금강수계 공주보와 백제보의 식물상 변화 분석

1. 서론

하천은 ‘크기에 관계없이 구배를 가지고 일정한 물길을 따라 흐르는 수괴’를 의미하며, 연속성을 가지며(Vannote et al., 1980; Hauer et al.,, 1996), 구조적·기능적 상호 작용 및 연결을 담당하는 중요한 연결경관요소(Zonnoveld and Forman, 1990)로서 국가 생태계관리를 위한 핵심적 생태계이다(Naiman et al., 1993; Lee, 1999). 또한, 하천은 물이 흐르는 중심공간인 수역뿐만 아니라 주변의 식생대를 포함하는 육상생태계를 연결해줌으로써, 생물의 생산성과 종다양성이 매우 높다(Odum, 1983). 하천생태계는 지형적 특성과 환경 변수에 따라 종다양성 변화가 많은데 수심 등의 물리성과 pH, 염분함량, 부영양화 등의 화학성이 직접 관계되며, 유수 등도 식생이나 종다양성에 영향을 미쳐 할 수 있어 독특한 생태계를 구성하고 있다(Lee et al., 1999).

우리나라 하천 생태계는 지난 40년간 댐, 보 건설 등으로 인한 수리·수문학적 조절과 제방에 의한 생태통로의 단절로 생물종 다양성이 감소하고(Joo et al., 1997), 하천 식생이 갖고 있던 다양한 생태적 기능들 또한 사라져 여러 문제가 야기되고 있다(Hu, 2010). Ministry of Environment(2007) 조사에 의하면, 당시 전국 지방하천 중 하천의 모습을 유지하고 있는 구간은 약 55%에 불과하고 생태계 회복 가능성이 있는 구간이 약 15%, 그리고 생태계 훼손이 심각하여 회복이 힘든 하천은 30% 정도로 나타났다(Lee et al., 2018). 당시의 하천정비방법은 제방축조를 통한 복단면화, 하도의 직강화, 하폭의 확대 등이었다(Park, 2008). 하지만 하천을 복개하여 공원, 주차장, 도로 등으로 이용하고 있어 하천생태계의 혼란을 초래하고 있으며, 이러한 인공 정비는 동식물의 서식공간을 감소시켰다(Lee, 2016; Lee, 2020).

우리나라 환경부에서는 수생태계를 보존하는 방향으로 전환하고 있으며, 「물환경보전법」에 의거하여 물환경과 하천수생태계의 건강성 확보를 위해 4대강 사업이 수행되었고, 4대강 대권역의 장기 생태 모니터링 사업을 추진하고 있다(National Insitute of Environmental Research, 2019). 4대강 살리기 사업은 보 설치, 제방보강, 하도정비, 환경정비, 생태하천 조성 등을 주요 사업내용으로 하천에 대한 종합적인 정비를 통해 기후변화 대비, 물 문제 해결, 지역균형 발전, 자연과의 조화, 친수 공간 창출 등을 목표로 추진되었다(Min, 2018). 하천은 다양한 생물의 서식환경을 갖추고 있는데, 대부분의 서식 환경은 하천의 형태와 식생에 의해 만들어진다고 할 수 있을 정도로 식생의 역할은 매우 중요하여, 하천 형태의 다양함과 본래의 식생 회복이 하천 생태계 회복의 원점이라고 할 수 있다(Lee et al., 1999). 그렇기 때문에 훼손된 자연 하천을 회복하기 위해서는 해당 공간의 환경요인을 고려한 적합한 식생이 조성되어야 하며, 현재 잔존 식생이 무엇이며, 해당 지역의 자연 및 인문 사회 환경을 반영한 그 지역의 식물상을 제대로 파악하여야 한다(Lee and You, 2002; Jeong et al., 2004).

금강 수계에 4대강 사업으로 총 3개의 보인 공주보, 백제보, 세종보가 설치되었으며, 해당 보들은 홍수를 저감하고 수자원을 확보하는 효과가 나타나고 있지만 수질에 대해서는 녹조 발생 등 부정적인 현상 등이 나타나고 있는 실정이다(Ministry of Environment, 2019). 하천 구간에 건설된 인공구조물이 수환경과 생물상에 미치는 영향에 관한 연구는 국외에서 이미 많은 연구가 진행되었으며, 환경에 따른 적합한 식물군락 및 관련 종에 대한 제시가 이루어지고 있다. 그러나 선진 외국은 환경 및 식물 종이 차이가 나고 행정 제도 및 기준(Yamazaki et al., 2000)마저도 다르기 때문에 국내에 적용하기는 어려운 실정이다(Han, 2013). 국내에서는 일부 연구자에 의해서 연구된 바 있으나, 국소 지점의 환경요인 변화가 단일 생물상에 미치는 영향 등 극히 제한적인 연구가 대부분이다(Kim et al., 2008; Han, 2013; Cho et al., 2015; Lee, 2016, 2020; Park, 2020; Han, 2021). 과거 보를 설치 전에 금강 수계를 중심으로 식물상 연구가 수행된 바는 있으나(Kim et al., 2009), 보 설치 후, 공주보와 백제보를 대상으로 한 연구는 없는 실정이다.

따라서 본 연구는 4대강 사업으로 건설된 금강의 공주보와 백제보의 하천 변에 분포하는 관속식물상을 조사하고, 10년간 관속식물 종수를 비교 분석함으로써 금강 유역의 하천 생태계의 관리 및 회복을 위한 기초자료를 제공하고자 한다.

2. 재료 및 방법

2.1. 연구지 개황

금강은 중심수계 유역면적 9,810 ㎢에 달하는 우리나라 4대강 중의 하나이며, 동경 126 °40 ′25 ″~ 128 °03 ′53 ″, 북위 35 °34 ′47 ″~ 37 °03′03″ 범위에 한반도 중서부에 위치한다. 금강 유역에 공주보, 세종보, 백제보 총 3개의 보를 설치하였으며, 그 중 공주보와 백제보를 연구지역으로 선정하였다(Fig. 1).

Fig. 1.

Map showing the locations of Gongju-weir (top right (A)) and Baekje-weir (bottom right (B)) in the Geumgang River, Republic of Korea. The blue line box in the picture on the left indicates the research site, the sky blue indicates the Geumgang River, and the yellow dots indicate the location of the weirs.

공주보는 해발고도가 4.5 m에 해당하며, 연 평균 기온 13.1℃, 연간 강수량 1,496 mm이며, 연간 일평균 최고 온도와 최저 온도는 각각 31.5℃, –6.6℃이었다. 백제보는 해발고도가 3.4 m에 위치하며 공주보보다 하류에 위치한다. 얀 평균 기온 13.3℃, 연간 강수량 1,625 mm이었으며, 연간 일 평균 최고 온도와 최저 온도는 각각 28.4℃, -5.2℃이었다.

3. 결과 및 고찰

3.1. 관속식물상 현황 및 비교

3.1.1. 식물상

공주보의 식물상은 65과 173속 217종 2아종 21변종 1품종 등 총 241분류군이었다(Appendix 1). 그 중, 귀화식물은 총 52분류군이었으며, 생태계교란생물은 7종(가시박, 애기수영, 돼지풀, 단풍잎돼지풀, 미국쑥부쟁이, 가시상추, 환삼덩굴)으로 출현하였다(Table 1). 한편, 특산식물, 멸종위기식물, 희귀식물 등의 보호종은 확인되지 않았다.

Table 1.

List of naturalized and invasive plants distributed in Gongju-weir (GW) and Baekje-weir (BW), Geumgang River, Republic of Korea

백제보의 식물상은 69과 187속 252종 2아종 24변종 1품종 등 총 279분류군이었다(Appendix 1). 그 중, 귀화식물은 총 53분류군이었으며, 생태계교란생물은 8종(가시박, 가시상추, 단풍잎돼지풀, 돼지풀, 미국쑥부쟁이, 양미역취, 애기수영, 환삼덩굴)으로 출현하였다(Table 1). 한편, 특산식물, 멸종위기식물, 희귀식물 등의 보호종은 확인되지 않았다.

공주보와 백제보의 관속식물상의 유사도 지수를 비교한 결과, 0.88지수로 나타났으며, 전체 312분류군 중에서 공통으로 출현한 종은 208분류군이었다(Appendix 1).

공주보와 백제보의 관속식물은 총 312분류군으로, 국립생물자원관의 2021년 국가생물다양성통계자료집에 의한 한반도 관속식물 4,606분류군의 6.7%에 해당하였다. 또한, 동일지점에서 관속식물 종수 모니터링 결과, 전년도 대비 현재 공주보에서는 16분류군, 백제보에서는 14분류군으로 10분류군 이상 증가하였다. 또한, 같은 해 식물상 조사가 수행된 낙동강 수계 8개 보의 관속식물상은 상주보에서 145분류군이었으며, 낙단보에서가 128분류군, 구미보에서가 145분류군, 칠곡보에서가 121분류군, 강정고령보에서가 116분류군, 달성보에서가 111분류군, 합천창녕보에서가 107분류군 그리고 창녕함안보에서가 116분류군이었다(Han, 2021). 낙동강 8개의 관속식물의 종수와 금강의 보와 비교하였을 때, 금강수계 공주보와 백제보에서가 낙동강의 보들보다 최대 163분류군이나 더 많았다. 또한, 본 연구 결과인 금강수계 보 내에서도 단독 출현 종은 백제보(71분류군)에서가 공주보(33분류군)에서보다 12% 더 많은 분류군이 출현하였으며, 떡갈나무, 모감주나무, 배롱나무, 벚나무, 측백나무, 팽나무, 양버즘나무 등의 식재종과 끈끈이대나물, 미국나팔꽃, 독일붓꽃 등의 귀화식물을 포함한 자생식물 등이 출현하였다(Appendix 1).

이처럼 보 별로 관속식물상 수가 차이를 보이는 이유는 지역적, 공간적으로 특징을 가진 식재종 및 귀화식물 등을 포함하고 있기 때문으로 판단된다(Kim et al., 2009). 또한, 공주보보다 백제보에서 다양한 분류군이 조사된 것은 수변공간의 면적이 넓어서 비교적 많은 식물이 나타난 것으로 판단된다 그럼에도 불구하고 백제보와 공주보의 중복종은 67%로 차지하는 것으로 나타나서 높은 중복성을 보이며, 금강수계 내 쉽게 관찰되는 종이자 대표 식물종이라고 판단된다.

3.1.2. 과별 출현 종수

공주보의 과별 출현 종수는 벼과(Poaceae)가 38 분류군(15.8%)으로 가장 많았으며, 그 다음 순은 국화과(Asteraceae)가 30 분류군(12.4%), 콩과(Fabaceae)가 22 분류군(9.1%), 마디풀과(Polygonaceae)이 14 분류군(5.8%), 십자화과(Cruciferae)가 11 분류군(4.6%), 사초과(Cyperaceae)가 10 분류군(4.1%), 장미과(Rosaceae)가 9 분류군(3.7%) 그리고 그 외의 과는 107 분류군(44.4%) 등이었다(Table 2).

Table 2.

Total number and ratio of taxa by family in Gongju-weir and Baekje-weir, Geumgang River, Republic of Korea

백제보의 과별 출현 종수(%)는 벼과(Poaceae)가 41 분류군(14.7%)으로 가장 많았으며, 그 다음 순으로는 국화과(Asteraceae)가 31 분류군(11.1%), 콩과(Fabaceae)가 25 분류군(9.0%), 사초과(Cyperaceae)가 22 분류군(7.9%), 마디풀과(Polygonaceae)가 15 분류군(5.4%), 장미과(Rosaceae)가 14 분류군(5.0%), 십자화과(Cruciferae)가 9 분류군(3.2%) 그리고 그 외의 과는 122 분류군(43.3%) 등이었다(Table 2).

공주보와 백제보의 과별 출현 종수(%)는 벼과(Poaceae)가 45분류군(14.4%)이었으며, 국화과(Asteraceae)가 34분류군(10.9%), 콩과(Fabaceae)가 27분류군 (8.7%), 사초과(Cyperaceae)가 22분류군(7.1%), 마디풀과(Polygonaceae)가 16분류군(5.1%) 등으로 나타났으며, 상위 10개 과에 포함되는 식물종은 전체 관속식물분류군의 195분류군(62.5%)으로 차지하였다(Table 2). 각 보 별 또는 공주보와 백제보의 출현 식물종은 일부 과에 편중된 경향을 보였다. 본 연구과 일치하게, 국내 하천에서도 벼과, 국화과, 사초과, 마디풀과, 콩과 등의 과들이 높은 비율로 우점하고 있는 것으로 보고되었다(Sin et al., 2003; Kim et al., 2009; Lee et al., 2018; Han, 2021).

3.1.3. 생활형

공주보의 전체 241분류군에 대한 생활형의 종수는 일년생식물(Th)은 94분류군(39.0%)으로 가장 많았으며, 반지중식물(H)은 48분류군(19.9%), 수생식물(HH)은 35분류군(14.5%), 교목(MM)은 17분류군(7.1%), 저목(N)은 14분류군(5.8%), 지중식물(G)은 13분류군(5.4%), 지표식물(Ch)은 11분류군(4.6%) 그리고 아교목(M)은 9분류군(3.7%) 순으로 나타났다(Figure 2).

Fig. 2.

Ration(%) of Raunkiaer life forms in vascular plants of Gongju-weir (left) and Baekje-weir (right) in the Geumgang River, Republic of Korea. M; Microphanerophytes, Th; Therophytes, H; Hemicrytophytes, G; Geophytes, Ch; Chamaephytes, HH; Hydrophytes, MM; Megaphanerophytes, N; Nanophanerophytes.

백제보의 전체 279분류군에 대한 생활형의 종수는 일년생식물(Th)은 101분류군(36.3%)으로 가장 많았으며, 반지중식물(H)은 54분류군(19.4%), 수생식물(HH)은 51분류군(18.3%), 교목(MM)은 19분류군(6.8%), 저목(N)은 15분류군(5.4%), 지중식물(G)은 15분류군(5.4%), 지표식물(Ch)은 12분류군(4.3%) 그리고 아교목(M)은 11분류군(4.0%) 순으로 나타났다(Figure 2).

공주보와 백제보에서 출현한 식물의 생활형은 대부분이 일·이년생 초본이 높은 비율로 차지하였는데, 연구지역이 식생 천이 초기 단계로 안정화되지 못하고 외부로부터 빈번한 교란 또는 그러한 환경이 되기 쉬운 상태임을 보여준다. 또한, 공주보와 백제보의 수변 공간은 출입이 자유로우며, 답압, 제초 등의 인위적인 교란이 빈번하였기 때문에 다년생 식물보다는 교란에 적응력이 높은 일·이년생식물이 많이 출현한 것으로 고려된다(Shin et al., 2003; Kim and Lim, 2006; Han et al., 2007). 또한, 일·이년생 초본은 교란이 발생하면 제일 먼저 유입되고 단기간에 번식생산을 하는 생활사의 특징을 가지고 있어서 본 연구지역에서 높은 비율로 나타난 것으로 판단된다. 이로 보아 금강보와 백제보 수변공간을 대표하는 생활형은 일년생식물로 확인되었다.

3.2. 관속식물상의 변화

공주보와 백제보의 10년간 관속식물 종수의 변화는 총 출현 종수, 귀화식물 종수 그리고 생태계교란생물의 종수가 증가하는 경향을 보였다(Fig. 3).

Fig. 3.

Changes in the number of vascular plants by the year in Gongju-weir (red) and Baekje-weir (blue), Geumgang River, Republic of Korea. The numbers above the line graph indicate the number of vascular plant taxa.

총 출현 종수는 공주보와 백제보 모두 보 설치 공사('10년~'12년) 이후 2013년부터는 증가하는 경향을 보였지만 2015년과 2016년에 다시 감소하였다. 2017년부터 2020년까지 총 출현 종수는 꾸준히 증가하였다. 공주보에서는 2010년에 138종이 출현하였고, 2020년에는 총 241종이 출현하였다. 10년 동안 103종이 증가하였고, 2020년에 가장 많은 종이 출현하였다. 백제보에서는 2010년에 232종이 출현하였고, 2020년에는 총 279종이 출현하였다. 10년 동안 47종이 증가하였고, 2020년에 가장 많은 종이 출현하였다(Fig. 3). 공통적으로 2020년에 가장 많은 종이 출현하였는데, 이는 일·이년생 초본이 증가하고 외래식물의 유입이 증가하였기 때문으로 판단된다.

귀화식물 종수는 공주보에서 2010년에 26종이 출현하였고, 2020년에는 총 57종이 출현하였다. 10년 동안 31종이 증가하였고, 2020년에 가장 많은 종이 출현하였다. 백제보에서는 2010년에 38종이 출현하였고, 2020년에는 총 53종이 출현하였다. 10년 동안 15종이 증가하였고, 2020년에 가장 많은 종이 출현하였다(Fig. 3). 귀화식물은 빈번한 교란과 인간에 의해 간섭받거나 훼손된 지역에서 주로 출현하는데(Han et al., 2007), 공주보와 백제보의 수변공원 이용자들의 잦은 출입으로 인한 답압과 지속적인 식생 관리를 위한 예초 및 제초 등의 활동으로 인하여 계속하여 보 수변공간에서 빈번하게 출현하여 증가한 것으로 판단된다.

생태계교란생물 종수는 공주보에서는 2010년에 2종(단풍잎돼지풀, 돼지풀)이 출현하였고, 2020년에는 7종(가시박, 가시상추, 단풍잎돼지풀, 돼지풀, 미국쑥부쟁이, 애기수영, 환삼덩굴)이 출현하였다. 10년 동안 5종이 증가하였고, 2020년에 가장 많은 종이 출현하였다. 백제보에서는 2010년에 4종(가시박, 단풍잎돼지풀, 돼지풀, 애기수영)이 출현하였고, 2020년에는 총 8종(가시박, 가시상추, 단풍잎돼지풀, 돼지풀, 미국쑥부쟁이, 양미역취, 애기수영, 환삼덩굴)이 출현하였다. 10년 동안 4종이 증가하였고, 2020년에 가장 많은 종이 출현하였다(Fig. 3).

관속식물상 중 생태계교란식물은 생물다양성을 위협하는 가장 주요한 요인 중의 하나로서 생태계에 부정적인 영향을 미칠 뿐만 아니라 질병 전파 등 인간에게도 피해를 주고 있는 것으로 알려져 있다(National Institute of Ecology, 2015, 2016; Kim et al., 2017). 2020년에 생태계교란생물은 공주보에서 7종이, 백제보에서는 8종이 출현하였다. 두 개의 보에서 동일하게 출현하였던 종은 가시박, 가시상추, 단풍잎돼지풀, 돼지풀, 미국쑥부쟁이, 애기수영, 환삼덩굴이었다. 그 중 특히 환삼덩굴은 하천 변, 제방, 둑, 고수부지, 도로 등 넓게 분포하고 있었는데, 다른 생태계교란생물보다 물리적환경이 상이한 곳에서 더 안정적으로 정착하는 것으로 판단된다(Park, 2020). 실제로 본 조사 대상 지역 내에서도 2020년의 환삼덩굴군락의 면적은 공주보는 13,052.68 ㎡, 백제보는 8,141.81 ㎡이었으며, 특히 공주보가 백제보보다 출현면적이 넓었고 공주보에서 환삼덩굴군락의 면적이 증가하였다. 이러한 환삼덩굴의 안정적인 정착과 넓은 면적의 군락 형성은 공간의 빠른 잠식을 통해 주변 식물 종들에게 피해를 줄 수 있을 것으로 판단된다(Han, 2021). 환삼덩굴과 마찬가지로 가시박을 포함한 출현한 생태계교란생물들은 대부분이 1년생 덩굴성 초본으로서 다른 식물 종을 피압하여 분포하는 것으로 확인되었다.

이처럼 생태계교란식물의 유입과 군락 형성은 향후 자생하고 있는 식물을 피압하여 식물상의 단순화를 유발할 수 있을 것으로 고려된다(Han, 2021). 보를 개방 한 후 증가한 생태계교란생물 종수와 출현 면적의 증가를 방지하기 위해서는 이들의 발생 초기에 제거가 가장 바람직할 것으로 판단된다(Moon and You, 2016). 아울러, 매우 광범위하게 확산된 생태계교란종의 관리를 위해서는 생물학적 방제(Krebs, 1972; Moon and You, 2016)도 고려되어야 한다. 이미 생태계교란식물 중 단풍잎돼지풀의 주요 기주식물은 돼지풀잎벌레로 밝혀졌으며 이를 활용하여 식물 제거 방안과 생물학적 방제 대상 종 등이 주목받고 있는 실정이다(Yamazaki et al, 2000; Zhou et al, 2014; Kim et al., 2017; Lee et al., 2023). 이처럼 광범위하게 분포 면적을 확장하고 있는 생태계교란생물에 대한 생물학적 방제 방법과 그 가능성을 확인하기 위한 초식곤충에 대한 기초연구가 필요할 것으로 보인다.

한편, 보 개방 전 후의 외래종의 장기간의 변화는 부분 개방한 백제보가 완전 개방한 공주보보다 훨씬 크게 증가하였다. 이러한 결과는 외래종의 침임과 정착에는 보의 개방의 정도는 영향이 없음을 의미하는 것으로 판단된다.

4. 결 론

2020년 금강수계 내 금강보와 백제보의 관속식물상의 현황을 파악한 결과, 공통 출현종은 88%로 유사하였으며, 보호종은 출현하지 않았다. 보 별 10년간 관속식물 종수의 경향은 총출현, 귀화식물 그리고 생태계교란생물은 증가하는 경향을 보였다. 다만, 보 개방 전 후의 외래종의 장기간의 변화는 부분 개방한 백제보가 완전 개방한 공주보보다 훨씬 크게 증가하였다. 이러한 결과는 외래종의 침임과 정착에는 보의 개방의 정도가 영향이 없음을 의미한다.

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