보고서 정보
주관연구기관 |
전남대학교 Chonnam National University |
보고서유형 | 최종보고서 |
발행국가 | 대한민국 |
언어 |
한국어
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발행년월 | 2015-09 |
과제시작연도 |
2014 |
주관부처 |
미래창조과학부 Ministry of Science, ICT and Future Planning |
등록번호 |
TRKO201600009345 |
과제고유번호 |
1345220503 |
사업명 |
일반연구자지원 |
DB 구축일자 |
2016-10-01
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DOI |
https://doi.org/10.23000/TRKO201600009345 |
초록
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◦ 본 연구의 목표는 우리나라 대표 수종인 소나무의 산성비 피해를 사전에 진단할 수 있는 생태화학지표(Eco-chemical Indicators)를 발굴하여 산성비 피해에 노출된 산림 생태계를 예방적 차원에서 선별할 수 있는 기술과 산성비에 의해 훼손된 산림 토양을 사후 복원할 수 있는 기술을 개발하여 국가 차원의 탄소격리능 증대에 기여하는 것임. 이를 위해서 본 연구에서는 화학지표 개발을 위한 인공산성비 실험, 우리나라 주요 도시를 대상으로 한 강우 pH와 화학지표의 상관관계 분석 및 알칼리성 비산재(fly ash)를 이용한 산성
◦ 본 연구의 목표는 우리나라 대표 수종인 소나무의 산성비 피해를 사전에 진단할 수 있는 생태화학지표(Eco-chemical Indicators)를 발굴하여 산성비 피해에 노출된 산림 생태계를 예방적 차원에서 선별할 수 있는 기술과 산성비에 의해 훼손된 산림 토양을 사후 복원할 수 있는 기술을 개발하여 국가 차원의 탄소격리능 증대에 기여하는 것임. 이를 위해서 본 연구에서는 화학지표 개발을 위한 인공산성비 실험, 우리나라 주요 도시를 대상으로 한 강우 pH와 화학지표의 상관관계 분석 및 알칼리성 비산재(fly ash)를 이용한 산성비 피해 경감 기술 개발을 순차적으로 진행하였음.
◦ 1~3년차에는 인공강우 노출 조건(1~3년)에서 강우 pH(6, 5, 4, 3)에 따른 토양 산성화 모니터링, 소나무 생육(직경, 높이) 변이 조사, 소나무 생엽과 낙엽의 건물중 및 질소 흡수량 조사 및 생엽과 낙엽의 화학성분(δ13C,질소함량, δ15N, 금속함량) 분석 및 변이 해석 연구를 수행하였음. 4년차에는 산성비 발생 여건이 상이한 대도시(서울, 부산, 광주, 대구, 인천, 대전), 중소도시(춘천, 강릉, 천안, 원주, 익산, 태안), 공업도시(울산, 창원, 목포, 광양, 여수, 안산) 각 6개 지점을 선정하고, 해당 지점의 강우 pH, 강우량, 기온 자료(최근 10년 자료)를 수집하고 소나무 생엽 시료를 채취하여 화학분석(δ13C, δ15N, 질소함량, C/N, Ca/Al)한 후, 엽 시료의 화학지표와 환경자료(강우 pH, 강우량, 기온)의 상관관계를 해명하였음. 5년차 연구에서는 비산재 혼합에 의한 토양 산성화 경감 및 그에 따른 소나무 생장 개선 효과를 조사하였고, 산성비 영향 화학지표(δ13C, δ15N, N 농도, C/N, Ca/Al)를 활용하여 비산재 효과의 기작을 해명하였음.
◦ 산성비와 소나무 엽 시료 화학성의 상관관계를 조사한 결과, 산성비에 의해 질소(NO3- 등) 공급이 증가함에 따라 엽 시료의 질소 함량이 증가하여 강우 pH와 엽의 질소 농도는 부의 상관관계가 있었음. 또한, 산성비에 함유된 질소는 대부분 화학비료 시용이나 화석연료 연소에 의해 발생되어 그 동위원소비(δ15N)가 낮기 때문에 강우 pH와 엽 시료의 δ15N는 정의 상관관계가 성립되었음. 따라서, 이 두 가지 결과를 종합하면, 강우 pH가 낮을수록 δ15N이 낮은 질소의 공급량이 증가하여 엽 시료의 질소 농도는 증가하는 반면 그 δ15N는 감소함을 알 수 있음. 한편, 엽 시료의 δ13C는 강우 pH와 정의 상관관계가 있었는데, 이는 강우 pH가 낮아질수록 광합성 효소에 의한 탄소고정 속도가 감소하여 탄소동위원소 분할이 증가하는 것을 의미함. 한편, Ca/Al은 강우 pH와 상관관계가 없었는데, 이는 Ca과 Al은 뿌리를 통해 흡수되고 우리나라 토양의 모재가 기본적으로 산성화강암이기 때문에 이온 조성이 강우 pH에 크게 영향을 받지 않기 때문으로 판단됨. 따라서, 이상의 결과는 소나무 생엽 시료의 질소 함량, δ15N, δ13C을 산성비 화학지표로 활용할 수 있음을 제시함.
◦ 알칼리성 비산재 시용에 의해 토양 pH 및 염기성 양이온 농도(또는 Ca/Al) 증가 등 근권 환경이 개선되어 소나무 유묘의 직경 및 높이 생장이 증가하여 산성비 피해 토양의 개량제로서 비산재의 활용 가능성을 확인하였음. 광합성 과정의 기공전도도와 탄소고정속도의 상대적 기여도에 대한 지표로 이용되는 δ13C 분석 결과,비산재 처리에 의한 유묘의 성장 개선은 광합성 기질인 CO2 공급(기공전도도)과 소비(탄소고정)의 동반 상승에 의한 것으로 나타났음. 하지만, δ15N 분석 결과에 의하면 비산재 처리에 의해 NH3 휘산과 질산화 등 질소 손실 포텐셜이 증가하는 것으로 나타났음. 따라서, 향후 산성 토양 개량제로서 비산재를 활용할 경우 시비 등 적절한 질소 공급 대책이 필요함. 이상의 연구 결과는 향후 산림 생태계의 산성비 피해 사전 진단, 진행 과정모니터링 및 피해 경감 기술 개발 분야에서 활용될 수 있을 것으로 기대됨.
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