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문제 정의
- 본 연구는 온대 남부, 중부, 북부지역의 소나무림을 대상으로 기상인자, 생육인자에 대해 생태적 지위폭 (ecological niche breadth)을 분석하였으며, 향후 기후변화에 따른 소나무림 분포에 미치는 환경 인자를 규명하기 위해 수행하였다. 2010년 9월부터 10월까지 강릉, 정선, 평창, 함양, 봉황, 영양, 울진, 의성 보성 9개 지역에 20×20m의 방형구를 설치하여 수고, 흉고 직경, 지하고, 수관폭, 흉고단면적을 생육인자로 이용하였으며, 기상인자는 최저기온, 평균기온, 최고기온, 습도, 강수량을 조사지역에서 가장 가까운 관측소의 측정값을 이용하였다.
- 본 연구는 전국의 소나무림을 대상으로 토양환경, 기상인자, 생육인자를 조사하여 각 지역별 소나무림의 분포 특성을 알기 위하여 생태적 지위폭을 분석하였고, 각 소나무림의 분포 특성의 차이의 정도를 이해하기 위해서 생태적 지위 중복역을 분석하여, 기후변화에 따른 소나무림의 분포 변화를 예측하고자 하였다.
제안 방법
- 각 조사지역에서 토양 시료를 채취하여 pH, EC, 유기물함량, 총질소 함량, 유효인산, 치환성양이온(K+, Na+, Ca2+, Mg2+) 등 토양 화학적 성질을 분석하였다(농업과학기술원, 2000). 또한 조사대상 수종의 분포 상태를 밝히기 위하여 각 조사지점별 수고, 흉고직경, 지하고, 수관폭, 흉고단면적, 상대우점도를 조사하여 생육인자로 이용하였으며(Table 2), 상대우점도는 흉고단면적을 토대로 산출하였다.
- 생태적 중복역은 같은 군집이나 생태계에서 동일한 환경자원을 두 종 이상의 생물이 공동적으로 이용할 때 일어나는 경쟁의 정도를 판단하기 위한 방법이지만 본 연구에서는 각각 다른 환경조건에서 환경요인수준에 대한 소나무림의 분포 특성의 환경 요인별, 형질별 차이를 밝히기 위하여 Shoener(1970)의 비례 유사도를 이용하여 생태적 지위 중복역을 계산하였다. 또한 각 지역의 상대적인 차이를 밝히기 위하여 생태적 지위 중복역을 토대로 cluster 분석을 실시하였다.
- ) 등 토양 화학적 성질을 분석하였다(농업과학기술원, 2000). 또한 조사대상 수종의 분포 상태를 밝히기 위하여 각 조사지점별 수고, 흉고직경, 지하고, 수관폭, 흉고단면적, 상대우점도를 조사하여 생육인자로 이용하였으며(Table 2), 상대우점도는 흉고단면적을 토대로 산출하였다. 기상인자는 평균기온, 최고기온, 최저기온, 습도, 강수량을 각 조사지역에서 가장 가까운 관측소의 최근 30년간 관측 자료(www.
- 생태적 지위 중복역은 두 종의 비례유사도(proportional similarity)로 표시한다. 비례유사도는 동일 환경 구배에서 나타나는 종 사이의 상대 반응비의 차의 절대치의 합을 이용하여 계산하였다. 생태적 지위가 동일하면 생태적 지위가 완전히 중복되어 비례유사도는 1이고, 생태적 지위가 전혀 다르면 0이다.
- 지역간 차이를 규명하기 위하여 생태적 지위 중복역을 이용하여 cluster분석을 실시한 결과 상대 우점도에 따른 조사지역 간 소나무림의 생태적 지위가 크게 두 그룹으로 분류되었다(Fig. 2). 가장 가까운 함양, 영양, 보성이 생태적 지위 중복역이 가장 넓은 것으로 나타났는데, 이는 생태적 지위가 비슷하여 지역간 소나무림 분포 특징이 비슷한 것으로 나타났다.
대상 데이터
- 2010년 9월부터 10월까지 강릉, 정선, 평창, 함양, 봉황, 영양, 울진, 의성 보성 9개 지역에 20×20m의 방형구를 설치하여 수고, 흉고 직경, 지하고, 수관폭, 흉고단면적을 생육인자로 이용하였으며, 기상인자는 최저기온, 평균기온, 최고기온, 습도, 강수량을 조사지역에서 가장 가까운 관측소의 측정값을 이용하였다.
- 2010년 9월부터 10월까지 온대 남부, 중부, 북부지역의 소나무림을 대상으로 강릉, 정선, 평창, 함양, 봉황, 영양, 울진, 의성 보성 9개 지점을 선정하였으며, 20×20m의 방형구를 설치하였으며, 조사지역의 위치, 해발고도, 기상 개황은 Table 1과 같다.
- 또한 조사대상 수종의 분포 상태를 밝히기 위하여 각 조사지점별 수고, 흉고직경, 지하고, 수관폭, 흉고단면적, 상대우점도를 조사하여 생육인자로 이용하였으며(Table 2), 상대우점도는 흉고단면적을 토대로 산출하였다. 기상인자는 평균기온, 최고기온, 최저기온, 습도, 강수량을 각 조사지역에서 가장 가까운 관측소의 최근 30년간 관측 자료(www.kma. go.kr)를 기상인자로 이용하였다.
이론/모형
- 생태적 지위가 동일하면 생태적 지위가 완전히 중복되어 비례유사도는 1이고, 생태적 지위가 전혀 다르면 0이다. 생태적 중복역은 같은 군집이나 생태계에서 동일한 환경자원을 두 종 이상의 생물이 공동적으로 이용할 때 일어나는 경쟁의 정도를 판단하기 위한 방법이지만 본 연구에서는 각각 다른 환경조건에서 환경요인수준에 대한 소나무림의 분포 특성의 환경 요인별, 형질별 차이를 밝히기 위하여 Shoener(1970)의 비례 유사도를 이용하여 생태적 지위 중복역을 계산하였다. 또한 각 지역의 상대적인 차이를 밝히기 위하여 생태적 지위 중복역을 토대로 cluster 분석을 실시하였다.
- 하지만 생태적 지위폭이 좁으면 내성이 작으며, 특수한 서식지가 필요하므로 분포역이 한정되고 개체수는 감소한다. 이러한 생태적 지위 변화양상을 파악하기 위해 Levins(1968)의 식을 이용하여 다음과 같이 계산하였다.
성능/효과
- 2010년 9월부터 10월까지 강릉, 정선, 평창, 함양, 봉황, 영양, 울진, 의성 보성 9개 지역에 20×20m의 방형구를 설치하여 수고, 흉고 직경, 지하고, 수관폭, 흉고단면적을 생육인자로 이용하였으며, 기상인자는 최저기온, 평균기온, 최고기온, 습도, 강수량을 조사지역에서 가장 가까운 관측소의 측정값을 이용하였다. 5가지 기상인자에 대한 생태적지위폭은 습도를 제외한 기상인자에서 생태적 지위폭이 낮게 나타났으며, 기상변화에 따른 소나무의 분포역이 한정될 가능성이 높아지는 것으로 해석할 수 있다. 또한 강수량과 기온변화가 소나무림의 분포에 더 큰 영향을 주는 것으로 판단되며, 특히 최고기온의 경우 대부분의 조사지역에서 0.
- 2). 가장 가까운 함양, 영양, 보성이 생태적 지위 중복역이 가장 넓은 것으로 나타났는데, 이는 생태적 지위가 비슷하여 지역간 소나무림 분포 특징이 비슷한 것으로 나타났다. 또한 평창과 봉화는 생태적 지위 중복역이 가장 좁은 지역으로 다른 지역들과 소나무림 분포특징의 차이가 있음을 알 수 있으며, 이러한 지역간 차이는 동일한 소나무림이라 할지라도 지역적, 환경적인 영향에 따라 그 분포양상이 달라지며, 이러한 차이의 정도는 생태적 지위 중복역의 너비와 관계가 있으므로 생태적 지위 중복역으로 소나무림의 분포 특징을 측정하는 것은 각 지역의 소나무림의 현재 상태와 변화를 예측하기 위해 필요할 것으로 사료된다.
- 8 이상으로 높은 생태적 지위폭을 나타내고 현재까지는 환경변화에 적응하여 안정적으로 분포하는 경향을 보이고 있는 것으로 판단된다. 각 지역별 생육인자에 대한 생태적 지위폭은 모든 지역에서 0.9 이상의 안정된 분포역을 나타내었으며, 그 중 영양, 정선, 보성 지역이 0.970 이상의 높은 생태적 지위폭을 보여 조사지역 가운데 환경변화에 잘 적응하여 분포역이 넓을 것으로 판단된다. 이러한 결과로 미루어 볼 때 생육인자에 대한 생태적 지위폭은 오랜기간에 걸쳐 현재 환경에 적응 한 것으로 판단되며, 현지 적응에 따라 현재 소나무림의 내성 범위가 넓은 상태이지만 지속적인 기후변화는 곧 생육인자에 영향을 미칠 것이며 그에 따른 소나무림의 내성 변화로 인해 분포 감소로 이어질 것으로 예상된다.
- 기상인자에 대한 생태적 지위폭은 강수량 0.379~0.556, 습도 0.959~0.991, 평균기온 0.281~0.682, 최고기온 0.018~0.466, 최저기온 0.563~0.812으로 최고기온이 가장 낮게 나타났으며, 습도의 생태적 지위폭이 가장 높게 나타났다. 소나무의 생장 및 계절현상 등 생태적인 반응에 가장 큰 영향을 미치는 기상인자는 기온이라는 연구(Seo, 2012)와 최고기온 차이가 소나무의 생장개시기와 개엽시기를 결정하는 주요 인자라는 연구(Kim et al.
- , 2012; Seo, 2012), 평균기온이 낮은 지역에서 기후변화나 이상기후로 인한 이른 봄 생장시기가 빨라진다면, 만상으로 인한 수고와 직경생장이 감소하는 결과를 초래 할 수 있다(Chmura and Rozkowski, 2002). 따라서 평균기온이 높은 지역보다 평균기온이 낮은 지역에서 기후변화에 따른 기온의 변화가 소나무의 생장 및 생리반응에 영향을 미쳐 나아가 소나무림 분포에 변화를 가져 올 것으로 예상된다.
- 5가지 기상인자에 대한 생태적지위폭은 습도를 제외한 기상인자에서 생태적 지위폭이 낮게 나타났으며, 기상변화에 따른 소나무의 분포역이 한정될 가능성이 높아지는 것으로 해석할 수 있다. 또한 강수량과 기온변화가 소나무림의 분포에 더 큰 영향을 주는 것으로 판단되며, 특히 최고기온의 경우 대부분의 조사지역에서 0.4이하의 낮은 생태적 지위폭을 보였다. 하지만 5가지 생육인자에 대한 생태적 지위폭은 모든 조사지역에서 높게 나타났으며, 이는 소나무가 환경변화에 적응하여 분포역이 넓다는 것을 의미하는 것으로 기상인자와는 상반되는 결과를 보였다.
- 이러한 생태적 지위폭은 환경요인에 따라 다르게 나타나며, 보성지역 소나무림이 환경요인에 대한 내성이 크며, 환경변화에잘 적응 할 수 있어서 분포역이 넓고 개체수도 많아질 가능성이 있으나, 반대로 강릉의 소나무림은 환경요인에 대한 내성이 상대적으로 작은 것으로 판단되어 분포역이 한정되고, 개체수가 감소하는 경향이 나타날수 있다. 또한 지역간 차이는 기온의 영향을 받은 것으로 판단되며 평균기온이 낮은 지역으로 갈수록 생태적 지위폭이 좁아지는 경향을 보여 기온이 생태적 지위폭 변화에 큰 영향을 미치는 것으로 사료된다. 평균 기온이 높은 지역에서는 소나무의 생장개시기와 개엽 시기가 평균기온이 낮은 지역보다 상대적으로 빠른 경향이 있으며(Kim et al.
- 상대우점도에 따른 지역간 소나무림의 분포특성을 나타내는 생태적 지위 중복역은 조사지역에서 중복되는 경우는 없었으며, 영양과 보성, 영양과 함양에서 0.920와 0.919로 높게 나타났으며, 의성과 평창, 의성과 보성이 각각 0.691로 가장 낮게 나타났다. 이러한 지역간 차이는 조건이 다른 지역에서도 소나무림이 갖는 특징을 나타내주는 지표로서 지역간 차이의 정도는 생태적 지위 중복역의 크기에 비례하는 관계가 있으므로 소나무림의 생태적 중복역을 측정하는 것은 소나무림 분포특징의 지역간 차이의 정도를 판단할 수 있다.
- 생육인자에 대한 생태적 지위폭 중 수고는 전 지역에서 높은 값을 보였으며, 상대우점도 0.881~0.951, 수고 0.990~0.999, 흉고직경 0.963~0.988, 지하고 0.950~0.993, 수관폭 0.932~0.988, 흉고단면적 0.874~0.951으로 모든 생육인자에서 0.8 이상으로 높은 생태적 지위폭을 나타내고 현재까지는 환경변화에 적응하여 안정적으로 분포하는 경향을 보이고 있는 것으로 판단된다. 각 지역별 생육인자에 대한 생태적 지위폭은 모든 지역에서 0.
- 970 이상의 높은 생태적 지위폭을 보여 조사지역 가운데 환경변화에 잘 적응하여 분포역이 넓을 것으로 판단된다. 이러한 결과로 미루어 볼 때 생육인자에 대한 생태적 지위폭은 오랜기간에 걸쳐 현재 환경에 적응 한 것으로 판단되며, 현지 적응에 따라 현재 소나무림의 내성 범위가 넓은 상태이지만 지속적인 기후변화는 곧 생육인자에 영향을 미칠 것이며 그에 따른 소나무림의 내성 변화로 인해 분포 감소로 이어질 것으로 예상된다. 또한 산림천이는 소나무림 분포에 영향을 주는 큰 요소로 들 수 있으며, 천이 초기종은 형태 및 생리적 가소성이 커서 환경변화에 적응력이 강하며, 토양함수량, 광도, 토양 비옥도, 온도 등의 변화에 비교적 빨리 순응하며 유연하게 대처한다(Kim et al.
- 하지만 5가지 생육인자에 대한 생태적 지위폭은 모든 조사지역에서 높게 나타났으며, 이는 소나무가 환경변화에 적응하여 분포역이 넓다는 것을 의미하는 것으로 기상인자와는 상반되는 결과를 보였다. 이러한 결과의 원인은 생육인자의 경우 과거 안정된 환경에 적응하여 지속적으로 생장하였기 때문에 생육 내성의 범위가 커 소나무의 생태적 지위폭이 넓게 나타났으며, 반대로 기상인자의 경우 지속적인 지구온난화의 결과로서 소나무가 생육하기 어려운 조건으로 변하기 때문으로 판단되며, 향후 기온상승으로 인한 소나무림의 분포지역의 감소가 지속적으로 이루어질 것으로 전망된다.
- 조사지역의 토양 화학적 성질을 분석한 결과 pH 5.07~5.63으로 나타나 강릉, 정선, 함양, 봉화, 영양, 보성 지역이 우리나라 산림토양의 표토층 평균 pH 보다 다소 낮았으나(Jeong et al., 2003), 침엽수의 생육에 지장을 초래하는 pH는 4.5 이하라는 Hotta(1990)의 연구와 비교했을 때 조사지역의 소나무림은 토양 pH에 의한 생장에 큰 지장은 없을 것으로 판단된다. 토양 내 보수력, 토양구조 등 토양의 이화학적 성질에 큰 영향을 미치는 유기물 함량은 5.
- , 2012)와 일치하는 결과로서 강수량과 기온 특히 최고기온에 대한 소나무림 분포 내성 범위가 좁은 것으로 강수량과 기온의 변화가 앞으로 소나무림 분포 변화에 중요한 요소로 작용 할 수 있음을 시사한다. 지역적으로는 보성의 생태적 지위폭이 가장 넓은 것으로 나타났으며, 강릉의 생태적 지위폭이 가장 좁은 경향을 보였다. 이러한 생태적 지위폭은 환경요인에 따라 다르게 나타나며, 보성지역 소나무림이 환경요인에 대한 내성이 크며, 환경변화에잘 적응 할 수 있어서 분포역이 넓고 개체수도 많아질 가능성이 있으나, 반대로 강릉의 소나무림은 환경요인에 대한 내성이 상대적으로 작은 것으로 판단되어 분포역이 한정되고, 개체수가 감소하는 경향이 나타날수 있다.
- 4이하의 낮은 생태적 지위폭을 보였다. 하지만 5가지 생육인자에 대한 생태적 지위폭은 모든 조사지역에서 높게 나타났으며, 이는 소나무가 환경변화에 적응하여 분포역이 넓다는 것을 의미하는 것으로 기상인자와는 상반되는 결과를 보였다. 이러한 결과의 원인은 생육인자의 경우 과거 안정된 환경에 적응하여 지속적으로 생장하였기 때문에 생육 내성의 범위가 커 소나무의 생태적 지위폭이 넓게 나타났으며, 반대로 기상인자의 경우 지속적인 지구온난화의 결과로서 소나무가 생육하기 어려운 조건으로 변하기 때문으로 판단되며, 향후 기온상승으로 인한 소나무림의 분포지역의 감소가 지속적으로 이루어질 것으로 전망된다.
후속연구
- 가장 가까운 함양, 영양, 보성이 생태적 지위 중복역이 가장 넓은 것으로 나타났는데, 이는 생태적 지위가 비슷하여 지역간 소나무림 분포 특징이 비슷한 것으로 나타났다. 또한 평창과 봉화는 생태적 지위 중복역이 가장 좁은 지역으로 다른 지역들과 소나무림 분포특징의 차이가 있음을 알 수 있으며, 이러한 지역간 차이는 동일한 소나무림이라 할지라도 지역적, 환경적인 영향에 따라 그 분포양상이 달라지며, 이러한 차이의 정도는 생태적 지위 중복역의 너비와 관계가 있으므로 생태적 지위 중복역으로 소나무림의 분포 특징을 측정하는 것은 각 지역의 소나무림의 현재 상태와 변화를 예측하기 위해 필요할 것으로 사료된다.
- , 2008)와 비교하였을 때 소나무가 참나무류에 비해 생태적 지위폭이 높은 것으로 나타났다. 이것은 소나무가 참나무류에 비해 천이 초기종으로 판단되며, 소나무림이 참나무림으로 천이 될 것이라는 많은 연구결과와 일치하는 것으로 향후 천이에 의한 소나무림 분포 감소의 가능성을 보여준다.
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