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문제 정의
- 본 연구는 우리나라 중부지방의 주요한 조림 수종인 잣나무 묘목에 인공산성우를 살포하여 육성시킨 묘목의 생장 및 영양상태에 미치는 직접 영향과 토양산성화의 간접영향을 조사하여 산성 우가 산림생태계에 미치는 직.간접영향을 구명하고, 산성강하물에 의한 산림쇠퇴를 미연에 방지할 임계부하량 산정기준을 설정하는데 기초자료를 제공하고자 실시하였다.
- 미치는 직.간접영향을 구명하고, 산성강하물에 의한 산림쇠퇴를 미연에 방지할 임계부하량 산정기준을 설정하는데 기초자료를 제공하고자 실시하였다.
제안 방법
- 7-1999 . 6) 평균 강수의 음이온 함량비율(진현오 등, 1999)인 SO? : NO3- : Cf=5 : 3 : 2(당량비)의 혼합액을 탈이 온수로 희석하여 pH를 조정하였으며, 증류수는 原水 의 수돗물을 이온 교환수지를 통과시켜 pH가 5.6 ±0.5, 전기전도도(EC)가 이하로 조정된 것을 사용하였다.
- 1999년 4월 21일부터 11월 17일까지 210일 동안 1주일에 2일 간격씩 3회(매회 14 : 00-17 : 00) 에걸쳐 pH 5.6을 대조구로 하고 pH 4.0, 3.0, 2.5 및 2.0의 처리구에 인공산성우를 살포하였으며, 이때 물줄기가 가는 물뿌리개를 사용하였다.
- 각 처리구당 인공산성우의 살포량은 토양채취지역인 경기도 광주군 지역의 10년간 평균 연 강수량을 1, 300mm를 기준으로 하여(기상청, 1992), 실험 기간 210일에 해당하는 강수량 750師의 강우처리를 하기 위하여 인공산성우를 1회에 8.3剛씩 식물체의 지상부에 살포하였다.
- 표본추출하였다. 표본추출한 묘목은 각 식물기관별(잎, 수간 + 가지 , 뿌리)로 생중량을 측정하여 , 60~70笆에서 7일간 건조기에 건조한 후건 중량을 측정하였다. 한편, 실험중간시에 잣나무 묘목의 건중량은 각 처리구간 유의차가 인정되지 않았기 때문에 본 연구에서는 실험개시시 및 실험종료 시의 성적만을 이용하여 이하의 분석에 사용하였다.
- 표본추출한 묘목은 각 식물기관별(잎, 수간 + 가지 , 뿌리)로 생중량을 측정하여 , 60~70笆에서 7일간 건조기에 건조한 후건 중량을 측정하였다. 한편, 실험중간시에 잣나무 묘목의 건중량은 각 처리구간 유의차가 인정되지 않았기 때문에 본 연구에서는 실험개시시 및 실험종료 시의 성적만을 이용하여 이하의 분석에 사용하였다.
- 실험개시시(也) 및 종료시(t, 의 잣나무 묘목의 건 중량을 기초로 하여 210일간의 육성기간중의 개체건물 생장의 상대 생장율(relative growth rate : RGR), 순동화율(net assimilation rate : NAR), 엽건중비 (leaf dry weight ratio : LWR) 및 지상부와 지하부의 건중비인 T/R비를 이하의 식에 의해 산출하였다(Hunt, 1978).
- 각 식물기관별로 건중량을 측정한 시료는 분쇄기로 분쇄시켜 습식분해하여 식물체내 원소농도 Ca, Mg, K는 원자흡광광도계(Hitachi Co., Z- 8230)에 의해, P는 분광광도계(Hitachi Co., U- 1100)에 의해 분석하였다. 식물기관별 C는 Tyurin 법, N는 황산분해법으로 측정하였다.
- 잎의 chlorophyll함량은, 각 처리구당 임의의 5 개체의 선단부 침엽을 2~3mm씩 자른 각각의 시료 0.1g과 아세톤(CH3COCH3) : 에탄올(C2H2) : 증류수(压0)=45 : 45 : 10의 혼합액 10畝를 시험관에 침적하여 25℃ 의 항온기에 1주일간 방치하여 chlorophyll을 추출하였다. 추출액은 645 및 663nm 의 흡광도를 분광광도계(Hitachi Co.
- 실험개시전의 공시토양(Initial Sampling) 및 실험종료 시 (Final Sampling)에 각 처리구의 토양을 채취하여 풍건시킨 후, 2師체를 통과한 세토에 대하여 분석하였다.
- 토양 pH는 세토 20g을 100襯용 비이커에 넣어 증류수 50皿를 첨가하여 혼합한 후, 20분에 1회씩 유리 봉으로 저으면서 1시간 방치한 토양현탁액의 pH(H2。)를 pH미터 (Orion Co., model 210A) 로측정하였다. 한편, 수용성 Ca, Mg, K, Al 및 Mn농도는 세토 10g을 100M용 비이커에 넣어 증류수 50禍를 첨가하여 혼합한 후, 25℃로 설정한 항온 실내 진탕배양기에서 1시간 동안 진탕 하여 여과지(Tokyo Co.
- , model 210A) 로측정하였다. 한편, 수용성 Ca, Mg, K, Al 및 Mn농도는 세토 10g을 100M용 비이커에 넣어 증류수 50禍를 첨가하여 혼합한 후, 25℃로 설정한 항온 실내 진탕배양기에서 1시간 동안 진탕 하여 여과지(Tokyo Co., No. 5B)를 통과시킨 추출물을 원자흡광광도계(Hitachi Co., Z-8230)로 분석하였다. 또한 토양의 C는 Tyurin법 , N는 황산분해법으로 측정하였으며 CEC는 Peech법에 의해 추출한 후 측정하였다.
- 인공산성우가 잣나무 묘목의 생장, 영양상태 및 토양 산성화에 미치는 영향을 구명하기 위하여 자연 강우를 차단하고 갈색산림토양에 이식한 3년생 묘목에 , so} : NOG : C「=5 : 3 : 2로 혼합하여 증류수로 희석한 pH 5.6, pH 4.0, pH 3.0, pH 2.5 및 pH 2.0의 인공산성우를 육성기간(1999년 4월 21일~11월 17일)에 주 3회 , 매회 8.3mm씩 처리하여 얻어진 결과는 다음과 같다.
대상 데이터
- 식물재료로서는 경기도 양평군에 위치한 산림청 북부지방산림관리청 수원관리소 용 문양 묘사업소 묘포장의 잣나무(P£mis koraiensis S. et Z.) 3년생 실생묘를 사용하였다. 또한 공시토양은 경기도 광주군 퇴촌면 소재 경희대학교 부속 연습림 내 25년생 잣나무 임분에서 채취한 화강암 모재의갈색산림토양을 낙엽층을 제거하고 표토 약 0~ 10cm까지의 A층 토양을 채취하였다.
- ) 3년생 실생묘를 사용하였다. 또한 공시토양은 경기도 광주군 퇴촌면 소재 경희대학교 부속 연습림 내 25년생 잣나무 임분에서 채취한 화강암 모재의갈색산림토양을 낙엽층을 제거하고 표토 약 0~ 10cm까지의 A층 토양을 채취하였다. 채취 후 토양은 5顺체로 쳐서 石礫이나 식물뿌리 등을 제거하여 공시토양으로 하였다.
- 본 연구에 사용한 인공산성우는 공시토양 채취지역인 광주군의 1년간(1998 . 7-1999 . 6) 평균 강수의 음이온 함량비율(진현오 등, 1999)인 SO? : NO3- : Cf=5 : 3 : 2(당량비)의 혼합액을 탈이 온수로 희석하여 pH를 조정하였으며, 증류수는 原水 의 수돗물을 이온 교환수지를 통과시켜 pH가 5.6 ±0.
- 1999년 4월 10일에 잣나무 묘목을 재배 용기(상부직경 20cm, 높이 18cm, 하부직경 14cm)에 이식하여, 경기도 용인시에 위치한 경희대학교 농장 온실 내에서 각 처리구당 25개체씩 육성하였다. 이때 온실의 조건은 자연강우만 차단하고 통풍이 잘 되는 상태로 유지하였다.
- 재배용기에 잣나무 묘목을 이식하기 전, 임의로 20개체를 선정하여 표본추출하였으며, 또한 실험 중간 시(1999년 8월 20일) 및 실험종료시(1999 년 11월 17일)에는 각 처리구당 7개체의 묘목을 선정하여 표본추출하였다. 표본추출한 묘목은 각 식물기관별(잎, 수간 + 가지 , 뿌리)로 생중량을 측정하여 , 60~70笆에서 7일간 건조기에 건조한 후건 중량을 측정하였다.
이론/모형
- , U- 1100)에 의해 분석하였다. 식물기관별 C는 Tyurin 법, N는 황산분해법으로 측정하였다.
- , Z-8230)로 분석하였다. 또한 토양의 C는 Tyurin법 , N는 황산분해법으로 측정하였으며 CEC는 Peech법에 의해 추출한 후 측정하였다.
성능/효과
- 잣나무 묘목에 대하여 210일 동안 인공산성우를 처리한 결과, 직접피해로서의 가시장해는 pH 2.0 처리구에서 15회 살포후(실험개시 5주 후)부터, pH 2.5 처리구에서는 24회 살포후(실험개시 8주후)부터 잎에 가시장해가 나타났다. 그러나 대조 구인 pH 5.
- Table 1에 나다내었다. 실험종료시 잎과 뿌리 그리고 개체건중량의 경우, 대조구인 pH 5.6에 비해 pH 2.0 처리구에서 유의적으로 감소하였으나, 줄기에서는 대조구에 비해 모든 처리 구에 있어서 유의차를 인정할 수 없었다. 또한 pH 3.
- 0 처리구에서 유의적으로 감소하였으나, 줄기에서는 대조구에 비해 모든 처리 구에 있어서 유의차를 인정할 수 없었다. 또한 pH 3.0 처리구에서 줄기를 제외하고 모든 기관의 건 중량이 증가하는 경향을 나타내었으나, 대조 구에 비하여 통계적인 유의차는 인정할 수 없었다. 이 결과는 인공산성우 조제시 사용된 NQf의 N 가 처리구 pH가 감소함에 따라 증가한 것에서 비롯된 결과(MacDonald 등, 1986 ; Tveite, 1980) 이며, pH 2.
- 이들의 결과를 종합하면, pH 2.0 처리구의 개체에서는 산성우의 직접영향에 의하여 잣나무 침엽에서 합성되는 광합성산물의 절대량이 감소하였으며, 더욱이 뿌리의 분배율도 감소하였기 때문에 최종적으로 뿌리의 생장이 억제되었다고 사료된다.
- 나타내었다. 실험종료시 잎의 Ca농도는 대조구인 pH 5.6 처리 구에 비하여 모든 처리구에서 증가하는 경향을 나타내었으며, P농도는 대조구에 비해 pH 2.5 및 pH 2.0 처리구에서 유의적으로 증가하였으나 Mg, K농도는 각 처리구간에 유의성이 인정되지 않았다. C농도 또한 각 처리구간에 유의차가 인정되지 않았으나, N농도는 처리구 pH가 감소함에 따라 증가하는 경향을 보였으며 C/N율은 대조 구인 pH 5.
- 0 처리구에서 유의적으로 증가하였으나 Mg, K농도는 각 처리구간에 유의성이 인정되지 않았다. C농도 또한 각 처리구간에 유의차가 인정되지 않았으나, N농도는 처리구 pH가 감소함에 따라 증가하는 경향을 보였으며 C/N율은 대조 구인 pH 5.6에 비해 감소하는 경향을 나타내었다.
- 뿌리의 체내원소 함량은 Ca, Mg, K 및 P 농도는 각 처리구간에 유의적인 차가 인정되지 않았으나, C농도는 대조구인 pH 5.6에 비해 pH 3.0 처리구에서 높은 값을 보였고 C/N율은 대조구에 비해 처리구간에 유의성이 인정되지 않았다. 한편 N농도는 잎, 줄기의 경우와 같이 처리구 pH 가 감소함에 따라 증가하는 경향을 나타내었다.
- 0 처리구에서 현저하게 증가하였다. 한편, 실험종료시 인공산성우 처리에 의하여 육성한 잣나무 묘목의 잎의 N함량과 chlorophylla+b 함량과의 상관관계를 분석한 결과(Fig. 2), 높은 정의 상관이 인정되었다3=0.88, /><0.05). 이 결과는 인공산성우처리에 의한 잎의 N함량이 증가함에 따라서 chlorophyll의 생성량이 증대되었다는 것을 시사하고 있다(渡邊 등, 1999 ; Evans, 1987).
- 0 처리구에서 현저히 저하하였다. Ca, Mg, Al 및 Mn의 농도는 대조 구에 비해서 인공산성우 처리구에서 유의적으로 증가하였으며, N농도, C/N율 및 CEC는 각 처리구간의 유의성이 인정되지 않았다. 한편, 토양 pH변화에 따른 Ca 및 A1 농도 변화는 토양의 pH가 저하됨에 따라 Ca 및 A1 농도가 증가하였으며 , 특히 토양 pH 4.
- Ca, Mg, Al 및 Mn의 농도는 대조 구에 비해서 인공산성우 처리구에서 유의적으로 증가하였으며, N농도, C/N율 및 CEC는 각 처리구간의 유의성이 인정되지 않았다. 한편, 토양 pH변화에 따른 Ca 및 A1 농도 변화는 토양의 pH가 저하됨에 따라 Ca 및 A1 농도가 증가하였으며 , 특히 토양 pH 4.4 전후에서 Ca 및 A1 농도가 급격한 증가를 보였다.
- 1992). 본 연구에서도 인공산성우 처리에 의한 잣나무 묘목의 생장저하에 관여하는 주요한 토양요인을 검토하기 위하여, 토양의 pH 및 A1 농도와 실험종료시의 각 처리구 개체건중량의 상관관계를 분석한 결과(Fig. 3, 4), 잣나무 묘목의 개체 건 중량과 토양의 pH 및 A1 농도와의 사이에 각각 높은 상관(尸0, 90, /><0.05 ; r=-0.94, p< 0.01)이 인정되었다. 이 결과는 인공산성우 처리에 의하여 토양산성화를 초래한 토양에서 육성한 잣나무 묘목의 생장감소 원인에 대하여 토양 pH 의 저하뿐만 아니라, 토양 pH저하에 따른 토양 A1 농도의 증가가 매우 밀접하게 관여하고 있음을 시사하고 있다.
- 01)이 인정되었다. 이 결과는 인공산성우 처리에 의하여 토양산성화를 초래한 토양에서 육성한 잣나무 묘목의 생장감소 원인에 대하여 토양 pH 의 저하뿐만 아니라, 토양 pH저하에 따른 토양 A1 농도의 증가가 매우 밀접하게 관여하고 있음을 시사하고 있다.
- 인공산성우 처리에 의한 잣나무 묘목의 가시장해가 관찰되었으며, 잣나무 묘목의 건중량은 대조 구에 비하여 pH 2.0 처리구에서 유의적으로 감소하였으나, T/R비는 증가하였다. 한편, 생장해석결과, RGR과 NARe 대조구에 비해 pH 2.
- 0 처리구에서 유의적으로 감소하였으나, T/R비는 증가하였다. 한편, 생장해석결과, RGR과 NARe 대조구에 비해 pH 2.0 처리 구에서 감소하는 경향을 보였으나 LWRe SAR 에 영향을 받지 않았으며, 동화산물의 분배율에 있어서도 pH 2.0 처리구에서 잎과 뿌리의 분배율이 감소하였으나, 상대적으로 수간의 분배율이 증가하였다. 이들의 결과는 인공산성우의 직접 영향에 의하여 광합성산물의 절대량이 감소하였으며, 또한 뿌리의 분배율도 감소되어 최종적으로 뿌리의 생장이 억제되었다고 사료된다.
- 0 처리구에서 잎과 뿌리의 분배율이 감소하였으나, 상대적으로 수간의 분배율이 증가하였다. 이들의 결과는 인공산성우의 직접 영향에 의하여 광합성산물의 절대량이 감소하였으며, 또한 뿌리의 분배율도 감소되어 최종적으로 뿌리의 생장이 억제되었다고 사료된다.
- 식물체의 각 기관별 성분을 분석한 결과, 잎의 경우 인공산성우 처리에 의하여 Ca 및 P 농도는 증가하는 경향을 보였으나, 타 기관의 원소들은 각 처리구간에 유의성을 인정할 수 없었다. N 농도는 모든 기관에 있어서 처리구 pH가 감소함에 따라 증가하였으며 , 잎의 chlorophyll함량은 대조 구에 비해 pH 2.
- 처리구간에 유의성을 인정할 수 없었다. N 농도는 모든 기관에 있어서 처리구 pH가 감소함에 따라 증가하였으며 , 잎의 chlorophyll함량은 대조 구에 비해 pH 2.0 처리구에서 현저하게 증가하였다.
- 잣나무 묘목을 육성한 토양을 분석한 결과, 처리 구 pH가 감소함에 따라 토양 pH가 저하되고 Ca, Mg, Al 및 Mn농도가 중가하였으며, 특히 토양 pH 4.4 전후에서 급격한 증가를 보였다. 한편, 잣나무 묘목의 개체건중량과 토양 pH 및 A1 농도와의 상관관계를 분석한 결과 건중량과 토양 pH에 있어서는 정의 상관, 개 체건중량과 A1 농도에 있어서는 부의 상관이 인정되었다.
- 4 전후에서 급격한 증가를 보였다. 한편, 잣나무 묘목의 개체건중량과 토양 pH 및 A1 농도와의 상관관계를 분석한 결과 건중량과 토양 pH에 있어서는 정의 상관, 개 체건중량과 A1 농도에 있어서는 부의 상관이 인정되었다.
- 이상과 같이, 잣나무 묘목에 대한 인공산성우의 영향은 묘목의 생장억제 및 토양 pH의 저하뿐만 아니라 A1 을 용출시켜 토양산성화를 초래하여, 토양의 Ca, M용 등과 같은 식물 필수 영양 원소의 용탈로 인하여 묘목 생장에 칙 - 간접적으로 악영향을 미친 것으로 밝혀졌다. 현재, 우리 나라에 생육하고 있는 산림수종의 생장베 대한 인공산성우 등과 같은 산성강하물의 유입으로 인한 토양 산성화 및 토양중의 식물필수 영양원소와 Al, Mn 등의 식물유해금속의 영향에 대해서 거의 밝혀지지 않고 있는 실정이다.
- 실험개시 210일 후 줄기의 체내원소 함량은 N 농도가 잎의 경우처럼 대조구에 비해 처리구 pH 가 감소함에 따라 증가하는 경향을 보였으며 , C/ N율은 처리구 pH가 감소함에 따라 감소하는 경향을 보였다. 그 외의 원소농도는 대조구와 각 처리구간에 유의차가 인정되지 않았다.
후속연구
- 0 처리구의 1년생 잎에 적갈색의 가시장해가 관찰되었다. 이 결과는 식물의 종류에 따라 약간 상이한 결과를 나타내고 있으나, 기본적으로 산성우의 pH가 가시장해를 나타내는 한계 pH 를 결정하는 주요한 지표가 될 것으로 생각된다.
- 산성우에 의한 광합성 속도의 저하는 삼나무(松本 등, 1992) 등에서 보고되고 있다. 따라서 금후 광합성이나 호흡 등과 같은 식물 생장에 직접 관여하는 생리기능에 대한 산성우의 영향을 상세히 조사할 필요가 있다.
- 현재, 우리 나라에 생육하고 있는 산림수종의 생장베 대한 인공산성우 등과 같은 산성강하물의 유입으로 인한 토양 산성화 및 토양중의 식물필수 영양원소와 Al, Mn 등의 식물유해금속의 영향에 대해서 거의 밝혀지지 않고 있는 실정이다. 앞으로 산림생태계내 산성 강하 물의 한계부하량 평가를 정확히 실시하기 위해서 주요 수종의 생장, 생리기능 및 영양 상태 등에 미치는 토양산성화나 Al, Mn 등의 영향을 자세히 조사할 필요가 있다.
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