Carbon and Nutrient Cycling by Litterfall and Litter Decomposition at Three Different Forests in South Korea

국문 초록 (Abstract)

지구의 육상자원은 약 40%가 산림으로써, 산림 내 낙엽낙지는 임상으로 유입되는 양분의 주요 공급원이며 순일차생산량(NPP)에 중요한 역할을 한다. 낙엽낙지량과 낙엽분해 속도는 기후 인자와 낙엽낙지의 양분 구성 성분에 의해 영향을 받으며, 이는 임상 내 양분 공급에 주요한 인자로써 기능한다. 본 연구에서는 각각 다른 3가지 임상의 낙엽낙지 생산량과 분해 속도를 규명하고자 한다.
대전 충남대학교의 낙엽활엽수림(상수리나무 우점), 제주 청수 지역의 상록활엽수림(종가시나무 우점), 제주 선흘 지역의 혼효림(종가시나무, 곰솔 우점)과 상록활엽수림(종가시나무 우점)에서 낙엽낙지량을 측정하였다. 4가지 지역의 낙엽낙지량을 측정하기 위해 각 지역에 20 ⅹ 20 m 크기의 조사구를 4개씩 설치 후, 각 조사구마다 4개의 낙엽낙지망을 10 m 간격으로 설치하였다. 낙엽낙지는 2015년도에는 1개월, 2016년 2월부터 2017년 8월까지는 3개월 간격으로 수거하였고 수거한 샘플을 우점종 낙엽, 기타 낙엽, 가지, 열매, 수피, 기타로 구분하였다. 낙엽분해 속도를 추정하기 위해 대전 지역의 우점종 상수리나무와 제주 지역의 우점종 종가시나무를 대상으로 낙엽을 채취하여 낙엽분해망을 제작하였다. 낙엽분해망은 그물눈 1mm 크기의 나일론 망사를 사용하여 16 cm × 16 cm 크기로 제작 후 채취한 상수리나무와 종가시나무 낙엽을 수종별, 낙엽망별6 g씩 삽입하였다. 준비된 낙엽분해망은 충남대학교 낙엽활엽수림과 제주 선흘 지역의 상록활엽수림에 설치 후 3개월마다 수거하였고, 수거한 낙엽분해망 내 분해된 낙엽의 무게를 기록한 후 화학적 및 물리적 특성을 분석하였다.
선흘 지역 혼효림보다 선흘 지역 상록활엽수림과 청수 지역 상록활엽수림이 종가시나무 낙엽량이 높았다(p<0.01). 그러나, 선흘 지역 혼효림에서는 선흘 지역 상록활엽수림보다 곰솔 낙엽량이 더 높은 것으로 나타났다(p<0.01). 수집 시기는 총낙엽낙지량에 유의한 영향을 주었으며(p<0.01), 종가시나무 낙엽량은 5월에 가장 높았지만 9월에 가장 낮은 것으로 나타났다.
선흘 지역 상록활엽수림과 대전 지역 낙엽활엽수림의 평균 낙엽낙지량은 각각 903, 698 g m-2 y-1으로 나타났다. 상록활엽수림은 봄의 낙엽낙지량이 가장 높은 것으로 나타났으나, 낙엽활엽수림은 가을의 낙엽낙지량이 다른 계절보다 높았다. 낙엽 생산의 연간 변이는 지역마다 차이가 있었다. 2015년에서 2016년동안 청수 지역 상록활엽수림은 744.0 g m-2 에서 1,102.5 g m-2 으로, 선흘 지역 상록활엽수림은 715.0 g m-2 에서 951.7 g m-2 으로, 선흘 지역 혼효림은 841.7 g m-2에서 914.7 g m-2 으로 증가하였다.
낙엽 분해율은 상수리나무, 종가시나무 두 종의 낙엽이 유사한 경향을 보였다. 선흘 지역의 경우 다른 지역보다 낙엽 분해 속도가 더 높은 것으로 나타났다. 대전 지역 충남대학교에서는 종가시나무 낙엽보다 상수리나무 낙엽의 분해 속도가 더 높았다. 상수리나무의 분해율 상수(k)는 0.51 ~ 0.57의 범위를 보였고, 종가시나무는 0.50 ~ 0.53의 범위로 나타났다. 이는 수종별 낙엽의 구조적 특성이 분해 과정에 영향을 준 것으로 사료된다.
본 연구는 3가지의 다른 임상에서 낙엽낙지 생산량과 낙엽 분해율을 조사하여 임상 내 탄소 와 양분 순환에 미치는 영향을 구명하고자 하였다. 기온, 강수량 등 기후 인자 등이 낙엽낙지 생산량과 낙엽 분해율에 미치는 영향은 매우 복잡하며, 이는 낙엽낙지 생산과 낙엽 분해에 대한 추가적인 데이터 수집이 필요함을 보이고 있다. 향후, 추가 연구를 통해 낙엽낙지 생산의 연간 변이량을 산정할 수 있을 것이며, 낙엽 분해의 경우 다양한 낙엽 내 양분별 변이를 분석할 필요가 있을 것이다.

목차 (Table of Contents)

• LIST OF TABLES iv
• LIST OF FIGURES v
• I. General Introduction 1
• II. Literature Review 7
• II. 1 Litterfall Production 7
• II. 1.1 Litterfall Production by forest type 7
• II. 1.2 Litterfall Production by climatic gradient 9
• II. 2 Litter decomposition 10
• II. 2.1 Litter decomposition by species 10
• II. 2. 2 Effect of climate and litter quality 12
• III. Litterfall Production and Nutrient Contents at Three Different Forests 15
• III. 1. Abstract 17
• III. 2. Introduction 19
• III. 3. Materials and Methods 22
• III. 3.1 Study sites 22
• III. 3.2 Climatic condition 29
• III. 3.3 Experimental design 33
• III. 3.3.1 Litter trap characteristics 35
• III. 3.3.2 Installation of litter trap 35
• III. 3.4 Litterfall collection and dividing 36
• III. 3.5 Nutrient analysis 38
• III. 3.6 Statistical Analysis 38
• III. 4. Results 39
• III. 4.1 Monthly variation of litterfall 39
• III. 4.2 Seasonal Variation of litterfall 50
• III. 4.3 Annual variation of litterfall 54
• III. 4.4 Nutrient concentrations of litterfall 60
• III. 4.5 Nutrient inputs by litterfall 60
• III. 5. Discussion 65
• III. 5.1 Litterfall production 65
• III. 5.2 Nutrient inputs by litterfall 67
• III. 6. Conclusion 69
• IV. Leaf Litter Decomposition at Three Different Forests influenced by Climate and Litter Quality 71
• IV. 1. Abstract 73
• IV. 2. Introduction 75
• IV. 3. Materials and Methods 77
• IV. 3.1 Experimental design 77
• IV. 3.1.1 Study sites 77
• IV. 3.1.2 Litter decomposition bag 77
• IV. 3.2 Installation of decomposition bags 78
• IV. 3.3 Collection of litter decomposition bags 78
• IV. 3.4 Litter decomposition analysis 79
• IV. 3.5 Statistical analysis 80
• IV.4. Results 81
• IV. 4.1 Decomposition rate by site 81
• IV. 4.2 Decomposition rate by species 83
• IV. 4.2 Decomposition rate coefficient (k) 85
• IV. 5 Discussion 87
• IV. 5.1 Effects of climate on litter decomposition 87
• IV. 5.2 Effects of litter quality on litter decomposition 88
• IV. 6. Conclusion 90
• V. Summary 91
• VI. References 93
• Abstract 111
• Acknowledgments 116