제주도 거문오름의 식생유형별 수목분포 및 토양특성

서 론 거문오름은 제주도 동북부의 제주시 조천읍 선흘리에 위 치하고 있다. 2005년 1월에 천연기념물 제444호로 지정되 었으며, 2007년 6월에는 유네스코 세계자연유산지구로 등 재되었다. 오름은 기생화산을 뜻하는 제주어로서 현무암질 화산활동에 수반된 분석구를 의미한다. 거문오름은 제주도 북동부의 용암튜브계를 형성한 용암의 근원지로서 용암동 굴계의 형성과정과 시기 등의 형성사 전반을 이해할 수 있 는 지역이다(황 등, 2005). 또한 수직 동굴인 선흘리 수직굴 을 비롯하여 용암협곡, 함몰구, 평행열극 등 다양한 화산지 형이 발달되었다. 그리고 거문오름은 분화구 내부에 다양한 화산지형을 바탕으로 다양한 수종의 수목과 야생화가 공존 하는 생태학적 보존 가치가 매우 우수한 것으로 알려져 있 다(제주특별자치도․한국지질환경연구소, 2011). 거문오름은 해발 350～456 m에 위치한 오름으로 둘레의 길이는 4,551 m에 달한다. 거문오름 주변에 산재한 오름들 은 일반적으로 초지대를 형성하는데 비하여 거름오름의 분 화구 주변식생은 비록 벌채, 화입, 개간 등으로 인해 현재 2차림의 형태를 갖고 있기는 하지만 자연림으로 형성되어 있다(한라일보사, 2008). 또한 거문오름의 식물들은 식물지 리적인 측면에서 아열대, 난대 및 온대에 걸쳐 출현하는 식 물들이 공존하고 있다. 특히 양치식물은 입지가 비슷한 타 지역에 비해 독특한 식물상을 보인다(한라일보사, 2008). 그러나 이들 식생의 수목에 대한 종 구성이나 생육상황 등 에 대한 연구는 전무한 실정이다. 거문오름은 지질, 지형, 식생 등의 측면에서 매우 다양한 요소를 갖는 지역으로 학술 및 교육적으로 가치가 높다고 할 수 있다. 따라서 본 연구는 세계자연유산 거문오름일대 의 식생유형별 현존식생을 파악하고 식생별 종 구성이나 생육상황 등 수목분포를 조사함과 동시에 식생유형별로 토 양시료를 채취하여 토양특성을 파악하는데 그 목적이 있다. 재료 및 방법 1. 연구시기 및 범위 거문오름은 제주도 동북쪽 방향인 제주시 조천읍 선흘리 에 자리하고 있다. 예비조사를 통해서 거문오름의 임상은 상록활엽수림, 낙엽활엽수림, 편백림, 삼나무림, 곰솔림, 관 목림 및 초지로 구분할 수 있었다. 거문오름일대 식생의 수 목에 대한 종 조성이나 생육상황에 대한 현지조사는 2010 년 3월부터 12월 사이에 수행하였으며, 토양시료는 2010년 11월부터 12월 사이에 주요 식생유형별에 따라 채취하였 다. 그림 1에 거문오름일대 식생유형별 수목분포, 생육상황 조사 및 토양시료 채취지점을 나타내었다. 2. 조사 및 분석방법 1) 식생유형별 수목생육상황조사 거문오름일대 식생유형별 수목분포조사는 각각의 식생 에 대해 3개의 조사방형구(400 m2)를 선정하여 목본 출현 종의 수고, 흉고직경, 수관폭 등을 전수 조사하였다. 목본식 물에 대한 흉고직경은 직경 테이프를 이용하였으며, 수고는 측고기 등을 이용하여 측정하였다. 목본식물의 흉고직경은 지표면으로부터 약 1.5 m을 기준으로 측정하였으며, 각 조 사방형구내에 출현하는 모든 목본에 대하여 조사를 실시하 였다. 한편, 흉고측정시 맹아로 발생하여 같은 뿌리를 갖는 여러 줄기가 있을 경우 가장 굵은 줄기를 선택하였다. 또한 수관 폭은 개체별 동-서 및 남-북의 수관 폭을 측정하여 산 출하였다. 2) 산림군집 및 수목동태분석 식생별 산림군집은 조사된 자료를 Curtis and Mcintosh (1951)의 방법에 기초하여 상대우점도(Importance Percentage; IP)로 분석하였다. 즉, 상대밀도(Relative Density, %) = 어 느 한 수종의 밀도/전체 수종의 밀도 × 100, 상대피도 (Relative Coverage, %) = 어느 한 수종의 피도/전체 수종의 피도 × 100, 상대우점도(IP, %) = 상대밀도 + 상대피도/2로 계산하였다. 그리고 각 식생을 구성하는 수목의 평균을 기 준으로 수목층위 즉, 상충과 중층으로 구분하여 산림군집구 조를 분석하였다. 또한 수목의 수고, 흉고 및 수관폭 등의 생육상황을 분석하였고, 자료의 통계처리는 SPSS 통계프 로그램을 이용하였다. 3) 토양채취 및 분석 물리성을 측정하기 위한 토양시료는 100 cm3 스테인레 스 원통을 이용하여 표토를 core sampler로 채취하였으며 수분이 날아가지 않도록 밀봉을 한 후 실내에서 분석하였 다. 화학성을 측정하기 위한 토양시료는 낙엽층을 제거한 후에 층위를 고려하면서 표토와 심토로 나누어 물리성 시료 를 채취한 동일지점에서 채취하였다. 토양의 물리․화학적성질은 농촌진흥청 분석법(농업과학 기술원, 2000)에 준하여 분석하였다. 토양의 물리적 성질인 용적밀도는 core법, 입자밀도는 pycnometer법을 응용하여 측정하였다. 공극률은 용적밀도와 입자밀도를 이용하여 구 하였으며, 투수계수는 투수속도 측정기(DAIKI Co. Ltd.)를 사용하여 정수위법으로 측정하였다. 입도분석은 체분석과 pipette법을 이용하여 측정하였다. 토양의 화학적 성질 분석 은 채취한 시료를 풍건시킨 후 2 mm 체에 통과된 토양시료 를 사용하였다. 토양 pH는 토양과 증류수의 비를 1 : 5로 하여 pH meter로 측정하였고, 전기전도도는 pH를 측정하 고 남은 여액을 Conductivity Meter를 이용하여 측정하였 다. 토양 유기물함량은 Walkley and Black법, 유효인산은 Lancaster법, 질소함량은 Kjeldahl법, 치환성양이온은 1N ammonium acetate(pH 7.0)로 추출하여 원자흡광분광광도 계를 이용하여 측정하였다. 양이온치환용량은 1N-NH4OAc (pH 7.0)로 포화하고 80% ethyl alcohol로 세척한 후 토양 을 Kjeldahl 증류장치에 의해 NH4+ 함량을 정량하여 산출 하였다. 4) 통계분석 거문오름에 분포하는 식생유형별에 대하여 이화학적 성 질 17개 인자를 가지고 SPSS 12.0을 이용하여 군집분석을 실시하였다. 결과 및 고찰 1. 식생유형별 임분의 종별 생육상황 거문오름일대 식생은 조림지, 낙엽활엽수림, 상록활엽수 림, 관목림 및 초지로 구분되었다. 식생유형별로 구분하면 삼나무, 편백나무, 곰솔 등의 조림지가 가장 높은 비율을 차지하였다. 조림지역에서 삼나무가 식재된 지역이 가장 높 은 비율을 보였으며 곰솔, 편백나무 식재지역 순으로 높은 비율을 나타냈다. 자연림에서는 낙엽활엽수림이 가장 높은 비율을 보였으며 초지, 관목림, 상록활엽수림 순으로 비율 이 감소하였다. 전체 살아있는 수목의 수고 및 흉고직경을 기준으로 조림 지내에서는 비교적 단일수종이 주요 종구성이라도 서로 다 른 생육특성을 보였다. 더욱이 편백나무림과 곰솔림에서는 주변 자생수종의 이입에 따른 수목분포로 보다 복잡한 수고 및 흉고생장 분포를 지닌 것으로 판단된다. 낙엽활엽수림과 상록활엽수림 조사구내에서는 수고에 의한 산림 층위구분 이 어려울 뿐만 아니라 지속적으로 다양한 수목이 성장하는 경향을 보였다. 이러한 분포는 특정 수종이 성장하여 우점 하는 형태의 산림이 아닌 성숙목과 어린나무들의 지속적인 성장단계로 판단된다. 식생유형별 수목밀도와 평균 생육상황을 비교해 보면 단 위면적(400 m2)당 수목밀도는 삼나무림과 곰솔림이 각각 278, 277본으로 가장 높게 나타났으며, 낙엽활엽수림에서 가 183본으로 가장 낮은 수목밀도를 보였다(표 1). 수고는 살아있는 수목을 기준을 볼 때 삼나무림에서 전체적으로 평균 14.2 m로 가장 큰 것으로 나타났고, 이외의 식생유형 에서는 평균 6.1～7.5 m로 유사한 생장을 보였다. 흉고직경 은 삼나무 등 조림지역에서가 평균 13.1～16.6 cm로 비교 적 높게 나타난 반면 낙엽활엽수림과 상록활엽수림에서는 평균 12.5 cm, 12.4 cm로 나타나 상대적으로 작은 것으로 조사되었다. 이에 반해 수관고 및 수관폭은 낙엽활엽수림과 상록활엽수림내 수목들이 평균적으로 높은 경향을 보였다. 2. 식생유형별 임분의 종 구성 및 분석 거문오름일대 삼나무 조림지역은 삼나무 단일수종으로 구성되었다. 다만, 지난 2008년부터 이루어진 삼나무 간벌 지역이나 일부 삼나무림 주연부 지역에서 주변 목본식물이 유입되는 지역이 출현하였으나 극히 한정되어 있었다. 편백 나무림은 편백나무의 상대우점도가 80.4%로 매우 높게 나 타났으나 삼나무와 일부 혼효된 형태의 종 조성을 보였다. 이외에도 보리수나무(Elaeagnus umbellata), 쥐똥나무 (Ligustrum obtusifolium) 등이 일부 유입된 식생구조를 보 였다. 또한 곰솔림에서도 곰솔의 상대우점도가 91.3%로 월 등히 높게 나타났으나 자귀나무(Albizia julibrissin), 예덕나 무(Mallotus japonicus), 보리수나무 등이 일부 주변 목본식 물이 이입된 식생구조를 지닌 것으로 나타났다. 그리고 조 림지역에 이입된 자생수종 수목들은 대부분 중층이하에 형 성되는 특성을 보이고 있다. 반면에 자연림인 낙엽활엽수림은 매우 복잡한 종 구성을 보였는데, 수목층위에 관계없이 전체적으로 때죽나무 (Styrax japonicus)가 21.0%의 상대우점도를 보여 가장 높 게 나타났다. 그리고 산딸나무(Cornus kousa), 서어나무 (Carpinus laxiflora), 예덕나무, 합다리나무(Meliosma oldhamii), 단풍나무(Acer palmatum) 순으로 높게 나타났 다. 그러나 이들 상대우점도는 수목층위에 따라 크게 다른 것으로 나타났다. 상층에서는 때죽나무의 상대우점도가 34.4%로 매우 높게 나타났으며 예덕나무가 14.5%, 서어나 무가 11.3%, 굴피나무가 8.9%, 합다리나무가 8.1%, 까마귀 베개(Rhamnella franguloides)가 6.2% 순으로 높게 나타났 다. 이에 반해 중층에서는 산딸나무의 상대우점도가 27.2% 로 가장 높게 나타났으며 단풍나무가 11.4%, 서어나무가 8.9%, 상산(Orixa japonica)이 7.8%, 까치박달(Carpinus cordata)이 6.8%, 때죽나무가 6.4%, 합다리나무가 5.9% 순 으로 나타났다. 낙엽활엽수림과 마찬가지로 상록활엽수림도 매우 복잡한 종 구성을 보였다. 수목층위에 관계없이 전체적으로 생달나무가 22.5%로 가장 높은 상대우점도를 보였다. 그리고 붓순 나무(Illicium anisatum), 사스레피나무(Eurya japonica), 종 가시나무, 구실잣밤나무(Catanopisis sieboldii), 동백나무 (Camellia japonica) 순으로 상대우점도가 높게 나타났다. 그러나 이들 숲에서도 층위에 따라 다소 차이를 보였는데, 상충에서는 생달나무와 붓순나무의 상대우점도가 각각 24.4%, 21.5%로 높게 나타난 반면 중층에서는 사스레피나 무가 26.6%로 가장 높은 상대우점도를 보였다. 3. 토양의 물리적 특성 거문오름 토양의 물리적 성질은 표 1과 같다. 조사지의 토성은 제주도 토양에서 주를 이루는 미사질양토가 대부분 이었으며 6-2, 7-3 및 4-2는 미사질토로 분류되었다. 용적밀 도는 0.32～0.57 g/cm3 범위로 매우 낮았으며 조사지점간 에 큰 차이가 없었다. 화산회토의 대표적인 특성 중 하나는 용적밀도가 매우 낮은 것이다. Soil Taxonomy에서는 용적 밀도가 0.90 Mg/m3 보다 낮은 토양을 Andisol로 분류하고 있다(USDA, 1990). 입자밀도는 토양입자 자체의 무게를 나 타낸 것으로 일반적인 토양의 입자밀도는 2.65 g/cm3이다. 입자밀도는 1.73～2.31 g/cm3 범위로 조사지점간에 차이가 컸다. 편백림에서 2.25 g/cm3로 다소 높은 평균 입자밀도를 보였다. 토양내의 공간을 의미하는 공극률은 74～83% 범위 로 매우 높았다. 공극률이 높다는 것은 토양내의 공간이 크 다는 것을 의미하므로 물의 하향 침투가 빠르게 일어날 수 있는 입지환경을 가지고 있다고 판단된다. 투수계수는 3～ 153 cm/h 범위로 지점 간에 매우 큰 차이를 보였다. 초지에 서의 평균 투수계수는 4.89 cm/h로 가장 낮았으며 다른 조 사지점에서는 지점간에 편차가 심한 것으로 나타났다. 4. 토양의 화학적 특성 거문오름 토양의 화학적 성질은 표 2와 같다. 전체적인 토양 pH는 5.2～6.6 범위였으며, 심토보다 표토에서 낮은 pH를 나타냈다. 따라서 표토의 평균 pH가 5.5이므로 토양 산도가 매우 양호한 것으로 보여진다. 전기전도도는 0.11～ 0.61 dS/m 범위로 비염류토양에 해당되었다. 표토의 평균 유기물함량은 17.5%로 육지부 토양에 비해 높은 함량을 보 였으며, 관목2 지점에서는 30.48%의 가장 높은 유기물함량 을 나타냈다. 반면에 초지2 지점에서는 3.69%의 유기물함 량을 보였으며, 다른 임상에 비해 함량이 가장 낮았다. 전질 소도 표토에서 0.9%의 높은 평균 함량을 보였으나, 대체적 으로 관목림에서는 낮은 전질소함량을 보였다. 화산회토양은 유효인산함량이 매우 낮아 토양비옥도가 낮은 원인으로 알려져 있다. 본 조사에서도 유효인산함량은 표토 7.1 mg/kg로 매우 낮은 함량을 보였다. 표토에서의 치환성 K, Ca, Mg 및 Na의 평균 함량은 K 0.18 cmol+/kg, Ca 3.28 cmol+/kg, Mg 1.44 cmol+/kg 및 Na 0.32 cmol+/kg 였다. 대체적으로 치환성양이온은 함량이 양호했으며 이는 토양 pH가 높은 것에 기인된 것으로 생각된다. 양이온치환 용량은 전체적으로 38.14～79.13 cmol+/kg 범위로 매우 높 은 함량을 나타냈다. 표토에서의 평균 양이온치환용량은 30.16 cmol+/kg였으며, 이는 정 등(2002)이 보고한 우리나 라 산림토양의 양이온치환용량 12.5 cmol+/kg 보다 2배 이 상 높았다. 5. 통계 분석 거문오름에 분포하는 초지, 관목림, 삼나무림, 편백나무 림, 곰솔림, 낙엽활엽수림 및 상록활엽수림7개 식생유형별 에 대하여 이화학적 성질 17개 인자를 가지고 SPSS 12.0을 이용하여 군집분석을 실시하였다. 토양층위를 일관성 있게 처리하기 위해 표토만을 대상으로 실시하였으며, 그 결과 크게 2개의 그룹으로 구분되었다(그림 2). 한 그룹은 편백 림, 상록활엽수림 및 낙엽활엽수림이었으며, 다른 그룹은 관목림, 삼나무림, 곰솔림 및 초지였다. 2개의 그룹에 대하 여 Pearson 상관분석을 한 결과 모래함량 및 투수계수가 영향을 미치는 것으로 해석되었다. 이와 같은 결과를 종합하면 거문오름일대 조림지내에서 단일 종구성이라도 서로 다른 수목의 수고 및 흉고생육특성 을 보였다. 낙엽 및 상록활엽수림은 특정수종이 우점 하는 숲의 형태가 아니며, 수고에 의한 산림 층위구분이 어려울 뿐만 아니라 지속적으로 다양한 수목이 성장하면서 경쟁하 는 단계의 숲의 구조를 지닌 것으로 판단된다. 거문오름의 식생유형별에 따른 토양특성의 차이는 모래함량 및 투수계 수가 영향을 미치는 인자로 파악되었다. 인용문헌 Curtis, J. T. and McIntosh, R. P. 1951. An upland forest continuum in the prairie-forest border region of Wisconsin. Ecology 32(3):476-496. USDA, Soil Survey Staff. 1990. Keys to soil taxonomy. SMSS Technical Monograph No.19, 4th ed. USDA-SMSS, Blacksbury, Virginia. 농촌진흥청 농업과학기술원. 2000. 토양 및 식물체 분석법. p.35-131. 정진현, 구교상, 이충화, 김춘식. 2002. 우리나라 산림토양의 지역별 이화학적 특성. 한국임학회지. 91(6):694-700. 제주특별자치도․한국지질환경연구소. 2011. 제주 거문오름 종합학 술조사 결과보고서. pp.152. 한라일보사. 2008. 거문오름. 디자인열림. pp.81. 황상구, 안웅산, 이문원, 윤성효. 2005. 제주도 북동부 거문오름 용암 튜브계의 형성과 내부구조. 지질학회지. 41(3):385-400.