보고서 정보
주관연구기관 |
국립농업과학원 National Institute of Agricultural Sciences |
보고서유형 | 최종보고서 |
발행국가 | 대한민국 |
언어 |
한국어
|
발행년월 | 2013-12 |
주관부처 |
농촌진흥청 Rural Development Administration(RDA) |
연구관리전문기관 |
농촌진흥청 Rural Development Administration |
등록번호 |
TRKO201400011230 |
DB 구축일자 |
2014-07-26
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초록
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Ⅳ. 연구개발결과
○ 경종부문 온실가스 배출량 산정체계 개선 및 비교 연구
- 현재의 배출량 산정 방법 (1996 GL)에 비해 2006 GL 및 국가 고유계수 적용으로 배출량이 저감
- 배출량 차이 분석결과, 1996 IPCC 가이드라인의 경우 벼재배에 의한 CH4 기본 배출계수는 20 g m-2 yr-1이고, 간단관개 시 50%가 저감된다는 가이드라인에 따라 10 g m-2yr-1을 적용한 반면, 2006 IPCC
Ⅳ. 연구개발결과
○ 경종부문 온실가스 배출량 산정체계 개선 및 비교 연구
- 현재의 배출량 산정 방법 (1996 GL)에 비해 2006 GL 및 국가 고유계수 적용으로 배출량이 저감
- 배출량 차이 분석결과, 1996 IPCC 가이드라인의 경우 벼재배에 의한 CH4 기본 배출계수는 20 g m-2 yr-1이고, 간단관개 시 50%가 저감된다는 가이드라인에 따라 10 g m-2yr-1을 적용한 반면, 2006 IPCC 가이드라인의 경우, 벼재배에 의한 CH4 기본 배출계수는 1.30 Kg ha-1 day-1이고, 간단관개 시 40%가 저감된다는 가이드라인에 따라 0.78Kg ha-1day-1을 적용
- N2O 직접 배출량에 의한 차이는 화학비료 시용량에 대한 N2O 기본 배출계수가 다르기때문이며, 1996 IPCC 가이드라인의 경우 논과 밭의 구분없이 화학비료 시용량에 대한 기본 배출계수가 0.0125 kg N2O-N / kg N 이다. 반면에 2006 IPCC 가이드라인의 경우, 논은 0.003 kg N2O-N / kg N, 밭은 0.01 kg N2O-N / kg N의 기본 배출계수를 적용
- 2006 IPCC 가이드라인의 경우, 질소고정 작물에 의한 N2O 배출량이 삭제되었고, 석회와 요소비료 시용에 따른 CO2 배출량이 추가로 산정
- N2O 간접 배출량에 의한 차이는 수계 유출에서 1996 IPCC 가이드라인의 경우는 0.025kg N2O-N / kg N, 2006 IPCC 가이드라인의 경우는 0.0075 kg N2O-N / kg N로 기본 배출계수를 적용하였기 때문인 것으로 분석
○ 배 재배지에서 온실가스 흡수계수 개발
- 2012년 이산화탄소 플럭스를 살펴보면 5월 중순경까지 이산화탄소 플럭스양이 감소하는 것으로 보아 배 잎이 전개되어 광합성이 활발히 진행되는 것으로 분석되었으며, 6월에도 일정한 수준을 유지하고 있는 것으로 보아 정상적인 배나무의 성장이 지속되고 있는 것을 알 수 있었음
- 7월 초순에서 중순에 걸쳐 궂은 날씨의 연속과 특히 강한 바람으로 이산화탄소 플럭스양이 증가하는 경향을 나타냄으로 강한 바람 이후 광합성 능력이 저하 됐을 것으로 분석됨. 다만 이것이 배 잎의 탈락에 의한 것인지 아니면 생리적 변화인지는 좀 더 세부적인 연구가 필요할 것으로 판단됨
- 8월 중순에는 태풍 볼라벤과 삼바의 영향으로 이산화탄소 플럭스양이 다시 증가하는 추세를 보였으며, 9월 초에 다시 이산화탄소 플럭스양이 증가하는 것으로 보아 이 시기에 일사량이 적었을 것으로 생각됨
- 2012년 이산화탄소 플럭스 자료는 플럭스 타워 설치 후 초기 측정 자료로 장비의 불안 정화와 기상 악화 등의 이유로 자료 자체의 변동이 크게 나타났음
- 2013년 이산화탄소 플럭스를 살펴보면 전반적으로 음의 값(이산화탄소 흡수)을 나타냈는데, 2012년과는 달리 태풍과 집중호우의 영향이 없었기 때문에 보다 안정적인 자료를 관측할 수 있었음
- 4월 중순부터 잎이 개화하기 시작하면서 이산화탄소 플럭스 양이 감소하였고 일조시간이 긴 8월에 가장 낮은 플럭스 값을 나타내었으나 5월 중순부터 6월까지 플럭스양이 증가한 것에 대한 원인은 알 수 없었음. 대기 중 수분함량과 순복사량, 강수량과 같은 기상 관측 자료를 보면 다른 달과 크게 다르지 않았기 때문에 다른 요인에서 그 원인 분석이 필요
- 배 재배와 연관지어 볼 때 5월 하순부터 6월에 농약 살포 횟수가 8회나 되기 때문에 이에 대한 영향이 있을 거라 생각되었으며, 잔가지 전정을 위한 인력 투입등도 하나의 원인으로 분석됨. 또한, 지온이 상승하면서 토양 미생물의 생장 속도가 빨라지고 미생물 호흡량이 증가하여 이산화탄소 플럭스양이 증가했을 거라 추측됨.
- 잎이 탈락하는 9월 하순부터 12월에는 플럭스양의 변동이 거의 없었으나 광합성양이 호 흡량보다 높은 것으로 볼 때 이는 자료 분석법에 따른 오차라 판단되었음
○ 배 재배지에서 순1차 생산량 평가
- 2012년(1차년) 배나무 구성요소의 탄소 및 질소함량을 통해 단위면적당 탄소 및 질소 보유량 산정이 다음과 같이 산정됨 (측지: 8.7 Mg C ha-1, 0.10 Mg N ha-1; 주간: 1.5 Mg C ha-1, 0.01 Mg N ha-1; 뿌리: 1.8 Mg C ha-1, 0.01 Mg N ha-1; 과일: 2.0 Mg C ha-1, 0.02 Mg N ha-1; 잎: 1.2 Mg C ha-1, 0.05 Mg N ha-1)
- 2012년(1차년) 배 재배지 토양의 깊이별 탄소 및 질소함량을 통한 탄소 및 질소 보유량은 138.29 Mg C ha-1, 13.31 Mg N ha-1로 산정됨
- 2013년(2차년) 배나무 지상부 구성요소의 탄소 및 질소함량을 통해 단위면적당 탄소 및 질소 보유량을 산정 (측지: 8.8 Mg C ha-1, 0.08 Mg N ha-1a; 주간: 1.8 Mg C ha-1, 0.01 Mg N ha-1; 뿌리: 3.2 Mg C ha-1, 0.04 kg N ha-1 ; 열매: 2.7 Mg C ha-1, 0.02 Mg N ha-1 ; 잎: 1.5 Mg C ha-1, 0.07 Mg N ha-1)
- 2013년(2차년) 배 재배지 토양의 깊이별 탄소 및 질소함량을 통해 탄소 및 질소 보유량 산정 결과, 155.73 Mg C ha-1, 13.94 Mg N ha-1로 나타남
- 2012년(1차년), 2013년(2차년) 배나무의 지상부 구성요소의 재배면적당 탄소보유량을 통하여 배나무의 순1차생산성은 5.9 Mg C ha-1 yr-sup>-1으로 산정되었으며 이는 17.4 Mg C ha-1 yr-sup>-1 의 탄소가 배 재배지 토양으로 격리되는 것으로 평가됨
- 배나무 목질계 구성요소의 생리 • 형태 변수를 이용하여 생중량을 예측할 수 있는 생식의 구성 가능성을 마련하고 측지에 대한 구체적인 생장추정식 제시
○ 온실가스 배출계수와 배출량 산정의 불확도 평가방법 개발
- 양의 왜도를 갖는 자료의 경우 불확도 산정을 위해 지수분포를 가정하고 모수적인 방법인 MLE를 이용한 방법, Sprott방법, 카이제곱방법을 이용하여 평균에 대한 신뢰구간을 추정
- 비모수적 방법인 붓스트랩 백분위수 방법, 일반적 붓스트랩 방법, 표준화된 t-붓스트르배 방법을 이용하여 평균에 대한 신뢰구간을 추정
- 지수분포를 가정했으므로 모수적 방법, 특히 카이제곱방법의 결과가 신뢰구간 추정에
적합하다는 건 당연한 사실이나 본 연구에서는 표본수가 적을 때나 많을 때 그리고 모평균 θ값을 변화시켜 신뢰구간이 어떻게 변하고 있으며, 어느 방법이 더 좋은가를 비교분석
- 실제 자료를 분석하는 것은 많은 제약이 따르므로 비대칭인 지수분포를 가정하고 확률 변수를 생성
- 온실가스 인벤토리 구축에 있어서 온실가스 배출량이 극심한 비대칭이고 지수분포의 형태를 띤다고 할 경우, 모수적 방법 중에서는 예상했던 대로 정확한방법인 카이제곱방법이 가장 적합한 것으로 나타났으며, 비모수적 방법 중 표준화된 t-붓스트랩 방법이 가장 적합한 것으로 나타남
- 비대칭형분포의 평균에 대한 신뢰구간을 추정하는데 있어 본 연구에서 적용한 붓스트랩 방법 외에 t-pivot방법, BCA (bias-corrected and accelerated)방법 등과 같이 더 다양한 붓스트랩 방법들을 이용하여 신뢰구간 추정·비교 할 수 있을 것임
- 모수적 신뢰구간을 추정 시 지수분포를 가정하였는데, 지수분포뿐만 아니라 와이블분포, 감마분포, 파레토분포등과 같이 다른 비대칭형 분포를 가정한 경우에 대해서도 신뢰구간 추정 방법을 비교 분석과 향후 정확한 실증분석을 위한 실제 자료 적용 모수적 또는 비모수적 붓스트랩 방법들 비교 필요
○ 모델링 기법을 활용한 온실가스 배출 산정등급 개선 연구
- DNDC model을 이용하여 bottom-up 방식으로 1990년부터 2010년까지 21년 간 벼 재배에 의한 CH4 배출량을 산정한 결과 Tier 1이나 Tier 2 방법에서는 고려할 수 없었던 배출량에 큰 영향을 미치는 환경요인인 기온, 강우량, 대기 중 CO2 농도 등을 고려하여 배출량을 산정 할 수 있었으며 이에 따라 온실가스 배출량 산정 시 불확실성이 낮아질 것으로 예상
- 전체적인 벼 재배 논에서의 메탄 배출량은 1999년 이전의 경우 국가 고유 배출계수(Country Specific Emission Factors)를 이용한 배출량이 높았으나 그 이후부터는 DNDC model을 이용한 배출량이 조금씩 낮아지는 경향을 보였음
- 현재 우리나라 경종부문 온실가스 배출량은 Tier 1∼2 수준이며, 향후 DNDC model을 활용할 경우 일부 Tier 3 수준으로의 배출량 산정이 가능할 것으로 예상됨
Abstract
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The First project was conducted to compare of greenhouse gas emissions between 1996 and 2006 IPCC (Intergovernmental Panel on Climate Change) guidelines change. Greenhouse gas emissions were calculated separately by rice cultivation, agricultural soils and field burning of agricultural residues from
The First project was conducted to compare of greenhouse gas emissions between 1996 and 2006 IPCC (Intergovernmental Panel on Climate Change) guidelines change. Greenhouse gas emissions were calculated separately by rice cultivation, agricultural soils and field burning of agricultural residues from 1990 to 2011 according to IPCC guidelines.
To calculate greenhouse gas emissions, emission factor and activity data were used IPCC default value and the food, agricultural, forestry and fisheries statistical yearbook of MIFAFF (Ministry for Food, Agriculture, Forestry, and Fisheries).
The greenhouse emissions from agricultural sector were decreased from 18,496 CO2-eq Gg in 1990 to 12,616 CO2-eq Gg in 2011. The emissions by N-fixing crops, crop residues returned soils and field burning did not much affect the total emissions. CO2 emissions by urea and lime will be calculated in 2006 IPCC guidelines. The emissions by N-fixing crops, crop residues returned to soils and field burning, in common with 1996 IPCC guidelines, did not have a significant impact on total emissions. With the IPCC guideline, the total emissions in agricultural sector was low in 2006 guideline compare to those of 1996 guideline.
The Second project was to conducted to Monitor and measure the net ecosystem production (NEP) in agroforest ecosystems of orchard. It is very important to understand the carbon balance under current and future global warming environments. This study was carried out to measure the net ecosystem productivity (NEP) of pear orchard from 2012 to 2013 in Naju, South Jeolla Province. Annual average NEP including pear fruit was 8.8 ton C/ha. Those of pear fruit was 2.7 ton C/ha. However, the NEP would be decreased when it was excepting the valus of branch and foliage.
The third project was conducted to report country-specific carbon and nitrogen stocks data in a pear orchard by Tier 3 approach of 2006 IPCC guidelines for national greenhouse gas inventories in pear orchard field. At the sampling time (August 2012), three trees were uprooted, and separated into six fractions: trunk, main branches, lateral branches (including shoots), leaves, fruits, and roots. Soil samples were collected from 0 to 0.6 m depth at 0.1m intervals at 0.5 m from the trunk. Dry mass per tree was 4.7 kg for trunk, 13.3 kg for main branches, 13.9 kg for lateral branches, 3.7 kg for leaves, 6.7 kg for fruits, and 14.1 kg for roots. Amounts of C and N per tree were respectively 2.3 and 0.02 kg for trunk, 6.4 and 0.07 kg for main branches, 6.4 and 0.09 kg for lateral branches, 6.5 and 0.07 kg for roots, 1.7 and 0.07 kg for leaves, and 3.2 and 0.03 kg for fruits. Carbon and nitrogen stocks stored between the soil surface and a depth of 60 cm were 138.29 and 13.31 Mg·ha-1, respectively, while those contained in pear trees were 17.66 and 0.23 Mg·ha-1 based on a tree density of 667 trees·ha-1. Overall, carbon and nitrogen stocks per hectare stored in a pear orchard were 155.95 and 13.54 Mg, respectively.
The fourth project was conducted to calculate uncertainty for greenhouse gases inventory. It is generally assumed that the population has a normal distribution for the confidence interval of parameters. However, in case data distribution is asymmetric, like nonnormal distribution or positively skewness distribution, the traditional estimation method of confidence intervals is not adequate. This study compares two estimation methods of confidence interval; parametric and non-parametric method for exponential distribution as an asymmetric distribution. In simulation study, coverage probability, confidence interval length, and relative bias for the evaluation of the computed confidence intervals. As a result, the chi-square method and the standardized t-bootstrap method are better methods in parametric methods and non-parametric methods respectively.
The last project was conducted to estimate the methane emission using DNDC in the paddy rice on local government levels from 1990 to 2010 as the bottom-up way. According to the IPCC National Greenhouse Gas Inventory Guideline, the evaluation methodology of greenhouse gases emission in agricultural sector is separated Tier 1 using the basic emission factors(default value), Tier 2 using the country-specific emission factors and Tier 3 using the model. Currently, the nation is using the Tier 1 and Tier 2 using default value, country specific emission factors and activity data came from the food, agricultural, forestry and fisheries statistical yearbook of MAFRA
To calculate the methane emission using DNDC model, the parameters were used the data like as the annual weather data and the results of monitoring project on agro-environmental quality of NAAS (National Academy of Agricultural Science). The methane emission in the rice paddy was estimated as the organic matters(rice straw) treatment and water management method. The average methane emission was the highest in Jeonnam province with 1,406 CO2-eq Gg and following Chungnam, Jeonbuk and Gyeonggi with 1,236, 1,145 and 999 CO2-eq Gg. The methane emission per unit area was the highest in Jeju with 393 kg C ha-1 and the lowest in Gangwon because of temperature and precipitation. The methane emission depending on water and straw management in the paddy rice was the highest in continuous flooding and supplement of organic matter with 471 kg C ha-1 and the lowest midseason drainage without organic matter with 187 kg C ha-1.
목차 Contents
- 표지 ... 1
- 제출문 ... 2
- 요약문 ... 3
- SUMMARY ... 7
- 목차 ... 9
- 제 1 장 서 론 ... 10
- 제 1 절 연구개발의 목적 ... 10
- 제 2 절 연구개발의 필요성 ... 10
- 제 2 장 국내외 기술개발 현황 ... 12
- 제 1 절 국내 기술개발 현황 ... 12
- 제 2 절 국외 기술개발 현황 ... 13
- 제 3 장 연구개발수행 내용 및 결과 ... 16
- 제 1 절 경종부문 온실가스 배출량 산정체계 개선 및 비교 ... 16
- 제 2 절 벼 재배지 온실가스 흡수계수 개발 ... 21
- 제 3 절 벼 재배지에서 순1차 생산량 평가 ... 28
- 제 3 절 적 요 ... 40
- 제 4 절 온실가스 배출계수와 배출량 산정의 불확도 평가방법 개발 ... 40
- 제 5 절 모델링 기법을 활용한 온실가스 배출 산정등급 개선 연구 ... 50
- 제 4 장 연구개발목표 달성도 및 대외기여도 ... 60
- 제 1 절 목표대비 달성도 ... 60
- 제 2 절 정량적 성과(논문게재, 특허출원, 기타)를 기술 ... 61
- 제 5 장 연구개발결과의 활용계획 ... 65
- 제 6 장 연구개발과정에서 수집한 해외과학기술정보 ... 66
- 제 7 장 기타 중요 변동사항 ... 66
- 제 8 장 국가과학기술종합정보시스템에 등록한 연구장비 현황 ... 66
- 제 9 장 참고문헌 ... 67
- 끝페이지 ... 71
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