강원도 산림습원의 생태환경에 관한 연구

국문 초록 (Abstract)

초 록

강원도 산림습원의 식물상 및 다양성

강원도에서 확인된 대표적인 산림습원인 심적 산림습원, 점봉산 산림습원, 소황병산 산림습원, 질뫼늪 및 면산 산림습원을 대상으로 식물상 및 식물상의 다양성을 분석하였으며, 그 결과는 다음과 같다. 이 연구지역에서 확인된 관속식물은 92과 296속 468종 4아종 67변종 8품종 총 547분류군으로 조사되었다. 심적 산림습원 유역의 관속식물은 70과 179속 226종 3아종 36변종 4품종 총 269분류군이 확인되었으며, 이중 습원 내에서는 34과 62속 72종 3아종 12변종 1품종 총 88분류군이 확인되었다. 점봉산 산림습원 유역의 관속식물은 76과 196속 263종 1아종 33변종 6품종 총 303분류군으로 확인되었으며, 이중 습원 내에서는 36과 60속 77종 8변종 1품종 총 86분류군이 확인되었다. 소황병산 산림습원 유역의 관속식물은 79과 198속 262종 4아종 32변종 5품종 총 303분류군으로 확인되었으며, 이중 습원 내에서는 43과 80속 94종 4아종 12변종 1품종 총 111분류군이 확인되었다. 질뫼늪 유역의 관속식물은 52과 132속 174종 2아종 29변종 4품종 총 209분류군이 확인되었으며, 이중 습원 내에서는 46과 97속 118종 2아종 28변종 6품종 총 140분류군이 확인되었다. 면산 산림습원 유역의 관속식물은 82과 179속 216종 2아종 28변종 6품종 총 252분류군이 확인되었으며, 이중 습원내에서는 51과 93속 95종 2아종 15변종 3품종 총 115분류군이 확인되었다.
이 연구대상지에서 확인된 한국특산식물은 11과 16속 15종 2변종 총 17종류가 확인되었다. 산림습원에서 자생하는 희귀식물은 21과 31속 31종 3변종 총 34종류가 확인되었다. 강원도 산림습원에 분포하는 식물구계학적 특정식물은 총 131분류군이 분포하는 것으로 확인되었으며, 이는 전체 출현식물의 23.9%에 해당한다. 등급별로 차지하는 비중은 Ⅰ등급(29.0%) > Ⅱ등급(27.5%) > Ⅲ등급(26.0%) > Ⅳ등급(10.7%) > Ⅴ등급(6.8%) 순으로 나타났다. 귀화식물은 8과 16속 16종 1변종 총 17분류군이 확인되었다.
산림습원의 관속식물 유형분류 중 습지출현빈도에 따른 분류는 심적 산림습원은 절대습지식물(16.9%), 임의습지식물(28.1%)이 다른 지역의 산림습원에 비하여 비율이 높게 확인되었고 절대육상식물(36.0%)이 낮은 비율인 것을 확인할 수 있었다. 습지의 습한 정도와 수생형에 따른 분류는 습생식물과 정수식물은 심적 산림습원(38종류) > 질뫼늪(37종류) > 면산 산림습원(26종류) > 소황병산 산림습원(25종류) > 점봉산 산림습원(24종류)의 순으로 확인되었다. 생육지에 의한 유형 분류는 심적 산림습원이 습한 개방지(41.6%)와 수중(7.9%)의 비율이 가장 높았으며, 숲의 경우 소황병산 산림습원(60.4%)과 점봉산 산림습원(47.7%)의 비율이 높게 확인되었다. 또한, 심적 산림습원은 습한 개방지의 비율이 가장 높은데 반해 타 습원의 경우 숲의 비율이 가장 높게 나타났다. 강원도 산림습원으로 알려진 용늪, 심적 산림습원, 점봉산 산림습원, 소황병산 산림습원, 질뫼늪, 면산 산림습원을 대상으로 식물상을 유집분석한 결과, 종조성은 습지의 형태 및 지리적 분포와 비교적 일치하는 경향을 보였다. 습원의 유역의 식물상 유사성을 보면, 점봉산 산림습원과 면산 산림습원이 종유사성이 가깝게 나타났으며, 용늪과 질뫼늪도 종유사성이 비교적 가깝게 확인되었다. 습원 내의 식물상 유사성은 심적 산림습원과 면산 산림습원이 가장 가깝게 나타났으며, 소황병산 산림습원과 질뫼늪도 종유사성이 높은 것으로 확인되었다. 절대습지식물(Obligate wetland plant, OBW)의 유사성은 소황병산 산림습원과 질뫼늪이 가장 유사한 것으로 확인되었으며, 심적 산림습원과 면산 산림습원 또한 비교적 유사한 것으로 나타났다.
지리적으로 제한된 공간에 분포하는 고유종은 기후상태 및 토양환경, 식물의 제한적 산포로부터 발생하며, 산지습지처럼 지리적으로 분리된 습지는 높은 고유성을 가진다(박성준 등, 2011). 식물상의 유사성도 고유종에 분포에 따라 달라지며 대암산 용늪 및 심적 산림습원은 끈끈이주걱(Drosera rotundifolia L.), 조름나물(Menyanthes trifoliata L.), 흑삼릉(Sparganium erectum L.), 왕비늘사초(Carex maximowiczii Miq.), 작은황새풀(Eriophorum gracile Koch) 등의 습원 고유종이 분포로 인해 강원도 산림습원에서 유사성이 떨어지는 것으로 생각된다.
이 연구는 강원도 내 주요 산림습원의 지역적 식물다양성을 확인하여 보전생물학적 연구 및 산림습원의 보존 및 관리를 위한 기초자료로 활용될 것이라 판단된다.

강원도 산림습원의 식물군집과 입지요인의 분석

강원도 산림습원 128지역을 대상으로 조사된 식생 자료를 바탕으로 Cluster analysis를 실시한 결과, 유사한 식생구조를 갖는 산림습원들이 모여 9개의 대표적인 군집으로 분류되었으며, 군집간의 입지요인을 파악하기 위하여 습원면적, 해발고, 이탄의 깊이(Peat depth), 유기물함량(Organic matter), 토양의 pH, Ca2+, Mg2+, Na+, K+, 양이온치환용량(Cation exchange capacity, CEC), 전기전도도(Electric conductivity, EC)의 인자를 이용하여 다변량 분석을 하였다. 군집분석 결과, 9개의 군집으로 나뉘었으며, 9개의 군집은 들메나무-산비늘사초 군집(Fraxinus mandshurica-Carex heterolepis community, Fra man-Car het community), 물푸레나무-그늘사초 군집(Fraxinus rhynchophylla-Carex lanceolata community, Fra rhy-Car lan community), 버드나무-삿갓사초 군집(Salix koreensis-Carex dispalata community, Sal kor-Car dis community), 층층나무-쉽싸리 군집(Cornus controversa-Lycopus lucidus community, Cor con-Lyc luc community), 버드나무-고마리 군집(Salix koreensis-Persicaria thunbergii community, Sal kor-Per thu community), 물푸레나무-삿갓사초 군집(Fraxinus rhynchophylla-Carex dispalata community, Fra rhy-Car dis community), 일본잎갈나무-물봉선 군집(Larix kaempferi-Impatiens textori community, Lar kae-Imp tex community), 달뿌리풀-왕비늘사초 군집(Phragmites japonica-Carex maximowiczii community, Phr jap-Car max community), 골풀-고마리 군집(Juncus effusus-Persicaria thunbergii community, Jun eff-Per thu community)으로 명명하였으며, 분류된 군집별로 수종의 구성을 파악하여 명칭을 부여하였다.
Cluster analysis 결과, 관목이상 분포 군락(Swamp)인 들메나무-산비늘사초 군집, 버드나무-삿갓사초 군집, 층층나무-쉽싸리 군집, 버드나무-고마리 군집, 물푸레나무-삿갓사초 군집, 일본잎갈나무-물봉선 군집과 초본층으로 구성된 군집(Marsh)인 물푸레나무-그늘사초 군집, 달뿌리풀-왕비늘사초 군집, 골풀-고마리 군집으로 크게 두 그룹으로 확인되었다.
강원도 내 산림습원 128지역에 출현하는 식물의 우점종의 중요치는 교목층(Tree layer)에서 버드나무(14.90%), 물푸레나무(10.69%), 소나무(9.84%), 들메나무(8.44%) 및 일본잎갈나무(8.38%) 순으로 확인되었으며, 아교목층(Subtree layer)은 버드나무(12.43%), 물푸레나무(12.28%), 신나무(8.42%), 당단풍나무(6.59%), 다릅나무(3.97%) 및 신갈나무(3.76%) 순으로 우점하였다. 관목층(Shrub layer)은 물푸레나무(6.94%), 당단풍나무(5.38%), 버드나무(5.12%), 병꽃나무(4.72%) 및 미역줄나무(4.15%) 순으로 높은 중요치를 보였으며, 초본층(Herb layer)은 삿갓사초(4.02%), 고마리(3.32%), 쉽싸리(2.47%), 동의나물(2.47%), 노루오줌(2.18%), 달뿌리풀(2.15%), 가는잎그늘사초(2.12%) 및 산비늘사초(2.09%) 순으로 확인되었다. 목본층에서 소나무, 일본잎갈나무, 당단풍나무 등이 높은 중요치를 보인 것은 많은 산림습원이 조림 및 개발로 육화가 진행되면서 나타나는 현상으로 판단된다.
군집별 입지환경 및 이탄의 특성은 들메나무?산비늘사초 군집의 습원면적이 1,000∼15,000 ㎡의 범위에 평균 6,957 ㎡으로 가장 넓게 확인되었으며, 일본잎갈나무-고마리 군집이 평균 909 ㎡으로 가장 작은 것으로 확인되었다. 들메나무?산비늘사초 군집은 해발고, 이탄의 깊이의 평균이 각각 830.95 m, 90.23 cm로 가장 높게 나타났으며, 유기물함량 또한 평균 25.35%로 물푸레나무?그늘사초 군집에 이어 두 번째로 높게 확인되었다. 반면 달뿌리풀?왕비늘사초 군집은 해발고, 이탄의 깊이, 유기물함량의 평균이 각각 110.58 m, 32.91 cm, 8.47%로 가장 낮게 확인되었다. 이것은 들메나무?산비늘사초 군집은 계곡부와 산정부에 이탄습원으로 발달하였으며, 달뿌리풀?왕비늘사초 군집은 해발고가 낮은 지역의 묵논습원이었기 때문으로 판단된다. 33개 지역으로 가장 많이 나타난 물푸레나무?삿갓사초 군집은 평균 면적 1,297.36 ㎡, 해발고 650.03 m, 이탄의 깊이 54.69 cm, 유기물함량 17.74%로 확인되었다. 연구지역 이탄의 pH는 버드나무?고마리 군집이 평균 5.03으로 가장 낮게 나타났으며, 버드나무?삿갓사초 군집이 평균 5.33으로 가장 높게 확인되었다. 이탄층의 pH 범위는 4.18∼6.02로 약산성(3.0∼5.0)이 32지역(25%)으로 확인되었고, 미산성(5.0∼6.5)이 96지역(75%)으로 나타났다. 약산성으로 확인된 지역은 들메나무?산비늘사초 군집이 6지역으로 가장 많이 나타났다. 대체적으로 이탄의 깊이가 깊은 지역의 습원이 pH가 낮게 나타났다.
CCA(Canonical Correspondence Analysis)를 이용하여 식생군집과 입지요인의 관계를 분석한 결과, 1축은 분산의 34.4%를, 2축은 분산의 25.4%로 총 59.8%의 분산을 설명하였다. 군집분포에 상대적으로 큰 영향을 미치는 입지요인은 1축에서 해발고, 습원의 면적, 유기물함량, 이탄의 깊이였으며, 2축에서 습원의 면적, 해발고, Ca2+의 함량으로 확인되었다. 해발고의 r²값이 1축에서 0.525, 2축에서 0.365로 군집에 영향을 미쳤다. 유기물함량도 r²값이 1축에서 0.340으로 높게 확인되었으며, 치환성양이온 Ca2+도 r²값이 1축에서 0.115, 2축에서 0.113으로 식생군집에 영향을 미치는 것으로 확인되었다. 습원의 면적이 넓고 해발고가 높으며, 유기물함량이 높고 이탄층이 발한 곳은 들메나무?산비늘사초 군집과 물푸레나무?그늘사초 군집이 나타났다. 반면 해발고가 낮고 유기물함량, 치환성양온함량이 낮은 지역은 달뿌리풀?왕비늘사초 군집이 분포하였다.
강원도 산림습원은 과거 산림녹화정책의 일환으로 실시한 조림사업으로 일본잎갈나무, 잣나무 등의 조림수종이 많이 식재되어 있으며, 산림개발과 기후변화 등으로 인해 육화가 진행되고 있다. 따라서 이 연구의 결과는 산림습원의 식생단위 및 습원의 현 실태를 보다 객관적으로 파악하여 습원의 보전 및 관리체계를 확립하는데 활용될 수 있을 것으로 판단된다.



산림습원의 퇴적물 특성과 습지유형분류

강원도 내 주요 산림습원인 심적 산림습원, 면산 산림습원, 점봉산 산림습원, 질뫼늪, 소황병산 산림습원 및 양양 산림습원을 대상으로 퇴적물의 토성, 유기물함량(CEC), N, P, 치환성양이온(Ca, Mg, K, Na) 및 pH를 분석하였다.
연구대상지의 퇴적물 토성은 식토(clay), 식양토(clay loam), 양토(loam), 사질식양토(sandy clay loam) 및 사양토(sand loam)의 범위에 있었으며, 점토와 모래의 비율이 높고 미사의 비율은 낮게 나타났다. 질소의 함량은 0.2%∼1.72%로 전라남도 산림습원의 질소함량 0.9%∼27.0%(강희곤, 2012)보다 높게 나타났으며, 인의 함량 또한 평균 28.15∼159.42mg/kg로 높게 확인되었다. 질소는 심적 산림습원 > 면산 산림습원 > 점봉산 산림습원 > 소황병산 산림습원 > 질뫼늪 > 양양 산림습원 순으로 높게 확인되었으며, 인은 면산 산림습원 > 심적 산림습원 > 소황병산 산림습원 > 질뫼늪 > 양양 산림습원 순으로 확인되었다. 유기물의 함량은 2.59∼59.80%를 보였으며, 평균 16.60%를 보였다. 연구대상지역의 pH는 4.18∼5.78사이에서 평균 5.09로 확인되었다.
연구대상지의 치환성양이온은 Ca와 Mg의 함량이 높게 나타났고, Na의 함량이 K보다 높게 나타났지만, 질뫼늪과 소황병산 산림습원은 미세하게 K의 함량이 Na보다 높게 나타났으나 유의하지는 않았다. Ca와 Mg의 함량이 타 습원들보다 높은 소황병산, 심적, 면산 산림습원은 지하수로부터 양이온을 공급받는 비율이 높은 것으로 판단된다. 양이온 치환용량은 소황병산 산림습원(27.31cmol/kg) > 면산 산림습원(25.70cmol/kg) > 심적 산림습원(24.51cmol/kg) > 양양 산림습원(12.72cmol/kg) > 질뫼늪(11.12cmol/kg) 순으로 확인되었다.
상관관계 분석 결과, 유의성이 낮은 인과 pH를 제외하고 퇴적물의 절대량으로 이단계 군집분석과 주성분분석을 실시한 결과, 2개의 군집으로 분류되었으며, N와 CEC, Ca이 군집을 나누는 주요 변수로 확인되었다.
치환성양이온의 함량비가 각 습원간의 특성을 어떻게 반영하고 있는지를 판단하기 위하여 이단계 군집분석을 실시한 결과, 총 2개의 군집으로 나뉘었다. Ca함량비와 K함량비가 군집을 나누는 주요 변수로 확인되어 신영호(2014)의 연구와 같은 경향을 나타냈다. 신영호(2014)의 보고에서 군집별 함량비의 특징으로 ‘Ca집중 습지퇴적물’, ‘Mg집중 습지퇴적물’, ‘K집중 습지퇴적물’로 나뉘었지만 이 연구에서는 강원도 6개 습지 모두 ‘Ca집중 습지퇴적물’로 나타났다. 신영호(2014)의 연구에서는 강원도, 전라남도, 경상남도에 위치한 습지를 대상으로 조사하여 습지간의 거리가 멀었기 때문에 습지퇴적물에 함량비에 차이가 있었던 것으로 판단된다.
연구지역의 퇴적물을 분석한 결과, 낮은 pH, 높은 유기물함량, 치환성양이온의 함량비 등으로 볼 때 심적 산림습원과 소황병산 산림습원, 면산 산림습원, 점봉산 산림습원, 질뫼늪은 고층습원(High-moor, bog)으로 판단하기는 힘들며, 저층습원(Low-moor, fen)과 고층습원의 중간단계인 중간습원(Intermediate moor)으로 판단되며, 양양 산림습원은 저층습원으로 판단된다. 이것은 식물상과 다양성 연구결과와 일치하며, 류새한(2004)의 연구와도 일치하게 나타났다.
산지 습원의 퇴적물은 식생, 지질, 토양, 유역의 특성, 기후 등에 종합적인 영향으로 그 차이를 보여 퇴적물의 특성연구를 통해 산림습원의 현상태를 보다 객관적으로 진단할 수 있을 것이며, 습원에 서식하는 희귀식물 및 특산식물의 서식환경 개선 및 보전에 활용할 수 있을 것으로 판단된다.








습지 및 산지에서 생육하는 목본식물의 생리반응 비교

이 연구는 들메나무 외 5종의 식물을 심적 산림습원 내에서 생육하는 개체와 습지 밖의 산지사면에서 생육하는 개체의 생리반응 차이를 조사하여 습지환경이 이들 식물의 생육에 미치는 영향을 알아보고자 하였다. 참조팝나무와 들메나무의 경우 습지내 생육하는 개체가 산지에서 생육하는 개체에 비하여 기공전도도의 저하로 인해 대기로부터 CO2와 수분의 교환이 원활하게 이루어지지 못하여, 증산량 감소, 기공제한 증가 및 엽육세포내 CO2 농도 감소 등 광합성 활성에 관련하는 반응들이 상대적으로 저하되는 경향을 보였다. 이와 반대로 버드나무, 신나무, 호랑버들의 경우 습지에서 생육하는 개체가 산지에서 생육하는 개체에 비해 상대적으로 높은 광합성 활성을 보이는 것으로 나타났다. 특히, 참조팝나무는 습지에서 생육하는 개체가 산지에서 생육하는 경우보다 광계 Ⅱ의 광화학반응 과정에서 에너지 전달 효율이 감소되는 것으로 나타났으며, 광합성 기구의 활력에도 영향을 미치는 것으로 나타났다. 참조팝나무의 뚜렷한 반응 차이는 다른 수종에 비하여 일중수분포텐셜의 차이가 가장 큰 것과도 연관이 있을 것으로 생각된다. 또한 신나무를 제외한 나머지 수종은 산지에 생육하는 개체에 비해 습지에 생육할 경우 엽록소 함량 및 카르테노이드 함량이 증가하고, 특히 엽록소 a의 집적이 더 많이 이루어지고 있는 것으로 나타났다. 결과적으로 산지와 습지환경의 차이가 광합성 반응 및 엽록소 함량의 변화를 가져오며, 수종마다 다른 경향을 보여주고 있음을 알 수 있었다.

다국어 초록 (Multilingual Abstract)

The Study of Ecological and Environmental
in forest wetlands of Gangwon province.

Ho Jun Son

Department of Forestry
Graduate School, Kangwon National University

Abstract

Diversity of forest wetland flora in Gangwon province

In this study, we identified and analyzed the diverse flora in the representative wetlands of Gang-won Province, which includes the Simjeok forest wetland region, Mt. Jeombomg forest wetland, Mt. Sohwangbyung forest wetland, Jilmoi-neup, and Mt. Myeon forest wetland regions. We identified and classified 547 taxonomic groups of tracheophytes (vascular plants) into 92 families, 296 genera, 468 species, 4 subspecies, 67 varieties, and 8 forms. We classified 269 groups of tracheophytes obtained from around the Simjeok wetland region into 70 families, 179 genera, 226 species, 3 subspecies, 36 varieties, and 4 forms. Among these, 88 groups were found in the swamps (34 families, 62 genera, 72 species, 3 subspecies, 12 varieties, and 1 form). From the region in and around the Mt. Jeombomg forest wetlands, we classified 303 groups of tracheophytes into 76 families, 196 genera, 263 species, 1 subspecies, 33 varieties, and 6 forms. Among these, 86 taxonomic groups found in the swamps were classified into 36 families, 60 genera, 77 species, 8 varieties, and 1 form. We classified 303 taxonomic groups of tracheophytes from the region around the Mt. Sohwangbyung forest wetlands into 79 families, 198 genera, 262 species, 4 subspecies, 32 varieties, and 5 forms. Among these, 111 taxonomic groups were found in the swamps (43 families, 80 genera, 94 species, 4 subspecies, 12 varieties, and 1 form). Among the 209 taxonomic groups of tracheophytes identified in and around the Jilmoi-neup region (52 families, 132 genera, 174 species, 2 subspecies, 29 varieties, and 4 forms), 140 (46 families, 97 genera, 118 species, 2 subspecies, 28 varieties, and 6 forms) were observed in the swamp area. We classified 252 groups found in the Mt. Myeon forest wetlands and surrounding regions into 82 families, 179 genera, 216 species, 2 subspecies, 28 varieties, and 6 forms. One hundred and fifteen taxonomic groups were found in the specific swamp area (51 families, 93 genera, 95 species, 2 subspecies, 15 varieties, and 3 forms). From the wetland studies, we identified 17 plants indigenous to Korea and 11 families, 16 genera, 15 species, and 2 varieties. We have also identified 34 rare plants (21 families, 31 genera, 31 species, and 3 varieties) that grow in the wild. We identified 131 taxonomic groups (approximately 23.9% of the total) native to the swamp areas of Gang-won Province. The taxonomic groups were ranked on the basis of their percentage of occurrence as follows: rank I (29.0%) > rank II (27.5%) > rank III (26.0%) > rank IV (10.7%) > rank V (6.8%). Among these, we taxonomically classified 17 groups of naturalized plants into 8 families, 16 genera, 16 species, and 1 variety. Tracheophytes in the Simjeok forest wetland region were also classified according to their frequency of occurrence. In this case, we observed that the percentage of obligate (16.9%) and facultative (28.1%) wetland plants was higher than those observed in other swamp regions, while the frequency of occurrence of the obligate terrestrial plants (36.0%) was lower than that in other swamps. On the basis of the water level and hydrophytic types, we identified 38 plants at the Simjeok forest wetland, 37 plants at the Jilmoi-neup, 26 plants at the Mt. Myeon forest wetland region, 25 at the Mt. Sohwangbyung forest wetland region, and 24 plants at the Mt. Jeombomg forest wetland region. An analysis of the type of habitats revealed a high percentage of marsh (41.6%) and water (7.9%) at the Simjeok forest wetland, forested wetland at the Mt. Sohwangbyung forest wetland (60.4%) and the Mt. Jeombomg forest wetland (47.7%) regions. In other words, the Simjeok forest wetlands had a larger expanse of open wetland, while other locations were more extensively covered with forested wetlands. A cluster analysis of the flora in the Gang-won Province wetlands (Yong-neup swamp, Simjeok forest wetland, Mt. Jeombomg forest wetland, Mt. Sohwangbyung forest wetland, Jilmoi-neup, and Mt. Myeon forest wetland) revealed that the species composition tended to align with the shapes and geography of the wetland area. A comparison of the plants found in the wetland regions revealed similarities between the species found in the Jeom-bong and Mt. Myeon forest wetland regions, and between those from the Yong-neup and Jilmoi-neup regions. A comparison of the plants observed in the wetlands led to our discovery of similarities between the Simjeok forest wetlands and Mt. Myeon forest wetlands; high species similarity was also observed between the Mt. Sohwangbyung forest wetlands and Jilmoi-neup region. A high degree of similarity was observed between the obligate wetland plants in the So-hwang-byeong mountain and Jilmoi-neup regions. We also observed a high degree of species similarity in the Simjeok and Mt. Myeon forest wetland regions.
The spread of indigenous species that grow in geographically limited areas is based on conditions such as climate, soil type, and intermittent release of spores. Isolated wetlands, such as swamps, have a high percentage of indigenous plants (Sung-jun Park et. al., 2011). Species diversity among the different swamp regions is also based on the distribution of indigenous plants; the Yong-neup (Dae-am mountain) and Simjeok forest wetlands had less in common with other swamps in the Gang-won Province because of the distribution of the following indigenous species: Drosera rotundifolia L., Menyanthes trifoliata L., Sparganium erectum L., Carex maximowiczii Miq., Eriophorum gracile Koch.
In this study, we identified a variety of plants observed in the wetlands of Gang-won Province. We believe that this study will provide useful data for future research on the conservation and management of swamps.





Multivariate Analysis of vegetation communities and location factors in Forest wetlands of Gangwon province

We performed a cluster analysis of all plants observed in 128 swamps in Gang-won Province. We observed 9 clusters displaying similar vegetation structures. In order to determine the habitat factors, we conducted a multivariate analysis by using the following variants: area of wetland, altitude above sea level, peat depth, amount of organic matter, amount of minerals in the soil (Ca2+, Mg2+, Na+, and K+), pH of the soil, cation exchange capacity, and electric conductivity. The results of this analysis displayed the presence of 9 communities labeled as follows: the 1) Fraxinus mandshurica - Carex heterolepis (Fra man - Car het), 2) Fraxinus rhynchophylla - Carex lanceolata (Fra rhy - Car lan), 3) Salix koreensis - Carex dispalata (Sal kor - Car dis), 4) Cornus controversa - Lycopus lucidus (Cor con - Lyc luc), 5) Salix koreensis - Persicaria thunbergii (Sal kor - Per thu), 6) Fraxinus rhynchophylla - Carex dispalata (Fra rhy - Car dis), 7) Larix kaempferi - Impatiens textori (Lar kae - Imp tex), 8) Phragmites japonica - Carex maximowiczii (Phr jap - Car max), and 9) Juncus effusus - Persicaria thunbergii (Jun eff - Per thu) communities.
Cluster analysis indicates the presence of two groups of communities: swamp areas with growth of shrubs and trees and the marsh areas (grass). We observed that the clusters of plants in the swamp areas belonged to different communities, such as the Fra man ? Car het, Sal kor - Car dis, Cor con - Lyc luc, Sal kor - Per thu, communities, and Lar kae - Imp tex communities. The marsh areas showed the presence of clusters of plants from communities such as Fra rhy - Car lan, Phr jap - Car max.
The percentage of dominant tree species found around the 128 wetlands in Gang-won Province is as follows: the Salix koreensis Andersson (14.90%), Fraxinus rhynchophylla Hance (10.69%), Pinus densiflora Siebold & Zucc. (9.84%), Fraxinus mandshurica Rupr. (8.44%), and Larix kaempferi (Lamb.) Carri?re (8.38%). The observed dominant sub-tree species included the sub-trees from the Salix koreensis Andersson (12.43%), Fraxinus rhynchophylla Hance (12.28%), Acer tataricum subsp. ginnala (Maxim.) Wesm. (8.42%), Acer pseudosieboldianum (Pax) Kom. (6.59%), Maackia amurensis Rupr. & Maxim. (3.97%), and Quercus mongolica Fisch. ex Ledeb. (3.76%). The shrub layer species observed dominantly in the swamps included Fraxinus rhynchophylla Hance (6.94%), Acer pseudosieboldianum (Pax) Kom. (5.38%), shrubs from the Salix koreensis Andersson (5.12%), Weigela subsessilis (Nakai) L.H.Bailey (4.72%), and Tripterygium regelii Sprague & Takeda (4.15%). The dominant herb layer species observed in these swamps included herbs from the Carex dispalata Boott (4.02%), Persicaria thunbergii (Siebold & Zucc.) H.Gross ex Nakai (3.32%), herbs from the Lycopus lucidus Turcz. (2.47%), Caltha palustris var. membranacea Turcz. (2.47%), Astilbe chinensis var. davidii FR. (2.18%), Phragmites japonica Steud. (2.15%), Carex humilis var. nana (H.L?v. & Vaniot) Ohwi (2.12%), and herbs belonging to the Carex heterolepis Bunge (2.09%). The reason for the presence of tree species belonging to Pinus densiflora Siebold & Zucc., species belonging to the Larix kaempferi (Lamb.) Carri?re, and Acer pseudosieboldianum (Pax) Kom. at such high percentages appears to be terrestrialization, due to land development and forestation.
The peat and habitat environment features were classified on the basis of communities as follows. The average area inhabited by the Far man ? Car het community was calculated to be approximately 6,957 m2. This community was found in wetlands covering an area, anywhere betweem 1,000 and 15,000 m2. The average area occupied by the Lar kae ? Imp tex was 909 m2, which was the smallest area. The Fra man ? Car het community was found at the highest altitude (830.95m) and an average peat depth of 90.23 cm; the average amount of organic matter found in the land occupied by this community was the second highest (25.35%) among all communities, followed by the Fra rhy - Car lan community. The Phr jap - Car max community was found at the lowest altitude (110.58 m), and displayed the lowest peat depth (average of 32.91 cm) and lowest amount of organic matter (average 8.47%). From these observations, it appeared that the Fra man - Car het community had developed as peat bogs in the valleys and while the Phr jap - Car max community had initially developed as a marsh at low altitudes. The Sal kor - Car dis community, which was the most commonly found community (33 communities) was observed in an average area of 1,297.36 m2, with an average altitude of 650.03 m, average peat depth of 54.69 cm, and average organic matter of 17.74%. The pH of the peat content was the lowest (5.03) in the Sal kor - Per thu community and the highest (5.33) in the Sal kor - Car dis community. The pH of the peat content ranged from 4.18 to 6.02; sub-acidic (3?5) peat was found at 32 (25%) locations, and slightly acidic (5.0∼6.5) peat was observed at 96 (75%) locations. The Fra man - Car het was the most common community found in the sub-acidic area, found at 6 locations. In general, wetlands with deeper peat regions displayed a lower pH.
We conducted a canonical correspondence analysis in order to determine the correlation between the community and habitat factors. Axis 1 and Axis 2 explain 34.4% and 25.4% of the dispersion, respectively. The habitat factors that affect the population distribution in Axis 1 include the altitude above sea level, area of wetland, amount of organic matter, and peat depth. The factors on Axis 2 were identified as area of wetland, altitude, and the Ca2+ concentration. The r² value of altitude was 0.525 on Axis 1 and 0.365 on Axis 2, which indicates its effect on habitat formation. The r² value for the amount of organic matter was also high on Axis 1 (0.340). The r² value for exchangeable cation (Ca2+) concentration was 0.115 on Axis 1 and 0.113 on Axis 2, indicating that this factor also affects habitat formation. The locations that displayed a wide area of wetland, high altitude, high amount of organic matter, and low peat had a thriving Fra man ? Car het and Fra rhy ? Car lan community. The locations with low altitude, low quantity of organic matter, and low amount of exchangeable cation displayed growth of species from the Phr jap ? Car max community.
Wetlands in Gang-won Province are undergoing terrestrialization through land development and climate change, as well as because of the afforestation policy (by virtue of which many trees, such as the Larix kaempferi, Impatiens textori, and conifers were planted). The findings of this study could be used to increase our objective understanding of vegetation units and the current condition of wetlands, and to establish a system to preserve or manage the wetlands.

Sediment characteristics and classification of forest wetland type

We analyzed the soil class, cation exchange capacity, exchangeable cations (Ca2+,Mg2+,K+,and Na+), and pH of the sediments at the Sim-jeok , Myeon mountain, Jeom-bong mountain, Jil-moi, So-hwang-byeong mountain, and Yang-yang forest wetland regions.
The following soil classes were found at the investigated locations: clay, clay loam, loam, sandy clay loam, and sandy loam. Overall, the percentage of clay and sand observed in these regions was high, while a low percentage of fine sand was observed. The amount of nitrogen ranged from 0.2% to 1.72%, indicating a higher nitrogen content in this region than that observed in the wetlands of Jeon-nam Province (0.9?27.0%) in a previous study (Hee-gon Kang, 2012); the phosphorus (P) content was also high (28.15?159.42 mg/kg). The highest nitrogen content was found in the Simjeok forest wetland region (Sim-jeok > Myeon mountain > Jeom-bong mountain > So-hwang-byeong mountain > Jil-moy > Yang-yang forest wetland region). The phosphorus content was the highest in the Mt. Myeon forest wetland region (Myeon mountain > Sim-jeok > So-hwang-byeong mountain > Jilmoi-neup > Yang-yang forest wetland). The amount of organic matter ranged from 2.59% to 59.80%, with an average of 16.60%. The pH of the soil ranged from 4.18 to 5.78, with an average of 5.09.
Among the exchangeable cations, Ca2+ and Mg2+ contents were the highest, while the Na+content was higher than that of K+. The K+ content was higher than that of Na+ in the Jil-moy and Mt. Sohwangbyung forest wetland regions, but the difference was not significant. The wetlands displaying higher Ca2+ and Mg2+ contents than other wetlands such as the So-hwang-byeong mountain, Sim-jeok, and Mt. Myeon forest wetland regions appear to receive more exchangeable cations from spring water. The exchangeable cation quantity was the highest at the Mt. Sohwangbyung forest wetland region (27.31cM/kg), while that observed in the Jilmoi-neup area was the lowest (Mt. Sohwangbyeong forest wetland (27.31cmol/kg) > Mt. Myeon forest wetland (25.70cmol/kg) > Simjeok forest wetland (24.51cmol/kg) > Yang-yang forest wetland (12.72cmol/kg) > Jilmoi-neup (11.12cmol/kg))
Through the correspondence analysis, we were able to exclude phosphorus and pH as major factors for the determination of diversity because of their low significance. The 2-step cluster and determinant analyses identified N+, cation exchange capacity (CEC), and Ca2+ as the major variants, based on which the locations were classified into two groups.
In order to determine the relation between the CEC and features observed in each wetland region, we performed a 2-step cluster analysis. Based on this, the wetland regions were categorized into two groups. Our study also revealed that Ca2+ and K+ contents were the major variants, supporting the finding s of a study conducted by Young-ho Shin (2014). Young-ho Shin (2014) classified the wetlands on the basis of the percentage of each element in to Ca2+ - concentrated wetland sediment, Mg2+ - concentrated wetland sediment, and K+ - concentrated wetland sediment. In our study, however, all 6 locations were identified as Ca2+ - concentrated wetland sediment regions. The study conducted by Young-hoShin (2014) focused on wetlands in Gang-won, Jeon-nam, and Gyung-sang Provinces. Therefore, the long distance between the wetland regions appears to affect the observed result.
On the basis of the analysis of sediments obtained from all test locations, we were unable to classify the Sim-jeok, So-hwang-byeong mountain, Myeon mountain, Jeom-bong mountain, and Jilmoi-neup regions as high moor (bog). Therefore, on the basis of the low pH, high organic matter, and high CEC seen in these sediments, we classified the regions as intermediate moor (between high moor and low moor [fen]). On the basis of the same analysis pattern, the Yang-yang wetlands were classified into fen lands. This result aligns with the findings of our studies on flora and diversity, as well as with the results observed by Sae-han Ryu (2004).
The sediments from forested wetlands displayed differences in types of vegetation, geographical features, soil, features of the surrounding areas, and climate. Studying the features of sediments could assist in the objective diagnosis of the current condition of wetlands. This could also help in improving and preserving the specific habitats of rare and/or indigenous plants.


Comparison of physiological responses of woody plants that grow in wetlands and mountains

The aim of this study was to identify the effect of wetland environment on plant growth by comparison of 5 species from the Fraxinus mandshurica Rupr. at the Simjeok forest wetland, with that observed in species growing outside the wetland area. Wetland trees, such as Spiraea fritschiana Schneid., Fraxinus mandshurica Rupr. displayed a lower response to photosynthesis than the trees in dry mountain lands. This could be due to the lower air conductivity and lower exchange rate between CO2 and water in wetland trees. The latter factor reduces transpiration, increasingly restricting the stomata and lowering the density of CO2 within the mesophyll. On the other hand, wetland trees such as Salix koreensis Andersson, Acer tataricum subsp. ginnala (Maxim.) Wesm., and Salix caprea L., displayed higher photosynthetic activities than those analyzed in dry mountain lands. Spiraea fritschiana Schneid. Schneider, in particular, displayed a reduced efficiency in energy delivery in the photochemical response mechanism when compared to trees on dry land, indicating a correlation with photosynthetic activity. The distinct difference in photosynthetic ability between Spiraea fritschiana Schneid. Schneider and dry land trees appears to be related to the higher water vapor potential of this species. Furthermore, all tree species, except for Acer tataricum subsp. ginnala (Maxim.) Wesm., demonstrated an increase in the quantity of chlorophyll (especially chlorophyll A), and carotenoids, when growing in a wet environment. In conclusion, differences between environments cause major changes in photosynthetic activities and the quantity of chlorophyll, depending on the tree species.

목차 (Table of Contents)

• I. 산림습원의 정의 1
• II. 연 구 8
• CHAPTER 1. 강원도 산림습원 식물상의 다양성 9
• 서론 10
• 조사지 개황 13
• 대상지 위치 13
• 기상조건 15
• 재료 및 방법 18
• 식물의 종류 조성 18
• 식물상 분석 19
• 식물상 유사성분석 23
• 결과 및 고찰 24
• 식물의 종류 조성 24
• 관속식물상 24
• 식물상 분석 27
• 한국특산식물 27
• 희귀식물 29
• 식물구계학적 특정식물종 33
• 귀화식물 38
• 관속식물의 유형분류 40
• 식물상의 유사성분석 44
• 결론 46
• CHAPTER 2. 강원도 산림습원의 식물군집과 입지요인의 분석 51
• 서론 52
• 재료 및 방법 54
• 연구지역 54
• 식생조사 58
• 입지요인 분석 59
• 다변량 군집분석 59
• 통계분석 60
• 결과 및 고찰 61
• 식생군집구조 분석 61
• 식생군집의 중요치 및 다양성지수 67
• 식생군집의 입지요인 111
• 식생군집과 입지요인의 관계 112
• 결론 116
• CHAPTER 3. 산림습원의 퇴적물 특성과 습지유형분류 120
• 서론 121
• 재료 및 방법 123
• 연구대상지 개요 123
• 연구방법 127
• 결과 및 고찰 128
• 습지퇴적물의 특성 128
• 퇴적물의 토성 128
• 질소와 인, 유기물의 함량 130
• 퇴적물의 pH 131
• 치환성양이온 농도와 양이온치환용량 131
• 습지간 이화학적 특성의 차이 137
• 상관관계분석을 통한 습지간 차이 137
• 퇴적물의 군집분석을 이용한 습지간 차이 111
• 결론 146
• CHAPTER 4. 습지 및 산지에서 생육하는 목본식물의 생리반응 비교 149
• 서론 150
• 재료 및 방법 152
• 실험 재료 및 기상인자 조사 152
• 토양수분함량 및 엽수분포텐셜 측정 152
• 광합성 측정 152
• 엽록소함량 측정 153
• 엽록소 형광반응 측정 153
• 통계분석 154
• 결과 및 고찰 155
• 기상인자 분석 155
• 토양수분함량 및 엽수분포텐셜 측정 156
• 광합성 비교 159
• 엽록소 함량비교 166
• 엽록소 형광분석 168
• 결론 174
• Ⅲ. 참고문헌 175
• Ⅳ. Abstract 190
• V. Appendix 204

참고문헌 (Reference)

1 김무열, "한국의 특산식물", 솔과 학.408p, 2004

2 이창복, "원색대한식물도감", 향문사.1814p, 2003

3 이영노, "대암산의 습원식물", 한국식물분류학회지 1(1):7-14, 1969

4 오용자, "한국산 사초과 식물", 성신여자대학교 출판부.252p, null

5 오용자, "한국산 사초아과 식물", 성신여자대학교 출판부, 성신여자대학교 출판부.412p, 2006

6 환경부, "전국내륙습지조사지침", 288p, 2011

7 이우철, "원색 한국기준식물도감", 아카데미서적.624p, 1996

8 환경부, "전국내륙습지 정밀조사 ?", 제주 1100고지습지-.212p, 2009

9 박선주, 장순영, 안보람, 박성준, "무제치늪 식물상의 다양성", 한국식물분류학회, 한국식물분류학회지 41(4):370-382, 2011

10 이정환, 정재열, 금정산, 함세영, 차은지, 옥순일, 김현지, "산지습지의 지질학적 특성", 한국습지학회지 (12):1-12, null

11 설예주, 조용찬, 정재민, 점봉산, 이병천, 양수영, 신재권, "주요 임분의 식생유형분류", 산림과학 공동학술대회 논문집:767-769, null

12 박수현, 이유미, 정수영, 오승환, 양종철, "한국 내 귀화식물의 현황과 고찰", 한국식물분류학회, 한국식물분류학회지 41(1):87-101, 2011

13 서병철, "강원도 산지습지의 식생학적 특징", 강원대학교 석사학위청구논문. 59p, 2007

14 신영호, 박수진, 신불산, 김성환, "산지습지의 이화학적 특성과 역할", 한국지형학회지 12(1):133-149, null

15 백원기, "한국 특산식물의 실체와 분포 조사", 한국자연보존협의회 자연보존연구보고서 13:5-84, 1994

16 최광희, 최태봉, "신안 장도습지의 지형과 퇴적물특성", 한국지형학회, 한국지형학회지 (17):63-76, 2010

17 환경부, "제3차 전국자연환경조사 지침 ?식물상", 식생-.129p, 2006

18 권기권, 송호경, 정진철, 장규완, 임경빈, "대암산 고층습원 주변의 산림군집 분석", 충남대학교 농업과학연구 20(2):145-152, 1993

19 김영식, 이경보, 김창환, "서열법에 의한 만경강 하천식생의 분석", 한국환경과학회, 한국환경과학회지 11(10):1031-1037, 2002

20 김효정, 김무열, 송호경, 소순구, 박혜림, 박관수, "신안군 장도 산지습지 식생과 토양특성", 한국환경생태학회, 한국환경생태학회지 (20):407-414, 2006

21 金泰旭, 田承勳, "우리나라 특산 목본식물의 종합적 고찰", 서울大學校農業生命科學大學附屬樹木園, 서울대학교 수목원연구보고 16(2):1-37, 1991

22 이정환, 함세영, 차은지, 옥순일, 부산시, 김현지, "장산습지 토양의 물리적 및화학적 특성", 한국환경과학회지 (19):1363-1374, null

23 최효정, 허권, "고층습원 대암산 용늪의 식물상 모니터링", 한국자연보호학회, 한국자연보호학회지3(2):93-104, 2009

24 정연숙, 이우철, 이지선, 이경은, 서형수, 서안나, 주광영, "대암산 큰용늪의 초본 식물상에 관한 고찰", 강원대학교 기초과학연구소, 기초과학연구 20:205-227, 2009

25 정연숙, "우리나라 습지생태계관속식물의 유형분류", 수생태복원사업단, 수생태복원사업단.243p, 2012

26 류새한, "한국 산지습원의 식생 및 천이에 관한 연구", 충남대학교 박사학위논문. 204p, 2004

27 김자애, 조강현, 이효혜미, "동해안 석호에서 군개 간척습지의 식생 구조", 한국생태학회, 한국생태학회지 24(1):27-34, 2001

28 김영설, 박완근, 전근우, 윤주웅, 손호준, "청옥산(경북 봉화)산림습원의 식물상및 식생", 한국산림과학회, 한국임학회지 103(3):313-320, 2014

29 김미나, 장수길, 유기억, "오대산국립공원 자연자원조사보고서 -식물상", 국립공원관리공단 pp.151-192, 2004

30 김철환, "자연환경평가 - Ⅰ.식물군의 선정.Korean J.Environ", Biol.18(1):163-198, 2000

31 구홍교, "토양분석을 통한 지리산 왕등재 습지의 특성 연구", 지리학논총 (37):1-18, 2001

32 김재근, "오대산 물이끼 이탄습지의 생태특성:Ⅰ.소황병산늪", 한국습지학회지11(1):15-27, 2009

33 손호준, 박완근, 홍원희, 한재오, 최조룡, 전종철, 안치호, 박진호, 박경수, "점봉산산림유전자원보호구역의 식물상과 식생구조", 한국임학회, 산림과학 공동학술대회 논문집:370-373, 2011

34 배정진, 추연식, 송승달, "정족산 무제치늪 식물의 무기이온 질소 및 인의 양상", 한국생태학회, 한국생태학회지 (26):109-114, 2003

35 김종오, 지인주, 이창호, "지리산 왕등재 습지의 지표수 수질 및 토양 환경조사", 경상대학교 환경보전연구소, 한국습지학회지 (3):61-73, 2001

36 강희곤, "산림습지의 유형별 식생구조와 토양환경에 관한 연구", 경상대학교 석사학위논문.66p, 2012

37 김종갑, 이정환, "환경변화에 위협받는 왕등재 습지초원의 생태계 조사", 경상대농어촌 개발연구 16:25-34, 1997

38 박소영, 이용민, 윤한삼, 성기준, "습지토양 및 연안퇴적물의 유기물질 및 영양물질 보유 특성", 한국습지학회, 한국습지학회 14(2):265-275, 2012

39 김재근, 박지현, "오대산 물이끼 이탄습지의 생태적 특성:Ⅱ.질뫼늪 보호구역", 한국습지학회, 한국습지학회지 (14):101-120, 2012

40 추연식, 황정숙, 최성철, 최덕균, 임성환, "오대산의 소황병산늪과 질뫼늪의 토양 특성 및 습지 연대 분석", 한국환경생태학회, 한국환경생태학회지 (27):498-506, 2013

41 조규송, "대암산 고층습원의 육수생태학적 고찰.휴전선 일대의 자연연구", 강원대학교출판부.pp.203-233, 1987

42 이지선, "이탄습원인 대암산 용늪의 식생군집과 입지요인의 다변량 분석", 강원대학교 대학원, 강원대학교 석사학위논문.64p, 2010

43 유남재, "제3장 한국의 지역별 지반특성 :강원도의 지형,지질 및 지반공학적문제", 한국지반공학회, 창립 20주년 한국지반공학발자취 2004:125-133, 2004

44 김영설, 이경철, 박완근, 김선희, "수분스트레스가 땃두릅나무의 광합성 능력및 광계 2의 활성에 미치는 영향", 한국약용작물학회지 21:1-8, 2014

45 신영호, "산지습지 퇴적물 분석을 통한 침식퇴적 환경변화와 식생변화간의 관계에 관한 연구", 지리학논총 (40):119-150, 2002

46 정연숙, 서병철, 이정현, 신영섭, 박대식, 김소영, 이윤택, 주광영, "강원도 산지습지의 분포,생태계 특성 및 보전방안 ? 인제,양구 및 평창군을 중심으로", 강원지역환경개발센터.128p, 2005

47 박경, 우성훈, "조사지역 및 유역특성.전국내륙습지 정밀조사 최종보고서 -산들늪,화포늪,장척지,금강호-", 환경부.pp.23-37, 2006

48 기상청, "기후자료.www.kma.go.kr고재기,이은복,전의식.1995.수원 칠보산 습원의 식생과 습원 및 주변부의 식물상", 자연보존 89:85-92, 2014