KR102605610B1 - 토양특성에 기초한 훼손지역 산림복원 방법 - Google Patents

Abstract

본 발명은 토양특성에 기초한 훼손지역 산림복원 방법에 있어서, 국립생태원에서 제공하는 생태자연도 1등급지의 토양을 퇴적암, 화성암, 변성암을 포함한 암종별로 토양시료를 채취하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 한다.

Description

토양특성에 기초한 훼손지역 산림복원 방법 {Forest Restoration Method in Damaged Areas Based on Soil Characteristics}

본 발명은 토양특성에 기초한 훼손지역 산림복원 방법에 관한 것으로, 보다 구체적으로 산림의 산불, 공사 등의 인위적 훼손과 산사태 등의 자연적 훼손이 발생한 토양에서의 표토층의 회복을 통한 산림복원 방법에 관한 것이다.

표토는 생태계 유지의 근간으로 전 지구의 탄소순환에 중추적인 역할을 담당하며 수자원의 저수와 보전, 오염물질 정화, 홍수 조절, 식량 및 에너지 생산 등 타 환경 매체와 유기적으로 상호 연계하여 환경을 유지하고 치유하는 기능을 제공해주는 중요한 자원이다.

특히 표토가 생성되기 위해서는 수천 년이 소요된다는 연구보고가 있을 정도로 한번 훼손된 표토가 다시 재생되기 위해서는 매우 긴 시간이 필요하므로 표토 보전에 대한 관심은 증대되고 있는 상황이며, 토양의 침식 및 유실은 대부분 강우나 바람 등의 자연적인 원인과 벌목, 개발 등의 인위적 요인에 의해 발생하고 있으며, 인간이 대지를 경작한 이래로 지속적으로 문제가 되고 있다.

또한, 표토는 흐르는 물, 바람, 기타 지형학적 요인에 의해 자연적으로 유실되지만 농업, 산림개발, 산불 등 인간의 활동으로 훼손되는 표토의 양과 속도가 가속화되고 있는 상황이며 특히 도로나 공장용지 등과 같은 개발 수요의 증가로 산림면적이 매년 약 50 km2씩 감소하고 있으며, 국내 건설공사의 경우 표토를 수거 및 보전하지 않고, 부지정리를 수행한 후 그 위에 건축물 혹은 시설물을 짓고, 표토의 문제는 최종적으로 식재 단계에서나 고려되나 양호한 표토가 이미 소실된 상태이므로 식재 기반의 조성을 위해 최소한 별도의 객토를 행하고 있는 실정이다.

이처럼 표토가 무분별한 조치로 소실되거나 기타 이유로 그 상태가 훼손된 후 이를 재생하기 위해서는 장기간에 걸친 노력과 많은 경비가 소요되는데, 우리나라는 국토면적의 약 63.7%가 산림으로 이루어져 있으며, 대규모 산불, 벌목, 산지 개발 등으로 지표 교란 지역이 크게 증가하고 있다. 한 예로, 2019년 강원도 산불로 1757 ha (17.57 km2)에 달하는 산림과 주택 및 시설물이 피해가 발생하였으며, 강원, 전남, 경남의 경우 유실량이 연간 헥타르 당 50톤이 넘는 면적이 전체 표토 유실량의 1/4 수준으로 조사되었으며 이는 미국의 약 1.9배, OECD 평균의 약 3배 수준이다.

한편, 미국 자원보전국 기준 약 9조의 손실이 발생되는 것으로 나타나 표토 유실로 인한 국내 토양의 생태적, 건강적 질 저하를 비롯한 피해 수준은 OECD 등 해외에 비해 상당히 높은 수준인 것으로 판단된다. 대관령의 고랭지 경우, 지난 수년 동안 토사 침식 등으로 인해 토양층이 대부분 유실되어 농작물 재배가 불가능한 단계라고 보고되고 있으며, 이에 정부는 토양의 대부분은 유기물 함량이 매우 낮고 일부 유기물이 많은 토양은 유효인이 부족하여 재활용이 어려워 장기적으로 토양 건강성을 확보하기 위해 표토에 대한 관리 방안의 필요성을 언급하였다.

토양침식은 과거에는 그 중요성을 인식하지 못했으나, 환경에 관한 관심이 높아지면서 일부 지역에서부터 토양보전에 대한 연구가 시작되고 있는 단계이며, 또한 토양훼손에 영향을 미치는 인자들 역시 시·공간적으로 변화하지만, 현재 이러한 변화특성을 고려한 토양훼손에 관한 연구는 많이 부족한 실정이다.

이에 표토침식에 취약한 지역에 대하여 복원대책 추진을 위한 관리시스템 개발 등 기반을 마련하였지만 한정된 조건에서 조사를 통한 공법이 제시된 것으로 한계가 있으며, 국내 실정에 맞는 표토훼손지 복원기술 관리 체계 및 매뉴얼이 부재한 상황이다. 이에 국내토양의 생태계 서비스 보전 및 지속 가능한 이용을 위한 정책 마련이 필요하므로 표토의 생태적 기능을 보전하고 관리하는 것에 대한 구체적인 훼손지역의 산림환경 복원방법이 요구되고 있다.

본 발명은 토양훼손에 영향을 미치는 복수의 인자들을 고려하여, 훼손지역의 토양특성을 파악하고, 훼손지역의 생태계, 점토광물, 표토화 환경인자 등을 반영하여 훼손된 표토층을 복원하기 위한 것이다.

또한, 표토층을 복원함에 있어서, 훼손지역의 토양을 재배치하여 추후 자연적 또는 인위적 훼손이 발생이 저감되도록 하는 것이다.

본 발명의 일 실시예에 따른, 토양특성에 기초한 훼손지역 산림복원 방법에 있어서, 표토훼손이 발생한 지역의 토양시료를 채취하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 한다.

기 설정된 기간 내에 자연적 원인 또는 인위적 원인 중 적어도 어느 하나에 의해 표토훼손이 발생한 복수의 지역에 대한 정보를 취합하는 단계; 상기 복수의 지역에 대한 퇴적암, 화성암 및 변성암 중 어느 하나를 주된 암종으로 구성하는 지를 판단하고, 각각의 주된 암종으로 카테고리를 구별하여 토양시료를 채취하는 단계를 포함하며, 상기 카테고리를 구별하여 토양시료를 채취하는 단계는 표토훼손이 발생한 상기 복수의 지역의 현장 표면에 배치된 유기물을 걷어내는 단계; 및 상기 현장 표면에 수직하는 20 내지 30cm의 깊이를 표토로 구분하고, 상기 현장 표면에 수직하는 40 내지 60cm의 깊이를 심토로 구분하고, 각각의 시료를 해당 깊이까지 파낸 후 채취하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 한다.

표토로 구분되는 제1토양시료와 심토로 구분되는 제2토양시료에 대하여 함수율과 단위중량을 각각 3회 측정 후 평균값을 계산하는 단계를 포함하며, 상기 제1토양시료에서의 함수율의 평균값(%)이 상기 제2토양시료에서의 함수율의 평균값(%)보다 10 내지 15 % 높은 경우에는 퇴적암 영역의 포토 및 심토로 판단하는 단계를 포함하며, 상기 제1토양시료 및 상기 제2토양시료에 대한 X선 형광분석 및 X선 회절분석을 실시하는 단계를 포함하며, 상기 함수율, 단위중량, X선 형광분석 및 X선 회절분석을 실시한 결과값에 기초하여 각각의 퇴적암, 화성암, 변성암 별 광물의 주요성분 및 함수율에 대한 카테고리화를 진행하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 한다.

토양특성에 기초한 훼손지역 산림복원 방법에 있어서, 심토의 표토화의 테스트를 위한 테스트베드를 포함하며, 상기 테스트베드의 조성을 위하여 지질별로 퇴적암, 화성암 및 변성암으로 구분하여 토양시료를 채취하는 단계를 포함한다.

상기 토양시료를 채취하는 단계는 표토에 해당하는 제1토양시료는 채취표면에서 수직하는 20 내지 30cm의 깊이로 하며, 심토에 해당하는 제2토양시료는 채취표면에서 수직하는 40 내지 60cm의 깊이로 구분하여 파낸 후 채취하는 것을 포함하는 것을 특징으로 한다.

건조 비소성 토양을 보관하는 방법을 포함하며, 상기 건조 비소성 토양을 보관하는 방법은 저장구역 내 끝단에서 일렬로 상기 제1토양시료를 순서대로 쏟은 복수의 제1흙더미를 생성하는 단계; 상기 복수의 제1흙더미를 궤도형 기계가 수평도를 맞추어 평탄화 하는 단계; 상기 수평도를 맞춘 복수의 제1흙더미 표면 상의 끝단에서 일렬로 상기 제1토양시료를 순서대로 쏟는 복수의 제2흙더미를 생성하는 단계; 상기 복수의 제2흙더미를 궤도형 기계가 수평도를 맞추어 평탄화 하는 단계; 및 상기 평탄화 된 복수의 제2흙더미 표면상 측면을 하측 경사방향으로 평탄화 하여 완만한 비탈면을 조성하는 단계;를 포함하며, 습한 소성 토양을 보관하는 방법을 포함하며, 상기 습한 소성 토양을 보관하는 방법은 상기 저장구역 내 끝단에서 일렬로 상기 제1토양시료를 순서대로 쏟은 복수의 제3흙더미를 생성하는 단계; 상기 복수의 제3흙더미 각각을 1.5미터 내지 2미터의 높이로 재차 쌓아 복수의 흙봉우리를 생성하는 단계; 상기 복수의 흙봉우리를 생성하고, 4주 내지 6주의 기 설정된 기간이 경과한 후에 상기 복수의 흙봉우리에서 굴착기로 복수의 제4흙더미를 생성하고 궤도형 기계가 수평도를 맞추어 평탄화 하는 단계; 및 상기 평탄화 된 복수의 제4흙더미 표면 상 끝단에서 일렬로 상기 제1토양시료를 순서대로 쌓아 복수의 제5흙더미를 생성하고, 궤도형 기계가 수평도를 맞추어 평탄화 하며, 상기 평탄화 된 복수의 제5흙더미 표면상 측면을 하측 경사방향으로 평탄화 하여 완만한 비탈면을 조성하는 단계;를 포함하는 것을 특징으로 한다.

상기 건조 비소성 토양을 보관하는 방법을 완료한 후 6개월의 기간이 경과하면, 상기 건조 비소성 토양의 완만한 비탈면 및 상기 습한 소성 토양의 완만한 비탈면의 표면에 목질을 갖지 않는 식물인 풀과 클로버를 섞어 파종하여 토양침식을 저감하는 단계;를 포함하며, 토양 훼손지역에 상기 보관된 제1토양시료 및 제2토양시료를 포설하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 한다.

토양특성에 기초한 훼손지역 산림복원 방법에 있어서, 국립생태원에서 제공하는 생태자연도 1등급지의 토양을 퇴적암, 화성암, 변성암을 포함한 암종별로 토양시료를 채취하는 단계를 포함한다.

상기 채취된 암종별 토양시료에 대한 입도분석, 함수율 측정 및 단위중량 계산을 포함하는 물리적 시료분석 단계를 포함하며, 상기 채취된 암종별 토양시료에 대한 pH측정, X-선 형광분석 및 X-선 회절분석을 포함하는 화학적 시료분석 단계를 포함하며, 상기 채취된 암종별 토양시료에 대한 미생물 군집의 일반적인 대사 활성도의 잠재성 및 종 다양성 지수에 대한 분석을 포함하는 생물학적 시료분석 단계를 포함하며, 상기 물리적, 화학적 및 생물학적 시료분석 결과값에 기초하여 암종별 카테고리에 따라 심층표토화를 통해 복원기준이 되는 샘플링수치를 식별하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 한다.

상기 샘플링수치는 제1샘플링수치, 제2샘플링수치 및 제3샘플링수치를 포함하며, 퇴적암의 상기 제1샘플링수치는 함수율이 1.5% 내지 1.7%이며, 단위중량이 710kg/ 내지 1270kg/이며, 풍화지수가 34 내지 50을 포함하고, 화성암의 상기 제2샘플링수치는 함수율이 4.0% 내지 4.2%이며, 단위중량이 770kg/ 내지 1270kg/이며, 풍화지수가 59 내지 70을 포함하며, 변성암의 상기 제3샘플링수치는 함수율이 3.5% 내지 3.7%이며, 단위중량이 890kg/ 내지 1240kg/이며, 풍화지수가 71 내지 92를 포함하는 것을 특징으로 한다.

토양특성에 기초한 훼손지역 산림복원 방법에 있어서, 심토의 표토화의 테스트를 위한 테스트베드를 포함하며, 상기 테스트베드의 조성을 위하여 지질별로 퇴적암, 화성암 및 변성암의 암종으로 구분하여 토양시료를 채취하는 단계; 및 상기 채취된 토양시료 중 심토에 표토, 정화토, 준설토, 점토광물 및 모래를 혼합하여 심토의 표토화를 촉진하는 단계;를 포함하는 것을 특징으로한다.

상기 테스트베드는 가로 0.8m, 세로 0.8m, 높이 0.6m의 규격을 갖고 상측면이 개방되어 있는 직육면체 구조로 마련되며, 상기 테스트베드는 복수 개 존재하며, 제1테스트베드는 친모래:일반모래:심토를 1:1:8의 비율로 혼합한 것을 구성으로 하며, 제2테스트베드는 버미큘라이드:심토를 1:9의 비율로 혼합한 것을 구성으로 하며, 제3테스트베드는 표토:심토를 8:2의 비율로 혼합한 것을 구성으로 하며, 제4테스트베드는 표토:심토를 1:1의 비율로 혼합한 것을 구성으로 하며, 제5테스트베드는 표토:심토를 2:3의 비율로 혼합한 것을 구성으로 하는 것을 특징으로 한다.

상기 복수의 테스트베드를 기 설정된 기간 모니터링하고, 광물 함량 분석을 실시하고, 표토 훼손지역과 유사한 식생과 대비 유사성이 높은 테스트베드를 선별하는 단계; 및 상기 유사성이 높은 테스트베드를 기 설정된 기간 내에 자연적 원인 또는 인위적 원인 중 적어도 어느 하나에 의해 표토훼손이 발생한 지역을 대상으로 경사지를 조성하여 훼손지역을 복원하는 단계;를 포함하며, 상기 훼손지역을 복원하는 단계는 상기 유사성이 높은 테스트베드의 구성에서 표토와 심토를 상기 훼손지역에서 채취된 표토와 심토로 대체하여 이들을 혼합한 혼합토를 20cm 내지 30cm 두께로 각각의 층을 이루도록 경사지를 생성하는 단계;를 포함하는 것을 특징으로 한다.

상기 경사지는 제1경사지 및 제2경사지를 포함하며, 암종이 퇴적암, 변성암 및 산불토양인 제1경사지는 상기 훼손지역의 토양으로 1단을 조성하고, 상기 1단 위에 2단을 조성한 후 상기 훼손지역에서 채취된 표토 및 심토의 비율을 3:7로 혼합한 제1혼합토를 20cm 내지 30 cm 두께로 상기 1단 및 2단의 표면을 덮고, 상기 1단과 상기 2단의 경계면에 모래부대를 적재하여 형성되며, 암종이 화성암인 경우에는 상기 제1경사지와 같은 모양인 2개의 양면경사지가 각각 1단과 2단을 이루는 면이 마주보도록 형성되며, 마주보는 면의 중앙에 유공관이 매설된 것을 특징으로 한다.

상기 토양시료를 채취하는 단계에서, 표토가 존재하는 깊이는 표면에서 d1cm를 경계로 하며, 심토가 존재하는 깊이는 상기 d1cm에서 d2cm를 경계로 하며,

상기 d1은 하기 [수학식1]에 의해 결정되며,

상기 d2는 하기 [수학식2]에 의해 결정되며,

[수학식1]

[수학식2]

상기 [수학식1] 및 [수학식2]에서 a는 상기 토양시료가 채취되는 지역에서의 해당 월의 강수량(mm)을 의미하며, Ta는 상기 토양시료가 채취되는 지역에서의 년 평균 강수량(mm)을 의미하며, W는 상기 토양시료의 중량을 의미하며, V는 상기 토양시료의 단위부피를 의미하며, b는 상기 토양시료가 채취되는 영역의 경사각도를 의미하는 것을 특징으로 한다.

토양훼손에 영향을 미치는 복수의 인자들을 고려하여, 훼손지역의 토양특성을 파악하고, 훼손지역의 생태계, 점토광물, 표토화 환경인자 등을 반영하여 훼손된 표토층을 복원할 수 있으며,

또한, 표토층을 복원함에 있어서, 훼손지역의 토양을 재배치하여 추후 자연적 또는 인위적 훼손이 발생이 저감되도록 할 수 있다.

도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 자연적 원인에 따른 산사태로 인한 훼손지역을 도시한 도면이다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 토양특성에 기초한 훼손지역 산림복원 방법에서 토양시료를 채취하는 것을 도시한 도면이다.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 토양특성에 기초한 훼손지역 산림복원 방법에서 토양시료의 함수율을 측정하는 것을 도시한 도면이다.
도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 토양특성에 기초한 훼손지역 산림복원 방법에서 토양시료의 단위중량을 측정하는 것을 도시한 도면이다.
도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 토양특성에 기초한 훼손지역 산림복원 방법에서 토양시료의 화학적 시료분석 결과를 도시한 도면이다.
도 6은 본 발명의 일 실시예에 따른 토양특성에 기초한 훼손지역 산림복원 방법에서 건조 비소성 토양을 보관하는 방법을 도시한 도면이다.
도 7은 본 발명의 일 실시예에 따른 토양특성에 기초한 훼손지역 산림복원 방법에서 습한 소성 토양을 보관하는 방법을 도시한 도면이다.
도 8은 본 발명의 일 실시예에 따른 토양특성에 기초한 훼손지역 산림복원 방법에서 토양시료를 포설하는 방법을 도시한 도면이다.
도 9는 본 발명의 일 실시예에 따른 토양특성에 기초한 훼손지역 산림복원 방법에서 표토수거 및 보관기준에 따른 적용 예시를 도시한 도면이다.
도 10은 본 발명의 일 실시예에 따른 토양특성에 기초한 훼손지역 산림복원 방법에서 테스트베드의 구성을 도시한 도면이다.
도 11은 본 발명의 일 실시예에 따른 토양특성에 기초한 훼손지역 산림복원 방법에서 복수의 테스트베드가 배치된 것을 도시한 도면이다.
도 12는 본 발명의 일 실시예에 따른 토양특성에 기초한 훼손지역 산림복원 방법에서 제1경사지의 측면을 도시한 도면이다.
도 13은 본 발명의 일 실시예에 따른 토양특성에 기초한 훼손지역 산림복원 방법에서 제2경사지의 측면을 도시한 도면이다.
도 14는 본 발명의 일 실시예에 따른 토양특성에 기초한 훼손지역 산림복원 방법에서 제2경사지의 윗면을 도시한 도면이다.
도 15는 본 발명의 일 실시예에 따른 토양특성에 기초한 훼손지역 산림복원 방법에서 제1경사지가 실제 시공된 모습을 도시한 도면이다.

이하에서는 첨부 도면을 참조하여 본 발명의 실시예들을 상세히 설명한다. 도면에서 동일한 참조번호 또는 부호는 실질적으로 동일한 기능을 수행하는 구성요소를 지칭하며, 도면에서 각 구성요소의 크기는 설명의 명료성과 편의를 위해 과장되어 있을 수 있다. 다만, 본 발명의 기술적 사상과 그 핵심 구성 및 작용이 이하의 실시예에 설명된 구성 또는 작용으로만 한정되지는 않는다. 본 발명을 설명함에 있어서 본 발명과 관련된 공지 기술 또는 구성에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있다고 판단되는 경우에는 그 상세한 설명을 생략하기로 한다.

본 발명의 실시예에서, 제1, 제2 등과 같이 서수를 포함하는 용어는 하나의 구성요소를 다른 구성요소로부터 구별하는 목적으로만 사용되며, 단수의 표현은 문맥상 명백하게 다르게 뜻하지 않는 한, 복수의 표현을 포함한다. 또한, 본 발명의 실시예에서, '구성되다', '포함하다', '가지다' 등의 용어는 하나 또는 그 이상의 다른 특징들이나 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부품 또는 이들을 조합한 것들의 존재 또는 부가 가능성을 미리 배제하지 않는 것으로 이해되어야 한다. 또한, 본 발명의 실시예에서, '모듈' 혹은 '부'는 적어도 하나의 기능이나 동작을 수행하며, 하드웨어 또는 소프트웨어로 구현되거나 하드웨어와 소프트웨어의 결합으로 구현될 수 있으며, 적어도 하나의 모듈로 일체화되어 적어도 하나의 프로세서로 구현될 수 있다. 또한, 본 발명의 실시예에서, 복수의 요소 중 적어도 하나(at least one)는, 복수의 요소 전부 뿐만 아니라, 복수의 요소 중 나머지를 배제한 각 하나 혹은 이들의 조합 모두를 지칭한다. 또한, "~하도록 구성된(또는 설정된)(configured to)"은 상황에 따라, 예를 들면, "~에 적합한(suitable for)," "~하는 능력을 가지는(having the capacity to)," "~하도록 설계된 (designed to)," "~하도록 변경된(adapted to)," "~하도록 만들어진(made to)," 또는 "~를 할 수 있는(capable of)"과 바꾸어 사용될 수 있다. "~하도록 구성된(또는 설정된)"은 하드웨어적으로 "특별히 설계된(specifically designed to)"것 만을 반드시 의미하지 않을 수 있다. 대신, 어떤 상황에서는, "~하도록 구성된 장치"라는 표현은, 그 장치가 다른 장치 또는 부품들과 함께 "~할 수 있는" 것을 의미할 수 있다. 예를 들면, 문구 "A, B, 및 C를 수행하도록 구성된(또는 설정된) 프로세서"는 해당 동작을 수행하기 위한 전용 프로세서(예: 임베디드 프로세서), 또는 메모리 장치에 저장된 하나 이상의 소프트웨어 프로그램들을 실행함으로써, 해당 동작들을 수행할 수 있는 범용 프로세서(generic-purpose processor)(예: CPU 또는 application processor)를 의미할 수 있다.

도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 자연적 원인에 따른 산사태로 인한 훼손지역을 도시한 도면이며, 도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 토양특성에 기초한 훼손지역 산림복원 방법에서 토양시료를 채취하는 것을 도시한 도면이며, 도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 토양특성에 기초한 훼손지역 산림복원 방법에서 토양시료의 함수율을 측정하는 것을 도시한 도면이며, 도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 토양특성에 기초한 훼손지역 산림복원 방법에서 토양시료의 단위중량을 측정하는 것을 도시한 도면이며, 도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 토양특성에 기초한 훼손지역 산림복원 방법에서 토양시료의 화학적 시료분석 결과를 도시한 도면이며, 도 6은 본 발명의 일 실시예에 따른 토양특성에 기초한 훼손지역 산림복원 방법에서 건조 비소성 토양을 보관하는 방법을 도시한 도면이며, 도 7은 본 발명의 일 실시예에 따른 토양특성에 기초한 훼손지역 산림복원 방법에서 습한 소성 토양을 보관하는 방법을 도시한 도면이며, 도 8은 본 발명의 일 실시예에 따른 토양특성에 기초한 훼손지역 산림복원 방법에서 토양시료를 포설하는 방법을 도시한 도면이며, 도 9는 본 발명의 일 실시예에 따른 토양특성에 기초한 훼손지역 산림복원 방법에서 표토수거 및 보관기준에 따른 적용 예시를 도시한 도면이며, 도 10은 본 발명의 일 실시예에 따른 토양특성에 기초한 훼손지역 산림복원 방법에서 테스트베드의 구성을 도시한 도면이며, 도 11은 본 발명의 일 실시예에 따른 토양특성에 기초한 훼손지역 산림복원 방법에서 복수의 테스트베드가 배치된 것을 도시한 도면이며, 도 12는 본 발명의 일 실시예에 따른 토양특성에 기초한 훼손지역 산림복원 방법에서 제1경사지의 측면을 도시한 도면이며, 도 13은 본 발명의 일 실시예에 따른 토양특성에 기초한 훼손지역 산림복원 방법에서 제2경사지의 측면을 도시한 도면이며, 도 14는 본 발명의 일 실시예에 따른 토양특성에 기초한 훼손지역 산림복원 방법에서 제2경사지의 윗면을 도시한 도면이며, 도 15는 본 발명의 일 실시예에 따른 토양특성에 기초한 훼손지역 산림복원 방법에서 제1경사지가 실제 시공된 모습을 도시한 도면이다.

도 1 내지 도 15를 참조하여, 본 발명의 일 실시예에 따른 토양특성에 기초한 훼손지역 산림복원 방법은 표토훼손이 발생한 지역의 토양시료를 채취하는 단계를 포함한다.

본 발명의 일 실시예에 따른 토양시료는 표토와 심토의 환경인자 분석을 위해 화성암, 퇴적암, 변성암을 종류로 하는 암종별로 채취될 수 있으며, 토양시료 중 훼손이 발생한, 산불 발생현장 시료는 현장에서 표토(20cm 내지 30cm이내)와 심토(40cm 내지 50cm)로 구분하여 채취될 수 있다. 즉, 표토는 토양 표면에서 수직으로 20 내지 30 cm 파낸 후 채취될 수 있으며, 심토는 토양 표면에서 수직으로 40 내지 60 cm 파낸 후 채취될 수 있다.

한편, 훼손발생 지역은 각각의 지역자치단체로부터 자료를 수신하여 취합될 수 있으며, 예컨대, 산림청의 산사태정보시스템에서 최근 발생한 산사태 피해현황 정보를 쉽게 취득할 수 있다.

본 발명의 일 실시예에 따른 토양에 함유된 수분의 비율을 나타내는 함수율 측정과 단위중량 계산은 함수율 측정 기기를 이용하여 현장의 지표에 직접 꽂는 방식으로 측정될 수 있으며, 단위중량은 원기둥 형태의 용기에 담아낸 후 무게와 부피의 측정 후 계산하여 측정될 수 있다. 이때 각각 3회이상으로 측정을 진행하고, 평균값으로 하여금 유효한 수치로 계산 및 향후 이용될 수 있다.

본 발명의 일 실시예에 따른 토양시료의 함수율은 퇴적암과 화성암, 변성암의 각 영역에서 시료에 따라 표토와 심토가 비슷한 패턴을 가지지만, 대체로 표토가 심토보다 약간 더 상위에 배치되어 있는 양상을 보여주고 전체 평균값에서 심토가 표토에 비해 약 9% 더 낮은 값을 보인 것으로 측정되었다.

한편, 퇴적암 영역에서 함수율의 범위는 표토에서 36.4~40.0%, 심토에서 25.9~37.6%이고 평균값에서 심토가 표토에 비해 대략 14% 더 낮은 값을 가지며, 화성암 영역에서 함수율의 범위는 표토에서 36.8~43.9%, 심토에서 31.7~40.0%이고 평균값에서 심토가 표토에 비해 약 7% 더 낮게 나타나며, 변성암 영역에서 함수율의 범위는 표토에서 25.1~49.0%, 심토에서 21.9~46.5%이고 평균값에서 심토가 표토에 비해 대략 8% 낮게 측정되었다. 특히 변성암 영역에서 표토와 심토의 최소값은 각각 25.1%과 21.9%로 이 값들은 퇴적암과 화성암 영역의 최소값보다 훨씬 낮은 값을 보이며, 최대값은 표토에서 49.0%와 심토에서 46.5%를 가지는데, 이 값은 퇴적암과 화성암의 최대값보다 더 높은 값을 가지는 것으로 측정되었다. 이를 통해, 함수율이 심토가 표토보다 낮게 나타나는 경향을 파악할 수 있으며, 이는 토양이 받는 햇빛의 양과 강수량에 따른 영향으로 판단된다.

한편, 본 발명의 일 실시예에 따른 단위중량의 퇴적암은 표토에서 960.00~1127.27 kg/㎥, 심토에서 811.36 ~1338.64 kg/㎥이며, 표토와 심토가 화성암과 변성암과 비교하여 상대적으로 좁은 간격을 보이면서 배치되어 있으며, 평균값에서 심토가 표토에 비해 대략 8% 더 높은 값을 갖는 것이 측정되었다.

본 발명의 일 실시예에 따른 단위중량의 화성암은 표토에서 847.73~1338.64 kg/㎥, 심토에서 932.95~1401.14 kg/㎥이고, 표토와 심토가 일정 간격으로 차이를 보이며 배치되어 있으며, 평균값에서 심토가 표토에 비해 약 14% 더 높은 값을 갖는 것이 측정되었다.

본 발명의 일 실시예에 따른 단위중량의 변성암은 표토에서 660.23~1419.32 kg/㎥, 심토에서 872.73~1469.32 kg/㎥이고, 평균값에서 심토가 표토에 비해 대략 16% 높은 값을 갖는 것이 측정되었다.

즉, 본 발명에서 측정된 함수율과 단위중량의 측정값을 카테고리화 하여 각각의 암종영역의 특징으로 분류하고, 다른 현장에서 함수율과 단위중량을 측정하면, 이들의 데이터에 기초하여 각각의 범위 내의 지질의 암종이 화성암인지, 변성암인지, 퇴적암인지를 쉽게 판단할 수 있는 매뉴얼을 제공할 수 있다.

한편, 본 발명의 일 실시예에 따른 토양시료를 분석하는데 있어서, X선 형광분석(XRF, X-Ray Fluorescence Spectrometer)과 X선 회절분석(XRD, X-Ray Diffractometer)을 통해 표토 복원의 기준 및 매뉴얼 작성에 활용할 수 있다.

본 발명에 따른 X-선 회절 분석은 산사태 발생지역에서의 심토, 모재 노출 토양에 대하여 실시할 수 있는데, X선 회절 분석은 규칙적인 간격으로 배열된 원자들로 인해 산란되는 X선의 회절 현상을 이용한 것이다. 이때, 토광물은 일반적으로 SiO44- 사면체의 평면적 연결체의 사면체판과 Al3+, Mg2+, Fe3+ 등의 팔면체(Al, Fe, Mg)(O,OH)6의 평면적 연결체인 팔면체 판이 1:1, 2:1, 2:1:1결합된 형태이며, 대표적인 1:1형은 Kaolinite, Halloysite등이 있으며, 2:1형은 Smectite, Vermiculite, Illite, Chlorite 등이 있다. 이와 같이, 원자들로 인한 X선 회절 현상을 이용하여 토양시료를 분석하여, 함유되어 있는 각 광물의 함량에 대한 정량분석을 실시할 수 있다.

한편, 본 발명의 일 실시예에 따른 화학적 토양시료 분석에 있어서, 풍화지수를 계산할 수 있는데, 풍화지수는 풍화작용을 겪으면서 토양으로 변화는 과정에서 화학성분들의 이동성을 고려하여 판단하는 개념으로써, 화학반응 전의 광물 함유량과 반응 후 생성물 함유량의 비로 표현되고, 암석 및 토양의 풍화과정이 서로 다르게 나타나므로 종류에 따라 다양한 지수가 제안되고 있으며 풍화지수는 지반을 구성하는 암석과 토양의 화학조성으로 풍화정도를 정량적으로 산정하는 것으로서 여러 연구자들에 의해 제안된 방법들이 있는데, 본 발명에서는 Nesbitt (1982)가 제안한 화학적 변질지수(CIA, Chemical Index of Alteration)를 사용하게 계산한다. 이때 각각의 광물은 함유하는 함량의 비율을 넣어서 계산될 수 있다.

상술한 바에 기초하여, 본 발명의 일 실시예에 따른 산사태 지역에서 토양특성이 퇴적암 지역에서 풍화지수(CIA)는 71.7 내지 82.5 범위이고, 화성암에서 풍화지수(CIA)는 66.7 내지 73.0 범위이고, 변성암 지역에서 풍화지수(CIA)는 59.9 내지 85.1 범위인 것을 알 수 있으며, 광물함량 비율과 관련하여, 퇴적암에서 SiO2와 Fe2O3가 반비례하는 경향으로 존재하며, Al2O3가 Fe2O3와 비례하는 경향으로 존재하며, 화성암에서 SiO2와 Al2O3가 비례하는 경향으로 존재하며, SiO2와 Al2O3가 반비례하는 경향으로 존재하며, Al2O3가 Fe2O3와 반비례하는 경향으로 존재하는 것을 확인할 수 있었다.

본 발명의 일 실시예에 따른, SiO2는 이산화규소(二酸化硅素)로서, 규소의 산화물로, 화학식은 SiO2이다. 규산(硅酸, silica 실리카)라고도 한다. 주로, 모래나 석영 등으로 발견되며, 규조류의 세포벽에도 분포한다. 유리나 콘크리트의 주성분으로, 지구의 지각 대부분을 차지하는 광물이며, 본 발명의 일 실시예에 따른, Al2O3는 산화알루미늄은 알루미늄이 산화한 양쪽성 산화물로 이 또한 지구 지각의 대부분을 차지하는 광물이며, Fe2O3는 산화철로써, 천연으로는 적철석(赤鐵石)으로서 널리 산출되며, 적색토양의 빛깔의 요인이되는 성분이다. 주된 형태는 적갈색 분말로, 비중 4.5∼5.2, 녹는점 1,550℃, 흡유량(吸油量) 22 내지 75 %이며, 햇빛 ·공기 ·수분 ·열 등에 대하여 상당히 안정하며, 일정 자성을 띄며, 이 또한 지구의 지각 대부분을 차지하는 광물 중 하나이다.

또한, 본 발명의 일 실시예에 따른 토양시료의 정량분석 결과 퇴적암 지역에서는 석영(quartz), 알바이트(albite), 정장석(orthoclase), 녹니석, 일라이트, 캐올리나이트, 보에마이트(bohemite), 엽납석(pyrophylite) 등이 포함되고, 퇴적암 지역에서 점토광물의 함량은 18.8~81.4 wt% 범위이고, 점토광물로 일라이트와 녹니석, 캐올리나이트, 엽납석, 보에마이트 등이 산출되는 것을 알 수 있다. 한편, 화성암 지역에서 점토광물의 함량은 13.5~62.2 wt% 범위이고, 점토광물로는 일라이트, 녹니석과 캐올리나이트 등이 산출되며, 변성암 지역에서 점토광물의 함량은 17.0~70.6 wt% 범위이며, 점토광물로 일라이트와 녹니석은 대부분의 시료에서 산출되고 있음을 알 수 있다. 즉, 토양시료에 따라 점토광물의 총 함량 분포비는 일관성이 높지 않으며 다소 유동적인데, 이중 점토광물로서 일라이트와 녹니석이 주로 산출되는 것을 알 수 있다.

한편, 본 발명의 일라이트(Illite)는 이팔면체(dioctahedral) 구조를 가지며 층간에 K를 함유하는 대표적인 Al, Si 점토광물이며, 2:1 형의 구조를 가진다. 결정학적 구조 내에서 기본적인 층간 거리(d-spacing)는 10Å(=1nm)이며, 결정구조는 기본적으로 백운모(muscovite)와 동일하며, 화학적으로는 백운모에 비하여 K가 약간 적으면서 수분함유량은 약간 높은 경향을 보이는 광물이다. 한편, 퇴적 기원 일라이트를 제외하면 일라이트와 백운모의 화학조성 차이는 거의 없으므로, 백운모는 일차적 기원이며, 일라이트는 이차적 기원으로 생성된다. 즉, 극미립질 점토 크기로 산출할 경우 일라이트라고 하며, 현미경 하에서 벽개가 발달할 정도의 입자인 운모 광물인 경우에는 이를 백운모로 본 발명에 지칭할 것이다.

한편, 퇴적암 기원에서는 일라이트는 속성작용을 거쳐 점차 결정구조가 안정한 상태로 전이되며, 변성암 단계에 도달하면 일라이트 결정 입자는 점점 성장하여 백운모 단계에 도달하게 되는데, 즉, 극미립질 이팔면체 운모류 광물을 일라이트라고 하며 기본적으로 K가 풍부하면서 중성 내지 알칼리성 환경에서 생성되기 쉽고, 장석, 백운모, 흑운모 등과 같은 조암광물의 풍화, 산성 또는 중성 화산암의 열수변질, 스멕타이트의 속성작용 동안 K의 고정(fixation) 작용에서 중요한 역할을 하는 것을 알 수 있다.

신선암 모암이나 풍화 초기 붕적암을 제외하면, 주로 토양에서는 일라이트로 존재하며, 이팔면체 운모류 점토광물인 일라이트는 이질 퇴적물이나 퇴적암의 주성분 광물로 흔히 산출하거나, 열수변질 점토광산, 또는 풍화토양에서 산출함. 토양에서는 운모로부터 풍화에 의하여 생성되며, 광물상태(고상)에서 전이(transformation)되거나, 용액으로부터 침전작용에 의하여 생성되며 토양에서 운모로부터 전이 과정을 통하여 생성될 수 있다. 이때, 전이 과정은 다소 차이가 있으며, 젊고 덜 풍화된 토양에서 특히 건조환경에서는 점토 크기의 운모 광물 상은 물리적 풍화작용에 의하여 1차 기원 운모의 입자감소 생성물이 대부분을 차지하게 되며 이런 물리적 풍화작용의 경우 이차적 광물은 일라이트보다는 점토 크기의 미세한 운모로 간주될 수 있다.

통상적으로 토양에서는 일라이트는 점토 크기의 운모 종류의 광물을 의미하며 젊거나 풍화가 덜된 토양에서는 점토질 부분의 운모 광물은 일라이트인데, 일라이트는 약간의 팽창성 층(expanded layer)을 포함하며, K가 풍부한 일라이트 층은 버미큘라이트나 스멕타이트 층과 혼합층상구조(interstratification)를 형성하므로, 이 경우 팽창성을 보이는 경향이 존재할 수 있다.

한편, 일라이트는 층간 K와 층 전하 변화를 통하여 버미큘라이트로 전이할 수 있으며 일라이트는 풍화토에서 식물의 활동에도 영향을 받기 쉬우며, 특히 온대-냉대기후 환경에서는 K, Al을 풍부하게 함유하는 암석에서 잘 생성되며 일라이트를 생성시킬 수 있는 대표적인 모암으로는 화강암, 산성 관입암류, 이질 기원 변성암(변성퇴적암), 그리고 대부분의 퇴적암이 해당할 수 있다.

본 발명의 일 실시예에 따른 카올리나이트(kaolinite)는 토양에서 매우 흔한 1:1 구조형의 규산염 점토광물이며, 카올리나이는 심하게 풍화된 토양에서 가장 흔한데, 이들은 습윤 온난 기후에서 잘 형성될 수 있다. 즉, 카올리나이트는 심한 강수와 온난기후 하의 토양에서 쉽게 형성되며 결정질암에서 풍화 초기 단계에서도 생성될 수 있지만, 대부분의 경우 심하게 풍화된 토양에서 고온하에서 흔하게 나타나는 특성을 지닌다. 한편, 강수량이 높은 토양에서는 2:1 점토광물보다는 카올리나이트가 풍부하게 발견된다.

카올리나이트는 토양에서는 비교적 젊은 토양에서는 드문 반면에, 고기 지형에서는 풍부하게 산출되며, 즉 풍화가 심하게 진행되거나 강우량이 높은 지역의 토양에서 카올리나이트가 쉽게 형성되며, 이는 풍화가 심해질수록 규산이 용탈되어 제거되고, 알루미늄은 상대적으로 농집되기 때문이다. 토양에서 카올리나이트는 신규생성(neoformation) 또는 전이 반응을 통하여 형성되며, 카올리나이트는 용액으로부터 생성될 경우, 중간농도의 규산 농도와 염기성 양이온이 작은 산성용액으로부터 침전될 수 있다. 한편, 카올리나이트의 양이온 교환능력(CEC)은 3~15 (Meq/100 g) 범위이고, 카올린 광물의 또 다른 다형인 할로이사이트는 5~50 (Meq/100 g)인 것을 특징으로 한다.

본 발명의 일 실시예에 따른 녹니석 (chlorite)은 Mg, Fe를 함유하는 2:1:1 형의 규산염 점토광물이며, 결정 화학적으로는 카올린 광물과 사문석과 밀접한 관련성이 있으며, 결정 구조적으로는 버미큘라이트, 스멕타이트와 유사하여 중간적인 광물학적 특징을 보인다. 일차적 기원의 녹니석은 일반적으로 결정편암과 같은 저도 변성암에서 다량으로 함유되거나, 화성암, 사문암, 열수변질대, 광맥, 퇴적암에서 흔히 산출되며, 이차적 기원의 녹니석은 토양 중에서 중성 또는 약알칼리성 환경에서 산출되는 경향을 보힌다. 한편, 녹니석은 삼팔면체 흑운모의 전이 과정 산물이며, 풍화작용 동안에는 삼팔면체 구조를 유지하는 특성을 보인다.

토양의 녹니석은 모암과 식물의 활동에 좌우되기 쉬우며 풍화작용 동안 함철 성분이 높고, 알루미늄과 알칼리 농도가 낮은 환경이 유리한데, 예를 들면 현무암이나 초염기성암에서 풍화작용 동안 삼팔면체 구조형의 녹니석이 쉽게 생성될 수 있다. Fe, Mg가 풍부한 염기성 암석은 풍화되면 높은 pH를 보이는데, 이로 인해 토양수나 용액에서 Fe, Mg 농도가 증가하게 되며, 삼팔면체 녹니석은 Fe, Mg가 풍부한 염기성 암석의 존재 여부와 관련되며 식물과 규산염 광물의 상호반응 영역인 토양에서는 토양수나 지하수에서 알루미늄의 농도가 매우 높고, 이러한 토양에서 규소는 점차 감소하게 되며 알루미늄이 풍부한 2:1 구조의 점토광물이 형성되고, 토양의 pH는 낮으며, 침엽수가 생장하게 되는 환경을 제공한다.

한편, 녹니석은 풍화되면 점진적으로 버미큘라이트로 전이함. 즉 녹니석은 녹니석-버미큘라이트 혼합층상 구조를 거쳐 버미큘라이트로 전이하며, 최종적으로는 카올리나이트와 미립질 철산화물로 전이한다.

본 발명의 일 실시예에 따른 버미큘라이트(vermiculite)는 Mg, Fe를 함유하는 규산염 점토광물로서 흔히 운모, 휘석, 녹니석 또는 함철 광물의 변질작용에 의하여 형성되며, 버미큘라이트는 화강암과 같은 산성암, 운모 변성암류의 풍화나 변질작용, 또는 이들 암석의 풍화대나 토양층에 흔히 산출되며 특히 염기성 화성암이나 변성암에서 각섬석, 흑운모, 사문석(serpentine)과 같은 Mg, Fe-규산염 광물의 변질 산물로 흔히 생성된다. 한편, 운모가 풍화되면 층간 양이온인 K는 수화된 교환성 양이온과 교대되어 버미큘라이트가 형성됨. 즉 버미큘라이트는 대부분 풍화작용에 의하여 운모광물의 전이 과정을 통하여 생성되거나, 녹니석의 전이 과정을 통하여 생성되며 또한, 운모 외에도 일라이트, 녹니석, 화산회 등의 풍화 변질 광물로서 토양에 발달할 수 있다.

버미큘라이트는 스멕타이트(smectite)와 함께 높은 팽창성을 보여주며, 층간에는 다양한 양이온과 물 분자를 포함하므로 화학조성 변화 심한 편이며, 층간 전하는 0.6 내지 0.9로서 층 전하가 0.6인 스멕타이트보다는 높기 때문에 층 전하를 기준으로 버미큘라이트와 스멕타이트를 구분하기도 한다. 한편, 버미큘라이트는 높은 층 전하는 가지므로 양이온 교환능력(CEC)이 높으며 버미큘라이트의 양이온 교환능력(CEC)은 100 내지 150 meq/100 g 범위로서 스멕타이트 보다 더 높으며, 자연계에서 산출되는 점토광물 중에서 가장 높은 경향을 보인다.

한편, 토양에서 버미큘라이트는 Al 함유량이 높은 이팔면체 형이 흔하지만, 드물게는 Mg 함유량이 높은 삼팔면체 유형의 결정구조를 가지며, 후자의 경우 삼팔면체 구조형이 특징인 흑운모로부터 유래된다. 따라서 대부분의 버미큘라이트는 흑운모로부터 K가 용탈되면서 흔히 생성되며 풍화작용이 매우 심하지 않는 토양에서는 버미큘라이트가 운모, 녹니석과 같은 점토광물과 혼합층상 구조를 형성할 수도 있다. 또한, 토양 내 점토에서는 이팔면체(dioctahedral) 버미큘라이트가 삼팔면체(trioctahedral) 형보다 흔하며, 이는 풍화 환경에서는 이팔면체 운모류가 삼팔면체 운모류와 비교해 훨씬 안정하기 때문이다. 특히, 삼팔면체 형 버미큘라이트는 삼팔면체 형이 특징적인 흑운모로부터 생성되는데 이때 pH 7.5 이상에서 전이반응이 일어날 수 있다.

즉, 본 발명에 따른 녹니석은 녹니석-버미큘라이트 혼합층상구조를 거쳐 버미큘라이트로 전이하므로, 대부분의 토양화 또는 풍화 변질작용 동안 최종적으로 버미큘라이트가 생성되기 쉬우며, 버미큘라이트는 습윤한 환경에서 화성암, 변성암의 풍화작용에 의하여 생성되므로 이를 토양의 물리적 특성에 영향을 주는 인자로 간주하여 토양의 특성에 대한 일정 매뉴얼로써 제시될 수 있는 것이다.

한편, 본 발명의 일 실시예에 따른 토양특성에 기초한 훼손지역 산림복원 방법에 있어서, 심토의 표토화의 테스트를 위한 테스트베드를 포함할 수 있다. 테스트베드는 훼손지역의 표토와 심토를 이용하여 심토의 표토화 진행과정을 모니터링 하기 위한 것으로 각각의 지질 및 암종 별 표토와 심토를 비율별로 혼합한 혼합토를 가로 0.8m, 세로 0.8m, 높이 0.6m의 규격을 갖고 상측면이 개방되어 있는 직육면체 구조로 마련된 테스트베드에 보관하는 것을 의미한다.

본 발명의 일 실시예에 따른 토양특성에 기초한 훼손지역 산림복원 방법에 있어서, 표토 또는 심토를 이용한 복원을 진행할 때 인위적으로 훼손된 훼손지역 내에서 심토와 표토를 수거하여 보관하고, 때에 따라 이들을 재사용하여 산림복원을 하도록 할 수 있다. 이때 토양시료를 채취한 후 토양시료의 습성에 따라 이들을 각각 분리 보관할 수 있다.

한편, 본 발명의 일 실시예에 따른 표토를 인위적 훼손지역에서 수거할 때에는 표토가 최대한 건조한 상태일 때 수거를 해야 하며, 표면 아래에 정의 된 기준으로 색상변화가 있는 깊이 까지를 표토의 영역으로 정의하여 이들을 수거할 수 있다. 이때 토양 수거 작업 중에 많은 비가 계속 오면, 예컨대, 24시간 동안 10mm 이상의 강수량, 수거작업을 중지하고, 지면이 합의된 수분 기준, 예컨대, 최초 수거 작업 시의 함수율에 도달한 경우에만 수거작업을 재개해야 한다.

한편, 본 발명의 일 실시예에 따른 심토를 인위적 훼손지역에서 수거할 때에도 표토와 마찬가지로 경계면에서 측정된 지면에서의 합의된 수분 기준에 해당할 경우에만 수거작업을 해야 한다. 이는, 정해진 매뉴얼 대로의 함수율을 기초로 작업을 해야 비옥도 및 그 작업의 균일성이 유지될 수 있기 때문이다.

한편, 본 발명의 일 실시예에 따른 표토 및 심토가 수거되면, 이를 추후 재사용할 수 있으며, 기상 및 기타 활동으로 인하여 토양이 손상되지 않도록 보관해야 한다.

본 발명의 일 실시예에 따른 표토 및 심토를 포함한 토양을 흙더미로 임시 저장할 때의 주목적은 토질을 유지하고, 토양의 물리 구조 및 조건의 손상을 최소화함으로써, 재사용했을 때 산림복원에 있어서 효율성을 높이도록 보관하는 것이다. 이때, 흙을 쌓는 과정 중 침식이나 수계오염이 발생하는 것을 주의하여 보관해야 한다. 토양을 보관하기 위한 흙더미를 만들기 위해 토양을 취급하면 토양의 물리 조건이 어느 정도 손상될 수밖에 없는데, 이때 흙쌓기를 올바르게 하지 않으면, 토양의 물리 상태가 비가역적으로 손상될 수 있기 때문이다.

본 발명의 일 실시예에 따른 토양 보관을 위한 흙더미의 크기 및 높이를 결정할 때는 토양수분과 토양이 소성인지, 비소성인지의 연경도(soil consistency)에 따라 결정된다. 즉, 토양보관을 위해 흙더미를 쌓을 때 건조하면 (예, 소성한계보다 수분이 적음) 쌓은 토양의 대부분이 저장 기간 동안 건조한 상태를 유지하므로, 저장 기간 후에 건조한 토양을 굴착해 쉽게 재사용할 수 있으며, 건조한 비소성 토양은 다짐에 덜 취약하고, 구조를 일정 정도 유지하는 경향이 있으며, 쉽게 재산포되어 조경에 적합한 크기로 부서질 수 있으며, 혐기성 토양이 일부 섞여 있어도 산소가 쉽게 다시 공급될 수 있는 특성이 있다.

한편, 젖은 토양이나 연경도 면에서 소성인 토양을 쌓으면, 위에 쌓인 흙 또는 취급하는 기계 때문에 쉽게 다져질 수 있으며, 다져진 상태에서는 흙더미 심부의 흙이 저장 기간 동안 습도를 유지하며 혐기 상태를 유지하기 때문에, 이를 재사용할 경우에, 취급 및 재산포가 어려우며, 조경에 적합한 크기로 부서지지 않는 경향을 보인다. 따라서, 흙이 다시 통기가 되고 조경에 적합한 상태가 되려면, 추가적인 건조·경운 기간이 필요한 특성이 있다.

상술한 토양의 특성에 기초하여, 토양을 보관하는 방법은 건조한 비소성 토양과 습윤토양으로 구분하여 각각 다른 방법으로 실시될 수 있다.

본 발명의 일 실시예에 따른 건조 비소성 토양을 보관하는 방법은 저장구역 내 끝단에서 일렬로 제1토양시료를 순서대로 쏟은 복수의 제1흙더미를 생성하는 단계와, 상기 복수의 제1흙더미를 궤도형 기계가 수평도를 맞추어 평탄화 하는 단계, 수평도를 맞춘 복수의 제1흙더미 표면 상의 끝단에서 일렬로 제1토양시료를 순서대로 쏟는 복수의 제2흙더미를 생성하는 단계; 및 복수의 제2흙더미를 궤도형 기계가 수평도를 맞추어 평탄화 하는 단계; 및 평탄화 된 복수의 제2흙더미 표면상 측면을 하측 경사방향으로 평탄화 하여 완만한 비탈면을 조성하는 단계;를 포함할 수 있다. 여기서, 제1토양시료는 표토를 의미하며, 심토와 표토가 혼합된 혼합토를 포함할 수 있으며, 심토만으로 구성될 수도 있다.

이를 보다 상세히 설명하면, 예컨대, 건조 비소성 토양을 보관 시 덤프트럭이 저장구역 내 가장 먼 지점에서부터 출입구까지 후진하면서 흙을 쏟아부어 느슨한 흙더미를 여러 개 만들며(a), 저장구역 전체가 흙더미로 가득 차면 궤도형 기계(굴착기 또는 불도저)가 수평을 맞추어 표면을 단단하게 만들어 두 번째 층을 쌓을 수 있도록 하며(b), 흙더미가 계획한 높이에 도달할 때까지 이 과정을 반복(c & d)할 수 있다. 또한, 빗물을 흘러보내고 물 고임과 물 침투를 예방하기 위해 궤도형 기계가 흙을 다지고 흙더미 측면과 꼭대기를 평탄화하여 완만한 비탈(e)을 만들 수 있다.

본 발명의 일 실시예에 따른 습한 소성 토양을 보관하는 방법은 저장구역 내 끝단에서 일렬로 상기 제1토양시료를 순서대로 쏟은 복수의 제3흙더미를 생성하는 단계; 복수의 제3흙더미 각각을 1.5미터 내지 2미터의 높이로 재차 쌓아 복수의 흙봉우리를 생성하는 단계; 복수의 흙봉우리를 생성하고, 4주 내지 6주의 기 설정된 기간이 경과한 후에 복수의 흙봉우리에서 굴착기로 복수의 제4흙더미를 생성하고 궤도형 기계가 수평도를 맞추어 평탄화 하는 단계; 및 평탄화 된 복수의 제4흙더미 표면 상 끝단에서 일렬로 제1토양시료를 순서대로 쌓아 복수의 제5흙더미를 생성하고, 궤도형 기계가 수평도를 맞추어 평탄화 하며, 평탄화 된 복수의 제5흙더미 표면상 측면을 하측 경사방향으로 평탄화 하여 완만한 비탈면을 조성하는 단계;를 포함할 수 있다. 여기서, 제1토양시료는 표토를 의미하며, 심토와 표토가 혼합된 혼합토를 포함할 수 있으며, 심토만으로 구성될 수도 있다.

이를 보다 상세히 설명하면, 예컨대, 저장구역 내 가장 먼 지점에서부터 출입구까지 후진하면서 일렬로 흙을 쏟아부어 느슨한 흙더미로 보관(a)하고, 추가로 윈드로를 만들 경우에는 윈드로 사이에 간격을 충분히 두고 궤도형 기계가 윈드로 사이로 이동하면서 흙을 최대 높이 2m까지 쌓을 수 있도록 하며(b), 이때 토양의 다져짐을 피하기 위해 어떤 기계도 윈드로 위를 통과해서는 안된다. 흙이 완전히 말라서 연경도가 비소성이 되면, 예컨대, 건조하고 바람 많은 날씨나 건조하고 따뜻한 날씨일 경우에는 4주 내지 6주가 걸림, 굴착기로 윈드로를 합해서 더 큰 흙더미를 만들며(d), 이후 궤도형 기계 (불도저 또는 굴착기)로 흙더미 표면을 평탄화하고 다져서 빗물 침투를 줄일 수 있다(e).

본 발명의 일 실시예에 따른 보관 방법에 있어서, 장기간 보관을 하는 경우에는 인접한 토지에서의 식물종자가 확산되어 성가신 잡초가 흙더미에 정착하는 것을 줄이기 위해, 보관되는 흙더미 표면에 목질을 갖지 아니한 한두해살이 식물인 초본식물과 토끼풀을 섞어 파종함으로써 토양의 침식을 최소화할 수 있다.

본 발명의 일 실시예에 따른 토양특성에 기초한 훼손지역 산림복원 방법에 있어서, 쌓아 둔 흙을 재산포하여 산림복원을 진행할 수 있는데, 이때 중장비를 사용하여 대량의 토양을 재산포하면, 토양구조가 변경되며 2차적으로 훼손이 발생할 수 있다. 이를 해소하기 위하여 산림복원이 진행될 땅의 흙을 갈아 엎는 작업을 하여 심토의 다져짐 현상을 최소화 하며, 이후 심토를 쏟아부은 후 평탄화를 진항하고 표토를 산포함으로써 심토와 표토가 안정적으로 훼손지역에 정착되도록 할 수 있다.

한편, 본 발명의 일 실시예에 따른 토양특성에 기초한 훼손지역 산림복원 방법은 표토를 복원하는 기준이 되는 식생지에 대한 자료를 선정하고, 암종별 카테고리에 따라 심층표토화를 통해 복원기준이 되는 샘플링수치를 식별하는 단계를 포함할 수 있다. 이때 복원기준은 국립생태원에서 제공하는 산, 하천, 호소, 농지, 도시 등에 대해 자연환경을 생태적 가치, 자연성, 경관적 가치 등에 따라 등급화하여 작성한 생태자연도에서의 1등급지의 토양을 표토복원의 기준으로 삼을 수 있다. 이때 1등급지의 토양을 분석하는 것은 상술한 다양한 방법에 의해 분석될 수 있다.

본 발명의 일 실시예에 따른 1등급지의 토양의 함수율은 퇴적암과 화성암, 변성암의 각 영역에서 대체로 표토가 심토보다 약간 더 높은 값을 보여주고, 전체 평균값에서 심토가 표토에 비해 3.1% 더 낮은 값을 갖는다. 보다 구체적으로 퇴적암 영역에서 함수율의 범위는 표토에서 37.23 내지 48.93%, 심토에서 36.57 내지 46.67%이며, 평균값에서 표토가 심토에 비해 대략 1.7% 더 높은 값으로 나타난다.

화성암 영역에서 함수율의 범위는 표토에서 25.03 내지 44.17%, 심토에서 36.57 내지 46.67%이고, 평균값에서 표토가 심토에 비해 약 4.2% 더 높게 나타나며, 변성암 영역에서 함수율의 범위는 표토에서 36.62 내지 44.90%, 심토에서 35.00 내지 44.43%이고 평균값에서 표토가 심토에 비해 대략 2.8% 높게 나타난다. 즉, 암종별 생태자연도 1등급지 표토의 함수율 비율은 퇴적암에서 1.59%, 화성암에서 4.09%, 변성암에서 3.58%로 그 적정값을 매뉴얼로 하여 제시될 수 있다.

본 발명의 일 실시예에 따른 1등급지의 토양의 단위중량에 있어서, 퇴적암 영역의 단위중량 범위는 표토에서 710.23 내지 1269.32 kg/㎥, 심토에서 975.00 내지 1369.32 kg/㎥이고 평균값에서 표토가 심토에 비해 19.9% 더 낮은 값으로 나타나며, 화성암 영역의 단위중량 범위는 표토에서 769.32 내지 1272.73 kg/㎥, 심토에서 865.91 내지 1334.03 kg/㎥이고, 평균값에서 표토가 심토에 비해 19.6% 더 낮게 나타나며, 변성암 영역에서 단위중량 범위는 표토 895.45 내지 1237.50 kg/㎥, 심토 992.05 내지 1512.50 kg/㎥이고, 평균값에서 표토가 심토에 비해 12.7% 낮게 나타난다. 즉, 암종별 생태자연도 1등급지 표토의 단위중량 범위는 퇴적암에서 710.23 내지 1269.32 kg/㎥, 화성암에서 769.32 내지 1272.73 kg/㎥, 변성암에서 769.32 내지 1272.73 kg/㎥로 제시될 수 있다.

본 발명의 일 실시예에 따른 1등급지의 토양의 수소이온농도를 지수로 나타낸 산성도를 가늠하는 척도인 pH와 관련하여, 퇴적암 영역에서 pH의 범위는 표토에서 6.32 내지 6.69, 심토에서 6.44 내지 6.78이고 표토가 심토에 비해 1.2% 더 낮은 값을 가지며, 화성암과 변성암에 비해 퇴적암에서 표토와 심토의 평균 pH가 약간 높게 나타나는 특징이 있으며, 화성암 영역에서 pH의 범위는 표토에서 6.24 내지 6.74, 심토에서 6.29 내지 6.79이고 표토가 심토에 비해 2.0% 더 낮게 나타나며, 변성암 영역에서 pH의 범위는 표토에서 6.32 내지 6.54, 심토에서 6.40 내지 6.79이고 표토가 심토에 비해 1.9% 낮게 나타난다. 즉, 암종별 생태자연도 1등급지 표토의 pH 범위는 퇴적암에서 6.32 내지 6.69, 화성암에서 6.24 내지 6.74, 변성암에서 6.32 내지 6.54로 제시될 수 있다.

본 발명의 일 실시예에 따른 1등급지의 토양의 AWCD(Average well color development) 및 종 다양성 지수에 관하여, AWCD는 미생물 군집의 일반적인 대사 활성도의 잠재성으로 미생물 군집이 건조 코팅된 기질을 많이 이용할수록 보라색으로 발현되는 tetrazolium dye가 진해지며 그 값을 이용하여 흡광도를 측정하는 것으로, 이를 통해 종 다양성 지수를 측정할 수 있다. 즉, 위를 통해 측정된 것으로, AWCD는 퇴적암에서 0.03 내지 1.00, 화성암에서 0.13 내지 1.10, 변성암에서 0.12 내지 1.01의 범위를 가지고 범위에서 큰 차이를 보이지 않으며, 3개 암종 전체 범위는 0.03 내지 1.10으로 나타난다.

종 다양성 지수는 퇴적암에서 2.05 내지 3.09, 화성암에서 2.17 내지 3.17, 변성암에서 2.06 내지 3.07의 범위를 가지고 3개 암종 전체 범위는 2.05 내지 3.17로 나타난다. 즉, 3개의 암종(퇴적암, 화성암, 변성암)에서 표토의 AWCD는 0.03 내지 1.10 사이의 값을 가져야 하며, 퇴적암은 0.03 내지 1.00, 화성암은 0.13 내지 1.10, 변성암은 0.12 내지 1.01 범위의 값을 가져야며, 또, 3개 암종(퇴적암, 화성암, 변성암)에서 표토의 종 다양성 지수는 2.05 내지 3.17 사이의 값을 가져야 하며, 퇴적암은 2.05 내지 3.09, 화성암은 2.17 내지 3.17, 변성암은 2.06 내지 3.07 범위의 값을 가져야하며, 이를 매뉴얼로서 제시될 수 있다.

본 발명의 일 실시예에 따른 토양특성에 기초한 훼손지역 산림복원 방법에 있어서, 심토의 표토화의 테스트를 위한 테스트베드를 포함하며, 테스트베드의 조성을 위하여 지질별로 퇴적암, 화성암 및 변성암의 암종으로 구분하여 토양시료를 채취하는 단계; 및 채취된 토양시료 중 심토에 표토, 정화토, 준설토, 점토광물 및 모래를 혼합하여 심토의 표토화를 촉진하는 단계를 포함할 수 있다.

이때 테스트베드는 복수 개 존재할 수 있으며, 제1테스트베드는 친모래:일반모래:심토를 1:1:8의 비율로 혼합한 것을 구성으로 하며, 제2테스트베드는 버미큘라이드:심토를 1:9의 비율로 혼합한 것을 구성으로 하며, 제3테스트베드는 표토:심토를 8:2의 비율로 혼합한 것을 구성으로 하며, 제4테스트베드는 표토:심토를 1:1의 비율로 혼합한 것을 구성으로 하며, 제5테스트베드는 표토:심토를 2:3의 비율로 혼합한 것을 구성으로 할 수 있다. 다만, 이는 각각의 테스트베드에 넣을 수 있는 비율 및 혼합될 수 있는 구성의 일 예시이며, 이와 다른 점토성, 비점토성광물, 모래 등 본 명세서에 포함된 모든 구성이 혼합되어 모니터링될 수 있다.

본 발명의 일 실시예에 따른 토양특성에 기초한 훼손지역 산림복원 방법은 복수의 테스트베드를 기 설정된 기간 모니터링하고, 광물 함량 분석을 실시하고, 표토 훼손지역과 유사한 식생과 대비 유사성이 높은 테스트베드를 선별하는 단계; 및 유사성이 높은 테스트베드를 기 설정된 기간 내에 자연적 원인 또는 인위적 원인 중 적어도 어느 하나에 의해 표토훼손이 발생한 지역을 대상으로 경사지를 조성하여 훼손지역을 복원하는 단계;를 포함하며, 훼손지역을 복원하는 단계는 유사성이 높은 테스트베드의 구성에서 표토와 심토를 훼손지역에서 채취된 표토와 심토로 대체하여 이들을 혼합한 혼합토를 20cm 내지 30cm 두께로 각각의 층을 이루도록 경사지를 생성하는 단계를 포함한다. 이는 유사한 식생인 생태자연도 1등급 토양을 기준으로 하여 심토의 표토화가 가장 유사하게 된 것을 기준으로 하여 선별하고, 매뉴얼화 하여 산림복원 시 훼손지역의 심토 및 표토에 유사성이 가장 높은 테스트베트 내 혼합된 조성물로 복원이 이루어지도록 하는 것이다. 이때 혼합토를 20cm 내지 30cm 두께로 층을 이루도록 하는 것은 종래 표토의 존재범위 내에서 혼합토가 표토의 역할을 대체하도록 하기 위함이다.

한편, 경사지는 제1경사지 및 제2경사지를 포함하며, 암종이 퇴적암, 변성암 및 산불토양인 제1경사지는 상기 훼손지역의 토양으로 1단을 조성하고, 1단 위에 2단을 조성한 후 훼손지역에서 채취된 표토 및 심토의 비율을 3:7로 혼합한 제1혼합토를 20cm 내지 30 cm 두께로 1단 및 2단의 표면을 덮고, 1단과 2단의 경계면에 모래부대를 적재하여 형성되며, 암종이 화성암인 경우에는 제1경사지와 같은 모양인 2개의 양면경사지가 각각 1단과 2단을 이루는 면이 마주보도록 형성되며, 마주보는 면의 중앙에 유공관이 매설되도록 마련될 수 있다. 이는 화성암 토양의 경우에는 토양유실이 잘 발생할 수 있으므로, 이들을 막기 위하여 마주보도록 형성되고, 물이 잘 배출되도록 유공관을 매설하는 것이다.

한편, 본 발명의 일 실시예에 따른 토양시료를 채취하는 단계는 하기의 기준에 의하여 표토 및 심토의 존재 깊이를 정의할 수 있다. 보다 구체적으로, 표토가 존재하는 깊이는 표면에서 d1cm를 경계로 하며, 심토가 존재하는 깊이는 d1cm에서 d2cm를 경계로 할 수 있다.

이때, d1은 [수학식1]에 의해 결정되며, d2는 하기 [수학식2]에 의해 결정될 수 있다.

[수학식1]

[수학식2]

상기 [수학식1] 및 [수학식2]에서 a는 토양시료가 채취되는 지역에서의 해당 월의 강수량(mm)을 의미하며, Ta는 토양시료가 채취되는 지역에서의 년 평균 강수량(mm)을 의미하며, W는 토양시료의 중량을 의미하며, V는 토양시료의 단위부피를 의미하며, b는 토양시료가 채취되는 영역의 경사각도를 의미한다. 즉, 심토와 표토의 영역깊이는 강수량과 산림지역이 이루는 경사각에 따라 함수율의 비중이 달라지며, 다져짐 등이 달라질 수 있다. 이때 일반적 평균 표토 및 심토의 존재하는 영역 깊이에서, 연평균 강수량에서 해당 측정월의 강수량의 비율을 사인곡선을 통해 예측하며, 토양시료의 밀도가 높을수록 그 입자의 크기가 작아지는 경향이 있는 바, 이에 대한 보정치를 경사각에 따른 탄젠트곡선을 통해 예측함으로써, 보다 객관적으로 영역을 구분할 수 있으며, 이를 통해 산림복원을 위해 표토 및 심토를 수거 시 적정 매뉴얼 기준을 제시할 수 있다.

이하, 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예에 대해 상세하게 설명한다. 이는, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자가 발명을 용이하게 실시할 수 있을 정도로 상세하게 설명하기 위한 것이며, 이로 인해, 본 발명의 기술적인 사상 및 범주가 한정되는 것은 아님을 밝혀 둔다.

Claims (2)

1. 토양특성에 기초한 훼손지역 산림복원 방법에 있어서,
   국립생태원에서 제공하는 생태자연도 1등급지의 토양을 퇴적암, 화성암, 변성암을 포함한 암종별로 토양시료를 채취하는 단계를 포함하며,
   상기 채취된 암종별 토양시료에 대한 입도분석, 함수율 측정 및 단위중량 계산을 포함하는 물리적 시료분석 단계를 포함하며,
   상기 채취된 암종별 토양시료에 대한 pH측정, X-선 형광분석 및 X-선 회절분석을 포함하는 화학적 시료분석 단계를 포함하며,
   상기 채취된 암종별 토양시료에 대한 미생물 군집의 일반적인 대사 활성도의 잠재성 및 종 다양성 지수에 대한 분석을 포함하는 생물학적 시료분석 단계를 포함하며,
   상기 물리적, 화학적 및 생물학적 시료분석 결과값에 기초하여 암종별 카테고리에 따라 심층표토화를 통해 복원기준이 되는 샘플링수치를 식별하는 단계를 포함하며,
   훼손지역의 표토와 심토를 이용하여 심토의 표토화 진행과정을 모니터링 하기 위한 테스트베트에 암종 별 표토 및 심토를 비율별로 보관하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 토양특성에 기초한 훼손지역 산림복원 방법.
   
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