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문제 정의
- 따라서 본 연구는 지리산 국립공원 삼신봉지역과 하동군 횡천면 촛대산지역의 산불 발생 후 토양환경 변화와 시간의 경과에 따른 식생 회복 상태를 조사하여, 산불발생 후 임상별 산림생태계의 회복과정을 구명하기 위한 기초자료를 제공하고자 수행하였다.
- 침엽수림과 활엽수림의 산불지역에 있어서 식생회복과 토양환경의 차이를 규명하고, 산림생태계의 회복과정을 살펴보기 위해, 산불발생후 시간이 경과함에 따른 토양의 화학적 성질과 식생의 변화상태를 조사한 결과를 요약하면 다음과 같다.
제안 방법
- 와 접촉이 되지 않게 밀폐시켰다. 24시간 후 회수한 sponge에서 5ml을 추출하였으며, 0.1N-HCl 용액을 사용하여 phenolpthalein과 methylorange 지시약으로 적정하였다.
- 본 연구 대상지는 산불이 발생한 활엽수림 지역과 침엽수림 지역으로 구분하여 식생 및 토양환경변화에 대하여 조사하였다.
- 식생조사는 수고 8m 이상을 교목층, 2～8m 아교목층, 2m 이하를 관목층 그리고 초본층으로 구분하였으며, 침엽수림인 촛대산은 1997년 4월 이후 3회, 활엽수림인 삼신봉은 1997년 10월 이후 2회에 걸쳐 조사하였다. 침엽수림 및 활엽수림지역의 산화지와 비산화지에서 각 임상을 대표하는 지점을 선정한 후 10×10m 방형구를 각 5개씩 총 20개의 방형구를 선정한 후 출현종별 중요치(Importance Value; Ⅳ)를 구하였으며, 초본은 방형구 내에 1×1m 소방형구를 5개씩 총 100개를 무작위로 선정하여 출현한 초본의 본수를 조사하여 중요치 (Ⅳ)를 구하였다.
- 식생조사지역의 방형구안에 180×135mm PVC 관을 토양 5cm 깊이에 설치한 후 지면과 닿지 않도록 높이 5cm 위치에 1N-KOH 용액 25ml을 흡수시킨 sponge를 설치하였으며, 대기중의 CO2와 접촉이 되지 않게 밀폐시켰다. 24시간 후 회수한 sponge에서 5ml을 추출하였으며, 0.
- 식생조사는 수고 8m 이상을 교목층, 2～8m 아교목층, 2m 이하를 관목층 그리고 초본층으로 구분하였으며, 침엽수림인 촛대산은 1997년 4월 이후 3회, 활엽수림인 삼신봉은 1997년 10월 이후 2회에 걸쳐 조사하였다. 침엽수림 및 활엽수림지역의 산화지와 비산화지에서 각 임상을 대표하는 지점을 선정한 후 10×10m 방형구를 각 5개씩 총 20개의 방형구를 선정한 후 출현종별 중요치(Importance Value; Ⅳ)를 구하였으며, 초본은 방형구 내에 1×1m 소방형구를 5개씩 총 100개를 무작위로 선정하여 출현한 초본의 본수를 조사하여 중요치 (Ⅳ)를 구하였다.
- 토양 화학적 성질의 변화상태를 분석하기 위한 토양시료채취는 산불이 발생한 지역 중 각지역을 대표할 수 있는 지역에 10×10m 방형구를 5지점을 선정한 뒤 각 방형구에서 낙엽층과 부식층을 제거한 후 깊이 10cm에서 강철각통(10×10×5cm)을 사용하여, 총 8회에 걸쳐 pH, 전질소함량, 유기물함량, 유효인산함량, 치환성 양이온을 측정하였다.
대상 데이터
- 침엽수림의 조사지역은 경남 하동군 횡천면 전대리 산 144번지에 위치한 촛대산(450m)으로, 1997년 4월 12일 오후 4시경 해발 250m에서 30ha의 산림이 소실되었다. 임상은 소나무림으로 구성 되어 있었으며, 때죽나무, 졸참나무가 약간씩 혼효되어 있었다.
- 활엽수림의 조사지역은 행정구역상 경남 하동군 청암면, 화개면과 산청군 시천면으로 3개 면의 경계지역인 지리산 삼신봉(1,284m) 지역이다(Fig. 1A). 삼신봉지역은 1997년 10월 21일 오후 2시경, 하동군 화개면 대성리 단천마을 해발 1,200m에서 산불이 발생하여 청암면 청학동, 산청군 시천면 내대리 거림마을 등의 세 방향으로 번져 지리산 국립공원내 삼신봉 주변의 임야 약 40ha가 소실되었다.
이론/모형
- pH는 초자전극법 (시료：증류수=1：5)으로 pH meter (Consort-C831)를 측정하였고, 토양중의 전질소함량은 Kjeldahl법, 유기물함량은 Tyurin법, 유효인산함량은 Lancaster법, 치환성 양이온 함량은 1N-ammonium․acetic acid를 혼합·진탕한 후 여과하여 원자흡광분광광도계 (Sesia-AA-680)로 측정하였다(농업기술연구소 1988).
- 토양호흡량은 Kirita(1971)의 방법으로 측정하였는데, 측정방법은 한 방형구에 5개를 설치하였으며, 각 조사 지역에서 5회 반복으로 조사하였다.
성능/효과
- 1. 활엽수림인 삼신봉에 있어서 산화지에 출현한 종수는 교목층 5종, 아교목층 11종, 초본층 24종이었으며, 비산화지에 출현한 종수는 교목층 5종, 아교목층 14종, 관목층 18종, 초본층 23종으로 각각 나타났다. 침엽수림인 촛대산에 있어서 산화지에 출현한 종수는 초본층이 83종, 비산화지 출현한 종수는 교목층 7종, 아교목층 13종, 관목층 21종, 초본층 46종으로 각각 나타났다.
- 2. 활엽수림인 삼신봉 지역 산화지에서의 산불 직후 토양의 화학적 성질은 pH 5.8, 유기물량 7.42%, 전질소량 0.37%, 유효인산량 28.5mg/kg, 치환성양이온인 K+이 1.3me/100g, Ca++이 13.3me/100g, Mg++이 2.2me/100g로 나타났으나, 시간이 경과할 수록 감소하는 경향이었으며, 비산화지에서는 시간 경과에 따른 변화폭이 적었다.
- 3. 활엽수림인 삼신봉 산화지에서 토양호흡량의 총 발생량은 4,049.1mg/m2/hr, 비산화지는 9,950mg/m2/hr로 비산화지가 2.5배정도 높았으며, 침엽수림인 촛대산 산화지의 토양호흡 량은 4,392.4mg/m2/hr, 비산화지는 8,286.5mg m2/hr이 발생하여 비산화지가 약 1.9배정도 높게 발생하였다. 활엽수림 산화지와 침엽수림 산화지의 토양호흡량은 침엽수림 지역에서 1.
- Table 1에서, 활엽수림인 삼신봉지역에서 산불지역 교목층에 출현한 종은 5종으로 신갈나무, 쇠물푸레나무, 산벚나무 순으로 우점하였으며, 아교목층에 출현한 종은 11종으로 당단풍나무, 신갈나무, 검노린재나무 순으로 우점하고 있었고, 관목층과 초본층은 전소하였다. 1998년 8월 산화지의 교목층과 아교목층에는 신갈나무만 나타내었다.
- 비산화지 교목층에 출현한 종은 6종으로 신갈나무, 쇠물푸레나무, 당단풍나무 순으로 우점하고 있었으며, 아교목층에 출현한 종은 14종으로 신갈나무, 당단풍나무, 검노린재나무 순으로 우점하였다. 관목층에 출현한 종은 18종으로 조릿대, 진달래, 생강나무 순으로 우점하고 있었으며, 초본층에 출현한 종은 23종으로 실새풀, 산거울, 단풍취 순으로 우점하였다.
- 산불지역에서 유기물은 감소하거나(Covington and Sackett, 1984), 증가하는 것으로(이원규 등, 1988) 알려져 있으며, 감소하는 주 원인은 산불 발생 후 지상부의 산림소실로 인한 낙엽, 낙지 등의 유입량이 감소하기 때문이다. 그러나 산불 발생은 많은 양의 뿌리를 연소시켜 그 결과로 산림 토양내 유기물 함량이 일시적으로 증가한다는 보고(이원규 등, 1997)와 같이, 본 연구에서는 양지역 모두 산불발생초기에는 토양 유기물함량이 높게 나타났으나, 시간이 경과됨에 따라 줄어드는 경향을 보이고 있다. 본 연구의 삼신봉과 촛대산의 산불지역은 1997년 10월과 98년 10월의 유기물 함량의 차이가 크게 나타난 것은 1998년 8월에 폭우성 강우에 의해 토양 유기물이 유실 되었기 때문으로 추정된다.
- 본 조사에서 침엽수림과 활엽수림에서 pH, 유기물, 유효인산, 치환성 양이온은 산불발생 후 높게 나타났으나 시간이 경과함에 따라 감소하는 경향을 나타내고 있었으며, 비산불지역에서는 시간이 경과해도 일정한 경향을 나타내었다.
- 비산화지 교목층에 출현한 종은 6종으로 신갈나무, 쇠물푸레나무, 당단풍나무 순으로 우점하고 있었으며, 아교목층에 출현한 종은 14종으로 신갈나무, 당단풍나무, 검노린재나무 순으로 우점하였다. 관목층에 출현한 종은 18종으로 조릿대, 진달래, 생강나무 순으로 우점하고 있었으며, 초본층에 출현한 종은 23종으로 실새풀, 산거울, 단풍취 순으로 우점하였다.
- 비산화지 교목층에 출현한 종은 7종으로 소나무가 우점하고 있었으며, 아교목층은 12종으로 소나무, 진달래, 때죽나무 순으로 우점하고 있었고, 관목층에서는 21종에 졸참, 진다래, 조록싸리 순으로 우점하였다. 초본층에 출현한 종은 29종으로 그늘사초, 실새풀 등이 중요치를 나타내고 있었다.
- 82%로 산불지역보다 높은 값을 나타내었다. 산불지역의 전질소 함량은 0.25%, 비산불지역 전질소 함량은 0.19%로 산불지역이 높게 나타났으며, 유효인산은 산불지역이 24.4mg/kg, 비산불지역이 16.9mg/kg로 산불지역이 높게 나타났다. 치환성 양이온인 K+, Ca++, Mg++은 산불지역이 0.
- 초본층에 출현한 종은 29종으로 그늘사초, 실새풀 등이 중요치를 나타내고 있었다. 산화후 교목층·아교목층에 출현한 종은 침엽수림보다 활엽수림에서 많은 종이 나타났으며, 초본층은 활엽수림보다 침엽수림에서 많은 종이 나타났다. 이는 활엽수림지역은 산불에 강한 참나무류가 우점하고 있었으며, 침엽수림지역은 산불에 약한 소나무가 우점하여 모두 전소하였기 때문으로 추정된다.
- 초본층에 출현한 종은 29종으로 그늘사초, 실새풀 등이 중요치를 나타내고 있었다. 산화후 교목층·아교목층에 출현한 종은 침엽수림보다 활엽수림에서 많은 종이 나타났으며, 초본층은 활엽수림보다 침엽수림에서 많은 종이 나타났다. 이는 활엽수림지역은 산불에 강한 참나무류가 우점하고 있었으며, 침엽수림지역은 산불에 약한 소나무가 우점하여 모두 전소하였기 때문으로 추정된다.
- 초지에서의 불은 대부분 토양의 pH를 증가시키는데 이는 식물이 타고난뒤 재(ash)속에 함유된 염기성 물질인 K+, Ca++, Mg++등이 농축되었기 때문으로, Daubenmire(1968), 박봉규와 김종희(1981)의 보고와 같은 경향을 나타내었다. 유기물 함량은 산불지역 7.42%, 비산불지역 2.92%로 산불지역이 높게 나타났다. 이는 산불로 인한 토양내 유기물함량은 산불발생 전보다 증가 또는 감소한다는 보고를 종합해 볼 때 낙엽 및 유기물의 불완전연소 및 유기물의 양과 토양 등의 여러요인에 따라 유기물함량이 다양하게 변화하고 있음을 나타내고 있다.
- 이 두지역 모두 지표화에 의해 수간화와 수관화가 동시에 발생되어 전지역이 완전 연소되었으며, 경사도는 25º～40º 내외로 비교적 급경사지였다.
- 92%로 산불지역이 높게 나타났다. 이는 산불로 인한 토양내 유기물함량은 산불발생 전보다 증가 또는 감소한다는 보고를 종합해 볼 때 낙엽 및 유기물의 불완전연소 및 유기물의 양과 토양 등의 여러요인에 따라 유기물함량이 다양하게 변화하고 있음을 나타내고 있다. 우보명과 이헌호(1989)는 토양의 pH와 토양유기물함량은 산불발생 직후 일반적으로 증가하였다가 시간이 경과함에 따라 차츰 감소한다는 보고와 유사한 경향을 나타내었다.
- 이는 교목층과 아교목층의 수종이 모두 고사하여 신갈나무만 소생하고 있었고, 신갈나무도 수세가 매우 쇠퇴된 상태였다. 초본 층에는 24종이 출현하였으며, 닭의장풀, 조록싸리 유묘가 우점종으로 나타났다. 이는 우보명과 권태호(1983)의 관악산지역 산불지역의 초기 식생조사에서 신갈나무와 싸리류가 우점하고 있었다는 연구보고와 유사한 경향을 나타내었으며, 산불발생 이후 싸리류의 출현이 두드러지는 현상은 산불로 인한 토양온도의 증가로 토양내 휴면종자의 발아가 촉진된다는 보고(Iwata, 1966)와 질소고정을 하는 콩과식물이 증가한다는 보고(Spurr and Barnes, 1980)와 유사한 결과를 나타내었다.
- 3mg/kg으로 산불지역이 높게 나타났다. 치환성양이온인 K+, Ca++, Mg++은 산불지역 1.3me/100g, 13.3me/100g, 2.2me/100g, 비산불지역 0.4me/100g, 3.2me/100g, 1.9me/100g로 산불지역이 각각 높게 나타났으며, 치환성양이온은 산불발생 후 증가하였다가 점차 감소하고 있음을 알 수 있다. 이는 식물체가 산화에 의해 회분화된 양료로 변화하여 토양에 추가되고, 그로 인하여 염기성질이 증가하는 것으로 판단되었다.
- 침엽수림인 촛대산 산불지역에서 산불직후 토양의 화학적 성질은 pH 5.3, 유기물량 6.42%, 전질소량 0.25%, 유효인산량 24.4mg/kg, 치환성양이온인 K+이 0.7me/100g, Ca++이 3.7me/100g, Mg++이 2.1me/100g로 각각 나타났다.
- 침엽수림인 촛대산 지역의 산불지역과 비산불지역의 토양 pH는 산불지역이 높게 나타났으며, 유기물 함량은 산불지역이 6.42%, 비산불지역이 2.82%로 산불지역보다 높은 값을 나타내었다. 산불지역의 전질소 함량은 0.
- 활엽수림인 삼신봉에 있어서 산화지에 출현한 종수는 교목층 5종, 아교목층 11종, 초본층 24종이었으며, 비산화지에 출현한 종수는 교목층 5종, 아교목층 14종, 관목층 18종, 초본층 23종으로 각각 나타났다. 침엽수림인 촛대산에 있어서 산화지에 출현한 종수는 초본층이 83종, 비산화지 출현한 종수는 교목층 7종, 아교목층 13종, 관목층 21종, 초본층 46종으로 각각 나타났다. 산화후 교목층․아교목층에 출현한 종은 침엽수림보다 활엽수림에서 많은 종이 나타났으며, 초본층은 활엽수림보다 침엽수림에서 많은 종이 나타났다.
- 9배정도 높게 발생하였다. 활엽수림 산화지와 침엽수림 산화지의 토양호흡량은 침엽수림 지역에서 1.1배 정도 높게 나타났으며, 비산화지의 토양호흡량은 활엽수림보다 침엽수림이 1.2배 정도 높게 나타났다.
- 8mg/m2/hr로 비산화지가 산화지 보다 2배 높게 나타났다. 활엽수림 산화지와 침엽수림 산화지의 토양호흡량은 침엽수림에서 토양호흡량이 높게 나타났으며, 비산화지에서는 침엽수림보다 활엽수림에서 토양호흡량이 높게 나타났다. 이러한 결과는 관목층은 조릿대의 밀식으로 인하여 식물의 뿌리에 의한 토양호흡량이 높게 나타나는 것으로 추정된다.
후속연구
- 토양호흡량은 산화지 보다 비산화지에서 높게 나타났으며, 이는 비산화지의 전체 토양호흡량 중 식물뿌리에서의 호흡량이 높았기 때문으로 추정되며, 앞으로 지속적인 연구가 필요한 것으로 사료된다.
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