경남 진주지역 소나무, 굴참나무 및 굴피나무림의 토양호흡에 관한 연구 Soil Respiration in Pinus densiflora, Quercus variabilis and Platycarya strobilacea Stands in Jinju, Gyeongnam Province원문보기
Soil respiration rate was measured from March to November 2003 using the KOH absorption method in Pinus densiflora, Quercus variabilis, Platycarya strobilacea stands in Jinju, Gyeongnam Province. Throughout the study period, average soil temperature and moisture content were 16.2$^{\circ}C$
Soil respiration rate was measured from March to November 2003 using the KOH absorption method in Pinus densiflora, Quercus variabilis, Platycarya strobilacea stands in Jinju, Gyeongnam Province. Throughout the study period, average soil temperature and moisture content were 16.2$^{\circ}C$, 25.1% for P. densiflora stand, 17.1$^{\circ}C$, 24.3% for Q. variabilis stand, and 17.6$^{\circ}C$, 25.1% for P. strobilacea stand, respectively. The seasonal fluctuations of soil respiration rate increasing in summer and decreasing in winter, which there were strong positive correlations of soil respiration and soil temperature in all study stands. However, there were no significant correlations between soil moisture and soil respiration. Soil respiration rates throughout the study period ranged from 0.12 to 0.77 for P. densiflora stand, 0.23 to 1.37 for Q. valiabilis stand, and 0.30 to 1.47 g $CO_2\cdotm^{-2}\cdothr^{ -1}$ for P. strobilacea stand, respectively. Mean soil respiration rates in P. densiflora, Q. variabilis, P. strobilacea stands were 0.43, 0.80, and 0.90 g $CO_2\cdotm^{-2}\cdothr^{ -1}$, respectively. The Q$_{10}$ values were 2.38 for P. densiflora stand, 2.11 for Q. variabilis stand, and 2.07 for P. strobilacea stand. Annual total soil respiration was 24 for P. densiflora stand, 49.3 for Q. variabilis stand, and 55.3 t $CO_2\cdotha^{-1}\cdotyr^{ -1}$ for P. strobilacea stand, respectively.y.
Soil respiration rate was measured from March to November 2003 using the KOH absorption method in Pinus densiflora, Quercus variabilis, Platycarya strobilacea stands in Jinju, Gyeongnam Province. Throughout the study period, average soil temperature and moisture content were 16.2$^{\circ}C$, 25.1% for P. densiflora stand, 17.1$^{\circ}C$, 24.3% for Q. variabilis stand, and 17.6$^{\circ}C$, 25.1% for P. strobilacea stand, respectively. The seasonal fluctuations of soil respiration rate increasing in summer and decreasing in winter, which there were strong positive correlations of soil respiration and soil temperature in all study stands. However, there were no significant correlations between soil moisture and soil respiration. Soil respiration rates throughout the study period ranged from 0.12 to 0.77 for P. densiflora stand, 0.23 to 1.37 for Q. valiabilis stand, and 0.30 to 1.47 g $CO_2\cdotm^{-2}\cdothr^{ -1}$ for P. strobilacea stand, respectively. Mean soil respiration rates in P. densiflora, Q. variabilis, P. strobilacea stands were 0.43, 0.80, and 0.90 g $CO_2\cdotm^{-2}\cdothr^{ -1}$, respectively. The Q$_{10}$ values were 2.38 for P. densiflora stand, 2.11 for Q. variabilis stand, and 2.07 for P. strobilacea stand. Annual total soil respiration was 24 for P. densiflora stand, 49.3 for Q. variabilis stand, and 55.3 t $CO_2\cdotha^{-1}\cdotyr^{ -1}$ for P. strobilacea stand, respectively.y.
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문제 정의
본 연구는 동일한 입지조건이라 판단되는 소나무림, 굴참나 무림, 굴피나무림을 대상으로, 각 조사 임분의 토양호흡량을 측정하여 수종에 따른 호흡량의 비교 . 분석 및 토양호흡량에 대한 토양온도와 토양수분의 영향을 파악하고, 연간 토양호흡량을 추정하기 위하여 수행되었다.
제안 방법
각 조사지에 대한 연간 토양호흡량을 지수회귀식을 이용하여 추정하였다. 일반적으로 산림 토양으로부터 대기로 방출되는 CCh는 겨울철에도 지속적으로 발생하지만(Sommerfeld et al.
토양온도는 Thermo RecordeHTR-71, T AND D)를 이용하여 지표로부터 5 cm 깊이에 묻어 조사기간 동안 1시간 간격으로 측정하였다. 또한, 토양수분은 각 조사지에서 매월 7개의 토양을 채취하여 밀봉한 후 실험실로 운반하여 105℃에서 건중량이 일정해질 때까지 건조시켜 토양 내 함수율을 측정하였다. 그리고, 동절기에 해당하는 12월부터 2월까지의 토양온도는 동일한 방법으로 측정하였으나 토양수분은 측정하지 않았다.
본 연구는 동일한 입지조건이라 판단되는 소나무림, 굴참나 무림, 굴피나무림을 대상으로, 각 조사 임분의 토양호흡량을 측정하여 수종에 따른 호흡량의 비교 . 분석 및 토양호흡량에 대한 토양온도와 토양수분의 영향을 파악하고, 연간 토양호흡량을 추정하기 위하여 수행되었다.
본 연구에 사용한 CCh chamber는 직경 15 cm, 높이 22 cm인 PVC 관을 이용하여 한 조사지에 7개씩을 설치하였다. 설치시 낙엽층은 모두 제거하였으며 25 ml의 K0H 액을 처리한 sponge를 chamber 내에 두고, 24시간 후에 회수하여 실험실로 운반한 후 페놀프탈레인과 메틸오렌지를 지시약으로 이용하여 적정하였다. 조사는 2003년 3월부터 11월까지 매월 중순경 한 달에 한 번 현장조사 를 실시하였다.
토양온도와 토양수분
토양온도는 Thermo RecordeHTR-71, T AND D)를 이용하여 지표로부터 5 cm 깊이에 묻어 조사기간 동안 1시간 간격으로 측정하였다. 또한, 토양수분은 각 조사지에서 매월 7개의 토양을 채취하여 밀봉한 후 실험실로 운반하여 105℃에서 건중량이 일정해질 때까지 건조시켜 토양 내 함수율을 측정하였다.
토양호흡량과 토양온도와의 관계에 대해 본 조사에서는 지수 함수를 이용한 회귀식을 적용하였다(Fig. 4). 소나무림, 굴참나무 림, 굴피나무림의 토양호홉량과 토양온도 간의 지수함수 회귀식 의 상관계수는 각각 0.
1993) 이른봄이나 늦가을의 CO2 발생량과 동일한 것으로 가정하여 연간 토양호흡량을 산출하고 있다(Ellert and Gregorich 1995, 이 2003). 하지만, 본 연구에서는 현장에서 토양호흡량 측정 조사를 하지 않은 겨울철(12~2 월)에도 토양온도계를 이용하여 토양온도를 측정하였으며, 토양 온도와 토양호흡량 간에 높은 정의 상관관계가 나타났기 때문에 토양온도를 이용하여 지수회귀식으로 각 조사지의 연간 CO2 방출량을 추정하였다(Table 4).
대상 데이터
glandulosa, Quercus rubra) 하의 토양호흡량에 차이가 있음을 보고한 바 있다. 본 연 구도 토양 및 입지조건 이 유사한 곳을 연구대상 임분으로 하였다. 침엽수종인 소나무림과 낙엽활엽수종인 굴참나무와 굴피나 무림의 토양호흡량에 차이가 나타나는 것은 입지의 차이가 아닌 수종의 차이에 따튼 결과인 것으로 추정된다.
토양호흡을 측정하는 방법은 여러 가지가 있으나, 본 연구에서는 측정이 비교적 간편할 뿐만 아니라 조사지간의 상대적인 비교가 가능한 KOH 흡수법(Kirita 1971)을 사용하였다. 본 연구에 사용한 CCh chamber는 직경 15 cm, 높이 22 cm인 PVC 관을 이용하여 한 조사지에 7개씩을 설치하였다. 설치시 낙엽층은 모두 제거하였으며 25 ml의 K0H 액을 처리한 sponge를 chamber 내에 두고, 24시간 후에 회수하여 실험실로 운반한 후 페놀프탈레인과 메틸오렌지를 지시약으로 이용하여 적정하였다.
본 연구의 조사대상 지역은 행정구역상으로 경남 진주시 문 산면, 금산면, 진성면에 걸쳐 있는 월아산(408 m)을 대상으로 실시하였다. 월아산의 대표 군락이며, 비교적 교란이 적고 보전상태가 양호한 소나무 림 (Fimw densiflora stand), 굴참나무 림(cus variabilis stand), 굴피나무림 (P/agyca/a strobilacea stand) 을 대상으로 시험구를 설정하였다.
본 연구의 조사대상 지역은 행정구역상으로 경남 진주시 문 산면, 금산면, 진성면에 걸쳐 있는 월아산(408 m)을 대상으로 실시하였다. 월아산의 대표 군락이며, 비교적 교란이 적고 보전상태가 양호한 소나무 림 (Fimw densiflora stand), 굴참나무 림(cus variabilis stand), 굴피나무림 (P/agyca/a strobilacea stand) 을 대상으로 시험구를 설정하였다. 이 지역의 식생구조와 식물상은 노 등(2001), 문 등(2003)에 의해 보고된 바 있다.
설치시 낙엽층은 모두 제거하였으며 25 ml의 K0H 액을 처리한 sponge를 chamber 내에 두고, 24시간 후에 회수하여 실험실로 운반한 후 페놀프탈레인과 메틸오렌지를 지시약으로 이용하여 적정하였다. 조사는 2003년 3월부터 11월까지 매월 중순경 한 달에 한 번 현장조사 를 실시하였다.
데이터처리
토양호흡에 영향을 미치는 환경요인인 토양온도와 토양수분에 대해서는 회귀분석을 이용하여 검정하였고, 모든 자료는 SAS 6.12(SAS institute 1999)를 이용하였다.
이론/모형
토양호흡을 측정하는 방법은 여러 가지가 있으나, 본 연구에서는 측정이 비교적 간편할 뿐만 아니라 조사지간의 상대적인 비교가 가능한 KOH 흡수법(Kirita 1971)을 사용하였다. 본 연구에 사용한 CCh chamber는 직경 15 cm, 높이 22 cm인 PVC 관을 이용하여 한 조사지에 7개씩을 설치하였다.
성능/효과
m-2 . hfT으로 조사되어, 낙엽 활엽수인 굴참나무림과 굴피나무림의 토양호흡량이 침엽수종인 소나무림보다 2배 정도 높게 나타났다. 소나무림의 연평균 토양호흡량은 손과 김(1996)의 리기다소나무와 낙엽송인공림보다 조금 높게 나타났으며, 굴참나무림과 굴피나무 림의 토양호홉량은 이(2003)의 신갈나무와 굴참나무림, Moon 등 (2001)의 아까시나무림의 토양호흡량보다 높은 경향을 나타내었다.
각 조사지의 토양온도는 8월에 최대값을 나타낸 후 점차 감소하는 계절변화를 보이고 있으며 조사기간 동안 평균 토양온도는 소나무림 16.2°(: 굴참나무림 17.1℃, 굴피나무림 17.6℃로 남동사면에 위치한 굴피나무림의 토양온도가 북사면의 소나무와 굴참나무림에 비해 조금 높게 나타났다(Fig. 1). 또한, 소나무림보다 굴참나무림의 토양온도가 다소 높게 나타난 것은 조사지의 입목밀도의 차이에 기인한 것으로 추정된다.
침엽수종 인 소나무림의 토양호흡량이 가장 낮게 나타난 것은 적은 에너지원과 낮은 토양 pH에 기인하는 것으로 추정된다. 굴피나무림의 토양 중 유기물과 건질소 함량이 굴참나무림보다 다소 높게 나타났으며, 또한 토양호흡량도 굴피나무림이 굴참나무림보다 높게 나타났다. 하지만, 낙엽활엽수종인 굴참나무와 굴피나무림 간의 토양호흡량에 차이가 나타난 것이 단순히 유기물과 전질소 함량의 차이에 의한 것인지 본 연구에서는 밝힐 수 없었다.
본 연구에서 토양호홉량은 토양함수율과는 달리 토양온도의 변화와 매우 유사한 계절변화를 나타내었다(Fig. 1, 3). 토양호흡량과 토양온도의 관계에 대해서는 기존의 다른 연구에서도 모두 동일한 결과가 보고되고 있으나{Davidson et al.
본 조사에서 측정한 각 조사지의 유기물 및 전질소 함량에는 차이가 있는 것으로 나타나고 있다(Table 2) 소나무림의 유기물과 전질소 함량이 조사지 중에서 가장 낮게 나타났다. 침엽수종 인 소나무림의 토양호흡량이 가장 낮게 나타난 것은 적은 에너지원과 낮은 토양 pH에 기인하는 것으로 추정된다.
2에 나타내었다. 소나무림, 굴 참나무림, 굴피나무림의 조사기간 동안의 평균 토양함수율은 각각 25.1, 24.3, 25.1%로 나타났으나, 각 조사지의 토양함수율의 월별 변화 양상을 비교해 본 결과, 소나무림과 굴피나무림 간에 는 유의적인 차이가 있는 것으로 나타났다㎛0.05). 조사지 모두 조사기간 동안 큰 폭의 변화는 없었다.
4). 소나무림, 굴참나무 림, 굴피나무림의 토양호홉량과 토양온도 간의 지수함수 회귀식 의 상관계수는 각각 0.83, 0.81, 0.86으로 나타났다(Table 3, Fig.
토양호홉량은 각 조사지 모두 토양온도의 계절변화와 매우 유사하여 임목의 생육개시기부터 점차 증가하여 7~8월에 최고치에 도달한 후 점차 감소하는 경향을 나타내었다(Fig. 3). 토양 호흡량이 토양온도의 변화와 매우 유사한 계절적 변화를 보이는 것은 기존의 다른 연구에서도 보고가 되고 있다(Davidson et al.
후속연구
Meentemeyer(1978)와 Melillo 등(1982)은 산림토양 내 미생물의 활동정도는 탄수화물이나 질소의 양 또는 이들 간의 C/N비보다 는 유기물 내 lignin의 함량 또는 lignin과 질소의 비와 같은 다른 인자에 의해 크게 영향을 받는다고 보고하였다. 그러므로 토양 호흡에 영향을 미치는 인자에 대해 토양온도와 토양수분 뿐만 아니라 연구대상 수종의 지상부와 지하부 유기물 공급에 대한 보다 상세한 연구가 필요하다. 또한, 토양호흡은 식물 뿌리의 호흡에 의해서도 발생하므로 보다 정확한 토양호흡량을 측정하기 위해서는 대상임지별로 각 수종의 생리적 특성이나 뿌리에 의한 호흡량을 산출하는 등 다른 요인들에 대해서도 추후 연구가 필요하다고 사료된다.
그러므로 토양 호흡에 영향을 미치는 인자에 대해 토양온도와 토양수분 뿐만 아니라 연구대상 수종의 지상부와 지하부 유기물 공급에 대한 보다 상세한 연구가 필요하다. 또한, 토양호흡은 식물 뿌리의 호흡에 의해서도 발생하므로 보다 정확한 토양호흡량을 측정하기 위해서는 대상임지별로 각 수종의 생리적 특성이나 뿌리에 의한 호흡량을 산출하는 등 다른 요인들에 대해서도 추후 연구가 필요하다고 사료된다.
본 조사에서 얻어진 Qo 값은 Moon 등(2001)의 진주 지역의 아까시나무림보다는 다소 높게 나타났다. 이와 같이동 일 수종 임분에서의 Qo 값의 차이가 많이 나타난 것에 대해서는 측정방법이나 조사지의 입지조건의 차이에 의한 영향도 있을 것으로 생각되나 각 조사지별로 토양호흡 전체에 대해 식물 뿌리가 차지하는 비율 등을 파악하는 등 추후 보다 직접적인 원인이 밝혀져야 할 것이다.
본 연구대상지인 굴참나무림과 굴피나무림의 연간 토양호흡량이 다른 지역의 굴참나무림, 상수리나무림, 신갈나무림의 결과와 다소 차이가 나타나는 것은 Nay 등(1994)의 KOH 흡수 법은 다른 방법에 비해 토양호흡량이 과소 측정된다는 보고와 같이 서로 다른 측정방법과 지역적인 특성으로 인한 토양온도 의 차이 등으로 어느 정도 설명할 수 있으나, 침엽수종인 소나무림의 경우 토양온도는 다른 조사 지역보다 높은데 연간 토양호흡량에 있어서 큰 차이가 나타나지 않은 것은 토양온도 외에 다른 요인이 작용한 것으로 생각되나, 본 연구에서는 그 원인을 구명할 수 없었다. 추후보다 상세한 연구가 필요하다고 사료된다. Raich와 Nadelhoffer(1989)는 토양호흡량과 지상부 식생으로부터 유입되는 낙엽량 간의 관계에 대해 이들 간에 통계적으로 유의한 정의 상관관계가 있음을 밝힌 바 있고, 김(1996)은 지상부에서 공급되는 유기쿨량의 차이가 토양호흡량 차이를 가져올 수 있다고 보고한 바 있다.
굴피나무림의 토양 중 유기물과 건질소 함량이 굴참나무림보다 다소 높게 나타났으며, 또한 토양호흡량도 굴피나무림이 굴참나무림보다 높게 나타났다. 하지만, 낙엽활엽수종인 굴참나무와 굴피나무림 간의 토양호흡량에 차이가 나타난 것이 단순히 유기물과 전질소 함량의 차이에 의한 것인지 본 연구에서는 밝힐 수 없었다. Meentemeyer(1978)와 Melillo 등(1982)은 산림토양 내 미생물의 활동정도는 탄수화물이나 질소의 양 또는 이들 간의 C/N비보다 는 유기물 내 lignin의 함량 또는 lignin과 질소의 비와 같은 다른 인자에 의해 크게 영향을 받는다고 보고하였다.
참고문헌 (13)
Bowden, Richard D., Nadelhoffer, Knute J., Boone, Richard D., Melillo, Jerry M., Garrison, Jason B..
Contributions of aboveground litter, belowground litter, and root respiration to total soil respiration in a temperate mixed hardwood forest.
Canadian journal of forest research. Journal canadien de la recherche forestière,
vol.23,
no.7,
1402-1407.
Davidson, EriC. A., Belk, Elizabeth, Boone, Richard D..
Soil water content and temperature as independent or confounded factors controlling soil respiration in a temperate mixed hardwood forest.
Global change biology,
vol.4,
no.2,
217-227.
Melillo, Jerry M., Aber, John D., Muratore, John F..
Nitrogen and Lignin Control of Hardwood Leaf Litter Decomposition Dynamics.
Ecology,
vol.63,
no.3,
621-626.
Nay, S. Mark, Mattson, Kim G., Bormann, Bernard T..
Biases of Chamber Methods for Measuring Soil CO2 Efflux Demonstrated with a Laboratory Apparatus.
Ecology,
vol.75,
no.8,
2460-2463.
Schlentner, Robert E., Cleve, Keith Van.
Relationships between CO2 evolution from soil, substrate temperature, and substrate moisture in four mature forest types in interior Alaska.
Canadian journal of forest research. Journal canadien de la recherche forestière,
vol.15,
no.1,
97-106.
Sommerfeld, R. A., Mosier, A. R., Musselman, R. C..
CO2, CH4 and N2O flux through a Wyoming snowpack and implications for global budgets.
Nature,
vol.361,
no.6408,
140-142.
Cleve, K. Van, Yarie, J., Erickson, R., Dyrness, C.T..
Nitrogen mineralization and nitrification in successional ecosystems on the Tanana River floodplain, interior Alaska.
Canadian journal of forest research. Journal canadien de la recherche forestière,
vol.23,
no.5,
970-978.
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