[논문]소나무와 굴참나무 임분의 시비에 따른 토양 CO2 방출 동태

백경원; 김춘식

doi:10.14578/jkfs.2020.109.3.271

소나무와 굴참나무 임분의 시비에 따른 토양 CO2 방출 동태
Soil CO2 Efflux Dynamics in Response to Fertilization in Pinus densiflora and Quercus variabilis Stands 원문보기

한국산림과학회지 = Journal of korean society of forest science, v.109 no.3, 2020년, pp.271 - 280

백경원 (경남과학기술대학교 산림자원학과) , 김춘식 (경남과학기술대학교 산림자원학과)

초록
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본 연구는 유사한 입지에서 생육한 소나무와 굴참나무 임분을 대상으로 시비에 따른 토양 CO₂ 방출량을 비교하기 위해 수행하였다. 성숙한 소나무와 굴참나무 임분을 대상으로 시비처리 전 캘리브레이션 기간(2015년 3월~2016년 2월)을 가진 후, 2016년 3월에 복합비료를 표면 시비하였다. 토양 CO₂ 방출량은 2015년 3월부터 2017년 2월까지 2년 동안 매월 측정하였다. 토양 CO₂ 방출량의 월별 변동은 굴참나무와 소나무 임분 모두 시비 전(2015~2016년)과 시비 후(2016~2017년) 유사하였다. 연평균 토양 CO₂ 방출량의 경우 소나무 임분의 시비구는 2015~2016년 1.620 μmol m^-2 s^-1였으나 2016~2017년 2.180 μmol m^-2 s^-1로 유의적으로 증가(P < 0.05)하였으며, 굴참나무 임분의 시비구도 2015~2016년 1.557 μmol m^-2 s^-1에서 2016~2017년 1.977 μmol m^-2 s^-1로 약 0.420 μmol m^-2 s^-1 정도 증가하였다. 그러나 비시비구는 두 임분 모두 2015~2016년과 2016~2017년 사이 토양 CO₂ 방출량에 유의적인 차이가 없었다. Q₁₀ 값은 굴참나무 임분의 시비구가 2015~2016년 3.14에서, 2016~2017년 3.41로 증가하였으나 소나무 임분의 시비구는 Q₁₀ 값에 변화가 없었다. 비시비구의 Q₁₀ 값의 경우 굴참나무 임분은 2015~2016년에 3.85였으나, 2016~2017년은 3.69로 감소하였으며, 소나무 임분은 2015~2016년은 3.15였으나, 2016~2017년은 3.65로 증가하였다. 본 연구 결과에 따르면 유사한 입지환경에서 생육한 소나무와 굴참나무 임분의 토양 CO₂ 방출량은 시비 후 증가하였으며, 시비에 따른 토양 CO₂ 방출은 소나무 임분이 굴참나무 임분에 비해 반응이 크게 나타났다.

Abstract ▼ AI-Helper

This study compared soil CO2 efflux rates after fertilization, in Pinus densiflora and Quercus variabilis stands. Compound fertilizers were applied to the forest floor in March 2016, following a one-year calibration period (from March 2015 to February 2016). In situ soil CO2 efflux rates were measured every month during the two-year study periods, using an infrared gas analyzer with a closed chamber system. Mean annual soil CO2 efflux rates were higher following fertilizer application in the P. densiflora and Q. variabilis stands (P. densiflora: 2.180 μmol m-2 s-1; Q. variabilis: 1.977 μmol m-2 s-1) as compared with the rates measured during the calibration period (P. densiflora: 1.620 μmol m-2 s-1; Q. variabilis: 1.557 μmol m-2 s-1). The mean annual soil CO2 efflux rates in the unfertilized treatments of both stands were not significantly different between the two-year study periods. The Q10 values of fertilized treatments in Q. variabilis stands were higher in the fertilization period (3.41) than in the calibration period (3.14), whereas the Q10 values in P. densiflora stands did not change between the fertilization and calibration periods. The Q10 values of unfertilized treatments in the Q. variabilis stands were lower during the 2016-2017 period (3.69), than in the 2015-2016 period (3.85), whereas the Q10 values in P. densiflora stands were higher during the 2016-2017 period (3.65), than in the 2015-2016 period (3.15). These results indicate that the increase in soil CO2 efflux rates in P. densiflora stands could be more sensitive to fertilization compared with the rates in Q. variabilis stands.

주제어

표/그림 (7)

표 Table 1. Stand density, DBH, and basal areas of the study site.
표 Table 2. Soil particle size distribution of Quercus variabilis and Pinus densiflora stands.
표 Table 3. Soil chemical properties for calibration (2015) and for fertilization (2016) period in Quercus variabilis and Pinus densiflora stands.
그림 Figure 1. Monthly variation of soil CO₂ efflux (a), air temperature (b), air humidity (c), soil temperature (d), soil water content (e), soil pH (f), soil electrical conductivity (g), soil organic carbon content (h), NH₄⁺ concentration (i), and NO₃^- concentration (j) from March 2015 to February 2016 (calibration period), and from March 2016 to February 2017 (fertilization period) in Quercus variabilis and Pinus densiflora stands. Vertical bars indicate standard error. Different letters on the bars represent a significant difference between treatments at P < 0.05.
그림 Figure 2. Mean soil CO₂ efflux (a), air temperature (b), air humidity (c), soil temperature (d), soil water content (e), soil pH (f), soil electrical conductivity (g), soil organic carbon content (h), NH₄⁺ concentration (i), and NO₃^- concentration (j) from March 2015 to February 2016, and from March 2016 to February 2017 in Quercus variabilis and Pinus densiflora stands. Vertical bars indicate standard error. Different letters on the bars represent a significant difference between treatments at P < 0.05.
그림 Figure 3. Exponential relationships between soil CO₂ efflux and soil temperature from March 2015 to February 2016 (a), and from March 2016 to February 2017 (b) of fertilization treatments, and from March 2015 to February 2016 (c), and from March 2016 to February 2017 (d) of unfertilization treatments in Quercus variabilis stands.
그림 Figure 4. Exponential relationships between soil CO₂ efflux and soil temperature from March 2015 to February 2016 (a), and from March 2016 to February 2017 (b) of fertilization treatments, and from March 2015 to February 2016 (c), and from March 2016 to February 2017 (d) of unfertilization treatments in Pinus densiflora stands.

AI 본문요약
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문제 정의

방출 동태와 관련한 정보는 미흡한 실정이다. 본 연구는 유사한 입지환경과 서로 인접한 지역에서 생육한 성숙한 소나무(Pinus densiflora S. et Z.)와 굴참나무(Quercus variabilis BL.) 임분을 대상으로 산림 토양으로부터 방출 되는 CO₂가 시비에 따라 어떠한 반응을 보이는지를 조사하고, 토양온도, 토양수분, 토양 질소 유효도 같은 토양 환경요인이 CO₂ 방출과 어떤 관계가 있는지를 조사하기 위한 목적으로 실시하였다.

제안 방법

시비처리는 1년 후인 2016년 3월 9일 각 임분을 대상으로 우리나라 성숙림의 시비 기준량(N-P-K: 113-150-36 kg ha^-1 yr^-1)을 표면 시비하였다. 시비된 비료의 종류로 질소질 비료로는 요소, 인산질 비료는 용과린, 칼리질 비료로는 염화칼리 등을 혼합하여 임상에 고르게 살포되도록 하였다.
토양 CO₂ 방출량 측정을 위해 각 조사구 내 임의로 선정된 지점에 내부 직경 20 cm, 높이 11cm 원통형 PVC collar를 광물질 토양층 1∼2 cm 깊이까지 매설하였다. 토양 CO₂방출량은 LI-8100A(LICOR Bioscience, USA)에 20 cm survey chamber인 closed opaque chamber를 연결한 후, 매설된 PVC collar 상부에 LI-8100A를 부착하고 IRGA(infrared gas analyzer) 방법에 의해 2015년 3월부터 2017년 2월까지 매월 오전 10시부터 12시 사이에 측정하였다.

대상 데이터

본 연구 조사지는 경상남도 진주시 국립산림과학원 “월아연구시험림” 내 성숙한 소나무와 굴참나무 임분을 대상으로 하였다. 최근 30년 동안(1981∼2010년) 이 지역의 연평균 강수량은 1,513 mm, 연평균 기온은 13.

데이터처리

조사구는 3개의 block 내 시비구 및 비시비구를 포함하고 있다. 수집된 자료(P < 0.05)는 시비구 및 비시비구를 대상으로 SAS의 일반 선형모형(GLM)을 이용하여 시비 전 조정 기간(2015~2016년 측정값)과 시비 후(2016~2017년 측정값)의 유의적인 차이를 연간 비교를 통하여 P < 0.05수준에서 검정하였다(SAS Inc., 2003). 토양 CO₂ 방출량과 토양온도 변화와의 관계는 지수함수 모델을 개발하였으며[토양 CO₂ 방출량 = B₀e ^B1×ST(B₀, B1 : 회귀분석을 통하여 얻어진 계수, ST : 토양온도)], 토양 CO₂ 방출량의 토양온도 민감도를 조사하기 위해 Q₁₀ 값(Q₁₀ = e^10×B1)을 계산하였다(Saiz et al.

이론/모형

방출량 측정을 위해 각 조사구 내 임의로 선정된 지점에 내부 직경 20 cm, 높이 11cm 원통형 PVC collar를 광물질 토양층 1∼2 cm 깊이까지 매설하였다. 토양 CO₂방출량은 LI-8100A(LICOR Bioscience, USA)에 20 cm survey chamber인 closed opaque chamber를 연결한 후, 매설된 PVC collar 상부에 LI-8100A를 부착하고 IRGA(infrared gas analyzer) 방법에 의해 2015년 3월부터 2017년 2월까지 매월 오전 10시부터 12시 사이에 측정하였다.

성능/효과

방출이 증가하였다. 굴참나무 임분의 Q₁₀ 값은 시비 전에 비해 시비 후 증가하였으나, 소나무 임분은 시비 전과 시비 후 Q₁₀ 값에 변화가 없어 임분별 서로 다른 결과를 보였다. 본 연구 결과에 따르면 소나무와 굴참나무 임분의 토양 CO₂ 방출량은 시비에 따른 반응이 다르게 나타났으며, 시비에 반응하는 토양온도 상승에 대한 토양 CO₂ 방출량의 민감도도 임분별 차이가 있었다.
굴참나무 임분의 Q₁₀ 값은 시비 전에 비해 시비 후 증가하였으나, 소나무 임분은 시비 전과 시비 후 Q₁₀ 값에 변화가 없어 임분별 서로 다른 결과를 보였다. 본 연구 결과에 따르면 소나무와 굴참나무 임분의 토양 CO₂ 방출량은 시비에 따른 반응이 다르게 나타났으며, 시비에 반응하는 토양온도 상승에 대한 토양 CO₂ 방출량의 민감도도 임분별 차이가 있었다.
유사한 입지환경에서 생육한 소나무와 굴참나무 임분을 대상으로 시비에 따른 토양 CO₂ 방출량을 조사한 결과 두 임분 모두 시비 후 토양 CO₂ 방출이 증가하였다. 굴참나무 임분의 Q₁₀ 값은 시비 전에 비해 시비 후 증가하였으나, 소나무 임분은 시비 전과 시비 후 Q₁₀ 값에 변화가 없어 임분별 서로 다른 결과를 보였다.

질의응답

핵심어	질문	논문에서 추출한 답변
	산지 시비란 무엇이고 그 역할은?	산지 시비는 대기 중 온실가스인 CO2의 흡수 능력 향상에 가장 효과적인 수단으로(Kim, 2008; Moscatelli et al., 2008) 제공될 수 있으며, 산림생태계의 중요한 기능인 산림생산력 증진, 산림 건강도 및 양분 유효도 향상, 산림 토양 내 양분 수지의 조절 등과 관련한 다양한 혜택을 증진한다. 이는 산지 시비 후 토양의 생물학적이나 화학적 프로세스의 변화로 인하여 지상부와 지하부 탄소재분배 기작 발생, 유기물 분해나 토양 호흡 변화, 미생물 활동 및 토양 pH 등에 영향을 미치기 때문이다(Erickson et al.
	경상남도 진주시의 30년 간 연평균 강수량과 연평균 기온은?	본 연구 조사지는 경상남도 진주시 국립산림과학원 “월아연구시험림” 내 성숙한 소나무와 굴참나무 임분을 대상으로 하였다. 최근 30년 동안(1981∼2010년) 이 지역의 연평균 강수량은 1,513 mm, 연평균 기온은 13.1℃이다. 조사지는 유사한 입지환경에 서로 인접하며, 정상적으로 생육하고 있는 V영급 이상의 성숙하고 건전한 소나무와 굴참나무 임분을 선정하였다.
	지구온난화 관련 주요 온실가스에는 무엇이 있는가?	산림생태계로부터 흡수되거나 방출되는 지구온난화 관련 주요 온실가스는 크게 이산화탄소(CO2), 메탄(CH4), 아산화질소(N2O)로 이들이 지구 대기환경에 미치는 영향은 매우 크다(Bravo et al., 2008).

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저자의 다른 논문 :

표제어: PCR

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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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