울산광역시 산불피해지의 조림지와 미피해지의 토양 이화학적 특성 Soil Physicochemical Properties of Tree Plantations in a Fire-disturbed Forest and an Undisturbed Stand in Ulsan Metropolitan City원문보기
본 연구는 울산광역시에 위치한 봉대산을 대상으로 산불피해 4년 후 인공조림 활엽수임분(튤립나무, 왕벚나무, 상수리나무조림지), 미복구지, 인접 미피해 소나무임분의 유기물층 및 토양층의 이화학적 특성과 조림목의 잎 내 양분함량을 조사하였다. 유기물층의 탄소 축적량은 미피해 소나무임분이 $9388kg{\cdot}C{\cdot}ha^{-1}$로, 활엽수임분 $2394{\sim}3551kg{\cdot}C{\cdot}ha^{-1}$ 나, 미복구지 $3689kg{\cdot}C{\cdot}ha^{-1}$ 에 비해 유의적으로(P < 0.05) 높았다. 그러나 인, 칼슘, 마그네슘 축적량은 활엽수임분과 미피해 소나무임분 사이에 유의적인 차가 없었다(P > 0.05). 토양 이화학적 특성 중 왕벚나무조림지의 액상과 토양 pH는 18.4%와 pH 4.80로, 미피해 소나무임분 7.0%와 토양 pH 4.10에 비해 유의적으로 높았다. 토양 유기탄소함량은 인공조림 활엽수임분이 1.89~3.60%로 미복구지 1.41%에 비해 증가하는 경향을 보이나 유의적인 차는 없었다. 토양 칼슘과 마그네슘 축적량의 경우 튤립나무와 왕벚나무조림지가 미피해 소나무임분과 미복구지에 비해 유의적으로 높은 값을 보였다. 잎 내 양분함량 중 칼슘이나 마그네슘함량은 튤립나무(칼슘: 1.10%; 마그네슘: 0.37%)가 상수리나무(칼슘: 0.50%; 마그네슘: 0.14%)나 인접 미피해 소나무 잎(칼슘: 0.33%; 마그네슘: 0.10%)에 비해 유의적으로 높게 나타났다. 본 연구결과에 따르면 산불발생 4년 이내 초기단계 결과이지만, 유기물층의 인, 칼슘, 마그네슘축적량은 미피해 산림지역과 유의적인 차이는 없었으나, 토양층의 칼슘과 마그네슘 축적량은 식재수종의 영향이 큰 것으로 나타났다.
본 연구는 울산광역시에 위치한 봉대산을 대상으로 산불피해 4년 후 인공조림 활엽수임분(튤립나무, 왕벚나무, 상수리나무조림지), 미복구지, 인접 미피해 소나무임분의 유기물층 및 토양층의 이화학적 특성과 조림목의 잎 내 양분함량을 조사하였다. 유기물층의 탄소 축적량은 미피해 소나무임분이 $9388kg{\cdot}C{\cdot}ha^{-1}$로, 활엽수임분 $2394{\sim}3551kg{\cdot}C{\cdot}ha^{-1}$ 나, 미복구지 $3689kg{\cdot}C{\cdot}ha^{-1}$ 에 비해 유의적으로(P < 0.05) 높았다. 그러나 인, 칼슘, 마그네슘 축적량은 활엽수임분과 미피해 소나무임분 사이에 유의적인 차가 없었다(P > 0.05). 토양 이화학적 특성 중 왕벚나무조림지의 액상과 토양 pH는 18.4%와 pH 4.80로, 미피해 소나무임분 7.0%와 토양 pH 4.10에 비해 유의적으로 높았다. 토양 유기탄소함량은 인공조림 활엽수임분이 1.89~3.60%로 미복구지 1.41%에 비해 증가하는 경향을 보이나 유의적인 차는 없었다. 토양 칼슘과 마그네슘 축적량의 경우 튤립나무와 왕벚나무조림지가 미피해 소나무임분과 미복구지에 비해 유의적으로 높은 값을 보였다. 잎 내 양분함량 중 칼슘이나 마그네슘함량은 튤립나무(칼슘: 1.10%; 마그네슘: 0.37%)가 상수리나무(칼슘: 0.50%; 마그네슘: 0.14%)나 인접 미피해 소나무 잎(칼슘: 0.33%; 마그네슘: 0.10%)에 비해 유의적으로 높게 나타났다. 본 연구결과에 따르면 산불발생 4년 이내 초기단계 결과이지만, 유기물층의 인, 칼슘, 마그네슘축적량은 미피해 산림지역과 유의적인 차이는 없었으나, 토양층의 칼슘과 마그네슘 축적량은 식재수종의 영향이 큰 것으로 나타났다.
This study was carried out to compare soil physicochemical properties and nutrient concentrations of tree leaf between planted forests following forest fire and an undisturbed forest in the Bongdaesan mountain, where is located in the Ulsan metropolitan city. We established three deciduous tree plan...
This study was carried out to compare soil physicochemical properties and nutrient concentrations of tree leaf between planted forests following forest fire and an undisturbed forest in the Bongdaesan mountain, where is located in the Ulsan metropolitan city. We established three deciduous tree planting (Liriodendron tulipifera L., Prunus yedoensis Matsum and Quercus acutissima Carruth.) plots, one unplanted plot following four-year forest fire and one undisturbed plot (Pinus densiflora S et. Z). Carbon (C) stocks in the organic horizon were significantly lower in the tree planted plots ($2394-3551kg{\cdot}C{\cdot}ha^{-1}$) or the unplanted plots ($3689kg{\cdot}C{\cdot}ha^{-1}$) than in the undisturbed plot ($9388kg{\cdot}C{\cdot}ha^{-1}$). However, phosphorus (P), potassium (K) and magnesium (Mg) stocks in the organic horizon were not significantly different among the treatments. Soil water phase and soil pH were significantly higher in the P. yedoensis plot (water phase: 13.7-18.4%; soil pH: 4.62- 4.80) than in the undisturbed plots (water phase: 7.0%; soil pH: 4.10). Soil organic C concentration was slightly higher in the tree planted plots (1.89-3.60%) than in the unplanted (1.41%) plots. Soil Ca and Mg stocks at 10 cm of soil depth were significantly higher in the P. yedoensis and L. tulipifera plots than in the unplanted or undisturbed plots. Nutrient concentrations (Ca and Mg) of leaf were significantly higher in the L. tulipifera than in the Q. acutissima and the undisturbed pine plots. The results indicate that P, Ca, and Mg stocks in the organic horizon was not affected by tree planting, but Ca and Mg stocks at 10 cm of the soil depth were enhanced by the tree species established following four-year forest fire.
This study was carried out to compare soil physicochemical properties and nutrient concentrations of tree leaf between planted forests following forest fire and an undisturbed forest in the Bongdaesan mountain, where is located in the Ulsan metropolitan city. We established three deciduous tree planting (Liriodendron tulipifera L., Prunus yedoensis Matsum and Quercus acutissima Carruth.) plots, one unplanted plot following four-year forest fire and one undisturbed plot (Pinus densiflora S et. Z). Carbon (C) stocks in the organic horizon were significantly lower in the tree planted plots ($2394-3551kg{\cdot}C{\cdot}ha^{-1}$) or the unplanted plots ($3689kg{\cdot}C{\cdot}ha^{-1}$) than in the undisturbed plot ($9388kg{\cdot}C{\cdot}ha^{-1}$). However, phosphorus (P), potassium (K) and magnesium (Mg) stocks in the organic horizon were not significantly different among the treatments. Soil water phase and soil pH were significantly higher in the P. yedoensis plot (water phase: 13.7-18.4%; soil pH: 4.62- 4.80) than in the undisturbed plots (water phase: 7.0%; soil pH: 4.10). Soil organic C concentration was slightly higher in the tree planted plots (1.89-3.60%) than in the unplanted (1.41%) plots. Soil Ca and Mg stocks at 10 cm of soil depth were significantly higher in the P. yedoensis and L. tulipifera plots than in the unplanted or undisturbed plots. Nutrient concentrations (Ca and Mg) of leaf were significantly higher in the L. tulipifera than in the Q. acutissima and the undisturbed pine plots. The results indicate that P, Ca, and Mg stocks in the organic horizon was not affected by tree planting, but Ca and Mg stocks at 10 cm of the soil depth were enhanced by the tree species established following four-year forest fire.
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문제 정의
본 연구는 울산광역시 봉대산 산불피해지를 대상으로 인공복구가 실시된 낙엽활엽수임분과 미복구지, 인접 미 피해 산림지역의 유기물층 및 토양층의 이화학적 특성을 비교하고, 조림목의 잎 내 양분함량이 수종 간 차이가 있는지를 분석하기 위하여 수행하였다.
제안 방법
산불피해지중 튤립나무조림지, 왕벚나무조림지, 상수리나무조림지 각 3개소와 자연 상태로 복구되는 미복구지 3개소, 인접한 미피해 소나무임분 3개소 등 총 15개소를 대상으로 하였다(Figure 1). 각 처리구는 정상적으로 임목이 생육하는 지역을 대상으로 10×10 m조사구를 선정하고 입지환경 요인 및 매목조사를 실시하였다. 조사구 중 왕벚나무와 상수리나무는 서향이나 남동향 10° 미만의 완경사지역에 식재되었으며, 튤립나무는 북향의 경사 15~20° 정도였다.
토양의 물리적 특성 중 토양 입경 분포는 비중계법과 토양 pH는 이온전극(istec 735-p, Korea)으로 측정하였다. 토양 유기탄소 및 전질소함량은 원소분석기(Thermo Scientific Flash 2000 Series, USA)를 이용하였고, 토양 내 인, 칼륨, 칼슘, 마그네슘 같은 원소함량은 ICP(Perkin Elmer Optima 5300, USA)로 분석하였다. 토양층 내 저장된 양분 축적량은 원소함량에 토양 용적밀도와 석력함량 및 시료 채취 깊이를 이용하여 계산하였다.
건조된 토양 시료는 2 mm 체를 이용하여 토양의 이화학적 특성 분석용 시료를 조제하였다. 토양의 물리적 특성 중 토양 입경 분포는 비중계법과 토양 pH는 이온전극(istec 735-p, Korea)으로 측정하였다. 토양 유기탄소 및 전질소함량은 원소분석기(Thermo Scientific Flash 2000 Series, USA)를 이용하였고, 토양 내 인, 칼륨, 칼슘, 마그네슘 같은 원소함량은 ICP(Perkin Elmer Optima 5300, USA)로 분석하였다.
대상 데이터
본 연구는 울산광역시 동구에 위치한 봉대산을 대상으로 하였으며, 이 지역은 2003년부터 2011년 사이 주로 방화에 의한 산불이 약 37회 발생한 산불 다발 지역이다. 조사지의 기상요인으로 울산의 연평균 강수량은 1,277 mm yr−1 이고 연평균 온도는 14.
산림토양은 화강암을 모재로 생성된 갈색건조산림토양형(B1)과 갈색약건산림토양형(B2)이 분포하나 토양단면의 층위 발달이 빈약하고 전 토심은 20~30 cm 범위에 분포하였다. 본 연구를 위한 조사지는 2008년 봄 산불이 발생하였으며 2009년 4월초 산불피해지를 대상으로 1-1년생의 튤립나무, 왕벚나무, 상수리나무가 도시 생활권 주변의 경관유지와 다양한 휴양기능이 유지될 수 있도록 인공복구를 위해 식재되었다.
현지조사는 산불 발생 4년 후인 2012년 10월 11일 실시하였다. 산불피해지중 튤립나무조림지, 왕벚나무조림지, 상수리나무조림지 각 3개소와 자연 상태로 복구되는 미복구지 3개소, 인접한 미피해 소나무임분 3개소 등 총 15개소를 대상으로 하였다(Figure 1). 각 처리구는 정상적으로 임목이 생육하는 지역을 대상으로 10×10 m조사구를 선정하고 입지환경 요인 및 매목조사를 실시하였다.
인공 복구된 조림지의 잎 내 양분함량 분석은 토양시료 채취 지점에 인접한 조림목 3~5본의 수관 상부로부터 잎 시료를 채취하였다. 채취된 신선한 잎 시료는 지퍼백에 밀봉하고 실험실로 운반하여 65°C 건조기에서 항량에 도달할 때까지 건조 후 분쇄하고 40-mesh 체를 이용하여 선별하였으며 잎 시료의 양분분석은 유기물층 시료분석과 동일한 방법을 이용하였다.
유기물층의 탄소 및 양분 함량 분석을 위한 시료는 수집면적 200 cm2 크기의 스틸 원형샘플러를 이용하여 조사구 내 임의의 3지점을 선정한 후 광물질 토층 상단부까지 채취하여 지퍼백에 밀봉한 후 실험실로 운반하였다. 토양층의 경우 산불 발생지 토양의 이화학적 특성 변화가 상부 토심에 제한되기 때문에(Kim et al., 1999) 토심 10 cm 부위를 대상으로 시료를 채취하였다. 토양 용적밀도 및 삼상은 100 cm3 원통 캔으로 토심 10 cm 이내에서 채취하였고, 테이프로 밀봉한 후, 실험실로 운반하고 105°C 건조기에서 항량에 도달한 측정치로부터 계산하였다.
데이터처리
채취된 신선한 잎 시료는 지퍼백에 밀봉하고 실험실로 운반하여 65°C 건조기에서 항량에 도달할 때까지 건조 후 분쇄하고 40-mesh 체를 이용하여 선별하였으며 잎 시료의 양분분석은 유기물층 시료분석과 동일한 방법을 이용하였다. 수집된 자료는 SAS GLM Procedure에 의해 P < 0.05 수준에서 유의성을 검정하였으며, 유의적인 차이가 있는 경우 처리 평균간 비교는 Tukey 방법을 이용하였다(SAS Institute, 2003).
성능/효과
토양 이화학적 특성 중 토양 용적밀도는 인공 조림 활엽수임분과 미피해 소나무임분 사이에 유의적인 차는 없었으나 활엽수임분의 토양 pH, 칼슘, 마그네슘함량 및 축적량은 미복구지나 인접 미피해 소나무임분에 비해 증가하는 경향을 보였다. 또한 산불피해지에 식재된 조림목의 잎 내 양분함량도 수종 간 유의적인 차이가 있었다. 본 연구는 산불발생 4년 및 조림 3년 후의 임분 발달 초기단계 결과이지만 유기물층 및 토양층의 양분 특성, 조림목의 잎 내 양분함량 등이 인공조림지, 미복구지, 미피해 산림지 간 차이가 있는 것으로 나타나 이러한 경향이 장기적으로 지속되는지에 대한 연구도 필요할 것으로 사료된다.
이들 양분과는 대조적으로 질소 축적량의 경우 미피해 소나무임분에 유기물층의 낮은 질소함량에도 불구하고 처리구 중 가장 높은 축적량을 보이고 있으며(Figure 3), 유기물층의 탄소축적량과 밀접한 관계를 보이고 있다. 본 연구 결과에 따르면 산불발생지의 유기물층 내 양분 축적량이 산불발생 이전으로 회복은 양분 종류 및 조림 수종 별로 다르게 나타날 가능성이 있으며, 인접 산림지 수준으로 회복되기 까지는 상당한 기간이 필요함을 시사한다.
산불피해지 활엽수 조림목의 잎 내 탄소함량은 47.2%~48.6%로 인접 미피해 소나무 잎 49.7%에 비해 유의적으로 낮았다. 이는 산불의 영향보다는 수종 간의 잎 내 구성 성분의 차가 원인으로 조림지의 낙엽활엽수의 경우 잎 내 질소나 타 양분함량이 높아(Figure 7), 잎 내 탄소함량이 상대적으로 낮게 나타난 것으로 사료된다.
산불피해지에 식재된 조림목의 임분밀도는 튤립나무 1733 본/ha, 상수리나무와 왕벚나무 2000 본/ha으로 인접한 미피해 소나무임분 2333 본/ha에 비해 낮았다. 조림목의 평균 흉고직경은 왕벚나무 5.
산불피해지의 조림지와 미복구지의 경우 유령림 단계로 상층임목으로부터 낙엽낙지 유입이 빈약하여 Oi층이 주로 분포하고 광물질 토층이 노출되었으며, 낙엽낙지의 공간적 변이가 크게 나타났다. 유기물층의 탄소 및 양분 함량 분석을 위한 시료는 수집면적 200 cm2 크기의 스틸 원형샘플러를 이용하여 조사구 내 임의의 3지점을 선정한 후 광물질 토층 상단부까지 채취하여 지퍼백에 밀봉한 후 실험실로 운반하였다.
울산광역시 봉대산 산불피해지 중 인공 조림 활엽수임분, 미복구지, 인접 미피해 소나무임분을 대상으로 유기물 층 및 토양층의 이화학적 특성과 조림목의 잎 내 양분함량을 조사한 결과 유기물층의 탄소 축적량은 인종 조림활엽수임분이 미피해 소나무임분에 비해 유의적으로 낮았으나, 인, 칼슘, 마그네슘 축적량은 유의적인 차가 없었다. 토양 이화학적 특성 중 토양 용적밀도는 인공 조림 활엽수임분과 미피해 소나무임분 사이에 유의적인 차는 없었으나 활엽수임분의 토양 pH, 칼슘, 마그네슘함량 및 축적량은 미복구지나 인접 미피해 소나무임분에 비해 증가하는 경향을 보였다.
산불피해지에 식재된 조림목의 임분밀도는 튤립나무 1733 본/ha, 상수리나무와 왕벚나무 2000 본/ha으로 인접한 미피해 소나무임분 2333 본/ha에 비해 낮았다. 조림목의 평균 흉고직경은 왕벚나무 5.43 cm, 튤립나무 4.30 cm, 상수리나무 4.10 cm 순 이었으며, 평균 수고의 경우 왕벚나무가 3.33 m로 튤립나무 2.37 m나 상수리나무 1.96 m 에 비해 양호한 생장을 보였다(Table 1). 그러나 미복구지는 사초류 같은 초본식물, 싸리류, 아까시나무나 곰솔 치수가 분포하나 대부분 나지로 존재하였다(Figure 1).
울산광역시 봉대산 산불피해지 중 인공 조림 활엽수임분, 미복구지, 인접 미피해 소나무임분을 대상으로 유기물 층 및 토양층의 이화학적 특성과 조림목의 잎 내 양분함량을 조사한 결과 유기물층의 탄소 축적량은 인종 조림활엽수임분이 미피해 소나무임분에 비해 유의적으로 낮았으나, 인, 칼슘, 마그네슘 축적량은 유의적인 차가 없었다. 토양 이화학적 특성 중 토양 용적밀도는 인공 조림 활엽수임분과 미피해 소나무임분 사이에 유의적인 차는 없었으나 활엽수임분의 토양 pH, 칼슘, 마그네슘함량 및 축적량은 미복구지나 인접 미피해 소나무임분에 비해 증가하는 경향을 보였다. 또한 산불피해지에 식재된 조림목의 잎 내 양분함량도 수종 간 유의적인 차이가 있었다.
후속연구
또한 산불피해지에 식재된 조림목의 잎 내 양분함량도 수종 간 유의적인 차이가 있었다. 본 연구는 산불발생 4년 및 조림 3년 후의 임분 발달 초기단계 결과이지만 유기물층 및 토양층의 양분 특성, 조림목의 잎 내 양분함량 등이 인공조림지, 미복구지, 미피해 산림지 간 차이가 있는 것으로 나타나 이러한 경향이 장기적으로 지속되는지에 대한 연구도 필요할 것으로 사료된다.
질의응답
핵심어
질문
논문에서 추출한 답변
산불이란?
산불은 산림생태계의 생물적 요인(biotic factors)과 비생물적 요인(abiotic factors) 등 생태계의 구성요소 전반에 걸쳐 영향을 미치는 가장 중요한 산림 교란(forest disturbance)으로 알려져 있다(Thom and Seidl, 2015). 특히 산불피해지 산림 생태계의 입지환경 및 토양특성은 생태적 복원력과 밀접한 관련이 있기 때문에 비교적 다양하고 많은 연구가 수행되었다(Kim et al.
도시지역에 위치한 산림의 한계는?
, 2014). 그러나 대부분 도시림은 빈번한 산림 교란에 의해 정상적인 산림 생태계의 양분 순환이 이루어 지지 않아 토양 특성이 열악하고, 수목의 생육환경이 열악하며, 산불 같은 산림 재해 발생에 매우 취약한 것으로 알려져 있다(McPhearson et al., 2010).
산불피해지 산림 생태계의 입지환경 및 토양특성이 많은 연구가 시행되는 이유는?
산불은 산림생태계의 생물적 요인(biotic factors)과 비생물적 요인(abiotic factors) 등 생태계의 구성요소 전반에 걸쳐 영향을 미치는 가장 중요한 산림 교란(forest disturbance)으로 알려져 있다(Thom and Seidl, 2015). 특히 산불피해지 산림 생태계의 입지환경 및 토양특성은 생태적 복원력과 밀접한 관련이 있기 때문에 비교적 다양하고 많은 연구가 수행되었다(Kim et al., 1999; Certini, 2005; Neary et al.
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