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문제 정의
- 즉, 유수면과 인접한 저지대수변의 경우 유수에 의한 교란이 빈번하게 발생한다. 따라서 식생이 정착하기 어렵게 되는데 본 연구의 정준대응 분석(canonical correspondence analysis) 결과는 이를 뒷받침한다. 또한 실제로 유수의 교란이 빈번한 저지대에 생육하는 달뿌리풀과 버드나무류 등은 생존에 특화된 능력을 지니고 있다.
- (2001)의 안성천수계의 버드나무과 식물의 분포와 지형 및 토양환경의 상관성 연구 등이 있었으며 상당히 제한적이고 단편적이었다. 따라서 이 연구에서는 하안식생에 대하여 다각적인 생태학적 연구 및 지속적인 생태자료의 축적을 위하여 국내를 대표하는 모래하천 낙동강에서 식생이 갖는 수리, 지형 및 토양특성을 분석하고 하안식생의 분포와 환경요인이 갖는 상관관계를 규명하고자 하였다.
제안 방법
- 1). 각 트랜섹트에서 우점식생을 기준으로 구분하여 식생이 왜곡되지 않는 곳에 방형구를 설치하였고 트랜섹트당 방형구의 수는 최소 1개부터 최대 10개까지 총 84개의 방형구를 설치하였다. 방형구의 크기는 식생의 유형에 따라서 달리하였으며 교목군집에서는 20 ×10 m, 관목군집에서는 10 × 5 m, 장경초본군집에서는 2 × 2 m, 단경 초본군집에서는 1 × 1 m의 방형구를 사용하였다.
- 식생의 군집조사는 트랜섹트를 따라 설치된 방형구에서 종조성 및 피도를 조사하였다. 피도의 기준은 +([0.
- 표토는 낙엽층을 걷어내고 지표로부터 10 cm까지의 토양을 꽃삽으로 채취하였다. 실험실로 운반한 토양시료는 즉시 수분함량을 측정하고 나머지 토양은 음건하여 보관한 후 유기물함량, 전기전도도, pH 및 토성분석에 이용하였다. 전기전도도 pH는 각각 전기전도도계(Model 162, Orion)와 pH 측정기(Model 920A, Orion)를 사용하였으며 토성은 비중계법을 이용하였다(Sheldrick and Wang, 1993).
- 저수로에서부터 육상 삼림까지 식생의 보존이 양호한 곳을 찾아서 같은 방향으로 트랜섹트(transect)를 설치하였다. 각 조사구간에서 설치된 트랜섹트는 조사구간 A에서 3개, B에서 1개, C에서 6개, D에서 4개 및 E에서 3개로서 총 17개이다(Fig.
- kr). 조사대상 하안의 지형은 가상기준 점측량체계(Virtual reference station system; Hyper GB, TOPCON)를 이용하여 정밀하게 측량 하였다. 각 방형구의 절대 해발고도, 평수위기준상대고도 및 사면경사각은 측량에서 얻어진 X, Y, Z 점(point)자료를 입력하여 GIS 소프트웨어인 ArcGIS (Ver.
- 전기전도도 pH는 각각 전기전도도계(Model 162, Orion)와 pH 측정기(Model 920A, Orion)를 사용하였으며 토성은 비중계법을 이용하였다(Sheldrick and Wang, 1993). 종다양성지수(Shannon and Wienner, 1949) 분석 및 상관회귀분석은 조사된 식생 및 환경자료를 토대로 하였으며 Seibert(1968)를 토대로 하안대를 Aquatic plant zone (AZ), Marginal and emergent zone (MZ), Damp seasonally flooded zone (DSZ), Dry occasionally flooded zone (DOZ)으로 구분하여 식생분포특성 및 환경특성 자료를 나타내었다(Fig. 3). 또한 식생분포와 환경요인과의 상관관계를 알아보기 위하여 CANOCO (ver.
- 토양시료는 각 병형구의 중심에서 열십자 모양으로 중앙부와 2 m 떨어진 끝부분에서 5군데의 표토를 채취하여 하나로 합하였다. 표토는 낙엽층을 걷어내고 지표로부터 10 cm까지의 토양을 꽃삽으로 채취하였다.
- 평수위기준상대고도, 사면경사각, 유기물함량, 모래함량의 환경인자와 출현빈도 5회 이상의 식물 51종을 대입하여 정준대응분석(canonical correspondence analysis) 을 적용하였다. 분석결과 제 1축과 2축의 고유값(eigenvalue)의 비율은 각각 65.
- 5～1%), 5 (1～5%), 10 (5～15%), 20 (15～25%), 30 (25～35%), 40 (35～45%), 50 (45～55), 60 (55～65%), 70 (65～75%), 80 (75～85%), 90 (85～95%), 100 (]95%)로 구분하였다. 현장에서 동정이 어려운 식물은 채집 후에 연구실로 가져와 Lee (2003), Park (2009) 및 Choi (2000)을 참고하여 동정하였으며 출현식물의 생활사, 생활형 및 외래종 여부는 산림청에서 제공하는 국가생물종지식정보시스템(www.nature.go.kr)을 토대로 분류하였다.
대상 데이터
- 5 km 구간까지 총 25 km 구간이다. 본 구간은 조절하천 구간으로서 상류 15 km, 27 km에 각각 안동댐과 임하댐이 위치하고 있으며 안동댐과 임하댐은 각각 1976년과 1992년에 완공된 다목적 댐이다. 전체 하천구간에서 하안대를 거쳐 육상의 산림까지 식생의 연속성이 유지되고 자연상태에 가까운 5곳을 조사구간으로 선정하였으며 조사구간의 명칭은 상류로부터 A, B, C, D 및 E로 나타내었다(Fig.
- 본 연구의 조사구간은 안동시 남후면 개곡리 낙동강 본류의 풍산대교 상류 2 km 지점부터 하류 방향으로 풍천면 광덕리의 광덕교 하류 0.5 km 구간까지 총 25 km 구간이다. 본 구간은 조절하천 구간으로서 상류 15 km, 27 km에 각각 안동댐과 임하댐이 위치하고 있으며 안동댐과 임하댐은 각각 1976년과 1992년에 완공된 다목적 댐이다.
- 본 연구의 현장조사는 2010년 5월부터 9월까지 경상북도 안동시 일대의 낙동강 본류에서 수행하였다(Fig. 1). 조사 대상 하천인 낙동강은 강원도 태백시 함백산에서 발원하여 부산 강서구 명지동 낙동강 하구둑을 통하여 남해로 흘러 들어가는 국가하천이다.
- 본 구간은 조절하천 구간으로서 상류 15 km, 27 km에 각각 안동댐과 임하댐이 위치하고 있으며 안동댐과 임하댐은 각각 1976년과 1992년에 완공된 다목적 댐이다. 전체 하천구간에서 하안대를 거쳐 육상의 산림까지 식생의 연속성이 유지되고 자연상태에 가까운 5곳을 조사구간으로 선정하였으며 조사구간의 명칭은 상류로부터 A, B, C, D 및 E로 나타내었다(Fig. 1).
- 조사 구간의 수리특성분석에는 지보수위표(경상북도 예천군 지보면 매창리 풍지교)의 1988년부터 2009년까지 수위 일자료를 이용하였다(국가수자원관리종합정보시스템, www.wamis.go.kr). 조사대상 하안의 지형은 가상기준 점측량체계(Virtual reference station system; Hyper GB, TOPCON)를 이용하여 정밀하게 측량 하였다.
- 1). 조사 대상 하천인 낙동강은 강원도 태백시 함백산에서 발원하여 부산 강서구 명지동 낙동강 하구둑을 통하여 남해로 흘러 들어가는 국가하천이다. 낙동강의 유로연장은 510 km, 유역면적은 23,384 km2로서 남한에서는 가장 규모가 큰 하천이다.
- 조사구간 A, B, C, D 및 E의 위치는 각각 안동시 남후면 계평리 풍산대교의 상류 1.5 km 지점의 좌안, 안동시 남후면 계평리 풍산대교의 하류 2 km 지점의 우안, 안동시 남후면 단호리의 단호교 하류 2 km 지점의 양안, 안동시 풍천면 병산리의 병산서원 상류 1.5 km 지점의 양안, 안동시 풍천면 광덕리의 광덕교 상류 0.7 km 및 하류 0.5 km 지점 우안의 하안대이다.
- 토양시료는 각 병형구의 중심에서 열십자 모양으로 중앙부와 2 m 떨어진 끝부분에서 5군데의 표토를 채취하여 하나로 합하였다. 표토는 낙엽층을 걷어내고 지표로부터 10 cm까지의 토양을 꽃삽으로 채취하였다. 실험실로 운반한 토양시료는 즉시 수분함량을 측정하고 나머지 토양은 음건하여 보관한 후 유기물함량, 전기전도도, pH 및 토성분석에 이용하였다.
데이터처리
- 조사대상 하안의 지형은 가상기준 점측량체계(Virtual reference station system; Hyper GB, TOPCON)를 이용하여 정밀하게 측량 하였다. 각 방형구의 절대 해발고도, 평수위기준상대고도 및 사면경사각은 측량에서 얻어진 X, Y, Z 점(point)자료를 입력하여 GIS 소프트웨어인 ArcGIS (Ver. 9.3)를 이용하여 산출하였다.
- 3). 또한 식생분포와 환경요인과의 상관관계를 알아보기 위하여 CANOCO (ver. 4.5)를 이용하여 정준대응분석을 실시하였다.
이론/모형
- 실험실로 운반한 토양시료는 즉시 수분함량을 측정하고 나머지 토양은 음건하여 보관한 후 유기물함량, 전기전도도, pH 및 토성분석에 이용하였다. 전기전도도 pH는 각각 전기전도도계(Model 162, Orion)와 pH 측정기(Model 920A, Orion)를 사용하였으며 토성은 비중계법을 이용하였다(Sheldrick and Wang, 1993). 종다양성지수(Shannon and Wienner, 1949) 분석 및 상관회귀분석은 조사된 식생 및 환경자료를 토대로 하였으며 Seibert(1968)를 토대로 하안대를 Aquatic plant zone (AZ), Marginal and emergent zone (MZ), Damp seasonally flooded zone (DSZ), Dry occasionally flooded zone (DOZ)으로 구분하여 식생분포특성 및 환경특성 자료를 나타내었다(Fig.
성능/효과
- 각 트랜섹트의 저수위, 평수위 및 홍수위의 최소값은 각각 63.1, 63.6, 66.6 m이며 최대값은 각각 77.7, 78.2, 81.1 m로 나타났다. 또한 저수위와 평수위의 수위 차는 0.
- 4 m였다(Table 1). 따라서 각 조사구간에서 저수위를 기준으로 높이 3.4 m 이하의 식생까지는 때때로 직접적인 유수의 영향을 받을 것으로 예상되었다. 연평균침수기간은 AZ에서 43일, MZ에서 28일, DSZ에서 14일로 나타났으며 DOZ은 침수되지 않았다(Fig.
- 57로 나타났으며 두 요인이 지수함수 관계에 있어서 57% 정도의 설명력을 갖추었다. 따라서, 상대고도가 증가할수록 연평균침수기간이 급격하게 감소함을 확인할 수 있다(Fig. 11).
- 17). 또한 구분된 지형에서 점토함량의 평균값은 각각 9.6%, 11.1%, 9.7%, 15%를 나타내었으며 지형이 높이와 무관하게 토양의 점토함량이 변동하였다(Fig. 18). 특히 AZ의 경우 입자가 가는 미사나 점토가 유수의 영향으로 쉽게 떠내려가기 때문에 미사와 점토의 함량이 비교적 적은 것으로 사료된다.
- 제 2축을 기준으로 우측의 식생은 평수위기준 상대고도, 사면의 경사각 및 유기물함량의 영향력이 큰 것으로 나타났으며 좌측의 식생은 토양의 모래함량이 큰 영향력을 끼치는 것으로 나타났다. 또한 사면의 경사각과 토양의 유기물함량이 서로 양의 상관성을 보였고 유기물 함량과 모래함량은 음의 상관성을 나타냈다. 분석에 대입된 환경요인 중에서는 평수위기준상대고도가 가장 강한 영향력을 나타내었으며 유기물함량과 모래함량이 비교적 낮은 영향력을 나타내었다.
- 16). 미사함량의 평균값은 구분된 지형에서 각각 18.0%, 15.2%, 16.5%, 25.5%를 나타내었고 지형의 높이와는 무관하게 토양의 미사함량이 변동하였다(Fig. 17). 또한 구분된 지형에서 점토함량의 평균값은 각각 9.
- 평수위기준상대고도, 사면경사각, 유기물함량, 모래함량의 환경인자와 출현빈도 5회 이상의 식물 51종을 대입하여 정준대응분석(canonical correspondence analysis) 을 적용하였다. 분석결과 제 1축과 2축의 고유값(eigenvalue)의 비율은 각각 65.3%와 17.7%이며, 이 두 축으로 총변이의 83%를 설명하였다(Fig. 19). 분석에 대입된 식물종은 3개의 그룹으로 나눌 수 있었다(Fig.
- 또한 사면의 경사각과 토양의 유기물함량이 서로 양의 상관성을 보였고 유기물 함량과 모래함량은 음의 상관성을 나타냈다. 분석에 대입된 환경요인 중에서는 평수위기준상대고도가 가장 강한 영향력을 나타내었으며 유기물함량과 모래함량이 비교적 낮은 영향력을 나타내었다.
- 4). 생활사 백분율에서 다년생식물의 출현 비율은 AZ에서 58%, DOZ에서 80%를 넘어서면서 출현 비율이 증가하는 경향을 보였다(Fig. 5). 이것은 다년생의 특성상 수변의 홍수교란이 반복되는 환경에서 생활사를 마치기 어렵기 때문에 물과 인접한 수변에서는 하천 활동에 적응한 일부 다년생 및 1·2년생 식물이 나타나는 것으로 판단된다.
- 식물상은 AZ, MZ, DSZ, DOZ에서 각각 23종, 33종, 69종, 88종이 출현하였다. 구분된 지형에 따라서 식물상이 다양해지는 경향을 보였다(Fig.
- 유기물함량의 평균값은 구분된 지형에 따라서 각각 2.1%, 3.5%, 2.8%, 5%를 나타내었다. 지형이 높아지면서 토양의 유기물함량이 대체로 높아지는 추세를 보였다(Fig.
- 전체 조사구간에서 총 125종류의 식물종이 출현하였다. 이중 초본류가 79종류, 관목류가 17종류, 교목류가 29종류 출현하였으며 1년생 및 2년생은 각각 16종류, 다년생은 93종류가 출현하였고 외래종은 17종류가 출현하였다. 우점종으로는 저수로에서 제방방향으로 달뿌리풀, 선버들, 왕버들, 시무나무, 굴참나무, 소나무가 출현하였다.
- 전체 조사구간에서 총 125종류의 식물종이 출현하였다. 이중 초본류가 79종류, 관목류가 17종류, 교목류가 29종류 출현하였으며 1년생 및 2년생은 각각 16종류, 다년생은 93종류가 출현하였고 외래종은 17종류가 출현하였다.
- 제 1축을 기준으로 상부의 식생은 평수위기준상대고도 및 모래함량의 영향력이 큰 것으로 나타났으며 하부의 식생은 사면의 경사각과 유기물함량의 영향력이 큰 것으로 나타났다. 제 2축을 기준으로 우측의 식생은 평수위기준 상대고도, 사면의 경사각 및 유기물함량의 영향력이 큰 것으로 나타났으며 좌측의 식생은 토양의 모래함량이 큰 영향력을 끼치는 것으로 나타났다.
- 제 1축을 기준으로 상부의 식생은 평수위기준상대고도 및 모래함량의 영향력이 큰 것으로 나타났으며 하부의 식생은 사면의 경사각과 유기물함량의 영향력이 큰 것으로 나타났다. 제 2축을 기준으로 우측의 식생은 평수위기준 상대고도, 사면의 경사각 및 유기물함량의 영향력이 큰 것으로 나타났으며 좌측의 식생은 토양의 모래함량이 큰 영향력을 끼치는 것으로 나타났다. 또한 사면의 경사각과 토양의 유기물함량이 서로 양의 상관성을 보였고 유기물 함량과 모래함량은 음의 상관성을 나타냈다.
- 8%, 5%를 나타내었다. 지형이 높아지면서 토양의 유기물함량이 대체로 높아지는 추세를 보였다(Fig. 15). AZ의 유기물은 계절적인 홍수에 의해서 유수의 영향으로 떠내려가기 때문에 유기물의 농축이 어렵고 그에 따라 토양의 유기물 함량이 적게 나타난 것으로 사료된다.
- 6). 출현 식물의 귀화율은 구분된 지형에 따라서 AZ에서 28%의 다년생 식물이 DOZ에서는 10% 이하로 낮아지면서 출현 비율이 감소하는 경향을 보였다(Fig. 7). 이는 수변에서 가까울수록 전체 종수가 적은데 반하여 외래종이 차지하는 비율이 크기 때문에 높게 나타나는 것으로 사료되며 교란지역 및 기타 외래종의 분포지에서 유수에 의한 종자반입이 쉽기 때문에 이 같은 결과를 나타내는 것으로 판단된다.
- 이것은 다년생의 특성상 수변의 홍수교란이 반복되는 환경에서 생활사를 마치기 어렵기 때문에 물과 인접한 수변에서는 하천 활동에 적응한 일부 다년생 및 1·2년생 식물이 나타나는 것으로 판단된다. 출현 식물의 생활형 백분율은 생활사 백분율의 결과와 마찬가지로 구분된 지형에 따라서 교목 및 관목의 출현 비율이 증가하였다(Fig. 6). 출현 식물의 귀화율은 구분된 지형에 따라서 AZ에서 28%의 다년생 식물이 DOZ에서는 10% 이하로 낮아지면서 출현 비율이 감소하는 경향을 보였다(Fig.
- 출현 식물의 종다양도지수는 AZ에서 2.24, MZ에서 2.41, DSZ에서 3.26, DOZ에서 3.39를 나타내면서 구분된 지형에 따라서 증가하는 경향을 보였다(Fig. 9). 이것은 저지대 일수록 직접적인 유수와 침수의 영향을 받기 때문에 낮은 곳일수록 종다양도지수가 낮고 상대적으로 침수의 영향이 덜한 고지대는 종다양도지수가 높게 나타나는 것으로 판단된다.
- 토양수분함량의 평균값은 AZ, MZ, DSZ, DOZ에서 각각 11%, 14%, 15%, 21%를 나타내었으며 구분된 지형에 따라서 토양의 수분함량이 높아지는 추세를 보였다(Fig. 12). 이러한 토양의 수분함량은 토양 채집 시의 깊이 제한과 토양입경의 크기가 컸기 때문에 AZ의 경우 수변으로부터의 거리가 가까운 것에 비하여 수분함량이 적게 나타났다.
- 토양의 모래함량 평균값은 구분된 지형에 따라서 각각 72.4%, 73.7%, 73.7%, 59.5%를 나타내었으며 대체로 낮아지는 추세를 보였다(Fig. 16). 미사함량의 평균값은 구분된 지형에서 각각 18.
- 10). 평수위 기준의 상대고도와 연평균 침수기간의 회귀분석 결과 결정계수가 0.57로 나타났으며 두 요인이 지수함수 관계에 있어서 57% 정도의 설명력을 갖추었다. 따라서, 상대고도가 증가할수록 연평균침수기간이 급격하게 감소함을 확인할 수 있다(Fig.
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