선태식물에 의한 토양복원 효과 연구

Abstract

Jeju Island's oreums not only possess topographical features that are not easily found elsewhere, but also have high ecological education and tourism resource value due to their natural beauty, diverse flora, history, humanities, and educational value (Jeju Research Institute, 2019). However, due to the increasing awareness and visitation of tourists to these outstanding natural landscapes, the hill is being damaged and the ecosystem is being fragmented. Restoration utilizing bryophytes (lichens) is ideal for restoring dry soils because they absorb water and nutrients through their leaves and can withstand long periods of dryness (Vanderpoorten & Goffinet 2009). Furthermore, lichens can facilitate the reproduction of cyanobacteria and geophytes, further enhancing biological communities and biota in restored areas (Antoninka et al. 2016), so establishing lichens early in the restoration process can be a valuable first step in reestablishing more complete biological communities. The purpose of this study is to conduct a restoration study using mosses by considering the physicochemical characteristics of the soil in the study site, focusing on the soil environment in Donneri oreum, Jeju Island. The geographical location of Donneri oreum is 33°19'32.51"N, 126°19'18.70"E. The altitude is 439 meters above sea level, and the total area is about 300,000 m². There are hoof craters and circular craters, respectively, and the moss layer has been dug up by tourists and damaged by cattle and horse grazing. Therefore, Donneri oreum has been in a natural rest year for 15 years from 2008 to the present to preserve the natural ecosystem, and access to the area is prohibited, so we obtained permission before conducting the research. Soil samples were collected from the topsoil at a depth of 10 cm for a total of 26 points over four trips from August to October 2022 and two trips from March to April 2023, and then 500 g of each was transported to the laboratory to be used as an analysis sample, and the samples from the damaged area were divided into a comparison group and a control group to grow moss in the comparison group. The mosses used were frost moss (Rhacomitrium canescens), woolly moss (Hypnum plumaeforme Wilson), and roof red moss (Ceratodon purpureus), which are native to the study site, and the same environment, conditions, and replicates were used for each species. To minimize contamination during sampling, equipment was replaced with new equipment after each sampling, and soil analysis was performed using nitrogen analyzers (OPSIS) and spectrophotometers (Anlyticyena). The results showed that the mosses on Donnery Crag had caused significant improvements in several key soil properties. Soil pH, cation exchange capacity (CEC), calcium (Ca), organic carbon, potassium (K), magnesium (Mg), organic matter, and free phosphorus all showed significant increases after moss application. The pH adjustment effect will cause a shift to a slightly acidic soil suitable for plant growth when applied to a neutral or alkaline soil environment, which will allow for optimal plant growth and nutrient supply. Elevated CEC can also improve the soil's ability to retain and exchange essential nutrients, which can lead to increased plant productivity. In addition, increases in calcium, potassium, and magnesium are crucial for the structural stability of the soil, as well as facilitating various physiological processes in plants. Finally, we found a significant increase in organic carbon content, which indicates improved soil fertility and microbial activity. Organic carbon acts as a reservoir of nutrients and promotes healthy root development by promoting water retention and strengthening the soil structure, making it a key outcome of this study, along with carbon sequestration, which has become an increasingly important issue. These factors will play an important role in future microecosystem composition, nutrient uptake, and overall plant metabolism and ecosystem diversity. The main significance of this study is to identify ways to restore areas that cannot be restored naturally by utilizing mosses, which are a component of the target ecosystem, in the Donor Forest on Jeju Island, where restoration is underway due to a long period of natural rest year. Through the results of this study, it is judged that the treatment of moss in the soil environment within the damaged ecosystem can have a positive effect on various soil indicators necessary for ecosystem restoration, and it is expected that it can be an ecological restoration method with high stability in future ecological restoration.

제주도의 오름은 다른 지역에서 쉽게 볼 수 없는 지형적 특성을 지니고 있을 뿐만 아니라 자연의 수려함과 다양한 식물상, 역사, 인문, 교육적 가치가 매우 높은 생태 교육 및 관광 자원적 측면의 고가치를 지니고 있다(제주연구원, 2019). 그러나 이와 같은 뛰어난 자연경관에 대한 관광객들의 인지도 증가와 방문으로 인하여 오름 훼손 및 생태계의 파편화가 진행되고 있다. 선태식물(이끼)를 활용한 복원은 건조한 토양의 복원에 이상적인데, 이끼는 잎을 통해 물과 영양소를 흡수하고 오랜 기간의 건조를 견딜 수 있기 때문이다(Vanderpoorten & Goffinet 2009). 또한 이끼류는 시아노박테리아 및 지의류 번식을 용이하게 하여 복원 대상 지역에서 생물 공동체와 생물 지각을 더욱 향상시킬 수 있기에(Antoninka et al. 2016) 복원 과정 초기에 이끼를 조성하는 것은 보다 완전한 생물 군집을 재건하는 데 귀중한 첫걸음이 될 수 있다. 본 연구의 목적은 제주도 도너리오름을 대상지역으로 하여 토양 환경을 중심으로 연구대상지 토양의 물리 화학적 특성을 고려하여 이끼를 활용한 복원 연구를 진행하는 것이다. 도너리오름의 지리적 위치는 33°1932.51N, 126°1918.70E이다. 해발고도는 439 m이며 총 면적은 약 300,000 m²로, 발굽형 분화구, 원형 분화구가 각각 존재하고 탐방객에 의해 송이층이 파헤쳐지고 소와 말의 방목에 의한 훼손이 상당히 진행되었다. 때문에 도너리오름은 현재 자연의 생태계 보존을 위해 2008년부터 현재까지 15년간 자연휴식년제 상태였으며, 지역의 출입이 금지되어 있기에 연구에 앞서 허가를 받아 연구를 진행하였다. 토양시료는 2022년 8월에서 10월까지의 4차례 답사와 2023년 3월에서 4월까지의 2차례 답사에 걸쳐 10 ㎝ 깊이의 표토를 1회 1 kg씩 총 26점을 채취한 뒤, 각 500 g을 실험실로 운반하여 분석 시료로 사용하고, 훼손지대의 시료를 비교군과 대조군으로 나누어 비교군에 이끼를 생육시켰다. 이끼는 연구 대상지에서 자생하고 있는 서리이끼(Rhacomitrium canescens)와 털깃털이끼(Hypnum plumaeforme Wilson), 지붕빨간이끼(Ceratodon purpureus)를 채취하여 사용하였으며, 각 종마다 동일한 환경과 조건, 반복을 통해 실험을 진행하였다. 시료 채취 시 오염을 최소화하기 위해 장비들은 매 채취시 새로운 장비들로 교체하며, 토양 분석은 질소분석기(OPSIS), 분광광도계(Anlyticyena) 등을 활용한 분석을 통해 진행하였다. 그 결과, 도너리 오름에 자생하는 이끼가 몇 가지 주요 토양 특성에 상당한 개선을 초래했다는 것을 확인하였다. 토양의 pH, 양이온 교환 용량(CEC), 칼슘(Ca), 유기 탄소, 칼륨(K), 마그네슘(Mg), 유기물, 유효인산 모두 이끼 적용 후 눈에 띄는 증가를 보였다. pH의 조정 효과는 중성적이거나 알칼리성 토양 환경에 적용할 경우 식물 생장에 적합한 약산성 토양으로의 전환을 야기할 것이며, 이는 최적의 식물 성장과 영양 공급을 가능케 한다. 또한 CEC의 상승은 토양이 필수 영양소를 유지하고 교환할 수 있는 능력을 향상할 수 있으며, 이를 통해 식물 생산성 향상을 유도할수 있다. 이외에도 칼슘, 칼륨, 마그네슘의 증가는 식물의 다양한 생리적 과정을 촉진할 뿐만 아니라 토양의 구조적 안정성에 결정적이다. 마지막으로 유기 탄소 함량이 크게 증가한 것을 확인하였으며, 이는 토양 비옥도와 미생물 활동이 개선되었음을 나타낸다. 유기 탄소는 영양의 저장고 역할을 하며, 수분 보유를 촉진하고 토양 구조를 강화하여 건강한 뿌리 개발을 촉진하기에 최근 이슈가 되고 있는 탄소 격리 효과와 더불어 본 연구의 핵심 결과물이 될 것이다. 이러한 요소들은 향후 미소생태계 구성, 양분 흡수, 그리고 전반적인 식물 대사 및 생태계 다양성에서 중요한 역할을 할 것이다. 본 연구에서는 자연휴식년제가 오랜 기간 유지되어 복원이 진행 중인 제주도 도너리오름에 대하여 자연적으로 복원이 되지 못하고 있는 지역을, 대상지 생태계의 구성 요소인 이끼를 활용하여 복원할 수 있는 방안을 도출해내는데 큰 연구의의를 둔다. 본 연구 결과를 통해 훼손된 생태계 내의 토양 환경에 이끼를 처리할 경우 생태계 복원에 필요한 여러 토양 지표들에 긍정적인 영향을 끼칠 수 있을 것으로 판단되는 바, 추후 생태 복원에 있어 높은 안정성을 가질 수 있는 생태복원방안이 될 수 있을 것이라 기대한다.