SEUNG HYEON KIM;JONG-HYEOB KIM;HYEGWANG KIM;JIN WOO KU;KI YOUNG KIM;KUN-SEOP LEE
The Sea:JOURNAL OF THE KOREAN SOCIETY OF OCEANOGRAPHY
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v.29
no.1
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pp.28-41
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2024
The carbon balance serves as a valuable indicator of a plant's physiological status under diverse environmental conditions. We investigated the photosynthetic and respiratory responses of the Asian surfgrass Phyllospadix iwatensis along the northeast coast of the Korean peninsula in response to changing water temperature (ranging from 5℃ to 30℃) to estimate the seasonal whole-plant carbon balance through a series of incubation experiments. The maximum gross photosynthetic rate (Pmax) showed a significant difference among the temperature treatments, while there was no significant difference in photosynthetic efficiency (α). The maximum gross photosynthetic rate of P. iwatensis reached its peaks at 20℃ treatment (101.65 μmol O2 g-1 DW h-1) but decreased rapidly at 30℃. The saturation irradiance (Ik), compensation irradiance (Ic), and respiration rate (R) of P. iwatensis exhibited significant differences among the temperature treatments. The saturation irradiance increased up to 20-25℃ (121.59-124.50 μmol photons m-2 s-1) and sharply decreased at 30℃. The compensation irradiance and respiration rate increased steadily with rising water temperature. The ratio of Pmax to R (Pmax:R ratio) was the highest at 5℃ but dramatically decreased at 30℃. The whole-plant carbon balance, calculated based on photosynthetic parameters, respiration rates, and biomass, exhibited distinct seasonal variation, increasing during winter and spring and decreasing during summer and fall, which is consistent with the highest in situ growth in spring and severely limited growth at the highest water temperature conditions. Phyllospadix iwatensis displayed a negative carbon balance during late summer, fall, and winter, but demonstrated a positive carbon balance during spring and early summer. Our findings suggest that the rising seawater temperatures associated with climate change may lead to significant alterations in the seagrass ecosystem functioning along the rocky shores of the Korean east coast.
Soon Jae Hyeon;Hwi Chan Yang;Young Ho Kim;Yun Hyeong Bae;Dong Cheol Jang
Journal of Bio-Environment Control
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v.33
no.2
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pp.88-98
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2024
This study provides basic data on the growth and production of seedlings produced in plant factories with artificial lighting by comparing seedling quality, growth and fruit characteristics, and production after transplanting cucumber seedlings according to environmental differences between plant factories with artificial lighting and conventional nurseries in greenhouse. The control group consisted of greenhouse seedlings (GH) grown in the conventional nursery before transplanting. Plant factory to greenhouse seedlings (PG) were grown for 9 days in a plant factory with artificial lighting and for 13 days in an conventional nursery. Plant factory seedlings (PF) were grown in a plant factory with artificial lighting for 22 days until planting. In terms of seedling quality, PFs had the highest relative growth rate and compactness and the best root zone development. After transplanting PFs tended to grow faster, the first harvest date was 2 days earlier than that of GHs, and the growing season ended 1 day earlier. The female flower flowering rate of the PFs was high, and the fruit set rate was of PF the lowest. The production per unit area was highest for PFs at 10.23kg Performance index on the absorption basis, the most sensitive chlorophyll fluorescence parameter, was highest at 4.14 for PFs at 4 weeks after transplantation. By comparing the maximum quantum yield of primary PS II photochemistry and dissipated energy flux per PS II reaction center electron at 4 weeks after transplantation, PFs tended to be the least stressed. PFs had the best seedling quality, growth, and production after planting, and fruit quality was consistent with that of greenhouse seedlings. Therefore, plant factory seedlings can be used in the field.
Forest accounts for almost 64 percents of total land cover in South Korea. For inventorying, monitoring, and managing such large area of forest, application of remote sensing and geographic information system (RS/GIS) technology is essential. On the basis of spectral characteristics of satellite imagery, forest cover and tree species can be classified, and forest cover map can be prepared. Using three dimensional data of LiDAR(Light Detection and Ranging), tree location and tree height can be measured, and biomass and carbon stocks can be also estimated. In addition, many indices can be extracted using reflection characteristics of land cover. For example, the level of vegetation vitality and forest degradation can be analyzed with VI (vegetation Index) and TGSI (Top Grain Soil Index), respectively. Also, pine wilt disease and o ak w ilt d isease c an b e e arly detected and controled through understanding of change in vegetation indices. RS and GIS take an important role in assessing carbon storage in climate change related projects such as A/R CDM, REDD+ as well. In the field of climate change adaptation, impact and vulnerability can be spatio-temporally assessed for national and local level with the help of spatio-temporal data of GIS. Forest growth, tree mortality, land slide, forest fire can be spatio-temporally estimated using the models in which spatio-temporal data of GIS are added as influence variables.
The purpose of this study is to demonstrate the positive effects of artificial ground greening on the reduction of carbon dioxide ($CO_2$) which can help improve ecological functions in cities and mitigation of climate change, through quantifying $CO_2$ uptake and evapotranspiration by the process of photosynthesis of some plants. Experiment of $CO_2$ uptake and evapotranspiration was conducted by measurement of $CO_2$ exchange rate using the infrared gas analyzer, for 7 month, growing season from May to November 2009, 2 times a month. The result was as follows; The $CO_2$ uptake quantity per $cm^2$ of Chrysanthemum zawadskii was the highest rate at $21.47{\times}10^{-6}g/cm^2/s$ and Poa pratensis was $16.20g{\times}10^{-6}g/cm^2/s$. The stronger was light of intensity, the higher were $CO_2$ uptake rate of most plants. In quantity of evapotranspiration, Poa pratensis was the highest rate at $8.75{\times}10^{-5}g/cm^2/s$ and Aquilegia buergariana was $8.66{\times}10^{-5}g/cm^2/s$. From this study, it is confirmed that artificial ground greening has capacity of absorption $CO_2$ and effects on improving urban microclimate.
The effect of full bloom date and growing season weather on harvesting date of 'Niitaka' pear (Pyrus pyrifolia) in Naju province and the model of multiple linear regression for predicting the fruit growing days was studied. Earlier year in full bloom date, the harvesting date tended earlier but fruit growing days tended longer. Mean and coefficient of variation of fruit growing degree days (GDD) accumulated daily mean and maximum temperature at the base of $0^{\circ}C$ from full bloom date to harvesting date was 3,565, 2.9% and 4,463, 2.5%, respectively. Fruit growing days was not correlated with the fruit GDD accumulated daily mean and maximum temperature at the base of $0^{\circ}C$ in each month but highly correlated with GDD accumulated daily meteorological factors at days after full bloom date. Especially, it was highly negatively correlated with GDD accumulated daily mean and maximum temperature at the base of $0^{\circ}C$ from $1^{st}$ day after full bloom to $60^{th}$ day. The determination coefficient ($r^2$) of multiple linear regression model by full bloom date, GDD accumulated daily mean and maximum temperature from $1^{st}$ day after full bloom to $60^{th}$ day for predicting fruit growing days was 0.7212. As a result, the fruit growing days of 'Niitaka' pear in Naju province can predict with 72% accuracy by the model of multiple linear regression.
Sterba's theory that stem number maintaining maximum basal area per ha is maximum stem number of a stand, had been applied to data from 103 temporary plots in even-aged Pinus densiflora stands in Kangwon province, Korea and a maximum stem number and mortality model was prepared. DBH growth model which estimates dbh with the independent variables of stem number per ha and dominant height shows the good statistical performance, and explains well differences in dbh growth that would be caused by stem number per ha and dominant height. Basal area model derived from dbh growth model also explains well differences in basal area according to stem number per ha and dominant height. The maximum stem number curve, which is derived from stem number per ha at maximum basal area for dominant height and dbh, represents well the upper range of stem number per ha observed. And maximum stand density index derived from the maximum stem number model for dbh could be used for the index of maximum potential density of a stand. The maximum stem number model and maximum stand density index in this study were not based on stand data with maximum density but based on the temporary data from stands with various density. This maximum stem number model can be applied to the estimation of mortality and maximum potential volume.
We developed the estimation model for the vegetation developmental processes on the severely burned slope areas after forest fire in the east coastal region, Korea. And we calculated the vegetation indices as a useful parameter for the development of land management technique in the burned area and suggested the changes of the vegetation indices after forest fire. In order to estimate the woody standing biomass in the burned area, allometric equations of the 17 woody species regenerated by sprouter were investigated. According to the our results, twenty year after forest fire need for the development to the normal forest formed by 4 stratum structure, tree, sub-tree, shrub and herb layer. The height of top vegetation layer, basal area and standing biomass of woody species show a tendency to increase linearly, and the ground vegetation coverage and litter layer show a tendency to increase logarithmically after forest fire. Among vegetation indices, Ive and Ivcd show a tendency to increase logarithmically, and Hcl and Hcdl show a tendency to increase linearly after forest fire. The spatial variation of the most vegetation factors was observed in the developmental stages less than the first 5 years which were estimated secondary disaster by soil erosion after forest fire. Among vegetation indices, Ivc and Ivcd were the good indices for the representation of the spatial heterogeneity in the earlier developmental stages, and Hcl and Hcdl were the useful indices for the long-term estimation of the vegetation development after forest fire.
$CO_2$ enrichment systems have been recently used to shorten the growth period of plants and the improvement of harvest and its quality. To accomplish these goals, manifold should be designed to supply the same amount of $CO_2$. In this study, CFD approach has been used to understand the effects of geometric parameters, such as tube and hole diameters. An optimized geometry has been derived through pipe and tube part, respectively. As a result, the deviation of flow rate less than 0.1 g/s was expected at all holes of the $CO_2$ enrichment system.
The most remarkable aspect in the hormesis law is that dose of harmful agents can produce effect that are diametrically opposite to the effect found with high doses of the same agent. Minute quantities of a harmful agent bring about very small change in the organism and control mechanisms appear to subjugate normal processes to place the organism in a state of albert and repair. The stimulated organism in more responsive to changes in environmental factors than it did before being alerted. Routine functions, including repair and defense, have priority for available energy and matetial. The alerted organism utilizes nutrients more efficiently, grows faster, shows improved defense, and lives longer. Accelerated germination, sprouting, growth, development, blooming and ripening, and increased crop yield and resistance to disease are found in plants. Another concept supported by the data in that low doses of ionizing radiation provide increased resistance to subsequent high doses of radiation. The hormesis varies with subject plant, variety, state of seed, environmental and cultural conditions, physiologic function measured, dose rate and total exposure. The results of hormesis are less consistently found, probably due to the great number of uncontrolled variables in the experiments. The general dosage for radiation homlesis in about 100 (10 to 1,000) times ambient or 100 (10 to 1,000) times less than a definitely harmful dose, but these must be modified to the occasion. Although little is known about most mechanisms of homzesis reaction, overcompensation of repair mechanism is offered as one mechanism.
Variations in photosynthetic capacities of leaves differing in thickness were explained on the basis of relationships between gas exchange and internal leaf structure. The relative importance of gas diffusion and of biochemical processes as limiting for leaf photosynthesis was also determined. Mesophyll cell surface was considered to be the limiting internal site for gas diffusion. and cell volume to be indicative of the sink capacity for CO$_2$ fixation. Increases in cell surface area were assumed to reduce proportionately mesophyll resistance to the liquid phase diffusion of CO$_2$. Increased cell volume was thought to account for a proportional increase in reaction rates for carboxylation, oxygenation. and dark respiration. This assumption was tested using chamber-grown Glycine max (L.) Merr. cv. Amsoy plants. Plants were grown under 200, 400, and 600 ${\mu}$mol photons m$\^$-2/ s$\^$-1/ of PAR to induce development of various leaf thickness. Photosynthetic CO$_2$ uptake rates were measured on the 3rd and 4th trifoliolate leaves under 1000 ${\mu}$mol photons m$\^$-2/ s$\^$-1/ of PAR and at the air temperature of 28 C. A pseudo -mechanistic photosynthesis model was modified to accommodate the concept of cell surface area as well as both cell volume and surface area. Both versions were used to simulate leaf photosynthesis. Computations based on volume and surface area showed slightly better agreement with experimental data than did those based on the surface area only. This implies that any single factor, whether it is photosynthetic model utilized in this study was suitable for relating leaf thickness to leaf productivity.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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