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문제 정의
- 따라서 토양의 산성화는 수목에서의 양료 용탈 특성과 깊은 관련이 있으며, 삼림토양의 토심별로 그 기능의 차이가 어떻게 나타나는지를 확인할 수 있다. 따라서 본 연구는 우리나라의 주요 조림수종인 참나무류, 잣나무, 리기다소나무, 낙엽송 임지의 산림토양을 대상으로 하여 산도별로 조제한 인공산성우를 살포하여 각 토양의 토심에 따른 pH의 경시적인 변화 및 각 임지에서의 변화 특성과 삼림토양의 완충능과의 관계를 구명하여 주요 조림 수종의 육림 활성화를 목적으로 수행하였다.
- 본 연구는 경기도 광주군 퇴촌면 소재 경희대 연습림의 산림토양을 대상으로 인공산성우의 회수별 유입에 따른 산림토양의 완충능에 미치는 영향을 구명하고자 pH 3.0, pH 4.0, pH 5.0의 인공산성우를 하루에 1시간 간격으로 10회 유입하여 얻은 결과는 다음과 같다. 각 임지(활엽수.
가설 설정
- 0으로 조제하였으며 , 이상과 같이 조제된 인공산성우는 토양의 산성화 처리에 이용되었다. 조사지역의 인공산성우 총 강하량은 조사지역의 연평균 강수량이 1, 260 mm 인 것을 가정하여 아래 식을 이용한 단위 면적당 유입량으로 산출하였다.
제안 방법
- Fig. 1과 같이 칼럼에는 각 토심별로 토양시료를 차례로 채운 다음, 칼럼배수에는 토양 용탈수를 채수하기 위한 용기를 두어 자연 투수된 토양 용탈수를 분석 시료로 이용하였다. 칼럼에는 0-15 eg 15-30 cm 토심의 건토 io g 씩을 채웠으며 , 칼럼을 통과한 토양용 탈수는 하부에 설치된 삼각플라스크(200 ml)에 수집하였다.
- 각 임지에서 토심별로 채토해 온 총 24개의 토양 시료에 인공산성우를 유입시킨 후 시간의 경과에 따른 토양 용탈수 pH의 측정 결과를 임지별 및 토심별로 평균하여 Fig. 2~4에 나타내었다.
- 이 AF+은 다음과 같은 식에 나타낸 것과 같이 가수분해에 의하여 토양용액에 H+을 공급함으로서 pH를 낮춘다(진현오 등, 1994). 따라서 각 임지간의 용해되어 있는 A1 의 활성변화를 인공산성우 산도 처리별로 분석하였다.
- 삼각플라스크에 수집된 토양 용탈수는 매 강하 회수별로 pH를 측정하였고, 수소이온에 의해 치환되는 각종 이온들의 량을 조사하기 위해 치환성 양이온(Ca2+, Mg2+, K+) 과 Mn+ 및 AF+을 원자흡광법으로 분석하였다.
- 연평균 강수량과 칼럼 횡단면적에 근거하여 인공산성우의 총 강하량은 890.6 mL가 되고, 이 총 강수량에 해당되는 인공산성우를 1일 간격으로 총 10회(10 일)에 걸쳐 나누어 강하시켰으며, 이때 1회 강하량은 강우 강도를 8.9 mm/hr로 하여 10시간에 걸쳐 살포하였다.
- 6월) 평균 강수의 음이온 함량 비율(진현오 등, 1999)인 SO: , NOj 및 C1- 이온의 당량비가 5 : 3 : 2의 비율이 되도록 증류수에 황산 (H2SO4), 질산(HNO3) 및 염산(HC1)을 첨가하여 소정의 pH로 조정한 용액을 사용하였다. 인공산성우의 pH는 3.0, 4.0 및 5.0으로 조제하였으며 , 이상과 같이 조제된 인공산성우는 토양의 산성화 처리에 이용되었다. 조사지역의 인공산성우 총 강하량은 조사지역의 연평균 강수량이 1, 260 mm 인 것을 가정하여 아래 식을 이용한 단위 면적당 유입량으로 산출하였다.
- 2℃이고, 연 강수량은 1, 000-1, 200 nun 이다. 지리적 조건과 기상조건에 의한 수질변화의 영향을 최소화하기 위하여 4개 임분 모두 표고 200 m 전후, 경사 30-35º에 위치의 인접한 임분을 조사지로 선정하였다. 각 조사지별로 10X10 m(100 m2) 구획을 3개소 씩 선정하였다.
- 토양 pH는 세토 20 g을 100 mZ의 비이커에 넣어 증류수 50 ml를 첨가하여 혼합한 후, 20분에 1회씩 유리 봉으로 저으면서 1시간 방치한 토양현탁액의 pHCHQ)를, 또한 세토 20 g과 1M-KC1 100 ml를 혼합하여 1시간동안 진탕배양기(JEIO TECH SI-900R) 에서 진탕 후, 여과지 (Tbyo Co., No. 5A)를 통과시킨 추출물의 pH(KCl)를 pH 미터로 측정하였다. 한편, 치환성 양이온(Ca2+, Mg2+, K+)은 IN-NHQAc를 이용하여 추출, 원자흡광법으로 측정하였다.
- 토양 칼럼은 유리 칼럼(내경 30 mm, 높이 12 cm) 을 제작하여 칼럼 아래쪽게는 탈지면을 넣어 여과 역할을 하도록 하였다. 또한 토양칼럼은 각 토심별 채취한 토양 시료를 순서대로 재배열하는 방법으로 구성되었다 (Miller 등, 1989; Clayton 등, 1991).
대상 데이터
- 지리적 조건과 기상조건에 의한 수질변화의 영향을 최소화하기 위하여 4개 임분 모두 표고 200 m 전후, 경사 30-35º에 위치의 인접한 임분을 조사지로 선정하였다. 각 조사지별로 10X10 m(100 m2) 구획을 3개소 씩 선정하였다.
- 인공산성*는 공시토양 채취지역인 경기도 광주군의 1년간(1997. 7월~ 1998. 6월) 평균 강수의 음이온 함량 비율(진현오 등, 1999)인 SO: , NOj 및 C1- 이온의 당량비가 5 : 3 : 2의 비율이 되도록 증류수에 황산 (H2SO4), 질산(HNO3) 및 염산(HC1)을 첨가하여 소정의 pH로 조정한 용액을 사용하였다. 인공산성우의 pH는 3.
- 토양시료는 조사임분내의 임목이 비교적 안정된 대표적인 곳으로 선정하여 기초 임분조사에 이용된 3개 방형구(10 mX 10 m) 내에서 임상으로부터 낙엽층(A0층) 을 제거한 후 채취하였다. 이때 조사지의 토심 범위는 0-15 cm와 15-30 cm의 2 수준으로 채토원통(400 ml) 을 이용하여 채취하였다.
이론/모형
- 한편, 치환성 양이온(Ca2+, Mg2+, K+)은 IN-NHQAc를 이용하여 추출, 원자흡광법으로 측정하였다. 또한 토양의 C 함량은 Tyurin 법, N 함량은 황산분해법으로 측정하였으며 CEC는 Peech 법에 의해 추출한 후 측정하였다.
- 5A)를 통과시킨 추출물의 pH(KCl)를 pH 미터로 측정하였다. 한편, 치환성 양이온(Ca2+, Mg2+, K+)은 IN-NHQAc를 이용하여 추출, 원자흡광법으로 측정하였다. 또한 토양의 C 함량은 Tyurin 법, N 함량은 황산분해법으로 측정하였으며 CEC는 Peech 법에 의해 추출한 후 측정하였다.
성능/효과
- 0에서의 용탈수와는 반대되는 경향이었으며, 총 염기성 앙이온과도 반대되는 경향이 나타났다. 3리고 인공산성우 pH 3.0 처리에서는 변곡성이 나타나 염기 치환에 의한 산중화 기직에서 A1 용해에 의한 산중화 기작이 전이되는 과정이 명확히 구분되었다. 그러나 pH 4.
- pH 3.0 처리에서 토양 pH가 감소했던 것과 달리 pH 4.0과 pH 5.0 처리에서의 토양 pH가 증가한 결과를 통하여 pH 4.0의 강우가 단기적으로 유입될 경우에는 토양의 pH에는 아무런 영향을 미치지 않을 것으로 판단된다. 그러나 장기간 강우가 유입된다면 pH 3.
- 0의 인공산성우를 하루에 1시간 간격으로 10회 유입하여 얻은 결과는 다음과 같다. 각 임지(활엽수. 리기다소나무, 잣나무, 낙엽송)의 토심별(0~15cn, 15-30 cm) pH를 측정한 결과 모든 임지에서 토심이 깊을수록 토양 pH가 높았다. 또한 각 임지별 염기포화도를 살펴보면 리기다소나무 임지에서 17.
- 각 처리구에서 보면, 다른 원소보다 Ca 용탈이 현저하였으며, 특히 pH 3.0에서는 높은 Ca 용탈을 보였고, 인공산성우 처리에 따른 Ca 용탈의 변화양상은 대체로 처리 초기부터 서서히 증가하다가 점차 감소하는 경향을 나타내었다. 이 결과는 pH 값이 높을수록 Ca 용탈은 급격히 감소한다고 한 大羽(1990)의 연구 결과와도 전체적인 경향이 일치하였다.
- 공시토양의 화학적 성질을 보면(Table. 1), 각 토심별 토양 pH는 활엽수 임지가 침엽수 임지보다 전체적으로 높았다. 이 결과는 같은 모암지역 일 경우에 활엽수 임지의 토양이 침엽수임지에서 보다 큰 H+소비 효과의 영향으로 생각된다(이수욱과 장관순, 1987)는 보고와 일치하였다.
- 또한, 다른 수종간 임지의 pH 변화는 경시적 변화는 보였으나 각 임지의 토양 완충능의 상대적인 크기도 명확하게 구명할 수가 없었다. 그러나 인공산성우 유입 후 2일째 이상의 시간이 경과하였을 때 모든 임지토양 완충능이 크게 발휘되었다.
- 0에서 초기 값과 2일 경과후의 pH 값에는 차이가 있었는데, 이는 초기 값을 얻기 위한 초기실험에서는 건조상태에서 인공산성 우를 유입하였으나 2일 후의 두 번째 값은 공시토양이 충분히 포수 되어 있는 상태에서 인공산성우를 유입하여 얻은 것에 기인하며, 즉 공시토양의 토양수분 함수량의 차이 때믄으로 판단된다. 그리고 pH 3.0, pH 4.0, pH 5.0의 인공산성우 유입에 따른 토양 용탈수의 pH 값을 보면 전체적으로 A층보다 AB층이 소폭으로 높게 나타났음을 알 수 있는데 이것은 토양의 적산량이 많을수록 염기성 금속이온의 양이 많은 것에 기인하는 것으로 판단된다.
- 이 결과는 같은 모암지역 일 경우에 활엽수 임지의 토양이 침엽수임지에서 보다 큰 H+소비 효과의 영향으로 생각된다(이수욱과 장관순, 1987)는 보고와 일치하였다. 그리고 임지 비옥도 판정 기준으로 쓰이는 양이온 치환용량(CE.C)과 염기포화도는 산림토양의 일차적인 산중화 작용과 관계되므로 토양 산성도와 더불어 산림토양 자체의 화학적 성질을 조사한 결과, C.E.C는 활엽수임지의 경우 29.87 me/100g으로 가장 높았으며, 염기포화도는 리기다소나무임지에 있어서 17.42%로 가장 높게 나타났다. 또한, 치환성 염기량은 원소별로 볼 때 Ca2+>K*>Mg2+순으로 니타났다
- 따라서 pH 3.0 처리에서 pH 4.0과 pH 5.0 처리보다 토양 용탈수 중 수소이온과 치환되는 염기성 양이온의 함량이 가장 높았다. 이 중 Cg 함량은 다른 이온보다 매우 높게 나타나고 있는데, 이는 모암으로부터의 Ca 공급의 영향으로 치환반응의 전 pH 처리에서 주로 Ca이 작용한 것으로 사료된다(Abrahamsen, 1975).
- 인공산성우의 pH 수준과 임지에 따라 초기 용탈랑은 차이가 있으나 모든 처리에서 인공산성우의 유입회수가 증가함에 따라 염기성 이온의 용탈랑은 감소하였다. 또한 pH 5.0 처리에 비하여 pH 3.0과 pH 4.0의 인공산성우 처리에서 총 염기성 양이온의 초기 용탈량이 더 컸으며 이러한 경향은 토양 산성도가 낮고 토양의 염기성 양이온이 높은 임지일수록 뚜렷한 차이를 보였다. 활성 A1의 초기 용탈은 토양 산성도가 높은 지역일수록, 인공산성우의 유입산도가 클수록 높게 나타났다.
- 리기다소나무, 잣나무, 낙엽송)의 토심별(0~15cn, 15-30 cm) pH를 측정한 결과 모든 임지에서 토심이 깊을수록 토양 pH가 높았다. 또한 각 임지별 염기포화도를 살펴보면 리기다소나무 임지에서 17.42%로 가장 높게 나타났으며 C.E.C는 활엽수 임지의 경우 29.87 me/100g으로 가장 높았다. 인공 산성 우회수별 유입 토양용탈수의 pH 변화를 보면 pH 3.
- 인공산성우의 pH 수준과 임지에 따라 초기 용탈량은 차이가 있으나, 모든 처리에서 인공산성우의 유입회수가 증가함에 따라 염기성 이온(Ca2+, Mg2+, K+)의 용탈량은 감소하는 경향을 보였다. 또한 산성우의 유입 산도가 높을수록 염기성 양이온의 용탈량이 클 것이라는 예상과 같이, pH 5.0 처리에 비하여 pH 3.0과 pH 4.0 인공산성우 처리에서 총 염기성 양이온의 초기 용탈량이 더 컸으며 이러한 경향은 토양산성도가 낮고 토양 염기성 양이온 함량이 높은 임지일수록 뚜렷한 차이를 보였다(Table 2).
- 이 결과는 Ezaki(1996) 가 침엽수 보다는 활엽수에서 산성완충능이 크다고 보고한 내용과는 다소 차이가 있었다. 또한 전 임지에서 A층보다 AB층 처리에서 총 양이온 용탈량이 높아 토심이 깊을수록 토양 산성화는 완만해짐을 알 수 있었다. 이러한 결과는 Fig.
- 활성 A1의 초기 용탈은 토양 산성도가 높은 지역일수록, 인공산성우의 유입산도가 클수록 높게 나타났다. 또한 토심별로 확인해 본 결과 A충과 AB층간의 A1 용탈량도 소폭의 차이가 있음이 확인되었다. 인공산성우 pH 3.
- 높았는데 그 이유는 잣나무임지의 삼림토양 자체의 pH가 상대적으로 높았기 때문으로 판단하였다. 또한, 다른 수종간 임지의 pH 변화는 경시적 변화는 보였으나 각 임지의 토양 완충능의 상대적인 크기도 명확하게 구명할 수가 없었다. 그러나 인공산성우 유입 후 2일째 이상의 시간이 경과하였을 때 모든 임지토양 완충능이 크게 발휘되었다.
- 42%로 가장 높게 나타났다. 또한, 치환성 염기량은 원소별로 볼 때 Ca2+>K*>Mg2+순으로 니타났다
- 본 연구에서 염기성 양이온은 토양의 일차적인 산중화 물질로 인공산성우 유입 회수별 염기성 양이온(Ca2+ Mg2+, K+)들의 합인 총 염기성 양이온(TBC; total base cations)의 활성 변화로 나타내었다. 인공산성우의 pH 수준과 임지에 따라 초기 용탈량은 차이가 있으나, 모든 처리에서 인공산성우의 유입회수가 증가함에 따라 염기성 이온(Ca2+, Mg2+, K+)의 용탈량은 감소하는 경향을 보였다.
- 사료된다. 이 결과로부터 pH 3.0은 비교적 짧은 시일 내에 pH 중화능력이 발휘되지만 pH 4.0과 pH 5.0의 경우는 어느 정도 시간이 경과한 후에 삼림토양의 pH 중화 능력이 발휘되는 것으로 나타났으며, 또한 각 임지에서 토양 용탈수 pH의 최대값이 존재하는데 이 값이 pH 에 대한 각 임지의 토양완충능의 한계치로 판단된다. 각 임지와 토양에서는 토심이 깊어짐에 따라 토양수 pH가 소폭으로 증가하였다.
- 87 me/100g으로 가장 높았다. 인공 산성 우회수별 유입 토양용탈수의 pH 변화를 보면 pH 3.0 처리에서 인공산성우 유입회수가 증가함에 따라 초기에는 일시적으로 높아지다가 디시 낮아지는 변곡성을 보였으며, 나머지 pH 4.0과 pH 5.0에서는 토양 용탈수의 pH가 비례적으로 증가하였다. 인공산성우의 pH 수준과 임지에 따라 초기 용탈랑은 차이가 있으나 모든 처리에서 인공산성우의 유입회수가 증가함에 따라 염기성 이온의 용탈랑은 감소하였다.
- 인공산성우 pH 3.0 처리에서 유입회수가 증가함에 따라 토양 pH는 저하되고 있었고, 치환성 A1 함량은 큰 폭으로 증가되는 경향을 보이고 있었다. 이와 같은 인공산성우 처리에 의한 토양 마!의 저하는 이충화 (1998)의H+ 부하량의 증가에 따라 토양 pH는 저하하고 그에 따라서 Al 및 Mn 농도가 증가하였다는 보고와도 일치하였다.
- 또한 A층과 AB 층간의 A1 용탈량도 소폭의 차이가 있었다. 인공산성우 pH 3.0 처리에서는 모든 임지에서 A1 활성 변화가 정의 관계를 나타내었는데 이는 pH 4.0과 pH 5.0에서의 용탈수와는 반대되는 경향이었으며, 총 염기성 앙이온과도 반대되는 경향이 나타났다. 3리고 인공산성우 pH 3.
- 또한 토심별로 확인해 본 결과 A충과 AB층간의 A1 용탈량도 소폭의 차이가 있음이 확인되었다. 인공산성우 pH 3.0 처리에서는 모든 임지에서 AI 활성 변화가 정의 관계를 나타내었는데 이는 pH 4.0과 pH 5.0에서 의용탈수와는 반대되는 경향이었으며, 총 염기성 양이온과도 반대되는 경향이 나타났다.
- 0에서는 토양 용탈수의 pH가 비례적으로 증가하였다. 인공산성우의 pH 수준과 임지에 따라 초기 용탈랑은 차이가 있으나 모든 처리에서 인공산성우의 유입회수가 증가함에 따라 염기성 이온의 용탈랑은 감소하였다. 또한 pH 5.
- 인공산성우의 pH 수준과 임지에 따라 초기 용탈량은 차이가 있으나, 모든 처리에서 인공산성우의 유입회수가 증가함에 따라 염기성 이온(Ca2+, Mg2+, K+)의 용탈량은 감소하는 경향을 보였다. 또한 산성우의 유입 산도가 높을수록 염기성 양이온의 용탈량이 클 것이라는 예상과 같이, pH 5.
- 임지, 토심, 유입회수별 A1의 용탈 변화는 Fig. 5~7과 같으며, 활성 A1의 초기 용탈은 토양산성도가 높은 지역일수록, 인공산성우의 유입산도가 클수록 높게 나타났다. 또한 A층과 AB 층간의 A1 용탈량도 소폭의 차이가 있었다.
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