솜대 조림지와 확산지의 바이오매스, 임상, 토양의 양분 특성

조림지와 확산지의 바이오매스 양분 분석 시료는 각 조사구에 분포하는 솜대를 직경급이 고르게 분포하도록 하여 2020년 5월 1일 조림지 6본, 확산지 6본 등 총 12본을 톱을 이용하여 지상부 10 cm 높이에서 벌채하였다. 벌채된 솜대는 수관 폭을 줄자를 이용하여 측정한 후, 줄기, 가지, 잎을 분리하고 바이오매스 시료 일부를 비닐주머니에 밀봉하여 실험실로 운반하고 65°C 온풍건조기에서 항량에 도달할 때까지 건조하였다. 또한 지하부 뿌리 양분 농도는 각 조사구 내 가로 50 cm, 세로 50 cm, 깊이 50 cm의 토양 단면을 2개씩 제작하고 400 cm³ 원형 강철 토양채취기(내직경: 7.04 cm; 높이: 10.4 cm)를 이용하여 0~10 cm, 10~20 cm, 20~30 cm 간격으로 토양을 채취하여 실험실로 운반하였다. 채취된 토양 내 뿌리는 육안으로 식별하고 분리하여 수돗물로 세척 후 65°C 건조기에서 항량에 도달할 때까지 건조하였다.

건조된 바이오매스 부위별 시료는 분쇄 후 0.425 mm 체(US standard No. 40)로 양분 분석용 시료를 조제하였다. 탄소와 질소는 원소분석기(Thermo Fisher Scientific Flash 2000, Italy), 인, 포타슘, 칼슘, 마그네슘은 분쇄된 시료 0.5 g을 470°C 전기로에서 4시간 이상 회화한 후 염산과 질산으로 추출된 용액을(Kalra and Maynard, 1991) 대상으로 ICP (Perkin Elmer Optima 5300, USA)를 이용하여 분석하였다. 임상(forest floor)의 시료는 30 cm × 30 cm 강철프레임을 이용하여 토양층 상부까지 채취하고 실험실로 운반한 후 65°C 온풍건조기에 넣고 항량에 도달할 때까지 건조하였다. 건조된 임상시료는 분쇄하여 바이오매스 분석과 동일한 방법으로 양분 분석을 실시하였다.

각 조사구 내 토양 분석 시료는 임상 시료가 채취된 지점의 토양층을 대상으로 400 cm³ 원형 강철 토양 채취기를 이용하여 0~30 cm 깊이의 시료를 10 cm 간격으로 각 2개씩 채취하고 지퍼 백에 넣고 밀봉하였다. 채취한 토양시료는 실험실로 운반하여 생중량을 측정하고, 온풍 건조기에서 105°C로 48시간 이상 건조 후 토양 용적밀도와 건조된 토양 시료를 2 mm 체로 선별한 후 석력 함량비를 계산하였다. 또 하나의 토양시료는 2주 이상 음건 후 2 mm 체(US standard No. 10)로 토양 성질 분석용 시료를 조제하였다. 토양 pH와 전기전도도(Electrical conductivity, EC)는 토양 pH 측정기(Model-735, ISTEC, Korea)와 EC 측정기(Thermo Fisher Scientific Orion 3-star, Singapore)로 측정하였다. 토양 탄소 및 질소 농도 분석은 40 mesh 체를 이용하여 시료를 조제하고 대용량 원소분석기(Vario Macro cube, Germany)로 분석하였다. 인, 포타슘, 칼슘, 마그네슘 등은 2.5 g의 건조 토양을 암모늄 아세테이트 용액 55 ml를 첨가하고 16시간 동안 진공 추출한 용액을 ICP(Perkin Elmer Optima 5300, USA)를 이용하여 분석하였다(Kalra and Maynard, 1991).

토양 20~30 cm 깊이의 전기전도도(EC)를 제외하고 토양 깊이별 석력함량, 토양 pH, 토양 용적밀도는 조림지와 확산지 사이에 유의적인 차이가 없었다. 토양 전기전도도는 모든 깊이에서 조림지가 확산지에 비해 높은 값을 보이고 있어 시비의 영향이 어느 정도 나타난 것으로 사료된다. 토양 용적밀도는 조림지가 확산지에 비해 낮은 경향을 보였으며, 평균 용적밀도는 조림지가 확산지에 비해 유의적으로 낮았다(Table 5). 이는 솜대 밀도가 높은 조림지의 경우 지하경 및 뿌리의 발달로 인한 토양 내 공간 증가로 토양 용적밀도가 낮게 나타났거나, 토양 용적밀도와 밀접한 관계를 가지는 조림지의 토양 유기탄소 농도가 확산지에 비해 2배 정도 높았기 때문으로 사료된다(Figure 2). 석력 함량은 조림지 0.41~0.51 g g⁻¹, 확산지 0.32~0.37 g g⁻¹ 정도 분포하여 조림지가 높은 비율을 보였으며, 소규모 임분 단위에서도 석력 함량은 조림지와 확산지 사이에 공간적 변동이 크게 나타났다. 토양 pH는 유의적인 차이는 없었으나 조사한 0~30 cm 깊이 모두 확산지가 조림지에 비해 높은 경향을 보였으며, 이는 대나무 확산지는 토양 표면에서 교환성 양이온의 활성이 높아 토양 pH가 증가하는 것으로 보고된 결과와 유사하였다(Umemura and Takenaka, 2015).

Figure 2. Chemical properties at three soil depth in plantation and expansion treatments of Phyllostachys nigra var. henonis. Horizontal bars are standard error (n=6). Asterisks between plantation and expansion treatments represent a significant difference at P < 0.05.

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조림지와 확산지 토양 20~30 cm의 유기탄소, 0~10 cm 인, 10~30 cm 포타슘 농도를 제외하고 조림지와 확산지 사이 토양 양분 농도에 유의적인 차이가 없었다(Figure 2). 토양 유기탄소 농도는 모든 토양 깊이에서 조림지가 확산지에 비해 높았으며, 평균 유기탄소 농도는 조림지가 30.80 mg g⁻¹로 확산지 15.64 mg g⁻¹에 비해 유의적으로 높았다. 이는 리그닌 같은 분해 저항성 물질의 함량이 낮은 대나무 낙엽은 쉽게 부식화(humification)가 발생하고(Shiau and Chiu, 2017), 밀도가 높은 조림지의 경우 뿌리 등에 의한 유기물의 토양 환원이 크기 때문으로 사료된다. 전질소의 경우도 조림지 2.47 g kg⁻¹로 확산지 1.24 g kg⁻¹에 비해 유의적으로 높았다. 한편, 확산지의 낮은 전질소 농도는 유기탄소 농도와 전질소 농도가 강한 상관을 보이기 때문이며(Weil and Brady, 2017), Shiau and Chiu (2017)은 맹종죽이 확산된 삼나무 임분의 경우 미생물에 의해 쉽게 분해가 가능한 대나무 낙엽·낙지 유입으로 인하여 토양 내 탄소 및 질소 총량의 감소를 관찰한 바 있다. 유사한 결과로, Bai et al.(2016b)는 산림지역에 대나무가 확산되는 경우 급속한 생장 및 단기간에 높은 밀도로 인한 높은 질소 요구도로 표토 내 토양 유기탄소와 전질소 농도가 감소한다고 보고한 바 있다. 토양 내 잔류 특성이 강한 인의 경우(Weil and Brady, 2017), 조림지 10.27 mg kg⁻¹로 확산지 5.61 mg kg⁻¹에 비해 유의적으로 높게 나타났으며, 이는 매년 복합비료 시비 영향으로 사료된다.

포타슘은 조림지 0.27 cmolc kg⁻¹, 확산지 0.16 cmolc kg⁻¹로 조림지가 확산지에 비해 유의적으로 크게 나타나(Figure 2) 시비의 영향이 뚜렷하였다. 칼슘의 경우 조림지와 확산지 사이에 유의적인 차이는 없었지만 조림지가 확산지에 비해 높은 경향을 보이고 있다. 일본에서 조사된 왕대 조림지의 칼슘 농도는 인접한 졸참나무 임분에 비해 높은 농도를 보였으며 주로 수관통과우나 수간류의 높은 칼슘 농도가 원인으로 제시된 바 있다(Sakai and Tadaki, 1997).