• 한국산림과학회지
• /
• 제96권5호
• /
• pp.561-566
• /
• 2007

This study was conducted to clarify runoff production processes in forested catchment through hydrograph separation using three-component mixing model based on the End Member Mixing Analysis (EMMA) model. The study area is located in the coniferous-forested experimental catchment, Gwangneung Gyeonggido near Seoul, Korea (N 37 45', E 127 09'). This catchment is covered by Pinus Korainensis and Abies holophylla planted at stocking rate of 3,000 trees $ha^{-1}$ in 1976. Thinning and pruning were carried out two times in the spring of 1996 and 2004 respectively. We monitored 8 successive events during the periods from June 15 to September 15, 2005. Throughfall, soil water and groundwater were sampled by the bulk sampler. Stream water was sampled every 2-hour through ISCO automatic sampler for 48 hours. The geochemical tracers were determined in the result of principal components analysis. The concentrations of $SO_4{^{2-}$ and $Na^+$ for stream water almost were distributed within the bivariate plot of the end members; throughfall, soil water and groundwater. Average contributions of throughfall, soil water and groundwater on producing stream flow for 8 events were 17%, 25% and 58% respectively. The amount of antecedent precipitation (AAP) plays an important role in determining which end members prevail during the event. It was found that ground water contributed more to produce storm runoff in the event of a small AAP compared with the event of a large AAP. On the other hand, rain water showed opposite tendency to ground water. Rain water in storm runoff may be produced by saturation overland flow occurring in the areas where soil moisture content is near saturation. AAP controls the producing mechanism for storm runoff whether surface or subsurface flow prevails.

• 한국환경복원기술학회지
• /
• 제9권4호
• /
• pp.52-59
• /
• 2006

This study was conducted to find end-members and tracers which are effective to be applied in the End Member Mixing Analysis (EMMA) model for runoff separation at the Gwangneung coniferous forest catchment (13.6ha), Gyeonggido, Korea. We monitored three successive rainfall events during two weeks from June 26, 2005 to July 10, 2005, and analysed chemical properties of rainfall, throughfall, stemflow, groundwater and soil water considered as main components of storm runoff. The followings are the results of analyses of each component and tracer. Groundwater, soil water and rainfall (or throughfall) were dominant runoff components. Rainfall and groundwater were selected as main components for the two components-one tracer mixing model, and groundwater, soilwater and throughfall were selected as main components for the three components-two tracers mixing model. Tracers were selected from anion ($Cl^-$ and ${SO_4}^{2-}$), cation ($Na^+$, $K^+$, $Mg^{2+}$, and $Ca^{2+}$) and Acid Neutralizing Capacity (ANC) in event 1, 2, and 3. $Na^+$, $Ca^{2+}$ and ANC were selected in the two components-one tracer mixing model and ${SO_4}^{2-}-K^+$, ${SO_4}^{2-}-Na^+$, ${SO_4}^{2-}-Ca^{2+}$, ${SO_4}^{2-}$-ANC, and $Ca^{2+}$-ANC were selected in the three components-two tracers mixing model. Selected main runoff components and tracers can provide basic information to determine the contribution rate of each runoff component and identify the runoff process in a forest watershed.

• The Korean Journal of Ecology
• /
• 제28권6호
• /
• pp.417-431
• /
• 2005

한국에서 산성 강하물에 의하여 대부분의 토양은 교환성 양이온, 특히 $K^+$, $Mg^{2+}$ 및 $Ca^{2+}$가 세탈되어 유럽과 북미의 삼림 쇠퇴 지역의 토양과 버금가는 수준이고, 염기성 양이온/알루미늄이온$(BC/Al^{3+})$의 몰 비가 낮아서 식물의 정상 생장의 임계 부하수준으로 낮아졌다. 광릉 삼림의 수관은 산성 강하물 중에서 $NO_3^-$와 $NH_4^+$을 흡수하여 수용원(sink)으로, $K^+$을 세탈하여 공급원(source)으로 작용하지만 산성 강하 물량이 많은 관악산의 삼림은 그러한 기능이 저하되었다 침엽수림과 활엽수림 분수계 생태계는 총수관 통과수의 $K^+$, $NH_4^+$, $Cl^-$, $NO_3^-$ 및 $SO_4^{2-}$를 임상토양에 보유하고, $Na^+$, $Mg^{2+}$ 및 $Ca^{2+}$을 임상토양에서 계류수로 세탈하고 있어 산성 강하물에 대한 삼림의 반작용이 큼을 보이고 있다.

• 한국산림과학회지
• /
• 제86권3호
• /
• pp.342-351
• /
• 1997

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.

• 한국산림과학회지
• /
• 제86권1호
• /
• pp.56-68
• /
• 1997

본 연구는 산지 물순환 과정별 수질변화를 추적하여 계류수질의 형성 과정 및 산림의 환경적 정화기능을 평가하고자 실시하였다. 팔공, 용성 및 대동의 3개 조사지에서 한 단위강우에 대한 임외우, 수관통과우, 수간류, 낙엽층류 및 계류수, 그리고 장기 계류수를 대상으로 하여 각각의 유출수량과 pH, 전기전도도, 용존산소량 및 용존원소의 농도변화를 분석한 결과는 다음과 같다. 1. 계류수의 pH, 용존산소량은 유출수량의 증가에 따라 값이 상승하였으나, 전기전도도는 값이 낮아지는 것으로 나타났다. 2. 수간류 및 수관통과우의 pH는 임외우에 비해 경시적으로 낮은 값을 나타내며, EC는 강우초기에 높은 값, 그 이후는 강우시간의 경과와 함께 값이 낮아지는 경시적 변화를 보였다. 낙엽층류의 pH는 임외우에 비해 낮은 값, EC는 높은 값을 나타냈다. 계류수에 있어서 pH 동태는 강우초기에 높은 값을 나타내고 강우시간이 경과함에 따라 큰 폭으로 떨어지다가 강우종료 및 그 이후에는 초기 수준 또는 그 이상의 값으로 회복하였으나, EC는 거의 반대의 경향이 있었다. 낙엽층류 및 계류수의 DO는 강우시간의 경과에 따라 값이 점차 낮아졌으나, 임외우, 수간류 및 수관통과우에서는 경시적으로 뚜렷한 경향이 없었다. 3. 수간류 및 수관통과우에 있어서 pH는 소나무에 비해 상수리나무가 높았으나, EC는 낮은 값을 나타내었다. 양이온 총량은 상수리나무에 비해 소나무의 수간류에서 높은 값을 나타냈다. 4. 물순환의 각 과정에 있어서 pH는 낙엽층류<임내우(수간류+수관통과우)<임외우<계류수의 순으로, DO는 낙엽층류<임내우<임외강우<계류수, 그리고 EC는 임외우<계류수<임내우<낙엽층류의 크기 순으로 나타났다. 양이온 총량은 임외우<임내우<낙엽층<계류수의 크기 순으로 나타났다. 5. EC는 팔공조사지에 비해 용성조사지에서 전체적으로 높은 값을 나타내어 팔공계류수가 수질이 더 깨끗한 것으로 나타났다. 그리고 장기 계류수에 있어서 pH, DO, EC 및 양이온 총량은 월별로 각각 독특한 경시적 변화를 보였다.

• 한국산림과학회지
• /
• 제94권6호
• /
• pp.488-495
• /
• 2005

본 연구는 국립산림과학원에서 운용하는 경기도 광릉시험림 내 활엽수 천연노령림과 침엽수 인공유령림 그리고 양주 사방지 혼효유령림의 수관통과우량, 수간유하량, 그리고 차단손실량을 조사하여 앞으로 임상변화가 임내우 및 차단손실량에 미치는 영향을 시뮬레이션 할 수 있는 전산모델을 개발하는데 필요한 자료를 확보하기 위하여 수행되었다. 본 연구 대상유역인 활엽수 천연노령림은 활엽수 천연림을 대표할 수 있으며, 잣나무와 전나무림으로 구성된 침엽수 인공유령림은 1976년 조림지로서 침엽수 인공림을 대표할 수 있다. 또한 양주 사방지 혼효유령림은 1974년 사방공사를 실시한 후 현재까지 보전되어 온 임분으로 사방림을 대표할 수 있다. 조사는 2003년 3월부터 2004년 10월까지 실시하였으며, 겨울에는 측정을 중지하였다. 임외장우량은 전도형 자기우설량계로 측정하였으며, 임내우량은 임분 내에 $10m{\times}10m$의 표준구를 설정하고 수관통과우량과 수간유하량을 전도형 측정기와 CR10X 데이터 로거를 이용하여 30분 단위로 측정하였다. 약 2년간 자료를 종합한 결과, 임외강우량에서 수관통과우량과 수간유하량을 뺀 차단손실량은 잣나무림이 임외강우량(1,629.5 mm)의 37.2%인 606.6 mm로 가장 많았으며, 혼효림이 임외강우량(1,363.5 mm)의 22.6%인 308.6 mm로 가장 적었다. 수간유하량은 혼효림이 임외강우량의 10.7%로 가장 많았으며, 잣나무림이 2.4%로 가장 적었다. 임외강우량과 수관통과우량 간의 관계는 모든 조사구에서 직선회귀식으로 나타났다. 직선회귀식의 기울기인 평균 수관통과율은 수관울폐도에 따라 66%에서 77%까지 분포하였다. 임외강우량과 수간유하량은 수관통과우량에 비해 편차가 크긴 하지만 모든 조사구에서 직선회귀식으로 나타낼 수 있었다. 임외강우량이 수간유하량으로 전환되는 비율은 잣나무림이 2%로 가장 낮았고 혼효림이 12%로 가장 높았다. 수간저류능은 활엽수림이 0.21 mm로 가장 높은 반면에 잣나무림이 0.003 mm로 가장 낮았다. 대체로 수간유하량은 침엽수림보다 활엽수림에서 많이 발생하였는데, 이는 임분구조에서 활엽수림이 수피가 매끄럽고 가지의 각도가 가파르기 때문이라고 판단되었다. 차단손실량은 임외강우량이 증가함에 따라 모든 조사구에서 직선적으로 증가하였다. 활엽수림과 혼효림의 경우 전나무림과 잣나무림에 비해 차단손실량의 편차가 크게 나타났는데, 이는 활엽수림과 혼효림이 계절적으로 낙엽에 의해 엽면적지수가 변하기 때문이라고 생각된다. 이상의 결과로 임분구조에 따라 임내우인 수관통과우량과 수간유하량, 그리고 차단손실량이 큰 차이를 보인다는 사실을 확인할 수 있었다. 그러므로 차단손실량을 산정하기 위한 전산모델은 임분구조에 따른 차단손실량의 변화를 나타낼 수 있어야 하며, 이는 임상별 특성과 엽면적지수 등을 매개변수로 한 모델이어야 할 것으로 판단된다.

• 한국환경생태학회지
• /
• 제15권3호
• /
• pp.230-236
• /
• 2001

본 연구는 일본 북해도 지방의 임해공업단지에 인접되어 있는 점소목지역 내 활엽수 천연림에서 주요 염기성 양이온에 대한 물질순환 수지를 파악하고자 강우(wet deposition), 임내우(throughfall), 수간류(stemflow) 그리고 토양침투수(soil leachate)에 대한 이온 flux를 정량화하였다. 조사 결과 강우는 평균 pH 4.3의 강한 산성우로 강우에 의한 $H^{+}$ flux는 034kmo1$_{c }$ $ha^{-1}$ /이었고, 임내우와 수간류에 의한 염기성 양이온($K{+ }$ , $Na^{+}$ , $Ca^{ 2+ }$, $Mg^{2+}$ )의 flux는 $1.6kmol_{c}$ ha$^{-1}$ 로 강우의 0.49 kmolc $ha^{-1+}$ /보다 3배 많았다. 수관충 용탈(canopy leaching)에 의한 염기성 양이온의 flux는 0.95kmo1c $ha^{H}$ 로 강우에 의한 $H^{+}$ flux보다 2.8배 높았으며, H$^{+}$는 수관층에서 치환성 양이온들에 의해서 거의 소비되었다. 토양층에서 이온배출 flux는 토양특성에 의존되었으며, 토양 중 Ca은 proton소비에 중요한 인자로 작용하였다. 생태계의 물질순환에 대한 수지에서 Na, Ca및 Mg은 생태계 내부에서 외부로 방출되는 양보다 생태계로 유입되고 있는 양이 많아 생태계에 축적되고 있었으나, K의 경우는 부의 flux를 나타냈다.

• 한국산림과학회지
• /
• 제84권1호
• /
• pp.103-113
• /
• 1995

산림생태계(山林生態系)의 산성우(酸性雨)에 대한 완충능(緩衝能)과 민감성(敏感性)을 분석하기 위해서 리기다소나무림(林) 굴참나무림(林)의 수관통과수(樹冠通過水), 수간류(樹幹流) 및 토양층 용탈용액(溶脫溶液)의 성분을 각각 분석하였고, GIS의 IDRISI system을 이용하여 토양도(土壤圖)와 식생도(植生圖)를 영상(映像) 변환(變換)시킨 후 중첩시켜 토양(土壤) 모암(母岩)에 따른 임상(林相)의 분포를 분석하였다. 모암(母岩) 및 토양(土壤)은 산성암(酸性岩), 퇴적암(堆積巖)으로 구분하고 산성(酸性), 중성(中性), 염기성(鹽基性), 변성잔적토(變成殘積土)로 세분하였다. 식생층(植生層)을 통과한 강우의 평균 pH는 굴참나무림(林)보다 리기다소나무림(林)에서 낮았으며, 두 수종 모두 임외강우(林外降雨)보다 수관통과수(樹冠通過水)에서는 높은 반면에 수간류(樹幹流)에서 낮았다. 식생층(植生層)을 통과한 강우(降雨)내 $SO{_4}^{2-}$, $NO_3{^-}$ 및 $Cl^-$의 양은 수관통과수(樹冠通過水)보다 수간류(樹幹流)에서 높았고, 토양으로 투입되는 $SO{_4}^{2-}$, $NO_3{^-}$ 및 $Cl^-$ 양은 임외(林外)보다 리기다소나무림(林)에서 각각 7.2, 4.3 및 2.5배, 굴참나무림(林)에서 각각 4.4, 2 및 2.5배 많았으며 굴참나무림(林)보다 리기다소나무림(林)에서 많았으나, 치환성(置換性) 양이온의 농도는 리기다소나무림(林)에서 4.1배, 굴참나무림(林)에서 4.6배로 굴참나무림(林)에서 높았다. 토양층(土壤層) 용탈용액(溶脫溶液)의 평균 pH는 수관통과수(樹冠通過水) pH보다는 낮은 반면에, 수간류(樹幹流)보다 높은 경향을 보였으며, 수종별(樹種別)로는 리기다소나무림(林) 지역에서 낮았다. 산성물질(酸性物質)에 의해서 토양층(土壤層)으로부터 용탈되는 양료(養料)와 $Al^{3+}$ 양(量)은 관엽수림(關葉樹林)보다 침엽수림(針葉樹林)이 많았고, 이들 양은 토양(土壤) 용탈용액(溶脫溶液)내 산성물질(酸性物質) 증가함에 따라 유의적으로 증가하였다. 산림생태계중(山林生態系中) 리기다소나무림(林)은 식생층 용탈용액에 $SO{_4}^{2-}$, $NO_3{^-}$ 및 $Cl^-$ 양이 많은 것으로 보아 산성물질(酸性物質)의 침적량(沈積量)과 차단량(遮斷量)이 많은 것으로 인정되는 동시에 토양으로부터 양료손실이 많았고 반면 굴참나무림(林)은 수관층(樹冠層)에서 양(陽)이온치환(置換)과 $H^+$ 소비가 많았고, 토양에서 양료손실(養料損失)이 적어 식생과 토양층의 완층력(緩衝力)이 우수했다. 대전지역의 산림토양은 산성암잔적토가 69%, 퇴적 및 변성암잔적토가 25%, 중성 및 염기성암잔적토는 6%를 차지하고 있는데, 양이온 치환용량(置換容量)이 부족한 산성암(酸性岩)에서 풍화된 토양(土壤)이 가장 많은 면적을 차지하고 있었고, 산성우(酸性雨) 대해서 가장 민감성(敏感性)을 나타내는 산성암이면서 동시에 침엽수림(針葉樹林)으로 구성된 임지는 소나무림(林)과 리기다소나무림(林)林으로 전체 면적중 50%를 차지하고 있었다.

• Journal of Forest and Environmental Science
• /
• 제16권1호
• /
• pp.82-92
• /
• 2000

강원대학교 산림과학대학에서는 부속연습림의 주요 활엽수종인 신갈나무와 굴참나무의 pH, 전기전도도 및 음이온 농도를 1996년부터 측정하고 있으며, 1998년까지의 결과는 다음과 같다. 1. 임외우의 pH범위는 4.47~6.55, 평균값은 5.39였으며, 신갈나무와 굴참나무 임내우의 pH범위는 각각 4.07~6.25, 4.34~6.57, 평균값은 5.45와 5.62로 수종간의 차이는 크게 나타나지 않았다. 또한 신갈나무 수간류의 pH 범위는 4.08~6.13. 평균 5.17 였으며, 굴참나무 수간류의 pH 범위는 3.62~6.11, 평균 4.68로 임외우의 pH에 반듯이 비례하지는 않았다. 그러나 봄철이 낮고 상대적으로 여름과 가을철에는 높은 계절적 차이를 발견할 수 있었다. 2. 임외우의 EC범위는 $3.0{\sim}62.6{\mu}s/cm$로 평균값은 $18.8{\mu}s/cm$였으며, 신갈나무와 굴참나무 임내우의 EC범위는 각각 $5.4{\sim}85.0{\mu}s/cm$, $5.0{\sim}253.0{\mu}s/cm$. 평균값은 $25.1{\mu}s/cm$와 $31.2{\mu}s/cm$였다. 또한 신갈나무와 굴참나무 수간류의 EC범위는 각각 $9.5{\sim}500{\mu}s/cm$, $11.5{\sim}534.5{\mu}s/cm$로 평균값은 $81.8{\mu}s/cm$, $80.2{\mu}s/cm$였다. 즉 임외우의 EC는 계절에 상관없이 $20{\sim}30{\mu}s/cm$범위에서 일정한 값을 나타냈으나, 수간류의 EC는 3월~4월에 두 수종 모두 $100{\mu}s/cm$이상을, 그리고 여름철에는 $30{\mu}s/cm$ 내외의 값을 나타내었나, 10월과 11월에 다시 높아지는 계절에 따른 차이가 명확히 나타났다. 3. 임외우와 임내우의 $Cl^-$, $NO_3{^-}$ 및 $SO_4{^{2-}}$ 농도는 0~15ppm였으나, $PO_4{^{2-}}$농도는 임외우가 0.57ppm과 0.23ppm 2차례, 신갈나무에서 0.08ppm 1차례, 굴참나무에서 0.14ppm, 0.12ppm 및 1.19ppm으로 3차례가 각각 검출되었을 뿐이다. 또한 수간류의 $Cl^-$, $NO_3{^-}$, $SO_4{^{2-}}$ 및 $PO_4{^{2-}}$ 농도는 전체적으로 임외우보다 높게 나타났으며, 계절적인 차이가 뚜렷하였다. 그러나 $PO_4{^{2-}}$농도의 경우, 임외우와 임내우에서는 거의 발생하지 않았으나 신갈나무와 굴참나무에서 각각 0.08~31.99ppm, 0.06~12.28ppm, 평균값은 각각 3.22ppm, 1.93ppm으로 나타났다.

• 한국농림기상학회지
• /
• 제5권1호
• /
• pp.24-29
• /
• 2003

강우가 산림을 통과하면서 변화하는 화학적 조성을 알아보기 위하여 강원도 춘천지역의 소나무와 리기다 소나무 임분에서 임외우와 수관통과우, 수간류를 채취하여 pH 및 용존원소를 중심으로 한 화학적 조성의 수직적인 이동특성을 구명하고자 수행한 본 연구의 결과를 요약하면 다음과 같다. 임외우의 pH의 범위는 41∼7.1 이었으며, 평균 pH는 6.2$\pm$0.1로 나타났다. 소나무 임분의 경우는 수간류가 평균 pH 5.9$\pm$0.9이었으며, 수관통과우는 pH 6.0$\pm$0.8로 측정되었다. 리기다 소나무 임분의 경우는 수간류가 pH 5.5$\pm$0.6, 수관통과우는 pH 5.8$\pm$0.7의 평균값이 측정되었다. 강우량에 따른 임외우와 임내우 (수간류, 수관통과우)의 pH 변화는 전체적으로 강우량이 적은 경우에 pH값이 넓게 분포하였으나, 강우량이 증가함에 따라 점차 감소하거나 증가하여서 안정화되는 것을 알 수 있었다. 임외우와 소나무와 리기다 소나무의 수관통과우, 수간류에서 측정한 화학적 조성의 농도 변화는 양이온 중에서는 $Ca^{2+}$의 농도 변화가 가장 크게 나타났으며, 음이온에서는 C $l^{-}$을 제외한 나머지 S $O_{4}$$^{2-}$ 와 N $O_{3}$$^{-}$에서 임외우보다 현저하게 이온 농도가 증가하거나 변화하는 것을 볼 수 있었다. 이와 같은 결과로 볼 때, 강우에 의한 수목의 용탈과 세정의 차이가 있으며, 이는 수목의 각 기관을 통과하면서 그 차이가 있다는 것을 알 수 있다.