우리나라에서 멸종위기 식물인 조름나물(Menyanthes trifoliata L.)은 긴 지하경을 가지는 다년생 정수식 물이며, 양분이 적은 이탄습지 또는 산지 호수의 가장자리에 주로 서식한다. 조름나물의 복원 시 적절한 서식지 기질을 결정하기 위하여, 양분 함량이 다른 물, 물이끼 매트, 논흙을 기질로 사용한 메조코즘을 조성하여 조름나물의 성장을 조사하였다. 논흙의 경우에는 침수와 포화습윤 조건으로 나누어 조성하였다. 각 조건마다 약 10cm의 지하경을 심고, 피도, 잎의 면적, 잎의 개수, 지하경의 무게를 측정하였다. 각 변수들은, 양분이 적은 수경 재배와 물이끼 매트에서 8월경에 최고치를 보이다가 감소하였다. 양분이 많은 논흙에서는 10월까지 계속 성장하여 모든 변수에서 시작 때의 2배 이상으로 성장하였다. 지하경의 무게는 위의 기질 조건 각각에서 49, 77, 239, 312g으로 증가하였다. 본 실험결과는 조름나물이 자연에서는 양분이 적은 곳에 서식할지라도 단독으로 자라는 조건에서는 양분이 많은 환경에서 더 잘 자란다는 것을 말해준다. 이는 조름나물의 서식 기질에서의 기본적인 생태적 지위와 실제적인 생태적 지위가 다름을 의미한다. 조름나물의 성공적인 복원을 위해서는 조름나물의 서식지를 제한하는 다른 요인과 생존 전략을 밝히는 추가적인 연구가 필요하다.
우리나라에서 멸종위기 식물인 조름나물(Menyanthes trifoliata L.)은 긴 지하경을 가지는 다년생 정수식 물이며, 양분이 적은 이탄습지 또는 산지 호수의 가장자리에 주로 서식한다. 조름나물의 복원 시 적절한 서식지 기질을 결정하기 위하여, 양분 함량이 다른 물, 물이끼 매트, 논흙을 기질로 사용한 메조코즘을 조성하여 조름나물의 성장을 조사하였다. 논흙의 경우에는 침수와 포화습윤 조건으로 나누어 조성하였다. 각 조건마다 약 10cm의 지하경을 심고, 피도, 잎의 면적, 잎의 개수, 지하경의 무게를 측정하였다. 각 변수들은, 양분이 적은 수경 재배와 물이끼 매트에서 8월경에 최고치를 보이다가 감소하였다. 양분이 많은 논흙에서는 10월까지 계속 성장하여 모든 변수에서 시작 때의 2배 이상으로 성장하였다. 지하경의 무게는 위의 기질 조건 각각에서 49, 77, 239, 312g으로 증가하였다. 본 실험결과는 조름나물이 자연에서는 양분이 적은 곳에 서식할지라도 단독으로 자라는 조건에서는 양분이 많은 환경에서 더 잘 자란다는 것을 말해준다. 이는 조름나물의 서식 기질에서의 기본적인 생태적 지위와 실제적인 생태적 지위가 다름을 의미한다. 조름나물의 성공적인 복원을 위해서는 조름나물의 서식지를 제한하는 다른 요인과 생존 전략을 밝히는 추가적인 연구가 필요하다.
Bog bean (Menyanthes trifoliata L.) is an endangered species in Korea and a perennial macrophyte with long rhizome, inhabiting in oligotrophic fen or edges of montane lakes. To decide appropriate substrate type for restoration of this plant, we investigated the effect of substrates (e.g. water, Spha...
Bog bean (Menyanthes trifoliata L.) is an endangered species in Korea and a perennial macrophyte with long rhizome, inhabiting in oligotrophic fen or edges of montane lakes. To decide appropriate substrate type for restoration of this plant, we investigated the effect of substrates (e.g. water, Sphagnum mat, paddy soil) on growth of bog bean. There were two water conditions on paddy soils: saturated and flooded. We planted 10cm rhizome in mesocosms and measured coverage, leaf area, leaf number and rhizome biomass. Bog bean growed until August in water and Sphagnum mat and until October in paddy soil. Rhizome biomass at the end of November were 49, 77, 239, and 312g in water, Sphagnum mat, paddy soil with water saturated, and paddy soil with water flooded conditions, respectively. The results indicate that bog bean can grow better in paddy soil which have higher nutrient than water or Sphagnum mat which represents natural habitat condition of bog bean. This reveals that actual ecological niche of bog bean is different from fundamental ecological niche in substrate. For successful restoration of bog bean in nutrient rich area, it is necessary to know the competitiveness of bog bean in various substrate conditions.
Bog bean (Menyanthes trifoliata L.) is an endangered species in Korea and a perennial macrophyte with long rhizome, inhabiting in oligotrophic fen or edges of montane lakes. To decide appropriate substrate type for restoration of this plant, we investigated the effect of substrates (e.g. water, Sphagnum mat, paddy soil) on growth of bog bean. There were two water conditions on paddy soils: saturated and flooded. We planted 10cm rhizome in mesocosms and measured coverage, leaf area, leaf number and rhizome biomass. Bog bean growed until August in water and Sphagnum mat and until October in paddy soil. Rhizome biomass at the end of November were 49, 77, 239, and 312g in water, Sphagnum mat, paddy soil with water saturated, and paddy soil with water flooded conditions, respectively. The results indicate that bog bean can grow better in paddy soil which have higher nutrient than water or Sphagnum mat which represents natural habitat condition of bog bean. This reveals that actual ecological niche of bog bean is different from fundamental ecological niche in substrate. For successful restoration of bog bean in nutrient rich area, it is necessary to know the competitiveness of bog bean in various substrate conditions.
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문제 정의
따라서 본 연구에서는 조름나물의 복원을 위해 조름나물의 생태 특성을 밝힐 가장 기초적인 연구로서, 양분 상태가 다른 기질 조건을 주고 이에 따른 조름나물의 성장을 비교해 보고자한다. 양분의 상황에 따른 우리나라의 대표적인 기질 조건을 고려하고, 그 밖의 요인에 의한 교란이 없도록 변인 통제가 가능한 메조코즘 실험을 설계 수행하였다.
2000). 이에 따라 본 연구는 양분의 상태가 다른 기질을 제공하고 각 기질에서의 조름나물의 성장을 비교해 보는 실험을 수행하였다. 이를 통하여 조름나물이 논흙과 같이 양분이 많은 환경에 놓여졌을 때, 다른 빈영양환경에서 발견되는 일부 종처럼 성장이 억제되는지, 혹은 다른 영향이 있는지를 살펴볼 수 있었다.
이러한 사실은 이탄습지가 부족하고, 일반적인 습지의 복원이 비교적 양분이 많은 환경에서 조성되는 우리나라와 같은 상황에서, 조름나물을 복원할 때 중요한 단서를 제공할 것이다. 즉, 본 연구에서는 조름나물의 실현지위가 아닌 기본지위를 밝힘으로써 멸종위기 식물인 조름나물을 양분이 많은 지역에서 복원할 수 있는 1차적인 복원가능성에 대해서 살펴볼 수 있었다. 이러한 멸종위기종은 서식지를 제한하는 요인을 밝힘으로써 관리방안을 마련할 수 있다(유영한과 김해란 2010).
가설 설정
조름나물의 잎 면적은 소엽을 타원형이라고 가정하여 계산하였으며, 소엽의 장축 길이를 측정한 후, 장축과 단축의 비(0.60±0.09)를 고려하여 식 (1)에 따라 잎 1개당 면적을 계산하였다.
제안 방법
조건 간의 환경 차이 및 조름나물의 양분 이용도를 알아보기 위해 각 메조코즘에서 물에 녹아 있는 질산, 암모늄, 인산, TDS, pH를 1달 간격(처음 1달간은 2주에 한번씩)으로 측정하였다. TDS와 pH는 현장에서 electrical conductivity meter와 pH meter를 이용하여 측정하였다. 질산, 암모늄, 인산 분석을 위해 물을 채수한 후 직경 0.
기질로는 물, 물이끼 매트, 논흙을 사용하였다. 각 메조코즘 마다 8-10cm의 조름나물 지하경을 4개씩 식재하였다. 기질이 물인 경우는 구멍 난 플라스틱 바구니(40 × 30 × 8cm)에 조름나물을 고정시키고 물에 띄웠으며, 수위는 20cm 내외로 유지하였다.
조름나물 이외의 식물이 발견되면, 발견 즉시 물리적으로 제거하였다. 각 조건 당 4반복으로 조성하였으며, 같은 조건끼리는 인접하지 않도록 배열하였다.
기질이 조름나물의 생육에 미치는 영향을 파악하기 위해 3 종류의 기질을 두고 비교하는 메조코즘 실험을 하였다. 실험은 2009년 6월 5일부터 최저기온이 0oC 이하로 떨어지고 난 2009년 11월 13일까지 서울대학교에서 수행되었다(Fig.
논흙은 수확이 끝난 논에서 채취하였고 고르게 섞어 mesh size 2 mm의 체로 친 후 실험에 사용하였다. 논흙을 물 포화상태로 만들어 8cm 두께(약 20kg)로 메조코즘을 채웠다. 논흙의 경우 두 조건으로 나누었는데, 수위를 0-2cm로 유지한 포화습윤 조건과 10-12cm의 수위를 유지한 침수 조건이다.
논흙의 경우 두 조건으로 나누었는데, 수위를 0-2cm로 유지한 포화습윤 조건과 10-12cm의 수위를 유지한 침수 조건이다. 메조코즘의 수위는 인접한 관악산 계곡물을 이용하여 유지하였다. 조름나물 이외의 식물이 발견되면, 발견 즉시 물리적으로 제거하였다.
수질 측정을 통해 조건 간에 양분 상황을 파악했다. 그러나 예상과는 달리 질산과 암모늄은 양분이 적은 조건인 수경 조건에서만 비교적 높게 측정되었고, 다른 조건들에서는 거의 검출되지 않았다(Fig.
따라서 본 연구에서는 조름나물의 복원을 위해 조름나물의 생태 특성을 밝힐 가장 기초적인 연구로서, 양분 상태가 다른 기질 조건을 주고 이에 따른 조름나물의 성장을 비교해 보고자한다. 양분의 상황에 따른 우리나라의 대표적인 기질 조건을 고려하고, 그 밖의 요인에 의한 교란이 없도록 변인 통제가 가능한 메조코즘 실험을 설계 수행하였다.
조건 간의 환경 차이 및 조름나물의 양분 이용도를 알아보기 위해 각 메조코즘에서 물에 녹아 있는 질산, 암모늄, 인산, TDS, pH를 1달 간격(처음 1달간은 2주에 한번씩)으로 측정하였다. TDS와 pH는 현장에서 electrical conductivity meter와 pH meter를 이용하여 측정하였다.
조름나물의 성장을 확인하기 위하여 피도, 잎의 면적, 잎 개수를 측정하였다. 피도는 한 달에 1회, 엽면적과 잎 개수는 2주에 1회, 지하경은 실험이 끝난 후 수거하여 생중량을 측정하였다.
생육기간 이후 지하경의 무게는 실험 기간 동안 생산된 생체량을 대변한다(Garvera et al 1988). 지하경의 무게와 잎의 성장에 관련된 변수들과의 관계를 분석하기 위해, 각 변수들에서 그래프의 넓이와 지하경 무게와의 회귀분석을 통해 결정계수(R2)를 구하였다.
TDS와 pH는 현장에서 electrical conductivity meter와 pH meter를 이용하여 측정하였다. 질산, 암모늄, 인산 분석을 위해 물을 채수한 후 직경 0.45 ㎛ Whatman cellulose nitrate membrane filter로 걸러 분석에 이용하였다. 질산은 Hydrazine method로(Kamphake et al.
조름나물의 성장을 확인하기 위하여 피도, 잎의 면적, 잎 개수를 측정하였다. 피도는 한 달에 1회, 엽면적과 잎 개수는 2주에 1회, 지하경은 실험이 끝난 후 수거하여 생중량을 측정하였다. 조름나물의 잎 면적은 소엽을 타원형이라고 가정하여 계산하였으며, 소엽의 장축 길이를 측정한 후, 장축과 단축의 비(0.
대상 데이터
메조코즘으로는 플라스틱 탱크(50 × 36 × 31cm)를 이용하였다. 기질로는 물, 물이끼 매트, 논흙을 사용하였다. 각 메조코즘 마다 8-10cm의 조름나물 지하경을 4개씩 식재하였다.
앞의 두 조건이 빈영양상태라고 한다면, 논흙은 양분이 풍부한 상태라고 할 수 있다. 논흙은 수확이 끝난 논에서 채취하였고 고르게 섞어 mesh size 2 mm의 체로 친 후 실험에 사용하였다. 논흙을 물 포화상태로 만들어 8cm 두께(약 20kg)로 메조코즘을 채웠다.
메조코즘으로는 플라스틱 탱크(50 × 36 × 31cm)를 이용하였다.
기질이 조름나물의 생육에 미치는 영향을 파악하기 위해 3 종류의 기질을 두고 비교하는 메조코즘 실험을 하였다. 실험은 2009년 6월 5일부터 최저기온이 0oC 이하로 떨어지고 난 2009년 11월 13일까지 서울대학교에서 수행되었다(Fig. 1). 메조코즘으로는 플라스틱 탱크(50 × 36 × 31cm)를 이용하였다.
이론/모형
45 ㎛ Whatman cellulose nitrate membrane filter로 걸러 분석에 이용하였다. 질산은 Hydrazine method로(Kamphake et al. 1967), 암모늄은 Indophenol method로(Liddicoat et al. 1975), 인산은 ascorbic acid reduction method로 분석하였다(Solorzano 1969).
성능/효과
본 연구에서 수질변화는 조름나물의 성장에 의한 흡수량의 증가를 설명한다. 7월 20일 이후부터 그 이전에 검출되던 질산이나 암모늄도 거의 검출되지 않았으며, 양분이 적은 조건에서는 TDS도 유입수 이하로 감소하였다. 이는 조름나물이 성장함에 따라 식물체가 유입수를 통해 제공하는 것 이상의 양분을 요구한 것으로 볼 수 있다.
수질 측정을 통해 조건 간에 양분 상황을 파악했다. 그러나 예상과는 달리 질산과 암모늄은 양분이 적은 조건인 수경 조건에서만 비교적 높게 측정되었고, 다른 조건들에서는 거의 검출되지 않았다(Fig. 2). 초기에 보이는 이러한 양분의 감소는 논흙의 입자나 물이끼 매트 등 매질에 의해 흡착되어 사라지는 것이 주된 원인이라 추정된다(Unckless and Makarewicz 2007).
물이끼 매트와 수경 조건에서는 그보다 훨씬 적은 값을 나타냈는데, 물이끼 매트 조건에서는 77±8g, 수경 조건에서는 49±5g으로 물이끼 매트 조건에서 다소 높은 값을 보였다.
이는 조름나물이 성장함에 따라 식물체가 유입수를 통해 제공하는 것 이상의 양분을 요구한 것으로 볼 수 있다. 상대적으로 흡수되는 양분은 감소함에 따라 조름나물 잎의 면적은 줄어들어 잎의 생산량은 감소하였다(Fig. 3). 지하경의 생산량 또한 감소하였다(Fig.
수질 실험 결과 질산은 수경 조건을 제외한 다른 조건에서는 거의 검출되지 않았다(Fig. 2a). 수경 조건에서는 유입수와 유사한 경향을 보이다가 7월 20일 이후부터는 거의 검출되지 않았다.
논흙 조건에서는 유입수보다 높은 TDS를 유지했으며, 유입수에서의 증감에 따라 함께 변하였다. 실험 초기에, 수경 조건에서는 유입수와 유사한 값을, 물이끼 매트 조건에서는 유입수보다 낮은 값을 나타냈다. 그러나 7월 20일 이후에는 물이끼 매트와 수경 조건에서의 TDS는 크게 줄어들어 조건 간에 유사한 값으로 나타났다.
반면 일정 이상의 양분이 있을 때, 잎 1개의 면적을 유지하고 잎의 개수를 증가시키며 성장하는 것으로 나타났다. 실험결과 논흙 포화습윤 조건에서는 9월부터, 논흙 침수 조건에서는 10월이 지나면서 평균 잎 넓이는 40-50㎠에서 유지되었으나, 잎의 개수는 계속 증가하였다(Fig. 3). 잎 1개의 면적은 새로 나오는 잎의 개수와 기존의 잎의 개수의 비율을 나타내므로, 이를 최적의 상태로 유지한채 계속하여 잎 개수를 증가키는 것이라 할 수 있다.
한편 물이끼 매트 조건에서는 양분이 부족한 환경에서도 조름나물의 서식에 있어서 이점을 가질 수 있다. 실험결과 물이끼 매트 조건에서 오히려 수경 조건보다 생산량이 많았다. 물이끼 자체는 소량의 양분만을 요구하며, 빛을 차단하여 다른 양분의 경쟁자인 조류의 번성을 방지하고, 물이끼 사체를 통해 양분을 제공해 줄 수 있다.
이를 통하여 조름나물이 논흙과 같이 양분이 많은 환경에 놓여졌을 때, 다른 빈영양환경에서 발견되는 일부 종처럼 성장이 억제되는지, 혹은 다른 영향이 있는지를 살펴볼 수 있었다. 실험결과 조름나물은 양분이 많은 곳에서도 생존할 수 있으며 오히려 더 큰 생산량을 보였다. 이러한 사실은 이탄습지가 부족하고, 일반적인 습지의 복원이 비교적 양분이 많은 환경에서 조성되는 우리나라와 같은 상황에서, 조름나물을 복원할 때 중요한 단서를 제공할 것이다.
논흙 침수 조건과 논흙 포화습윤 조건을 비교하면, 침수조건에서의 잎 개수가 포화습윤 조건에 비해 부족하며, 따라서 수위는 잎의 성장에 중요한 요인으로 작용하는 것으로 보인다(Han and Kim 2006). 양분이 적은 환경인 물이끼 매트 조건과 수경 조건을 비교하면, 잎 1개의 면적은 물이끼 매트 조건에서 높았으며, 잎의 개수는 수경 조건에서 미소하게 높았다. 조건 간의 차이는 잎 면적에서 더 많은 차이가 나타나서, 피도와 지하경의 무게는 물이끼 매트 조건에서 좀 더 높았다(Figs.
87로 나타났다. 이와 같이 잎과 지하경은 서로 밀접한 관계가 있으며, 이 중 잎 넓이가 지하경의 무게를 가장 잘 설명하는 것으로 나타났다.
잎과 관련된 변수들과 지하경의 무게와의 상관관계를 위해 결정계수를 구한 결과, 피도와 지하경 사이에서 r2=0.93, 잎 면적과 지하경 사이에서 r2=0.99, 총 잎 개수와 지하경 사이에서 r2=0.87로 나타났다. 이와 같이 잎과 지하경은 서로 밀접한 관계가 있으며, 이 중 잎 넓이가 지하경의 무게를 가장 잘 설명하는 것으로 나타났다.
후속연구
실험결과 조름나물은 양분이 많은 곳에서도 생존할 수 있으며 오히려 더 큰 생산량을 보였다. 이러한 사실은 이탄습지가 부족하고, 일반적인 습지의 복원이 비교적 양분이 많은 환경에서 조성되는 우리나라와 같은 상황에서, 조름나물을 복원할 때 중요한 단서를 제공할 것이다. 즉, 본 연구에서는 조름나물의 실현지위가 아닌 기본지위를 밝힘으로써 멸종위기 식물인 조름나물을 양분이 많은 지역에서 복원할 수 있는 1차적인 복원가능성에 대해서 살펴볼 수 있었다.
질의응답
핵심어
질문
논문에서 추출한 답변
우리나라에서는 조름나물이 주로 어디에서 서식하는가?
조름나물은 북반구의 한대와 아한대에 분포하며, 위도가 낮은 곳에선 높은 고도에 서식한다(Hewett 1964). 우리나라는 조름나물이 서식할 수 있는 남방한계선에 속하며, 울진 및 대관령, 대암산, 평북, 한남, 함북 등의 고산지역의 습지에서 보고되었다(이창복 1998, 이영노 2006, 최효정와 허권 2009). 이처럼 우리나라에서 조름나물 서식처는 매우 제한적으로 분포하며, 그 마저도 인위적 교란 또는 지구 온난화로 인하여 점점 축소되고 있는 실정이다(장병오 등 2006, 양해근과 최태봉 2009, 이수동 2009).
조름나물의 성장은 어떤 환경에서 왕성한가?
2004, 김재근 2009), 이러한 환경에서 조름나물의 성장은 미약하였다. 반면에 논흙의 양분이 제공되는 환경에서는 조름나물은 왕성하게 성장하였다. 이는 조름나물은 이탄습지와 같이 양분이 부족한 서식지에서는 자신의 성장 능력에 필요한 양분을 충분히 얻지 못하여 성장이 제한되므로 양분이 더 많은 곳에서는 더 잘 자랄 수 있음을 의미한다.
조름나물은 주로 어디에 서식하는가?
우리나라에서 멸종위기 식물인 조름나물(Menyanthes trifoliata L.)은 긴 지하경을 가지는 다년생 정수식 물이며, 양분이 적은 이탄습지 또는 산지 호수의 가장자리에 주로 서식한다. 조름나물의 복원 시 적절한 서식지 기질을 결정하기 위하여, 양분 함량이 다른 물, 물이끼 매트, 논흙을 기질로 사용한 메조코즘을 조성하여 조름나물의 성장을 조사하였다.
참고문헌 (24)
Garvera EG, Dubbea DR, Pratta DC. 1988. Seasonal patterns in accumulation and partitioning of biomass and macronutrients in Typha spp. Aquatic Botany 32(2): 115-127.
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Solorzano L. 1969. Determination of ammonia in natural waters by the phenolhypochlorite method. Limnology and Oceanography 14: 799-801.
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Unckless RL, Makarewicz JC. 2007. The impact of nutrient loading from Canada Geese (Branta canadensis) on water quality, a mesocosm approach. Hydrobiologia 586: 393-401.
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