물과 토양이 수생식물의 생육에 미치는 영향

[송홍선]

물과 토양이 수생식물의 생육에 미치는 영향

송홍선(민속식물연구소)

*본 자료는 2007년 2월 내셔널트러스트 세미나에서 발표했던 내용입니다.

수생식물을 공부하는 회원님께서는 참고하시기 바랍니다.

요약

수생식물은 생육지 환경의 물리화학적 반응, 수리와 수문 및 수질과 토질 특성뿐만 아니라 수생생태계, 토지이용, 교란 등에 의해 영향을 받는다. 생육지의 영양상태는 자연적이거나 인위적인 여러 환경요인에 의해서 유발되는데, 부영양화에 의한 영향은 조류의 수화발생으로 소형의 수생식물 생장이 어렵게 되는 대신에 키가 큰 정수식물만 살아남는다. 또한 물과 토양 pH가 낮아져 산성화가 진행되면 유해물질을 과잉 축적함과 아울러 광합성 작용을 억제시켜 엽록소와 잎조직을 파괴시킨다. 그밖에도 수성․수심․수온․유속․영양염류 등은 수생식물 각각의 생태습성에 따라 생육을 억제시키는데, 매화마름의 경우는 유속이 빠른 곳에서 생육이 매우 어렵다. 한편 매화마름이 현재 서해안의 분포가 주류를 이루는 이유는 염류의 영향으로 물이나 토양의 산성화가 발생하지 않았기 때문으로 여겨지지만 이에 대해서는 좀 더 세밀한 분석이 필요하다.

1. 시작글이라 생각하며

자연계의 수생생태계는 수질, 토질, 기질 등의 여러 환경요인에 따라 변화한다. 따라서 수생식물(water plant)은 환경요인이 변하게 되면 생육도 영향을 받는다. 수생식물 생육지의 환경은 물의 물리화학적 특성과 함께 용해염류, 영양분, 빛깔, 투명도의 변화가 심하며, 짠물과 민물, 흐르는 물이거나 고인 물에 따라서도 차이를 나타낸다(Townsend, 1980). 때문에 수생식물은 하천이나 호소의 물리화학적 반응, 수리와 수문 및 수질과 토질 특성뿐만 아니라 수생생태계, 토지이용, 교란 등에 의해서 영향을 받을 것이다.

한국산 수생식물은 연구자의 식견에 따라 그 종류가 약간 다르지만 송(2001)은 습지식물(wetland plant)을 제외한 138분류군을 진정한 수생식물로 기록한 바 있다. 더욱이 송(2005)은 제주도에 자생하는 수생식물 115분류군을 정리해 도감으로 펴내기도 했다. 이러한 한국산 수생식물 생육지의 환경조건은 분포 및 식생 또는 수질정화와 관련한 연구를 하면서 부분적으로 파악한 경우가 더러 있다(최 등, 1999；농림부, 2000；황, 2003). 그러나 그러한 물과 토양 등의 환경조건에 따라 수생식물의 생육에 어떤 영향을 미치는 것인지에 대한 연구는 미미한 실정이다.

이에 따라 본 고에서는 주제에 맞추기 위해 우선적으로 그동안 보고된 수생식물의 환경조건을 파악한 후에 이를 토대로 물과 토양에 따른 수생식물의 생육에 미치는 영향을 종합하거나 추측하고자 한다. 여기에서 필자는 해식애(sea cliff)의 해변식물 생육지에 대한 생육환경을 분석한 바 있으나 수생식물 생육지의 환경조건을 분석한 바가 없었으므로 이에 대해선 다른 연구자의 자료를 충분히 활용했음을 밝혀둔다.

2. 물과 토양 조건에 따른 수생식물의 분류

자연상태의 수생식물은 일반적으로 고착성과 부표성으로 나뉜다. 고착성 수생식물은 물 속에 고정되어 사는 식물로서, 크게 정수식물과 부엽식물 그리고 침수식물로 구분된다. 정수식물은 식물체의 윗부분이 물 위의 공기 중에 나와 있으나 아랫부분이 물 속에 잠겨 있는 식물이며, 갈대․부들․물옥잠 등이 이에 속한다. 부엽식물은 뿌리가 물 밑에 내려져 있지만 잎이 물 위에 떠 있는 식물이며, 어리련꽃․수염마름․마름 등이 있다. 침수식물은 식물체가 전부 물 속에 잠겨 있는 식물이며, 물수세미․검정말․나사말․붕어마름 등이 이에 속한다.

부표성 수생식물은 물 위에 떠다니는 부류의 수생식물로서, 크게 부수식물과 부유식물로 나뉜다. 부수식물은 줄기와 잎 등 식물체 대부분이 물 위에 떠 있는 식물이며, 개구리밥․생이가래․물개구리밥 등이 여기에 포함된다. 부유식물은 줄기와 잎이 물 속에 있고 뿌리가 퇴화해 거의 없는 식물이며, 통발 등이 있다.

이렇듯 수생식물은 이러한 일반적인 분류 이외에 본 주제발표의 내용에 따라서는 표 1과 같이 분류할 수 있다. 즉 수성에 따라서는 담수․기수․염수의 수생식물, 유속에 따라서는 유동․미동․정체의 수생식물, 수심에 따라서는 깊음․중간․낮음의 수생식물 등이고, 토양의 착근성에 따라서 토양․비토양 수생식물, 토성에 따라서는 점토․식양토․사양토․기타(바위사토)의 수생식물 등이다.

표 1. 물과 토양의 생육조건에 따른 주요 수생식물
물	수성	담수	매화마름, 줄, 물수세미, 붕어마름, 부들, 마름, 물질경이, 왜개련, 택사
		기수(汽水)	줄말, 뿔말, 칠면초, 갯개미취
		염수	거머리말, 애기거머리말, 새우말
	유속	유동	말, 말즘, 실말, 거머리말
		미동	검정말, 붕어마름, 나자스말
		정체	매화마름, 왜개련, 가시련꽃, 택사
	수심	깊음	거머리말, 새우말, 어리련꽃, 왜개련
		중간	매화마름, 부들, 줄, 물질경이, 이삭물수세미
		낮음	골풀, 구와말, 물수세미, 택사, 올미, 올챙이자리
토양	착근성	토양	갈대, 줄, 물수세미, 매화마름, 가래, 붕어마름, 부들, 마름, 물질경이, 왜개련
		비토양	개구리밥, 물개구리밥, 생이가래, 통발
	토성	점토	퉁퉁마디, 칠면초, 기수초, 갯개미취, 갯길경
		식양토(논토양)	매화마름, 마름, 물옥잠, 물달개비, 올챙이자리, 올챙이솔, 올미, 벗풀
		사양토	가래, 골풀, 물수세미, 나자스말, 나사말, 큰고랭이, 창포
		사토	거머리말, 왕거머리말
		기타(바위사토)	애기거머리말, 새우말

3. 수생식물 생육지의 수질과 토질 환경

수생식물 생육지의 물 환경은 표 2에 나타난 바와 같이 pH(수소이온농도)의 경우 7.8～8.3(낙동강)의 범위로 조사됐다(김, 2001). 이 조사는 염류의 영향을 다소 받는 낙동강 하류 대상이므로 민물의 경우는 pH가 이보다 낮을 수 있다고 본다. 그리고 김(2001)은 계절별 pH의 경우 겨울과 봄사이(1～4월)의 갈수기가 7.7～9.9로 다른 계절보다 높게 나타났다고 했는데, 이 계절은 수생식물이 자라지 않는 시기이다. 또한 용존산소는 평균 6.4～9.4mg/ℓ이지만 전체 범위는 2.4～14.5mg/ℓ으로 변화 폭이 크며 계절별로는 겨울철이 높고 여름철에 급격히 감소하는 경향이라고 했다. 따라서 수생식물 왕성하게 자라는 시기의 물 환경은 pH 7의 범위를 약간 넘나들면서 용존산소가 적은 곳이라 할 수 있다.

표 2. 수생식물 생육지의 물 환경
	낙동강 (김, 2001)	인공습지 (황, 2003)
수소이온농도(pH)	7.8～8.3	6.2～7.1
용존산소(mg/ℓ)	6.4～9.4	0.0～5.3

수생식물 생육지의 토양 환경은 표 3에 나타난 바와 같이 pH(수소이온농도)의 경우 평균 4.8～6.8 범위로서 중성토양의 7 이하로 생각된다. 또한 유기물함량은 0.1～23.3% 범위의 큰 폭 차이를 나타냈다. 토양 유기물함량은 토양 함수량(soil moisture)과 관계가 있는 것으로 여겼으며(김, 2001), 유기물함량은 갈대의 현존량과 높은 상관성이 있는 것으로 보인다.

표 3. 수생식물 생육지의 토양 환경
	낙동강 갈대군락지 (김, 2001)	경기 발안천 (농림부, 2000)	보령 논토양 (최 등, 1999)	한국 논토양 (허 등, 1997)
수소이온농도(pH)	5.2～6.8	4.8～6.6	5.4～5.8	5.6～6.3
유기물(%)	1.4～23.3	0.1～7.8	-	1.1～2.6

4. 환경요인에 따른 수생식물의 생육관계

1) 수생식물 생육지의 환경요인

일반적으로 수생식물은 물 속에서 살거나 식물체의 일부가 물 속에 잠겨 있고 대롱모양의 관다발이 발달해 있는 식물이다. 좀 더 정확하게 풀이하면 수생식물은 정상적으로 물에서 살아가는 식물로서 환경변화에 따라 물 밖에서도 생활할 수 있으나 적어도 어느 한 시기 이상 물 속에서 살아가는 식물이다. 따라서 수생식물은 생육지의 물과 토양 환경, 즉 영양상태 등에 따라 생육과 분포가 제한될 수 있다.

생육지의 영양상태는 자연적이거나 인위적인 여러 환경요인에 의해서 유발되는 이화학적, 생물학적 반응들의 결과로 결정된다. 부영양화(eutrophication)의 측면에서 보면 자연적 요인은 본래 생육지의 환경조건으로, 인위적 간섭이 없거나 있어도 그 영향이 적은 경우이며, 기상, 수문, 지형 등을 들 수 있다(岩佐義朗, 1990). 또한 인간의 활동과 관련 있는 인위적 요인은 각종 이수사업, 취수, 수산활동 등이다. 이의 영향으로 수생식물의 생육지는 변질되거나 오염돼 결과적으로 생육과 분포에 영향을 주게 된다.

표 4. 수생식물 생육지의 환경요인(岩佐義朗, 1990)
자연적 요인	인위적 요인
○기상조건 기온, 수온, 일조량, 바람, 습도 ○수문조건 강우, 강설, 증발산 ○지세, 지형상태 지진, 경사도, 토사유출, 화학조성, 식생 ○수리조건 표류수, 지하수침투	○사회활동 호변환경정비, 도시환경정비(도시화, 토지이용형태의 변경), 오염부하발생, 수자원보전과 개발 ○경제활동

2) 물 환경이 수생식물 생육에 미치는 영향

수생식물 생육지의 물 환경은 부영양화가 가장 큰 변화를 초래한다. 부영양화의 물리적 성질은 물 빛깔이 녹색이나 갈색이며 투명도가 5m 이하로 떨어진다(표 5). 수질은 pH가 중성에서 약알카리성으로 변하는 경우가 많다. 용존산소농도는 표수층이 포화하는 반면에 심수층은 현저히 감소하는데, 산소의 소비는 주로 플랑크톤 사체의 산화에 의한 것이다. 또한 플랑크톤 및 그의 사체에 의한 현탁물질이 많다. 또한 부영양화의 물은 유기물이 많고 부식 저질(底質)이며, 식물상은 풍부해지며 생산력이 높고 얕은 곳에만 생긴다(박, 1999).

따라서 부영양화에 의한 영향은 조류의 수화(water bloom)발생과 식물성 플랑크톤의 개체수가 증가하며 수중의 현탁물질량이 늘어나고 투명도가 떨어짐과 아울러 pH가 약간 높아진다. 그리고 이취미를 방출하는 유기물의 생성되고, 대형수생식물이 번성하게 된다. 즉 소형의 수생식물은 조류의 수화발생으로 광합성 작용이 억제돼 생장이 어렵게 되는 대신에 키가 큰 정수식물만 살아가게 될 것이다.

한편 물 환경은 수온이 생장 억제요인이 될 수 있다. 예컨대 미나리는 수온이 15℃에서 생육도가 가장 컸으나 수온 26～37℃의 저산소에선 고사현상이 뚜렷하고, 부레옥잠은 가을철의 낮은 수온이 생장을 억제하는 것으로 보고된 바 있다(황, 2003). 이밖에도 수생식물은 생태적 습성, 즉 유속이나 수심 등에 따라서 생육이 가능하거나 불가능한 종류가 있다. 따라서 유속이나 수심 등은 수생식물의 종류에 따라 생장 억제요인으로 작용할 수 있다.

3) 토양 환경이 수생식물 생육에 미치는 영향

농림부 보고서(2000)는 경기도의 수생식물 생육지 하천(발안천, 양재천, 사기막천)을 대상으로 하는 수생식물 환경생태 모니터링을 통해 토양호흡은 여름철에 증가하는 경향이었는데, 이는 지온의 증가에 의한 영향으로 고찰하였다. 토양 유기물함량은 양재천과 사기막천에서 하류로 갈수록 증가하였으나 발안천에서는 종적으로 증감을 나타냈다고 했다. 또한 토양호흡, 지온, 토양수분, 토양 유기물함량간의 상관성 분석에서는 동일조사시점에서 지온, 계절별로는 수분과 유기물함량이 높은 상관성을 보이는 것으로 보고한 바 있다.

표 5. 부영양화의 일반적 현상과 영향(박, 1999)
현상	물리적 성질	○물색은 녹색이나 갈색 ○투명도는 5m 이하
	수질	○pH는 중성에서 약알카리성(여름에 표층이 강알카리성으로 되기도 함) ○용존산소농도는 표수층은 포화 또는 과포화, 심수층에서는 현저히 감소함. 산소의 소비는 주로 플랑크톤 사체의 산화에 의한 것임 ○현탁물질은 플랑크톤 및 그의 사체에 의한 현탁물질이 많음 ○영양염류는 다량존재(N>0.2ppm, P>0.02ppm)
	생물상	○생산력은 높음( 200mgC/m2/day 이상) ○클로로필a(5∼140 mg/m3, 20∼140 mg/m2) ○식물성 플랑크톤(담수의 경우 여름에 남조류에 의한 수화가 발생)과 동물성 플랑크톤(윤형동물류 증가) 풍부 ○저서생물 종류가 감소하고 산소부족에 내성이 강한 종류가 우점 ○어류의 양이 많음(붕어, 잉어, 장어 등의 暖水性 어종) ○연안식물 풍부(얕은 곳에만 생김)
	저질(底質)	○유기물이 많고 부식저질
영향	수질	○남조류나 규조류의 수화발생 등, 식물성 플랑크톤의 개체수가 증가 ○수중의 현탁물질량의 증가 ○이취미를 방출하는 유기물의 생성 ○수중이나 외부에서 유입한 유기물질에서의 부식물질의 생성 ○식물성 플랑크톤에 의한 물의 착색, 투명도의 저하 ○대형수생식물의 번성 ○pH의 상승 ○저질표면 부근 및 심수층의 용존산소농도 저하, 특히 용존산소농도가 0에 가까워지면 저층부근이 환원돼 메탄가스 발생, 인의 용출, 철, 망간의 용출
	상수	○원수의 유기물량의 증가로 인한 과다한 염소처리로 트리할로메탄의 생성 ○킬레이트 물질의 증가로 인한 웅집처리의 저해 ○조류 때문에 완속 및 급속여과지나 스크린의 폐쇄 ○소독과정에서의 장해 ○조류의 대량증식에 의한 이취미발생 ○심수층의 산소고갈로 인한 철, 망간의 용출 ○조류가 생산하는 독소에 의한 건강상의 장해
	농림수산업	○조류의 호흡, 분해에 의한 용존산소의 부족 및 유독물질의 방출에 따른 어류 폐사 ○부영양화된 호소수나 하천수를 관개용수로 이용할 경우 고농도의 질소에 의해 경작장해
	취미활동	○물의 착색으로 인한 미관상의 불쾌감 유발 ○남조류의 녹조현상이 발생한 경우 수영 등 물과 접촉하는 활동에서 불쾌감 유발 ○이취미가 발생하여 수변의 산책에도 불쾌감 유발

이에 따라 수생식물의 분포는 생육지 환경의 어떤 한 요인에 의해 지배적으로 영향받지 않는 것으로 여겼는데, 즉 범람의 정도나 하천의 개조상태, 인위적 교란 정도 등 다른 환경요인이 더 큰 영향을 주는 것으로 분석했다.

5. 마침글을 대신하며

만약 수생식물 생육지의 물과 토양 pH가 낮아져 산성화가 진행되면 인산이온의 용출이 어려워 알루미늄, 망간이온이 용해하기 쉬워지고, 산성토양은 생물이 필요로 하는 물질을 결핍시키고 유해물질을 과잉 축적하게 된다. 토양의 산성화 및 영양분의 용출은 유기물 분해 호흡 효소활성 등을 격감시킬 수 있다. 또한 수생식물의 광합성 작용을 억제하여 엽록소와 잎조직이 파괴될 수 있다. 스웨덴에서도 곰팡이류 균사가 호소바닥에 널리 퍼졌고 노르웨이에서도 산성화에 의해 금속류가 용출돼 물속에 알루미늄이온 농도가 높아지는 등의 피해가 있었다.

아무튼 수생식물은 환경요인이 변할 경우 생육과 분포에 영향을 받는다. 그렇지만 환경요인에 따른 수생식물 생육의 영향은 각 식물의 생태적 조건에 따라 다르므로 모든 수생식물을 동일한 관점에서 판단하는 것은 옳지 않다. 예컨대 물 환경의 변화는 물위를 떠다니는 부표식물이나 부유식물에 영향을 줄 것이고, 토양 환경의 변화는 뿌리를 땅에 고착시키는 수생식물에 영향을 줄 것이다. 그밖에도 생태적 습성을 비롯해 수심․수온․유속․영양염류 등에 따라 이에 잘 견디는 수생식물이 있는가 하면 잘 견디지 못하는 종류가 있을 수 있다. 즉 정수식물의 물옥잠은 깊은 물 속에 잠기면 살아가기가 어렵고, 깊은 물에 자라는 가시련꽃은 얕은 물에서 생육이 제한받는다. 또한 물흐름이 없는 곳에 자라는 매화마름은 물흐름이 빠른 곳에서 자생이 매우 어렵다.

한편 최근 들어 수생식물을 이용한 수질정화 연구가 많이 수행되고 있는데, 이 연구의 가설 설정은 부영양화 등 오염이 진행된 생육환경을 변화시키는데 초점이 맞춰져 있다. 실험결과는 수생식물을 무작위로 선정해 수질정화 효과의 많고 적음을 측정하고 있다. 더군다나 오염된 수질지역에 수생식물을 심어 정화해야 한다는 견해도 많은 것으로 안다.

그렇다면 여기에서 지적하고 싶은 것이 있다. 이러한 연구는 수생식물이 심각하게 오염된 생육환경에서 모두 잘 자란다는 전제조건일 때만이 가능한 것이다. 그러나 모든 수생식물이 오염된 생육환경에서 잘 자라는 것은 아니다. 오히려 수생식물은 육상식물보다 생육환경 변화에 더욱 민감하게 반응하는 식물이다. 오염된 환경조건에서는 수생식물이 살 수 없다. 따라서 수생식물을 이용한 수질정화 연구는 생육환경의 변화에 적응이 가능하거나 물리화학적 생육조건 등이 규명된 대상식물을 선정하는 발상이 필요하다고 본다. 또한 수질정화의 목적으로 이미 오염된 수질지역에 수생식물을 식재하더라도 살아남기가 어렵다. 무엇보다도 오염된 지역에 수생식물을 심어 억지로 살아남게 하기보다는 그 이전에 수생식물이 잘 자랄 수 있도록 오염시키지 않는 것이 중요하다.

끝으로 본 토론회 주제인 매화마름은 현재 서해안을 끼고 있는 논밭이나 도서지방 물웅덩이의 분포가 주류를 이루고 있다. 이런 분포지역을 억지의 해석으로 생육환경과 관련시켜 보면, 혹시 깊숙한 내륙의 물웅덩이는 산성화에 의한 물 환경의 변화로 생육이 줄어들었을 것으로 추측해 보면 어떨까. 해안을 끼고 있는 곳이나 도서지역은 염류의 영향으로 물이나 토양의 산성화가 발생하지 않거나 덜 진행되기 때문이다. 이에 대해서는 앞으로의 연구과제로 남겨두고자 한다.

참고문헌

Townsend, C. R. 1980. The ecology of streams and rivers. Edward Arnold Publishers Ltd., London.

김구연. 2001. 낙동강 하구의 수생관속식물의 분포와 생장에 관한 연구. 동아대 석사학위논문.

농림부. 2000. 농업생태환경 모니터링 및 종합적 환경관리시스템 개발사업. 사업과제 최종보고서.

박혜경. 1999. 호소 부영양화. http://www.aak.or.kr

송홍선. 2001. 재배보호가 가능한 한국산 수생식물의 이용별 분류와 특성. 한국토종연구회 세미나 자료.

송홍선. 2005. 제주자생 수생식물도감. 풀꽃나무.

岩佐義朗. 1990. 湖沼工學. 山海堂.

조홍규. 2000. 수초, 골재 하수처리장에서 정수식물의 생육상태 조사. 한국교원대 석사학위논문.

최진규, 구자웅, 손재권, 한강완, 조재영, 김선주. 1999. 보령 담수호 유역의 논토양 및 하천수질 특성. 한국농공학회 학술발표회 논문집.

허봉구, 임상규, 김유학, 이계엽. 1997. 우리나라 논토양 유형별 이화학적 특성. 한국토양비료학회지 30(1)：62-66.

황동진. 2003. 생태공학적 처리기술을 이용한 영양염류 제거. 서울시립대 박사학위논문.

[송홍선]

본 자료는 수생식물에 관심을 가진 본 카페 회원님께서 수생식물 관련 자료를 요청한 바, 이에 대한 자료 제공을 위해 예전에 세미나에서 발표했던 내용을 소개했습니다. 고맙습니다...

[예린]

넘,너무 감사합니다. ^^

[금성/이동식]

매화마름 자료 감사 함니다.

[요달공초]

좋은 자료 잘 보았습니다. 감사합니다^^