수목원은 다양한 종류의 가치 있는 교목, 관목, 만경류 또는 그 지 역에서 잘 자랄 수 있는 모든 식물들을 수집해서 전시, 재배, 유지관 리, 분류 및 연구 등을 위해 조성된 공간(Wyman, 1960)이다. 일반 적으로 수목원은 목본식물, 식물원은 모든 식물이 대상이라는 면에 서 차이가 있기는 하지만, 기능이 거의 동일하기 때문에 최근에는 구분하지 않는 것이 추세이다(Kim et al., 2005). 또한 우리나라의 ‘수목원 조성 및 진흥에 관한 법률’에서 수목원만을 대표용어로 사 용함에 따라 수목원으로 통일하여 사용되고 있다.

1992년 지구상의 생물다양성을 포괄적으로 보전하는 것을 목 적으로 하는 생물다양성협약이 채택된 이후 생물다양성의 기초인 식물다양성 보전을 위해 세계식물보전전략(GSPC: Global Strategy for Plant Conservation)이 채택되어 구체적인 실천목표를 제시한 바 있다(Jackson and Kennedy, 2009). 수목원은 생물다양성과 식 물 보전을 증진시키는 중요한 기관으로 세계식물보전전략의 핵심 적인 역할을 수행하고 있을 뿐만 아니라 수목원 역할에 대한 국민 들의 사회･문화적 기대도 높아지고 있다. 식물 종 보전이라는 목표 와 함께 교육적 여가시설로서의 역할도 강조되고 있다. 이를 위해 수목원이 추구하는 종 보존과 학술 연구목적뿐만 아니라 시민을 위 한 여가공간 및 레크리에이션의 장소를 제공하고 녹지보전과 다양 성을 꾀할 수 있는 수목원으로의 관리가 필요한 실정이다.

국내수목원의 역사는 외국에 비해서는 아주 짧지만 2001년에 제정된 ‘수목원 조성 및 진흥에 관한 법률’ 등 정부의 육성 정책으로 수적으로는 증가되고 있는 추세이지만, 각 수목원마다의 특성화, 전문화 등 질적으로는 미흡하다는 평가를 받고 있는 것이 사실이 다. 2014년 기준 산림청의 관리 하에 있는 전국의 수목원은 국립수 목원 한 곳을 포함하여 모두 45곳이며, 면적으로는 9,561ha에 달 한다. 국내에서의 수목원에 대한 연구는 수목원의 역할과 정의에 대한 연구에서부터 실태 및 발전방안에 관한 연구가 많이 이루어졌 는데, 수목원의 유형분류(Cho, 2002; Kim, 2006), 수목원의 조성 (Kim, 2001; Kim et al., 2005), 수목원의 활용(Jung, 2013; Kim, 2004), 수목원의 특성(Lee, 2005), 수목원 이용자의 만족도(Hyun et al., 2012; Kim, 2010; Lee, 2011; Lim, 2005), 수목원의 식생 (Chae, 2007; Cheon et al., 2012)에 관한 연구로 구분할 수 있다. 하지만, 수목원의 주된 구성요소 중 하나인 각 전시원(주제원) 내 식물들의 생육기반을 제공하는 토양환경을 분석한 연구는 Choi (2014)의 대구수목원 토양의 이･화학적 특성을 분석한 연구를 제 외하면 전무한 실정이다. Park(2013)은 해외 주요 수목원의 설계 전략을 연구하여 각 전시원별 테마가 정해져 있어 방문객들로 하여 금 다양한 경험을 할 수 있도록 유도하는 것이 가장 큰 특징이라고 보고한 바 있다. 국립수목원 전시원은 생육기반인 토양에 대한 정 확한 특성 파악이 되어 있지 않고, 시비 등 체계적인 토양관리도 이 루어지지 않아 토양의 생산성이 떨어지는 문제가 발생하고 있다. 국립수목원에서는 전시원의 토양생산성을 수목원 주변 산림토양 수준으로 올리기 위해 부산물비료 등을 시비할 계획을 가지고 있 다. 이를 위해 우선적으로 전시원별 토양특성이 정확하게 분석되어 야 할 것이다.

본 연구는 국립수목원 내 각 전시원의 토양특성을 분석하여 각 전시원에 부합하는 합리적인 관리방안을 마련하기 위한 기초자료 를 제공하기 위하여 수행하였다.

국립수목원 내 전문전시원 토양의 물리적 특성 중 입경분포와 토양용적밀도, 토양수분함량을 측정한 결과(Table 1), 토양입경 분포의 경우 모든 전시원 및 산림에서 모래의 함량이 높았으며, 토 성은 돌나물원(SeG)과 약용식물원(MPG)은 사질양토, 그 외 전시 원 및 산림지역은 양토로 분류되었다. 토양의 답압정도를 나타내는 인자인 토양용적밀도(Miller et al., 2001)는 돌나물원과 약용식물 원이 각각 0.79, 0.81g/cm ³로 다른 전시원(0.98~1.13g/cm ³ )에 비 해 유의적으로 낮은 값을 보였다. 산림(F)지역의 용적밀도 0.92 g/cm ³는 우리나라 산림토양 표토의 토양용적밀도 0.84~0.97g/cm ³ 의 범위 내에 있는 것으로 나타났지만, 관목원(ShG)에서 토양용적 밀도가 1.13g/cm ³으로 유의적으로 높게 나타났다. 이는 다른 전시 원은 전시원 내에서 지정된 탐방로로만 이동할 수 있는 것에 비해 관목원은 탐방에 제한이 없어 많은 탐방객에 의한 답압이 원인일 것으로 추정된다. 토양수분함량은 다른 전시원에 비해 점토함량이 낮았던 돌나물원과 약용식물원에서 각각 14.9%와 16.7%로 유의 성이 없는 것으로 나타났으며, 다른 전시원 간에는 20.9~24.5%의 범위로 유의성이 없었다. 돌나물속 식물은 토양수분 함량이 높을수 록 생장이 좋다는 연구(Lee and Hwang, 2010)를 고려하면 돌나 물원의 토성개량 등을 통해 수분함량을 늘리는 방안이 강구되어야 할 것으로 판단된다.

전문전시원 토양의 pH, 유기물 함량(O.M), 전질소(TN), 유효 인산 함량을 분석한 결과는 Fig. 1과 같다. 토양 pH의 경우 전시원 간에 유의적인 차이가 있는 것으로 분석되었는데, 희귀･특산식물 원(REPG)이 5.41로 가장 높았으며, 돌나물원(SeG)에서 4.87로 가장 낮은 pH값을 나타내었다. 다른 전시원에서는 pH값이 5.10~ 5.28의 범위에 있었으며 전시원 주변의 산림도 5.04로 우리나라 산 림토양 A층의 평균 pH 5.48(Jeong et al., 2002)보다도 낮은 것으 로 분석되었다. Jonhson et al.(1982) 및 Schlegel et al.(1992)은 토양산성도가 증가함에 따라 염기성 양이온의 가용성 저하 및 Al 과 Mn의 활성증가로 임목생육저하를 초래할 수 있다고 보고한 바 있다. 토양의 질 평가체계에서 토양 pH는 최적범위에 있어야 하는 항목(Karlen et al., 2003)이므로 토양 pH 유효범위 5.5~6.5(Korea Forest Research Institute, 2012)에 미치지 못하는 전시원, 특히 돌나물 자생지 토양의 pH는 6.0에서 7.5 사이의 약산성 또는 약염 기성이라는 Lee and Hwang(2000)의 연구결과를 고려하면 소석 회 등을 이용한 토양개량이 필요할 것으로 판단된다. 전시원의 경 우 인위적으로 조성된 곳이기 때문에 환경오염물에 의한 토양산성 화의 가능성도 있을 것으로 추정되며, 시간의 경과에 따른 전시원 토양의 pH변화에 대한 지속적인 모니터링이 요구된다. 토양의 보 수력, 토양구조 등 토양의 이화학적 성질에 많은 영향을 미치는 토 양유기물(OM)은 돌나물원(SeG)과 약용식물원(MPG)에서 각각 2.61%, 2.68%로 유의적으로 낮은 값을 보였으며, 다른 전시원에 서는 3.48~4.25%의 범위에 있는 것으로 나타났다. 산림지역은 4.71%로 우리나라 산림토양의 평균 토양유기물 함량(4.49%)보 다는 조금 높게 나타났으며, 토성이 사질양토인 돌나물원과 약용식 물원을 제외한 전시원에서는 토양유기물 유효범위 3~10%(Korea Forest Research Institute, 2012) 내에 있는 것으로 나타났다. 토 양유기물과 밀접한 관계가 있는 전질소(TN)는 산림(0.39%)에서 유의적으로 가장 높은 값을 보였으며, 돌나물원(0.11%)과 약용식 물원(0.18%)에서 유의적으로 낮은 값을 보였다. 그 외 전시원에서 는 0.22~0.25%의 범위로 우리나라 산림토양의 평균 전질소 함량 0.19%(Jeong et al., 2002)보다도 높게 나타났으며, 산림토양의 전질소 유효범위인 0.2~0.4%(Korea Forest Research Institute, 2012) 내에 있는 것으로 나타났다. 전시원의 유효인산 함량은 돌나 물원 2.41ppm, 약용식물원 6.63ppm, 그 외 전시원에서는 16.90~ 19.29ppm이었으며 산림에서는 20.34ppm으로 분석되었다. 우리 나라 산림토양의 평균 유효인산 함량 25.6ppm(Jeong et al., 2002) 에 비해서는 낮은 편이다. 산림토양의 유효인산 함량은 토양 pH나 유기물함량과 밀접한 관계가 있는데, pH가 낮으면 교환성 Fe과 Al 에 의한 인산흡착이 발생하여 식물이 인산을 흡수할 수 없게 된다. 모든 조사지에서 산림과학원에서 제시한 인산의 유효범위 200 ppm(Korea Forest Research Institute, 2012)에 훨씬 미치지 못 하는 것으로 나타났다. 식물의 세포벽과 DNA를 구성하는 필수원 소인 인산의 가용화를 늘리기 위해서는 복합비료, 용성인비 등을 시비함과 동시에 토양 산도를 중화시킬 수 있는 방안이 마련되어야 할 것으로 판단된다.

전문전시원의 치환성 양이온 함량을 살펴보면(Fig. 2), 대부분 유 효범위 내에 있거나 초과하는 것으로 나타났다. Ca ²⁺은 전시원 간에 유의적인 차이가 나타났으며, 양치식물원(FG)에서 9.73cmol ⁺ /kg 으로 가장 높은 Ca ²⁺ 함량을 보였다. 이어 관상수원(OTG, 6.00 cmol ⁺ /kg), 희귀･특산식물원(REPG, 5.81cmol ⁺ /kg), 산림(F. 5.41 cmol ⁺ /kg), 약용식물원(MPG, 4.41cmol ⁺ /kg) 순이었으며, 관목 원(ShG)과 돌나물원(SeG)이 각각 2.92와 2.80cmol ⁺ /kg으로 유 효범위(3.0~6.0cmol ⁺ /kg)에 미치지 못하는 것으로 나타났다. Mg 2+ 함량도 전시원 간에 유의적인 차이가 나타났는데, 돌나물원(1.04 cmol ⁺ /kg)과 관상수원(1.10cmol ⁺ /kg)이 조금 낮게 나타났으며 그 외 전시원은 1.50cmol ⁺ /kg 전후의 함량으로 유효범위 1.0~2.0 cmol ⁺ /kg 내에 있는 것으로 조사되었다. K +는 모든 전시원에서 유 효범위 0.2~0.4cmol ⁺ /kg 내에 있거나 조금 초과하는 것으로 나타 났으며, Na +은 양치식물원(0.14cmol ⁺ /kg)을 제외한 모든 전시원 에서 0.05~0.09cmol ⁺ /kg로 유효범위 0.1~0.3cmol ⁺ /kg에는 조금 부족한 것으로 나타났다. Karlen et al.(2003)은 토양의 질을 평가 함에 있어 분석항목을 최적범위(Optimum Range), 높을수록 좋 음(More is Better), 적을수록 좋음(Less is Better), 바람직하지 못한 범위(Undesirable Range)로 분류하였는데, 양이온 함량은 최적범위에 있는 것이 좋다고 하였다. 한편 토양 pH는 5.15로 그다 지 높지 않은 양치식물원에서 치환성양이온 함량이 가장 높게 나타 난 것은 주목할 만한데, 양치식물 자생지 토양의 pH 5.13, 유기물 함량 1.9%(Lee, 2010)을 고려하면 수목원 내 양치식물원의 높은 유기물 함량(3.6%)에 의한 것으로 판단되지만 향후 지속적인 모니 터링이 필요할 것이다.

질소는 산림생태계에서 식물의 성장을 제한하는 주된 양분으로 알려져 있다(Spiecker, 1999; Vitousek and Howarth, 1991). 국 립수목원 내 전문전시원의 토양 중 무기태 질소함량을 분석한 결과 (Fig. 3), 무기태 NH₄ ⁺와 NO₃ ^-의 농도는 전시원별로 유의적인 차 이가 있었고(p<0.05), 산림에 비해 전문전시원의 농도가 낮은 것 으로 분석되었다. 전시원별 NH₄ ⁺와 NO₃ ^-의 농도를 살펴보면, 돌 나물원(SeG) 0.31, 0.12mg/kg, 관목원(ShG) 2.34, 1.23mg/kg, 약용식물원(MPG) 0.94, 0.58mg/kg, 양치식물원(FG) 1.22, 0.94 mg/kg, 관상수원(OTG) 1.89, 0.76mg/kg, 희귀･특산식물원(REPG) 1.77, 0.63mg/kg, 산림지역(F) 3.36, 2.61mg/kg 등이었다. 특히 다른 전시원에 비해 돌나물원과 약용식물원의 NH₄ ⁺와 NO₃ ^- 농도 가 1mg/kg 이하로 아주 낮게 나타난 것은 모래함량이 많은 토성에 의한 것으로 판단된다. 돌나물은 질소 시비량에 비례하여 생체중 및 건물중이 증가하기(Lee et al., 2004) 때문에 토성 개량 및 질소 시비가 필요할 것으로 판단된다. 한편 산림의 NH₄ ⁺와 NO₃ ^- 농도는 국립수목원 내 침엽수림의 NH₄ ⁺ 4.0~5.1mg/kg와 NO₃ ^- 3.9~5.3 mg/kg(Son et al., 1995) 보다는 조금 낮은 것으로 나타났으나, 경 기도 양평의 리기다소나무림과 낙엽송림의 NH₄ ⁺ 1.96, 1.14mg/kg 와 NO₃ ^- 0.55~1.28mg/kg(Lee and Son, 2006)와 비교하면 높게 나타났다. 이와 같이 토양 내 무기태 질소의 농도는 토양 내 유기물 함량이나 전질소 등의 입지환경 요인이나 식생상태의 차이 등에 의 해 다르다는 것을 알 수 있다. 또한 모든 전시원에서 낮은 NO₃ ^- 농도 는 낮은 토양 pH의 영향도 있을 것으로 사료된다. 총 무기태 질소농 도에 대한 NO₃ ^- 농도의 비율은 돌나물원 28%, 양치식물원 44%, 약용식물원 38%, 관상수원 29%, 희귀･특산식물원 26%, 관목원 34%, 산림 44%로 조사지 간에 차이가 있는 것으로 나타났다. 일반 적으로 NH₄ ⁺는 토양의 양이온 치환부위에 결합되어 있는데 비해 음이온인 NO₃ ^-는 대부분 토양용액 속에 존재하기 때문에 식물이나 미생물에 흡수되지 않으면 토양수와 함께 용탈되어 NH₄ ⁺ 보다 적 게 분포하는 경향이 있다(Shibata et al., 2011).

각 전문전시원의 질소무기화와 질산화율을 분석한 결과, 조사지 간에 유의적인 차이(p<0.05)가 있는 것으로 나타났다(Fig. 4). 질 소무기화는 돌나물원에서 가장 낮은 0.59mg/kg을 보였으며, 이어 양치식물원 1.06mg/kg, 약용식물원 1.24mg/kg, 희귀특산식물원 1.57mg/kg, 관목원 1.99mg/kg, 관상수원 2.04mg/kg 그리고 산 림이 3.14mg/kg로 가장 높은 무기화율을 나타내었다. 질산화율도 전시원 간에 유의적인 차이가 있었으며, 돌나물원이 0.21mg/kg로 가장 낮은 값을 보였으며, 산림에서 1.93mg/kg으로 가장 높았으 며, 다른 전시원에서는 0.69~1.36mg/kg의 범위에 있는 것으로 조 사되었다. 질소무기화량 가운데 질산화율이 차지하는 비율은 돌나 물원 26%, 양치식물원 39%, 약용식물원 37%, 관상수원 36%, 희 귀･특산식물원 30%, 관목원 41%, 산림 38%를 나타내었다. 질소 무기화는 입지여건, 수종, 토양의 배양방법 등에 따라 측정치의 범 위가 아주 넓게 나타나기 때문에(Binkley et al., 1992) 다른 연구 결과와 비교하는 것은 어렵다. 질소무기화는 토양온도가 높을수록 무기화가 빠르게 이루어져 온도가 유기태 질소의 무기화에 영향을 미치며(Agehara and Warncke, 2004), 토양온도가 30°C 정도일 때 최대가 된다(Deenik, 2006). 본 연구에서는 토양에 배양한 것이 아니라 배양온도 25°C, 포장용수량 60%의 최적조건을 부여한 항 온항습 상태에서의 결과임을 고려하면, 국립수목원 내 전시원의 질 소무기화와 질산화율은 전체적으로 아주 낮은 것으로 나타났다. 토 성이 사양토인 돌나물원과 약용식물원을 제외한 전시원의 경우 토 양 유기물함량과 전질소 함량이 우리나라 산림토양의 평균 함량보 다 높은 값을 보이고 있는데도 질소무기화와 질산화율이 낮은 것은 토양미생물의 활성이 낮기 때문인 것으로 판단된다(Oh et al., 2012). Mondini et al.(2008)의 입상 유기질비료가 골분과 어분이 포함되어 있어 분해가 쉽고 토양 중 미생물의 활성을 강화시킨다는 보고를 고려하면, 토양 산도를 중화시킴과 동시에 부산물 비료 시 용이 국립수목원 내 전시원 토양의 생산성을 증진시키기 위한 방안 이 될 수 있을 것이다.

본 연구는 국립수목원 내 각 전문전시원 토양의 이화학적 특성 분석을 통해 토양자원의 지속가능한 관리방안을 마련하기 위한 기 초정보를 제공하기 위해 수행되었다. 본 연구에서는 돌나물원, 양 치식물원, 약용식물원, 관상수원, 희귀･특산식물원, 관목원의 여 섯 전문전시원과 수목원 주변 산림을 대상으로 하였다. 토양입경 사이즈는 돌나물원과 약용식물원을 제외한 전시원 및 산림에서 유 사한 경향을 나타내었다. 토양용적밀도는 산림과 전문전시원간에 유의적인 차이가 나타났으며(p<0.05), 돌나물원의 0.79g/cm ³에 서 관목원의 1.13g/cm ³의 범위를 보였다. 돌나물원과 약용식물원 은 다른 전시원에 비해 유의적으로 낮은 토양수분 함량을 보였는데 (p<0.05), 이는 모래 함량이 많은 토성에 기인하는 것으로 판단된 다. 토양 pH는 돌나물원의 4.87에서 희귀･특산식물원의 5.41의 범위에 있는 것으로 나타났다. 토양유기물 함량은 돌나물원에서 2.61%로 가장 낮았고, 산림에서 4.71%로 가장 높게 나타났다. 전 질소 함량은 돌나물원과 약용식물원에서 각각 0.11%, 0.18%로 낮게 분석되었다. 유효인산 함량은 돌나물원과 약용식물원이 유의 적으로 낮게 나타났다(p<0.05). 식물이 이용가능한 무기태 질소 (NH₄ ⁺ , NO₃ ^- ) 함량은 전문전시원 간에 유의적인 차이가 있는 것으 로 나타났으며(p<0.05), 총 무기태 질소(NH₄ ⁺ + NO₃ ^- ) 함량에 대 한 NO₃ ^-의 비율은 돌나물원의 28%에서 양치식물원과 산림의 44% 의 범위에 있는 것으로 분석되었다. 질소무기화율과 질산화율도 전 문전시원 간에 유의적인 차이가 있는 것으로 나타났다(p<0.05). 본 연구결과를 활용하기 위해서는 적절한 시비 등을 통하여 토양비 옥도가 관리･유지되고 있는 공･사립수목원 전문전시원과의 비교 검토가 필요하다. 이를 통해 국립수목원 전문전시원의 토양특성에 대한 정보는 합리적인 전문전시원 관리방안을 마련하기 위한 구체 적 자료로 활용될 수 있을 것으로 기대된다.