초록 ▼

인공지반과 자연지반에의 물이끼 습지조성기술 개발 및 탄소배출권 사업화 방안
□ 개발 목적 및 필요성
이탄습지(peatlands)는 지구 토양 탄소의 약 1/3가량을 저장하고 있는 대표적인 탄소 저장고로 람사 조약에서도 특이한 생태계를 가진 보전해야 할 중요한 습지자원으로 인정하고 있다. 본 개발기술은 대표적인 탄소고정원인 이탄습지 중에서 물이끼(sphagnum)을 핵심 종으로 하는 물이끼이탄습지(bog)생태계를 인공적으로 조성하는 기술로 온실가스 온실가스 흡수 및 저감 기능을 갖을 것으로 판단한다.

□ 연구개

인공지반과 자연지반에의 물이끼 습지조성기술 개발 및 탄소배출권 사업화 방안
□ 개발 목적 및 필요성
이탄습지(peatlands)는 지구 토양 탄소의 약 1/3가량을 저장하고 있는 대표적인 탄소 저장고로 람사 조약에서도 특이한 생태계를 가진 보전해야 할 중요한 습지자원으로 인정하고 있다. 본 개발기술은 대표적인 탄소고정원인 이탄습지 중에서 물이끼(sphagnum)을 핵심 종으로 하는 물이끼이탄습지(bog)생태계를 인공적으로 조성하는 기술로 온실가스 온실가스 흡수 및 저감 기능을 갖을 것으로 판단한다.

□ 연구개발 결과
각 연구기관이 도출한 단위기술을 통합한 4가지의 상용화 모델을 도출하였다. 모델은 ① 부유형 물이끼 이탄습지 모듈, ② 대형습지식물 부표, ③ 식재기반형 이탄습지 모듈, ④ 식재기반형 이탄습지 조성공법이다. 현재 각 모델들의 일부는 현장적용검증을 거치고 있으며 사업화가 이루어지고 있다.

◦ 부유형 물이끼 이탄습지 모듈은 부유체 상부에 생육기반을 조성한 후 그위에 물이끼를 고정함으로써 완성된다. 시간이 지나면서 물이끼의 생육량이 증가하고 그 증가한 양만큼 수면 아래로 조금씩 침수되는데, 물이끼의 낮은 분해율로 인해 그 생육된 하단부을 이탄으로 축적하게 하는 것이다.
◦ 대형습지식물 부표는 습지식물 근경의 부유력을 이용하여 근부가 서로 얽혀 수면 위에 부유하게 하는 부유형습지를 조성하는 제품이다.
◦ 식재기반형 이탄습지 모듈은 2단 구조로 하부에는 습지식물의 생육에 적합한 기반재, 상부에는 물이끼 생육기반재가 적층되는 구조로 습지식물과 물이끼의 생육에 최적합하게 설계된 제품이다.
◦ 식재기반형 이탄습지 조성공법은 중앙부 또는 측면에 물이끼가 생육될 수 있게 수면에서부터 일정한 높이로 식생기반재와 물이끼를 포설하고, 그 주변을 일정한 깊이로 습지식물을 식재함으로써 습지식물의 근경부가 물이끼가 생육하는 부위에 침투하여 습지식물과 물이끼가 공존하게 하는 공법이다. 이는 습지식물의 생산성 증대과 물이끼의 분해율 저감 기능을 극대화한 공법이라고 할 수 있다.

상용화 모델과 관련한 기술에 대해 특허출원 및 등록을 완료하고 해당기술에 대한 설계 자료와 시공 및 유지관리 매뉴얼을 완성하였다. 사업화 추진과 함께 기술의 검증을 위해 다수의 습지복원 현장에 적용하여 검증을 완료하였다.

□ 성능사양 및 기술개발 수준
식재기반형 이탄습지의 경우 기존의 자연 이탄습지(용늪)에서 배출되는 메탄의 발생량의 10～20%의 수준의 배출을 보였으며, 같은 면적으로 조성할 경우 30년생 소나무의 이산화탄소 흡수량보다 다소 높은 것으로 조사되었다

□ 활용계획
본 연구를 통해 개발된 기술은 총괄주관연구기관인 일송환경복원(주)에서 지속적으로 사업화를 추진하고 있으며, 계속해서 사업면적 및 매출을 늘릴 계획이다. 또한 기술적인 완성도를 높이기 위해 현재 식재기반형 이탄습지의 경우 환경신기술 인증을 받고자 한다.

( 출처 : 요약서 7p )

온실가스 배출이 최소화된 습지조성․관리 기술 및 온실가스 저감 평가기법 개발
□ 개발 목적 및 필요성
(1) 전 지구적 기후변화와 온실 기체의 변화를 알아보기 위함
(2) 전지구적 기후 변화로 인해 온도가 올라갈 경우 현재보다 더 많은 양의 메탄이 공기 중으로 방출 될 것으로 예측된 온실기체의 배출원 및 흡수원을 찾음
(3) 자연생태계를 이용한 온실기체 저감의 필요성(200자 내외)

□ 연구개발 결과
◦ 온실가스(CO2, CH₄ 등) 배출이 최소화된 습지 조성 및 관리 기술 개발

습지는 메탄 및 아산화질소의 배출에 있어 중요한 역할을 담당한다. 또한,주변 환경에 따라 그 배출량의 차이가 많아지기 때문에 이와 관련한 연구를 진행하여, 습지에서의 메탄 및 아산화질소의 배출량을 저감하는 기술을 개발

토양에서의 유기물 분해 작용을 최대한 억제하여 습지 식물에 의해 고정된 이산화탄소가 다시 대기 중으로 방출되는 양을 최소화 하는 방법에 관한 연구를 진행하여 이에 관한 습지 조성 기술개발
습지의 온실가스저감 평가기법 개발

기존의 습지 건설 및 건강성 평가 지표로 사용되었던 항목들과 함께, 습지에서의 온실가스 배출 저감 및 흡수 증대의 평가를 위한 항목을 제안, 새로운 항목 제안과 함께 기 건설된 습지의 온실가스 저감 능력의 평가 및 변화 양상을 산정할 수 있도록, 예전 습지 측정 항목을 이용·조합하여 습지의 온실가스 저감능을 평가할 수 있는 방법 구축

◦ 기타 관련기술 개발
습지에서의 온실가스 저감 평가기법과 함께, 정확한 온실 가스 흡수·배출량 산정을 위한 방법을 제시하고 이와 관련한 지침서를 마련. 이를 통해,국내의 습지 연구는 물론이고, 정치·경제적으로 신뢰할 수 있는 데이터를 마련

□ 성능사양 및 기술개발 수준
본 발명은 대상 습지토에 갈대 (Phragmites australis)를 식재하는 단계와 상기갈대의 식재 부위의 주변에 물이끼를 식재하는 단계를 포함하여 구성되며, 각 단계의 형성 순서를 바뀌어 형성할 수도 있다. 대상 습지토 내에 갈대를 식재함과 동시에 물이끼를 함께 조성하여 갈대의 성장을 촉진시키고, 이를 통해 습지 토양 내의 유기물의 분해 속도를 늦춰 습지에서 발생하는 온실가스의 배출량을 저감시킬 수 있는 기술을 제공하며 이는 습지를 이용한 온실가스저감 기술을 최초로 도입했다.

□ 활용계획
◦ 국내 생태계를 교란하지 않으면서도 메탄, 아산화질소 등의 온실가스를 저감할 수 있는 친환경적인 효과도 구현하여 도시지역, 농촌지역의 습지 건설에 활용 될 수 있다.
◦ 습지의 온실가스 주범인 메탄(CH₄), 아산화질소 (N₂0)의 발생을 저감 시킬수 있게 됨과 동시에, 갈대의 성장을 높이고 유기물 분해 속도에 관여하는 토양의 특성을 변화시켜, 유기 탄소의 축적 비율을 높일 수 있어 친환경 사업에 이용될 수 있다.

( 출처 : 요약서 9p )

CO₂ 흡수능력이 탁월한 습지식물 종 선별 및 증식기술 개발
□ 개발 목적 및 필요성
본 기술개발은 기후변화대응이라고 하는 전 지구적 필요성에 입각하면서도 우리나라의 실정을 십분 고려한, 온실가스 저감능을 갖춘 최적의 인공습지 조성을 위해 계획되었다. 본 기술개발을 통해 치수 및 이수, 수질 정화 및 경관조성 등 기존에 강조되어오던 습지의 다양한 기능과 함께, 온실가스 저감이 가능한 높은 생태적 가치의 인공습지 조성이 가능할 것이다.

□ 연구개발 결과
1. 기후변화대응 온실가스 저감습지 내 식재를 위한 적정 식물종 선발 및 해당 종을 대상으로 한 최적증식기술 개발
◦ 습지에서 물이끼와의 자연적 혼재가 관찰됐을 뿐만 아니라 대형습지식물중에서도 지상부를 활용한 무성생식이 가능한 불임 갈대를 대상으로 최적삽목법을 개발하였다.
◦ 높은 지상부 삽목 효율을 위해선, 삽목 대상이 되는 갈대 개체군의 환경적 특성 및 생활사 등의 생태 특성에 관한 선행 지식 파악이 핵심적이다. 지상부의 경화가 이뤄지기 전 시기에 채취한 뒤 전체 지상부의 중간 정도에 해당하는 마디(node)를 활용하는 것이 보다 높은 효율의 새로운 지상부출현을 가능케 하는 것으로 확인되었다.

2. 기후변화대응 온실가스 저감 습지 조성 및 유지관리 방안 수립
◦ 갈대와 애기부들과 같은 적정 식물종이 물이끼와 함께 최적의 기능 수행이 가능하도록 하는 환경 조성과 더불어 자연적으로 유입되는 잡초 등을 효과적으로 억제하고 관리할 수 있는 매뉴얼을 개발하였다.
◦ 물이끼 생육을 촉진하는 것으로 알려져 있는 moss peat를 매질로서 활용함으로써 습지 내 낮은 pH의 산성 환경이 조성돼 자연유입 잡초의 발아나 정착 과정 등을 저해할 수 있으며 더불어 갈대나 애기부들이 깊은 수심조건에서도 생육 가능한 특성을 적극적으로 활용, 상대적으로 깊은 수심조건을 유지해줌으로써 조성습지가 온실가스 저감 기능을 지속적으로 수행할 수 있도록 하였다.

□ 성능사양 및 기술개발수준
본 기술 개발을 통해 최초로 정립된 갈대 지상부 최적 삽목법은 식물체 채취로 인한 습지 훼손이 없는 친환경적 증식법일 뿐만 아니라 적정 농도(10^-6M)의 생장호르몬(Indole-acetic acid) 처리를 통해 연중 보다 오랜 기간 동안 삽목 수행이 가능하다는 점에서 매우 뛰어난 기술이라 할 수 있다. 더불어 물이끼 생육을 보장하는 식물종이 포함된 기후변화대응 인공습지 조성 또한 국내외로 전례가 없는 시도라는 점에서 기존의 기술들에 비해 차별적이고 우수하다 할 수 있다.

□ 활용계획
수질 정화나 치수 및 이수 등의 다소 단편적인 기능 수행을 위한 목적으로 조성될 수 있는 인공습지가, 온실가스 저감과 같은 특화된 기능 수행을 해낼수 있도록 본 개발기술을 제시한다. 이를 통해 습지가 보다 다양한 그리고 중요한 기능 수행이 가능해지도록 하여 습지의 가치를 증진시키고자 한다. 더불어 갈대 지상부 삽목법과 같은 친환경적인 식물증식기술을 적극적으로 홍보함으로써 습지 내 지하경과 같은 식물체 채취 등으로 인한 습지 훼손 가능성을 최소화하고자 한다.

( 출처 : 요약서 11p )

Abstract ▼

Development of construction technologies for sphagnum wetland on natural bases and man-made structures and strategy developing its strategy plan for CDM business
Ⅳ. Results
By integrating of technologies derived from each research institution, 4 commercialized models have been developed. Four

Development of construction technologies for sphagnum wetland on natural bases and man-made structures and strategy developing its strategy plan for CDM business
Ⅳ. Results
By integrating of technologies derived from each research institution, 4 commercialized models have been developed. Four models are 1)a floating sphagnum peatland module, 2)a large wetland planting buoy, 3)a plant-based peatland module, and 4)a plant-based peatland establishment method. Some of these models are currently investigated for field application and developed for commercialization.

◦ A floating sphagnum peatland module is accomplished by fixing sphagnum on the top of growth base that is constructed in the upper floating material. Over time, sphagnum gradually increases and sinks below the surface of the water as much as the increased amount of sphagnum. In this process, the bottom part of sphagnum accumulates as peat due to the low decomposition of sphagnum.
◦ A large wetland planting buoy is the product that creates a wetland floating above the water surface. Taking an advantage of the floating force of wetland plant rhizomes, a large wetland planting buoy utilizes the intertwined roots that make the wetland possible to float on the water.
◦ A planting-based peatland module has two main structures best suited to the growth of wetland plants and sphagnum. One is the bottom part that has the base-materials suitable for the growth of wetland plants and the other one is the top part that has structures where the base-materials suitable for the growth of sphagnum are layered.
◦ A plant-based peatland establishment method enables the wetland plants and sphagnum to coexist. The first process is to lay sphagnum and growth base-materials on a certain height from the water surface making sphagnum to grow at the center or on the side. The second process is to lay wetland plants around planted sphagnum to a certain depth so that rhizomes of wetland plants are able to reach into the area where sphagnum grows. This is the method to maxmize the productivity of the wetland plants and the function of sphagnum decomposition reduction.

The registration of patent applications for the technologies in relation to the commercialized models is completed and a development of manuals for design, construction and maintenance regarding the developed technologies has been accomplished. The developed technologies also have been verified by applying them to a number of wetland restoration sites.

In particular, the planting-based peatland shows 10-20% of methane emissions compared to the selected natural peatland (Yongneup area). It is also found that the planting-base peatland shows larger amount of the carbon dioxide absorption compared to the site of 30 years of Old Pine Trees when the area are same.

( 출처 : SUMMARY 17p )

Construction and management of wetland with low greenhouse gas emission and reduction assessment tool for greenhouse gas
Ⅳ. Results
◦ Establishment of analyical methods for trace amounts of greenhouse gases in various wetland types.
◦ Survey of greenhouse gas flux in domestic wetlands showed differences according to the wetland type and location within wetland.
◦ Investigation of bacteria involved in greenhouse gas flux showed the unique microbial community structure in each wetland type.
◦ Establishment of make wetlands for redxcing CH₄ flux in each wetland type.

( 출처 : SUMMARY 23p )

Assortment of wetland plants having high CO₂ fixation rate and development of breeding technique of them
Ⅳ. Results
1. Screening and selecting of appropriate emergent macrophytes for artificial wetlands specialized to cope with global climate change and developing an eco-friendly breeding technology of those macrophytes.
◦ Among finally selected emergent species, infertile common reed (Phragmites australis) was chosen as an appropriate object for developing an eco-friendly breeding technology since this common reed is able to naturally inhabit with Sphagnum spp. and to make asexual reproduction exceptionally with an above-ground part such as culm.
◦ From our results, we found that we should understand environmental conditions and ecological characteristics of target reed population to guarantee higher efficiency of cutting culms. In addition, collecting culms must be completed before the hardening of culms and utilizing middle parts of reed culms in cutting is recommended to enhance the efficiency of cutting culms.

2. Establishment of an plan to construct and manage sustainably artificial wetlands specialized to cope with global climate change
◦ We developed a manual not only to create appropriate environmental conditions for guaranteeing the best performance of artificial wetlands but also to control naturally introduced weeds in artificial wetlands.
◦ Germination and establishment of naturally introduced weeds were efficiently controlled under lowered pH condition by utilizing moss peat as a substratum facilitating the growth of Sphagnum spp..
◦ We have kept the water level of artificial wetland deep (20 cm from substrate level) to guarantee the growth of target species such as common reed (Phragtmies australis) and narrow-leaved cattail (Typha angustifolia) and to control naturally introduced terrestrial weeds by inundated condition.

( 출처 : SUMMARY 29p )

목차 Contents

• 표지 ... 1
• 최종보고서 제출서 ... 3
• 제 출 문 ... 5
• 요 약 서 ... 7
• 요 약 서 ... 9
• 요 약 서 ... 11
• 요 약 문 ... 14
• SUMMARY ... 17
• 요 약 문 ... 20
• SUMMARY ... 23
• 요 약 문 ... 25
• SUMMARY ... 28
• 목차 ... 31
• 제1장 서 론 ... 35
• 제1절 연구개발과제의 개요 ... 37
• 1. 연구개발의 목적 ... 37
• 2. 연구개발의 필요성 ... 40
• 제2절 연구개발의 국내외 현황 ... 58
• 1. 세계적 수준 ... 58
• 2. 국내 수준 ... 62
• 3. 국내·외의 연구현황 ... 66
• 제3절 연구개발의 내용 및 범위 ... 72
• 1. 연구개발의 최종목표 ... 72
• 2. 연도별 연구개발 목표 및 평가방법 ... 76
• 3. 연도별 추진체계 ... 79
• 제 2-1 장 연구개발 수행내용 및 결과(인공지반과 자연지반에의 물이끼 습지조성 기술개발 및 탄소배출권 사업화 방안) ... 85
• 제1절 습지조성 동향 분석 및 국내 습지 조성사례 조사 ... 85
• 1. 습지 관련 규정 및 정의 ... 85
• 2. 습지조성 기술의 특허 동향(특허맵) ... 94
• 3. 국내 생태습지 조성 주체별 조성사례 ... 112
• 제2절 습지를 통한 탄소배출권(CDM) 사업성 검토 ... 130
• 1. CDM 사업 추진 절차 ... 130
• 2. 방법론 및 경제성 평가 ... 132
• 3. 결론 및 시사점 ... 142
• 제3절 이탄습지 관련 연구동향 및 연구기반 구축 ... 145
• 1. 물이끼 및 이탄습지 관련 연구동향 ... 145
• 2. 연구기반 구축 ... 158
• 제4절 물이끼 이탄습지 조성을 위한 식물종 선발 및 증식연구 ... 163
• 1. 자생 물이끼(Shpagnum)종 선발 및 서식환경 조사 ... 163
• 2. 선발 물이끼(Sphagnum)종의 증식방안 연구 ... 173
• 3. 자생지 bog에 서식하는 식물종 적용 연구 ... 177
• 제5절 실용화 모델 도출 ... 182
• 1. 실용화 모델 도출 ... 182
• 제6절 부유형 물이끼 이탄습지 모듈 개발 ... 186
• 1. 1차 부유형 물이끼 이탄습지 모듈 개발 ... 186
• 2. 2차 부유형 물이끼 이탄습지 모듈 개발 ... 200
• 3. 3차 모듈 제작 및 설치 ... 205
• 4. 설계·시공기준 및 관리기준 도출 ... 206
• 제7절 식재기반형 물이끼 이탄습지 조성기술 개발 ... 211
• 1. 식재기반형 이탄습지 모델 도출 ... 211
• 2. 단위기술 개발 ... 211
• 3. 통합기술 적용 공동실험구(습지식물, 매질, 조성방법 등) ... 232
• 4. 설계·시공 기준 및 관리기준 도출 ... 239
• 5. 식재기반형 물이끼 이탄습지 모듈 개발 ... 249
• 6. 식재기반형 물이끼 이탄습지의 CO2 흡수능 검증 ... 251
• 7. 분해율 저감평가 ... 258
• 제8절 식재기반형 물이끼 이탄습지의 실용화 사업 ... 262
• 1. 1차 실용화 사업(완성기술의 적용) ... 262
• 2. 1차 실용화 사업 평가 ... 275
• 3. 2차 실용화 사업 ... 277
• 제 2-2 장 연구개발 수행내용 및 결과(온실가스 배출이 최소화된 습지조성·관리기술 및 온실가스 저감 평가기법 개발) ... 298
• 제1절 습지의 온실 기체 발생 선행 연구 조사 ... 298
• 1. 자연 습지에서의 온실 기체 발생량 ... 298
• 2. 인공 습지에서의 온실기체 발생량 ... 311
• 3. 습지에서 온실기체 발생 조절 인자 ... 315
• 제2절 습지의 온난화 가스 발생 모니터링 기법 확립 ... 319
• 1. 기체 수집 방법 ... 319
• 2. 온실 기체 분석 ... 319
• 3. 습지 내에서 기체 유동량 측정 ... 325
• 제3절 국내 자연 습지의 온실가스 발생량 분석 및 조절 인자 ... 329
• 1. 고산습지의 온실가스 발생량 및 조절인자 ... 329
• 2. 묵논(Rice paddy)의 온실가스 발생량 및 조절인자 ... 351
• 제4절 온실가스 발생 최소화를 위한 매질 선별 ... 359
• 1. 부유형 이탄습지 조성에 적합한 매질 선별 ... 359
• 2. 식재기반형 이탄습지 조성에서 물이끼에 적합한 매질 선별 ... 375
• 제5절 최적화된 기술을 적용한 온실기체 발생량 측 ... 378
• 1. 마이크로코즘 ... 378
• 2. 메조코즘 (공동 test bed) ... 386
• 제6절 실제 규모의 습지에서 온실기체 발생량 및 흡수량 연구 ... 390
• 1. 맹산 생태 학습원 내에서의 온실기체 발생량 연구 ... 391
• 2. 진천 무제산 생태원 내 물이끼 습지에서의 온실기체 발생량 연구 ... 403
• 3. 식생 기반형 (공동 test bed) 습지에서의 온실기체 발생 연구 ... 407
• 제7절 본 시스템의 온실기체 저감 효과 비교 ... 412
• 1. 실제 규모 습지에서 계절별 온실기체 발생량 모니터링 ... 412
• 2. 고산습지와 현장적용 습지의 메탄 발생량 평가 ... 418
• 제 2-3 장 연구개발 수행내용 및 결과(CO2 흡수 능력이 탁월한 습지식물종 선발 및 증식기술 개발) ... 423
• 제1절 CO2 흡수 능력이 탁월한 식물종 선별 및 선발 ... 423
• 1. 1차 선별(문헌 연구) 및 2차 선별 ... 423
• 2. 최종 선발 ... 426
• 제2절 최종 선발종을 대상으로 한 친환경 증식법 개발 ... 428
• 1. 친환경 갈대 지상부 삽목법 ... 428
• 2. 친환경 갈대 지상부 삽목법 효율성 제고 방안 ... 429
• 3. 갈대부표를 활용한 최적의 식물섬 조성 방법 ... 431
• 제3절 기후변화대응 인공습지 조성 및 사후 모니터링 ... 432
• 1. 기후변화대응 인공습지 내 식물 생육 모니터링 ... 432
• 2. 기후변화대응 인공습지 내 식물 분해 모니터링 ... 435
• 3. 기후변화대응 인공습지 유지 관리 방안 ... 436
• 제3장 목표 달성도 및 관련분야 기여도 ... 440
• 제1절 연도별 연구개발목표의 달성도 ... 442
• 1. 인공지반과 자연지반에의 물이끼 습지조성기술 개발 및 탄소배출권 사업화 방안(총괄주관) ... 442
• 2. 온실가스 배출이 최소화된 습지조성․관리기술 및 온실가스 저감 평가 기법 개발(세부주관 1) ... 443
• 3. CO2 흡수 능력이 탁월한 습지 식물종 선별 및 증식기술 개발(세부주관 2) ... 444
• 제2절 관련분야의 기술발전 기여도(환경적 성과 포함) ... 445
• 1. 기술적 측면 ... 445
• 2. 환경적 측면 ... 445
• 3. 경제적∙산업적 측면 ... 446
• 제4장 연구개발결과의 활용계획 등 ... 448
• 제1절 연구성과 활용계획 ... 450
• 1. 경제사회적 성과달성 계획 ... 450
• 2. 과학기술적 성과달성 계획 ... 451
• 제5장 참고문헌 ... 462
• 끝페이지 ... 471