한국농림기상학회지, 제 18권 제4호(2016) (pISSN 1229-5671, eISSN 2288-1859)
Korean Journal of Agricultural and Forest Meteorology, Vol. 18, No. 4, (2016), pp. 242~252
DOI: 10.5532/KJAFM.2016.18.4.242
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BIOME-BGC 모형을 이용한 국내 소나무 고사의 기후 및 토심 영향 분석

강신규(1), 임종환(2), 김은숙(2), 조낭현(1)
(1)강원대학교 농업생명과학대학 환경융합학부
(2)국립산림과학원 기후변화연구센터

(2016년 11월 13일 접수; 2016년 12월 13일 수락)

Modelling Analysis of Climate and Soil Depth Effects on Pine Tree Dieback in Korea Using BIOME-BGC

Sinkyu Kang(1), Jong-Hwan Lim(2), Eun-Sook Kim(2), Nanghyun Cho(1)
(1)Division of Environmental Science, Kangwon National University, Chuncheon, Korea
(2)Center for Forest & Climate Change, National Institute of Forest Science, Seoul, Korea

(Received November 13, 2016; Accepted December 13, 2016)

ABSTRACT
A process-based ecosystem model, BIOME-BGC, was applied to simulate seasonal and inter-annual dynamics of carbon and water processes for potential evergreen needleleaf forest (ENF) biome in Korea. Two simulation sites, Milyang and Unljin, were selected to reflect warm-and-dry and cool-and-wet climate regimes, where massive diebacks of pines including Pinus densiflora, P. koraiensis and P thunbergii, were observed in 2009 and 2014, respectively. Standard Precipitation Index (SPI) showed periodic drought occurrence at every 5 years or so for both sites. Since mid-2000s, droughts occurred with hotter climate condition. Among many model variables, Cpool (i.e., a temporary carbon pool reserving photosynthetic compounds before allocations for new tissue production) was identified as a useful proxy variable of tree carbon starvation caused by reduction of gross primary production (GPP) and/or increase of maintenance respiration (Rm). Temporal Cpool variation agreed well with timings of pine tree diebacks for both sites. Though water stress was important, winter- and spring-time warmer temperature also played critical roles in reduction of Cpool, especially for the cool-and-wet Uljin. Shallow soil depth intensified the drought effect, which was, however, marginal for soil depth shallower than 0.5 m. Our modeling analysis implicates seasonal drought and warmer climate can intensify vulnerability of ENF dieback in Korea, especially for shallower soils, in which multi-year continued stress is of concern more than short-term episodic stress.

Keyword: Pine tree dieback, BIOME-BGC, Drought, Warmer temperature, Temporary carbon pool

MAIN

적요

생태계 과정 모형인 BIOME-BGC를 이용해 국내 상록침엽수림의 탄소-물 순환 과정의 계절 및 연간 변화를 모의하여 국내의 소나무 고사 현상의 기후-토심 영향을 분석하였다. 연구지로 2009년과 2014년 각각 소나무 대량 고사가 발생한 밀양과 울진을 선정하였다. 두 지역의 표준강수지수를 산정한 결과 약 5년 내외의 주기의 가뭄현상을 판별하였다. 2000년 중반 이후 가뭄은 고온건조 기후 특성을 보였다. 모형의 여러 변수를 조사한 결과, 임시탄소저장소인 Cpool 변수가 탄소기아에 의한 소나무고사 현상과 개연성이 큰 변수로 나타났다. Cpool의 감소는 총일차생산성(GPP) 감소 혹은 유지호흡(Rm) 증가의 결과로 발생하였고, 연구기간 중 Cpool이 최저값을 보인 해는 각 연구지역에서 소나무 대량 고사가 발생한 해와 잘 일치하였다. 두 지역 모두 가뭄에 의한 GPP 감소와 고온에 의한 Rm 증가가 Cpool의 감소를 초래하였는데, GPP와 Rm의 상대적 기여도는 지역별로 상이하였다. 특히 저온다습한 울진의 경우 Rm 증가 영향이 중요한 요인이었다. 한편 낮은 토심에서 생산성, 생체량, 증산량, Cpool 등 제반 탄소-물 관련 변수가 감소하였고 연간 변동폭이 증가하였다. 그러나 0.5 m 이하 토심에서는 Cpool에 큰 차이가 없는 것으로 보아 일정 수준 이하의 토심에서 생체량-생산성-유지호흡 간의 균형에 따라 Cpool이 유지되는 적응 메커니즘이 나타난 것으로 보인다. 이 연구의 결과 소나무 고사와 관련한 고온건조-탄소 기아 가설을 제안하였고, 보다 현실적 분석을 위한 향후 모형 개선 방향을 제안하였다.

REFERENCES