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문제 정의
- , 2011). 본 연구는 잔디밭 접지기층에서 여름철과 가을철 수 일 동안의 이산화탄소 농도와 기온에 대한 변동과 두 성분 간의 상관성을 구명하고 다양한 생태계에서 미기상학적 조건에 따른 이산화탄소의 변동을 연구하기 위한 자료를 제시함에 그 의미가 있다.
- 본 연구에서는 초지생태계의 주요한 환경 중 하나인 잔디밭에서 지표면의 높이(0.1 m, 1.1 m)와 관측시간(밤/낮, 8월/11월)에 따라 기온과 이산화탄소 농도가 변동하는 특성을 관측하고 분석하였다.
제안 방법
- 관측 지점별 기온의 함수를 산출하여, 높이에 따른 기온 변화를 정량적으로 추정하였다(Fig. 6). 선형회귀분석의 결과에 의하면, 높이별 기온 함수 그래프는 8월과 11월 모두 양의 기울기를 가지는 2차 선형함수로 추정되었으며 결정계수가 0.
- 관측 지점별 이산화탄소 농도의 함수를 산출하여, 높이에 따른 이산화탄소의 농도 변화를 정량적으로 추정하였다(Fig. 7). 선형회귀분석결과 높이에 따른 이산화탄소 농도 함수 그래프는 모두 양의 기울기를 가지는 2차 선형함수로 추정되었다.
- (2014)의 연구가 있다. 이 연구에서는 일몰 전후 갯벌에서 시간 규모 단위(3시간)의 기온과 이산화탄소 농도의 상관성을 분석하고, 기온에 따른 이산화탄소 농도의 회귀함수를 추정하여 일몰 전후 광합성 활동과 중단에 의한 갯벌 대기의 이산화탄소 농도 변동을 분석하였다. 지표면에 비해 상대적으로 높은 고도에 위치한 타워에서 측정하는 에디 공분산 기술과는 달리 Kang et al.
- 이산화탄소 농도와 기온의 여름철(8월)과 가을철 (11월) 변동양상을 비교분석하기 위해 동일한 시간대 (0~24시)에 1분 단위로 4일 동안 관측된 자료의 평균 값을 산정하여 Fig. 3에 도시하였다. 여름철 이산화탄소 농도는 두 지점 주간(일출 후~일몰 전)에 낮고, 야간(일몰 후~일출 전)에 높게 나타났으며, 가을철도 유사한 변화양상을 보였다.
- 잔디밭에서 UP와 LP 지점의 이산화탄소 농도와 기온의 분포 범위 및 양상을 파악하기 위해 여름철과 가을철 각각 4일간 관측된 자료의 평균을 이용하여 box-whisker 그래프를 작성하였다(Fig. 5). 이산화탄소의 농도는 전체적으로 여름철이 가을철에 비해 분포범위가 넓게 나타났으며, 지점별로는 UP에 비해 LP 에서 분포범위가 넓게 나타났다.
대상 데이터
- 두 지점의 이산화탄소 농도 관측은 잔디밭에서 식물의 호흡과 뿌리호흡 및 토양 미생물의 호흡에 의한 이산화탄소의 방출과 잔디의 광합성에 의한 이산화탄소의 흡수로 이산화탄소 농도의 수직적인 분포와 그 변동을 구명하기 위한 것이다. 본 연구에서 사용된 잔디밭 상부 두 지점의 대기 이산화탄소 농도와 기온 관측기기는 GMP343 (VAISALA)이다. GMP343은 이산화탄소 농도 측정기로써, 기체 포집을 하지 않고 이산화탄소를 흡입하여 비분산형 적외선 분석(non-dispersive infrared, NDIR) 방법으로 현장에서 직접 이산화탄소 농도를 측정하여 정확하고 신뢰도가 높은 안정된 결과를 얻을 수 있다(Kang et al.
- 현장관측은 경상남도 진주시 진성면에 위치한 경남과학고등학교(35°12'04.7"N, 128°13'28.9"E)의 잔디운동장에서 2015년 8월(7일, 8일, 9일, 10일)과 11월 (5일, 12일, 28일, 29일)에 각각 4일 동안 24시간 연속으로 이산화탄소 농도와 기온을 관측하였으며, 관측 지점은 지표면 상부 0.1 m (이하 LP)와 1.1 m (이하 UP) 지점으로 각각 1분 간격으로 동시에 연속 관측하였다(Fig. 1).
성능/효과
- 1. 여름철 이산화탄소 농도는 UP에서 높았으나 변동 폭은 LP에서 크게 나타났으며, 가을철은 이산화탄소 농도와 그 변동 폭 모두 UP에서 높았다.
- 2. 이산화탄소 농도의 일 변동은 여름철과 가을철 모두 일몰 이후 증가하여 일출 전 새벽에 가장 높았으며, 일출 후 점차 감소하여 일몰 전에 가장 낮게 나타났다.
- 3. 이산화탄소 농도와 기온의 상관계수는 여름철과 가을철 모두 역의 상관성을 가지는 것으로 나타났다. 이산화탄소 농도에 대한 두 지점 간의 상관계수는 여름철의 경우 4일 모두 0.
- 4. 관측지점 별 이산화탄소 농도 함수 그래프는 모두 양의 기울기를 가지는 2차 선형함수로 추정되었다. 이러한 결과는 전체적으로 UP와 LP의 지점 간 이산화탄소 농도 변화가 유사함을 의미하며, 두 지점에서의 이산화탄소 교환이 활발하게 발생하고 있음을 나타낸다.
- 5. 잔디밭 접지기층에서 잔디의 광합성과 토양 미생물 및 식물의 호흡활동에 의한 이산화탄소 농도의 변화양상은 일출 이후 잔디의 광합성활동이 시작되면서 대기 중 이산화탄소 농도가 점차 낮아지며, 일몰 이후 광합성활동의 중단과 호흡활동에 의해 이산화탄소의 농도는 비교적 급격하게 증가하며, 이러한 변화양상은 여름철이 가을철에 비해 뚜렷하다.
- 가을철 이산화탄소 농도의 전체적인 일변화 양상은 여름철과 유사하였으나, 변화의 폭은 여름철에 비해 상대적으로 매우 좁게 나타났다. 또한 일몰 이후 증가하거나 일출 이후 감소하는 양상도 여름철에 비해 상대적으로 완만하게 나타났다.
- 두 지점 간 주·야간 이산화탄소 평균 농도의 차는 여름철에 비해 가을철에 크게 나타났으며, 8월과 같이 LP에 비해 UP에서 높은 농도를 보였다.
- 이는 주간에는 잔디의 광합성활동에 의한 대기 중 이산화탄소의 흡수가 토양 미생물과 식물의 호흡활동에 의한 이산화탄소의 방출에 비해 더 활발히 일어났음을 지시하며 상대적으로 지표에 가까운 LP가 UP에 비해 더 민감하게 반응하였음을 지시한다. 또한 일몰 이후 야간에 잔디의 광합성 중단과 토양 미생물 및 식물의 호흡활동에 의해 점차 증가하는 이산화탄소 농도는 두 지점 간의 농도 차를 감소시키며 일출 직전에 두 지점 모두 가장 높은 농도를 나타냈다.
- 가을철 이산화탄소 농도의 전체적인 일변화 양상은 여름철과 유사하였으나, 변화의 폭은 여름철에 비해 상대적으로 매우 좁게 나타났다. 또한 일몰 이후 증가하거나 일출 이후 감소하는 양상도 여름철에 비해 상대적으로 완만하게 나타났다. 가을철의 이러한 변화양상은 잔디와 토양 미생물의 생장활동의 습성으로 기인된 것이다.
- 전체적으로 기온과 이산화탄소 농도의 변동 폭은 모두 UP에 비해 LP에서 넓은 것으로 확인되었다. 변동계수는 UP에 비해 LP에서 더 크게 나타났으며, 두 지점 모두 이산화탄소 농도에 비해 기온의 변동계수가 더 큰 것으로 나타났다. 기온과 이산화탄소 농도의 11월 관측 자료는 8월과 유사하였으나, 최저기온과 평균기온이 지표와 가까운 LP에 비해 UP에서 더 높게 나타난 경우도 두 번(11월 5일, 11월 29일) 관찰되었다.
- 본 연구에서 여름철 이산화탄소 농도와 기온의 상관계수 분석 결과, UP에서 이산화탄소 농도와 기온의 상관계수는 -0.65~-0.75의 범위이며, LP에서는 -0.72~-0.83으로 나타났다(Table 3). 연구대상지역인 잔디밭 접지기층의 대기와 잔디밭 사이에서 발생하는 잔디의 광합성과 호흡에 따른 연구결과는 이산화탄소 농도와 기온이 역(negative)의 상관성을 보였으며, 이러한 결과는 Guo et al.
- 7). 선형회귀분석결과 높이에 따른 이산화탄소 농도 함수 그래프는 모두 양의 기울기를 가지는 2차 선형함수로 추정되었다. 잔디의 광합성활동과 생물의 호흡활동이 활발한 8월의 결정계수는 0.
- 6). 선형회귀분석의 결과에 의하면, 높이별 기온 함수 그래프는 8월과 11월 모두 양의 기울기를 가지는 2차 선형함수로 추정되었으며 결정계수가 0.99 정도로서 매우 높게 나타났다. 이는 LP의 기온에 따른 UP의 기온 변화가 매우 유사함을 의미하고, 두 지점에서의 열 교환이 활발하게 발생하고 있음을 나타내는 것이다.
- 기온과 이산화탄소 농도의 11월 관측 자료는 8월과 유사하였으나, 최저기온과 평균기온이 지표와 가까운 LP에 비해 UP에서 더 높게 나타난 경우도 두 번(11월 5일, 11월 29일) 관찰되었다. 이산화탄소 농도는 8월과 같이 4일 모두 LP에 비해 UP에서 높았으며, 두 지점의 농도 차는 43~58 ppm 정도로 8월에 비해 크게 나타났다. 이산화탄소 농도의 분포범위는 8월과 달리 LP에 비해 UP에서 더 넓게 나타났다.
- 이산화탄소 농도와 기온의 가을철 관측 자료에 대한 상관계수 분석 결과, UP에서 이산화탄소 농도와 기온의 상관계수는 -0.24~-0.57의 범위이며, LP에서는 -0.68~-0.73으로 나타났으며(Table 4), 여름철과 같이 이산화탄소 농도와 기온이 역의 상관성을 보였다. 이산화탄소 농도에 대한 상부와 하부 관측지점 사이의 상관계수는 0.
- 5). 이산화탄소의 농도는 전체적으로 여름철이 가을철에 비해 분포범위가 넓게 나타났으며, 지점별로는 UP에 비해 LP 에서 분포범위가 넓게 나타났다. 이는 여름철 활발한 잔디의 광합성과 토양 미생물 및 식물의 호흡활동으로 흡수/방출되는 이산화탄소의 농도 차가 여름철이 가을철에 비해 더 크고, 지표면과 가까운 LP가 UP에 비해 더 민감하게 반영되기 때문이다.
- 두 지점의 최소기온은 거의 유사하였으나, 최고기온은 모두 LP에서 높은 것으로 나타났다. 전체적으로 기온과 이산화탄소 농도의 변동 폭은 모두 UP에 비해 LP에서 넓은 것으로 확인되었다. 변동계수는 UP에 비해 LP에서 더 크게 나타났으며, 두 지점 모두 이산화탄소 농도에 비해 기온의 변동계수가 더 큰 것으로 나타났다.
- 여름철 이산화탄소 농도는 두 지점 주간(일출 후~일몰 전)에 낮고, 야간(일몰 후~일출 전)에 높게 나타났으며, 가을철도 유사한 변화양상을 보였다. 전체적으로 일출 시간을 기점으로 이산화탄소 농도가 감소하였으며, 일몰 시간을 기점으로 이산화탄소 농도가 증가하였다. 특히 여름철은 일출 시간 후 감소하는 이산화탄소 농도의 변화 정도가 가을철에 비해 두 지점 모두 크게 나타났으며, 일몰 시간 후 증가하는 농도의 변화 정도 역시 크게 나타났다.
- 주간에는 지점 간 이산화탄소의 농도 차가 뚜렷하였으나, 야간에는 지점 간 농도 차가 상대적으로 잘 나타나지 않았다. 주간에는 UP가 LP에 비해 높은 이산화탄소 농도를 보였으며, 두 지점 간의 농도 차도 약 40~50 ppm 으로 야간에 비해 매우 높게 나타났다. 이는 주간에는 잔디의 광합성활동에 의한 대기 중 이산화탄소의 흡수가 토양 미생물과 식물의 호흡활동에 의한 이산화탄소의 방출에 비해 더 활발히 일어났음을 지시하며 상대적으로 지표에 가까운 LP가 UP에 비해 더 민감하게 반응하였음을 지시한다.
- 전체적으로 일출 시간을 기점으로 이산화탄소 농도가 감소하였으며, 일몰 시간을 기점으로 이산화탄소 농도가 증가하였다. 특히 여름철은 일출 시간 후 감소하는 이산화탄소 농도의 변화 정도가 가을철에 비해 두 지점 모두 크게 나타났으며, 일몰 시간 후 증가하는 농도의 변화 정도 역시 크게 나타났다. 두 지점에서 유사한 변화양상을 보인다.
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