Variations of Annual Evapotranspiration nnd Discharge in Three Different Forest-Type Catchments, Gyeonggido, South Korea

김경하,정용호,Kim Kyong-Ha,Jeong Yong-Ho Korean Society of Agricultural and Forest Meteorol 2006 한국농림기상학회지 Vol.8 No.3

이 연구는 임분구조가 다른 3가지 임상에서 장기 증발산량과 유출량의 변화를 분석하여 증발산량, 첨두유출량 및 유출량에 미치는 장기 임상변화의 효과를 밝히기 위하여 수행하였다. 시험지는 경기도 광릉에 소재한 국립산림과학원 유역수문시험지로서 인공침엽수 유령림과 천연활엽수 장령림 그리고 경기도 양주에 소재한 혼효 사방복구림을 대상으로 하였다. 수문자료는 1982년부터 1999년까지 양수댐에서 측정한 유출량과 강수량을 분석하여 각 시험지별로 약 110개의 홍수수 문곡선을 선별한 후 첨두유출량과 그 시점까지의 강수량 합계를 분석하였다. 강수량과 유출량의 관계로부터 증발산량을 추정한 결과, 증발산량은 인공침엽수 유령림에서 679mm, 천연활엽수 장령림에서 580mm이었으며 혼효 사방복구림에서는 368mm이었다. 또한, 유역의 유출량조절효과를 보여주는 유출량-지속기간 곡선에 대한 분석 결과, 임상이 가장 불량한 혼효 사방복구림에서 곡선의 기울기가 가장 급한 것으로 나타났으나, 산림이 생장함에 따라 그 기울기가 감소하는 것으로 분석되었다. 강수량과 첨두유출량의 관계를 분석한 결과, 인공침엽수 유령림과 혼효 사방복구림의 경우 각각 강수량 100mm 및 50mm에서 첨두유출량의 증가율이 높아지는 역치값을 보이는 반면에 천연활엽수 장령림은 200mm로 나타났다. 장기간에 걸친 홍수수 문곡선의 비교 결과, 인공침엽수 유령림에서는 10년이 경과한 후 첨두유출량이 감소한 것으로 나타나, 산림이 생장함에 따라 홍수유출조절 효과가 커지는 것으로 분석되었다. This study was to clarify the effects of forest stand changes on hydrological components of evapotranspiration and discharge. The forest-hydrological experimental stations in Gwangneung and Yangju, Gyeonggido near metropolitan Seoul have been operated by the Korea Forest Research Institute since 1979 to clarify the effects of forest types and practices on the water resources and nutrient cycling and soil loss. The hydrological regime of the forested catchments may change as forests develop. The ranges of change may be different depending on forest types. Evapotranspiration can be estimated to 679mm, 580mm and 368mm in planted young coniferous (PYC), natural old-growth deciduous (NOD) and rehabilitated young mixed (RYM), respectively. The slope of the discharge-duration curve shows the capacity of discharge control in a specific catchment. The slope tended to be steeper in RYM than NOD, the better forest condition. The slope in RYM became more gentle as the forest stand developed. Forests can modulate peak flows through interception, evapotranspiration and soil storage opportunity. PYC and RYM showed 100 and 50mm of threshold rainfall for modulating peak flows, respectively. The deciduous forest did not represent sudden changes of peak flow rates to rainfall, even 200 mm rainfall Forest development in PYC may play an important role in modulation of peak flows because peak flow rates reduced after 10 years.

Preparation of Soil Input Files to a Crop Model Using the Korean Soil Information System

유병현,김광수,Yoo, Byoung Hyun,Kim, Kwang Soo Korean Society of Agricultural and Forest Meteorol 2017 한국농림기상학회지 Vol.19 No.3

토양 변수는 작물 모형을 통한 기후변화 시나리오 조건에서의 작황 예측에 있어 중요한 환경적 요소이다. 토양 환경 정보 시스템 (Korean Soil Information System; KSIS)에서는 390 개의 토양통에 대한 자세한 정보를 제공하고 있다. 그러나, 이러한 토양 정보는 HTML (Hyper Text Markup Language) 문서 형식으로 제공되고 있어 작물 모형용 토양입력 자료로 변환하는 데에 어려움이 있다. 이에 따라 KSIS의 토양정보를 기반으로 작물모델의 토양 입력자료를 생산하는 도구인 Korean Soil Information System Processing Tool (KSISPT) 를 개발하였다. 이 도구는 객체 지향 프로그래밍 언어인 JAVA로 작성되었으며 여러 개의 모듈로 구성되었다. 이 모듈들을 통해 각각 KSIS 웹 페이지 문서 분석, 토양 자료 저장, 추가 변수 생성, 토양 입력자료 출력 등의 기능이 구현되었다. 각 토양통의 특성을 고려한 총 940여개의 토양 입력 자료가 생성되었다. 이 토양 자료를 KSIS에서 제공하는 30m 해상도의 토양통 공간적 분포 지도와 함께 활용된다면, 미래 기후 조건에서 작물 생산성의 시공간적 분석이 용이해지고 이를 기반으로 기후 변화 적응 대책수립에 도움을 줄 수 있을 것이다. Soil parameters are required inputs to crop models, which estimate crop yield under a given environment condition. The Korean Soil Information System (KSIS), which provides detailed soil profile record of 390 soil series in the HTML (HyperText Markup Language) format, would be useful to prepare soil input files. Korean Soil Information System Processing Tool (KSISPT) was developed to aid generation of soil input data based on the KSIS database. Java was used to implement the tool that consists of a set of modules for parsing the HTML document of the KSIS, storing data required for preparing soil input file, calculating additional soil parameter, and writing soil input file to a local disk. Using the automated soil data preparation tool, about 940 soil input data were created for the DSSAT model and the ORYZA 2000 model, respectively. In combination with soil series distribution map at 30m resolution, spatial analysis of crop yield could be projected under climate change, which would help the development of adaptation strategies.

Soil CO₂ Evolution and Nitrogen Availability on Abandoned Agricultural Fields at Mt. Kumdan

손요환,반지연,김래현,김준,Son, Yo-whan,Ban, Ji-yeon,Kim, Rae-Hyun,Kim, Joon Korean Society of Agricultural and Forest Meteorol 2003 한국농림기상학회지 Vol.5 No.2

한계농지 토양 내의 탄소와 질소의 동태에 관한 연구는 적절한 연구 대상지의 부족으로 지금까지 폭 넓게 이루어지지 못했다. 본 연구에서는 서울 근처의 검단산 일대에서 지속적으로 산림이었던 지역, 과거 논으로 이용되었던 지역, 과거 밭으로 이용되었던 지역 등 세 곳의 연구 대상지를 선정하고 여기에서 2002년 7월 25일부터 2003년 1월 24일까지 토양 발생 $CO_2$와 무기태 질소의 유효도를 측정하였다. 현재 지속적으로 산림이었던 지역과 과거 논으로 이용되었던 지역은 낙엽활엽수림이고, 과거 밭으로 이용되었던 지역은 낙엽성 관목이 주 식생을 이루고 있다. 토양 발생 $CO_2$는 토양 온도의 계절적 변화에 따라 차이를 보였다. 본 연구 기간동안 토양 발생 $CO_2$량 (g $CO_2$/$m^2$/hr)의 평균은 각각 과거 논으로 이용되다. 산림으로 변한 지역이 0.42, 과거 밭으로 이용되다 관목으로 변한 지역이 0.50, 지속적으로 산림이었던 지역이 0.41로 나타났다. 토양 발생 $CO_2$와 토양 온도는 연구 지역간에 차이가 나타나지 않았으나 토양 습도는 주목할 만한 차이를 보였고, 토양 발생 $CO_2$에 대해 토양 습도는 매우 약한 상관관계를 나타냈다. 무기태 질소의 유효도는 세 곳의 연구 대상지에 따라 차이를 나타냈으며 이는 토양 수분과 관련이 있는 것으로 보인다. The iufluence of abandonment of agricultural fields on soil carbon and nitrogen dynamics is rarely addressed due to lack of appropriately paired sites. In this study, we identified three sites that have native forest and abandoned rice and crop fields at Mt. Kumdan near Seoul. Currently the vegetation of indigenous forest and the abandoned rice field is deciduous hardwood forest, while that of the abandoned crop field is deciduous shrub. We measured soil $CO_2$ evolution and inorganic N availability for the three sites from 25 July 2002 through 24 January 2003. Soil $CO_2$ evolution tracked seasonal soil temperature. Mean soil $CO_2$ evolution (g $CO_2$/$m^2$/hr) for the study period was 0.42 for the rice field to forest, 0.50 for the crop field to shrub, and 0.41 for the indigenous forest, respectively. Soil $CO_2$ evolution and soil temperature were not different among the sites; however, soil water content was significantly different. Soil water content had a very weak influence on soil $CO_2$ evolution. Inorganic resin N availability differed among the three sites and seemed to be related to soil moisture.

Seasonal Change in C₃/C₄ Mixed Vegetation Populations over Paddy Levees in South Korea

김명현,오영주,김미란,Kim, Myung-Hyun,Oh, Young-Ju,Kim, Miran Korean Society of Agricultural and Forest Meteorol 2012 한국농림기상학회지 Vol.14 No.4

본 연구에서는 기후변화가 농업생태계 식물군락에 미치는 영향을 해석하기 위하여 기상요건이 다른 해남, 영동, 철원 3지역의 논둑에서 시기별로 식생변화를 조사하였다. 그 결과 출현종수에서 $C_3$식물은 해남과 영동에서는 이른 봄부터 5월 중순까지 증가하다가 $C_4$식물이 출현하는 이후부터 계속적으로 감소하였지만, 철원에서는 이른 봄부터 가을까지 계속적으로 증가하는 경향을 나타냈다. $C_4$식물은 해남과 영동에서는 6월 중순, 철원에서는 7월 하순에 출현하여 가을까지 계속적으로 증가하는 경향을 나타냈다. 종다양성의 계절변화에서 해남은 $C_4$식물이 출현하기 전에 가장 높은 값을 나타냈으며 이후에는 급격히 감소하였다. 영동은 $C_3$와 $C_4$식물이 혼생하는 초기에 가장 높은 값을 나타냈으며 이후에 서서히 감소하였다. 철원은 감소경향이 나타나지 않고 계속적인 증가 패턴을 나타냈다. 이들 논둑에 출현하는 식물을 $C_3$와 $C_4$ 두 그룹으로 나누어 상대피도 및 상대우점율의 계절변화를 확인한 결과 지역별 차이를 나타내기는 하지만 $C_3$식물에서 $C_4$식물로 교대가 나타나는 것을 확인할 수 있었다. 이러한 교대시기를 온도와 일조시간을 고려한 관계식을 이용하여 추정할 수 있었으며, 일평균기온 5 이상인 날에 대한 일조시간의 누적 합이 1017시간에서 논둑식생의 상대우점율이 $C_3$식물에서 $C_4$식물로 교대하는 것으로 예측했다. 이러한 연구결과는 기후변화에 따른 국내 식생분포의 예측에도 중요한 기초자료로 활용될 수 있을 것으로 판단된다. Studies of seasonal changes in $C_3/C_4$ mixed communities are rare, particularly in Asian summer monsoon climate zones. In our present study, seasonal changes in the profile and coverage of $C_3$ and $C_4$ plants were investigated in 2009 in Haenam, Yeongdong and Cheorwon regions of South Korea (all at different latitudes). The aim was to estimate the impacts of temperature and sunshine duration on species composition and transition timing of the $C_3$ and $C_4$ plants. From our results, the number of $C_3$ plants was found to increase from early spring to mid-May, and then decrease again until September in the Haenam and Yeongdong regions, but continuously increase from early spring to September in the Cheorwon region under relatively low summer temperatures. On the other hand, the number of $C_4$ plants increased from June or July to September in all three regions. These seasonal changes in species number and ratio have a direct impact upon species diversity which is highest when there are no dominant species. The relative coverage and relative summed dominance ratio (SDR') of the $C_3$ plants decreased from spring to autumn, but increased for the $C_4$ plants during this time in an exponential fashion with increasing accumulated temperature and sunshine duration. The transition timing from $C_3$ to $C_4$ plants occurred when the sum of sunshine duration for the days with daily mean temperature above $5^{\circ}C$ was 1017 hrs for the SDR'.

Annual Variation of Soil CO₂ Efflux in a Broadleaved Deciduous Forest of the Geumsan (Mt.) Long-Term Ecological Research Site

김춘식,이임균,임종환,박병배,천정화,Kim, Choonsig,Lee, Im Kyun,Lim, Jong Hwan,Park, Byung Bae,Chun, Jung Hwa Korean Society of Agricultural and Forest Meteorol 2013 한국농림기상학회지 Vol.15 No.3

산림생태계 토양 호흡량은 지구탄소순환에 중요한 역할을 한다. 본 연구는 금산 장기생태 연구 조사지 낙엽활엽수림을 대상으로 4년 동안 토양 이산화탄소 방출량의 연 변동을 조사하였다. 금산 장기생태 연구 조사지 월별 토양 이산화탄소 방출량은 토양온도 변화와 밀접한 관계가 있었으며 토양수분함량과는 뚜렷한 경향을 보이지 않았다(P > 0.05). 동절기(1월과 2월, 2007년의 경우 1월부터 3월)를 제외한 평균 토양 이산화탄소 방출량은 2008년 0.32 g $CO_2\;m^{-2}h^{-1}$, 2009년 0.40g $CO_2\;m^{-2}h^{-1}$, 2007년 0.41g $CO_2\;m^{-2}h^{-1}$, 2010년 0.54 g $CO_2\;m^{-2}h^{-1}$ 순이었으며, 2008년의 연 평균토양온도는 $12.0^{\circ}C$로 다른 연도의 토양 온도 $13.0-13.5^{\circ}C$에 비해 유의적으로(P<0.05) 낮았다. 토양 이산화탄소 방출량과 토양 20cm 깊이의 토양온도는 지수함수 관계가 있었으며 ($R^2$ = 0.31-0.75, P < 0.05), 토양수분함량은 토양 이산화탄소 방출량과 유의적인 관계가 없었다(P > 0.05). 본 연구 결과에 따르면 금산장기생태연구 조사지 토양 이산화탄소 방출량의 연 변동은 토양수분보다는 토양온도 변화와 관계가 있었다. Soil respiration in forest ecosystems play an important role in global carbon cycle. This study was carried out to determine the annual variation of soil $CO_2$ efflux for 4 years in a broadleaved deciduous forest of the Geumsan (Mt.) Long-Term Ecological Research (GLTER) site in Southern Korea. The soil $CO_2$ efflux in the GLTER site showed annual variations with the fluctuations of annual mean soil temperature, but not with those of soil water content. The annual mean soil $CO_2$ efflux except for winter season was 0.32 g $CO_2\;m^{-2}h^{-1}$ for 2008, 0.40 g $CO_2\;m^{-2}h^{-1}$ for 2009, 0.41 g $CO_2\;m^{-2}h^{-1}$ for 2007, and 0.54 g $CO_2\;m^{-2}h^{-1}$ for 2010. The lowest soil $CO_2$ effluxin 2008 was associated with the lowest soil temperature ($2.0^{\circ}C$) in comparison with those of other years ($13.0-13.5^{\circ}C$). The exponential relationships between monthly soil $CO_2$ efflux and the corresponding soil temperature at the soil depth of 20 cm were significant ($R^2$ = 0.31-0.75, P < 0.05). The results indicate that the annual variation of soil $CO_2$ efflux was attributed to the variations of soil temperature rather than soil water content in the GLTER site.

CO₂ and Energy Exchange in a Rice Paddy for the Growing Season of 2002 in Hari, Korea

Byung-Kwan Moon,Jinkyu Hong,Byoung-Ryol Lee,Jin I. Yun,Eun Woo Park,Joon Kim Korean Society of Agricultural and Forest Meteorol 2003 한국농림기상학회지 Vol.5 No.2

한국 내 농경지의 약 60%를 차지하고 있는 논은 아시아의 주요 농업 생태계의 하나이다. 논은 대기로부터 $CO_2$를 흡수함과 동시에 CH$_4$의 형태로 탄소를 대기 중으로 방출하는데, 관개 상태에 따라 흡수와 방출의 상대적 크기가 달라져서 온실 기체의 전구 수지에 중요한 변수로 작용할 수 있다. 온실 효과와 관련하여 논의 현재 및 미래의 역할을 보다 잘 이해하기 위하여, 주요 농업 생태계에서의 $CO_2$와 에너지 교환을 정량화 하는 것은 매우 중요하다. 이 연구의 목적은, 벼의 전체 생장 기간동안 한국의 전형적인 논에서의 에너지와 $CO_2$ 교환과정을 관측, 분석하고 이해하는 것이다. 2002년 4월부터 한국 타워 플럭스 관측 지역망(KoFlux)에속한 강화도 하리의 논에서 $CO_2$ 및 에너지 플럭스 관측을 지속적으로 해오고 있다. 다양한 보정 단계와 처리 과정을 거친 관측 자료를 통해, 논과 대기간의 $CO_2$ 교환량을 정량화하고, 이를 미기상학적, 생물리학적 관점에서 분석하였다. 날씨 변화와 더불어, 지표 피복 변화와 식물의 생장 단계에 따라 $CO_2$ 교환량이 민감하게 변화하였다. 국내 논에서의 전 생장기간에 걸친 에너지와 $CO_2$ 교환에 관한 최초의 직접 관측 보고인 본 연구는, 아시아 플럭스망(AsiaFlux) 내에서 중요한 참고 자료로서의 가치를 지니며, 지면 모형의 보정과 개선, 전구 생지화학적 순환에 대한 논의 역할, 그리고 생물-대기 상호 작용에 대한 근본적인 이해를 향상시키는 데 기여할 것이다. Rice, which occupies about 60% of the farmland in Korea, is a staple crop in Asia. It not only absorbs $CO_2$ from the atmosphere, but also emits carbon in a form of CH$_4$. It has a potential role in the global budget of greenhouse gases because of its relative contributions of carbon absorption and emission associated with changing hydrologic cycle. To better understand its current and future role, seasonal variations of energy and $CO_2$ exchange in this critical ecosystem need to be quantified. The purpose of this study was to measure, document and understand the exchange of energy and $CO_2$ in a typical rice paddy in Korea throughout the whole growing season. Since late April of 2002, we have conducted measurements of energy and $CO_2$ exchange in a rural rice paddy at Hari site, one of the Korea regional network of tower flux measurement (KoFlux). After the quality control and gap-filling, the observed fluxes were analyzed in the context of micrometeorology and biophysics. $CO_2$ and energy exchanges varied significantly with land cover changes (e.g., plant growth stages), in addition to changes in weather and climate conditions. This study, reporting first direct measurement of energy and $CO_2$ exchange over a rice paddy in Korea, would serve as a useful database as one of the reference sites in AsiaFlux and FLUXNET.

Rural Systems Visioneering: Paradigm Shift from Flux Measurement to Sustainability Science

김준,강민석,타이칸 오끼,박은우,카즈히토 이치이,요하나 마리아 인드라와티,조성식,문지현,유완철,이지영,이협승,카롤리 은자우,안성훈,Kim, Joon,Kang, Minseok,Oki, Taikan,Park, Eun Woo,Ichii, Kazuhito,Indrawati, Yohana Maria,Cho, Sungsik,Moon, Jihyun,Yoo, Wan Ch Korean Society of Agricultural and Forest Meteorol 2018 한국농림기상학회지 Vol.20 No.1

지속가능성과학은 다양한 학문 배경과 관심을 가진 과학자, 전문직 종사자 및 이해당사자들 간의 소통과 협력뿐 아니라 결정론적 환원주의적 접근에서 오래전 기본으로의 패러다임 전환이 요구되는 떠오르는 초학문적 연구다. 생태-사회시스템은 많은 구성성분(또는 행위자)들로 이루어져 이들의 국지 규모의 무작위 상호작용이 자연스럽게 시스템 전체 규모의 질서를 만들어내는 공진화하는 복잡계다. 여기서, 시스템과 주변환경 간의 에너지와 물질과 정보의 흐름이 중요한 역할을 한다. 본 통신에서는 이렇게 계속 변화하는 역동적 시스템, 즉 '자기-조직화하는 계층구조의 열린 시스템(SOHOs)'의 개념적 틀을 소개한다. 먼저 SOHOs의 구조와 기능성을 이해하기 위해 물리학의 두 기본 법칙을 다시 논의한다. 두 법칙의 재해석을 통해 시스템의 운명과 지속가능성을 향한 보다 나은 경로, 또한 생태계의 온전함과 사회의 비전/가치 추구를 어떻게 조화시킬 것인가에 대한 이해를 돕고자한다. 그 다음에 소위 '비저니어링(V)'이라는 틀을 되먹임/전방급전(feedback/feedforward) 루프로 SOHOs 틀에 통합시켜서, '슬쩍 찌르는(nudged) 자기-조직화'가 시스템을 구성하는 행위자들이 합력하여 지속가능한 생태-사회 시스템을 이루어 가도록 유도한다. 마지막으로, SOHOs-V의 적용사례로서, 현재 탄자니아의 농촌마을에서 진행되고 있는 미래지구의 지속가능발전목표 연구실(SDG Lab)인 '농촌시스템 비저니어링(Rural Systems Visioneering)'을 예로 제시하였다. Sustainability science is an emerging transdisciplinary research which necessitates not only the communication and collaboration of scientists, practitioners and stakeholders from different disciplines and interests, but also the paradigm shift from deterministic and reductionist approaches to the old basic. Ecological-societal systems (ESS) are co-evolving complex systems having many interacting parts (or agents) whose random interactions at local scale give rise to spontaneous emerging order at global scale (i.e., self-organization). Here, the flows of energy, matter and information between the systems and their surroundings play a key role. We introduce a conceptual framework for such continually morphing dynamical systems, i.e. self-organizing hierarchical open systems (SOHOs). To understand the structure and functionality of SOHOs, we revisit the two fundamental laws of physics. Re-interpretation of these principles helps understand the destiny and better path toward sustainability, and how to reconcile ecosystem integrity with societal vision and value. We then integrate the so-called visioneering (V) framework with that of SOHOs as feedback/feedforward loops so that 'a nudged self-organization' may guide systems' agents to work together toward sustainable ESS. Finally, example is given with newly endorsed Sustainable Development Goals (SDG) Lab (i.e., 'Rural systems visioneering') by Future Earth, which is now underway in rural villages in Tanzania.

Measurement of Soil CO₂ Efflux Using a Closed Dynamic Chamber System

채남이,김준,김동길,이도원,김래현,반지연,손요환,Chae, Nam-yi,Kim, Joon,Kim, Dong-gill,Lee, Do-won,Kim, Rae-Hyun,Ban, Ji-yeon,Son, Yo-whan Korean Society of Agricultural and Forest Meteorol 2003 한국농림기상학회지 Vol.5 No.2

토양으로부터의 $CO_2$ 방출은 생태계의 탄소 순환에 중요한 위치를 차지한다. 주요 생태계의 순 $CO_2$ 교환과 일차 생산량 등을 정확히 산출하려면 군락 $CO_2$ 플럭스와 더불어 토양 $CO_2$ 플럭스의 관측이 함께 이루어져야 한다. 본 논문에서는 닫힌 역학 챔버 시스템을 활용한 토양 이산화탄소 플럭스의 관측 방법을 간략히 검토하고, 한반도 주요 생태계에 구축된 한국 타워 플럭스 관측 지역망(KoFlux)의 거점 관측소에서 예비 관측된 결과와 서로 다른 관측 시스템간의 상호비교 결과를 보고하고자 한다. Soil $CO_2$ emission is one of the primary components in carbon balance of terrestrial ecosystems. To accurately assess their net ecosystem exchange of $CO_2$ and net primary production, measurement of soil $CO_2$ efflux is required along with that of canopy $CO_2$ flux. In this paper, soil $CO_2$ flux measurement technique using closed dynamic chamber systems is briefly reviewed. Preliminary results on soil $CO_2$ exchange and inter-comparison of different measurement systems currently used in Korean regional network of tower flux measurement sites (KoFlux) are also reported.