온대낙엽수림 생태계 분해시스템에서의 생물다양성에 관한 연구

국문 초록 (Abstract)

본 연구는 식물 군락 종조성의 차이에 의하여 유발된 임상에서의 낙엽의 다양성이 삼림생태계 분해서브시스템의 구성과 기능에 차이를 나타내는지 알아보고자 환경부 장기생태연구지소인 점봉산지역에서 현지 실험을 실시하였다. 우리나라 대표적 식생단위인 신갈나무림의 주요구성종인 신갈나무와 당단풍 그리고 철쭉 3가지의 낙엽을 각각 교차 혼합하여 임상에서 낙엽분해실험을 litterbag method로 진행하는 한편 임상과 낙엽주머니의 미소 절지동물상을 동정분류하고, 분해 중인 낙엽에서의 dehydrogenase의 활성과 미생물량 등 생물학적 활성을 측정하였다. 또한 나프탈렌으로 미소절지동물 배제구를 만들어 324일 동안 낙엽분해를 비교하였다.
단일낙엽 종의 낙엽분해에서는 당단풍이 47.1%의 분해율을 보여 가장 빨리 분해되었으며, 신갈나무와 철쭉은 각각 24.5%, 29.4%의 분해를 보였다.
낙엽의 분해에 있어서 곤충의 역할은 대조구와 나프탈렌을 처리한 배제구를 비교하여 평가한 결과 나프탈렌 처리구에서는 동정된 곤충의 목 수와 총 개체수가 대조구에 비하여 적게 나타나 낙엽분해에 미치는 미소절지동물의 역할이 큼을 나타내었다.
신갈나무 낙엽과 다른 수종의 낙엽을 혼합하였을 때 분해율은 철쭉낙엽을 혼합한 것에서는 신갈나무보다 느리게 나타났고, 신갈나무와 당단풍 혼합 또한 분해율이 느리게 나타났다. 또한 미소 절지동물의 개체 수 및 다양성이 각각 신갈나무에서 351, 0.55, 신갈나무와 당단풍에서 164, 0.53, 신갈나무와 철쭉에서 129, 0.44, 신갈나무와 당단풍 그리고 철쭉 혼합한 것에서 203, 0.4를 나타내어 철쭉 낙엽의 혼합 시에 미소절지동물의 개체 수 및 다양성은 적어지는 결과를 나타내었다.
Microbial biomass-C, -N 그리고 dehydrogenase의 활성은 신갈나무 단일 낙엽과 혼합낙엽에서 별 다른 차이를 보이지 않았으며 온대낙엽수림 생태계 분해서브시스템에 있어서 분해 초기 단계이므로 분해낙엽 기질의 다양성이 분해자의 군집 다양성과 낙엽의 분해에 큰 영향을 초래하지 못하였기 때문에 낙엽 분해 후기 까지를 대표 할 수는 없다고 사료되어진다.

다국어 초록 (Multilingual Abstract)

This study carried out to determine the effects of diverse litter species mixtures which were caused by species composition of plant community on the structures and functions of decomposition subsystem in temperate forest ecosystem. The experiments performed in Mt. Jumbong of Long-term Ecological Research Sites of Ministry of Environment.
Q. mongolica is the dominant tree species of the Q. mongolica community which is the largest distributional area in Korean peninsula. Q. mongolica community composed of A. pseudo-sieboldianum and R. schlippenbachii in sub-tree layer and shrub layer, respectively.
I collected and cross-mixed fleshly fallen Q. mongolica, A. pseudo-sieboldianum and R. schlippenbachii litter species, and proceeded to experiment of decomposition on the forest floor with control and micro-arthropods excluded plot by using litterbag method. The micro-arthropods in the litterbag and forest floor were identified and the biological activity such as dehydrogenase activity and microbial biomass on the decomposing litter were determined. The field experiments performed during 324 days.
The litter of A. pseudo-sieboldianum showed the fastest decomposition rate of 47.1% and Q. mongolica, R. schlippenbachii were 24.5%, 29.4%, respectively, during the experimental period.
The micro-arthropods excluded plot by naphthalene treatment showed significant decreasing in number of individuals. The litter decomposition rates at micro-arthropods excluded plot were lower than the control plots. In this result, the role of micro-arthropods was large effects on litter decomposition.
The single litter of Q. mongolica showed faster decomposition than other litter species combination mixtures. The litter mixture of Q. mongolica and R. schlippenbachii exhibited slower decomposition rate than the mixture of Q. mongolica and A. pseudo-sieboldianum. In addition, individual number and diversity of micro-arthropods in each litterbag showed 351, 0.55 in Q. mongolica, 164, 0.53 in Q. mongolica and A. pseudo-sieboldianum mixed litter, 129, 0.44 in Q. mongolica and R. schlippenbachii, and 203, 0.4 in mixed litter with Q. mongolica, A. pseudo-sieboldianum and R. schlippenbachii, respectively.
The microbial biomass-C, -N, and dehydrogenase activity of decomposing litter were no significant differences between single Q. mongolica litter and other litter species mixtures. In these results, the litter species diversity did not caused significant increasing the diversity of decomposer composition and did not showed significant increasing the decomposition rate at initial decomposition stage in decomposition subsystem of temperate forest ecosystem.

목차 (Table of Contents)

• Ⅰ. 서론 1
• Ⅱ. 재료 및 방법 3
• 1. 조사지의 특징 3
• 2. 식생과 토양의 분석 6
• 2. 1 식생 조사 6
• 2. 2 토양 유기물 측정 6
• 2. 3 토성(Soil texture)의 측정 6
• 2. 4 토양 pH의 측정 7
• 2. 5 토양 원소 함량 측정 7
• 3. 실험 설계 8
• 4. 낙엽의 수집과 낙엽주머니의 제작 9
• 5. 낙엽의 분석 10
• 5. 1 Mass loss 10
• 5. 2 탄소의 함량 측정 11
• 5. 3 질소의 함량 측정 11
• 5. 4 리그닌, 셀룰로오스 함량 측정 12
• 5. 5 Soluble carbohydrate의 함량 측정 12
• 5. 6 낙엽의 무기 원소 측정 13
• 6. 분해자의 생물학적 활성 14
• 6. 1 Microbial biomass의 측정 14
• 6. 2 Microbial biomass-N의 측정 14
• 6. 3 Dehydrogenase activity의 측정 15
• 6. 4 낙엽주머니와 임상에서 미소절지동물의 채집과 동정 16
• 7. 결과 분석 18
• Ⅲ. 결과 19
• 1. 실험지역의 식생과 토양의 특징 19
• 2. 낙엽주머니의 특성 20
• 3. 낙엽의 mass loss의 변화 22
• 4. 낙엽의 화학적 변화 26
• 5. 낙엽에서의 미소 절지동물의 양상 29
• 6. 분해되는 낙엽에서 microbial biomass의 양상 33
• 7. 효소의 활성 37
• Ⅳ. 논의 38
• 1. Litter quality와 mass loss의 관계 38
• 2. 낙엽분해에서 혼합낙엽의 효과 41
• 3. 낙엽분해에서 미소 절지동물의 역할 43
• 4. 낙엽분해에서 미생물의 활성과 미소 절지동물의 상호작용 46
• 참고문헌 47
• 국문초록 53
• Abstract 55