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ISSN : 1598-5504(Print)
ISSN : 2383-8272(Online)
Journal of Agriculture & Life Science Vol.52 No.1 pp.13-23
DOI : https://doi.org/10.14397/jals.2018.52.1.13

Changes of Flowering Time Affected by Climate Change in the Subalpine Region of Mt. Gaya

Jung Won Sung1, Keun Ho Kim2*
1The Korea National Arboretum of Baekdudaegan, Bonghwa, 36209, Korea
2Department of Forest Resources and Landscape Architecture, College of Life and Applied Sciences, Yeungnam University, Gyeongsan, 38541, Korea
Corresponding author : Keun Ho Kim +82-53-810-2976+82-53-810-4660manchester99@ynu.ac.kr
September 1, 2017 December 5, 2017 December 15, 2017

Abstract


Global warming and climatic change have caused severe environmental problems and threatened subalpine plants. Identification of life cycles and construction of database on temperature and humidity would be useful for conservation strategies of subalpine plants. The aim of this study was to analyze flowering time and period of the five plants; Lilium cernuum Kom, Primula modesta var. fauriae, Trientalis europaea, Ligusticum tachiroei and Streptopus ovalis for bioclimatic research of subalpine region. These plants were naturally growing at the subalpine region of Mt. Gaya. For this study, we analyzed temperature and humidity of the study areas based on flowering time for 5 years. The result of reliability analysis showed a higher Cronbach Alpha value of 0.741. The result indicated that Lilium cernuum Kom. boomed on July 23rd(SD=6.5), Primula modesta var. fauriae on May 8th(SD=8.7), Trientalis europaea. on June 1st(SD=2.8), Ligusticum tachiroei on August 16th(SD=4.3) and Streptopus ovalis on May 22nd(SD=5.1). The correlation of flowering period with meteorological elements was positives (+) and correlation coefficient of daily maximum temperature(0.711) and daily average temperature(0.613) was relatively higher in flowering period. The research presented here is a first step to develop a conservation strategy for subalpine plants. The study only analyzed meteorological elements for flowering time and period of subalpine plants. Therefore, further researches on a more comprehensive analysis of subalpine species are needed.



기후변화에 따른 가야산 아고산지역 식물의 개화시기 변화

성 정원1, 김근호2*
1국립백두대간수목원
2영남대학교 산림자원 및 조경학과

초록


지구온난화와 기후변화는 많은 환경문제를 야기하였고 특히 아고산식물의 생존을 위협하고 있다. 아 고산식물종의 생활사 파악과 온·습도의 자료 구축은 아고산식물종의 보전전략 수립에 매우 유용할 것 이다. 본 연구의 목적은 가야산국립공원의 아고산지대에 자생하는 솔나리, 설앵초, 기생꽃, 개회향 및 금강애기나리 등 5종을 대상으로 2012년부터 2016년까지 5년간 개화, 낙화시기 모니터링 조사와 및 온·습도변화는 개화, 낙화시작시기를 기준으로 각각 20일간 조사하여 개화와 온·습도 간 상관관계를 분석하였다. 이를 통해 아고산지역의 생물기후학적 연구를 위한 기초자료를 제공하고자 한다. 변수들에 대한 신뢰도 검정결과, Cronbach Alpha 값은 0.741로 신뢰성이 높았다. 각 식물종의 개화시기 분석결 과 솔나리 평균 7월 23일(SD=6.5), 설앵초 평균 5월 8일(SD=8.7), 기생꽃 평균 6월 1일(SD=2.8), 개 회향 평균 8월 16일(SD=4.3) 및 금강애기나리 평균 5월 22일(SD=5.1)로 나타났다. 개화기간은 기상요 소 간의 상관관계에서 모두 정(+)의 관계를 보였으며, 일최고온도와 일평균온도의 상관계수가 각각 0.711, 0.613로 상대적으로 높게 나타났다. 한편, 식물종의 생활사를 파악하기에 기상자료만으로 분석 하였으나 해발고도에 따른 상관성을 비롯하여, 사면, 향 및 미기후 등 다양한 환경요인을 종합적으로 분석하지 못한 한계점을 지니고 있어 향후 아고산지역 식물종을 모니터링 할 때 기초자료를 더욱 축적 해 나갈 필요성이 있다.



    Yeungnam University

    서론

    지구 온난화로 인해 지구 평균온도는 1861년 이후 계속 증가하여 20세기 이후 약 0.75℃ 상승하였고, 고도 8km이하 대류권의 기온도 지속적으로 증가하 고 있다(Koo et al., 2009). 기후변화에 따른 한반 도의 기온 상승과 강수량 변화는 현재의 자연환경에 적응해온 생물과 생태계에 다양한 영향을 미치게 된 다(Koo et al., 2009). 또한, 향후 100년 간 지구의 평균기온이 1.0~3.5℃ 상승하면 기후대는 북으로 약 150~550km 이동하게 되고, 중위도지방에서 평균기 온이 1℃ 상승하면 기후대는 북으로 약 150km, 산 위쪽으로 150m 이동하게 된다(Kong, 2005). 한편, 식물의 다양한 자생지 유형 중에서 고산(alpine)과 아고산(subalpine) 지역은 비교적 좁은 면적과 낮은 기온, 강한 바람, 강한 일사 및 척박한 토양 등 특 이한 생태적 환경 및 다양한 생육지를 제공하므로 (Kong, 2011), 생물지리학적 관점뿐만 아니라 고산 지역 적응 식물 종들에게 매우 중요한 의미를 지닌 다(Nakhulsrishvili, 2013). 이러한 고산 및 아고산 지역의 기온상승은 식물 종들에게 생육환경에 악영 향을 미치게 된다(Kong, 2014). 급변하는 환경변화 속에서 자연·인문과학 등 관련 학문은 지속적으로 수행되고 있으며, 그 중 개화특성 연구는 장기간의 모니터링을 통해 수행된다. 개화특성 연구는 최근 기후변화와 기온상승의 잠재적인 영향을 평가하는데 중요한 지표로 인식되고 있다(Sagarin & Micheli, 2001; Whitfield, 2001). 국내의 개화특성 및 생물 계절 관련 연구는 지리산(Shin et al., 2011), 금원 산(Yu et al., 2011) 및 덕유산(Kim et al., 2011) 에서 수행되었다. 또한 봄 식물의 개화시기와 기온 사이의 상관관계에 관한 연구(Fitter et al., 1995; Walkovszky, 1998; Sparks et al., 2000)와 기후변 화에 따른 벚꽃 등의 식물을 대상으로 한 개화시기 연구(Schwartz & Reiter, 2000; Ho et al., 2006), CO₂농도와 온도 증가에 따른 개화시기 변화(Carter et al., 1997) 등 다양한 연구가 이루어 졌으나 대부 분의 연구가 봄철의 일부 시기 조사와 각 식물종의 정확한 기상관측자료 부족 및 우리나라의 복잡한 지 형·지세에 따른 지리적 여건 등 개화시기를 정확히 예측하기에는 미비한 실정이다.

    따라서, 본 연구는 장기간 조사를 통한 가야산 아 고산지대에 자생하는 솔나리, 설앵초, 기생꽃, 개회 향 및 금강애기나리 등 5종을 대상으로 개화시기와 개화기간에 따른 적정 온·습도를 분석하여 생물기 후학적 연구를 위한 기초자료를 제공하고자 한다. 이를 통해 기후변화에 가장 취약한 아고산식물종의 생육환경 변화를 사전에 예측·관리함으로써 아고산 지역의 식물유전자원을 안정적으로 보전할 수 있는 방안을 세우는데 연구목적이 있다.

    재료 및 방법

    1. 대상지환경

    본 조사지역인 가야산국립공원은 1972년 우리나라 에서 국립공원 제9호로 지정되었고, 지리학적으로는 북위 35˚45′00″~35˚49′30″, 동경 128˚02′30″~128˚09′ 30″에 위치하며, 총 면적은 57.81㎢이다. 또한 전체 면적의 약 82.5%가 해발 600m이상이며, 1,000m 이 상이 약 10.3%에 해당된다(Kim et al., 1989). 가야 산은 우리나라 기후지역상 온대남부에 위치하고, 식 물구계학적으로는 남부아구(Lee & Yim, 1978)에, 식생구계학상으로는 냉온대에 속하는 것으로 알려져 있다. 이러한 내용을 종합해 볼 때 가야산은 식물분 포상 매우 다양한 종들이 입지할 수 있는 조건들을 지니고 있으며, 가야산 국립공원 아고산지역 역시 기후변화에 영향을 받고 있는 실정이다.

    2. 지표식물 선정

    희귀식물의 분류는 환경부(Ministry of Environment, 2008)와 국립수목원(Korea National Arboretum, 2009) 을 자료를 참고하였으며, 지표식물종 선정은 일부 산정에 제한적으로 자생하고, 산지의 정상 가까이에 분포하여 기후적으로 온도역(thermal amplitude)이 좁고 기후변화와 같은 외부의 충격복원력(resilience) 이 낮은 종을 선정하였다. 특히, 기후변화에 취약산 림생물종 중 아고산지역에서 주로 분포하는 종을 살 펴 본 결과 솔나리, 설앵초, 기생꽃, 개회향 및 금강 애기나리 등 5종을 선정하여 2012년부터 2016년까 지 5년간 모니터링을 하였다(Table 1).

    3. 지표식물종 모니터링

    자생지의 환경조건을 분석하기 위해 GPS(Garmin, Oregon300)와 국립지리원에서 발행한 1:25,000 지 형도, Arc GIS 3.2 및 한국디지털 지형도(Garmin, MapSource V7) 등을 이용하여 표고 및 향을 분석하 였다. 기상측정은 가야산 내 백운동지역에 설치하여 기온변화추이를 조사하였으며, 미기상자료는 2012년 1월 1일부터 2016년 10월말까지 측정하였다. 미기상 측정 장비는 Hobo센서 중 기온과 습도를 간이백엽상 (RS3)에 넣어서 TMB-M006으로 측정하였으며, 보조 측정은 온습도 센서인 U23시리즈를 사용하였다. 기상 장비의 위치는 가야산(N35°80′50.1″, E128°14′40.8″) 에 설치하여 온도와 습도를 측정하였다(Fig. 1).

    각 지표식물에 GPS(GPS60CS)로 좌표를 표시하 여, 개화시기, 낙화시기의 변화를 모니터링 하였다. 2012년 3월초부터 2016년 10월말까지 1주 1회 조사 하는 것을 원칙으로 하고 7월과 8월은 2주 1회 격주 조사를 실시하였다(Korea Forest Service, 2010). 지표식물 모니터링은 개화시기의 경우 꽃대에 꽃이 20%이상 개화하였을 때 개화시작시기로 보고 기록 하였으며, 꽃대에 꽃이 80%이상 개화하였을 때를 만 개로 보고 조사하였다. 개화기간은 개화시작시점부 터 꽃대에서 꽃이 모두 떨어지거나 꽃잎이 갈색으로 퇴색되어 건조한 상태로 남아있는 시점 까지를 낙화 시기로 보고 조사하였으며, 낙화가 종료되는 시점까 지 기간을 조사하였다. 적정 온·습도 측정방법은 5 년 간 모니터링 자료를 바탕으로 시작시점을 기준으 로 변화 시기를 기록하고 해당기간 온·습도 평균을 산정하였다. 개화 및 낙화시기는 시작시점 전후 각 각 20일간의 온·습도 변화를 적용하였다.

    4. 통계분석

    아고산지역 희귀식물종의 5년 간 개화 및 낙화시 기와 기상요소간의 관계를 규명하기 위해 일평균온 도, 일최고온도, 일최저온도, 일평균상대습도 및 일최저상대습도 등 5개 변수의 값을 측정하였다. 수집된 자료는 IBM SPSS ver. 19(International Business Machine, 2010)을 이용하여 신뢰도 분석, 단일변수의 통계분석, Pearson의 상관분석을 수행하 였다.

    결과 및 고찰

    1. 개화특성

    솔나리는 5월 초 생장하여 10월 중순까지 생활사를 보이며, 평균 153일간 생육기간을 보였다. 개화시기 는 2012년 7/30일, 2013년 7/17일, 2014년 7/23일, 2015년 7/28일로 시기의 차이를 보였으나, 개화기간 은 매년 16일~22일로 일정 패턴을 보였다(Table 2). 특히, 개화시기 적정 온·습도 분석 결과 평균 23.1℃ (±1.2), 88.7%(±2.9)가 유지 되었을 때 개화를 관찰 할 수 있었으며, 낙화시기는 23.3℃(±1.3), 89.5% (±0.8)가 측정되었을 때 낙화되었다. 한편, 2016년 솔나리는 개화가 관찰되지 않았으며, 200m 이격된 거리에 솔나리 꽃대만 관찰되어 개화기간의 조사 횟 수를 높여 모니터링이 필요한 것으로 판단된다.

    설앵초는 4월 초 생장하여 11월 초까지 생활사를 보이며, 평균 192일 간 생육기간을 보였다. 개화시기 는 2012년 5/21일, 2013년 5/14일, 2014년 5/2일, 2015년 5/6일, 2016년 4/28일로 매년 시기의 차이를 보였으며, 개화기간은 9일~21일로 비교적 차이를 보 였다. 특히, 개화시기 적정 온·습도 분석 결과 평균 14.8℃(±0.3), 73.5%(±2.0)가 유지 되었을 때 개화 를 관찰할 수 있었으며, 낙화시기는 17.5℃(±0.7), 75.4%(±5.4)가 측정되었을 때 낙화되었다.

    기생꽃은 5월 초 생장하여 9월 중순까지 생활사 를 보이며, 평균 124일 간 생육기간을 보였다. 개 화시기는 2012년 관찰되지 않았다. 2013년 6/5일, 2014년 5/28일만 조사되었으며, 개화기간은 13일~ 15일로 관찰되었다. 특히, 개화시기 적정 온·습도 분석 결과 평균 18.2℃(±1.1), 75.1%(±8.7)가 유 지 되었을 때 개화를 관찰할 수 있었으며, 낙화시 기는 19.6℃(±1.1), 85.6%(±2.7)가 측정되었을 때 낙화되었다. 한편, 2015년부터 2016년까지 기생꽃 의 개화는 관찰되지 않았으며, 이는 2014년 개화 또는 열매의 결실이 많아 그 다음해에 결실이 이루 어지지 않는 해걸이의 영향인 것으로 판단된다.

    개회향은 4월 중순에 생장하여 11월 초까지 생활 사를 보이며, 평균 192일간 생육기간을 보였다. 개 화시기는 2012년 8/15일, 2013년 8/14일, 2014년 8/22일로 매년 시기의 차이를 보였으며, 개화기간은 12일~28일로 조사대상 식물 중 가장 높은 차이를 보였다. 개화시기 적정 온·습도 분석결과는 평균 24.7℃(±0.7), 90.8%(±2.4)가 유지 되었을 때 개 화를 관찰할 수 있었으며, 낙화시기는 20.3℃(±1.2), 92.7%(±1.3)가 측정되었을 때 낙화되었다. 한편, 2015년부터 2016년까지 개회향의 개화는 관찰되지 않았으며, 이는 토양이 유실되고 줄기 부분의 유실 로 미루어 보아 야생동물의 피해를 받은 것으로 판 단된다.

    금강애기나리는 5월 초 생장하여 8월 말까지 생 활사를 보이며, 평균 110일 간 생육기간을 보였다. 개화시기는 2012년 관찰되지 않았으며, 2013년 5/30일, 2014년 5/21일, 2015년 5/20일, 2016년 5/19일로 매년 5월 중순에 개화를 관찰할 수 있었 다. 개화기간은 7일~21일로 다소 차이를 보였다. 특히, 개화시기 적정 온·습도 분석 결과 평균 17.3℃ (±0.2), 74.9%(±5.3)가 유지 되었을 때 개화를 관찰 할 수 있었으며, 낙화시기는 18.5℃(±0.2), 84.3% (±0.9)가 측정되었을 때 낙화되었다(Table 2).

    2. 기상요소에 따른 생물계절성 특성

    2.1. 단일변수의 분석

    변수들에 대한 신뢰도 검정결과, Cronbach Alpha 값은 0.741로 신뢰성이 비교적 높았다. 솔나리 개화 시기 분석결과 평균 7월 24일(SD=6.3)로 나타났으며, 솔나리 개화시기 특성상 7월에 개화하므로 5∼6월 온·습도를 측정하였다. 이는 개화시기를 지배하는 환경인자 중 온도가 특히 유효하다고 보고된 바 있다(Brown, 1953). 기상자료는 봄철 온도는 매년 17℃~18℃로 일정한 패턴을 보였으며, 일평균상대습 도는 2014년 5~7% 낮게 측정된 것으로 나타났다. 개 화기간은 개화 개시일부터 낙화일까지 기간을 말하며, 년도 별 개화기간은 매년 18일로 나타났다(Table 3).

    설앵초 개화시기 분석결과 평균 5월 8일(SD=8.7) 로 나타났으며, 개화시기 특성상 5월에 개화하므로 3∼4월 온·습도를 측정하였다. 기상자료 분석결과 7℃~8℃로 매년 일정한 패턴을 보였으며, 2013년 일 최저온도가 0.10℃로 가장 낮게 측정되어 개화시기 에 영향을 미치는 것으로 나타났으며, 년도 별 개화 기간은 12일 차이를 보였다. 이는 3월 초 이후 꽃샘 추위와 이상기후 현상으로 0℃이하인 날이 18일에서 25일로 관측되었으며, 이 기간 동안 개화한 개체는 저온에 의한 피해가 있었거나 생육이 지연되었을 것 으로 판단되었다. 기생꽃 개화시기 분석결과 평균 6 월 1일(SD=2.8일)로 나타났으며, 설앵초와 비슷한 개화시기인 5월에 개화하므로 3∼4월 온·습도를 측 정하였다. 기상분석 결과 설앵초(SD=9.6일)와는 달 리 개화기간의 표준편차가 1.4일로 나타나 기상변 화의 영향을 많이 받지 않는 것으로 나타났다. 개회 향 개화시기 분석결과 평균 8월 16일(SD=4.3)로 나타 났으며, 개화시기 특성상 8월에 개화하므로 6∼7월 온·습도를 측정하였다. 기상자료 분석결과 20℃~22℃ 로 2℃ 정도 차이를 보였으며, 2013년 일최저온도가 18℃로 가장 높게 측정되었다. 개화기간은 20.7(SD=8.1) 일로 년도별 비교적 높은 차이를 보였다(Table 3). 금강애기나리 개화시기 분석결과 평균 5월 22일 (SD=5.1)로 나타났으며, 개화시기 특성상 5월에 개 화하므로 3∼4월 온·습도를 측정하였다. 기상자료 분석결과 설앵초, 기생꽃과 같은 7℃~8℃로 매년 일 정한 패턴을 보였으나 개화기간은 14.0(SD=8.0)일로 분석되었다.

    2.2. 두 변수간의 관계에 관한 검정

    아고산식물종 개화시기의 설명에 관련된 변수들 간의 Pearson의 상관분석 결과 개화시기와 이에 영 향을 미치는 기상요소 5개의 변수들 간의 각각의 상 관관계는 1% 유의수준에서 통계적으로 유의성이 있 는 것으로 나타났다(Table 4). 개화시기와 기상요소 간의 상관관계는 모두 부(-)의 관계를 보여준다. 즉 일평균온도, 일최고온도, 일최저온도, 일평균상대습 도 및 일최저상대습도가 높을수록 개화시기는 빨라 지는 것을 알 수 있었다.

    각 식물의 개화일과 기온과의 상관관계를 파악하 여 분석한 결과 개화시기는 기온이 상승함에 따라 앞당겨지는 경향을 보였으며, 3월 4월에 개화하는 식물은 4월의 온도에 영향을 미치는 것으로 판단된 다. 개화기간과 기상요소 간의 상관관계는 모두 정 (+)의 관계를 보여준다. 즉 일평균온도, 일최고온도, 일최저온도, 일평균상대습도 및 일최저상대습도가 높을수록 개화기간은 늘어나는 것을 알 수 있으며, 그 중 일최고온도와 일평균온도의 상관계수가 각각 0.711, 0.613로 다른 요소보다 상대적으로 높은 것 으로 분석되었다(Table 4).

    멸종위기종의 효과적인 보전대책을 수립하기 위해 서는 해당분류군에 대한 생물학적 특성과 서식지의 환경특성에 대한 정보가 필요하며, 이를 통해 보전전 략 수립을 위한 기초자료로서 매우 중요한 정보를 제 공한다. 이러한 측면에서 과거의 개화시기 변화에 따 른 기상관측 분석방법은 온량지수를 활용한 방법이 대표적이나 기상자료는 생물종과 먼 거리에 이격된 자료를 적용하여 신뢰성이 떨어지는 문제점을 지니고 있었다. 이에 본 연구에서는 자생지역 인근에 기상장 비(Hobo)를 설치하여 그 변화상을 기상자료와 연관 시켜 면밀히 관찰하였다. 본 연구는 가야산국립공원 의 아고산지대에 자생하는 솔나리, 설앵초, 기생꽃, 개회향 및 금강애기나리 등 5종을 대상으로는 2012 년부터 2016년까지 5년간 개화시기와 개화기간에 따 른 적정 온·습도를 산정하여 개화특성을 분석하고 아고산지역의 생물기후학적 연구를 위한 기초자료를 제공하는데 목적이 있었다. 주요 연구결과는 다음과 같다. 각 식물종의 개화시기는 매년 다르게 관찰되었 으나 개화기간은 일정한 패턴을 보여 식물종은 온·습 도의 민감한 영향을 받고 있다는 반증의 결과를 보였 으며, 적정 온·습도는 미비한 오차범위는 있었으나 매년 기준치에 상응하는 결과를 도출할 수 있었다. 또한, 개화일과 기온과의 상관관계를 분석한 결과 개 화기간과 기상요소 간의 정의 관계를 보였으며, 일최 고온도와 일평균온도의 유의성이 가장 높은 것으로 분석되었다. 이를 통해 생육환경 정보 중 생활사를 사전에 파악하고 각 종에 대한 적정 온·습도의 자료 가 구축된다면, 향후 아고산식물종의 보전전략 수립 시 매우 중요한 정보를 제공해줄 것이라 판단된다. 본 연구대상 식물종을 모니터링한 결과 분포지역의 경우 대부분 등산로 주연부나 개발계획지 등지에 거 의 무방비 상태로 노출되어 있어서 등산객이나 야생 화 동호인들에 의한 무분별한 남획으로 훼손될 가능 성이 매우 높은 것으로 판단된다. 이에 지자체 및 관 계기관의 보호구역 설정과 교육을 통한 보전방안 조 속히 마련되어야 할 것으로 판단된다. 마지막으로 본 연구는 생물종의 생활사를 파악하기에 기상자료만으 로 분석하였으나 해발고도에 따른 상관성을 비롯하 여, 사면, 향 및 미기후 등 다양한 환경요인을 종합 적으로 분석하지 못한 한계점을 지니고 있어 향후 아 고산지역 식물종을 모니터링 할 때 기초자료를 더욱 축적해 나갈 필요성이 있을 것으로 판단된다.

    감사의 글

    이 연구는 2016년도 영남대학교 학술연구조성비에 의한 것임(영문: “This work was supported by the 2016 Yeungnam University Research Grant”).

    Figure

    JALS-52-13_F1.gif

    The location of research plants in Mt. Gaya.

    1. Lilium cernuum Kom.(솔나리), 2. Primula modesta var. hannasanensis(설앵초), 3. Trientalis europaea var. arctica(기생꽃), 4. Ligusticum tachiroei(개회향), 5. Streptopus ovalis(금강애기나리)

    Table

    The list of Mt. Gaya’s research subject of plant

    CR: Critically Endangered, EN: Endangered species, VU: Vulnerable, LC: Least Concern

    The comparison of plant physiologic cycle of alpine plant(2012~2016)

    T: Temperature, H: Humidity

    Single variable analysis of indicator plants

    FT: Flowering time, FB: Fallen blossoms FP: Flowering period, AMT: Average monthly temperatures, MMT: Monthly maximum temperatures, MIT: Monthly minimum temperatures, AMT: Average monthly relative humidity, MRT: Monthly minimum relative humidity

    Pearson correlation

    FT: Flowering time, FB: Fallen blossoms FP: Flowering period, DET: Daily average temperatures, DIT: Daily average maximum temperatures, DAT: Daily average minimum temperatures, DAR: Daily average relative humidity, DMR: Daily minimum relative humidity
    *Correlation is signification at the 0.05 level.
    **Correlation is signification at the 0.01 level.

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