Building ecological observatories and advancing Long-Term Ecological Research: lessons, networks, and global perspectives

이효혜미 한국생태학회 2023 Journal of Ecology and Environment Vol.47 No.4

Major environmental factors and traits of invasive alien plants determine their spatial distribution: a case study in Korea

이효혜미,허윤정,이은주,오민우 한국생태학회 2021 Journal of Ecology and Environment Vol.45 No.4

Background: As trade increases, the influx of various alien species and their spread to new regions are prevalent, making them a general problem globally. Anthropogenic activities and climate change have led to alien species becoming distributed beyond their native range. As a result, alien species can be easily found anywhere, with the density of individuals varying across locations. The prevalent distribution of alien species adversely affects invaded ecosystems; thus, strategic management plans must be established to control them effectively. To this end, this study evaluated hotspots and cold-spots in the degree of distribution of invasive alien plant species, and major environmental factors related to hot spots were identified. We analyzed 10,287 distribution points of 126 species of alien plant species collected through a national survey of alien species using the hierarchical model of species communities (HMSC) framework. Results: The explanatory and fourfold cross-validation predictive power of the model were 0.91 and 0.75 as area under the curve (AUC) values, respectively. Hotspots of invasive plants were found in the Seoul metropolitan area, Daegu metropolitan city, Chungcheongbuk-do Province, southwest shore, and Jeju Island. Hotspots were generally found where the highest maximum summer temperature, winter precipitation, and road density were observed. In contrast, seasonality in temperature, annual temperature range, precipitation during summer, and distance to rivers and the sea were negatively correlated to hotspots. The model showed that functional traits accounted for 55% of the variance explained by environmental factors. Species with a higher specific leaf area were found where temperature seasonality was low. Taller species were associated with a larger annual temperature range. Heavier seed mass was associated with a maximum summer temperature > 29 °C. Conclusions: This study showed that hotspots contained 2.1 times more alien plants on average than cold-spots. Hotspots of invasive plants tended to appear under less stressful climate conditions, such as low fluctuations in temperature and precipitation. In addition, disturbance by anthropogenic factors and water flow positively affected hotspots. These results were consistent with previous reports on the ruderal and competitive strategies of invasive plants, not the stress-tolerant strategy. Our results supported that the functional traits of alien plants are closely related to the ecological strategies of plants by shaping the response of species to various environmental filters. Therefore, to control alien plants effectively, the occurrence of disturbed sites where alien plants can grow in large quantities should be minimized, and the waterfront of rivers must be managed. Background: As trade increases, the influx of various alien species and their spread to new regions are prevalent, making them a general problem globally. Anthropogenic activities and climate change have led to alien species becoming distributed beyond their native range. As a result, alien species can be easily found anywhere, with the density of individuals varying across locations. The prevalent distribution of alien species adversely affects invaded ecosystems; thus, strategic management plans must be established to control them effectively. To this end, this study evaluated hotspots and cold-spots in the degree of distribution of invasive alien plant species, and major environmental factors related to hot spots were identified. We analyzed 10,287 distribution points of 126 species of alien plant species collected through a national survey of alien species using the hierarchical model of species communities (HMSC) framework. Results: The explanatory and fourfold cross-validation predictive power of the model were 0.91 and 0.75 as area under the curve (AUC) values, respectively. Hotspots of invasive plants were found in the Seoul metropolitan area, Daegu metropolitan city, Chungcheongbuk-do Province, southwest shore, and Jeju Island. Hotspots were generally found where the highest maximum summer temperature, winter precipitation, and road density were observed. In contrast, seasonality in temperature, annual temperature range, precipitation during summer, and distance to rivers and the sea were negatively correlated to hotspots. The model showed that functional traits accounted for 55% of the variance explained by environmental factors. Species with a higher specific leaf area were found where temperature seasonality was low. Taller species were associated with a larger annual temperature range. Heavier seed mass was associated with a maximum summer temperature > 29 °C. Conclusions: This study showed that hotspots contained 2.1 times more alien plants on average than cold-spots. Hotspots of invasive plants tended to appear under less stressful climate conditions, such as low fluctuations in temperature and precipitation. In addition, disturbance by anthropogenic factors and water flow positively affected hotspots. These results were consistent with previous reports on the ruderal and competitive strategies of invasive plants, not the stress-tolerant strategy. Our results supported that the functional traits of alien plants are closely related to the ecological strategies of plants by shaping the response of species to various environmental filters. Therefore, to control alien plants effectively, the occurrence of disturbed sites where alien plants can grow in large quantities should be minimized, and the waterfront of rivers must be managed.

인공 식물섬에 적합한 식물의 선발 -4종 정수식물의 식생구조와 생장의 비교-

이효혜미 ( Lee Hyo Hye Mi ),권오병 ( Kwon O Byeong ),석정현 ( Seog Jeong Hyeon ),조강현 ( Jo Gang Hyeon ) 한국환경복원기술학회 2001 한국환경복원기술학회지 Vol.4 No.1

기술논문 : 갈대 줄기의 마디부 발근을 이용한 뗏장 식물섬 개발

이효혜미 ( Lee Hyo Hye Mi ),권오병 ( Kwon O Byeong ) 한국환경복원녹화기술학회 2002 한국환경복원기술학회지 Vol.5 No.1

우리나라 삼림의 변화와 전망

이효혜미,조강현,김준호 한국하천호수학회 2014 생태와 환경 Vol.47 No.4

한국에서 산림생태계의 구조적 변화를 예측하기 위하여, 산림 면적과 임목축적량의 변화와 조림지에서 임상식생구조를 문헌조사에 의하여 파악하였다. 한국의 삼림은 1950년대에 심하게 훼손되었지만, 1970~1980년대에 활발히 조림하여 임목축적량이 지속적으로 증가하고 있다. 하지만 삼림면적은 5,500 ha 년-1씩 감소하고 있다. 임목축적량 변화에 대한 회귀분석 결과에 의하면 임목축적량을 기준으로 성숙림으로 기대되는 해는 약 2150년으로 예측된다. 현재 일본잎갈나무, 잣나무 및 아까시나무 조림지에는 신갈나무, 물푸레나무, 산벚나무등의 잠재자연식생이 형성되고 있으므로 미래에 이들의 숲이 형성될 것으로 기대된다. The changes in the area and standing crop of forests and the understory vegetation structure of various plantations were investigated by literature survey to predict the changes in the structure of forest ecosystems of the Korean Peninsula in the future. The greater part of forest was severely destroyed in 1950's in the Korean Peninsula. The forest standing crop has been dramatically increasing since the nationwide plantation was actively performed in 1970's and 1980's in the Republic of Korea. The area of forest was incessantly decreased at the rate of 5,500ha yr-1. The results of regression analysis on the changes in forest standing crop of the Republic of Korea showed that the forest might approach to the maturity stage in around 2150. It was predicted that the potential natural vegetation of Quercus mongorica, Fraxinus rhynchophyllus, Prunus sargentii, etc. would establish in the plantations of Larix leptolepsis, Pinus koraiensis and Robinia pseudoacacia in the future.

생합성 플라스틱 Poly-β-Hydroxybutyrate의 생분해와 토양온도의 관계

이효혜미,조강현,조경숙 이화여자대학교 환경문제연구소 1988 이화환경연구 Vol.2 No.-

생분해성 플라스틱인 poly-β-hydroxybutyrate(PHB)의 미생물에 의한 분해에 대하여 2, 10, 20, 30 및 40℃의 항온이 유지되는 토양에서 49일간 배양하면서 조사하였다. 무게 감소로 측정한 poly-β-hydroxybutyrate의 분해속도는 배양 온도가 높을 수록 증가하였다. 배양온도 40℃에서 poly-β-hydroxybutyrate는 하루당 3.5%의 무게감소 속도로 빠르게 분해되었다. 한편 토양에서 poly-β-hydroxybutyrate의 분해는 토양의 pH, 전기전도도와 같은 화학적 특성에는 큰 영향을 미치지 않았다. 그러나 탈수소효소 활성도로 나타낸 토양미생물의 활성도는poly-β-hydroxybutyrate의 분해에 따라서 증가하였다. The microbial degradation of poly-β-hydroxybutyrate(PHB) films was studied in soil microcosms incubated at a constant temperature of 2, 10, 20, 30 and 40℃ for up to 49 days. The degradation rate measured through loss of weight was enhanced by incubation at a higher temperature. At the soil temperature 40℃, poly-β-hydroxybutyrate was rapidly degraded at a decay rate of 3.5% weight loss per day. The degradation of poly-β-hydroxybutyrate did not affected significantly the chemical properties of soils such as pH and electric conductivity. However, microbial activity of soil in terms of dehydrogenase activity was increased by the degradation of poly-β-hydroxybutyrate.

우리나라 삼림의 변화와 전망

이효혜미 ( Hyohyemi Lee ),조강현 ( Kang Hyun Cho ),김준호 ( Joon Ho Kim ) 한국하천호수학회 2014 생태와 환경 Vol.47 No.4

The changes in the area and standing crop of forests and the understory vegetation structure of various plantations were investigated by literature survey to predict the changes in the structure of forest ecosystems of the Korean Peninsula in the future. The greater part of forest was severely destroyed in 1950`s in the Korean Peninsula. The forest standing crop has been dramatically increasing since the nationwide plantation was actively performed in 1970`s and 1980`s in the Republic of Korea. The area of forest was incessantly decreased at the rate of 5,500 ha yr-1. The results of regression analysis on the changes in forest standing crop of the Republic of Korea showed that the forest might approach to the maturity stage in around 2150. It was predicted that the potential natural vegetation of Quercus mongorica, Fraxinus rhynchophyllus, Prunus sargentii, etc. would establish in the plantations of Larix leptolepsis, Pinus koraiensis and Robinia pseudoacacia in the future.

애기달맞이꽃의분포특성과위해성평가

황인천,이창우,이효혜미,김덕기 한국환경생태학회 2015 한국환경생태학회 학술대회지 Vol.2015 No.1

국내에 분포하는 달맞이꽃속의 자생종은 없으며, 모두 귀 화식물이거나 원예용으로 식재하고 있으며, 이중 달맞이꽃 (O. biennis L.), 큰달맞이꽃(O. erythrosepala Borbas), 애 기달맞이꽃(O. laciniata Hill), 긴잎달맞이꽃(O. stricta Led.) 등 4종이 귀화된 것으로 보고 있다. 애기달맞이꽃의 경우 해안사구를 중심으로 자라며, 지면을 따라 방석처럼 옆으로 퍼져 나가 사구식물의 분포에 심각한 영향을 미치는 것으로 보이며, 현재 제주도와 남쪽 해안의 사구식생에 영 향을 미치고 있으며, 향후 기후변화의 영향으로 전국적인 확산이 이루어지고 특히 해안 사구식생과 하천의 사질토양 의 식생에 심각한 피해를 입힐 것으로 판단되는 식물이다. 애기달맞이꽃의 분포 및 분포특성을 파악하고 향후 분포변 화를 예측, 현재의 위해가능성이나 피해상황, 분포변화에 따른 피해를 예측해 사전에 예방하기 위한 목적과, 나아가 다른 귀화식물에 있어서도 위해성을 판단하는데 도움이 되 고자 본 연구를 진행 하였다. 애기달맞이꽃은 2014년 현지조사와 문헌조사를 통하여 분포 및 분포특성을 조사하였고 출현가능지역과 기후변화 에 따른 공간분포변화양상을 공간분포모델링(maxent)을 이용하여 진행하였다. 애기달맞이꽃의 분포지역은 휴경지에서 해안사구 식 생, 도로변 등 나지에서 단경초지에까지 분포가 확인된다. 하지만 단경초지일지라도 평균 초장 20cm이상, 식피 율 60%이상 되는 조건에서는 확인되지 않고 있어 빛에 의한 발아율의 저하로 보인다. 토양의 경우는 사토가 대 부분이며, 일반적으로 물빠짐이 좋은 토양에서 확인되 고 있었다. 훼손 후 경과년도는 대략적으로 3년 이내였 으며, 이차초지가 대부분으로 확인되었다. 토습은 물빠 짐이 좋은 토양에 주로 확인되어 비교적 건조한 지역이 었으며, 분포형태는 모두 군생하거나 융단형으로 나타 났다. 제주도지역에서는 휴경지나 도로변을 중심으로 해발 500m까지 침투해 있는 것으로 확인되었다. 애기달맞이꽃이 생육하는 지역에서 조사된 관속식물 은 총 32과 71속 87종 3변종으로 총 90분류군의 관속식 물이 혼생하는 것으로 확인되었다. 출현 빈도에 의해서 는 갯메꽃, 쑥이 빈도 9로 가장 높게 나타났으며, 띠 빈도 6, 갯무, 순비기나무, 갯금불초, 갯씀바귀, 사철쑥 등은 빈도 5로 나타났다. 빈도 3이상 (출현율 25%이상)인 식 물은 24분류군으로 확인되었고 해변의 모래사장에서 확 인되는 식물은 11분류군, 이차초원의 대표적인 식물이 13분류군으로 확인되어 애기달맞이꽃의 분포유형을 대 별하고 있으며, 해변의 모래사장 뿐만 아니라 이와 유사 한 환경인 물빠짐이 좋은 토양의 이차초원에도 많은 분 포를 보일 수 있을 것으로 보인다. 애기달맞이꽃의 분포지에는 식물구계학적 특정 식물 종 Ⅰ등급 11종, Ⅲ등급 2종, Ⅳ등급 1종, Ⅴ등급 1종 등 총 15종이 확인되었으며 전체 식물상의 16.6%에 해 당되는 것으로 나타났다. 식물구계학적 특정식물종은 Ⅰ등급 종의 사철나무, 거지덩굴 등을 제외하면 모두 해 안사구나 모래사장 등을 선호하거나 특정서식유형을 갖 는 식물로 애기달맞이꽃이 선호하는 환경과 겹치고 있 다. 모래사구 등의 특정 분포지는 일반적으로 지피층의 밀도가 높지 않아 애기달맞이꽃에 의한 교란에 취약한 지역으로 예상된다. 애기달맞이꽃이 선호하는 입지 중 이차초지의 경우 음지에서 발아율이 저하되는 특성으로 다년생 초본에 의해 점차 줄어들 것으로 보인다. 공간분포모델링의 AUC값은 0.93으로 애기달맞이꽃 분 포 모형의 적합도가 매우 높은 것으로 나타났으며, 모형적 합도와 분포예측지에 영향을 미치는 주요 환경변수의 기여 도값 가운데 건기평균온도에 해당되는 bio9(Mean Temperature of Driest Quarter)이 52.3%로 가장 높게 나타 났으며, 순차적으로 배수등급이 11.5%, 등온평균기온에 해 당되는 bio3(Isothermality=it)이 7.7%, 표토토성이7.6%, 우 기달의강우량인 b13(Precipitation of Wettest Month)이6.7%, 토지피복지도가 3.4%, 최고기온분기의강우량인 bio18(Precipitation of Warmest Quarter)이 3.3%, 연강우 량인 b12(Annual Precipitation)rk 2.7%, 최고건조달의강우 량인 b14(Precipitation of Driest Month)가 2.6%, 모재가 2.4% 순으로 나타남, 반면에 bio1, bio2, bio4, bio5, bio6, bio7, bio8, bio13, bio15, bio17, bio19, 해발값 등은 기여도 가 없는 것으로 확인되었다. 잠재 분포지역은 제주도와 남해안을 중심으로 나타났으 며, 미래시나리오인 RCP 8.5(2000-2050년)의 경우 한반도 에서의 미래 분포확산은 강원도 등 해발고도 및 산지를 제 외하고 대부분의 면적에 확산이 진행된 것으로 나타났다. 해안의 모래사장을 선호하는 특징으로 기후변화에 따라 서 동해안과 서해안의 해안을 따라 북상할 것으로 예상되었 으나 해당지역의 겨울철 평균온도가 낮아 잠재 분포지와 기후변화에 따른 미래 확산가능지역에서는 제외 되는 결과 를 얻었다. 애기달맞이꽃의 현재 잠재 분포지가 남해안을 중심으로 나타나고 기후변화에 따라 내륙으로 깊숙이 침투 될 것으로 예상되어 남해안의 해안사구 식생과 하천의 모래 사장등의 특정 환경을 선호하는 식물에 큰 영향을 미칠 것 으로 보인다. 일반적인 교란지역이나 이차초지에서는 빛이 없는 곳에서 발아율이 낮아지는 특성으로 인해 점차 사라질 것으로 예상되지만 해안사구의 경우는 심각한 피해를 입힐 것으로 예상된다.

외래식물에 의한 대학 교정 생태계의 교란

김세은,이효혜미,차현철,Kim, Seeun,Lee, Hyohyemi,Cha, Hyeon-Cheol 응용생태공학회 2015 Ecology and resilient infrastructure Vol.2 No.1

귀화식물은 외국으로부터 들어와 야생에서 자라는 외래식물로서 대부분 번식력이 뛰어나 우리 생태계에서 서식지를 확대하며 토종식물들을 위협하여 문제가 되고 있다. 본 연구는 유동인구가 많고, 비교적 큰 규모의 생물서식공간을 제공하는 대학교 캠퍼스에 자연 생태계로 유입되어 귀화된 외래종이 얼마나 많이 서식하고, 어떠한 물리적 환경 요인이 귀화식물의 분포에 가장 많은 영향을 미치는지를 밝히기 위하여 연구되었다. 캠퍼스는 천안시 소재의 단국대학교, 백석대학교, 상명대학교, 호서대학교를 대상으로 각 교정에 출현하는 귀화된 외래종 (원예종 제외) 및 고유종을 조사하고, 교지와 녹지 면적, 각 학교 사이의 거리 및 고속도로와 거리를 조사하였다. 발견된 총 식물종과 외래종 수는 각각 189종과 43종이었고, 단국대 136종과 35종, 호서대 108종과 25종, 상명대 103종과 31종, 백석대 97종과 26종이 출현하였다. 각 대학 교정에서 외래종의 풍부도는 고속도로와 가까울수록 높았다. 또한 대학 간의 도보거리가 가까울수록 출현 외래종 식물상의 유사도가 높아지는 경향을 보였다. 이상의 결과로 보아 대학 교정에서 외래종에 의한 생태계 교란이 심화되고 있으며, 특히 인간 활동이 외래종의 분포와 밀접한 연관성을 가짐을 알 수 있었다. Some of alien plants, which were introduced from foreign countries, have caused problems in Korea. Invasion of these alien plants in the ecosystem threatens the habitat of endemic species, reducing biodiversity, and causing a disturbance in the ecological system. In urbanized areas of campus universities, a diverse range of organisms were found and a comparison between the sites, near roads or housing sites were made because the campuses provided a large biotope. Although the campus had been exposed to interferences like gardening, it was also a place for most organisms to live in an active floating population due to free access. This research investigated the flora of alien plants that appeared in Beakseok University, Sangmyung University, Hoseo University and Dankook University, and relationship between the distribution of alien plants and the campus and green areas and distance from the highway. The total number of plant species and naturalized species found in the four universities was 189 and 43 species. Those of Dankook University were 136 and 35 species, Hoseo 108 and 25 species, Sangmyung 103 and 31 species, and Baekseok 97 and 26 species, respectively. The abundance of natural plants for each respective university tended to be higher as it became closer to the highway. Also, the closer the walking distance to the university, the greater the tendency for the degree of similarity to be higher. As a result, we may conclude that the distribution of alien plants and anthropogenic activities may be closely related.

Successional changes in plant composition over 15 years in a created wetland in South Korea

손덕주,이효혜미,조강현,방정환,권오병,이은주 한국생태학회 2018 Journal of Ecology and Environment Vol.42 No.4

Backgrounds: The main purpose of this research was to assess changes in vegetation structure, wetland index, and diversity index for a 15-year-old created wetland in Jincheon, South Korea. The created wetland consists of four sub-wetlands: a kidney-shaped wetland, a ditch, an ecological pond, and a square wetland. Vegetation and water depth data were collected at each site in 1999 and 2013, and Shannon diversity and wetland indices were calculated. Results: The total number of plant species increased from 18 in 1999 to 50 in 2013, and the ecological pond in 1999 and the ditch in 2013 presented the highest diversity indices (2.5 and 3.2, respectively). Plant species were less diverse in 1999 than in 2013, presumably because these initial wetlands were managed periodically for water purification and installation of test beds. The proportion of wetland plants, including obligate wetland and facultative wetland species, decreased from 83 to 56%, whereas upland plants, including obligate upland and facultative upland species, increased from 17 to 44%. After ceasing water supply, water depth in all four sub-wetlands declined in 2013. Thus, upland plants established more readily at these sites, resulting in higher diversity and lower wetland indices than in 1999. Conclusions: The major floristic differences between 1999 and 2013 were an increase in the number of upland plants and a decrease in wetland species. Although wetland indices were lower in 2013, the created wetland performed important ecosystem functions by providing habitats for wetland and upland plants, and the overall species diversity was high.