Korean Journal of Agricultural and Forest Meteorology
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v.12
no.4
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pp.264-276
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2010
The objectives of this study were to introduce the methods of soil respiration measurement, to review soil respiration studies conducted in Korea, and to suggest potential issues generated from using various methods for soil respiration measurement. According to the measurement principles, the methods of soil respiration measurements are classified as: alkali absorption method (AA), closed chamber method (CC), closed dynamic chamber method (CDC), and open flow method (OF). Based on the litereaure review on soil respiration studies in Korea, the CDC method was mostly used by the researchers (62%), followed by the AA (17%), OF (13%) and CC (8%) methods. Along with these methods, various instruments were used such as LI-6400-09, EGM-3, EGM-4, and automatic soil respiration chamber. Most of the soil respiration measurements were carried out in forest ecosystems and the reported soil respiration showed a wide range of variations from 130 to 900 mg $CO_2\;m^{-2}h^{-1}$. Continuous monitoring of soil respiration with minimal disturbance and the potential inconsistency in measurements are still the challenges facing the researchers, causing a paucity in quality datasets of sufficient quantity. Few attempts of intercomparison among different methods hinder the data users from synthetic analysis and assessment of the collected datasets. In order to better estimate soil carbon budget and understand their exchange mechanisms in key ecosystems of Korea, it is necessary to measure soil respiration at various plant functional types, soils, and climate conditions over a decadal time scale along with the study on the partitioning of soil respiration into autotrophic and heteorotrophic components.
Emissions of nitrous oxide (N$_2$O) and methane (CH$_4$) from poultry enteric fermentation were investigated using a respiration chamber. Birds were placed in a respiration chamber for certain intervals during their growing period or for the whole life cycle. The accumulated gas inside the chamber was sampled and analyzed for N$_2$O and CH$_4$ production. A curve for gas production during a life cycle was fitted. The calculated area under the curve estimated the emission factor of poultry enteric fermentation on a life cycle basis (mg bird$^{-1}$ life cycle$^{-1}$). This method can be used to estimate CH$_4$ or N$_2$O emissions from different types of avian species taking into account factors such as diet, season or thermal effects. The CH$_4$/N$_2$O emission factors estimated for commercial broiler chickens, Taiwan country chickens and White Roman Geese were 15.87/0.03, 84.8/16.4 and 1,500/49 (mg bird$^{-1}$ life cycle$^{-1}$), respectively, while the calculated CH$_4$/N$_2$O emission from enteric fermentations were 3.03/0.006, 14.73/2.84 and 9.5/0.31 (Mg year$^{-1}$), respectively in Taiwan in the year of 2000. The described method is applicable to most poultry species and the reported emission factors were applicable to meat type poultry only.
We studied temperature sensitivity characteristics of soil respiration during periods of rising and falling temperatures within a common temperature range. We measured soil respiration continuously through two periods (a period of falling temperature, from August 7, 2003 to October 13, 2003; and a period of rising temperature from May 2, 2004 to July 2, 2004) using an open-top chamber technique. A clear exponential relationship was observed between soil temperature and soil respiration rate during both periods. However, the effects of soil water content were not significant, because the humid monsoon climate prevented soil drought, which would otherwise have limited soil respiration. We analyzed temperature sensitivity using the $Q_{10}$ value and $R_{ref}$ (reference respiration at the average temperature for the observation period) and found that these values tended to be higher during the period of rising temperature than during the period of falling temperature. In the absence of an effect on soil water content, several other factors could explain this phenomenon. Here, we discuss the factors that control temperature sensitivity of soil respiration during periods of rising and falling temperature, such as root respiration, root growth, root exudates, and litter supply. We also discuss how the contribution of these factors may vary due to different growth states or due to the effects of the previous season, despite a similar temperature range.
Background: In ecosystem carbon cycle studies, distinguishing between $CO_2$ emitted by roots and by microbes remains very difficult because it is mixed before being released into the atmosphere. Currently, no method for quantifying root and microbial respiration is effective. Therefore, this study investigated the relationship between soil respiration and underground root biomass at varying distances from the tree and tested possibilities for measuring root and microbial respiration. Methods: Soil respiration was measured by the closed chamber method, in which acrylic collars were placed at regular intervals from the tree base. Measurements were made irregularly during one season, including high temperatures in summer and low temperatures in autumn; the soil's temperature and moisture content were also collected. After measurements, roots of each plot were collected, and their dry matter biomass measured to analyze relationships between root biomass and soil respiration. Results: Apart from root biomass, which affects soil's temperature and moisture, no other factors affecting soil respiration showed significant differences between measuring points. At each point, soil respiration showed clear seasonal variations and high exponential correlation with increasing soil temperatures. The root biomass decreased exponentially with increasing distance from the tree. The rate of soil respiration was also highly correlated exponentially with root biomass. Based on these results, the average rate of root respiration in the soil was estimated to be 34.4% (26.6~43.1%). Conclusions: In this study, attempts were made to differentiate the root respiration rate by analyzing the distribution of root biomass and resulting changes in soil respiration. As distance from the tree increased, root biomass and soil respiration values were shown to strongly decrease exponentially. Root biomass increased logarithmically with increases in soil respiration. In addition, soil respiration and underground root biomass were logarithmically related; the calculated root-breathing rate was around 44%. This study method is applicable for determining root and microbial respiration in forest ecosystem carbon cycle research. However, more data should be collected on the distribution of root biomass and the correlated soil respiration.
Korean Journal of Agricultural and Forest Meteorology
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v.8
no.3
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pp.152-158
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2006
The objective of this study is to investigate change in diurnal respiration and transpiration of the fruits of kiwifruit during fruit growth. Three-hourly fruit transpiration and respiration rate were measured by a chamber technique. Results showed a tendency of higher transpiration and respiration in at maturation to commercial harvest period in 1995 fruit than in 1996 fruit. Fruit respiration rates were very similar to the transpiration rates. The air temperature record for the fruit maturation period in 1996 showed a sudden drop on September $19{\sim}24$ and October 14 down to $7{\sim}13^{\circ}C$. These results suggest that abnormal fruit transpiration and respiration rate in the fruit maturation period might be influenced by the air temperature.
Kwon, Jun Hwan;Shin, Cheung Soo;Kim, Jeongmin;Oh, Kyeong Taek;Yoo, Sun Kook
Journal of Korea Multimedia Society
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v.21
no.9
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pp.1076-1089
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2018
Respiration is the process of moving air into and out of the lung. Respiration changes the temperature in the chamber while exchanging energy. Especially the temperature of the face. Respiration monitoring using an infrared camera measures the temperature change caused by breathing. The conventional method assumes that motion is not considered and measures respiration. These assumptions can not accurately measure the respiration rate when breathing moves. In addition, the respiration rate measurement is performed by counting the number of peaks of the breathing waveform by displaying the position of the peak in a specific window, and there is a disadvantage that the breathing rate can not be measured accurately. In this paper, we use KLT tracking and block matching to calibrate limited weak movements during breathing and extract respiration waveform. In order to increase the accuracy of the respiration rate, the position of the peak used in the breath calculation is calculated by converting from a single point to a high resolution. Through this process, the respiration signal could be extracted even in weak motion, and the respiration rate could be measured robustly even in various time windows.
Proceedings of the Korean Society of Crop Science Conference
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2017.06a
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pp.328-328
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2017
Drought is a major limiting factor that reduces rice production and occurs often especially under recent climate change. Plants have the ability to alter their developmental morphology in response to changing environment, which is known as phenotypic plasticity. In our previous studies, we found that one chromosome segment substitution line (CSSL50 derived from Nipponbare and Kasalath crosses) showed no differences in shoot and root growth as compared with the recurrent genotype, Nipponbare under non-stress condition but showed greater growth responses compared with Nipponbare under mild drought stress condition. We hypothesized that reducing root respiration as metabolic cost, which may be largely a consequence of aerenchyma formation would be one of the key mechanisms for root plasticity expression. This study aimed to evaluate the root respiration and aerenchyma formation under various soil moisture conditions among genotypes with different root plasticity. CSSL50 together with Nipponbare and Kasalath were grown under waterlogged conditions (Control) and mild drought stress conditions (20% of soil moisture content) in a plastic pot ($11cm{\times}14cm$, ${\varphi}{\times}H$) and PVC tube ($3cm{\times}30cm$, ${\varphi}{\times}H$). Root respiration rate was measured with infrared gas analyzer (IRGA, GMP343, Vaisala, Finland) with a closed static chamber system. There was no significant difference between genotypes in control for shoot and root growth as well as root respiration rate. In contrast, all the genotypes increased their root respiration rates in response to mild drought stress. However, CSSL50 showed lower root respiration rate than Nipponbare, which was associated by higher root aerenchyma formation that was estimated based on internal gas space (porosity) under mild drought stress conditions. Furthermore, there were significant negative correlations between root length and root respiration rate. These results imply that reducing the metabolic cost (= root respiration rate) is a key mechanism for root plasticity expression, which CSSL50 showed under mild drought.
Kong, Hak Yang;Park, Sung Ae;Shim, Kyu Young;Kim, Tae Kyu;Lee, Jae Seok;Suh, Sang Uk
Journal of Climate Change Research
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v.7
no.4
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pp.397-405
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2016
For better understand of the soil respiration characteristic in ecosystem, it is necessary to accurately determine the daily, monthly and seasonal $CO_2$ flux related to various environmental factors. In general, soil respiration is being measured on a sunny day. But soil respiration is known to be affected by soil temperature and soil moisture content. In case of forestry, changes in soil moisture content are entirely dependent on rainfall. If we calculated the monthly soil respiration measured based on sunny days data only, it could be a factor that loses credibility soil respiration. On this study, we measured soil respiration on Pinus koraiensis plantation at Mt. Taehwa of Gwangju, Gyeonggi-do on sunny and rainy days in 2012, using Automatic Open-Closed Chamber system (AOCC) and portable $CO_2$ analyzer (GMP343). Then we computed the regression equations using sunny days data, precipitation less than 10 mm data, and precipitation over 10 mm data. At first, there were no significant differences in observed data and computed data. But less than 10 mm precipitation, computed data was 26.5% lower than observed data. Precipitation over 10 mm, on the other hand, the former was 29.3% higher than the latter. In each case, it showed significant differences between observed and computed data (p<0.05). So if we computed regression equation using soil respiration measured sunny days only, about 30% of annual soil respiration could be overestimated. Through further study, we suggest the subdivision and computation of regression equation on the basis of the rainfall intensity.
This paper was studied $CO_2$ respiration rate with physicochemical properties of soils at wetland, paddy field and forest in Nongju-ri, Haeryong-myeon, Suncheon city, Jeollanam-do. Soil temperature and $CO_2$ respiration rate were measured at the field, and soil pH, moisture and soil organic carbon were analyzed in laboratory. Field monitoring was conducted at 6 points (W3, W7, W13, W17, W23, W27) for wetland, 3 points (P1, P2, P3) for paddy field and 3 points (F1, F2, F3) for forest in 10 January 2009. $CO_2$ concentrations in chamber were measured 352~382 ppm for wetland, 364~382 ppm for paddy field and 379~390 ppm for forest, and the average values were 370 ppm, 370 ppm and 385 ppm, respectively. $CO_2$ respiration rates of soils were measured $-73{\sim}44\;mg/m^2/hr$ for wetland, $-74{\sim}24\;mg/m^2/hr$ for paddy field and $-55{\sim}106\;mg/m^2/hr$ for forest, and the average values were $-8\;mg/m^2/hr$, $-25\;mg/m^2/hr$ and $38\;mg/m^2/hr$. $CO_2$ was uptake from air to soil in wetland and paddy field, but it was emission from soil to air in forest. $CO_2$ respiration rate function in uptake condition increased exponential and linear as soil temperature and soil organic carbon. But, it in emission condition decreased linear as soil temperature and soil organic carbon. $CO_2$ respiration rate function in wetland decreased linear as soil moisture, but its in paddy and forest increased linear as soil moisture. $CO_2$ respiration rate function in all sites increased linear as soil pH, and increasing rate at forest was highest.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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