Climate change due to global warming causes a rise in atmospheric air temperature to rise and extreme shift in precipitation patterns. Carbon dioxide (CO2) is widely known as one of the major cause of global warming and accounts for about 72% of total greenhouse gas emissions. Agriculture is more vulnerable to climate change than other industries. Many studies have been conducted to investigate how agroecosystems, both natural and controlled, will respond to the rising level of CO2. Studies on the responses of crops and agricultural environments to climate change are crucial in predicting changes in agro-ecosystems. Research facilities for various types of CO2 treatment have been developed. The representative research facilities are SAR (Soil-Plant-Atmosphere-Research), OTC (Open Top Chamber), FACE (Free Air CO2 Enrichment System), and TGC & CTGC (Temperature Gradient Chamber & CO2-Temperature Gradient Chamber). Therefore, this study reviewed research data and their application in agriculture.

Paddy fields are important habitats for maintaining the biodiversity of agricultural ecosystems. Recently, as the need for safe food and biodiversity conservation has increased, the rice cultivation methods have undergone changes. This study was conducted to investigate the fish fauna in Environmentally Friendly Paddy fields (EFP) and Conventional Paddy fields (CP), and compare the characteristics of Misgurnus anguillicaudatus and Aphyocypris chinensis populations in EFP and CP. A total of 2,703 fish were collected and classified into six families and 13 species. Our results showed that there was a difference in the proportion of fish populations in the two paddy fields, and the number of individuals in EFP was higher than in CP. The weight values of M. anguillicaudatus were higher in EFP than in CP, and the total length, body length, and weight values of A. chinensis were higher in EFP than in CP. Conditional factor (K) values also showed similar trends in EFP and CP. Our results indicate that the farming practices in paddy fields have a significant effect on the characteristics of M. anguillicaudatus and A. chinensis populations, and the results of this study can be used as basic data for securing biodiversity in future agricultural ecosystems.

Global warming has a major impact on the Earth’s precipitation and temperature fluctuations, and significantly affects the habitats and biodiversity of many species. Although the number of alien plants newly introduced in South Korea has recently increased due to the increasing frequency of international exchanges and climate change, studies on how climate change affects the distribution of these alien plants are lacking. This study predicts changes in the distribution of suitable habitats according to RCPs climate change scenarios using the current distribution of the invasive alien plant Conyza sumatrensis and bioclimatic variables. C. sumatrensis has a limited distribution in the southern part of South Korea. Isothermality (bio03), the max temperature of the warmest month (bio05), and the mean temperature of the driest quarter (bio09) were found to influence the distribution of C. sumatrensis. In the future, the suitable habitat for C. sumatrensis is projected to increase under RCP 4.5 and RCP 8.5 climate change scenarios. Changes in the distribution of alien plants can have a significant impact on the survival of native plants and cause ecosystem disturbance. Therefore, studies on changing distribution of invasive species according to climate change scenarios can provide useful information required to plan conservation strategies and restoration plans for various ecosystems.

Pantala flavescens is a dominant Odonata species in the rice fields in Korea. To determine the effects of different temperatures on its larval growth and emergence, field and laboratory experiments were conducted. Larval growth was also monitored in mono-cropping and double-cropping rice fields. The growth of larvae was monitored every week by measuring the head width. In the field experiment, no difference was found in larval growth and emergence between the control temperature and +1.9°C of the control temperature. The larval growth was greater at 23°C than at 20°C laboratory temperatures, and no emergence was recorded at either temperature after eight weeks of monitoring. There was a quadratic relationship between larval growth and temperature in an incubator at five temperature regimes of 15, 20, 25, 30, and 35°C. Midseason water drainage caused the extinction of the existing individuals and newly hatched larvae dominated after re-watering in the rice fields. Larval size was greater in double-cropping fields than in mono-cropping fields in late July but the tendency was reversed in early August. The results of this study suggest that temperature warming will directly promote the larval growth of P. flavescens and indirectly influence seasonal growth via changes in water management in rice fields.

화산섬인 울릉도는 내륙과는 다른 기후, 토양, 지형 특성을 가지고 있으며, 농업 또한 차별화된 특징을 나타낸다. 본 연구에서는 울릉도 농경지에 출현하는 식물종의 종조성 및 그 특성을 밝히고자 하였다. 식물상 조사는 2016년 5월과 2020년 7월과 8월 총 3차례, 37개 지점에서 수행되었다. 그 결과, 울릉도 농경지에 출현하는 관속식물은 53 과 132속 160종 14변종 5아종, 1잡종으로 총 186분류군으로 조사되었다. 과별 분포현황은 국화과가 가장 많은 33 분류군을 차지하였고, 다음으로 벼과 25분류군, 마디풀과 12분류군, 콩과가 12분류군, 마디풀과 11분류군, 백합과 9 분류군으로 나타났다. 울릉도 농경지에 출현하는 식물의 생활형 유형은 일년생식물-단립식물-중력산포형-직립형 (Th-R5-D4-e)으로 나타났다. 희귀식물로는 섬고사리, 섬기린초, 섬나무딸기, 섬바디, 섬쥐똥나무, 섬쑥부쟁이, 물엉겅퀴, 섬말나리, 왕둥굴레 등 9분류군이 확인되었다. 생태계 교란 식물은 애기수영, 환삼덩굴 2분류군이 확인되었다. 귀화식물은 13과 33속 44종 1변종으로 총 45분류군이 확 인되었고, 도시화지수는 13.9%, 귀화율은 24.2%를 나타냈다.

지형과 고도가 논둑에 서식하는 토양성거미의 군집과 다양성에 미치는 영향을 조사하였다. 지형의 영향평가를 위해 벼재배기에 산간지와 평야지에서 비교한 결과 거미의 군집구조가 달랐으며 발생밀도는 산간지보다 평야지에서 높았다. 늑대거미과가 가장 우점하였으며 이사고늑대거미 (P. isago)의 발생밀도는 산간지보다 평야지에서 높았다. 거미군집의 발생은 국지 (100 km2) 및 지역 (1,000 km2) 범위에서 유사하였다. 고도의 영향과 관련하여 휴한기에 지형이 유사한 장수와 정읍 지역을 비교한 결과 발생밀도는 지역 간 차이가 없었으나, 긴마디늑대거미속 (Pardosa spp.) 3종의 발생밀도는 정읍에서 높았다. 이러한 결과는 지형과 고도가 군집 수준에서 토양성 논거미의 다양성지수에 미치는 영향은 크지 않으나, 종 수준에서 논에 의존적인 늑대 거미과의 우점종에 영향을 줄 수 있다는 것을 보여준다

밭 경작지는 다른 유형의 경작지보다 다양한 작물이 재배되고 있으며, 이모작 등 영농활동에 의한 교란 정도가 상대적으로 크며 건조한 환경조건을 가진다. 본 연구에서는 국내 밭 경작지에 출현하는 식물종의 종조성 및 생활형 특성을 밝히고자 하였다. 식물상 조사는 전국을 대상으로 36개 지역에서 2015년 6월과 8월 두 시기에 수행되었다. 그 결과, 우리나라 밭 경작지에 출현하는 관속식물은 100과 322속 483종 9아종 37변종 1품종 2잡종으로 총 532분 류군으로 조사되었다. 과별 분포현황은 국화과가 가장 많은 75분류군을 차지하였고, 다음으로 벼과 68분류군, 콩과 34분류군, 마디풀과 21분류군, 장미과 19분류군, 백합과 17분류군으로 나타났다. 종별 출현빈도는 깨풀과 쑥이 100%로 가장 높았고, 다음으로 환삼덩굴, 속속이풀, 망초, 개망초, 왕고들빼기, 닭의장풀, 바랭이, 돌피, 금방동사니, 괭이밥, 쇠비름, 명아주, 개비름, 콩, 주름잎, 왕바랭이 등이 높게 나타났다. 우리나라 논 경작지에 출현한 식물의 생활형 조성은 일년생식물-단립식물-중력산포형-직립형 (Th- R5-D4-e)으로 나타났다. 희귀식물로는 주목, 목련, 할미밀망, 쥐방울덩굴, 벼룩아재비, 개지치, 애기담배풀, 두메부추, 물잔디 등 11분류군이 확인되었다. 생태계교란 식물은 환삼덩굴, 애기수영, 가시박, 돼지풀, 단풍잎돼지풀, 서양금혼초, 가시상추, 양미역취, 미국쑥부쟁이 등 9분류군이 확인되었다. 귀화식물은 24과 68속 97종 1변종으로 총 98분류 군이 확인되었고, 도시화지수는 30.5%, 귀화율은 18.4%를 나타냈다.

Temperature-dependent development models for Hydrochara affinis were built to estimate the ecological parameters as fundamental research for monitoring the impact of climate change on rice paddy ecosystems in South Korea. The models predicted the number of lifecycles of H. affinis using the daily mean temperature data collected from four regions (Cheorwon, Dangjin, Buan, Haenam) in different latitudes. The developmental rate of each life stage linearly increased as the temperature rose from 18°C to 30°C. The goodness-of-fit did not significantly differ between the models of each life stage. Unlike the optimal temperature, the estimated thermal limits of development were considerably different among the models. The number of generations of H. affinis was predicted to be 3.6 in a high-latitude region (Cheorwon), while the models predicted this species to have 4.3 generations in other regions. The results of this study can be useful to provide essential information for estimating climate change effects on lifecycle variations of H. affinis and studies on biodiversity conservation in rice fields.

논 경작지는 인위적 습지로서 생물다양성 유지에 중요한 역할을 한다. 본 연구에서는 국내 논 경작지에 출현하는 식물종의 종조성 및 그 특성을 밝히고자 하였다. 식물상 조사는 전국을 대상으로 33개 지역에서 2016년 6월과 8월 두 시기에 수행되었다. 그 결과, 관속식물은 51과 219 속 350종 4아종 30변종 5품종으로 총 389분류군으로 조사 되었다. 과별 분포현황은 벼과가 가장 많은 76분류군을 차지하였고, 다음으로 국화과 61분류군, 콩과 32분류군, 사초과 27분류군, 마디풀과 15분류군, 현삼과 12분류군으로 나타났다. 종별 출현빈도는 바랭이와 돌피가 100%로 가장 높았고, 다음으로 깨풀, 미국가막사리, 뚝새풀, 속속이풀, 여뀌바늘, 좀개구리밥, 주름잎, 자귀풀, 한련초, 닭의장풀, 쑥, 개망초, 금방동사니, 사마귀풀이 높게 나타났다. 우리나라 논 경작지에 출현한 식물의 생활형 조성은 일년생식물- 단립식물-중력산포형-총생형 (Th-R5-D4-t)로 나타났다. 희귀식물로는 쥐방울덩굴, 낙지다리, 벗풀, 물질경이, 물잔디, 창포 6분류군이 확인되었다. 귀화식물은 15과 54속 76종 3 변종 1품종으로 총 80분류군이 확인되었고, 도시화지수는 24.8%, 귀화율은 20.6%를 나타냈다.

다년생 작물을 재배하는 과수원의 식물상은 일년생 작물을 재배하는 경작지와는 다른 특성을 나타낼 것이다. 본 연구에서는 국내 과수원에 출현하는 식물종의 종 조성 및 그 특성을 밝히고자 하였다. 식물상 조사는 전국을 대상으로 36개 지역에서 2014년 5~6월과 8~9월 두 시기에 수행 되었다. 그 결과, 관속식물은 91과 278속 420종 2아종 39변종 4품종 1잡종으로 총 466분류군으로 조사되었다. 과별 분포현황은 국화과가 가장 많은 66분류군을 차지하였고, 다음으로 벼과 51분류군, 콩과 28분류군, 사초과 18분류 군, 마디풀과 17분류군, 십자화과 16분류군, 꿀풀과 14분류 군으로 나타났다. 종별 출현빈도는 바랭이가 100%로 가장 높았고, 다음으로 깨풀, 닭의장풀, 개여뀌, 냉이, 개망초, 주름잎, 쑥, 금방동사니, 쇠별꽃, 별꽃, 돌피가 높게 나타났다. 우리나라 과수원에 출현한 식물의 생활형 조성은 일년생 식물-단립식물-중력산포형-직립형 (Th-R5-D4-e)으로 나타 났다. 희귀식물로는 벌개미취, 녹나무, 쥐방울덩굴, 새박, 백량금, 금떡쑥 6분류군이 확인되었다. 귀화식물은 23과 58 속 80종 4변종 1품종으로 총 85분류군이 확인되었고, 도시화지수는 26.3%, 귀화율은 18.2%를 나타냈다.

I investigated the homogeneous liquid crystal alignment using parallel patterning on nickel oxide thin film. Nickel oxide thin film was prepared by sol-gel process, which is and cost effective method to form oxide thin film. Since the sol-gel process is solution driven method, the patterning on nickel oxide can be achieved by imprinting lithography. Nickel oxide with parallel pattern was used for liquid crystal alignment layer, which can be a alternative to conventional rubbing process to aligning a liquid crystal molecules. As a result, a high transmittance of 83.9% was confirmed for the NiO film, and a stable horizontal orientation pretilt angle of 0.2° occurred in the imprinted NiO film. These results were judged to be a positive level that can be commercialized in the horizontal alignment type liquid crystal display that is currently used universally. Anisotropic characteristics of nickel oxide induced by a parallel pattern leads to the alignment of liquid crystals.

The present study was conducted to investigate the differences in managed farming practices, including low-intensive farming, duck farming, and golden apple snail farming, in a rice ecosystem by comparing terrestrial arthropod communities. A total of 75 species from 70 genera belonging to 43 families in 11 orders were identified from 9,622 collected arthropods. Araneae, Hemiptera, and Coleoptera were the richest taxa. Collembola was the most abundant, followed by Diptera, Hemiptera, and Araneae. Bray- Curtis similarity among the farming practices was very high (76.7%). The biodiversity of each farming practice showed a similar seasonality pattern. The richest species group was the predators, followed by the herbivores. The species richness and diversity of ecologically functional groups among the farming practices were not statistically significant, except for the abundance of predators in golden apple snail farming. The biodiversity seasonality of ecological functional groups in each farming practice showed similar patterns. The biomass of Araneae, Hemiptera, Coleoptera, and Diptera was greater than the other taxa, in general. The biomass of each ecological functional group showed little difference and the biomass fluctuation patterns in each farming practice were almost the same. Collectively, the community structures and biodiversity of terrestrial arthropods among the farming practices in the present study were not different. The present study may contribute to sustain rich biodiversity in irrigated rice fields and to advanced studies of food webs or energy flow structures in rice fields for ecological and sustainable agriculture.

서식지 이질성은 복잡한 구조를 가진 서식지일수록 생물다양성이 증가된다는 개념으로 농업생태계에서도 적용이 가능하다. 특히 농업생태계에서 해충 조절과 같이 포식자로 기능하는 거미를 이용할 경우 농업생태계의 전반에 관한 이해의 폭을 넓힐 수 있다. 본 연구는 우리나라 농업 생태계의 대표적인 재배 유형인 밭과 논에서 거미의 다양성이 공간 스케일에 따라 어떠한 특성을 나타내는지 확인하고자 수행하였다. 함정트랩을 설치하여 밭에서 24개 샘플을, 논에서 24개 샘플을 수집하였다. 공간 스케일에 따른 밭과 논의 종수는 누적 곡선과 추정 곡선을 통해 평가하였다. 전체 조사 지점들에서 종수는 밭에서 높게 나타났고 조사 지점별 평균 종수는 논에서 높게 나타났다. 이를 통해 작은 공간 스케일에서는 서식지 구조의 복잡성이, 큰 공간 스케일에서는 작물 종류의 다양성이 거미의 다양성에 영향을 미치는 것을 확인할 수 있었다.

정읍과 장수지역은 고도 차이로 인해 평균기온이 다르며, 이러한 환경조건은 생물군집에 영향을 미칠 수 있다. 지표서식성 딱정벌레와 거미에 대한 영향을 알아보기 위해 2018년 3월에 지역별로 10지점의 논둑에서 pitfall-trap을 이용하여 조사하였다. 딱정벌레는 정읍에서 42종이 장수에서 30종이 발견되었으며, 작은모래거저리가 가장 많았다. 거미는 두 지역 모두 40종이 발견되었으며, 턱거미가 가장 많았다. nMDS와 MRPP 분석에서 두 지역의 딱정벌레와 거미의 군집조성이 모두 유의적 차이가 없었다. 딱정벌레와 거미의 개체수와 다양성지수 (species richness, Shannon index, evenness 등)도 지역간 차이가 없었다. 하지만 청동머리먼지벌레의 상대밀도는 장수가 12.3%로 정읍의 0.6%보다 컸다. 또한 밭고랑거미는 장수에서 거미 총개체수의 5.6%를 차지하였으나 정읍에서는 채집되지 않았다. 이러한 결과는 두 지역의 환경차이가 딱정벌레와 거미의 전체 군집조성에 미치는 영향은 뚜렷하지 않지만, 일부 종에 대해서는 지역적 특이성을 보일 수 있다는 점을 시사한다.

국내 최대 규모의 마르형 분화구 내에 형성된 하논은 제주도에서 유일하게 벼농사가 약 500년 동안 유지되고 있는 논 생태계이다. 이러한 하논의 식물상 특성과 복원 방안을 파악하고자 2015년부터 2018년 사이 총 8회에 걸쳐 식물상을 조사하였다. 그 결과, 관속식물은 55과 151속 194종 1아종 26변종 4품종으로 총 225분류군으로 조사되었다. 과별 분포현황은 벼과가 가장 많은 36분류군을 차지하였고, 다음으로 국화과 29분류군, 사초과 20분류군, 콩과 13분류군, 마디풀과 11분류군으로 나타났다. 하논에 출현한 식물의 생활형 조성은 일년생식물-단립식물-중력산포형-총생형 (Th-R5-D4-t)으로 나타났다. 희귀식물로는 물질경이 (Ottelia alismoides (L.) Pers.), 창포 (Acorus calamus L.), 물잔디 (Pseudoraphis ukishiba Ohwi) 3종이 확인되었다. 멸종위기야생식물은 멸종위기야생생물 II급인 삼백초 (Saururus chinensis (Lour.) Baill.) 1종이 확인되었다. 귀화식물은 15과 34속 41종 2변종으로 총 43분류군이 확인되었고, 도시화지수는 13.3%, 귀화율은 16.9%를 나타냈다. 현재 제주도 하논은 멸종위기야생식물, 희귀식물을 포함하여 높은 식물 다양성을 가지고 있을 뿐만 아니라, 제주도 유일의 벼농사 지역으로서 지속적으로 보전해야할 충분한 경관생태적, 사회문화적 가치를 지니고 있다고 판단된다.

농경지에서 해충억제 등의 유익한 역할을 하는 거미와 딱정벌레 군집에 대해 논의 휴경이 미치는 영향을 구명하고자 하였다. 2018년 3월 비경작기에 전라북도 정읍 소재의 휴경지와 인근 논에서 pit-fall trap 방법으로 지표서식성 거미와 딱정벌레를 채집하여 조사하였다. 휴경지와 논에서 관찰된 거미의 총 종수는 각각 25종 및 21종이었고, 평균 종수는 6.6 및 5.4 종으로 차이가 없었다. 하지만 군집구성에서는 차이가 있었으며, 휴경지에서는 광릉논늑대거미(Arctosa kwangreungensis)가17.1% 논에서는 별늑대거미(Pardosa astrigera)가 42.5%로 우점하였다. 딱정벌레의 총종수는 휴경지와 경작논에서 23종으로 같았으며, 평균 종수도 4.1종 및 4.5종으로 비슷하였다. 휴경지에서는 가는청동머리먼지벌레(Harpalus chalcentus)가 11.1%이었고, 논에서는 남방폭탄먼지벌레(Pheropsophus javanus)가 9.0%로 우점하였다. 거미와 딱정벌레의 개체수는 두 유형에서 모두 차이가 없었다. 이러한 결과는 논의 휴경에 의해 지표서식성 딱정벌레와 거미의 밀도보다는 종구성이 크게 달라진다는 것을 보여준다.

논습지(Rice fields)는 자연습지와는 다른 복잡성과 다기능을 가지고 있으며, 수문학적 관리가 논습지 생태계의 환경에 중요한 역할을 한다. 수서무척추동물은 논습지에 서식하는 대표적인 야생동물로서 논습지 생태계에서도 먹이사슬의 모든 단계에 중요하게 위치한다. 한국의 논습지에 서식하는 수서무척추동물에 대한 연구는 일부 분류군이나 제한된 지역에서의 군집특성에 관한 연구가 주를 이룬다. 따라서 본 연구는 한반도 논습지에 서식하는 수서무척추동물 군집 전체에 관한 통합적인 연구를 위해 수행하였다. 전국 290개 지점에서 관찰된 수서무척추동물은 총 21목 60과 114종 710,892개체였고 딱정벌레목이 가장 많았고 파리목, 잠자리목, 노린재목 등의 순이었다. 논습지에 서식하는 수서무척추동물은 경지정리가 된 논에 서식하는 군집과 경지정리가 되지 않은 논에 서식하는 군집으로 나눌 수 있었으며, 경지정리가 되지 않은 논에 서식하는 군집은 다시 중부지역(경기, 강원, 충북), 서부지역(충남, 전북, 전남), 동부지역(경북, 경남)에 서식하는 군집으로 나눌 수 있었다. 이를 통해 한반도 논습지에 서식하는 수서무척추동물 군집은 경지정리의 유무와 지역적인 위치가 중요한 것을 확인할 수 있었다.

기존에 주로 논 수서생물의 채집을 위해 사용된 방형구법과 뜰채법은 높은 노동력을 요구했기 때문에 광범위한 지역을 대상으로 한 모니터링이 어려웠다. 이 연구는 논 수서 생물을 보다 신속하게 채집할 수 있는 수중트랩을 사용하여 지역 및 시기별 논 수서생물의 군집 조성을 확인하였다. 수 중트랩은 논을 대표하는 수서생물 중 환경 변화를 지표하거나 수조류의 먹이가 되는 이동성이 높은 종이 포함된 분류 군을 채집하는 데 유용했다. 사과우렁이과 (Ampullariidae), 미꾸라지과 (Cobitidae), 물벌레과 (Corixidae), 물방개과 (Dytiscidae), 물땡땡이과 (Hydrophilidae), 물달팽이과 (Lymnaeidae) 등 15개 분류군은 논 수서생물 군집 조성을 결정했다. 주요 분류군 중 환경 교란에 강한 깔다구과 만이 논 수서생물 군집의 시기 변화를 대표했다. 인위적인 영향에 민감한 사과우렁이과, 물땡땡이과 그리고 물방개과는 지역 별로 분포가 상이했다.

본 연구는 국가중요농업유산으로 지정된 울릉도 (울릉도 화산섬 밭 농업) 나리분지와 통구미지역의 지표배회성 무척추동물 군집의 특성을 확인하기 위해 수행되었다. 서식지 형태를 작물재배지역, 산림지역, 중간 경계지역으로 나누어 서식지 형태별로 지표배회성 무척추동물을 채집하였다. 채집은 함정 트랩을 이용하였고 채집된 지표배회성 무척추동물은 자기조직화지도를 이용하여 군집 특성을 규명하였다. 자기조직화지도를 통해 총 4개의 cluster로 나누었으며, cluster II에는 통구미지역에서 채집된 지표배회성 무척추동물 군집만이 속하는 특성을 확인할 수 있었다. 나리분지 (cluster I, III, IV)와 비교하여 통구미지역 (cluster II)은 울릉도에서 흔히 확인되는 산간지역 경작지를 밭으로 개간하여 이용하는 지역으로 울릉도에서 흔히 관찰되는 지형적 특성을 가지고 있다. 이러한 통구미지역은 평지의 형태를 가지는 나리분지 지역과는 달리 급경사의 특성을 나타내기 때문에 다른 군집 특성이 나타난 것으로 판단된다. 본 연구결과는 국가중요농업유산으로 선정된 울릉도지역의 생물상에 대한 기초자료와 지표배회성 무척추동물 군집 특성에 관한 정보를 제공하여 농업 환경 보전 및 생물다양성 유지를 위해 활용될 것으로 기대된다.