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문제 정의
- 현존하는 식물사회는 그들이 처한 다양한 환경 인자에 적응하여 이룩한 결과물이라 할 수 있으므로(Ellenberg, 1992), 본 연구는 가지산도립공원 통도사지구를 중심으로 식생구조를 파악하고 ordination 분석 중 DCCA(detrened canocial correspondence analysis)기법을 활용하여 대표적 식물군락과 그 환경요인의 상관관계를 밝혀보고자 하였다. 본 연구의 결과는 최근 부각되고 있는 도립공원 관리 선진화의 기초자료로 가치가 있을 것이다.
제안 방법
- 교목과 아교목층의 수목에 대해서는 수고와 흉고직경을 측정하였고, 관목층에서는 수고와 수관폭(장변×단변)을 조사하였다.
- 또한 개체들의 크기를 고려하여 수관층위별로 가중치를 부여한 평균상대우점치를 {(교목층 I.P.×3)+(아교목층 I.P.×2)+(관목층 I.P.×1)}/6의 방법으로 구하였다.
- (1969)와 Park(1985)의 방법을 참고하여 수관층위별로 교목층, 아교목층, 관목층으로 나눠 실시하였다. 상층수관을 이루는 수목을 교목층, 수고 2.0m이하의 수목을 관목층으로 구분하고 그 이외의 수목은 아교목층으로 구분하였다. 교목과 아교목층의 수목에 대해서는 수고와 흉고직경을 측정하였고, 관목층에서는 수고와 수관폭(장변×단변)을 조사하였다.
- 교목과 아교목층의 수목에 대해서는 수고와 흉고직경을 측정하였고, 관목층에서는 수고와 수관폭(장변×단변)을 조사하였다. 각 조사구의 고도와 사면향, 경사도를 측정하였으며, 수관층위별 식피율, 종수 등을 조사하였다.
- 상대우점치 분석 자료를 토대로 TWINSPAN에 의한 classification분석(Hill, 1979a)과 DCA ordination(Hill, 1979b)분석을 실시하였다. 유사도지수는 군락 간 유사성의 정도를 측정하기 위해 분석하였으며(Sørensen, 1948), 종다양도는 Pielou(1975)의 방법으로 Shannon의 종다양도(H')와 최대종다양도(H' max), 균재도(J': Evenness), 우점도(D:Dominance)를 구하였다.
- 가지산도립공원 통도사지구 산림지역의 토양 이화학적 특성을 알아보기 위해 31개 조사구 내에서 임의의 지점 3곳을 골라 Ao층을 걷어내고 표층으로부터 30cm정도의 깊이의 토양을 채취․혼합하여 실내에서 음건하였다. 분석용 토양을 토양 및 식물체 분석법(National Institute of Agricultural Science and Technology, 2000)을 참고로 하여 pH, EC, 유기물함량, 유효인산과 전질소함량, 치환성양이온함량 등을 분석하였다.
- Classification 분석과 상호보완적인 방법으로 군락의 분포를 알아보기 위해서 조사구 간의 상이성을 바탕으로 조사구를 배치하는 ordination 분석(Orloci, 1978) 방법 중 DCA 기법을 적용하여 전체 31개 조사구에 대한 분석을 실시하였다(Figure 3). 그 결과, 제1축에서는 소나무-갈참나무군락(Ⅰ)과 굴참나무-신갈나무군락(Ⅱ)은 명확히 구분되었으나, 그 외 군락은 연속적인 경향을 보이며 분포하였다.
- Classification분석을 통해 분리된 5개 군락에 대하여 각 군락의 층위별 상대우점치 및 평균상대우점치를 분석하였다(Table 2).
- 분리된 5개 군락의 종조성 차이를 알아보기 위하여 유사도분석을 실시하였다(Table 3). 각 군락간 유사도 분석결과 소나무-개서어나무군락(Ⅲ)은 소나무-갈참나무군락(Ⅰ)과 54.
- 각 군락별 종다양도지수는 단위면적 100㎡의 조사구를 기준으로 산출하였으며, 다수의 조사구가 설정된 군락의 경우 각 조사구별 종다양도지수의 평균값을 산출하였다. 통도사 지구의 5개 유형 식물군락의 종다양도지수는 0.
- 본 연구에서는 식생과 환경요인과의 관계를 규명하고자 MVSP(Multi-Variate Statistical Package) 3.2 program으로 ordination방법 중 DCCA를 사용하여 분석하였다. DCCA 기법도 DCA와 마찬가지로 CCA기법에서 제2축의 왜곡현상을 개선한 분석방법이다.
대상 데이터
- 조사일시는 2013년 2월 예비답사를 거쳐 7월 10일부터 12일까지 3일간 현장조사를 실시하였고, 식물군락구조 특성을 파악하기 위해 조사 대상지에 산재한 금수암, 백운암, 반야암 등을 중심으로 산림에 접근하면서, 산림조사면적에 대해 논의한 Mueller-Dombois & Ellenberg(1974)와 Westhoff and van der Maarel(1973)을 참고하여 200~300㎡ 크기의 방형구(quadrat) 31개소를 설치하였다(Figure 1).
- 본 연구대상지인 가지산도립공원 통도사지구는 경남 양산시 하북면 지산리에 위치하며, 북쪽은 영축산(1,081m)을 중심으로 울산광역시 울주군과 접하고 있다.
- 가지산도립공원 통도사지구 산림지역의 토양 이화학적 특성을 알아보기 위해 31개 조사구 내에서 임의의 지점 3곳을 골라 Ao층을 걷어내고 표층으로부터 30cm정도의 깊이의 토양을 채취․혼합하여 실내에서 음건하였다. 분석용 토양을 토양 및 식물체 분석법(National Institute of Agricultural Science and Technology, 2000)을 참고로 하여 pH, EC, 유기물함량, 유효인산과 전질소함량, 치환성양이온함량 등을 분석하였다.
- 가지산도립공원 통도사지구가 속해 있는 양산시에는 무인관측시스템으로 운영 중인 공동협력기상관측소가 있으나, 2009년 1월부터 관측을 시작하여 최근 10년간(2003~2012) 기상관측자료를 분석하기 어려운 실정이다. 이에 본 연구대상지에 인접한 울산지방기상청의 자료를 활용하여 기상자료를 분석하였다.
- 본 연구 대상지는 한반도 식물상에 근거한 지역구분에 의해 남부아구에 해당되고, 온도대에 따른 식생 군계수준으로 보면 온대남부낙엽활엽수림대에 해당된다(Kim et al., 2010).
데이터처리
- Ordination 분석은 CA(Correspondence Analysis)의 확장인 DCCA(Detrended Canonical Corresponded Analysis)를 사용하였으며(Hill, 1979b; Hill and Gauch, 1980), DCCA 결과에서 식물군락은 점으로 분포를 나타내고 환경요인은 화살표로 나타내어 화살표의 방향과 길이로부터 식물군락과의 유의성을 알 수 있다(Fängström and Willén, 1987; Jongman, 1995).
- DCCA는 Weighted Averaging Ordination의 확장으로 환경 변이에 따라 종을 배열하는 방법으로 군락 구성과 환경변이에 대한 자료를 분석하는데 더 알맞은 방법이다(Lee, 2005). MVSP(Multi-Variate Statistical Package) 3.2 program을 사용하여 DCCA를 실시하였으며, Ordination 분석을 통하여 산림식생과 환경 요인과의 관계를 규명하고자 하였다.
이론/모형
- 유사도지수는 군락 간 유사성의 정도를 측정하기 위해 분석하였으며(Sørensen, 1948), 종다양도는 Pielou(1975)의 방법으로 Shannon의 종다양도(H')와 최대종다양도(H' max), 균재도(J': Evenness), 우점도(D:Dominance)를 구하였다.
- 식물군락구조 조사는 Monk et al.(1969)와 Park(1985)의 방법을 참고하여 수관층위별로 교목층, 아교목층, 관목층으로 나눠 실시하였다. 상층수관을 이루는 수목을 교목층, 수고 2.
- Curtis and McIntosh(1951)를 응용한 Lee et al.(1990)의 방법으로 수관층위별 종간 상대적 우세를 비교하기 위해 상대우점치를 분석하였으며, 상대우점치는 (상대밀도+상대피도)/2으로 계산하였다. 또한 개체들의 크기를 고려하여 수관층위별로 가중치를 부여한 평균상대우점치를 {(교목층 I.
- 먼저, 전체 31개 조사구에 대해 유형별 분류를 하기 위하여 classification 분석 중 지표종(indicator species)을 중심으로 군락을 간단하게 분류할 수 있는 TWINSPAN기법을 적용하여 구분하였다(Figure 2). 제1단계(Level 1) Division1에서 개서어나무(-) 지표종의 출현 유무에 의해 두 개 그룹으로 분리되었으며, 제2단계(Level 2) Division 2에서 비목나무(-), 가막살나무(-), 초피나무(-), 서어나무(+), 때죽나무(+), 청미래덩굴(+)에 의해 다시 두 개 그룹으로 나눠졌다.
성능/효과
- 식생조사구의 해발고도 범위는 최저 218m에서 최고 877m였으며, 경사는 5~35° 범위로 조사되었다.
- 그 결과, 연평균기온은 14.3℃로 온난한 편이며, 최고기온과 최저기온의 평균은 각각 35.2℃, -8.9℃로 나타났다. 연평균강수량은 최저 1112.
- 제3단계(Level 3) Division 3에서는 소나무(-)에 의해 분리되었고, Division 4에서는 국수나무(-)에 의해 나눠졌다. 그 결과 소나무-갈참나무군락(Ⅰ), 개서어나무-졸참나무-굴참나무군락(Ⅱ), 소나무-개서어나무군락(Ⅲ), 소나무-굴참나무군락(Ⅳ), 굴참나무-신갈나무군락(Ⅴ) 등 5개 군락으로 분류되었다.
- Classification 분석과 상호보완적인 방법으로 군락의 분포를 알아보기 위해서 조사구 간의 상이성을 바탕으로 조사구를 배치하는 ordination 분석(Orloci, 1978) 방법 중 DCA 기법을 적용하여 전체 31개 조사구에 대한 분석을 실시하였다(Figure 3). 그 결과, 제1축에서는 소나무-갈참나무군락(Ⅰ)과 굴참나무-신갈나무군락(Ⅱ)은 명확히 구분되었으나, 그 외 군락은 연속적인 경향을 보이며 분포하였다. 제2축에서는 군락간 배열이 뚜렷하지 않았다.
- 제2축에서는 군락간 배열이 뚜렷하지 않았다. 이상의 분석결과 통 도사지구의 식물군락은 종간의 유사성(Table 3)이 높은 연속적 분포를 하고 있는 것으로 나타났다.
- 평균해발고도가 350m 범위에서 분포하는 군락 Ⅱ, Ⅲ, Ⅳ는 각 군락간 유사성이 높았으며, 평균해발고도의 차이가 큰 군락Ⅰ(297.0±39.94m)과 군락Ⅴ(614.3±195.75m)는 가장 상이한 유사성을 보였다.
- 이상을 종합하면 가지산도립공원 통도사지구의 산림 식생은 대부분의 지역에서 소나무가 우점하고 있었으나, 소나무가 개서어나무, 굴참나무, 졸참나무, 갈참나무 등과 경쟁상태에 있었다. 이처럼 경쟁이 이루어지고 있는 곳은 상층에는 소나무가 우점하였으나, 아교목층과 관목층에는 소나무의 세력이 형성되지 않고 개서어나무와 참나무류의 세력이 왕성해지고 있어 차츰 소나무림이 쇠퇴하고 낙엽활엽수림으로 생태적 천이가 진행될 것으로 판단되었다.
- 분리된 5개 군락의 종조성 차이를 알아보기 위하여 유사도분석을 실시하였다(Table 3). 각 군락간 유사도 분석결과 소나무-개서어나무군락(Ⅲ)은 소나무-갈참나무군락(Ⅰ)과 54.42%, 개서어나무-참나무류군락(Ⅱ)과 59.13%, 소나무-굴참나무군락(Ⅳ)과 65.94%로 유사한 것으로 나타난 반면, 소나무-갈참나무군락(Ⅰ)과 굴참나무-신갈나무군락(Ⅴ)은 유사도지수가 16.06%로 두 군락간 종조성이 가장 상이한 것으로 나타났다. 결과적으로 가지산도립공원 통도사지구의 식생군락의 유사성이 해발고도에 따라 차이를 보이고 있었다.
- 06%로 두 군락간 종조성이 가장 상이한 것으로 나타났다. 결과적으로 가지산도립공원 통도사지구의 식생군락의 유사성이 해발고도에 따라 차이를 보이고 있었다. 평균해발고도가 350m 범위에서 분포하는 군락 Ⅱ, Ⅲ, Ⅳ는 각 군락간 유사성이 높았으며, 평균해발고도의 차이가 큰 군락Ⅰ(297.
- 각 군락별 종다양도지수는 단위면적 100㎡의 조사구를 기준으로 산출하였으며, 다수의 조사구가 설정된 군락의 경우 각 조사구별 종다양도지수의 평균값을 산출하였다. 통도사 지구의 5개 유형 식물군락의 종다양도지수는 0.7582~0.9119로 소나무-개서어나무군락(Ⅲ)이 가장 높았고, 개서어나무-참나무류군락(Ⅱ)이 가장 낮게 나타났다. 이는 가지산~능동산 구간의 최저값 0.
- 가지산도립공원 통도사지구의 31개 조사구에 대하여 토양을 채취‧분석한 결과(Table 5), 평균 수소이온농도는 pH 4.9로 경남의 전체적인 평균 pH 5.27(Jeong et al., 2002)보다 낮게 나타났다. 이는 수소이온농도는 여러 가지 요인에 의해 시‧공간적으로 변화를 보이기 때문에 직접적인 비교는 어려우나 산림지역에서 pH 5.
- 0 이하의 강산성토양 분포비율의 증가는 환경오염물질에 의한 토양산성화물질의 기여도가 높을 가능성을 시사하고 있다(Lee and Park, 2001). 또한 침엽수의 생육범위가 pH 4.8~5.5(Lee, 2000)인 점을 고려하고, 본 연구의 평균수소이온농도 pH 4.9 이하의 조사구에서 소나무가 상당수 출현하는 점을 감안할 때, 평균수소이온농도 pH 4.9는 가지산도립공원 통도사지구에 폭 넓게 분포하는 소나무림의 영향으로 판단된다. 다만, 토양산성화가 심해질 경우 소나무 및 묘목의 생육에도 지장을 줄 수 있으므로(Lee et al.
- 유기물함량은 토양 내 양이온치환용량(CEC), 보수력, 토양구조 등 토양의 이화학적 성질에 큰 영향을 주는 요인으로 가지산도립공원 통도사지구의 유기물 함량은 약 96g/kg으로 나타났다. 이는 경남의 평균인 34g/kg(Jeong et al.
- 31개 조사구의 산림식생을 5개 군락으로 분류하여 해발고, 경사, 토양의 화학적 특성 등 11개의 환경요인과 DCCA ordination 분석한 결과를 1축과 2축에 나타내었다(Figure 4). 그 결과, 해발고도, 경사도, 수소이온농도(pH), 유기물함량, Ca2+, K+ 등이 식생분포에 영향을 미치는 환경인자로 나타났다. 제 1축에서 해발고도 외에 토양산도(pH), 유기물함량, 경사도 등이 비교적 높은 상관관계를 보였으며, 제 2축에서는 상관관계가 뚜렷하게 나타나지 않았다.
- 그 결과, 해발고도, 경사도, 수소이온농도(pH), 유기물함량, Ca2+, K+ 등이 식생분포에 영향을 미치는 환경인자로 나타났다. 제 1축에서 해발고도 외에 토양산도(pH), 유기물함량, 경사도 등이 비교적 높은 상관관계를 보였으며, 제 2축에서는 상관관계가 뚜렷하게 나타나지 않았다.
- 다변량분석이 다양한 환경요인의 영향과 식생분포간의 관계를 살펴보는 것으로 본 연구결과는 해발고도, 경사도, 수소이온농도(pH), 유기물함량 등이 식생분포에 직간접적인 영향을 미친다는 결과를 나타내었다. 식생 및 환경에 대한 연구가 미진한 가지산도립공원 통도사지역에 대한 이번 조사 결과로 식생의 동태를 예측하기는 곤란하나 추후 유사한 연구를 통해 식물군락과 환경요인간이 관계가 보다 명확해 질 수 있을 것으로 사료되며, 이러한 자료를 바탕으로 보다 개선된 도립공원관리에 반영될 수 있을 것으로 사료된다.
후속연구
- 현존하는 식물사회는 그들이 처한 다양한 환경 인자에 적응하여 이룩한 결과물이라 할 수 있으므로(Ellenberg, 1992), 본 연구는 가지산도립공원 통도사지구를 중심으로 식생구조를 파악하고 ordination 분석 중 DCCA(detrened canocial correspondence analysis)기법을 활용하여 대표적 식물군락과 그 환경요인의 상관관계를 밝혀보고자 하였다. 본 연구의 결과는 최근 부각되고 있는 도립공원 관리 선진화의 기초자료로 가치가 있을 것이다.
- 다변량분석이 다양한 환경요인의 영향과 식생분포간의 관계를 살펴보는 것으로 본 연구결과는 해발고도, 경사도, 수소이온농도(pH), 유기물함량 등이 식생분포에 직간접적인 영향을 미친다는 결과를 나타내었다. 식생 및 환경에 대한 연구가 미진한 가지산도립공원 통도사지역에 대한 이번 조사 결과로 식생의 동태를 예측하기는 곤란하나 추후 유사한 연구를 통해 식물군락과 환경요인간이 관계가 보다 명확해 질 수 있을 것으로 사료되며, 이러한 자료를 바탕으로 보다 개선된 도립공원관리에 반영될 수 있을 것으로 사료된다.
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