임분 유형별 산림토양 유기탄소 및 양이온치환용량의 조절 경로

김익현*, 김용석

(국립산림과학원 산림생태연구과)

Environmental and Soil Physicochemical Drivers of Soil Organic Carbon and Cation Exchange Capacity in Korean Forest Soils

Ikhyun Kim*, Yong Suk Kim

(Division of Forest Ecology, National Institute of Forest Science)

요약: 산림에서 토양의 유기탄소농도(SOC) 및 양이온치환용량(CEC)은 탄소 저장, 양분 보유, 완충능을 종합적으로 반영하는 토양 기능의 핵심 지표이다. 본 연구는 한국 산림을 대상으로 토양 환경 요인이 SOC와 CEC에 미치는 영향을 구명하고자 하였다. 이를 위해 국가산림자원조사 및 산림의 건강활력도 조사에서 수집한 934개 조사구의 표층토(0−10cm) 자료를 침엽수림, 활엽수림의 임분 유형으로 구분하였다. 비생물적 환경요인(고도, 경사도, 기온, 강수량)와 함께 토양 물리·화학적 특성(토성, 용적밀도, 산도, 총 질소(N)·알루미늄(Al)·망간(Mn) 농도) 및 표층 유기물 유입 지표가 SOC와 CEC를 조절하는 경로를 구조방정식모형을 통해 분석하였다. 분석 결과, SOC는 모든 임분 유형에서 고도를 통해 반영되는 기후 구배의 영향을 크게 받았으며, 점토 비율보다는 Al과 Mn과 같은 금속 기반 지구화학적 특성이 주요 조절 요인으로 작용하였다. 토양 물리성 및 질소함량은 임분 유형에 따라 부분적으로 SOC 변동성에 기여하였다. CEC는 SOC의 직접적인 영향을 기반으로 조절되며, 토양의 물리·화학적 특성에 의해 추가적으로 조절되었다. 본 연구는 한국의 산림토양에서 SOC와 CEC의 수준이 단일 요인에 의해 지배되기보다는 환경 구배와 토양의 물리·화학적 조건이 결합된 다중 조절 구조 속에서 형성됨을 보여준다.

Abstract: This study examined the effects of soil environmental factors on soil organic carbon (SOC) and cation exchange capacity (CEC) in Korean forests. Surface soil (0–10 cm) data from 934 plots collected through the National Forest Inventory (NFI) and Forest Health Monitoring (FHM) were classified into coniferous and broadleaved forest stands. Structural equation modeling was applied to evaluate the pathways through which abiotic factors (topography, climate), soil physicochemical properties (texture, bulk density, pH, and total nitrogen·aluminum·manganese contents), and indicators of surface organic matter inputs regulate SOC and CEC. SOC was influenced by climate gradients reflected by elevation across all stand types, while geochemical properties, particularly aluminum and manganese. Soil physical properties and nitrogen contributed partially to SOC variability depending on stand type. CEC was primarily regulated by the direct effect of SOC, with additional modulation by soil physicochemical properties. These findings demonstrate that SOC and CEC in Korean forest soils are controlled by a multi-factor regulatory framework driven by the combined effects of environmental gradients and soil physical and chemical conditions rather than by single dominant factors.

사사: 본 연구는 국립산림과학원 「기후위기 대응을 위한 디지털 융합형 산림복원 평가모델 및 현장적용 기술 개발」(FE0601-2026-01-2026)의 지원으로 수행되었음.

Keywords: soil organic carbon, cation exchange capacity, structural equation modeling, abiotic drivers, forest stand type