[논문]산불 훼손 복원지 내 토양개량제 처리가 Wood stakes의 탄소 및 질소 동태에 미치는 영향

박성완; 백경원; 변희섭; 김용석; 김춘식

doi:10.5532/kjafm.2018.20.4.357

산불 훼손 복원지 내 토양개량제 처리가 Wood stakes의 탄소 및 질소 동태에 미치는 영향
Carbon and Nitrogen Dynamics of Wood Stakes as Affected by Soil Amendment Treatments in a Post-Fire Restoration Area 원문보기

한국농림기상학회지 = Korean Journal of Agricultural and Forest Meteorology, v.20 no.4, 2018년, pp.357 - 365

박성완 (경남과학기술대학교 산림자원학과) , 백경원 (경남과학기술대학교 산림자원학과) , 변희섭 (경상대학교 농업생명과학연구원 환경재료과학과) , 김용석 (국립산림과학원 산림보전복원연구과) , 김춘식 (경남과학기술대학교 산림자원학과)

초록
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본 연구는 울산광역시 봉대산 산불 훼손 복원지를 대상으로 토양개량제 처리가 토양층에 매설된 wood stakes의 분해율과 유기 탄소 및 질소 동태에 미치는 영향을 조사하기 위하여 실시하였다. 산불 훼손 복원지에 식재된 튤립나무, 상수리나무, 왕벚나무, 곰솔 조림지와 미복원지를 대상으로 2015년 3월 토양 0~15cm 깊이에 wood stakes를 매설한 후, 2년 동안 각 1회씩 토양개량제(CLB: 복합비료 + 석회 + 목탄 처리구; LB: 석회 + 목탄 처리구)를 처리하고, 2015년 10월, 2016년 3월, 2016년 10월 채취하여 분해율과 유기탄소 및 질소 농도를 조사하였다. Wood stakes 분해율의 경우 토양개량제 처리구와 대조구 사이에 유의적인 차이는 없었으나, 유기 탄소 잔존율의 경우 대조구(43.7%), CLB처리구(71.3%), LB처리구(71.6%) 순으로 토양개량제 처리구의 탄소 무기화가 대조구에 비해 낮게 나타났다. Wood stakes 내 질소 잔존율의 경우도 대조구가 29.7%로 LB처리구 52.6%에 비해 낮아 탄소 무기화율과 유사한 경향을 보였다. 본 연구결과에 따르면 산불 훼손 복원지에 토양개량제 처리는 wood stakes의 탄소 및 질소 무기화를 지연하는 것으로 나타났다.

Abstract ▼ AI-Helper

This study was carried out to evaluate the weight loss rates, carbon and nitrogen dynamics of wood stakes following soil amendment treatments (CLB: compound fertilizer + lime + biochar; LB: lime + biochar) in a post-fire restoration area, Ulsan Metropolitan city, southern Korea. Soil amendments in the fire-disturbed area were applied to two-times (Mar. and Jun. 2015, 2016) during the study period. Wood stakes on Mar. 2015 were buried at a top 15cm of mineral soil in two soil amendment and control treatments of Liriodendron tulipifera, Prunus yedoensis, Quercus acutissima, Pinus thunbergii plantations and an unplanted area in the post-fire restoration area. Wood stakes were collected at Oct. 2015, Mar. 2016 and Oct. 2016 to measure weight loss rates, organic carbon and nitrogen concentrations. Weight loss rates of wood stakes were not significantly affected by soil amendment treatments. However, remaining carbon of wood stakes were lowest in the control treatment (43.7%), followed by the CLB (71.3%) and the LB (71.6%) treatments. Remaining nitrogen of wood stakes was less in the control treatment (29.7%) compared with the LB treatment (52.6%). The results indicate that carbon and nitrogen mineralization of wood stakes in post-fire restoration area were delayed by soil amendment treatments.

주제어

표/그림 (5)

그림 Fig. 1. Location of the study site in a post-fire restoration area of Mt. Bongdaesan (a: Unplanted area; b: Prunus yedoensis plantation; c: Quercus acutissima plantation; d: Pinus thunbergii plantation; e: Liriodendron tulipifera plantation; f: wood stakes after seven month’s incubation at top 15cm soil).
표 Table 1. Stand characteristics in soil amendment treatment plots of a post-fire restoration area
그림 Fig. 2. Soil property changes (a: soil water content; b: soil temperature; c: soil pH; d: soil EC; e: organic carbon; f: total nitrogen; g: available phosphorus; h: soil CO₂ efflux rates) following soil amendment treatments (C: Control, CLB: Compound fertilizers + Lime + Biochar, LB: Lime + Biochar) in a post-fire restoration area. Vertical bars represent one standard error. The same letters among treatments in each sampling time indicate no significant difference at P < 0.05.
표 Table 2. P-value of soil property changes following soil amendment treatments in a post-fire restoration area
그림 Fig. 3. Remaining weight (a), carbon (b) and nitrogen (c) concentration, C/N ratio (d), remaining carbon (e) and nitrogen (f) of wood stakes following soil amendment treatments (C: Control, CLB: Compound fertilizers + Lime + Biochar, LB: Lime + Biochar) in a post-fire restoration area. Vertical bars represent one standard error.

AI 본문요약
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문제 정의

그러나 토양개량제가 산불 훼손지의 토양층 내 유기물 분해 및 양분 동태에 미치는 영향에 대해서는 잘 알려져 있지 않다. 본 연구는 산불 훼손지 내 식생복원지를 대상으로, 토양개량제가 토양층에 매설된 wood stakes의 분해율과 분해과정 동안 탄소 및 질소 동태에 미치는 효과를 알아보기 위하여 실시하였다.
본 연구는 울산광역시 봉대산 산불 훼손 복원지를 대상으로 토양개량제 처리가 토양층에 매설된 wood stakes의 분해율과 유기 탄소 및 질소 동태에 미치는 영향을 조사하기 위하여 실시하였다. 산불 훼손 복원지에 식재된 튤립나무, 상수리나무, 왕벚나무, 곰솔 조림지와 미복원지를 대상으로 2015년 3월 토양 0∼15cm 깊이에 wood stakes를 매설한 후, 2년 동안 각 1회씩 토양개량제(CLB: 복합비료 + 석회 + 목탄 처리구; LB: 석회 + 목탄 처리구)를 처리하고, 2015년 10월, 2016년 3월, 2016년 10월 채취하여 분해율과 유기 탄소 및 질소 농도를 조사하였다.

제안 방법

각 처리구에 매설될 wood stakes는 소나무 변재부를 이용하여 제작하였다[2cm(R) × 2cm(T) × 15cm(L)]. Wood stakes는 토양층에 매설 전 65^oC 건조기에서 일주일 동안 건조 후 무게를 측정하였다. 건조한 wood stakes는 분해과정 동안 시료 손실을 최소화하기 위하여 1mm × 1mm 크기의 나이론 소재 그물망에 포장한 후 2015년 3월 27일 토양층 0∼15cm 부위에 수직으로 매설하였다.
Wood stakes의 분해에 영향을 미치는 토양환경요인이 경우 토양 탄소와 질소 농도, 토양 호흡량, 토양온도, 토양 pH, 토양 EC, 토양 수분 함량을 2015년 10월, 2016년 3월과 10월 등 총 3회에 걸쳐 조사하였다. 토양 분석용 시료는 토심 10cm 부위를 대상으로 토양채취기(Oakfield soil core sampler)로 채취하였으며, 채취된 토양은 지퍼 백에 밀봉하여 실험실로 운반하고 음건하였다.
각 조사구부터 수거한 wood stakes는 지퍼 백에 밀봉하고 실험실로 운반하였으며, 65^oC 건조기에서 48시간 이상 항량에 도달할 때까지 건조하였다. Wood stakes의 분해율은 초기 매설 당시 건중량과 65^oC 건조 후 건중량을 이용하여 계산하였다. 건중량 측정 후 wood stakes 시료는 분쇄기로 파쇄하고 40-mesh 체를 이용하여 분석용 시료를 조제하였으며, 탄소 및 질소 농도는 원소분석기(Thermo Scientific, Flash 2000, Italy)로 측정하였다.
토양 분석용 시료는 토심 10cm 부위를 대상으로 토양채취기(Oakfield soil core sampler)로 채취하였으며, 채취된 토양은 지퍼 백에 밀봉하여 실험실로 운반하고 음건하였다. 건조된 토양은 2mm 체로 분석용 시료를 조제하고, 유기탄소와 전질소는 대용량 원소분석기(Vario Macro cube, Germany)로 측정하였다. 토양 pH는 토양 시료와 증류수를 1:5의 비율로 혼합하여 30분간 진탕 후 이온전극(Istec 735-p, Korea), EC의 경우 EC 메타(Orion 3 Star conductivity, Singapore), 토양 호흡량은 EGM-4(PP systems, UK)로 측정하였다.
건조한 wood stakes는 분해과정 동안 시료 손실을 최소화하기 위하여 1mm × 1mm 크기의 나이론 소재 그물망에 포장한 후 2015년 3월 27일 토양층 0∼15cm 부위에 수직으로 매설하였다.
Wood stakes의 분해율은 초기 매설 당시 건중량과 65^oC 건조 후 건중량을 이용하여 계산하였다. 건중량 측정 후 wood stakes 시료는 분쇄기로 파쇄하고 40-mesh 체를 이용하여 분석용 시료를 조제하였으며, 탄소 및 질소 농도는 원소분석기(Thermo Scientific, Flash 2000, Italy)로 측정하였다.
임목 식재지 및 미복원지를 대상으로 토양개량제 2처리(CLB: 복합비료 + 석회 + biochar; LB: 석회 + biochar)와 대조구(C: control)를 위한 5m × 5m 크기의 조사구를 1m 폭의 완충지대와 함께 2반복으로 설계하였다. 본 연구에서 토양개량제 처리는 총 2회 실시하였으며, 석회(4kg) 처리는 2015년 3월 27일과 2016년 3월 25일, 복합비료(요소 0.6kg + 용과린 2kg + 염화가리 0.3kg)는 2015년 6월 17일과 2016년 6월 15일 각 조사구 내 골고루 살포되도록 표면 시비하였다. 복합비료 및 석회 시비량은 우리나라 소나무 산불 발생지의 복합비료 시비량(Kim et al.
산불 훼손 복원지에 식재된 튤립나무, 상수리나무, 왕벚나무, 곰솔 조림지와 미복원지를 대상으로 2015년 3월 토양 0∼15cm 깊이에 wood stakes를 매설한 후, 2년 동안 각 1회씩 토양개량제(CLB: 복합비료 + 석회 + 목탄 처리구; LB: 석회 + 목탄 처리구)를 처리하고, 2015년 10월, 2016년 3월, 2016년 10월 채취하여 분해율과 유기 탄소 및 질소 농도를 조사하였다.
수집된 자료 중 토양특성 변화의 경우 SAS의 혼합 모형(Proc mixed)으로 조사 시기별 토양개량제 처리 간 차이를 검정하였으며, 분석 시 토양개량제 처리는 고정요인 효과(fixed effect), 식재수종과 미복원지는 임의요인 효과(random effect)로 고려하였다. Wood
임목 식재지 및 미복원지를 대상으로 토양개량제 2처리(CLB: 복합비료 + 석회 + biochar; LB: 석회 + biochar)와 대조구(C: control)를 위한 5m × 5m 크기의 조사구를 1m 폭의 완충지대와 함께 2반복으로 설계하였다.
건조된 토양은 2mm 체로 분석용 시료를 조제하고, 유기탄소와 전질소는 대용량 원소분석기(Vario Macro cube, Germany)로 측정하였다. 토양 pH는 토양 시료와 증류수를 1:5의 비율로 혼합하여 30분간 진탕 후 이온전극(Istec 735-p, Korea), EC의 경우 EC 메타(Orion 3 Star conductivity, Singapore), 토양 호흡량은 EGM-4(PP systems, UK)로 측정하였다.

대상 데이터

Location of the study site in a post-fire restoration area of Mt. Bongdaesan (a: Unplanted area; b: Prunus yedoensis plantation; c: Quercus acutissima plantation; d: Pinus thunbergii plantation; e: Liriodendron tulipifera plantation; f: wood stakes after seven month’s incubation at top 15cm soil).
본 연구는 울산광역시 동구에 위치한 봉대산을 대상으로 하였으며, 이 지역은 2003년부터 2011년 사이 산불이 빈번히 발생한 지역이다(Kim et al., 2015). 기상요인으로 이 지역의 최근 30년 동안 평균 기온은 14.
조사지는 2008년 봄 방화에 의해 산불이 발생하였으며, 2009년 봄 튤립나무, 왕벚나무, 상수리나무, 곰솔 등의 1-1년생 묘목을 식재하였다(Fig. 1). 조사지 중 왕벚나무(35^o32′26.
Wood stakes의 분해에 영향을 미치는 토양환경요인이 경우 토양 탄소와 질소 농도, 토양 호흡량, 토양온도, 토양 pH, 토양 EC, 토양 수분 함량을 2015년 10월, 2016년 3월과 10월 등 총 3회에 걸쳐 조사하였다. 토양 분석용 시료는 토심 10cm 부위를 대상으로 토양채취기(Oakfield soil core sampler)로 채취하였으며, 채취된 토양은 지퍼 백에 밀봉하여 실험실로 운반하고 음건하였다. 건조된 토양은 2mm 체로 분석용 시료를 조제하고, 유기탄소와 전질소는 대용량 원소분석기(Vario Macro cube, Germany)로 측정하였다.

데이터처리

Woodstakes 분해율, 탄소 및 질소 농도와 잔존율의 경우는 repeated measurement ANOVA로 유의성을 검정하였다(P < 0.05).
05). 분산분석 결과 처리 간 유의성이 인정되는 경우 Tukey 방법을 이용하여 처리 평균의 차이를 비교하였다.

이론/모형

3kg)는 2015년 6월 17일과 2016년 6월 15일 각 조사구 내 골고루 살포되도록 표면 시비하였다. 복합비료 및 석회 시비량은 우리나라 소나무 산불 발생지의 복합비료 시비량(Kim et al., 2014)과 토양 산성화 개량을 위한 도시지역 석회 시비량(Yoo et al., 1998)을 참조하였다. 각 처리구 토양개량제에는 biochar의 일종인 입상용 목초탄(강원목초^TM) 2.

성능/효과

Wood stakes 매설 약 19개월 후(2016년 10월) 조사된 잔존율은(Fig. 3a) 대조구(44.9%), CLB처리구(72.2%), LB처리구(65.5%) 순으로 대조구가 토양개량제 처리구에 비해 분해율이 높았으나 유의적인 차이는 없었다(P > 0.05).
Wood stakes 분해율과 양분농도를 이용하여 계산 된 wood stakes 매설 약 19개월 후(2016년 10월) 평균 유기 탄소 잔존율은 대조구(43.7%), CLB처리구(71.3%), LB처리구(71.6%) 순으로 대조구가 유의적으로 낮으며(Fig. 3e), 평균 질소 잔존율의 경우도 대조구(29.7%), CLB처리구(48.8%), LB처리구(52.6%) 순으로(Fig. 3f) 처리 간 유의적인 차이(P < 0.05)가 있었다.
산불 훼손 복원지에 식재된 튤립나무, 상수리나무, 왕벚나무, 곰솔 조림지와 미복원지를 대상으로 2015년 3월 토양 0∼15cm 깊이에 wood stakes를 매설한 후, 2년 동안 각 1회씩 토양개량제(CLB: 복합비료 + 석회 + 목탄 처리구; LB: 석회 + 목탄 처리구)를 처리하고, 2015년 10월, 2016년 3월, 2016년 10월 채취하여 분해율과 유기 탄소 및 질소 농도를 조사하였다. Wood stakes 분해율의 경우 토양개량제 처리구와 대조구 사이에 유의적인 차이는 없었으나, 유기 탄소 잔존율의 경우 대조구(43.7%), CLB처리구(71.3%), LB처리구(71.6%) 순으로 토양개량제 처리구의 탄소 무기화가 대조구에 비해 낮게 나타났다. Wood stakes 내 질소 잔존율의 경우도 대조구가 29.
6%에 비해 낮아 탄소 무기화율과 유사한 경향을 보였다. 본 연구결과에 따르면 산불 훼손 복원지에 토양개량제 처리는 wood stakes의 탄소 및 질소 무기화를 지연하는 것으로 나타났다.
또한 wood stakes의 유기 탄소 및 질소 농도 변화는 토양개량제 영향이 크지 않았으나, 일반적으로 wood stakes의 분해율이 높은 경우 질소 농도도 높게 나타났다. 유기 탄소 및 질소 잔존율은 wood stakes의 분해율과 관련 있었으며, 토양개량제 처리구가 대조구에 비해 높은 유기 탄소 및 질소 잔존율을 보였다. 그러나 19개월 조사기간 동안 대조구는 약 55%, 토양개량제 처리구의 경우 27%에서 34%정도로 낮은 분해율을 보여, 추후 wood stakes의 양분 동태 조사는 장기적인 관찰이 필요한 것으로 나타났다.
, 2017). 임분 현황 조사는 2015년 10월 실시되었으며, 각 처리구의 임목밀도는 CLB 처리구가 대조구와 LB 처리구에 비해 낮았으나, 평균 흉고직경 및 수고는 CLB 처리구가 가장 높은 것으로 나타났다(Table 1).
05)가 있었다. 조사기간 동안 wood stake 분해율이 낮았던 토양 개량제 처리구의 wood stakes는 높은 유기 탄소 및 질소 잔존율을 보였고, 높은 wood stake 분해율을 보인 대조구는 낮은 유기 탄소 및 질소 잔존율을 보였다. 시비에 의한 토양층내 질소 농도의 증가는 리그닌 분해 효소 활성을 억제하여 낙엽낙지 분해율 감소를 초래하는 것으로 알려져 있으며(Tu et al.
, 2014), 본 연구에서도 질소질 비료가 투입되었던 CLB처리구 내 높은 wood stakes 잔존율의 결과와 일치한다. 조사기간 동안 wood stakes의 유기 탄소 및 질소 잔존율의 경우 매설 초기 값에 비해 낮은 값을 보이고 있어서 분해과정 동안 용탈이나 무기화가 발생하는 것으로 나타났다. 또한 2016년 10월에 채취한 wood stakes의 유기 탄소 및 질소 잔존율은 토양개량제 처리구가 대조구에 비해 각 27%에서 18%로 높아 토양 개량제 처리는 wood stakes의 유기 탄소 및 질소 무기화를 지연시키는 것으로 사료된다.
조사지 중 왕벚나무(35o32′26.48″ N, 129o26′16.22″ E,해발고 121m)와 상수리나무 조림지(35o32′14.09″N,125o26′15.15″ E, 해발고: 118m)는 서향 또는 남동향으로 10o 미만 완경사 지역이며, 튤립나무 조림지(35o32′21.02″ N, 129o26′12.47″ E, 해발고:106m)는 북향의 경사 15∼20o 정도 지역이다.
2b). 토양 pH는 조사기간 동안 LB처리구가 타처리구에 비해 지속적으로 높았으며(Fig. 2c), 평균 토양 pH의 경우 LB 처리구는 pH 4.95로 CLB처리구 pH 4.72와 유의적인 차이가 있었다. LB처리구의 높은 토양 pH는 석회 시비 후 염기성 양이온인 칼슘의 토양 내 유입 증가가 원인으로 사료된다(Weil and Brady, 2017).
현장조사 결과 이 지역의 산림 토양은 화강암을 모재로 생성된 갈색건조 산림토양형(B1)과 갈색약건산림토양형(B2)이 분포하며, 토양 단면 층위 발달이 빈약하고 전 토심은 20∼30cm 범위였다.

후속연구

그러나 19개월 조사기간 동안 대조구는 약 55%, 토양개량제 처리구의 경우 27%에서 34%정도로 낮은 분해율을 보여, 추후 wood stakes의 양분 동태 조사는 장기적인 관찰이 필요한 것으로 나타났다.

질의응답

핵심어	질문	논문에서 추출한 답변
	토양개량제 처리가 토양층에 매설된 wood stakes의 분해율과 유기 탄소 및 질소 동태에 미치는 영향을 조사한 결과는 어떠한가?	산불 훼손 복원지에 식재된 튤립나무, 상수리나무, 왕벚나무, 곰솔 조림지와 미복원지를 대상으로 2015년 3월 토양 0~15cm 깊이에 wood stakes를 매설한 후, 2년 동안 각 1회씩 토양개량제(CLB: 복합비료 + 석회 + 목탄 처리구; LB: 석회 + 목탄 처리구)를 처리하고, 2015년 10월, 2016년 3월, 2016년 10월 채취하여 분해율과 유기탄소 및 질소 농도를 조사하였다. Wood stakes 분해율의 경우 토양개량제 처리구와 대조구 사이에 유의적인 차이는 없었으나, 유기 탄소 잔존율의 경우 대조구(43.7%), CLB처리구(71.3%), LB처리구(71.6%) 순으로 토양개량제 처리구의 탄소 무기화가 대조구에 비해 낮게 나타났다. Wood stakes 내 질소 잔존율의 경우도 대조구가 29.7%로 LB처리구 52.6%에 비해 낮아 탄소 무기화율과 유사한 경향을 보였다. 본 연구결과에 따르면 산불 훼손 복원지에 토양개량제 처리는 wood stakes의 탄소 및 질소 무기화를 지연하는 것으로 나타났다.
	토양 유기물은 산림 토양에서 무엇을 결정하는 요인인가?	, 2017). 이러한 토양 유기물은 산림 토양의 물리적⋅화학적⋅생물학적 성질을 결정하는 중요한 요인이다(Horodecki and Jagodziński, 2017; Ulyshen et al., 2017).
	낙엽, 낙지, 고사목 등의 분해과정은 무엇의 영향을 받는가?	낙엽, 낙지, 고사목 등의 분해과정은 솎아 베기, 모두 베기, 시비 같은 산림작업에 의해 영향을 받는 것으로 알려져 있다. 예를 들면 솎아 베기나 모두 베기 같은 상층 임목 제거는 낙엽이나 고사목의 분해를 촉진하거나 지연하는 것으로 알려져 있으며, 토양 수분이나 광요인의 변화가 분해 정도를 결정하는 원인으로 제시된 바 있다(Bravo-Oviedo et al.

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Yoo, J. H., J. K. Byun, C. Kim, C. H. Lee, Y. K. Kim, and W. K. Lee, 1998: Effects of lime, magnesium sulfate, and compound fertilizers on soil chemical properties of acidified forest soils. Journal of Korean Forestry Society 87(3), 341-346.
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표제어: PCR

동의어: Packet Collision Rate

용어 설명 출처 목록 (6)

용어 설명: PCR은 세균 특이성이 있는 primer를 이용하여 적은 수의 세균이 있을지라도 쉽게 검출할 수 있는 유용한 방법이며, 이를 이용하여 구강 내 치면세균막이나 타액에서 직접 세균을 검출할 수 있게 되었다[8].

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