벼논에서의 벼-보리 이모작에 따른 CO2 교환량의 계절적 변화 특성 :Seasonal variation of carbon dioxide exchange in rice -barley double cropping field in Korea

민성현

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자료유형: 학위논문

저자정보: 민성현 (건국대학교, 건국대학교 대학원)

지도교수: 이재석

발행연도: 2014

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이용수27

이 논문의 연구 히스토리 (3)

2014

벼논에서의 벼-보리 이모작에 따른 CO2 교환량의 계절적 변화 특성

민성현 생명과학과 2014.01 학위논문

김제 벼-보리 이모작 논에서 보리재배 기간의 CO 교환량의 계절적 변화

민성현 , 심교문 , 김용석 외 3명 한국농림기상학회지 2014.01 학술저널

2013

김제 벼-보리 이모작 논에서 벼 재배기간동안의 CO 및 에너지 플럭스의 계절적 변화

민성현 , 심교문 , 김용석 외 3명 한국농림기상학회지 2013.01 학술저널

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육상생태계와 대기와의 CO2 교환은 지구 대기의 CO2 농도에 중요한 영향을 끼치는 중요한 과정으로, 다양한 육상생태계에 대한 CO2 교환량의 정량화는 현재의 CO2 수지 및 미래의 기후변화 시나리오에 대한 CO2수지 예측에 매우 중요한 요소이다.
벼논 생태계는 매우 독특하고 체계적으로 관리되어지고 있는 농업생태계로 대부분 작물의 생육 기간동안 관계에 의존하고 있으며, 수확 후 잔사물을 토양미생물에 의해 유기물로 사용하기 때문에 온실가스 수지에 커다란 역할을 하고 있다. 벼논 생태계의 CO2 교환량을 연구하기 위해서는 CO2 교환량과 이에 영향을 미치는 환경요인 및 작물 생육량의 계절적 변화를 이해해야 하는데, 본 연구에서는 미기상학적 방법인 에디공분산 기법을 이용하여, 벼-보리 이모작의 논 생태계와 대기간의 CO2 교환량의 계절적 변화를 조사하고, 벼-보리 이모작 작부체계에서 벼-보리 재배기간의 CO2 교환량에 미치는 환경요인들과 벼-보리 작물의 건물중과의 관계를 분석하였다.
결과적으로 벼-보리 이모작 논 생태계에서 보리 생육 기간(Oct 28, 2011 ~ Jun 8. 2012)동안 순생태계교환량(NEE)과 총일차생산량(GPP) 및 생태계호흡량(Re)은 각각 -348.0, 663.3, 315.3 g C m-2로 분석되었으며, 일평균 NEE는 +2.6 ~ ?11.2 g C m-2 d-1로 분포하였고, 분얼단계에서 가장 많은 CO2 (-4.0 g C m-2 d-1)를 흡수한 것으로 나타났으며, 벼논은 출아단계, 유묘단계, 성숙단계 후반단계를 제외한 157일 동안 CO2 흡원으로 작용하였다. 벼 생육 기간 (Jun 9 ~ Oct 20, 2012)동안의 NEE와 GPP 및 Re는 각각 -277.1, 710.3, 433.2 g C m-2로 분석되었으며, 일평균 NEE는 +4.4 ~ ?8.7 g C m-2 d-1로 분포하였고, 신장단계에서 가장 많은 CO2 (-5.3 g C m-2 d-1)를 흡수한 것으로 나타났다. 벼논은 모이앙전단계, 착근단계, 성숙단계 후반을 제외한 대부분의 생육기간동안 CO2 흡원으로 작용한 것으로 관측되었다.
관측된 CO2 교환량과 이에 영향을 미치는 환경요인의 통계적 분석을 통해서 GPP 및 NEE 와 순복사에너지(Rn)의 관계는 이차함수로 나타내는 반면, Re와 지온의 관계는 지수함수로 설명할 수는 것으로 분석되었다. 벼-보리 재배 기간동안에 누적된 CO2 교환량과 이에 영향을 미치는 작물의 건물중의 통계적 분석을 하였을 때, GPP 및 Re 는 작물의 지상부 생육량과 유의성이 높은 양의 선형관계를 이루는 반면, NEE 는 작물의 지상부 생육량과 유의성이 높은 음의 선형관계를 이루는 것으로 관측되었다. 이 연구는 CO2 교환량의 관측과 추측 및 생태학적 모델에 도움을 줄 수 있을 것이라 사료된다.

Carbon dioxide (CO2) exchange between the terrestrial ecosystems and the atmosphere is one of the major processes affecting atmospheric CO2 concentration. In various ecosystems in the world long-term observations of CO2 exchange have been made for assessing the role of terrestrial ecosystems in the present-day global CO2 budget and to predict its changes in the future climate scenario. Rice paddy are intensively managed and unique agroecosystems; soil flooding is general performance for rice cultivation and decomposition of plant residues is shown to be the active process in carbon cycling in rice paddy. Therefore, Rice paddy have an important role in the global budget of green house gases. To improve understanding of the CO2 exchange in rice paddy, it is necessary to understand the seasonality of the CO2 exchange, key environmental variables, and crop growing factors. In this paper, the seasonal CO2 exchange and its characteristics with relation to environmental variables were investigated employing the open path eddy covariance method in Gimje in the southwestern coast of Korea.
The result has been showed that net ecosystem CO2 exchange (NEE), gross primary production (GPP), ecosystem respiration (Re) values during the barley crop period (OCT 16, 2011 ~ Jun 8, 2012) amounted to ?348.0, 663.3, and 315.3 g C m-2, respectively. The daily average NEE varied from 2.6 to ?11.2 g C m-2 d-1, and the NEE reached its maximum in tillering stage (Mar 1 ~ 10, 2012) of barley with an average value of ?4.0 g C m-2 d-1. The paddy field acted as a CO2 sink for about 157 days from hibernating to ripening stage (Dec 6, 2011 ~ May 28, 2012) except emergence (Oct 27 ~ Nov 5, 2011), seedling (Nov 6 ~ Dec 5, 2011), and few days of ripening stage (May 29 ~ Jun 8, 2012) when it became a net CO2 source. The NEE, GPP, and Re values during the rice crop period (Jun 6 ~ Oct 20, 2012)　amounted to ?277.1, 710.3, and 433.2　g C m-2, respectively. The daily average NEE over the rice cropping season varied from 4.4 to ?8.7 g C m-2 d-1, and the NEE reached the maximum value in elongation stage (Jul 26 ~ Aug 18, 2012) with an average value of ?5.3 g C m-2 d-1. The paddy acted as a CO2 sink during the growing season except rooting (Jun 21 ~ 28, 2012) and few days at maturity stage (Oct 12 ~ 20, 2012) when it became a net CO2 source.
Based on statistic analysis of relationship between environment variables (net radiation and soil temperature) and CO2 fluxes, net radiation (Rn) showed polynomial regression with GPP, NEE during barley and rice growing season, while, soil temperature showed logical regression with Re during barley and rice growing season. Based on crop dry biomass and cumulative CO2 exchange, there were significant positive correlation between aboveground biomass and cumulative GPP and Re, on the other hand, there was significant negative correlation between aboveground biomass and cumulative NEE. This study could be helpful for monitoring and estimation of CO2 exchange and ecosystem modeling approach.

#eddy covariance #net ecosystem exchange #rice-barley double field

Ⅰ. 서론 1
Ⅱ. 연구방법 4
2.1. 연구대상지 4
2.2. 연구대상지의 관리 6
2.3. 작물의 생육조사 및 생육시기 구분 9
2.4. CO2 플럭스 측정 11
2.5. 환경요인 측정 12
2.6. CO2 플럭스 데이터 품질 관리 및 처리 단계 15
2.7. CO2 플럭스 분배(GPP, NEE, Re) 17
Ⅲ. 결과 18
3.1. 작물의 생육량 변화 18
3.1.1. 보리의 생육량 변화 18
3.1.2. 벼의 생육량 변화 20
3.2. 논 생태계의 환경요인의 계절적 변화 22
3.2.1. 보리 생육기의 환경요인 변화 22
3.2.2. 벼 생육기의 환경요인 변화 25
3.3. 생육 구간에 따른 CO2 플럭스의 변화 28
3.3.1. 보리 생육구간에 따른 CO2 플럭스의 변화 28
3.3.2. 벼 생육구간에 따른 CO2 플럭스의 변화 32
3.4. 환경요인이 CO2 플럭스에 미치는 영향의 관계 36
3.4.1. 보리 생육 기간 동안 순복사 에너지가 GPP에 미치 는 영향 36
3.4.2. 보리 생육 기간 동안 순복사 에너지가 NEE에 미치는 영향 38
3.4.3. 벼 생육 기간 동안 순복사 에너지가 GPP에 미치는 영향 40
3.4.4. 벼 생육 기간 동안 순복사 에너지가 NEE에 미치는 영향 42
3.4.5. 보리 생육 기간 동안 지온이 Re에 미치는 영향 44
3.4.6. 벼 생육 기간 동안 지온이 Re에 미치는 영향 46
3.5. CO2 플럭스와 지상부 생육량의 관계 48
3.5.1. 보리 재배 기간 동안 CO2 플럭스와 지상부 생육량의 관계 48
3.5.2. 벼 재배 기간 동안 CO2 플럭스와 지상부 생육량의 관계 50
Ⅵ. 고찰 52
4.1. 보리 생육기간동안 CO2 교환량의 계절적 특성 52
4.2. 벼 생육기간동안 CO2 교환량의 계절적 특성 54
4.3. 관계 유무에 따른 CO2 교환량의 특성 57
4.4. 작물의 LAI 및 건물중과 CO2 교환량의 관계 58
4.5. 환경요인과 CO2 교환량의 관계 59
4.6. 미기상학적 방식과 생태학적 방식의 비교 연구의 필요성 61
Ⅴ. 적요 62
참고문헌 63
국문초록 69

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