• 서 론
• 재료 및 방법
• 1. 조사지 개황
• 2. 조사구 입지 환경
• 3. 식생조사 및 토양 분석
• 4. Ordination 분석
• 결과 및 고찰
• 1. 개체군의 분류
• ① 노간주나무(Juniperus rigida) 우점개체군
• ② 산철쭉(Rhododendron yedoense var. poukhanense) 우점개체군
• ③ 붉나무(Rhus javanica) 우점개체군
• ④ 자란(Bletilla striata) 전형개체군
• 2. 토양특성 분석
• 3. Ordination 분석
• 4. 보전방안

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서 론

난초과 식물은 피자식물 중 가장 큰 식물군으로 전 세계에 약 730속 20,000여 종이 광범위하게 분포하며 열대지방에서 종다양성이 높은 식물이다(Judd et al., 2008). 최근 분자데이터를 이용한 피자식물의 분류체계(APG; Angiosperm Phylogeny Group)에서 난초과는 원시피자식물(basal angiosperm)에 속하는 단자엽군(monocots) 내의 비짜루목(asparagales)에 위치하고 있다(APG, 1998; APG II, 2003; APG III, 2009). 한반도에 분포하는 난초과 식물은 2007년 발간된 The genera of vascular plants of Korea(FKEC, 2007)에 42속 88종을 수록하고 있다.

자란속(Bletilla Rchb. f.)은 세계적으로 9종이 한국, 중국, 일본, 대만, 베트남 등 아시아에 지역에만 한정 분포하는 아시아 특산속 식물이며, 한반도에는 자란(Bletilla striata (Thunb.) Rchb. f.) 1종이 전라남도 남서해안 지방에 자생하고 있다(FKEC, 2007). 자란은 다년생 초본으로 높이가 50cm 정도 자라고 5-6월에 화경이 나오며 3-7개의 홍자색 꽃이 총상으로 달린다(Lee, 1993). 자란은 잎의 앞면에도 기공이 있어 다른 난과 식물에 비해 엽육이 얇으면서도 햇빛이 강한 장소에서 노지재배가 가능한 호광성 식물(Paek and Jeon, 1995)이며, 꽃이 아름답고 관상적 가치가 높아 분화와 조경용 지피소재로의 개발 가능성이 매우 높은 식물이다. 따라서 RAPD 마커를 이용한 자란 품종간의 유전적변이 연구(Kyung et al., 2000), 자란 종자의 무균발아에 관한 연구(Jung and Suh, 1982), 자란의 생육조절에 관한 연구(Yoo et al., 2001) 등의 연구가 수행된 바 있으며 충북자란과 같은 신품종 육성(Yun et al., 2004) 등 원예화를 위한 다양한 시도가 이루어지고 있다.

또한 자란은 산림청 국립수목원이 세계보전연맹(IUCN)의 평가기준에 따라 취약종(VU: vulnerable)으로 지정한 희귀식물로 남서해안지역에 한정되어 분포하며 꽃이 아름다워 무분별한 채취가 일어나는 등 자생지 및 개체수가 급격히 감소하고 있는 분류군으로 인식하고 있다(Korea Forest Service, 2009). Yoo et al.(2000)은 자란 자생지의 분포 연구를 통해 자란의 자생지가 급격히 감소되어 군락을 형성하는 지역이 많지 않으며 해안가를 따라 분포하는 자생지 주변이 지역개발로 인해 멸종위기에 처해있는 지역도 있음을 확인시켜 주었다.

본 연구는 지금까지 우리나라에 자란 자생지가 확인된 지역 중 집단을 이루며 분포하고 있는 개체군을 대상으로 생태적 특성에 대한 접근방법을 통하여, 식물사회학적 분류에 따른 자생지의 구조적 특성을 파악하고, 현존식생의 공간적 분포와 식생유형을 파악하여 환경변화에 따른 군집구조 변화의 예측이 가능하도록 자란의 장기적인 보전전략 및 복원을 위한 기초자료를 제공하고자 한다.

재료 및 방법

1. 조사지 개황

자란의 자생지는 지리적으로 동경 126°2′0.4″∼127°25′56.1″, 북위 34°19′18.0″∼34°32′36.2″에 위치하고 있으며 행정구역상 전라남도 진도군(진도, 조도), 해남군(징의도), 완도군(신지도), 고흥군(성두도, 달도)에 속해있다. 지형적으로는 해발고도 4m(해남 징의도)∼40m(고흥 성두도)의 해안가 낮은 사면의 평균 41.7°(17°∼69°) 다소 급한 경사지에 분포하고 있다.

조사지의 기후 분포는 전라남도 자란 자생지 4곳의 조사지역과 가장 가까운 곳에 위치하는 기상관측소에서 측정된 지난 30년간(1971년∼2000년)의 자료를 이용하였다. 연평균 기온은 13.3℃(해남)∼14℃(완도), 연강수량은 1125.1mm(진도) ∼1452.4mm(고흥)로 난대 식물의 기후구에 속하며, 온난 다습한 해양성 기후를 나타내고 있다(Korea Meteorological Administration, 2001).

2. 조사구 입지 환경

조사지역의 입지 특성을 파악하기 위해 위․경도, 해발고도는 GARMIN社의 GPSmap 60CSx를 이용하여 지리정보를 수집하였고 SUUNTO社의 clinometer를 이용하여 사면 방위와 경사의 입지환경요인을 측정하였다.

3. 식생조사 및 토양 분석

식생조사는 2010년 5월에서 8월까지 전라남도 진도, 해남, 완도, 고흥의 자란 자연 집단지를 조사지로 선정하였으며 조사구 면적은 방형구법을 이용하여 5m × 5m 크기의 방형구를 설치하여 총 4개소 20개 조사구를 조사하였다(Figure 1). 식물사회학적 조사를 위하여 교목층, 아교목층, 관목층, 초본층의 식생을 기록하고 출현종의 우점도는 Braun-Blanquet(1964)의 7단계 구분을 변형한 Dierssen (1990)의 9단계 구분법을 적용하였다.

Fig. 1.Study site location map of B. striata populations in South Korea (1-5, Goheung; 6-10, Haenam; 11-15, Jindo Island; 16-20, Wando Island)

토양시료는 각 조사구별로 임의의 4곳의 낙엽층을 제거한 후, 0∼10cm 깊이에서 채취하여 혼합하였으며, 실험실로 운반하여 자연 건조한 후, 토양의 이화학적 특성을 분석하였다. 토양 중 유기물함량은 Walkley-Black wet oxidation법으로 분석하였고, 전질소함량은 micro-Kjeldahl법으로, 치환성 K, Ca, Mg는 1M ammonium acetate로 침출 시킨 후 ICP(inductively coupled plasma mass spectrometer)를 이용하여 분석하였고, 양이온치환용량(C.E.C.; cation exchange capacity)을 구하였다. 토성은 hydrometer법을 이용하여 sand, silt, clay의 비율을 구한 후 미농무성법에 의해 분류하였고, 토양 pH는 토양과 증류수의 비율을 1 : 5로 분석하였다.

4. Ordination 분석

Ordination은 CA(correspondence analysis)의 확장인 DCCA(detrended canonical correspondence analysis)로 환경인자를 이용하여 분석하였고(Hill, 1979; Hill and Gauch, 1980), 자료의 분석은 Ter Braak and Šmilauer(1998)의 CANOCO for Windows program을 이용하였다.

결과 및 고찰

1. 개체군의 분류

산림청 지정 희귀식물인 자란은 해발고 4∼40m사이의 해안가 저지대에 위치하며 통기가 우수하고 햇빛이 잘드는 남동에서 남서사면에 주로 분포하였다. 자란은 교목층이 없고 아교목층으로는 사스레피나무, 해송, 졸참나무, 관목층으로는 사스레피나무, 해송, 돈나무, 청미래덩굴, 졸참나무, 산초나무 등이 자라는 곳에 분포하고 있다. 또한 초본류로는 그늘사초, 오이풀, 청미래덩굴, 고사리, 산새풀, 타래난초 등이 우점하고 있다.

전체 20개 조사구에서 출현한 87분류군을 대상으로 식물사회학적 방법에 의한 분류를 실시한 결과, 노간주나무 우점개체군과 산철쭉 우점개체군, 붉나무 우점개체군, 전형개체군으로 분류되었다(Table 1). 

① 노간주나무(Juniperus rigida) 우점개체군

노간주나무 우점개체군은 총 6개의 조사구가 포함되었다. 평균 9.7m의 낮은 해발고도를 가지며 노암율은 평균 13.3%이고, 48°의 급경사지에 분포하였으며, 평균 17종이 분포하였다. 관목층의 평균피도율은 42.5%로 해송이 우점도 1-3, 졸참나무가 우점도는 2a, 산초나무가 우점도 1-2a, 참싸리가 우점도 2a, 쇠물푸레나무가 우점도 1로 우점하였다. 초본층은 평균 76.2%의 피도를 나타냈으며, 자란이 우점도 2a-2b의 값으로 우점하였고 그늘사초, 돌가시나무, 사스레피나무, 해송, 오이풀, 청미래덩굴, 졸참나무, 산새풀, 산초나무 등이 함께 출현하였다. 우점개체군 구분종으로는 노간주나무가 해당되었다(Figure 2A).

② 산철쭉(Rhododendron yedoense var. poukhanense) 우점개체군

산철쭉 우점개체군은 총 5개의 조사구가 포함되었다. 평균 해발고도 12.2m, 노암율은 평균 2.2%이고, 평균 25.4°의 경사를 보이고 있다. 주로 남동, 남서 사면에 분포하고 있으며, 산철쭉 우점개체군은 전라남도 완도의 모든 조사구에서 나타났다. 출현종수는 평균 15.6종이 출현하였다. 산철쭉 우점개체군 5개 조사구 중 3개 지역은 본 연구를 통해 조사된 자란 자생지 중 유일하게 아교목층이 출현하는 지역이다. 아교목층의 평균 피도율은 10.3%로 사스레피나무가 우점도 2a, 해송이 우점도 +-2b, 졸참나무가 우점도 2a의 값으로 분포하였다. 관목층은 평균 38.4%의 피도율을 보이며, 산철쭉은 우점도 +-2a, 사스레피나무가 우점도 2a-3, 해송이 우점도 2a-2b의 값으로 분포하였다. 초본층은 평균 80.4%의 피도를 나타냈으며, 자란이 우점도 2a-2b의 값으로 우점하였고 그늘사초, 산철쭉, 민땅비싸리, 청미래덩굴, 고사리, 산새풀 등이 함께 출현하였다. 우점개체군 구분종으로는 산철쭉, 민땅비싸리, 양지꽃이 해당되었다(Figure 2B).

③ 붉나무(Rhus javanica) 우점개체군

붉나무 우점개체군은 총 5개의 조사구가 포함되었다. 평균 37.4m의 해발고도를 가지며 노암율은 평균 32.0%이고, 43.0°의 경사지에 분포하였으며, 평균 19.4종이 출현하였다. 주로 남동, 남, 남서 사면에 분포하고 있으며, 붉나무 우점개체군은 전라남도 고흥의 모든 조사구에서 나타났다. 관목층의 평균피도율은 51.0%로 붉나무가 우점도 2a-2b, 돈나무가 우점도 1-2a, 사스레피나무가 우점도 2a-2b, 산초나무가 우점도 1-2b로 분포하였다. 초본층은 평균 70.8%의 피도를 나타냈으며, 자란이 우점도 2a-2b의 값으로 우점하였고 그늘사초, 돌가시나무, 억새, 큰이삭풀, 해국, 댕댕이덩굴, 산초나무, 기린초 등이 함께 출현하였다. 우점개체군 구분종으로는 붉나무, 돈나무, 억새, 천문동, 큰이삭풀, 해국이 해당되었다(Figure 2C).

④ 자란(Bletilla striata) 전형개체군

자란 전형개체군은 총 4개의 조사구가 포함되었다. 평균 7.5m의 해발고도를 가지며 노암율은 평균 13.8%이고, 51°의 경사지에 분포하였으며, 평균 15.8종이 출현하였다. 주로 남, 남서 사면에 분포하고 있으며, 자란 전형개체군은 전라남도 진도 조도 조사구 3곳과 해남 조사구 1곳에서 나타났다. 관목층의 평균피도율은 50.5%로 사스레피나무가 우점도 2b-3, 해송이 우점도 2b-3, 졸참나무가 우점도 2a, 참싸리가 우점도 2a-2b, 노린재나무가 우점도 1로 분포하였다. 초본층은 평균 87.5%의 피도를 나타냈으며, 자란이 우점도 2a-3의 값으로 우점하였고 그늘사초, 돌가시나무, 사스레피나무, 해송, 청미래덩굴, 철쭉, 타래난초, 참싸리 등이 함께 출현하였다(Figure 2D).

Fig. 2. Community of Bletilla striata population (A: Juniperus rigida dominant population, B: Rhododendron yedoense var. poukhanense dominant population, C: Rhus javanica dominant population, D: Bletilla striata typical population)

2. 토양특성 분석

자란 자생지의 토양에 대한 이화학적 특성을 분석한 결과는 Table 2와 같다. 

Table 2.Physicochemical properties of the soils used for Bletilla striata population growth

토양의 이화학적 특성에 있어 유기물함량(O.M.; organic matter)은 양이온 치환용량, 보수력, 토양구조 등에 큰 영향을 미치며, 전질소(T.N.; total nitrogen)와 유효인산(P₂ O₅ ; available phosphate)을 대부분 공급하며, 우리나라 산림토양의 유기물함량은 4.49%의 값을 보이는 것으로 보고된 바 있다(Jeong et al., 2002). 본 연구 대상지인 전라남도 남서해안 지역의 토양 내 유기물함량을 개체군 별로 살펴보면 노간주나무 우점개체군은 4.26%, 산철쭉 우점개체군은 2.38%, 붉나무 우점개체군은 6.70%로, 자란 전형개체군은 3.47% 나타났다. Park et al.(2010)은 자란과 같은 난초과 식물인 새우난초와 금새우난초의 제주도 자생지 유기물함량이 30.05∼53.58%, Kim et al.(2006)은 울릉도지역의 섬시호개체군의 평균 유기물함량이 19∼25.6%로 도서지방의 경우 일반 산림토양에 비해 유기물함량이 높은 것으로 보고되는데 자란 자생지인 전라남도 남서해안 지방의 유기물함량은 일반 산림토양의 평균과 유사한 수치로 나타났다.    토양 내 유기물은 거의 모든 질소의 공급원이며(Miller and Donahue, 1990), 질소 이외의 영양공급, 수분의 흡착·보유 및 식물의 뿌리생육에 양호한 토양의 이화학성에 중요한 영향을 미치는 요인이다. Jeong et al.(2002)은 우리나라 산림토양의 전질소 함량 평균을 0.19%로 보고하였는데 본 연구에서 우점개체군 별로 살펴보면 0.09∼0.27%의 범위로 평균과 유사하게 나타났다. 이는 조사지 토양의 유기물함량이 일반 산림토양의 평균과 큰 차이를 보이지 않았기 때문으로 사료되었다. 토양 pH와 밀접한 관계가 있는 치환성양이온 K, Ca, Mg의 경우 개체군별로 차이를 보이고 있으며, 붉나무 우점개체군이 가장 높은 수치로 조사되었고, 노간주나무 우점개체군이 가장 낮은 값으로 조사되었다. 또한 모든 우점개체군 별로 Ca>Mg>K 순으로 높게 나타났다. 토양 pH는 자란 전형개체군과 산철쭉 우점개체군이 각각 4.60, 5.06으로 낮은 값을 보였고, 노간주나무 우점개체군 5.88, 붉나무 우점개체군은 6.01로 다소 높게 나타났다. 일반적인 산림토양의 pH 5.48(Jeong et al., 2002)과 비교해봤을 때 pH가 다소 높은 값을 보였던 두 지역의 경우 조사지가 해안가에 바로 인접한 지역으로 바닷물의 영향에 의해 염기성의 특징을 나타내고 있는 것으로 판단된다. 토양 중 양이온치환용량도 5.28∼16.95cmol+/kg으로 나타났는데 Jeong et al.,(2002)은 산림토양의 지역별 이화학적 특성에서 양이온치환용량은 16∼20cmol+/kg 정도로 우리나라 산림토양의 평균치와 유사하거나 다소 낮았다. 유기물이 토양 중 양이온치환용량의 30∼70%를 제공하며 또한 이들의 분해로 인하여 치환성양이온이 토양에 공급되므로, 본 연구지역의 유기물함량이 평균 수준이었기 때문에 양이온치환용량도 이와 유사한 수치를 보이는 것으로 판단된다.

3. Ordination 분석

식생분포에 영향을 미치는 해발고, 방위, 경사, 토양의 이화학적특성의 환경요인과 식생과의 상관관계를 분석하고자 식물사회학적 방법에 의해 분류된 4개의 개체군을 11개의 환경요인으로 DCCA ordination 분석을 실시한 결과를 평면상에 나타내었다(Figure 3).

Fig. 3.Vegetation data of B. striata population: DCCA(detrended canonical correspondence analysis) ordination diagram with plots(●, △, □, ◯) and environmental variables(arrow). The plots are : ● = Juniperus rigida dominant population, △ = Rhododendron yedoense var. poukhanense dominant population, □ = Rhus javanica dominant population, ◯ = Bletilla striata typical population.

4개의 우점개체군들은 환경요인에 따라 우점개체군별로 배열되는 양상을 보였다. 토양 환경 요인 중 C.E.C., pH, 사면방향, 전질소가 높은 상관관계를 나타내었다. 한계령풀개체군(Gwon et al., 2010)이나 새우난초개체군(Park et al., 2010)의 우점개체군의 분류에 해발고가 높은 상관관계를 나타냈는데, 본 조사에서는 해발고가 우점개체군간에 큰 상관관계를 나타내지 않고 있으며, pH가 높은 상관관계를 나타내고 있다. 이는 자란의 분포가 해안가에 한정적으로 분포하기 때문이라고 판단된다. 산철쭉 우점개체군은 경사가 다소 급하고 토양 C.E.C.와 pH, 전질소와 유기물함량이 다소 많은 지역에 분포하였고, 붉나무 우점개체군은 경사가 다소 완만하며 C.E.C.와 pH, 전질소, 유기물함량이 적은 지역에, 노간주나무 우점개체군과 자란 전형개체군은 중간입지에 분포하는 것으로 나타났다.

4. 보전방안

본 연구를 통하여 자란 개체군은 전남 진도를 비롯하여 해남, 완도, 고흥에 이르기까지 자란의 자연 집단이 발견되는 등 우리나라의 서남해안을 따라 분포하는 것으로 나타났다. Yoo et al.(2000)의 연구결과에 따르면 자란의 분포지는 이전의 문헌에 기록된 자생지보다 개체수가 더 적거나 자생지를 확인할 수 없는 지역이 다수 있으며 군락을 형성하는 지역이 많지 않다고 보고하였다. 또한 무분별한 채취와 해안가를 따라 분포하는 분류군의 특성 상 지역개발로 인한 멸종위기 가능성을 제시하기도 하였다(Korea Forest Service, 2008). 최근 So(2012)는 ISSR(Inter-Simple Sequence Repeat) 마커를 이용한 자란 자생지의 유전적 다양성 연구를 통하여 종 수준에서의 유전적 다양성이 매우 낮은 것으로 보고하였다. 따라서 희귀식물인 자란의 절멸을 막기 위해서는 환경변화에 대한 취약성을 줄이고 자생지의 크기를 증가시킬 수 있는 효율적인 보전방안의 마련이 시급하다. 자생지 주변의 상업적 개발을 제한하는 방안의 마련을 통하여 자생지의 개체수 감소를 막아야 하며 자란의 장기적인 보전을 위하여 자생지 집단 중 유전적 다양성이 높은 집단에 보존의 우선권을 설정하고 이 집단으로부터 도입한 종자의 증식을 통하여 새로운 자생지를 늘려가는 현지내 보전 방안의 수립을 적극적으로 고려해야 할 것이다.