점봉산 신갈나무군락의 생물종 다양성, 구조 다양성과 지상부 생물량의 관계에 대한 연구 Relationship between Aboveground Biomass and Measures of Structure and Species Diversity in Quercus mongolica-Dominated Forest, Mt. Jeombong원문보기
본 연구는 강원도 점봉산에 분포하고 있는 신갈나무군락에서 군락의 지상부 생물량과 생물종 다양성, 그리고 군락 구조의 다양성 간의 관계 특성을 밝히기 위하여 수행되었다. 이를 위해, 2004년부터 2013년까지 점봉산 신갈나무군락에서 측정한 지상부 생물량은 총 $311.1ton{\cdot}ha^{-1}$였으며, 종 별 생물량 및 구성 비율은 신갈나무 $206.3ton{\cdot}ha^{-1}$(66.3%),까치박달 $36.9ton{\cdot}ha^{-1}$(11.9%),피나무 $30.6ton{\cdot}ha^{-1}$(9.8%)등의 순으로 적었다. 신갈나무의 지상부 생물량이 가장 많은 것은 전체에 비해 임목 밀도가 많지 않지만, 평균 흉고직경(DBH)이 50cm 이상인 개체수 비율이 다른 수종에서 보다 월등히 높기 때문인 것으로 판단된다. 이 군락의 종 다양성 지수(H')와 종 균등도(J')를 추정해 본 결과 각각 2.015~2.166과 0.673~0.736의 범위 내에서 시간에 따른 점진적인 증가를 보여 주고 있다. 위의 종 다양성 지수와 종 균등도는 지상부 생물량과 높은 양의 상관관계를 나타내는데, 이는 시간이 변함에 따라 신갈나무군락의 지상부 생물량이 공간적으로 균일해진다는 것과 이러한 현상이 다양한 수종에 걸쳐 나타나고 있다는 것을 의미한다. 또한, 생물량-종 다양성 지수(BS)와 종 풍부도-생물량-종 다양성 지수(ABS)도 각각 3.746~3.811, 4.781~5.028 범위 내에서 시간에 따른 점진적인 증가를 보여주고 있었으며, 이들 지수와 지상부 생물량 높은 양의 상관관계가 관찰되었다. 이는 신갈나무군락의 지상부 생물량이 다양한 수종에서 뿐만 아니라 다양한 직경급에 따라 균일해 지고 있음을 나타낸다. 그리고 점봉산 신갈나무군락은 군락의 구조적 다양성을 통하여 생산성과 탄소 저장 능력이 더욱 효율화 되어, 자원이 풍부한 생태계로서의 역할을 수행 할 것으로 예상된다. 또한 복원된 산림의 생물다양성과 생산성의 유지를 위하여 생태적 특성을 고려한 다양한 수종과 다양한 DBH 수목의 선택적 식재를 제안한다.
본 연구는 강원도 점봉산에 분포하고 있는 신갈나무군락에서 군락의 지상부 생물량과 생물종 다양성, 그리고 군락 구조의 다양성 간의 관계 특성을 밝히기 위하여 수행되었다. 이를 위해, 2004년부터 2013년까지 점봉산 신갈나무군락에서 측정한 지상부 생물량은 총 $311.1ton{\cdot}ha^{-1}$였으며, 종 별 생물량 및 구성 비율은 신갈나무 $206.3ton{\cdot}ha^{-1}$(66.3%),까치박달 $36.9ton{\cdot}ha^{-1}$(11.9%),피나무 $30.6ton{\cdot}ha^{-1}$(9.8%)등의 순으로 적었다. 신갈나무의 지상부 생물량이 가장 많은 것은 전체에 비해 임목 밀도가 많지 않지만, 평균 흉고직경(DBH)이 50cm 이상인 개체수 비율이 다른 수종에서 보다 월등히 높기 때문인 것으로 판단된다. 이 군락의 종 다양성 지수(H')와 종 균등도(J')를 추정해 본 결과 각각 2.015~2.166과 0.673~0.736의 범위 내에서 시간에 따른 점진적인 증가를 보여 주고 있다. 위의 종 다양성 지수와 종 균등도는 지상부 생물량과 높은 양의 상관관계를 나타내는데, 이는 시간이 변함에 따라 신갈나무군락의 지상부 생물량이 공간적으로 균일해진다는 것과 이러한 현상이 다양한 수종에 걸쳐 나타나고 있다는 것을 의미한다. 또한, 생물량-종 다양성 지수(BS)와 종 풍부도-생물량-종 다양성 지수(ABS)도 각각 3.746~3.811, 4.781~5.028 범위 내에서 시간에 따른 점진적인 증가를 보여주고 있었으며, 이들 지수와 지상부 생물량 높은 양의 상관관계가 관찰되었다. 이는 신갈나무군락의 지상부 생물량이 다양한 수종에서 뿐만 아니라 다양한 직경급에 따라 균일해 지고 있음을 나타낸다. 그리고 점봉산 신갈나무군락은 군락의 구조적 다양성을 통하여 생산성과 탄소 저장 능력이 더욱 효율화 되어, 자원이 풍부한 생태계로서의 역할을 수행 할 것으로 예상된다. 또한 복원된 산림의 생물다양성과 생산성의 유지를 위하여 생태적 특성을 고려한 다양한 수종과 다양한 DBH 수목의 선택적 식재를 제안한다.
Relationships of standing biomass with biodiversity and structural diversity were examined in the Quercus mongolica-dominated forest in Mt. Jeombong, Gangwon-do. We examined the standing biomass of the Q. mongolia community ($311.1ton{\cdot}ha^{-1}$) from 2004 to 2013, and the observed ma...
Relationships of standing biomass with biodiversity and structural diversity were examined in the Quercus mongolica-dominated forest in Mt. Jeombong, Gangwon-do. We examined the standing biomass of the Q. mongolia community ($311.1ton{\cdot}ha^{-1}$) from 2004 to 2013, and the observed major species were Q. mongoilca, Carpinus cordata, Tilia amurensis whose standing biomasses were $206.3ton{\cdot}ha^{-1}$ (66.3%), $36.9ton{\cdot}ha^{-1}$ (11.9%), and $30.6ton{\cdot}ha^{-1}$ (9.8%), respectively. Although the number of Q. mongolica individuals was very small compared with total density, the reason that Q. mongolica showed the most biomass than other species is due to greater average diameter at breast height (DBH) and the higher number of $DBH{\geq}50cm$ individuals. We calculated the range of Shannon index (H') and Shannon evenness (J') in the Q. mongolica community, and they were gradually increased in time, showing 2.015~2.166, 0.673~0.736, respectively. Their H' and J' showed positive linear relationships with their standing biomass. This indicates that the spatial distribution of the standing biomass in Q. mongoilca community becomes more homogeneous with time and this homogenization appears in various species in the community. In addition, we estimated biomass-species index (BS) and abundance-biomass-speciesdiversity (ABS) and they also showed gradual increase in time, ranging from 3.746 to 3.811 and from 4.781 to 5.028, respectively. Their indices showed positive linear relationships with the standing biomass. This can be explained from the observations of variations in standing biomass with tree diameters as the differences in the average standing biomass in the community have reduced gradually in time. Moreover, it is expected that increase in the structure diversity of the Q. mongoilca community enhances the efficiency in carbon sequestration and productivity, so the community can be developed to a more sustainable ecosystem with more abundant resources. Thus, applications of uneven-aged plantations with considerations of local ecological properties can be a very efficient reforestation method to ensure stable support of biodiversity and productivity.
Relationships of standing biomass with biodiversity and structural diversity were examined in the Quercus mongolica-dominated forest in Mt. Jeombong, Gangwon-do. We examined the standing biomass of the Q. mongolia community ($311.1ton{\cdot}ha^{-1}$) from 2004 to 2013, and the observed major species were Q. mongoilca, Carpinus cordata, Tilia amurensis whose standing biomasses were $206.3ton{\cdot}ha^{-1}$ (66.3%), $36.9ton{\cdot}ha^{-1}$ (11.9%), and $30.6ton{\cdot}ha^{-1}$ (9.8%), respectively. Although the number of Q. mongolica individuals was very small compared with total density, the reason that Q. mongolica showed the most biomass than other species is due to greater average diameter at breast height (DBH) and the higher number of $DBH{\geq}50cm$ individuals. We calculated the range of Shannon index (H') and Shannon evenness (J') in the Q. mongolica community, and they were gradually increased in time, showing 2.015~2.166, 0.673~0.736, respectively. Their H' and J' showed positive linear relationships with their standing biomass. This indicates that the spatial distribution of the standing biomass in Q. mongoilca community becomes more homogeneous with time and this homogenization appears in various species in the community. In addition, we estimated biomass-species index (BS) and abundance-biomass-speciesdiversity (ABS) and they also showed gradual increase in time, ranging from 3.746 to 3.811 and from 4.781 to 5.028, respectively. Their indices showed positive linear relationships with the standing biomass. This can be explained from the observations of variations in standing biomass with tree diameters as the differences in the average standing biomass in the community have reduced gradually in time. Moreover, it is expected that increase in the structure diversity of the Q. mongoilca community enhances the efficiency in carbon sequestration and productivity, so the community can be developed to a more sustainable ecosystem with more abundant resources. Thus, applications of uneven-aged plantations with considerations of local ecological properties can be a very efficient reforestation method to ensure stable support of biodiversity and productivity.
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문제 정의
이 연구의 목적은 장기 연구를 통한 점봉산 신갈나무군락에서 목본성 식물들을 중심으로 생물종 다양성 및 구조적 다양성과 현존량의 관계에 대한 패턴을 분석하여 상관관계를 밝히는 것이다. 그리하여 산림 생태계의 물질생산에서 종 다양성과 군락의 구조적 다양성의 중요성을 확인하고 산림 생태계의 기능 유지를 위한 산림 복원과 조림의 방향을 제시 하고자 한다.
본 연구는 생물종 다양성과 생산성 관계 연구에서 군락의 구조적 다양성과 현존량과의 관계를 알아보기 위하여 점봉산의 신갈나무군락을 중심으로 수행되었다. 점봉산은 위치적으로 북방계와 남방계의 점이지대이기 때문에 우리나라에서 가장 식물 다양성이 풍부한 산악지역이며 접근성의 제약으로 인하여 생물자원이 잘 보존된 곳이다(Korea National Arboretum, 2014).
점봉산 일대에는 약 457종의 유관속식물 출현하는 것으로 알려졌으며, 신갈나무와 당단풍나무가 80% 이상의 출현 빈도를 나타내 광역적으로 우점하는 가운데 거제수나무, 가래나무, 소나무, 들메나무, 전나무, 사스래 나무, 서어나무 등의 다양한 교목성 수종이 함께 출현하고 있어, 군락의 생물종다양성과 생산성의 관계를 연구하는데 이상적인 생태계라 할 수 있다. 이 연구의 목적은 장기 연구를 통한 점봉산 신갈나무군락에서 목본성 식물들을 중심으로 생물종 다양성 및 구조적 다양성과 현존량의 관계에 대한 패턴을 분석하여 상관관계를 밝히는 것이다. 그리하여 산림 생태계의 물질생산에서 종 다양성과 군락의 구조적 다양성의 중요성을 확인하고 산림 생태계의 기능 유지를 위한 산림 복원과 조림의 방향을 제시 하고자 한다.
제안 방법
2004년부터 2013년까지 면적 0.5㏊인 신갈나무군락 방형구에서 발견되는 모든 목본식물(DBH≥3㎝)에 대해 매 목조사를 실시하였으며 각 개체에 대한 생물정보를 기록하였다(Ministry of environment, 2013).
는 i번째 흉고 직경급에서 개체수의 비율이다. 생물량-종 다양성 지수(BS)와 종 풍부도-생물량-종 다양성 지수 (ABS) 산출 과정에서 흉고 직경급은 10㎝ 단위로 분류하여 계산하였다.
, 1986). 신갈나무군락의 전체 지상부생물량은 방형구 내 모든 개체의 지상부생물량의 합으로써 추정하였다.
신갈나무군락의 종 다양성과 관련하여 종 풍부도(species richness, S), 종 다양성 지수(Shannon index) 그리고 종 균등도(Shannon evenness)를 측정하였다. 종 풍부도(S)는 방 형구 내에서 발견된 종 수로 계산 하였으며, 종 다양성 지수 (Shannon index, H')는 다음(2)과 같이 계산하였다(Magurran, 1988).
5㏊인 신갈나무군락 방형구에서 발견되는 모든 목본식물(DBH≥3㎝)에 대해 매 목조사를 실시하였으며 각 개체에 대한 생물정보를 기록하였다(Ministry of environment, 2013). 이렇게 수집된 정보는 연도별로 정리하여 지상부 생물량, 생물종 다양성, 균등도 등 신갈나무군락의 생태학적 특성을 분석하는데 이용하였다.
점봉산 신갈나무군락에서 지상부 생물량과 H', J', BS, ABS의 관계는 상관관계(correlation coefficent) 분석을 통하여 관계성을 분석하였다.
데이터처리
점봉산 신갈나무군락에서 지상부 생물량과 H', J', BS, ABS의 관계는 상관관계(correlation coefficent) 분석을 통하여 관계성을 분석하였다. 이때 상관계수 추정과 유의성 검증은 R 프로그램(version 3.1.3., http://www.r- project. org/)을 이용하였다.
이론/모형
본 연구에서 점봉산 신갈나무군락의 지상부 생물량 추정을 위하여 상대생장식을 이용하였다. 상대생장식은 수목의 흉고직경(DBH)과 수고 등을 통하여 수목의 현존량을 간접적으로 추정할 수 있는 방법으로, Kwon and Lee (2006)는 수고와 흉고 직경과 지상부 생물량(가지, 줄기, 잎의 무게) 사이에는 높은 양의 상관관계가 있다고 보고한 바 있다.
상대생장식은 수목의 흉고직경(DBH)과 수고 등을 통하여 수목의 현존량을 간접적으로 추정할 수 있는 방법으로, Kwon and Lee (2006)는 수고와 흉고 직경과 지상부 생물량(가지, 줄기, 잎의 무게) 사이에는 높은 양의 상관관계가 있다고 보고한 바 있다. 신갈나무의 지상부 생물량은 Son et al. (2007)에 의한 상대생 장식을 이용하여 측정하였고 다음(1)과 같았다.
성능/효과
(2010)는 종 균등도와 지상부 생물량 사이의 음(negative)의 관계는 높은 생물량으로 몇몇 종이 우점한다고 언급한 바 있다. 그리고 위의 결과는 생물종 다양성이 식물 군락의 주요한 기능인 에너지의 흐름과 물질 순환에 영향을 미친다는 것을 의미한다.
본 연구가 진행된 신갈나무군락에서 DBH ≥50㎝ 인 수목의 기저면적 비율은 43.4%이었으며 타 지역 산림 보다 현존량이 높아 식물체에서의 탄소 축적량이 많을 것으로 판단된다.
종 다양성과 군락의 구조적 다양성 지수를 통하여 본 연구 결과는 적절한 산림시업을 위한 방안으로 활용이 가능하다. 산림의 생태적 복원이 필요한 지역 또는 산림의 경제적 활용을 위한 조림지에 단일 수종 또는 동일한 수령의 수목을 식재하기보다 지역적인 기후환경과 지형에 따른 산림생태계의 개별성을 고려하여 적합한 수종의 선정과 수목의 다양한 DBH 크기를 갖는 수목으로 식재하고 관리함으로써, 산림의 현존량과 생산성을 늘리고 탄소 저감의 양과 속도를 증가시킬 수 있어 산림 생태계 기능의 향상에 효과적이라 할 수 있다.
생물량-종 다양성 지수(biomass-species diversity index, BS)와 종 풍부도-생물량-종 다양성 지수(abundance-biomassspecies diversity index, ABS)는 각각 3.746~3.811, 4.781~5.028의 범위였으며 연구기간 동안 시간이 지날수록 증가 하는 경향을 나타내었다(Table 3.). 시간 경과에 따른 BS와 ABS의 증가는 수목의 직경이 다양하고 직경에 따른 수종의 비율과 개체수가 균등하다는 것을 의미한다.
). 시간 경과에 따른 BS와 ABS의 증가는 수목의 직경이 다양하고 직경에 따른 수종의 비율과 개체수가 균등하다는 것을 의미한다. 위의 결과는 수목의 직경급에 따른 생물량의 비율과 종 수 비율 그리고 개체수 비율의 차이가 감소하였기 때문인 것으로 분석되었다.
8%) 등의 순서로 많았다. 신갈나무의 임목밀도는 까치박달과 피나무, 당단풍나무 등에 비해 낮지만 DBH가 높아 지상부 생물량이 많았고 까치박달과 피나무는 임목밀도는 높지만 DBH가 작아 지상부 생물량이 적은 것으로 분석되었다. 신갈나무군락 10년간의 평균 지상부생물량은 311.
시간 경과에 따른 BS와 ABS의 증가는 수목의 직경이 다양하고 직경에 따른 수종의 비율과 개체수가 균등하다는 것을 의미한다. 위의 결과는 수목의 직경급에 따른 생물량의 비율과 종 수 비율 그리고 개체수 비율의 차이가 감소하였기 때문인 것으로 분석되었다. 또한 ABS가 BS보다 지수 값과 상관계수(R)가 더 큰 것은 신갈나무군락을 이루는 수목의 현존량이 직경급에 따른 군락의 구조 뿐만 아니라 수목의 종 풍부도에 의한 영향에도 민감하기 때문인 것으로 판단된다.
, 2010) 하여 본 연구와 유사한 경향을 나타냈다. 이상의 전술한 연구 결과들과 본 연구결과를 종합해 볼 때, 생물종 다양성과 구조적 다양성의 증가는 직‧간접적으로 산림의 생산성 향상에 기여하며 이러한 경향은 본 연구에서 처음 시도된 점봉산의 신갈나무군락과 같았다. 최근 산림의 생산성은 생물종 다양성 보다 구조적 다양성에 더 관계가 있다고 연구되어(Dănescu et al.
종 다양성 지수 (H')의 증가는 신갈나무군락 전체 개체수에 대한 각 종의 개체수 비율 차이가 감소한 결과인 것으로 판단되었다.
신갈나무군락 내 수종별 개체수는 당단풍나무가 598개체로 가장 많았고 까치박달 381개체, 피나무 175개체, 신갈 나무 125개체 등의 순으로 많았다. 평균 DBH는 신갈나무가 32.5㎝(3.3-73.5㎝)로 가장 컸고 가래나무 21.6㎝(3.4-46.4㎝), 복장나무 18.8㎝(3.6-50.2㎝), 층층나무 17.9㎝(3.1-32.5㎝), 팥배나무 17.6㎝(3.6-38.2㎝), 피나무 16.3㎝(3-63.8㎝), 만주고로쇠나무 14.6㎝(3-41.2㎝), 들메나무 14.3㎝ (3.3-37.7㎝), 까치박달 11.8㎝(3.1-45.7㎝), 당단풍나무 7.9㎝(3-22.9㎝) 등의 순으로 컸다. 수종별 기저면적은 신갈나무가 14.
후속연구
또한 국‧내외에서 천이 과정에 따른 산림의 생물종 다양성 및 구조적 다양성과 지상부 생물량의 관계에 대한 연구는 찾아보기 어려운 실정이며, 기후변화와 인간의 간섭 등 외부 영향에 기인한 생태계 변화를 평가하기 위한 연구가 요구되고 있다. 따라서 주요 산림생태계의 장기적인 식생 연구를 통하여 연속적인 데이터를 지속적으로 수집하는 한편, 기존의 여러 관련 분야의 기관에서 수행하고 있는 식생 데이터를 충분히 활용 하여 변화하는 산림생태계의 특성과 기능의 관계를 평가하기 위한 더 많은 연구가 수행되어야 할 것으로 사료된다.
4%이었으며 타 지역 산림 보다 현존량이 높아 식물체에서의 탄소 축적량이 많을 것으로 판단된다. 점봉산의 신갈나무군락이 200년 이상 유지될 것을 감안 할 때(Lee et al., 2000), 향후 점봉산 신갈나무군락의 종 다양성 및 구조적 다양성의 증가로 인한 물질 생산과 탄소축적의 잠재성이 높아 지속가능한 보전과 지속적인 식생 동태 연구가 필요하다.
종 다양성과 군락의 구조적 다양성 지수를 통하여 본 연구 결과는 적절한 산림시업을 위한 방안으로 활용이 가능하다. 산림의 생태적 복원이 필요한 지역 또는 산림의 경제적 활용을 위한 조림지에 단일 수종 또는 동일한 수령의 수목을 식재하기보다 지역적인 기후환경과 지형에 따른 산림생태계의 개별성을 고려하여 적합한 수종의 선정과 수목의 다양한 DBH 크기를 갖는 수목으로 식재하고 관리함으로써, 산림의 현존량과 생산성을 늘리고 탄소 저감의 양과 속도를 증가시킬 수 있어 산림 생태계 기능의 향상에 효과적이라 할 수 있다.
질의응답
핵심어
질문
논문에서 추출한 답변
생태학의 중요한 목적은 무엇인가?
생태학의 중요한 목적은 생물종 다양성과 생태계 프로세스의 정량화를 통한 생태계의 구조와 이들 사이의 관계를 이해하는 것이다(Hooper et al., 2005; Keddy, 2005).
점봉산 일대에서 출현하는 유관속식물은 몇 종인가?
점봉산은 위치적으로 북방계와 남방계의 점이지대이기 때문에 우리나라에서 가장 식물 다양성이 풍부한 산악지역이며 접근성의 제약으로 인하여 생물자원이 잘 보존된 곳이다(Korea National Arboretum, 2014). 점봉산 일대에는 약 457종의 유관속식물 출현하는 것으로 알려졌으며, 신갈나무와 당단풍나무가 80% 이상의 출현 빈도를 나타내 광역적으로 우점하는 가운데 거제수나무, 가래나무, 소나무, 들메나무, 전나무, 사스래 나무, 서어나무 등의 다양한 교목성 수종이 함께 출현하고 있어, 군락의 생물종다양성과 생산성의 관계를 연구하는데 이상적인 생태계라 할 수 있다. 이 연구의 목적은 장기 연구를 통한 점봉산 신갈나무군락에서 목본성 식물들을 중심으로 생물종 다양성 및 구조적 다양성과 현존량의 관계에 대한 패턴을 분석하여 상관관계를 밝히는 것이다.
2007년부터 2013년까지 신갈나무군락이 위치하는 설악산 지역의 기후 특성은 어떻게 되는가?
7㎝ 였다. 이 지역의 기상관측이 시작 된 2007년부터 2013년까지 본 연구지소가 위치한 설악산 지역의 연평균 강수량은 1,320.5㎜, 연평균 기온은 10.3℃였다 (Figure 2.).
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