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문제 정의
- 그러나 아직까지 기후변화에 취약한 수종의 하층식생 모니터링 결과를 바탕으로 진행된 연구결과는 부족한 실정이다. 따라서 본 연구는 지리산 일대에 분포하는 기후변화 취약수종 중 구상나무를 대상으로 하여 단기간의 구상나무 치수 동태를 구명하고자 식생구조, 해발고도별 종조성, 종다양도, 치수 개체군 변화를 분석하였다.
제안 방법
- 방형구는 종면적 곡선을 고려한 최대 400 ㎡를 설치하고 흉고직경 2 cm 이상의 모든 수종에 대해 수고와 흉고직경을 측정하였으며, 그 외에 식생은 초본층으로 구분하여 식생조사법(Ellenberg, 1956; Braun-Blaunquet, 1964)에 따라 구성종 목록과 군도계급 및 우점도를 측정하였다. 또한 구상나무 치수 발생량을 조사하기 위해 방형구 내에 나타나는 흉고직경 2 cm 미만의 모든 구상나무 치수를 대상으로 하여 5단계의 수고급을 나누어 개체수를 조사하였다. 입지환경은 Garmin Montana 650GPS 장비를 사용하여 경위도좌표, 사면향, 해발고도를 측정하였고, 경사도, 노암율 등을 기록하였다.
- 산림식생의 안정성을 유추할 수 있는 종 다양성 및 경쟁 등을 분석하기 위해 층위별로 종다양도 지수(Diversity index, H’), 최대종다양도(Max Diversity index, H’max), 균재도(Evenness, J’), 우점도(1-J’)를 분석하였다(Shannon and Weaver, 1949; Brower and Zar, 1977).
- 자료의 분석은 2017년에 실시한 매목조사자료 및 식생조사자료를 기준으로 방형구내에 존재하는 모든 종의 상대피도(Relative Coverage, RC), 상대빈도(Relative Frequency, RF), 상대밀도(Relative Density, RD)를 이용하여 층위별중요치(Importance value, IV)를 산출하였으며, 여기서 층위는 교목층(≥5 m), 관목층(≤3 m), 초본층(≤1 m) 기준으로 3개 층위로 구분하였다. 산출한 중요치는 층위별 가중치를 부여하여 평균상대우점치(Mean impotance value, MIV)에 따른 식생 구조 분석을 실시하였다. 산림식생의 안정성을 유추할 수 있는 종 다양성 및 경쟁 등을 분석하기 위해 층위별로 종다양도 지수(Diversity index, H’), 최대종다양도(Max Diversity index, H’max), 균재도(Evenness, J’), 우점도(1-J’)를 분석하였다(Shannon and Weaver, 1949; Brower and Zar, 1977).
- 또한 구상나무 치수 발생량을 조사하기 위해 방형구 내에 나타나는 흉고직경 2 cm 미만의 모든 구상나무 치수를 대상으로 하여 5단계의 수고급을 나누어 개체수를 조사하였다. 입지환경은 Garmin Montana 650GPS 장비를 사용하여 경위도좌표, 사면향, 해발고도를 측정하였고, 경사도, 노암율 등을 기록하였다. 구성종의 식물분류와 동정은 원색한국수목도감(Hong et al.
- 자료의 분석은 2017년에 실시한 매목조사자료 및 식생조사자료를 기준으로 방형구내에 존재하는 모든 종의 상대피도(Relative Coverage, RC), 상대빈도(Relative Frequency, RF), 상대밀도(Relative Density, RD)를 이용하여 층위별중요치(Importance value, IV)를 산출하였으며, 여기서 층위는 교목층(≥5 m), 관목층(≤3 m), 초본층(≤1 m) 기준으로 3개 층위로 구분하였다.
대상 데이터
- 2015년과 2017년에 각각 3월부터 10월 사이 지리산의 반야봉, 세석, 천왕봉 일대에 국지 분포하는 구상나무 분포지를 대상으로 2015년에 기 설치된 총 36개의 방형구에서 조사를 실시하였다(Table 1). 해발고도 분포 범위는 1,306-1,867m, 경사도는 5-50°, 노암율은 3-90%, 사면향은 다양하게 나타났다.
- 92 ㎢으로 행정구역상 전라북도, 전라남도, 경상남도에 걸쳐 있다. 본 조사지의 생태권역은 산악권역에 속하며 (Shin and Kim, 1996), 식물구계구분에서는 남부아구이다(Lee and Yim, 2002).
데이터처리
- 산림식생의 안정성을 유추할 수 있는 종 다양성 및 경쟁 등을 분석하기 위해 층위별로 종다양도 지수(Diversity index, H’), 최대종다양도(Max Diversity index, H’max), 균재도(Evenness, J’), 우점도(1-J’)를 분석하였다(Shannon and Weaver, 1949; Brower and Zar, 1977). 구상나무 치수 개체수 변화는 2015년과 2017년의 2년간 조사된 자료를 바탕으로 이를 비교하기 위하여 통계 프로그램인 R 3.4.3을 이용하였다. 동일한 방형구에서 2015년과 2017년에 조사되어진 치수 개체수의 정규성검정을 실시한 결과 정규분포를 따른다는 귀무가설을 기각하여 비모수적 방법인 Wilcoxon signed-rank test를 실시하였으며, 치수 수고별, 해발고도별로 치수 개체수 변화에 대해 분석하였다.
- 3을 이용하였다. 동일한 방형구에서 2015년과 2017년에 조사되어진 치수 개체수의 정규성검정을 실시한 결과 정규분포를 따른다는 귀무가설을 기각하여 비모수적 방법인 Wilcoxon signed-rank test를 실시하였으며, 치수 수고별, 해발고도별로 치수 개체수 변화에 대해 분석하였다.
이론/모형
- 입지환경은 Garmin Montana 650GPS 장비를 사용하여 경위도좌표, 사면향, 해발고도를 측정하였고, 경사도, 노암율 등을 기록하였다. 구성종의 식물분류와 동정은 원색한국수목도감(Hong et al., 1987), 원색식물도감(Lee, 2003), 나무생태도감(Yun, 2016)을 이용하였다. 종명의 학명과 국명은 국가생물종지식정보시스템(KFS, 2010a)과 국가표준식물목록 (KFS, 2010b)을 참고하였다.
- 방형구는 종면적 곡선을 고려한 최대 400 ㎡를 설치하고 흉고직경 2 cm 이상의 모든 수종에 대해 수고와 흉고직경을 측정하였으며, 그 외에 식생은 초본층으로 구분하여 식생조사법(Ellenberg, 1956; Braun-Blaunquet, 1964)에 따라 구성종 목록과 군도계급 및 우점도를 측정하였다. 또한 구상나무 치수 발생량을 조사하기 위해 방형구 내에 나타나는 흉고직경 2 cm 미만의 모든 구상나무 치수를 대상으로 하여 5단계의 수고급을 나누어 개체수를 조사하였다.
- , 1987), 원색식물도감(Lee, 2003), 나무생태도감(Yun, 2016)을 이용하였다. 종명의 학명과 국명은 국가생물종지식정보시스템(KFS, 2010a)과 국가표준식물목록 (KFS, 2010b)을 참고하였다.
성능/효과
- 따라서 조릿대에 영향으로 치수의 생장이 방해를 받아 감소한 것으로 판단되었다. 1,600-1,700 m는 1,562 본/ha에서 2,332 본/ha으로 증가하였는데 해발고도별 종조성과 연관시켜 보면(Table 4), 관목층과 초본층에서 구상나무의 중요치가 가장 높은 구간이며 미역줄나무의 수세가 약하고 조릿대가 출현하지 않아 종간 경쟁이 비교적 적어 치수 발생이 촉진된 것으로 사료되었다. 1,700-1,800 m는 267 본/ha에서 175 본/ha으로 34.
- 6% 감소하였다. 1,600m 고도까지 감소율이 낮아지는데 해발고도별 종조성에서 조릿대의 중요치 또한 고도가 증가함에 따라 낮아지는 경향이었다(Table 3). 따라서 조릿대에 영향으로 치수의 생장이 방해를 받아 감소한 것으로 판단되었다.
- 2% 감소하였다. 1,800 m 이상에서의 높은 감소폭을 미루어보아 비슷한 양상을 보이는 1,300-1,400 m구간과의 종조성을 살펴보면, 하층식생을 억제하는 조릿대는 나타나지 않고 미역줄나무는 중요치가 낮게 나타나고 있는 것을 알 수 있다. 또한 고도가 상승 할수록 식생이 생육하기에 더욱 극단의 환경을 띄고 있으므로, 해당 서식지에 생물들은 급격한 환경변화에 민감하게 반응하게 된다(Kong, 2002; Kimmins, 2004; Erschbamer et al.
- 1% 감소하였다. 10-30 cm, 30-50 cm 수고급은 감소폭이 적은 반면 수고 50 cm 이상 치수들의 개체수 변화는 진계생장(ingrowth)을 못하고 고사됨에 따라 감소된 것으로 판단되었다.
- Wilcoxon signed-rank test 분석 결과 2015년도와 2017년도의 치수 개체수의 변화는 유의한 것으로 나타났다(p<0.05).
- 기후변화 취약수종 분포지에서 층위별로 가장 중요치가 높은 2종씩을 해발고도별로 살펴보면, 구상나무가 교목층에서 우세하나 관목층과 초본층에서 철쭉, 미역줄나무, 조릿대 등의 중요치가 높게 나타났다(Table 3). 같은 기후변화 취약수종에 해당하는 가문비나무는 해발고도 1,600 m 이상부터 중요치가 증가하는 것으로 나타났다.
- 기후변화 취약수종 분포지의 식생구조 분석 결과 평균상대우점치는 구상나무가 가장 높게 나타났으며, 철쭉, 당단풍나무 순으로 나타났다(Table 2). 층위별로 보면 교목층은 구상나무가 가장 높은 중요치를 보이고, 신갈나무, 당단풍나무, 잣나무, 사스래나무의 중요치가 비교적 높게 구성되어있으며, 한반도 아고산대 산림에서 상층에 출현하는 수종들과 유사한 결과로 나타났다(Park et al.
- (2012)은 조릿대의 높은 피도에 따라 하층식생에 영향을 미치는 결과와 유사한 경향이었다. 따라서 본 연구의 하층식생에서 조릿대가 교목성 수종의 치수갱신에 부정적 영향을 끼치는 것으로 사료되었다.
- , 2013), 기존 우점종에 의한 다양성보다는 다른 종에 의한 종다양성 증가를 야기하게 된다(Kumar and Ram, 2005; Bolton and D’Amato, 2011). 따라서 본 해발고도 구간에서는 숲 틈 발생에 의한 초본층에 다양한 종 이입으로 종다양성이 높은 것으로 사료되었다. 본 연구에서 제시된 종다양성 뿐만 아니라 생물다양성을 구성하는 생태계다양성, 유전다양성에 대한 각 분야에서 추가적인 검토 및 공동연구가 필요할 것으로 판단되었다.
- 특히 높은 중요치의 조릿대가 나타나는 1,500 m이하 구간은 관목층과 초본층에서 낮은 종다양도 수치를 통해 하층식생의 생장 방해에 의한 것으로 판단되었으며, 미역줄나무의 중요치가 높게 나타나는 1,700-1,800 m 구간에서도 치수 생장을 저해하는 덩굴성 수종이며, 본 해발고도는 다른 해발고도보다 종 다양도가 높으므로 다양한 종과 경쟁관계에 놓여 있는 것을 알 수 있었다. 따라서 해발고도별로 치수 발생량을 보면, 1,300-1,400 m, 1,400-1,500 m, 1,700-1,800 m 구간에서 치수 발생량이 낮게 나타났다. 반면 실새풀의 경우 건조한 침엽수림에서 열 보존, 수분 증발 감소, 토양 수분의 증가와 같은 치수의 생장을 촉진시키는 역할을 하며(Hogg and Victor, 1991), 벼과의 피도에 따라 치수 발생과 생존에 영향을 미치는 것으로 보고되었다(Matthew et al.
- 실새풀은 조릿대나 미역줄나무의 수세가 강한 해발고도 구간을 제외 하고 다른 해발고도 구간에서 높은 중요치로 나타났다. 미역줄나무의 경우 1,700-1,800 m 구간에서 중요치가 가장 높았는데, 철쭉의 중요치가 가장 낮게 나타난 해발고도가 본 구간인 것으로 미루어 보아 철쭉의 중요치가 낮은 지역에서 미역줄나무의 수세가 결정되는 것으로 사료되었다. 미역줄나무와 같은 덩굴성식물은 산림을 구조적으로 단순화 시키고 빛과 영양분에 우위를 차지하여 다른 수종의 생장을 방해한다.
- (2000)은 지리산 동부지역 북사면에서 고도 900 m, 남사면에서 1,000 m 이상부터 구상나무가 분포하는 것으로 보고하였다. 본 연구에서는 해발고도별 종조성으로 미루어 보아 종간 경쟁에 의해 구상나무 치수 생장에 방해를 받고 있는 것으로 판단되었다. 특히 높은 중요치의 조릿대가 나타나는 1,500 m이하 구간은 관목층과 초본층에서 낮은 종다양도 수치를 통해 하층식생의 생장 방해에 의한 것으로 판단되었으며, 미역줄나무의 중요치가 높게 나타나는 1,700-1,800 m 구간에서도 치수 생장을 저해하는 덩굴성 수종이며, 본 해발고도는 다른 해발고도보다 종 다양도가 높으므로 다양한 종과 경쟁관계에 놓여 있는 것을 알 수 있었다.
- 조릿대의 경우 1,600 m를 기준으로 출현 유무를 알 수 있었으며, 조릿대의 중요치가 가장 높은 1,300-1,400 m는 초본층에 가장 많은 영향을 끼치는 것으로 사료되었다. 실새풀은 조릿대나 미역줄나무의 수세가 강한 해발고도 구간을 제외 하고 다른 해발고도 구간에서 높은 중요치로 나타났다. 미역줄나무의 경우 1,700-1,800 m 구간에서 중요치가 가장 높았는데, 철쭉의 중요치가 가장 낮게 나타난 해발고도가 본 구간인 것으로 미루어 보아 철쭉의 중요치가 낮은 지역에서 미역줄나무의 수세가 결정되는 것으로 사료되었다.
- 전체 조사구 내에서 구상나무 치수에 대한 모니터링 결과 2015년도에 ha당 1,250본의 치수 개체수가 발생하였고, 2017년도에 ha당 970본의 치수 개체수가 발생되었다(Figure 1). Wilcoxon signed-rank test 분석 결과 2015년도와 2017년도의 치수 개체수의 변화는 유의한 것으로 나타났다(p<0.
- 같은 기후변화 취약수종에 해당하는 가문비나무는 해발고도 1,600 m 이상부터 중요치가 증가하는 것으로 나타났다. 조릿대의 경우 1,600 m를 기준으로 출현 유무를 알 수 있었으며, 조릿대의 중요치가 가장 높은 1,300-1,400 m는 초본층에 가장 많은 영향을 끼치는 것으로 사료되었다. 실새풀은 조릿대나 미역줄나무의 수세가 강한 해발고도 구간을 제외 하고 다른 해발고도 구간에서 높은 중요치로 나타났다.
- 층위별 종 다양도지수를 살펴보면, 교목층은 고도가 증가할수록 종다양도가 낮았고, 관목층과 초본층은 1,500 m 이상부터 비교적 종다양도가 높게 나타났다. 해발고도별 층위구조 분석에서의 결과와 같이 1,500 m이하부터 조릿대의 중요치가 높은 지역은 종다양도의 영향을 끼치는 것으로 판단되었다.
- 본 연구에서는 해발고도별 종조성으로 미루어 보아 종간 경쟁에 의해 구상나무 치수 생장에 방해를 받고 있는 것으로 판단되었다. 특히 높은 중요치의 조릿대가 나타나는 1,500 m이하 구간은 관목층과 초본층에서 낮은 종다양도 수치를 통해 하층식생의 생장 방해에 의한 것으로 판단되었으며, 미역줄나무의 중요치가 높게 나타나는 1,700-1,800 m 구간에서도 치수 생장을 저해하는 덩굴성 수종이며, 본 해발고도는 다른 해발고도보다 종 다양도가 높으므로 다양한 종과 경쟁관계에 놓여 있는 것을 알 수 있었다. 따라서 해발고도별로 치수 발생량을 보면, 1,300-1,400 m, 1,400-1,500 m, 1,700-1,800 m 구간에서 치수 발생량이 낮게 나타났다.
- 층위별 종 다양도지수를 살펴보면, 교목층은 고도가 증가할수록 종다양도가 낮았고, 관목층과 초본층은 1,500 m 이상부터 비교적 종다양도가 높게 나타났다. 해발고도별 층위구조 분석에서의 결과와 같이 1,500 m이하부터 조릿대의 중요치가 높은 지역은 종다양도의 영향을 끼치는 것으로 판단되었다. Takahashi(1997)는 Sasa spp.
후속연구
- 미역줄나무와 같은 덩굴성식물은 산림을 구조적으로 단순화 시키고 빛과 영양분에 우위를 차지하여 다른 수종의 생장을 방해한다. 따라서 해발고도별 하층식생에 영향을 미치는 종에 대해 지속적인 동태 파악이 시급할 것으로 판단되었다.
- , 2002). 따라서 향후 토양 온도 변화, 유기물층 등을 모니터링하여 치수 생장과의 관계성에 대해 좀 더 구체적인 연구가 필요할 것으로 사료되었다.
- 따라서 본 해발고도 구간에서는 숲 틈 발생에 의한 초본층에 다양한 종 이입으로 종다양성이 높은 것으로 사료되었다. 본 연구에서 제시된 종다양성 뿐만 아니라 생물다양성을 구성하는 생태계다양성, 유전다양성에 대한 각 분야에서 추가적인 검토 및 공동연구가 필요할 것으로 판단되었다.
- (2009)은 기후변화로 인한 기온 상승의 영향은 고도 구배에도 영향을 미쳐 높은 고도에서 치수가 발생하기는 하지만 성목으로 발달이 어려운 것으로 보았다. 현재까지 고도별로 구상나무 치수 발생 및 고사 차이는 자연과정(natural process)의 일부인지 또는 급격한 환경변화의 영향인지에 대해서 더 많은 개체군생태학적 연구가 필요할 것으로 생각되었고, 특히 식생의 종조성적 변화와 대기 온도, 토양 온도, 수분지수 변화 등과의 상관관계에 관한 추가적인 연구가 필요할 것으로 판단되었다.
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