Publications

Detailed Information

한국 온대 산림의 식물 계절 변화 분석

Cited 0 time in Web of Science Cited 0 time in Scopus
Authors

김종호

Advisor
정수종
Issue Date
2019-08
Publisher
서울대학교 대학원
Keywords
식물계절온대산림지상관측자료국립수목원개엽낙엽식물생장기간기온기후변화
Description
학위논문(석사)--서울대학교 대학원 :환경대학원 환경계획학과,2019. 8. 정수종.
Abstract
식물계절 현상은 기온과 강수와 같은 기상인자에 민감하게 반응하기 때문에 기후변화의 지표로 널리 이용되고 있다. 식물계절과 기후간의 이해를 위한 연구들에 따르면 세계 각지에서 개엽일이 빨라지는 현상을 보이고 있으며, 이러한 개엽일은 지역별로 서로 나타나는 반응의 정도가 달랐다. 봄철 개엽 뿐만 아니라 가을철 낙엽과 식물생장기길이가 식물계절을 이해하는데 중요한 부분이라고 보고되고 있지만 개엽일에 관한 연구에 비해 부족한 실정이다. 한국에서도 역시 식물계절 연구가 시도되었으나 도시지역으로 한정되어있다. 또한, 장기적으로 지상관측한 자료를 이용한 연구의 부재로 인해 전체적인 한국의 식물계절을 이해하는데 어려움이 있다. 그러므로 한국에서도 전 지역을 포함하여 장기적인 식물의 생장 주기 변화를 통해 식물계절을 이해하는 것이 필요하다.
따라서, 본 연구는 국립수목원에서 2009년부터 2017년까지 관측된 개엽일, 낙엽일, 식물생장길이를 포함한 식물계절자료를 이용하여 한반도 산림에서의 식물계절 변화를 연구하였다.
본 연구에서는 총 10개 수목원을 포함한 50개 관측지에서 수집된 산림지역 식물계절 자료를 이용하였다. 자료는 총 256종의 식물을 2009년부터 2017년까지 12단계의 식물계절상을 구분하여 72,187개로 이루어져 있다. 이중 모든 지역에서 공통적으로 6년 이상 관측된 낙엽수 7종(진달래, 생강나무, 산철쭉, 당단풍나무, 개나리, 산수유나무, 백목련)의 개엽일과 낙엽수 2종(진달래, 생강나무)의 낙엽일을 선정하여 한국의 산림에서 발생하고 있는 식물계절의 변화를 파악하고 지역별 기온 자료를 이용하여 식물계절과 기온 간의 변화 관계를 분석했다.
종과 지역을 고려하여 개엽일과 낙엽일 그리고 식물생장길이를 분석하였다. 40개 관측지에서 6년 이상 관측된 143개의 자료 중 139개는 개엽일이 평균 1.37일씩 빨라지고 있는 것으로 나타났다. 종별로 보았을 때 산수유나무가 가장 민감하게 반응하여 1.82일씩 식물계절이 빨라졌고, 잎이 나는 백목련은 1.07일 씩 빨라져 변화가 이들 중 가장 둔하게 나타났다. 낙엽일의 경우 34개의 관측지에서 6년 이상 관측된 52개의 자료 중 38개는 낙엽일이 평균 0.34일씩 늦어지고 있는 것으로 나타났다. 낙엽일은 생강나무가 0.44일씩 늦어지고 있는 것으로 나타나 0.28일씩 늦어지고 있는 진달래보다 더 민감하게 반응했다. 개엽일과 낙엽일이 모두 관측된 총 32개의 관측지에서 49개의 자료 중 41개는 식물생장길이가 평균 1.77일 늘어나는 것으로 나타났다. 이중 생강나무의 평균이 1.99일로 1.60일인 진달래보다 생장길이가 길어진 것을 확인할 수 있었다. 수목원별로 식물계절과 위성관측자료를 비교해본 결과 수목원에서 연도별로 관측된 개엽일 중 가장 빠른 개엽일과 위성자료가 높은 상관관계를 보여줬다. 이는 경관단위로 접근하는 위성자료가 식물 중 관목류에서 잎눈이 나와 성장하는 시점을 식물생장기간의 시작일로 판단하는 것으로 보인다.
다음으로 개엽일과 낙엽일의 변화를 이해하기 위해 기상청에서 관측한 지역별 기상자료와 비교하여 상관성을 보았다. 개엽일과 낙엽일 모두 선행되는 계절과 가장 높은 상관성을 보였으며, 개엽일의 경우 봄 평균기온이 1℃ 상승함에 따라 4.20일씩 개엽일이 빨라지는 것으로 나타났다. 낙엽일의 경우 10월의 평균 기온이 1℃ 상승함에 따라 2.78일씩 낙엽일이 늦어지는 것으로 나타났다.
이를 기반으로 식물계절 현상이 발생하기 전까지의 누적된 기온과의 상관관계를 보기 위해 개엽일과 GDD(Growing Degree Days), 낙엽일과 CDD(Cooling Degree Days)를 국립수목원의 관측자료에 적용하여 비교하였다. 종별 평균 GDD는 개엽일이 빠른 개나리가 173.08으로 가장 작았고, 개엽일이 늦은 백목련이 203.06으로 가장 크게 나타났다. 이를 기반으로 2009년부터 2017년까지 예측값을 산정하여 관측자료와 비교한 결과 70.63%의 설명력을 가져 누적된 기온이 식물의 개엽에 영향을 미치는 것을 확인할 수 있었다. 이는 겨울철 평균기온이 상승하게 되면 누적 온도 조건인 GDD를 빠르게 충족시키게 되어 개나리와 같이 GDD값이 작아 개엽일에 큰 영향을 줄 수 있을 것으로 보인다. 가을철 낙엽의 경우 진달래와 생강나무의 평균 CDD는 174.24로 낙엽일이 늦은 진달래의 203.52보다 작은 것으로 나타났다. 하지만 CDD를 이용한 예측은 폭염이 있던 2014년과 2016년에 조기낙엽의 발생으로 인하여 상관관계가 낮았지만, 조기낙엽의 경우를 제외하고 약 38% 정도의 설명력을 가지고 있었다. 그렇기 때문에 낙엽을 이해하기 위해 폭염, 가뭄과 같은 극한기상현상이 기온의 변화와 함께 고려되어야 한다.
종합적으로 아직까지 연구가 이루어지지 않은 한국의 산림을 대상으로 식물계절 변화를 설명하고, 식물계절과 기온간의 상관관계를 보여주었다. 특히 개엽일이 빠른 식물들이 겨울철 온도변화에 민감하였으며, 낙엽일은 극한 기상현상에 영향을 받는 것으로 나타났다. 본 연구는 한국 산림의 식물계절을 폭넓게 이해하는 기초 자료를 제공하며, 지속적인 식물계절 관측의 필요성과 식물계절과 기후와의 관계에서 기온뿐만 아니라 극한 기상과 함께 연구되어야 한다는 새로운 시사점을 도출하였다.
Phenology is widely used as an indicator of climate change because it is sensitive to meteorological factors such as temperature and precipitation. Previous phenology studies have shown that leaf unfolding is accelerating around the world though the magnitude depends on the area. Furthermore, it is reported that not only the leaf unfolding but also the leaf fall is important for in the growing season length(GSL) of vegetation. However, the study of leaf fall and GSL are scarce compared to that of leaf unfolding. Also in Korea, phenology research is mostly focused on the leaf unfolding only in the urban areas with short-term observations. Due to the lack of long-term observations in forest regions, there is a lack of research in the overall phenology that include all the regions of South Korea.
In this study, phenological data of the forest area collected from 50 observation sites in 10 arboretums were used. 72,187 data was collected from 2009 to 2017 with 12 level phenophases for 256 species. 7 species were selected for leaf unfolding(Rhododendron mucronulatum, Lindera optusiloba, Rhododendron yedoense, Acer pseudosienboldianum, Cornus officinalis, Forsynthia koreana, Magnolia denudata), and 2 species were selected for leaf fall(Rhododendron mucronulatum, Lindera optusiloba). These species have been observed for more than 6 years in all Arboretums.
The changes of phenology in temperate forest of South Korea and the relationship between phenology and temperature using regional temperature were analyzed. Leaf unfolding, leaf fall, and GSL were analyzed by regions and species. Early leaf unfolding was observed in 139 samples out of 143 and had an average of 1.37 earlier leaf unfolding by year. In terms of species, the most sensitive species was Lindera which had 1.82 earlier days by year. The leaf unfolding of Magnolia were the least sensitive among the 7 species which had 1.07 earlier days by year. 52 samples of leaf fall, observed over six years in 34 sites, have 38 delayed cases with a delay of 0.34 days per year. GSL had an 41 samples, observed over 6 years in 32 observations 41 data out of 49 data from 32 observations where both leaf unfolding and leaf fall were observed showed an average increase in plant growth length of 1.77 days. The average length of Lindera was 1.99 days, which was longer than that of the Rhododendron. As a result of comparing ground-based leaf unfolding observation by arboretum to satellite derived start of growing season(SOS), the fastest leaf unfolding among 7 species showed a high correlation with SOS. It seems that the point of SOS may relate to the time between dormancy and leaf unfolding of early unfolding shrubs.
To understand the reason of changes of the leaf unfolding and leaf falls, temperature data was compared to the regional meteorological data observed by the Korea Meteorological Administration(KMA). Both leaf unfolding and leaf fall showed the highest correlation with the mean temperature of the preceding season. The timing of the leaf unfolding becomes 4.20 days per year with the increased 1℃ in average spring temperature. The timing of the leaf falls becomes 2.78 days delayed per increased 1℃ in the mean temperature in October. To see the precise correlation between phenology and accumulated temperature, till the observation dates, the Growing Degree-Days(GDD), and the Cooling Degree-Days(CDD) were calculated by the observations from the Pocheon National Arboretum. The smallest mean GDD was that of Forsynthia by 173.08, and the biggest mean GDD was that of Magnolia by 203.06 among 7 selected species. Based on the GDD, the predicted dates of unfolding were calculated and compared with observed data from 2009 to 2017. The high correlation coefficient was calculated by 70.63%, which signify that accumulated temperature affect leaf unfolding. Increase in mean temperature of winter can affect the species unfolding which has small GDD. The mean CDD of Lindera, 174.24, was smaller than that of Rhododendron, 203.52. However, the predictions using CDD showed a low correlation because of early leaves fall in 2014, 2016 when there was a heat wave, and the explanatory power was 38% excluding early leaves fall. This means that extreme weather such as heat wave and drought should be considered with temperature to understand the leaf fall.
Phenological changes from 2009 to 2017 in the temperate forest of South Korea were proven, and the phenological responses was correlated to temperature. Early leaf unfolding species were more sensitive to the temperature of winter, and leaf falls were affected by extreme weather. This study provides the basic understanding of the phenology of forest region, and implications for further studies include not only temperature but also extreme weather to understand autumn senescence with continuous observation.
Language
kor
URI
https://hdl.handle.net/10371/161828

http://dcollection.snu.ac.kr/common/orgView/000000158239
Files in This Item:
Appears in Collections:

Altmetrics

Item View & Download Count

  • mendeley

Items in S-Space are protected by copyright, with all rights reserved, unless otherwise indicated.

Share