Buffering Capacity of Four Tree Species against Soil Acidification by Acid Rain and Variations in Nutrient Leaching from Tree Crowns

산성우(酸性雨)에 의(依)한 토양산성화(土壤酸性化)에 대한 4개(個) 수종(樹種)의 완충능력(緩衝能力)과 수관(樹冠)으로부터 양료(養料) 용탈(溶脫) 변이(變異)

The objective of this study was to compare acid-neutralizing and buffering capacity of four tree species against soil acidification by acid rain. About 30-year-old forests composed of Pinus rigida, Alnus hirsuta, Quercus mongolica, and Liriodendron tulipifera in a provincial experimental forest located 15km east from Banwol Industrial Complex in Kyonggido were used in this study. Incident precipitation, throughfall and stemflow, and soil samples were collected from May to September, 1996 to analyze their pH and canon concentrations. Internal leaf pH, external acid neutralizing capacity(ENC), and buffering capacity index(BCI) of leaves were also determined. The incident precipitation showed an average pH of 4.56, with the percentage of acid rain incidents being 74%. The average soil pH of the study area was 4.15. The pH of throughfall and stemflow in all four species was higher than that of precipitation except that of the stemflow of Pinus rigida which showed a pH of 3.73. The throughfall of Liriodendron tulipifera showed the highest pH of 5.38. The pH of throughfall and stemflow showed a positive correlation and no correlation, respectively, with precipitations. The most abundant cation in precipitation was Ca. The canon concentraions in throughfall and stemflow decreased in the following order of K, Na, Ca, and Mg. Cation concentrations in stemflow were highest in Lirioendron tulipifera and lowest in Pines rigida. Nutrient leaching from above ground increased with decreasing pH of precipitation. The pH of stemflow showed a positive correlation with ENC and BCI. The highest values in ENC, BCI, soil pH, and soil cation concentrations were observed in Liriodendron tulipifera, while the lowest values were obtained in Pinus rigida, It was concluded that Liriodendron tulipifera had highest neutralizing capacity against acid rain, while Pinus rigida had the lowest capacity and even promoted acidification of soil.

본 연구는 산성우의 영향을 받는 산림에서 4개 수종별 수관통과류, 수간류, 토양을 채취하여 pH 변화와 양료함량을 비교함으로써 산성우에 대한 수종별 중화능력과 완충능력을 측정하여 중화능력이 우수한 수종을 선발하는데 있다. 경기도 반월공단으로부터 15km 떨어진 산림환경연구소 반월시험림을 대상으로 약 30년생 리기다소나무, 물오리나무, 신갈나무, 튤립나무림에서 1996년 5월부터 9월까지 매 강우시 발생되는 강우, 수관통과류, 수간류를 채취하여 pH, Ca, K, Na, Mg의 농도를 측정하였고, 5월, 7월, 9월에 각각 채취된 잎의 내부 pH, 중화능력(ENC), 완충능력(BCI)을 측정하였다. 또한 공시목의 수간기저부로부터 10, 100, 200cm 떨어진 거리에서 토양 시료를 채취한 후 pH와 양료함량을 측정하였다. 본 시험 유역에서 시험기간 동안 강우의 평균 pH는 4.56이었으며, pH 5.6이하의 산성우의 비율이 74%를 차지하였으며, 토양 pH는 평균 4.15이었다. 수관통과류의 pH는 모든 수종에서 강우보다 높았으며, 수간류의 pH는 리기다소나무(pH 3.73)를 제외한 모든 수종에서 강우보다 높았고, 특히 튤립나무가 가장 놓은 pH 5.38을 나타냈다. 수관통과류의 pH는 강우의 pH와 정의 상관이 매우 높았으나 수간류의 pH는 강우의 pH와는 상관이 없었다. 강우에 가장 많이 함유된 이온은 Ca이었으며, 수관통과류와 수간류의 이온 함량은 모두 K>Na>Ca>Mg의 순으로 나타났다. 수간류에서의 양료 함량은 튤립나무에서 가장 높았고 리가다소나무에서 가장 낮았다. 강우의 pH가 낮아지면 지상부에서 양료의 용탈이 높아지는 것으로 나타났다. 수간류의 pH는 잎의 중화능력과 완충능력이 높을수록 증가하여 매우 높은 상관을 보였다. 잎에서의 중화능력과 완충능력은 튤립나무에서 가장 높았고(ENC : 9.03, BCI : $655.3{\mu}eq.H^-/g$), 리기다소나무에서 가장 낮았다(ENC : -4.95, BCI : $57.8{\mu}eq.H^-/g$). 수종별 토양에서의 pH와 양료 농도는 수간류의 경우와 유사하였으며 튤립나무에서 가장 높았고 리기다소나무에서 가장 낮았다. 이러한 경향은 수간으로 부터 100cm 거리까지 나타나 수간류가 토양의 특성에 영향을 미치고 있음을 보여주었다. 결론적으로 강우의 특성은 수관을 통과하거나 수간을 따라 흘러내리면서 수목의 중화작용과 완충작용에 의해 변화되는데 수종에 따라 다르게 나타난다. 특히 산성우에 대한 중화능력과 완충능력이 우수한 수종인 튤립나무의 수간류는 pH와 양료의 농도가 높아 토양의 산성화를 지연 또는 조절할 수 있으나, 리기다소나무와 같이 능력이 낮은 수종은 토양의 산성화를 가속화 시킬 것으로 생각된다.