맹종죽림에서의 종다양성과 광환경의 상관성 분석 = Analysis of the Correlation between Species Diversity and Light Environment in in Phyllostachys pubescens Forest

국문 초록 (Abstract)

대나무는 생장속도가 빠른 식물인데 그중 맹종죽은 하루 동안 최대 약 119cm를 자랄 수 있으며, 40~50일 내에 24m까지 자랄 수 있다(Fu, 2001). 이런 특성을 전략으로 맹종죽은 뿌리줄기(지하경)를 인접한 산림으로 점차 확장해 나간다(Isagi and Torii, 1998). 특히 서일본에서는 천연림으로 맹종죽림 세력이 빠르게 확장되고 있다(Isagiet al., 1997; Nishikawa et al., 2005; Suzuki and Nakagoshi, 2008). 맹종죽의 유전적 다양성, 탄소순환, 분포면적 확대 특징 등의 연구는 기왕 보고되었지만, 맹종죽의 세력 확대와 관련된 광환경에 대해 밝힌 연구는 부족한 편이다. 이에 본 연구는 맹종죽림의 식생과 빛환경을 조사하여 하층의 광환경 변화가 종다양성에 미치는 영향을 밝히고자 했다.
연구대상지는 대나무림이 넓게 분포해 있는 일본 후쿠오카시(福岡市)의 타치바나산(立花山)과 시카노시마(志賀島)이다. 이곳의 연평균 기온은 20.9°C이고 연평균 강우량은 1500~2000㎜로 온화하고 다습한 곳이다. 조사구 총 15개 중에 맹종죽림 임내에서 조사구 1∼12번을 조사했고, 맹종죽림 외곽의 천연림과 인접한 곳에서 조사구 13∼15번을 조사했다.
상층수간을 이루는 교목층은 조사구(방형구 크기 10m×10m)에서 수고와 흉고직경(DBH)을 측정하였고, 교목층과 관목층 사이의 아교목층은 조사구에서 흉고직경을 측정하였으며, 수고 0.5m~2m 이하의 관목층은 소조사구(방형구 크기 5m×5m)에서 장변과 단변을 측정하였다. 그 후 출현한 수종들의 상대적 우세를 파악하기 위해 상대우점치(Importace Percentage; IP)를 (상대밀도+상대피도)/2로 계산하여 층위별로 분석하였다. 수관 층위별 개체들의 크기가 다르므로 가중치를 부여하여 (교목층 IP×3+아교목층 IP×2+관목층 IP×1)/6의 계산식으로 평균상대우점치(Mean Importance Percentage; MIP)를 구하였다. MIP 데이터를 이용하여 TWINSPAN 분류분석을 통해 몇 개의 식물군락으로 그룹화하였다. TWINSPAN분석을 통하여 묶인 조사구 그룹을 하나의 군락으로 통합하였다. 상대우점치와 평균상대우점치, 흉고직경급 분석을 하여 군락별 구조와 입목밀도를 파악하였다. 임내 빛환경을 평가하기 위해 광합성유효광(Photosynthetic Photon Flux Density; PPFD) 센서(SQ-110)를 사용하여 PPFD를 측정하였으며, 태양광이 전혀 차단되지 않는 공간의 PPFD값에 대한 상대값인 rPPFD로 나타냈다. 산림 내의 투과되어 들어오는 빛의 스펙트럼과 빛의 밝기를 나타내는 조도와 일사량을 조사하기 위해 분광계 (SPIC-200,EVERFINE)를 사용하여 높이 1m, 2m, 4m, 6m, 8m, 10m 지점에서 측정하였다. rPPFD와 종다양성지수(H’), 전체 종수, 아교목층 종수, 아교목층 개체수, 관목층 개체수, 흉고단면적의 조사 변수간에 상관성을 알기 위해 상관관계 분석(Pearson´s correlation coefficient)을 하였으며, IBM SPSS Statistics ver. 22를 이용했다.
TWINSPAN분석 결과, 총 15개 조사구는 4개의 그룹(군락)으로 나뉘었다. 군락Ⅰ의 맹종죽 IP는 92.13%, DBH는 7cm~22cm 사이에 집중했고, 전체 간 개수는 100m²당 62.3 주가 출현했다. 군락Ⅱ의 맹종죽 IP는 98.99%, DBH는 2cm~17cm 사이에 100m²당 49.5주가 분포했다. 군락Ⅰ, Ⅱ는 맹종죽이 교목층을 우점하는 가운데 대부분의 수종이 관목층에 분포하고 있는 구조를 보였다. 군락Ⅲ의 맹종죽 IP는 67.60%, 100m²당 14.5주가 분포하여 군락Ⅰ, Ⅱ보다 간밀도가 낮았다. 아교목층의 사스레피나무가 IP가 61.89로 세력이 높았으며, 관목층의 광나무(IP 22.74%), 참식나무(IP 19.45%) 등이 우점했다. 군락Ⅳ는 맹종죽(IP 43.15%) 보다 졸참나무(IP 45.84%)의 IP가 높았으며, 다른 군락보다 아교목층과 관목층에 여러 수종이 출현했다. 군락Ⅲ, Ⅳ는 맹종죽과 졸참나무가 교목층을 형성했으며, 아교목층과 관목층에는 상대적으로 다양한 종이 분포했다. 군락Ⅰ, Ⅱ는 맹종죽의 간밀도가 높아 광량이 수관 하층으로 침투할 가능성이 작을 것이며, 이에 비해 군락Ⅲ, Ⅳ는 맹종죽-졸참나무 혼효림으로 맹종죽의 간밀도가 낮아 광량이 수관 하층으로 침투할 가능성이 늘어날 것이다.
광합성 효율에 영향을 주는 광합성 유효광(rPPFD)은 맹종죽이 우점하는 군락Ⅰ, Ⅱ에서는 낮은 반면 군락Ⅲ, Ⅳ에서 높았다. 빛의 밝기를 나타내는 조도는 군락 Ⅲ, Ⅳ가 군락Ⅰ, Ⅱ보다 높았고, 일사량도 조도와 비슷한 경향을 보였다. 군락Ⅰ, Ⅱ는 맹종죽의 상록성 잎에 의해 빛이 투과되지 않고 차단되어 수관 하층까지 도달하는 빛의 광량이 적은데 비해 군락Ⅲ, Ⅳ는 상대적으로 빛이 하층까지 도달해 광량이 많았기 때문이다.
지표면에서 높이별 빛 스펙트럼을 측정했다. 대부분의 파장 영역에서 일사량이 감소했는데 적색광 파장인 700nm 이상에서는 상승하였다. 반면 군락 Ⅲ은 높이 4m와 10m, 군락Ⅳ는 8m에서 오픈스페이스의 스펙트럼과 비슷한 형태를 보였다. 군락Ⅰ, Ⅱ는 상록성 맹종죽의 우점과 높은 간밀도가 지나치게 광량을 차단하므로 하층 식생의 발달과 생장이 불리할 것이다. 또 하층에 입사되는 빛 스펙트럼이 심각하게 왜곡되어 광주기, 종자발아 등 생리현상에 악영향을 미칠 것으로 보인다.
조사항목간 상관관계 분석 결과, rPPFD와 종다양성지수, 전체 종수, 아교목층 종수, 아교목층 개체수, 관목층 개체수 사이에는 유의미한 정(+)의 상관관계를 보였다. 반면 rPPFD와 흉고단면적은 유의미한 부(-)의 상관관계를 보였다. rPPFD가 증가할수록 전체 종수와 아교목층 종수가 늘어 나면서 종다양성지수가 높아졌다고 해석할 수 있다. 실제 군락별 종다양성지수는 군락Ⅰ, Ⅱ보다 군락Ⅲ, Ⅳ가 높았다.
결론적으로 맹종죽이 우점하고 간밀도가 높아지면 상록성 맹종죽 잎이 하층으로 입사되는 빛을 지나치게 차단하여 식물 생육조건이 불리해져 종다양성이 떨어졌다. 죽순과 죽재를 이용하지 않고 방치한 대나무림은 하층에 광환경이 악화하여 종다양성이 지속해서 저하될 것이다. 산림생태계의 생물다양성을 유지하기 위해서는 대나무림의 적절한 입목관리가 필요할 것이다.