Introduction
Materials and Methods
연구대상지
토양채취 및 분석
통계처리
Results and Discussion
산불 이후 토양의 이화학적 특성 변화
산불 강도에 따른 토양의 이화학적 특성 변화
산불 피해지 토양의 화학적 특성간 상관관계 분석
산불 피해 강도에 따른 토양 특성 변화의 주성분 분석
Conclusions
Introduction
산불은 전세계에서 발생하는 대표적인 산림 교란 중 하나로 (Kim et al., 2016), 산림생태계의 생물적 요인과 비생물적 요인 등 생태계 구성 요소 전반에 걸쳐 영향을 주는 것으로 알려져 있으며 (Kim et al., 2016), 산림재난적 측면에서 가장 큰 피해를 가져오는 것으로 알려져 있다 (Chandler et al., 1983; Shin et al., 2023).
우리나라는 지난 10년 (2014 - 2023년)간 연평균 567회의 산불이 발생하여 연간 4,004 ha의 산림에 피해를 준 것으로 알려져 있으며, 발생원인 대부분이 실화로 자연적 원인에 의해 발생한 산불은 거의 없는 것으로 알려져 있다 (Korea Forest Service, 2023). 특히, 2020년 안동산불, 고성산불, 2022년 울진-삼척 산불 등 대형산불이 발생하는 빈도가 점점 늘어나고 있으며, 피해 면적 또한 증가하고 있는 추세를 보이고 있다. 지난 2022년 3월 발생한 울진-삼척 산불은 역대 최장 기간 발생한 산불로 약 16,744 ha의 산림에 피해를 주었으며, 산림뿐만 아니라 주택이나 가축 등 많은 재산적 피해를 주었다.
산불의 강도와 발생 형태는 식생, 토양, 자원 가용성 등 산림의 구조와 기능의 변화를 가져오며, 산림생태계의 발달과 천이 과정에도 영향을 주는 것으로 알려져 있다 (Ömer and Nursema, 2017).
산불 이후 산림 토양의 변화는 일반적으로 2 - 3년 이내에 산불 이전의 상태로 회복되는 것으로 알려져 있지만, 인자에 따라 최대 50년까지 토양 변화에 영향을 주는 것으로 알려져 있으며 (Viro, 1963), 지역에 따라 차이는 있지만 산불 이후 산림으로서 형태를 갖추기 위해서는 30년, 생태적으로 안정된 산림을 구성하기까지는 100년 이상 걸리는 경우도 있다. 이때 생태적 안정의 기반이 되는 토양에 대한 분석 없이 식생복원이 이루어지게 된다면 향후 사후관리에 문제가 발생할 수 있다. 따라서 산불 이후 산림 토양의 구조와 기능 변화를 파악하는 것은 산불 이후 복원 방향 설정, 향후 관리 등에 매우 중요한 역할을 하며, 이후 성공적인 산림생태계 복원에 가장 기초적이며 중요한 기여 인자로 평가되고 있다 (Cui and Perera, 2008; Heneghan et al., 2008).
국내에서는 산불 이후 산불 복원 방식에 따른 토양의 이화학적 특성 분석 (Kim et al., 2016; Lee et al., 2016), 토성 변화 (Kim and Choo, 2023), 토양 침식 및 산사태 발생 경향 (Lee et al., 2022), 산불 피해지 주변 농경지의 토양 특성 변화 (Zhang et al., 2020) 등, 다양한 분야에서 연구가 수행되었으나 산불 강도에 따른 토양의 변화를 파악한 연구는 부족한 상황이다.
이에 본 연구는 지난 2022년 3월 발생한 울진-삼척 산불피해지를 대상으로 1) 산불 이후 시간 경과에 따른 토양의 이화학적 특성 변화를 분석하였고, 2) 산불 피해 강도가 토양 특성에 미치는 영향을 분석하였다. 본 연구를 통하여 산불 발생에 따른 토양 변화에 대한 장기 모니터링을 위한 유용한 기초자료를 제공하고자 하였다.
Materials and Methods
연구대상지
본 연구는 경상북도 울진군을 대상으로 수행하였으며, 이 지역은 지난 2022년 3월 4일 울진-삼척 산불이 발생하였으며, 이 산불은 우리나라 역대 최장기간 (213시간 43분) 발생한 산불로 기록되었으며, 피해규모 면에서도 약 16,800 ha에 해당할 정도로 큰 피해를 입은 지역이다.
연구대상지의 최근 30년 (1994 - 2023년)간 연평균기온은 12.8°C이며, 평균최고기온은 8월의 27.5°C, 평균최저기온은 2월의 -2.9°C, 연평균강수량은 1,198.1 mm로 우리나라 연평균강수량 (1,263.3 mm)에 비해 낮은 강수량을 보이고 있다 (Korea Meteorological Administration, 2024).
산불 피해지역은 소나무 (Pinus densiflora)가 우점하는 침엽수림으로, 산불 피해 강도에 따라 심 (수관 소실 비율 70% 이상), 중 (수관 소실 비율 30 - 70%), 경 (수관 소실 비율 30% 이하) 세 등급으로 구분하였다 (Fig. 1).
토양채취 및 분석
토양의 물리 ‧ 화학적 특성 분석을 위해 산불 피해 등급 마다 5개 지점을 선정 하였고, 산불 피해를 입지 않은 대조구 3개 지점, 총 18개 지점에 대하여 유기물층을 모두 제거한 후 토양 시료를 채취하였다. 토양은 열 전도율이 낮기 때문에 산불 발생 초기에는 표층에 영향을 미치다가 시간이 지나면서 심층에도 점차 영향을 주는 것으로 알려져 있다 (González-Pérez et al., 2004). 이에 본 연구에서도 산불 발생 7개월 후 0 - 10cm 깊이에서 토양 시료를 채취하였으며, 산불 발생 18개월 후 동일한 지점에서 0 - 10 cm와 10 - 20 cm 깊이의 토양시료를 채취하였다.
채취한 시료는 밀폐용 지퍼백에 담아 실험실로 운반 후 풍건하였으며, 이후 2 mm 체를 활용하여 토양의 이화학적 특성 분석용 시료를 조제하였다. 토성 분포는 비중계법으로 측정하였으며, 토양 pH는 토양 10 g을 토양과 증류수를 1 : 5 비율로 조정하여 30분간 진탕 후 pH meter (Analog pH/mV Meter, HANNA instruments, Korea)로 측정하였다. 유기물함량은 음건시킨 시료를 410°C 오븐에서 6시간 가열 후 건조토양 무게에 대한 소실량을 백분율로 나타내는 loss-on-ignition법을 활용하여 측정하였으며, 총질소함량은 대용량 원소분석기 (Vario Macro cube, Elementar, Germany), 유효인산은 Lancaster법, 칼륨, 칼슘, 마그네슘, 나트륨과 같은 교환성양이온은 건조 토양 2.5 g에 암모늄 아세테이트 용액 55 ml을 첨가한 후 16시간 동안 진공 추출 후 추출한 용액을 ICP (Perkin Elmer Optima 5300, Perkin Elmer, USA)로 분석하였다.
통계처리
수집된 자료는 산불피해지와 대조구, 산불 피해 형태에 따른 토양의 이화학적 성질에 대한 유의적인 차이를 알아보기 위하여 SPSS (statistics package for the social sciences, ver. 27.0, SPSS Inc., Chicago, IL, USA)를 활용하여 일원배치 분산분석 (one-way ANOVA) 후 scheffe 법을 활용하여 사후검정을 실시하였다. 이후 산불 피해지역의 토양 특성간 상관관계 분석을 실시하였으며, 산불피해지와 대조구 토양 특성 사이의 상관성은 R (4.3.3) package를 이용하여 주성분분석 (principle component analysis, PCA)을 실시하였다.
Results and Discussion
산불 이후 토양의 이화학적 특성 변화
산불 피해지와 대조구의 토성은 모두 양토 (loam)로 산불에 의한 토성의 차이를 보이지 않고 있었다 (Table 1). 그러나 산불피해지의 경우, 산불로 인한 낙엽층과 부식층의 소실로 인하여 노출된 광물질 토양이 강우 등 외부요인에 의해 초기 2년까지는 영향을 받는 것으로 알려진 만큼 (Oswald et al., 1999) 본 연구 대상지의 토성도 변화를 가져올 수 있을 것으로 판단된다.
점토는 400 - 800°C, 모래와 실트는 1414°C의 높은 온도 한계로 인하여 산불은 토성에 직접적인 영향을 주지 않는 것으로 알려져 있으나 (Neary et al., 2005), 강한 강도의 산불이 4시간 이상 지속될 경우 토양 내 수산기 이온 (OH-)의 파괴와 결정질 점토 입자의 붕괴로 인하여 모래와 실트 비율이 증가하는 경우도 있다고 하였다 (Heydari et al., 2017; Alcañiz et al., 2018). 본 연구에서도 산불피해지의 모래 비율은 60.0%로 대조구 (55.1%)에 비해 높게 나타나 선행연구와 유사한 경향을 보였다.
Table 1.
Changes of soil texture between burned and unburned areas in this study area.
산불피해지의 토양 pH는 5.1로 대조구 (6.0)에 비해 낮게 나타났다 (p < 0.05). 이는 연구대상지의 토양이 사질토양으로, 모래 비율이 높은 토양에서 양이온교환용량이 낮아 적은 양의 강우에도 양이온의 용탈이 쉽게 일어날 수 있기 때문에 교환성양이온이 토양 내부로 흡수되기 전에 용탈된 것으로 판단된다 (DeBano, 1991). 일반적으로 사질토양은 점토질 토양에 비해 산성화에 덜 민감하여, pH가 비교적 높게 유지되는 경향이 있으나, 산불로 인하여 양이온이 용탈되면서 pH가 낮아질 수 있다 (Certini, 2005). 많은 선행연구들은 산불 이후 수목과 유기물층의 산화로 염기성 양이온의 토양 내 유입량 증가로 인하여 pH가 상승하였다가 (Certini, 2005; Brady and Weil, 2010; Kang and Park, 2018), 시간 경과와 함께 급격하게 낮아져 (Won et al., 2006) 원래 상태 또는 더 낮게 변하는 것으로 알려져 있다 (Ulery et al., 1993).
일반적으로 산불이 발생하면 표층의 유기물은 직접적으로 연소 되어 토양 내 유기물양이 급격하게 감소하지만 연소 되지 않은 유기물 또한 산불 이후 고온으로 유지되는 환경에서 분해 속도가 빨라져 추가적인 손상이 발생하는 것으로 알려져 있다 (Certini 2005; Poirier et al., 2014). 본 연구에서도 산불피해지의 유기물 함량은 5.74%로 대조구 6.16%에 비해 낮게 나타났다 (p < 0.05).
산불피해지의 총질소함량은 0.10%, 대조구 0.12%로 대조구에서 높게 나타났으며 (p > 0.05), 이러한 증가는 유기물 함량의 변화와 일치하는 경향을 보였다. 산불이 발생하게 되면 유기물층의 질소는 350°C에서 휘발되기 시작하여 (Knicker et al., 1996), 최대 50%까지 휘발되며, 남은 유기물 중 일부가 NH4+와 NO3-와 같은 무기 질소의 형태로 변환되고, 회분화된 유기물이 임상에서 표토층으로 이동하기 때문에 일시적으로 증가한 후, 강우로 인한 용탈, 식물의 이용 등으로 산불 발생 약 18개월이 경과하면 산불 이전 수준으로 회복하는 것으로 알려져 있다 (Elakiya et al., 2023).
Zhang and Biswas (2017)와 Alcañiz et al. (2016)은 산불 이후 유효인산의 농도가 일시적으로 증가하였다가 시간이 지남에 따라 원래 상태로 회복된다고 하였다. 본 연구결과, 통계적인 차이를 보이지 않았지만 산불 피해지에서 대조구에 비해 유효인의 농도가 높게 나타났다. 그러나 Romanya et al. (1994)는 산불 이후 탄산수소나트륨 (NaCO3)과 플루오린화 암모늄 (NH4F)이 산불 이전에 비해 최대 50% 증가하였다가 이후 식생 복원 등을 통해 식물이 이용하여 점차 감소한다고 알려진만큼 시간이 지남에 따라 산불피해지의 유효인 농도는 점차 감소할 것으로 판단된다 (Table 2).
Table 2.
Changes of soil chemical characteristics between burned and unburned areas in this study area.
|
Soil depth (cm) | Area | pH |
OM1 (%) |
TN2 (mg kg-1) |
Avail. P.3 (mg kg-1) |
CEC4 (cmolc kg-1) | Exch. cations (cmolc kg-1) | |||
| K+ | Na+ | Ca2+ | Mg2+ | |||||||
| 0 - 10 |
Burned (n = 15) | 5.1 ± 0.7 b | 5.74 ± 0.42 b | 0.10 ± 0.58 | 5.5 ± 3.5 | 9.3 ± 1.9 a | 0.26 ± 0.12 | 0.28 ± 0.05 | 2.5 ± 0.7 b | 1.4 ± 0.7 |
|
Unburned (n = 3) | 6.0 ± 0.7 a | 6.16 ± 0.15 a | 0.12 ± 0.35 | 5.3 ± 2.5 | 8.2 ± 2.6 b | 0.31 ± 0.06 | 0.27 ± 0.03 | 3.9 ± 0.7 a | 1.1 ± 0.3 | |
산불 강도에 따른 토양의 이화학적 특성 변화
산불 이후 피해지역의 토양 물리적 성질 변화는 산불 강도에 따라 다르게 나타나는 것으로 알려져 있으며 (Rasion, 1979), 토성의 변화는 산불에 강도에 직접적인 영향을 받지 않는 것으로 알려져 있다 (Certini, 2005). 연구결과 조사구별로 약간의 차이는 있지만 토성은 양토 (loam)로 분류되었다 (Table 3).
Table 3.
Composition of forest soil texture by fire intensity in this study area.
|
Soil depth (cm) |
Fire intensity | Particle size distribution | |||
| Sand (%) | Silt (%) | Clay (%) | Texture | ||
| 0 - 10 | L1 (n = 5) | 59.3 ± 24.9 | 32.7 ± 21.0 | 8.0 ± 4.1 | Loam |
| M2 (n = 5) | 39.6 ± 25.0 | 43.7 ± 22.0 | 16.7 ± 5.0 | Silty Loam | |
| H3 (n = 5) | 57.8 ± 15.4 | 34.1 ± 14.1 | 8.1 ± 1.6 | Loam | |
| C4 (n = 3) | 59.2 ± 7.0 | 29.8 ± 5.6 | 11.0 ± 1.4 | Loam | |
| 10 - 20 | L (n = 5) | 62.1 ± 18.8 | 28.9 ± 13.3 | 9.1 ± 5.7 | Loam |
| M (n = 5) | 37.5 ± 25.2 | 42.5 ± 20.3 | 20.0 ± 6.0 | Silty Loam | |
| H (n = 5) | 53.6 ± 18.4 | 35.6 ± 14.5 | 10.8 ± 4.8 | Loam | |
| C (n = 3) | 62.1 ± 7.5 | 27.4 ± 5.8 | 10.5 ± 1.7 | Loam | |
0 - 10 cm 깊이의 토양 pH는 산불 피해지 5.0 - 5.1로, 대조구 토양 pH 5.5에 비해 낮아진 것으로 나타났으며 (p = 0.008), 10 - 20 cm 깊이의 토양에서는 산불 피해지 pH 5.0 - 5.1로 대조구 (5.5)와 유의한 차이를 보이지 않았다 (Table 4). 산불 피해 강도에 따른 토양 pH 변화는 통계적으로 유의미한 차이가 없는 것으로 나타나 산불 피해 강도는 토양 pH에 영향을 주지 않는다는 선행연구 (Lee et al., 1997)와 일치하는 결과를 보였다.
산불 중 토양 온도가 200°C를 초과하면 토양 내 유기 탄소가 연소되기 시작하여 유기탄소 함량이 크게 감소하며, 질소산화물 (NOx)과 암모니아 (NH3) 등의 유기 화합물 휘발과 (Caon et al., 2014), 토양으로 유입되는 낙엽과 낙지 등의 감소로 인하여 토양 내 유기물 함량이 감소하는 것으로 알려져 있다 (Chandler et al., 1983). 그 중 산불 피해 정도가 큰 경우 많은 양의 죽은 뿌리 발생 등으로 인하여 일시적인 증가를 보일 수 있다고 하였다 (Martin et al., 2012). 본 연구에서도 산불피해지의 A층내 유기물 함량은 4.00 - 5.75%로 대조구 (5.92%)에 비해 유의하게 낮은 값을 보이고 있으며 (p = 0.09), B층에서는 대조구 (5.51%)에 비해 산불피해지 (3.45 - 5.42%)의 유기물함량이 낮았고 특히 산불강도가 높은 지역이 유의하게 낮은 것으로 나타났다 (p = 0.016). González-Pérez et al. (2004)는 낮은 강도의 산불에서는 표토층의 유기물만 소실되어 유기물 함량이 약 10 - 20% 감소하지만, 강한 강도의 산불에서는 최대 50% 까지 유기물 함량이 감소한다고 보고하였다. 본 연구에서도 모든 깊이에서 산불 피해가 심각할수록 유기물 함량은 낮아지는 경향을 보이고 있으며 (p < 0.05), 이와 같은 현상은 일반적으로 산불 강도가 클수록 토양 표면의 온도가 높게 나타나 (González-Pérez et al., 2004), 낮은 강도의 산불 피해지에 비해 더 많은 양의 토양 내 유기물이 파괴되었기 때문으로 판단된다 (Badía and Martí, 2003).
본 연구에서 총질소함량은 모든 깊이에서 산불 피해 및 강도에 따른 유의한 차이를 보이지 않는 것으로 나타났는데, 이는 무기질 형태로 전환된 질소는 토양 수분에 의해 침출되기 쉬워 아래층으로 빠르게 이동하여 두 층위 사이에 차이를 보이지 않는 것으로 판단되며 (Grogan et al., 2000; Choromanska and DeLuca, 2002), 또 산불 발생 후 18개월이 경과한 만큼 식생복구가 이루어지고 있는데, 이 과정에서 식물들의 토양 내 무기질소 흡수로 인한 영향으로 판단된다 (Choromanska and DeLuca, 2002). 질소는 식물 생장에 필수적인 영양소 중 하나로, 식물 생장을 위해서는 토양 내 약 0.25%의 총질소가 필요한 것으로 알려져 있다 (Lee et al., 2012). 산불 이후 토양 내 질소 함량을 높이는 방법으로 질소 고정 식물을 식재하는 것이 일반적이며 (Weston and Attiwill, 1990; Weston and Attiwill, 1996), 산불 발생 3년 이내에 질소고정 식물의 활착이 이루어 진다면 산불 이전에 비해 토양 내 질소 함량은 높아지게 된다고 한다. 이에 산불 이후 토양 내 질소 함량 향상을 위해서 오리나무류, 아까시나무 등의 질소 고정 식물의 빠른 식재가 필요할 것으로 판단된다.
유효인산은 식물 생장에 중요한 인자 중 하나로 토양에서는 PO43- 형태로 존재하다가 (Agbeshie and Abugre, 2021), 산불이 발생하면 유기인은 무기화되어 식물이 흡수할 수 있는 유효 정인산염을 형성하는 것으로 알려져 있다 (Zhang and Biswas, 2017). 본 연구 결과 모든 산불 피해 강도에서 A층의 유효인 농도 (0.11 - 0.15 mg kg-1)가 B층 (0.06 - 0.09 mg kg-1)에 비해 높게 나타났는데, 이는 주로 토양 표층에 유기물이 존재하고, 유기물이 분해되면서 인이 방출되기 때문에 깊이가 깊어질수록 유효인의 농도가 낮게 나타나는 것으로 판단된다. Certini (2005)는 산불 강도가 높을수록 유효인산의 양은 증가하는 경향을 보인다고 하였으나, 본 연구에서는 산불 강도가 클수록 감소하는 경향을 보여 선행연구와 반대되는 경향을 보였다. Souza-Alonso et al. (2024)는 고온에서 토양이 장시간 연소된 경우, 인이 대기 중으로 휘발하거나 토양의 미세 입자에 흡착되어 토양 내 유효인산의 농도가 낮아질 수 있다고 하였으나, González-Pérez et al. (2004)는 토양 특성에 따라 산불 후 인의 동태가 다르게 나타나기 때문에 산불 이후 유효인산의 변화는 지역에 따라 서로 다르게 나타날 수 있다고 하였다.
산불 강도가 크고 연소 시간이 길수록 표토층 산화로 인하여 토양 내 양이온교환용량은 감소한다고 하였다 (Elakiya et al., 2023). 본 연구에서 양이온교환용량은 모든 깊이에서 산불 피해등급에 따른 통계적인 차이가 없는 것으로 나타났다. 이러한 결과는 바람과 강우 등으로 인한 재의 유실로 인하여 토양 내부로 유입량이 많지 않았거나 산불 발생 이후 18개월이 경과하여 피해지에 대한 복구가 시행되고 있는 만큼 식물의 흡수 등으로 인하여 토양이 회복되고 있기에 이러한 결과를 보이는 것으로 판단된다 (Caon et al., 2014; Elakiya et al., 2023).
산불로 인한 식물과 유기물층의 급격한 산화는 칼륨, 마그네슘 등의 토양층으로 용탈 되어 10 cm 이내 표토층에서 급격한 증가를 보였다가 (Rahimi et al., 2020; Alexakis et al., 2021) 매우 빠른 속도로 산불 이전의 상태로 돌아간다고 하였다 (Certini, 2005; Zhang and Biswas, 2017; Akburak et al., 2018; Rahimi et al., 2020). 본 연구에서 칼륨, 마그네슘 등 교환성양이온은 깊이와 산불 강도에 따른 유의한 차이가 없는 것으로 나타났는데, 일반적으로 산불 이후 표토층에서 일어나는 토양 양료들의 증가는 강우 등에 인한 용탈로 1년 이내에 다시 산불 발생 이전의 수준으로 돌아가기 때문에 통계적으로 유의한 차이가 없었다고 판단된다 (Zhang and Biswas, 2017; Rahimi et al., 2020). 실제로 Johnson et al. (2014)와 Liu et al. (2018)은 산불 이후 칼륨과 마그네슘의 증가를 보였으나 산불 피해 정도에 따른 일정한 경향을 보이지 않았다고 하였다.
Table 4.
Changes in the chemical characteristics of forest soil by fire intensity in this study area.
|
Soil depth (cm) |
Fire intensity | pH |
OM1 (%) |
TN2 (mg kg-1) |
Avail. P.3 (mg kg-1) |
CEC4 (cmolc kg-1) | Exch. cations (cmolc kg-1) | |||
| K+ | Na+ | Ca2+ | Mg2+ | |||||||
| 0 - 10 | L (n = 5) | 5.1 ± 0.1 b | 5.75 ± 1.39 a | 0.11 ± 0.04 | 7.8 ± 4.8 | 9.3 ± 1.6 | 0.22 ± 0.06 | 0.09 ± 0.00 | 3.6 ± 2.3 | 1.5 ± 0.9 |
| M (n = 5) | 5.0 ± 0.2 b | 5.56 ± 0.93 a | 0.15 ± 0.06 | 2.0 ± 1.9 | 10.0 ± 2.6 | 0.23 ± 0.03 | 0.07 ± 0.01 | 2.2 ± 0.9 | 1.5 ± 1.3 | |
| H (n = 5) | 5.0 ± 0.2 b | 4.00 ± 0.71 b | 0.12 ± 0.06 | 4.8 ± 2.8 | 10.7 ± 1.8 | 0.23 ± 0.06 | 0.03 ± 0.02 | 2.6 ± 1.2 | 1.7 ± 0.8 | |
| C (n = 3) | 5.5 ± 0.2 a | 5.92 ± 0.95 a | 0.20 ± 0.07 | 13.9 ± 12.6 | 12.9 ± 1.5 | 0.33 ± 0.04 | 0.05 ± 0.02 | 3.4 ± 1.1 | 1.3 ± 0.2 | |
| 10 - 20 | L (n = 5) | 5.0 ± 0.1 | 5.40 ± 1.21 a | 0.09 ± 0.08 | 5.3 ± 6.5 | 9.5 ± 4.6 | 0.19 ± 0.04 | 0.04 ± 0.01 | 2.3 ± 1.6 | 1.9 ± 1.1 |
| M (n = 5) | 5.1 ± 0.4 | 5.39 ± 0.66 a | 0.06 ± 0.03 | 2.9 ± 1.5 | 9.6 ± 2.9 | 0.20 ± 0.03 | 0.10 ± 0.06 | 1.5 ± 0.3 | 2.0 ± 1.7 | |
| H (n = 5) | 5.0 ± 0.2 | 3.45 ± 0.69 b | 0.06 ± 0.01 | 3.1 ± 1.5 | 10.3 ± 2.2 | 0.24 ± 0.05 | 0.07 ± 0.06 | 1.8 ± 0.3 | 1.9 ± 1.2 | |
| C (n = 3) | 5.5 ± 0.2 | 5.51 ± 0.72 a | 0.15 ± 0.06 | 9.6 ± 10.3 | 11.2 ± 1.1 | 0.25 ± 0.06 | 0.05 ± 0.03 | 2.6 ± 0.4 | 1.0 ± 0.0 | |
산불 피해지 토양의 화학적 특성간 상관관계 분석
산불이 발생하면 물리적 특성과 화학적 특성 모두 영향을 받아 변화가 발생하지만 일반적으로 화학적 특성의 변화가 더 크게 나타나는 것으로 알려져 있어 (Lee et al., 1997), 화학적 특성 간 상관관계 분석을 실시하였다 (Fig. 2).
산불 이후 일시적인 토양 pH 증가와 유기물 소실로 인한 양이온교환용량 감소로 인하여 반비례 하는 경향을 보이는데 (Lee et al., 1997), 본 연구에서도 음의 상관관계를 보였으며 (r = -0.410), 칼슘과는 양의 상관관계를 보였다 (r = 0527). 칼슘은 토양에서 탄산칼슘 (CaCO3) 형태로 존재하며, 이는 산불 이후 토양의 비옥도 유지 및 식생복원을 위해서는 칼슘에 대한 관리가 중요함을 시사한다 (Rowley et al., 2023).
토양 유기물함량과 총질소, 양이온교환용량 간에는 r = 0.892**, r = 0.888**로 높은 수준의 양의 상관관계를 보이고 있는 것으로 나타나 유기물함량의 변화는 총질소와 양이온교환용량의 변화와 밀접한 관계가 있다는 선행연구 (Lee et al., 1997)와 일치하는 결과를 보였다. 총질소와 양이온치환용량은 r = 0.898**로 가장 높은 상관성을 보이고 있는데, 이는 질소의 방출 과정과 관련하여 설명할 수 있는데, 외부요인에 의해 토양으로 방출된 총질소량의 변화는 양이온교환용량과 함께 변화하는 추세를 보이기 때문에 가장 높은 상관계수를 보이는 것으로 판단된다. 마그네슘은 칼륨과 양의 상관관계를 보이고 있는데(r = 0.556), 마그네슘과 칼륨은 식물 생장에 필수적인 양이온으로 토양 내 동일한 위치에 흡착되는 경향보여 유의미한 상관관계를 보이는 것으로 판단된다.
이러한 결과들은 토양의 화학적 특성 사이에 복잡한 관계가 있음을 시사하며, 향후 산불피해지 복원시 식생 복원에 앞서 적절한 토양 관리방안을 우선하여 수립할 필요성이 있는 것으로 판단된다.
산불 피해 강도에 따른 토양 특성 변화의 주성분 분석
산불 피해 강도와 토양의 이화학적 특성에 대한 주성분 분석 결과, 가로축 (PC1)은 전체 분산의 24.42%를 설명하며, 세로축 (PC2)은 전체 변동성의 20.85%를 설명하였다 (Fig. 3). 가로축은 토양 입자 크기 등 물리적 특성에 대한 변동성을 주로 설명하며, 모래 함량은 -0.389로 음의 영향력을 보이고 있어 실트 (0.374), 점토 (0.353)과 반대 방향으로 가로축에 영향을 미치는 것으로 나타났다. 이는 산불로 인하여 토양 표층이 침식되어, 모래와 같은 큰 입자들이 더 많이 노출되었을 가능성을 시사하며, 미사와 점토가 많이 포함된 토양일수록 모래가 주를 이루고 있는 토양보다 산불에 덜 영향을 받았을 가능성을 시사한다 (Certini, 2005; Pereira et al., 2012).
세로축은 주로 토양의 화학적 특성 변화에 대한 변동성을 주로 설명하며, 특히 유기물함량 (-0.410)과 총질소 (-0.448), 양이온교환용량 (-0.390) 등이 음의 영향력을 보이는 것으로 나타났다. 이러한 결과는 산불로 인하여 유기물 소실, 질소의 휘발, 토양 내 영양소 보유 능력이 감소되었음을 의미하며 (Rahmani et al., 2022), 궁극적으로 토양의 비옥도가 감소되어 식생 복원 전 토양의 안정화 및 보존력이 우선되어야 함을 의미한다 (Alcañiz et al., 2016). 이러한 결과는 산불 이후 토양 복원 과정에서 유기물 보충, 질소 공급, 양이온치환용량 회복 등 토양의 화학적 특성 회복이 우선 순위가 되어야 함을 의미한다.
이를 위해 첫째 유기물 함량이 감소한 것을 보완하기 위하여 목재 칩, 산불 피해목, 퇴비 등이 분해되어 유기물 함량을 높일 수 있도록 해야한다 (Yoon et al., 2023; Guo et al.., 2024). 이는 토양의 물리적 구조를 개선하고, 토양의 수분함량을 향상시키며, 양이온치환용량 회복에 기여할 수 있다. 둘째, 전질소함량 회복을 위해 조림 전 질소 고정 능력이 있는 식물의 식재 등을 통해 토양 내 질소 수준을 향상시키는 처리와 마지막으로 석회질 비료 등을 활용해 토양의 양이온치환용량 능력을 개선하는 처리가 중요할 것으로 판단되었다.
Conclusions
본 연구는 2022년 3월 발생한 울진 산불 피해지를 대상으로 산불 피해 강도와 시간 경과에 따른 토양의 이화학적 특성 변화를 분석하였다. 연구 결과, 산불로 인하여 토양의 물리 ‧ 화학적 특성에 초기 변화가 발생하였으며, 일부 화학적 특성은 시간이 지나면서 원래 상태로 회복되는 경향을 보였다. 특히 토양 pH, 유기물함량, 총질소, 교환성양이온 등은 물리적 특성에 비해 변동성이 크게 나타났는데, 이는 산불로 인한 화학적 특성 변화가 산불 이후 토양 비옥도에 중요한 영향을 미치고 있음을 시사한다. 본 연구는 산불 이후 토양 복원을 위한 관리 전략 수립에 중요한 정보를 제공하며, 향후 장기적인 토양 변화와 복원 계획을 위한 참고자료로 활용될 수 있을 것이다. 다만, 제한된 조사구 면적과 미생물 변화를 고려하지 않았다는 한계점이 있는데, 추후 이를 보완한 추가 연구가 필요할 것으로 판단된다.
