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동백나무(Camellia japonica L.) 낙엽의 분해와 영양원소의 동태
차상섭 ( Sangsub Cha ),이경의 ( Kyung Eui Lee ),이상훈 ( Sang Hoon Lee ),최문종 ( Moonjong Choi ),심재국 ( Jae Kuk Shim ) 한국환경생태학회 2016 한국환경생태학회지 Vol.30 No.1
낙엽은 육상 생태계에서 영양원소의 주요 원천이며, 낙엽의 분해는 토양의 비옥도를 유지하고, 식물의 생장을 위한 영양원소의 방출 뿐 아니라 이산화탄소의 배출을 조절하는 생물계에서 가장 중요한 과정 중 하나이다. 본 연구는 지구온난화로 인해 그 분포역의 확대가 예상되는 상록활엽수인 동백나무를 대상으로 낙엽의 분해율 및 분해과정에 따른 영양원소의 함량 변화를 파악하기 위해 진행되었다. 실험은 전라남도 완도군 주도 상록활엽수림에서 2011년 12월부터 2013년 12월까지 731일간에 걸쳐 수행되었다. 동백나무 낙엽은 기타 상록활엽수 낙엽에 비해 작고 두꺼우며 단단한 재질을 가지고 있고, 비교적 높은 수용성물질과 셀룰로즈, 리그닌의 함량을 나타내었다. 분해 시작 후, 731일 경과 된 동백나무 낙엽의 잔존율은 42.6%이고 분해상수(k)는 0.427으로 나타났다. 동백나무 낙엽의 탄소 함량은 44.6% 를 나타내었고, 분해과정에 따른 탄소의 잔존량은 낙엽 잔존량의 변화와 거의 일치하는 경향을 나타내었다. 질소와 인의 초기 함량은 각각 0.47%와 324.7mg/g을 나타내었다. 질소의 잔존량은 분해 초기 증가하여 최고 1.66배까지 증가하였지만, 점차 감소하여 731일 후 초기양의 1.18배를 나타내었다. 인의 경우 최고 1.64배까지 증가하였고 731일후 1.15배를 나타내었다. 동백나무 낙엽의 칼슘, 칼륨, 마그네슘, 나트륨 잔존량은 분해과정에 따라 감소하는 경향을 나타내었다. 칼륨의 경우 빠르게 감소하여 8.9%의 잔존율을 보였다. C/N, C/P 초기 비율은 각각 94.87과 1368.5로 나타났지만, 분해가 진행됨에 따라 현저하게 낮아지는 경향을 나타내었다. 이는 질소와 인의 함량이 초기 함량에 비해최대 2.78배와 2.68배까지 증가하였기 때문이다. 본 연구의 결과 동백나무의 낙엽은 조사기간 동안에 질소와 인에서는 부동화가, 나머지 원소에서는 무기화가 진행되는 것을 확인하였다. Litter fall is a source of nutrients and carbon transfer in terrestrial ecosystems. Litter decomposition provides nutrients needed for plant growth, sustains soil fertility, and supplies CO2 to the atmosphere. We collected the leaf litter of evergreen broadleaf tree, Camellia japonica L., and carried out a decomposition experiment using the litterbag method in Ju-do, Wando-gun, Korea for 731 days from Dec 25, 2011 to Dec 25, 2013. The leaf litter of C. japonica remained 42.6% of the initial litter mass after experiment. The decay constant (k) of C. japonica leaf litter was 0.427 yr-1. The carbon content of C. japonica leaf litter was 44.6%, and the remaining carbon content during the decomposition tended to coincide with the changes in litter mass. The initial nitrogen and phosphorus content was 0.47% and 324.7 mg/g, respectively. The remaining N in decaying litter increased 1.66-fold in the early decomposition stage, then gradually decreased to 1.18-fold after 731 days. The content of P showed the highest value (1.64-fold of initial content) after 456 days, which then fell to a 1.15-fold after 731 days. The remaining Ca, K, Mg and Na content in C. japonica leaf litter tended to decrease during decomposition. The remaining K showed a remaining mass of 8.9% as a result of rapid reduction. The initial C/N and C/P ratio of C. japonica leaf litter was 94.87 and 1368.5, respectively. However, it tended to decrease as decomposition progressed because of the immobilization of N and P (2.78 and 2.68-fold of initial content, respectively) during the leaf litter decaying. The study results showed that N and P was immobilized and other nutrients was mineralized in C. japonica leaf litter during experimental period.
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점봉산에서 춘계단명식물의 Vernal Dam 효과에 관한 연구
채희명 ( Hee-myung Chae ),이상훈 ( Sang-hoon Lee ),차상섭 ( Sangsub Cha ),심재국 ( Jae-kuk Shim ) 한국환경생태학회 2016 한국환경생태학회 학술대회지 Vol.2016 No.2
우리나라는 대부분이 온대낙엽수림대에 속하며 국내 산림생태계의 구조와 기능을 연구하는데 매우 중요한 생태계중 하나이다. 특히 우리나라는 사계절이 뚜렷하여 계절에 따른 산림내의 식물계절 및 양분순환의 변화가 발생하며 특히 양분순환의 경우 계절적으로 융설 및 강우가 집중되는 시기인 초봄과 여름에 토양으로부터의 양분용탈이 대량으로 발생하게 된다. 이러한 산림 내에서 발생되는 양분의 대량 용탈은 국내에서 평가된 연구는 없으나 국외의 경우 토양 용탈로부터 소실되는 양분량은 산림생태계 내의 양분고갈을 발생시킬 정도의 규모인 것으로 알려져 있다. 하지만 실제적으로 산림생태계는 이러한 융설 및 강우에 의한 대량의 양분소실에도 불구하고 안정적인 생태계를 유지하고 있으며 자체적으로 양분소실로부터 생태계를 안정적으로 유지하는 기능을 보유하고 있는 것으로 판단된다. 특히 국내기후 특성상 하계에 집중되는 강우는 산림내 식물들의 왕성한 생육활성에 의해 대량의 양분 소실을 억제하는 기능을 가지고 있으나 초봄의 융설시기에는 대부분의 식물들이 생육활동을 시작하기 전으로 이에 대한 제어 기능의 역할을 규명하기에는 어려움이 있었다. 그러나 이러한 온대낙엽수림에서 초봄의 융설이 발생하는 시기에 대량 양분의 소실을 제어하는 기능은 1976년 Muller와 Bormann에 의해 춘계단명식물이 초봄의 융설이 시작되는 시기부터 수관부 교목들이 개엽을 시작하는 시기까지의 짧은 시간 동안 산림 내 질소의 sink로서의 기능을 관찰함으로서 확인되었다. 이들은 연구를 통해 이 시기에 춘계단명식물들은 짧은 기간 동안 대량의 질소를 흡수하고 초여름에 흡수한 질소들을 다시 산림으로 보내주는 역할을 수행함을 확인하였다. 이러한 결과로부터 Muller와 Bormann은 초봄 대량의 질소가 용탈되는 시기에 소실되는 질소를 유지하는 역할을 하는 춘계단명식물의 기능에 대해 “Venal Dam“ 이라는 새로운 이론을 제안하였다. 그들의 연구 이후국외에서는 Vernal Dam 이론에 대한 몇몇 연구들이 수행되어 왔으며 추가적으로 기존의 Muller와 Bormann의 연구에서 토양미생물의 기능에 대한 역할을 규명하였다. 그러나 이들의 연구는 춘계단명식물 및 토양미생물의 질소 흡수와 방출에 대한 결과만 제시하였으며 추가적으로 춘계단명식물로부터 방출된 양분을 이용하게 되는 하록식물 또는 목본에 대한 정량적인 연구는 이루어지지 않았으며 춘계단명식물의 지상부 소실시 시간에 따른 질소의 방출에 대한 추가적인 연구 또한 수행되지 않았다. 따라서 본 연구는 국내의 대표적인 온대낙엽수림인 점봉산에서 춘계단명식물의 Vernal Dam으로서의 기능 및 영향을 정량적으로 평가하고 이들의 지상부 소실 이후의 질소의 이동에 대해 규명하고자하였다. 연구 대상지인 점봉산은 우리나라의 자연성이 우수한 대표적인 온대낙엽수림으로 대상지에 우점하고 있는 춘계단명식인 얼레지, 꿩의바람꽃을 대상으로 Vernal Dam의 기능 및 영향을 정량적으로 평가하기 위하여 융설시기부터 수관부의 교목이 개엽되는 시기까지 1~2주 단위로 생체량및 질소량을 정량적으로 조사 및 분석하였으며 이들 춘계단명식물의 지상부 소실 이후 질소의 이동을 확인하기 위해 춘계단명식물의 지상부 분해시 방출되는 질소량을 시기별로 정량화하였으며 지상부가 소실된 이후에 방출된 질소를 이용하게 되는 하록식물들로서 대상지에서 우점하고 있는 벌깨덩굴, 대사초, 단풍취를 대상으로 식물체의 질소 흡수에 대한 정량적인 조사를 수행하였다. 연구결과 얼레지, 꿩의바람꽃의 최대성장기의 생체량은 각각 49.1g/㎡, 8.2g/㎡이었으며 질소흡수량은 최대생체량의 각각 1.02%, 0.51%를 차지하는 것으로 확인되었다. 춘계단명식물 2종의 총 질소흡수량은 점봉산의 연간 낙엽생산량으로부터 임상에 유입되는 질소량의 약 25%에 달하는 것으로 나타났다. 춘계단명식물의 지상부 소실 시기에 방출 되는 질소량은 춘계단명식물의 질소 총 흡수량 대비 54.07%, 142.31%로 확인되었으며 지상부의 소실 시작 시기로부터 45일 후 얼레지는 23.02%, 꿩의바람꽃은 30.05%를 토양으로 방출하였으며 지상부의 분해로부터 방출된 총 질소량은 흡수된 질소의 약 23.57%에 해당하는 것으로 확인되었다. 이러한 결과로부터 춘계단명식물인 얼레지와 꿩의바람꽃은 초봄 질소의 대량 용탈 시기에 질소 용탈량의 최소30.16%에 해당하는 질소량을 흡수하고 보전하는 것으로 확인되었으며 총 흡수한 질소량의 60.86%를 산림으로 방출하는 것으로 확인되었다. 이들 춘계단명식물의 질소 방출 시기와 맞물려 하록식물인 벌개덩굴, 대사초, 단풍취는 춘계단명식물의 질소 방출량의 약 96.50%에 해당하는 질소를 흡수하는 것으로 확인되었다. 이러한 결과들로부터 춘계단명식물은 초봄 질소의 대량용탈이 발생하는 시기에 토양으로부터 충분한 질소를 흡수하여 보전함으로서 Vernal Dam의 역할을 수행하며, 또한 이들이 흡수하여 동화된 질소를 다시 토양으로 방출하고 이후 생장 활성을 시작하는 하록식물들이 사용하기에 충분한 질소 source로서의 기능을 수행하는 것으로 판단된다. 그러나 춘계단명식물의 질소 흡수량만으로는 전체 산림의 질소량을 보전할 수 있는 수준은 아닌 것으로 판단되며 이들 외에 추가적으로 질소의 대량 용탈 시기에 질소를 보전하는 sink로서의 기능을 가지는 다른 생태적 요소들이 존재할 것으로 판단되므로 추후 이러한 요인들을 규명할 수 있는 연구가 필요할 것으로 판단된다.
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