[논문]남산 소나무군락의 토양호흡과 환경요인인 기온과 강수량과의 상호관계 및 도시림 관리의 의미

이응필; 이수인; 박재훈; 김의주; 홍용식; 이승연; 유영한

doi:10.14578/jkfs.2020.109.2.136

남산 소나무군락의 토양호흡과 환경요인인 기온과 강수량과의 상호관계 및 도시림 관리의 의미
Correlation between a Soil Respiration and Environmental Factors, Air Temperature and Precipitation in Pinus densiflora Community in Namsan and Meaning on an Urban Forest Management 원문보기

한국산림과학회지 = Journal of korean society of forest science, v.109 no.2, 2020년, pp.136 - 144

이응필 (공주대학교 생명과학과) , 이수인 (국립백두대간수목원 야생식물종자보전부) , 박재훈 (공주대학교 생명과학과) , 김의주 (공주대학교 생명과학과) , 홍용식 (환경보전협회 수변생태관리센터) , 이승연 (공주대학교 생명과학과) , 유영한 (공주대학교 생명과학과)

초록
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본 연구에서는 대도시공원 내 소나무군락의 토양권의 유기탄소 배출량을 정량화하여 기후요인과의 관계를 분석하고 이를 통해 토양호흡량 배출을 감축하기 위한 관리방안을 마련하고자 하였다. 이를 위해 서울시 남산에 위치하고 있는 소나무군락의 토양호흡량의 유기탄소량을 조사하고 환경요인과 연결시켜 관련성을 알아보았다. 그 결과 남산 소나무군락의 토양호흡량의 평균 유기탄소량은 7.978 ton C ha^-1 yr^-1로 2011년에 6.893 ton C ha^-1 yr^-1에서 2018년에 8.660 ton C ha^-1 yr^-1로 약 0.682 ton C ha^-1 yr^-1 만큼 증가하였다. 또한, 봄철(3월-5월)의 강수량은 토양호흡의 증감을 설명하는 환경요인 중 하나였다. 이는 도시림의 생태적 관리를 위해서는 토양함수량이 높아지지 않도록 배수관리가 중요함을 시사한다.

Abstract ▼ AI-Helper

To prepare the management plan for reduction of the organic carbon emission caused by soil respirations, the amount of organic carbon emission from the pedosphere in Pinus densiflora community within metropolis park was quantified and then the correlations between quantified values and climate factors were analyzed. To this study, we investigated the amount of emitted organic carbon through soil respirations of Pinus densiflora community within Mt. Nam in Seoul-si, Korea, and identified correlationship with environmental factors. As a result, the average amount of organic carbons, included in soil respirations of P. densiflora community in Mt. Nam, was 7.978 ton C ha-1 yr-1. Also, precipitation of spring (March to May) was one of the environmental factors explaining the increase and decrease of soil respiration. This results suggest a drainage management to keep the low water content in understorey soils is important to an ecological management of metropolitan forests.

주제어

표/그림 (8)

그림 Figure 1. Monthly change of temperature of 5 cm soil depth (℃) in the Pinus densiflora community from 2011 to 2018 in Mt. Namsan.
그림 Figure 2. Seasonal precipitation (㎜) and air temperature (℃) from January 2011 to December 2018 at Seoul Metropolitan Meteorological station about 200 m distance from the study area.
표 Table 1. Data collection of climate factors of Pinus densiflora community in Mt. Namsan
그림 Figure 3. The relationship between the soil respiration (g m^-2 hr^-1) and soil temperature (℃) of Pinus densiflora community from 2011 to 2018 in Mt. Namsan.
그림 Figure 4. Monthly changes of CO₂ efflux (ton CO₂ ha^-1 month^-1) of Pinus densiflora community from 2011 to 2018 in Mt. Namsan.
그림 Figure 5. Annual soil respiration (ton C ha^-1 yr^-1) of Pinus densiflora community from 2011 to 2018 in Mt. Namsan.
그림 Figure 6. The relationship among organic carbon contents of soil respiration (ton C ha^-1 yr^-1) and environmental factors of Pinus densiflora community in Mt. Namsan.
표 Table 2. Climate factors [APBG: Monthly average of sum of daily Precipitations during the Beginning of Growth (mm), MPMG: Monthly average of sum of daily Precipitations during the Middle of Growth (mm), APEG: Monthly average of sum of daily Precipitations during the End of Growth (mm)].

AI 본문요약
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문제 정의

이에 본 연구는 대도시공원 내 소나무군락의 토양권의 유기탄소 배출량을 정량화하여 기후요인과의 관계를 분석하고 이를 통해 토양호흡량 배출을 감축하기 위한 관리방안을 마련하고자 하였다.

제안 방법

이와 같이 측정된 토양온도와 토양호흡량을 이용하여 회귀 식을 구하였다. 그 후 토양온도 데이터를 토양온도와 토양호흡량에 대한 회귀식에 대입하여 소나무군락의 연간 토양호흡량을 산출하였다. 그리고 토양호흡량 중 미생물호흡량의 기여도 54%를 기준으로 하여 토양호흡량의 46%를 뿌리호흡량으로 추정하였다(Koo et al.
토양호흡의 측정은 년마다 계절별로 수행하였고, 측정지점간의 오차를 줄이기 위하여 비가 오지 않는 날을 선정하였다. 그리고 수관 폭을 고려하여 수관이 서로 겹치는 임의의 10개의 지점에서 지점 당 3회 측정을 하여 총 30회 토양호흡을 측정하였고, 최소값과 최대값을 제외한 값들의 평균값을 사용하였다.
기후요인은 수도권기상청(서울특별시 중구)의 방재기상연보 자료를 사용하였다. 기온과 강수량은 생육초기(3월부터 5월까지), 생육중기(6월부터 8월까지), 생육말기(9월부터 11월까지)로 나누었고 기온은 각 기간 동안의 평균값을, 강수량은 각 기간 내 월별로 적산 값을 구한 후 이를 이용하여 월평균 적산 값을 산출하였다. 나무일수는 나무 생장이 활발하게 일어나는 일을 말하며, 보통 일평균기온이 4.
, 2010). 따라서 본 연구에서는 휴대용 배터리를 이용해 측정할 수 있는 IRGA 토양호흡 측정기(EGM-4, PP System, UK)를 이용하여 측정하였다. 토양호흡의 측정은 년마다 계절별로 수행하였고, 측정지점간의 오차를 줄이기 위하여 비가 오지 않는 날을 선정하였다.
우리나라의 대표적 도시산림생태계인 남산의 소나무군락에서 8년간 장기적으로 모니터링한 토양호흡량의 유기 탄소량 (ton C ha^-1 yr^-1)을 그 기간 동안의 기후변화요소 (생육초기평균기온(℃), 생육중기평균기온(℃), 생육말기 평균기온(℃), 나무일수(day), 생육초기 월평균 적산 강수량(mm), 생육중기 월평균 적산 강수량(mm), 생육말기 월평균 적산 강수량(mm), 월평균 적산 강수량(mm)과 연결시켜 환경요인이 토양호흡량에 미치는 영향을 알아보았다(Table 1).
토양의 온도는 군락 내에 디지털 데이터 온도계(Thermo recorder TR-71U, T&D Co, Japan)를 설치하여 토양 깊이 5 ㎝의 온도를 매일 1시간 간격으로 자동 측정하였다. 이와 같이 측정된 토양온도와 토양호흡량을 이용하여 회귀 식을 구하였다. 그 후 토양온도 데이터를 토양온도와 토양호흡량에 대한 회귀식에 대입하여 소나무군락의 연간 토양호흡량을 산출하였다.
토양의 온도는 군락 내에 디지털 데이터 온도계(Thermo recorder TR-71U, T&D Co, Japan)를 설치하여 토양 깊이 5 ㎝의 온도를 매일 1시간 간격으로 자동 측정하였다.
따라서 본 연구에서는 휴대용 배터리를 이용해 측정할 수 있는 IRGA 토양호흡 측정기(EGM-4, PP System, UK)를 이용하여 측정하였다. 토양호흡의 측정은 년마다 계절별로 수행하였고, 측정지점간의 오차를 줄이기 위하여 비가 오지 않는 날을 선정하였다. 그리고 수관 폭을 고려하여 수관이 서로 겹치는 임의의 10개의 지점에서 지점 당 3회 측정을 하여 총 30회 토양호흡을 측정하였고, 최소값과 최대값을 제외한 값들의 평균값을 사용하였다.

대상 데이터

Figure 2. Seasonal precipitation (㎜) and air temperature (℃) from January 2011 to December 2018 at Seoul Metropolitan Meteorological station about 200 m distance from the study area.
토양호흡량은 1년 동안의 총량으로 산출하였고, 8년(2011년부터 2018년까지)의 데이터를 사용하였다. 기후요인은 수도권기상청(서울특별시 중구)의 방재기상연보 자료를 사용하였다. 기온과 강수량은 생육초기(3월부터 5월까지), 생육중기(6월부터 8월까지), 생육말기(9월부터 11월까지)로 나누었고 기온은 각 기간 동안의 평균값을, 강수량은 각 기간 내 월별로 적산 값을 구한 후 이를 이용하여 월평균 적산 값을 산출하였다.
남산 소나무군락(Pinus densiflora community)의 영구 방형구(20 m × 20 m)는 남서사면의 해발고도 170 m (N 37°32′57″, E126°59′11″)에 선정하였다.
토양호흡량은 1년 동안의 총량으로 산출하였고, 8년(2011년부터 2018년까지)의 데이터를 사용하였다. 기후요인은 수도권기상청(서울특별시 중구)의 방재기상연보 자료를 사용하였다.

데이터처리

토양호흡량과 기후변화요소와의 상관관계를 알아보기 위해 단순회귀분석을 시행하였고, 변수에 따라 서로 간에 영향을 주거나 받는 정도가 다를 수 있기 때문에 데이터의 표준화를 통해 변수에 따라 달라지는 영향의 크기를 최소화하였다(No and Jeong, 2002). 데이터의 표준화는 각 데이터로부터 평균을 빼고 표준편차로 나누어 평균은 0, 표준편차는 1이 되는 방법으로 시행하였다(No and Jeong, 2002). 통계분석의 유의확률은 0.
또한, 토양 호흡에 영향을 주는 토양온도와의 관계를 분석하기 위해 회귀분석을 통해 회귀식을 구한 후 아래의 식을 이용하여 토양온도 민감도(Q^₁₀)를 산출하였다(Boone et al., 1998).
05로 설정하였다(No and Jeong, 2002). 이상의 통계학적 분석은 Statistica 8 통계패키지(Statsoft Co., 2007)를 이용하였고, 선형회귀식은 엑셀프로그램(Microsoft Office, 2016)에서 구하였다.
토양호흡량과 기후변화요소와의 상관관계를 알아보기 위해 단순회귀분석을 시행하였고, 변수에 따라 서로 간에 영향을 주거나 받는 정도가 다를 수 있기 때문에 데이터의 표준화를 통해 변수에 따라 달라지는 영향의 크기를 최소화하였다(No and Jeong, 2002). 데이터의 표준화는 각 데이터로부터 평균을 빼고 표준편차로 나누어 평균은 0, 표준편차는 1이 되는 방법으로 시행하였다(No and Jeong, 2002).

성능/효과

따라서 단순회귀분석결과에서 남산의 토양호흡량은 여름과 가을의 월평균 적산 강수량보다 봄철의 월평균 적산 강수량과 관련이 있었고, 이러한 결과를 바탕으로 봄철의 월평균 적산 강수량의 평균값을 고려하였을 때 남산 소나무군락의 토양호흡량은 봄철인 3월부터 5월까지의 월평균강수량의 적산 값이 최소 50 mm 이상이 되면 더 증가하게 될 것이다.
본 연구에서는 환경요인 중 봄철에 내리는 강수량이 생태계서비스 감소에 가장 크게 관련하고 있음을 확인 였다. 그리고 서울 남산의 소나무 자연숲이 받는 환경요 인의 영향은 현재 대도시에 조성된 도시림이나 인공숲 그리고 마을숲에도 유사할 것이다.
생육시기별 강수량을 비교하였을 때 남산 소나무군락의 생육초기의 월평균 적산 값(51.4 ± 25.2 mm)은 생육말기의 월평균 적산 값(43.0 ± 20.8 mm)보다 많았고 생육중기의 월평균 적산 값(230.8 ± 136.5 mm)보다 적었다 (Figure 2, Table 2).
남산 소나무군락(Pinus densiflora community)의 영구 방형구(20 m × 20 m)는 남서사면의 해발고도 170 m (N 37°32′57″, E126°59′11″)에 선정하였다. 소나무군락의 임목 밀도(tree density)는 1,300-1,400 tree ha-1, 식피율(coverage)은 95%, 평균 수고는 13.2 m, 평균 흉고직경(DBH: Diameter at Breast Height)은 21.8 cm, 토양수분함량은 13.1%, 토양 유기물함량은 6.1%, 토양온도는 11.9℃이었다(Figure 1).

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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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