산 림 토 양
임업연구원 임지보전과
목 차
1. 산림토양 3
1.1 산림토양 정의 3
1.2 산림토양의 구성 3
1.3 산림토양의 단면 형태 3
2. 산림토양의 생성 6
2.1 산림토양생성 요인 6
2.2 토양생성인자 6
2.2.1 모재 6
2.2.2 지형 9
2.2.3 생물 10
2.2.4 기후 10
2.2.5 시간 11
3. 산림토양의 종류 11
3.1 토양분류체계 11
3.2 한국의 산림토양 분류 12
4. 우리 나라 산림토양의 특성 18
4.1 산림토양단면 18
4.2 토양의 물리화학적 성질 24
5. 산림토양조사방법 27
5.1 입지환경조사 27
5.2 토양단면조사 28
1.산림토양
1.1 산림토양의 정의
토양은 식물생장을 물리적으로 지지하고 수분과 양분을 공급하는 것 외에도 최근에는 독성물질을 완화하는 완충능의 역할과 식생의 분포를 결정하는 요인으로 중요시되고 있다. 토양은 지구표면을 덮고 있는 암석의 풍화물과 동식물의 분해물과의 혼합물이며 모재, 지형, 생물, 기후, 시간의 상호작용에 의하여 생성된다고 하였다(Dokuchaiyev).
지각을 구성하는 암석은 입자의 크기, 결정, 색, 화학적 조성 등이 다른 1차 광물로 이루어지고 있다. 암석은 그 자체가 불량도체이고 구성성분이 다르므로 팽창과 수축률의 차이와 기온변화에 의하여 크고 작은 암편으로 부서진다. 물리적 풍화는 토양발달 초기에 특히 중요한데, 암석을 분리시킨다. 화학적 풍화작용은 토양생물의 호흡에서 생기는 이산화탄소와 미생물의 유기물 분해로 생기는 각종 산성물질에 의해서 일어나며 물이 반드시 있어야 한다. 일반적으로 물리화학적 풍화 작용은 단독으로 일어나지 않고 양자가 동시에 발생하며, 그 정도는 기후에 의해서 좌우된다. 산림토양은 작토층을 가지고 있는 농지토양과 다른데 산림토양에서는 물리적 성질이, 농지토양은 화학적 성질이 중요하다. 산림토양은 비교적 농업으로 이용될 수 없는 곳인 배수불량지, 급경사지, 암석이 많은 데 분포하고 있다. 또한 유기물 등과 혼합이 덜 되어 있고 토심이 얕으며, 토양온도가 낮고 비옥도도 낮다.
1.2 토양의 구성
토양은 유기물과 무기물의 고상과 토양수인 액상, 토양 공기인 기상으로 되어 있다. 논토양은 물로 채워져 있으므로 기상이 없이 액상과 고상이 50%씩 차지하고 있으나 밭토양이나 산림토양은 3상이 전부 있다. 우리 나라 갈색 산림토양의 표층토의 고상은 30-40%이며 이 중 유기물인 뿌리는 부피의 3-4%이다. 대체로 표토보다는 하층토에 고상이 더 많으며 여기에는 뿌리도 적어 1%에 불과하다.
<표 1> 산림토양의 삼상비율
| 갈색토양 | 적황색토양 | 암적색토양 | 회갈색토양 | 화산회토양 | |||||
층위 | A | B | A | B | A | B | A | B | A | B |
액상 | 23-30 | 20-30 | 20-26 | 22-29 | 23-25 | 24-26 | 24 | 36 | 21-43 | 34-40 |
고상 | 30-42 | 30-40 | 36-42 | 38-45 | 32-39 | 33-44 | 38 | 42 | 16-38 | 21-22 |
기상 | 34-50 | 36-45 | 34-45 | 26-40 | 38-45 | 32-43 | 38 | 32 | 41-53 | 40-47 |
(산림환경토양학. 1992)
1.3 산림토양의 단면형태
산림토양의 단면은 2개의 다른 부분으로 구성되어 있다. 하나는 지표위에 있는 유기물로서 낙엽, 낙지 또는 초본의 사체 등으로 조성된 층이므로 유기물층(o층)이라 하며, 다른 하나는 유기물층 아래에 있으며 거의 무기물 토양으로 암석의 풍화물에서 형성되어 광물토층이라 한다. O층(Organic layer)은 유기물의 공급원인 식물 사체의 분해정도에 따라 L, F, H층으로 세분한다. L층(Litter layer) 은 가장 위에 있으며 전부 미분해된 낙엽, 낙지와 초본의 유체이다. F층(Fermentation layer)은 낙엽이 토양동물의 분쇄와 토양미생물의 분해로 원형은 상실하였지만 눈으로 엽맥과 같은 원래의 조직을 구별할 수 있는 정도의 분해단계에 있는 층이다. H층(Humus layer)은 F층의 분해가 더욱 진행되어 눈으로 원래의 형태를 전혀 판단할 수 없고 건조한 토양에서는 가루의 형태로, 습한 토양에서는 뭉쳐진 형대로 있는 층이다. 광물질토층은 부식이 풍부하여 진한 색을 띠는 A층과 그 밑에 부식이 적은 밝은 색의 B층, 그 아래 모재층이라는 C층이 있다.
<그림 1> 낙엽층의 종류
A층은 동식물유체의 분해로 생성된 부식이 집적하여 암갈색을 띤 가장 위에 있는 토양으로서 토양구조의 종류와 발달정도, 견밀도의 차이가 있으며 위에서부터 A1, A2, A, B층 등으로 세분한다. 하층토보다 부식함유율이 높고, 토양구조도 발달되어 통기성 및 투수성이 양호하며, 토양동물과 미생물의 활동이 왕성하고 뿌리도 잘 분포되어 있다.
B층은 모재풍화에 따라 생성된 철화합물에 의하여 적갈색-갈색-황갈색을 띤 부식 결핍토층으로 색, 구조의 종류와 발달정도, 견밀도 등의 차이에 따라 B1, B2, BC층으로 구분한다.
C층은 토양모질물로서 토양화가 거의 진행되지 않고 구성물질이 비교적 거친 입자인 모래와 많은 석력으로 되어 있다. 그 외에 특수하게 균사층과 그레이층이, 규산층은 소나무, 참나무 등의 뿌리에 공생하는 외생균근의 균사속과 그 유체가 집적하여 나타난 회백색 해면상의 층으로 M층이라 한다. 일반적으로 능선 등 건조하기 쉬운 곳에 있는 O층, A층과 B층에 상 또는 렌즈상으로 발달하나 일단 건조하면 다시 습해지기 어려우므로, 이 층이 형성되면 토양은 건조해지기 쉽다. 그레이층은 정체한 지하수로 인하여 토양이 환원상태로 되므로 철과 망간이 환원되어 회백색을 띤 토양으로 G층이라 부르며, 단면내 하부에 위치한다. 이 층은 특히 지하수의 계절적 변도에 따라 산화와 환원이 반복되어 회백색의 기질에 갈색 반점이 형성되기도 한다.
2. 산림토양의 생성
2.1 산림토양생성 요인
암석이 풍화하여 잘게 부서지고, 다시 식물과 물의 작용으로 부서지는 과정이 계속되어 토양이 형성된다. 이 과정에서 암석 중의 여러 성분이 유출되기도 한다. 이와 같은 작용은 기상조건과 지형, 생물, 모암에 따라 다양한 형태로 나타나 많은 종류의 토양이 형성된다. 토양생성에 관계된 인자는 모재, 기후, 지형, 생물, 시간 등인데, 이들 인자가 서로 작용하여 토양을 만들며, 이를 토양생성작용이라 한다. 지역적인 차이가 크지 않으면 토양특성은 모재와 지형에 좌우된다(Feldman 등, 1991).
2.2 토양생성인자
가. 모재
모재의 성질이 다르면 다른 조건이 같더라도 특이한 토양을 형성한다. 예를 들어 석회암과 이탄암에서는 적색토나 흑색토가 나타나나 화산재가 있으면 흑색토만 나타난다. 토양의 모재는 생성과정에 따라 화성암, 변성암, 퇴적암으로 분류한다.
<표 2> 화성암의 종류
| 산성암 | 중성암 | 염기성암 |
심성암 | 화강암 | 섬록함 | 반려암 |
반심성암 | 석영반암 | 섬록반암 | 휘록암 |
화산암 | 유문암 | 안산암 | 현무암 |
1) 주요 암석의 종류
암석생성은 지구의 지하에서 매우 높은 온도에서 용융된 마그마가 얼마나 높은 온도에서 그리고 어떻게 식어서 형성되었나에 따라 광물조성과 견밀정도 또한 색에 영향을 준다. 간단하게 암석성인별 종류와 대표적인 모암을 알아본다.
가) 화성암류
(1) 화강암(Granite)
심성암중에서 가장 분포가 넓으며, 주요광물 성분은 석영, 장석, 운모, 각섬석 또는 휘석 등이며 장석, 운모, 휘석, 각섬석, 석영의 순으로 풍화된다. 장석과 운모가 풍화되면 산화철을 함유한 점토를 생성한다. 석영이 가장 풍화되기 어렵고, 이것이 부서지면 모래가 된다. 화강암의 풍화는 일반적으로 결정입자가 거칠며, 풍화가 용이하여 토심은 중정도이다. 양호한 토양을 형성하나 세립일 때는 풍화가 어려워 토심이 얕고 척박한 역질사토로서 좋지 않은 임지를 형성한다. 보통 양질(壤質) 또는 사질의 토양이 되며 때로는 식질토양이 되는 경우도 있다. 토양이 성숙되면 양호한 임지가 된다. 그러나 칼슘(Ca)분이 적고 유기물 분해가 나빠 산성토양이 된다. 남벌시는 황폐되기 쉽다, 토심이 얕은 곳에서는 적송이 많고 심토에서는 침활엽수림이 생육한다.
(2) 섬록암(Diorite)
섬록암은 화강암과 비슷하지만 흑백의 조립반점으로된 결정질로 화강암보다 다소 검게 보이며 암록색을 띤다. 성분은 사장석과 각섬석의 혼합물로 중성암이며 풍화는 결합상태에 따라 차이는 있으나 풍화되기 쉬우며 식질토양 또는 중점토를 이룬다. 석영이 함유된 석영섬록암은 화강암의 풍화토와 유사한 토양을 형성하고 다른 토양에 비하여 붕괴되지 않는 성질이 있다.
(3) 반려암(Gabbro)
주성분은 사장석과 휘석이지만 각섬석, 감람석, 자철광 등을 함유하기도 한다. 흑색을 띤 무거운 세립의 결정질인 염기성암으로 분해가 잘되고 특히 휘석이 먼저 풍화되며 산화철을 다량 함유한 식토가 된다. 간혹 중점토도 있으며 비옥한 임지가 된다.
(4) 석영반암(Quartz-Porphyry)
화강암과 성분이 대략 같고, 석영이 많고 치밀하며 풍화가 곤란하여 토심이 얕고 석괴(石塊)가 많으며 척박한 사토가 된다. 일반적으로 황폐하기 쉬우므로 불량임지를 형성한다.
(5) 반암(Hornblende-resp, Biotite-porphyrite)
섬록암과 대개 같으며 장석과 운모의 혼합물, 때로는 각섬석, 휘석이 혼합된다. 풍화가 용이하며 그 생성토양은 석괴를 함유한 것이 많지만 토심이 깊은 점토로서 유기물의 분해가 늦고 임지의 지위는 중정도이다.
(6) 석영조면암(Liparite) 및 조면암
석영 조면암은 화산암으로서 성분은 화강암과 같은 산성에 속하며, 분해는 화강암과 같이 풍화가 용이하지만 우수에 손실되기 쉬운 관계로 얕고 척박하며 건조한 토양을 형성한다. 미세립의 치밀한 암석인 조면암은 사질토양을 생성하며, 칼륨이 많고 계곡에서는 깊은 토심을 이룬다.
(7) 안산암(Andesite)
안산암은 중성 화산암으로서 종류도 많다. 주성분은 사장석이며 그외에 휘석, 각섬석, 흑운모 등이고 때로는 소량의 감람석과 석영을 함유하고 있다. 안산암은 미정질의 주성분 광물반정이 산재되어 있어 치밀한 것부터 다공질인 것 등 물리적 성질을 달리하는 것도 있고 풍화상태에 따라 생성물의 성질도 다르다. 가장 보편적인 휘석안산암은 대개 식질토양으로서 보수력은 크지만 물리적 성질은 불량하다.
(8) 현무암(Basalt)
반려암과 같은 휘석, 감람석, 자철광으로 구성되어 있으며 암색을 띠는 세립질의 척박한 염기성암이다. 풍화가 곤란하고 풍화토는 산화철이 풍부한 적갈색의 중점식토로 된다. 급사지에서는 척박지가 되기 쉽지만, 저지대에서는 토심은 중(中)정도의 비옥지 토양을 만든다. 제주도 토양의 대부분은 이 모암을 基岩으로 하고 있다.
나) 변성암류
편상석리를 갖고 표면으로부터 잘 풍화되는 동시에 화강암과 달라 암층의 열선이 발달하여 그 틈으로 근계가 뻗어 임목생육에 도움이 된다. 이 점이 화강암과 약간 다르다
(1) 편마암(Gneiss)
화강암과 같은 광물조성(석영, 장석, 운모)을 가지지만 장석을 주성분으로 하는 편마상의 변성암이다. 일반적으로 장석과 흑운모가 많은 것은 분해가 빠르며, 조직이 거칠고 층리가 수직일 때는 분해가 용이하여 암석열 사이로 뿌리를 뻗을 수 있어 임목생장이 비교적 양호한 편이다. 화강암질 토양과 유사하며 칼륨함량이 풍부하고 분포지역은 강원, 경기, 전남 등이다.
(2) 천매암(Phylite)
점판암이 변질된 것으로서 석영, 장석으로 구성되어 있으며, 석영이 많으면 풍화가 느리고 적으면 빨라진다. 풍화토는 역질 식양토를 이루며 척박한 건조지가 되기 쉽고 조부식이 형성되기 쉽다.
(3) 편암(Schist)
혈암, 점판암, 염기성 화성암등에서 유래된 엽편상(葉片狀)의 변성암이다. 광물암의 조성 성분에 따라 많은 종류로 나뉘어 진다. 일반적으로 석영이 풍부하며 화강암 보다 풍화가 느리고 풍화토는 사양토이다.
다) 퇴적암류
(1) 점판암(Clay slate)
혈암이나 이암등이 변질된 것으로 판상으로 쪼개지는 성질을 갖는 대부분 암회색을 띠는 암석이다. 옛날의 암석이 더운 해수에 용해되어 분리된 침전물질이 굳어서 된 것이다. 주성분은 석영, 장석외에 녹리석(Chlorite), 견운모(Sericite) 등이며 혈암이나 이암에 비하여 풍화가 매우 늦으며 다소의 유기물이 있다 하더라도 적색풍화토는 점질로 수분통기성 등 물리적 성질이 불량하다.
(2) 혈암(Shale)
모래가 점토와 같은 미세한 입자와 고결된 것으로 구성입자는 육안으로 식별하기 어렵다. 조성광물은 장석, 석영, 점토광물 등이며 빛깔은 사암의 경우와 같이 여러 가지이다. 혈암(이판암)의 분포는 전 퇴적암의 반 정도이며 생성토양은 점판암과 비슷하다.
(3) 석회암(Limestone)
석회암은 회백색 내지 갈색으로서 방해석(CaCO3)을 주성분으로 하고 다소의 백운석을 함유하고 있다. 탄산수에 잘 용해되며 풍화도도 높다. 규산염을 다량 함유한 암석류에서는 알칼리성 토양이 된다. 우리 나라에서는 중부 이북에 많으며 강원도 남부와 충북 단양지방에 분포한다. 토양은 강우에 의하여 잘 손실되며 타암석의 혼합비율에 따라 토성이 달라진다. 경사면에서는 토심이 얕고 돌이 많으며, 저지대의 유기질 분해가 양호한 곳에서는 지위도 양호하다. 우리 나라의 석회암 지대에서는 회양목, 노간주나무, 수수꽃다리 같은 것이 자라고 있다.
(4) 응회암(Tuff)
퇴적암류로 화산 분출물에 의해 이루어진 것으로, 풍화는 용이하나 대부분이 점토질이어서 물리적 성질이 불량하여 생산력이 낮은 임지를 형성한다.
나. 지형
경사지 윗지역의 물과 풍화작용은 암석에서 용해된 성분과 산림에서 공급된 양분을 아래쪽으로 이동시킨다. 그러므로 토양내 양료는 사면위치에 따라 달라지며 토양의 종류도 다르게 나타난다. 또한 윗지역은 지하수위도 낮고 물이 아래쪽으로 이동함에 따라 건조한 토양이 된다. 산록은 습한 토양이 된다. 작은 산에서도 풍충지는 바람이 증발산작용을 촉진하므로 토양수분도 증발하여 토양이 건조하다. 그러므로 지형은 토양생성과 관계가 깊고 미세기후 그 자체를 변화시킨다.
다. 생물
식물은 이산화탄소를 동화하여 유기물 만들며, 미생물은 단독 또는 식물과 공동으로 유기물 만들어 필요한 질소화합물을 생성한다. 동물은 식물을 섭취하여 에너지로 이용하며, 식물의 사체는 토양미생물과 동물의 먹이가 되고 그 결과 여러 가지 물질이 생긴다. 식물은 토양에 유기물 환원하고 식물뿌리는 토양을 부드럽게 만든다. 공급된 유기물은 표토에 쌓여 분해되는 데 많은 시간이 소요되므로 일부는 지표에 쌓이고 일부는 토양속으로 들어간다. 식물의 뿌리도 상당량의 유기물을 토양으로 환원한다. 따라서 토양에 특징이 있는 층이 나타나며 이것은 공급되는 유기물의 양과 질, 분해자의 종류에 따라 분화한다. 열대습윤지방에서는 산림을 벌채 후 토양이 inceptisol에서 ultisol로 변화되고 너도밤나무를 벌채하고 노송나물 식재한 곳은 갈색산림토양이 포도졸 토양으로 변한다. 즉, 유기물층이 다르면 토양의 종류도 다르게 나타난다.
라. 기후
기후는 토양형성기간에 가장 중요한 역할을 한다. 사막에는 초류가 거의 없고 극지방과 히말라야와 같은 고산지대에는 눈과 얼음이 덮여 있어 초본의 생육이 불가능하다. 따라서 토양생성도 되지 않는다. 반대로 고온다습한 열대우림지대는 나무가 많아 토양은 임목생육과 밀접한 관계가 있다. 그러므로 기후는 식물생육과 토양생성에 영향을 주며 특히 기온, 강수량, 강수특성이 중요한 인자가 된다. 화학반응의 속도는 온도가 10℃ 상승할 때 2배로 되므로 30℃일 때 25년 걸리는 화학반응 기간이 10℃에서는 100년 걸린다. 즉, 유기물의 분해는 관여하는 생물의 차는 있으나 대체로 추운 지방이 늦어 지표에 유기물층이 두껍게 쌓이고 산성이 강한 유기물을 형성한다. 또한 강수도 토양생성의 중요한 인자 중의 하나로 증발산량이 강수량보다 적으면 토양내 여러 가지 성분이 아래쪽으로 물과 함께 이동하여 하부에 집적되거나 유실된다. 특히 수용성이 높은 Na와 K가 먼저 이동하고 탄산수에 용해된 Ca와 Mg이 다음에 이동한다. 반대로 증발산량이 많고 우기와 건기가 교차되는 반건조지역에서는 우기에는 물이 아래로 흘러 성분도 이동하지만 건기에는 식물이 지하수를 흡수할 때 이동하기 쉬운 규산 등이 표층에 집적하여 토양이 알카리성으로 된다. 비가 적당히 흘러내리는 곳에서는 수용성인 Na 등이 유실되고 탄산수에 용해된 Ca와 Mg이 집적한다. 추운 지방에서는 강수량이 적어도 증발산량이 적기 때문에 물이 아래로 움직이는 경우가 많다. 이러한 조건은 유기물의 분해를 지연시켜 산성의 수요성 유기물을 만들어 Fe와 A1을 유실시킨다. 아고산의 눈이 많은 지역은 기온이 낮아, 봄에도 눈이 남아 있는 곳은 유기물이 표면에 남아 있기 때문에 포드졸(podzol)토양이 생성되기 쉽다.
마. 시간
흑색토가 성숙토로 되려면 약 3,000년이 걸린다고 추측되며 포드졸토양은 수 백년, 그레이토양은 조건에 따라 수 년~수 십년에 생성된다. 이와 같이 토양생성에 필요한 시간은 토양의 종류에 다라 다르고 같은 종류의 토양이라도 다른 생성인자에 따라 다르다.
New England 지방의 hemlock 임내 약포드졸 토양형성에는 100년이 걸렸으며 black spruce 나 balsam fir 임내에서의 토양생성은 상당히 느리다. Buol(1980) 등은 Alaska의 산림토양에서 유기물층 형성은 15년이 걸리고, 갈색산림토양의 형성은 250년, 두꺼운 포드졸토양의 형성은 100년이 걸린다고 하였다. 건조한 지역에서도 토양단면의 발달이 아주 느리다.
이와 같은 토양생성과정과 그것에 관여하고 있는 외계환경인자(암석, 퇴적물, 생물, 기후, 지표의 기복, 수문, 시간)와의 인과관계와 그 결과로서 형성된 생물체에 따른 토양형의 형태와 이화학성분과의 삼위일체의 관련성은 근대 토양학 체계의 창시자 Dokuchaev에 의하여 1세기 전에 명확하게 언급되었다.
3. 산림토양의 종류
3.1 토양분류체계
토양은 암석이 풍화하여 잘게 부서지고, 다시 식물과 물의 작용으로 부서지는 과정이 계속되면서 형성된다. 토양생성은 기후, 모재, 지형, 식생(생물), 시간 등의 인자가 서로 작용하여 만들어지게 되며 이를 토양생성작용이라 한다. 생성된 토양을 특성과 형태에 따라 분류한 것을 토양분류라 하며 나라에 따라 분류방법을 제정하여 사용하고 있다. 토양의 분류 방법은 토양 생성인자인 기후, 식생, 모재 등을 기준으로 생성론적 분류를 채택한 러시아의 토양분류방식과 토양의 형태를 중시하며 객관적이고 정량적 분류방법을 채택한 미국의 토양분류방식 등 2가지가 대표적인 토양분류방법이다. 분류체계는 나라마다 각기 다르나, 미국의 경우 가장 고차분류단위는 목(Order), 다음으로 아목(Suborder), 군(Great group), 아군(Subgroup), 과(Family), 통(Series)으로 현재 12개목 17,000개 이상의 통이 존재하는 것으로 알려져 있으며 우리 나라 농지토양은 미국분류방식을 이용하여 토양을 분류하고 있다.
3.2 한국의 산림토양 분류
우리 나라 산림토양은 1988년 임업연구원에서 우리 나라 전국을 8 토양군, 8 토양아군, 22 토양형으로 분류하여 현재까지 사용하고 있다. 자연적 계통분류방식에 따라 고차에서 저차 카테고리로의 하강식 분류방식을 채용하였으며 토양군-토양아군-토양형의 3단계로 설정하였다. 토양군은 토양생성작용이 같고, 토양층위의 배열이 유사한 토양의 집합을 말한다. 토양아군은 토양군의 전형적인 성질을 갖고있는 토양아군과, 다른 토양아군으로 이행해 가는 중간적인 성질을 갖는 토양아군으로 구분하였다. 토양형은 지형조건에 따른 수분환경을 감안하고 낙엽층의 발달정도, 토양단면 형태의 차이, 층위의 발달정도 및 각 층위의 구조, 토색 등의 차이로 구분하고 있으며 일반적으로 지형과 밀접한 관계가 있다. 토양형과 산림생산력과는 밀접한 관계를 가지며 적윤․약습산림토양형이 일반적으로 산림지역에서 자라는 모든 수종에 대해 산림생산력이 높다(표 3).
<표 3> 미국 토양분류에 따른 토양목
토 양 특 징 | 목 (Order) | 성어요소 (Formative element) |
영구 동토대 토양으로 토심 200cm 이내가 동결된 토양 | Gelisols | el |
식물조직이 분해되어 집적된 토양으로 40cm 깊이에 유기물 함량이 30%이상인 토양 | Histosols | ist |
주로 화산분출물에 의해 생성된 토양으로 35cm이상에 Allophane이 존재하는 토양 | Andisols | and |
주로 냉온대 습윤기후지역 사질모재의 침엽수임분에서 주로 발달하는 토양 | Spodosols | od |
알루미늄과 철산화물이 풍부하고 1:1형 점토함량이 많은 적색의 열대지방토양으로 표토 18cm내에 점토함량이 40%이상인 토양 | Oxisols | ox |
모든 층위에서 점토가 30%이상 풍부한 토양으로 건조시 갈라짐 현상이 발생하는 토양 | Vertisols | ert |
1년에 50%이상이 건기인 지역에서 주로 나타나는 토양 | Aridsols | id |
세탈이 극심하여 염기함량이 매우 적은 토양 | Ultisols | ult |
주로 초지에서 많이 나타나는 두껍고 팽윤된 암색의 염기포화도가 매우 높은 mollic 진단표층을 갖는 토양 | Mollisols | oll |
일반적으로 낙엽활엽수림하에서 나타나며 용탈층아래에 결정성 규산염 점토의 함량이 매우 높은 토양 | Alfisols | alf |
눈에 띄일 만큼 현저한 토층의 분화가 이루어지지 않은 토양으로서, 생성적 층위가 막 발달하기 시작한 젊은 토양 | Inceptisols | ept |
토층의 분화가 없거나 매우 미약한 토양으로 특징적인 토양 층위를 찾아볼 수 없는 토양 | Entisols | ent |
<표 4> 한국산림토양분류
토 양 군 | 기호 | 토 양 아 군 | 기호 | 토 양 형 | 기호 |
갈색산림토양 (Brown forest soils) | B | 갈색산림토양 | B | 갈색건조산림토양 갈색약건산림토양 갈색적윤산림토양 갈색약습산림토양 | B1 B2 B3 B4 |
적색계갈색산림토양 | rB | 적색계갈색건조산림토양 적색계갈색약건산림토양 | rB1 rB2 | ||
적황색산림토양 (Red and Yellow forest soils) | R·Y | 적색산림토양 | R | 적색건조산림토양 적색약건산림토양 | R1 R2 |
황색산림토양 | Y | 황색건조산림토양 | Y | ||
암적색산림토양 (Dark Red forest soils) | DR | 암적색산림토양 | DR | 암적색건조산림토양 암적색약건산림토양 | DR1 DR2 |
암적갈색산림토양 | DRb | 암적갈색산림토양 | DRb | ||
회갈색산림토양 (Grey Brown forest soils) | GrB | 회갈색산림토양 | GrB | 회갈색산림토양 | GrB |
화산회산림토양 (Volcanic ash forest soils) | Va | 화산회산림토양 | Va | 화산회성건조산림토양 화산회성적황색산림토양 화산회석력산림토양 화산회습윤산림토양 | Va-d Va-R·Y Va-gr Va-w |
침식토양 (Eroded soils) | Er |
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| 약침식토양 강침식토양 사방지토양 | Er₁ Er₂ Er-c |
미숙토양 (Immature soils) | Im |
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| 미숙토양 | Im |
암쇄토양 (Lithosols) | Li |
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| 암쇄토양 | Li |
8개 토양군 | 8개 토양아군 | 22개 토양형 | |||
<그림 4> 한국의 산림토양 유형별 분포도
4. 우리 나라 산림토양의 특성
4.1 산림토양단면
가. 토양단면 및 층위 (Soil profile and horizon)
토양단면(soil profile)이란 토양표면에서 토양모재에 이르기까지의 수직적인 면을 말하며 지각의 한 부분으로서 노출되었을 때 토양생성학적인 과정에서 발생한 토양의 형태적인 특징을 보여준다. 토양층위(soil horizon)는 토양단면에서 관찰되는 가장 기본적인 단위로서 모든 토양층위는 첨가(addition), 손실(losses), 이동(translocation), 변환(transformation) 등과 같은 4가지의 토양생성과정의 산물로서 토색, 토양구조, 토성, 견밀도 등과 같은 물리, 화학, 생물학적 특성이나 형태가 비슷하여 대체로 평형에 도달해있는 부분이다. 잘 발달된 산림토양단면은 크게 O-A-B-C층으로 구분할 수 있다.
․O층: 광물질 표토층(mineral soil horizon)위에 위치하며 분해되거나 분해되지 않은 낙엽․낙지, 동식물의 유체 등으로 구성된 층
․A층: 표토층으로 주로 암갈색이나 암회색을 띠며 유기물함량이 높다. 생물학적인 활동이 활발하며 세근이 풍부하고 일반적으로 용탈이 잘 일어난다.
․B층: 심토층으로 갈색이나 적색을 띠며 표토층보다는 점토함량이 높고 뿌리는 적다. B층 하부는 주로 보다 밝은 황색을 띤다.
․C층: 모암의 형태와 특성을 가지는 층으로 모재층이라하며 토양의 생성작용의 영향을 비교적 적게 받고 있으며 생물학적인 활동이 거의 발생하지 않는 지역이다.
나. 토색 (soil color)
토색은 토양층위를 나타내 주는 가장 뚜렷한 특징으로서 토양의 물리성이나 화학성, 토양모재의 풍화정도, 유기물함량, 용탈, 임목생장에 크게 영향을 줄 수 있는 철화합물의 축적정도를 나타낸다. 토색의 구별은 Munsell 토색첩을 이용하여 결정하며 7.5YR 5/2 등과 같이 표시되고 여기서 YR(Yellow Red)은 색(hue), 5는 명도 (Value : degree of darkness or lightness of the color), 2는 채도 (chroma : purity of the color)를 나타낸다. 토색은 토양생성과정에 따른 여러 가지 반응과 모재의 종류에 따라 차이가 있는데(표 4) 석영, 장석류는 연한색을 띄나, 진하게 나타나는 색은 철, 망간, 유기물 같은 물질로부터 얻어진 것이다.
<표 5> 토색에 관계되는 토양 특징
토 색 | 특 징 |
흑 색 | 높은 유기물 함량과 함께 비옥함. 그러나 배수가 불량할 수 있음 |
적 색 | 배수가 잘되며 상대적으로 건조 |
황 색 | 적색 토양보다 상대적으로 습함 |
회 색 | 점토, 석회, 염을 포함 |
청 색 | 산소의 결핍, 과도한 수분 |
갈 색 | 대부분의 산림토양. 유기물과 철산화물이 혼합 |
여러색깔의 혼합 | 산화 환원이 교대로 일어남. 지하수위가 높고 변동이 심함 |
표토층이 흑색인 토양은 담색토양보다 쉽게 열을 흡수할 수 있지만 유기물 함량이 높기때문에 토양수분 함량도 높으며 결과적으로 흑색토양은 배수가 잘되는 담색토양보다 온도상승이 느리다(표 5). 토색은 건조할 때와 습할 때 다소 차이가 있기 때문에 단면조사시 수분상태를 감안하여 토색을 결정해야 한다.
<표 6> 토색과 토양성질과의 관계
토 양 인 자 | 흑색, 흑갈색 | 황갈색, 갈색 | 황색, 담갈색 |
유 기 물 | 많 다 | 보 통 | 적 다 |
침 식 | 낮 다 | 보 통 | 높 다 |
통 기 성 | 높 다 | 보 통 | 낮 다 |
질 소 유 효 도 | 높 다 | 보 통 | 낮 다 |
비 옥 도 | 높 다 | 보 통 | 낮 다 |
다. 토양구조 (soil structure)
토양구조란 개개 토양입자나 입단(aggregate)의 공간적인 배열 또는 배합상태를 말하며 수분이동, 통기성, 가비중과 같은 토양성질은 토양의 입단이나 여러 가지 크기의 토양입자에 의해 크게 영향을 받는다. 토양구조는 발달정도나 크기에 따라 세분되는데 형상에 따라 분류하면 판상(platy) 각주상(prismatic), 원주상(columnar), 각괴상(angular blocky), 아각괴상(subangular blocky), 입상(granular) 등으로 분류된다. 우리 나라 산림토양에서는 토양구조를 단립상(single grain), 벽상(massive), 세립상(loose granular), 입상(granular), 견과상(nutty), 괴상(blocky), 단립상(crumb)구조로 분류하고 있다. 토양구조의 발달은 토성의 영향을 많이 받으며 사토의 경우 단립(single grain)구조가 우세한 반면 점토를 많이 포함하는 토양은 다양한 구조를 가진다. 토양미생물이나 지렁이, 노래기 등과 같은 토양 소동물은 표토층에 토양 입단화나 토양구조를 잘 발달하게 해준다. 토양구조는 공극이나 여러 가지 물리적성질과도 밀접한 관계를 가지며 임목의 생장과도 높은 상관관계를 가진다(표 6). 또한 좋은 구조를 가지는 산림토양은 답압이나 침식에 대한 저항성이 높다.
<표 7> 토양구조에 대한 투수성, 배수성, 통기성
토양구조 | 투수성 | 배수상태 | 통기성 |
원주상 | 양호 | 양호 | 양호 |
괴 상 | 양호 | 보통 | 보통 |
입 상 | 양호 | 매우양호 | 매우양호 |
라. 토성 (soil texture)
토성은 하나의 주어진 토양내에 여러 가지 광물질 입자의 비례적인 크기의 비율을 말하며 미농무성법의 기준에 따르면 입경 2mm이하의 광물질에 대하여 직경 2mm～0.05mm까지를 모래(sand), 0.05mm～0.002mm까지를 미사(silt), 0.002mm이하를 점토(clay)로 분류하고, 모래, 미사, 점토의 비율에 따라 삼각도표법에 의해 토성을 결정한다. 입경분포에 따라 토성을 결정하는 법은 국제토양학회법과 미농무성법이 있는데 우리 나라는 미농무성법을 이용하고 있으며 토성에 따른 주요수종의 분포가 표 7에 나타나 있다.
<표 8> 토성에 따른 주요 수종 분포
토 성 | 수 종 |
사 토 사 양 토 양 토 미사질양토 식 질 양 토 식 토 석 력 토 | 소나무, 리기다소나무, 버드나무, 아까시나무, 황철나무류 등 대부분의 수종 생장 가능 잣나무, 참나무류 등 대부분 수종 생장 가능 잣나무 등 대부분 수종 생장 가능 소나무, 전나무 등 낙엽송, 서어나무, 가문비나무, 벚나무 등 대나무, 밤나무 등 |
마. 견밀도 (soil consistence)
토양의 견밀도란 토양에 압력을 가했을 때 토양이 저항하는 정도를 말하며 토양의 응집력(cohesion)과 점착력 (adhesion)의 정도를 나타낸다. 토양의 견밀도가 높으면 뿌리신장이나 토양 수분상태가 불량해지며 임목의 생장을 저해한다. 산림토양의 견밀도는 토양의 안정성, 침식성, 수분조건 등과 관계를 가지며 산림작업기계 사용가능성을 결정하는데 도움을 준다.
4.2 토양의 물리화학적 성질
4.2,1 토양의 물리성
토양은 고상(solid phases), 액상(water phases), 기상(gaseous phases)으로 구성되어 있으며, 이들 삼상(三相)사이의 물리, 화학, 생물학적인 관계는 상호간의 특성이나 온도, 압력, 광 같은 외적인 인자에 의해 영향을 받는다. 임목의 생장과 분포는 이러한 외적인 조건과 토양의 물리적 성질에 따라 상당한 차이가 있는 것으로 알려져 있다. 산림토양의 화학적 성질이나 생물학적 성질은 여러 가지 인위적 시업 관리를 통하여 변화될 수 있지만 토성, 토색 등과 같은 물리적 성질은 쉽게 변화시킬 수 없다.
가. 토양의 비중 (soil density)
토양의 비중은 진비중(particle density)과 가비중(bulk density)으로 나누며, 진비중은 공극을 고려하지 않은 고상의 밀도로서 광물질 토양의 진비중은 2.6～2.75g/㎤ 정도이다. 가비중은 공기와 수분을 포함한 용적비로서 가비중이 낮은 토양은 좋은 통기성을 가지나 높은 토양은 통기성이 불량하고 공극량도 적다.
※ 토양가비중 (g/cm3 또는 g/cc) = 건중량(g)/용적(cm3 또는 cc)
나. 토양공극 (soil porosity)
토양공극은 토양내 고체입자를 제외한 부분으로서 주로 수분과 공기로 구성되며 각각의 상대적인 비율은 계속 변화한다. 건조토양에서 공극은 대부분이 공기에 의해 점유되어 있으며 습한 토양은 수분이 높은 비율을 차지한다. 산림수확시 발생되는 토양답압은 공극량을 감소시켜 산림갱신이나 임목생장에 나쁜 영향을 줄 수 있다.
다. 토양공기 (soil air)
광물질 토층의 약 50%는 토양공극으로 이루어지며 토양공기는 토양 수분함량과는 역으로 변하게 된다. 통기성이 좋은 토양이란 토양내 빈곳이 많다는 뜻이 아니라 gas의 출입이 비교적 자유로운 토양을 말한다. 대기와 토양사이에 가스이동은 교환이나 확산에 의해 이루어지게 되며 확산은 토양내 가스이동의 중심적인 부분이다. 토양산소의 결핍은 답압의 피해가 심한 토양이나 습한 토양에서 일어날 수 있으며, 토양이 계속적으로 정체된 물에 의해 포화되어 있다면 산소함량이 줄어들어 식물생장에 나쁜 영향을 미치게 된다.
라. 토양수 (soil water)
토양수는 크게 중력수, 모세관수, 흡착수의 3가지로 구분되며 중력수는 토양의 대공극을 따라 중력에 의해 자유롭게 이동하는 수분을 말하며 모세관수는 임목생장에 가장 유효한 수분이며 모세관수의 결핍은 토양표면의 증발정도나 식생에 따라 다르게 나타난다. 흡착수는 모세관수가 제거된 후 개개 토양입자 사이에 얇은 막을 형성하며 단단하게 결합되어 임목생장에는 유효하지 않다.
4.2.2 토양의 화학성
최근 산림생산의 보속성이 요구되면서 산림토양의 화학적 성질에 대한 관심이 증가하고 있다. 토양의 화학적 성질은 일반적으로 물리적 성질보다는 임목생장에 미치는 영향이 적은 것으로 알려져 있었으나 단벌기 수확이 가능한 수종은 효과적인 양분관리가 실시되지 않는 한 지속적인 생산성을 유지할 수 없음이 보고되고 있다. 또한 도시화․산업화의 발달과 함께 산림토양내 대기오염물질유입의 증가는 산림생태계 내로의 과도한 질소유입이나 토양내 칼슘이나 마그네슘 같은 필수 영양소의 용탈을 가져와 산림의 생산성 유지에 문제를 발생하는 것으로 알려져 있기 때문에 최근 산림토양의 화학적인 특성에 대한 관심이 증가되고 있다.
가. 토양산도(soil pH)
토양의 화학적 성질 중 가장 쉽게 관측이 되는 특성 중의 하나로 산림토양의 pH는 국소기후나 토양모재, 식생군집의 변화, 양분의 용탈, 시비, 유기물의 분해, 산불발생 등에 의해 변화될 수 있다. 특히 토양으로부터의 황이나 질소산화물 같은 대기오염물질에 의한 치환성 양이온의 용탈은 토양 pH를 저하한다. 토양 pH는 같은 토양에서도 층위사이에 상당한 차이를 보이는데 표토층의 pH가 심토층보다 낮은 것은 표토층으로부터 양분의 용탈이나 식물뿌리의 양이온흡수과정 동안 방출되는 수소이온의 증가 때문이다.
나. 질소(nitrogen)
질소는 식물체내 단백질, 아미노산, 핵산 등과 같은 많은 유기 화합물을 구성하는 필수적인 원소로서 식물이 가장 많은 양을 필요로 하는 토양양분이기 때문에 산림생산력과도 밀접한 관계를 가진다. 산림생태계내 질소는 대기질소의 생물학적인 고정이나 비생물학적인 고정, 입자상태로의 유입, 강수 등에 의해 유입되고, 탈질작용, 용탈, 산불 발생시 휘산 등에 의해 손실된다.
다. 인산 (phosphorus).
산림토양내 유기물은 인산의 주요 공급원이며, 토양내 유효태 인산은 식물에 의해 흡수되며 낙엽, 낙지나 동물의 잔해에 포함된 유기태 인산의 형태로서 토양으로 다시 환원하게 된다. 토양으로 환원된 유기태 인산은 토양미생물에 의해 무기화과정을 통하여 다시 식물이 흡수할 수 있는 유효태 인산을 생성하며 토양과 인산의 순환관계를 형성한다.
라. 칼륨 (potassium)
대부분의 산림토양에서 칼륨은 풍부하나 지하수위가 높은 사토에서는 결핍이 일어나는 경우가 있다. 칼륨은 탄수화물 대사나, 단백질 합성, 여러 가지 효소의 활성화 등 생리적인 활동에 있어서 내부 완충제나 촉매역할을 하며 또한 내병성과도 관계되는 것으로 알려져 있다.
마. 칼슘 (calcium)
토양내 칼슘은 대부분 무기형태로 존재하며 50～100ppm 또는 그 이상이 토양내 치환성 형태로 흡착되어있다. 강수량이 비교적 적은 건조지역에서 발달된 토양은 습한지역에서 보다 더 많은 양의 칼슘을 표토층에 집적한다. 칼슘은 정단(頂端)분열조직의 발달, 단백질의 합성, 뿌리나 지상부의 신장 등에 관계되는 것으로 알려져 있으나 칼슘이 식물에 어떠한 생리적인 기능을 하는지는 아직까지 잘 알려져 있지 않다.
바. 마그네슘 (magnesium)
대부분 산림토양내 마그네슘은 임목생장을 위해 충분한 양이나 묘포장 등에서는 마그네슘 결핍이 일어날 수 있다. 마그네슘은 식물의 광합성에 필수적인 엽록소의 구성성분이며 식물체내에서 가동성이므로 결핍시 구엽에서 신엽으로 이동하여 결핍증상은 구엽에서 먼저 나타난다.
사. 양이온치환용량과 염기포화도 (cation exchange capacity and base saturation)
양이온치환용량이란 토양이 양이온을 흡수할 수 있는 능력을 말하며 일정량의 토양이 보유하고 있는 치환성 이온의 총량을 당량으로 표시한 것이다. 즉 토양 100g 속에 있는 음전하의 수와 같으며 mg당량(milli equivalents; meq/100g 또는 cmol(+)/kg)으로 표시한다. 양이온치환용량은 토양의 비옥도면에서 대단히 중요한데, 이는 식물이 흡수하는 필수원소의 대부분이 양이온으로서 흡수되기 때문이다. 양이온치환용량에 대한 치환성양이온 Ca, Mg, K, Na 등의 비율을 염기포화도라 하며 대부분의 산림토양의 염기포화도는 매우 낮고 식생, 기후, 모재 등에 의해 크게 변한다.
아. 황(sulfur)
토양내 무기태 황은 SO4-2상태이며 점토광물에 흡착되어 있고 토양의 pH가 낮을수록 SO4-2흡착은 증가한다. 황은 식물체의 아미노산 형성에 필수적이므로 황 결핍은 결과적으로 식물체내 단백질합성에 영향을 미친다. 대부분의 산림토양은 황 결핍이 발생되지 않으나, 화산재 토양과 유기물 함량이 낮은 사질토양에서 종종 발생할 수 있다.
자. 몰리브덴(molybdenum), 철(iron), 아연(zinc), 구리(copper), 망간(manganese)
몰리브덴, 철, 아연, 구리, 망간들도 식물생육에 필수적이지만 임목에서 이들은 아주 적은 양이 요구되며 산림토양에서 이들 원소가 결핍되어 생장에 문제를 일으킨 경우는 드물다. 그러나 이들 원소 중 몰리브덴을 제외한 이들 미량원소의 유효도는 토양 pH가 감소됨에 따라 유효도도 감소하기 때문에 토양 pH를 감소시키는 산림시업들은 망간, 구리, 붕소, 아연 등의 결핍을 초래할 수 있다. 특히 묘포장에서 철의 결핍은 가장 빈번하게 보고되고 있으며, 구리는 유기질토양에서 결핍되는 경우가 있다.
차. 탄질율(C/N ratio)
탄질율(carbon-nitrogen ratio)은 토양 식물체, 유기질 비료 등에 포함된 유기탄소와 총질소의 함유율을 비율로 표시한 것으로 미생물에 의한 유기물 분해정도 또는 분해정도 예측의 지표로 활용될 수 있으며, 또한 토양 유기태 질소의 무기화 정도나 질소의 유효도를 나타내므로 토양 비옥도를 판정하는 유력한 기준으로 이용될 수 있다. 토양내 탄질율이 30:1에 도달하게 되면 질소무기화가 시작되며 그 값 보다 높으면 질소는 부동화 (nitrogen immobilization)할 가능성이 있다. 신선한 낙엽의 탄질율은 수종이나 임령에 따라 다르며 낙엽내 질소 함량이 낮은 침엽수의 경우 50～120, 낙엽내 질소함량이 높은 활엽수는 40～70 정도이고, 분해가 잘된 산림토양의 표토층의 C/N율은 12～13정도이다.
타. 토양유기물
산림토양이 가지는 독특한 특징중의 하나는 L(Oi), F(Oe), H(Oa) 의 3가지 다른 종류의 층위를 포함하는 유기물층 (Organic horizon) 또는 임상 (forest floor)을 가지고 있다는 점이다. L(litter)층은 낙엽층으로 신선한 낙엽이나 낙지가 원래의 형태를 유지하고 있는 상태를 말하며, F(fermentation)층은 분해층으로서 낙엽층의 하부에서 나타나며 일부는 분해가 진행되고 있으나 원래의 형태가 무엇인지는 알 수 있는 상태이고, H(humus)층은 부식층으로서 분해가 잘되어 원래의 형태가 무엇인지를 구별할 수 없는 무정형의 고분자화합물을 말한다. 토양 구성물의 필수적 요소인 유기물은 토양내 여러가지 미생물의 에너지 및 양분원으로서 제공되며, 토양입자를 단단히 결합하고 안정화하여 침식의 위험을 축소하고, 토양공기나 토양수분의 이동, 저장 등에 영향을 미쳐 토양성질을 개선하며 임목의 생장에 도움을 준다. 또한 임목 및 토양생물의 생장에 필수적인 질소, 인산, 황과 같은 양분의 저장 및 공급원으로 제공된다. 그 외에도 양이온 및 음이온 교환장소로서 양분을 보유하며, 토양가비중을 낮추고 토양답압을 완화할 수 있을 뿐만아니라 여러 가지 중금속이나 환경오염물이 식생에 미칠 수 있는 나쁜 영향을 감소시킨다.
5. 산림토양의 생산력
5.1 토지생산력
5.1.1 산림토양과 지위지수
임업적인 관점에서 산림경영의 최종적인 목표는 경제성과 관계되기 때문에 어느 임분의 지위를 판정하는 것은 효과적인 산림경영을 위한 방법의 결정에 가장 중요한 수단이다. 토양생산력의 추정은 목재수확을 최대로 할 수 있는 수종이나, 수확시기, 투자 등을 판단하는데 도움을 주기 때문에 산림갱신이나 경영에 있어서 산림생산력에 영향을 줄 수 있는 인자가 무엇인지를 인식하는 것은 중요하다.
가. 지위지수
토양이 가지는 여러 가지 특성 들중은 하나의 어느 주어진 입지에서 어느 특정수종의 지위지수를 결정할 수 있게 한다는 점이다. 지위지수는 25년이나 50년의 지수연령에서 주어진 입지에서 어느 수종이 어느 정도 자랄 수 있을 것인 지를 예측하게 해준다. 만일 어떤 지역이 어느 특종수종에 대해 50년생에서 21m의 수고생장을 보인다면 묘목 식재 50년 후에 그 수종이 21m의 수고에 도달 할 수 있을 것을 예측 할 수 있다. 산림내 지위지수는 두가지 방법에 의해 추정 될 수 있다. 하나의 방법은 관심있는 수종의 우세목에 대한 수고 등을 측정한 후 기존에 작성된 지위지수그래프를 이용하여 지위지수를 추정하거나, 토양의 이화학적 성질 등을 이용하여 지위지수추정을 위해 개발 된 추정식을 이용하여 지위지수를 추정할 수 있다. 후자의 경우 임목이 없는 무임목지나 혼효임지 등의 지위예측에 효과적이다.
나. 산림생산력에 영향을 미치는 토양인자
(1) 표토층의 깊이: 표토층(A층)의 깊이는 임목의 생장에 영향을 미치는 주요한 인자중의 하나로 이는 표토층이 주로 유기물과 양분 함량이 높고 배수나 통기성 등에 밀접한 관련이 있으며 이러한 것들은 임목의 뿌리생육과 발달에 영향을 미치기 때문이다.
(2) 토성: 토성은 산림생산력에 매우 중요한 영향을 미친다. 예를 들면 모래성분이 많는 토양은 배수가 잘되기 때문에 계속적인 용탈에 의해 양분의 결핍이 발생하기 쉽다.
(3) 심토층의 견밀도: 심토층의 견밀도는 산림생산력을 결정하는데 또다른 인자로서 석회암지대의 암적색산림토양의 경우 심토층의 견밀도가 견 등으로 임목의 초기생장은 비교적 양호하나 임분이 성숙함에 따라 생산력의 급격한 저하가 발생하는 경우가 있다.
(4) 비옥도: 임목식재에 앞서서 토양분석은 토양내 결핍된 양분이 무엇인지를 판단하게 해주며 시비효과를 극대화하기 위해서는 제초제를 병용하거나 하예작업을 실시함으로서 좋은 결과를 얻을 수 있다.
다. 종선발
어느 특정한 임지에 임목을 식재하기 위해서는 여러 가지 단계가 포함되어야한다. 만일 목재생산이 목적이면 수종선발은 가치 있는 목재를 생산할 수 있는 수종이 선발되어야하며, 야생동물, 휴양, 경관조성 등이 목적이라면 그에 맞는 목적 수종이 선발 되어야한다. 만일 두 수종이상이 어느 장소에 적합하다고 판단되면 짧은 기간에 가장 많은 경제적인 효과를 줄 수 있는 수종을 선정 해야한다. 대부분의 경우에 가장 높은 지위지수수종을 선발하는 것이 타당하다.
5.2 토양관리와 산림생산력유지
토양은 산림생산력유지에 가장 중요한 요인으로 식물이나 동물에 필요한 26개 원소 중 탄소와 산소를 제외한 24개 원소를 제공한다. 토양은 식물이나 동물의 생산력에 미치는 직접적인 영향을 미칠 뿐만 아니라 미래의 산림을 지탱해주는 양분저장고의 역할을 하기 때문에 효율적인 토양관리는 산림생산력 유지증진에 크게 기여한다.
가. 답압(compaction)
토양에 압력이 가해지면 토양입자나 덩어리사이에 간격이 줄어들고 공극이 감소되는 현상을 답압이라 한다. 토양 공극은 토양내 산소와 수분 이동, 뿌리 분포와 신장, 생육 등에 영향을 미치기 때문에 결과적으로 산림생산력에 영향을 미친다. 토양내 답압은 산림작업기계를 이용할 때 가장 심하게 발생하며 뿌리생육, 토양배수, 통기성에 관계되는 공극의 양이 줄어들기 때문에 산림생산력의 감소가 발생하며 이러한 영향은 수십년 동안 지속될 수 있다. 또한 답압은 토양침식에 위험을 크게 증가할 수 있으며 이는 답압된 토양에서는 수분의 토층 하부로 이동이 감소되고 토양표면을 따라 유거수가 증가하기 때문이다. 토양답압을 감소하기 위한 방법은 경사가 심한 지역에는 토양과 낙엽을 존치하고 토양이 습할때는 산림작업을 피하여야한다. 또한 자연배수상태로 물흐름을 유지하거나 배수로를 설치하고 산림작업기계는 토양이 동결되는 동절기동안 사용하여야하며 산림작업기계의 빈번한 이용을 피하여야한다. 토양침식의 잠재력이 높은 지역은 신속히 식생을 피복하고 답압이 심한 지역은 토양 공극을 증가하거나 배수향상을 위해 경운을 실시하는 것도 고려해야한다.
나. 토양비옥도(soil fertility)
토양비옥도는 하나의 주어진 입지에 양분량과 양분유효도에 의해 결정된다. 대부분 임목에 유효한 양분은 유기물층이나 광물질 표토층에 존재한다. 그러나 침식이나, 산불, 산림작업기계의 이용은 이들 층위에 변화와 함께 양분과 산림생산력의 손실을 초래한다. 토양에는 산림생산력에 유익한 영향을 줄 수 있는 균근이나, 질소고정균 같은 이로운 미생물이 있다. 이러한 미생물은 수분이나 양분흡수를 도우며 토양구조를 향상하고 여러 가지 병으로부터 뿌리를 보호한다. 그러나 산불이 발생하거나 토양 표토로부터 유기물의 제거는 이러한 미생물을 제거하거나 감소하게 할 수 있기 때문에 산림작업의 실시는 유기물의 보전과 신속한 산림갱신이 강조되어야한다.
다. 임분정지(site preparation)
임분 정지는 산림성립에 도움을 준다. 임분정지는 묘목의 생존율과 생장을 돕기 위해서 실시하며 임목의 식재 공간을 충분하게 하거나 경쟁 식생의 감소 등을 목적으로 한다. 그러나 산림작업기계의 사용에 의해 유기물층이 제거되거나 답압이 발생될 때, 벌채잔존물을 태울때는 양분의 휘산이 발생하여 산림생산력이 감소할 수 있다. 임분 정지시 가장 주의 할 점은 표토층이 보호 되도록 해야 한다는 점이다. 이는 임목생육이나 생산력에 가장 크게 영향을 미치는 질소성분이 주로 이 지역에 존재하기 때문이다. 임분정지시 산림생산력을 유지하기 위한 방법으로는 경사가 심하거나 침식이 심한 지역에서는 토양교란 활동과 산림작업기계의 이용을 최소화하여야하며, 산림작업기계는 건조한시기에 등고선을 따라 사용하는 것이 좋다. 벌채 잔존물을 태울 때는 토양이 습할때 실시하고 화입시는 강도를 낮게 하여 짧은 시간에 마무리 지어야한다.
라. 산지시비
산림토양에 시비의 실시는 지난 30년간 크게 증가하였다. 그러나 무기양분의 첨가에 대한 식물의 반응은 크게 변화하기 때문에 산림 경영에 있어서 시비의 이용은 경제성에 바탕을 두고 실시되어야 한다. 산지 시비의 목적은 유령림의 경우 식재된 임목의 활착과 생장을 촉진하기 위하여 실시하며, 성숙림의 경우는 기 조성된 임분의 생산력 증대와 함께 임목생산력을 최대로하여 벌기령을 단축하는데 있다. 산지시비시 고려해야할 사항은 1)비료의 선택, 2) 시비량, 3)시비방법, 4)시비시기, 5) 시비횟수 등 크게 5가지이다.
1) 산림용 비료
산지에 시비할 수 있는 비료는 크게 유기질비료와 무기질 비료의 두 가지로 분류할 수 있다. 이중 무기질 비료는 이화학적성질을 알 수 있고 가격 또한 저렴하기 때문에 산림용비료로 주로 사용되고 있다. 국내에서 개발되거나 주로 사용되는 산림용비료는 완효성비료로 산림용고형복합비료, 항공시비용입상비료, 규산피복비료가 있으며 속효성비료로는 질소질비료로 요소, 인산질비료는 중과린산석회, 용과린, 용성인비, 칼륨질비료는 염화칼륨이 있다. 산림용고형복합비료의 개당 무게는 15g으로 질소:인산:칼륨의 비율이 3:4:1 (3요소 함량비 12:16:4%)이며 개당 질소(N) 1.8g, 인산(P2O5) 2.4g, 칼륨(K2O) 0.6g을 포함하고 있고 증량제로서 peat나 zeolite가 약 10% 정도 섞여 있다. 복숭아씨 형태로서 다루기가 편리하며 비료에 대한 지식이 없어도 적정량을 시비하거나 균형 시비가 가능하고 비료 유실이 적다. 속효성비료는 요소 (N 성분비:46%), 용과린 (P2O5 성분비:20%), 염화칼륨 (K2O 성분비:60%)은 임업에서 가장 많이 쓰이는 단비이다.
※시비성 분량을 실제비료량으로 환산할 경우
시비량(㎏/㏊) = 시비기준량(㎏/㏊) ÷ 비료성분량(%) × 100
※실제비료량을 성분량으로 환산할 경우
성분량(㎏) = 비료량(㎏) × 비료성분량(%) ÷ 100
유기질비료는 현재 우리 나라에서 산림용비료로서 많이 이용되고 있지는 않으나 외국에서는 도시하수, 음식물쓰레기비료, 제지 슬러지 등을 비료로 개발하여 산림생산력향상 뿐만 아니라 훼손지 복구 등에서 많은 효과가 있는 것으로 알려져 있다.
2) 유령림 시비
유령림시비는 양분부족으로 묘목생장이 불량하거나, 묘목의 초기생장이 급속히 요구되는 지역에 식재목의 활착을 촉진시키고 생장을 왕성하게 하여 하층식생과의 경쟁을 줄이고 풀베기작업기간을 단축하며 단기간내 임지를 폐쇄하여 벌채로부터 발생되는 표토의 침식이나 양분의 유실을 최소화하는데 목적이 있으며 식재시 묘목당 시비량이 표 18에 나타나있다.
<표 18> 식재시 묘목당 시비기준량(산림환경토양학, 1992)
구분
수종 | 성분에 의한 시비 기준량 (g/본) | 비료에 의한 시비 기준량 (g/본) | 산림용 고형 복합비료 (개/본) | ||||
질소 (N) | 인산 (P2O5) | 칼륨 (K2O) | 요소 (N 46%) | 용과린 (P2O5 20%) | 염화칼륨 (K2O 60%) | ||
잣나무 | 3.7 | 4.6 | 1.2 | 8 | 23 | 2 | 1 |
낙엽송 | 7.4 | 9.2 | 2.4 | 16 | 46 | 4 | 5 |
소나무류 | 1.8 | 2.4 | - | 4 | 12 | - | 1 |
밤나무 | 6.0 | 8.4 | 3 | 13 | 42 | 5 | 5 |
오동나무 | 6.0 | 8.4 | 3 | 13 | 42 | 5 | 5 |
포플러류 | 9.2 | 9.2 | 3 | 20 | 46 | 5 | 6 |
※식재 후 추비량은 전년도 시비량을 기준으로 장기수 20%, 속성수 40% 증량
시용.
가) 시비위치
식재시 시비 위치는 식혈 토양에 비료를 섞는 방법, 시비 하고자하는 임지가 경사지일 경우 식재목의 상부에 반원형으로 시비하는 방법, 조림목의 가지 선단으로부터 수직으로 내린 곳에 5～10㎝ 깊이로 땅을 파고 측방으로 시비하는 방법이 있으나, 측방시비가 식재목의 생장이나 활착율을 높이는 것으로 알려져있다.
나) 시비시기
시비 시기는 묘목 활착이 완료된 후인 5월경(식재 1개월 후)이 가장 좋으나 노동력이 부족한 경우에는 여름이나 가을에도 실시할 수 있다. 초기생장 동안 양분이 많이 요구되는 낙엽송이나 활엽수류는 3년 연속 시비해야 효과가 뚜렷하다.
3) 성숙림 시비
임분이 성숙함으로써 임관이 울폐되고 울폐된 임지의 산림 생산력은 급격히 감소하는 것으로 알려져 있다. 이러한 생산력의 감소의 원인과 생리 생태적인 기작이 무엇인지에 대한 것은 여러 가지의 견해가 있지만 임분이 성숙함으로써 임지 양분유효도(Nutrient availability)가 감소한다는 것도 주요한 이유 중의 하나이다. 성숙림시비는 직접 양분을 임목에 공급하는 것 외에도 낙엽층 및 부식층의 분해를 도와 임지의 양분순환을 촉진하여 임지의 비옥도를 향상시키고, 임목의 생장촉진과 임목생산량의 증대를 위해 실시하며 시비후 임관이 자랄 수 있는 공간을 제공하기 위해 가지치기나 간벌같은 산림무육작업을 병행하여 실시하면 더욱 효과적이다(표 19, 20).
<표 19> 산림무육작업과 시비량
수종 | 임령 | 산림용고형복비 시비량 (㎏/㏊) | 시비기준량 (㎏/㏊) | ||
질소(N) | 인산(P2O5) | 칼륨(K2O) | |||
잣나무 가지치기 | 14년생 | 750 | 90 | 120 | 30 |
잣나무 간벌 | 23-38년생 | 940 | 113 | 150 | 37 |
낙엽송 간벌 | 14-33년생 | 940 | 113 | 150 | 37 |
자료 : 임시연보 33 (1986)
가) 시비방법
임지에 시비할 경우 속효성비료는 표면살포(Broadcasting)를 주로 실시하나 산림용 고형복합비료는 등고선 방향으로 땅을 파고 시비를 실시한다. 양분흡수를 담당하는 세근이 주로 분포하는 임상이나 표토층에 균일하게 살포하여야하며 질소의 휘산이나 비료의 유실을 막기위해서 표토층과 섞이도록 시비하는 것이 좋다. 단일 시비에 의한 생장 반응은 6년이상 지속되는 것으로 알려져 있으나 매 3-4년마다 계속적인 실시가 효과적이다.
나) 시비시기
시비시기는 계절보다는 기후 조건이 중요하며 뿌리의 생장이 활발하고, 토양 온도가 낮으며 강수량이 빈번한 시기가 휘산에 의한 손실을 줄일 수 있다. 계절적으로는 가을이나 초봄에 실시하는 것이 시비 효과를 높일 수 있다.
<표 20> 삼나무임분(지위 중)의 시비 기준표
임령 (년) | 평균수고 (m) | 임목밀도 (본/㏊) | 재적 (m3/㏊) | 육림작업의 종류 | 시비 횟수 | 시비량(㎏/㏊) | ||
질소 | 인산 | 칼륨 | ||||||
1 | 1.0 | 3500 |
| 식재 및 풀베기 | 1 | 30 | 4-9 | 8-16 |
2 | 1.8 | 3200 |
| 풀베기 | 2 | 40 | 7-10 | 12-20 |
4 | 3.4 | 3200 |
|
| 3 | 60 | 9-18 | 16-32 |
6 | 5.0 | 2700 |
| 잡목솎아내기 |
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7 | 5.7 | 2700 |
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| 4 | 60 | 9-18 | 16-32 |
8 | 6.4 | 2700 |
| 가지치기(＜1.5m) |
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11 | 8.4 | 2700 |
| 가지치기(＜3m) | 5 | 80 | 14-22 | 24-40 |
14 | 10.2 | 1800 | 185 | 간벌 |
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15 | 10.8 | 1800 | 185 | 가지치기(＜5m) | 6 | 100 | 7-22 | 12-40 |
18 | 12.5 | 1250 | 245 | 간벌 |
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19 | 13.0 | 1250 | 245 |
| 7 | 150 | 9-32 | 16-66 |
24 | 15.5 | 900 | 325 | 간벌 |
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25 | 16.0 | 900 | 325 |
| 8 | 200 | 14-44 | 24-80 |
33 | 19.3 | 900 | 473 | 수확 |
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계 |
| 8번 | 720 | 70-175 | 128-320 | |||
자료 : 일본산지시비연구회
6. 산림토양 피해
6.1. 산림토양의 산성화
토양산성화의 원인은 매우 다양하다. 특히 임업에 있어서 산성화의 원인으로는 대기오염 증가에 따른 산성화와 국소적이나 비료의 과다 사용에 따른 산성화가 가장 큰 원인으로 생각한다. 산림토양의 산성화에 가장 크게 관여하는 대기오염물질에 대하여 알아본다.
가. 대기오염의 원인과 발생원
자연현상으로 인한 대기오염물질의 원인으로는 번개에 의한 산불, 꽃가루 분산, 바람에 의한 토양침식, 화산폭발, 수목으로부터 휘발성 유기화합물의 증발, 세균에 의한 유기물질의 분해, 자연적인 방사능 방출 등을 들 수 있다. 그러나 이러한 자연적인 오염원으로부터의 방출은 전 세계에 걸쳐 분산되어 있기 때문에 심각한 손상을 야기할 정도의 고농도에 도달되는 경우는 극히 드물다. 예외적으로 화산폭발에 의한 거대한 양의 아황산가스와 부유 입자상 물질의 분출이 문제가 되는 경우가 종종 발생하기도 한다.
우리가 익히 알다시피 대부분의 대기오염물질은 인간활동으로부터 야기되는데, 이를 인위적인 오염원으로 구분하며 그 주요 근원은 발전소 및 공장에서의 화석연료 연소(고정오염원)와 자동차에서의 화석연료 연소(이동오염원) 등이다(그림 5). 이처럼 대기오염원을 분류하는 목적은 오염원별 대기오염물질의 배출량과 오염의 기여도를 파악하여 영향을 저감 또는 개선하기 위한 효율적인 관리대책을 마련하는 데 있다.
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| 자연적인 오염원 |
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| 점오염원 | ||
대기오염원 |
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| 고정오염원
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| 인위적인 오염원 |
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| 면오염원 | |||
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| 이동오염원 |
| 선오염원 | |||
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<그림 5> 대기오염원(source of air pollution)의 분류
고정오염원(stationary source) 중에 점오염원(point source)은 화력발전소 등과 같은 대형 산업시설의 고정적인 배출구를 통해 오염물질을 배출하는 대규모의 오염원(g/s)을 의미하며, 면오염원(area source)은 가정난방, 취사 등 소규모의 오염원(g/s-㎡)을 의미한다. 이외 이동오염원(mobil source)중에 선오염원(line source)은 일정한 운행망을 따라 이동하는 자동차(고속도로), 기차(철도), 선박, 비행기 등에서 배출되는 오염원을 의미한다.
또한, 대기오염물질은 반응상태에 따라 1차 및 2차 대기오염물질로 구분된다. 여기서 1차 오염물질은(primary pollutants)은 개별 발생원에서 대기 중으로 직접 배출되는 오염물질을 의미하며, 아래 표 9과 같이 7종의 화합물질 및 고형물질로 구분할 수 있다.
<표 9> 주요 1차 대기오염물질의 종류
구 분 | 오염 물질 |
큰 입자(직경 100μm이상) 작은 입자(직경 100μm이하) 황산화물 질소산화물 유기화합물 Halogen 화합물 탄소화합물 | 탄소알갱이 등 CaCO3, ZnO 등 SO2, H2S 등 NO, NO2, N2O5, NH3 등 HC, 유기산, tar 등 HF, Cl2, F2, HCl 등 CO, CO2 등 |
한편, 2차 대기오염물질은 대기 중으로 방출된 1차 오염물질간의 상호작용, 대기에 있는 정상성분과의 반응, 태양에너지에 의한 광화학적 반응 등에 의해 원래 성질이 변환되어 생성된 물질로써 예를 들면 오존, PAN, 산성비 등이 이에 속한다. 이외에도 대기오염의 공간적 분포 및 기여도를 구분하기 위한 목적으로 국지오염, 광역오염, 단독오염 및 복합오염의 용어를 사용하기도 한다.
이상에서 언급한 가스상 대기오염물질들은 기공을 통하여 식물체내에 침투되어 생리적으로 여러 가지 악영향을 미친다. 1970～1980년대에는 SO2에 의한 피해가 컸으나 탈황기술의 발달로 SO2의 영향은 적어졌다. 그 대신에 최근에는 광화학옥시던트(O3, PAN)의 피해가 큰 문제로 대두되고 있다. 이들 1차 및 2차 대기오염물질의 주성분과 발생원을 구분하여 표 10에 기술하였다.
<표 10> 주요 대기오염물질의 발생원
구 분 | 주 성 분 | 자연발생원 | 인공발생원 | 비 고 |
황산화물
| 이산화황(SO2) 황산(H2SO4) | 화 산
| 석탄, 석유연료, 광물제련소, 비료공장, 황산제조, 석유정제 | H2S →SO2 SO2 →H2SO4 |
질소 산화물
| 일산화질소(NO) 이산화질소(NO2)
| 세균에 의한 유기물의 분해 | 연소, 황산, 질산제조, 폭약제조, 질소비료제조
| → NO ← NO2 |
옥시단트 | 오존(O3) PAN | 오존층 |
| 탄화수소와 NO2의 광화학 반응→O3, PAN |
탄화수소 | 지방족탄화수소 방향족탄화수소 (benzene) | 천연가스, 유기물의 혐기성 분해 | 불완전연소(자동차 등) 석유정제, 판매용제 사용 (dry-cleaning, 도료), 석유화학 기타의 각종 공정 |
|
암모니아 | NH3 | 유기물의 혐기성 분해 | 레이온 공장, 슬러지의 혐기성 발효, 펄프공장, 분뇨처리장, 카본블랙제조, 동물처리(어육처리), 피혁공장, 축사, 계사 |
|
황화수소 | H2S | 화 산 | 암모니아제조, 질소비료제조, 소오다회제조, 안료제조, 계분건조장, 분뇨처리장, 계사, 축사 |
|
불소 화합물 | HF, SiF4
|
| 알루미늄정련공장, 인산공업, 제철소, 유리제조공장 | SiF4→HF
|
염소 화합물 | Cl2, HCl |
| 염산제조공장, 염화칼슘공장, 마그네슘공장, 플라스틱소각장 |
|
입자상 물질 | 황산염(SO42-) 질산염(NO3-) 암모늄염(NH4+) 금속, 유기물 | 토양, 화분 | 연료중의 회분, 불완전연소에 의한 탄소나 방향족 탄화수소, 시멘트, 금속정련, asphalt, carbide제조, 채석 | SO2→H2SO4 및 각종 산성가스와 암모니아와의 반응, 광화학반응에 의한 유기물 입자의생성 |
| 시멘트 분진 |
| 시멘트 공장 |
|
6.2 산성비와 산림피해
산성비가 대기오염 물질을 대표하는 대명사로서 자리를 굳힌 이유는 산성비에 함유되어 있는 주요 성분의 70～80%가 각종 화석연료로부터 배출되는 SO2에 의해 물과 결합하여 생성되는 황산화합물이기 때문이기도 하지만, 교통량의 증가에 따른 질산화합물함량의 증가에도 있다. 이들 성분이 복합되면 서로 상승 또는 상가작용을 일으켜 산림에 더욱 해로운 오염물질로서 되기 때문이다. 이러한 오염물질을 정화 또는 완충시키는 산림이 파괴된다면 인류의 생존에 치명타를 가하게 될 것이다. 산림피해가 나타나고 있는 국가 등의 대부분이 pH 5.0 이하이고 우리 나라도 이미 일부지역(대도시, 공단)에서는 pH 5.0 이하의 산성비가 수년간 계속해서 관찰되고 있다.
산성비는 각종 공장이나 자동차등에서 배출하는 가스상 오염물질이 대기 중에 있는 수분과 결합되어 생성되는 것으로, 산성화된 물방울은 구름이 되어 오랜 시간을 공중에 머물며 수백 km를 이동하면서 오염물질 발생지역과는 무관한 산간 오지까지 피해를 미친다.
산성비의 산성도를 분류하면 표 11과 같다. 즉 정상비, 약산성비, 강산성비로 구분할 수 있으며 이런한 산성비가 산림생태계에 미치는 영향을 알아보면 다음과 같다.
<표 11>. 산성비의 산성도 범위
구 분 | pH수준 |
정 상 비 | pH 5.6 |
약 산 성 비 | pH 5.5～4.6 |
강 산 성 비 | pH 4.5 이하 |
6.2.1 산림생태계에 미치는 영향
가. 식물에 미치는 영향
식물은 산성비를 완충할 수 있는 능력을 갖고 있다. 오염물질로 인하여 수소이온농도가 높아진 빗물이 숲에 떨어지면 나뭇잎 속에 있는 칼슘, 마그네슘, 칼륨 등 무기염류가 빗물 속의 수소이온(H+)과 바뀌어지므로 산성비를 완충해주는 데, 특히 침엽수림보다 활엽수림이 산성비의 완충효과가 크다(표 12).
<표 12> 임상별 산성비 완충능
구 분 | 임 외 강 우 | 임 내 강 우 | |
침엽수림 | 활엽수림 | ||
강수산도(pH) | pH 4.50 | pH 4.52 | pH 5.03 |
반면, 강우의 pH가 4.5이하로 떨어지면 식물체에도 간접적인 피해를 주며, 강우 pH가 3.0이하로 떨어지면 잎의 표피조직이나 세포질을 파괴하여 잎 조직이 죽게되므로 잎주변이나 잎맥간에 갈색, 황갈색 반점이 생기며 칼슘, 마그네슘, 카리와 같은 체내의 양료성분을 용탈시켜 결국에는 결핍을 초래하게 되는 것이다.
강산성비는 이와 같이 식물체에 직접피해를 주지만 4.0～5.5의 약산성비도 간접적인 피해를 준다. 엽록소를 감소시켜 광합성을 저해하여 생장장해를 초래하며 발아, 개화기에는 잎눈 꽃눈을 자극하여 발아나 개화가 지연되고 잎이나 꽃이 작아진다. 따라서 종자결실에 영향을 주며, 수세가 약해지므로 2차적으로 병해충 등의 피해를 유발하게 된다(표 13, 그림 6).
<표 13> 산성비에 의한 수목피해
강수산도 | 피 해 정 도 |
pH 3.0 이하 | 수목 가시적 피해 - 엽의 황색반점 및 조직파괴 |
pH 3.1～4.5 | 수목 간접적 피해 - 엽록소 파괴, 엽내양료 용탈 |
pH 4.6～5.5 | 수목 간접적 피해 - 엽록소 감소, 광합성 저해, 종자발아 및 개화지연 |
pH 5.6 이상 | 정 상 |
6.2.2 토양 생태계에 미치는 영향
비가 숲을 통과하면서 빗물이 완충되고, 2차적으로 토양층으로 들어가 토양내의 양이온, 수목의 뿌리나 미생물에 의하여 산성물질이 중화되어 하천으로 흘러가면 물의 산도가 알카리로 변하면서 양질의 물이 된다(그림 7, 8).
만약 산성비가 숲의 필터 역할 없이 장기간 토양중에 유입되어 산성물질(H+)이 축적되면 토양의 산성화가 촉진된다. 토양산도가 pH 4.5이하로 떨어지면 토양중의 칼슘, 마그네슘, 카리 등 양료성분이 산성물질인 수소이온(H+)과 치환되어 지하수에 녹아 용탈되므로서 지력이 떨어지게 되며 이러한 산성물질 중화이온이 고갈되면 토양의 완충능력이 낮아져 토양산도가 급격히 떨어지고 식물에 독성이 강한 성분인 알루미늄, 망간과 중금속 등이 가용화되어 토양용액중의 농도가 증가하므로 식물뿌리에 독성을 미쳐 죽게 하거나 활동을 저해하여 생육이 불량해진다.
또한 이러한 독성물질이 호수나 하천으로 유입되면 물고기의 먹이가 되는 플랑크톤에 피해를 주어 먹이 사슬에 이상을 일으켜 어류에 피해를 주는 경우가 있는데, 물이 산성화됨으로서 물고기 알의 부화에 장해를 초래하며 특히 치어(稚漁)는 산(酸)에 약하여 생장이 불량해지고 기형이 되기도 하여 저항력이 약한 종류는 결국 멸종된다. 이와 같은 현상은 북미, 유럽 등의 세계 곳곳에 물고기 없는 죽음의 호수를 만들어 내고 있다. 또한 이와 같은 물을 상수원으로 사용하면 사람과 동물에게 직․간접적으로 피해를 보게 된다. 이러한 피해를 경감시키기 위하여 산림이 대기오염, 산성비등 환경오염물질에 대한 흡착, 중화를 할 수 있도록 산림을 잘 관리하여 산림생태계 내에서 자정능력을 극대화시키도록 해야 할 것이다.
<표 13> 아황산가스에 강한 수종
침엽수 | 활엽수 |
화백, 향나무, 편백, 측백, 섬잣나무, 노간주나무, 해송, 은행나무, 낙우송, 메타세코이아
| 양버즘나무, 포플러, 가중나무, 오동나무, 벽오동, 밤나무, 떡갈나무, 졸참나무, 굴참나무, 은단풍, 자작나무, 물푸레나무, 멀구슬나무, 튜립나무, 회화나무, 풍나무, 일본목련, 목련, 때죽나무, 주엽나무, 칠엽수, 푸조나무, 매실나무, 가시나무, 종가시나무, 무궁화, 쥐똥나무, 이팝나무, 사스레피나무, 개나리, 철쭉, 박태기나무, 석류나무, 배롱나무, 광나무, 후피향나무, 돈나무, 식나무, 태산목, 먼나무, 아왜나무, 사철나무 |
<표 14> 지역별 환경림 조성 수종
| 지역별 | 환경별 | 수 종 |
중부 지방
| 도시 지역
| 가로수 (12종) | 은행나무, 낙우송, 가중나무, 은단풍, 현사시, 양버즘나무, 포플러류, 수양버들, 벽오동, 회화나무, 칠엽수, 일본목련 |
공원 녹지 (21종)
| 화백, 향나무, 벽오동, 튜립나무, 졸참나무, 굴참나무, 포플러, 주엽나무, 자작나무, 오동나무, 대추나무, 때죽나무, 누리장나무, 석류나무, 무궁화, 쥐똥나무, 진달래, 철쭉, 배롱나무, 박태기나무, 사철나무 | ||
주변 환경림 (16종) | 측백, 향나무, 노간주나무, 낙우송, 은행나무, 은단풍, 현사시, 졸참나무, 떡갈나무, 물푸레나무, 자작나무, 가중나무, 밤나무, 회화나무, 벚나무, 때죽나무 | ||
공원 지역
| 가로수 (9종) | 은행나무, 낙우송, 향나무, 회화나무, 가중나무, 수양버들, 벽오동, 포플러류, 양버즘나무 | |
공원 녹지 (14종) | 향나무, 은행나무, 화백, 가이즈까향나무, 가중나무, 벽오동, 은단풍, 무궁화, 개나리, 박태기나무, 사철나무, 배롱나무, 진달래, 쥐똥나무 | ||
주변 환경림 (12종) | 측백, 향나무, 소나무, 은행나무, 벽오동, 낙우송, 현사시, 밤나무, 굴참나무, 떡갈나무, 졸참나무, 사방오리 | ||
남부 지방
| 도시 지역
| 가로수 (16종) | 은행나무, 메타세코이어, 히말라야시다, 낙우송, 포플러, 벽오동, 수양버들, 양버즘나무, 튜립나무, 후박나무, 대만풍나무, 이팝나무, 태산목, 가시나무, 먹구술나무 |
공원 녹지 (20종) | 편백, 화백, 향나무, 후박나무, 먼나무, 철쭉, 튜립나무, 목련, 다정큼나무, 매실나무, 석류나무, 멀구슬나무, 녹나무, 감탕나무, 동백, 무궁화, 팔손이, 식나무, 돈나무, 후피향나무 | ||
주변 환경림 (11종) | 해송, 졸참나무, 현사시, 튜립나무, 벽오동, 은단풍, 푸조나무, 물참나무, 종가시나무, 가시나무, 후박나무 | ||
공단 지역
| 가로수 (10종) | 은행나무, 화백, 편백, 양버즘나무, 가중나무, 회화나무, 가시나무, 종가시나무, 광나무, 멀구슬나무 | |
공원 녹지 (17종) | 향나무, 화백, 편백, 해송, 개비자나무, 포플러, 튜립나무, 회화나무, 배롱나무, 사철나무, 가시나무, 종가시나무, 식나무, 동백, 아왜나무, 금목서, 광나무 | ||
주변 환경림 (12종) | 화백, 편백, 삼나무, 향나무, 해송, 은단풍, 때죽나무, 사방오리, 가시나무, 물참나무, 광나무, 사철나무
|
6.2.3 방지대책
수목이 생육하고 있는 환경조건도 대기오염으로 인한 피해발생을 좌우하기도 한다. 일광 및 온도나 토양의 양분, 수분 등이 양호하면 가시적 피해가 발생하기 쉽다는 것이다. 왜냐하면, 이것은 잎의 기공이 충분히 열려 광합성을 하기 위한 생리적인 활동이 활발하므로 오염가스를 잎내부로 통과시키기 쉬운 것과 대사회로에 침입하기 쉽기 때문이다. 반대로 야간이나 토양수분이 부족할 때에는 기공이 닫혀있으므로 가스 흡수가 어려워 대기오염으로 인한 피해가 발생하기 어렵다. 척박하고 건조하기 쉬운 토양에 생육하고 있는 수목은 수세가 약한 것이 많고 가시적 피해를 발견하기 어려우나, 한번 피해를 받으면 회복이 용이하지 않고 이차적으로 병충해나 건조해를 받기쉽게 되며 고사율도 높다. 또 도시의 가로수나 녹지 등에는 토양의 물리성이 파괴된 곳이 많아 그것도 수목을 쇠약하게 하고 대기오염피해로 부터 회복을 지연시키는 결과가 되므로 사람의 답압으로부터 뿌리를 보호하는 조치 등이 필요하게 된다.
앞으로 대기오염과 산성비가 계속되는 한 산림지역 및 도시지역을 막론하고 수목피해나 토양오염도 지속될 것이 확실시된다. 이것에 대한 방지대책은 일반적인 대기오염 측면에서는 여러 가지 방법을 사용하고 있으나 여기에서는 임업적인 측면에서 그 대책을 강구해 보면 아래와 같다.
․먼저 오염물질의 종류와 오염원에 따른 산림생태계의 피해정도와 범위를 조사하여 산림피해를 사전에 미리 예측할 수 있는 장기피해 예측모델을 개발하고
․특정 오염물질에 대해서 특히 민감한 수목을 조사하여 대기오염도의 판단지표로 활용할 것이며
․오염원 부근은 대기오염에 대해 저항성이 큰 임분구조로 전환을 유도하여 피해를 억제시킬 수 있는 식생구성 방법에 의한 피해회복 시업체계를 확립하고
․각종 토양중화제(석회, 마그네슘비료 등)를 시비하여 산성화된 토양을 중성화시켜야 하고, 지력회복을 위해 유기물질 또한 투입해서 환경오염에 의한 피해임지 회복방안을 강구해야 할 것이다.
7. 산림토양관리
7.1 입지환경조사
입지환경조사는 임지의 토양 성질과 현재의 상태를 정확하게 조사하여 임지의 잠재생산력을 파악하여 과학적인 산림경영의 기초자료를 제공하기 위한 현지조사이다. 현지를 조사하기 위해서는 다음과 같은 절차로 장비와 준비물을 휴대하고 현지조사를 실시한다.
1) 입지구획
가) 항공사진에 의한 입지구획
조사대상지의 지형도 및 기본계획도를 참고하여 항공사진상에서 지형, 경사, 방위, 침식, 임지이용상태 등을 참고로 지형 요소 분석법에 의거 항공사진을 판독하여 잠정적인 입지구획을 최소3ha까지 구획한다.
(1) 소지형
항공사진상에서 쉽게 판독이 되며, 토양조건과 관계가 크고 입지구획 경계와 거의 일치한다.
예 : 산록, 산복, 산정, 평지등
(2) 기복(起伏)
토양생성작용의 성질을 결정하는데 중요한 요소로서 일반적으로 경사도에 의하여 기복구분을 행한다. 기복구분에서 가장 유의하여야 할 점은 지형의 변화이다. 일반적으로 항공사진상에서 판독이 용이하고 토양조건 및 토양경계와 밀접한 관계를 가진다.
(3) 경사도
경사는 정도에 따른 등급구분 뿐 아니라 경사의 형태에 따른 구분이 요구된다. 경사는 토양구조, 토양단면의 생성, 토양모재와 깊은 관계를 갖고 있다. 응집력이 크면 경사도가 급하여지고 작으면 경사도가 완만해진다.
(4) 배수상태
판독이 어려우나 배수지역이나 늪지는 쉽게 구분이 되며, 지표면이 흑색 필림에서는 검게 자외선 필림에서는 희게 나타난다. 또한 배수 상태는 식생과 밀접한 관계가 있다. 즉 배수불량한 지역의 식생은 불규칙한 형태를 보인다.
(5) 침식계
판독이 용이하고 토양조건과 밀접한 관계를 갖으며 침식의 형태에 따라 구분된다.
(6) 천연식생
천연식생의 변화는 토양차이와 관계가 있다. 즉 습지에 나는 식생, 건조지에 나는 식생등의 구분에 의하여 토양의 상태를 추정할 수 있다
(7) 색조
색조는 지표면에 직접 반사된 결과이므로 현지 조건과 관계가 깊다. 색조에 대한 판독은 비교적 오차가 많으므로 많은 경험이 필요하며 일반적으로 침식상태, 산림, 늪지대를 구분하는데 쉽게 이용할 수 있다.
(8) 토지이용상태
임지이용에 따라 자연상태의 지표면을 계속 변화시킬수 있으며 식생상태도 변하고 토양도 달라진다.
2) 표준지 선정 : 구획된 입지내에서 다음 사항을 유의하여 표준지를 선 정 한다.
가) 지형조건, 식생 및 임상등이 입지를 대표할 수 있는 위치
나) 급변하는 지역, 인위적 피해지, 사면상의 요철지는 피한다.
다) 표준지 규모 : 장령임분 : 40 m x 40 m = 0.16 ha
유령임분 : 20 m x 25 m = 0.05 ha
3) 표준지 조사
입지구획한 장소에서 표준지를 선정, 입지환경 및 토양조사와 임목조사를 실시하여 수종별 분류곡선에 의한 지위지수사정 및 입지환경 인자에 의한 지위지수를 파악한다.
- 개황조사 : 조사지역의 지질, 지형, 토양 및 임상분포등을 파악한다.
- 입지구획 설정
· 개황조사 결과를 참고로 능선과 계곡사이의 위치차이등 미지형의 차이에 따라 낙엽층의 퇴적상태, 토심, 토양구조, 건습도, 견밀도등을 고려하여 토양형을 구분한다.
· 임목의 지위를 파악한다.
· 조사결과를 종합분석하여 입지구획 경계를 설정한다.
(1) 모 암 : 토양의 생성에 중요한 영향을 미치는 모암의 분포상황을 지질도에 의거 구분한다
대 분 류 | 세 분 류 |
화 성 암 | 화강암류, 섬록암, 반암, 현무암, 안산암, 유문암등 |
퇴 적 암 | 역암, 사암, 혈암, 응회암, 점판암, 석회암, Shale등 |
변 성 암 | 화강편마암, 편암, 천매암, 기타 변성암류등 |
(2) 표 고 : 지형도를 이용하여 100m 단위로 기재한다.
(3) 경 사 : 전지역을 대표할 수 있는 평균경사를 아래 기준에 의거 조사한다.
구 분 | 기 준 |
완경사지 경 사 지 급경사지 험 준 지 절 험 지 | 15°미만 15 ～ 20° 20 ～ 25° 25 ～ 30° 30°이상 |
(4) 지 형 : 아래기준에 의거 구분 조사한다.
구 분 | 기 준 |
평 탄 지 완구능지
산 록
산 복 산 정 | 5°미만의 평탄한 지역 산세가 험하지 않고 산록이 전답에 연결된 파상형의 야산 지역으로 경사길이 300m 이하인 야산 하부가 경작지 및 계곡에 연한 지역으로 구릉지 및 산악지 의 3부 능선 이하인 지역 구릉지 및 산악지의 4～7부 능선 구릉지 및 산악지의 8부 능선 이상인 지역 |
(5) 기 후 대 : 년평균 기온에 의거 다음과 같이 구분 조사한다.
기 후 대 | 년 평 균 기 온 (℃) |
온 대 북 부 온 대 중 부 온 대 남 부 난 대 | 9 ～ 6℃ 12 ～ 9℃ 14 ～12℃ 14℃ 이상 |
(6) 방 위 : 나침반에 의거 동, 서, 남, 북, 북동, 북서, 남동, 남서의 8방위로 구분 조사한다.
(7) 경사형태 : 지표의 형태를 상승사면(철), 평형사면(□), 하강사면(요)으로 구분 조사한다.
(8) 풍화정도
모재의 풍화정도를 아래 기준에 의거 구분 조사한다.
구 분 | 기 준 |
상
중
하
| 손으로 만져보면 거친감이 적고 장석운모가 거의 보이지 않는다. 삽으로 파내려 가기 쉽다.
삽으로 파내려가면 힘은드나, 계속해서 파내려갈수는 있다.
상당히 거친감이 많고 장석 운모의 상당량이 보인다. 삽으로 파내려가기가 매우 어렵다. |
(9) 퇴적양식
잔적토 : 풍화된 토양이 그 자리에 잔적된 토양(정적토)
포행토 : 상부에서 내려온 토양과 하부로 내려간 토양이 거의 같은 조건에서 형성된 토양
붕적토 : 상부로부터 내려온 토양에 의하여 퇴적된 토양
(10) 토양배수 : 토색, 경사, 토성, 구조, 기후조건, 지하수위가 토양배수를 추정하는데 기초자료가 되며 지표면에서 흘러내리는 상태, 토양내로 물이 스미는 상태를 종합하여 아래 기준에 의거 조사한다.
구 분 | 기 준 |
불 량
보 통 양 호 매우양호
| 토양은 상당히 오랫동안 습한 상태를 유지하고 지하수위는 지표 가까이에 있다. 토양은 오랜동안 습한 상태를 유지하고 지하수위는 비교적 높다. 배수가 적당하며 사양토～양토인 토양 물이 매우빨리 빠지며 대부분 미숙토양으로 경사가 매우 급 하고 공극이 많다. |
(11) 풍노출도
노출 : 산정부위로 바람의 영향을 직접받는 지역
보통 : 대부분 산복지역으로 바람의 영향을 간접적으로 받는지역
보호 : 산록지역으로 바람의 영향을 받지 않는 지역
(12) 침식상태
침식상태는 지표상태의 식생과 토양단면상태를 종합하여 판단한다.
없다 : A층부위가 침식을 받지 않은 상태
있다 : A층일부가 침식을 받은 상태
많다 : A층의 대부분과 B층의 일부가 유실된 상태
(13) 암석노출도 : 지표면을 덮고 있는 암석 및 석력지의 전면적에 대한 %를 아래 기준에 의거 조사한다.
구 분 | 기 준 |
적 다 있 다 많 다 매우많다 | 10% 이하 10 ～ 30% 30 ～ 50% 50 ～ 75% |
7.2. 토양 단면 조사
층 위 : 토색, 구조, 건습도, 견밀도 등의 차이에 따라 구분한다.
(1) 층 계 : 층위와 층위 사이의 경계를 아래 기준에 의거 구분 조사한다.
구 분 | 기 준 | 표 시 |
명확(abrupt ) 판연(clear ) 점변(gradual) 불명(diffuse) | 경계가 2 cm 이내의 폭을 가진것 " 2 ～ 5 cm " " 5 ～ 12 " " 12 cm 이상의 " | a c g d |
(2) 전 토 심 : 표층토에서 하층토(B층하단)까지의 깊이를 cm로 기록한다.
(3) 유효토심 : 일반적으로 임목이 생장하는데 영향을 주는 깊이, 즉 식물근 이 가장 많이 분포되어 있는 부분의 하단 까지를 cm로 기록한다
(4) 토 색 : 각 층위의 土塊를 자연상태로 채취하여 陰地에서 토색첩에 의거 조사한다. 조사방법은 토색첩내에 들어있는 흰색과 검정색의 관찰지중에 토괴를 올려놓고 토색과 가장 가까운 색상을 비교해 가면서 색상(Hue), 채도(Chroma), 명도(Value) 순으로 읽어 토색을 판정한다 (예: 10YR3/4 암갈색).
(5) 유 기 물
유기물함량은 화학분석으로 처리되나 현지에서는 토색첩에 의거 분류 조사한다.
구 분 | 토 색 |
약간있다 (0～2%) | 10YR : 7/6, 6/8, 5/8, 7/4, 7/8 7.5YR : 7/6, 6/6, 5/8, 6/8, 6/4, 7/4, 7/8 5YR : 7/6,6/8,5/6,7/4,6/6,5/8,7/8,4/1,5/1, 4/2, 5/2 2.5YR : 6/4, 4/6, 5/6, 6/6, 4/8, 5/8, 6/8 |
있 다 (2～4%) | 10YR : 4/4, 4/6, 5/4, 6/4, 5/6, 6/6, 6/2, 5/3, 6/3 7.5YR : 4/4, 5/4, 5/6, 4/6, 4/3, 5/3, 6/3 5YR : 4/6, 6/4, 4/3, 5/3, 4/4, 5/4, 4/8 2.5YR : 4/2, 5/2, 4/3, 5/3, 4/4, 5/4 |
많 다 (4～6%) | 10YR : 3/3, 3/4, 4/3, 4/2, 5/2 7.5YR : 3/4, 3/3 5YR : 3/2, 3/3, 3/4, 3/6 2.5YR : 3/2, 3/3, 3/4, 3/6
|
아주많다 (6%이상) | 10YR : 2/2, 3/2, 2/3, 1.7/1, 2/1, 3/1 7.5YR : 2/2, 3/2, 2/3, 1.7/1, 2/1, 3/1 5YR : 1.7/1, 2/2, 2/3 2.5YR : 1.7/1, 2/1, 3/1, 2/2, 2/3, 2/4 |
(6) 토 성 : 토성은 입도분석에 의하여 판정되며, 현지에서는 점토, 미사, 모래의 감촉을 가지고 미 농무성법에 의거 조사한다.
구 분 | 기 준 (%) | 부호 | ||
Clay | Silt | Sand | ||
양질사토(Loamy Sand) 사질양토(Sandy Loam) 사질식양토(Sandy Clay Loam) 식양토(Clay Loam) 양 토(Loam) 미사질양토(Silty Loam) 미사질식양토(Silty Clay Loam) 미사질식토(Silty Clay) | - 15 - 20 20 - 35 27 - 40 17 - 27 12 - 17 27 - 40 40 - 60 | - 30 - 50 - 28 15 - 53 28 - 50 50 - 80 40 - 73 40 - 60 | 70 - 90 43 - 85 45 - 80 29 - 45 25 - 53 20 - 50 - 20 - 20 | LS SL SCL CL L SiL SiCL SiC |
(7) 토양구조 : 토양입자의 배열 또는 배합상태를 말하며 크기, 모양등이 달라 여러형태의 형상을 이룬다. 토양특유의 생성물로써 토양형을 판정하는데 유력한 수단이된다.
구 분 | 기 준 |
細粒狀(Fine granular) 粒狀 (Granular)
單粒 (Single grain) 團粒 (Crumb)
塊狀 (Sub angular blocky) 堅果狀 (Nutty)
壁 狀 무구조 (Massive)
板狀 (Platy)
| · 粉狀 또는 미세한 입상의 土粒이 균사束에 달라붙어 있는 상태로 대단히 건조하기 쉬운 토양에 발달한다. · 비교적 소형(2~5mm 정도)으로 둥글고 딱딱한 형태이다. 손가락 사이로 누르면 딱딱한 감을 느낀다. 건조하기 쉬운 토양에 발달한다. · 각 입자가 단독으로 배열된 구조 · 수분이 많아 부드러운 감을 갖는 수mm정도의 小粒구조. 손가락 사이로 누르면 쉽게 깨어진다. · 비교적 둥근 감자와 같은 모양으로 둥글둥글하다. 적윤한 토양의 하층토에 출현하며, 대체로 1cm이상이다. · 稜角 또는 角의 모서리가 비교적 확실하고, 단단하며, 1~3cm 정도의 크기를 갖는다. · 토층 전체가 密하게 응집되어, 일정한 구조를 갖지 않는다. · 사토에서와 같이 토양입자가 서로 분리되어 있어 어떤 형태의 배열도 없는 구조를 말한다. · 입자가 板狀이며 수평면은 수직면 보다 길이와 면적이 적다.
|
(8) 석력함량 : 토양중 토성으로 분류되는 이외의 모든 광물질로 다음과 같이 구분 조사한다.
구 분 | 기 준 |
왕 사 자 갈(Gravel) 잔 돌(Cobble) 돌 (Stone) 바 위(Rock) | 직경 2mm이상～1cm 직경 1cm～7.5cm 까지 직경 7.5cm～25cm 까지 직경 25cm에서 인력으로 움직일 수 있는 돌 인력으로 움직일 수 없는 바위 |
(9) 건 습 도
건습도는 계절, 강우, 식생, 방위 등에 의하여 상당한 변화가 있으므로 조사시 환경, 계절 등을 종합하여 아래 기준에 의거 층위별로 조사한다.
구 분 | 기 준 | 해 당 지 | 비 고 |
건 조 | 손으로 꽉 쥐었을때 수분에 대한 감촉이 거의 없다 | 산정, 능선 | 지피식생 단순 |
약 건 | 꽉 쥐었을 때 손바닥에 습기가 약간 묻은 정도 | 산복, 경사면 | 지피식생 보통
|
적 윤 | 꽉 쥐었을때 손바닥 전체에 습기가 묻고 물의 감촉이 뚜렷하다 | 계곡, 평탄지 계곡평지, 산록
| 지피식생 다양
|
약 습 | 꽉 쥐었을때 손가락 사이에 약간의 물기가 비친다. | 경사가 완만한 계곡 및 평탄지 | 지피식생 다양 |
습 | 꽉쥐었을때 손가락 위에 물방울이 맺힌다. | 요지로 지하수위가 높은곳 | 지피식생 다양
|
(10)견밀도 : 견밀도측정기(Penetro- meter)로 아래 구분에 의거 조사한다.
구분 | 기 준 | ||
측 정 기 | 토 립 결 합 력 | 단 면 | |
심송
송
연
견
강견
| 0.5 이하
0.5~1.0
1.0~1.5
1.5~2.5
2.5이상
| 토립이 단독으로 분리되어 결합력이 없다 매우 연하여 약간의 외력에도 잘 부서진다 비교적 단단하여 손으로 눌러서 부서진다. 단단하여 힘을 가해야부서진다. 매우 단단하여 상당한힘을 가해야 부서진다 | 누르면 지두가 아주 잘들어 간다
누르면 지두가 잘 들어간다.
누르면 지흔이 생긴다
누르면 지흔이 겨우 생긴다.
눌러도 지흔이 생기지 않는다.
|
(11) 균사 및 균근
단면내에 있는 균사나 균근의 분포상태나 양, 균사망층의 유무를 관찰하여 없다, 적다, 있다, 많다로 구분조사 한다.
(12) 식 물 근
초 본: 층위별로 많다, 있다, 적다로 구분조사 한다
많다 : 10%이상, 있다 : 5～10%, 적다 : 5%미만
목 본: 층위별로 크기 및 양을 구분조사 한다
크기; 소(2～5mm), 중(5～10mm), 대(10mm이상)
많다 : 10%이상, 있다 : 5～10%, 적다 : 5%미만