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문제 정의
- 본 연구에서는 지리적으로 온대남부와 온대중부가 중첩되는 지역으로서 온대남부식물과 온대중부식물이 다수 혼생하고 있어 우리나라 중남부 산림생태계의 현황과 발달과정을 살펴볼 수 있는 중요한 지역으로 평가(Choi et al., 2001)되고 있는 계룡산 국립공원을 대상으로 주요 생태계에 대한 탄소축적량과 식생의 상호관계를 해석하고, 자연성이 높은 식생의 탄소축적 잠재력 평가를 통해 한반도의 다양한 생태계에 대한 탄소축적량 특성의 이해와 관리 방안 제시에 이바지할 것을 목표로 한다.
제안 방법
- 건조시킨 토양은 2 mm 체로 쳐 2 mm 이하의 토양만을 일정량 넣은 도가니를 550℃의 전기로에서 4시간 동안 작열시킨 후, 작열 전과 작열 후의 토양 무게 차이를 작열 전 토양 무게로 나눈 값을 백분율로 나타내어 얻었다. 2 mm 이상 되는 것은 물로 재차 깨끗하게 토양을 씻어 순수하게 자갈만 추출하여 건조기에 건조 후 무게를 측정, 석력 함량을 산정 한 후 그를 바탕으로 토양비를 산정하였다.
- 상대생장식이 없는 수목의 biomass탄소량을 산정을 위해 현존식생도에서 혼합림의 경우 해당 지역에 넓게 분포하는 단일 우점림으로 분류하여 총 면적을 산출하였다. 구분된 군락 중 서어나무-신갈나무(Carpinus laxiflora - Quercus mongolica) 군락은 신갈나무군락으로, 상수리나무(Q. acutissima)군락은 졸참나무(Q. serrata)군락으로, 굴참나무-신갈나무(Q. variabilis- Q. mongolica) 군락과 굴참나무-졸참나무(Q. variabilis - Q. serrata)군락은 굴참나무(Q. variabilis)군락으로 평가하였다. 주요 군락 별로 산정된 단위 면적당 탄소축적량에 각각의 면적을 곱해 계룡산 국립공원 전체면적에 대한 탄소축적량으로 환산하였다.
- H)의 biomass 를 비교한 결과, 흉고직경 만을 독립변수로 하는 biomass 상대생장식과 큰 차이가 별로 없는 것으로 나타났다. 따라서 본 연구에서는 방형구내에서 수집한 임목의 흉고직경(DBH)을 상대생장식에 적용하여 단위면적당 biomass를 산정하였으며, 수고는 부수적인 자료로서 활용하였다. 조사한 군락의 DBH급 분포는 소나무(Pinus densiflora)군락에서 16~34 cm로 평균 22.
- 상대생장식이 없는 수목의 biomass탄소량을 산정을 위해 현존식생도에서 혼합림의 경우 해당 지역에 넓게 분포하는 단일 우점림으로 분류하여 총 면적을 산출하였다. 구분된 군락 중 서어나무-신갈나무(Carpinus laxiflora - Quercus mongolica) 군락은 신갈나무군락으로, 상수리나무(Q.
- 수거한 리터는 밀봉한 후 실험실로 옮겨 80ºC의 건조기에서 48시간 이상 건조시킨 후, 건중량을 측정하였다.
- 야외 조사구에서 채취한 토양을 실험실로 옮긴 후, 80℃ 건조기에 서 48시간 건조시킨 무게를 칭량하여 토양밀도(soil bulk density)를 구하였다.
- 작성된 현존식생도를 바탕으로 해당 지역에서 점유 면적이 높은 순으로 우선순위를 정하였다. 우선 순위로 정해진 군락에 대하여 군락의 분포 중심지역을 추출하고 추출된 중심지역을 기준으로 수목 밀도, 수고, 종조성, 생육지의 입지조건 등을 고려하여 최종 정밀조사 방형구를 설치하였다. 또한 지형상 접근이 어려운 지역의 경우, 분포 중심지에서 가장 가까운 곳에 조사구를 설치하였다(Fig.
- 임목 biomass 조사를 위한 방형구내 방형구(30 cm×30 cm)를 각 3개씩 소격자를 설치하고, 격자내의 리터를 수거하였다.
- 임목 biomass 탄소축적량을 산정하기 위해 2012년 4월부터 11월까지 매목조사를 실시하였으며, 매목조사는 조사구로 선정된 군락의 내부에 교목층을 구성하고 있는 수목의 수고에 해당하는 개략적인 높이를 조사한 후, 방형구의 한 변 길이로 정하여 교목의 수고에 따라 다양한 조사 방형구를 설치하였다. 조사구 내부에 위치하는 직경 5cm 이상 되는 수목에 대하여 DBH (diameter at breast height)를 측정하고 식물종명을 기록하였다.
- kr/fgis/)를 중첩하여 autocad상에서 작성하였다. 작성된 현존식생도를 바탕으로 해당 지역에서 점유 면적이 높은 순으로 우선순위를 정하였다. 우선 순위로 정해진 군락에 대하여 군락의 분포 중심지역을 추출하고 추출된 중심지역을 기준으로 수목 밀도, 수고, 종조성, 생육지의 입지조건 등을 고려하여 최종 정밀조사 방형구를 설치하였다.
- 임목 biomass 탄소축적량을 산정하기 위해 2012년 4월부터 11월까지 매목조사를 실시하였으며, 매목조사는 조사구로 선정된 군락의 내부에 교목층을 구성하고 있는 수목의 수고에 해당하는 개략적인 높이를 조사한 후, 방형구의 한 변 길이로 정하여 교목의 수고에 따라 다양한 조사 방형구를 설치하였다. 조사구 내부에 위치하는 직경 5cm 이상 되는 수목에 대하여 DBH (diameter at breast height)를 측정하고 식물종명을 기록하였다.
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5. 토양층 탄소축적량 조사
조사지의 토양층에 축적되어 있는 탄소축적량을 파악하기 위하여, 임상의 토양을 채취하여 토양밀도, 유기물 함량, 토양비율을 조사하여 토양탄소축적량을 추정하였다. 토양은 리터를 채취한 지점(30 cm×30 cm 방형구)의 지표면으로부터 30 cm 깊이까지 각 5 cm 깊이 단위로 토양샘플관(φ=5 cm, h=5.
- variabilis)군락으로 평가하였다. 주요 군락 별로 산정된 단위 면적당 탄소축적량에 각각의 면적을 곱해 계룡산 국립공원 전체면적에 대한 탄소축적량으로 환산하였다.
대상 데이터
- 임목 biomass 탄소량은 계룡산 국립공원에 주를 이루고 있는 4개의 우점군락(소나무군락, 신갈나무군락, 졸참나무군락, 굴참나무군락)을 조사하였다. 각 군락에서 잎, 줄기, 가지, 뿌리의 부위별로 biomass 탄소축적량을 산정한 결과, Table 1과 같이 잎에서 소나무군락이 3.
- 토양은 리터를 채취한 지점(30 cm×30 cm 방형구)의 지표면으로부터 30 cm 깊이까지 각 5 cm 깊이 단위로 토양샘플관(φ=5 cm, h=5.1 cm)을 이용하여 채취하였다.
이론/모형
- 유기물함량 (organic matter content)은 작열감량법 (LOI; loss on ignition method, Oliver et al., 2001; Santisteban et al., 2004)을 이용하여 산정하였다. 야외 조사구에서 채취한 토양을 실험실로 옮긴 후, 80℃ 건조기에 서 48시간 건조시킨 무게를 칭량하여 토양밀도(soil bulk density)를 구하였다.
- 이러한 과정으로 수집된 자료를 바탕으로 하여 Wang et al. (2002)의 방법으로 토양 내 탄소량(Sc)을 구하였다(식 1).
성능/효과
- 임목 biomass 탄소량은 계룡산 국립공원에 주를 이루고 있는 4개의 우점군락(소나무군락, 신갈나무군락, 졸참나무군락, 굴참나무군락)을 조사하였다. 각 군락에서 잎, 줄기, 가지, 뿌리의 부위별로 biomass 탄소축적량을 산정한 결과, Table 1과 같이 잎에서 소나무군락이 3.3 tCha-1으로 가장 많은 양이 저장되어 있었으며, 그 다음으로 굴참나무군락(2.8 tCha-1 ), 신갈나무군락(2.1 tCha-1), 졸참나무군락(0.9 tCha-1) 순으로 나타났다. 줄기에서는 굴참나무군락이 72.
- 계룡산 국립공원에서 조사한 단위 면적당 식생과 토양 탄소축적량의 총 양은 소나무군락이 239.9 tCha-1으로 가장 많은 양이 산정되었고, 신갈나무군락이 235.9 tCha-1으로 유사한 양을 타나냈으며, 굴참나무군락은 226.0 tCha-1, 졸참나무군락은 165.9 tCha-1로 조사되었다 (Fig. 6). 계룡산 국립공원의 탄소축적량은 총 867.
- 계룡산 국립공원의 생태계 탄소축적량에 대해서 조사한 결과, 토양권 탄소축적량이 식생권의 탄소축적량에 비해 많은 양을 저장하고 있는 것으로 나타났으며, 탄소축적량은 분포하고 있는 식생군락에 따라 다른 값을 보였다. 일반적으로 고도가 높아지면 온도가 감소하고, 식생의 탄소량은 감소하나, 토양탄소량은 증가하게 되는데(Zhu et al.
- 이는 리기다소나무와 낙엽송의 낙엽 분해에 관한 연구에 의하면, 상록침엽수인 리기다소나무 임분의 낙엽층에서 질소와 인의 농도가 낙엽송의 임분보다 높게 나타났으며, 리기다소나무 임분이 낙엽송 임분에 비해 낙엽층의 축적량이 많은 것으로 나타났다(Lee and Son, 2006). 따라서 계룡산 지역의 소나무군락에서도 C/N 비율이 참나무류에 비해 낮아 낙엽의 분해속도가 상대적으로 느려져서 리터층에서 가장 많은 탄소축적량을 보인 것으로 판단된다.
- 5 cm의 낮은 값으로 보였다. 상수리나무(Q. acutissima)군락에서는 17.2~58.6 cm로 평균 33.7 cm로 비교적 큰 개체가 분포하였으며, 신갈나무(Quercus mongolica)군락에서는 5.1~24.2 cm로 평균 13.9 cm의 값을 보였다.
- 신갈나무군락은 주로 해발 고도가 높은 지역에 위치하고 있으며, 해발 고도가 높은 곳은 비교적 밀도가 높은 순림형태를 가지지만 고도가 낮아질수록 졸참나무, 서어나무, 굴참나무 등과 혼생하는 비율이 높아져 밀도가 낮아지는 형태를 나타냈다 (Fig. 2). 오대산의 경우 고도 1,000~1,200 m가 군락의 최적지로 나타났으나(Kim et al.
- , 2014) 이와는 다르게 계룡산은 고도 600 m 이상 되는 지역에 분포하는 것으로 조사되었다. 이러한 분포 형태에서 신갈나무가 우점하는 군락을 모두 합하면 1,743.5 ha로 계룡산에서 가장 넓은 면적을 점유하고 있는 것으로 파악되었다. 이와 더불어 졸참나무, 서어나무, 굴참나무와 혼생하는 지역까지를 포함시킨다면 계룡산에서 약 38.
- 잎, 줄기, 가지, 뿌리의 총 biomass 탄소축적량은 굴참나 무군락에서 130.1 tCha-1로 가장 많은 탄소를 축적하는 것으로 나타났고, 그 다음으로 소나무군락 111.1 tCha-1, 신갈나무군락 76.2 tCha-1, 졸참나무군락 39.0 tCha-1 순으로 산정되었다(Fig. 3). 신갈나무군락의 바이오매스를 조사한 연구에 의하면, 태화산의 139.
- 조사한 4가지 주요 군락별 총 점유면적에 대한 총 탄소축적량은 신갈나무류군락에서 411,200 tCha-1, 소나무 군락에서 166,800 tCha-1, 굴참나무군락에서 265,300 tCha-1, 졸참나무군락에서 161,200 tCha-1로 4군락 합계 1,004,600 tCha-1으로 산정되었고, 계룡산 국립공원에 저장된 생태계탄소량은 총 1,045,400 tCha-1로 산정되었다(Table 2). 신갈나무류군락이 타 군락에 비해 상당히 높은 값을 나타내고 있는 것은 신갈나무류군락이 넓은 분포면적과 토양탄소축적량이 타 군락에 비해 매우 높기 때문이다.
- 따라서 본 연구에서는 방형구내에서 수집한 임목의 흉고직경(DBH)을 상대생장식에 적용하여 단위면적당 biomass를 산정하였으며, 수고는 부수적인 자료로서 활용하였다. 조사한 군락의 DBH급 분포는 소나무(Pinus densiflora)군락에서 16~34 cm로 평균 22.8 cm, 상수리나무 (Q. serrata)군락에서는 하층에 때죽나무 (Styrax japonica)가 많이 생육하고 있는 이유로 4.8~20.1 cm로 평균 8.5 cm의 낮은 값으로 보였다. 상수리나무(Q.
- 층위별 탄소축적량을 분석해 본 결과, 0~5 cm에서는 졸참나무군락이 35.3 tCha-1로 가장 많은 탄소를 저장하고 있었고, 5~10 cm, 10~15 cm, 15~20 cm, 20~25 cm, 25~30 cm의 층위에서는 신갈나무군락이 각각 26.1 tCha-1, 22.8 tCha-1, 21.3 tCha-1, 22.8 tCha-1, 25.7 tCha-1로 가장 많은 탄소를 저장하고 있는 것으로 산정되었다 (Fig. 5). 2012년 덕유산국립공원 자연자원조사 보고서에 따르면 0~30 cm 토양의 전 깊이에서 신갈나무군락이 가장 많은 탄소를 저장하고 있는 것으로 나타난 것이 본 연구와 유사하였다(Lee, 2012).
후속연구
- , 2010), 이는 식생의 분포가 지형적 요인과 토양적 요인 등에 의한 환경변화에 따라 다르게 나타나기 때문이며 산림생태계에서 탄소축적량은 기후, 산림형태, 임령, 토양조건에 강한 영향을 받기 때문에(Pregitzer and Euskirchen, 2004). 따라서 기후변화에 따라 식생의 분포 유형 및 종류가 변화할 경우, 생태계 탄소 축적량도 변화될 것으로 예상되며, 이러한 연구를 통해 기후변화에 대한 한반도 생태계의 탄소축적량 변화를 예측할 수 있을 것으로 판단된다.
- 생태계 탄소축적량은 지리산국립공원 178 tCha-1보다 많은 양이 나타났고, 강원지역의 213 tCha-1보다도 많은 탄소량이 산정되었는데 (Lee, 2012) 토양권 탄소 축적량이 다른 지역에 비해 상당히 많은 양이 저장되어 있는 것으로 산정되어 생태계 총 탄소축적량의 값에 영향을 준 것으로 판단된다. 따라서 실제 입지조건의 암석 노출정도를 방영하고, 임상에 존재하는 큰 암석의 틈으로 분해 중의 작은 유기물들이 깊이 침투되어 있는 경향이 관찰된 바, 위와 같은 상황을 바탕으로 정확한 토양탄소축적량을 얻기 위해서는 추가적인 조사가 필요할 것이다.
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