본 연구는 영년생 작물 중 배 재배지의 탄소수지 평가를 위하여 전남 나주 욱곡리 배 재배지에서 토양호흡, 초본류의 생태계순생산량 그리고 배 과수의 바이오매스와 배 재배지에서의 생태계순교환량을 측정하였다. 2015년 배 재배지의 연간 토양호흡량은 약 $25.6ton\;CO_2\;ha^{-1}$이었다. 바이오매스 측정을 통해 측정된 배나무 수체에 저장된 $CO_2$ 양은 $(-)27.9ton\;CO_2\;ha^{-1}$이었으며, 전정된 가지에 저장된 $CO_2$ 양은 약 $(-)12.6ton\;CO_2\;ha^{-1}\;yr^{-1}$이었다. 배 재배지 임상 하부에 자생하는 초본류 광합성에 의해 흡수된 $CO_2$ 양은 $(-)5.2ton\;CO_2\;ha^{-1}\;yr^{-1}$이었다. 이를 배 재배지 단위에서의 $CO_2$ 배출량과 흡수량으로 구분하여 보면, 연간 1 ha당 약 25.6 ton이 대기 중으로 배출되었으며 대기로부터 흡수된 $CO_2$는 약 (-)45.7 ton이었다. 이를 합산하면 연간 약 (-)20.1 ton의 $CO_2$가 대기 중으로부터 배 재배지로 흡수되는 것을 확인할 수 있었다. 이는 미기상학적인 방법을 이용하여 측정한 배 재배지 대기와 작물 및 토양권 간의 연간 $CO_2$ 교환량 $(-)17.8ton\;ha^{-1}$와 큰 차이를 보이지 않았다. 이러한 다양한 접근 방법을 이용한 연구는 배 재배지뿐만 아니라 영년생 작물 재배지 단위에서 농업생태계 구성요소들 간의 $CO_2$ 흐름을 파악하여 보다 효율적인 탄소수지 평가 연구를 위한 방법론을 제시하고 향후 농업생태계가 탄소 흡수원으로서 인정받기 위한 후속 연구의 기초 데이터로 사용될 수 있을 것으로 예상된다.
본 연구는 영년생 작물 중 배 재배지의 탄소수지 평가를 위하여 전남 나주 욱곡리 배 재배지에서 토양호흡, 초본류의 생태계순생산량 그리고 배 과수의 바이오매스와 배 재배지에서의 생태계순교환량을 측정하였다. 2015년 배 재배지의 연간 토양호흡량은 약 $25.6ton\;CO_2\;ha^{-1}$이었다. 바이오매스 측정을 통해 측정된 배나무 수체에 저장된 $CO_2$ 양은 $(-)27.9ton\;CO_2\;ha^{-1}$이었으며, 전정된 가지에 저장된 $CO_2$ 양은 약 $(-)12.6ton\;CO_2\;ha^{-1}\;yr^{-1}$이었다. 배 재배지 임상 하부에 자생하는 초본류 광합성에 의해 흡수된 $CO_2$ 양은 $(-)5.2ton\;CO_2\;ha^{-1}\;yr^{-1}$이었다. 이를 배 재배지 단위에서의 $CO_2$ 배출량과 흡수량으로 구분하여 보면, 연간 1 ha당 약 25.6 ton이 대기 중으로 배출되었으며 대기로부터 흡수된 $CO_2$는 약 (-)45.7 ton이었다. 이를 합산하면 연간 약 (-)20.1 ton의 $CO_2$가 대기 중으로부터 배 재배지로 흡수되는 것을 확인할 수 있었다. 이는 미기상학적인 방법을 이용하여 측정한 배 재배지 대기와 작물 및 토양권 간의 연간 $CO_2$ 교환량 $(-)17.8ton\;ha^{-1}$와 큰 차이를 보이지 않았다. 이러한 다양한 접근 방법을 이용한 연구는 배 재배지뿐만 아니라 영년생 작물 재배지 단위에서 농업생태계 구성요소들 간의 $CO_2$ 흐름을 파악하여 보다 효율적인 탄소수지 평가 연구를 위한 방법론을 제시하고 향후 농업생태계가 탄소 흡수원으로서 인정받기 위한 후속 연구의 기초 데이터로 사용될 수 있을 것으로 예상된다.
Objective of this study was to evaluate the carbon budget on 40 years old pear orchard at Naju. For carbon budget assessment, we measured the soil respiration, net ecosystem productivity of herbs, pear biomass and net ecosystem exchange. In 2015, pear orchard released about $25.6ton\;CO_2\;ha^{...
Objective of this study was to evaluate the carbon budget on 40 years old pear orchard at Naju. For carbon budget assessment, we measured the soil respiration, net ecosystem productivity of herbs, pear biomass and net ecosystem exchange. In 2015, pear orchard released about $25.6ton\;CO_2\;ha^{-1}$ by soil respiration. And $27.9ton\;CO_2\;ha^{-1}$ was sequestrated by biomass growth. Also about $12.6ton\;CO_2\;ha^{-1}$ was stored at pruning branches and about $5.2ton\;CO_2\;ha^{-1}$ for photosynthesis of herbs. As a result, 25.6 ton of $CO_2$ per ha is annually released to atmosphere. At the same time about 45.7 ton of $CO_2$ was sequestrated from atmosphere. When it sum up the amount of $CO_2$ release and sequestration, approximately $20.1ton\;CO_2\;ha^{-1}$ was sequestrated by pear orchard in 2015, and it showed no significant differences with net ecosystem exchanges ($17.8ton\;CO_2\;ha^{-1}\;yr^{-1}$) by eddy covariance method with the same period. Continuous research using various techniques will help the understanding of $CO_2$ dynamics in agroecosystem and it can be able to present a new methodology for assessment of carbon budget in woody crop field. Futhermore, it is expected that the this study can be used as the basic data to be recognized as a carbon sink.
Objective of this study was to evaluate the carbon budget on 40 years old pear orchard at Naju. For carbon budget assessment, we measured the soil respiration, net ecosystem productivity of herbs, pear biomass and net ecosystem exchange. In 2015, pear orchard released about $25.6ton\;CO_2\;ha^{-1}$ by soil respiration. And $27.9ton\;CO_2\;ha^{-1}$ was sequestrated by biomass growth. Also about $12.6ton\;CO_2\;ha^{-1}$ was stored at pruning branches and about $5.2ton\;CO_2\;ha^{-1}$ for photosynthesis of herbs. As a result, 25.6 ton of $CO_2$ per ha is annually released to atmosphere. At the same time about 45.7 ton of $CO_2$ was sequestrated from atmosphere. When it sum up the amount of $CO_2$ release and sequestration, approximately $20.1ton\;CO_2\;ha^{-1}$ was sequestrated by pear orchard in 2015, and it showed no significant differences with net ecosystem exchanges ($17.8ton\;CO_2\;ha^{-1}\;yr^{-1}$) by eddy covariance method with the same period. Continuous research using various techniques will help the understanding of $CO_2$ dynamics in agroecosystem and it can be able to present a new methodology for assessment of carbon budget in woody crop field. Futhermore, it is expected that the this study can be used as the basic data to be recognized as a carbon sink.
이에 본 연구에서는 전남 나주 배 재배지를 대상으로 토양과 대기와의 탄소수지를 평가하고, IPCC 2006 가이드라인에 준하여 배나무 수체의 바이오매스를 측정하여 농업생태계의 탄소 흡수원으로서의 가능성을 평가하고자 하였다.
제안 방법
초본류 생태계순생산량(Net Ecosystem Productivity of Herb: Fh)은 토양호흡 측정용 collar 옆에 설치한 동일 규격의 collar를 이용하여 2015년 2월부터 12월까지 토양호흡 측정기간과 동일 기간 동안 동일한 방법으로 측정하였다. 2월부터 7월 데이터는 Suh et al.
(2015)의 데이터를 참고하였다. 측정 지점에는 직경 10 cm, 높이 20 cm의 아크릴 재질 collar를 매설하였고, 측정 시에는 collar를 덮어 GMP343을 고정시킬 수 있는 직경 10 cm, 높이 30 cm의 윗덮개를 제작하여 사용하였다. Collar 설치로 인한 토양 간섭이 안정화되는 시기를 고려하여 3주 후부터 토양호흡 측정을 실시하였으며, 측정은 일평균 기온을 대표할 수 있는 10시와 16시를 기준으로 하여 각각 전후 1시간씩 진행하였다.
대상 데이터
배나무 바이오매스 측정은 2015년 9월 전라남도 나주시 금천면 고동리에 위치한 농촌진흥청 국립원예특작과학원 배시험장 재배포장(위도 35°01′27.70″, 경도 126°44′53.50″, 고도 6 m)에서 평균 수고 3.5 m인 20년생 추황배(Pyrus pyrifolia Nakai cv. Chuwhangbae)와 감천배(Pyrus pyrifolia Nakai cv. Gamcheonbae) 각각 2그루와 2016년 4월 전라남도 나주시 봉황면 욱곡리(위도 34°57′11.59″, 경도 126°45′ 05.30″)에 위치한 배 농가에서 평균 수고 4 m인 30년생 황금배(Pyrus pyrifolia Nakai cv. Whangkeumbae) 4그루를 이용하여 실시하였다. 시비처리 및 관수관리 등의 일반적인 관리는 농촌진흥청 배나무 표준재배법에 준하였다(RDA 2000).
토양호흡 측정 및 생태계순교환량 측정을 위한 실험 대상 농가는 전라남도 나주시 봉황면 욱곡리(위도 34°57′11.59″, 경도 126°45′05.30″)에 위치하고 있으며 고도는 28 m이다. 면적은 약 1.
토양호흡은 휴대용 이산화탄소 측정기(GMP343; Vaisala, Helsinki, Finland)를 이용하여 총 18개 지점을 대상으로 2015년 2월부터 2주 간격으로 2015년 12월까지 측정하였다. 2월부터 7월 데이터는 Suh et al.
데이터처리
배 재배지 생태계순교환량(Net Ecosystem Exchange: FN)은 대기와 배 재배지 간의 CO2 교환량을 의미하여, 이는 측정 사이트 인근 풍향 및 풍속을 고려하여 설치된 10 m 타워의 6 m 높이에 개방형 CO2/H2O 적외선가스분석기(LI-7500, LI-COR Biosciences Inc., USA)와 3차원 초음파풍속계(CSAT3, Campbell Scientific Inc., USA)를 이용하여 2015 년 1월부터 초당 10회 측정된 풍속 데이터와 CO2 농도의 30분 평균에 대한 편차를 공분산하였고, EddyPro 6.1.0 프로그램(LI-COR Biosciences Inc., USA)을 이용하여 CO2 플럭스를 계산하였다. 2월부터 7월 데이터는 Suh et al.
이론/모형
Collar 설치로 인한 토양 간섭이 안정화되는 시기를 고려하여 3주 후부터 토양호흡 측정을 실시하였으며, 측정은 일평균 기온을 대표할 수 있는 10시와 16시를 기준으로 하여 각각 전후 1시간씩 진행하였다. 밀폐법(Closed Dynamic Chamber method)으로 토양호흡량을 측정한 후 단위시간당 단위면적에서 배출되는 CO2양으로 환산하였다(Bekku et al. 1995).
그러나 IPCC(2006)에서 영년생 목본류 작물의 탄소 흡수를 인정하면서 과수에 대한 바이오매스 측정의 필요성이 대두되고 있다. 이에 산림에 적용하는 바이오매스 조사 방법을 기본으로 하여 배나무의 바이오매스를 측정하였다. 잎은 엽병을 포함하여 채취한 후 생중량을 측정하였으며, 가지는 1년부터 7~8년지까지 구분하여 채취하고 각각 생중 량을 측정하였다.
성능/효과
2 ton CO2 ha-1 yr-1의 CO2를 흡수하였다. 2015년 배 재배지에서 배출과 흡수된 CO2 양을 합산하여 보면 1 ha당 약 (-)20.1 ton의 CO2가 흡수된 것으로 나타났다. 이는 미기상학적인 방법을 이용하여 측정한 생태계순교환량 (-)17.
2015년 배 재배지에서 토양호흡으로 배출된 CO2는 25.6ton CO2 ha-1yr-1이었으며, 배나무의 수령과 바이오매스와의 회귀분석으로 추정한 상대생장식을 이용하여 동일 기간 배나무 수체와 전정가지로부터 흡수된 CO2는 각각 (-)27.9 ton CO2 ha-1 yr-1와 (-)12.6 ton CO2 ha-1 yr-1이었다. 이와 더불어 임상 하부 초본류도 광합성을 통해 (-)5.
후속연구
영년생 작물 재배지를 대상으로 초본 및 과수의 바이오매스량 측정과 밀폐형 쳄버법을 이용하여 측정한 배 재배지 단위의 CO2 배출량, 그리고 미기상학적인 방법을 이용한 재배지 내 CO2 교환량 측정과 같은 다방면에서의 지속적인 연구는 영년생 작물 재배지 단위 생태계 구성요소들 간의 CO2 흐름을 파악하는 효과적인 방법이라 생각된다.
이는 야외 실험 결과에 따라 강우 강도의 범위를 인위적으로 구분하다 보니 보다 세밀한 강우 강도 범위를 나누지 못한 결과라 생각된다. 이는 추후 실내 실험을 통해 세분화된 강우 강도에 따른 토양호흡 배출 특성을 살펴보는 연구가 요구된다.
질의응답
핵심어
질문
논문에서 추출한 답변
농업생태계가 탄소 흡수원으로서 인정을 받지 못하는 이유는 무엇인가?
육상생태계 중 산림의 경우 한국 주요 수종별 탄소배출계수 및 바이오매스 상대생장식이 개발되어 사용되고 있는 반면, 농업생태계는 인위적인 간섭과 더불어 구성 요인들 간의 복잡한 상호관계때문에 탄소 흡수원으로서 인정을 받지 못하고 있는 실정이다. 그러나 농업생태계에 있어 토양과 작물은 토양호흡과 작물의 생장을 통해 상당량의 탄소를 저장 또는 배출하고 있다(Schlesinger 2000).
배 재배지에서 주요 탄소 배출원과 탄소 흡수원은 무엇인가?
탄소수지 평가를 위해서는 우선 탄소의 흡수원과 배출원에 대한 구분이 선행되어야 한다. 배 재배지의 경우 일반적으로 알려진 주요 탄소 배출원은 토양호흡이며 탄소 흡수원은 배나무와 초본류 광합성에 의한 바이오매스 증가분으로 크게 구분할 수 있다.
토양호흡량을 측정할 때 맑은 날에 측정한 값만을 사용하면 생기는 문제점은 무엇인가?
이는 각 측정 월에 측정된 토양호흡값을 평균하여 측정 월을 대표하는 시간당 CO2 배출량을 산정한 값이다. 그러나 맑은 날에 측정한 값만으로 측정 월의 대푯값으로 사용 하는 경우 장마 등과 같은 강우 이벤트에 따른 토양호흡 배출 양상을 충분히 반영하지 못하며 과대평가되는 경향이 있다(Suh et al. 2014).
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