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문제 정의
- 그러나 자연습지토양을 이용하여 인공습지에 식물을 직접 도입하고자 할 경우 습지식물의 발아율이나 성장률이 인공습지 조성여건과 환경조건에 따라 달라질 수 있기 때문에 이에 대한 연구가 선행되어야 한다. 따라서 본 연구에서는 다양하고 풍부한 습지식물 종자를 함유한 자연습지토양을 채취하고, 이들 식물의 서식환경을 파악하기 위하여 서낙동강의 8개 지점에서 식생 현황, 수질 및 저질 특성을 조사하였다. 또한 자연습지토양의 효과적이고 적합한 적용 환경을 찾기 위해서 수위에 따른 식물 출현수와 자연습지토양 함유량에 따른 식물 출현수와 성장정도를 파악하였다.
- 이를 위해서 본 연구에서는 자연습지토양을 이용하여 식생을 도입할 경우 자연습지토양의 함유량에 따른 식물 발아 개체수를 조사하여 습지 조성시 조성지의 토양과 자연습지토양의 적절한 혼합비율을 찾고자 하였다. 또한 자연습지토양의 함유량에 따른 성장정도를 파악함으로써 식물의 발아와 안정된 식생의 정착 가능성을 알아보고자 하였다.
- 습지의 다양한 기능이 가지고 있는 생태학적, 사회경제적 효과로 인하여 습지의 복원과 조성에 대한 관심이 커지고 있다. 본 연구에서는 습지설계의 중요한 요소가운데 하나인 식생도입과 관련하여 다양한 습지식물의 씨앗을 함유하고 있는 자연습지토양의 활용성을 조사하였다. 습지에 식생을 도입할 때 단일종보다는 생활형에 따른 다양한 식물종을 도입하는 것이 바람직하며, 이를 위해서는 수생식물의 구조적 특이성과 서식특성을 고려하여 자연습지토양을 이용하는 것이 효과적으로 사료된다.
- 한편 습지에 침수식물을 도입하기 위하여 자연습지토양을 이용하고자 할 경우 무분별한 습지토양의 채취는 오히려 기존 습지를 훼손할 수 있으므로 가능한 토양 채취량을 최소로 해야 한다. 이를 위해서 본 연구에서는 자연습지토양을 이용하여 식생을 도입할 경우 자연습지토양의 함유량에 따른 식물 발아 개체수를 조사하여 습지 조성시 조성지의 토양과 자연습지토양의 적절한 혼합비율을 찾고자 하였다. 또한 자연습지토양의 함유량에 따른 성장정도를 파악함으로써 식물의 발아와 안정된 식생의 정착 가능성을 알아보고자 하였다.
제안 방법
- 이중 정수식물을 제외한 비정수식물을 대상으로 건물생산능력을 분석하기 위하여 방형구내의 수생식물을 종별로 구분한 후 60℃ dry oven에서 항량이 될 때까지 건조하여 건물중을 칭량하였다. 건물중과 방형구 면적을 이용하여 수생식물 종별 단위면적당 건물생산능력을 계산하였다. 또한, 상대발생빈도와 절대발생빈도는 다음의식을 이용하여 계산하였다.
- 또한 실제 인공습지 조성지역과 비슷한 환경을 만들어주기 위해서 인공습지 조성예정지역에서 가져온 모래 41%, 미사 49%, 점토 9%의 미사질양토를 5cm 정도 두께로 mesocosm 바닥에 깔아주었다. 수위에 따른 식물 출현 개체수를 관찰하기 위해서 인공습지 조성 예정지역 토양위에 서낙동강에서 채취한 자연습지토양 4.
- 따라서 본 연구에서는 다양하고 풍부한 습지식물 종자를 함유한 자연습지토양을 채취하고, 이들 식물의 서식환경을 파악하기 위하여 서낙동강의 8개 지점에서 식생 현황, 수질 및 저질 특성을 조사하였다. 또한 자연습지토양의 효과적이고 적합한 적용 환경을 찾기 위해서 수위에 따른 식물 출현수와 자연습지토양 함유량에 따른 식물 출현수와 성장정도를 파악하였다.
- 또한 실제 인공습지 조성지역과 비슷한 환경을 만들어주기 위해서 인공습지 조성예정지역에서 가져온 모래 41%, 미사 49%, 점토 9%의 미사질양토를 5cm 정도 두께로 mesocosm 바닥에 깔아주었다. 수위에 따른 식물 출현 개체수를 관찰하기 위해서 인공습지 조성 예정지역 토양위에 서낙동강에서 채취한 자연습지토양 4.5kg을 두 개의 습지 mesocosm에 각각 넣어준 뒤, 증류수를 이용하여 하나는 수위 30cm를 계속해서 유지해주고(submerged), 다른 하나는 수위가 약 1cm가 되도록 하였다(waterlogged). 실험 시작 53일 이후 각 습지 mesocosm에 나타난 식물 출현 개체수를 파악하였다.
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2.2 수위에 따른 출현 식물 수
수위에 따른 식물 출현개체수를 53일에 걸쳐 4회 측정하였다
. 최종 조사일의 출현 개체수 비교 결과 침수조건과 습윤조건에서 각각 15개체, 2개체의 식물이 출현하여, 습윤조건의 식물 출현개체수가 침수조건보다 현저하게 낮았다(Fig. - 83mmol/m2·s를 나타냈다. 습지 mesocosm에서 발아한 습지식물은 대한식물도감을 참조해서 동정하였고, 발아한 식물은 주 1회 지상부의 길이를 측정하여 성장정도를 파악하였다.
- 식생현황 조사는 배를 이용하여 서낙동강 상류 8지점에 접근한 후(Fig. 1), 각 지점에서 3반복으로 0.25m2 (50cm × 50cm) 방형구를 설치하고 방형구내의 출현종을 채취하였다.
- 5kg을 두 개의 습지 mesocosm에 각각 넣어준 뒤, 증류수를 이용하여 하나는 수위 30cm를 계속해서 유지해주고(submerged), 다른 하나는 수위가 약 1cm가 되도록 하였다(waterlogged). 실험 시작 53일 이후 각 습지 mesocosm에 나타난 식물 출현 개체수를 파악하였다.
- 출현 습지식물 종은 원색대한식물도감(이창복, 2003)을 기준으로 동정하였다. 이중 정수식물을 제외한 비정수식물을 대상으로 건물생산능력을 분석하기 위하여 방형구내의 수생식물을 종별로 구분한 후 60℃ dry oven에서 항량이 될 때까지 건조하여 건물중을 칭량하였다. 건물중과 방형구 면적을 이용하여 수생식물 종별 단위면적당 건물생산능력을 계산하였다.
- 자연습지토양과 인공습지토양의 혼합비율에 따른 식물성장 정도를 모든 습지실험조에서 출현한 두 식물종(붕어마름, 검정말)에 대해서 비교·분석하였다(Fig. 6).
- 자연습지토양의 함유량에 따른 출현종과 출현 개체수, 성장정도를 비교 분석하기 위해 수위를 30cm로 동일하게 유지한 4개의 mesocosm에 자연습지토양과 인공습지 조성지역 토양을 비율을 달리하여 투입하였는데, 자연습지토양을 무게비로 각각 100%, 75%, 50%, 25%로 혼합하였다. 모든 실험은 온실에서 이루어졌으며 기온은 27±3℃로 측정되었다.
- 조사 지점별 식생 현존량을 파악하기 위해서 각 조사지점에서 출현한 식물에 대해서 단위면적당 건중량을 조사하였다(Table 2). 조사지점 가운데 상류에 위치한 B지점에서 가장 많은 식물종이 출현하였으며, 건중량 또한 가장 높았다.
대상 데이터
- 본 연구에서 자연습지토양의 채취 대상지역으로 선정한 서낙동강은 부산광역시 강서구와 경상남도 김해시 대동면의 경계지역 동경 128° 59′, 북위 35° 13′지점에서 낙동강 본류로부터 분기하는데, 1934년에 농업용수로 이용하기 위하여 대저수문과 녹산수문이 설치된 이후 수문관리에 따라 본류로부터 유입과 배수가 이루어지는 반호수적인 수문특성을 가지고 있다(김구연, 2002).
- 서낙동강 수생식물의 서식환경 특성을 살펴보기 위하여 길이 2m, 지름 5cm의 아크릴관을 이용하여 저질을 채취하였다. 조사지점별로 하천바닥의 저질 상태를 살펴보면, A지점의 저질은 상부 5cm까지 사질을 이루었고, 그 이하는 니질이 대부분을 차지하였다.
- 채취한 토양은 20일 동안 4℃에서 냉장 보관 후 실험에 이용하였다. 실험에 이용된 습지 mesocosm의 크기는 가로 40cm, 세로 40cm, 높이 80cm로 투명 아크릴 재질로 제작하였으며, 빛이 직접 퇴적층에 들어가지 못하도록 mesocosm의 옆면과 바닥을 검은색 천으로 차단하였다.
- 자연습지토양은 식생현황 조사에서 가장 다양하고 풍부한 식물종이 나타난 서낙동강 B지점에서 2008년 3월 5일에 채취하였다. 채취한 토양은 20일 동안 4℃에서 냉장 보관 후 실험에 이용하였다.
- 자연습지토양의 발아실험에서 검정말(Hydrilla verticillata), 붕어마름(Ceratophyllum demersum), 자라풀(Hydrocharis dubia), 좀개구리밥(Lemna paucicostata), 나사말(Vallisneria verticillata), 솔잎가래(Potamogeton pecinatus), 나자스말(Najas graminea) 등 총 7종의 습지식물이 발아하였다(Table 3). 이를 서낙동강 식생현황 조사결과와 비교하면, 발아한 7종 가운데 5종이 일치하였고 솔잎가래, 나자스말 2종이 새로 출현하였으며 가시연꽃(Euryale ferox)과 마름(Trapa japonica)은 발아실험에서 나타나지 않았다.
이론/모형
- 수생식물이 자라고 있는 지역의 저질특성을 살펴보기 위하여 길이 2m, 지름 5cm의 아크릴 코어를 이용하여 대상지역의 저질을 채취한 후 토성은 현장에서 간이 측정법을 이용해서 측정하였고(Brady and Weil, 2002), pH, CEC, 염농도, 질소, 인산은 국립농업과학원의 토양분석방법(농업 기술연구소, 1988)을 참조하여, 강열감량과 COD는 해양환경공정시험방법(환경부, 2004)에 따라 분석하였다.
- 25m2 (50cm × 50cm) 방형구를 설치하고 방형구내의 출현종을 채취하였다. 출현 습지식물 종은 원색대한식물도감(이창복, 2003)을 기준으로 동정하였다. 이중 정수식물을 제외한 비정수식물을 대상으로 건물생산능력을 분석하기 위하여 방형구내의 수생식물을 종별로 구분한 후 60℃ dry oven에서 항량이 될 때까지 건조하여 건물중을 칭량하였다.
성능/효과
- 각 식물별 식물상대발생빈도를 보면 침수식물인 붕어마름이 21.5%로 가장 높았으며, 검정말(16.5%), 좀개구리밥(13.9%), 나사말(10.1%), 자라풀(10.1%) 등의 발생빈도가 높았다. 식물별 상대건물중은 붕어마름이 28.
- 자연습지토양 혼합비율과 식물 개체수는 서로 상관관계를 나타내지는 않았다. 또한 실험이 이루어지는 동안 자연습지토양을 50% 도입한 습지 mesocosm에서 입자성 물질의 부유가 거의 관찰되지 않았다. 이러한 결과는 인공습지 조성에 활용할 자연습지토양이 제한된 경우에는 자연습지토양과 인공습지 조성지의 토양을 1:1 비율로 섞어서 도입하는 방안이 충분한 대안이 될 수 있음을 보여준다.
- 본 조사결과를 종합하면, 나사말은 사질 토양에 주로 서식하였으며, 검정말과 붕어마름은 전 지역에서 골고루 서식하고 있어 저질의 영향을 비교적 적게 받음을 알 수 있다. 또한 저질실험 결과 저질 중 사질함량과 유기물, 저질 TN 및 TP는 음의 성관관계를 보여주었다.
- 다양하고 풍부한 씨앗을 함유한 자연습지토양을 얻기 위해서는 사전조사를 통하여 토양채취 대상지역에 대한 식생조사가 필요한 것으로 판단된다. 발아실험 및 성장실험 결과 실험조건에 따라 발아하는 식물종과 출현 개체수, 성장정도가 현저하게 다르게 나타났다. 따라서 인공습지에서 식물의 효과적인 발아와 활착을 위해서 자연습지토양 채취지역의 저질특성이나 수심과 같은 식물의 서식환경을 조사하여 인공습지에 식물을 도입할 때 각 식물에 적합한 환경조건을 조성해 주어야 한다.
- 3), 출현 식물의 종류는 가장 적었다. 본 조사결과를 종합하면, 나사말은 사질 토양에 주로 서식하였으며, 검정말과 붕어마름은 전 지역에서 골고루 서식하고 있어 저질의 영향을 비교적 적게 받음을 알 수 있다. 또한 저질실험 결과 저질 중 사질함량과 유기물, 저질 TN 및 TP는 음의 성관관계를 보여주었다.
- 6). 붕어마름의 성장은 자연습지토양을 100% 사용한 습지실험조에서 가장 좋았지만, 검정말은 자연습지토양을 50% 사용한 습지실험조에서 가장 잘 성장하였다. 자연습지토양을 25% 투입한 습지실험조의 경우 검정말은 잘 성장하였지만, 붕어마름은 성장률이 현저하게 낮게 나타났다.
- 서낙동강의 8개 지점에서 식생현황을 조사한 결과 대가래(Potamogeton malaianus), 실말(Potamogeton berchtoldii), 생이가래(Salvinia natans), 톱니나자스말(Najas minor), 마름(Trapa japonica), 애기마름(Trapa pseudo-incisa), 붕어마름(Ceratophyllum demersum), 좀개구리밥(Lemna paucicostata), 가시연꽃(Euryale ferox), 연꽃(Nelumbo nucifera), 노랑어리연꽃(Nymphoides peltata), 검정말(Hydrilla verticillata), 나사말(Vallisneria asiatica Miki), 자라풀(Hydrocharis dubia) 등 총 9과 14종의 수생식물이 발견되었다. 이중 부엽식물이 6종, 침수식물이 6종, 부수식물이 2종을 차지하였다.
- 1%) 등의 발생빈도가 높았다. 식물별 상대건물중은 붕어마름이 28.2%로 가장 높았으며, 부엽식물인 자라풀 17.9%, 검정말 15.6%의 순으로 높았다(Table 1). 식물별 상대발생빈도와 상대건물중을 고려할 때 상대발생빈도와 상대건물중 모두 높은 값을 보인 붕어마름과 검정말이 자연습지토양을 이용하여 습지식물을 도입할 때 발아에 성공하거나 성장이 좋을 가능성이 높은 것으로 판단된다.
- 6%의 순으로 높았다(Table 1). 식물별 상대발생빈도와 상대건물중을 고려할 때 상대발생빈도와 상대건물중 모두 높은 값을 보인 붕어마름과 검정말이 자연습지토양을 이용하여 습지식물을 도입할 때 발아에 성공하거나 성장이 좋을 가능성이 높은 것으로 판단된다.
- 자연습지토양의 발아실험에서 검정말(Hydrilla verticillata), 붕어마름(Ceratophyllum demersum), 자라풀(Hydrocharis dubia), 좀개구리밥(Lemna paucicostata), 나사말(Vallisneria verticillata), 솔잎가래(Potamogeton pecinatus), 나자스말(Najas graminea) 등 총 7종의 습지식물이 발아하였다(Table 3). 이를 서낙동강 식생현황 조사결과와 비교하면, 발아한 7종 가운데 5종이 일치하였고 솔잎가래, 나자스말 2종이 새로 출현하였으며 가시연꽃(Euryale ferox)과 마름(Trapa japonica)은 발아실험에서 나타나지 않았다. 이러한 결과는 식물종 서식시기의 환경조건과 관련 있는 것으로 판단된다.
- 서낙동강의 8개 지점에서 식생현황을 조사한 결과 대가래(Potamogeton malaianus), 실말(Potamogeton berchtoldii), 생이가래(Salvinia natans), 톱니나자스말(Najas minor), 마름(Trapa japonica), 애기마름(Trapa pseudo-incisa), 붕어마름(Ceratophyllum demersum), 좀개구리밥(Lemna paucicostata), 가시연꽃(Euryale ferox), 연꽃(Nelumbo nucifera), 노랑어리연꽃(Nymphoides peltata), 검정말(Hydrilla verticillata), 나사말(Vallisneria asiatica Miki), 자라풀(Hydrocharis dubia) 등 총 9과 14종의 수생식물이 발견되었다. 이중 부엽식물이 6종, 침수식물이 6종, 부수식물이 2종을 차지하였다. 윤 등(2002)의 조사에서 나타난 식물종과 비교한 결과 톱니나자스말과 애기마름을 제외한 12종은 모두 일치하여 서낙동강의 식물종에는 큰 변화가 없는 것으로 나타났다.
- 자연습지토양을 25% 투입한 습지실험조의 경우 검정말은 잘 성장하였지만, 붕어마름은 성장률이 현저하게 낮게 나타났다. 자연습지토양 혼합비율에 따른 식물성장실험에서 검정말의 경우 자연습지토양의 혼합비율이 50%인 조건에서 가장 잘 성장하였고, 붕어마름의 경우도 같은 조건에서 낮은 성장을 보이지 않았기 때문에 인공습지 조성시 자연습지토양과 인공습지 조성지역 토양을 1:1로 섞어서 사용하여도 식물의 안정된 활착에 문제가 없을 것으로 판단된다.
- 자연습지토양과 인공습지토양의 혼합비율에 따른 식물 출현개체수를 관찰한 결과, 자연습지토양을 100% 사용한 실험에서 15개체로 가장 많은 개체수가 발견되었으며, 50%의 자연습지토양을 혼합한 실험에서 두 번째로 많은 11개체가 출현하였다(Fig. 5). 자연습지토양 혼합비율과 식물 개체수는 서로 상관관계를 나타내지는 않았다.
- 붕어마름의 성장은 자연습지토양을 100% 사용한 습지실험조에서 가장 좋았지만, 검정말은 자연습지토양을 50% 사용한 습지실험조에서 가장 잘 성장하였다. 자연습지토양을 25% 투입한 습지실험조의 경우 검정말은 잘 성장하였지만, 붕어마름은 성장률이 현저하게 낮게 나타났다. 자연습지토양 혼합비율에 따른 식물성장실험에서 검정말의 경우 자연습지토양의 혼합비율이 50%인 조건에서 가장 잘 성장하였고, 붕어마름의 경우도 같은 조건에서 낮은 성장을 보이지 않았기 때문에 인공습지 조성시 자연습지토양과 인공습지 조성지역 토양을 1:1로 섞어서 사용하여도 식물의 안정된 활착에 문제가 없을 것으로 판단된다.
- 습지에 식생을 도입할 때 단일종보다는 생활형에 따른 다양한 식물종을 도입하는 것이 바람직하며, 이를 위해서는 수생식물의 구조적 특이성과 서식특성을 고려하여 자연습지토양을 이용하는 것이 효과적으로 사료된다. 자연습지토양의 발아실험 결과 서낙동강 식생현황 조사지점에서 출현한 식물종 가운데 5종이 습지 mesocosm을 이용한 발아 실험에서도 나타나, 현장에서 조사된 식물의 71%가 발아하였다. 다양하고 풍부한 씨앗을 함유한 자연습지토양을 얻기 위해서는 사전조사를 통하여 토양채취 대상지역에 대한 식생조사가 필요한 것으로 판단된다.
- 조사 지점별 식생 현존량을 파악하기 위해서 각 조사지점에서 출현한 식물에 대해서 단위면적당 건중량을 조사하였다(Table 2). 조사지점 가운데 상류에 위치한 B지점에서 가장 많은 식물종이 출현하였으며, 건중량 또한 가장 높았다.
- 수위에 따른 식물 출현개체수를 53일에 걸쳐 4회 측정하였다. 최종 조사일의 출현 개체수 비교 결과 침수조건과 습윤조건에서 각각 15개체, 2개체의 식물이 출현하여, 습윤조건의 식물 출현개체수가 침수조건보다 현저하게 낮았다(Fig. 4). 이는 토양을 채취한 지역이 연중 침수된 지역임을 고려할 때 이 자연습지토양에는 습윤한 상태에서 성장할 수 있는 정수식물의 씨앗이 포함되지 않았으며, 침수식물 또한 조건이 잘 맞지 않아 대부분 발아에 실패한 것으로 판단된다.
후속연구
- 서낙동강 식생현황 조사와 발아실험에서 모두 나타난 식물은 자라풀, 검정말, 좀개구리밥, 붕어마름, 나사말이었는데, 김(2002)에 따르면 이들 5종은 6∼8월에 주로 나타났다. 이러한 결과는 습지식물 발아에서 온도가 아주 중요한 제한 요소라는 것을 제시하며, 온도를 관측함으로써 인공습지 조성 후 나타나는 식물종을 예측할 수 있을 것으로 보인다. 자연습지토양을 이용하여 인공습지에 식물을 도입할 경우에도 가능한 많은 종의 식물이 나타나도록 하기 위해서는 여름보다는 봄에 식물을 도입하는 것이 적절한 것으로 판단된다.
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