산불 후 입지에 따른 소나무 분포와 환경 요인 - 강원도 고성군을 중심으로 - Relationship between Environment Factors and Distribution of Pinus densiflora after Fire in Goseong, Gangwon Province, Korea원문보기
This study was conducted to evaluate the effect of forest fire on natural distribution and regeneration of Pinus densiflora Sieb. & Zucc. in Goseong, Gangwon province, Korea. After 13 years of the last forest fire in 2000, five investigation plots ($10m{\times}10m$) in each of rocky land ...
This study was conducted to evaluate the effect of forest fire on natural distribution and regeneration of Pinus densiflora Sieb. & Zucc. in Goseong, Gangwon province, Korea. After 13 years of the last forest fire in 2000, five investigation plots ($10m{\times}10m$) in each of rocky land and ridge, the well-known location as a favorite site for natural distribution of P. densiflora, were set to investigate stand characteristic and soil environment including physico-chemical properties and moisture contents of soil. Also, five investigation plots in slope area were set and investigated as well. The concentration of organic matter, total nitrogen, and exchangeable nutrients ($K^+$, $Ca^{2+}$, $Mg^{2+}$) were highest in the slope while the soil in the rocky land showed the lowest concentration of organic matter, total nitrogen, available $P_2O_5$, and exchangeable nutrients ($K^+$, $Na^+$, $Ca^{2+}$, $Mg^{2+}$). The soil in the slope only showed higher concentration of total nitrogen, $K^+$ and $Ca^{2+}$ than the unburned area in Goseong. Mean soil moisture contents in the rocky land (5.77%) were lowest while the slope (15.78%) and the ridge (15.27%) showed almost three times as much than the rocky land. P. densiflora was dominant in the rocky land and Quercus spp. were dominant in the ridge and slope. The average proportion of P. densiflora was highest in rocky land (58.4%, 14.6 trees per plot) followed by the ridge (25.2%, 7.8 trees per plot) and the slope (11.3%, 3.4 trees per plot) while the average height of P. densiflora was highest in slope (277cm) followed by the ridge and the rocky land. The height and crown width of Quercus spp. were higher than P. densiflora in the every plot. The results suggest that P. densiflora may be able to naturally regenerate and survive in the rocky land after the fire while P. densiflora in the ridge and the slope are suppressed by Quercus spp.
This study was conducted to evaluate the effect of forest fire on natural distribution and regeneration of Pinus densiflora Sieb. & Zucc. in Goseong, Gangwon province, Korea. After 13 years of the last forest fire in 2000, five investigation plots ($10m{\times}10m$) in each of rocky land and ridge, the well-known location as a favorite site for natural distribution of P. densiflora, were set to investigate stand characteristic and soil environment including physico-chemical properties and moisture contents of soil. Also, five investigation plots in slope area were set and investigated as well. The concentration of organic matter, total nitrogen, and exchangeable nutrients ($K^+$, $Ca^{2+}$, $Mg^{2+}$) were highest in the slope while the soil in the rocky land showed the lowest concentration of organic matter, total nitrogen, available $P_2O_5$, and exchangeable nutrients ($K^+$, $Na^+$, $Ca^{2+}$, $Mg^{2+}$). The soil in the slope only showed higher concentration of total nitrogen, $K^+$ and $Ca^{2+}$ than the unburned area in Goseong. Mean soil moisture contents in the rocky land (5.77%) were lowest while the slope (15.78%) and the ridge (15.27%) showed almost three times as much than the rocky land. P. densiflora was dominant in the rocky land and Quercus spp. were dominant in the ridge and slope. The average proportion of P. densiflora was highest in rocky land (58.4%, 14.6 trees per plot) followed by the ridge (25.2%, 7.8 trees per plot) and the slope (11.3%, 3.4 trees per plot) while the average height of P. densiflora was highest in slope (277cm) followed by the ridge and the rocky land. The height and crown width of Quercus spp. were higher than P. densiflora in the every plot. The results suggest that P. densiflora may be able to naturally regenerate and survive in the rocky land after the fire while P. densiflora in the ridge and the slope are suppressed by Quercus spp.
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문제 정의
따라서 본 연구에서는 동해안 지역인 강원도 고성군에서 산불이 소나무의 갱신 및 분포 변화에 미치는 영향을 파악하고자 마지막 산불 발생으로부터 13년 후 입지별로 소나무를 중심으로 한 임분 환경 및 토양 조사를 실시하여 산불 후소나무 분포와 환경 요인과의 관계를 분석하고자 하였다.
본 연구는 대표적 생태계 교란 요인인 산불이 소나무의 자연 분포 및 갱신에 미치는 영향과 관련하여 소나무의 주요 입지인 암석지와 능선부를 중심으로 산불 발생 13년 후의 임분 및 토양 환경을 조사 및 비교 분석함으로써 산불 후 입지별 소나무의 천이진행 상황을 분석하고 환경 요인과의 관계를 구명하고자 하였다. 결과적으로 소나무는 토양 수분 함량이 낮고 척박한 암석지에서 참나무류와의 경쟁을 피해 자연 분포하는 것으로 판단된다.
제안 방법
Table 1. The selected sites to investigate stands and environment factors including physico-chemical properties of surface soil, vegetation cover degree, soil moisture content, and effective soil depth.
산불 후 입지별 소나무의 분포와 환경 요인과의 관계를 구명하기 위해 10m × 10m 규모의 조사구 15개소를 설치하고 조사지의 좌표, 고도(m), 토심(3반복, cm), 식피율(%), 평균경사(도), 낙엽층 심도(5반복, 단위: 1cm이하, 1∼5cm, 5∼10cm, 10∼15cm, 15cm 이상), 수종, 수고, 근원경, 소나무 임령, 그리고 수관폭을 조사하였다.
식생 분포와 토양 환경 요인과의 관계를 구명하기 위해 낙엽층을 제거한 뒤 깊이 0∼10cm 사이의 토양을 조사구 당 5점씩 총 75점 채취하여 토성(입도 분석), 산도(pH), 유기물(Organic matter), 전질소(Total nitrogen), 유효 인산(Available P2O5), CEC, 치환성 양이온(K+, Na+, Ca2+, Mg2+), EC 를 분석하였으며, 토양 수분 함량을 측정하기 위해 100cc 토양시료캔(Stainless Sampling Tube)을 이용하여 조사구당 5점씩 총 75점의 토양을 추가로 채취하였다.
식피율은 Braun-Blanguet의 피도 계급에 따라 1：5% 이하, 2：5∼25 %, 3：25∼50%, 4：50∼75%, 5：75% 이상으로 구분하여 조사구 전체 피도를 조사하였다(Wikum and Shanholtzer, 1978).
K, Na, Ca, Mg와 같은 치환성 양이온은 원자흡광 광도계(Atomic Absorption Spectrophotometry, Thermo)를 이용하여 분석하였고, 전기전도도(EC)는 교류 2전극법(CM-30R, TOA-DKK)을 통해 분석되었다. 유효 인산은 분광 광도계(UV-2501PC, Shimadzu)로 분석하였다.
식피율은 Braun-Blanguet의 피도 계급에 따라 1：5% 이하, 2：5∼25 %, 3：25∼50%, 4：50∼75%, 5：75% 이상으로 구분하여 조사구 전체 피도를 조사하였다(Wikum and Shanholtzer, 1978). 유효 토심과 낙엽층 심도는 평균이 되는 곳을 지정하여 각각 3반복과 5반복으로 측정하였다. 조사구내 소나무와 참나무류를 중심으로 교목성 수종의 수종별 개체수, 수고 및 근원경을 조사하였으며, 암석지와 능선의 수목은 수관폭의 장경과 단경을 측정하였다.
조사구내 소나무와 참나무류를 중심으로 교목성 수종의 수종별 개체수, 수고 및 근원경을 조사하였으며, 암석지와 능선의 수목은 수관폭의 장경과 단경을 측정하였다. 조사구내 소나무는 산불 발생 후 갱신되어 대체로 임령이 낮고, 생장추로 측정할 만큼 직경이 굵지 않아 줄기에서 뻗어 나온 가지의 마디 수를 세어 임령을 조사하였다.
유효 토심과 낙엽층 심도는 평균이 되는 곳을 지정하여 각각 3반복과 5반복으로 측정하였다. 조사구내 소나무와 참나무류를 중심으로 교목성 수종의 수종별 개체수, 수고 및 근원경을 조사하였으며, 암석지와 능선의 수목은 수관폭의 장경과 단경을 측정하였다. 조사구내 소나무는 산불 발생 후 갱신되어 대체로 임령이 낮고, 생장추로 측정할 만큼 직경이 굵지 않아 줄기에서 뻗어 나온 가지의 마디 수를 세어 임령을 조사하였다.
대상 데이터
Figure 1. The location of the 15 research plots in Goseong, Gangwon province, Korea. (RL: Rocky land, R: Ridge, S: Slope).
산불 후 소나무의 분포와 환경 요인을 확인하기 위하여 소나무의 대표적 입지로 알려진 암석지와 능선부에 각각 5개소의 임분 및 토양환경 조사구를 선정하였으며 사면부 5개소를 대조구로 선정하였다(Table 1, Figure 1).
조사된 입지별 토양의 물리․화학적 특성을 비교하기 위해 강원도 고성군 산불피해지 및 미피해지 토양 조사 자료(Lee et al., 1997)와 전국 22개 소나무림의 78개 조사구에서 측정된 A층 토양 화학성(Park et al., 2009) 자료를 활용하였다(Table 2).
조사지역은 1996년 고성 산불과 2000년 동해안 산불이 발생한 산림 지역 가운데 산불 이전에 소나무림 이었으며, 수관화 피해가 발생한 지역으로 조림된 이후 방치되거나 인간 간섭이 최소한으로 나타나 상당기간 자연 복원이 진행된 지역을 대상으로 선정하였다.
데이터처리
측정된 값들에 대한 통계분석은 SPSS(Ver. 9.0)를 이용하여 일원배치 분산분석(ANOVA)과 Duncan 분석, Pearson 상관분석 등을 수행하였다.
이론/모형
, Germany)를 통해 분석하였다. K, Na, Ca, Mg와 같은 치환성 양이온은 원자흡광 광도계(Atomic Absorption Spectrophotometry, Thermo)를 이용하여 분석하였고, 전기전도도(EC)는 교류 2전극법(CM-30R, TOA-DKK)을 통해 분석되었다. 유효 인산은 분광 광도계(UV-2501PC, Shimadzu)로 분석하였다.
토양 산도는 유리 전극에 의한 측정법(pH meter HM-30R, TOA-DKK)으로 분석하였으며, 유기물과 전질소함량, 그리고 OM-N 비(Organic matter/nitrogen)는 CNS(Vario Max CN, Elementar Analysensysteme GmbH., Germany)를 통해 분석하였다. K, Na, Ca, Mg와 같은 치환성 양이온은 원자흡광 광도계(Atomic Absorption Spectrophotometry, Thermo)를 이용하여 분석하였고, 전기전도도(EC)는 교류 2전극법(CM-30R, TOA-DKK)을 통해 분석되었다.
성능/효과
본 연구는 대표적 생태계 교란 요인인 산불이 소나무의 자연 분포 및 갱신에 미치는 영향과 관련하여 소나무의 주요 입지인 암석지와 능선부를 중심으로 산불 발생 13년 후의 임분 및 토양 환경을 조사 및 비교 분석함으로써 산불 후 입지별 소나무의 천이진행 상황을 분석하고 환경 요인과의 관계를 구명하고자 하였다. 결과적으로 소나무는 토양 수분 함량이 낮고 척박한 암석지에서 참나무류와의 경쟁을 피해 자연 분포하는 것으로 판단된다.
토성은 암석지에서 모래 비율이 가장 높았으며 양질사토(LS)가 주로 나타났다. 능선부는 암석지에 비해 모래 비율이 낮고 미사와 점토 비율이 높았으며 사양토(SL)과 양질사토(LS)가 주로 나타났다. 대조구인 사면부는 점토 비율이 다른 곳에 비해 높았으며 사질식양토(SCL)과 사양토(SL)가 대부분을 차지하였다(Table 3, Figure 2).
또한 암석지의 비교적 낮은 수목 개체 밀도와 생장은 소나무와 참나무류 사이에 직접적인 경쟁이 나타나기 힘든 환경을 조성하여 수목 개체의 생존 능력이 암석지 식생 발달에 중요한 요인이 된 것으로 보인다. 따라서 소나무와 함께 참나무류 가운데 척박하고 건조한 지역에서도 잘 적응하는 신갈나무가 암석지에 주로 분포하는 것으로 나타났다.
또한 소나무에 비해 수분 결핍에 대한 저항성이 떨어지는 참나무류에게는 생장과 유묘의 정착 등 다양한 측면에서 더 불리한 요건으로 작용할 것으로 보았다. 따라서 암석지의 낮은 토양 수분 함량은 참나무류 등 경쟁 수종의 정착 및 생장에 불리한 조건을 형성하여 소나무가 분포하기 유리한 환경 요인이 될 것으로 판단된다.
1% 정도까지 낮아지며 이로 인한 수분 결핍으로 어린 소나무의고사가 나타날 수 있다고 보고하였다. 또한 소나무에 비해 수분 결핍에 대한 저항성이 떨어지는 참나무류에게는 생장과 유묘의 정착 등 다양한 측면에서 더 불리한 요건으로 작용할 것으로 보았다. 따라서 암석지의 낮은 토양 수분 함량은 참나무류 등 경쟁 수종의 정착 및 생장에 불리한 조건을 형성하여 소나무가 분포하기 유리한 환경 요인이 될 것으로 판단된다.
암석지의 토양 화학성은 미피해지와 전국 78개 소나무림의 평균 값과 비교하여 볼 때 모든 항목에서 낮은 함량을 나타내었다. 반면 능선부와 사면부는 전질소, K+, Ca2+, Mg2+ 등 대부분의 토양 양분 함량이 전국 78개 소나무림의 평균 값에 비해 높게 나타났다. 따라서 능선부와 사면부의 토양 화학성은 소나무의 생장에 제한 요인이 되지 않을 것으로 판단되며 암석지의 경우에는 양분 부족으로 인해 수목 생육이 제한될 수 있을 것으로 보인다.
사면부에서 소나무의 근원경이 높게 나타난 것은 산불 직후 조림되었던 소나무 가운데 일부 개체가 아직까지 생존하고 있기 때문인 것으로 보이지만 이미 참나무류들과의 경쟁에서 도태되어 상부 고사가 진행되고 있는 점으로 볼 때 향후 피압 될 가능성이 높을 것으로 판단된다. 사면부의 소나무와 참나무류의 평균 수고는 능선부 평균에 비해 약 2배였으며, 암석지 평균에 비해서는 4배 이상 높았다. 수관폭은 암석지와 능선부 조사구 모두에서 참나무류가 소나무에 비해 2배 이상 높은 측정치를 나타냈다(Table 5).
식피율은 암석지에서는 대체로 50 % 미만으로 나타났으며, 능선부와 사면부는 75% 이상으로 비교적 높은 피도 계급을 나타냈다(Table 4). 상관분석 결과 입지별 낙엽층의 깊이는 토양 수분 함량과 정의 상관 관계에 있었다(R2=0.659).
사면부의 소나무와 참나무류의 평균 수고는 능선부 평균에 비해 약 2배였으며, 암석지 평균에 비해서는 4배 이상 높았다. 수관폭은 암석지와 능선부 조사구 모두에서 참나무류가 소나무에 비해 2배 이상 높은 측정치를 나타냈다(Table 5).
암석지의 낮은 토양 수분 및 양분 함량은 수목의 생장에 직접적으로 영향을 미쳐 제한된 수고 생장과 관목형 수형의 원인이 된 것으로 보인다. 암석지에서 조사된 소나무와 참나무류는 수고 생장을 충분히 하지 못하여 수관폭이 수고 보다 큰 수형을 나타내었다. 이러한 수목의 형태는 관목이나 고산 지역 등에서 생장이 제한된 수목에서 주로 나타나는 것으로 암석지의 건조하고 척박한 환경 요인에 기인한 것으로 판단된다(Figure 5).
암석지의 토양 화학성은 미피해지와 전국 78개 소나무림의 평균 값과 비교하여 볼 때 모든 항목에서 낮은 함량을 나타내었다. 반면 능선부와 사면부는 전질소, K+, Ca2+, Mg2+ 등 대부분의 토양 양분 함량이 전국 78개 소나무림의 평균 값에 비해 높게 나타났다.
유기물 함량은 전 조사 지역에서 산불 미피해지보다 낮은 값을 나타냈으며, 토양 1kg 내 유효 인산 함량은 능선부(18.19mg) > 사면부(16.00mg)> 암석지(10.11mg) 순으로 나타나 암석지를 제외하고는 미피해지의 측정값(16mg)이상을 상회하는 것으로 나타났다.
입지별 환경 요인과 수목 생장을 종합해 볼 때 능선부와 사면부는 참나무류의 수고와 밀도가 비교적 높아 소나무가 생존하기 어려운 환경으로 보이며, 잔존한 소나무도 시간이 경과함에 따라 피압되어 자취를 감출 것으로 판단된다. 이러한 결과는 1996년 고성 산불과 2000년 동해안 산불 후 식생 복원 과정을 분석한 연구 결과 및 예측과도 일치한다 (Joint investigation group for forest fire in the east coastal region of Korea, 2000; Ministry of environment, 2002; Cho et al.
4본으로 나타났다. 조사구내 전체 교목성 수목에서 소나무가 차지하는 비율은 암석지에서 58.4%로 우점하고 있었으며, 능선부와 사면부에서는 각각 25.2%와 11.3%로 신갈나무를 비롯한 참나무류에 비해 개체수가 적었다(Figure 4).
조사지내 우점수종은 소나무와 신갈나무(Quercus mongolica), 굴참나무(Quercus variabilis), 졸참나무(Quercus serrata) 등을 포함하는 참나무류로 나타났다. 조사구별 소나무의 개체수는 암석지에서 조사구 평균 14.6본으로 가장 많았으며, 능선부가 평균 7.8본, 사면부가 평균 3.4본으로 나타났다. 조사구내 전체 교목성 수목에서 소나무가 차지하는 비율은 암석지에서 58.
조사지내 우점수종은 소나무와 신갈나무(Quercus mongolica), 굴참나무(Quercus variabilis), 졸참나무(Quercus serrata) 등을 포함하는 참나무류로 나타났다. 조사구별 소나무의 개체수는 암석지에서 조사구 평균 14.
토양 분석 결과를 종합해 볼 때 소나무 임분은 주로 건조한 지역에 분포하고 배수가 양호한 토양에서 생장이 좋은 것으로 나타나므로 능선부와 사면부에 비하여 건조하고 배수가 양호한 암석지가 소나무 분포 및 갱신에 유리한 토양 환경 조건을 가진 것으로 판단된다(Korea forest research institute, 2012).
토양 산도는 사면부(5.41)와 암석지(5.46), 능선부(5.50) 모두 산불 직후 고성군 산불피해지 표토층(1-5cm)의 평균값인 5.8에 비해서는 낮았으나 미피해지의 토양 산도 평균값인 5.2에 비해서는 높았다. 또한 입지별로 유의한 차이를 나타내지 않은 가운데 전국 78개 소나무림의 평균 토양 산도 값(5.
토양 양분 함량은 Na+를 제외한 치환성 양이온(K+, Ca2+, Mg2+)과 유기물, 전질소 등이 사면부> 능선부 > 암석지 순으로 높게 나타나 유사한 경향을 보였으며 입지별로 유의한 차이를 나타냈다.
평균 근원경도 수고와 같은 경향을 나타냈다. 평균 수고는 모든 입지에서 참나무류가 소나무보다 높게 나타났으나, 근원경은 암석지와 능선부에서는 참나무류가 높았고 사면부에서는 소나무가 높았다. 사면부에서 소나무의 근원경이 높게 나타난 것은 산불 직후 조림되었던 소나무 가운데 일부 개체가 아직까지 생존하고 있기 때문인 것으로 보이지만 이미 참나무류들과의 경쟁에서 도태되어 상부 고사가 진행되고 있는 점으로 볼 때 향후 피압 될 가능성이 높을 것으로 판단된다.
평균 토양 수분 함량은 암석지에서 5.77 %로 나타나 능선부(15.27 %)와 사면부(15.78 %)에 비해 현저히 낮았다. 평균 유효 토심은 암석지와 능선부가 각각 21.
후속연구
향후 연구를 통해 산불 후 소나무와 참나무류의 입지별 생장 및 경쟁 과정을 장기적으로 조사하여 단기적인 연구로 추정하기 어려운 소나무의 자연 분포 및 천이 과정을 확인할 필요가 있으며 이를 통해 홀로세 이후 참나무류와 더불어 한반도의 대표 우점 수종으로 꾸준히 자리잡아온 소나무의 생태적 지위에 대한 보다 명확한 이해가 요구된다.
질의응답
핵심어
질문
논문에서 추출한 답변
우리나라 산림에서 산불이 대형화 될 가능성이 높아지는 이유는?
우리나라 산림은 1973년 이래 성공적으로 진행된 치산 녹화 사업으로 가연 물질의 양이 많아져 산불이 대형화 될 가능성이 높아지고 있으며, 주로 산불에 취약한 소나무림이 큰 피해를 입을 것으로 보인다(Forest service, 2006). 산불과 소나무에 대한 개별적인 연구들이 다수 진행된 것에 비해 산불이 소나무의 갱신과 분포에 미치는 영향 및 환경 요인과의 관계에 대한 종합적인 연구는 부족하다.
강원도 고성군 산불 피해 지역의 암석지에 소나무가 다수 분포한 이유는?
산불 발생 13년이 지난 시점에서 강원도 고성군 산불 피해 지역의 암석지에는 능선부 및 사면부와 다르게 소나무가 다수 분포하였다. 이러한 분포 특징은 암석지의 입지 특성 상 토양이 건조하고 배수가 좋으며 얕은 토심과 낮은 토양양분 함량으로 인해 식물 생육이 불리하기 때문에 소나무의 주요 경쟁 수종인 참나무류의 분포가 제한된 점이 원인인 것으로 판단된다. 또한 암석지의 비교적 낮은 수목 개체 밀도와 생장은 소나무와 참나무류 사이에 직접적인 경쟁이 나타나기 힘든 환경을 조성하여 수목 개체의 생존 능력이 암석지 식생 발달에 중요한 요인이 된 것으로 보인다.
소나무가 속한 소나무속은 언제부터 우리나라에 분포하였는가?
)는 백두산에서 제주도에 이르기까지 한반도 전역에 분포하는 우리나라의 대표적 침엽수로 주로 난대 및 온대 지역에 분포하고 있어 난대․온대성 수종으로 분류된다(Korea forest research institute, 1999; 2012). 소나무가 속한 소나무속(Pinus)은 현재 우리나라에 자생하는 송백류(松栢類, pines) 가운데 가장 먼저 한반도에 정착하였으며 중생대 백악기(약 1억 4천 5백만∼6천 5백만 년 전)에 황해도와 전북 등지에 걸쳐 분포하였다(Kong, 2004). 소나무는 주로 산불이나 산사태, 홍수, 인간간섭 등과 같은 교란 활동으로 인해 퇴행 천이가 나타나는 곳에서 선구 식물(Pioneer plant)으로 나타나며, 암석지나 일부 능선부의 척박한 지역도 대표적 입지로 알려져 있다(Kim, 2005).
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