[논문]기후변화 시나리오에 근거한 과수 개화기 변화 및 개화 후 저온 발생 전망

김대준; 김진희

doi:10.5532/kjafm.2018.20.4.313

기후변화 시나리오에 근거한 과수 개화기 변화 및 개화 후 저온 발생 전망
An Outlook of Changes in the Flowering Dates and Low Temperature after Flowering under the RCP8.5 Projected Climate Condition 원문보기

한국농림기상학회지 = Korean Journal of Agricultural and Forest Meteorology, v.20 no.4, 2018년, pp.313 - 320

초록
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2018년 봄, 갑작스러운 이상저온으로 인해, 전북, 경기 남부지역 등을 중심으로 개화된 과수 작목의 꽃이 얼어 죽는 일이 발생하였다. 2000년대 들어서면서 전 세계적으로 빈번하게 발생하고 있는 이상기후 현상으로 인해, 사회 여러 분야에 경제적인 피해와 악영향이 증가 하고 있다. 최근의 기후변화는 지구온난화와 더불어, 지역 기후의 정상 범위로부터 벗어나는 기상이변의 발생빈도 또한 증가할 것으로 예상된다. 기후변화가 농작물 생산에 미치는 영향을 파악하기 위해서는 이러한 이상기상 현상을 정확하게 파악하고 이에 따른 농작물의 영향을 분석할 필요가 있다. 본 연구에서는 배, 복숭아, 사과 작물이 실제 재배되고 있는 국내 주산 지역에 대하여 기후변화 시나리오를 이용하여, 미래 개화일의 변화를 각각 예측하고, 개화 후 온도 분포를 정량화함으로써, 미래의 저온 발생 추세를 전망하였다. 그 결과 온난화로 인해 개화기는 현재 재배중인 지역을 대상으로 모든 과종에 대하여 현재 평년을 기준으로, 미래 평년(2071-2100)에는 약 20일 정도 앞당겨 질 것으로 예상되었으며, 개화 후 저온의 분포는 과종, 지역 별로 일정 부분 차이가 있음을 확인할 수 있었다. 본 연구는 일부 과수 작목 및 품종에 한해 진행된 연구결과를 제시한 것으로, 차후 다양한 품종 및 작목으로 연구를 확대한다면, 미래 농업부문 대책 마련에 기여할 수 있을 것으로 기대된다.

Abstract ▼ AI-Helper

In the spring of 2018, opened-flowers of fruit trees were frozen to death due to abnormal low temperature around Jeonbuk Province and southern Gyeonggi Province areas. In the 2000s, abnormal weather is observed all over the world very frequently. As a consequence, various sectors of the society suffer from economic damage and negative effects of the abnormal weather. Moreover, recent global climate change is believed to increase the incidence of extreme weathers, which are out of the normal range of the local climate. It is necessary to identify these abnormal weather phenomena accurately and analyze the effects of them on crops in order to understand the effects of them on crop yields. This study projected the trend of the low-temperature occurrence in the future by predicting the changes in future flowering dates and quantifying the temperature distribution after flowering using climate change scenarios. This study targeted areas actually producing a major portion of pear, peach, and apple in South Korea. The results of this study predicted that the flowering dates of these fruits will be approximately 20 days earlier than the current normal year in the future (2071-2100) for the study area. Moreover, it was found that the distribution of low temperature would vary by fruit type and region to some degree. The results of this study present only a portion of fruit trees cultivars grown in South Korea. It was expected that, when this approach is applied to various crops and fruit trees, it will be possible to contribute to preparing countermeasures for climate change in the agricultural sector.

주제어

표/그림 (6)

표 Table 1. Parameter values used in the growth stage prediction model for fruit trees (Adapted from Kim et al., 2009a; 2009b; Kim et al., 2016)
표 Table 2. Cultivation areas of main fruit trees in South Korea
그림 Fig. 1. Study areas (main production area for each fruit tree). Adjacent cities and municipals were merged into one region for the study.
그림 Fig. 2. Changes in the flowering date of pear (Niikata) and changes in the annual mean flowering date when a future climate change scenario was applied.
그림 Fig. 3. Distribution of the lowest temperature for 20 days after fruits flowering (unit:℃). (A: Anseong-Cheonan area B: Naju area, C: Cheongdo-Gyeongsan-Yeongcheon area D: Eumseong area, E: Andong- Cheongsong-Yeongju area and F: Jangsu area, respectively.)
표 Table 3. Average and standard deviation of the lowest temperature for 20 days after flowering

AI 본문요약
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문제 정의

본 연구에서는 주요 과수 작목에 대하여 발육 모델을 이용하여 현재 평년 및 미래의 개화기를 추정하고, 개화기 이후 발생할 수 있는 저온 피해를 예상하기 위해 개화기간 동안의 저온 분포를 분석하였다. 그 결과 온난화로 인해 개화기는 현재 재배 중인 지역을 대상으로 모든 과종에 대하여 현재 평년 기준과 비교하여, 2071-2100 평년에는 약 20일 정도 앞당겨 질 것으로 예상되었다.

제안 방법

또한 이를 지역 별로, 그리고 각각 30년간의 평년 별로 표준화하여 변화 추세를 조사하였다. 1981-2010 기간을 현재 평년으로 하며 2011-2040평년, 2041-2070평년, 2071-2100평년 등 3개의 미래 평년까지 총 4개 평년에 대하여, 개화일의 미래 변화, 지역 별 차이 경향을 조사하였다. 마지막으로 개화일로부터 낙화기까지 개화기간은 작물별로 차이가 있으나, 자료 정량화의 용이성을 고려하여 20일로 통일하였다.
마지막으로 개화일로부터 낙화기까지 개화기간은 작물별로 차이가 있으나, 자료 정량화의 용이성을 고려하여 20일로 통일하였다. 개화 시작 후 20일간의 최저기온을 수집, 온도 별로 분포 경향을 분석하여, 개화 후 저온 발생 추세를 분석하였다. 최저 기온 범위는 0℃ 이하부터 1℃ 단위로 통계하였다.
과종별로 1981-2100 기간에 대하여, 1년 단위로 해당 시군이 포함된 집수역 별로 Cessaraccio 휴면시계모형을 구동하여, 개화일에 대한 정보를 수집하였다. 또한 이를 지역 별로, 그리고 각각 30년간의 평년 별로 표준화하여 변화 추세를 조사하였다.
과종별로 1981-2100 기간에 대하여, 1년 단위로 해당 시군이 포함된 집수역 별로 Cessaraccio 휴면시계모형을 구동하여, 개화일에 대한 정보를 수집하였다. 또한 이를 지역 별로, 그리고 각각 30년간의 평년 별로 표준화하여 변화 추세를 조사하였다. 1981-2010 기간을 현재 평년으로 하며 2011-2040평년, 2041-2070평년, 2071-2100평년 등 3개의 미래 평년까지 총 4개 평년에 대하여, 개화일의 미래 변화, 지역 별 차이 경향을 조사하였다.
수집된 1km 해상도에 해당하는 격자의 값을 표준 유역지도의 집수역(watershed) 별로 평균 하였다. 마지막으로 각 작물별 주산지에 해당되는 격자의 값을 추출하였다(Fig. 1). 수집된 데이터는 총 850개 집수역 단위 값 × 120년 × 365일 × 최고, 최저기온 = 74,460,000 개의 값이다.
, 2012). 본 연구에서는 배, 복숭아, 사과 등 과수 작물이 실제 재배되고 있는 국내 주산 지역에 대하여 기후변화 시나리오를 이용하여, 미래 개화일의 변화를 각각 예측하고, 개화 후 온도 분포를 정량화 함으로써, 미래의 저온 발생 추세를 전망하였다.
기후변화가 농작물 생산에 미치는 영향을 파악하기 위해서는 이러한 이상기상 현상을 정확하게 파악하고 이에 따른 농작물의 영향을 분석할 필요가 있다. 본 연구에서는 배, 복숭아, 사과 작물이 실제 재배되고 있는 국내 주산 지역에 대하여 기후변화 시나리오를 이용하여, 미래 개화일의 변화를 각각 예측하고, 개화 후 온도 분포를 정량화함으로써, 미래의 저온 발생 추세를 전망하였다. 그 결과 온난화로 인해 개화기는 현재 재배중인 지역을 대상으로 모든 과종에 대하여 현재 평년을 기준으로, 미래 평년(2071-2100)에는 약 20일 정도 앞당겨 질 것으로 예상되었으며, 개화 후 저온의 분포는 과종, 지역 별로 일정 부분 차이가 있음을 확인할 수 있었다.
수집된 1km 해상도에 해당하는 격자의 값을 표준 유역지도의 집수역(watershed) 별로 평균 하였다. 마지막으로 각 작물별 주산지에 해당되는 격자의 값을 추출하였다(Fig.
한편 현재 기준으로 과종별로 가장 많이 재배되는 대표 주산지를 각 과종별로 선정하였는데, 통계청에서 제공하고 있는 국가통계포털(KOSIS) 농림어업총조사 (2015) 내 작물별 농가 및 면적 정보를 참고 하였다 (Table 2). 지리적으로 인접한 시군의 경우 하나의 지역군으로 묶어 연구를 진행하였으며, 각 과종별로 2개의 지역군 씩 선정하였다(Fig. 1). 시군의 경계 내에 포함되는 모든 집수역을 선정하였다.

대상 데이터

, 2012; 2013). 본 연구에서는 이 1km 격자 해상도의 남한 상세 RCP8.5 시나리오의 일별 Raster 자료 중 1981-2100년에 해당하는 일 최고 기온, 일 최저기온의 자료를 기상청으로부터 수집하였다.
본 연구의 대상작물로는 개화기에 저온피해에 취약한 과수 작물, 그 중에서 과수를 대표하고 비교적 생물 계절 모형 연구가 많이 진행된 배(신고), 사과(부사), 복숭아(장호원)를 선정하였다. 한편, 기후가 달라짐에 따라 발아, 개화 등의 생물계절 또한 변하기 때문에 과종별로 기후 시나리오 조건에 따른 변화를 최대한 정확하게 추정해야 할 필요가 있는데, 본 연구에서는 Cessaraccio et al.
수집된 데이터는 총 850개 집수역 단위 값 × 120년 × 365일 × 최고, 최저기온 = 74,460,000 개의 값이다.
1). 시군의 경계 내에 포함되는 모든 집수역을 선정하였다.
한편 현재 기준으로 과종별로 가장 많이 재배되는 대표 주산지를 각 과종별로 선정하였는데, 통계청에서 제공하고 있는 국가통계포털(KOSIS) 농림어업총조사 (2015) 내 작물별 농가 및 면적 정보를 참고 하였다 (Table 2). 지리적으로 인접한 시군의 경우 하나의 지역군으로 묶어 연구를 진행하였으며, 각 과종별로 2개의 지역군 씩 선정하였다(Fig.

이론/모형

한편, 기후가 달라짐에 따라 발아, 개화 등의 생물계절 또한 변하기 때문에 과종별로 기후 시나리오 조건에 따른 변화를 최대한 정확하게 추정해야 할 필요가 있는데, 본 연구에서는 Cessaraccio et al.(2004)이 제시한 휴면시계 모형을 이용하였으며, 배(신고), 복숭아(장호원), 사과(부사)에대해 기존에 각각 도출된 모수를 이용하였다. 해당 정보는 Table 1에 제시하였다.

성능/효과

3개의 과종, 그리고 각 지역 별로 개화 일의 미래 분포는 미래로 갈수록 공통적으로 앞당겨질 것으로 예상되었다(Fig. 2). Kim et al.
결론적으로 세 작물 모두 현재 평년에 비해 미래 평년(2071-2100)기간에는 22-25일 내외의 개화일 단축이 예상되었다.
본 연구에서는 주요 과수 작목에 대하여 발육 모델을 이용하여 현재 평년 및 미래의 개화기를 추정하고, 개화기 이후 발생할 수 있는 저온 피해를 예상하기 위해 개화기간 동안의 저온 분포를 분석하였다. 그 결과 온난화로 인해 개화기는 현재 재배 중인 지역을 대상으로 모든 과종에 대하여 현재 평년 기준과 비교하여, 2071-2100 평년에는 약 20일 정도 앞당겨 질 것으로 예상되었다. 그리고 개화 후 저온의 분포는 과종지역 별로 일정 부분 차이가 있음을 확인 할 수 있었다.
본 연구에서는 배, 복숭아, 사과 작물이 실제 재배되고 있는 국내 주산 지역에 대하여 기후변화 시나리오를 이용하여, 미래 개화일의 변화를 각각 예측하고, 개화 후 온도 분포를 정량화함으로써, 미래의 저온 발생 추세를 전망하였다. 그 결과 온난화로 인해 개화기는 현재 재배중인 지역을 대상으로 모든 과종에 대하여 현재 평년을 기준으로, 미래 평년(2071-2100)에는 약 20일 정도 앞당겨 질 것으로 예상되었으며, 개화 후 저온의 분포는 과종, 지역 별로 일정 부분 차이가 있음을 확인할 수 있었다. 본 연구는 일부 과수 작목 및 품종에 한해 진행된 연구결과를 제시한 것으로, 차후 다양한 품종 및 작목으로 연구를 확대한다면, 미래 농업부문대책 마련에 기여할 수 있을 것으로 기대된다.
그 결과 온난화로 인해 개화기는 현재 재배 중인 지역을 대상으로 모든 과종에 대하여 현재 평년 기준과 비교하여, 2071-2100 평년에는 약 20일 정도 앞당겨 질 것으로 예상되었다. 그리고 개화 후 저온의 분포는 과종지역 별로 일정 부분 차이가 있음을 확인 할 수 있었다.
또한, 개화기간 동안 평균 온도는 점차 상승함에 반해, 기온의 편차가 커지는, 즉, 이상저온 현상이 많이 발생할 수 있음을 예상할 수 있다. 2018년 봄의 과수 저온 피해 현상처럼 온난한 기온에 의해 개화일은 점점 빨라지는데 반해, 이상저온 현상이 증가하면서, 개화 후 내동성이 약해진 꽃들이 피해를 입을 위험이 커질 수도 있다는 것이다.
1981-2010 기간을 현재 평년으로 하며 2011-2040평년, 2041-2070평년, 2071-2100평년 등 3개의 미래 평년까지 총 4개 평년에 대하여, 개화일의 미래 변화, 지역 별 차이 경향을 조사하였다. 마지막으로 개화일로부터 낙화기까지 개화기간은 작물별로 차이가 있으나, 자료 정량화의 용이성을 고려하여 20일로 통일하였다. 개화 시작 후 20일간의 최저기온을 수집, 온도 별로 분포 경향을 분석하여, 개화 후 저온 발생 추세를 분석하였다.
사과(부사)가 많이 재배되고 있는 주산지의 경우 현재 평년 기준으로 안동-청송-영주 지역은 112-134일, 장수 지역은 111-134일의 분포를 보였다. 위의 두 과수작물 조사 지역과 마찬가지로 미래로 갈수록 개화일은 단축되는 추세가 예상되며, 2071-2100 년 평년 기준으로 안동-청송-영주 지역은 83-105일, 장수 지역은 84-107일의 분포를 보였으며, 지역 평균 값 기준으로 안동-청송-영주는 25.4일, 나주는 24.3일이 단축될 것으로 예상되었다.
주목할 점은 개화일의 경우 배, 복숭아, 사과 순으로 진행이 되는데, 상대적으로 개화가 빠른 배에 비해 사과나 복숭아에서 저온의 발생 빈도가 더 컸음을 확인할 수 있었는데, 이는 각 작목 별로 주로 재배되는 주산 단지의 미래 온도 변화 양상에서 오는 차이라 판단된다. 실제로 개화 후 20일 간의 온도 평균 값은 현재 평년 기준으로는 배, 복숭아, 사과 순으로 낮은 값을 나타내지만, 2071-2100 평년의 경우 복숭아 음성 지역의 경우 배 주산지 두 지역에 비해 낮은 평균 값을 나타내었다(Table 3).

후속연구

그 결과 온난화로 인해 개화기는 현재 재배중인 지역을 대상으로 모든 과종에 대하여 현재 평년을 기준으로, 미래 평년(2071-2100)에는 약 20일 정도 앞당겨 질 것으로 예상되었으며, 개화 후 저온의 분포는 과종, 지역 별로 일정 부분 차이가 있음을 확인할 수 있었다. 본 연구는 일부 과수 작목 및 품종에 한해 진행된 연구결과를 제시한 것으로, 차후 다양한 품종 및 작목으로 연구를 확대한다면, 미래 농업부문대책 마련에 기여할 수 있을 것으로 기대된다.
이를테면, 빨라지는 개화일에 발생할 수 있는 저온 피해 대책 수립이나, 재배적지 탐색을 통해 신규 주산단지 조성 등이 예가 될 수 있을 것이다. 본 연구는 일부 과수작물 및 품종에 대해 제한 적으로 진행된 연구결과를 보고한 것으로, 차후 다양한 품종 및 작물로 연구를 확대한다면, 미래 농업부문 대책 마련에 기여할 수 있을 것으로 기대된다.
이처럼 본 연구에서 분석한 미래의 개화일 변화 양상 및 저온 분포 예상은 앞으로 과수 재배 정책 수립 등에 반영될 수 있다. 이를테면, 빨라지는 개화일에 발생할 수 있는 저온 피해 대책 수립이나, 재배적지 탐색을 통해 신규 주산단지 조성 등이 예가 될 수 있을 것이다. 본 연구는 일부 과수작물 및 품종에 대해 제한 적으로 진행된 연구결과를 보고한 것으로, 차후 다양한 품종 및 작물로 연구를 확대한다면, 미래 농업부문 대책 마련에 기여할 수 있을 것으로 기대된다.
이처럼 본 연구에서 분석한 미래의 개화일 변화 양상 및 저온 분포 예상은 앞으로 과수 재배 정책 수립 등에 반영될 수 있다. 이를테면, 빨라지는 개화일에 발생할 수 있는 저온 피해 대책 수립이나, 재배적지 탐색을 통해 신규 주산단지 조성 등이 예가 될 수 있을 것이다.

질의응답

핵심어	질문	논문에서 추출한 답변
	온난화로 인하여 다년생 식물의 생장에 어떠한 문제가 발생하고 있는가?	추운 겨울을 나기 위하여, 월동기 휴면상태에는 내동성이 매우 강하지만, 발아, 개화를 지나며 내동성은 매우 약화된다. 최근 온난화로 인해 개화일이 과거에 비해 빨라지고 있는 추세인 반면, 이상저온 현상이 자주 발생하고 있는데, 개화된 꽃이 일정 온도 이하의 저온 상태에 놓이게 되면 수정 불량, 낙화 등의 피해가 발생할 수 있다.
	지구온난화란 어떠한 현상인가?	기상이변의 원인은 여러 가지가 있겠지만, 가장 큰 원인으로 지구온난화가 지목되고 있다. 온난화가 진행되면서 북극진동(Arctic Oscillation)의 편서풍이 약해지고, 이로 인해 북극의 찬 공기가 비정기적으로 하강하여, 이상한파 등이 발생한다는 것이다. 기후변화가 농작물 생산에 미치는 영향을 파악하기 위해서는 이상기상 현상을 정확하게 파악하고 이에 따른 농작물의 영향을 분석할 필요가 있으며, 국내에서도 다양한 작목에 대한 기후변화의 영향에 대하여 연구가 진행되고 있다(Park et al.
	다년생 식물의 계절에 따라 내동성이 어떻게 변화하는가?	국내에서 재배되고 있는 다년생 식물의 경우, 각 작물별로 고유의 내동성을 가진다. 추운 겨울을 나기 위하여, 월동기 휴면상태에는 내동성이 매우 강하지만, 발아, 개화를 지나며 내동성은 매우 약화된다. 최근 온난화로 인해 개화일이 과거에 비해 빨라지고 있는 추세인 반면, 이상저온 현상이 자주 발생하고 있는데, 개화된 꽃이 일정 온도 이하의 저온 상태에 놓이게 되면 수정 불량, 낙화 등의 피해가 발생할 수 있다.

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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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