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문제 정의
- 따라서 본 연구는 경포호가 형성되어 이후 매적되어가는 과정을 포함하는 호소 퇴적물에서 식물규소체 분석을 행하여 강릉 일대의 Holocene 중기 이후 기후 및 환경 변화, 그리고 벼 재배시기를 중심으로 농경의 특징을 검토하였다.
제안 방법
- 식물규소체 분석은 近藤·佐 (1986)의 방법을 일부 수정 및 보완하여 진행하였다. 건조시킨 토양 시료 5g에 30% 과산화수소를 이용하여 유기물분해를 실시하였고 염산을 이용하여 탄산염을 제거하였다. 약 5분간초음파분쇄기(Ultrasonic-Processor)에서 시료를 분쇄하고 210㎛ 체에 거른 뒤 Sodium Metatungstate(Na6H2O40W12)로 비중분리를 실시하여 토양 속의 식물규소체를 추출하였다.
- 경포호에서 약 6,000년 BP 이래 형성된 두께 660cm 호소퇴적층을 20cm 간격으로 채취하여 총 32개 층준에서 식물규소체 분석을 실시하였다. 식물규소체 조성변화를 기준으로 PAZⅠ(660~500cm), PAZ Ⅱ(480~320cm), PAZ Ⅲ(300~200cm), PAZ Ⅳ(180~80cm), PAZ Ⅴ(60~20cm), PAZ Ⅵ(0cm) 6개 식물규소체 분대로 구분되었으며, 이를 기초로 강릉지역의 Holocene 기후 및 환경 변화, 농경의 특징과 벼재배 시기를 규명하였다.
- 경포호에서 채취한 두께 660cm의 석호퇴적물 가운데 지표로부터 보링 작업 중 기술적인 문제로 유실된 200cm와 540cm 두 개 층준을 제외하고, 20cm 간격으로 총 32개 층준에 대해 식물규소체 분석을 실시하였다.
- 동정한 식물규소체를 중심으로 각 층준별 절대 산출량을 형태별로 분류하였다(그림 5). 이 가운데 가장 많은 것은 장방형이며 가장 적은 것은 판형이었다.
- 즉, 중국 남부 Xishuangbanna에서 2,000년 이후의 Iph지수와 Ic지수를 산출하여 고기후를 복원하였다. 또한 Iph 지수 변화에서 11회의 가뭄 이벤트를 확인하였으며, Ic 지수 변화를 통해 온난-냉량 기후환경의 변화도 확인하였다. 이렇게 복원된 기후환경은 기상학적 자료 및 역사적 자료, 그리고 연구지역 주변의 호소 퇴적물의 분석 결과와도 일치하였다.
- 보링 작업은 Hand Auger와 Hiller type Borer와 같은 토양채취기를 사용하여 두께 660cm의 단일 퇴적층 core를 얻었다(그림 3). 퇴적층은 유기질을 포함하여 흑회색을 띠며, 실트를 중심으로 모래와 점토로 구성되어 있고, 약 2~3m 깊이를 경계로 입도조성이 뚜렷하게 달라진다.
- 본 연구에서는 세계적으로 여러 연구자들이 이용하는 방법인 Iph지수와 Ic지수를 산출하여 홀로세 중기이후 약 6,000년 간의 고기후 환경변화를 복원하였다. 우리나라에서 식물규소체를 이용하여 고기후를 복원한 관련 연구는 이제 시작단계이므로 식물규소체에서 추출한 기후지수를 적용할 수 있을 지의 여부는 여전히 관심의 대상이 된다.
- 식물규소체 분석은 近藤·佐 (1986)의 방법을 일부 수정 및 보완하여 진행하였다.
- 경포호에서 약 6,000년 BP 이래 형성된 두께 660cm 호소퇴적층을 20cm 간격으로 채취하여 총 32개 층준에서 식물규소체 분석을 실시하였다. 식물규소체 조성변화를 기준으로 PAZⅠ(660~500cm), PAZ Ⅱ(480~320cm), PAZ Ⅲ(300~200cm), PAZ Ⅳ(180~80cm), PAZ Ⅴ(60~20cm), PAZ Ⅵ(0cm) 6개 식물규소체 분대로 구분되었으며, 이를 기초로 강릉지역의 Holocene 기후 및 환경 변화, 농경의 특징과 벼재배 시기를 규명하였다.
- 건조시킨 토양 시료 5g에 30% 과산화수소를 이용하여 유기물분해를 실시하였고 염산을 이용하여 탄산염을 제거하였다. 약 5분간초음파분쇄기(Ultrasonic-Processor)에서 시료를 분쇄하고 210㎛ 체에 거른 뒤 Sodium Metatungstate(Na6H2O40W12)로 비중분리를 실시하여 토양 속의 식물규소체를 추출하였다. 프레파라트당 시료의 절대량은 스포이드로 0.
- (2008)은 열대우림에서도 식물규소체 분석을 시도하였다. 즉, 중국 남부 Xishuangbanna에서 2,000년 이후의 Iph지수와 Ic지수를 산출하여 고기후를 복원하였다. 또한 Iph 지수 변화에서 11회의 가뭄 이벤트를 확인하였으며, Ic 지수 변화를 통해 온난-냉량 기후환경의 변화도 확인하였다.
대상 데이터
- 식물규소체 분석을 위한 시료는 농경지를 조성하기 위해 매립된 이후 경작으로 심하게 교란된 표층을 약 50cm 제거한 후 등간격으로 채취하였다. 그리고 퇴적층의 형성시기를 확인하기 위하여 지표면 0cm(해발고도 0.5m), 210cm(해발고도 -1.6m), 590cm(해발고도-5.4m)의 세 층준에 대하여 서울대학교 기초과학공동 기기원에 AMS 연대측정이 이루어졌다(표 1).
- 본 연구에 사용된 시료는 경포호 남쪽 가장자리 3.1운동 기념탑이 있는 지점에서 채취되었다. 이 지점은 Holocene 해진극상기에 수심이 있는 내만이었으며 홀로세 중기 이후 경포천이 운반해 온 물질로 퇴적되면서 수심이 얕은 내만환경을 거쳐 육화되어가는 경포호의 지형발달과정이 잘 보존되어 있을 것으로 판단되었다.
- 식물규소체 분석을 위한 시료는 농경지를 조성하기 위해 매립된 이후 경작으로 심하게 교란된 표층을 약 50cm 제거한 후 등간격으로 채취하였다. 그리고 퇴적층의 형성시기를 확인하기 위하여 지표면 0cm(해발고도 0.
이론/모형
- 식물규소체의 형태 분류는 Madella et al.(2005)을 따랐고 이지영(2008)의 분류체계를 이용하였다.
- 기후지시자인 식물규소체를 중심으로 기후변화를 보다 객관적으로 논의하기 위하여 Iph(습도-건조 지수, Humidity-aridity index)와 Ic(기후지수, Climatic index) 지수를 적용하였다(식 (1), (2)).
성능/효과
- 1) PAZ Ⅰ-1시기에는 부채형이 가장 많이 산출되었고, 포아풀아과와 침형의 비율은 상대적으로 상당히 낮았다. 이 시기 기후는 온난건조하였다.
- 2) 약 2,000년 BP부터 시작된 PAZ Ⅲ 시기에 식물규소체 함량이 가장 높고, 농경활동의 직접적인 지시자인 재배벼가 출현하였으므로, 강릉지역에서 농경활동이 본격적으로 시작되었을 가능성이 크다. 즉 강릉 일대에는 기장족을 중심으로 2,000년 BP 경부터 농경활동이 시작되었을 가능성이 크고, 벼 재배는 이보다 약간 늦은 시기부터 시작되었을 것으로 판단된다.
- PAZⅡ에는 부채형과 기장아과가 포아풀아과와 침형에 비해 높아서 온난한 환경이었다. 2,000-900년 BP의 PAZ Ⅲ은 침형과 포아풀아과의 비율이 감소하고, 기장아과가 증가하여 기후는 온난하였다. PAZ Ⅱ와 Ⅲ 시기에는 건조한 시기와 습윤한 시기가 교대로 나타났으며, Ⅱ 시기보다 Ⅲ 시기에 다소 더 습윤하였다.
- 3) 식물규소체 분석이 이루어진 경포호 남쪽 가장자리에서 재배벼의 식물규소체 검출 밀도가 낮은 것은 두 가지의 원인에 의한 것으로 생각된다. 첫째, 19세기경에도 경포호 남쪽 가장자리는 석호의 범위에 포함되었을 가능성이 높아 퇴적층 형성 시기동안 농경의 영향에서 벗어나 있었다.
- 4) 세계적으로 적용되는 Iph지수와 Ic지수를 산출하여 고기후 환경변화를 복원하는 일은 한반도에서는 아직 시작 단계이다. 기존의 연구는 식물규소체를 다량 생산하는 벼과나 기타 초원지대의 건조 또는 반건조지역을 주 대상으로 하므로 한반도에서의 적용 여부는 여전히 관심의 대상이다.
- PAZ Ⅰ에는 식물규소체가 적게 산출되었는데, PAZ Ⅰ-1에서 가장 적었다. PAZ Ⅱ는 각 층준에 500~1600개가 확인되었고, PAZ Ⅲ 시기에 가장 많이 산출되었다. 특히 PAZ Ⅲ는 2,000년 BP 이후에 형성된 층으로 추정되며1), 화분분석 결과(윤순옥 등, 2008a)에 의하면 농경활동이 시작된 시기이다.
- PAZ Ⅲ 시기부터 강릉지역에서 본격적으로 농경활동이 시작되었을지라도 재배벼의 출현율은 깊이 260cm에서 3개를 시작으로, 각 층준에 1개 또는 2개정도이며, 표층에 오면서 7개 내외로 증가하는 정도로 매우 적었다. 이와 같이 경포호에서 채취한 퇴적물에서 벼의 식물규소체 검출 밀도가 낮은 것은 식물규소체가 화분에 비해 이동성이 낮으므로 주변의 농경지로부터 운반된 것이 거의 없었기 때문일 것이다.
- PAZ Ⅱ는 장방형이 200% 이상이며 상부로 갈수록 사각형이 감소하고 침형과 부채형은 약간 증가한다. PAZ Ⅲ은 장방형이약 180%를 차지하여 꾸준히 높고, 기장아과에서 많이 형성되는 아령형의 비율이 증가하였다. PAZ Ⅳ는 장방형이 최소 110%에서 최대 460%까지 크게 변동하지만 대략 300%로 높고, 부채형도 100% 내외로 높다.
- 이어서 PAZ Ⅳ, Ⅴ, Ⅵ 시기에도 재배벼의 부채형 식물규소체가 연속 출현하였다. PAZ Ⅳ, Ⅵ에서는 식물규소체가 200개 이상 산출되었으나, PAZ Ⅴ에서는 출현한 식물규소체 절대량이 평균 70개로 대단히 적었다. PAZ Ⅵ에서는 식물규소체의 산출이 증가하여 750개가 산출되었다.
- 또한 지표하 60cm에서는 벼의 부채형 비율이 특징적으로 약 40%로 높았다. PAZ Ⅵ에서 장방형은 210%, 부채형은 약 70% 내외를 차지하지만 전체적으로 이전 시기보다 사각형 이외의 모든 형태의 식물규소체가 감소하였다.
- PAZⅠ-1시기는 부채형이 가장 많이 산출되었고, 냉량한 기후환경을 지시하는 포아풀아과와 침형의 비율은 상대적으로 상당히 낮아 온난한 기후환경이었다. PAZⅠ-2는 부채형이 다소 감소하고 냉량한 기후환경을 지시하는 포아풀아과와 침형의 비율이 증가하여 다소 냉량한 환경으로 변하였다.
- 경포호에서 얻은 퇴적물 core에 대한 식물규소체분석 결과, 식물규소체의 절대 산출량과 산출비율의 조성변화를 기준으로 총 6개의 식물규소체 분대(PAZ, Phytolith Association Zone) 즉, PAZ Ⅰ(660~500cm), PAZ Ⅱ(480~320cm), PAZ Ⅲ(300~200cm), PAZ Ⅳ(180~80cm), PAZ Ⅴ(60~20cm), PAZ Ⅵ(0cm)가 구분되었다.
- 규소괴(silica body)에 해당하는 식물규소체인 안장형(saddle), 아령형(bilobate=dumbbell), 십자형(cross), 론델형(rondel), 사각형(rectangular), 사다리꼴형(trapezoid)과 비 규소괴인 부채형(fan), 침형 (point), 판형(plate), 장방형(elongate)이 확인되었다(그림 4).
- 첫째, 19세기경에도 경포호 남쪽 가장자리는 석호의 범위에 포함되었을 가능성이 높아 퇴적층 형성 시기동안 농경의 영향에서 벗어나 있었다. 둘째, 식물규소체가 화분에 비해 이동성이 나빠서 농경지로부터 멀리 떨어진 석호 내부까지 운반되지 않기 때문이다.
- 경포호의 화분분석결과 뿐 아니라 약 20km 북쪽에 위치한 향호(Fujiki and Yasuda, 2004)의 화분분석결과에서도 2,000년 BP 이후 벼과와 쑥속, 사초과, 명아주과 등 농경지표식물이 급증하여 벼농사를 비롯한 농경이 본격적으로 시작되었을 가능성을 제시하였다. 따라서 식물규소체 분석 결과에서 기장족의 규소체가 2,000년 BP 이후 증가하는 것으로 보아 강릉지역에서 농경활동은 2,000년 BP 경 기장족을 중심으로 시작되었으나 재배벼를 중심으로 하는 본격적인 벼농사는 이보다 약간 늦은 시기부터 시작되었다고 볼 수 있다.
- PAZ Ⅴ는 장방형, 부채형, 침형의 순으로 높고, 특히 침형이 크게 증가하였다. 또한 지표하 60cm에서는 벼의 부채형 비율이 특징적으로 약 40%로 높았다. PAZ Ⅵ에서 장방형은 210%, 부채형은 약 70% 내외를 차지하지만 전체적으로 이전 시기보다 사각형 이외의 모든 형태의 식물규소체가 감소하였다.
- 경포호의 화분분석 결과(윤순옥 등, 2008a)에 의하면, 벼과화분이 급격하게 증가하는 약 2,000년 BP에 농경활동이 본격적으로 이루어졌다. 본 연구 결과에서도 PAZ Ⅲ이 시작되는 2,000년 BP에 식물규소체 함량이 가장 높고, 또한 재배벼의 식물규소체가 출현하기 시작하였으므로 농경이 확대되기 시작하였다고 판단된다. 즉, 재배벼가 PAZ Ⅲ 시기부터 출현하였고, PAZ Ⅳ에서는 보다 증가하였으며, PAZ Ⅵ에서 약 42%로 증가한 것은 농경의 중요한 지표가 된다.
- 1운동 기념탑이 있는 지점에서 채취되었다. 이 지점은 Holocene 해진극상기에 수심이 있는 내만이었으며 홀로세 중기 이후 경포천이 운반해 온 물질로 퇴적되면서 수심이 얕은 내만환경을 거쳐 육화되어가는 경포호의 지형발달과정이 잘 보존되어 있을 것으로 판단되었다.
- 이를 종합하면, 강릉 일대는 약 6,000~5,000년 BP 경에는 온난, 건조하였다가, 이후 PAZⅠ-2시기에 냉량, 습윤한 환경으로 변하였으며, 이후 PAZⅡ-Ⅲ시기 동안 온난하였으나, 건조한 시기와 습윤한 시기는 빈번하게 반복되었다. PAZⅣ에는 매우 냉량, 습윤하였으나 표층(PAZ Ⅵ)으로 오면서 기후는 다시 온난건조, 냉량습윤한 환경으로 변화하였다.
- 이 가운데 가장 많은 것은 장방형이며 가장 적은 것은 판형이었다. 전체적으로 장방형, 부채형, 침형, 사각형, 아령형, 론델형, 안장형의 순으로 산출되었다.
- 본 연구 결과에서도 PAZ Ⅲ이 시작되는 2,000년 BP에 식물규소체 함량이 가장 높고, 또한 재배벼의 식물규소체가 출현하기 시작하였으므로 농경이 확대되기 시작하였다고 판단된다. 즉, 재배벼가 PAZ Ⅲ 시기부터 출현하였고, PAZ Ⅳ에서는 보다 증가하였으며, PAZ Ⅵ에서 약 42%로 증가한 것은 농경의 중요한 지표가 된다.
- 최근 열대 우림에서의 분석 결과가 기타 대리자료와 일치하므로 온대지역 및 다양한 기후지역에서의 적용 가능성이 매우 높을 것으로 기대된다. 지금까지 한반도의 고기후변화를 논의하는데 화분분석 결과 외에는 자료가 충분하지 못하였으며, 본 연구에서 식물규소체 분석으로 한반도에서의 가능성을 확인하였다.
- 3) 식물규소체 분석이 이루어진 경포호 남쪽 가장자리에서 재배벼의 식물규소체 검출 밀도가 낮은 것은 두 가지의 원인에 의한 것으로 생각된다. 첫째, 19세기경에도 경포호 남쪽 가장자리는 석호의 범위에 포함되었을 가능성이 높아 퇴적층 형성 시기동안 농경의 영향에서 벗어나 있었다. 둘째, 식물규소체가 화분에 비해 이동성이 나빠서 농경지로부터 멀리 떨어진 석호 내부까지 운반되지 않기 때문이다.
후속연구
- 본 연구에서 행한 식물규소체의 형태와 기후환경에 대한 연구는 세계적으로 여러 연구자들에 의해 인정받고 있는 방법이지만, 우리나라에서는 이지영(2008) 만으로 아직 시작 단계에 불과하다. 따라서 한반도 기후지역에서의 적용 여부와 함께 기타 기후자료와의 대비 등 앞으로 지속적인 연구를 통하여 검증이 이루어져야 할 것이다.
- 지금까지 한반도의 고기후변화를 논의하는데 있어서 화분분석 결과 외에 복원할 수 있는 자료가 충분하지 못하였다. 본 연구의 식물규소체 분석으로 Iph지수와 Ic지수를 통한 기후환경 복원은 앞으로 연구성과가 축적된다면 화분에 비해 보다 상세한 한반도 및 고기후복원이 가능할 것이다.
- 식물규소체 분석 결과는 화분분석 결과보다 재배벼에 대해서 보다 구체적이고 상세하게 시작시기를 나타내는 것으로 생각된다. 이와 같은 농경활동의 시작 시기는 화분분석 및 식물규소체 연구의 축적으로 보다 정확하게 파악할 수 있을 것이다.
- 기존의 연구는 식물규소체를 다량 생산하는 벼과나 기타 초원지대의 건조 또는 반건조지역을 주 대상으로 하므로 한반도에서의 적용 여부는 여전히 관심의 대상이다. 최근 열대 우림에서의 분석 결과가 기타 대리자료와 일치하므로 온대지역 및 다양한 기후지역에서의 적용 가능성이 매우 높을 것으로 기대된다. 지금까지 한반도의 고기후변화를 논의하는데 화분분석 결과 외에는 자료가 충분하지 못하였으며, 본 연구에서 식물규소체 분석으로 한반도에서의 가능성을 확인하였다.
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