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문제 정의
- 본 연구는 우리나라 조림지 삼림에 이용되는 잣나무와 리기다소나무를 대상으로 영양염류의 양과 낙엽의 분해량을 조사하기 위해 공주시 신관동 호태산의 리기다소나무조림지에 리기다소나무와 잣나무 낙엽주머니를 설치하고 2014년 12월부터 2016년 9월까지 3개월 간격으로 낙엽주머니를 수거하여 분해율 및 분해과정에 따른 영양염류의 동태를 조사하였다. 주요 조림수종 낙엽의 분해를 통해 토양에 이입되는 영양염류의 양을 파악하여 삼림 생태계의 물질순환을 밝히는 데 필요한 기초 자료를 얻는데 본 연구의 목적이 있다.
- 본 연구는 우리나라 조림지 삼림에 이용되는 잣나무와 리기다소나무를 대상으로 영양염류의 양과 낙엽의 분해량을 조사하기 위해 공주시 신관동 호태산의 리기다소나무조림지에 리기다소나무와 잣나무 낙엽주머니를 설치하고 2014년 12월부터 2016년 9월까지 3개월 간격으로 낙엽주머니를 수거하여 분해율 및 분해과정에 따른 영양염류의 동태를 조사하였다. 주요 조림수종 낙엽의 분해를 통해 토양에 이입되는 영양염류의 양을 파악하여 삼림 생태계의 물질순환을 밝히는 데 필요한 기초 자료를 얻는데 본 연구의 목적이 있다.
제안 방법
- 낙엽주머니는 mesh size 2mm인 나이론 그물을 사용하여 20×25cm의 크기로 만들어 약 5g 정도의 잎과 함께 각각의 주머니에 고유번호가 적힌 aluminum tag를 함께 넣은 뒤 잎이 유출되지 않도록 잘 봉합하였다.
- 낙엽주머니의 회수는 설치한 뒤 3개월 동안 매월 회수하였고, 3개월 이후인 2015년 3월부터 3개월 간격으로(3월, 6월, 9월, 12월) 매번 3개씩 회수하였다. 회수해 온 낙엽주머니에 묻은 흙, 뿌리, 원래 바닥에 있던 낙엽 등과 같은 이물질을 제거한 다음 주머니 안의 낙엽을 60℃건조기에서 48시간 이상 말린 후 무게를 쟀으며, 무게를 잰 샘플은 곱게 갈아 유기탄소 및 영양염류 분석에 사용하였다.
- 초기 잎과 수거한 낙엽주머니는 곱게 갈아 밀폐시켜 보관한 후 유기탄소, N, P, K, Ca, Mg 등을 분석하였다. 모든 분석은 샘플마다 3반복으로 실시하였다.
- 전질소와 인은 샘플이 들어있는 Kjeldahl flask에 분해촉진제와 진한 황산을 넣어 390℃ block digestor에서 120분간 분해시킨 후 상온에서 식힌 다음 증류수를 이용하여 50 ml로 정용한 후 상등액을 자동분석기(Lachat: Quick Chem 8000)로 분석하였다.
- 초기 잎과 수거한 낙엽주머니는 곱게 갈아 밀폐시켜 보관한 후 유기탄소, N, P, K, Ca, Mg 등을 분석하였다. 모든 분석은 샘플마다 3반복으로 실시하였다.
- 낙엽주머니의 회수는 설치한 뒤 3개월 동안 매월 회수하였고, 3개월 이후인 2015년 3월부터 3개월 간격으로(3월, 6월, 9월, 12월) 매번 3개씩 회수하였다. 회수해 온 낙엽주머니에 묻은 흙, 뿌리, 원래 바닥에 있던 낙엽 등과 같은 이물질을 제거한 다음 주머니 안의 낙엽을 60℃건조기에서 48시간 이상 말린 후 무게를 쟀으며, 무게를 잰 샘플은 곱게 갈아 유기탄소 및 영양염류 분석에 사용하였다. 분해율은 낙엽의 처음 건중량에 대한 무게 감소량으로 계산하였고, 분해 상수(k)는 Olson(1963)의 공식을 이용하였다.
대상 데이터
- 낙엽주머니의 제작에 사용된 잎은 2014년 12월에 전라북도 무주군의 덕유산에서 잣나무에 붙어있는 신선한 잣나무 잎을 채취하였고, 충청남도 공주시의 호태산에서 리기다소나무의 잎을 채취하였다. 이 잎은 60℃건조기에서 항량이 될 때까지 건조 시킨 후 사용하였다.
- 본 연구는 충청남도 공주시 신관동에 위치한 호태산의 해발 약 110m (N 36° 28′ 3″, E 127° 8′ 53″)인 북사면에서 실시되었으며(Figure 1), 교목층은 리기다소나무(Pinus rigida)가 우점하는 가운데, 관목층에는 산초나무(Zanthoxylum schinifolium)와 굴참나무(Quercus variabilis) 등이 낮은 빈도로 분포하였으며, 초본층은 빈약하였다.
- 제작된 낙엽주머니는 2014년 12월 19일에 공주 신관동 호태산에 있는 조사지소 임상에 서로 겹치지 않고, 낙엽주머니가 훼손되지 않도록 지면에 못과 끈을 이용하여 고정시켜 놓았다.
데이터처리
- 리기다소나무와 잣나무 낙엽의 분해율의 차이는 t-test를 통해 통계적 유의성을 검증하였다.
이론/모형
- 회수해 온 낙엽주머니에 묻은 흙, 뿌리, 원래 바닥에 있던 낙엽 등과 같은 이물질을 제거한 다음 주머니 안의 낙엽을 60℃건조기에서 48시간 이상 말린 후 무게를 쟀으며, 무게를 잰 샘플은 곱게 갈아 유기탄소 및 영양염류 분석에 사용하였다. 분해율은 낙엽의 처음 건중량에 대한 무게 감소량으로 계산하였고, 분해 상수(k)는 Olson(1963)의 공식을 이용하였다.
- 유기탄소 측정은 combustion method(Black et al., 1965)를 사용하였다. 시료 0.
성능/효과
- 두 종 모두 무게가 점차 감소하는 경향을 보여, 리기다소나무 낙엽의 무게 잔존률은 12개월경과 후 76.8±1.2 %이었으며, 21개월경과 후에는 58.3±4.1%로 나타났다.
- 낙엽의 분해가 진행됨에 따라 두 종 낙엽의 질소함량은 점차 증가하는 것으로 나타났다. 리기다 소나무 낙엽의 분해 21개월경과 후 질소 함량은 10.29 mg/g 이었으며, 잣나무 낙엽의 경우 21개월경과 후 질소 함량은 23.05 mg/g으로 잣나무 낙엽의 질소 함량 증가 폭이 리기다소나무에 비해 높은 것으로 나타났다(Figure 4A). 분해 중인 낙엽의 질소함량 증가는 일반적인 현상인데(Berg and staaf, 1981; Mellilo et al.
- 리기다소나무 낙엽과 잣나무 낙엽의 분해기간 동안 영양 염류의 잔존률의 경우, 상록성 침엽수종임에도 불구하고 두 수종 간 분해율 및 영양염류의 잔존률이 다소 상이한 결과 를 보였다. 국내에서 조림수종의 낙엽분해에 관한 연구가전무한 실정으로 두 수종의 차이에 대한 정확한 비교는 어려우나, 향후 산지의 조림 또는 조림지 물질순환의 명확한 파악을 위해서는 이들 조림수종의 장기적인 분해율 및 분해 과정에 따른 영양염류의 동태에 관한 연구가 필요할 것으로 판단된다.
- 리기다소나무와 잣나무 낙엽의 분해과정에 따른 영양염류 함량 변화를 Figure 4에 정리하였다. 리기다소나무 낙엽과 잣나무 낙엽의 초기 질소 함량은 각각 6.78, 10.90 mg/g 으로 잣나무 낙엽의 초기질소 함량이 리기다소나무 낙엽에 비해 현저히 높았다. 낙엽의 분해가 진행됨에 따라 두 종 낙엽의 질소함량은 점차 증가하는 것으로 나타났다.
- 6 이었다. 리기다소나무 낙엽의 C/N 비율은 초기 3개월째에 129.2까지 급격히 증가하였으나 시간이 지남에 따라 점차 감소하였고 21개월째 41.0으로 나타났다. 잣나무 낙엽은 서서히 감소하여 21개월째 28.
- 리기다소나무 낙엽의 초기 마그네슘 함량은 5.59 mg/g이 었으며, 분해가 진행되는 동안 감소 후 증가하여 분해 21개 월경과 후에는 그 값이 1.98로 다소 감소하였고, 잣나무 낙엽의 경우 지속적으로 마그네슘 함량이 증가하여 초기 2.00 mg/g에서 21개월경과 후 마그네슘의 함량은 2.66 mg/g이었다(Figure 4E). 식물의 분해과정 중 마그네숨의 참량은 초기에는 감소하나 후기에는 소실률이 느리다고 보고되어 있는데(Mun and Pyo 1994, Kelly and Beauchamp,1987), 본 조사의 리기다소나무 낙엽에서도 이러한 양상을 보였다.
- 2003), 본 연구의 리기다소나무 낙엽의 경우 이와 유사한 양상을 보였 으나, 잣나무는 다소 상이한 결과를 보여, 잣나무 낙엽의 낙엽분해 과정 중 칼슘함량의 변화에 관한 추가적인 연구가 필요할 것으로 판단된다. 리기다소나무 낙엽의 칼슘 잔존률 은 분해초기에 일시적인 부동화를 보인 후 지속적으로 감소 하여 무기화 양상을 나타내었으며, 잣나무 낙엽의 경우 지 속적인 부동화 경향을 보였다. 분해 21개월경과 후 리기다 소나무와 잣나무 낙엽의 칼슘 잔존률은 각각 50.
- , 2004). 분해 과정에 따른 칼륨의 잔존률은 리기다소나무와 잣나무 두 수종에서 모두 급격히 감소하여 21개월경과 후 칼륨의 잔존 률은 각각 26.7, 7.6%로 나타났으며 지속적인 무기화 양상 을 보였다(Figure 4H).
- , 2001). 분해과정에 따른 리기다소 나무 낙엽의 인 잔존률은 지속적인 무기화가 일어나 분해 21개월경과 후에는 그 값이 88.4%로 나타났고, 잣나무 낙엽의 인 잔존률 또한 지속적인 무기화 추세를 보여 21개월 경과 후 인 잔존률은 61.3%로 나타났다(Figure 4G). 그러나 잣나무 낙엽의 경우 지속적인 인 잔존률의 증가경향으로 일정기간이 경과한 후에는 부동화 과정을 나타낼 것으로 판단된다.
- (2008)이 보고한 신 갈나무, 굴참나무 그리고 소나무 낙엽의 분해에서도 분해과정에 따라 질소함량이 증가하였다고 보고되었다. 분해과정에 따른 질소의 잔존률은 리기다소나무 낙엽과 잣나무 낙엽에서 대조적인 패턴을 보여, 리기다소나무 낙엽의 경우 지 속적인 무기화 현상을 보여 21개월 경과 후 질소의 잔존률은 88.4%이었으며, 잣나무 낙엽의 경우 이와 반대로 지속적인 부동화 현상을 보여 21개월 경과 후 질소잔존률은 114.4% 로 나타났다(Figure 4F). 수종에 따른 질소 잔존률의 차이는 임상낙엽층과 토양층의 환경요인 차이에서 기인하는 것으로 판단된다.
- 두 낙엽은 비슷한 탄소함량이지만 질소함량이 비교적 많이 적은 리기다소나무 낙엽의 경우 분해자가 이용할 영양분의 불균형으로 C/N비가 급격히 변한 것으로 보인다. 비교적 탄소와 질소함량이 모두 높은 잣나무낙엽은 분해자의 이용이 용이해 균형을 이뤄 C/N비도 큰 변화가 없이 일정하게 줄어드는 것으로 판단된다.
- 08로 잣나무 낙엽의 분해상수가 높은 것으로 나타났다. 이 분해상수를 통해 분석한 리기다소나무와 잣나무 낙엽의 반감기(t50)은 각각 2.25, 1.97년으로 나타났으며 99%가 분해되는 시간(t99)는 리기다소나무가 16.2년, 잣나무가 14.2년으로 잣나무 낙엽이 완전 분해되는데 소요되는 시간이 리기다소나무에 비해 짧은 것으로 나타났다.
후속연구
- 리기다소나무 낙엽과 잣나무 낙엽의 분해기간 동안 영양 염류의 잔존률의 경우, 상록성 침엽수종임에도 불구하고 두 수종 간 분해율 및 영양염류의 잔존률이 다소 상이한 결과 를 보였다. 국내에서 조림수종의 낙엽분해에 관한 연구가전무한 실정으로 두 수종의 차이에 대한 정확한 비교는 어려우나, 향후 산지의 조림 또는 조림지 물질순환의 명확한 파악을 위해서는 이들 조림수종의 장기적인 분해율 및 분해 과정에 따른 영양염류의 동태에 관한 연구가 필요할 것으로 판단된다.
- 20 mg/g 이었다(Figure 4D). 칼슘은 식물 조직 중 세포벽의 구성성분인 관계로 세탈로부터 보호를 받기 때문에 다른 성분에 비하여 용출이 적다고 보고되어 있어(Edmonds and Thomas 1995; Kim et al. 2003), 본 연구의 리기다소나무 낙엽의 경우 이와 유사한 양상을 보였 으나, 잣나무는 다소 상이한 결과를 보여, 잣나무 낙엽의 낙엽분해 과정 중 칼슘함량의 변화에 관한 추가적인 연구가 필요할 것으로 판단된다. 리기다소나무 낙엽의 칼슘 잔존률 은 분해초기에 일시적인 부동화를 보인 후 지속적으로 감소 하여 무기화 양상을 나타내었으며, 잣나무 낙엽의 경우 지 속적인 부동화 경향을 보였다.
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