측정된 후 30초마다 데이터를 저장하였다. CO2 배출량 계산에는 밀폐법 (CDC)을 이용하여 단위면적에서 단위시간당 배출되는 CO2의 양을 계산하였다 (Bekku etal.
토양 호흡량과 초본류 생태계 순생산량 (Net ecosystem productivity of herb: NEPh) 측정은 Automatically Open-Closed Chamber system (AOCCs; Suh et al. 2006) 중 체임버 부를 변형하여 진행하였다. AOCC 시스템은 체임버부, 펌프부, 전력분배부의 3개 주요 부분으로 구성되어 있다.
대상 데이터
5 m 지점에 HMP155A (Vaisala, Helsinki,Finland)를 이용해 측정하였다. 강우센서 (TE525MM, Campbell Scientific, Logan, UT)와 광량자센서 (Li-Cor 190SB,Campbell Scientific, Logan, UT)는 지상 10m 위치에 설치하였으며, 지온 (108, Campbell Scientific, Logan, UT) 및 토양수분센서 (CS616, Campbell Scientific, Logan, UT)는 지하 10cm에 매설하였다. 모든 기상데이터는 10초마다 측정하여 10분마다 측정치를 데이터로거 (CR1000, Campbell Scientific, Logan, UT)에 기록하였다.
대기 중의 온·습도는 임상 내 1.5 m 지점에 HMP155A (Vaisala, Helsinki,Finland)를 이용해 측정하였다.
본 실험의 대상 지역은 전라남도 나주시 봉황면 욱곡리에 위치한 배 과수원으로 위도 34°57′11.59″, 경도 126°459′05.30″에 위치하고, 고도는 28m이다.
측정 지점에는 직경 10 cm, 높이 20 cm 아크릴재질의 collar를 매설하였다. 측정 시에는 collar를 덮어 GMP343을 고정시킬 수 있는 윗 덮개를 직경 10 cm, 높이 30 cm로 제작하여 사용하였다. 측정은 collar 설치로 인한 토양 간섭 등이 안정화되는 시기를 고려하여 약 3주 후부터 진행하였다.
토양호흡속도 (Soil respiration rate: Rs)는 휴대용 토양호흡측정기 GMP343 (Vaisala, Helsinki, Finland)을 이용하여 총 36개 지점을 대상으로 2014년 3월부터 월 2회 이상 측정하였다. 측정 지점에는 직경 10 cm, 높이 20 cm 아크릴재질의 collar를 매설하였다. 측정 시에는 collar를 덮어 GMP343을 고정시킬 수 있는 윗 덮개를 직경 10 cm, 높이 30 cm로 제작하여 사용하였다.
토양호흡속도 (Soil respiration rate: Rs)는 휴대용 토양호흡측정기 GMP343 (Vaisala, Helsinki, Finland)을 이용하여 총 36개 지점을 대상으로 2014년 3월부터 월 2회 이상 측정하였다. 측정 지점에는 직경 10 cm, 높이 20 cm 아크릴재질의 collar를 매설하였다.
데이터처리
또한 측정된 CO2 플럭스는 EddyPro 5.2.1 프로그램 (LI-COR Biosciences Inc., USA)을 이용하여 계산하였다.
본 연구는 IPCC (2006)의 농업분야 온실가스 배출권 측정의 새로운 지침에 의거하여 과수와 토양, 대기 간의 탄소수지 산정 방법론을 제시하고자 전남 나주시의 배 재배농가를 대상으로 토양 호흡량과 초본류, 그리고 과수의 생태계 순생 산량을 측정하였다. 토양 호흡량 및 초본류 생태계 순생산량은 Closed Dynamic Chamber (CDC) 방법으로 측정하였고, 배 과수의 생태계 순생산량은 EddyPro 5.2.1 프로그램을 이용하여 공분산법으로 측정하였다. 배 과수원의 토양 호흡량으로 연간 429.
이론/모형
CO2 배출량 계산에는 밀폐법 (CDC)을 이용하여 단위면적에서 단위시간당 배출되는 CO2의 양을 계산하였다 (Bekku etal. 1995).
성능/효과
임상 하부에 자생하는 초본류로는 7과 9속 10종 1변종을 포함하는 11분류군의 식물종이 생육하고 있다. 11종류의 식물 중 45.5%가 동계 일년초이었고, 상대기여도 (r-NCD) 분석 결과 별꽃 (Stellaria media (L.) Vill.)과 큰개불알풀 (Veronica persica Poir.
6과 같다. 2015년 6월 20일부터 24까지의 CO2흡수와 배출 양상을 분석해 보면 우선 광합성에 의한 CO2의 흡수가 우세한 것으로 나타났다. 이는 8월경 가장 높은 엽면적지수를 갖기 위해 이 시기에 생장을 활발하다는 것을 의미한다.
2015년 6월 20일부터 24일까지 초본류의 광합성 또는 호흡량을 통해 흡수 및 배출된 CO2의 총합은 156.1 mg CO2 m-2h-1으로 상대적으로 광합성보다는 호흡이 더 많은 것으로 나타났다.
개방형 CO2/H2O 적외선가스분석기와 3차원 초음파풍속계는 2015년 6월 이후 데이터부터 저장되기 시작하였다. 6월 20일부터 24일까지의 데이터를 분석해 보면, 맑은 날은 배 과수 및 초본류의 광합성에 의한 대기 중으로부터의 CO2가 흡수되고, 흐린 날 및 밤 시간대에 호흡과 토양호흡에 의한 토양으로부터 대기로 CO2가 배출되는 경향을 확인할 수 있었다. 본 연구에서 측정기간 동안 406.
결론적으로 본 연구는 기술개발의 초기 단계로 충분한 데이터가 누적되지 않아 현 시점에서 다양한 분석은 미흡한 부분이 있다. 그러나 초본류 및 과수의 바이오매스 측정과 같은 생태학적인 접근방법, 체임버법을 이용한 CO2의 직접측정방법, 그리고 개방형 적외선 CO2 분석기와 3차원 초음파풍속계 등을 이용한 미기상학적인 방법을 활용한 지속적인 연구는 배 과원 단위의 생태계 구성요소들 간의 CO2 흐름을 파악할 수 있을 것으로 생각된다.
월별 기온에 따른 토양 호흡량의 변화 추이는 전형적인 연간 토양호흡 배출특성을 잘 보여주고 있다. 본 연구결과에서는 평균 429.1 mgCO2 m-2h-1의 CO2가 토양권으로부터 대기로 배출되고 있으며, 이는 태화산 잣나무림에서 토양호흡 형태로 배출되는 424.4 mg CO2 m-2h-1의 CO2(Suh et al. 2014)와 유사한 수준이었다.
본 연구에서 측정기간 동안 406.3 mg CO2 m-2h-1의 CO2가 대기 중으로부터 흡수됨을 확인할 수 있었다.
그리고 9월 이후 접어들며 지온이 저하함에 따라 토양호흡량도 감소하기 시작하는 경향을 보였다. 이러한 기온 및 지온과 토양 호흡량과의 상관관계는 높은 양의 상관관계를 보였다 (Fig. 2). 전남 나주시 배 과원에서 토양 호흡량과 온도에 대한 민감성을 나타내는 토양온도민감도 (Q10)는 2.
0% 증가하지만 10 mm 이상의 강우에서도 토양 호흡량이 감소하는 현상을 보고한 바 있다. 이를 고려할 때 2014년 7월 강수량이 2015년에 비하여 3배 이상 증가하였기에 토양 호흡량이 감소하여야 하지만 오히려 10% 증가한 것을 확인할 수 있었다. 이러한 경향치는 강우 패턴을 고려해볼 때 2014년 7월의 경우 2일에 걸쳐 300 mm에 가까운 강우가 내렸던 시기를 제외하고, 10 mm 안팎의 강우가 15일간에 걸쳐 골고루 분포하였기 때문에 오히려 토양 호흡량이 증가한 것으로 생각된다.
2002). 전체 측정기간 동안 기온 및 지온 (Ts)의 증가와 함께 토양 호흡량도 증가하는 경향을 보였으며, 개략적으로 5월부터 8월까지 지온이 급격히 상승하는 것과 함께 토양 호흡량도 급격히 증가하여 8월에 최고 높은 값을 나타냈다. 그리고 9월 이후 접어들며 지온이 저하함에 따라 토양호흡량도 감소하기 시작하는 경향을 보였다.
2 mg CO2m-2h-1임을 유추할 수 있다. 해가 뜨는 7시경 이후부터는 초본류의 광합성작용이 활발해지면서 대기 중으로 배출되는 CO2의 양이 급격히 감소하는 것을 확인할 수 있었다. 6월 12일 13시의 경우 토양 호흡량은 653.
후속연구
04 ton CO2ha-1 로 CO2의 흡수원이었다. 결론적으로 배 과원에서의 다양한 접근방법을 통한 향후 다년생 목본 작물 재배지에서의 탄소수지 산정 방법론 제시에 꼭 필요하다고 판단된다.
질의응답
핵심어
질문
논문에서 추출한 답변
토양권의 특징은 무엇인가?
육상생태계는 크게 토양권과 식생권으로 구분할 수 있으며(Kim and Kim 1998; Lee 2012), 연간 육상생태계로 유입되는 탄소의 양은 약 2±1 Pg Cy r-1으로 추정되고 있다 (IGBP1998). 이 중 토양권은 식생의 약 3배, 대기의 약 2배에 달하는 막대한 양의 탄소를 축적하고 있으며 (Waring and Running 1995), 토양권으로부터 연간 75 Pg의 탄소가 토양호흡의 형태로 대기 중으로 배출되기 때문에 전 지구적 탄소순환에서 매우 중요한 역할을 하고 있다 (Bond-lamberty et al. 2004).
대기 중의 CO2 농도 증가의 문제점 중 하나는?
9 ppm으로 가장 높은 수준을 보이고 있으며, 전 지구적 온실가스 농도는 약 35% 증가하였다 (IPCC 2007).대기 중의 CO2 농도 증가는 지구표면에서 반사되는 지구복사를 지구표면으로 재반사하여 지표면과 대기를 가온시킬 뿐만 아니라 물 순환에도 영향을 준다. 따라서, 전 지구적 탄소순환의 비가역적인 변화와 더불어 전 지구적 기후변화를 초래하여 이상기후 현상이 빈번하게 나타나고 있다 (Rosenzweig and Hillel 1998).
약 3.4 Pg의 탄소가 매년 대기 중에 축적되는 원인은 무엇인가?
산업혁명 이후 화석연료 사용 증가와 더불어 삼림벌채, 농경지 변환 등의 인간 활동에 의한 토지이용 변화는 안정적이던 대기 중 CO2 농도를 280 ppm에서 매년 약 1.5 ppm씩 증가시키고 있다. 이러한 원인으로 인하여 매년 약 3.
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