강우 차단과 온난화가 토양수 화학조성에 미치는 영향 = Effects of Rainfall Exclusion and Warming on Soil Water Chemistry

국문 초록 (Abstract)

양수(Soil water)는 토양 입자 사이에 존재하는 물로, 육상생태계의 생산성을 유지하는 핵심 요소이다. 토양수의 특성을 이해하고 향후 변화를 예측하는 것은 생태계 기능 유지와 수자원 관리 측면에서 중요하다. 이 연구는 기후변화를 모의한 온난화와 강우 차단 상황이 토양수 화학조성(용존유기탄소, 총질소, SUVA254, 주요 양이온 및 음이온, 용존실리카)에 어떠한 영향을 주는지 실험적으로 규명하고자 하였다. 이를 위해 구상나무(Abies koreana)와 신갈나무(Quercus mongolica) 묘목을 구분하여 식재한 플랜트박스(실험용 목재상자)에 강우 차단과 온난화 처리를 가한 뒤 토양유출수를 모아, 토양수의 화학조성이 처리 조건에 따라서 어떻게 변화하는지 분석하였다. 2023년 3월부터 11월까지 서울대학교 평창캠퍼스 내 연구지에서 토양유출수를 총 14회 채취하여 용존유기탄소 농도, 총질소 농도, 주요 양이온·음이온 농도 등을 측정하였다. 측정된 농도 자료는 자연로그 변환 후 선형혼합효과 분석을 활용하여 통계적 유의성을 평가하였다. 그 결과 토양수의 화학조성에 영향을 주는 주요 요인은 분석 항목별로 차이가 있었으나 강우 차단처리와 시간 경과에 따른 추세변화가 주로 유의하게 나타났다. 용존유기탄소 농도는 모든 분석항목 중 유일하게 온난화 처리에 의해 유의하게 반응하여 대조구 대비 23.1% 증가하였다(p<0.05). 용존유기탄소와 총질소 농도는 모두 강한 강우 차단구에서 대조구 보다 각각 82.0%, 37.9% 높았다. 주요 이온 농도(Ca²+, Mg²+, Na+. NH₄+, K+, Cl-, SO₄²-)는 질산이온을 제외하고 강한 강우 차단에 유의하게 반응하여 대조구 대비 36.2∼188.9% 증가하였다. 이러한 결과는 기후변화 조건이 토양수 내 물질 이동 및 농축 과정에 중요한 영향을 미칠 수 있음을 시사한다.

다국어 초록 (Multilingual Abstract)

Soil water, defined as the water stored between soil particles, is a key factor sustaining productivity in terrestrial ecosystems. Understanding the properties of soil water and predicting their future changes are essential for maintaining ecosystem functions and managing water resources. Climate change further increases both the quantitative and qualitative variability of soil water, making it even more difficult to accurately predict future changes.​ This study experimentally examined how climate‑change manipulations (warming and rainfall exclusion) and vegetation types affect the chemical composition of soil water, including concentrations of dissolved organic carbon (DOC), total nitrogen (TN), major cations and anions, dissolved silica, and UV–visible absorbance. I applied rainfall exclusion and warming treatments to plant boxes (wooden experimental containers) filled with homogenized soil and planted separately with Korean fir (Abies koreana) or Mongolian oak (Quercus mongolica) seedlings, and analyzed temporal changes in soil‑water chemistry. From March to November 2023, soil water was sampled 14 times at the experimental site on the Pyeongchang campus of Seoul National University, and DOC, TN, and major cation and anion concentrations were measured for each sample. All response variables were natural‑log transformed and analyzed using linear mixed‑effects models to assess treatment effects.​
Overall, the main drivers of soil‑water chemistry differed among solutes, but rainfall exclusion and temporal trends were dominant. Among all variables, DOC was the only parameter that responded significantly to warming, showing a 23.1% increase relative to the control. In the strong rainfall‑exclusion treatment, DOC and TN concentrations were 82.0% and 37.9% higher, respectively, than in the control, and both variables showed significant rainfall‑exclusion and time interactions. Concentrations of major ions (Ca²+, Mg²+, Na+, NH₄+, K+, Cl-, SO₄²-) also responded significantly to strong rainfall exclusion, increasing by 36.2∼188.9% relative to the control, with the exception of nitrate. These results suggest that climate‑change conditions can strongly influence solute transport and accumulation processes in soil water.​

목차 (Table of Contents)

• 제 1 장 서 론 1
• 제 2 장 연구방법 7
• 2.1 연구대상지 7
• 2.2 시료 채취 및 분석방법 7
• 제 3 장 결과 16
• 3.1 용존유기탄소 16
• 3.2 총질소 19
• 3.3 SUVA254 21
• 3.4 양이온 23
• 3.5 음이온 33
• 3.6 용존 이산화규소 38
• 3.7 식생이 토양수 화학조성에 미치는 영향 40
• 제 4 장 토의 44
• 4.1 토양수의 특성에 영향을 미치는 요인 44
• 4.2 용존유기탄소 농도-타 항목 농도 상관관계 46
• 제 5 장 결론 49
• 참고문헌 50
• Abstract 56