본 연구에서는 생태적 지위 이론(개념과 정의)의 시대별 변화를 검토하여 이를 바탕으로 동식물의 서식지 관련 연구에 이론적 토대를 제공하고자 하였다. 이를 위하여 1900년대부터 현재까지 진행되고 있는 국내·외 생태적 지위에 대한 시대별 주요 논의 동향을 검토하고 분석·정리하였다. 생태학이 발달한 미국, 유럽 등에서는 생태적 지위 이론에 대한 이론적, 실증적 연구가 1900년대 초부터 현재까지 지속해서 이루어지고 있다. 특히, 1900년대 초를 생태적 지위 개념이 태동한 시기라고 한다면 1900년대 중반은 개념이 성장한 시기고, 1900년대 중반에서 후반까지는 개념이 고도화된 시기다. 이렇게 고도화된 개념은 2000년대 접어들어 다양한 기술과 연구 방법 및 분야의 발달에 따라 적용 분야에 따라 다양화가 진행되었다. 이러한 논의를 종합하면, 한 종의 생태적 지위를 정의하는데 고려되어야 할 요소는 1) 대상종의 개체군 동태, 2) 개체군을 유지할 수 있는 모든 생물적 환경 조건(먹이망 상의 먹이 관계와 물질 흐름), 3) 개체군을 유지할 수 있는 모든 비생물적 환경 조건(물리적 환경 조건), 4) 대상종과 생물, 비생물 환경 인자와 이들 환경 인자 간의 모든 직·간접적 상호작용, 5) 대상종의 이동 능력이나 유전적 다양성과 변화에 의한 적응력 등을 포함하는 대응 및 적응 메커니즘 등이었다. 국외의 상황과 달리 국내에서는 생태적 지위에 대한 충분한 이론적, 철학적, 실증적 고찰이 이루어지지 않았다. 그린넬, 엘튼, 허친슨에 의해 제시된 개념과 정의가 선택적으로 일부만 소개되거나, 용어에 관한 설명 없이 단순히 차용되고 있었다. 생태적 지위 이론이 서식지 기반의 생물종 보전과 복원을 위한 토대가 된다는 점에서 생태적 지위에 대한 이론적, 실증적 연구와 연구 방법의 다양화와 고도화 그리고 기술적 발전이 추진되어야 할 것이다. 이는 우리나라 생태학 분야의 학문적 발전뿐만 아니라 생태계와 생물다양성의 효과적이고 성공적인 보전 및 복원을 위한 정책 수립과 시행의 중요한 토대를 제공할 것이다.
본 연구는 4가지 환경요인에 따른 떡갈나무 유식물의 생육 반응 분석과 생태적 지위폭을 측정하였다. 환경요인은 광, 수분, 토성 그리고 유기물 함량이고 각각 4구배로 처리하였다. 광량이 많을수록 잎 무게, 지상부 무게, 지하부 무게 그리고 식물체 무게가 증가하였다. 수분함량처리구와 토성처리구에서 생육 반응은 차이가 없었다. 유기물 함량이 많을수록 지상부 무게가 증가하였지만, 나머지 형질의 생육 반응의 차이는 없었다. 생태적 지위폭은 광요인에서 0.865, 수분요인에서 0.995, 토성요인에서 0.994 그리고 유기물 함량 요인에서 0.988이었다. 생태학적 지위폭은 수분함량 처리구에서 가장 넓었고 광처리구에서 가장 좁았다. 이는 떡갈나무의 생육 반응이 광량의 양이 많을수록 생육이 좋고, 광에 민감함을 의미한다. 따라서 생육 반응과 생태적 지위폭을 결정짓는 것은 광 요인이다.
This study attempted to elucidate the ecological niches and influencing environmental factors of Quercus variabilis and Quercus acutissima, which are representative deciduous broad-leaved trees in Korean forests, taxonomically close and genetically similar, under climate change conditions. Under climate change conditions induced by increased CO2 and temperature, soil moisture and nutrient environments were manipulated in four gradients. At the end of the growing, plants were harvested to measure growth responses, calculate ecological niches, and compare them with those of the control. Eperimental plants were grown for 180 days in a glass greenhouse designed with four gradients each for soil moisture and nutrient environments under climate change conditions induced by increased CO2 and temperature. After harvesting, growth responses of leaf traits were measured, ecological niches were calculated, and these were compared with those of the control groups. Furthermore, the responses of the two species' populations were interpreted using principal component analysis(PCA) based on leaf trait measurements. As a result, under climate change conditions, the ecological niche breadth for moisture environment was broader for Quercus variabilis than Quercus acutissima, whereas for the nutrient environment, Quercus acutissima exhibited a broader niche breadth than Quercus variabilis. And the rate of change in ecological niche breadth due to climate change decreased for Quercus variabilis in both moisture and nutrient environments, while for Quercus acutissima, it increased in the moisture environment but decreased in the nutrient environment. Additionally, in terms of group responses, both Quercus variabilis and Quercus acutissima expanded their ecological niches under climate change conditions in both soil moisture and nutrient conditions, with Quercus acutissima exhibiting a broader niche than Quercus variabilis under nutrient conditions. These results indicate that the changes in leaf morphological characteristics and the responses of individuals reflecting them vary not only under climate change conditions but also depending on environmental factors.
점봉산 일대 천연활엽수림의 17개 주요 구성 수종을 대상으로 수직적 구조에서의 광선의 강도를 주요 환경경사로 할 경우와 수평적 분포에서의 다차원의 자원을 환경경사로 할 경우의 생태지위의 특성을 평가한 결과는 다음과 같다. 수직적 생태지위폭은 물푸레나무가 가장 크고, 다릅나무가 가장 작으며, 수평적 생태지위폭은 당단풍이 가장 크고, 거제수나무가 가장 작은 것으로 나타났는데, 수종별 두 가지 생태지위폭 간의 상관관계는 없었다. 수종의 내음성 지수가 높을수록 수직적 생태지위폭과 수평적 생태지위폭은 증가하는 것으로 나타났다. 수종의 내음성 지수 순위에 따른 수직적 및 수평적 생태지위폭 순위에 대하여 Spearman의 순위상관을 분석한 결과, 수직적 생태지위폭에 대한 순위상관계수는 $r_s=0.432$($P{\leq}0.1$)로 산출되어, 95% 확률수준에서 유의성이 없었는데, 아교목성 생육형을 지닌 까치박달을 제외하면, Spearman의 순위상관계수는 $r_s=0.650$($P{\leq}0.01$)로 산출되어 고도의 상관관계가 인정되었다. 수평적 생태지위폭에 대한 Spearman의 순위상관계수는 $r_s=0.797$($P{\leq}0.01$)로 산출되어 고도의 유의성이 있는 관계가 성립되었다. 수평적 분포에서의 수종간 생태지위중복도를 바탕으로 cluster분석을 하여 분류된 4가지 수종군은 입지 요구도가 비슷한 수종들로 이루어졌으며, 수종간 정의 상관관계를 갖는 수종들의 연결 양상과 상당히 부합되었다.
본 연구는 우리나라 산지 하천변의 잠재 자연식생의 주요 구성종인 갈참나무와 졸참나무가 기후변화조건이 되면 그들의 생태지위와 종간 관계가 어떻게 변하는지를 알아보기 위하여 시도되었다. 이를 위하여 CO2와 온도를 상승시킨 기후변화조건하에서 토양수분과 토양영양소를 4구배로 처리하고, 생육기 말기에 식물을 수확하여 형질의 생육반응을 측정하고, 생태지위폭과 중복력을 계산하고, 이를 대조구의 것과 비교하였다. 또한 두 종간의 관계는 형질값을 이용하여 주성분분석으로 해석하였다. 그 결과 기후변화시 수분환경 조건에서는 갈참나무의 생태지위폭이 졸참나무의 것보다 넓었다. 영양소 조건에서 두 종의 생태지위폭은 서로 유사하였다. 또한 기후변화시 갈참나무와 졸참나무의 토양수분에 대한 생태지위 중복역은 토양 영양소구배 보다 넓었다. 기후변화로 인하여 생태지위폭의 증가가 감소보다 더 많이 일어나는 형질들을 갖는 종은 수분구배와 영양소구배에서 모두 갈참나무이었다. 그리고 개체군들의 반응에서는 기후변화영향으로 토양수분 조건에서는 갈참나무가 졸참나무보다 적응력이 더 높아졌으나, 영양소 조건에서는 두종이 유사하였다. 이러한 결과는 기후변화조건에서 두 종간의 경쟁은 수분환경에 대하여 더 심하게 일어나고 그 때 갈참나무가 졸참나무보다 적응력이 더 높다는 것을 의미하는 것이다.
개념 생태에서 개념은 독립적으로 존재하는 것이 아니라 생태적 환경 하에 놓여 생태 지위를 차지한다. 생물학의 많은 개념들 중에서 유전 개념은 유전 단원 외에도 여러 단원과 관련되어 있으며, 유전 단원 내에서도 영역 사이의 개념 간 의존도가 높은 단원이므로 생태 지위적 접근을 통해 개념의 다양성과 개념 근접성을 분석하였다. 이를 위하여 9학년 학생 995명을 대상으로 하였다. 설문지의 설문 영역은 유전자, 염색체, 체세포분열, 감수분열로 4가지 유전 관련 개념을 대상으로 하였다. 설문지는 각 영역과 관련된 생물학적 개념이나 용어를 제시하게 하고, 제시한 생물학적 개념이나 용어를 각 영역과의 관련된 정도를 1에서 30의 점수로 표시하게 하였다. 9학년 학생들을 대상으로 수업을 통한 유전개념의 변화를 생태 지위적 접근 방법으로 분석하였다. 수업을 통해 전체 개념 수는 감수분열, 체세포분열, 염색체, 유전자 영역 순으로 모든 영역에서 증가하였고, 전체 개념 수의 증가로 인해 상대밀도는 감소하였다. 개념 다양성 지수는 감수분열, 체세포분열, 염색체, 유전자 순으로 모두 증가하였다. 그리고 학습 후 개념들의 상대밀도의 차이가 감소하였으며, 관련성 점수의 차이도 감소하여 개념 간 유사성이 증가하였다. 이 결과를 바탕으로 다음의 결론을 얻을 수 있었다. 첫째, 학습을 통해 유전개념의 개념 다양성이 증가하였다. 둘째, 학습을 통해 유전개념의 개념 근접성이 증가하였다.
두륜산 지역의 상록활엽수림은 개서어가무가 우점하는 조사구군, 개서어나무와 붉가시나무가 경쟁적 관계에 있는 조사구군, 붉가시나무가 우점하는 조사구군, 참식나무가 우점하는 조사구군으로 크게 대별되었다. 대부분의 상록수림대에서 우점종으로 나타난 붉가시나무는 굴참나무, 졸참나무에서 개서어나무를 거쳐 천이된 수종으로 판단되며, 참식나무로 천이될 것으로 추정된다. 개서어나무와 졸참나무는 붉가시나무, 동백나무, 참식나무 및 후박나무와 경쟁적 관계에 있다고 판단되며, 동백나무와 붉가시나무 그리고 참식나무와 육박나무는 각각 동일한 생태적 적소를 갖는다고 판단된다.
상수리나무와 굴참나무는 한반도 저지대 인가 근처에서 자생한다. 그러나 상수리나무는 토양조건이 양호한 곳에서 분포하나 굴참나무는 이 종에 비해 건조하고 경사가 급한 곳에 서식한다. 이러한 두 종의 분포적 특성을 밝히기 위하여 유식물에 주요 환경요인 중 광, 수분과 영양소를 각각 4구배로 처리하고, 2007년 3$\sim$10월가지 양묘하여 두 종의 생태적 지위와 생태적 중복역을 분석하였다. 상수리나무의 생태적 지위폭은 환경요인 중 수분과 영양소가 광에 비하여 약간 넓었다. 측정한 14가지 형질 중 길이와 관련된 형질 6가지는 모든 환경요인에 대하여 넓었고, 무게와 관련된 형질 8가지는 수분, 영양소에서 넓었고, 광에서 좁았다. 굴참나무의 생태적 지위폭은 환경요인 중 수분과 영양소가 광에 비하여 넓었다. 측정한 14가지 형질 중 길이와 관련된 형질 6가지는 모든 환경요인에 대하여 넓었고,무게와 관련된 형질 7가지는 수분과 영양소에서 넓었고, 광에서 좁았다. 14가지 항목 중 줄기직경은 광과 수분에서 넓었고, 영양소에서 좁았다. 상수리나무의 지위폭은 굴참나무의 것보다 모든 환경요인에서 넓었다. 이는 상수리나무가 굴참나무 보다 환경에 잘 적응할 수 있다는 것을 의미한다. 두 종의 생태적 중복역은 측정한 14가지 형질 중 길이와 관련된 형질 7가지는 넓었고, 무게와 관련된 형질 7가지는 좁았다. 환경요인에 대해서는 수분에서 넓었고, 광에서 좁았다. 이는 수분에 대해서 상수리나무와 굴참나무의 경쟁이 치열할 것으로 판단된다. 다변량 분석에 의하면 두 종은 생태적으로 뚜렷하게 분화된 유형을 보였다. 이 유형을 결정짓는 형질은 요인 1에 잎몸 길이, 잎폭, 잎자루 길이, 줄기 길이, 뿌리 길이, 잎몸 무게, 지상부 무게, 뿌리 무게, 식물체 무게와 관련이 있었다. 이상으로 볼때 굴참나무가 상수리나무보다 건조하고 척박한 곳에 주로 분포하는 것은 생태적 지위폭이 상수리나무보다 좁아 좋은 조건에서는 경쟁에서 약하기 때문에 불량한 조건에서 살아가는 것으로 해석될 수 있을 것으로 판단된다.
Q. mongolica and Q. dentata are representative species of deciduous forest communities in Korea and are known to be relatively resistant to soil drying condition among Korean oaks. This study attempted to elucidate the degree of competition and ecological niche characteristics of the two species by comparing the ecological responses of the two species according to soil moisture. Competition between Q. mongolica and Q. dentata was shown to be more intense under the conditions where moisture content was low than under the conditions where moisture content was high. As for the ecological niche overlaps of the two species for soil moisture, the structural traits of plant such as stem diameter overlapped the most, the traits of biomass such as petiole weight overlapped the least, and photosynthetic organ-related traits such as leaf width and length overlapped intermediately. When looking at the competition for soil moisture between the two species, it can be seen that Q. mongolica won in nine traits (leaf width length, leaf lamina length, leaf lamina weight, leaf petiole weight, leaf area, leaves weight, shoot weight, root weight, and plant weight) and Q. dentata won in the remaining seven traits (leaf petiole length, leaves number, stem length, stem diameter, stem weight, shoot length, and root length). Competition between the two species for the moisture environment of the soil was shown to be intense under the conditions where moisture content was low. The degree of competition between Q. dentata and Q. mongolica for soil moisture is high under the conditions where soil moisture content is low, and it is judged that Q. mongolica is more competitive for soil moisture than Q. dentata.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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