본 연구에서는 전라북도 김제시 부량면 신용리의 벼단작지 및 벼-보리 이모작의 논 생태계에 설치된 플럭스 관측시스템으로부터 1년간 연속적으로 관측된 $CO_2$ 플럭스 자료 및 $CH_4$ 배출량 자료를 활용하여, 논 생태계의 탄소수지를 평가하고자 하였다. 벼 단작지 및 벼-보리 이모작 논 생태계의 $CO_2$ 플럭스는 대표적인 미기상학적 방식인 에디공분산 방법을 이용하였고, $CH_4$ 발생량은 개폐형 챔버방식의 자동화 시스템을 이용하여 측정하였다. 또한, 여러 가지 기상인자(복사, 기온 및 지온 등)도 함께 조사하였다. 관측된 $CO_2$ 플럭스자료는 보정과 결측보충의 과정을 거친 후 탄소수지 분석에 활용되었다. 2014년도의 벼 단작 및 벼-보리 이모작 논 생태계의 $CO_2$의 순생태 교환량은 각각 단위면적($m^2$)당 -436.8, -587.5g C로 분석되었고, $CH_4$ 발생량은 각각 +16.04, $+18.61g\;C\;m^{-2}$로 분석되었다. 벼 재배 기간 동안 $CH_4$ 발생량은 물 관리에 따라 큰 영향을 받는 것으로 나타났는데, 담수상태에서 $CH_4$ 발생량이 배수상태보다 더 높은 것으로 분석되었다. 본 연구는 국내에서 벼 단작과 벼-보리 이모작의 논 생태계의 $CO_2$ 플럭스와 $CH_4$ 배출량을 기반으로 탄소수지를 정량화한 1차적인 연구결과로서, 벼-보리 이모작의 논 생태계가 벼 단작의 논 생태계보다 1년에 약 $128.9g\;C\;m^{-2}$를 더 흡수하는 것으로 평가되었다.
벼멸구를 저항성 품종에서 도태시켰을 때 새로운 생태형으로 발전되는 속도와 벼멸구의 생태형과 벼의 품종저항성 간에 유전적으로 대응하고 있는지를 알아보고자, 감수성품종(동진벼)으로 사육하던 벼멸구를 Bph1 gene을 가진 저항성품종(청청벼)으로 각각 3세대 및 6세대 도태시킨 후, 같은 Bph1 gene을 가진 4개 품종(Mudgo, IR26, IR64, 청청벼)과, 다른 bph2 gene을 가진 2개 품종(밀양63호 및 가야벼)및 저항성이 없는 2개 품종(동진벼, TN-1)을 공시하여 각 계통의 벼멸구의 산란 및 섭식선호성, 수명, 발육기간, 사충율, 산란수 등을 조사하였다. 그 결과 감수성 벼멸구(생태형-1)를 저항성 Bph1 유전자를 갖인 청청벼에서 3세대(청청3세대계)및 6세대(청청6세대계)로 도태시켰을 때, 사육세대가 많아질수록 청청벼에서의 성충의 수명은 길어지고, 산란수는 많아지며, 또한 약충의 우화율이 높아지고, 약충기간이 짧아지는 등 빠르게 저항성을 극복하였다. 청청3세대계 및 6세대계 벼멸구는 청청벼와 같은 Bph1저항성 유전자를 가진 다른 품종들(Mudgo, IR26, IR64)에 대해서도 도태세대수가 많아지면서 선호성이 점점 높아지는 경향이었다. 성충의 수명과 산란수에 있어서도 청청3세대계, 청청6세대계 등으로 도태세대가 많아질수록 같은 저항성 Bph1유전자를 가진 Mudgo, IR26, IR64등에서 수명이 길어지고 산란수도 많아졌다. 벼멸구의 약충기간은 품종과 벼멸구 도태계통간에 큰 차이가 없었다. 그러나, 약충기간 중 사망률은 도태가 진행되면서 역시 Bph1저항성 gene의 4개 품종 모두에서 낮아졌고, 죽은 개체의 수명도 길어졌다. 밀양 63호(bph2 gene)와 가야벼(Bph1+bph2 gene) 등 2개 품종에서는 벼멸구의 3개 계통 모두 우화하지 못했다.
미기상학적 방법인 에디공분산 기법을 이용하여 벼-보리 이모작의 논 생태계와 대기간 $CO_2$ 교환량의 계절적 변화를 조사하고, 벼-보리 이모작 작부체계에서 벼 재배기간의 $CO_2$ 교환량에 미치는 환경요인들과 지상부 생육량의 효과를 분석하였다. 관측된 $CO_2$ 플럭스자료는 보정과 결측 보충 등의 과정을 거친 후 분석에 활용되었다. 벼-보리 이모작 논 생태계에서 벼 재배기간 동안의 $CO_2$ 순 생태계 교환량(NEE)과 총일차생산량(GPP) 및 생태적 호흡량(Re)은 각각 단위면적($m^2$)당 -215.6, 763.9, 548.3g C로 분석되었다. 순복사에너지(Rn)와 NEE의 관계는 이차함수로 나타낼 수 있으며, Rn의 이차함수는 NEE 변이의 66%를 설명하였다. 반면에 Re와 지온의 관계는 지수함수로 나타낼 수 있으며, 벼논이 배수생태에서는 Re에 대한 지온의 지수함수는 Re 변이의 43%를 설명하였다. 그리고 벼 작물의 지상부 생육량과 논 생태계의 $CO_2$ 플럭스(NEE, GPP, Re)는 유의성 높은 선형관계를 나타냈다. 따라서 환경인자 및 벼 작물 생육자료와 $CO_2$ 플럭스의 관계식으로 미 관측 논 생태계에 대한 $CO_2$ 플럭스의 추정이 가능할 것으로 판단되었다.
본 연구는 보리-벼 이모작 작부체계의 논 생태계에 설치한 개방형 $CO_2$ 플럭스시스템과 자동개폐식 챔버형 $CH_4$ 측정시스템에서 관측된 탄소관련 온실가스 자료와 작물 생장량자료를 활용하여 논 생태계의 연간(2012.10.20~2013.10.21) 탄소수지를 분석하였다. 결론적으로 농작물의 생육인자와 환경인자는 $CO_2$의 순 생태계교환량(NEE)에 영향을 주는 것으로 분석되었고, $CH_4$ 배출량은 영농활동(특히 물관리)에 따라 큰 영향을 받는 것으로 분석되었다. 2012~2013년 벼-보리 이모작 작부체계의 논 생태계에서 보리 재배기간에는 단위면적($m^2$)당 100.2g의 탄소를 흡수하고 벼 재배기간에는 $m^2$당 374.1g의 탄소를 흡수하였지만, 휴경기간에는 토양호흡의 형태로 $m^2$당 41.2g의 탄소를 배출하여 연간 총 $433.1g\;m^{-2}$의 탄소를 흡수하는 것으로 분석되었다. 여기에 농작물의 수확에 따른 논 생태계의 탄소 배출량과 $CH_4$ 형태로배출되는 탄소량을 포함한 연간 순생물상생산량(NBP)은 $184.7g\;C\;m^{-2}$으로 추정되어, 보리-벼 이모작 작부체계의 논 생태계는 탄소 발원인 것으로 평가되었다.
벼 상위절 분얼발생양상을 검토하기 위하여 1983년에는 벼 생태형 및 품종별로 조사하였고, 1984년에는 다수계품종을 공시하여 시비수준에 따른 영향을 검토한 결과를 요약하면 다음과 같다. 1. 벼 상위절 분얼양상은 사위 제 2절 제 3절 그리고 제2, 3절에서 동시 발생하는 3가지 유형으로 분류할 수 있었다. 2. 벼 생태형 및 품종에 따른 상위절분얼 정도는 다수계 품종이 일반계 품종보다 높았고, 조생종품종이 중만생종 품종보다 높았다. 3 벼 상위절 분얼 경율과 본답 이앙으로부터 출수까지 일수와는 부의 유의 상관이 인정되었으며, 제2절의 병각회와도 부의 유의상관이 인정되었다. 4. 시비수준에 따른 벼 상위별 분얼 발생정도는 무비재배조건이 보비(N -P$_2$O$_{5}$ -K$_2$O=15-11-13kg/10a) 및 다비(N-P$_2$O$_{5}$ -K$_2$O=25-15-18kg/10a) 조건보다 높았다.높았다.
벼의 엽색은 시비시기를 결정하는데 주요한 인자로써 가시부 영역에서 해석하고, 이들 엽색을 지배하는 광합성색소는 T.L.C.로 분리하여 검토하였다. 1. 벼의 엽색은 413, 432, 453nm(청색부)와 662nm(적색부)에서 흡광되였고, 그 중에서 최대흡광은 432, 662 nm 이었다. 2. 양흡광도비(청색부/적색부)는 벼 생태형간에는 근 차이는 없었으나. 비료간에는 비료양이 증가할수록 적었다. 3. 양흡광도비와 엽색도 및 엽록소함량과는 부의 유의상관이 인정되었다. 4. 광합성색소 조성비율은 출수기에서는 녹색계통색소, 출수후 30일에는 황색계통색소의 조성비율이 각각 컸다. 5. 벼 생태형별 광합성색소율 Chl. a의 조성비율은 출수기에는 다수계품종이 일반계품종보다 컸고, 출수후 30일에는 일반계품종이 다수계품종보다 컸으나, carotene는 그 반대이었다.
전라북도 김제시 부량면 신용리의 벼-보리 이모작 논에 설치된 플럭스 관측시스템에서 보리 재배기간동안(2011년 10월 27일~2012년 6월 8일) 연속적으로 관측된 플럭스 자료를 활용하여, 보래재배 논 생태계와 대기간의 $CO_2$ 교환량의 계절적 변화를 분석하였다. $CO_2$ 및 에너지의 교환량은 미기상학적인 에디공분산법으로 추정하였고, 환경인자(순복사, 강수량 등)와 작물체 생육량(엽면적지수, 초장 등)도 함께 측정 조사하였다. 관측된 플럭스 자료는 보정과 결측보충의 과정을 거친 후 분석에 활용되었다. 결론적으로, 벼-보리 이모작 논생태계에서 보리 재배기간동안의 보리생육은 $CO_2$의 순생태계교환량(NEE)에 큰 영향을 주는 것으로 분석되었다. 보리 건물중이 급격하게 증가되는 분얼단계에서 가장 많은 $CO_2$가 흡수되었으며, 출수개화기가 관측된 5월 상순에 가장 높은 NEE ($-11.2gCm^{-2}d^{-1}$)가 관측되었다. 보리 재배기간중의 누적 순생태계 교환량(NEE)과 총일차생산량(GPP) 및 생태적 호흡량(Re)은 각각 단위면적($m^2$)당 -348.0, 663.3, $315.2gCm^{-2}$로 분석되었다. 본 논문은 국내에서 보리 재배기간의 $CO_2$ 플럭스를 에디공분산기법으로 정량화한 최초의 연구결과이며, 향후 벼-보리 이모작 논 생태계의 $CO_2$ 수지 평가의 기초자료로 활용될 것으로 기대한다.
본 논문은 생명공학기술을 통해 생산된 LM벼에 대한 비표적 생물체 중 곤충을 중심으로 한 환경위해성 평가방법을 제시하고자 작성하였다. 자료조사를 위해 농업 해충관련 도감 및 서적을 활용하였고 참고문헌과 환경위해성 평가 관련 홈페이지를 참조하였으며, 논문이나 벼와 관련된 서적들을 통해 국내 현황을 참조하였다. 조사결과, 벼에 서식하는 곤충은 약 140여종으로 조사되었고, 초식성 곤충 분류군은 각각 수액섭식자, 곡물섭식자, 잎섭식자, 화분섭식자로 세분화하였다. LM벼에 피해가능성이 큰 비표적 곤충은 12종, 중간인 비표적 곤충은 28종, 경미한 비표적 곤충은 101종으로 조사되었으며, 바이러스를 매개하는 종은 11종, 잠재적 해충으로 분류되는 종은 9종으로 나타났다. 위해가설 가설적립단계 모식도를 작성하기 위하여 LM벼에 악영향을 받기 쉬운 곤충의 지리적 분포, 서식지의 특수화, 확산정도, 종풍부도 등을 이용하여 순위를 매겼으며, 10종(벼총채벌레, 애멸구, 벼멸구, 멸강나방, 혹명나방, 우리가시허리노린재, 먹노린재, 벼멸구붙이, 벼메뚜기, 벼잎굴파리)을 추려내었다. 이후 위해가설 가설정립단계 모식도를 작성하였으며 LM벼의 비표적 생물에 대한 영향을 추론하였다. 본 논문은 국내 자연생태계의 지속가능한 이용 및 보존에 기여하고, LMO의 환경위해성 평가, 심사를 통해 사전위해성을 차단할 수 있는 방법을 제시하고자 작성되었으며, 결과적으로 국민의 건강 및 생물다양성유지, 자연 생태계 보전을 위한 사후 안전관리 체계구축에 활용될 연구 자료를 제공하고자 한다.
생태계서비스의 체계적인 보전 및 증진을 위하여 토지 소유자·점유자 또는 관리인과 생태계서비스지불제계약을 체결할 수 있도록 관련 법이 개정됨에 따라, 사업의 본격 추진을 위한 세부사항을 규정할 필요가 있다. 본 연구는 생태계서비스지불제계약의 다양한 활동 유형을 발굴하여 생태계서비스지불제계약의 원활한 사업 추진의 기초자료를 제공하고자 수행하였다. 연구결과, 지지서비스로 휴경, 친환경 작물 경작, 벼 미수확, 쉼터 조성 관리, 볏짚 존치, 보리 재배, 숲(지역 자생수종) 조성·관리, 습지 조성·관리, 생태 웅덩이 조성·관리, 관목 덤불 조성·관리, 초지 조성·관리, 멸종위기종 서식지 조성·관리 등의 세부 활동 유형을 도출하였으며, 환경조절서비스로 하천 환경 정화, 수변식생대 조성·관리, 기후변화대응숲 조성·관리, 저류지 조성·관리, 나대지 녹화·관리 등의 세부 활동 유형을 도출하였다. 문화서비스로 경관숲 조성·관리, 생태탐방로 조성·관리, 자연경관 전망대 조성·관리, 생태계 교란종 제거, 생태계 보전 관리 활동 등의 세부 활동유형을 도출하였다. 향후 생태계서비스지불제계약 사업의 구체적인 활동유형별 내용(신청 가능 대상지, 사업 내용), 활동 검증 방법, 각 활동유형별 비용(보상) 단가 산정, 모니터링 및 평가 방안, 생태계서비스지불제계약 사업 추진을 위한 가이드라인(추진 절차, 사업 추진협의회 구성 방안 등) 등의 후속 연구가 필요하다.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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