1. 유기질 질소의 분해
산림 생태계 내의 질소는 공기 중의 질소 기체가 물리적, 생물학적 과정을 거쳐 형태가 변화하면서 대기, 식물, 토양을 거쳐 순환하는 과정을 질소순환이라고 한다.
낙엽이나 죽은 가지, 동물의 배설물, 혹은 시체에 함유된 단백질과 아미노산 등 유기질 질소는 토양에 서식하는 미생물인 박테리아나 곰팡이에 의해 분해되어 암모늄(NH4+)으로 변한다. 이 과정을 암모늄화 작용이라고 한다. 이렇게 생성된 암모늄(NH4+)은 질산태이온(NO3-)으로 산화되는데, 이 과정을 질산화 작용이라고 부른다.
질산화 작용은 두 단계로 나누어진다.첫 번째 단계에서 암모늄(NH4+)은 아질산이온(No2-)으로 변하며, 이때 니트로소모나스 박테리아가 관여한다. 두 번째 단계에서 아질산이온(NO2-)은 질산태이온(NO3-)으로 변하는데, 이 과정에서는 니트로박터 박테리아가 역할을 한다. 질산화 작용을 하는 박테리아는 경작토양과 같은 중성토양에서 활동이 왕성하다. 요소(NH2CONH2) 비료를 사용하면 박테리아에 의한 질산화 작용이 원활하게 진행되어 작물이 질산태이온(NO3-) 형태로 질소를 흡수한다. 식물뿌리가 흡수하지 못한 질산태이온(NO3-)은 물에 녹아 유실된다.
산림토양의 경우에는 질산화 작용이 거의 일어나지 않아 암모늄(NH4+) 형태로 질소가 존재하며, 수목의 뿌리는 이 형태로 질소를 흡수한다. 질산화 작용이 억제되는 이유는 첫째로, 낙엽의 지속적인 분해로 발생하는 부식산이 산림토양을 산성화 시켜pH를 일반적으로 5.0~5.5로 유지시키며 박테리아의 활동을 억제한다. 둘째로, 식생천이가 진행되어 극상에 가까워질수록 타닌, 페놀화합물 등의 타감물질이 축적되어 질산화 박테리아의 활동을 억제하기 때문이다.
특히, 침엽수림의 경우에는 토양 pH가 낮고, 위도가 높을수록, 그리고 해발고가 높은 산림일수록 질산화 작용이 억제되는 경향이 있다. 그러나 산림토양에서 질산화 작용이 억제된다 해도 수목의 뿌리는 균근의 도움으로 암모늄태(NH4+) 질소를 직접 흡수할 수 있으며, 이 형태의 질소는 토양의 양이온 치환능력에 의해 음전기를 띤 토양입자에 부착되어 보존되기 때문에 경작지의 질산태(NO3-) 질소보다는 잘 유실되지 않는 장점이 있다.
질산태(NO3-) 질소는 토양이 혐기성으로 산소가 부족할 때 환원되어 질소가스(N2)나 NO 화합물로 변해 대기권으로 돌아가는데, 이러한 과정을 탈질작용이라고 한다. 이는 오랫동안 침수된 토양이나 산소공급이 불가능한 답압토양에서 주로 슈도모나스 박테리아에 의해 발생한다.
2. 산림의 질소요구량
산림의 질소요구량은 농작물과는 다르게 생장 속도가 상대적으로 느리기 때문에 적은 양의 질소를 요구한다. 산림수목의 연간 질소요구량은 해당 산림의 종류와 생장속도에 따라 다양하다. 예를 들어, 유럽활엽수림은 연간 1헥타르당 30~60㎏의 질소를 필요로 한다. 미국 동북부 지방의 55년생 활엽수림의 경우, 연간 생장에 120㎏의 질소가 소모되지만, 이 중 80㎏은 토양에서 흡수되고, 나머지 40㎏은 수목 내에서 저장된 질소를 재분배하여 성숙조직에서 가져온다. 또한, 20년생 테다소나무의 경우 연간 70㎏의 질소를 생장에 사용하며, 이 중 38㎏은 토양에서 흡수되고, 32㎏은 수목 자체의 질소를 재분배하여 이동시킨다.
이에 비해 농작물은 생장이 빠르기 때문에 많은 양의 질소를 필요로 한다. 예를 들어, 콩은 연간 1헥타르당 300㎏의 질소를 필요로 하며, 옥수수와 자주개자리도 175~200㎏을 흡수한다.
출처 : 수목생리학 (서울대학교 출판문화원)
