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문제 정의
- 갯버들의 침입에 대한 생태적 관리 방안 수립을 목적으로 종자 분산과 발아, 유묘, 유식물의 각 단계에 작용하는 환경체를 밝히기 위한 일련의 실험이 수행되었다. 연구 결과를 통하여 확인된 관리 방안은 다음과 같다.
- 광도와 수위가 종자 발아에 미치는 영향을 확인하기 위하여 종자가 채집된 당일에 생장상에서 발아 실험이 수행되었다. 생장상은 12시간은 점등하고 이후 12시간은 소등하였으며, 각각의 온도는 23°C, 13°C로 설정하였다.
- 또한 종자 분산 후 경과시간이 유묘의 생존에 미치는 영향을 확인하기 위하여, 서울대학교 내의 온실에서 실험이 수행되었다. 종자 분산 후에 0일∼14일(2일 간격)이 지난 종자를 발아시켜 각각의 유묘를 20개체씩 준비하였다.
- 본 연구는 갯버들이 종자로부터 습지에 침입하는 초기 정착과정의 각 단계별로 작용할 수 있는 환경체를 밝히고자 수행되었다. 이를 위하여 종자 분산의 시기가 조사되었으며, 수위와 광도, 종자 분산 후 경과시간이 종자 발아와 유묘 및 유식물의 생장에 미치는 영향을 살펴보고자 일련의 실험이 설계되었다.
- 따라서 여러 목표 식물종의 생활사적 특성에 대한 정보가 제공될 때, 관리의 성공률을 높일 수 있다. 본 연구는 다른 습지식물에 대한 영향을 최소화하고자 하였으며, 이는 갯버들의 생활사적 특성과 연관되어 있다. 첫째, 갯버들 유묘는 침수에 취약하기 때문에, 습지의 주변에서 발생하여 점차 안으로 확장하는 전략을 가지고 있다(Noble, 1979).
- 이를 위하여 종자 분산의 시기가 조사되었으며, 수위와 광도, 종자 분산 후 경과시간이 종자 발아와 유묘 및 유식물의 생장에 미치는 영향을 살펴보고자 일련의 실험이 설계되었다. 최종적으로는 환경체 모델을 활용하여 갯버들의 침입에 대한 습지의 생태적 관리 방안을 제시하고자 한다.
제안 방법
- 10월 15일에 모든 개체를 수확하여 생존율, 수고, 건중량을 측정하였다. 실험이 진행되는 도중에 줄기와 잎의 대부분이 검은색으로 변하거나 마르고 생장이 멈춘 경우는 죽은 개체로 간주하여 생존율을 계산하였다.
- 선택된 각 개체간의 거리는 50m 이상이었다. 5월 2일부터 종자 분산이 종료될 때까지 2일 간격으로 성숙한 과수의 수를 기록하였다. 과수를 이루고 있는 삭과 중 약 50% 이상이 열리고 종자가 방출된 것을 성숙한 것으로 간주하였다.
- 건중량은 수확한 식물체를 수돗물로 세척한 후, 70°C에서 48시간 건조한 뒤 전자저울을 이용하여 측정하였다.
- 발아한 개체는 수를 기록하고 제거하였으며, 수분 유지를 위하여 증류수를 지속적으로 공급하였다. 관찰 결과를 통하여 발아율(실험에 사용된 종자 수에 대한 발아한 수의 비율)과 T50(최종적으로 발아한 종자 수의 50%에 대한 발아 소요 일수)을 계산하였다.
- 광도는 100%(생장상의 최대량: 50μmol m-2 sec-1), 30%(차광막 이용), 0%(암상자 이용)의 세가지 수준으로 처리하였다.
- 또한 광도와 수위가 유식물의 생장에 미치는 영향을 살펴보기 위하여, 6월 25일에 생육 상태가 건강하며, 수고가 18∼22cm에 해당하는 유묘 120개체(평균 수고: 20cm, 연령: 45일)를 선별하여 실험을 수행하였다. 광도는 100%, 30% (차광막 이용)의 두 가지 수준으로, 수위는 -4cm, +10cm(수고의 1/2), +20cm(수고와 동일)의 세가지 수준으로 처리하였다. 광도와 수위를 조합한 6개의 조건에는 각각 20개체의 유식물이 사용되었으며, 화분의 크기와 매질의 종류와 양, 생육 정도의 측정 방법은 앞에 제시한 유묘의 실험과 동일하게 수행되었다.
- 광도는 100%, 30%(차광막 이용)의 두 가지 수준으로, 수위는 -4cm, +1cm(수고와 동일), +2cm (수고의 2배), +4cm(수고의 4배)의 네 가지 수준으로 처리하였다. 광도와 수위를 조합한 8개의 조건에는 각각 20개체(4개의 플라스틱 박스)의 유묘가 사용되었다.
- 광도와 수위를 조합한 6가지의 조건에는 각각 5개의 페트리접시가 사용되었으며, 각각의 페트리접시(지름: 9cm, 높이: 4cm)에는 여과지(Whatman No.1)를 바닥에 놓고 70∼80립씩 파종하였다.
- 광도는 100%, 30% (차광막 이용)의 두 가지 수준으로, 수위는 -4cm, +10cm(수고의 1/2), +20cm(수고와 동일)의 세가지 수준으로 처리하였다. 광도와 수위를 조합한 6개의 조건에는 각각 20개체의 유식물이 사용되었으며, 화분의 크기와 매질의 종류와 양, 생육 정도의 측정 방법은 앞에 제시한 유묘의 실험과 동일하게 수행되었다.
- 발아 확인은 30일 동안 24시간 간격으로 이루어졌으며, 두 장의 자엽이 벌어지고, 배축과 뿌리가 발달한 것을 발아한 개체로 간주하였다 (Densmore and Zasada, 1983; Maroder et al., 2000). 발아한 개체는 수를 기록하고 제거하였으며, 수분 유지를 위하여 증류수를 지속적으로 공급하였다.
- , 2000). 발아한 개체는 수를 기록하고 제거하였으며, 수분 유지를 위하여 증류수를 지속적으로 공급하였다. 관찰 결과를 통하여 발아율(실험에 사용된 종자 수에 대한 발아한 수의 비율)과 T50(최종적으로 발아한 종자 수의 50%에 대한 발아 소요 일수)을 계산하였다.
- 각각의 개체는 한 개의 화분(지름:15cm, 높이: 13cm)에 식재되었으며, 매질은 앞에 제시한 실험과 동일한 것으로(강모래 : 수도용상토 = 1 : 1) 화분에 10cm의 깊이로 채웠다. 사용된 160개의 화분은 5개씩 나누어 32개의 플라스틱 박스(세로: 51cm, 가로: 36cm, 높이:30cm)에 위치시켰다.
- 발생한 유묘는 개체간의 간격이 약 5cm가 되도록 솎아내었으며, 지속적으로 수돗물을 공급하였다. 생장 곡선을 그리기 위하여 20개체를 무작위로 선택하여 10일 간격으로 수고를 측정하였으며, 6월 2일(연령: 22일)과 6월 25일(연령: 45일)에 건강하며 생육 정도가 평균에 해당하는 개체를 채취하여 유묘 및 유식물의 생장 실험에 이용하였다.
- 생장상은 12시간은 점등하고 이후 12시간은 소등하였으며, 각각의 온도는 23°C, 13°C로 설정하였다.
- 실험이 진행되는 도중에 줄기와 잎의 대부분이 검은색으로 변하거나 마르고 생장이 멈춘 경우는 죽은 개체로 간주하여 생존율을 계산하였다. 수고는 매질에서부터 줄기의 끝을 기준으로 측정하였다. 건중량은 수확한 식물체를 수돗물로 세척한 후, 70°C에서 48시간 건조한 뒤 전자저울을 이용하여 측정하였다.
- 10월 15일에 모든 개체를 수확하여 생존율, 수고, 건중량을 측정하였다. 실험이 진행되는 도중에 줄기와 잎의 대부분이 검은색으로 변하거나 마르고 생장이 멈춘 경우는 죽은 개체로 간주하여 생존율을 계산하였다. 수고는 매질에서부터 줄기의 끝을 기준으로 측정하였다.
- 실험이 진행되는 동안 수돗물을 지속적으로 공급하여 -4cm의 수위를 유지하였으며, 20일 동안 관찰하여 생장이 이루어지지 않고 본엽이 나오지 않은 개체는 죽은 것으로 간주하여 유묘의 생존율을 계산하였다.
- 광도와 수위를 조합한 8개의 조건에는 각각 20개체(4개의 플라스틱 박스)의 유묘가 사용되었다. 실험이 진행되는 동안 지속적으로 수돗물을 공급하여 일정한 수위를 유지 하였다.
- ), 30%(차광막 이용), 0%(암상자 이용)의 세가지 수준으로 처리하였다. 이 중 30%의 광도는 왕숙천 하천변에 존재하는 교목성 식물 4종[버드나무(S. koreensis), 선버들(S. subfragilis), 수양버들(S. babylonica.), 신나무(Acer tataricum subsp. ginnala)]의 수관 아래에서 측정한 상대 광도가 29.7% (SD = 20.8, n = 48)인 것을 고려하여 결정하였다. 수위는 증류수를 이용하여 0cm와 2cm의 두 가지 수준으로 처리하였다.
- 본 연구는 갯버들이 종자로부터 습지에 침입하는 초기 정착과정의 각 단계별로 작용할 수 있는 환경체를 밝히고자 수행되었다. 이를 위하여 종자 분산의 시기가 조사되었으며, 수위와 광도, 종자 분산 후 경과시간이 종자 발아와 유묘 및 유식물의 생장에 미치는 영향을 살펴보고자 일련의 실험이 설계되었다. 최종적으로는 환경체 모델을 활용하여 갯버들의 침입에 대한 습지의 생태적 관리 방안을 제시하고자 한다.
- 종자가 활력을 유지할 수 있는 시간을 알아보기 위하여 종자 분산 후에 0일∼20일(2일 간격)이 지난 종자를 이용하여 발아 실험을 수행 하였다.
- 종자를 채집한 갯버들 군락에서 임의로 3개체의 암그루를 선택하여 종자 분산의 기간을 측정하였다. 선택된 각 개체간의 거리는 50m 이상이었다.
대상 데이터
- 실험이 진행되는 동안 종자는 실험실 (온도: 20∼25°C, 상대습도: 40∼50%)에서 공기 중에 노출시킨 상태로 보관하였다. 11개의 조건 별로 각각 5개의 페트리접시가 사용되었으며, 실험이 진행되는 동안 광도는 100%, 수위는 0cm를 유지하였다. 생장상의 온도 조건과 발아 개체의 확인은 앞에 제시한 실험과 동일하게 수행되었다.
- gracilistyla seedlings under 100%-light intensity and -4cm-water level condition (mean values ± SD, n = 5 for each treatment). 20 seedlings were used for each replicates. Different letters over bar indicate significant differences (Scheffé Test at <.
- 종자 분산 후에 0일∼14일(2일 간격)이 지난 종자를 발아시켜 각각의 유묘를 20개체씩 준비하였다. 각각의 유묘는 한 개의 화분(세로: 6cm, 가로: 6cm, 높이: 6cm)에 식재되었으며, 사용된 총 160개의 화분은 40개씩 나누어 4개의 플라스틱 박스(세로: 55cm, 가로: 35cm, 높이: 14cm)에 위치시켰다. 8개의 종자 분산 후 경과시간 조건에 따른 화분의 위치는 무작위로 배치하였다.
- 경기도 남양주시 왕숙천의 하천변(N 37° 3725 E 127° 08 37 )에 위치한 갯버들 군락에서 2010년 5월 8일에 종자를 채취하였다.
- 광도와 수위가 유묘의 생장에 미치는 영향을 살펴보기 위하여, 생육 상태가 건강하며 수고가 0.8∼1.2cm에 해당하는 유묘 160개체(평균 수고: 1cm, 연령: 22일)를 선별하여 야외 포장에서 실험이 수행되었다.
- 광도는 100%, 30%(차광막 이용)의 두 가지 수준으로, 수위는 -4cm, +1cm(수고와 동일), +2cm (수고의 2배), +4cm(수고의 4배)의 네 가지 수준으로 처리하였다. 광도와 수위를 조합한 8개의 조건에는 각각 20개체(4개의 플라스틱 박스)의 유묘가 사용되었다. 실험이 진행되는 동안 지속적으로 수돗물을 공급하여 일정한 수위를 유지 하였다.
- 남은 종자는 서울특별시 관악구 서울대학교 내 야외 포장(N 37° 27 29 E 127° 57 10 )에서 20개의 화분(세로: 41cm, 가로: 21cm, 높이: 11cm)에 나누어 심었다.
- 또한 광도와 수위가 유식물의 생장에 미치는 영향을 살펴보기 위하여, 6월 25일에 생육 상태가 건강하며, 수고가 18∼22cm에 해당하는 유묘 120개체(평균 수고: 20cm, 연령: 45일)를 선별하여 실험을 수행하였다.
- 매질은 강모래와 수도용 상토를 1 : 1(부피비)로 혼합하여 사용하였으며, 혼합된 매질의 토성은 사양토, 총질소는 74.9mg/kg, 유효인산은 25.4mg/kg이었다. 이는 종자를 채집한 갯버들 군락의 토양 특성을 고려하여 결정하였다(토성: 사양토, 총질소: 79.
- 수고가 2.5∼3.5m인 10여 그루에서 약 50%의 삭과가 열리고 종자가 방출되기 시작하는 과수를 채집하여 실험실로 운반하고 즉시 발아 실험에 이용하였다.
- 종자 분산 후에 0일∼14일(2일 간격)이 지난 종자를 발아시켜 각각의 유묘를 20개체씩 준비하였다.
데이터처리
- 광도와 수위, 혹은 종자 분산 후 경과시간이 갯버들의 종자 발아와 유묘 및 유식물의 생장에 미치는 영향을 파악하기 위하여 0.05 유의수준에서 ANOVA(analysis of variance)와 Scheffé의사후검정을 수행하였다.
성능/효과
- 광도(100%, 30%, 0%)와 수위(0cm, 2cm)가 조합된 6가지 조건에서 갯버들 종자의 발아율은 57.6%∼96.6%의 범위를 보였다(Figure 2).
- 광도가 100%에서 30%로 낮아지면서 갯버들 유묘의 생존율은 90%에서 33%로 감소하였으며, 생장량 역시 크게 줄어들었다 (수고: 76.8% 감소, 건중량: 68.5% 감소, p<.001).
- 광도가 30%인 조건에서는 100%인 조건보다 생존율과 생장량이 전반적으로 낮았으며, 광도와 수위간의 상호작용 효과로 인하여(수고: p<.001, 건중량: p<.01) 수위 증가에 따른 생존율과 생장량 감소의 폭이 증가하였다.
- 광도에 따른 종자 발아율은 차이가 있었으며 (p<.001), 광도가 100%, 30%, 0%로 낮아지면서 발아율이 각각 96.0%, 80.3%, 57.3%로 감소하였다.
- 넷째, 수위 조절을 통한 유묘 및 유식물의 관리는 빠르게 수행할수록 쉽고 효과가 높다.
- 둘째, 유묘 단계에는 습지 주변부를 약 5cm 의 수위로 약 이주일 동안 침수시켜야 한다(5월 중순에서 6월 초 사이).
- 만약 습지 내부까지 이러한 환경 조절을 적용한다면 다른 식물종에도 큰 영향을 미칠 것이다. 둘째, 종자의 분산 기간과 수명, 그리고 유묘가 침수 시에 영향을 받는 시간이 비교적 짧기 때문에 단 기간의 환경 조절로 갯버들의 침입 억제가 가능하다. 이로써 다른 식물종에 대한 영향을 줄일 수 있다.
- 또한 갯버들 종자의 수명은 매우 짧았으며, 종자의 발아율과 유묘의 생존율을 조합하면 분산 후 8일 후에는 약 5%(48.2% × 11.0%)만의 종자만이 본엽을 내고 생존할 수 있었다(Figure 4 and 5).
- 수위에 따른 발아율과 발아 속도의 차이는 없었다. 또한 삭과에서 분리한 종자를 솜털과 함께 물에 풀었을 때, 수분 이내에 모든 종자가 물속에 가라앉는 것을 확인하였다.
- 그러나 자신의 수고와 동일한 수위에서도 70%의 개체가 생존하였으며 수위를 무한정 높이는 것은 여러 가지 제약이 따르므로, 그늘을 조성하는 방법과 병행하여 사용할 것을 추천한다. 본 연구에서는 유식물의 생장에 대하여 수위와 광도의 상호작용 효과를 확인하였으며, 70%의 빛을 차단할 경우 유식물의 생존율을 수고의 반에 해당하는 수위에서는 25%, 수고와 동일한 수위에서는 10%까지 낮출 수 있었다. 70%의 차광률은 하천변에 흔히 존재하는 교목 4종을 통하여 실제 측정하여 얻은 수치이며, 이는 선행 연구와도 일치하는 결과다(McLeod et al.
- 본 연구에서는 종자가 집중적으로 방출되기 직전의 삼일 동안 일평균기온이 18.2°C 이상으로 유지되었다(Figure 1).
- 이로써 다른 식물종에 대한 영향을 줄일 수 있다. 셋째, 갯버들 유묘의 초기 생장속도가 느리기 때문에 약간의 수위 조절만으로 관리가 가능하다. 수고 생장이 상당히 이루어진 뒤에는 높은 강도의 수위 조절이 요구되며, 이는 다른 식물종에게도 부정적인 영향을 줄 수 있기 때문에 가급적 빠른 시기에 관리하는 것이 필요하다.
- 셋째, 유식물 단계에는 습지 주변부를 유식물의 수고 이상으로(20cm 이상) 침수시켜야 한다. 동시에 그늘을 만드는 교목을 심으면 효과를 높일 수 있다(6월 중순 이후).
- 종자의 분산 기간과 활력 유지 기간을 합한 약 이주일 동안 습지의 주변부를 마른 상태로 유지하는 것으로 상당량(약 95%)의 종자 생존을 억제할 수 있는 것으로 판단된다(Figure 8). 습지 내부에 떨어져 물에 가라앉은 종자는 발아하더라도 침수된 환경에서는 생존할 수 없다 (Figure 6a).
- 첫째, 종자 분산 및 발아 단계에는 습지 주변부를 마른 상태로 약 이주일 동안 유지해야 한다(5월 초에서 중순 사이).
- , 2013), Fraser and Karnezis (2005)는 침수의 기간에 대한 연구가 부족함을 언급하고 있다. 침수 기간에 따른 유묘의 반응을 직접 살펴보는 실험은 진행되지 않았지만, 침수된 유묘가 약 10일 안에 검은색으로 변하는 것을 확인하여 침수의 기간을 약 이주일로 권장한다.
후속연구
- 즉, 침입성 식물에 대한 생태적 관리를 위해서는 시기별로 나타나는 생활환 단계와 각 단계별 생활사적 특성에 대한 세밀한 연구가 필요하다. 또한 침입성 식물을 거르는 환경체는 복원의 목적이 되는 자생 식물을 통과시키는 동시에 여러 가지 생태적 과정을 고려해서 결정되어야 한다.
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