세 가지 환경구배에 따른 신갈나무의 생태적 지위폭과 상수리나무, 굴참나무와의 생태적 중복역 Ecological Niche Breadth of Q. mongolica and Overlap with Q. acutissima and Q. variabilis along with Three Environment Gradients원문보기
신갈나무의 생태적 특성을 밝히기 위하여 유식물의 주요 환경요인 중 광, 수분과 영양소를 각각 4구배로 처리하고, 2007년 3월~10월까지 양묘하여 17가지의 형태 및 생태형질을 측정하여 생태적 지위폭을 계산하였다. 그리고 이 지위폭과 상수리나무와 굴참나무와의 생태적 중복역을 비교분석하여 3종의 분포적 특성과 경쟁관계를 생태적으로 해석하고자 하였다. 신갈나무의 생태적 지위폭은 환경요인 중 영양소구배에서 가장 낮았고, 수분구배에서 가장 높게 나타났다. 광구배에서는 그 중간이었다. 신갈나무는 광환경에 대해서만 상수리나무나 굴참나무보다 생태적 지위폭이 큼으로써 이는 3종의 참나무가 경쟁시 광환경에서는 신갈나무가 우월하며, 또한 한반도에서 신갈나무가 우점하는 원인 중의 하나가 광환경에 대한 높은 적응력일 수 있음을 의미하는 것이다. 신갈나무-상수리나무와 신갈나무-굴참나무의 생태적 중복역은 수분구배에서 가장 넓었고, 영양소구배에서 가장 좁게 나타났다. 광구배에서는 그 중간이었다. 이는 참나무 3종이 영양소환경이나 광환경에 대해서는 서로 간 생태적 분화가 수분 환경보다 상대적으로 많이 일어났음을 뜻한다. 유집분석과 주성분분석을 이용한 참나무 3종의 환경구배에 대한 반응에서는 신갈나무-상수리나무 간의 공간적 위치는 신갈나무-굴참나무 간의 위치보다 서로 가깝게 배열되어 나타났다. 이상의 결과는 신갈나무와 상수리나무는 생태적 지위가 유사하여 환경요인, 특히 수분환경에 대한 경쟁이 신갈나무와 굴참나무에 비해 더 심하게 일어남을 의미한다.
신갈나무의 생태적 특성을 밝히기 위하여 유식물의 주요 환경요인 중 광, 수분과 영양소를 각각 4구배로 처리하고, 2007년 3월~10월까지 양묘하여 17가지의 형태 및 생태형질을 측정하여 생태적 지위폭을 계산하였다. 그리고 이 지위폭과 상수리나무와 굴참나무와의 생태적 중복역을 비교분석하여 3종의 분포적 특성과 경쟁관계를 생태적으로 해석하고자 하였다. 신갈나무의 생태적 지위폭은 환경요인 중 영양소구배에서 가장 낮았고, 수분구배에서 가장 높게 나타났다. 광구배에서는 그 중간이었다. 신갈나무는 광환경에 대해서만 상수리나무나 굴참나무보다 생태적 지위폭이 큼으로써 이는 3종의 참나무가 경쟁시 광환경에서는 신갈나무가 우월하며, 또한 한반도에서 신갈나무가 우점하는 원인 중의 하나가 광환경에 대한 높은 적응력일 수 있음을 의미하는 것이다. 신갈나무-상수리나무와 신갈나무-굴참나무의 생태적 중복역은 수분구배에서 가장 넓었고, 영양소구배에서 가장 좁게 나타났다. 광구배에서는 그 중간이었다. 이는 참나무 3종이 영양소환경이나 광환경에 대해서는 서로 간 생태적 분화가 수분 환경보다 상대적으로 많이 일어났음을 뜻한다. 유집분석과 주성분분석을 이용한 참나무 3종의 환경구배에 대한 반응에서는 신갈나무-상수리나무 간의 공간적 위치는 신갈나무-굴참나무 간의 위치보다 서로 가깝게 배열되어 나타났다. 이상의 결과는 신갈나무와 상수리나무는 생태적 지위가 유사하여 환경요인, 특히 수분환경에 대한 경쟁이 신갈나무와 굴참나무에 비해 더 심하게 일어남을 의미한다.
In order to characterize the ecological traits of Q. mongolica, we treated the seedlings of this species with three environmental factors, light, moisture and nutrient gradients from March to October 2007, and measured morphological and ecological 17 characters. Lastly calculated ecological niche br...
In order to characterize the ecological traits of Q. mongolica, we treated the seedlings of this species with three environmental factors, light, moisture and nutrient gradients from March to October 2007, and measured morphological and ecological 17 characters. Lastly calculated ecological niche breadth and niche overlap between Q. mongolica-Q. acutissima and Q. mongolica-Q. variabilis, and analysed them with a special reference to ecological distribution pattern and their competition relationship in Korea. The ecological niche breadth of Q. mongolica showed the lowest in nutrient treatment, but the highest in soil moisture treatment. The ecological niche value under light was intermediate. On comparison of the ecological niche breadth of three oak species, Q. mongolica showed the highest in light environment, which might be a reason for the dominant distribution in the forest plant community, Korea. The ecological niche overlap of Q. mongolica-Q. acutissima and Q. mongolica-Q. varabilis was the widest in moisture treatment, but the narrowest in nutrient treatment and the intermediate in light one. These results means that these three oak species be most competitive in moisture environment than light or nutrient one, and that there are least differentiated among oak species for soil moisture condition. Cluster and PCA ordination showed that Q. mongolica and Q. acutissima were more closely arranged than Q. mongolica and Q. variabilis. From these results, it can be explained that Q. mongolica have more similar ecological niche with Q. acutissima than with Q. variabilis, consequently competition between Q. mongolica and Q. acutissima is intensive than Q. mongolica and Q. variabilis for environment condition, especially in soil moisture.
In order to characterize the ecological traits of Q. mongolica, we treated the seedlings of this species with three environmental factors, light, moisture and nutrient gradients from March to October 2007, and measured morphological and ecological 17 characters. Lastly calculated ecological niche breadth and niche overlap between Q. mongolica-Q. acutissima and Q. mongolica-Q. variabilis, and analysed them with a special reference to ecological distribution pattern and their competition relationship in Korea. The ecological niche breadth of Q. mongolica showed the lowest in nutrient treatment, but the highest in soil moisture treatment. The ecological niche value under light was intermediate. On comparison of the ecological niche breadth of three oak species, Q. mongolica showed the highest in light environment, which might be a reason for the dominant distribution in the forest plant community, Korea. The ecological niche overlap of Q. mongolica-Q. acutissima and Q. mongolica-Q. varabilis was the widest in moisture treatment, but the narrowest in nutrient treatment and the intermediate in light one. These results means that these three oak species be most competitive in moisture environment than light or nutrient one, and that there are least differentiated among oak species for soil moisture condition. Cluster and PCA ordination showed that Q. mongolica and Q. acutissima were more closely arranged than Q. mongolica and Q. variabilis. From these results, it can be explained that Q. mongolica have more similar ecological niche with Q. acutissima than with Q. variabilis, consequently competition between Q. mongolica and Q. acutissima is intensive than Q. mongolica and Q. variabilis for environment condition, especially in soil moisture.
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문제 정의
신갈나무의 생태적 특성을 밝히기 위하여 유식물의 주요 환경요인 중 광, 수분과 영양소를 각각 4구배로 처리하고, 2007년 3월~10월까지 양묘하여 17가지의 형태 및 생태형질을 측정하여 생태적 지위폭을 계산하였다. 그리고 이 지위폭과 상수리나무와 굴참나무와의 생태적 중복역을 비교분석하여 3종의 분포적 특성과 경쟁관계를 생태적으로 해석하고자 하였다. 신갈나무의 생태적 지위폭은 환경요인 중 영양소구배에서 가장 낮았고, 수분구배에서 가장 높게 나타났다.
본 연구는 우리나라 자연식생에서 가장 우점하는 신갈나무의 생태학적 특성을 규명하기 위하여 생태적 지위 폭을 실내실험을 통하여 밝히고, 신갈나무-상수리나무와 신갈나무-굴참나무 간에 얼마나 생태적으로 유사한지를 생태적 중복역을 구하여 비교하고, 나아가 이러한 결과를 기초로 우리나라 자연에서 이들 참나무 3종이 분포하는 주요 환경요인을 파악하고, 이들 종 간에 일어날 수 있는 경쟁관계를 설명하고자 시도하였다.
제안 방법
광처리는 온실에 입사되는 전 일광(100%, 구배4, L4) 을 기준으로 차광막을 이용하였다. 구배1 (10%, L1), 구배2 (30%, L2)와 구배3 (70%, L3)은 차광막의 두께를 달리하여 입사광의 양을 조절하였다. 이때 광 구배는 조도 계(TES-1332A)로 측정하였다.
이와 같이 환경을 처리한 화분은 2007년 3월 6일부터 10월 5일까지 공주대학교 온실에서 키웠다. 생태적 지위를 측정하기 위하여 측정한 항목은 잎몸길이(cm), 잎폭길이(cm), 잎자루길이(cm), 지상부길이(cm), 줄기길이(cm), 줄기직경(cm), 뿌리길이(cm), 잎몸무게(g), 잎자루무게(g), 잎무게(g), 줄기무게(g), 지상부무게(g, A), 뿌리무게(g, R), 식물체무게 (g), 잎밀도, 지상부에 대한 지하부비 (A/R ratio), 광합성기관투자비(photosynthetic investment)이다.
생태적 지위폭은 환경구배별 각 형질의 평균치를 이용하여 계산하였다.
수분처리는 화분에 들어가는 토양의 포장용수량(carrying water capacity) 800 mL (구배4, M4)를 최대값으로 하고, 이보다 적은 수분량을 400 mL (구배1, M1), 600 mL (구배2, M2), 700 mL (구배3, M3)로 줄여 4일 간격으로 공급하였다.
신갈나무의 생태적 특성을 밝히기 위하여 유식물의 주요 환경요인 중 광, 수분과 영양소를 각각 4구배로 처리하고, 2007년 3월~10월까지 양묘하여 17가지의 형태 및 생태형질을 측정하여 생태적 지위폭을 계산하였다. 그리고 이 지위폭과 상수리나무와 굴참나무와의 생태적 중복역을 비교분석하여 3종의 분포적 특성과 경쟁관계를 생태적으로 해석하고자 하였다.
처리한 환경요인은 식물의 분포에 일반적으로 가장 중요하다고 알려진 광, 수분과 영양소(Barbour et al. 1991) 이고, 환경구배는 각 환경요인에 대하여 4구배로 처리하여 실험하였다.
환경요인 구배에 따른 두 종의 경쟁의 정도와 생육적 반응의 경향성을 밝히기 위하여 환경요인의 각 구배에 따른 반응의 평균치를 이용하여 유집분석(cluster analysis)과 주성분분석(PCA, principal component analysis)을 실시하였다. 유집분석은 유클리드거리를 구한 후 비가중치 그룹쌍 평균(UPGA, unweighted pair-group average) 법을, 주성분분석은 측정한 변수의 상관값을 이용하였다.
대상 데이터
광처리는 온실에 입사되는 전 일광(100%, 구배4, L4) 을 기준으로 차광막을 이용하였다. 구배1 (10%, L1), 구배2 (30%, L2)와 구배3 (70%, L3)은 차광막의 두께를 달리하여 입사광의 양을 조절하였다.
사용한 토양은 환경의 조건이 유사한 모래(직경 크기2 mm 이하)를 사용하였다.
종자는 모식물의 영향을 최소로 하기 위하여 크기가 유사한 것을 사용하였다. 선발된 종자는 지름 24 cm, 높이 23.5 cm인 화분에 2007년 3월에 발아시켜 사용하였다.
실험에 사용한 유식물은 국내에서 자생하는 목본인 신갈나무(Q. mongolica)의 종자를 서울대학교 주변 관악산에서 2006년 10월에 채집하여 4℃ 냉장 보관하였다. 종자는 모식물의 영향을 최소로 하기 위하여 크기가 유사한 것을 사용하였다.
데이터처리
유집분석은 유클리드거리를 구한 후 비가중치 그룹쌍 평균(UPGA, unweighted pair-group average) 법을, 주성분분석은 측정한 변수의 상관값을 이용하였다. 이상의 통계분석은 Statistica (Statsoft Co. 2006)를 사용하였다(노와 정 2002).
이론/모형
두 종의 생태적 중복역은 환경구배별 각 형질의 평균치를 이용하여 Schoener (1970)의 방법에 따라 비례유사도(proportional similarity)를 계산하였다. 생태적 지위가 동일하면 생태적 지위가 완전히 중복되면 그 값은 1이고 전혀 다르면 0이다(여천생태연구회 2005).
환경요인 구배에 따른 두 종의 경쟁의 정도와 생육적 반응의 경향성을 밝히기 위하여 환경요인의 각 구배에 따른 반응의 평균치를 이용하여 유집분석(cluster analysis)과 주성분분석(PCA, principal component analysis)을 실시하였다. 유집분석은 유클리드거리를 구한 후 비가중치 그룹쌍 평균(UPGA, unweighted pair-group average) 법을, 주성분분석은 측정한 변수의 상관값을 이용하였다. 이상의 통계분석은 Statistica (Statsoft Co.
성능/효과
신갈나무의 생태학적 지위폭은 영양소구배⁄광구배⁄ 수분구배 순으로 증가하였다(Table 1). 광처리구에서 생태학적 지위폭은 17가지 형질 중 14가지(전체의 82%) 형질에서 0.90 이상으로 높게 나타났으나, 잎자루무게와 뿌리무게, 광합성기관 유지비의 지위폭은 0.73~0.89로 다소 낮게 나타났다. 수분처리구에 대한 생태적 지위폭은 측정한 17가지 형질 모두에서 0.
광처리구와 영양소처리구에서 잎몸길이, 잎폭길이, 뿌리길이 및 잎밀도에 대한 두 종 간의 생태적 중복역은 유사한 경향성을 보이며 0.924~0.953으로 넓게 나타났다. 신갈나무-상수리나무 간의 생태적 중복역의 연구결과와 같이 신갈나무-굴참나무의 영양소처리구에서 잎자루 무게는 0.
광처리구와 영양소처리구에서 잎몸무게와 잎자루무게의 생태적 중복역은 유사한 경향성을 보이며 0.48~0.82로 좁게 나타났다. 특히 영양소처리구에서 잎자루 무게는 0.
세 가지 환경에 대한 신갈나무의 형질별 생태적 지위 폭을 정리하면, 17가지 형질 중 잎자루무게, 뿌리무게, 광합성기관유지비가 상대적으로 다른 형질보다 낮게 나타났다. 이는 이 세 가지 형질이 다른 형질보다 환경변화에 대한 안정적인 형질로 사용할 수 있음을 뜻한다.
89로 다소 낮게 나타났다. 수분처리구에 대한 생태적 지위폭은 측정한 17가지 형질 모두에서 0.98 이상으로 높게 나타남으로써 신갈나무는 수분구배에 대한 반응이 적다는 것을 알 수 있다. 빛이나 영양소보다 수분에서 지위폭이 높게 나온 것은 상수리나무와 굴참나무의 결과와도 유사하다(김 등 2008).
953으로 넓게 나타났다. 신갈나무-상수리나무 간의 생태적 중복역의 연구결과와 같이 신갈나무-굴참나무의 영양소처리구에서 잎자루 무게는 0.55로 가장 좁게 나타났다. 이는 두 종의 생태적 반응이 잎자루와 관련된 형질이 영양소를 달리할 때 가장 큰 차이가 남을 의미한다.
신갈나무는 광환경에 대해서만 상수리나무나 굴참나무보다 생태적 지위폭이 큼으로써 이는 3종의 참나무가 경쟁시 광환경에서는 신갈나무가 우월하며, 또한 한반도에서 신갈나무가 우점하는 원인 중의 하나가 광환경에 대한 높은 적응력일 수 있음을 의미하는 것이다. 신갈나무-상수리나무와 신갈나무-굴참나무의 생태적 중복역은 수분구배에서 가장 넓었고, 영양소구배에서 가장 좁게 나타났다. 광구배에서는 그 중간이었다.
938)에서 가장 넓었다(Table 3). 신갈나무와 굴참나무의 생태적 중복역은 잎몸길이, 잎폭길이, 지상부길이, 뿌리길이, 잎밀도에서 0.92~0.98로 넓게 나타났다. 수분처리구에서는 잎자루무게(0.
그리고 이 지위폭과 상수리나무와 굴참나무와의 생태적 중복역을 비교분석하여 3종의 분포적 특성과 경쟁관계를 생태적으로 해석하고자 하였다. 신갈나무의 생태적 지위폭은 환경요인 중 영양소구배에서 가장 낮았고, 수분구배에서 가장 높게 나타났다. 광구배에서는 그 중간이었다.
신갈나무의 생태학적 지위폭은 영양소구배⁄광구배⁄ 수분구배 순으로 증가하였다(Table 1).
이는 참나무 3종이 영양소환경이나 광환경에 대해서는 서로 간 생태적 분화가 수분 환경보다 상대적으로 많이 일어났음을 뜻한다. 유집분석과 주성분분석을 이용한 참나무 3종의 환경구배에 대한 반응에서는 신갈나무-상수리나무 간의 공간적 위치는 신갈나무-굴참나무 간의 위치보다 서로 가깝게 배열되어 나타났다. 이상의 결과는 신갈나무와 상수리나무는 생태적 지위가 유사하여 환경요인, 특히 수분환경에 대한 경쟁이 신갈나무와 굴참나무에 비해 더 심하게 일어남을 의미한다.
이를 종합하여 볼 때 위의 신갈나무-상수리나무와 신갈나무-굴참나무 간에는 토양의 수분환경요인에 대해서종 간 경쟁이 가장 심하다는 것을 시사한다. 이와 같이 수분에 대한 생태적 지위가 신갈나무와 상수리나무 간의 관계가 신갈나무와 굴참나무와의 관계보다 더 유사하다는 결과는 김과 김(1994)이 잎과 관련된 15가지 형질을 생리생태학적으로 측정한 결과와는 상반되는 것이다.
유집분석과 주성분분석을 이용한 참나무 3종의 환경구배에 대한 반응에서는 신갈나무-상수리나무 간의 공간적 위치는 신갈나무-굴참나무 간의 위치보다 서로 가깝게 배열되어 나타났다. 이상의 결과는 신갈나무와 상수리나무는 생태적 지위가 유사하여 환경요인, 특히 수분환경에 대한 경쟁이 신갈나무와 굴참나무에 비해 더 심하게 일어남을 의미한다.
즉 신갈나무는 수분 환경요인에 대해서는 상수리나무나 굴참나무와 서로 유사하게 생태적으로 반응을 하고, 영양소 환경요인에 대해서는 신갈나무는 이 두 종보다 적응력이 떨어지고, 광환경에 대해서는 신갈나무가 상수리나무와 굴참나무보다 적응정도가 더 크다는 것을 의미한다. 이는 한반도 산림식생에서 굴참나무나 상수리나무보다 신갈나무가 극상종으로 간주되거나 우점하는 현상은 수분이나 영양소와 같은 환경요인보다는 광에 대한 생태적 지위가 넓기 때문에 일어나는 것으로 해석된다.
환경요인에 대한 신갈나무와 상수리나무의 생태적 중 복역은 영양소구배⁄광구배⁄수분구배 순으로 높았다 (Table 2).
후속연구
그러나 한반도에서 신갈나무가 다른 참나무류보다 고지대와 북부지방에서 우점하는 현상을 보다 더 자세하게 설명하기 위해서는 참나무류의 온도처리에 대한 연구가 앞으로 더 진행되어야 할 것으로 사료된다. 온실 실험을 통한 본문의 신갈나무에 대한 생태학적 지위폭의 결과는 야외에서의 분포와 관련지어 설명할 때 환경조건의 차이로 인한 결과 차이가 있을 수 있다 (백 1995).
이와 같이 수분에 대한 생태적 지위가 신갈나무와 상수리나무 간의 관계가 신갈나무와 굴참나무와의 관계보다 더 유사하다는 결과는 김과 김(1994)이 잎과 관련된 15가지 형질을 생리생태학적으로 측정한 결과와는 상반되는 것이다. 이와 같은 상이한 연구결과는 잎의 생리적인 결과가 개체 수준에서 얼마나 생태학적인 현상으로 연결될 수 있는가의 문제로 이러한 문제를 해결하는 데 앞으로 개체군 수준뿐만 아니라 생리적 수준까지의 연구가 동시에 이루어져야 할 것으로 판단된다(Barbour et al. 1987).
질의응답
핵심어
질문
논문에서 추출한 답변
신갈나무는 어디의 우점식생인가?
신갈나무는 한반도 온대 낙엽수림의 우점식생이고, 이 신갈나무의 물질생산을 바탕으로 산림생태계의 먹이그물이 시작되고 기능이 작동된다고 할 수 있다. 또한 신갈나무의 열매는 하늘다람쥐, 멧돼지, 반달곰 등의 많은 대형 포유동물과 어치, 원앙과 같은 조류의 중요한 먹이원이다(임업연구원 1988).
신갈나무의 열매는 어떤 동물의 먹이원이 되는가?
신갈나무는 한반도 온대 낙엽수림의 우점식생이고, 이 신갈나무의 물질생산을 바탕으로 산림생태계의 먹이그물이 시작되고 기능이 작동된다고 할 수 있다. 또한 신갈나무의 열매는 하늘다람쥐, 멧돼지, 반달곰 등의 많은 대형 포유동물과 어치, 원앙과 같은 조류의 중요한 먹이원이다(임업연구원 1988).
생태학적 지위란 무엇인가?
한편 생태적 지위는 생물의 구조적 적응, 생리적 반응 및 생물종의 행동결과로 나타나며, 이는 그 종이 군집이나 생태계 내에서 차지하는 역할이다(Odum 1969). 생태적 지위는 생태적 지위폭과 생태적 지위 중복역으로 구분된다.
참고문헌 (36)
강윤순, 오계칠. 1982. 광릉삼림군집에 대한 ordination 방법의 적용. 한식지. 25:83-99
김윤식, 고성철, 오병운. 1981. 한국식물의 분포도에 관한 연구(V) -참나무과의 분포도-. 고려대학교 이공논집. pp. 93-133
김정언, 길봉섭. 2000. 한국의 신갈나무 숲 -그의 환경, 식생과 생활-. 원광대학교출판국. pp.98-101
Barbour MG, JH Burk and WD Pitts. 1987. Terrestrial plant ecology. 2nd ed. The Benjamin/Cummings Publishing Company, Inc. California. 634pp
Kim JU, YJ Yim and BS Kil. 1988. Classification and pattern analysis of forest vegetation in Daedunsan provincial park, Korea. The Korean Journal of Ecology 11:109-122
Odum EP. 1969. The strategy of ecosystem development. Science 164:262-270
You YH, ST Park, CS Lee and JH Kim. 1996. Simulation of forest succession in Kwangnung experimental forest with gap model. Korean J. Ecol. 19(6):499-506
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