Analysis of Soil Carbon Dioxide Variability Characteristics in Forest, Agriculture and Meadow

Yongchul Shin

doi:10.5389/KSAE.2025.67.2.025

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Journal of Korean Society of Agricultural Engineers. 2025. 25–32
https://doi.org/10.5389/KSAE.2025.67.2.025

Analysis of Soil Carbon Dioxide Variability Characteristics in Forest, Agriculture and Meadow

산림, 농업 및 초지의 토양이산화탄소 변동 특성 분석

Yongchul Shin^a^†

신 용철^a^†

^aAssociate Professor, Department of Agricultural Civil Engineering, Kyungpook National University

^†Corresponding author Tel.: +82-53-950-5734 E-mail: ycshin@knu.ac.kr

ABSTRACT

This study analyzed the impacts of weather (rainfall) and soil environmental (soil temperature and moisture) conditions on soil carbon dioxide (soil CO₂) dynamics according to different land uses. The study sites of Daegu research forest, Chuncheon upland farm and Buan research forest were selected to measure the soil environmental (soil characteristics, soil temperature and soil moisture) variables. The strong correlation was observed between the soil temperature and soil CO₂ values at Daegu, Chuncheon and Buan. However, the correlation between the soil CO₂ and soil moisture was significantly higher at Chuncheon compared to those of Daegu and Buan. The organic matter was artificially supplied for cultivating crops with tillage at Chuncheon. When the soil temperature exceeded over 20°C, the rapid decomposition of organic matter might cause a sharp increase in the soil CO₂ concentration. Usually, the soil CO₂ is released into the atmosphere through soil pores, but the high soil moisture that blocks the soil pores can restrict the movement of soil CO₂ and lead to a sharp rise in the soil CO₂ concentrations. Consequently, the soil CO₂ is influenced by increases in the soil temperature, while the soil moisture appears to affect the sequestration of the soil CO₂ within the soil matrix. Thus, the findings of this study can serve as the basic data for reducing soil carbon emissions in response to the climate crisis.

Keywords

Soil CO₂

soil temperature

soil moisture

sequestration of soil CO₂

MAIN

Ⅰ. 서 론

토양은 지구 생태계에서 탄소 순환의 중요한 구성 요소 중 하나로, 전 세계 탄소 저장고의 약 80%를 차지하며 기후 변화에 영향을 미친다 (Lal, 2004). 지표 식생에는 약 550 Pg의 탄소가 저장되어 있으며, 토양에는 식생의 약 3배와 대기의 약 2배에 해당하는 1,500 Pg 정도의 탄소가 축적되어 있는 것으로 보고되고 있다 (Waring and Running, 1998; DOE, 1999). 식생은 광합성을 통해 탄소를 흡수하며 토양은 미생물과 식물의 호흡을 통해 대기로 많은 양의 탄소를 배출하기 때문에 대기-식생-토양의 탄소순환을 이해하고 규명하는 것은 매우 중요하다 (Suh et al., 2005). 토양의 탄소배출은 기후변화에 따른 온도 변화에 큰 영향을 받기 때문에 기후변화 저감을 위해 매우 중요하다 (Liang et al., 2003; Lee et al., 2010). 토양으로 유입되는 탄소는 일반적으로 생물, 동식물의 사체, 배설물 등의 형태로 유입되며, 유입된 유기물은 토양 미생물을 주축으로 하는 다양한 소비자에 의해 분해된다. 이러한 토양이산화탄소의 배출과 저장 특성은 탄소배출 저감 및 기후 변화 대응 전략 수립을 위해 매우 중요하다 (Schlesinger and Andrews, 2000). 도시화, 농업 확대, 산림파괴 등 인위적인 토지이용 변화는 토양의 물리적, 화학적 및 생물학적 특성에 영향을 미친다. 특히, 토지이용에 따라 토양의 유기물 함량, 미생물 활동, 토양 공극, 토양 구조 등이 변화하며, 이는 토양이산화탄소의 배출 및 격리 특성에 직접적으로 영향을 미친다 (Raich and Potter, 1995). 예를 들어, 농업지역은 작물 재배를 위해 경작되고 비료와 퇴비와 같은 유기물이 지속적으로 투입되기 때문에 토양 내 탄소 순환 과정이 산림이나 초지와는 다른 양상을 보인다 (Smith et al., 2008). 토양온도는 유기물 분해 속도와 미생물 활동을 촉진하여 토양이산화탄소 배출을 증가시키는 반면에, 토양수분은 토양 공극 내에 토양이산화탄소의 이동을 제한 혹은 미생물 활동을 억제하여 토양이산화탄소 배출 정도에 기여한다 (Davidson and Janssens, 2006). 따라서 토양이산화탄소 변화를 이해하기 위해서는 토지이용, 기상 및 토양환경 간의 상호작용을 종합적으로 분석할 필요가 있다.

토양에 유입된 유기물은 미생물 등의 토양생물에 의해 분해되면서 이산화탄소가 발생되기 때문에 토양이산화탄소 발생은 유기물의 종류와 양에 영향을 받는다 (Son and Kim 1996). 또한 토양온도, 토양수분, 유기물 함량 등은 토양이산화탄소 변화에 영향을 미치며, 특히 토양온도와 높은 양의 상관성이 나타난다 (Raich et al., 1990). 그러나 Liu et al. (2006)은 토양온도 외에도 토양수분이 토양이산화탄소 발생에 영향을 미치는 것으로 보고하였으며, 토양수분은 식물의 뿌리와 미생물 활동, 토양의 물리적⋅화학적 특성에 직간접적으로 영향을 미친다. Son et al. (1994)의 연구에 따르면 토양이산화탄소의 계절적 변화가 토양온도와 정확히 일치하지 않는 것으로 보고하였다. Liu et al. (2002)의 연구에 따르면 토양온도와 함께 토양수분이 토양이산화탄소에 영향을 미치며, 토양수분과 토양이산화탄소가 양의 상관성을 보인다 (Rout and Gupta, 1989; Epron et al., 1999).

따라서, 본 연구에서는 산림, 농업 및 초지와 같은 토지이용에 따른 토양이산화탄소 변동 특성을 조사하기 위하여 각 토지이용에 대한 대표 지점을 선정하고, 기상 및 토양환경 변화에 따른 토양이산화탄소 변동 특성을 분석하였다. 기상자료는 강우량을 고려하였고, 토양환경 지표는 토양온도와 토양수분 자료를 반영하였다. 본 연구의 결과로 토지이용별 토양이산화탄소 배출 특성을 이해하고, 기후 위기 대응 방안 마련에 유용하게 활용할 수 있을 것으로 기대한다.

Ⅱ. 실험 및 연구방법

1. 연구대상 유역

본 연구에서는 산림, 농업 및 초지 대표지점을 선정하여 기상 (강우량)⋅토양환경 (토양온도 및 토양수분) 변화가 토양이산화탄소 변화에 미치는 영향을 분석하였다. 연구유역은 경북대학교 대구학술림 (Site1-산림), 강원대학교 춘천 시험 농경지 (Site2-농업) 및 전북대학교 부안학술림 (Site3-초지) 지점을 선정하였으며, 연구기간은 2022년 겨울철 (토양 동결 기간)을 제외한 4~9월까지 토양이산화탄소, 토양수분 및 토양온도를 관측하였다. 경북대학교 대구학술림은 대부분 산림이 우세하며 인위적 활동이 최소화되는 지점이다. 대구학술림은 소백산맥의 남단에 위치하고 있는 팔공산 지역으로 초레봉을 중심으로 남서쪽으로 경사져 있다. 초레봉을 기점으로 다락골, 서당골과 탑상골로 이루어져 있으며 계곡은 협곡으로서 최고봉은 초레봉 (635 m)으로써 초레봉의 능선을 경계로 하여 동쪽 하양읍과 경계를 이루고 있으며, 초레봉의 서남쪽 지역에 학술림이 위치하고 있다. 경북대학교 대구학술림은 사면경사가 30~60%로 우리나라 산림지역을 대표할 수 있는 경사지역을 선정하였다. 강원대학교 시험 농경지는 강원도 춘천시 신북읍에 위치하며 2019년에 조성되었다. 농장 밭 시험포는 약 3% 경사의 시험포를 선정하였다. 전북대학교 부안학술림은 변산반도 국립공원 내에 상수원보호구역에 위치하고 있다. 총면적 1,982.8 ha로 임상의 대부분이 굴참나무가 주종을 이루는 천연활엽수림이며, 대부분 경사 30°이상의 비교적 험준한 산악지대로 토심은 얕은 특성이 있다. 부안학술림 또한 산림지역이지만 지표피복이 초지로 구성되어 있는 지역을 관측지점으로 선정하였다. 대구학술림과 부안학술림은 인위적 활동이 최소화되는 지점을 선정하였기 때문에 산림 및 초지별 자연상태의 토양수분 및 토양유기탄소 변화를 관측할 수 있으며, 강원대학교 시험 농경지는 밭 재배지역의 특성을 분석할 수 있다. 대구학술림, 강원대학교 시험 농경지 및 부안학술림의 위치는 Fig. 1과 같다.

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Fig. 1

The locations of monitoring sites and weather stations

2. 토양환경 및 토양이산화탄소 관측

시험유역 토양층 (0-30 cm)의 토양이산화탄소 특성을 분석하기 위하여 토양이산화탄소 (eosFD) 측정장비를 지표로부터 5~15 cm 깊이에 설치하였다. 또한 토양이산화탄소에 미치는 토양환경특성을 분석하기 위하여 토양온도 및 토양수분을 관측하였다. 토양수분은 TDR (Time Domain Reflectometry) 센서를 이용하였으며, 지표면으로부터 10 cm 및 30 cm 깊이에 설치하여 토양수분을 측정하였다. 토양온도는 지표면 0-10 cm 깊이에 설치하여 측정하였다. 토양이산화탄소, 토양수분 및 토양온도는 일별 10분 간격으로 자료를 측정하여 데이터로거에 저장하며, 본 연구에서는 일별 평균값을 사용하였다. 시험유역의 강우량 자료는 관측지점 인근에 위치하는 기상청 (대구기상청, 춘천기상청 및 부안기상청)의 자료를 수집하여 사용하였다. 강우량과 측정된 자료는 통계값을 산정하여 분석하였다. 대구학술림 및 부안학술림은 각각 산림 및 초지가 우세한 지역이며, 강원대학교 춘천 농장 시험 농경지는 농업이 우세하다. 2022년 강원대학교 춘천 시험 농경지 시험포에서는 감자를 재배하였고, 4월 1일에 경운 후 시험포에 약 비료 10 kg, 퇴비 100 kg 및 토양살충제 약 0.5 kg을 살포하였다. 또한 4월 3일 이랑작업을 진행후 4월 4일부터 감자를 파종하여 경작을 진행하였으며, 8월 21일 파종한 감자를 수확하였다. 관측지점의 토양특성 (sand, silt 및 clay, %) 분석을 위하여 지표면으로부터 약 10 cm 깊이에서 토양시료를 채취하여 분석하였다. 대구학술림, 춘천 시험 농경지 및 부안학술림의 토양시료는 대구학술림 8회, 춘천 농장 8회 및 부안학술림 7회 채취하였다 (Table 1). 또한 토양수분 및 토양이산화탄소 보유능력 평가를 위하여 Saxton et al. (1986)이 제시한 경험식 (Eqs. 1-6)과 관측된 토양특성을 연계하여 시험유역 토양의 포장용수량 (Field Capacity-FC) 및 영구위조점 (Permanent Wilting Point-PWP)을 산정하였다.

Table 1

The date of soil core sampling at Daegu, Chuncheon and Buan

Site	Land use	2021					2022
Site	Land use	Sampling #01	Sampling #02	Sampling #03	Sampling #04	Sampling #05	Sampling #06	Sampling #07	Sampling #08
Daegu	Forest	4/29	5/26	6/29	7/26	9/9	5/19	8/23	9/22
Chuncheon	Agriculture	5/7	5/27	7/2	7/26	8/31	5/20	8/23	9/23
Buan	Meadow	7/5	7/13	8/18	9/15	-	5/20	8/22	9/23

(1)

A = \exp [- 4.396 - 0.0715 (C l a y) - 4.880 \times 10^{- 4} {(S a n d)}^{2} - 4.285 \times 10^{- 5} {(S a n d)}^{2} (C l a y)] \times 100.0

(2)

B = - 3.140 - {0.00222 (C l a y)}^{2} - 3.484 \times 10^{- 5} {(S a n d)}^{2} (C l a y)

(3)

{P W P}_{r a w} = {(15.0 / A)}^{1 / B}

(4)

{F C}_{r a w} = {(0.333 / A)}^{1 / B}

(5)

P W P = 0.85 \times P W P_{r a w}

(6)

F C = 1.07 \times {F C}_{r a w}

여기서 A 및 B는 수분장력계수 (Coefficients of Moisture- Tension), PWP_raw는 위조점 (Permanent Wilting Point, %), FC_raw는 포장용수량 (Field Capacity, %) 및 WP/FC는 보정된 영구위조점/포장용수량을 나타낸다. 본 연구에서 관측된 강우량, 토양온도, 토양수분 및 토양이산화탄소 실측값의 최대값 (Maximum), 상위 75% (Upper 75%), 중간값 (Median), 하위 25% (Lower 25%) 및 최소값 (Minimum)을 분석하였으며, 변동계수 (Coefficient of Variation-CV, Eq. 7)와 Pearson 상관계수 (R, Eq. 8)를 통해 토양이산화탄소의 변동성을 분석하였다.

(7)

C V = \frac{S D}{A v e r a g e} \times 100, %

(8)

R = \frac{\sum_{t = 1}^{T} ({V a r A}_{t}^{} - {\bar{V a r A}}_{t}^{}) ({V a r B}_{t}^{} - {\bar{V a r B}}_{t}^{})}{\sqrt{\sum_{t = 1}^{T} {({V a r A}_{t}^{} - {\bar{V a r A}}_{t}^{})}^{2} \sum_{t = 1}^{T} {({V a r B}_{t}^{} - {\bar{V a r B}}_{t}^{})}^{2}}}

여기서 SD는 표준편차 (Standard Deviation), Average는 평균값, 은 A 변수의 실측값, 는 B 변수의 실측값, 는 A 변수 실측값의 평균 및 는 B 변수 실측값의 평균이다.

Ⅲ. 결과 및 고찰

1. 토양특성 분석

토양환경이 토양이산화탄소 변화에 미치는 영향을 평가하기 위하여 대구학술림, 춘천 시험 농경지 및 부안학술림에서 토양시료를 채취하여 분석하였다 (Fig. 2). 토양시료를 분석한 결과 대구학술림과 춘천 농장은은 sandy loam (사양토) 및 loamy sand (양질 사토) 토양이 우세하였으며, 부안 학술림은 clay loam (식양토) 토양이 우세한 것으로 나타났다. 분석된 토양특성과 Saxton et al. (1986)이 제시한 경험식을 이용하여 대구학술림, 춘천 시험 농경지 및 부안학술림의 포장용수량과 영구위조점을 산정하여 평균 및 표준편차를 분석하였다 (Table 2). 전체적으로 식양토 토양이 우세한 부안학술림의 포장용수량 (평균/표준편차: 0.378/0.012)과 영구위조점 (평균/표준편차: 0.147/0.011)이 대구학술림의 포장용수량 (평균/표준편차: 0.323/0.003)과 영구위조점 (평균/표준편차: 0.086/0.002) 및 춘천 시험 농경지의 포장용수량 (평균/표준편차: 0.322/ 0.001)과 영구위조점 (평균/표준편차: 0.087/0.002)와 비교하여 높게 나타났다. 토양의 유효공극을 나타내는 유효수분함량 (Available Water Content-AWC)은 대구학술림에서 0.238로 나타나 춘천 시험 농경지/부안학술림의 0.235/0.231보다 다소 높게 나타났으나, 차이는 크지 않은 것으로 나타났다 (Table 2). 따라서 실제 토양수분과 토양이산화탄소를 함유할 수 있는 토양의 유효공극은 대구학술림, 춘천 시험 농경지 및 부안학술림의 토양별로 큰 차이가 없는 것으로 판단되었다.

Table 2

The statistics of field capacity, permanent wilting point and available water content in the root zone (0-30 cm) at Daegu, Chuncheon and Buan

Contents	Statistics	Daegu	Chuncheon	Buan
Field capacity	Average	0.323	0.322	0.378
Field capacity	Standard deviation	0.003	0.001	0.012
Permanent wilting point	Average	0.086	0.087	0.147
Permanent wilting point	Standard deviation	0.002	0.002	0.011
Avail water content	Average	0.238	0.235	0.231
Avail water content	Standard deviation	0.005	0.003	0.001

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Fig. 2

Analysis of the measured soil characteristics, (a) Daegu, (b) Chuncheon and (c) Buan

2. 토양이산화탄소 변동성 분석

대구학술림, 춘천 시험 농경지 및 부안학술림에서 관측된 일별 강우량 및 토양환경 (토양온도 및 토양수분)의 통계분석을 수행하였으며, 그 결과는 Fig. 3과 같다. 전체적으로 최대 강우량 및 강우량의 변동성은 춘천 시험 농경지에서 크게 나타났으며, 대구학술림 및 부안학술림의 최대 강우량과 강우량 변동성은 매우 유사한 특성을 보였다 (Fig. 3a). 토양온도의 경우 대구학술림, 춘천 시험 농경지 및 부안학술림의 연간 변동성의 크기가 유사한 것으로 나타났으며, 춘천지역에서 최고온도 및 변동성이 다소 높은 것으로 나타났다 (Fig. 3b). 그러나 토양수분의 통계치는 대구학술림, 춘천 시험 농경지 및 부안학술림별로 차이가 상당히 크게 나타났다 (Fig. 3c). 전체적으로 식양토 토양이 우세한 부안학술림의 토양수분의 통계값이 매우 높게 나타났으며, 사양토 토양으로 구성되어 있는 대구학술림 및 춘천 시험 농경지의 토양수분의 통계값이 낮게 나타났다. 특히, 대구학술림과 춘천 시험 농경지의 경우 토양특성 (사양토)은 매우 유사한 것으로 나타났으나, 토양수분의 경우 대구학술림의 토양수분 통계값이 매우 낮게 나타났다. 춘천 시험 농경지의 경우 경사도가 3% 정도로 평지에 가까운 반면에 대구학술림의 경우 급경사지에 위치하기 때문에 강우발생 후 토양 내 수분이 급격히 감소하였으며, 이는 토양수분의 변동성은 토양특성과 경사도가 함께 영향을 미치는 것을 의미한다.

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Fig. 3

The statistics of measured rainfall, soil temperature and soil moisture dynamics in the root zone (0-30 cm) at Daegu, Chuncheon and Buan

3. 산림, 농업 및 초지의 토양이산화탄소 변동성 분석

Table 3은 대구학술림 (산림), 춘천 시험 농경지 (밭) 및 부안학술림 (초지)에서 관측된 일별 토양이산화탄소의 통계값을 나타낸다. 전체적으로 연간 토양이산화탄소의 통계값은 대구학술림에서 크게 나타났으나, 토양이산화탄소의 변동특성은 춘천 시험 농경지에서 크게 변화하는 것으로 나타났다. 춘천 시험 농경지의 통계값 (최대값 및 최소값/변동계수)의 범위가 0~1,999.7 ppm/69.9로 대구학술림과 부안학술림의 127.2~1057.1 ppm/26.7 및 526.0~859.4 ppm/9.7과 비교하여 높은 변동특성을 보였다. 중간값은 대구학술림 (722.3 ppm)에서 가장 높게 나타났으며, 부안학술림 (594.5 ppm)과 춘천 시험 농경지 (273.5 ppm) 순서로 나타났다. 상위 75% 및 하위 25%의 범위의 경우 춘천 시험 농경지에서 가장 높게 나타났으며, 이후 대구학술림 및 부안학술림 순서로 나타났다. 전체적으로 작물 재배를 위해 경운과 비료⋅퇴비가 사용된 춘천 시험 농경지의 토양이산화탄소 변동성 (CV: 69.9)이 크게 나타났으며, 산림과 초지가 우세한 대구학술림 (CV: 26.7) 및 부안학술림 (CV: 9.7)의 순서로 토양이산화탄소 변동성이 낮은 것으로 나타났다.

Table 3

The statistics of measured soil CO₂ dynamics in the root zone (0-30 cm) at Daegu, Chuncheon and Buan

Unit: ppm
Statistics	Daegu	Chuncheon	Buan
Maximum	1,057.1	1,999.7	859.4
Upper 75%	871.2	609.0	664.6
Median	722.3	273.5	594.5
Lower 25%	549.0	198.6	573.7
Minimum	127.2	0.0	526.0
Coefficient of Variation (CV)	26.7	69.9	9.7

Fig. 4는 대구학술림, 춘천 시험 농경지 및 부안학술림에서 관측된 일별 강우량, 토양수분, 토양온도 및 토양이산화탄소 농도 변화를 나타낸다. 전체적으로 강우 발생과 토양수분의 증가 및 감소 곡선이 일치하는 경향을 보였다. 그러나 춘천 시험 농경지의 토양이산화탄소 농도는 강우 발생시 토양수분이 증가할 경우 급격하게 증가하는 특성을 보였으며, 대구학술림과 부안학술림의 경우 토양수분의 증가 및 감소 경향보다는 토양온도의 변화특성과 유사하게 나타났다. 전체적으로 자연상태의 유기물이 토양으로 유입되는 산림⋅초지가 우세한 대구⋅부안학술림의 경우 3~10월 동안의 토양이산화탄소의 변화가 크지 않은 것으로 나타났으며, 특히 산림이 우세한 대구학술림의 토양이산화탄소의 농도가 상대적으로 부안학술림과 춘천 시험 농경지와 비교하여 높은 토양이산화탄소가 유지되는 것으로 나타났다. 반면에 작물 재배를 위한 경운과 인위적인 비료⋅퇴비가 토양으로 유입되는 춘천 시험 농경지의 경우 토양이산화탄소가 토양온도와 토양수분에 의해 크게 영향을 받는 것으로 나타났으며, 영농활동 전과 후에는 매우 낮은 토양이산화탄소 농도가 나타났다. 밭의 경우 영농활동 전과 후에는 일반 나지 상태이며 대구학술림과 부안학술림과 같이 자연상태의 유기물 유입이 없는 상태이기 때문에 토양이산화탄소의 농도가 상대적으로 낮은 것으로 판단된다. 대구학술림에서 토양환경 및 토양이산화탄소를 측정하는 동안 결측구간이 발생하였다. 대구학술림의 경우 산림이 우세한 지역이기 때문에 태양광으로 운영되는 측정장비의 전력이 부족한 경우가 발생하였으며, 이는 여름철 집중호우 기간의 구름과 산림의 피복에 의한 일조량 부족으로 인한 것으로 판단되었다. 따라서 산림지역의 모니터링을 위해서는 이러한 문제점을 고려하여 안정적인 관측장비 운영이 필요한 것으로 사료된다.

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Fig. 4

The comparison of daily precipitation, soil moisture, temperature and soil CO₂ variation in 2022

Fig. 5는 토양수분/토양이산화탄소 그리고 토양온도/토양이산화탄소의 분포를 나타낸다. 춘천 시험 농경지의 경우 토양수분/토양이산화탄소의 상관성 (R: 0.798)이 높게 나타났으나, 대구학술림 및 부안학술림에서는 상관성이 각각 -0.464 및 0.251로 역상관성 및 낮은 상관성을 보였다. 그러나 토양온도/토양이산화탄소 분포의 경우 3개 지역 모두에서 0.706~0.885의 높은 상관성이 나타나 토양온도가 토양이산화탄소 발생에 크게 영향을 미치는 것으로 나타났다. 대구학술림 및 부안학술림의 경우 자연상태의 유기물 (생물, 동식물 사체 등)이 토양으로 유입되어 분해과정을 통해 토양이산화탄소가 발생하지만, 춘천 시험 농경지의 경우 밭 작물 재배를 위한 경운과 비료⋅퇴비를 사용하기 때문에 인위적인 산소와 유기물이 토양에 공급된다. 이러한 인위적인 산소와 유기물이 토양에 공급된 상태에서 토양온도가 약 20℃ 이상인 경우 유기물의 급격한 분해와 함께 토양이산화탄소 농도가 급격히 증가하는 것으로 판단되었다 (Davidson and Janssens, 2006). 급격히 증가하는 토양 내의 토양이산화탄소는 대기중으로 배출되지만 (Lal et al., 2004), 토양수분이 증가할 경우 토양이산화탄소의 이동 경로인 토양공극의 막힘현상으로 인해 토양이산화탄소의 이동이 제한되어 토양이산화탄소의 농도가 급격히 증가하는 것으로 판단되었다 (Buyanovsky and Wagner, 1983; Buyanovsky et al. 1986; Post and Kwon, 2000). 따라서 토양이산화탄소는 토양온도에 의해 영향을 크게 받으며, 토양수분은 토양이산화탄소의 지중 격리에 영향을 미치는 것으로 판단된다.

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Fig. 5

The scatter plots of soil carbon dioxide (Soil CO₂) and soil moisture/temperature in 2022, (a-b) Deagu, (c-d) Chuncheon and (e-f) Buan

Ⅳ. 결 론

본 연구에서는 산림, 밭, 초지의 토지이용에 따라 기상 및 토양환경이 토양이산화탄소 (Soil CO₂) 변화에 미치는 영향을 분석하였다. 대구학술림, 춘천 시험 농경지 및 부안학술림을 선정하여 토양특성, 토양온도, 토양수분 및 토양이산화탄소를 실측하였으며, 강우량은 인근 기상청 자료를 수집하여 사용하였다. 연구 결과에 따르면 식양토가 우세한 부안학술림의 토양수분이 높게 나타났으며, 사양토가 우세한 대구학술림 및 춘천 시험 농경지의 토양수분이 낮은 특성을 보였다. 그러나 대구학술림과 춘천 시험 농경지의 경우 토양특성은 유사하지만 토양수분은 경사지에 위치하는 대구학술림에서 가장 낮게 나타나 토양특성과 지형적 요인이 토양수분의 보유와 이동에 영향을 미치는 것으로 나타났다. 전체적으로 대구학술림, 춘천 시험 농경지 및 부안학술림에서 토양온도와 토양이산화탄소 농도 간의 높은 상관성이 나타나 토양온도가 토양이산화탄소 변화에 중요한 영향을 미치는 것으로 나타났다 (Raich et al., 1990). 토양수분과 토양이산화탄소의 경우 대구학술림 및 부안학술림에서 매우 낮은 상관성을 보였으나, 춘천 시험 농경지에서는 토양수분과 토양이산화탄소의 상관성이 상대적으로 높게 나타났다. 춘천 시험 농경지의 경우, 밭 작물 재배를 위한 경운 및 인위적인 유기물 공급과 함께 토양온도가 약 20°C 이상으로 상승할 때, 유기물의 산화 과정이 활성화되어 토양이산화탄소 농도가 급격히 증가하였다. 급격히 증가된 토양이산화탄소는 토양공극을 통해 대기중으로 배출되지만, 토양수분이 증가할 경우 수분에 의해 토양공극의 막힘현상으로 인해 수분의 이동이 제한되어 토양이산화탄소 농도가 증가한 것으로 판단된다 (Liu et al., 2002).

본 연구 결과에 따르면 토양이산화탄소 농도는 토양온도의 영향을 크게 받으며, 동시에 토양수분이 토양이산화탄소의 지중 격리와 이동을 조절하는 중요한 인자인 것으로 판단되었다. 특히 밭 재배지역에서는 영농활동이 토양이산화탄소 배출에 중요한 영향을 미치며, 밭 작물 생산량 증가를 위해 토양수분의 적절한 관리가 필요하지만 탄소 배출 저감을 위해서도 토양수분 관리가 매우 중요한 것으로 판단된다. 현재 우리나라의 경우 쌀 생산은 100% 자급이 가능하지만, 밭 작물의 경우 여전히 자급률이 매우 낮은 실정이다. 이러한 이유로 최근 밭 작물 생산량 증가에 대한 관심이 높아지고 있으며, 이는 탄소배출 증가에도 영향을 미칠 수 있다. 본 연구는 산림, 농업 및 초지에서 토양-기상 상호작용이 토양이산화탄소 배출 특성에 미치는 영향을 이해하고, 탄소중립을 위한 정책 수립에 중요한 기초 자료로 활용될 수 있을 것으로 사료된다.

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Journal of Korean Society of Agricultural Engineers ISSN:1738-3692(Print) 2093-7709(Online) 한국농공학회논문집

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Analysis of Soil Carbon Dioxide Variability Characteristics in Forest, Agriculture and Meadow

ABSTRACT

MAIN

Fig. 1

Table 1

(1)

(2)

(3)

(4)

(5)

(6)

(7)

(8)

Table 2

Fig. 2

Fig. 3

Table 3

Fig. 4

Fig. 5

REFERENCES