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층층나무속(Coruns) 4수종의 수분매개자에 관한 연구
서진수 ( Jin Su Seo ),김갑태 ( Gab Tae Kim ),이준우 ( Jun Woo Lee ),조민영 ( Min Yeong Jo ) 한국환경생태학회 2015 한국환경생태학회 학술대회지 Vol.2015 No.2
곤충에 의한 수분과정은 충매하는 식물의 생존과 인류식량자원 생산에 매우 중요한 과정이고 75%의 식물은 수분매개자를 필요로 한다. 곤충은 다양한 생태계에서 화분매개, 종자포식 또는 종자산포를 담당하며, 유묘발생과 식생의 동태에 결정적으로 영향을 미치고, 이형유전자의 증가와 식물의 적응성 향상의 주요한 수단이다(Schowalter, 2006). 최근 꿀벌개체군의 쇠퇴로 야생 화분매개충이 작물의 화분매개를 꿀벌 대신 수행할 수 있는가에 많은 관심이 쏠렸으며, 조사결과 야생 화분매개충이 상업적 작물의 수분을 4년간 꾸준히 성공적으로 수행하였고 적절한 수분서비스를 위해서는 화분매개충이 영향하는 농작업은 야생 화분매개충이나 꿀벌 모두를 고려하여 수행함이 필요하다(Rader et al., 2012)고 보고했다. 본 연구는 층층나무속(Coruns) 4수종의 화분매개충을 밝히고자 2013년 3월부터 2015년 6월까지 비가오지 않는 맑은날 오전 10시부터 17시까지 산수유나무, 층층나무, 말채나무, 산딸나무 꽃에 방문하는 곤충을 조사하였다. 화분매개충의 방화를 촬영하고, 포충망을 이용하여 쓸어잡기(Sweeping)방법으로 채집하고 산림곤충실험실로 옮겨와 실체현미경(Carl Zeiss Microlmaging Gmbh 37081 Gottingen, GERMANY)을 사용하여 종 동정하였다. 식물종별 화분매개충의 주요 분류군별 방화빈도를 Yumoto(1998), Calzoni and Speranza(1998)의 방법을 변형하여, 한 식물종의 꽃을 관찰 10분간 5회이상 동종의 곤충이 방화하면 3으로, 2~4회 방문하면 2로, 1회이하면 1로 등급화 하였다. 식물종에 따른 주요화분매개충의 방화빈도 등급 합을 보였다(Table 1). 층층나무속 전체의 꽃을 찾는 벌목 곤충의 방화빈도 등급의 합이 71로 가장 크게 나타났고, 딱정벌레목 곤충들도 57의 높은 방화빈도를 보였다. 파리목 곤충들은 8, 나비목과 노린재목은 4로 같게 나타났고 매미목은 3으로 낮았다. 강도래목, 밑들이목, 잠자리목과 하루살이목은 1로 아주 낮았다. 식물종에 따른 화분매개충의 방화빈도등급 합은 층층나무가 54로 가장 높았고, 그 다음으로 산딸나무가 52로 높았으며, 산수유나무는 22, 말채나무는 12로 비교적 낮았다. 층층나무속 꽃을 찾는 곤충종들은 총 10목35과 52종으로 나타났으며, 총 161개체수가 방문하였다. 층층나무에서 방화곤충이 34종으로 가장 많았고, 다음으로 산딸나무에서 18종, 산수유나무 8종, 말채나무 7종 순으로낮아졌다. 식물분류군별 주요 화분매개충 목별 방화빈도의 평균과 통계분석 결과를 보였다(Table 2). 나비목과 파리목에서만통계적 유의성이 인정되었다. 이 연구로 층층나무속 4수종의 화분매개 곤충간의 상리공생적 상호관계를 어느정도 파악하였다. 식물과 곤충의 상리공생은 건전한 생태계유지에필요한 연구 분야이며, 식물의 생존과 농림업의 생산성은 물론 멸종위기종의 보전에도 영향한다. 지구온난화로 인한생태계 변화를 겪으며 식물과 곤충의 상리공생, 화분매개에 더 많은 연구가 필요할 것이라 사료된다.
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제3분과 : 보호지역 보전 및 복원 ; 태백산 도립공원 주목군락의 생육현황에 대한 연구
김갑태 ( Gab Tae Kim ),서진수 ( Jin Su Seo ),이준우 ( Jun Woo Lee ),조민영 ( Min Yeong Jo ) 한국환경생태학회 2014 한국환경생태학회 학술대회지 Vol.2014 No.2
태백산은 장군봉(1, 567m), 망경대(1, 561m), 문수봉 (1, 517m) 등 1, 500m를 넘는 고봉들로 형성되어 있으며, 이를 경계로 동쪽의 해안지방을 영동, 서쪽의 대륙지방을 영서라 하며, 강원도와 경상북도의 경계를 이루고 있다. 이처럼 태백산은 백두대간의 큰 줄기인 태백산맥에서 중추적인생태적 요충지이다. 특히 도립공원 지정(1989. 5. 13. )이후 끊임없는 국민들의 관심과 이용이 더욱 많아졌으며, 예부터도 천제단에서 제사를 지낼 만큼, 주변지역의 ‘영산’으로써 환경생태적인 기능 뿐만아니라, 우리민족의 정서가 함께하는 산이다. 태백산 장군봉 주위에 있는 주목림은 우리나라 아고산지대 식생의 대표적인 식생군락이라 할 수 있다. 아고산대의 식생은 기후변화에 있어서 대응 및 지표가 될 수 있는 특수 지형 식생이며, 연구적인 활용가치가 매우 높다. 또한 아고산지대의 식생 훼손에 대한 여러 선행연구 결과가 있으며, 이에 대한 복원에 관한 관심과 연구가 계속 진행 중인 실정이다. 이에 본 연구는 장군봉 지역 주목군락에 대한 식생군집구조와 주목 각 개체에 대한 생육현황을 파악하고자하였다. 본 연구는 2014년 7월 2일부터 7월 3일까지 유일사 윗부분부터 장군봉에 이르는 지점까지의 주목군락의 식생조사 및 개체목의 생육현황을 조사하였다. 산림식생조사는 11개의 조사구(10m×10m)를 설치하여 식생조사를 실시하였으며, 각 조사구에 대한 식생조사는 수관의 위치에 따라 상·중·하층으로 구분하여 상층과 중층은 수종, 개체수, 수고, 흉고 직경을 조사하였고, 하층은 수종, 개체수, 피도를 깁갑태 등(1997)의 방법으로 조사하였다. 또한 주목의 생육현황 파악을 위하여, 60개체의 주목 당, 잎의 변색, 신초와 소지 상태, 정아우세현상, 수세불량 등, 세목들을 극심, 심, 보통, 경미, 정상으로 나누어 임의의 점수를 고산수목생육현황 야장에 기입하여 조사하였다. 분석방법은 각 조사구내에서 수집된 자료를 바탕으로 상·중·하층의 층위를 구분하여 각 수종의 상대적인 중요도를 나타내는 측도로써 상대우점치(Importance Percentage, IP)를 상층과 중층은 (상대밀도+상대피도+상대빈도)/3으로 산출하였으며, 하층은 (상대피도+상대빈도)/2로 산출하였고, 상·중·하층의 개체의 크기를 고려하여 [(상층IP*3)+(중층IP*2)+(하층IP)]/6으로 평균상대우점치(Mean Importance percentage)를 산출하였다. 종구성의 다양한 정도를 나타내는 측도인 종다양성은 종다양도(Species Diversity, H’), 균제도(Evenness, J’), 우점도(Dominance, D’)에 의하여 종합적으로 비교하였으며, 산출방법은 일반적으로 이용되는 Shannon-Wiener의 다양성지수를 나타내는 수식(Pielou, 1975)을 적용하였다. 상대우점치(IP) 및 평균상대우점치(MIP) 분석 결과, 상층에서는 주목의 IP 값이 89. 8%로 가장 높게 나왔고, 신갈 6. 2% 분비나무가 4. 0%으로 나왔다. 중층에서는 나래회나무가 21. 2%로 가장 높게 나왔고, 시닥 17. 9%, 당단풍나무 17. 6% 순으로 나왔다. 하층에서는 미역줄나무, 시닥, 철쭉꽃 순으로 나타났다. 상·중·하층 개체의 크기를 고려하여 계산된 평균상대우점치(MIP)의 경우 주목이 46. 2%로 가장높게 나왔고 다음이 시닥, 나래회나무, 미역줄나무, 당단풍등의 순이었다. 11개의 조사구에 대한 종다양도 및 균제도, 우점도 분석결과(Table 1. ), 종다양도는 자연로그로 계산된 값이 2. 8332, 상용로그로 계산된 값이(1. 2304)*로 나타났으며, 균제도는 0. 7230, 우점도는 0. 2770이 나왔다. 선행 연구된 태백산 장군봉지역 주목림의 임분구조에 관한 연구(김갑태등, 1998)에서는 종다양도는 2. 3015(0. 9991)* 균제도 0. 6983, 우점도는 0. 3017의 값이 나왔는데 이와 비교해보면 상대적으로 종다양도와 균제도는 높아졌고, 우점도는 낮아진 차이를 확인 할 수 있었다. 주요 종간의 상관 분석결과를 보면, 개암나무와 귀룽나무, 나래회나무와 미역줄나무는 서로 비교적 높은 정의 상관을 보였으며, 분비나무는 청시닥과 회나무와 높은 정의 상관관계를 보였다. 주목을 중심으로 보면, 시닥, 개벚지, 미역줄나무와 높은 정의 상관관계를 가졌으며, 개암나무, 귀룽나무, 난티개암나무, 회나무와는 부의 상관관계를 나타 내었다. 태백산 주목림 내에 분포하고 있는 주요수종 5종에 대하여 수종별 흉고직경급분포를 보면, 현재의 우점수종인 주목은 흉고직경 45cm이상에서 가장 많이 분포하고 있으며, 시닥·나래회·당단풍·철쭉은 흉고직경 2~15cm에 중점적으로 분포하고 있다. 고산수목 생육현황 조사표를 이용하여 총 60개체의 주목 생육현황 조사결과 수고는 2~13m범위 평균 7. 1m, 흉고직경은 5. 5~150cm범위 평균 56. 3으로 나타났으며, 생육현황 조사 야장을 바탕으로 조사한 생육점수의 평균은 1998년도 선행 연구가 되었을 때에는 평균 25. 5점 이었는데, 올해 점수의 평균은 24. 7점 인 것으로 보아 주목의 관리 및 생육상태가 예전에 비해 좋아지는 것으로 확인 할수 있었다. 또한 그림 1에서 나타났듯이, 여러 개체 함께 생육하는 곳은 고사하는 나무의 수가 줄어들고, 하나하나 떨어져서 생육하는 주목개체는 고사율이 높은 것을 알 수있다. 선행연구가 이루어진 16년이 지난 현재 주목의 생육상태가 좋아지고 있으므로 이를 유지하고 더 나은 생육상태를 위해 주목림에 대한 입산통제와 더불어 꾸준한 관리가 필요하다고 사료된다.
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조민영 ( Min Young Jo ),김갑태 ( Gab Tae Kim ),서진수 ( Jin Su Seo ),이준우 ( Jun Woo Lee ) 한국환경생태학회 2015 한국환경생태학회 학술대회지 Vol.2015 No.2
깽깽이풀은 춘계단명식물(spring ephemeral)로 초봄에눈이 녹기 시작하는 시점에서 상층수관이 울폐되기 전까지 생활사를 완료하는 초본식물을 말한다. 깽깽이풀은 매자나무과(Berberidaceae)에 속하는 식물로서, 전 세계적으로 약2종이 분포하고 있다. 한국을 비롯한 동아시아에 1종, 북아메리카 동부에 다른 1종이 분포한다. 깽깽이풀의 종자에는 엘라이오솜이 부착되어 있는데, 엘라이오솜이란 Oil을 뜻하는 그리스어 ‘elaion’과 Body를 뜻하는 그리스어 ‘Soma’의 합성어로 지방과 단백질이 풍부한여러 가지 형태의 지방체를 말한다(Gorb and Gorb, 2003). 다수의 식물은 개미를 유인하기 위하여 종피에 엘라이오솜이라는 육질의 구조를 부착하고 있다. 종자를 산포하기 위하여 개미에게 보상할 엘라이오솜을 부착한 종자를 종자와 구별하여 Diaspore(산포체 또는 전파체)라 한다. 개미는 엘라이오솜이 붙어있는 종자를 개미집으로 물어가 엘라이오솜은 떼어서 애벌레의 먹이로 이용하고 남은 종자는 개미집내부의 쓰레기장이나 집 밖의 모래언덕 또는 개미군체의 영역 경계로 내다버린다. 개미의 이런 행동을 보아 깽깽이풀과 개미의 상리공생 관계를 밝혀보고자 하여, 지역 4곳을 선정하여 깽깽이풀의 열매를 수집하고 Diaspore 특성, 관련된 개미종을 조사하였다. 깽깽이풀이 생육하고 있는 홍천, 음성, 주왕산, 광양지역 4곳을 조사지로 선정하였다. 각 조사지에서 깽깽이풀의 열매를 채취하여 종자 및 엘라이오솜 형태 등을 10∼80× 실체현미경(V8 Discovery , Zeiss, Germany)으로 관찰하였다. Diaspore의 특성 조사는 Diaspore(산포체 또는 전파체)를 분석용저울(AJ100, METTLER, USA)로 10립씩 4반복으로 평량하고 핀셋을 이용하여 엘라이오솜을 떼어내고 종자들을 평량하여 엘라이오솜의 중량과 엘라이오솜의 중량비율을 산출하였다. 산출된 값은 Microsoft Excel의 통계프로그램을 이용하여 분산분석 하였으며, 각 인자들의 유의차를 분석하였다. Diaspore의 종자산포 실험은 각 조사대상지에서 열매를 채집하여 목재로 제작한 접시(11cm×8cm×0.5cm)에 18립을 배열하고, 조사구 내에 2곳에 설치하여 종자를 물어가는 개미를 관찰하였다. 종자를 물어가는 개미는 흡충관을 이용하여 채집하고, 산림곤충학연구실에서 동정하였다. 깽깽이풀의 열매를 채취한 지역 4곳의 Diaspore특성을 분석한 결과를 Table 1에 보였다. Diaspore(종자+엘라이오솜), 종자, 엘라이오솜의 중량, 엘라이오솜의 중량비(엘라이오솜 중량/Diaspore중량×100,%)의 조사항목들은 지역별로 고도의 통계적 유의차가 인정되었다. 조사지역 4곳 중에서 깽깽이풀의 Diaspore 중량은 광양이 17.87㎎으로 가장 무거웠고, 주왕산, 음성, 홍천순으로 홍천이 13.42㎎으로 가장 가벼웠다. 엘라이오솜 중량은 3.77㎎으로 광양이 가장 무거웠고, 음성, 주왕산, 홍천순으로 홍천이 1.82㎎으로 가장 가벼웠다. 엘라이오솜 중량비는 광양이 21.11%로 가장 높았고, 주왕산이 11.04%로 가장 낮았다. 깽깽이풀의 종자산포 및 관련개미 조사 결과는, 홍천에서Diaspore를 물어가는 개미종으로 코토쿠뿔개미(Myrmica kotokui), 누운털개미(Lasius alienus)가 관찰되었고, 음성에서 Diaspore를 물어가는 개미종으로 누운털개미(Lasius alienus)가 관찰되었다. 주왕산에서 Diaspore를 물어가는 개미종으로 검정밑드리개미(Crematogaster teranishii), 털왕개미(Camponotus nipponensis)가 관찰되었고, 광양에서Diaspore를 물어가는 개미종으로 누운털개미(Lasius alienus)가 관찰되었다. 4지역에서 공통적으로 불개미아과 (Formicinae)의 개미가 관찰되었고, 홍천, 주왕산에서 두배자루마디개미아과(Myrmicinae)의 개미가 추가로 관찰되었다. 불개미아과, 두배자루마디개미아과의 개미들은 씨앗을 모으거나 감로를 먹이로 이용하는 등 엘라이오솜이 부착된 종자산포에 유리한 개미종으로 판단되며, 개미와 식물종의 상리공생관계에 대한 다양한 연구가 필요할 것이라 사료된다.
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이준우 ( Jun Woo Lee ),김갑태 ( Gab Tae Kim ),서진수 ( Jin Su Seo ),조민영 ( Min Yeong Jo ) 한국환경생태학회 2015 한국환경생태학회 학술대회지 Vol.2015 No.2
선태식물이란 우리들이 흔히 말하는 이끼를 총칭하는 말이며, 비관속 육상식물에 속하는 선태식물(Bryophyte)은 선류(Bryophyta, Mosses), 태류(Marchantiophyta, Liverworts), 뿔이끼(Anthocerotophyta, Hornworts) 3개의 분류군으로 나누어진다(Crandall-Stotler, 2007). 현재 국내의 선태식물 분류군은, 선류식물이 50과 194속 622분류군, 태류식물은 41과 84속 277분류군, 뿔이끼류는 2과 3속 4분류군으로, 총93과 281속 903분류군으로 알려져 있다(국립생물자원관, 2011). 그 중 선류식물 분류군이 가장 많으며, 토양, 바위, 수피, 썩은 나무 등에 다양한곳에 착생하며 살아간다. 선태식물은 다른 식물에 비해 보수력이 월등히 높아 건조한 실내에서 습도조절 및 공기정화에 효과적이며(Kim et al., 2009), 양분, 토양온도, 토양 수분, 토양의 미생물 활동 등의주변 환경에 미치는 영향은 지역의 식물상의 총 생체량의 비율을 고려하면 상대적으로 크다고 발표된바 있다(Bates and Farmer, 1992). 최근 세계적으로 종 다양성 보존협약이 발효되어 각국이 자생식물의 보호보존의 의무는 물론 자생식물로 인한 여러가지 권리를 행사 할 수 있도록 보장하고 있으며, 자생지에서의 보존과 다른 장소에서의 보존이 강조되고 있다(Lim, 1994). 선태식물은 고등식물과 마찬가지로 국가의 중요한 유전자원이며, 환경의 지표성이란 관점에서도 중요(Tada, 1976; Song and Song, 1995 ; Song, 1999)하고, 실제로 선태식물은 많은 산림에서, 전반적인 종 다양성을 차지하고 있다 (Jonsson, 1997). 그러나 산림자원의 조성 및 관리에 관한 법률(2014.7월 시행.)’의 제2조 정의 부분의 산림자원에 대한정의에서 “가. 산림에 있거나 산림에서 서식하고 있는 수목, 초본류, 이끼류, 버섯류 및 곤충류 등의 생물자원” 이라고이끼(선태식물)가 분명히 산림자원으로 분류되어 있음에도 불구하고, 산림관련 연구기관 및 임학 관련 학계에서 선태식물에 대한 관심과 연구가 매우 부족한 실정이다. 연구 대상지는 강원도에 위치하고 있는 가리왕산 장전계곡으로, 이 지역은 계곡이 깊고 다양한 수종의 숲으로 조성된 지역이다. 도깨비부채, 진부애기나리(희귀멸종위기종)를 비롯하여 들메나무, 고로쇠나무, 황벽나무, 산겨릅나무 등 다양한 수종이 생육하고 희귀군락이 자라고 있어 2006년 11월 3일 동부지방산림청 고시 제11호 산림유전자원 보호림으로 지정되었다. 또한 선태식물 즉 이끼류가 많이 분포하고있어 이끼계곡이라고도 불린다. 선태식물의 분포가 많은 장전계곡을 공기 중 습도가 높아지는 7월 중순부터 8월까지 선류식물분포를 조사하였다. 선류식물은 보통 토양, 바위, 수간 기부, 썩은 나무 위 등 각종환경에 생육하기 때문에, 착생기물별로 20cm×20cm의 소형방형구를 선류식물이 분포하는 곳에 수개소를 설치하여 조사를 실시하였다. 보다정확한 선류식물의 분포 및 상대우점치(Impotance percentage: I.P.)를 산출하기 위하여, 점 격자틀 법(dot-grid method) 을 2cm 간격으로 20cm×20cm 크기로 만들어 조사를 실시하였다. 상대우점치(Importance percentage :I.P.)는 피도와 빈도를 이용하여, (상대피도+상대빈도)/2로 산출하였다. 조사 시 바로 동정이 힘든 종은 채집 후 본 연구실 광학현미경(Primo star, Zeiss, Germany)과 실체현미경(V8 Discovery, Zeiss, Germany)을 이용하여 동정을 시행하였다. 종 동정을위해서 선태식물 관찰도감(국립생물자원관, 2013), 한국동식물도감 Vol.24 선태류편(문교부 1980), Illustrated Moss Flora of Japan part 1-3(A.Noguchi 1989)등의 도감과 문헌을 이용하여 동정을 실시하였다. 연구대상지 전체의 선류식물 상대우점치(Importance percentage : I.P)분석 결과(Table 1.) 물가고사리의 상대우점치가 22.3%로 가장 높았고 들덩굴초롱이끼 11.5%, 물가부리이끼 6.1%, 나무이끼 5.8%등의 순으로 나타났다. 이결과보아 선류식물도 다른 관속식물처럼 환경에 따라 주요종들이 우점을 하는 경향을 보였으며, 착생기물별 분류군(Table 2.)은 바위가 13과 24속 35종으로 가장 많은 종수를보였고, 다음으로 나무 수간이 10과 14속 16종, 썩은나무가 7과 12속 15종, 토양이 1과 1속 1종이 나타났다. 조사대상지가 계곡부의 전석지였기 때문에 바위에 착생한 종들이많고 토양에 착생한 종이 없었다고 판단된다.
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