[논문]에디 공분산 기반의 플럭스 타워 관측자료를 이용한 국내외 산림과 농업 생태계 탄소 흡수량 분석

이보라; 강완모; 김충기; 김지은; 이창훈

doi:10.14249/eia.2017.26.2.127

에디 공분산 기반의 플럭스 타워 관측자료를 이용한 국내외 산림과 농업 생태계 탄소 흡수량 분석
Estimating carbon uptake in forest and agricultural ecosystems of Korea and other countries using eddy covariance flux data 원문보기

환경영향평가 = Journal of environmental impact assessment, v.26 no.2, 2017년, pp.127 - 139

이보라 (바이로이트대학교) , 강완모 (한국환경정책.평가연구원) , 김충기 (한국환경정책.평가연구원) , 김지은 (한국환경정책.평가연구원) , 이창훈 (한국환경정책.평가연구원)

초록
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탄소 흡수원 조성과 같은 토지이용과 관련한 온실가스 감축대안 수립을 위해 다양한 생태계 시스템에서의 온실가스 잠재 흡수량 평가가 요구된다. 이 연구에서는 에디 공분산 기반의 플럭스 타워 관측자료를 활용한 순생태계교환량(Net Ecosystem Exchange: NEE)으로 국내 산림 생태계와 농경지 생태계에서의 탄소 흡수 능력을 추정하였다. 또한 우리나라와 유사한 기후조건의 국외 플럭스 타워 자료를 활용하여 국내 생태계 유형별 탄소 수지 추정결과와 비교분석하였다. 에디 공분산 기법을 이용한 산림과 농경지의 NEE 분석 결과, 우리나라의 산림에서는 연간 $-31gC/m^2/yr$에서 $-362gC/m^2/yr$, 농경지 생태계에서는 작물 재배 기간 동안 $-210gC/m^2/growing$ season에서 $-248gC/m^2/growing$ season의 값을 나타내 산림뿐만 아니라 농경지 생태계도 탄소 흡수 기능이 있음을 확인할 수 있었다. 산림의 경우 임상에 따라 시기별로 서로 다른 탄소 흡수 양상을 보였는데, 활엽수림은 늦봄과 초여름, 초가을에, 침엽수림은 봄과 초여름, 가을중순에 탄소 흡수 능력이 컸다. 또한 숲의 나이가 어리고, 활엽수나 침엽수로만 구성된 단순림보다 혼효림이 더 높은 탄소 흡수 능력을 가지고 있었다. 농작물의 성장기간 동안의 탄소 흡수량은 비트가 가장 컸고, 그 다음은 겨울밀, 옥수수, 벼, 감자, 콩 순으로 나타났다. 이러한 결과들은 향후 산림 및 농경지에서의 탄소저감 정책수립과정에 있어 유용한 기초자료로 활용될 수 있을 것이다.

Abstract ▼ AI-Helper

Measurements of net ecosystem exchange (NEE) of $CO_2$ based on the eddy covariance technique provide reasonable carbon balance estimates in response to local environmental conditions. In South Korea, the forest ecosystems cover approximately 64% of the total area, thereby strongly affecting regional carbon balances. Cultivated croplands that cover about 17% of the total area should also be considered when calculating the carbon balance of the country. In this study, our objectives were (a) to quantify the range and seasonal variation of NEE at forest ecosystems, including deciduous, coniferous, and mixed forests, and agricultural ecosystems, including rice paddies and a potato field, in South Korea and (b) to compare NEE at ten Fluxnet sites that have the same or similar ecosystems as found in South Korea. The results showed that the forest and agricultural ecosystems were carbon sinks. In Korea, NEE at the forest ecosystems varied between -31 and $-362gC/m^2/yr$, and NEE at the croplands ranged from -210 to $-248gC/m^2/growing$ season. At the deciduous forest, NEE reached low values in late spring, early summer, and early autumn, while at the coniferous forest, it reached low values in spring, early summer, and mid autumn. The young mixed forest was a much stronger carbon sink than the old-growth deciduous and coniferous forests. During each crop growing season, beet had the lowest NEE value within six crops, followed by wither wheat, maize, rice, potato, and soybean. These results will be useful for designing and applying management strategies for the reduction of $CO_2$ emissions.

주제어

AI 본문요약
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문제 정의

본 연구에서는 에디 공분산 기반의 플럭스 타워 관측자료를 활용하여 국내 산림 생태계(활엽수, 침엽수 및 혼효림)와 농경지 생태계(논, 감자 등)에서의 탄소흡수 능력을 추정하였다. 또한 우리나라와 유사한 기후조건의 국외 플럭스 타워 자료를 활용하여 국외의 산림 및 농경지 생태계에서는 어느 정도의 순생태계 교환량이 관측되는지 알아보고, 이를 국내 생태계 유형별 탄소 수지 추정결과와 비교분석하였다.

제안 방법

본 연구에서는 에디 공분산 기반의 플럭스 타워 관측자료를 활용하여 국내 산림 생태계(활엽수, 침엽수 및 혼효림)와 농경지 생태계(논, 감자 등)에서의 탄소흡수 능력을 추정하였다. 또한 우리나라와 유사한 기후조건의 국외 플럭스 타워 자료를 활용하여 국외의 산림 및 농경지 생태계에서는 어느 정도의 순생태계 교환량이 관측되는지 알아보고, 이를 국내 생태계 유형별 탄소 수지 추정결과와 비교분석하였다.

대상 데이터

우리나라의 산림 생태계로 광릉 활엽수림과 침엽수림(경기도 포천시 소흘읍의 광릉 국립수목원에 위치), 설마천 혼효림(경기도 파주시 적성면 마지리와 설마리에 위치)에 설치된 플럭스 타워의 관측자료를 AsiaFlux에서 제공 받았다.

데이터처리

에디 공분산 자료의 특성상 활성화된 난류를 측정한다는 전제가 있으나 난류가 약하거나 발생하지 않는 경우, 예를 들면 밤 시간 동안에 측정된 난류에 기반 한 생태 호흡량 자료는 그 불확실성이 높아진다. 이러한 난류의 불확실성정도를 평가하기위해 마찰속도 임계점 (u*threshold)을 추정한 후, 활용하기에 부적합한 데이터를 결정하였다. 이 보정은 온도 함수에 대해 관측된 밤 시간 동안의 생태 호흡량의 과소평가를 정량화하여 과소평가되는 난류의 기준이 되는 마찰 속도 임계점을 찾아내서 이 임계점보다 낮은 측정값은 함수값으로 대신하는 방식이다(Papale et al.

성능/효과

또한 임령이 높은 활엽수림이나 침엽수림 같은 단순림보다 임령이 어린 혼효림의 탄소 흡수 능력이 더 컸다. 농민과 농작물에 따라 경작 시기, 제초, 살충등의 관리 방법, 수확 시기 등이 달라 농경지에서의 탄소 수지 측정이 복잡하고 해석이 어렵지만(Wattenbach et al. 2010), 에디 공분산 방법으로 측정된 NEE를 통해 농경지 생태계도 농작물의 성장기간에는 탄소 흡수원으로 작용함을 알 수 있었다. 이러한 결과는 탄소 흡수원 조성 시 수종 다양성을 높인다거나, 겨울밀의 높은 탄소 흡수량에서 알 수 있듯이 겨울철에도 경작지를 활용하는 방안을 모색하는 등의 향후 산림 및 농경지에서의 탄소저감 정책에 활용될 수 있다.
활엽수림은 늦봄과 초여름, 초가을에, 침엽수림은 봄과 초여름, 가을중순에 높은 탄소 흡수 수준을 보여 탄소 흡수 능력이 임상과 특정 시기에 따라 서로 다름을 확인할 수 있었다. 또한 임령이 높은 활엽수림이나 침엽수림 같은 단순림보다 임령이 어린 혼효림의 탄소 흡수 능력이 더 컸다. 농민과 농작물에 따라 경작 시기, 제초, 살충등의 관리 방법, 수확 시기 등이 달라 농경지에서의 탄소 수지 측정이 복잡하고 해석이 어렵지만(Wattenbach et al.
본 연구에서는 에디 공분산 관측 기반의 NEE 분석을 통해 산림과 농경지 생태계의 탄소 흡수량을 정량적으로 추정할 수 있었다. 활엽수림은 늦봄과 초여름, 초가을에, 침엽수림은 봄과 초여름, 가을중순에 높은 탄소 흡수 수준을 보여 탄소 흡수 능력이 임상과 특정 시기에 따라 서로 다름을 확인할 수 있었다. 또한 임령이 높은 활엽수림이나 침엽수림 같은 단순림보다 임령이 어린 혼효림의 탄소 흡수 능력이 더 컸다.

후속연구

2010), 에디 공분산 방법으로 측정된 NEE를 통해 농경지 생태계도 농작물의 성장기간에는 탄소 흡수원으로 작용함을 알 수 있었다. 이러한 결과는 탄소 흡수원 조성 시 수종 다양성을 높인다거나, 겨울밀의 높은 탄소 흡수량에서 알 수 있듯이 겨울철에도 경작지를 활용하는 방안을 모색하는 등의 향후 산림 및 농경지에서의 탄소저감 정책에 활용될 수 있다.
에디 공분산 관측자료를 통한 생태계 탄소 흐름 측정 및 분석, 정확도 향상, 활용 고도화를 위한 사업이 활발히 진행되어 온실가스 감축 관련 연구자 및 정책 결정자들에게 탄소 수지에 대한 신뢰도 높은 정보제공이 필요하다. 향후 플럭스 타워와 연계된 장기 모니터링 체계 구축과 인공위성영상이나 탄소 수지 예측 모형과의 결합 및 발전은 지역적, 국가적, 나아가 전 지구적 기후 변화 대응에 있어 중요한 기반이 될 것이다.

질의응답

핵심어	질문	논문에서 추출한 답변
	생태계 탄소 수지(Carbon Balance) 분석 방법론의 종류에는 무엇이 있는가?	생태계 탄소 수지(Carbon Balance) 분석 방법론은 생물학적 측정법(Son et al. 2004)과 에디 공분산 기법을 이용한 탄소 플럭스 측정법(Saigusa et al. 2005), MODIS(Moderate Resolution Imaging Spectroradiometer) 위성영상 등을 활용한 원격탐사기법(Running et al. 2004), 생·물리학적 모델링 기법(Ito & Oikawa 2002; Yoo et al. 2012) 등이 있다. 이런 방법 중 산림과 농경지, 초지, 습지 등 다양한 육상 생태계를 대상으로 한 신뢰도 높은 탄소 수지 측정법으로 생태계와 대기 간 탄소 순환을 측정하는 첨단의 미기상학적 에디 공분산법이 널리 활용되고 있다(Wang & Polglase 1995; Baldocchi et al.
	에디 공분산 방법이 추정할 수 있는 내용은 무엇인가?	1996). 에디 공분산 방법은 지표에서의 에너지와 물질의 순환을 정량화하는 미기상학적 방법으로 지표-대기 간의 물질 및 연직 에너지 플럭스와 그 교환 과정에서 중요한 역할을 하는 난류의 구조를 밝힘으로써 순생태계 교환량, 총일차생산량, 증발산량 등을 추정 할 수 있다. 현재 650개가 넘는 에디 공분산 기반의 플럭스 타워가 아시아 및 전 지구 플럭스 관측망인 AsiaFlux(http://www.
	순일차생산량(Net Primary Production: NPP)는 무엇인가?	대기-생태계 간 탄소순환에 있어 순일차생산량(Net Primary Production: NPP)과 순생태계생산량(Net Ecosystem Production: NEP)이 생태계 기후조절 기능의 주요 평가지표로 활용되고 있다. NPP는 식물이 광합성을 통해 생산한 총 유기물의 양인 총일차생산량(Gross Primary Production: GPP)에서 식물의 성장과 유지에 사용된 호흡량(Autotrophic Respiration: Ra)을 뺀 값이다. NEP는 NPP에서 유기물을 분해하는 종속영양생물의 호흡(Heterotrophic Respiration: Rh)을 제한 값이다.

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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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