토양인자와 임목생장

[들꽃]

토양인자와 임목생장과의 관계
김동춘/임업시험장 산림토양과장
<표2>낙엽송의 지위지수별 재적 수확량(주림목 수확량) <표7>소나무의 근계 <표1>낙엽송의 지위지수 곡선 <표3>낙엽송림의 성장 <표4>토양의 깊이와 낙엽송의 근계 <표5>삼나무의 근계 <표6>삼나무의 수고생장	*이번호* ○머리말 1. 임목 생장의 양부를 나타내는 방법 ○지위 ○지위지수 ○지위지수곡선 2. 토양의 성질과 뿌리의 신장 *다음호* 3. 뿌리의 생육활동에 필요한 조건 가. 토양 속의 수분과 공기 나. 토양의 통기성·투수성 4. 임목 생장의 예측 가. 임목 생장에 관계하는 환경인자 나. 환경인자와 임목 생장의 관여율 다. 토양형과 임목의 생장 머리말 어떤 임지에서 어떤 수종의 나무가 생장하는 능력(재적생장능력)은 그 임지가 갖고 있는 여러 환경인자와 그 수종이 갖고 있는 생리적인 기능 등이 유기적으로 결합되어 이루어지는 것이다. 임목의 생장은 식재본수와 제벌, 간벌 등의 시업조건을 비롯하여 토양 지세 기상 등의 자연적 환경요인 그리고 산화 병충해 같은 우발적 원인 등에 의하여 좌우된다. 이러한 요건 가운데서 시업조건은 우리들이 얼마든지 조절할 수 있으나 자연환경과 우발적인 요인은 우리로서는 미리 손을 쓸 수 없다. 임업에서는 경운, 시비, 관수 같은 비배관리는 실시하지 않고 그 생장은 오로지 자연의 토지생산능력이라고 하는 자연환경에만 의존하고 있는 것이 보통이다. 그러므로 조림수종을 선정하자면 이러한 환경요인과 조림수종이 갖고 있는 생리적인 적응성을 충분히 이해하고 임지의 생산능력을 예상하여야 할 것이다. 원래 임목이 왕성하게 생장하자면 그 수종에 알맞는 온도 광선 흡수하기 쉬운 적당한 토양수분 뿌리의 호흡에 필요한 토양공기와 충분한 영양이 있어야 한다. 이러한 여러 인자가 알맞게 되어있지 않으면 생장은 저하된다. 또 바람, 추위, 눈 또는 병충해, 산화 등 임목에 위해를 주는 요인이 있으면 생장이 떨어지고 성림은 불가능하게 된다. 그러므로 조림한 임목이 잘 성장하는가를 판단하는 것 즉 적지적수를 판단하기 위해서는 우선 먼저 임목의 생장상태를 나타내는 방법을 알어야 하고 둘째로 생장에 필요한 조건을 판단하는 방법을 알어야 한다. 그 뿐만 아니라 갱신방법, 보육방법, 벌기의 결정방법 등 환경조건을 토대로 하여 판단할 필요가 있다. "산림"지의 편집자로부터 "토양인자와 임목 생장과의 관계"에 대하여 글을 써달라는 청탁을 받었기에 필자는 우선 만저 임목의 생장상태를 나타내는 방법을 소개하고 다음에 임목생장에 필요한 토양조건을 중심으로 하여 기술하고자 한다. 막상 글을 쓰고자 하니 우리나라에서는 아직것 산림토양과 임목 생장과의 관계에 대하여 조사 연구된 자료가 충분치 못하여 일본에서 조사 발표된 자료를 인용할 수밖에 없는 것을 부끄럽게 생각한다. 앞으로 임업시험장에서는 이 문제에 대하여 더욱 연구를 하여 여러분에게 적지적수 판정의 지표를 제시하겠다는 것을 약속한다. 1. 임목 생장의 양부를 나타내는 방법 가. 지위 임지의 토양이 좋은가 나쁜가 다시 말해서 적지적수인가를 판단하자면 그 임지에 생육하고 있는 임목이 잘 생장하고 있는가를 판별하면 된다. 생장의 양부를 나타내는 방법으로서는 보통 지위등급이라는 것을 사용한다. 예를 들면 Ａ지에 있는 잣나무는 1등지에 해당하는 좋은 생장은 하지만 Ｂ지에 있는 낙엽송은 3등지도 않되는 나쁜 생장을 하고 있다는 식으로 나타난다. 따라서 지위등급은 생장의 양부를 판단하는 척도가 된다. 우리나라에는 강원도 "양양지방 소나무림 임분 수확표" "경기도 지방 민유림 임분 수확표"등과 같이 지방마다 주요 조림수종에 대한 수확표가 작성되어 있다. 이 수확표는그 지방에서 생장하고 있는 어떤 수종의 생장상황을 판단하는 기준을 1등지, 2등, 3등지 또는 상 중 하 등으로 구분하고 있다. 이것을 지위라고 한다. 즉 지위는 그 임지가 갖고 있는 임목 생산능력을 구분하는 척도로 되어 있다. 수확표의 지위는 임영과 수고를 기준으로 하여 구분한 것이기 때문에 수고생장을 조사하면 임지의 지위(생산력)을 판단할 수 있다. 임목의 생장이 좋은가 어떤가를 나타내는 방법으로서는 조림의 최종 목적인 수확량 즉 재적과 임령으로 나타내는 것이 가장 합리적이다. 그러나 재적생장은 토지의 양부 뿐만 아니라 간벌, 제벌, 기타 인위적인 시업방법에 따라 큰 차가 나타나기 때문에 생산능력의 척도로서는 부적합하다. ha당 재적은 수고 흉고직경 입목 본수의 3인자로 계산된다. 이 가운데서 임목 본수는 산림경영자의 경영목적에 따라 좌우되며, 임목 본수가 적으면 개개의 조림목(단목)의 직경은 커지지만 ha당 재적은 적어지는 경향이 있다. 즉 본수 직경 재적 사이에는 서로 높은 상관관계를 갖고 있으며 인위적으로 얼마든지 조절할 수 있다. 그러나 수고생장은 인위적인 영향을 거의 받지 않는다. 이러한 이유 때문에 임지가 갖고 있는 생산능력을 나타내는 방법으로서 수고생장을 사용하는 것이 가장 좋은 방법이라 하겠다. 나. 지위지수 지위등급은 위에서 설명한바와 같이 어떤 지방에서의 생장을 비교하는 것이기 때문에 이 지위를 상대적 지위라고 한다 다시 말하면 경기도지방 소나무림의 1등지와 강원도 지방 소나무림 1등지는 생장이 같지 않다. 따라서 지위등급을 가지고 토양조건과 임목 생장과의 관계를 조사하기에는 아주 불편하다. 이 지위등급에 대하여 절대적 지위라고 하는 지위 표시법이 있다. 이것은 일정 기준임령인 때의 우세목의 수고로 나타난다. 우세목이라 함은 임분에서 상층목을 뜻하는 것이며 이 우세목의 수고를 기준으로 한 지위를 지위지수라고 한다. 이 때의 기준임령은 될 수 있는 대로 벌기에 가까운 것이 좋다. 벌기라는 것은 지방에 따라 수종에 따라 또 개개의 경영목적에 따라 일정하지 않다. 농작물에 있어서는 성숙기가 확실하기 때문에 수확기는 큰 문제가 되지 않지만 임업에 있어서는 임목의 성숙기가 불분명하기 때문에 수확기(변기)는 중요한 것이다. 외국에서는 지위지수의 기준 연령을 50년 또는 100년으로 하고 있지만 이것은 천연림을 대상으로 한 것이다. 인공림에서의 벌기는 30년 내외가 보통이다. 우리나라에서는 20년을 기준으로 하여 지위지수를 분류하고 있다. 그 이유는 현존 조림지가 대부분 20년 내외이므로 20년을 평균적인 임령이라고 추정한 것이다. 그러므로 우리나라에서는 지위지수 18이라고 하면 임령이 20년 생인 때 그 임분의 우세목 평균수고가 18ｍ로 되는 또는 될 수 있는 생장을 하는 임분이라는 뜻이다. 이리하여 잣나무의 지위지수 12가 경북에서는 1등지이나 강원도 지방에서는 2등지 밖에 않된다. 같은 생장이 지방에 따라 다른 등급에 속하게 되는 불편이 지위지수에서는 없어진다. 지위지수에 사용되는 수고는 앞서 말한바와 같이 우세목의 수고를 사용한다. 그 이유는 하층목까지 포함한 전 임분의 평균치를 사용하면 그 값이 간벌을 실시했는가 않했는가에 따라 변화하기 때문이다. 인위적인 영향을 될 수 있는 대로 받지 않게끔 지위를 나타내자는 취지에 반하게 된다. 또 하층목은 피압 피해 등을 받고 있는 것이 보통이기 때문에 토지의 생산력을 나타내는 방법으로서는 부적당하다. 다. 지위지수 곡선 어떤 임분의 임영이 꼭 20년 생이면 이 임분에서 우세목의 수고를 측정하여 쉽게 지위지수를 구할 수 있다. 그러나 20년 생 이외의 임분, 예를 들면 30년 생의 임분에서는 10년 전의 수고를 측정해야만 된다. 반대로 10년 생의 임분에서는 10년 후의 수고를 알아야만 된다. 이러한 때에는 지위지수 곡선을 만들어두면 아주 편리하다. 지위지수 곡선은 임령 20년 때의 우세목수고가 10. 12. 14. 16. 18ｍ…되는 수고생장곡선의 집단이다.<표1>은 낙엽송 임분의 지위지수 곡선이다. 표를 보면 지위지수 16이란 곡선은 임령 20년 생인 때 우세목의 수고가 16ｍ인 곡선이며 이 곡선에서 임령 10년, 30년, 40년, 50년인 때의 우세목 수고가 몇 ｍ되는가를 나타내고 있다. 이 곡선만 있으면 어떠한 임분이라도 임령과 우세목 수고를 조사하면 지위지수를 간단하게 구할 수 있다. 김씨가 갖고 있는 산림은 32년 생이고 우세목의 평균수고가 19ｍ이면 <표1>에서의 Ａ점에 해당하며 지위지수곡선 14ｍ에 가장 가까우므로 이 산림의 지위지수는 14라고 할 수 있다. 이씨의 산림은 15년 생 때 수고 15ｍ이기 때문에 Ｂ점에 해당하며 지위지수는 16이라고 구할 수 있다. 우리나라 낙엽송 임지에서의 지위지수별 ha당 재적수확량을 표시하면 <표2>와 같다. 단, 수확표는 한 개의 기준숫자이므로 좁은 특정지역에서는 반드시 이 숫자대로 생장한다고는 할 수 없는 것이다. 2. 토양의 성질과 뿌리의 신장 가. 얕은 땅 깊은 땅 토양의 성질은 직접 뿌리의 신장과 활동에 영향을 준다. 뿌리의 신장과 활동은 임목의 생장과 대단히 큰 관계가 있으므로 뿌리를 가지고 토양과 임목의 생장관계를 생각해 보기로 한다. 화분에 나무를 심어 물과 비료를 충분히 주면서 기르면 나무의 뿌리는 화분 안에 꽉 차게 되고 그 이상은 신장하지 못한다. 그러면 결국 나무의 생장도 정지된다. 이러한 현상을 우리는 흔히 볼 수 있다. 이 현상으로도 알 수 있는 바와 같이 얕은 토양에 심은 나무의 뿌리는 깊은 토양에 심은 것보다 생육신장면에서 장해를 받게된다. 일본의 부사산의 서북부 산록 해발 1350ｍ인 곳에는 흑색토양이 분포하고 있지만 이 흑색토양의 하층은 견밀하기 때문에 낙엽송의 생장이 좋지 않다. 이 근처에서 정상적으로 생육한 낙엽송림(갈색 토양)과 그렇지 못한 것(흑색 토양)의 생장을 비교하면 <표3>과 같다. 이 두 임분에서 표준목을 선정한 후 근계를 조사하면 <표4>와 같다. 뿌리의 신장상태가 몹시 틀리다는 것을 알 수 있다. 정상적으로 생장한 임분(No.1)의 토양은 깊어 Ａ층과 Ｂ층의 깊이는 80㎝나 된다 그 밑의 B-C층은 고다지 견밀하지도 않기 때문에 낙엽송의 뿌리는 정상적으로 신장하여 깊이 100㎝내지 120㎝까지 달하고 있다. 이에 반하여 No.2의 임분은 흑색토가 얕어 60㎝정도에서 Ｃ층(력층)이 나타나며 이 층은 몹시 견밀하고 그 밑은 벽 같은 고결층으로 되어 있다. 이 때문에 낙엽송의 뿌리는 Ｃ층까지도 신장할 수 없었고 지표 50∼60㎝정도에서 정지되어 옆으로만 발달하고 있다. 이 나무에서 1.5ｍ 떨어진 곳을 굴취하여 토양단면을 채취한 후 세근의 분포를 조사하니 No.1의 임분에서는 깊은 곳까지 세근이 분포하고 그 수도 많았다. 그러나 No.2의 임분에서는 표층에만 밀하게 분포하고 있을 뿐 하층에서는 세근이 작고 전체의 수도 적었다. 세근은 양분을 흡수하는 주요한 작용을 하는 곳이기 때문에 세근의 활동은 나무의 생장에 아주 중요한 것이다. 이 세근의 발달이 충분치 못한 토양에서는 나무의 생장이 좋을리 없다. 흑색토에는 보통 하층에 견밀한 벽상의 고결층이 나타나며 이 벽상은 투수성이 나쁘기 때문에 비가 많이 오는 계절 또는 해설기 등에는 지중수가 정지되고 이 때문에 이층까지 생장한 뿌리는 썩고 썩은 부분부터 병균이 침입하여 근주부폐병을 이르키게 된다. 이리하여 외관으로는 형질이 좋은 임목이지만 내부에 가서는 목질무가 썩어 이용가치를 격감시키게 된다. 이와 같이 뿌리의 신장을 방해하는 견밀토층 또는 불투수층 등이 있으면 이층까지의 깊이가 문제된다. 그러므로 이층까지의 깊이를 유효심도 또는 유효토층이라고 부른다. 다시 말하면 유효심도는 뿌리가 신장할 수 있는 깊이라는 뜻이다. 얕은 토양, 깊은 토양이라 함은 결국 유효심도가 얕은 토양 깊은 토양을 뜻한다. 편백은 뿌리가 얕은 수종이기 때문에 심근성인 삼나무만큼 유효심도는 깊지 않아도 된다. 이와 같이 수종에 따라 차이는 있지만 일반적으로 유효심도는 깊을수록 우량 조림지가 된다고 할 수 있다. 나. 연한 땅 단단한 땅 토양은 콘크리트(Concret)같이 단단한 것 공간이 많은 력층 부식이 풍부한 토층 등 성질이 다른 여러 가지 층이 서로 결합되어 토층을 형성하고 있다. 이에 따라 나무의 뿌리가 신장하는 방식도 현저하게 달라진다. 일본의 남구주에 있는 기리시마 화산 산록에서 조사한 시마다씨의 보고에 의하면 이곳 산록 완사면에는 화산사력이 퇴적된 견고한 토층이 2단으로 되어있는 토양이 넓게 분포되어 있다고 한다. 여기에 조림한 삼나무는 이 사력층 때문에 뿌리의 신장이 방해받아 생장이 아주 나쁘다. 이 지역에 조림한 삼나무의 임령은 46년 생이다. 이곳에서 표준목의 근계를 조사하니 <표5>와 같다. 표를 보면 Ａ층에서 뿌리가 옆으로 신장되고 세근도 많다. 그러나 Ａ층 아래에 있는 IVS층(사력층)에서는 뿌리가 거의 발달되어 있지 않고 주근은 이층을 관통하는데 아주 고생한 것 같이 보인다. 이 층은 1㎝가량의 력이 중심으로 되어있다. 이 층 상부에는 세사가 섞여있고 아래층에도 세사 화산회가 혼합된 연한층이 있으나 전체적으로 아주 견고한 층이다. 이 견고한 사력층을 통과하여 자란 주근은 다음의 Ａ'층 내에서 다시 사출근을 내고 있다. A'층은 과거 원래 Ａ층이었으나 상부의 분출부로 인하여 덮어진 것이다. 덮어지기 전에는 현재의 Ａ층과 비슷한 성질을 갖고 있었다고 추측된다. 그러나 장기간 대기로부터 격리되어 혐기적인 조건 하에서 부식이 분해되었기 때문에 토색은 검다. 단입구조는 형성되어 있지 않었으며 부식이 많고 수분함유량도 많이 팽연하기 때문에 이층 내에서 세근은 신장하고 있으나 그 량은 적다. 그러나 그 밑에 있는 IIVS층은 콘크리트 같이 견고한 층이기 때문에 주근은 이 층을 통과하지 못하고 A'층의 아래 부분에서 굴곡되어 옆으로 신장하고 있다. A'층 내의 사출근도 이 IIVa층까지는 못가고 있다. 이와 같이 뿌리의 발달이 장해되었기 때문에 나무의 생장도 쇠퇴되었다. 표준목(근계 조사목)을 수간석해한 수고생장곡선은 <표6>과 같다. 표에 의하면 20년 생까지는 2등지에 해당하는 생장을 하였으나 그 이후의 생장은 갑자기 쇠퇴되었다. 즉 20년경까지는 뿌리가 Ａ층에서 충분히 발달하였기 때문에 나무의 생강도 순조로웠다. 그러나 그 이후의 생장은 갑짜기 떨어졌다가 30년경에서 약간 회복된 후 40년경에서는 3등지에 해당하는 생장도 못하고 있다. 뿌리의 발달상황을 보면 IVs층에서 방해되었다가 고생 끝에 주근이 이곳을 관통하여 A'층에 달했기 때문에 측근이 신장했고 다시 견고한 사력층에 도달된 다음에는 신장이 다시 정지되었다. 이와 같이 뿌리의 신장상태와 나무의 생장상태는 밀접한 관계가 있다. 이 조림지에는 10년쯤후에 소나무가 침입해 들어왔지만 이 침입된 천연생 소나무가 오히려 조림한 삼나무보다 좋은 생장을 하고 있다고 한다. 이 소나무의 근계를 조사하니 <표7>과 같다. 사출근은 A층과 A'층에서 발달되었으며 삼나무와 현저하게 다른것은 직근이 비교적 IVs층을 관통하였고 IIVa층도 관통하여 두번째의 견고층까지 뿌리가 발달하였고 이층까지도 가까운 장래에 관통할 것 같은 왕성한 신장을 하고 있다. 소나무가 삼나무 보다도 왕성하게 성장하고 있고 원인이 여기에 있는 것이다. 다. 마른 땅 습한 땅 BA형, BB형 같은 마른 토양을 파보면 뿌리의 발달상태에 특징이 있음을 알 수 있다. 즉 Ao층 특히 Ｈ층에 세근이 조밀하게 분포되어 있고 어떤 때에는 세근망층을 이루고 있을 때도 있다. 토양 안에서의 뿌리는 대부분 Ａ층에 모여 있으며 아래층으로 갈수록 뿌리분포는 급격하게 감소한다. 건성토양에서는 Ａ층이 엷은 때는 보통 10㎝정도 아니면 20㎝정도이다. 따라서 뿌리가 지표부에 밀집하고 있다. 이것은 대부분 굵은 뿌리이며 굴곡이 심하고 목화되어 있어 단단하며 강인하다. 적윤성의 토양에서는 나무의 뿌리는 보통 정상적인 발달을 하고 있으며 또 비교적 깊게 분포되어 있다. 건성토양에서 볼 수 있는 바와 같이 표층에만 집중하는 현상은 없다. 아래층으로 갈수록 뿌리의 분토는 감소되지만 갑자기 감소하는 경향은 볼 수 없고 깊은 곳까지 통기 투수성이 좋기 때문에 뿌리는 깊게 발달되어 있다. 과습토양인 때는 뿌리는 깊게 신장하지 못하고 표층에서 판상으로 분포하게 된다. 오리나무와 같이 습지에 잘 견딜 수 있는 수종을 제외하고는 과습토양에서의 근계발달은 좋지 않다. 세근은 Ao층에서만 발달되고 그 외의 토층에는 적고 죽은 뿌리가 많게 된다. 건성 적윤 과습의 경우에 대하여 각각 뿌리신장의 특징을 설명하였으나 세근의 분포에도 특징이 있다. 삼나무의 세근분포율을 비교해보면 건성토양(BA형)에서는 세근의 거의 전부가 토심 10㎝부근까지에 집중되어 있고 20㎝이하에 분포한 것은 몇 %에 불과하다(건성토양에서는 두께가 10㎝정도). 적윤성 토양(BD형)에서는 Ａ층의 두께는 30∼40㎝정도이며 따라서 세근도 40㎝부근까지 분포하고 그 이하는 조금밖에 없다. 그러나 1m부근까지도 신장한다. BE형 붕적토에서는 Ａ층이 두꺼우며 1m이상의 깊이까지 뿌리가 분포한다. 과습토양(Ｇ형)에서는 20㎝인 Ａ층에 90%의 뿌리가 집중되어 있고 40%이하의 습층에는 분포하지 않는다.