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ISSN : 1598-5504(Print)
ISSN : 2383-8272(Online)
Journal of Agriculture & Life Science Vol.49 No.6 pp.121-132
DOI : https://doi.org/10.14397/jals.2015.49.6.121

A Study on Phenology of Pinus densiflora in the Baekdudaegan Area

Dong-Jin Seo1, Hye-Ran Jung1, Jun-Won Kang2, Yong-Pyo Hong2, Hyeon-Cheol Kim2, Hyun-Shik Moon3, Yong-Gyu Chae3, Young-Jun Kim3, Min-Young Kim3, Jong-Kab Kim3*
1Division of Botanical Management, National Institute of Ecology, Seocheon 33657, Korea
2Department of Forest Genetic Resources, Korea Forest Research Institute, Suwon 16636, Korea
3Department of Forest Environmental Resources, Gyeongsang National University(IALS), Jinju 52828, Korea
Corresponding author: Jong-Kab Kim Tel: +82-55-772-1853 Fax: +82-55-772-1859 jkabk@gnu.ac.kr
October 22, 2015 December 8, 2015 December 14, 2015

Abstract

This study was carried out to study the phenology of Pinus densiflora in the Baekdudaegan area by climatic change. 7 sites(6 sites dominated to Pinus densiflora forest in the Baekdudaegan area and 1 site as the warm temperate region) were selected. The accumulated days of YDI and Tn to find out the possible period of plant growth in each study site were 231~343 days and 165~301 days, respectively. The Tn of higher latitude area and the YDI of lower latitude area showed a tendency starting at nearly same time. The starting day of YDI and Tn in the lower latitude areas had a tendency to be early, and the possible period of growth in the areas of higher latitude clearly had a tendency to be decreased. The budburst of Pinus densiflora has broken out from second week of March to second week of April. First leaf opened from first week of May to second week of June. The male flowers were formed from third week of April to third week of May. Leaves have changed to color from fourth week of September to first week of November. Fallen Leaves were observed from third week of October to second week of November. The phenological phase by temperature changes was analyzed by average temperature and minimum temperature to estimate the early and later growth, respectively. The phenological phase in the early growth such as leaf budburst, first leaf and first flowers of Pinus densiflora tended to be early about 4.1 days, 3.3 days and 3.9 days, respectively, when the average temperature of each 1°C rises. The phenological phase in the later growth such as leaves colored and leaves fallen of Pinus densiflora tended to fall behind about 1.9 days and 1.4 days, respectively, when the minimum temperature of each 1°C rises


백두대간 소나무의 식물계절변화에 관한 연구

서 동진1, 정 혜란1, 강 준원2, 홍 용표2, 김 현철2, 문 현식3, 채 용규3, 김 영준3, 김 민영3, 김 종갑3*
1국립생태원
2국립산림과학원 산림유전자원부
3경상대학교 산림환경자원학과(농업생명과학연구원)

초록

조사지는 백두대간 소나무림 6개 지역과 난대지역인 거제시를 대조구로 조사하였다. 조사지역의 생육 가능 기간을 판단할 수 있는 일적산온도(YDI) 누적일은 231~343일, 온량지수(Tn) 누적일은 165~301 일로 나타났다. 위도가 높은 지역의 Tn 시작일과 위도가 낮은 지역의 YDI가 같은 시기에 나타나는 경 향을 보였다. 위도가 낮은 지역에서 YDI와 Tn 시작일이 빠른 경향이었으며, 위도가 높아질수록 생육가 능 기간은 감소하는 경향이 뚜렷하였다. 소나무의 동아파열은 3월 둘째 주부터 4월 둘째 주까지 진행되 었고, 개엽은 5월 첫째 주부터 6월 둘째 주까지 진행되었으며, 수꽃형성은 4월 셋째 주부터 5월 셋째 주까지 관찰되었다. 단풍은 9월 넷째 주부터 11월 첫째 주까지 진행되었으며, 낙엽은 10월 셋째 주부터 11월 둘째 주까지 관찰되었다. 소나무의 동아파열, 개엽, 개화 등 생육초기 계절현상은 평균기온이 1°C 상승함에 따라 각각 약 4.1일, 약 3.3일 그리고 약 3.9일 빨라지는 경향이었다. 단풍, 낙엽 등 생육후 기 계절현상은 최저기온이 1°C 상승함에 따라 각각 약 1.9일과 약 1.4일 늦어지는 경향이었다.


    Korea Forest Servicehttp://dx.doi.org/10.13039/501100003664$$S211013L020100

    서론

    백두대간은 백두산에서 시작되어 금강산, 설악산 을 거쳐 지리산에 이르는 한반도 자연생태계의 핵심 축으로 생물종 다양성이 풍부하여 천연기념물, 보호 야생동식물 등이 서식분포 하고 있을 뿐만 아니라 다양한 측면에서 중요한 가치를 지니고 있으나 기후 변화로 인한 생태계의 변화가 시작되고 있으며 앞으 로 그 변화의 폭이 매우 클 것으로 예상된다.

    IPCC(Intergovernmental Panel on Climate Change, 2001)보고서는 20세기 지구 평균기온이 0.6°C 상승하였으며, 이산화탄소 농도는 30% 증가 하였으나, 21세기에는 평균기온이 1.4~5.8°C 상승 할 것이라 전망하고 있어 지구온난화에 의한 기후 변화는 피할 수 없는 현실이 될 가능성이 매우 높 다. 우리나라도 지난 100년간 우리나라의 평균기 온은 1.5°C 정도 상승하였으며, 특히 겨울 최저기 온 상승이 두드러진 것으로 나타났다(Baek & Kwon, 1994; Kim et al, 2000). 이러한 지구 온 난화의 영향은 식물의 생장에 그대로 반영되는데 개엽 및 개화시기가 빨라지거나 산림생태계와 식 생대의 변화 및 이동으로 나타난다.

    소나무(Pinus densiflora Sieb. et Zucc.)는 우리 나라 국민이 가장 좋아하는 대표종인 상록 침엽수종 으로서 임업적 중요성뿐만 아니라 한민족의 역사적, 문화적 가치도 우수하다. 소나무림은 우리나라 전체 산림의 1/4을 차지하며 참나무류와 더불어 우리나라 주요 산림경관을 구성하는 대표적인 식물군락이다. 전통적으로 소나무는 정서적·문화적으로 우리생활

    과 밀접한 관련을 맺고 있으며, 경제적ㆍ산림 생태 적 측면에서도 중요한 역할을 담당해오고 있다. 그 러나 현재 소나무림의 축소는 기후변화의 영향뿐만 아니라 산림천이, 소나무 재선충병, 솔잎혹파리 등 병해충, 산불 등 교란 등 복합적인 영향으로 분포면 적이 축소되거나 쇠퇴되고 있다. 특히 자연 천이에 의하여 소나무림의 하층식생 우점종이 참나무류 등 활엽수종의 밀도증가에 의하여 향후 상층 소나무와 경쟁이 심해 질것이며, 이미 대부분의 지역에서 소 나무와 참나무류의 경쟁으로 인한 천이가 진행되고 있다. 소나무림의 지속적인 보전은 교란의 종류와 강도, 입지조건에 따라 달라지며, 특히 기후변화에 의하여 활엽수종의 생장이 빨라질 경우 소나무림의 쇠퇴가 불가피하고 또, 산림토양 내 비옥도가 높아 질 경우 낙엽활엽수림으로 천이가 진행될 것이며 결 국 소나무림은 국소적인 분포를 할 수밖에 없을 것 이다.

    지구온난화에 의한 기후변화의 가장 분명하고 시 공간적 변화를 예측 할 수 있는 개관적 자료는 기온 상승 자료에 의존할 수밖에 없다. 이와 같이 기온상 승에 따른 수목의 생육반응인 식물계절(Phenology) 현상은 기후변화지표의 하나로 인정되며, 종합생물 지표(integral biological indicator)의 기능을 하고 있다(Menzel, 2002). 식물계절현상 관측 자료를 바 탕으로 한 식물계절 시기를 예측하는 것은 기후변화 에 대한 수목의 적응과 영향을 평가할수 있는 지표 로서 중요하다. 이는 식물계절현상의 변화에 의한 사회·경제적 문제 및 환경 변화에 대한 영향을 예측 하고 그에 대한 대책을 수립하는데 중요한 자료로 활용할 수 있다.

    식물계절현상은 지역에 따라 다양하게 나타날 수 있으므로 식물계절현상을 이용하여 지역의 계절특성 을 파악할 수 있으며, 장기간 관측결과에 의하여 식 물계절현상의 지역별 변화 경향을 예측하는데 필수 적이다. 또한 일조시간과 온도, 습도, 강수량, 빛의 강도 등 기상요소에 따라 빨라지거나 늦어지는 경향 이 있으며, 계절현상과 밀접한 관계가 있는 가장 높 은 보편성을 갖는 요소는 기온이다. 기온은 계절현 상 변화와 직접적인 관련이 있기 때문에 계절 변화 를 분석하고 정의하는 데에 가장 적합한 자료로 활 용되고 있다.

    기후변화에 대한 국내외적 관심이 증대되고 있 고 다양한 예측방법과 수단이 강구되고 있으며, 식 물계절변화에 대한 정확한 예측은 실시간으로 관 찰하는 것이 가장 좋은 결과를 얻을 수 있지만 현 실적인 여건에서 어려움이 있는 것이 사실이다. 외 국에서는 이러한 한계를 극복하기 위해 식물계절 현상 관측 네트워크를 구축하고 있는데 일본은 PEN(Phenological Eyes Network, 2012)을 이용하 여 식물계절현상을 실시간으로 관찰하고 있으며, 미 국은 NPN(National Phenology Network, 2012)을 구축하여 식물계절현상에 대한 매뉴얼을 전문가 및 일반인을 대상으로 교육하여 활용하고 있다. 우리나 라의 경우 아직 다양한 식물계절현상 관측네트워크 구축이 활성화되지 못하고 있지만 장기적으로 식물 계절현상 관찰 및 기상인자의 수집을 통하여 기후 변화 경향을 비교분석을 통하여 평가ㆍ예측할 수 있 을 것이다.

    기후변화에 의한 식물분포 및 산림식생대의 이동 은 장기간에 걸쳐 일어나기 때문에 지속적인 기상자 료의 축적이 필요함은 물론 기후변화의 증거를 객관 화할 수 있는 연구방법과 자료가 요구된다. 본 연구 는 우리나라 국토의 중심축인 백두대간 지역에 자생 하고 있는 소나무림의 지속적인 보전관리를 위해 기 후변화에 어떻게 적응하고 있는지를 구명하기 위하 여 수행되었다. 조사지는 평균기온과 최저기온을 고 려하여 지역별 이상 1°C차이가 나는 지역을 선정하 였으며, 각 조사지역별 식물계절현상 변화를 기상인 자와 연관시켜 분석한 후 기후변화에 따른 백두대간 지역 소나무의 계절변화를 예측하였다. 또한 환경요 소와 미기상 차이에 따른 식물계절현상 변화의 상관 성을 분석하였다. 따라서, 백두대간 산림생태계의 기후에 대한 적응 및 실태를 파악할 수 있는 식물 계절현상 결과를 바탕으로 산림생태계의 보전전략 수립에 기여할 수 있을 것이다.

    재료 및 방법

    1.조사지 개황

    조사지역 선정은 백두대간의 임상도와 기후도를 활용하여 백두대간 소나무림 분포지역을 추출한 다 음 평균기온과 최저기온의 차이가 각각 1°C 이상인 지역 6개소(강원도 강릉시 닭목재, 태백시 삼수령, 경북 봉화군 도래기재, 문경시 이화령, 충북 영동군 작점고개, 전북 남원시 복성이재)와 기후변화의 영 향을 가장 먼저 받을 수 있는 난대지역인 경남 거제 의 저구리를 대조구로 선정하였다(Fig. 1). 또한 각 조사지역의 위치, 해발, 방위, 경사 등 현장에서 조 사한 입지환경을 나타내었다(Table 1).

    2.조사대상 수종

    백두대간 소나무림에서 각 조사지역의 기준이 될 수 있는 소나무 표준목을 각각 5본씩 총 35본 선정 하였으며, 조사지역 소나무의 표준목의 개황은 다음 과 같다.

    3.미기상관측

    미기상관측은 2011년 1월 1일부터 12월 31일까지 1년간 기상인자를 관측하였으며, 각 조사지역의 현 지 미기상을 측정하기 위하여 지면으로부터 1.5m 높이에 기온, 습도, 일사량을 1시간 간격으로 측정 할 수 있는 데이터 로거(HOBO Micro station, Oneset)를 설치하여 측정하였으며, 토양온도는 10cm 깊이에 센서를 설치하여 각 기상인자에 대해 최저, 평균, 최고 수치를 산출하였다. Table 2, 3

    또한 계절현상과 온도의 관계는 일평균기온이 0°C이상의 값을 누적한 일적산온도(YDI; Year Day Index; Yim et al, 1983)와 일평균기온에서 5°C를 뺀 후 0°C이상의 값을 누적한 온량지수(Tn; Nut tonson’s; Lieth, 1974; Yim & Cho, 1977) 등을 적용하였으며, 조사지역에서 실제 관측된 일 평균 기온을 일적산온도(YDI)와 온량지수(Tn)로 지수화하였다.

    • 1) 일적산온도 (YDI: Year Day Index)

      YDI= n t >0 ° C t: 일평균기온,

      n: 0°C 이상의 일수

    • 2) 온량지수 (Tn: Nut tonson’s Index)

      Tn= m t >5 ° C t: 일평균기온,

      m: 5°C 이상의 일수

    4.식물계절현상 관찰기준

    식물계절현상은 The Phenology Handbook(Brian & Susan, 2008)의 조사방법을 일부 수정하여 조사 하였다. 교목은 고지전정가위를 이용해 채집 후 육 안으로 관찰하였고, 채입하기 어려운 곳은 망원경을 이용하여 관찰하였고, 아교목과 관목은 직접 육안으 로 관찰하였다. 조사주기는 생육초기(3월~6월)와 생육후기(9월~11월)는 1주 1회, 생장기(7월~8월)는 2주 1회, 휴면기(12월~2월)는 4주 1회를 원칙으로 12개월 동안 총 35회 105일 조사를 실시하였다.

    5.통계분석

    식물의 계절현상과 일사량, 토양온도, 기온, 습도 등 기상인자와 상관관계분석을 통해 생육환경조건을 통계적으로 구명하고, 환경 및 토양인자와의 유기적 관계를 알아보기 위하여 통계분석을 실시하였다. 기 상인자 및 환경인자에 따른 계절현상의 변화를 통계 프로그램 SPSS PASW Statistic 18을 이용하여 기 상인자들과의 선형관계를 구명하기 위하여 기상인자 를 독립변수로 하는 통계분석을 실시하였다.

    결과 및 고찰

    식물계절현상(phenology)은 식물의 생체리듬 현 상 중 계절에 따른 변화로서, 생육초기인 봄부터 생 육후기 가을까지 동아파열, 개엽, 개화, 단풍 및 낙 엽의 단계로 뚜렷하게 구분되는 1년 주기의 현상이 다(Lieth, 1974). 식물계절현상의 각 단계는 해당 식물종의 생활전략상 중요한 의미를 지니며, 이것은 생육초기의 급격한 온도변화에 대한 대처능력, 곤충 에 의한 피식, 다른 개체와 광에 대한 경쟁 등 복합 된 관계를 보여주기 때문이다(Min & Choi, 1993). 이러한 식물계절현상은 북반구 온대지방에서 잘 나 타나며, 생물의 행동은 위도 1°, 고도 122m, 경도 5°증가에 따라 4일씩 늦어진다고 보고된 바 있다 (Hopkins, 1920). 또한 식물의 개화나 개엽에 영향 을 주는 환경 인자는 기온, 토양의 수분, 일장 등으 로 생육초기의 기온이 가장 유효한 인자라는 보고가 있으며(Brown, 1953), 이러한 기온과의 관계는 기 온·시간 개념으로 확대되어 일적산온도(Lindsey & Newman 1956), 온량지수, 연일지수(Yim, 1986) 등 이 제시되었고, 춘계 개화식물을 대상으로 생물기후 학의 연구가 진행되었으며, 식물의 개엽이나 개화는 춘계 연일지수와 관계가 매우 깊다.

    1.미기상관측

    백두대간 조사지역에서 기상측정 장비(HOBO Micro station, Oneset)를 이용하여 기온, 토양온 도, 습도, 일사량을 측정하여 각 항목별 평균값, 최고값과 최저값을 도출하였고, 측정된 평균기온을 토대로 일적산온도(YDI)와 온량지수(Tn)를 산출하 였다.

    다음과 같은 기준으로 조사지역의 기온변화를 비 교하였다. 첫째, 최초 평균기온이 0°C와 5°C를 초과 하여 YDI(일적산온도)와 Tn(온량지수)가 누적되기 시작한 날, 둘째 평균기온이 0°C와 5°C를 초과하여 누적일이 지속적으로 유지가 되기 시작한 날, 셋째 생육후기 평균기온이 최초 5°C와 0°C 미만이 된 날 을 비교하였다.

    즉, 평균기온이 최초 0°C 이상으로 YDI가 시작된 곳은 저구리는 1월초였으며, 복성이재, 작점고개, 이화령은 2월 초에 관측되었고, 같은 시기에 저구리 에서는 평균기온이 5°C 이상으로 Tn 시작일로 나타 났다. 도래기재, 삼수령, 닭목재에서 2월 중순에 최 초 평균기온이 0°C이상 되는 YDI 시작 시기였으며, 이 시기에 복성이재, 작점고개, 이화령에서는 평균 기온이 5°C이상의 Tn 시작 시기였다. 이화령, 삼수 령과 닭목재에서 평균기온이 5°C 이상 Tn 시작 시 기는 3월 13일로 세지역에서 동일한 시기에 관측되 었다. YDI와 Tn이 시작되는 시기는 지역적으로 차 이가 뚜렷하게 나타났으며, 평균기온이 높은 지역의 Tn 시작시기에 평균기온이 낮은 지역의 YDI가 시작 되는 경향을 보였다. 이 시기에는 평균기온이 0°C 이상과 이하가 반복적으로 일어나기 때문에 이 시기 의 기온변화가 식물의 개엽과 개화에 큰 영향을 주 는 것으로 생각된다.

    2월초 저구리에서 최초 평균기온 5°C 이상 관측 된 시기부터 평균기온이 0°C 이하로 내려가지 않는 날(YDI 22.8°C·일)이 시작되었다. 3월 17에는 복성 이재(YDI 81.0°C·일)에서, 3월 27일에는 작점고개 (YDI 99.2°C·일)와 이화령(YDI 75.1°C·일)에서 0°C 이상의 평균기온이 유지되었으며, 저구리에서는 평 균기온 5°C 이상이 유지되는 시기(Tn 103.0°C·일)가 시작되었다. 3월 30일부터 도래기재(YDI 53.1°C·일) 에서 평균기온이 0°C 이하로 내려가지 않았으며, 4 월 중순 복성이재(Tn 39.9°C·일)와 이화령(Tn 85. 1°C·일)에서 5°C이상 유지되는 시기였으며, 삼수령 (YDI 161.5°C·일)과, 닭목재(YDI 151.4°C·일)에서는 0°C 이상 유지되는 시기가 시작되었다. 도래기재(Tn 67.4°C·일), 삼수령(Tn 55.2°C·일)과 닭목재(Tn 57. 1°C·일)는 4월 29일부터 평균기온 5°C 이상 유지되 었다.

    생육후기 평균기온이 5°C와 0°C 미만으로 떨어지 는 시기는 닭목재에서 각각 9월 19일과 10월 2일로 조사지역 가운데 가장 빠른 시기에 나타났으며, 도 래기재와 이화령에서는 10월 18일에 관측되었다. 11 월 20일 삼수령, 도래기재, 이화령에서 최초 0°C 미 만의 평균기온이 관측되었으며, 같은 날 작점고개와 복성이재에서는 평균기온 5°C 미만인 시기가 관측되 었고, 4일 후 11월 24일 평균기온이 0°C 미만이 되 었다. 저구리는 조사지역 중 가장 늦은 12월 10일과 12월 23일에 각각 5°C와 0°C 미만의 평균기온이 관 측되었다.

    이처럼 생육가능 기간은 기후변화의 지표로서 활 용이 가능하며, 백두대간 각 조사지역의 YDI와 Tn 누적일을 근거로 생육가능 기간을 판단할 수 있는 데, YDI 누적일은 231~343일로 나타났으며, Tn 누 적일은 165~301일로 계산되었다. Sim et al.(2008) 은 최근 18년간 평균 식물의 생육가능기간을 대관령 지역 210일, 중부내륙지방 250일, 남부지방 270일, 남부해안지역 280일로 계산한 바 있다. 본 조사결과 에서는 북부지역의 경우 약 50일 이상 짧은 생육기 간을 보였고, 남부지역은 반대로 20~30일 가량 생 육기간이 길게 나타났다. 또한 평균기온이 낮아질수 록 생육가능 기간은 감소하는 경향이 뚜렷하였고, YDI 누적일에서 Tn 누적일을 제외한 기간은 평균기 온이 높은 지역으로 갈수록 증가하였다. 그러나 평 균기온이 가장 낮은 닭목재에서 가장 긴 기간을 보 였는데 이것은 강릉지역의 기온변화 폭이 커 YDI 누적일은 비슷한 반면 Tn 누적일은 감소하여 나타 나는 현상으로 해석할 수 있다.

    2.식물계절현상

    백두대간 소나무의 동아파열, 개엽, 개화, 단풍, 낙엽 등 식물계절현상은 각각의 판단기준에 따라 단 계를 세분화하여 비교하였다. 모든 지역을 동일한 시간에 조사하는 것이 가장 좋은 방법이나 현실적으 로 불가능하기 때문에 조사지역간의 계절현상의 변 화시기가 1~2일정도 차이가 나는 것은 동일한 조사 시기로 간주하였으며, 이를 보완하기 위해 주단위로 서술하였다.

    잎의 계절변화는 동아파열이 3월 둘째 주에 난대 지역인 저구리(Tn 61.8°C·일, YDI 252.0°C·일)에서 가장 빨리 관찰되었으며, 복성이재(Tn 27.0°C·일, YDI 149.2°C·일)와 작점고개(Tn 16.7°C·일, YDI 121.0°C·일)는 4월 첫째 주, 이화령(Tn 32.4°C·일, YDI 157.4°C·일), 도래기재(Tn 11.0°C·일, YDI 105.0°C·일), 삼수령(Tn 7.5°C·일, YDI 82.3°C·일), 닭목재(Tn 5.7°C·일, YDI 70.7°C·일)는 4월 둘째 주 에 파열되었다. 저구리에서 복성이재와 작점고개보 다 20일 먼저 파열되었고, 이화령, 도래기재, 삼수 령, 닭목재보다 28일 먼저 파열되었다. 백두대간 중 부지역인 복성이재와 작점고개는 백두대간 북부지역 인 이화령, 도래기재, 삼수령, 닭목재보다 1주일 빠 른 것으로 나타났다. Korea National Arboretum (2011)의 사업 지역에서는, 용문산 4월 셋째 주, 수 리산과 팔공산에서 각각 5월 첫째 주와 둘째 주에 동아파열이 시작하는 것으로 나타났다. 이들 지역은 평균기온 11~14°C로서 백두대간 조사지역의 작점고 개, 복성이재, 저구리와 평균기온이 비슷한 지역이 지만 저구리와 닭목재에서 1주 이상의 차이를 보였 다. 이러한 결과는 북쪽으로 갈수록 식물계절현상이 늦어지는 지리적특성에 따라 나타나는 지역 차로 생 각되며, 동아파열의 경우 전년도 휴면기의 기온의 변화가 동아파열에 영향을 끼치는 것으로 사료된다.

    개엽 역시 난대지역인 저구리(Tn 386.7°C·일, YDI 847.3.0°C·일)에서 가장 빨랐고, 복성이재(Tn 409. 3°C·일, YDI 780.9°C·일)와 작점고개(Tn 346.8°C·일, YDI 697.4°C·일), 도래기재(Tn 296.0°C·일, YDI 627.1°C·일), 삼수령(Tn 279.7°C·일, YDI 585.3°C· 일) 순이었으며, 저구리에서 복성이재, 작점고개, 이 화령 보다 15일 빨리 파열되었고, 도래기재, 삼수령 보다 22~23일 일찍 파열되었으며, 닭목재보다 35 일 일찍 파열되는 것이 관찰되었다. 복성이재와 작 점고개는 도래기재와 삼수령보다 7~8일 정도 빨랐 으며, 닭목재보다 20일 빠른 것으로 나타났다. 동아 가 파열하여 개엽까지 49~70일이 지속되었다.

    수꽃의 형성 시기는 난대지역인 저구리(Tn 215. 9°C·일, YDI 571.5°C·일)와 복성이재(Tn 100.8°C·일, YDI 292.4°C·일)에서 4월 셋째 주부터 관찰되기 시 작하였고, 작점고개(Tn 86.6°C·일, YDI 268.7°C·일) 에서는 4월 넷째 주, 이화령(Tn 99.3°C·일, YDI 309.2°C·일)은 4월 다섯째 주부터 관찰되었다. 도래 기재(Tn 178.3°C·일, YDI 444.4°C·일), 삼수령(Tn 174.4°C·일, YDI 412.0°C·일), 닭목재(Tn 175.5°C·일, YDI 409.9°C·일)는 5월 셋째 주부터 수꽃의 형성이 관찰되었다. 개화는 4월 셋째 주에서 5월 셋째 주 사이에 관찰되었다. 그 중 저구리, 복성이재, 작점 고개에서 가장 빠른 4월 셋째 주에 관찰되었으나 평 균기온이 비슷한 수락산, 팔공산, 용문산, 수락산에 서 5월 둘째 주부터 넷째 주까지 진행되었다고 보고 (Korea National Arboretum, 2011)한 결과와는 다 소 차이가 있다. 이것은 평균기온이 비슷하더라도 이는 기온 외 다른 위도, 경도, 해발, 방위 등 다른 환경인자에 따른 것으로 해석 할 수 있다.

    개화는 5월 첫째 주부터 저구리(Tn 347.9°C·일, YDI 788.5°C·일)에서 가장 먼저 시작되어, 복성이재 (Tn 236.5°C·일, YDI 533.1°C·일)와 작점고개(Tn 193.3°C·일, YDI 473.9°C·일)의 순서로 진행 되었으 며, 이화령(Tn 252.5°C·일, YDI 557.4°C·일), 도래기 재(Tn 178.3°C·일, YDI 444.4°C·일), 삼수령(Tn 171.4°C·일, YDI 412.0°C·일), 닭목재(Tn 175.5°C·일, YDI 409.9°C·일)는 5월 셋째 주부터 개화가 시작되 었다. 개화 시작시기는 난대지역에서 닭목재까지 약 2주정도 시차가 있었으며, 꽃눈 형성주기보다 짧았 고, 도래기재, 삼수령과 닭목재에서 꽃눈형성시기와 개화에 차이가 없는 것은 조사기간에 계절현상이 빠 르게 진행된 것으로 생각된다. 개화에서 50%이상 화분비산이 일어나는 기간은 저구리와 복성이재는 29일, 작점고개는 28일, 이화령은 32일로 가장 길 었으며, 도래기재, 삼수령 및 닭목재는 25~26일 지 속되었다.

    단풍은 닭목재에서 9월 넷째 주부터 관찰되어 가 장 빨랐으며, 10월 둘째 주에 삼수령과 도래기재, 이화령, 작점고개, 복성이재에서 그리고 난대지역인 저구리는 11월 첫째 주부터 진행되었다. 각 조사지 역의 단풍시기를 저구리와 비교하였을 때, 닭목재 39일, 삼수령과 도래기재 30일, 이화령 25일, 작점 고개와 복성이재 24일씩 빠르게 나타났다. 단풍의 지속기간은 평균기온이 낮은 지역에서 짧아지는 경 향으로 나타났으며, 저구리에서 33일로 단풍 지속기 간이 길었으며, 나머지 조사지역에서 20~23일로 나타났다.

    낙엽은 닭목재, 삼수령에서 10월 셋째 주에 시작 되었고 난대지역인 저구리는 4주 후인 11월 둘째 주에 시작되었다. 90%이상 낙엽이 진행되어 잎의 계절현상이 종료된 시점은 닭목재와 삼수령이 11월 셋째 주였고, 난대지역인 저구리는 12월 다섯째 주 로 가장 늦었다. 낙엽의 진행기간은 작점고개와 이 화령이 각각 25일, 26일이었고 닭목재, 삼수령에서 각각 32일, 도래기재가 35일, 저구리 43일, 복성이 재 49일로 복성이재가 가장 낙엽기간이 긴 것으로 나타났다.

    3.계절현상과 기상인자와의 관계

    소나무의 계절현상과 기상인자와의 관계를 파악 하기 위하여 각각의 계절현상을 기상인자들과 상관 분석을 실시하였다(Fig. 2). 또한 가장 높은 상관관 계를 나타낸 평균기온과 최저기온의 변화가 소나무 의 계절현상에 미치는 영향을 파악하기 위하여 각 지역의 계절현상이 시작되는 날짜(Day of year)와 평균기온(생육초기 계절현상) 및 최저기온(생육후기 계절현상)과 관계를 분석하였다(Fig. 3).

    동아파열은 평균기온, 최저습도, 평균토양온도, 최저기온, 최저토양온도의 기상인자가 0.6 이상의 높은 상관계수(r)를 보였으나, 소나무의 동아파열은 최저기온이나 최저토양온도 보다 평균기온과 평균 토양온도가 더 높은 영향을 미치는 것으로 나타났 다. 개엽과 상관관계가 높은 기상인자는 평균기온 (r=-0.922**)이었으며, 소나무의 개엽은 습도의 영 향 보다 평균기온과 최저기온에 더 민감한 것으로 나타났다. 개화시기는 평균기온(r=-0.904**)과 최 저기온(r=-0.859*)이 0.8이상의 상관계수(r)를 보 였다.

    생육후기 계절현상인 단풍은 최저기온(r=0.971**) 과 가장 높은 상관관계를 보였으며, 이것은 단풍이 시작되는 시기를 결정하는 것은 최고기온 보다 최 저기온의 변화에 더 영향을 받는 것으로 사료된다. 또한 토양온도 보다 최저기온이 소나무 단풍에 더 높은 영향을 미치는 것으로 나타났다. 낙엽의 시작 은 최저기온(r=970**)과 가장 높은 상관관계가 나 타났고, 낙엽의 시작시기를 결정하는 것은 기온이 낮아짐에 따라 낙엽시기가 결정되는 것으로 나타 났다.

    소나무의 생육초기 계절현상 가운데 동아파열은 평균기온이 1°C 상승함에 따라 약 4.1일 빨라지는 경향이었다. 평균기온에 대한 소나무의 동아파열일 예측 회귀식은 66.1%의 설명력을 보였다. 개엽은 평균기온이 1°C 상승함에 따라 약 3.3일 앞당겨지 는 추세이며(R2=0.85), 개화는 평균기온이 1°C 상 승함에 따라 약 3.9일 빨라지는 추세(R2=0.80)로 나타났다.

    단풍시작일은 최저기온이 1°C 증가함에 따라 약 1.9일 늦어지는 경향이었으며, 최저기온과 소나무 단풍시작일의 예측 회귀식은 94.2%의 높은 설명력 을 보였다. 또한 낙엽은 최저기온이 1°C 증가하면 약 1.4일 늦어졌으며, 예측 회귀식은 R2=0.66의 수 준이었다.

    생육초기의 동아파열, 개엽, 개화 등 계절현상은 평균기온이 상승함에 따라 시작일이 앞당겨지는 부 의 상관관계로 나타났으며, 약 3.3~4.1일 빨라지는 경향을 보였으며, 회귀식의 설명력도 60%이상으로 높게 나타났다. 생육후기 계절현상은 최저기온이 증가함에 따라 시기가 늦어지는 정의 상관관계를 보였다.

    식물계절현상은 일조시간, 온도, 습도, 강수량 및 빛의 강도 등의 기상인자의 변화에 따라 빨라지거나 늦어지는 경향이 있으며, 여러 기상인자 가운데 가 장 밀접한 관계를 가지는 요소는 기온이다. 따라서 장기간에 걸친 기온의 관찰자료는 기후변화 추이를 설명할 뿐만 아니라 계절변화에 의한 식물의 반응 및 적응을 분석하고 정의하는 데에 가장 적합한 요 소이다. 즉, 수목의 동아파열, 개엽, 개화, 단풍, 낙 엽 등의 식물계절현상을 장기간 관측할 경우 지역적 인 계절변화의 추이를 파악할 수 있을 뿐만 아니라 기후변화를 예측할 수 있는 중요한 정보로 활용할 수 있다.

    수목의 생육가능 기간은 기후변화의 지표로서 활 용이 가능한데, 백두대간 소나무림 조사지역에서 생 육이 시작되는 일평균기온 5°C 이상 누적일은 165~ 301일로 계산되었다. 조사지역 북부지역인 닭목재, 삼수령의 누적일은 약 50일 이상 짧은 생육기간을 보였고, 남부지역인 거제 복성이재의 누적일은 20~ 30일 정도 생육기간이 길었는데, 평균기온이 낮은 지역으로 갈수록 생육가능 기간은 감소하는 경향이 뚜렷하였다.

    식물계절현상에 대한 기상인자와의 상관관계를 분 석한 결과 동아파열, 개엽, 개화 등 생육초기 계절 현상은 기온, 토양온도와 부의 상관관계를 가지며, 평균기온이 가장 높은 영향을 미치는 기상인자로 나 타났다. 이러한 결과는 생육초기 계절현상에 가장 중요한 영향을 미치는 환경인자는 기온이라는 연구 (Brown, 1953)과 일치하였으며, 생육초기 계절현상 은 0~5°C 사이의 기온변화에 민감하게 영향을 받으 므로 생육초기 기온상승이 계절현상의 변화에 중요 한 영향을 미치는 것으로 판단된다. 또 단풍, 낙엽 등 생육후기 계절현상은 기온, 토양온도와 정의 상 관관계를 나타내었고, 최저기온이 가장 높은 영향을 미치는 것으로 나타났다. 식물계절현상의 단계별 현 상은 생육초기의 개엽시기는 평균기온이 높은 남부 지역에서 시작하여 북부지역으로 갈수록 늦어지는 경향을 나타내었고, 남부보다 북부에서의 개엽 완료 시기가 짧았다. 개엽과 단풍의 계절현상에 있어서는 기온 이외 인자는 습도가 가장 높은 영향을 미치는 것으로 나타났다. 이것은 생육초기 개엽에는 높은 수분 요구도를 충족시킴으로서 개화를 촉진시키는 것으로 판단되며, 생육후기 단풍시기에는 최저기온 이 낮아지고 대기가 빨리 건조해질수록 단풍시기가 앞당겨진다는 것을 의미한다.

    Figure

    JALS-49-121_F1.gif

    Location map and climatic map of each study site in the Baedudaegan area. Ⅰ: Dakmokjae, Ⅱ: Samsuryung, Ⅲ: Doraegijae, Ⅳ: Ihwaryung, Ⅴ: Jakjeomgogae, Ⅵ: Bokseongijae, Ⅶ: Jeoguri

    JALS-49-121_F2.gif

    Correlation analysis between each phenological phase of P. densiflora and each meteorological factor. (A: Max. Solar radiation, B: Mean Solar radiation, C: Max. Soil temperature, D: Min. Soil temperature, E: Mean. Soil temperature, F: Max. Air temperature, G: Min. Air temperature, H: Mean. Air temperature, I: Max. Humidity, J: Min. Humidity, E: Mean. Humidity, * Correlation is significant at the 0.05 level, ** Correlation is significant at the 0.01 level)

    JALS-49-121_F3.gif

    Correlation each phenological phase of P. densiflora and each temperature factor. (A: Needle budburst, B: First needle, C: First flowers, D: Needles colored, E: Needles fallen)

    Table

    Topographic characteristics in each study site

    Characteristics of the investigated species in each study site.

    Phenological phase of P. densiflora in each study site.

    Reference

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