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ISSN : 1598-5504(Print)
ISSN : 2383-8272(Online)
Journal of Agriculture & Life Science Vol.53 No.5 pp.105-114
DOI : https://doi.org/10.14397/jals.2019.53.5.105

Soil Physiochemical Properties of Forest and Steppe Areas Near Ulaanbaatar, Mongolia

Yeong-Dae Park*
Department of Forest Resources, Daegu University, Gyeongsangbuk-do 38453, Republic of Korea
Corresponding author: Yeong-Dae Park Tel: +82-53-850-6731 Fax: +82-53-210-8840 E-mail: parkyd@daegu.ac.kr
August 11, 2019 September 9, 2019 September 10, 2019

Abstract


The soil physicochemical characteristics of forest and grassland near Ulaanbaatar where forest degradation has been conducted severely were analyzed and compared. The organic matter content of grassland soil was 17.0%, which was significantly higher than that of forest soil (p<0.05). The organic matter content was higher with lower elevation (R2=0.742) and higher cation exchange capacity (CEC) (R2=0.597). As for CEC, grassland soils had an average of 35.3cmolc+ kg-1, which was significantly higher than forest soils (p<0.05). The average value of base saturation ranged from 62.4 to 129.7% with many sample sites indicating the values over 100%. As the base saturation became higher with increase in pH values (R2=0.665). Total nitrogen content ranged from 0.05 to 0.93% and was higher in grassland soil than in forest (p<0.05). The total nitrogen content was higher as the organic matter content was higher (R2=0.699) and the C/N ratio was 28.8∼43.0 for forest soil and 12.8∼18.4 for grassland soil, respectively (p<0.05). As a result of correlation analysis between soil physicochemical properties, organic matter content and total nitrogen, organic matter content and total phosphorus, organic matter content and CEC, soil pH and base saturation were positively correlated each other. CEC and ammonium nitrogen, total phosphorus and total phosphorus, C/N ratio and base saturation showed negative correlations (p<0.05). The heavy metal content was the highest of zinc and lead, but much lower than an urban area. These results are expected to be useful in monitoring the forest restoration processes in Mongolia.



몽골 울란바토르 근교 산림과 초지 토양의 이화학적 특성

박 영대*
대구대학교 산림자원학과

초록


최근 산림훼손이 심각하게 진행되고 있는 몽골의 수도 울란바토르 근교 산림과 초지 토양의 이화학적 특성을 분석, 비교하였다. 유기물함량은 초지토양이 평균 17.0%로, 산림토양보다 유의하게 높은 것으로 나타났다(p<0.05). 유기물함량은 해발고가 낮을수록(R2=0.742) 그리고 양이온교환용량(CEC)이 클수록 높은 경향을 보였다(R2=0.597). CEC도 초지토양이 평균 35.3cmolc+ kg-1으로, 산림토양 보다 유의하게 높았고(p<0.05), 교환성 양이온 중 특히 칼슘의 집적이 높은 것으로 나타났다. 염기포화도는 평균 62.4∼129.7%로, 100%를 초과하는 토양도 많았고, 염기포화도가 높을수록 pH가 높아지는 경향을 보 였다(R2=0.665). 총질소 함량은 0.05~0.93%의 범위를 나타냈으며, 산림보다 초지토양에서 더 높았다 (p<0.05). 총질소 함량은 유기물함량이 높을수록 높은 값을 나타냈으며(R2=0.699), C/N비는 산림토양 28.8~43.0 그리고 초지토양 12.8~18.4로 각각 나타났다(p<0.05). 토양의 이화학적 특성 간 상관분석 결과, 유기물함량과 전질소, 유기물함량과 총인, 유기물함량과 CEC 그리고 토양 pH와 염기포화도는 서 로 정의 상관관계 그리고 CEC와 암모늄태 질소, 전질소와 총인 그리고 C/N비와 염기포화도는 부의 상 관관계가 각각 나타났다(p<0.05). 중금속 함량은 아연과 납이 가장 많이 검출되었으나, 도심과 비교하 면 아주 미미한 수준이었다. 이러한 연구결과들은 향후 몽골의 산림복원 과정을 모니터링 하는데 유용 하게 활용될 것으로 기대된다.



    Daegu University
    20160418

    서론

    몽골은 아시아 중앙부에 위치하고(41°~52°N, 87°~119°E), 국토면적은 1,566천㎢로, 한반도 전체 면적의 7배에 해당하는 넓은 면적을 가지고 있다. 전 국토 절반 이상이 해발고도 1,400m 이상인 고 지대 국가이고, 생태적으로는 시베리아 한대림과 중앙아시아 까지 이어지는 대초원의 전이지대이다. 이러한 지형적 특성으로 인해, 겨울이 상대적으로 길고 일교차도 매우 심한 전형적인 대륙성 기후를 보인다(Tsogtbaatar, 2007).

    총 산림면적은 18.3백만ha이고, 이 중 침엽수나 활엽수로 울폐된 산림은 12.9백만ha이며, 이는 전체 국토면적의 약 8.2%에 해당한다(Lee, 2015). 가장 우점하는 수종은 시베리아 낙엽송(Larix sibirica)으 로, 전체 산림면적의 약 59%, 임목축적의 약 75%를 차지하고 있다. 그 외 구주적송(Pinus sylvestris), 시베리아 잣나무(Pinus sibirica), 시베리아 가문비 (Picea obovata)와 같은 침엽수종과 자작나무(Betula platyphylla), 비술나무(Ulmus pumila), 시베리아 포플러(Popolus sibirica) 등의 활엽수종이 대표적이 다(Ministry of Nature, Environment and Tourism, 2009;Chang et al., 2017).

    전체 인구는 2018년 기준, 약 324만명(National Statistical Office of Mongolia; NSOM, 2019)으로 세계에서 가장 인구밀도가 낮은 국가 중 하나이지 만, 산불, 불법벌채, 병해충, 과도한 방목 그리고 사 막화 확산 등으로 인해 몽골 산림훼손은 심각한 수 준으로 진행 중이다. 특히, 약 66백만 두에 이르는 가축을 방목함에 따라(National Statistical Office of Mongolia, 2019) 산림과 초지의 생산성이 열악해 지거나 산림면적이 감소하는 등의 문제를 계속 야기 하고 있다(Dorjsuren & Sainbayar, 2004;Sukhbaatar et al., 2019). 울란바토르는 몽골의 수도로서, 약 150만 명의 인구가 생활하고 있는데, 이는 전체 몽 골 인구의 약 46%를 차지하여, 인구편중이 매우 심 각하여 각 종 환경문제가 야기되는 실정이다.

    이처럼 생태적 건강성이 취약한 몽골에서 최근 기 후변화, 사막화 확산에 따른 산림생태계의 영향에 대한 연구가 다양한 연구방법으로 진행 중에 있다 (Mü hlenberg et al., 2006;Mü hlenberg et al., 2012;Dulamsuren et al., 2016;Dulamsuren et al., 2019). 최근 우리나라에서도 몽골 산림훼손 문 제에 관심이 높아 산림청이 그린벨트사업을 장기적 으로 수행 중에 있으며(Korea Forest Service, 2012;Lee & Ahn, 2016), 산림훼손 이후 식생 및 토양특성의 생태적 변화에 대한 연구(Lee et al., 2001;Park, 2005)와 넓은 지역을 대상으로 인공위 성영상을 이용한 산림훼손의 경년변화를 모니터링 하는 연구들이(Ganzorig et al., 2014) 활발히 진행 중이고 지속적인 장기연구 수행이 필요한 실정이다.

    따라서, 본 연구는 몽골 수도 울란바토르 근교에 위치한 산림과 초지에서 토양의 이화학적 특성을 분 석, 비교하고 토양특성 간 상관관계를 구명하여, 향 후 몽골 산림훼손 및 복원과정을 객관적으로 모니터 링 하는데 활용코자 수행하였다.

    재료 및 방법

    1 조사지 개요

    몽골의 수도 울란바토르는 Mt. Chingeltei, Mt. Bogdkhan, Mt. Songun, Mt. Bayanzurkh 등 4개 의 큰 산으로 둘러싸인 분지형지대로 해발이 평균 약 1,300m 되는 고지대에 위치하며, 도시를 관통하 는 Toll강이 동․서로 흐르고 있다(Korea Science Foundation, 2008). 조사지는 울란바토르를 중심으 로 주변 지역에 위치한 산림지(4지역)와 초지(1지역) 으로 구분하여, A층과 B층 2곳의 토심에서 각각 2 반복으로, 총 20점의 토양 시료를 채취하였다. 물리 적 특성 분석을 위해 100cc 토양캔과 화학적 특성 분석을 위해 지퍼백에 1kg의 토양시료를 추가로 채 취하였으며, 시료채취 지점은 Fig. 1과 같다.

    연구대상지 중 Mt. Chigeltei는 울란바토르에서 북쪽으로 약 7∼8㎞ 떨어진 곳에 위치하고 있으며, 목재나 땔감을 얻기 위해 산불과 불법적인 벌채가 빈 번히 일어난 곳으로, 조사구는 해발고 1,720m에 위 치하고 우점수종은 Larix sibirica, Pinus sibirica, Betula spp. 등이 분포하고 있다. Gatsuurt Valley 는 울란바토르 동북쪽으로 약 20㎞ 떨어진 곳에 위치한 계곡부로서, 양 사면에 Larix sibirica 순 림이 분포하고 있다. 표고 1,520m 부근에서 1차적 인 산불 피해 이후 해충에 의해 2차 피해를 입은 산림의 토양을 채취하였고, 산불 피해 이후 회복되 어가고 있는 산림에서도 토양을 채취하였다. Mt. Bayanchandmani는 울란바토르 북서쪽 약 20km 떨어진 곳에 위치하고 원래 Pinus sylvestris 우점 림 이었으나, 크고 작은 산불피해를 지속적으로 받 고 있으며, 현재는 Betula spp., Populus spp.와 혼효림을 이루고 있다. Mt. Bogdkhan은 울란바토 르 남쪽에 인접해 있으며, 몽골에서 가장 오래된 자 연보호구역이다. 그러나, 최근 이용객이 급증함에 따라 다른 지역과 마찬가지로 산불 및 해충피해가 심각하게 발생하고 있다(Ganzorig et al., 2014). 해발 1,780m 산정 부근에서 산림토양을 채취하였고 해발 1,300m 산록부 초지에서는 초지토양을 채취하 여, 서로 비교하였다(Table 1).

    2 토양 이화학성 분석

    산림과 초지 토양의 이화학적 특성을 비교하기 위 하여 토성, pH, 유기물, 총질소, 무기태질소, 총인, 유효인산, 양이온 교환 용량 및 교환성 양이온, 미 량원소 및 중금속 함량을 각각 측정하였다(Osman, 2013;Korea Forest Research Institute, 2014).

    토성은 2㎜체로 거른 풍건세토를 105℃ 오븐에서 건조시킨 다음 Stokes’ law에 따라 사토, 미사, 점 토함량을 구한 뒤, 미국 농무성법에 따라 토성구분 을 하였다. pH는 토양 : 증류수=1 : 5로 하여 30분 간 진탕한 다음 pH meter (DMS, DMP2000)로 측 정하였다.

    유기물과 총질소 함량은 0.5 체로 거른 풍건시료 를 Elemental Analyzer로 분석하였다. 무기태질소 는 풍건세토와 2M KCl을 1:10으로 혼합한 후 1시간 동안 진탕하여, 수기는 2% H3BO3-indicator 용액 을 사용하였고 먼저 MgO를 가하여 암모늄태 질소 를 정량하고 질산태질소는 Devarda alloy을 넣어 암모늄으로 환원시킨 다음 증류하여 정량하였다.

    총인은 0.5 mm체를 통과시킨 풍건세토를 진한 질산과 HClO4로 분해시킨 후 분해액에 발색시약 ammonium molybdate-ammonium metavanadate 용액을 가하고 30분간 발색시킨 다음 파장 470 nm 에서 흡광도를 측정하였다. 측정된 흡광도를 인표준 용액의 농도 대 흡광도의 표준곡선에 대비하여 총인 함량을 구했다. 유효인산은 Bray No.1 법으로 분석 하였는데, ascorbic acid method로 30분간 발색시 킨 후 720 nm에서 흡광도를 측정하였고, 측정된 흡 광도를 인표준용액의 농도대 흡광도 표준곡선에 대 비하여 유효인산함량을 구하였다.

    양이온교환용량은 ammonium acetate (pH 7) method를 이용하였고, 교환성 양이온은 1N ammonium acetate (pH 7) 로 침출한 액을 원자흡광도계 (Shimadzu AA-6501F, Japan)로 정량하였다.

    3 통계처리

    산림과 초지, 두 지역의 토양 특성 차이를 비교하 기 위해, 유의수준 0.05에서 t-test로 통계적 유의 성을 검정하였고, 토양의 이화학적 특성들 간의 상 관관계를 알아보기 위해 피어슨 상관계수(Pearson's correlation coefficient)를 계산하여 상관성을 분석 하였다. 모든 통계처리는 SPSS(Statistical Package for the Social Science, USA ver.22; IBM, 2014) 프로그램을 활용하여 처리하였다.

    결과 및 고찰

    1 산림 및 초지토양의 이화학적 특성

    산림토양의 토성은 대부분 실트질 식양토(Silty clay loam)로, A층과 B층 사이의 토성의 차이는 뚜 렷이 나타나지 않았으며, 채취지점 사이의 변이도 크지 않았다(Table 2). 초지토양은 모래함량이 많은 양토와 산림토양과 같은 실트질 식양토로 나타나서, 토성에서는 산림과 초지토양이 유사한 것으로 나타 났다. 토양 pH는 산림지역이 평균 5.4, 초지가 평 균 6.1로, 산림토양이 초지보다 더 산성을 띄었으 나, 지역 간에 유의한 차이는 없었다.

    산림토양과 비교하여 초지토양 A층의 유기물 함 량은 17.0%로 가장 높은 값을 보였는데(p<0.05), 일반적으로 초지에 비해 산림의 유기물 축적이 높지 만 반대의 결과가 나온 것은 그 만큼 이 지역이 산 불이나 방목 등 외부요인의 영향이 크기 때문으로 판단된다(Zhao et al., 2017). 또한 조사구의 해발 고가 낮을수록 토양 내 유기물 함량은 높아지는 경 향을 보였는데(Fig. 2-a, R2=0.742), 특히 산림 중 해발고가 제일 낮은 Gatstsuurt Valley A층의 유기 물 함량이 10% 정도로서, 다른 산림에 비해 뚜렷이 높았고, 전반적으로 A층의 유기물함량이 B층보다 최소 2배 이상 높은 값을 나타냈다. 이러한 결과는 조사지의 지형적 요인과 산불, 방목에 따른 답압과 같은 인위적 교란에 따른 영향으로 판단된다(Lee et al., 2001).

    산림과 초지 토양의 평균 양이온교환용량은 각각 27.7, 35.3cmolc+ kg-1으로, 초지가 산지보다 유의 하게 높았으며(p<0.05), 본 연구에서는 유기물 함 량이 클수록 양이온교환용량 또한 큰 값을 나타내었 다(Fig. 2-b, R2=0.597).

    교환성 양이온 함량의 경우 칼슘이 12.06∼54.30cmolc+ kg-1, 마그네슘이 0.30∼9.85cmolc+ kg-1, 칼륨이 0.36∼2.24cmolc+ kg-1, 그리고 나트륨이 0.03∼1.91cmolc+ kg-1의 범위로 특히 칼슘의 집적이 심한 것으로 나 타났다(Table 3). 이러한 교환성 칼슘의 집적은 낮 은 강우량으로 용탈이 상대적으로 적고 증발에 의해 토양표층으로 집적될 가능성이 높기 때문이라 생각 된다. 그러나 토양구조를 파괴시키는 분산작용을 유 발할 수 있는 교환성 나트륨 함량은 대체로 낮게 나 타났다. 교환성 칼륨함량 또한 산림과 초지 토양 모 두에서 낮게 나타났다.

    염기포화도는 62.4~129.7%의 높은 수준을 보였 는데, 이는 교환성 칼슘의 높은 함량에 따른 영향 으로 판단된다. 실제로, 조사구 중 염기포화도가 100%를 초과하는 토양도 많았는데(Fig. 3-a), 교환 성 칼슘이 토양교질의 하전부위에 흡착되어 있지 않 은 염의 형태로도 존재한다고 추측할 수 있다. 특히 초지 토양의 염기포화도가 산림에 비해 높았으며, pH가 높을수록 염기포화도가 높은 경향을 보였다 (R2=0.665).

    2 무기태 질소 및 유효인산

    전질소 함량은 0.05∼0.93%의 범위를 나타냈으 며, 산림과 초지 토양의 평균 함량은 각각 0.21, 0.49로 산림보다 초지토양에서 더 높았다(p<0.05). 전질소 함량은 유기물함량이 높을수록 높은 값을 나 타내었으며(Fig. 2-c, R2=0.699), C/N비는 산림토 양 21.5∼39.5 그리고 초지토양이 18.3∼20.4로 각 각 나타났다.

    무기태질소 함량은 대체로 1.75∼14.89 mg kg-1 범위로 존재하였고, 조사구 중 Mt. Bogdkhan에서 가장 높은 값이 나타났다(Fig. 4-a). 산림과 초지 토양의 평균 총인 함량은 각각 322, 562mg kg-1으 로 나타났다. 유효인산 함량은 1.5∼569.4 mg kg-1 의 수준으로 토양에 따른 변이가 같은 토지이용 형 태 내에서도 매우 크게 나타났다. 산림지 토양의 평 균 유효인산 함량은 22.2 mg kg-1 이나, 조사구 중 Mt. Bayanchandmani 에서 114.5 mg kg-1으로 가 장 높은 값을 나타냈다. 이처럼 토양 내 유효인산의 분포가 변이가 큰 이유는 토양 pH, 유기물함량 등 의 토양 특성뿐 아니라 산불(횟수 및 강도), 비료시 용, 방목 등의 외적 요인에 의해서도 크게 달라지므 로 산림토양의 유효인산함량의 변이는 이러한 다양 한 영향인자가 복합적으로 작용한 결과로 생각된다 (Sukhbaatar et al., 2019).

    주목할 점은 초지토양의 총인 함량이 산림토양 보 다 다소 높게 나타난데 반해, 유효인산 함량은 반대 로 매우 낮게 나타났다(Fig. 4-b). 이는 장기적으로 볼 때 초지보다 산림생태계의 생산성이 더욱 커질 것으로 예상할 수 있다.

    토양의 유효인산 함량과 pH와의 상관성이 가장 컸는데, pH가 높을수록 유효인산 함량도 높게 나타 났다. 본 연구에서 pH는 교환성 칼슘과도 상관성이 있는 것으로 나타나서, 향후 이 지역의 산림훼손 및 복원과정을 모니터링 함에 있어, 교환성 칼슘도 중 요한 인자가 될 수 있다고 판단된다.

    3 토양특성 간 상관관계

    토양의 이화학적 특성 간 상관분석을 실시한 결과 (Table 4), 유기물 함량과 전질소 그리고 토양 pH 와 염기포화도가 높은 수준의 정의 상관관계를 보였 으며(p<0.01), 유기물함량과 총인 그리고 유기물함 량과 양이온치환용량(CEC)도 유의한 정의 상관관계 가 나타났다(p<0.05). 이는 향후 산림훼손 및 복원 과정을 모니터링할 때, 토양 내 유기물함량의 변화 가 중요할 것으로 생각된다. 반면, CEC와 암모늄태 질소, 전질소와 총인 그리고 C/N비와 염기포화도는 부의 상관관계가 유의하게 나타났다(p<0.05).

    산림토양의 이화학적 특성은 산림훼손과 산림복 원의 과정에서 오랜 시간에 걸친 상호작용의 결과 인 만큼, 이에 대한 장기적인 모니터링을 통해 산림 훼손과 복원에 대한 토양환경의 영향을 보다 정확 하게 구명할 수 있을 것으로 기대된다(Marzinez- Garza et al., 2016).

    4 미량원소 및 중금속 함량

    토양 내 중금속 함량은 구리가 0.01∼1.63mg kg-1, 아연이 0.69∼18.62mg kg-1, 카드뮴이 0.15∼0.42mg kg-1, 납이 0.01∼3.89mg kg-1, 크롬이 0.01∼0.45mg kg-1으로, 전체적으로 낮은 분포를 보였다(Table 5).

    산림과 초지 토양의 평균 중금속 함량은 구리가 각각 0.75, 0.29mg kg-1, 아연이 각각 1.75, 2.38mg kg-1, 카드뮴이 각각 0.26, 0.32mg kg-1, 납이 각각 1.55, 1.52mg kg-1, 그리고 크롬이 각각 0.14, 0.03mg kg-1으로서, 아연 이외의 중금속 함량은 지역 간 차 이가 뚜렷이 나타나지 않았다. 몽골 울란바토르는 높은 기압과 화력발전으로 인해 대기오염이 매우 심 각한 수준이나, 본 연구에서 산림과 초지 토양에서 는 울란바토르 시내와 비교하였을 때, 아주 미미한 수준으로 나타났다(Jugdernamjil & Park, 2012).

    시베리아 한대림과 중앙아시아로 이어지는 대초원 의 전이지대이며, 인위적 산림훼손이 빈번한 몽골 울란바토르 근교에 위치한 산림과 초지 토양특성을 분석, 비교하였다. 토성은 산림 및 초지토양 대부분 이 실트질 식양토로 유사하게 나타났고 pH는 산림 토양이 초지토양에 비해 낮았다. 초지토양은 염기포 화도가 100%가 넘는 높은 수준을 보였다. 유기물함 량과 양이온치환용량(CEC)도 산림보다 초지토양에 서 다소 높았는데, 이는 산불과 방목과 같은 인위적 교란에 따른 영향으로 판단되었다. 무기태 질소함량 은 조사지 중 임상이 가장 양호한 복드한산에서 가 장 높았고 유효인산도 초지 보다 산림토양에서 높았 다(p<0.05). 토양특성 간 상관분석에서, 유기물 함 량과 전질소, 유기물 함량과 총인, 유기물 함량과 양이온치환용량(CEC) 그리고 토양 pH와 염기포화도 가 정의 상관관계를 나타냈고 CEC와 암모늄태 질 소, 전인과 총인 그리고 C/N비와 염기포화도는 부 의 상관관계가 나타났다. 중금속 함량은 모든 토양 에서 미미하게 나타났다. 향후 산림훼손으로 인하여 초지로 쇠퇴한 지역이나, 다시 산림으로 회복되고 있는 지역에 대해, 본 연구의 결과를 토대로 효과적 인 산림복원 방안 모색과 산림토양환경 변화 모니터 링을 위한 가이드라인을 제시할 수 있을 것으로 기 대된다.

    감사의 글

    본 연구는 ‘대구대학교 2016학술연구비(과제번호: 20160418)’의 지원에 의해 이루어 졌습니다.

    Figure

    JALS-53-5-105_F1.gif

    The location of study sites.

    JALS-53-5-105_F2.gif

    The linear regression of soil organic matter(OM) for other factors.

    JALS-53-5-105_F3.gif

    Base saturation(BS) percentage and C/N ratio of soil samples.

    JALS-53-5-105_F4.gif

    Inorganic nitrogen and available phosphorous contents of soil samples.

    Table

    Descriptions of study sites

    The physiochemical properties of soil samples

    The exchangeable cation contents of soil samples

    Correlation analysis of soil physiochemical properties

    The heavy metal contents of soil samples

    Reference

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