부분최소자승회귀분석을 이용한 토양특성의 공간적, 시간적 변화에 기초한 SOC 축적량 예측

Scientific Reports 13권, 기사 번호: 7949(2023) 이 기사 인용

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측정항목 세부정보

지구 온난화는 광범위한 문제이며 토양 탄소 격리는 지역적 규모의 자연적인 해결책입니다. 탄소 흡수원으로서의 토양의 역할은 광범위하게 연구되었지만 토양 탄소 흡수 및 보유를 예측하는 데 있어 토양 변수의 역할에 관한 지식은 부족합니다. 본 연구에서는 토양 특성을 설명 변수로 유지하고 서로 다른 두 계절의 데이터 세트에 부분 최소 제곱 회귀 모델을 적용하여 이슬라마바드-라왈핀디 지역 표토의 SOC 축적량을 예측합니다. 이슬라마바드와 라왈핀디 쌍둥이 도시에서 수집한 샘플을 사용하여 토양 색상, 질감, 수분 함량, SOM, 용적 밀도, 토양 pH, EC, SOC, 황산염, 질산염, 인산염, 불화물, 칼슘, 마그네슘, 나트륨, 칼륨, 표준 프로토콜을 적용하여 중금속(니켈, 크롬, 카드뮴, 구리 및 망간)을 제거합니다. 이후 SOC 재고 예측을 위해 PLSR을 적용하였다. 현재 SOC 재고량은 2.4~42.5Mg/ha 범위이지만 PLSR의 결과에 따르면 토양 변수가 변경되지 않으면 SOC 재고량은 해당 지역에서 약 10Mg/ha에 집중될 가능성이 높습니다. 이 연구는 또한 두 계절의 데이터 세트에 대한 변수 중요성을 식별하여 데이터 세트의 잡음이 있는 변수를 향후 연구에서 배제하고 정확하고 정확한 추정이 이루어질 수 있도록 했습니다.

전 세계적으로 식량 안보 문제뿐만 아니라 변화하는 기후에 대처하기 위해 토양의 유기탄소를 더 잘 관리하는 것에 대한 관심이 눈에 띄게 커지고 있습니다. 이 문제를 해결하는 주요 이니셔티브에는 4p1000 이니셔티브, REDD + 및 GSOCseq(SOC 격리 가능성 프로그램의 글로벌 평가)1,2,3가 포함됩니다.

토양은 대기 탄소를 고정하는 가장 큰 흡수원으로 간주됩니다. 그들은 육상 식물에 비해 두 배의 탄소를 보유하고 있습니다4,5. 토양은 토양 유기 탄소(석회질 토양 제외)6,7 형태로 탄소 함량을 보유합니다. 일반적으로 탄소 격리라고 불리는 토양 내 탄소 흡수는 CO2가 특정 무기 화학 반응을 통해 탄산칼슘 및 탄산마그네슘과 같은 무기 화합물로 변환될 때 직접적으로 발생합니다8; 또는 바이오매스가 분해되어 부식질과 같은 다른 유기 물질과 함께 토양 유기 탄소로 구성된 토양 유기 물질이라고 널리 알려진 유기 화합물 형태로 토양 시스템의 일부가 될 때 간접적으로 발생합니다. 수분 보유, 금속 이온과의 복합체 형성 및 토양의 양이온 교환 능력과 같은 토양 시스템의 구조적 및 기능적 측면의 대부분은 토양의 유기 탄소에 의존합니다. 그러나 SOC가 토양에 미치는 영향은 단방향이 아닙니다. 토양 특성은 또한 토지 이용 범주, 온도 및 습도의 계절적 변동과 같은 다양한 외부 및 내부 요인에 따라 SOC의 포획, 품질, 분포 및 보유 시간에 영향을 미칩니다12,13.

토양 내 대기 탄소의 흡수 및 보유는 복잡한 현상입니다. 이 복잡한 과정에는 생태계의 모든 영역(대기, 생물권, 수권 및 암석권)에 속하는 여러 변수가 포함됩니다14,15.

토양 체제 내에서 토양 유기탄소 축적량의 공간적, 시간적 변화는 토양의 고유 특성에 크게 의존합니다. 그러나 토양변수와 관련된 토양단면의 토양유기탄소(SOC) 축적량 분포에 대한 통계는 거의 적절하지 않습니다.

다음 연구는 이슬라마바드-라왈핀디 지역의 표토 토양에서 SOC 축적량을 형성하는 다양한 변수에 대한 전체적인 그림을 제공합니다.

현재 연구를 위해 이슬라마바드와 라왈핀디 지역의 표토(0~30cm)에서 204개의 샘플(현장 복제물 포함)을 수집했습니다. 대기 온도와 고도는 GPS 판독값과 함께 현장에서 기록되었으며 토양 특성은 Fatima Jinnah Women 대학 실험실에서 평가되었습니다. 공간적 변화를 연구하기 위해 이슬라마바드와 라왈핀디 지역의 농경지, 도시 토지(공공 공원), 산림 지역의 세 가지 토지 이용 유형에서 샘플을 수집했습니다. 시간적 변화를 평가하기 위해 여름과 겨울 두 계절에 걸쳐 시료를 채취하였다. 샘플은 Munsell 토양 색상 차트를 사용하여 평가된 토양 색상과 같은 물리적 토양 변수에 대해 분석되었습니다. 비중계 방법으로 평가한 토양 질감17; 건조 감량법17을 사용하여 계산된 토양 수분 함량; 점화 기술 손실로 평가된 유기물과 호환 캐비티 방법으로 평가된 토양 부피 밀도. 화학적 매개변수도 표준 프로토콜을 사용하여 분석되었습니다. pH와 EC는 Crison MM40 휴대용 멀티미터 키트17를 사용하여 측정되었습니다. 토양 유기 탄소는 수정된 Walky 및 Black 방법으로 평가되었습니다. 토양 황산염, 질산염, 인산염은 UV/VIS 분광광도법17을 사용하여 분석되었습니다. 불화물은 이온 선택성 전극22에 의해 평가되었습니다. 나트륨 및 칼륨 이온은 화염 광도법으로 분석했으며 칼슘 함량, 마그네슘 함량 및 니켈, 크롬, 카드뮴, 구리 및 망간과 같은 중금속은 원자 흡수 분광 광도법을 통해 평가했습니다17.