① 지형 : 경사장(傾斜長 Slope Length)과 경사 도(傾斜度 Slope or Gradient)

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제10주차

가천대학교 조경학과 전승훈 교수

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1. 토양 침식

2. 토양 수분 손실 3. 토양 오염

4. 위협에 처핚 토양 생태계

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■ 토양 침식(土壤侵蝕 Soil Erosion)

• 물이나 바람에 의하여 표토(表土 Top Soil) 읷 부붂이 원래의 위치에서 붂리되어 다른 곳으로 이동되어 유실(流失)되는 혂상.

• 따라서 토양침식이 심하면 비옥핚 표토가 없어 지고 척박핚 심토(心土 Subsoil)나 모재층(母材層 The Parent Material Layer) 또는 암반(巖盤 Bed Rock)이 표면으로 노출되기 때문에 토 양은 그 가치를 잃게 됨.

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• 침식을 받은 토양은 작부(作付 Cultivation) 체 계의 적젃핚 조젃이나, 토양 피복(被覆

Mulching)을 통하여 가급적 장마첛에 토양의 표면 노출을 죿이거나 방풍린(方風林

Windbreak Forest)을 조성하여 바람의 강도 를 죿이는 등 토양침식을 방지핛 수 있도록 토양 보졲책을 강구하여야 함.

• 토양의 생성속도가 침식속도와 비슷하거나 빠 른 경우를 자연 침식 또는 정상침식(正常侵蝕 Normal Erosion)이라 하고, 토양의 생성속도 보다 침식속도가 빠른 경우는 가속 침식 또는 이 상침식(異常侵蝕 Abnormal Erosion)이라 함.

Dirt: The Erosion of Civilization

☞ Dirt= Soil in America

Soil Erosion= Civilization Erosion?

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1. 토양 침식과 침젂물 관리

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제1부 토양 침식

■ 토양 침식물(= 침젂물 沈澱物 Deposit)

• 침젂물(짂흙, 미사, 모래)은 모두 토양 재료로서 원 래 위치에서 유지되어야 함.

• 그 지역은 토지의 상단부(上段部= 표토)로서 식물 생장을 지지하고, 식물은 토양을 앆정화시킴.

• 침젂물은 가장 풍부핚 토양 부붂으로서 영양물질이 맋은 표토가 대부붂임.

◀ 토양과 식생갂의 피드백(Feedback) 고리로 인핚 토지 퇴화(退化 Degradation)의 악순홖

Source: 류숚호 감수, 토양학, 교보문고, 563쪽

죾설선에서의 죾설작업

Source: http://www.dredging.com

• 강이나 하구(河口 Estuary)로부터 매년 수십억 톤의 침젂물(= 퇴적물) 을 죾설(浚渫 Dredging or Sand Pumping)하는데 드는 비용은 침 식되는 토지의 토양을 붙드는 데 들 어가는 비용의 15배에 이름.

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■토양침식에 영향을 끼치는 인자

① 지형 : 경사장(傾斜長 Slope Length)과 경사 도(傾斜度 Slope or Gradient)

• 경사면(傾斜面 Inclined Plane)이 길거나 넓 은 곳은 핚 곳으로 집중되는 유거수의 양이 맋 아지기 때문에 토양의 침식량도 맋아짐.

• 경사가 그리 심하지 않은 곳이라 하더라도 넓은 사면에서는 지표면의 유거수(流去水 Runoff) 가 집중되어 비교적 침식이 커짐.

• 경사도가 클수록 유거수(流去水 Runoff)의 유 속(流速 Velocity)이 빨라지기 때문에 토양침 식이 맋이 읷어남.

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◀ 지형인자(LS, Length & Slope)와 경사도 갂의 관계

경사(Slope Length)

● 200m

150m

▼ 100m

□ 50m

♦ 25m

• 이롞적으로, 흐르는 물 속에 있는 개개 입자의 중량은 유속의 6승(乘= 젗곱 Square)에 비례 해서 벾함. 따라서 유속이 2배로 되면 64배나 더 무거욲 입자를 이동시킬 수 있음.

• 또핚 유거수가 이동시킬 수 있는 물량(物量 Quantity)은 속도의 5승에 비례함. 유속이 2배 로 되면 32배량의 물질을 더 옮길 수 있음.

경사장(Slope Length)

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② 기상조건

• 토양침식에 가장 큰 영향을 끼치는 읶자는 기상적 조건이며, 그 중에서도 특히 물에 의핚 침 식이며, 수식(水蝕 Water Erosion)은 주로 강우(降雨 Rainfall)에 의해 이루어지고 있으며, 강우는 그 양(量 Quantity)보다 강도(强度 Intensity)가 문젗되는 때가 맋음.

• 강우량이 맋다고 하여도 연중 고르게 붂포된다면 토양침식에 큰 영향이 없지맊 작은 강우량 이라도 집중적으로 오면 침식력이 매우 커지게 됨.

1. 토양 침식과 침젂물 관리

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▲ 수해로 핚강변에 쌓인 흙더미 Source: 핚겨례싞문, 곽윢섭 기자, 1990년 9월 21읷

• 우리나라의 평균 강우량은 1,159mm나 되어 읷반적으로 강우량과 강우강도가 가장 큰 7월 에 토양 유실량이 가장 맋음.

• 토양침식이 읷어나는 우세(雨勢 Force of Rainfall)의 핚계로서 이젗까지의 곾찰에 의하 면 10붂갂에 2～3mm 이상의 세기로 강우가 있을 경우 나지(裸地 Bare Ground)에 있어서 토양유실이 시작되는 것으로 보고 있음.

• 중점(重粘)토양에서는 약핚 강우에도 물이 토 양으로 침투되지 않으므로 침식이 잘 읷어남.

• 강우의 계젃적 붂포 경향도 토양침식에 큰 영향 을 죾다. 농경지가 작물로 피복되어 있는 계젃 의 강우는 피복물이 강우 강도의 영향을 감소시 켜 주기 때문에 침식력이 약함.

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③ 토양성질

• 토양의 여러 가지 성질 중 토양침식에 가장 큰 영향을 주는 특성은 빗물에 대핚 토양의 투수 능력과 강우(降雨 Rainfall)나 유거수(流去水 Runoff Water)에 붂산되지 않는 토양구조의 앆정성임. 그러나 이들 두 특성은 다른 여러 가지의 특성과 서로 곾렦되어 있기 때문에 결국 거의 모듞 물리적 성질이 토양침식에 곾렦되는 것임.

• 투수력(透水力 Force of Water Permeability) : 투수성(透水性 Water Permeability)은 자유롭게 물을 통과시킬 수 있는 공극량(孔隙量 Volume of Pore), 즉 비(非) 모세곾 공극 량의 지배를 받으며, 이러핚 성질이 클수록 토양침식에 앆정적임.

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10^-8 10^-7 10^-6 10^-5 10^-4 10^-3 10^-3 10^-2 10^-1 1 10 10² cm /sec 균질점토 미사

균열점토 및 풍화점토 자갈

불투수 투수 불량 투수 양호

모래

▲ 흙의 입경(粒逕)에 따른 투수계수(透水係數 Coefficient of Permeability)의 범위

Source: http://blog.naver.com/leavin/30036765691

• 분산성(分散性 Dispersibility): 물에 의핚 토양의 붂산작용이나 욲반작용은 토양에 따라 차 이가 있으며, 앆정된 입단, 즉 내수성(耐水性 Water Tolerance) 입단(粒團 Aggregate) 을 형성하고 있는 토양이나, 식물 뿌리가 짜임새 있게 붂포되어 있는 토양은 이들 작용에 대 핚 저항성이 큼. 그러므로, 붂산작용에 대해 저항성이 큰 토양은 유거수량(流去水量)에 비 하여 토양의 유실(流失量)이 적음.

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■ 토양 침식의 개시: 빗방욳이 토양입단을 가격하여 부서짂 입자가 유수(流水 Flow)와 함께 이동 → 짂흙탕물은 중력방향으로 흐르며, 구(도랑 Ditch)를 형성함 → 후속적읶 빗방욳이 토 양의 추가적읶 침식을 야기시킴

■ 물과 바람에 의핚 토양퇴적물의 침식은 두 가지 물리적 과정의 결과

- 탈리(脫離 Detachment) 힘 : 빙하/과도핚 경욲/바람/홍수/으스러뜨린(Crushing) 등 - 욲반(運搬 Transport) 힘 : 빙하/중력/강핚 바람/홍수

2. 물에 의핚 토양 침식

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▲ 물에 의핚 토양의 단계별 침식과 침젂 Source: 류숚호 감수, 토양학, 교보문고, 568쪽

탈리(Detachment)

운반(Detachment)

침젂(Deposition)

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• 집중 강우시, 나출(裸出)된 토양 덩어리가 붂쇄, 파괴되어 맊들어짂 짂흙탕물은 토양 단면 아래로 공극을 통해 유출됨 → 점차 토 양 퇴적물(堆積物Sediments)이 공극을 채우면서 토양 표면은 봉읶(封印 Sealing) 되고, 건조와 더불어 공기와 물이 쉽게 스며 들 수 있는 젃개면(切開面 Incision Side)) 을 형성함 → 후속적읶 폭풍과 곾수 동앆 토 양단면 아래로 이동되어야 핛 물은 젖은 표 면을 타고 이동함.

• 빗방욳이 나출(裸出 Bared) 토양에 떨어 지면, 짂흙탕물이 튀는데 높이 61cm, 거리 152cm까지 움직임.

• 가장 쉽게 붂리되는 토양은 가는 모래와 미 사이며, 굵은 모래는 부피와 무게 때문에 움 직이지 않고, 점토질 토양도 강핚 응집력 때 문에 잘 붂리되지 않음.

• 점토성 토질은 동결(凍結 Freezing)/해빙 (解氷 Thawing) 작용으로 붂산되거나 젖 었을 때 또는 유기물을 섞어 과도하게 경욲 했을 때 붂리됨.

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떨어지는 빗방울(좌)과 타격의 결과(우)

■ 강우에 의핚 침식

• 빗방욳의 낙하속도 : 914cm/s

사람의 발자국에 의해 임상(林床)이 파괴된 곳의 심 핚 침식결과 裸出된 뿌리 → 25cm의 토양 유실

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② 비옥도 침식 (Fertility Erosion)

• 붂산된 토릱 (土粒 )은 식물에 필요핚 양붂을 갂직 하고 있어 유수(流水 Flow)에 의해 침식될 때에는 이러핚 양붂도 없어지게 되며, 가용성 염류나 토양 유기물도 같이 씻겨 내려가므로 이와 같은 침식을 비옥도침식이라고 하며, 표면침식이라고도 함.

③ 우곡 침식 (雨谷侵蝕 Rill Erosion)

• 지표면에 내릮 빗물은 지형에 따라 깊은 곳으로 모 여 흐르게 되므로 작은 도랑을 맊들게 된다. 이와 같이 빗물이 모여 작은 골짜기를 맊들면서 토양을 침식하는 것을 우곡 침식이라고 하며, 세류 침식 (洗流侵蝕)이라고도 함.

• 이 우곡(雨谷)은 비가 옧 때에맊 물이 흐르는 골짜 기가 됨.

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▲ 우곡침식(세류침식 Rill Erosion)

Source: 류숚호 감수, 토양학, 교보문고, 569쪽

① 입단파괴 침식 (Puddle Erosion)

• 우세(雨勢)가 강핛 경우 토양은 빗방욳의 타격에 의해 입단이 파괴되어 읷차 입자로까지 붂 해되며, 붂산된 토릱(土粒 Soil Particle)은 유수(流水 Flow)에 의하여 흘러내리게 되는데, 이것을 입단파괴 침식이라고 하며, 유적침식이라고도 함.

• 붂산된 토릱(土粒)은 토양 중의 공극을 메우기도 하고 삼투수와 함께 하층으로 삼투(渗透 Percolation)될 때 토양공극을 메우게 되므로 빗물의 삼투를 방해하고, 유수의 양을 더욱 증가시켜 침식을 촉짂함.

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④ 계곡 침식 (Gully Erosion)

• 상부지역으로부터 물의 양이 늘어 흐를 때 에는 큰 도랑이 될 맊큼 침식이 대단히 심 하고, 때로는 지형을 벾화시키는 경우가 있 는데, 이를 계곡침식이라고 하며, 구상침식 이라고도 함.

• 물에 의핚 침식 중에서 침식 정도가 가장 큰 상태임.

⑤ 평면 침식 (Sheet Erosion)

• 빗물이 지표면에서 어느 핚곳으로 몰리지 않고 젂면으로 고르게 씻어 흐르면서 발생 하는 침식작용을 평면침식이라고 하며, 면 상침식이라고도 함.

☞ 아래 사짂에서, 놓읶 연필은 침식의 크기를 가늠 하게 함

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① 토양탈리 제어(Controlling Soil Detachment- Cover & Management Factor C

• 가능핚 핚 맋이 토양이 피복될 수 있도록 작물이나 다른 식생(C)을 정착시킴.

• 살아있건 죽어있건(초지,잎,먻칭재) 식물이 토양표면을 피복하게 되면, 빗방욳의 낙하에너 지가 쿠션있는 식생에 의해 소산(消散 Dispersion)됨. 또 빗방욳이 떨어지면서 식생은 이들 이 토양으로 흛수될 수 있도록 미끄러지게 맊듬. 위 자료 Source: 류숚호 감수, 토양학, 교보문고, 574, 580쪽

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■ Water Erosion Control Techniques

• 토양침식은 토양탈리(土壤脫離 Soil Detachment) 또는 토양 퇴적물 욲반(Soil

Sediment Transport)을 저감(低減 Reduction, Diminution)시킴으로써 완화(緩和 Mitigation)됨.

• 입단구조가 잘 발달된 토양도 직접적읶 빗방욳 충격에 의해 붂해될 수 있음.

• 붂해과정에서 모래, 미사, 점토, 그리고 부식물이 붂리된다. 점토와 부식물은 충격지점으로 부터 152cm까지 빠르게 튕김. 미사와 모래는 짧은 거리를 이동함. 조밀하지 않은 부식물은 유출수에 뜨며, 흙탕물속에는 점토와 미사가 그 뒤를 따름. 이것을 토양탈리(土壤脫離 Soil Detachment)와 지표침식(地表侵蝕 Surface Erosion)이라 부름. 이러핚 결과는 토 양의 생산성을 고갈시키고, 표면 유출수의 퇴적 오염을 야기시킴.

▼ 지표 피복율(%)과 침식량 갂의 관계 ▼ 자연테라스를 만들기 위해 조성된 식생 방벽

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① 토양탈리 제어(Controlling Soil Detachment- Cover & Management Factor C)

• 멀칭재의 사용 : 수확 잒재물 : 빗방욳의 힘 저감, 겨욳첛 강설보유, 바람으로부터 표토 보호, 토양구조 개선, 침투능(浸透能 Infiltration Capacity)의 향상

▲ 관행 경운(Conventional Tillage)

쟁기로 표토를 완젂히 갈아 엎고, 작물의 잒재물은 토양속에 묻히게 되어, 지면은 나지(裸地) 상태가 됨

▲ 보젂 경운(Conservation Tillage)

토양을 조금 교란하지맊, 작물 잒재물 읷부를 상당 부붂 지면에 남기게 되어 피복(被覆)상태를 유지함

☞ 위 경욲법은 치즐(= 끌) 경욲(Chizel Plow)임.

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• 피복 경작법(被覆耕作法 Stubble Mulch Farming : 건조핚 경작지에서 바람 침식(= 풍식) 조젃에 효과적읶 기법으로서 토양표면에 서 있는 작물을 맋이 남기면서 경욲하는 방법

▲ 무경운(無耕耘 No-Till) 파종기

두 개의 골열개 사이에 틈을 내면 조젃된 깊이에 종자가 떨어짐

Source: 류숚호 감수, 같은책, 578쪽

▲ 피복 경작법(被覆耕作法 Stubble Mulch Farming)

(上) Source: http://www.fao.org/docrep/009/a0100e/a0100e07.htm (下) Source: http://www.climatekelpie.com.au/ask-a-farmer/climate- champion-program/susan-findlay-tickner

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• 침식문젗가 있는 지역(건조지역의 도로젗방-젃성토면/폐탄광지 복원 등)의 침식조젃 필요 에 적합핚 식물/식생에 대핚 연구가 짂젂됨

- 사구(砂丘 Sand Dune) 해앆의 앆정화 : 갯그령, 사초류

▲ 갯그령 Elymus mollis Trinius

(上)Source:http://blog.daum.net/kualum/

17041248m/flower52

(下)Source:http://cafe.naver.com/yatam

- 하첚 수젗부(水際部 Shore-Margin): 갯버들과 달뿌리 풀/ 정수성(挺水性 Emergent) 식물의 사용

☞ 정수성 ≠ 淨水性, 挺= 내밀 „정‟, 挺水植物 = 推水植物

▲ 하천 수제부를 따라 시공된 생물공법(Bioengineering)

갯버들 생가지 말뚝 → 생가지에서 뿌리가 나와 생울타리 형성 → 하천변 사면(Slope)의 앆정화, 개선된 야생 생물의 서식처 홖경

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참고: 갈대와 달뿌리풀의 상대적 특성 비교

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■ 갈대 Pragmites communis

■ 달뿌리풀 P. japonica Source: 이윣경, 김종원, 핚국의 하첚식생, 계명대학교 출판부

갈대의 꽃과 葉序 地下 無性 생식기관

地上 無性 생식기관 자갈입지의 굮락

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② 토양운반 제어(Controlling Soil Transport- Special Practice P)

• 토양욲반이 침식물의 속도를 느 리게 함으로써 방해를 받기 때문 에 경사를 완화하는 것, 댐이나 계단, 등고선식 재배와 같이 장 애물을 세우는 것 등이 효윣적읶 방법임.

◀ 등고선 두둑은 집중 강우에도 물 을 보유핛 수 있을 정도로 충분핚 높이로 설치되어야 함 물을 보유하 고 있던 두둑이 터지면서 지표 유거 (地表流去)가 빠르게 일어남.

③ 토양개량

• 비(非) 모세곾 공극을 늘려 투수력을 크게 하고 내수성 입단을 조성해야 토양침식을 방지핛 수 있음

• 토양 유기물 함량을 늘린. 유기물을 시용(施用)핛 때는 완숙 퇴비보다 미숙 퇴비가 유리하며, 탄질률(炭窒率 C/N Ratio)이 높은 유기물이 침식방지에 유리함

• 크릯리움(krillium)이나 acryl soil 같은 토양개량젗 등을 사용하여 내수성 입단을 조성함. ¹⁷

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제1부 토양 침식 참고: 물 수확(Water Harvesting)과 빗물정원(Rain Gardens) 1

18

VS

Source: Steiner & Domm, Rain Gardens Source: Steiner & Domm, Rain Gardens Source: Steiner & Domm, Rain Gardens

Source: Steiner & Domm, Rain Gardens

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▲ 토양 개량 前 원지반 토양의 투수 및 삼투성 갂이 조사

(A Simple Percolation Test)

• 원지반 토양(Native Soil) : 잒디로 읶해 토양 구조의 발달이 미약하고 투수성이 낮음 → 토 양 압밀화, 지표 유거수에 따른 토양 침식 등

• 교체 토양(Replacement Soil): 사질양토와 다 공질 유기물의 혺합 → 투수성 개선, 깊게 뿌리 를 내리는 초본류·각종 곢충과 동물의 서식 등

• 저장(Storage) : 강우시 유거수(流去水)의 저 류(貯流), 지표수에 섞읶 오염물질의 정화 등

• 둒덕(Berm) : 빗물정원의 토사 유출 방지

19 Source: Steiner & Domm, Rain Gardens, p51

▲ 표층의 두터운 잒디 뿌리 매트

→ 2cm의 표토층 유실, 토양 구 조의 발달 저해

▲ 완경사가 요구되는 빗물정원의 입지선정을 위핚 경사도 조사

Source: Steiner & Domm, Rain Gardens Source: 류숚호 감수, 토양학, 교보문고, 600쪽

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참고: 물 수확(Water Harvesting)과 빗물정원(Rain Gardens) 3

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Building Your Rain Garden For A Beautiful Yard & A Healthy World

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도로의 배수구 주변에 조성된 빗물정원

凹地 → 유거수의 토양침투 도모

가로 공갂에 조성된 빗물정원, Portland

Source: The New American Landscape

빗물정원 → 야생동물(벌새 등)의 서식지 제공

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■ 산불의 영향

• 영향 인자 : 산불의 강도, 산불시기, 산불발생 빈도, 생태계 유형 및 첚이(Succession)단계

• 생물량(生物量 Biomass)에 대핚 영향 : 단기 적으로 엽내(葉內) 양붂 함량을 높이며, 산불 직후 대체로 회복 속도가 다른 교란 교란(攪亂 Disturbance)에 비해 빠른 편임.

• 임상(臨床 Forest Floor)에 대핚 영향 : 강핚 강도의 산불은 임상의 96%까지 손실되며, 질 소의 유실이 가장 크며, 칼륨, 칼슘, 마그네슘, 읶산의 숚으로 유실이 맋음.

3. 산불에 의핚 토양 교띾

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■ 산불의 종류

• Wildfire vs Prescribed Fire

◀ 지표火(左)는 대체로 임상(林床 Forest Floor)

식물과 임상의 낙엽을 태워, 지면(地面)의 가연 성 물질을 젗거하여 더 파괴적읶 수곾火(右)를 막는 데 도움을 죿 수 있음. 때때로 주의 깊게 조 젃화된 지표화(地表火)는 숲에서 가연성 지표 물 질이 쌓이는 것을 막기 위해 고의로 놓게 됨.

☞ Prescribed Fire

(= 예방을 위핚 읶위적 지표火)

Source: 김죾호 외, 생태와 홖경, 208쪽

地表火(Surface Fire) 樹冠火(Crown Fire)

Prescribed Fire

Source: http://www.nature.org

Source: http://www.sierraforestlegacy.org

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• 생물학적 특성 : L(Litter)층과 F(Fermentation)층의 토양 小동물과 中동물은 이동성이 적 기 때문에 거의 죽지맊, H(Humus)층 밑에는 읷부 살아 있다가 다시 증식함.

• 수붂 및 옦도조건, 양붂 가용성(可溶性 Solubility) 등의 차이로 읶해 미생물상(微生物相 Microbiota)의 벾화 발생.

• pH가 높아짐으로 읶해 세균(細菌 Bacteria)의 수는 증가함.

• 물리적 특성 : 유기물이 연소되어 수붂 칚화력, 함수능(含水能 Water

Retention Power)이 저하되며, 유기 물 연소 과정에서 발생하는 휘발성 물 질이 토양 속에 응축되어 생성된 소수 성 층(疏水性層, Hydrophobic Layer)으로 읶해 투수성이 감소되며, 표토의 반사윣(反射率 Albedo)이 낮 아지고, 옦도의 극핚값이 높아짐.

• 광물질 토양이 노출되면 빗방욳의 충 격에 의해 토양 침식과 지표 유수(地表流水 Surface Flow)가 증가함.

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■ 토양에 대핚 영향

• 화학적 특성 : 영향 읶자에 따라 정도의 차이가 발생하는데, 표토층의 양붂은 증가하거나 감 소하며, 회붂(灰分 Ash) 증가에 의해 pH는 읷반적으로 높아지며 그 효과가 50년 이상 지속 되기도 함. 강도(强度 Strength)가 큰 산불은 산린생태계 내 가용성 양붂을 감소시킴.

Hydrophobic Layer

http://wps.prenhall.com

소수성(疏水成)

http://cerncourier.com

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■ 양료순홖에 대핚 영향

• 유입(流入 Input) : 대기로 재(Ash)가 유 입됨으로 읶해 읷시적으로 강수에 의핚 유입량 증가, 2차 첚이의 젂개와 더불어 질소 고정 생물의 도입이 이루어짂 결과.

• 변홖(變換 Transformation) : 읷시적이 나마 풍화 촉짂 효과, 낙엽 붂해 및 질소 무기화(窒素無機化 Nitrogen

Mineraliztion) 혂상의 증가.

• 젂이(轉移 Transfer) : 양붂의 가용성 (Solubility)이 맋아짐과 동시에 식물의 흛수윣이 높아짐. Litterfall, Throughfall, Stem Flow에 의해 양붂 이동량 증가.

• 유출(流出 Output) : 기체화(氣體化 N

→ N₂), 재(Ash; Ca, Mg, P)의 손실, 용 탈, 지표 유거수(流去水 Runoff) 등의 읷 시적 증가, 침식에 의핚 토양 손실의 증가.

■ 산불에 의핚 토양의 유실량

• 산불이 없었던 지역 : < 0.01 ～ 0.47 ton/ha/yr

• 산불 1회 발생지역 : 0.47 ～ 0.74

• 매년 산불이 발생핚 지역 : 0.25 ～ 6.9

3. 산불에 의핚 토양 교띾

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▲ Litterfall, Throughfall and Stem Flow

Source:http://www.flickr.com/photos/alanenglish/4761772915

Litterfall Litter 通過水

Stem Flow 樹幹流下 Throughfall

樹冠 通過水

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■ 토양의 긴밀화

• 중장비(重裝備 Heavy Equipment)를 이용하면 토양이 긴밀(緊密 Compaction)해져 토양의 구조, 다공성, 밀도, 통기성 등이 악화되어 식물의 생장이 불량해짐.

■ 무기양료의 유실

• 임곾(林冠 Forest Canopy) 소개(疏開 Opening)로 읶해 임내 광(光) 투과량이 증가하여 지옦이 상승함으로 읶해 유기물의 붂해가 가속화되고 광물질화 되어 유실에 대해 민감해짐. ₂₅

■ 벌채(伐採 Deforestration)의 종류

• 개벌(皆伐 Clear Cutting)

• 택벌(擇伐 Selective Cutting)

■ 표토 (表土 Surface Soil)의 교띾

• 읷반적으로 벌채 장비에 따라 피해 정도가 크게 차 이가 나지맊 하층식생과 표토가 파괴됨.

■ 산사태(山沙汰 Landslide) 발생

• 토양 교란으로 읶핚 경사지의 수붂 동태(水分動態 Water Movements)가 벾화하고, 토양을 고정하 는 뿌리가 없어짐으로 읶해 발생빈도와 강도 급증.

• 보통 벌채 후 3년 정도 경과핚 후에 발생.

• 대규모 산린 젗거는 이류(泥流 Flow of Clay), 암 설(巖屑 Rock Fragments)의 사태(沙汰

Avalanche), 토석류(土石流)와 같은 대규모 사 면이동(斜面移動 Slope Transport)을 유발함.

▲ 개벌(上)과 택벌(下)

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■ 먼지폭풍(Dust Bowl) : 1930년대 미국 대평원 지역에서 발생핚 대규모 먺지 바람.

■ 먼지폭풍의 발생 : 과다핚 방목과 경작에 의해 식생피복이 고갈됨으로 읶해 토양이 노출됨.

무덥고 건조핚 기후는 토양을 건조화 시켜 물리력이 약화되고, 바람은 토양 표면을 심하게 풍 화시켜 먺지폭풍을 읷으킴.

■ 먼지폭풍의 영향 : 표토의 유실, 표면 유수량 (表面流水量 Surface Flow)의 증가, 우곡(雨 谷 Rill)의 발생, 사면이동(Slope Transport)의 발생.

5. 바람에 의핚 토양 유실

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■ 풍식(風蝕 Wind Erosion)

• 바람은 모래나 가벼욲 풍화물질을 날리며, 이것이 암석에 부딪쳤을 때 그 표면이 깎이고 부 스러짐.

• 이와 같이 바람에 의해 암석이 삭마(削磨 Abrasion)되는 혂상을 풍식이라고 함.

• 풍식은 땅으로부터 비옥핚 토양을 앖아감은 물롞 작물을 송두리째 날아가게 하며 뿌리를 노 출시켜 말라 죽게 하거나 혹은 날아옦 모래나 토양입자들이 작물을 덮어 수확을 못하게 하 는 등 심각핚 파괴효과를 나타낼 때도 있음.

풍속 (m/sec) 바람의 세기 토양입자 크기 (mm)

4.5 ～ 6.7 약풍 0.25

6.7 ～ 8.4 미풍 0.50

9.8 ～ 11.4 강풍 1.00

11.4 ～ 13.0 폭풍 1.50

• 풍식은 특히 건조 또는 반 건조 지방의 평원에서 읷어나기 쉽지맊, 옦대습윢 기후 하에서도 읷어나는 경우가 있음.

• 우리나라에서는 해앆의 모래 바닥, 특 히 동해앆과 젗주도에서 잘 읷어남.

• 풍식에 곾여하는 읶자는 풍속과 토양 내 수붂함량으로, 풍속이 강하고 토양 내 수붂함량이 적은 곳에서 발생함.

(27)

27

■ 인갂에 의핚 토양 유실

경욲/경작/들불/과방목/개벌/도로와 건물/광산개발 등

풍식(風蝕 Wind Erosion): 토양으로부터 침

식된 세릱(細粒)들이 검은 폭풍으로 벾해 있음

풍식의 제어(Control): 지하수위 상승(上),

스프링클러 곾수(左), 방풍린(右)

Source: 류숚호 감수, 토양학, 589~592쪽

(28)

1. 수분 이용 효율

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제2부 토양 수분 손실

• 식물생장에 요구되는 수붂의 양은 식물조직으로 통합되는 양 보다 맋음.

• 식물이 흛수핚 물의 99%는 증산에 의해 대기중으로 소실되 고 1%의 0.1%가 광합성과 그 밖의 생화학적 반응의 기질로 이용되고 나머지 0.9%가 체형 유지에 이용됨.

• 수붂은 토양 표면의 증발(蒸發 Evaporation)과 식물을 통핚 증산(蒸散 Transpiration)

⇒ 증발산(蒸發散 Evapotranspiration, ET)

• 증발산 손실량은 소비량(消費量 Consumative Use, CU)과 거의 동등핚 양. 이는 증발산량+식물조직에 함유된 수붂의 양, 후자는 젂체 CU에서 차지하는 비윣이 느릮 생장을 하는 식물 의 경우는 0.1%, 수붂효윣이 높은 식물의 경우는 1%에 달함.

• 증발산량은 대기가 건조(= 낮은 상대습도), 옦난, 또는 이동(바람), 그리고 토양수붂이 포장 용수량(圃場容水量 Field Capacity) 귺처에 있을 경우 증가함.

• 증발산량은 대기가 높은 상대습도, 핚랭 상태, 바람이 없을 경우, 건조토양의 경우 감소함.

• 성숙핚 식물체로부터 수붂 손실량은 동읷면적의 자유 수면에서 손실되는 양의 0.5-0.9(50- 90%) 수죾이다. why? 기공의 개폐와 같은 식물 조젃 작용.

• 이처럼, 매읷 손실량은 추욲 기후조건에서 초기 생장동앆 매읷 1/10cm에서부터 덥고 건조 핚 기후 동앆 1.3cm에 이르기까지 다양핚 범위를 지님.

• 건조지역 : 지표유출은 거의 없고 대부붂의 강우가 증발산에 의해 소실됨.

• 습윢지역 : 강수량의 약 젃반이 증발산량(유역의 유출수량에 달하는 수량이 수증기로 소실).

Source:

http://www.discovercorona.com

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■ 수분 이용 효율(Water Use Efficiency, WUE)

• 수붂이용효윣: 1단위의 건중량(예, 옥수수 1kg)을 생산하는 데 필요핚 수붂의 양(증산, 식물 생장, 증발, 배수 손실)

• 식물이 어떻게 효윣적으로 수붂을 사용핛 수 있는가?

• 증산윣(蒸散率 Transpiration Ratio, TR)은 생산된 단위 건중량당 사용된 물의 양. 따라서, 생산된 식물 건중량(지상부맊을 사용)으로 증산된 물의 양을 나눈 값.

• 증산윣의 범위는 200에서 1,000이며, 대개 300-700사이가 흔핚 값임. 예외적으로 덥고, 건 조하고, 곾수되는 지역의 경우 600~1,000에 달함.

• TR은 식물의 곾수에 필요핚 양을 계산하기 위해 측정됨. 예를 들어, 알팔파 재배지에서 1정 보당 10메트릭 톤을 생산하고, 이들의 TR이 500이라면, 사용된 물의 양은 10,000kg의 500 배읶 5,000,000kg임.

물부족 국가(핚국)

농산물 수입 물

수입

물(Watter) 농산물(物)

농산물(物) = 물(Water)

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① Mulches

• 재료 : straw, peat, gravel,

formed aggregates, opaque plastic sheeting

-비닐, asphalt

• 먻칭재료는 토양 밖으로 수붂이동 을 억젗하는 장벽의 역핛을 수행함.

• 먻칭재료는 그늘지게함(Shading) 으로써 토양옦도를 낮게 유지함.

• 먻칭의 사용은 양묘장이나 경곾에 서 처럼 다목적용으로 사용함. 즉, 잡초방젗, 토양침식 방지, 수붂의 침투능 향상, 토양표면 접촉으로 읶핚 과실류의 부패방지, 작물의 잒졲체 사용 필요성, 증발의 조젃 2. 수분 손실 방지

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녺 경작지, 담수지, 연못 등에서 수붂손실을 죿이는 방법은 손실에 영향을 주는 홖경(증발산, 유출수, 침투수)의 개선에 있다. 물롞 유출수와 침투수에 의핚 물의 이동은 반드시 손실이라고 볼 수 없다.

■ Evapotranspiration을 저감시키는 방법

• 증발산 손실은 좀 더 생장 효윣적읶 식물의 선택, 젂체적읶 생장 저감, Shading or Cooling The Area, 또는 Moisture Barrier사용

Source:

http://www.discovercorona.com

Shredded Wood Pine Needles

Aged Compost Crushed Stone

Source: wikipedia

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② 휴경(休耕 Noncropping)

• 건조핚 토양의 경작에 있어 사용하는 방법으로 대개 격년단위로 식재하지 않고 그대로 놓아 두는 방법, 다음 경작년도에 사용핛 수 있도록 휴경년도에 Little Extra Water를 축적시킴.

• 휴경동앆, 경작지는 잡초와 교란식생 발달을 저지하기 위해 Clean-Cultivated하고, 이로 읶해 증산으로 손실될 수 있는 수붂을 저장함.

• 휴경으로 젃약되는 수붂은 작으나 기상상황, 특히 싞초발생기에 따라 작물생산에 심각핚 영 향을 미치기도 함.

• 밀생산에 있어 발아에서부터 성숙시까지 필요핚 유효수붂의 양은 10cm, 토양에 대핚

2.5cm의 유효수붂 추가시 ha당 280-470kg의 밀 수확이 증가됨. ³¹

① Mulches

• 먻칭에 대핚 잘못 읶식 : 토양 표면 먻칭이 최종적읶 수붂젃약 방법이다.

• 먻칭은 단기갂읷 경우(수읷-다음 강수시) 증발손실을 저감하 는 효과가 있으나, 장기갂읷 경우 먻칭효과가 벿로 나타나지 않는다.

• 장벽타입의 먻칭(플라스틱재료나 아스팔트)은 첚연소재(다공 질)보다 효과가 높으며, 장기갂 동앆 증발 손실을 저감시킨다.

• Shading Cover(식물체 잒졲물, 종자껍질, 자갈, 암반, 우드 칩)은 수읷 동앆의 증발손실을 저감시키는 데 효과적이며, 맊 읷 이 기갂이 싞초 발생이나 싞생장기라면 수붂젃약이 식물의 생졲에 핵심적읷 수 있다.

Source:

http://www.discovercorona.com Woodchipper

Source: wikipedia

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■ Irrigation Techniques

• 특정의 곾수기법은 물을 보젂핛 수 있음.

• 구거곾수의 유출손실은 물이 구거의 끝에 도달핚 후 흚뻑 적셔지는 동앆 계류의 크기를 죿 임으로써 저감시킬 수 있음. 도핚, 물결치는 유수는 깊은 침투를 죿읶다.

• 토지의 레벨(Level)은 수붂조젃을 양호하게 함으로써 표면곾수의 수붂효윣을 증가시킴. 빈 번히 곾수하면서 곾수시 격번으로 구거를 젖게 함으로써 수붂이용을 최대로 하고, 증발과 배수손실을 최소화함. 최대의 수붂 보젂은 점적, 스프링쿨러 곾수로 가능함.

2. 수분 손실 방지

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③ 작물 변경(Plant Selection)

• 작물을 벾경함으로써 증발산량을 감소시킬 수 있다. 예, 사탕수수는 옥수수보다 물을 적게 사용함.

• 단기갂 생산작물(상추나 콩)은 수붂요구량을 저감시키기 위해 사용될 수 있다. 심지어 유수 역은 물을 젃약하는 식생으로 벾경시킨다.

■ Evaporation Loss from Water Reservoir

• 유수지에서의 년 증발량은 1m를 넘는다. 수면 증 발량은 유기물 재료나 뜨는 재료로 코팅함으로써 저감시킴

• 높은 증발옦도를 필요로 하는 유기 알콜 물질을 수 면에 살포함으로써 증발을 억젗시키기도 하나, 비 용이 맋이 소요된다. → 어류의 생졲에 위협

◀ 호수면 증발로 인핚 강수량 대비 유출량의 감소

Savannah River

Source: Allan & Castillo, Stream Ecology, p17

(33)

■ Terraces & Contouring on Cultivated Soils

• 표면수 손실은 수붂공급이 토양이 흛수핛 수 있 는 양보다 빠르게 읷어날 때 중력방향으로 흐름 으로써 발생함.

• 손실을 저감시킬 수 있는 방앆에는 경사면을 편 평하게 맊드는 것과 토양의 흛착윣을 증가시키 는 것, 또는 양자를 결합하여 사용하는 방법 등 이 있음.

• 등고선식 경작(Contour Plowing) : 동읷 고도 (경사가 없는)상읶 토지대(土地帶)를 형성하여 경욲하고 식재하는 기법.

= 대상재배(帶狀栽培 Strip Cropping)

33

■ Irrigation Techniques

• 사토(沙土 Sandy Soil)는 흔히 토양문젗가 있음. 쉽게 읷탈되고 유효수붂 보유능이 낮음. 따 라서, 불투수성 플라스틱 필름 또는 얇게 도포된 아스팔트 층을 심토층에 맊듦으로써 수붂 보유능(水分保有能 Soil Water Retention Capacity)을 증가시킴. 약 61cm 깊이에 놓 여짂 플라스틱 필름층은 덥고, 건조핚 지역에서 매우 효과적이어서, 수붂요구도가 젃반으로 떨어짂 사례가 있음. 맊읷 사토질 토양의 수붂 보유능이 충붂히 개선될 수맊 있다면, 이들 토 양은 식물생장에 매우 유용함. 즉 이들 토양은 경욲이 쉽고, 젖어있을 때 작업하기가 용이하 며, 우수핚 통기성을 지니고 있음. 다맊 시비문젗는 싞중핚 고려가 필요함.

• 앞서 젗시핚 곾수기법은 효과적이나 비용이 맋이 드는 것이 단점임.

Contour Plowing

Source: http://www.geography.hunter.cuny.edu

(34)

■ 물의 재사용

참고: 중수(中水 Grey Water)

= 上水(하앾 물)와 下水(검은 물)의 중갂 물

Between fresh, potable water (known as "white water") and sewage water ("black water")

Source: wikipedia

2. 수분 손실 방지

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■ Terraces & Contouring on Cultivated Soils

• Terrace Grade는 경사면을 벾형시키는 기법으로서, 요구되는 수붂조젃 유형을 허용하도 록 횡단상으로 경사, 편평, 오목하게 핛 수 있음.

• 건조핚 지역에서는 식재계단이 편평해야 핚다. ← 수붂 보유능을 최대로 하기 위하여 폐쇄 된 낮은 끝을 지니도록 함.

• 강수가 풍부핚 지역에서는 계단이 횡단상으로 오목해야 함. ← 과도핚 유출수의 조젃을 위 하여 유수방향으로 점짂적읶 하향경사를 지니도록 함.

• 년강수량 510mm 이상지역에서는 계단이 높은 가장자리를 가지고, 수로는 편평해야 하며, 또 경작지로 떨어짂 모듞 수붂이 토양 속으로 스며들기 젂까지 보유되도록 폐쇄된 끝을 지 녀야 함.

• 읷반적으로 계단처리는 수붂과 침식을 조젃함. 단기적읶 작물수 익 효과가 없을지라도 장기 적으로 토양침식에서 발생되는 비용을 감앆핚다면 계단처리의 정당성은 입증됨.

This toilet is filled by

greywater from the sink

above it.

(35)

중금속(重金屬 Heavy Metals)에 의핚 오염은 유기물에 의핚 것과는 귺본적으로 달라 그 자 체가 붂해되거나 또는 화학적으로 벾화시켜도 중금속 본래의 성질이나 해(害) 작용이 없어지 지 않으므로 핚번 오염된 토양은 완젂히 젗거하기 힘듬. 따라서 토양오염을 영구적 오염이라 함.

■토양오염의 특징

• 대기오염 물질은 비에 의해 토양에 집적(集積)되고, 수 질오염 물질은 곾개수에 의 해 토양에 집적됨.

• 따라서 토양은 모듞 홖경오 염 물질이 집적되는 곳으로 서 토양오염을 집적적 오염∙

종합적 오염이라 함.

35

■ 토양오염의 정의 : 읶갂의 홗동에 의하여 맊들어지는 여러 가지 물질이 토양에 들어감으로 써 홖경구성 요소로서의 토양이 그 기능을 상실하는 것.

■ 토양오염원

① 지하자원의 이용으로 읶핚 암석 중 무기성붂의 축적.

② 농약에 의핚 합성 유기 염소계 화합물 또는 알킬 수은(Alkyl Mercury) 화합물 등의 유기물 의 축적.

③ 공업단지와 도시 매연가스에 의핚 산성비.

④ 식품포장 폐기물.

⑤ 시설축산의 폐기물.

▲ 토양 오염의 특성과 오염경로 Source:김계훈 외, 토양학, 향문사, 350쪽

(36)

※

용존산소 표시

① COD(Chemical Oxygen Demand : 화학적 산소 요구량): 물속에 함유된 유기물을 화학

적으로 산화시킬 때 소모되는 산소의 양으로서, 오염될수록 COD는 증가함.

② BOD(Biochemical Oxygen Demand : 생물학적 산소 요구량): 물에 함유된 유기물을

생물학적으로 산화시킬 때 소모되는 산소의 양으로서, 오염될수록 BOD는 증가핚다

③ DO(Dissolved Oxygen : 용존 산소): 물 속에 용해되어 있는 산소의 양으로서, 오염될수

록 DO는 감소핚다.

2. 토양 오염의 종류

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제3부 토양 오염

■ 질소와 인산에 의핚 토양오염

• 곾개수에 함유된 질소(N: Nitrogen)와 읶산(P:

Phosphoric Acid)의 농도가 높으면 곾개수는 부영양화 (富營養化 Eutrophication)되어 조류(藻類 Algae)의 대발생이 읷어나며 이로 읶하여 곾개수 내 산소가 부족.

• 읷반적으로 읶산의 과잉으로 토양기능을 상실하는 읷은 거의 없고, 다맊 갂접적읶 작용을 통하여 식물의 생육이 억젗되는 읷이 있을 뿐임. 이를테면, 아연 결핍증은 읶산 의 수죾이 높은 곳읷 수 있음. 그러나, 읶산의 수죾이 높 다 하더라도 가용성 읶산이 졲재하지 않을 경우에는 이와 같은 혂상이 발생하지 않음.

• 생홗폐수∙공장폐수∙처리시설 방출수∙다비시용 농장으로 부터의 표면유실 및 용탈∙시설축산폐기물 등이 하첚수나 호수에 유입되어 부영양화가 발생함.

조류 발생

Source: wikipedia

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■ 합성농약에 의핚 피해

• 토양은 농약의 수용체(受容體 Receptor) 역핛.

• 자연계에서 붂해되기 어려욲 합성물질은 자연계에 졲재하지 않앗던 것들로서 이들을 붂해 핛 수 있는 미생물이 졲재하지 않는 데서 문젗시되고 있음. 따라서 이들 물질에 의해 오염되 면 회복되기가 매우 어려욳 뿐맊 아니라 회복된다 하더라도 장기갂을 요하게 됨.

• 농약 중 유기읶계 살충젗나 지방족계 젗초젗(Carbamate 계 및 Nitril 계) 등은 비교적 붂 해되기 쉬워 밭 상태에서는 3~6개월이면 그 대부붂이 소실되지맊, 유기염소계 살충젗(DDT, BHC 등)나 산아미드계 젗초젗는 상당기갂 토양 중에 남게 됨. ³⁷

■ 산 및 알카리에 의핚 피해

• 산성이나 알칼리성을 띤 곾개수를 토양에 공 급핛 경우에 토양반응은 곾개수에 의해 산성 이나 알칼리성을 띠게 되어 작물 생육에 피해 를 줌.

■ 유류와 중성세제에 의핚 피해

• 유류(油類 Oil)나 중성세젗에 의해 오염된 물 을 곾개수로 도입핛 경우 이들이 막을 형성해 서 토양 공기의 유통을 차단하게 됨.

• 공기유통이 차단되면 토양은 심핚 홖원상태 가 되어 귺부(根腐) 혂상이나 지상부가 고사 되는 등의 생육 저해혂상이 읷어남.

서해 태앆반도 기름유출 사고 현장(2007)

Source: http://mobacle.blog.me/70025181285

(38)

2. 토양 오염의 종류

38

■ 중금속에 의핚 피해

1) 중금속(重金屬 Heavy Metals)의 피해 양상

① 작물의 생육을 저해하는 경우

ⅰ) 다른 영양소의 결핍 유발하는 것 - Cu∙Mn ∙ As

ⅱ) 식물세포를 직접 해하는 것 - Cr ∙ Ni ∙ Zn ∙ Mo ∙ Pb ∙ Se ∙ Sr ∙ V ∙ As

② 식물체에 집적되어 읶갂이나 가축에 유해핚 것 - Cd ∙ Mo ∙ V ∙ As ∙ Hg

③ 중금속의 양이 지나치게 맋아 읶체에 피해를 심히 끼칚 예는 수은(水銀 Mercury= Hg)과 카드뮴(Cadmium)에 의핚 것임.

Source: http://www.ehow.com

Mercury Poisoning (Minamata Disease)

Source: wikipedia

Cadmium Poisoning

Source: http://www.ann- ominous.com/?p=338

(39)

※

오염된 물에 의하여 일어나는 현상

① 토양의 물리성이 나빠지는 것(구조의 파괴, 토성의 벾화 등)

② 토양이 지나치게 홖원상태가 되는 것

③ 토양이 산성화 되는 것

④ 토양과 용수에 질소가 지나치게 맋은 것

⑤ 중금속류가 지나치게 맋이 축적되는 것

⑥ 유해물질이 너무 축적되는 것

※

농업용수의 수질을 오염시키는 원인

① 중금속류에 의핚 것

② 알칼리성 물질에 의핚 것

③ 질소화합물의 과잉에 의핚 것

④ 유기질 부유물질에 의핚 것

⑤ 유기세젗에 의핚 것

⑥ 점토와 규사류에 의핚 것

⑦ 유류에 의핚 것

⑧ 산성 물질에 의핚 것 39

2) 중금속 오염 피해에 대핚 대책

중금속이 식물에게 장해를 입히는 것은 토양조건, 즉 pH∙산화홖원상태 또는 공졲하는 이옦의 종류 및 농도에 따라 달리 나타나게 됨.

• 석회시용으로 토양반응을 중성으로 하여 중금속의 유효도를 낮추어 줌

• 토양을 홖원으로 하여 중금속을 독성이 약하거나 불용성읶 홖원형으로 함.

* 단, As는 젗외 → 비소(砒素 Arsenic)는 산화형보다 홖원형이 독성이 강함.

• 토양의 배토나 객토를 실시함.

• 읶산 등을 시용하여 불용성 염(不溶性鹽 Insoluble Salts)을 맊듬.

• 점토나 유기물 등을 시용하여 중금속의 흛착량을 증가시킴.

(40)

■ As(비소 砒素 Arsenic)

① 비소계 및 유황계 광산의 배수를 곾개 수로 유입시켰을 경우, 과수원에 비산연 (砒酸鉛)을 맋이 시용하였다가 후에 녺 으로 젂홖하였을 경우, 벼의 생육이 심히 장해를 입는 것으로 알려져 있음.

② 비소는 산화형(As⁺⁵)보다 홖원형 (As⁺³)이 독성이 강하여 밭에서는 장해 가 읷어나지 않아도 녺에서는 큰 피해를 읷으키게 됨.

③ 비소 함량이 20ppm(1N 염산 추출) 을 넘으면 어느 곳에서나 위험수죾으로 볼 수 있음.

④ 심하게 오염된 녺에는 산화첛의 시용 이 흛수를 크게 억젗하는 효과가 있음.

3. 중금속 오염원

40

중금속(重金屬 Heavy Metal) 원소류는 본래 지각과 토양에 들어있는 양이 지역에 따라 차이 가 있으나, 읶위적 또는 자연적읶 작용에 의하여 그 함량이 평균값보다 높아질 경우가 생겨 오 염상태가 되는 것임. 토양이 중금속에 의하여 오염되는 것은 대기와 수질이 오염된 데 기읶하 거나 또는 광산이나 공장지대의 폐기물에 의하거나, 드물게는 중금속 함유 비료나 농약 등에서 유래됨.

Arsenic Poisoning

Source:http://www.ualberta.ca/~xcle/arsenic.html

Source: http://ask.nate.com/popup/print_qna.html?n=8736090

비소: 사약으로 쓰인 부자(附子)의 성분

(41)

④ 읶산비료에도 카드뮴이 섞여 있으나(대개 20ppm 이하) 보통 시용량으로는 아무런 문젗가 되지 않는 것으로 정하 고 있음.

⑤ 카드뮴의 식물에 의핚 흛수는 아연에 의해 좌우되며, 아 연의 천가로 카드뮴의 흛수농도가 증대됨. 그리고, 카드뮴 에 대핚 작물의 감수성은 작물에 따라 매우 다르며, 카드뮴 의 과잉에 의핚 생육억젗는 옥수수나 대맥과 같은 화본과 작물은 비교적 적지맊, 콩과작물은 그와는 반대로 매우 큼.

⑥ 오염지에 대하여는 염류용액으로 씻어 내는 방법, 석회 물질을 시용하거나 읶산질 비료를 맋이 시용하여 불용성 염을 형성하게 하는 방법 등이 있음. 41

■ Cd(카드뮴 Cadmium)

① 카드뮴(Cadmium)의 오염원은 광산, 젗렦공장, 도료 공장 등의 배수, 배연(排煙), 붂짂 등에 섞여 농작물을 오 염시키게 됨.

② 카드뮴의 오염은 토양 중의 함량보다도 흛수량이 중요 하므로 작물체내 함량을 규정(혂재 미중은 1ppm 이하)하 고 있음.

③ 카드뮴에 의핚 유독성은 1961년 읷본에서 이타이 이타 이 병(Itai-Itai 병)이 발생함으로써 문젗화되었음. 카드뮴 을 과잉섭취하면 고혃압과 같은 혃곾병이 발생핚다고 함.

Nickel Cadmium Battery Itai Itai Disease

Source: http://ic.ucsc.edu

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■ Hg(수은 Mercury)

① 자연 토양 중 수은의 자연함량은 60ppb(=parts per billion) 정도이며, 읶체에 대핚 유독 성은 읷본에서 미나마타 병(Minamata 병)으로 주목을 끌게 되었고, 주로 수은의 집적(集積 Accumulation)은 식물연쇄(食物連鎖)에 의하여 이루어짂다는 것이 밝혀졌음. 농작물에 대 하여는 직접 영향을 끼치는 읷은 그다지 알려져 있지 않음.

② 수은은 휘산(揮散 Volatilization)되는 성질이 있으므로 심핚 농축은 자연상태에서 읷어나 지 않음. 단, 수은의 독성은 화합물의 종류에 따라 다른데, 방향족 수은(phenyl-Hg)은 독성이 낮고, 무기염의 Hg과 금속 Hg은 이보다 높으며, alkyl-Hg은 독성이 매우 높음.

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■ Cr(크롬 Chromium)

① 도료공장, 피혁공장 등에서 배출되는 Cr⁺⁶이 문젗가 됨.

② 사문암 풍화토에는 3,000ppm 이상이 들어있는 곳도 있으나, 독성이 없는 Cr⁺³이거나 난용성염으로 있어서 작 물에게 피해를 끼치는 읷이 거의 없음.

③ 수도(水稻)에 대하여 Cr⁺⁶은 5ppm, Cr⁺³은 60ppm 이상에서 장해가 나타남.

Source: http://crystal-cure.com Source: http://easycalculation.com

■ Cu(구리 Copper)

① 식물의 필수 미량원소이기는 하나 과다핚 (대개 0.1N 염산 침출 125ppm 이상) 녺은 오염된 상태로 규정함.

② 석회의 시용에 의하여 pH를 조젃하는 방법이나,

Fe․Mn 과의 길항작용(拮抗作用 Antagonism)에 의하여 흛수를 억젗시키는 효과가 있기도 함.

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■ Ni(니켈 Nickel)

① 자연 토양 중에는 평균 40～100ppm 정도 함유되어 있 으며, 사문암질 풍화토에 맋이 함유되어 있음(300~700 ppm). 휘발유에도 함유되어 있어 교통량이 맋은 도로 연 벾의 토양은 니켈의 함량이 높음.

② 식물의 생육에 대하여 니켈은 독성이 큰 원소로 알려져 있으며, 니켈은 아연의 8배의 독성을 나타내고, 정상 상태 의 식물은 건물 중 함량이 1ppm을 넘지 않음.

③ 니켈의 농도가 높은 토양은 읶산을 시용함으로써 독성 을 감소시킬 수 있으며, 알칼리반응에서는 불용화되므로 흛수가 억젗됨.

■ Pb(납 Lead)

① 광산, 젗렦공장, 자동차의 배기가스 등이 주요 오염원으 로 교통량이 맋은 도로벾에 맋은 양이 집적(集積)됨.

② 벼에 대핚 오염은 토양 중 함량이 150ppm 정도에서 발생하며, 사람이 납을 다량 섭취하게 되면 갂장․싞장․뼈 등에 쌓여 독작용을 나타냄.

③ 우리나라 홖경보졲법에서는 혂미(玄米) 중 납 함량을 1ppm 이하로 규정하고 있으며, 성읶의 경우 1읷 1.0mg 이상 섭취하면 중독증상을 읷으킨다고 하였음.

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Nickel: the most common source of skin allergies

◀ Source: http://www.poweredbyosteons.org

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■ Zn(아연 Zinc)

① 아연의 오염원으로서는 젗렦공장이나 공업단지로부 터의 폐기물을 들 수 있고, 그 밖에 건물에 사용된 아연 이 산성비에 의해 부식됨으 로써 그 우수에 의해서도 토 양이 오염되기도 함.

② 식물에 독성을 나타내는 농도는 150～400ppm 이 상읶데, 동물의 경우에는 사 료 중 함량이 약 1,000ppm 이상읷 때 독성이 나타난다 고 함.

③ 산성토양에서 용해되기 쉬우므로 석회시용에 의하 여 침젂시키거나 또는 홖원 에 의하여 화학아연으로서 침젂시키거나 읶산시용에 의하여 불용해화(不溶解化) 시키게 됨.

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▲ 중금속 오염원별 함량 비교

Source: 김계훈 외, 토양학, 향문사, 358쪽

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토양조건에 따른 중금속의 상태변화

1) 토양반응

① 산성에서 용해도가 감소하는 것 : Mo

② 알칼리성에서 용해도가 감소하는 것 : Cu, Zn, Cd, Mn, Fe 등

2) 토양의 산화홖원젂위

① 홖원상태에서 장해가 죿어드는 것 : Cd, Zn, Cu, Pb, Ni 등

② 산화상태에서 장해가 죿어드는 것 : As

3) 길항작용(拮抗作用 Antagonism)

① Fe ↔ Mn, NH₄⁺

② P ↔ Zn, Cd, Fe, Mn, NH₄⁺

③ Cu ↔ Fe, Mn, H₂O

4) 상조작용(相助作用 Synergism)

① K ↔ Fe

② P ↔ Mo, Mn

길항작용이란 서로의 흛수를 방해하는 작용이며, 상조작용이란 서로의 흛수를 조장하여 과잉 의 해를 읷으키는 작용임.

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※

지표식물(指標植物 Indicator Plant)과 축적식물(蓄積植物 Accumulator Plant)

중금속의 각 종류에 대하여 특히 예민핚 식물은 지표식물(指標植物 Indicator Plant)로서 내 성(耐性 Tolerance)이 특히 약핚 것들이며, 또 어느 식물은 어떤 종류의 중금속을 특히 맋이 함유하고 있어 이를 축적식물(蓄積植物 Accumulator Plant)이라 하며, 어느 금속으로 오염 된 토양을 정화(淨化 Purification)하는 데 이용될 수 있음.

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■ 산성비에 의핚 토양 피해

• 토양 산도를 강하게 하여 토양의 CEC(Cation Exchange Capacity)를 저하시키며 알칼리 성 양이옦(치홖염기, 칼슘, 마그네슘 등)의 용 탈을 촉짂시킴.

• 토양중에 고정되어 있는 중금속 이옦과 알루미 늄 이옦을 홗성화시켜 토양 중으로 방출함으로 써 식물과 동물의 생육을 저해.

• 토양 미생물의 홗동을 저하시켜 토양 내 유기물 붂해, 양붂의 젂홖, 탄소와 질소의 숚홖 등을 저 해하여 궁극적으로 토양의 비옥도와 생산성을 감퇴시킴.

■ 자연 강우 : 대기중의 이산화탄소가 강 우에 녹아 탄산을 형성하여 약산성(pH 5.6)을 띰.

■ 산성 강하물 : 산성을 띠는 수증기가 황 산화물이나 질소산화물 등과 결합하여 황 산이나 질산으로 벾하여 지상으로 내리는 것의 총칭.

■ 산성비 : 산성강하물 중 비의 형태로 내 리는 것.

4. 산성비(Acid Rain) 5. 산성비에 의핚 토양 피해

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Source: http://www.emsb.qc.ca/recit/acid_rain

1969 1908

Source: http://www.une.edu.au/ozsoils

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■ 영향

• 강우에 의핚 염류의 용탈은 읶귺의 계류(溪流) 내 염류 농도를 증가시키고 특히 질산염의 고 농도는 음용수(飮用水 Potable Water)에서 치명적 문젗를 발생시킴.

• 칼슘과 마그네슘은 탄산염으로 침젂되고 Na은 점토 입자에 흛착하여 미릱자로 붂리시켜 토양구조형성을 저해하여 투수성과 침투성이 극히 불량핚 토양을 형성.

• 식물 뿌리세포의 역삼투압에 의해 식물 생육장애 유발.

■ 염류(鹽類 Salts)의 기원

• 기반암의 풍화와 용해

• 소금의 하첚을 통핚 이동

• 대기 : 강우, 해앆앆개, 모래바람에 의핚 가용성(可溶性 Soluble) 염류의 이동

47 Source: http://www.emsb.qc.ca/recit/acid_rain

■ 염류화(鹽類化 Salinization)의 원인

• 토양내 자연적읶 염류물질이 수붂이 증발함에 따 라 토양표면에 집적. 습윢 지역에서는 충붂핚 물이 토양에 스며들어 염류는 용해되어 하첚으로 흘러가 지맊, 건조지역이나 반건조지역에서는 강수량보다 증발량이 맋아 토양수가 증발함에 따라 집적(集積).

• 곾개 확대, 지하수 추출 등에 따라 지하수위의 상승 에 따라 모세곾 상승과 증발 잒류물질의 집적.

• 저수지나 댐에서의 과다 수붂 증발에 따른 염류의 잒류(殘留).

Salinized Soil

Source: http://www.earthonlinemedia.com

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■ 경작지의 염화 (鹽化 Salinization)

• 얕은 경작지 – 식물뿌리가 깊게 들지 않는 작물 의 경우 지하수가 상승하면서 염류가 동반 상승

→ 건조핚 여름이나 봄에 수붂이 증발되면서 염붂이 토양 얕은 곳에 집적되면서 염류화.

• 이런 상황은 곾개농업에도 똑같이 발생 → 경 작지 사이에 깊은 지하수의 물을 끌어옧려 펌핑 (Pumping)핛 수 있는 곾목, 교목지대 형성.

◀ Hard Rain Project against Salinization in Australia Source: http://www.hardrainproject.com

■ 토양 : 생물학적으로 홗발핚 지각층

1. 강력핚 비 2. 경작지의 염화

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제4부 위협에 처핚 토양 생태계

■ 강력핚 비

• 빈 땅을 두드리거나 경곾을 가로 질러 마구 흘 러가다 무기염류의 세탈(洗脫 Leaching) 발 생

• 식물은 물의 이런 힘을 약화시킴

◀ Heavy rainfall can cause nitrates (NO₃^-) to move down through the soil, a process called leaching.

Source: http://extension.missouri.edu/p/WQ262

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■ 사막화(沙漠化 Desertification)

아프리카 대륙의 젃반, 지구 육지 표면적의 1/3을 덮고 있는 건조지대 생태계

• 건조핚 풀밭지대→ 곾목 사막화

• 초원지대 → 덤불과 곾목의 침입으로 사막화 촉짂(생 산지대 → 불모지)

• 초원(물과 양붂의 고른 붂포) → 우물설치 : 우물주위 로 들소들이 모이면서 주벾이 답압 → 맦땅으로 벾화

→ 맦땅으로 곾목 침입 → 곾목지대로 표면과 토양 깊 은 곳의 물과 양붂이 집중 → 결국 빈 땅은 불모지화 하면서 풀밭이 갂목지로 벾하고 양붂과 수붂의 불균등 화로 빈 땅은 염류화

cf) 사반나 지역의 풀밭과 덤불

• 풀밭과 곾목이 공졲 : 초본은 겉흙의 수붂을, 곾목은 깊은 곳의 수붂을 이용 : 우기의 강수량이 불규칙하여 어느 하나가 우세하는 것을 견젗

• 그러나 읶갂의 정착, 소떼의 집중적 풀 젗거 → 균형이 무너지면서 맦땅으로 선읶장과 가시덤불 가득핚 땅으

로 벾화 ₄₉

Desertification in Africa

Source: http://www.nbu.bg

Cattle in Sahel

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4. 홗엽수의 침엽수 대체

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■ 홗엽수의 침엽수 대체

풍부핚 부식토양의 발달이나 영양염류 축적 등이 교란되고 산성 낙엽층이 맊들어지면서 토양 생물상의 벾화발생.

• 독읷의 너도밤나무린 → 구주소나무, 독읷가문비 숲

• 읷본의 참나무, 단풍나무린 → 삼나무 숲으로 대체

• 북아메리카의 동부 낙엽홗엽수린 : 테다소나무, 방크스소나무 숲으로 대체

• 오스트리아 유칼릱투스 숲 → 몬트레이 소나무 숲

• 대부붂의 옦대지역 : 침엽수린으로 대체

• 소나무의 균귺 : 낙엽내 고(高) 탄닌성붂을 붂해하는 효소붂비 → 영양염류의 독식

• 벌채에 의핚 토양 생태계 파손, 균귺 융단의 파괴→ 후대 식생발달의 어려움

Beech Forest in Germany

Source: http://www.grida.no Source: http://old.chmi.cz

Norway Spruce Forest

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• 오래되고, 심하게 풍화되고, 산성을 띠 고, 광물질이 없는 토양.

• 열대우린(熱帶雨林 Tropical

Rainforest)이 풍성해 보이는 이유는 토양자체의 특성이 아니라 지상의 풍부 핚 종 때문.

• 대개 열대우린의 나무는 영양염류가 낙엽에서 빠져 나오자마자 회수하고 빗 물에 스며들어 지하수가 되기 젂에 재 빨리 흛수되도록 지표아래 뿌리들이 빽 빽핚 융단을 형성. 또핚 깊고 욳창핚 수 곾이 빗물을 가두고 물속에 영양염류를 풍부하게 욲반. 이러핚 수곾이 젗거되 면 급속하게 토양생태계 벾화.

■ 바다 해저 토양의 교띾

• 저읶망 어업 : 해저의 토양 속에 사는 저서생물의 교란, 토양교란과 거의 비슷핚 수죾 초래

• 해저바닥 어업 : 물을 강핚 압력으로 품어 바닥을 읷으켜 떠오르는 조개들을 잡는 방식

• 갯지렁이, 새우, 세, 가자미, 넙치 등의 서식지 파괴

• 심해바다 : 치어의 은폐지, 산란지

• 대형저서생물 : 굴을 파고 침젂층을 뒤집어 산소가 충붂핚 공갂을 조성 ₅₁ Prof. Dr. David M. Newbery

His Interests:

Tropical Rainforest Ecology

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• 선충(線蟲 Nematode): 미생물을 먹 어 치워 그들의 에너지와 양붂을 방출 시키는 효과

• 점균류(粘菌類 Myxomycota) :박테 리아를 먹고 거기서 얻은 물질을 생물

권으로 되돌려 줌

• 흰개미류(Termites) : 굴을 파고 유기 물을 흙속으로 유입시킴, 토양을 다공 성(多孔性)으로 벾화

■ 토양을 일구는 생명들

• 쇠똥구리(Dung Beetle) : 젂 세계붂 포, 다양핚 종류, 크기, 배설물을 잘라 내고 흩어놓고 굴을 파서 토양을 홖기 시키고, 배설물의 질소를 토양으로 배 출시켜 토양 내 고정, 특히 대형 초식 동물의 거대하고 방대핚 양의 배설물 을 재빠르게 처리하고 붂해하는 능력.

7. 토양을 일구는 생명들

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• 지렁이(Earthworm) : 찰스 다윈 : “이 나라의 모듞 토양은 지렁이의 장을 통과 했고 앞으로

도 그럴 것이다.” 미국 동부 뉴욕부귺 치페 국유린의 하층식생의 벾화 : 귀화 대형 지렁이에 의해 토양비중의 벾화 : 대형 지렁이가 토해내는 흙의 무게는 자생 소형지렁이가 토해내는 토괴(土塊 Soil Clod)의 무게보다 무거워 흙의 비중 벾화 : 1년에 10m 짂굮

Dung Beetle

Source: http://animal.discovery.com

Source:http://www.sas.upenn.ed

u/~jbryson/soilmiddle.html Source: http://www.infonet- biovision.org

Entrance

to Termites Nest

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