학술논문 번역(한국어 원본)갈대는 열대에서 아한대 지역 습지에 사는 다년생 식물로, 담수에서 기수까지 넓은 염분범위에서 서식 할 수 있다. 이들은 일반적으로 생물량이 높아, 하구 습지의 일차생산을 높이는 주요 생산자이다 (Brix et al 2001). 갈대는 또한 수계로 유입된 영양염 이나 오염물질을 정화하여 부영양화를 감소시킬 수 있을 뿐만 아니라 영양염을 하구생태계의 먹이사슬 내로 편입시키는 역할을 할 수 있다 (Findlay et al 2003). 갈대가 존재하는 퇴적층에서 갈대를 제거하면, 공극수 중 암모늄 농도가 높아져 갈대가 질소 제거에 큰 역할을 하고 있음이 실험적으로 증명되었다 (Findlay et al 2003). 또한 갈대 등의 식물들이 영양염을 흡수하여 식물 몸체로 만들고, 식물 사채가 퇴적층에 묻히게 되면, 하구생태계 내에서 체류시간을 증가시키고 결국 수층의 무기 영양염을 제거하는 효과를 가져온다 (Merrill and Cornwell 2000; Templer et al. 1998, Findlay et al 2003).
하구 조간대 습지에서 갈대 식생 분포에 중요한 환경요인으로는 침수 빈도, 침수 기간, 지하수위, 조석 등의 Hydrology 특성, 염분, 황화물 농도가 있다(Chambers et al 2003). 갈대는 염분과 황화물 농도가 낮을수록, 침수빈도가 낮을수록 잘 성장한다고 알려져 있다(Chambers et al 2003). 그 중에서 가장 중요한 조절요인으로 조석을 들 수 있는데, 조간대 습지에서 조석에 따른 해수면의 주기적 변동은 식생구조와 생태기능을 결정하는 기본적인 요인이기 때문이다(Odum et al. 1995, Chambers et al 2002, 2003).
침수기간의 증가는 갈대의 성장을 저해하는데, 특히 성장 초기단계의 어린 갈대에게 저해효과가 크다(Hellings and Gallagher 1992, Amstrong et al 1999, Chambers et al 2003). 침수에 대한 내성은 성장함에 따라 증가하여, 정착한 개체의 경우 장시간의 침수를 견딜 수 있다(Chambers et al 2002, 2003). Warren et al 2001은 코네티컷 강의 조간대 습지에서 갈대는 염분이나 지하수위 보다 침수기간에 의해 분포가 결정된다고 보고하였다.
염분 또한 갈대의 분포를 제한하는 요인으로 알려져 있다. 갈대는 담수부터 염수까지 넓은 염분 범위에서 서식이 가능하나, 일반적으로 담수나 염분이 낮을 때 잘 자란다고 알려져 있다 (Hellings and Gallagher 1992, Chambers et al 1999, 2003). 조간대 습지에서 갈대는 담수 지역부터 18‰ 정도의 기수지역에 가장 많이 분포한다(Chambers et al. 1999; Burdick et al. 2001). 몇몇 사례에서 염분이 높은 조간대에서도 관찰되어 왔는데, 만약 근권이 주기적으로 담수의 희석을 받는 다면, 높은 염분의 표층수에서도 견딜 수 있다고 알려져 있다(Lissner and Schierup 1997, Adams and Bate 1999, and Burdick et al. 2001).
이 밖에도 황화물의 존재도 갈대 분포에 영향을 미칠 수 있는데, 높은 공극수 황화물 농도는 갈대의 성장과 확장에 부정적인 영향을 주는 것으로 알려져 있다(Armstrong et al. 1996, Chambers et al 1998, 2003; Furtig et al. 1996)
Hydrology 특성, 염분, 황화물 농도의 효과는 서로 연관되어 있으며, 복합적으로 갈대 분포에 영향을 미친다. 일반적으로 조간대 습지에서 수리학적 특성, 특히 침수패턴과 공극수의 배수정도는 공극수 화학 물질들의 분포에 영향을 미치기 때문에, 수리적 변동에 의한 공극수 염분, 황, 산소 농도의 변화가 갈대의 성장과 분포를 결정할 것으로 생각된다(Chambers et al 2002, Howes et al 1986, Odum et al` 1995, Gosselink and Turner 1978)). 예를 들어, 조석에 의한 침수 기간이 길어지면, 산소공급이 제한되어 저산소/무산소 환경이 되기 쉽고, 이는 혐기성 호흡을 촉진시켜서 공극수에 황화수소가 축적될 수 있다 (Chambers et al 2002)
한편 갈대는 교란된 환경의 침입자로써, 한번 정착하면 다른 습지 식생들과의 경쟁에서 우위(outcompete)에 있다. 북아메리카의 경우, 지난 세기 동안 수로변경이나 간척 등 연안 이용에 의한 환경변화로, 습지 생태계에서 갈대의 침범과 급속한 팽창이 보고되어 왔다 (Roman et al 1984, Chambers et al 1999, Chamber et al 2003).
방조제 건설은 하구와 외해간의 해수 유동을 차단시켜서 하구환경에 급격한 물리 화학적 변화를 초래한다. 조석의 흐름이 제한되게 되면, 방조제 내측 조간대 지역의 침수율이 크게 낮아진다. 또한 강이나 지하수를 통하여 유입되는 담수가 외해로 바로 빠져나가지 못하고 하구에 머무르는 시간이 늘어나면서, 염분이 감소하며, 유기물, 영양염 등이 하구에 축적된다. 이러한 변화는 갈대 분포에 영향을 미치는 요인들을 바꾼다(Roman et al 1984). 코네티컷 습지의 경우, 댐의 건설로 갈대와 같은 less salt tolerant species의 서식지가 확장되고, 동시에 Spartina 군락이 점차 소실되어, 이 지역의 식생의 분포가 Spartina 우점 습지에서 갈대 우점 습지로 변모하였음을 보고하였다(Roman et al 1984).
본 연구에서는 한반도 남해 당항만에 위치한 두개의 하구 조간대 습지에 우점하고 있는 갈대 군락의 분포 양상과 그에 영향을 미치는 환경 요인을 조사하였다. 특히 자연하구인 구만천 하구와 하구둑으로 막혀있는 고성천 하구에서 갈대의 분포와 환경요인을 비교하여 인공구조물에 의한 물리 화학적 환경변화가 갈대 서식과 하구 생태계에 미치는 영향을 알아보고자 하였다. 조석에 따른 침수 패턴을 분석하여 이 지역의 갈대 분포와 침수와의 관계를 알아보았고, 공극수 염분의 장기 모니터링을 통하여, 조석 주기에 따른 표층수 염분과 갈대가 겪는 염분 변화의 관계를 실험적으로 규명하고자 하였다. |
학술논문 번역(영어 번역본)Common reeds are perennial plants that live in wetlands of tropical to boreal zones. It can grow in a wide range of salinity from fresh to brackish water. They generally have high biomass and are therefore main producers that increase primary production of estuarine wetlands (Brix et al 2001). Common reeds also decrease nutrient and contaminants induced into the water system and can contribute to decrease in eutrophication. They can also incorporate nutrient into the food chain of the estuarine ecosystem (Findlay et al 2003). It has been experimentally confirmed that reeds play a major role in nitrogen elimination as removing reeds from its sedimentary layer leads to increase in porewater ammonium concentration (Findlay et al 2003). When plants such as reeds absorb nutrients into their body and the bodies are buried in the sedimentary layer after deaths of the plants, retention time of the nutrients is increased within the estuarine ecosystem to effectively remove inorganic nutrients from the overlying water (Merrill and Cornwell 2000; Templer et al. 1998, Findlay et al 2003).
Environmental factors important for distribution of reed vegetation in estuarine intertidal wetland are hydrological properties such as flooding frequency, flooding duration, underground water level, and tides, salinity, and sulfide concentration (Chambers et al 2003). Reeds are known to grow better under low salinity, sulfide concentration, and flooding frequency (Chambers et al 2003). Of these factors, tides may be the most important regulatory factor because periodic fluctuation of sea water level by tides in intertidal wetland is the fundamental factor that determines vegetation structure and ecological functions (Odum et al. 1995, Chambers et al 2002, 2003).
Increase in flooding duration hampers the growth of reeds, with the effect greater in young reeds early in their growth stage (Hellings and Gallagher 1992, Amstrong et al 1999, Chambers et al 2003). Resistance to flooding increases with age, and reeds that have settled can withstand flooding over extended periods of time (Chambers et al 2002, 2003). Warren et al (2001) have reported that reed distribution in intertidal wetlands of the Connecticut River is determined more by flooding duration than by salinity or underground water level.
Salinity is also known to be a factor that restricts reed distribution. Reeds can grow in a wide range of salinity from fresh to brackish water, but grow better in fresh water or under low salinity (Hellings and Gallagher 1992, Chambers et al 1999, 2003). In intertidal wetlands, reeds are mostly distributed from freshwater regions to brackish water regions with up to 18 ppt (Chambers et al. 1999; Burdick et al. 2001). Some studies have reported reed growth in intertidal zones with high salinity, and suggested that reeds can withstand surface water with high salinity if rhizosphere experiences periodic dilution by fresh water (Lissner and Schierup 1997, Adams and Bate 1999, and Burdick et al. 2001).
In addition, existence of sulfides may affect reed distribution. High concentration of sulfides in porewater is thought to have negative influence on growth and expansion of reeds (Armstrong et al. 1996, Chambers et al 1998, 2003; Furtig et al. 1996).
Hydrological properties, salinity, and sulfide concentration are all inter-related and compositely affect reed distribution. Because hydrological properties, especially flooding patterns and extent of drainage of porewater, generally affect distribution of chemical compounds in porewater in intertidal wetlands, changes in concentration of salinity, sulfide, and oxygen in porewater caused by hydrological fluctuation are likely to determine growth and reed distribution (Chambers et al 2002, Howes et al 1986, Odum et al 1995, Gosselink and Turner 1978). For example, extension of flooding duration by tide will restrict oxygen supply to create a hypoxic or anoxic environment. This will stimulate anaerobic respiration to lead to accumulation of hydrogen sulfide in porewater (Chambers et al 2002).
At the same time, reeds are intruders into disturbed environments. Once settled, they outcompete other wetland vegetations. In North America, intrusion and rapid expansion of reeds in wetland ecosystem have been reported in the past century due to environmental change caused by changes in waterway or land reclamation works (Roman et al 1984, Chambers et al 1999, Chamber et al 2003).
Construction of a dyke blocks the flow of sea water between the estuary and the open sea to cause rapid physicochemical changes in the estuarine environment. When the flow of tides becomes restricted, flood ratio of the intertidal zone inside the dyke becomes significantly lower. Salinity also decreases as fresh water flowing in from rivers and groundwater cannot immediately escape to the open sea and stays longer at the estuary. Consequently, organic compounds and nutrient salts accumulate at the estuary. Such changes influence factors that affect reed distribution (Roman et al 1984). In a Connecticut wetland, for example, construction of a dam led to an expansion of habitats of less salt tolerant species such as reeds and concurrently a gradual disappearance of Spartina vegetation so that the region has changed from being Spartina dominant to reed dominant (Roman et al 1984).
In this research, we examined distribution of Phragmites australis vegetation that is dominant in two estuarine intertidal wetlands located in the Danghang Bay area of the South Sea of Korea. We compared distribution and environmental factors of reeds between the Guman Stream estuary, which is a natural estuary, and estuarine intertidal wetland in the Gosung Stream, which is closed off by an estuarine barrage, in order to elucidate the effect of physicochemical environment changes from artificial structures on reed distribution and estuarine ecosystem. We analyzed patterns of tidal flooding to examine the relationship between reed distribution and flooding. Also, long-term monitoring of porewater salinity was performed to experimentally identify the relationship between changes with tidal period in surface water salinity and salinity experienced by reeds. |
