[논문]지면 굴곡에 따른 산림 토양의 물 침투와 저류능력 비교

조유리; 김종호; 이도원

doi:10.14578/jkfs.2018.107.1.108

지면 굴곡에 따른 산림 토양의 물 침투와 저류능력 비교
Comparison of Water Infiltration and Retention Capacity in a Forest Soil of Different Surface Depression Patterns 원문보기

한국산림과학회지 = Journal of korean society of forest science, v.107 no.1, 2018년, pp.108 - 111

조유리 (서울대학교 환경계획학과) , 김종호 (서울대학교 환경계획학과) , 이도원 (서울대학교 환경계획학과)

초록
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토양 표면에 요면(굴곡)을 형성하는 것은 토양의 거칠기를 증가시켜 강우의 침투와 토양의 저류능력을 향상시키고 지표수 및 토사의 유실량을 감소시키는 효과적 방법이 될 수 있다. 이 연구에서 토양 표면에 형성된 요면의 모양이 지표수의 흐름에 반구형일 때 수평 및 수직형일 때보다 침투량이 많았고, 토양의 저류능력은 수직형 요면에서 높았다. 흙 파기, 또는 토양 표면의 요면 형성은 산림 토양에서 산불 발생 후 대책으로, 또 건기 때 가뭄 스트레스를 해소하는 실용적인 방법으로 활용될 수 있다.

Abstract ▼ AI-Helper

Increasing soil surface roughness can be effective in enhancing infiltration of rainfall and depression storage capacity of forest soil and reducing surface run-off. In this study, a forest slope with hemispherical depressions shows greater infiltration of water, whereas depression storage capacity is higher in soil with depressions perpendicular to a water flow pathway. Soil pitting or forming surface depressions can be used as a countermeasure after forest fires and a practical way to reduce drought stress of forest soil.

주제어

AI 본문요약
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문제 정의

토양 표면의 흙을 파내는 것은 산림 관리에도 적용될 수 있다. 농업 경관에서 흙 파기가 조밀한 표면 토양 분쇄를 통해 작물의 뿌리가 하층토 수분에 접근할 수 있게 도와주는 데 그 목적이 있다면 산림 경관에서는 토양 표면 거칠기의 증가를 통한 토양 수분의 유실 방지가 목적이라고 할 수 있다.
하지만 산림 토양에 있어 요면 형태 간 수분 보유량의 차이를 비교하는 선행연구는 수행된 적이 없다. 이 연구는 산림 토양의 침투와 요면저류능력 향상을 위한 요면 형성(흙 파기) 시 노동력 대비 가장 효율적인 요면의 형태를 제안하는 것을 목표로 한다. 이 연구에서는 산림 토양의 표면에 형성된 요면 모양이 반구형일 때 물의 흐름에 수직으로, 또는 평행한 표면 요면을 갖고 있는 토양보다 침투량과 요면저류능력이 높고, 지표수 및 토사 유실량(run-off)이 적을 것이라 가정하였다.

가설 설정

이 연구는 산림 토양의 침투와 요면저류능력 향상을 위한 요면 형성(흙 파기) 시 노동력 대비 가장 효율적인 요면의 형태를 제안하는 것을 목표로 한다. 이 연구에서는 산림 토양의 표면에 형성된 요면 모양이 반구형일 때 물의 흐름에 수직으로, 또는 평행한 표면 요면을 갖고 있는 토양보다 침투량과 요면저류능력이 높고, 지표수 및 토사 유실량(run-off)이 적을 것이라 가정하였다.

제안 방법

상지는 평지에 위치시키되 우리나라 산림 지형을 모방할 수 있도록 20˚ 경사의 오르막을 갖도록 높이를 조절하였다. 4 L 부피의 가상의 우수를 토양 사면 위에서 아래로 2분 동안(2 L/min) 실험상자 가로 너비에 맞는 물뿌리개로 흩뿌려준 후 표면 유실량은 즉시, 침투량은 40분 후 측정하였다. 침투량은 토양 내 다양한 부분에서 임의 측정한 용적수분함량으로 측정되었다.
표면 유실되는 지표수 및 토양의 양을 측정하기 위해 상자 내리막 윗면에 높이 10 mm의 사다리꼴 모양의 홈을 동일하게 패어주었다. 이후 이 홈을 통해 유출되는 물과 토양의 양을 측정하였다. 상지는 평지에 위치시키되 우리나라 산림 지형을 모방할 수 있도록 20˚ 경사의 오르막을 갖도록 높이를 조절하였다.
침투량 측정을 위해 상자 밑에 트레이를 받쳐주었다. 표면 유실되는 지표수 및 토양의 양을 측정하기 위해 상자 내리막 윗면에 높이 10 mm의 사다리꼴 모양의 홈을 동일하게 패어주었다. 이후 이 홈을 통해 유출되는 물과 토양의 양을 측정하였다.

대상 데이터

실험 상자의 제작과 실험의 수행에 앞서 연구의 재료가 될 토양 시료를 채취하였다. 서울특별시 관악구 서울대학교 내에서 답압과 같은 인간 영향이 적은 관목 아래의 토양을 채취하였다. 시료는 야외의 평지에서 3일 동안 풍건되었고 토양의 용적수분함량(volumetric water content)을 시료 전체적으로 임의 측정하였을 때 그 값이 동일하게 분포함을 확인한 후 실험에 사용하였다.
서울특별시 관악구 서울대학교 내에서 답압과 같은 인간 영향이 적은 관목 아래의 토양을 채취하였다. 시료는 야외의 평지에서 3일 동안 풍건되었고 토양의 용적수분함량(volumetric water content)을 시료 전체적으로 임의 측정하였을 때 그 값이 동일하게 분포함을 확인한 후 실험에 사용하였다. 시료의 토성(soil texture)은 양질사토(loamy sand, sand: 83.
실험은 토양 실험 상자를 제작하여 진행되었다(Figure 1). 실험 상자의 제작과 실험의 수행에 앞서 연구의 재료가 될 토양 시료를 채취하였다. 서울특별시 관악구 서울대학교 내에서 답압과 같은 인간 영향이 적은 관목 아래의 토양을 채취하였다.
실험은 토양 실험 상자를 제작하여 진행되었다(Figure 1). 실험 상자의 제작과 실험의 수행에 앞서 연구의 재료가 될 토양 시료를 채취하였다.
18%)로 같은 지역구 내 산림인 관악산에서 채취한 토양 시료의 토성과 일치하므로 산림 토양을 대표할 수 있음을 확인하였다. 토양 실험 상자는 유약 처리된 나무 합판으로 만들어졌으며 크기는 1000*445*210mm이다. 상자는 풍건된 토양 시료로 15 mm 높이로 채워졌으며 상자 바닥의 외부를 철망으로 포장 후 그 안쪽 밑면을 50 mm 높이의 자갈로 채웠다.
상자는 풍건된 토양 시료로 15 mm 높이로 채워졌으며 상자 바닥의 외부를 철망으로 포장 후 그 안쪽 밑면을 50 mm 높이의 자갈로 채웠다. 표면으로부터 파내어진 흙의 깊이와 부피는 동일하지만 각기 다른 표면 요면 모양(수직, 수평, 반구형)을 갖고 있는 토양의 침투량과 요면저류능력, 지표수 및 토양 유실량을 동시에 실험하기 위해 각 요면 모양별 3개의 상자가 준비되었다. 침투량 측정을 위해 상자 밑에 트레이를 받쳐주었다.

데이터처리

요면 패턴 별 실험 상자의 토양 표면에서 요면이 존재하지 않는 고른 표면 부분과 요면 부분의 용적수분함량을 측정한 후 분산분석(ANOVA)하였다. 평균 용적수분함량은 고른 표면, 요면이 있는 표면 모두에서 반구형, 수직형, 수평형의 순으로 높게 나타났다(Table 1).

이론/모형

토양의 요면저류능력은 Hansen et al.(1999)의 Mean Upslope Depressions(MUD) 지수로 계산하였다. 이하 지표수 흐름에 수직으로 형성된 요면(depression)의 형태를 수직형 패턴(perpendicular pattern, 반원기둥 형태, 5개), 수평으로 형성된 요면의 경우 수평형 패턴(parallel pattern, 반원기둥 형태, 6개), 지표수 흐름과 관계없이 웅덩이 모양으로 형성된 요면의 형태를 반구형 패턴(hemispherical pattern, 12개)으로 지칭한다(Figure 2).

성능/효과

평균 용적수분함량은 고른 표면, 요면이 있는 표면 모두에서 반구형, 수직형, 수평형의 순으로 높게 나타났다(Table 1). 요면이 존재하지 않는 부분에 대한 분산분석 결과 (Table 1) 세 집단 간 차이가 유의하게 나타났다(p=0.026). 요면이 있는 부분의 용적수분함량의 집단 간 차이 또한 유의하게 나타났는데(p<0.
2) 수평 패턴과 반구형 패턴 간 유의한 차이가 있는 것으로 나타났다(p<0.0001).
침투량은 토양 내 다양한 부분에서 임의 측정한 용적수분함량으로 측정되었다. 3반복 실험 후 침투량은 용적수분함량의 비율(%)로, 표면 유실량은 평균 무게(g)로 측정되었다. 토양의 요면저류능력은 Hansen et al.
MUD 지수를 활용하여 각각의 요면 패턴이 존재하는 토양 간 요면저류능력을 수치화한 결과 그 값이 수직형(1.25), 수평형(1.11), 반구형(1.05) 패턴 순으로 나타났다.
Table 2. Result of Tukey HSD, multiple comparisons of means 95% family-wise confidence level.
시료는 야외의 평지에서 3일 동안 풍건되었고 토양의 용적수분함량(volumetric water content)을 시료 전체적으로 임의 측정하였을 때 그 값이 동일하게 분포함을 확인한 후 실험에 사용하였다. 시료의 토성(soil texture)은 양질사토(loamy sand, sand: 83.26%, silt: 11.56%, clay: 5.18%)로 같은 지역구 내 산림인 관악산에서 채취한 토양 시료의 토성과 일치하므로 산림 토양을 대표할 수 있음을 확인하였다. 토양 실험 상자는 유약 처리된 나무 합판으로 만들어졌으며 크기는 1000*445*210mm이다.
연구가설처럼 표면에 반구형 모형의 요면을 갖는 토양이 수평형 모형의 요면을 갖는 토양보다 고른 표면에서, 또 요면이 있는 표면에서 침투량이 유의하게 더 많았다. 반면 수직형 요면과 반구형 요면 간 침투량에는 유의한 차이가 없었다.
반면 수직형 요면과 반구형 요면 간 침투량에는 유의한 차이가 없었다. 요면이 있는 부분에서 반구형 요면 토양이 수직형 요면 토양보다 유의하게 많은 침투량을 보였다. 지표수 및 토사의 평균 유실량은 수직형 요면에서 다른 두 패턴의 요면보다 적었으나 패턴 간 차이는 유의하지 않았다.
요면저류능력은 수직형 패턴의 요면에서 가장 높았다. 이 연구 결과를 통해 토양 표면 거칠기, 즉 표면 요면을 형성할 때 반구형 요면이 침투량 증가에, 수직형 요면이 요면저류능력 향상에 효과적이나 지표수 및 토사 유실량에는 요면 패턴 간 유의한 차이가 있다고 볼 수 없다.
지표수와 토양의 표면 유실량은 각각의 요면 패턴 별로 다르게 나타났는데 수평 패턴의 요면을 갖고 있는 토양 상자에서 평균 유실량이 가장 많았고(863.62 g), 그 다음 반구형(755.78 g), 수직형(460.92 g) 패턴으로 유실량이 적었다. 하지만 이러한 패턴 간 평균 유실량에는 유의한 차이가 없는 것으로 나타났다(p=0.
요면 패턴 별 실험 상자의 토양 표면에서 요면이 존재하지 않는 고른 표면 부분과 요면 부분의 용적수분함량을 측정한 후 분산분석(ANOVA)하였다. 평균 용적수분함량은 고른 표면, 요면이 있는 표면 모두에서 반구형, 수직형, 수평형의 순으로 높게 나타났다(Table 1). 요면이 존재하지 않는 부분에 대한 분산분석 결과 (Table 1) 세 집단 간 차이가 유의하게 나타났다(p=0.

질의응답

핵심어	질문	논문에서 추출한 답변
	토양 표면 파기는 어떤 방법인가?	특히 경사가 가파른 산지 지형, 또는 대규모 산불 후 많은 침투가 필요한 산림 토양의 경우 토양 표면을 거칠게 해줌으로써 지표면 유출을 감소시켜 토양 내 침투량과 수분 보유량을 증대시킬 수 있다. 거칠기 조절에 있어 토양 표면 파기(pitting)는 지표면 유출의 감소와 침투량 증가에 있어 실용적이고 증명된 방법이다(Darboux et al., 2002).
	평균 용적수분함량은 표면의 종류에 따라 어떤 순서로 나타나는 가?	요면 패턴 별 실험 상자의 토양 표면에서 요면이 존재하지 않는 고른 표면 부분과 요면 부분의 용적수분함량을 측정한 후 분산분석(ANOVA)하였다. 평균 용적수분함량은 고른 표면, 요면이 있는 표면 모두에서 반구형, 수직형, 수평형의 순으로 높게 나타났다(Table 1). 요면이 존재하지 않는 부분에 대한 분산분석 결과 (Table 1) 세 집단 간 차이가 유의하게 나타났다(p=0.
	토양 표면 거칠기는 산림 토양에 어떤 영향을 미치는 가?	토양 표면 거칠기는 지표면의 유속을 감소시켜 우수 침투(이하 침투)를 향상시킨다. 특히 경사가 가파른 산지 지형, 또는 대규모 산불 후 많은 침투가 필요한 산림 토양의 경우 토양 표면을 거칠게 해줌으로써 지표면 유출을 감소시켜 토양 내 침투량과 수분 보유량을 증대시킬 수 있다. 거칠기 조절에 있어 토양 표면 파기(pitting)는 지표면 유출의 감소와 침투량 증가에 있어 실용적이고 증명된 방법이다(Darboux et al.

참고문헌 (5)

Allmaras, R.R., Burwell, R.E., Larson, W.E. and Holt, R.F., 1966. Total porosity and random roughness of the interrow zone as influenced by tillage. USDA, Conservation Research Report no. 7: 22.
Burwell, R.E., Allmaras, R.R. and Amemiya, M., 1963. A field measurements of total porosity and surface microrelief of soils. Soil Science Society of America Journal 27: 697-700.

상세보기
Darboux, F., GascuelOdoux, C., and Davy, P. 2002. Effects of surface water storage by soil roughness on overlandflow generation. Earth Surface Processes and Landforms 27(3): 223-233.

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Govers, G., Takken, I. and Helming, K. 2000. Soil roughness and overland flow. Agronomie 20(2): 131-146.

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Hansen, B., Schjonning, P. and Sibbesen, E. 1999. Roughness indices for estimation of depression storage capacity of tilled soil surfaces. Soil and Tillage Research 52(1): 103-111.

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저자의 다른 논문 :

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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