우리나라의 산림생태계에 대한 임계부하량 산정

이상덕 강원대학교 일반대학원 2007 국내박사

This study investigated to evaluate the effects of forest ecosystem to acid deposition in South Korea. Major ion concentration of acid deposition, velocity of dry deposition, geographical distribution of acid deposition flux and forest uptake of base cation and nitrogen were analyzed and the critical loads of sulfur and nitrogen and their exceedances were also calculated by using the steady state mass balance model. As the result of chemical experiment, volume weighted annual mean pH of precipitation in Korea(2001 ~ 2005) was 4.9, showing slightly acidic level. In case of anion, annual mean concentrations of SO₄^(2-), NO₃^(-) and Cl^(-) were 2.155 ㎎/ℓ, 1.163 ㎎/ℓand 1.544 ㎎/ℓ respectively, and provided that SO₄^(2-) was the major contributor, followed by NO₃^(-), Cl^(-). In case of cation, annual mean concentration for NH₄^(+), Na^(+), K^(+), Ca^(2+), Mg^(2+) and H^(+) were 0.680 ㎎/ℓ, 0.701 ㎎/ℓ, 0.482 ㎎/ℓ, 0.470 ㎎/ℓ, 0.107 ㎎/ℓ, 0.011 ㎎/ℓ, and Na^(+) was decided as the main contributor, followed by NH₄^(+), K^(+), Ca^(2+), Mg^(2+) and H^(+). Averaged mass concentration of PM_(2.5) was 2.63 ㎍/m₃in dry deposition, and city sites showed the highest mass concentration of PM_(2.5), followed by suburb and remote sites according to regional types. In case of major ion, sulfate was remote sites(6.71 ㎍/m₃) > city sites(6.24 ㎍/m₃) > suburb sites(5.92 ㎍/m₃), nitrate was city sites(2.01 ㎍/m₃) > suburb sites(1.72 ㎍/m₃) > remote sites(0.82 ㎍/m₃) and ammonium was city sites(2.21 ㎍/m₃) > remote sites(2.08 ㎍/m₃) > suburb sites(2.01 ㎍/m₃) respectively. Dry deposition velocity of SO₄^(2-), SO₂ ,NO₃^(-), NH₄^(+), NO2, HNO3, NH3, K^(+), Ca^(2+) and Mg^(2+) were 0 ~ 0.2 cm/sec, 0.8 ~ 1.2 cm/sec, 0.01 ~ 0.04 cm/sec, 0 ~ 0.04 cm/sec, 0.4 ~ 0.7 cm/sec, 0 ~ 1.0 cm/sec, 0 ~ 0.4 cm/sec, 1.5 ~ 2.5 cm/sec, 1.5 ~ 2.5 cm/sec and 2.0 ~ 3.0 cm/sec. Annual average total deposition(22.46 kg/ha/yr) of sulfur(SO₄^(2-), SO₂ was contributed wet deposition 10.10 kg/ha/yr (45%) and dry deposition 12.36 kg/ha/yr (55%). Annual average total deposition(32.11 kg/ha/yr) of nitrogen(NO₃^(-), NH₄^(+), NO₂, HNO₃, NH₃) was contributed wet deposition 12.62 kg/ha/yr (39%) and dry deposition 19.49 kg/ha/yr (61%). Annual average total deposition(5.37 kg/ha/yr) of Chloride(Cl^(-), HCl) was contributed wet deposition 5.18 kg/ha/yr (96%) and dry deposition0.19 kg/ha/yr (4%). Annual average total deposition(16.97 kg/ha/yr) of base cation(K^(+), Ca^(2+), Mg^(2+)) was contributed wet deposition 13.36 kg/ha/yr (79%) and dry deposition 3.61 kg/ha/yr (21%). Annual forest uptake of base cation by growth and harvest was 1,034 eq/ha/yr and base cation uptake in the range of 900 ~ 1,000 eq/ha/yr charged approximately 48.6%. Annual forest uptake of nitrogen by growth and harvest was 1,108 eq/ha/yr and nitrogen uptake in the range of 1,000 ~ 1,200 eq/ha/yr charged approximately 45.7%. Annual maximum critical load of sulfur was 1,898 eq/ha/yr and CLmax(S) in the range of 1,000 ~ 1,500 eq/ha/yr charged approximately 58.5% in Korean forest ecosystem. Annual minimum critical load of nitrogen was 525 eq/ha/yr and CLmin(N) in the range of 400 ~ 500 eq/ha/yr charged approximately 46.2% in Korean forest ecosystem. Annual nutrient critical load of nitrogen was 630 eq/ha/yr and CLnut(N) in the range of 500 ~ 600 eq/ha/yr charged approximately 46.4% in Korean forest ecosystem. Annual maximum critical load of nitrogen was 2,241 eq/ha/yr and CLmax(N) in the range of 0 ~ 2,000 eq/ha/yr charged approximately 52.2% in Korean forest ecosystem. Exceedance of the maximum critical load of sulfur was found at 2.6% of the Korean forest ecosystem considered mainly in the northern part of Gyoung-gi and Chung-cheong Province, whereas that of the critical load of nutrient nitrogen was found in the whole Korean forest ecosystem. Therefore exceedance of combined critical load of sulfur and nutrient nitrogen was found at 90.2% of the Korean forest ecosystem. 산성 침착이 우리나라의 산림생태계에 미치는 영향을 평가하기 위하여, 습성 및 건성강하물의 이온성분을 분석하였고, 건성침착 속도를 산정하였으며, 습성 및 건성침착량과 산림에 의한 염기성 양이온 및 질소의 흡수량에 대한 지리적 분포도를 작성하였다. 또한 정상상태질량평형 모델을 이용하여 황과 질소의 임계부하량과 초과량을 산정, 지리적 분포도를 작성하였다. 습성강하물의 이온성분 농도와 특성을 살펴보면, 우리나라 2001 ~ 2005년의 강수가중 연평균 pH는 4.9로 약산성을 나타냈다. 음이온 성분의 연평균 농도는 SO₄^(2-)가 2.155㎎/ℓ, NO₃^(-) 1.163㎎/ℓ 및 Cl^(-) 1.544㎎/ℓ로서 SO₄^(2-) >Cl^(-) >NO₃^(-) 의 순으로 나타났고, 양이온 성분은 NH₄^(+)가 0.680㎎/ℓ, Na^(+) 0.701㎎/ℓ, K^(+) 0.482㎎/ℓ, Ca^(2+) 0.470㎎/ℓ, Mg^(2+) 0.107㎎/ℓ, H^(+) 0.011㎎/ℓ로서 Na^(+) > NH₄^(+) > K^(+) > Ca^(2+) > Mg^(2+) > H^(+) 순으로 나타났다. 건성강하물의 이온성분 농도와 특성을 살펴보면, 질량(PM_(2.5)) 농도의 연 평균농도는 26.1 ㎍/m³이었다. 질량농도는 도시 > 교외 > 배경지역의 순이었다. 주요 이온의 농도는 SO₄^(2-)의 경우 배경지역(6.71㎍/m³) > 도시(6.24㎍/m³) > 교외(5.92㎍/m³)의 순으로 배경지역과 도시에서 비슷한 수준의 농도를 보였고, NO₃-의 경우 도시(2.01㎍/m³) > 교외(1.72㎍/m³) > 배경지역(0.82㎍/m³) 순으로 나타났으며, NH₄^(+)의 경우에는 도시(2.21㎍/m³) > 배경지역(2.08㎍/m³) > 교외(2.01㎍/m³)의 순을 보였다. 각 물질별 건성침착속도는 황의 경우 입자상 물질 중 SO₄^(2-) 가 0 ~ 0.2 cm/sec, 가스상 물질 중 SO₂ 이 0.8 ~ 1.2 cm/sec, 질소의 경우 입자상 물질 중 NO₃^(-) 가 0.01 ~ 0.04 cm/sec, NH₄^(+) 의 경우 0 ~ 0.04 cm/sec, 가스상 물질 중 NO₂가 0.4 ~ 0.7 cm/sec, HNO₃가 0 ~ 1.0 cm/sec, NH₃의 경우 0 ~ 0.4 cm/sec, 염기성양이온은 K^(+)가 1.5 ~ 2.5 cm/sec, Ca^(2+)인 경우 1.5 ~ 2.5 cm/sec, Mg^(2+)의 경우 2.0 ~ 3.0 cm/sec로 나타났다. 각 물질별 침착량은 황(SO₄^(2-), SO₂)의 경우 연평균 총 침착량이 22.46 kg/ha/yr으로, 습성침착량은 10.10 kg/ha/yr (45%), 건성침착량은 12.36 kg/ha/yr (55%)이었다. 질소(NO₃^(-), NH₄^(+), NO₂, HNO₃, NH₃)의 경우 연평균 총 침착량이 32.11 kg/ha/yr으로, 습성침착량은 12.62kg/ha/yr (39%), 건성침착량은 19.49 kg/ha/yr (61%)이었다. 염화물(Cl^(-), HCl)의 경우 연평균 총 침착량이 5.37 kg/ha/yr으로, 총 침착량 중 습성침착량은 5.18 kg/ha/yr (96%), 건성침착량은 0.19 kg/ha/yr (4%)이었다 . 염기성양이온(K^(+), Ca^(2+), Mg^(2+))의 연평균 총 침착량이 16.97 kg/ha/yr으로, 총 침착량 중 습성침착량은 13.36 kg/ha/yr (79%), 건성침착량은 3.61 kg/ha/yr (21%)를 차지했다. 산림생장과 수확에 의한 염기성 양이온의 전국 평균 산림의 흡수량은 1,034 eq/ha/yr 이었으며, 900 ~ 1,100 eq/ha/yr 범위에서 48.6%의 흡수량을 나타냈다. 질소의 전국 평균 산림의 흡수량은 1,108 eq/ha/yr 이었으며, 1,000 ~ 1,200 eq/ha/yr 범위에서 45.7%의 흡수량을 나타냈다. 우리나라의 황 최대 임계부하량은 연평균 1,898 eq/ha/yr으로 나타났으며, 우리나라 산림생태계의 58.8%가 1,000 ~ 1,500 eq/ha/yr의 흡수량을 나타냈다. 질소의 최소 임계부하량은 525 eq/ha/yr로 나타났고, 전국 46.2%가 400 ~ 500 eq/ha/yr의 최소 질소임계부하량을 나타냈다. 질소의 영양화 임계부하량은 630 eq/ha/yr로 나타났고, 전국 46.4%가 500 ~ 600 eq/ha/yr의 영양화 질소임계부하량을 나타냈다. 질소의 최대 임계부하량은 2,241 eq/ha/yr로 나타났고, 전국 52.2%가 2,000 eq/ha/yr 이하의 최대 임계부하량을 나타냈다. 황 최대 임계부하량을 초과하는 지역은 우리나라 산림생태계의 2.6%로 경기 북부와 충북 일부 지역에서는 초과된 지역이 나타났다. 반면에 질소의 침착량은 우리나라 산림생태계 전 지역에서 질소 영양화 임계부하량을 초과하는 것으로 나타났다. 따라서 황 최대 임계부하량과 질소 영양화 임계부하량을 동시에 고려하면 우리나라 산림생태계의 90.2%가 황과 질소의 침착량이 임계부하량을 초과하는 것으로 나타났다. 본 연구에서와 같이 우리나라 산림생태계가 산성 물질에 대해 매우 민감한 반응을 나타내므로 산림생태계를 보다 건전한 산림으로 가꾸기 위해서 산성유도 물질의 배출량을 감소시키는 대책, 특히 황에 비해 질소의 배출량 감소를 고려해야 할 것으로 사료된다.

고빈도 현장 모니터링을 통한 산림계류수 용존 및 입자상유기탄소 유출의 수문학적 조절기작 분석

정종진 강원대학교 대학원 2011 국내석사

Global climate change increased situation of rainfall exchange and extreme events, which results organic carbon losses from forest soil. Because Korean topography is mountains, it is susceptible to soil erosion and carbon losses during monsoon rainfall. Previous studies focussed on annual carbon losses in a wide basin using less-frequent routine sampling of Dissolved Organic Carbon (DOC), which can not capture short-term changes of organic carbon during rainfall. Hence, this study investigated short-term changes of DOC and Particulate Organic Carbon (POC) and their hydrological controls using a high-frequency in-situ monitoring. Moreover, it focused on tracing the origin of suspended sediment and POC in streamwater. The findings changes as a result of climate change. This study was conducted in a deciduous forest catchment (37.5 ha) located at the headwater of the Yang-gu hae-an basin in Kangwon province South Korea of an average slope of 20 degree and annual rainfall of 1539 mm during last 14 years. In-situ high-frequency DOC and POC monitoring was carried out every 5 minutes in stream water based on absorption characteristic of organic matter. POC was calculated as difference between TOC and DOC. Precipitation, soilwater and streamwater were sampled once every month during study period and 5 times short-term sampling during rainfall event for laboratory analysis of DOC and POC to compare with in-situ monitoring results. For tracing the origin of suspended sediment and POC, isotope of stable C and N were analysed by taking soil samples from slope soil, surface runoff soil, streambank runoff soil, suspended sediment and bottom sediment. The result of routine sampling showed that DOC concentration was higher than POC and higher concentration of DOC and POC were observed in summer than other seasons. In the in-situ high-frequency monitoring, response of DOC and POC to rainfall events was rapid and short-term changes were effectively captured. DOC concentration and export was higher than POC during baseflow and low intensity rainfall. However, POC concentration and export exceed DOC during an antecedent rainfall of 25 mm followed by a 1 hour rainfall of 10 mm. A similar situation was observed at a 1 hour 20 mm precipitation preceeded by a 0 mm antecedent rainfall. DOC and POC concentrations and exports were positively correlated with stream discharge. Rising and falling limbs of DOC and POC concentrations and exports were observed. And during the study period, rising limbs were higher than falling limbs under the same discharge condition. At discharge of 0.2 m3 s-1, POC concentration and export exceed DOC due to high soil erosion as a result of higher rainfall intensity. In study period of 1 year, Summer monsoon period accounted for 48% and 84% of DOC and POC exports, respectively. And 62% of POC export occurred during a single storm event of 210mm suggesting that soil erosion by high rainfall intensity can be important pathway for POC export. In all of the 41 rainfall events monitored during the study period concentration and exports of DOC and POC were positively influenced by rainfall amount and both increased non-linearly. However, POC export was rapidly changing than DOC. So different of soil erosion in surface and streambank that the origin of suspended sediment in streamwater was traced various where slope soil, surface runoff soil, streambank runoff soil. Exports of DOC and POC showed short-term responses to changing rainfall characteristic, stream discharge and hydrolodic conditions. Furthermore, POC exports responded faster than DOC during rainfall events. If frequency of extreme events increases as a result of predicted climate change, then will plan a significant role for carbon loss from forest soil via DOC and POC. For a better prediction of change in carbon storage via forest soil, a long-term study on short-term changes of hydrologic carbon export is needed. We concluded that carbolyser effectively monitoring high-frequency short-term changes of DOC and POC exports via response to rainfall events. 지구적 기후변화에 따라 강우 변동성 및 극한현상의 발생이 증가함으로써 산림토양에 저장된 탄소의 강우 시 유출이 크게 증가할 가능성이 제기되고 있다. 우리나라 산림의 경우 가파른 산악지형과 여름철에 집중호우가 자주 발생하는 몬순기후 때문에 집중호우로 인한 토양탄소의 유실에 특히 취약하다. 수문학적 탄소 유출과 관련된 기존의 연구는 큰 유역을 대상으로 낮은 빈도의 정기적인 모니터링을 통해 연간 탄소유출량의 변화를 용존유기탄소(DOC : dissolved organic carbon) 위주로 조사하였기 때문에 강우 중 탄소유출의 단기 변화를 파악하는데 한계가 있었다. 본 연구는 산림계류수의 고빈도 현장 모니터링을 통해 DOC 뿐만 아니라 입자상유기탄소(POC : particulate organic carbon)를 동시 측정하여 계류를 통한 토양탄소 유출의 강우 중 단기변화와 수문학적 조절기작을 분석하고 유역 내 주요 유출원을 파악하여 향후 기후변화에 따른 산림 토양의 탄소 저장량 변화 예측에 필요한 기초자료로 활용하고자 한다. 조사지인 양구 해안분지의 산림소유역은 2-30년생의 활엽수림으로 평균 20도의 가파른 경사를 지니며 토성은 사양토가 대부분을 차지하고 있다. 유역면적은 37.5ha이며 최근 14년간 연평균 강우량은 1539mm이다. 조사지에서 매달 1회 정기적으로 강우, 토양액 및 계류수를 채수하였으며, 여름철 강우 시 단기 집중샘플링을 5회 실시하였다. 계류수에 유기물 흡광특성에 기초한 고빈도 현장 모니터링 기기를 설치하여 DOC 및 총유기탄소(TOC : total organic carbon)를 5분 간격으로 관측을 실시하였으며, TOC와 DOC의 차이를 POC로 간주하였다. 부유토사와 POC의 유출원은 파악하기 위해 계류의 좌/우측의 경사면 및 계안부 토양과 함께 사면과 계안 절개면 유출 토사와 계류수 내의 부유토사, 퇴적토사를 총 4회 채취하여 탄소 및 질소 안정동위원소 비를 분석하였다. 정기적인 조사를 통해 계류수의 DOC 및 POC 농도의 연중 변화를 알아 본 결과 전반적으로 DOC의 농도가 POC보다 높았으며, 여름철의 농도가 다른 시기에 비하여 다소 높았다. 고빈도 현장 관측을 통해 강우 중 유기탄소 유출의 단기변화를 알아 본 결과 계류수의 DOC 및 POC 농도와 유출량은 강우 직후 짧은 시간 내에 큰 폭으로 변화하였다. 기저유출시와 낮은 강도의 강우사상시 DOC 농도와 유출량이 POC보다 항상 높게 나타났지만, 선행강우 및 직전 한 시간 강우량이 임계치를 넘어서는 높은 강도의 강우시에는 POC의 농도와 유출량이 단기간에 DOC를 넘어섰다. POC 유출이 DOC를 초과하는 경우는 선행강우 25mm가 온 후 시간당 10mm의 강우가 내릴 때와 선행강우가 적은 경우에는 시간당 20mm의 강우가 내릴 때로 분석이 되었다. 유량 변화에 따른 DOC 및 POC 농도와 유출량의 반응패턴은 선행강우와 강우사상 별 강우 특성에 따라 차이가 있었지만 조사된 전체 강우사상에 대해 결과를 종합해 보았을 때 유량의 증가시기(rising limb)에 감소시기(falling limb)보다 유량 변화에 따른 농도 및 유출량 변화가 컸다. POC는 유량이 0.2 m3 s-1 전후가 되는 순간 농도 및 유출량이 급격히 상승하는 패턴을 보였으며, 이는 토양침식을 초래 할 만큼의 일정한 강우강도 이상에서 POC 유출의 급격한 증가가 일어남을 시사했다. 조사지 산림소유역에서 조사기간 1년간 DOC 유출량의 48%와 POC 유출량의 84%가 강우 시 유출이 되었으며, 특히 POC는 210mm가 내린 한 번의 강우사상에 의한 유출량이 연간 유출량의 62%를 차지하여 극한 강우사상에 의한 토양침식이 토양탄소의 중요 유출 경로가 될 수 있음을 시사했다. 조사된 총 41회의 강우사상에 대해 DOC 및 POC 유출량은 강우량 및 유량에 비례하여 비선형적으로 증가하였으나, 일정 강우 이상이 되면서 POC가 DOC의 유출량을 넘어섰다. 현장측정이 이루어지지 않은 2010년 9월의 341mm 강우사상에 대해 강우량과 탄소유출량 관계식 및 유량과 탄소농도 관계식을 이용해 15-27kg의 탄소 유출이 발생함을 추정하였는데, 이는 DOC 및 POC 연간 유출량 총계를 초과하였다. 토사의 유출원을 파악하기 위해 강우 중 채취한 부유토사와 유역 내 여러 지점에서 채취한 토양의 탄소/질소 안정동위원소를 비교하여였다. 강우사상 별로 경사면 임상과, 계안에서의 침식 정도가 차이가 있어 부유토사의 동위원소 비에 대한 사면토양, 임상유출토사 및 계안부 유출토사의 동위원소비의 상대적 기여도가 매번 다르게 나타났다. 본 연구를 통해 산림계류수를 통한 DOC 및 POC 유출은 강우 특성과 계류의 유량 등 수문학적 조건의 변화에 반응하여 단기간에 급격히 변화하여, 특히 일정한 강우 강도 이상에서는 기저유출 시 미미한 유출량을 보이는 POC의 유출이 DOC 유출을 큰 폭으로 상회할 수 있음을 확인하였다. 향후 극한 강우현상의 발생 빈도가 증가할 경우 DOC와 POC를 통한 토양탄소의 유실량이 크게 증가할 것으로 예상되며, 산림 토양의 탄소저장량 변화를 정확히 예측하기 위해서는 여러 유형의 산림유역에서 수문학적 탄소 유출에 대한 장기적인 연구가 수행되어야 할 것이다. 수문학적 탄소 유출의 단기 변화를 파악하기 위해서는 고빈도 샘플링이나 현장 관측이 필수적인데, 본 연구에서 활용한 유기물 흡광 특성에 기반한 탄소측정기는 적절한 보정 작업을 통해 DOC와 POC 현장 동시 관측에 효과적으로 활용될 수 있을 것이다.

강우 패턴 및 산림전용에 따른 산림 유역 금속 유출의 변화

조경원 강원대학교 대학원 2010 국내석사

Soil erosion from steep mountainous watersheds can be accelerated by increasing rainfall intensity as a consequence of climate change, and can result in a decline in downstream water quality. Moreover, many major and trace metal species tend to be lost from forested watersheds in the particulate phase coupled with suspended sediments rather than in the dissolved phase. Therefore, an increase in soil erosion should be accompanied by an increase in transport of these species downstream. Studies in Korea on metals have been limited to areas with mining activities or in urban environments, with few studies in mountainous watersheds related to climate change. To investigate short and long term changes in stream water quality, concentrations of suspended sediments and dissolved and particulate metals in a forest stream and an agricultural stream in a mountainous watershed were monitored for more than one year, including two summer monsoon periods. Pb isotope ratios were measured to identify sources of sediments. In general, the highest dissolved concentrations of the metal species I measured were observed in the forest floor surface and leachate. This showsthat soil erosion could cause large amounts of metals to be exported downstream. Dissolved Pb and Cd concentrations decreased in this order: bulk precipitation, throughfall, forest floor, stream water. This result indicates that atmospheric deposition is the dominant source of Pb and Cd to the study site. Concentrations of suspended sediments were much higher inthe agricultural stream than the forest stream, particularly during the summer monsoon period. For most of measured metals except alkali and alkaline-earth metals, particulate concentrations were higher than dissolved concentrations. In both streams, temporal variations in particulate metal concentrations were positively related with changes in TSS (total suspended solids) and POC (particulate organic carbon), and dissolved metal concentrations were positively correlated with DOC (dissolved organic carbon) concentration. Rainfall variability appeared to dictate monsoonal increases in particulate metal concentrations in the forest stream, but this hydrologic control was often obscured in the agricultural stream. Decreases in concentrations of dissolved alkali and alkaline-earth metals likely indicated rainfall dilution of metals of subsurface origin during the monsoon period. During storm events, particulate metal concentrations in both streams changed rapidly in response to increasing discharge and the highest concentration of particulate metals during peak flow were associated with silt size sediments (2~60 ㎛). Silt associated metals comprised the bulk of metal concentrations in the agricultural stream, indicatingthe dominance of silt size sediments eroded from agricultural fields. Comparison of Pb isotope ratios in three sediment size fractions with Pb isotope insoils showed that silt and sand fractions comprising the bulk of sediments in both streams were primarily derived from stream bank and agricultural land. These results suggest that rainfall-induced increases in soil erosion from mountainous forests, intact or converted to agricultural lands, can result in a large export of metals otherwise stored in soils and showthe significance of understanding short-term changes in stream chemistry during rainfall events combined with knowledge of soil characteristics of potentially erodible soils in controlling soil loss and sediment-associated metal export from multiple land-usewatersheds in response to intensifying monsoon rainfalls. 산림에서의 토사 유출은 산림 생태계의 교란을 야기할 뿐만 아니라 하류 지역 수질과 수생태계 전반에 큰 영향을 미칠 수 있다. 대부분의 유해 금속은 90% 이상이, 물에 용해되기 보다는 토사 등의 입자에 흡착된 상태로 존재하는 경향이 있어, 유출되는 토사량의 증가는 곧 금속 유출량의 증가를 의미하는 것일 수 있다. 산림에서의 금속 동태와 관련된 국내 연구는 대부분 폐광산이나 도시 주변에서 이루어져 왔을 뿐이며, 기후 변화와 관련된 산림 내 금속의 동태에 대한 연구는 미비하다. 따라서 본 연구는 산림 소유역 내 금속 이동의 장기 및 단기 변이와 여름철 집중 호우 시 반응을 각각 비교, 분석하고, 그 주요 유출원을 탐색하여 산림 유역 금속 유출의 수문학적 조절기작을 파악하고 향후 강우 패턴의 변화에 따른 토사 및 금속 유출의 변화와 그로 인한 수질오염 포텐셜을 평가하는 데 필요한 기초 자료를 제공하고자 하였다. 해안 분지 산림의 금속 배경농도를 조사한 결과, 토양에서는 대기 강하를 통해 유입하는 금속이 토양 유기물층에서 높은 농도를 보였으며, 임외우에서 임내우, 토양액(임상 유출수)과 계류수로 이어지는, 수문학적 순환을 통한 유역 내 금속 이동에서는 유기물과 강하게 흡착하는 금속의 특성으로 인해, 분석한 16개 금속 중 12개 금속이 토양액에 가장 높은 농도로 존재했고, Pb와 Cd은 임외우에서의 농도가 가장 높아 대기 강하가 주요 유입 경로임이 확인되었다. 많은 금속들이 임상에 존재한다는 것은 지표의 침식이 일어날 때 다량의 금속이 동반 유출될 수 있다는 잠재적 위험성을 내포하는 것이다. 금속 유출의 연중 변이를 관찰한 결과, 주로 입자상 또는 용존상으로 존재하는 금속들의 분류가 가능했으며, 그 중 주로 입자상으로 존재하는 금속들은 비강우기에 입자상과 용존상의 차가 크지 않으나, 강우기에는 수 배에서 수십 배에 이르는 입자상의 증가를 보여 용존상과의 격차가 크게 벌어졌다. 반대로 주로 용존상으로 존재하는 금속들은 비강우기에 입자상과 용존상의 차가 크지만, 강우기에 용존상 농도가 희석효과에 의해 감소하고 입자상 농도는 증가하면서 격차가 줄어들었다. 농경지 하천의 경우에는 산림 계류수에 비해 연중 입자상 및 용존상의 농도가 높았고, 강우기 입자상 농도의 증가폭도 훨씬 더 컸다. 강우 시 단기 변이를 관찰한 결과, 농경지는 물론 산림에서도 큰 강우 또는 갈수기 직후의 강우 시 입자상 금속의 유출량이 비선형적으로 급격히 증가하여 산림도 국지성 호우에 대해 취약할 수 있다는 것을 드러냈으며, 토사 입경별 수송량을 봤을 때 미사가 우세하여 금속의 주요 운반 물질에 대한 보다 자세한 정보를 얻을 수 있었다. 금속 유출의 연중, 단기 변이 시 공통적으로 영향을 미치는 인자로, 용존상 금속은 용존유기물질, 입자상 금속은 부유 토사와 POC가 주요한 것으로 나타나 상층부 토양의 침식이 금속 유출에 직접적인 영향을 미치는 것이 확인되었다. 산림 계류수를 통한 입자상 금속의 유출에 대해서 강우량이 주요한 영향 인자로 분석됐으며, 강우량은 부유 토사량과도 높은 상관성을 보여 강우가 토사 유출을 야기하고 토사의 유출이 입자상 금속의 유출을 동반함을 시사하였다. 그러나 농경지에서의 연중 변이의 경우 강우와 상관이 높지 않거나 유의한 상관을 보이지 않아 관개수에 의한 토사 유출 등 강우 외 영향이 작용함을 재확인했다. 납 동위원소 비를 사용하여 토사의 주요 유출원을 탐색한 결과, 토양 동위원소 비의 공간적 변이가 큼에도 불구하고 주요 유출원 간 비교가 가능하고, 유출 토사의 동위원소 비 단기 변이가 각 유출원과 비교 가능하여 토사 및 금속 유출의 탐색에 유용하였다. 산림 계류수 토사의 경우 그 주요 유출원은 산림과 계안의 표층 토양 및 빗물인 것으로 보이며, 농경지 하천 토사의 경우, 논밭 등 경작지인 것으로 추정된다. 농경지 하천 토사의 동위원소 비는 산림과 계안 토양의 동위원소 비와도 근사한 범위에 있었는데, 이는 산림의 흙을 경작지에 복토하는 농업 관행 때문인 것으로 추정된다. 한편 산림 계류수의 토사는 모래, 미사, 점토가 동일한 유출원으로부터 유래한 것으로 보인 반면, 농경지 하천의 토사는 입경별 토사의 동위원소 비 분포가 상이하고 주요 유출원의 동위원소 비 범위 밖에 있는 것도 있어 입경에 따라 강우 진행에 따른 주요 유출원이 다를 수 있고, 파악되지 못한 유출원이 존재할 수 있음을 시사하였다.

해안분지 산림유역의 생지화학적 물질 유출 및 수질에 미치는 기후 영향 분석

이현주 강원대학교 대학원 2010 국내석사

Rainfall amount and intensity have been increasing in many parts of East Asia as a consequence of global climate change. Forests in Korea are vulnerable to damages by rainfall due to steep mountainous terrain and frequent occurrence of intensive rainfalls in the summer. Rainfall-induced ecosystem damages result in the increased discharge of sediment and carbon from the forests and hence turbid streamwaters, which represents a significant function of forest environmental services. This study aimed to provide baseline monitering data essential for evaluating the effects of the predicted change in rainfall patterns on the environmental function of forested watersheds. Temporal variations in concentration of dissolved ions, sediments and organic matter in forest streams were monitored to investigate watershed biogeochemical responses to the seasonal and short-term changes in rainfall amount and intensity in the Haean Basin located in the upstream part of the Lake Soyang Watershed, Gangwon Province. Biweekly routine monitering was conducted in four streams for two years from May 2008 to April 2010. At one focal monitoring site, rainwater and forest floor leachates were collected along with stream water sampling and the micrometeorological data including soil water content and temperature was collected as well. During the summer monsoon period, stream water was intensively sampled 8 times with the two hour interval. In addition, seasonal stream water sampling was conducted at 13 streams to compare water quality during the dry (March 28, 2009) vs. wet (July 15, 2009) season. For each sampling pH, EC, DO and temperature were measured on site with a portable water quality meter. The collected samples were filtered within 48 hours in the lab for the analyses of TSS, UVA254, SUVA254, DOC, POC, and dissolved ions. Hydrologic responses of the material export depended on rainfall characteristics and analysis parameter. In general, stream concentrations of dissolve ions tended to decrease during the summer monsoon period compared to the dry season. However, sediments, DOC and POC showed high concentration during or immediately after the rainfall in most cases. For eight of rainfall events, mean or maximum concentrations of DOC and POC had positive correlations with the rainfall amount or intensity. Dissolved ions concentrations ware lowered during and following rainfalls, but generally higher in the period. Event sampling results showed different discharge patterns for each dissolved ion by the rainfall characteristics of the rainfall events. The release of SO42- and NO3--N from forest soils into the steam water increased when the soil moisture content exceeded certain levels depending on the rainfall amount and duration. Precipitation pH showed low acidity throughout the year except summer and base cations along with acidic ions discharged to buffer the acidity, which maintained the pH of the stream water near neutral pH. Substantial amounts of TSS and organics matter were discharged during the rainfall. Routine monitoring results showed rapid increases in the concentrations of TSS, DOC, and POC during or immediately after the rainfall. During the rainfall TSS and POC concentrations in stream water increased in proportion to the rainfall intensity. In particular, at the peak of the rainfall the POC showed higher concentration increases than those of DOC, which was not observed in by the routine monitoring, suggesting the importance of extreme rainfall events for soil carbon loss via POC. Overall results suggest that frequent occurrence of intensive rainfalls can lead to a rapid, large export of sediments and carbon the forested watershed on steep mountainous terrain. This should be considered in the estimation of carbon losses from forest soils by future climate change. If large amounts of sediments are released from forest during the extreme rainfalls in the steep mountainous terrain, it will increase the turbidity in the stream, which can have negative impacts on the stream water quality and other ecosystem features. Elevated concentrations of dissolved ions during the dry season for an extended period of time can cause water quality deterioration in the stream. Therefore, intensive storm samplings under various hydrologic conditions and a detailed comparative analysis of watershed characteristics are required to provide a more accurate estimation of soil erosion and carbon export from the forest and subsequent changes in stream water quality. 전 지구적 기후변화의 영향으로 우리나라를 포함한 동아시아의 많은 지역에서 강우량 및 강우강도의 증가 추세가 관찰되고 있다. 우리나라의 산림은 가파른 산악지형과 강우가 여름철에 집중되는 특성으로 인해 강우에 의한 피해에 취약하며 이러한 피해가 발생 시 산림 토양의 탄소유출이 증가하고 계류수 탁수화가 발생하는 등 산림의 환경조절 기능이 저하될 수 있다. 본 연구에서는 강원도 소양호 상류지역의 해안분지 산림유역을 대상으로 강우량과 강우강도의 계절적 및 단기 변동에 따른 산림유역 계류수의 용존이온과 토사 및 유기물 유출의 변이를 관찰하여 향후 기후변화가 산림유역의 환경 조절 기능에 미치는 영향을 평가하기 위한 기초자료로 제공하고자 하였다. 해안분지 내 4개 산림 소유역에서 2008년 5월부터 2010년 4월까지 2년에 걸쳐 2주 간격의 정기 계류수질 모니터링을 실시하였다. 1개 중점 조사지에서는 계류수 샘플링과 동시에 강우 및 임상유출수를 채취하고, 토양수분함량 및 기온 등 미기상 데이타를 수집하였으며, 여름 우기 시 8회에 걸쳐 2시간 간격의 계류수 집중 샘플링을 실시하였다. 또한 13개 산림 계류수를 대상으로 건기와 우기 시 물질 유출을 비교하기 위해 봄철 건기에 해당하는 2009년 3월 28일과 여름철 우기에 해당하는 2009 7월 15일에 계류수 샘플링을 실시하였다. 4개의 산림 소유역에서 샘플링한 계류수와 건·우기 샘플링 시 채취한 강우, 임상유출수, 계류수는 현장에서 휴대용 수질 측정기를 이용하여 pH와 EC, DO, 수온을 측정하였다. 각 샘플링 시 채취한 시료는 48시간 이내에 실험실에서 필터링 과정을 거쳐 TSS, UVA254, SUVA254, DOC, POC, 용존이온을 측정하였다. 각 샘플링을 통해 채취한 시료를 분석한 결과 분석항목 별로 강우 특성에 따라 물질 유출의 수문학적 반응 패턴이 상이하였다. 전반적으로 계류수의 용존이온은 건조한 시기에 비해 여름철 우기 시 농도가 낮아지는 경향을 보였으나 토사와 DOC 및 POC는 강우 중이나 직후에 전체적으로 높은 농도를 보였으며 강우 사상별로 강우강도 증가에 따라 뚜렷하게 증가하였다. 강우가 산림유역 계류수질 및 산성도에 미치는 영향을 조사하기 위해 용존이온 농도의 연중 변이를 분석한 결과 선행강우 정도에 따라 강우에 의해 용존이온 농도가 희석되는 반면에, 건조기에는 증가하는 경향을 보였다. 우기 강우 시 계류수 샘플링에서는 각 사상 별 강우특성에 따라 용존이온 마다 상이한 유출 패턴을 보였으며, SO42-와 NO3--N은 강우의 지속 정도에 따라 토양수분함량이 일정 수치를 넘어설 경우 계류수로의 유출이 증가하는 것으로 나타났다. 해안분지의 강우는 전반적으로 낮은 산성도를 보였으며, 산성이온물질의 유출과 함께 산성을 완충해 줄 수 있는 다른 이온들이 동반 유출되어 계류수의 pH는 대부분 중성에 가깝게 나타났다. 강우에 의한 산림유역의 토사 및 유기탄소 유출의 영향을 분석한 결과 강우 시 다량의 TSS와 유기탄소가 유출되는 것이 관찰되었다. 연중 산림 계류수의 TSS와 POC 농도 변이를 보면 강우 시나 직후에 증가하는 경향을 보였으며, 강우 사상별 평균 및 최대 농도는 강우량과 강우 강도에 비례하였다. 특히 호우 중 강우 정점 시에는 정규 모니터링 결과와 달리 POC가 DOC 농도 증가를 상회하여 극한 강우 시 산림 토양에서 다량의 탄소가 POC로 유출될 수 있음을 시사하였다. 본 연구 결과는 향후 집중호우 발생이 빈번해질 경우 가파른 산악 지역의 산림유역에서 토사와 탄소의 유출이 크게 증가할 수 있음을 보여주었다. 이는 기후변화로 인한 산림 토양의 탄소유출량 변화를 예측함에 있어 중요하게 고려되어야 할 것이다. 경사가 급한 산림유역에서 집중호우 시 다량의 토사가 유출될 경우 단기간 내에 계류수의 탁도를 증가시켜, 하류 하천의 수질과 생태계 전반에 큰 영향을 미칠 수 있다. 반면에 건조한 시기가 장기간 지속될 경우 용존이온의 농도가 증가하여 계류수질이 저하될 가능성이 제기되었다. 향후 강우 패턴 변화에 따른 산림의 토사와 탄소유출 및 계류수질 변화를 보다 정확히 예측하기 위해 다양한 조건의 강우사상 샘플링과 산림유역 특성에 따른 생지화학적 물질 유출의 세분화된 비교 분석이 요구된다.

경상북도 백두대간 산림의 토양 세균 다양성 및 밀도

박출영 강원대학교 대학원 2011 국내석사

This study was performed to collect soil samples of the Baekdudaegan mountains forest located at Bonghwa-gun, Mungyeong-si and Sangju-si in Gyeongsangbuk-do, and to investigate and identify the density of soil bacteria by isolation and cultivation of bacteria using streak plate method. In addition, community structure of identified soil bacteria was implemented, and the density and diversity of soil bacteria by locations were analyzed based on soil environment and forest type in the Baekdudaegan mountains forest in Gyeongsangbuk-do. The mean number of soil bacteria in Gyoengsangbuk-do was 3.4×105(cfu/g․soil). Bonghwa-gun showed the highest number (5.1×105cfu/g․soil), followed by Mungyeong-si (1.9×105cfu/g․soil) and Sangju-si (1.1×105cfu/g․soil). The density of soil bacteria (5.2×105cfu/g․soil) from soil samples was highest at the altitude above 1,000m, and was lower at the altitude below 800m. When oak pure and pine pure forests were compared, the density in pine pure forest was higher than those in oak pure forest. And the density in oak dominant forest including understory vegetation was more higher than those in oak pure forest. The density was the highest in the surface soil of all sampling sites, and gradually decreased according to soil depth. Comparison in the density of soil bacteria among locations showed that it was high at the sites Ⅱ and Ⅲ in Bonghwa-gun, while it was the highest at the sites Ⅱ and Ⅴ in Mungyeong-si and Sangju-si, respectively. The thicker soil layer A was and the lower gravel contents was, the higher the density was. Totally, five hundreds and ninety one bacteria were isolated from soil samples, and classified into 26 species, 14 genera, 9 families, 6 orders, 3 classes, 3 phylums and 1 kingdom. The dominant species from Bonghwa-gun, Mungyeong-si and Sangju-si were Bacillus weihenstephanensis (about 40%), B. weihenstephanensis (about 40%) and Bacillus cereus (about 50%), respectively. Sequence, PCR and RFLP analysis using species or genus-specific primers could be effectively used for identification. The isolation frequency of B. weihenstephanensis was almost same as the pattern of density, and was the highest in oak dominant forest. One hundred and thirty nine isolates of B. weihenstephanensis were obtained from soil sampling sites located at the altitude of 800∼1,000m. Genetic variation of 16S rDNA regions of 2 dominant species was analyzed using 5 isolates randomly selected from Bonghwa-gun, Mungyeong-si and Sangju-si, Gyeongsangbuk-do. Bacillus weihenstephanensis and Bacillus cereus showed no variation. The analysis of community structure of soil bacteria was performed by statistic indices. The diversity, evenness and dominance indices of the bacteria from Gyeongsangbuk-do were 10.7, 2.81 and 0.49, respectively. Bonghwa-gun had more stable community structure of soil bacteria than Mingyeong-si and Sangju-si. All indices were increased and high as the altitude is increasing above 800m, and were decreased and low as it is decreasing below 800m. Thus it showed a tendency similar to the density. All indices at pine pure forest were higher than these at oak pure forest, and pine pure forest had more stable community structure. Also, oak dominant and oak-pine mixed forests had more stable community structure and higher index score than pure forests. It was confirmed that the sitesⅤ, Ⅱ and site Ⅱ had the most stable community structure in Bonghwa-gun, Mungyeong-si and Sangju-si, respectively. In the relationship between soil environment and community structure, all indices were decreasing as the soil layer A was getting thinner and gravel contents was getting higher, and the specific species dominated in community structure. Conclusively, the results obtained from this study could be used as basic data for the research of bacterial biological diversity of forest soil in the Baekdudaegan mountains. 본 연구는 경상북도 백두대간의 봉화, 문경, 상주에서 토양 시료를 채취하고 도말평판법을 이용하여 세균을 분리 배양하여 토양 세균의 밀도를 조사하고 동정하였다. 또한, 동정된 토양 세균의 군집구조 분석을 실시하고 경상북도 백두대간 산림의 토양환경 및 임상을 기준으로 지역별 토양 세균의 밀도 및 다양성을 분석하였다. 경상북도 전체를 대상으로 하였을 때, 평균 세균 수는 3.4×105(cfu/g․soil)이었고, 각 지역별로는 봉화에서 5.1×105(cfu/g․soil)로 가장 높았으며 문경(1.9×105cfu/g․soil), 상주(1.1×105cfu/g․soil) 순이었다. 채집된 토양 시료의 고도별 토양 세균 밀도를 확인한 결과, 1000m 이상의 고도에서 5.2×105(cfu/g․soil)로 가장 높은 밀도를 보였고, 800m 미만에서는 밀도가 낮게 나타났다. 임상별 토양 세균의 밀도를 확인한 결과, 참나무 순림의 세균 밀도가 소나무 순림보다 높은 것을 확인할 수 있었으며, 참나무 순림보다는 하층식생을 포함하고 있는 참나무 우점림에서 세균밀도가 더 높은 것으로 확인되었다. 깊이별로는 모든 지역에서 지표면의 밀도가 가장 높았으며 깊어질수록 밀도가 감소하였다. 각 지역별로 토양 세균의 밀도를 비교하였을 때, 봉화 지역의 경우 site Ⅱ와 Ⅲ의 시료에서 세균의 밀도가 높은 것으로 나타났다. 문경 및 상주 지역에서는 각각 site Ⅱ 및 site Ⅴ가 가장 높았다. 토양환경을 조사하여 비교한 결과, 유기물이 풍부한 A층위가 깊고 석력함량이 적을수록 밀도가 높은 것으로 조사되었다. 토양 시료로부터 총 591균주를 분리하였으며, 1계, 3문, 3강, 6목, 9과, 14속, 26종의 세균이 동정되었다. 봉화, 문경 및 상주의 우점종은 각각 Bacillus weihenstephanensis (약 40%), B. weihenstephanensis (약 40%) 및 Bacillus cereus (약 50%)였다. 염기서열 분석, 종 및 속에 특이적인 primer를 이용한 PCR 및 RFLP 분석 방법은 동정에 효과적으로 사용할 수 있었다. 각 site에서 채집한 토양 시료로부터 분리된 토양 세균 중 대다수의 우점종으로 확인된 B. weihenstephanensis의 고도 및 임상별 분리 빈도를 확인한 결과, 고도별로는 800~1,000m에서 139균주로 가장 많이 분리되었고, 이는 토양 중 세균 밀도의 패턴과 거의 동일하였으며, 참나무 우점림에서 B. weihenstephanensis의 분리 빈도가 매우 높았다. 경상북도 봉화, 문경, 상주 지역에서 분리된 토양 세균의 우점종 중 선발된 2종을 대상으로 분리된 각각의 세균 중에 5균주를 random으로 선발하여 16S rDNA 부위의 변이 정도를 분석한 결과, Bacillus weihenstephanensis와 Bacillus cereus 모두 변이가 거의 없는 것으로 확인되었다. 통계학적 지수를 이용하여 동정된 세균의 군집구조를 분석한 결과, 경상북도 전체를 대상으로 하였을 때, 다양도 지수(Diversity index) 10.7, 균등도 지수(Evemmess Index) 2.81, 우점도 지수(Dominance index) 0.49였다. 각 지역 별로는 문경 및 상주에 비해서 봉화가 가장 안정적인 군집구조를 나타내었다. 고도 및 임상을 기준으로 토양 세균의 군집구조를 분석한 결과, 고도별로는 800m 이상으로 고도가 증가할수록 각종 지수가 높았고 800m 미만에서는 다소 낮게 나타났으며, 밀도와 비슷한 경향을 나타내는 것으로 확인되었다. 임상별로는 참나무 순림보다 소나무 순림이 각종 지수가 높게 나타났으며, 안정적인 군집구조를 형성하고 있는 것으로 확인되었다. 또한 순림보다는 참나무 우점림 및 참나무와 소나무 혼효림의 경우가 비교적 안정적인 군집구조를 이루고 있었으며, 지수 또한 높았다. 각 지역별는 봉화, 문경 및 상주 지역의 각 site 내에서 각각 site V-1, site Ⅱ 및 site Ⅱ가 가장 안정적인 군집구조를 이루고 있는 것으로 확인되었다. 토양환경과 군집구조의 안정성의 상관관계를 비교 분석한 결과, A층위가 가장 얕고 석력함량이 가장 많을수록 각종 지수에서 낮은 양상을 보였으며, 특정종이 우점하는 군집구조를 이루고 있는 것으로 확인되었다. 이상의 결과는 백두대간 산림 토양 내 세균의 생물다양성 조사를 위한 기초자료로 활용될 수 있을 것으로 생각된다.

한국에 서식하는 고라니의 행동생태, 서식지 평가 및 유전학적 특성

김의경 강원대학교 대학원 2011 국내박사

중국고라니는 전 세계적인 멸종위기종임에도 불구하고 한국고라니는 환경부에 의해 유해야생동물 및 수렵 동물로 지정되어 있다. 그러나 최근 미토콘드리아 DNA 분석을 통해 국내에 서식하는 고라니 개체군들 중에서 한국고라니는 물론 중국고라니와 유사한 유전자 집단이 발견됨에 따라 국내 서식종의 보호·관리를 위한 필요성과 분류체계 정립의 중요성이 부각되고 있다. 본 학위논문에서는 한국고라니의 체계적인 관리와 보호를 위해 첫째, 교란이 심한 서식지와 교란이 낮은 서식지에 생활하는 고라니의 행동 및 생태학적 특성을 밝히고, 둘째, 고라니의 행동권 분석을 토대로 설악산국립공원을 대상으로 고라니의 서식지적합성평가를 하였으며, 셋째, 백두대간에 서식하는 고라니의 식이습성에 대한 연구와 미세조직분석을 위한 먹이식물 세포도감을 작성하였다. 또한 한국고라니의 유전학적 특성을 밝히기 위해 COI유전자는 물론 미토콘드리아 DNA의 완전한 유전자 염기서열 분석을 실시하였다. 서식지 교란이 심한 설악산국립공원 장재터에 서식하는 고라니의 행동권은 0.176㎢(Kermel 95%)였으며 이중 중심지역은 0.039㎢(Kermel 50%)였다. 서식지가 잘 보전된 양구생태식물원 고라니의 행동권은 0.597㎢(Kernel 95%)으로 중심지역은 0.129㎢(Kernel 50%)였다. 고라니의 일일 행동권의 평균 면적은 장재터에 서식하는 고라니의 경우 0.041±0.031㎢였으며 평균 이동거리는 50m이하로 활동이 가장 활발한 시간은 6시, 12시, 19시, 22시였다. 양구생태식물원에 서식하는 고라니의 일일 행동권 평균 면적은 0.134±0.058㎢였고 평균 이동거리는 100m이상으로 15시에 가장 활발한 활동을 나타냈고 13시부터 17시 사이에 활동이 집중되었다. 인위적 교란이 심한 설악산국립공원 장재터에 서식하는 고라니와 서식지가 잘 보전된 양구생태식물원에 서식하고 있는 고라니의 행동 및 생태에 명확한 차이를 나타내고 있다. 두 지역의 서식지적합성지수는 두 서식 환경들의 각 요소들 간의 적합성지수가 다르게 나타났으며 설악산국립공원에 서식하는 고라니는 거주지 인근 지역의 농경지에서 주로 서식하는 반면, 양구생태식물원에 서식하는 고라니는 산림 임연부 지역에서 주로 생활하였다. 설악산국립공원은 서식지적합성평가 결과 고라니의 서식지로서 적합한 지역보다 부적합한 지역이 많은 것으로 나타났다. 현장 조사에서 고라니의 실제 출현빈도는 서식지적합성평가 1-3등급인 지역에서 79.81%로 출현하였다. 비록 설악산국립공원이 고라니 서식지로서 부적합한 지역이 많았지만, 적합성평가 1-3등급 지역에서는 현장검증결과 고라니의 출현 빈도가 높음을 알 수 있었다. 이 등급에 해당하는 지역으로는 설악동지구, 백담지구, 장수대지구와 오색지구의 공원 경계지역과 산림 임연부 지역 등으로 전체 설악산국립공원에 비해 상대적으로 적은 면적에 해당하지만 고라니의 서식지로서 중요한 위치를 차지하고 있음을 알 수 있었다. 백두대간에 서식하고 있는 고라니의 식흔에 따른 먹이식물 조사결과 총 27과 62종의 식물을 섭식하였으며, 가장 선호하는 먹이 식물은 국화과(Compositae)와 장미과(Rosaceae)로 전체 먹이식물의 9.68% 차지하였다. 고라니는 먹이식물로는 초본식물을 가장 많이 섭식하였으며 광엽성 초본류를 선호하는 집중형 섭식동물(concentrate feeder)의 특징을 나타냈다. 고라니가 섭식한 23종의 식물세포는 모용, 기공, 표피세포 및 장세포 등 미세조직세포에 기초한 분석을 통해 각 식물의 종 단위 까지 동정이 가능하였다. 특히, 모용의 형태는 식물 종 동정에 가장 중요한 세포인 것으로 확인되었다. 한국에 서식하는 고라니의 분류학적 위치를 규명하기 위해 한국에 서식하는 고라니 개체군들의 COI 유전자를 분석하였다. 고라니의 COI 유전자를 통해 유전적 특성이 다른 2개의 집단이 국내에 존재하며 이중 한 집단은 기존 보고된 중국집단과 유사했다. 이 집단의 미토콘드리아 게놈의 완전한 염기서열을 중국고라니의 미토콘드리아 게놈과 비교하였을 때 높은 유사도를 나타냈다. ATP8와 Nd5를 제외한 모든 영역에서 염기서열이 동일한 것으로 확인되었다. 따라서 한국에 서식하는 고라니에 중국고라니 집단이 포함되어 있는 것으로 판단된다.

초음파 분석에 기초한 한국산 박쥐의 종식별 및 기후대별 분포 연구

윤광배 강원대학교 대학원 2013 국내석사

국내박쥐의 분포현황 및 종다양성은 2000년부터 환경부가 지속적으로 수행해 오고 있는 자연자원조사를 통해 보고되어 왔다. 그러나 현재까지 국내 박쥐류의 현황 조사는 주로 동굴에 서식하는 동굴박쥐들을 중심으로 수행되어왔고, 조사매뉴얼 및 조사방법의 어려움으로 인해 동굴을 제외한 숲, 인가 등에서의 박쥐활동 조사는 극히 제한적이었다. 본 학위 논문에서는 산림에 서식하거나 활동하고 있는 박쥐들의 탐지 및 종식별을 위해 초음파 분석방법을 도입하였다. 초음파탐지 방법을 도입함으로써 육안으로 발견하기 어려운 산림에 서식하는 다양한 박쥐들을 조사할 수 있는 기초적 정보를 구축하였고, 특히 종 특이적인 초음파 패턴을 통해 종을 식별함으로써 식생 유형별로 박쥐의 분포현황 및 종다양성을 효율적으로 조사할 수 있었다. 연구기간 중 포획한 11종의 박쥐를 대상으로 초음파탐지기(Ultrasound detector)를 이용하여 초음파를 녹음한 뒤 개별 종에 고유한 초음파 패턴을 발견하였다. 박쥐의 효율적인 조사를 위해 종특이적 초음파 탐지법 도입하기 위한 박쥐 종별 초음파 조사와 더불어 포획장비(Mist-net과 Harp-trap)를 활용한 박쥐포획을 통해 13개 지역에서 멸종위기종 1급에 해당하는 붉은박쥐(Myotis formosus), 작은관코박쥐(Murina ussuriensis), 토끼박쥐(Plecotus auritus)를 포함한 13종 61개체를 포획하여 동정 및 계측을 수행하였다. 본 학위논문의 학술 및 실용적 의미는 다음과 같다. 첫째, 본 학위논문에서는 박쥐의 분류군별 종특이적인 초음파 정보를 제공하였는데, 이러한 초음파 종식별방법은 직접적인 포획이나 육안관찰이 제한된 지역에서 박쥐의 종탐지를 효율적으로 수행할 수 있게 할 것이다. 둘째, 초음파 탐지방법과 포획방법을 통해 얻어진 박쥐의 서식지별, 권역별 종다양성 및 분포패턴은 국내 박쥐의 생물지리적 분포 패턴을 구축하는 기초자료로 활용할 수 있다. 특히 종별 분포 지역대를 선정함으로써 이후 기후변화가 박쥐종의 분포 패턴에 어떤 영향을 미칠 수 있는지 예측하는데 기여하며, 기후변화에 따른 박쥐의 보전 및 관리에 필요한 메뉴얼을 수립하는데 기여할 것이다.

해남군 보호수의 생육상태 조사 및 보호방안

김정일 강원대학교 대학원 2005 국내석사

고라니의 먹이식물 분석을 위한 Microhistological 기법의 적용 연구

김의경 강원대학교 대학원 2007 국내석사

고라니의 먹이식물 분석을 위한 Microhistological 기법의 적용 연구를 위해 4가지 식물의 배설물프레파라트의 세포를 분석하고 배설물프레파라트에 사용된 식물세포의 검증을 위해 대조프레파라트와 비교 분석한 결과는 다음과 같다. 1. 배설물프레파라트의 모용 분석 고구마, 딸기, 콩, 칡의 4가지 식물종의 모용을 비교한 결과 모용의 기저세포의 형태와 선단의 모양 그리고 세포 모양으로 식물구별이 가능했다. 2. 배설물프레파라트의 표피세포 분석 고구마의 표피세포는 형태를 확인하기 어려웠으며 딸기와 콩의 표피세포는 각각 Angular cell과 Contour cell로 식물구별이 가능했고 콩과 같은 과에 있는 칡은 표피세포의 형태가 콩과 동일하였다. 3. 배설물프레파라트의 기공 분석 고구마 기공의 기공복합체는 공변세포 주위로 막을 형성하는 부세포에 형태를 알 수 없는 표피세포가 접해있고, 산딸기는 불규칙형 기공복합체, 콩은 평행형 기공복합체로 3가지 식물의 구별이 가능했고 칡의 기공도 콩과 동일하였다. 4. 배설물프레파라트의 Long-cell 분석(잎맥) 고구마, 딸기, 콩, 칡 4가지 식물의 잎맥장세포의 모양과 나열형태, 세포벽의 모양으로 식물구별이 가능했다. 5. 배설물프레파라트의 Long-cell 분석(줄기) 고구마, 딸기, 콩, 칡의 줄기장세포의 모양과 나열형태, 세포벽의 모양, 결정체의 유무로 식물구별이 가능했다. 6. 고구마배설물프레파라트와 대조프레파라트의 비교 분석 프레파라트의 모용, 표피세포, 기공, 잎맥과 줄기의 장세포를 비교 분석한 결과 표피세포와 기공을 제외한 모든 세포가 일치하였다. 배설물프레파라트에서 알 수 없었던 표피세포와 기공은 contour cell과 평행형 기공복합체였다. 7. 산딸기배설물프레파라트와 대조프레파라트의 비교 분석 프레파라트의 모용, 기공, 표피세포, 잎맥과 줄기의 장세포를 비교 분석한 결과 모두 일치하였다. 8. 콩배설물프레파라트와 대조프레파라트의 비교 분석 분석 프레파라트의 모용, 기공, 표피세포, 잎맥과 줄기의 장세포를 비교 분석한 결과 모두 일치하였다. 9. 칡배설물프레파라트와 대조프레파라트의 비교 분석 프레파라트의 모용, 기공, 표피세포, 잎맥과 줄기의 장세포를 비교 분석한 결과 모두 일치하였다. This study was investigated to diet analysis using 4 type plants(Ipomoea batatas, Rubus coreanus, Glycine max, Pueraria thunbergiana) in korea water deer(Hydropotes inermis argyropus). For analysis, microhistological techniques was used, fecal preparation and reference preparation was compared. 1. Analysis of trichomes in fecal preparat Trichome of 4 type plants(Ipomoea batatas, Rubus coreanus, Glycine max, Pueraria thunbergiana) from fecal preparation was different as shape on base-cell, tip and forms of cell 2. Analysis of epidermal cells in fecal preparation The shape of epidermal-cell was not conform in the Ipomoea batatas, distinguished as angular cell and contour cell in the Rubus coreanus and Glycine max, respectively. The shape of epidermal-cell in Pueraria thunbergiana was similar to Glycine max. 3. Analysis of stomata in fecal preparation Stomatal complex in the Ipomoea batatas was not conform because epidermal-cell was not distinguished in fecal preparation. The Rubus coreanus has irregular-cell. Glycine max has parallel-cell. Pueraria thunbergiana was similar to Glycine max. 4. Analysis of long-cell of vein in fecal preparation Long-cell analysis in fecal preparation was different shape and arrange type of cell and shape of cell wall 5. Analysis of long-cell of stem in fecal preparation Long-cell analysis of fecal preparation was different shape and arrange type of cell and shape of cell wall and present or not of crystals 6. Analysis of contrast on fecal preparation and reference preparation in Ipomoea batatas. Trichome and long-cell of vein and stem in the fecal preparation and reference preparation was same as shape . Epidermal-cell and stomata was not discovered in the fecal preparation. Unidentified epidermal-cell and stomata in fecal preparation was contour cell and parallel-cell. 7. Analysis of contrast on fecal preparation and reference preparation in Rubus coreanus Trichome and stomata, epidermal-cell, long-cell of a vein and stem in the fecal preparation and reference preparation was same as shape 8. Analysis of contrast on fecal preparation and reference preparation in Glycine max Trichome and stomata, epidermal-cell, long-cell of a vein and stem in the fecal preparation and reference preparation was same as shape 9. Analysis of contrast on fecal preparation and reference preparation in Pueraria thunbergiana. Trichome and stomata, epidermal-cell, long-cell of a vein and stem in the fecal preparation and reference preparation was same as shape

Isolation and identification of Aspergillus section Nidulantes and related species from soil and food in Korea

Kim, Dae-Ho 강원대학교 2008 국내석사

Aspergillus section Nidulantes Gams et. al. (1985) (teleomorph, Emericella Berk. & Br.) is an agriculturally and medically important group. They are usually found in soil and their antibiotics are useful to industrial processes. For taxonomic study of Aspergillus section Nidulantes, we isolated 12 isolates which suspected to member of Aspergillus section Nidulantes from various soil and food samples, and introduced 53 reference strains from Centraalbureau voor Schimmelcultures (CBS) and Korean Agricultural Culture Collection (KACC). The isolates were analyzed by morphological characters such as growth rate on several media, conidial size and color, versicle size, seriation, stipe length and color, etc. by light microscope and Scanning Electron Microscope (SEM). They were also analyzed by multi-locus sequence typing (MLST) including rDNA-ITS, actin, β-tubulin and calmodulin genes. Twelve strains from Korea were identified as A. sydowii, A. versicolor, E. nidulans and A. unguis. The A. versicolor and E. unguis were isolated from soil, on the other hand, A. sydowii and E. nidulans were isolated from food. Phylogenetic trees made by 4 genes were well matched each other and MLST of rDNA-ITS, actin, β-tubulin and calmodulin genes could be a good method to show taxonomic position of the species among Aspergillus section Nidulantes. We also discussed about taxonomic position of A. versicicolor and A. sydowii. Aspergillus section Nidulantes Gams et al. (1985) (teleomorph, Emericella Berk. & Br.)는 농업적, 의학적으로 중요한 진균이다. Aspergillus section Nidulantes 는 주로 토양에 서식하고 이들이 생산한 항생제는 산업적 생산 과정에 유용하게 쓰인다. Aspergillus section Nidulantes 의 분류 연구를 위하여 다양한 토양과 식품 시료로부터 Aspergillus section Nidulantes 로 판단되는 12 균주를 분리하였다. 또한 Centraalbureau voor Schimmelcultures (CBS)와 Korean Agricultural Culture Collection (KACC)로부터 53 균주를 도입하여 표준 및 비교균주로 사용하였다. 다양한 배지에서 분리균의 생장량, 포자 크기와 색, vesicle 크기, seriation, stipe 길이와 색 등의 형태적 특징을 광학현미경과 주사전자현미경 (SEM)을 이용하여 관찰하였다. 또한 rDNA-ITS, actin, β-tubulin, calmodulin 유전자를 포함하는 multilocus sequence typing (MLST) 분석도 수행하였다. 한국에서 분리한 12 균주는 Aspergillus sydowii, A. versicolor, A. unguis, Emericella nidulans 로 동정되었다. Aspergillus versicolor 와 A. unguis 로 동정된 균주는 토양에서 분리된 반면, A. sydowii 와 E. nidulans 로 동정된 균주는 식품시료에서 분리되었다. rDNA-ITS, actin, β-tubulin, calmodulin 유전자 분석에 의한 section Nidulantes 종들의 계통수는 대체적으로 일치하였으며 따라서 이들 유전자에 의한 MLST 는 Nidulantes 종들의 분류적 위치를 정하는 좋은 도구가 될 수 있었다. Section Nidulantes 와 매우 근접한 유연관계를 나타내는 A. versicicolor 와 A. sydowii 의 분류적 위치에 대하여도 함께 고찰하였다.