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문제 정의
- 본 연구는 강원도 평창군에 위치한 중왕산 지역을 대상으로 활엽수림의 60%를 차지하는 낙엽활엽수림과 침엽수림의 35.1%를 차지하는 낙엽송 조림지를 비교하여 두 임분 간 수관통과우, 수간류 및 낙엽낙지에 의한 양분의 유입량이 차이를 보이는 지를 알아보고자 한다.
제안 방법
- 토양수 채취는 Tension Lysimeter (Soil Solution Access Tubes, IRROMETER)를 이용하였다. Tension Lysimeter는 조사구마다 무작위로 토양 층위별 (A, B층)로 5반복으로 설치하였으며, 채취 시 Vacuum pump를 이용하여 Tension Lysimeter 내부와 외부의 압력차를 이용하여 채취하였다. 임상에 유입되는 낙엽과 낙지의 채취를 위해 각 조사구마다 5개의 낙엽낙지 채취장치 (채취면적 1 m2)를 설치하였다.
- 양분유입량은 다음과 같이 계산하였다. 각 수관통과우와 수간류, 낙엽낙지 시료의 유입량과 시료 내 양분농도를 곱한 다음, 평균을 구하여 조사구 내 유입량을 계산한 다음, 이를 다시 ha단위로 환산하였다.
- 임상에 유입되는 낙엽과 낙지의 채취를 위해 각 조사구마다 5개의 낙엽낙지 채취장치 (채취면적 1 m2)를 설치하였다. 낙엽 낙지의 채취는 낙엽낙지량이 많은 9월부터 11월까지 월 1회 실시하였다. 낙엽낙지량의 측정을 위해 채취한 낙엽낙지를 건조기를 이용하여 85℃에서 48시간 이상 말린 후 건중량을 측정하고 평균을 구한 다음, 이를 다시 ha단위로 환산하였다.
- 낙엽 낙지의 채취는 낙엽낙지량이 많은 9월부터 11월까지 월 1회 실시하였다. 낙엽낙지량의 측정을 위해 채취한 낙엽낙지를 건조기를 이용하여 85℃에서 48시간 이상 말린 후 건중량을 측정하고 평균을 구한 다음, 이를 다시 ha단위로 환산하였다. 양분유입량은 다음과 같이 계산하였다.
- 양이온 분석은 ICP (Inductively coupled plasma spectrometer, ICPS 100-IV, Shimazu, Japan)를, 음이온은 IC (Ion Chromatography, DX120, DIONEX)를 사용하여 분석하였다. 낙엽낙지의 화학성분 분석을 위해 채취한 낙엽낙지를 분말로 만들어 N과 양이온(Na+, K+, Mg2+, Ca2+)을 분석하였다. 양이온 분석은 ICP (Inductively coupled plasma spectrometer, ICPS 100-IV, Shimazu, Japan)를 이용하였으며, N은 습식 분해한 후, 자동분해/적정장치(Tecator, Kjeltec, USA)를 이용하여 분석하였다.
- 낙엽송 조림지에서 대상목의 평균 흉고직경은 24 cm, 평균 수고는 19 m였다. 선정목마다 1.2~1.5 m 높이에서 수간의 수피를 약간 벗겨낸 후, 그 부위를 실리콘 왁스로 도포하고, 폭 20 cm의 코팅된 양철판을 나선형으로 수간에 부착한 후 부착된 양철판과 수피 사이에 실리콘 왁스를 다시 도포하고, 양철판 아래쪽에 고무호스를 부착하여 물통에 연결하였다. 토양수 채취는 Tension Lysimeter (Soil Solution Access Tubes, IRROMETER)를 이용하였다.
- 임외강우 채취를 위하여 직경 217 mm의 깔때기를 부착한 집수통을 설치하고, 임외강우 시료 채집 시 전체 강우량을 조사한 뒤, 플라스틱 시료채취통에 시료를 채집하였다. 수관통과우는 각 조사구마다 임외강우와 동일한 집수통을 6개씩 무작위로 설치하여 수관통과우량을 측정하고, 시료를 채취하였다. 수간류 조사를 위해, 대상 임분에서 평균목 6본을 선정하였다.
- 낙엽낙지의 화학성분 분석을 위해 채취한 낙엽낙지를 분말로 만들어 N과 양이온(Na+, K+, Mg2+, Ca2+)을 분석하였다. 양이온 분석은 ICP (Inductively coupled plasma spectrometer, ICPS 100-IV, Shimazu, Japan)를 이용하였으며, N은 습식 분해한 후, 자동분해/적정장치(Tecator, Kjeltec, USA)를 이용하여 분석하였다. 임분의 양분유입량은 각 강우시료의 양분농도에 강우량을 곱한 다음, 이를 평균내서 조사구의 양분유입량을 계산하였고, 다시 이를 ha단위로 환산하였다.
- 화학성분은 양이온 (Na+, K+, Mg2+, Ca2+)과 음이온(Cl-, NO3-, SO42-)을 분석하였다. 양이온 분석은 ICP (Inductively coupled plasma spectrometer, ICPS 100-IV, Shimazu, Japan)를, 음이온은 IC (Ion Chromatography, DX120, DIONEX)를 사용하여 분석하였다. 낙엽낙지의 화학성분 분석을 위해 채취한 낙엽낙지를 분말로 만들어 N과 양이온(Na+, K+, Mg2+, Ca2+)을 분석하였다.
- 낙엽활엽수림은 신갈나무(Quercus mongolica), 거제수나무(Betula costata), 음나무(Kalopanax septemlobus) 등이 우점하고 있으며, 낙엽송 조림지는 1972년에 조림되었다. 이곳에 30 m × 30 m 크기의 조사구를 각각 2개씩 2002년도 4월에 설치하고, 수관통과우, 수간류, 토양수 및 낙엽낙지 채취장치를 설치하였다.
- 임분에 유입되는 낙엽량(Fig. 6)과 낙엽에 의한 N 및 양이온(Na+, K+, Mg2+, Ca2+) 유입량 (Table 5)을 조사하였다. 조사기간동안 낙엽량은 낙엽활엽수림에서는 2,951 kg ha-1, 낙엽송 조림지에서는 2,419 kg ha-1가 유입되어, 낙엽활엽수림에서 더 많이 유입되었다.
- 양이온 분석은 ICP (Inductively coupled plasma spectrometer, ICPS 100-IV, Shimazu, Japan)를 이용하였으며, N은 습식 분해한 후, 자동분해/적정장치(Tecator, Kjeltec, USA)를 이용하여 분석하였다. 임분의 양분유입량은 각 강우시료의 양분농도에 강우량을 곱한 다음, 이를 평균내서 조사구의 양분유입량을 계산하였고, 다시 이를 ha단위로 환산하였다.
- 42 ㎛)로 여과 처리하였으며, 이온 분석 전까지 냉장고(4℃)에서 보관하였다. 화학성분은 양이온 (Na+, K+, Mg2+, Ca2+)과 음이온(Cl-, NO3-, SO42-)을 분석하였다. 양이온 분석은 ICP (Inductively coupled plasma spectrometer, ICPS 100-IV, Shimazu, Japan)를, 음이온은 IC (Ion Chromatography, DX120, DIONEX)를 사용하여 분석하였다.
대상 데이터
- 본 연구는 강원도 평창군 진부면과 대화면, 그리고 정선군 경계에 위치하고 있는 중왕산 지역에서 수행되었다(Fig. 1). 대상 임분의 특성을 Table 1에 나타냈다.
- 수관통과우는 각 조사구마다 임외강우와 동일한 집수통을 6개씩 무작위로 설치하여 수관통과우량을 측정하고, 시료를 채취하였다. 수간류 조사를 위해, 대상 임분에서 평균목 6본을 선정하였다. 평균목 선정은 조사구내 모든 임목의 흉고직경을 조사한 다음, 평균흉고직경을 기준으로, 천연활엽수 임분에서는 신갈나무(Q.
- Tension Lysimeter는 조사구마다 무작위로 토양 층위별 (A, B층)로 5반복으로 설치하였으며, 채취 시 Vacuum pump를 이용하여 Tension Lysimeter 내부와 외부의 압력차를 이용하여 채취하였다. 임상에 유입되는 낙엽과 낙지의 채취를 위해 각 조사구마다 5개의 낙엽낙지 채취장치 (채취면적 1 m2)를 설치하였다. 낙엽 낙지의 채취는 낙엽낙지량이 많은 9월부터 11월까지 월 1회 실시하였다.
- 임외강우는 연구 대상 임분과 인접한 개벌작업지, 임도 등 5곳에서 채취하였다. 임외강우 채취를 위하여 직경 217 mm의 깔때기를 부착한 집수통을 설치하고, 임외강우 시료 채집 시 전체 강우량을 조사한 뒤, 플라스틱 시료채취통에 시료를 채집하였다. 수관통과우는 각 조사구마다 임외강우와 동일한 집수통을 6개씩 무작위로 설치하여 수관통과우량을 측정하고, 시료를 채취하였다.
- 3). 임외강우는 연구 대상 임분과 인접한 개벌작업지, 임도 등 5곳에서 채취하였다. 임외강우 채취를 위하여 직경 217 mm의 깔때기를 부착한 집수통을 설치하고, 임외강우 시료 채집 시 전체 강우량을 조사한 뒤, 플라스틱 시료채취통에 시료를 채집하였다.
- 임외강우와 수관통과우, 수간류 및 토양수의 채취는 2002년 6월부터 2004년 10월까지 매월 1일과 15일 경에 실시하였다 (Fig. 3). 임외강우는 연구 대상 임분과 인접한 개벌작업지, 임도 등 5곳에서 채취하였다.
- 조사구가 위치한 지역의 기온과 습도를 측정하기 위해 낙엽송 조림지와 낙엽활엽수림 부근에 기상관측 장치 (CR10X, Campbell Scientific, Inc.)를 설치하고 매년 조사가 끝나는 11월 말에 관측자료를 수집하였다. 조사대상지인 중왕산 지역의 3년간 월평균 기온은 -8.
- 5 m 높이에서 수간의 수피를 약간 벗겨낸 후, 그 부위를 실리콘 왁스로 도포하고, 폭 20 cm의 코팅된 양철판을 나선형으로 수간에 부착한 후 부착된 양철판과 수피 사이에 실리콘 왁스를 다시 도포하고, 양철판 아래쪽에 고무호스를 부착하여 물통에 연결하였다. 토양수 채취는 Tension Lysimeter (Soil Solution Access Tubes, IRROMETER)를 이용하였다. Tension Lysimeter는 조사구마다 무작위로 토양 층위별 (A, B층)로 5반복으로 설치하였으며, 채취 시 Vacuum pump를 이용하여 Tension Lysimeter 내부와 외부의 압력차를 이용하여 채취하였다.
데이터처리
- 임외강우와 임분별 수관통과우, 수간류의 유입량 및 양이온과 음이온의 농도를 비교하기 위해 Duncan의 다중 검정을 실시하였으며, 토양수 A층과 B층의 양이온과 음이온의 농도 및 임분별 낙엽에 의한 양분 유입량의 차이를 알아보기 위해 T-test를 실시하였다. 모든 분석에 SAS 8.
성능/효과
- 수관통과우와 수간류 내 양이온과 음이온의 농도를 Table 2에 나타냈다. 낙엽송 조림지와 낙엽활엽수림 모두 임외강우에 비해 수관통과우와 수간류 내 이온 농도가 증가하였다. 이는, 임외강우가 임분에 유입되면서 수관을 통과함에 따라 잎과 가지, 수피 등에 부착되어 있는 건성침착물을 세탁하고 이온을 용탈시기 때문인 것으로 생각된다 (Cappelato et al.
- 5에 나타냈다. 두 임분 모두 수관통과우와 수간류의 유입형태는 임외강우와 비슷하여 7, 8월에 유입량이 많았으며, 10월에 적었다. 수관통과우의 연간 유입량은 낙엽송 조림지에서 1,165 mm, 낙엽활엽수림에서 1,391 mm로 낙엽송 조림지에서 더 적은 양이 유입되었다.
- 낙엽송 조림지와 낙엽활엽수림의 A층과 B층 토양수 내 이온의 연간 평균 농도를 Table 4에나타냈다. 두 임분의 토양수 내 이온 농도를 비교해본 결과, A층의 경우, Cl-와 SO42-의 평균 농도는 낙엽활엽수림에서는 18.56 mg L-1, 21.10 mg L-1, 낙엽송 조림지에서는 20.69 mg L-1, 21.97 mg L-1였으며, B층에서는 Ca2+, Cl- 이온이 낙엽활엽수림에서 22.01 mg L-1, 19.35 mg L-1, 낙엽송 조림지에서 25.72 mg L-1, 21.19 mg L-1로 낙엽송 조림지에서 더 높은 농도를 보였다. McColl (1972)이나 Park et al.
- 9 kg ha-1라고 보고하였다. 본 연구 결과를 이와 비교하면, 낙엽활엽수림은 신갈나무림이나 상수리나무림과 같은 단일 수종 임분보다는 유입량이 적었고, 낙엽송 조림지는 잣나무림이나 리기다소나무림보다는 유입량이 많았다. 특히 낙엽송의 경우, Gower and Son (1992)은 잎갈나무속의 종들이 상록성 침엽수에 비해 낙엽량이 적더라도 낙엽 내 양분 농도가 높기 때문에 양분 유입량이 더 많다고 하였는데, 본 연구 결과도 이를 반영하는 것으로 생각된다.
- 임내강우로 유입되는 양분량은 크게 임내강우 내 양분의 농도와 임내강우량에 의해 영향을 받는다. 본 연구에서 두 임분의 양이온 농도가 경시적인 차이를 보이지 않았고, 음이온의 농도는 낙엽송 조림지에서 더 높았음에도 불구하고, 양분 유입량은 양분 유입량은 더 적었던 것으로 미루어 볼 때, 본 연구에서는 강우량이 양분 농도보다 양분 유입량에 미치는 영향이 더 큰 것으로 생각된다. 강우에 의한 양분 유입은 임분의 밀도, 구성 수종 등 뿐만 아니라 지역에 따라 큰 차이를 보일 수 있으며, 같은 지역에서도 연구기간 동안의 강우 양상에 따라 큰 차이를 보인다.
- 4에 각각 나타냈다. 연구기간 동안 임외강우량은 연평균 1,653 mm였으며, 각 임분에 조사 기간동안 유입된 연평균 강우량은 낙엽송 조림지에서는 임외강우량의 64% (1,094 mm)가, 낙엽활엽수림에서는 88% (1,463 mm)가 유입되었다. 이 회귀식에서 직선의 기울기는 강우가 수관층에서 차단된 양을 뜻하며, 기울기가 클수록 차단량은 감소한다.
- 3%였으며, Toba and Ohta (2005)는 시베리아의 larch 임분과 red pine 임분에서 각각 29%, 36%라고 보고한 바 있다 (Table 6). 이와 비교해 볼 때 본 연구에서 낙엽송 조림지에서의 강우차단율은 비교적 높은 것으로 생각된다.
- 이 회귀식에서 직선의 기울기는 강우가 수관층에서 차단된 양을 뜻하며, 기울기가 클수록 차단량은 감소한다. 차단 손실률은 낙엽송 조림지에서 36%, 낙엽활엽수림에서 12%로, 낙엽송 조림지에서의 차단율이 더 높았으며, Duncan의 다중 검정에서 5%이내에서 유의성을 보였다 (Fig. 5). 본 연구의 결과는 Thurow et al.
- 수간류 조사를 위해, 대상 임분에서 평균목 6본을 선정하였다. 평균목 선정은 조사구내 모든 임목의 흉고직경을 조사한 다음, 평균흉고직경을 기준으로, 천연활엽수 임분에서는 신갈나무(Q. mongolica), 거제수나무(B. costata), 층층나무(Corunus controversa), 난티나무(Ulmus laciniata), 고로쇠나무(Acer pictum), 물푸레나무(Fraxinus rhyncophyla), 음나무(K. septemlobus)을 선정하였으며, 흉고직경이 각 24 cm~35 cm, 평균수고는 22 m였다. 낙엽송 조림지에서 대상목의 평균 흉고직경은 24 cm, 평균 수고는 19 m였다.
후속연구
- (1999)의 연구결과보다는 절반 정도밖에 되지 않기 때문에 매우 큰 차이를 보였다. 따라서 임내강우에 의한 양분 유입량의 정확한 정보를 얻기 위해서는 여러 지역에서 장기간에 걸친 연구를 더 진행해야 할 것으로 생각된다.
- 최근 산림이 가지는 다양한 공익적 기능과 환경보전 및 사회에 대한 산림의 역할과 활용의 수요가 높아짐에 따라, 산림의 지속 가능성을 유지하고 복원력을 훼손하지 않도록 산림을 관리하는 생태적인 산림관리 방안의 필요성이 대두 되었다 (Lee, 1996; Toman and Ashton, 1996). 이를 위해서는 산림생태계를 생태적으로 안정하고 건전한 산림구조로 이끌어 가는 기술 등이 확립되어야 하며, 산림의 생리·생태적 특성, 생산구조, 입지, 임상 및 생산성 등에 대한 보다 정확한 자료수집과 더불어, 임분의 생산성에 영향을 미치는 물질순환에 대한 보다 깊은 연구가 필요하다.
- 이는 낙엽층의 깊이에 따른 차이로 생각되는데, 낙엽송 조림지의 낙엽층이 낙엽활엽수림보다 깊기 때문에 임내강우가 낙엽층을 통과하면서 양분이 용탈되어 농도가 더 높아진 것으로 생각된다. 토양수 내 양분 농도와 토양 내 양분의 집적은 임내강우나 낙엽낙지에 의한 유입량 뿐만 아니라 미생물에 의한 낙엽낙지의 분해율 등에 의해서도 영향을 받기 때문에 이들이 토양수 및 토양의 특성에 미치는 영향에 대한 후속 연구가 필요할 것으로 생각된다.
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