산불로 훼손된 토양 미생물군집의 생화학적, 유전적 다양성을 비교하기 위하여 2000년에 산불이 일어났던 강릉지역에서 자연복원지 토양(NS), 인공복원지 토양(AS), 정상토양(NS)을 표토층과 심토층에서 채집하였다. 생화학적 다양성 분석을 위해 각 시료를 BIOLOG system에 직접 적용하였으며 통계처리(SPSS)를 통해 군집분석을 수행하였다. 또한 군집의 유전적 다양성은 토양 미생물의 16S-rDNA를 증폭하여 DGGE(Denaturing Gradient Gel Electrophoresis)를 이용하여 분석하였다. 자연복원지의 심토와 표토, 정상토양의 표토에서만 70% 이상의 생화학적 다양성이 나타났으나, 유전적 다양성의 경우 모든 시료에서 53%에서 68%의 범위의 상동성을 나타냈다. 이러한 결과는 토양미생물 군집의 생화학적 다양성이 반드시 유전적 다양성을 반영하지 않는다는 것을 보여준다.
유역 전체의 토양침식량에 대한 토사유출량의 비로 정의되는 토사유출률은 유역의 크기가 커지면 토사가 유출되는 과정에서 퇴적되거나, 저류될 수 있는 지형적인 요인이 많아지게 되어 상대적으로 감소한다. 우리나라 산불지역의 유역에 대량의 토사유출을 제어하기 위해 설치된 여러개의 사방댐을 활용하여 강우사상별 댐 저류지에 퇴적되는 토사량 측정하였다. 실측된 토사유출량과 산지사면을 대상으로 개발된 토양침식 모형인 SEMMA에 의해 예측된 토양침식량과를 비교하여 유역크기에 따른 토사유출률의 관계를 분석하였다. SEMMA는 강우에 의한 토양입자의 분리현상과 지표유출에 의한 세류와 세류간 침식에 의해 발생하는 토양침식량을 산정하지만, 구곡이나, 유역의 수로에서의 침식은 고려하지 않는다. 보편적으로 토사유출률은 1.0을 넘지 않으나, 본 연구에서는 토사유출률이 대부분 1.0을 넘는 결과를 보여 산불 지역의 유역에서는 수로발달과 수로확장에 의한 침식이 심각했다. 토사유출률이 산지 유역이 커짐에 따라 감소하는 경향은 세계의 다른 유역에서의 조사된 결과와 비슷한 결과를 보였으나, 수치적인 차이가 큼을 알 수 있었다. 또한 토사유출률은 강우사상의 크기에도 상관성이 있음이 확인되었다.
1997년 10월 21일에 발생한 지리산 국립공원의 산불 지역을 대상으로 토양 미생물의 분포 밀도 변화에 대해 연구하였다. 산불 발생 직후 표층, 지하 5cm, 10cm, 20cm, 30cm의 각 깊이에서 토양 미생물의 밀도를 조사하였다. 표층과 지하 5cm 깊이에 분포하는 세균의 밀도는 산불이 없었던 인근 지역의 $10^6$CFU/g soil 수준에 비해 $10^2$ CFU/g soil 수준으로 감소하였다. 방선균은 표층에서 완전히 소멸되었으며 지하 5cm 깊이에서는 대조구의 $10^6$CFU/g soil 수준에 비해 낮은 $10^3$ CFU/g soil 수준이었다. 곰팡이는 표층과 지하 5cm 깊이 모두에서 완전히 소멸된 것으로 나타났다. 그러나 지하 10cm 이상의 깊이에 분포하는 미생물들의 밀도는 전혀 감소되지 않았다. 또한 산불 발생 후 토양 미생물의 분포 회복 양상을 알아보기 위해 표층과 지하 5cm 깊이에서 경시적으로 밀도를 조사하였다. 산불 발생 2개월만에 미생물 밀도의 대부분은 크게 증가하여 산불이 없었던 인근 지역과 비슷하였으나토양 표층에 분포하는 방선균만은 산불 발생 4개월 후에도 여전히 대조구의 $10^6$ CFU/g soil 수준에 비해 낮은 $10^4$CFU/g soil 수준을 나타내었다.
본 연구는 강원도 강릉지역 산불지역의 피해분석을 위한 피해지 지표분류를 목적으로 Landsat Enhanced Thematic Mapper Plus (ETM+) 영상에서 활용할 수 있는 분류지수의 적용을 검토하였다. 연구지역 산불지역을 대상으로 Landsat TM 영상을 활용하기 위해 개발된 식생지수(NDVI)와 토양을 고려한 식생지수(SAVI), Tasseled Cap 변환으로 억을 수 있는 밝기지수(brightness), 습윤지수(wetness), 녹색지수(greenness)를 야외조사 결과와 비교하였다. 분석 결과 식생지수와 토양을 고려한 식생지수는 산불발생지역과 산불이 발생하지 않은 지역에 대한 구분이 뚜렷하였으나, 산불발생지역내에서 피해지역 구분에는 적절하지 않은 것으로 파악되었다. 산불방생지역내에서는 Tasseled Cap 변화에서 나타나는 토양평면을 활용할 때 침식피해와 관련한 야외조사 결과와 가장 근접한 분류 결과를 얻을 수 있었다. Tasseled Cap 변환에서 건조지수와 녹색지수를 더하여 선형함수로 활용하면 신속하고 효율적으로 산불지역을 분류가 가능 할 것으로 기대된다.
가뭄은 산불을 일으킬 수 있는 요소 중 하나로, 산불의 빈도 및 피해 면적과 연관성이 있다. 특히, 우리나라는 가뭄이 주로 발생하는 건조한 봄과 가을에 산불이 많이 발생하고, 그 중 일부는 강풍을 동반하여 대형산불로 번지는 경향을 보인다. 따라서 본 연구에서는 우리나라를 대상으로 산불발생 및 면적과 가뭄 변수의 관련성을 파악하고, 우리나라에 적합한 가뭄 변수를 이용하여 산불발생위험 추정을 위한 위성기반의 가뭄지수를 개발하였다. 사용한 가뭄 변수는 다운스케일링(downscaling)한 고해상도의 토양수분, Normalized Different Water Index(NDWI), Normalized Multi-band Drought Index(NMDI), Normalized Different Drought Index(NDDI), Temperature Condition Index(TCI), Precipitation Condition Index(PCI), Vegetation Condition Index(VCI)이며, 경험적 가중 선형조합(Weighted Linear Combination) 및 One-class SVM을 통해 지수 개발을 하였다. 2013년부터 2017년 기간 동안의 변수를 이용하여 상관성 분석을 통해 대부분의 가뭄 변수가 산불 발생에 유의미한 결과를 보임을 확인했으며, 특히 토양수분과 NDWI, PCI가 우리나라 산불과 상관성을 보였다(88 % 이상 일치함). 개발된 지수를 2018년 산불 발생 건에 대해 적용한 결과, 다섯 가지의 선형조합 중에서 토양수분과 NDWI의 조합이 시 공간적으로 적합한 것으로 나타났으며, One-class SVM은 대형산불에 적합한 것으로 나타났다.
산지사면에서의 토양침식량은 실제 유역을 빠져나가는 토사유출량과 같지 않다. 이는 토사가 이동하는 과정에서 지형적인 요인 등에 의해 퇴적되거나, 가중되는 유수에 의해 더 많은 토양이 침식될 수 있기 때문이다. 토사유출률(SDR)은 유역의 크기뿐만 아니라 지형, 기후, 토양, 식생피복, 토지이용도 등에 관계된다. 본 연구에서는 기후 특성인 강우크기에 따른 토사유출률의 변화를 분석하고자 하였다. 산불 이후 5년 동안 산지 소유역의 시험유역을 운영하여 유출 및 토사유출량을 실측하여 자료를 구축하였고, 이 유역에 산지지역의 토양침식 모형인 SEMMA을 적용하여 토양침식량을 산정하고 유역출구로 이송한 실제 토사유출량과 비교하였다. 5년 동안 SDR은 전반적으로 감소하고, 강우량, 강우강도, 강우에너지와 같은 강우사상의 크기에 따라 증가한다. SDR은 2001년에서 2002년까지 대부분 1.0 이상이고, 2005년에는 1.0을 초과하지 않으며, 강우특성 뿐만 아니라 식생피복, 산불시간경과 등의 인자에 의존한다.
화성암과 퇴적암으로 이루어진 국내 산림토양 중 표토와 심토에서 채취된 시료의 미생물군집 활성도에 미치는 산불의 영향을 알아보았다. 베타글루코시다아제의 분석결과, 화성암보다 퇴적암의 미생물군집에서 높게 나타났다. 산불 발생 초기에 효소 활성이 관찰되지 않았으나, 시간이 경과됨에 따라 활성이 회복되었다. 또한, 토양의 훼손여부와 상관없이 심토는 표토에 비해 활성이 33~46% 저해되었다. EcoPlate를 이용하여 산불이 미생물 기질이용성에 미친 영향을 알아보았다. 정상토와 훼손토의 평균반응구발색도 값 백분율은 표토에서 각각 52.7~56.8% 및 62.3~83.6%로 나타났다. 산불 발생은 토양 유기물의 분해를 촉진함으로 심토미생물군집의 다양성 및 기질이용성에 영향을 준 것으로 보여진다. 미생물군집의 종다양성지수인 샤논 인덱스(Shanon index, H)는 모든 시료의 표토에서 높게 나타났다. 샤논 풍부도는 퇴적암 토양미생물이 화성암에 비하여 높게 나타났으며, 표토가 심토보다 높게 나타났다.
산불은 산림에 서식하는 곤충들을 죽이거나 분산시킴으로서 그들의 군집을 교란한다. 산불 후 개미군집은 종다양성, 종구성, 기능군 구성이 달라질 것이다. 본 연구는 1996년 강원도 고성에서 발생한 대형 산불 직후 일년동안 산불지와 비산불지의 개미군집의 변화를 비교하기 위해서 수행되었다. 총 16종 1,308개체의 개미가 채집되었고, 산불지에서 15종 696개체, 비산불지에서 13종 612개체가 채집되었다. 산불 후 다양도와 풍부도가 감소될 것이란 일반적인 예상과는 달리 산불지와 비산불지는 개미군집의 풍부도, 종다양성, 종구성, 기능군 구성에서 차이가 없었고, 종풍부도(추정치)는 산불지가 비산불지 보다 오히려 높았다. 그러나 개미의 월별 출현양상은 (풍부종과 전체) 산불지와 비산불지 간에 많이 달랐다. 산불직후인 1996년 5월에는 산불지에서 개미가 더 많았으나, 가을(1996년 9월과 10월)에는 비산불지에서 개미가 더 많았다. 이는 산불지의 환경변화(토양건조 등)로 인해 개미개체군의 변동(개체군의 사멸 또는 이동)이 원인일 것이다. 결론적으로 봄에 발생하는 산불은 토양 깊이 월동하는 개미 군체를 파괴하지 못하기 때문에 산불은 개미상에 유의한 영향을 미치지 못했다.
전 세계적으로 산불이 빈번히 발생되고 대형화산불이 끊임없이 발생되고 있다. 따라서 산불진화를 보다 효과적으로 신속히 하기위해 산불진화용 소화약제가 사용되고 있다. 산불용 소화약제는 일반적으로 물리적 형태에 따라 분말, 액상, 포(泡), 겔(gel)로 구분되어 사용되고 있다. 우리나라에서는 직접적인 산불진화용 소화약제인 강화액과 포소화약제를 사용하고 있어 본 연구에서는 이러한 소화약제들의 식물독성(종자발아율, 소나무 용기묘 치사율) 및 토양생물 독성(지렁이 급성독성) 등 산림생태에 대한 독성평가를 실시하였다. 그 결과, 강화액 및 포소화약제 모두 영향을 미치는 것으로 나타났으며 특히, 강화액의 경우 모든 독성실험방법에 대해 실험개체 모두 100%의 치사율을 나타내어 독성이 가장 강한 것으로 조사되었다. 따라서 향후, 산불진화용 소화약제에 대한 산림생태환경독성 영향평가 방법과 기준제시가 필요할 것으로 판단된다.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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