농경지 온실가스 자동측정 및 배출량 품질관리 기법 연구
과제구분 어젠다 수행시기 전반기
연구과제 및 세부과제명 연구분야 수행기간 연구실 책임자
  기후변화 적응 및 온실가스 저감 친환경 생산 기술 개발 기후환경 ’17∼’23 환경농업연구과 주옥정
  농경지 온실가스 자동측정 및 배출량 품질관리 기법 연구 기후환경 ’17∼’20 환경농업연구과 주옥정
색인용어  온실가스, 폐쇄형 챔버법, 배출량, 불확도
 
□ 연구 목표
기후변화협약 (UNFCCC, United Nations Framework Convention on Climate Change)에 따라 협약당사국의 온실가스 저감 활동을 위한 정확하고 일관성 있으며, 국제적으로 비교할 수 있는 온실가스 배출량이 필요하다. 이에 정확하고 신뢰성 있는 온실가스 배출량 산정을 위하여 기후변화에 관한 정부간 협의체 (IPCC, Intergovernmental Panel on Climate Change)에서 지침 (guideline)을 제공하고 있으며, 이에 따라 보고된 우리나라 국가 온실가스 인벤토리 보고서의 2015년 온실가스 총 배출량은 UNFCCC 의무감축국과 비교하면 6번째로 많은 것으로 산정된 바 있다. 또한 우리나라 온실가스별 배출량 분석에서 따르면 메탄 (CH₄) 배출량은 농업 분야 벼 재배 부문이, 아산화질소 (N2O) 배출량은 농업 분야 농경지 토양 부분이 가장 큰 기여를 한다.
우리나라는 정확한 농업부문 온실가스 배출량 산정을 위하여 국내·외에서 보편적으로 사용한 폐쇄형 챔버법의 직접 측정을 통한 벼논 국가 고유 CH₄ 배출계수를 개발하였다 [Kim et al., 2013; Ju et al., 2013]. 그러나 지표면을 동봉하여 시간에 따라 변화하는 가스 농도를 측정하는 폐쇄형 챔버법은 물리적 간섭에 의한 오차 없이 측정하는 것이 매우 어렵다. 이에 챔버법 도입 초기에 챔버 재질에 따른 챔버 내 기온 변화 [Hutchinson and Livingston, 1993; Matthias et al., 2019], 밀폐에 따른 챔버 내∙외부 압력 차이에 따른 가스 교환율 영향 [Kanemasu et al., 1974], 챔버에 의한 토양교란효과, 가스 채취 높이, 시간 간격, 가스 혼합을 위한 챔버 내 송풍기(fan) 설치 [Shin et al., 1995] 등에 대한 연구가 수행되어 챔버법으로 측정한 값의 신뢰성을 높이고자 한 바 있다. 또한 노동력의 부담과 시료 채취 횟수 등의 제한이 있는 수동형 챔버법에서 시료 채취와 이송, 분석의 모든 과정을 자동화한 챔버법으로의 기술 발전을 통해 측정자료의 신뢰성과 정확성을 높이고자 노력한 바 있다 [Schutz et al., 1989; Xunhua et al., 1998; Yagi et al., 1996; Jeong et al., 2018].
국제적으로 측정결과의 신뢰성을 판단할 수 있는 척도로서 불확도 (uncertainty) 개념이 도입되고, 측정과 표준화 전반에 대한 지침을 제시하는 국제표준화기구 (ISO, International Organization for Standardization)에서 1993년 발간한 “측정불확도 표현지침 (GUM, Guide to the Expression of Uncertainty in Measurement)”에서는 측정결과는 추정값으로 그 값에 대한 불확도가 함께 명시되어야 완전하다고 하였으며, 측정불확도는 측정량을 합리적으로 추정한 값의 분산 특성을 나타내는 모수 (parameter)로 정의하였다. 2006년 IPCC 지침에서도 온실가스 배출량 산정에 따른 불확도를 제시하도록 하였으며, 2019년 개정된 2006 IPCC 지침에서는 벼논 CH₄ 기본배출계수의 불확도는 오차범위 (error range)로 미국, 아시아, 유럽을 포함한 전 세계에서 0.80 ~ 1.76 kgCH₄/ha/d, 동남아시아 지역은 0.83~1.81 kgCH₄/ha/d로 제시된 바 있다. 국내 벼논 상수담수 조건에서 폐쇄형 챔버법으로 산정한 CH₄ 배출량에서의 불확도는 확률분포 함수 (PDF, Probability Density Function) 선택에 따라 11.3% ~ 40.2%로 산정된 바 있으며 [Kang et al., 2015], 국내 벼논 CH₄ 기본배출계수 산정을 위한 4개 지역에서 폐쇄형 챔버법으로 산정한 CH₄ 배출량의 불확도는 오차범위로 21.7%로 산정된 바 있다 [Kim et al., 2013]. 위와 같이 CH₄ 배출계수 산정에 제시된 불확도는 CH₄ 플럭스 측정값 평균에 대한 표준편차로 불확도를 제시하였으나 CH₄ 플럭스 챔버법의 측정결과에 영향을 미치는 불확도 요소에 대한 평가는 부족하다.
온실가스 플럭스 챔버법의 불확도는 절차 (procedural), 시간 (temporal), 공간 (spatial)에 따른 요인으로 나눌 수 있다 [Wong 2018]. 챔버법 절차에 따른 불확도는 챔버 모양과 크기, 바람과 챔버 내 압력에 영향을 받는 시료 채취, 평형을 위한 시간, 비평형 상태의 챔버 내 농도 측정값 해석 등의 샘플링과 분석조건에 따른 영향요인과 관련된다. 시간의 불확도는 시간 변동성과 관련되어 벼논에서 시간에 따라 다른 CH₄ 배출량을 보이는 것과 관련되며, 하루 중 한 번의 시료 채취는 하루 중 평균 농도를 대표할 수 있는 시간 선정이 중요하다고 지적한 연구들과 연결된다 [Yagi et al., 1996; Khalil et al., 1998; Shin et al., 2003]. 공간적 불확도는 플럭스 산정 지역에 제한적인 챔버를 사용함으로써 규모가 큰 지역의 대표성이 지역적 변동성으로 산정될 수 있는 것과 연결된다. 본 연구에서는 시간에 따른 온실가스 농도 변화로 플럭스를 산정하는 폐쇄형 챔버법의 절차에서 발생할 수 있는 불확도 요소 중 온실가스 농도 측정결과에 영향을 미치는 불확도 요인을 선정하고, 이것을 측정결과 평가 요소의 기본인 반복성, 직선성, 변동성, 매질효과 등으로 평가하고자 하였다. 이를 위해 경기도 화성시에 위치한 경기도농업기술원 내 벼논 및 밭토양 폐쇄형 자동 챔버에서 시료 채취, 이송, 분석까지 자동화된 챔버 시스템을 이용하여 온실가스 플럭스 측정값에 포함된 농도 불확도의 잠재적 영향 요인들에 대한 정량적 모델식을 제시하고 이 식에 근거한 각 영향 요인의 상대표준불확도의 크기를 비교하여 온실가스 플럭스 챔버 측정법의 신뢰성 향상 방안을 고찰하고자 하였다.
 
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