1. 서 론
2. 연구 방법
2.1 조사지
2.2 식생 구조 조사
2.3 노출 모래톱 및 식생의 분포 조사
2.4 자료 분석
3. 결 과
3.1 보 개방 후 모래톱의 형성과 식물군집 정착
3.2 모래톱의 식생 분포
3.3 모래톱 식생의 변화 과정
4. 고 찰
5. 결 론
1. 서 론
온대 몬순 기후에 속하는 한반도는 여름에 강수가 집중되고 이 강수가 하천으로 흐르기 때문에 하천 공간이 넓게 형성된다 (Woo 2008, Ghosh and Mistri 2015). 또한 홍수에 의해 많은 유사가 하천에 공급되어 평수기의 좁은 저수 하도 밖에는 모래나 자갈로 구성된 사주가 넓게 형성된다 (Wright and Kaplinski 2011). 유사 공급과 수위변동에 의하여 형성되는 하도의 모래톱 (사주, sandbar)은 주로 하천 중, 하류에서 모래로 구성된 하상 노출지 또는 유사 퇴적지로서 독특한 야생생물과 식생의 생육지가 된다 (Oh et al. 2011, Kim et al. 2013, Farnsworth 2017).
식생 천이는 식물군집이 주변 환경과 상호작용하면서 시간의 흐름에 따라 종 조성과 군집 특성이 변화하는 현상이다 (Whittaker 1965). 하천의 식생 천이에서 중요한 환경요인 중의 하나인 유수에 의한 교란은 물흐름과 지형의 상호작용에 의해 발생한다 (Whited et al. 2007). 이러한 상호작용은 수로부터 모래톱으로 이루어진 하중도와 하안을 거쳐 고수부지 또는 배후습지, 그리고 제방까지 연속적인 교란의 기울기에 따라서 침수·부엽 식생, 유수지 식생, 정수지 식생, 하안림 등의 다양한 식생이 발달한다 (Blom et al. 1990, Lee and Kim 2005). 이렇게 형성된 식생은 물흐름을 약화시켜 퇴적을 유도하여 지형을 변화시키는 되먹임 조절을 하고, 이에 의한 환경 변화가 다시 식생에 영향을 미쳐 일년생 초본식생, 다년생 초본식생, 목본성 식생 등으로 진행되는 천이를 유발한다 (Corenblit et al. 2009, Woo et al. 2010). 몬순 기후에서는 여름철 대홍수에 의하여 식생이 저항할 수 있는 임계치 이상의 교란이 발생하면 식생이 파괴되면서 다시 모래톱이나 자갈 나지로 바뀌는 퇴행천이가 발생하기도 한다 (Lee et al. 2022).
한국에서는 1960년대부터 주로 치수와 이수의 목적으로 하천정비사업을 지속적으로 실행하여, 하도 직강화, 하천 지형 복단면화 및 제방 축조로 하천 공간을 제한하고 제외지 홍수터를 경작지, 주거지 등으로 토지를 전용하였다 (HRFCO 2014). 또한 하천 상류에 댐을 건설하여 유량을 조절함으로써 댐 하류에 홍수 교란이 약화되어 제외지 홍수터에 식생이 번무하게 되었다. 이렇게 정착한 식생이 물 흐름과 지형 변동에 영향을 미쳐서 천이 진행이 더욱 촉진되어 식생이 교란에 의해 모래톱으로 퇴행하는 과정이 드물게 되었다 (Lee et al. 2008, Woo et al. 2010, Ablat et al. 2019). 하천에서 식생 번무 현상은 2008년부터 2012년까지 시행된 4대강 살리기 사업을 통해 더욱 가속화되었다 (Ock et al. 2020, Kim et al. 2021). 특히 4대강살리기 사업에 의하여 다기능보가 한강에 3개, 낙동강에 8개, 금강에 3개, 영산강에 2개가 건설되었다 (MOLTM 2009). 준설이 이루어진 하천에 설치된 이들 보 상류에서는 수위가 깊고 일정하게 유지되어 과거 존재하던 모래톱이 소실되었다 (Kim et al. 2021). 2017년부터 수질 및 생태환경 개선을 목적으로 일부 보를 개방하였는데, 금강에서는 3개 보를 완전 개방하였다. 보 수문 개방에 의하여 보 상류부에서 수위가 낮아지고 이에 일부 하상이 드러나 새로운 모래톱이 노출되어 하천 서식처의 다양성이 증대되는 효과가 있었으나 이곳에서는 곧 식생이 정착, 발달하여 식생이 번무하는 곳이 발달하였다 (Kim et al. 2021, MOE 2021).
금강에서 보 개방으로 노출된 모래톱에 대한 생태적 연구가 일부 수행되었다. 항공사진을 분석하여 보 건설 전부터 보 건설 직후, 보 개방 후까지 서식처의 변화를 추적하여 보 개방에 따라서 서식처 다양성의 증가한 것을 확인하였다 (Ock et al. 2020, Kim et al. 2021). 특히 2010년부터 보 구간을 포함하여 금강 수계에 대해 출현한 식생 군집이 구조와 분포에 대해 지속적으로 모니터링하는 조사가 이루어졌으나 (MOE 2010, 2021), 이들 식생의 군집 특성과 천이 계열, 특히 보 개방에 의하여 노출된 모래톱에서 식생 변화에 대한 연구가 부족하다.
따라서 본 연구의 목적은 금강에서 수문을 완전 개방한 백제보, 공주보 및 세종보의 직상류 구간과 수문 개방에 영향을 받지 않는 대조구간에서, 1) 보 개방으로 새롭게 노출된 모래톱의 현황을 파악하고, 2) 이곳에 정착한 식물 군집의 종류와 구조적 특성을 파악하였으며, 3) 식생도를 작도하여 식생의 공간 분포를 확인하며, 4) 각 구간 별로 모래톱의 노출된 지속기간에 따른 식생변화를 파악하여 하천 모래톱에서의 식생 천이 계열을 추론하고자 하였다.
2. 연구 방법
2.1 조사지
본 연구의 조사지가 위치한 금강은 전라북도 장수군 장수읍 신무산에서 발원하여 대청댐, 세종시, 공주시, 부여군을 거쳐 금강 하구둑을 통하여 서해로 유입한다 (Fig. 1). 금강의 유로연장은 398 km, 유역면적은 9,913 km2이다 (MOLIT 2016a). 금강에서는 2008년부터 2012년까지 문화 및 관광 발전, 용수 확보, 홍수 조절, 수질개선, 생태복원 등을 목적으로 4대강살리기 사업이 시행되었다. 이 사업으로 일환으로 2012년에 백제보, 공주보, 세종보의 3개 다기능보가 설치되었다: 1) 백제보는 보 높이 7 m로서 금강 하구둑으로부터 58.6 km 상류에 위치하고 관리수위는 해발고도 EL. 4.2 m이다. 2) 공주보는 보 높이 7 m로서 백제보로부터 23.4 km 상류에 위치하고 관리수위는 EL. 8.8 m이다. 3) 세종보는 보 높이 4 m로서 공주보로부터 18.7 km 상류에 위치하고 관리수위는 EL. 11.8 m이다 (MOLTM 2009).
금강에서 보가 설치된 이후에 하천수의 체류시간이 증가하고 수질과 수환경이 악화되는 문제가 야기되었다 (MOE 2021). 특히 생태적으로는 모래톱 서식처가 소실되고 하안 형태가 단순하게 되어 서식처 다양성과 생물다양성이 감소하였다 (Kim et al. 2021).
보 설치에 따른 환경생태 문제에 대응하기 위하여 환경부에서는 2015년과 2016년에 3곳 보에서 총 11회의 펄스 방류를 시도하여 단기적으로 수환경이 개선되는 효과를 거두었다 (MOLIT et al. 2017). 2017년부터는 보다 중장기적인 보 개방을 시도하였다. 보를 개방함에 따라서 모래톱 형성에 의한 서식처 다양성 회복, 종다양성 증가, 수환경 개선의 효과가 나타났고, 특히 새롭게 노출된 모래톱에선 천이가 진행되어 식생이 발달하였다 (Kim et al. 2021, MOE 2021). 1) 백제보에서는 2018년과 2019년에 7월 - 10월에만 수문을 완전개방을 하였고 그 외 기간에는 수문을 닫고 관리수위를 유지하였다 (Fig. 2). 그후 2020년 5월에 수위를 EL. 1.5 m로 완전 개방을 한 뒤 10월부터 EL. 2.8 m로 수위를 올려 유지하였다. 2021년 4월부터 2021년 12월까지 완전개방 수위인 EL. 1.5 m를 유지하였다. 2) 공주보에서는 2017년 6월에 수문을 부분 개방하여 수위를 EL. 8.6 m를 유지하다가 2018년 1월부터는 완전개방하여 수위를 EL. 3.7 m로 유지하였다. 3) 세종보에서는 2017년 11월부터 수문을 완전 개방하여 수위를 EL. 8.4 m로 유지하였다.
Fig. 2.
Changes of the water level from 2016 to 2020 measured at the gauge stations near the study sites of the Geumgang River, South Korea. The red arrow indicates the last watergate-opening time of the downstream weir before the study. The black arrow represents the time when the vegetation map was drawn in this study.
본 연구에서는 보의 수문개방에 따라서 노출된 모래톱에서 시간 경과에 따른 식생 변화를 파악하기 위하여, 금강의 3개의 보에서 직상류 3개 구간 (백제보, 공주보 및 세종보 구간)과 보 운영에 영향을 받지 않는 대조지소로서 세종보로부터 상류로 9.7 km 떨어진 부용리 구간을 조사구간으로 설정하였다 (Fig. 1). 각 조사구간의 종적 범위는 백제보 구간에서는 백제보로부터 왕진교까지 3.1 km, 공주보 구간에서는 공주보로부터 백제큰다리까지 2.8 km, 세종보 구간에서는 세종보로부터 세종특별자치시청 인근까지 2.3 km이며, 부용리 구간에서는 백천 합류부 인근 3.5 km이었다. 초기 식생 천이를 추적하고자 3개의 보 구간에서는 보 개방으로 노출된 모래톱에서, 후기 식생 천이 예측을 위하여 대조지구인 부용리 구간에서는 제외지의 모든 모래톱을 식생 조사지역으로 설정하였다. 보 구간에서는 노출된 모래톱 이외의 제외지 지역은 4대강살리기 사업으로 인하여 지형이 인위적으로 변화되었고 대부분 공원화되어 자연적인 하안 식생의 천이를 반영하고 있지 못하여 조사범위에서 제외하였다.
2.2 식생 구조 조사
금강의 4개 조사구간에서 모든 보가 완전히 개방된 2020년 9월에 식생구조를 조사하였다. 각 조사구간에서 지형, 서식처 유형 및 식생 분포를 고려하여 보 구간에서 2개, 대조 구간에서 3개의 횡단 조사 띠 (transect)를 설치하였다. 각 조사 띠를 따라서 나타나는 우점종으로 구분되는 식생에 방형구를 설치하여 출현 종, 종별 피도, 식생 높이, 그리고 우점종이 목본인 경우에 수목의 줄기를 절단하여 수령을 조사하였다. 방형구의 크기는 해당 식생 높이를 자승한 넓이로 하였다. 현장 조사에 의하여 수집한 식생 자료는 우점종을 군집 구분종으로 하여 군집을 유형화하였다.
2.3 노출 모래톱 및 식생의 분포 조사
보 개방으로 새롭게 생성된 모래톱과 그곳에 정착한 식생의 분포와 면적을 조사하기 위하여 보 개방 전, 후의 항공사진을 수집하여 모래톱과 식생 분포도를 작도하였다. 보 개방 전 항공 사진은 국토교통부에서 제공하는 2016년 7월의 항공정사영상을 이용하였다 (MOLIT 2016b). 보 개방 후 항공 사진은 2020년 9월에 무인항공기를 사용하여 직접 촬영하고 이를 정사화하였다. 촬영에 사용된 무인항공기는 Phantom 4 pro (DJI, China)이며 촬영 고도 150 m, 중첩률 75%로 조사구간을 1회 훑으며 촬영하였다. 촬영한 영상의 정사화는 OpenDroneMap ver. 2.2.1 (ODM 2020)을 이용하였다. 수집된 두 시점의 항공정사영상을 QGIS ver. 3.22 (QGIS.org 2022)에서 중첩하여 보 개방 전엔 수면이지만 개방 이후 노출되어 모래톱이 형성된 지역을 확인하여 모래톱 분포도를 작도하였다.
제작된 모래톱 분포도의 모래톱에 정착한 식생의 분포지를 작도하였다. 식생의 분포는 항공영상에서 구분되는 식생의 경계를 표시한 밑지도를 이용하여 2020년에 현장에서 식생 구조에 의하여 분류된 식생의 경계를 표시하였다. 식생도에는 우점종에 의하여 구분된 식물 군집과 나지 모래톱, 개방 수면, 인공 지역으로 표시하였다. 식생도에 표시된 군집과 기타 지역의 면적은 QGIS를 이용하여 산출하였다.
2.4 자료 분석
모래톱에 형성된 식물군집의 구조 특성과 보 개방 시기에 따른 변화과정을 파악하기 위하여, R ver. 4.2.1 (R Core Team 2022) 환경에서 종다양도지수를 산출하고 비계량적 다차원 척도 분석 (non-metric multidimensional scaling, NMDS)을 수행하였다. 종다양성지수는 각 식물군집의 종별 피도 자료를 이용하여 ‘vegan’ package (Oksanen et al. 2022)의 ‘diversity’ 함수를 활용하여 Shannon-Wiener 지수 (Pielou 1969)를 계산하였다.
모래톱 식물군집에 대한 NMDS는 식물종별 피도 자료를 이용하여 ‘vegan’ package의 ‘metaMDS’ 함수를 적용하여 분석하였다 (Oksanen et al. 2022). 특히 모래톱 노출 후 시간 경과에 따른 식생 변화를 파악하기 위하여, 식생의 NMDS 분석에 모래톱의 노출기간을 ‘vegan’ package의 ‘envfit’ 함수를 이용하여 표시하였다 (Oksanen et al. 2022). 모래톱의 노출기간은 각 보 조사구간의 모래톱이 보 개방으로 수위가 감소하여 노출된 것으로 간주하여 현장 조사시점에서 가장 최근의 보 완전개방 시점까지 기간으로 계산하였다 (백제보 구간 68일, 공주보 구간 915일 및 세종보 구간 965일) (Fig. 2). 대조 구간인 부용리 구간은 보 운영에 영향을 받지 않으므로 4대강살리기 사업 준공 시점에서 본 연구의 조사시점까지의 기간 (부용리 구간 2,984일)으로 구축하였다. 또한 식생구조와 출현종의 종특성의 관계를 파악하기 위하여, 식물종의 피도를 가중치로 하여 계산한 종특성별의 평균 종특성 자료를 ‘FD’ package (Laliberté and Legendre 2010)의 ‘functcomp’ 함수를 이용하여 구축한 후에 이 자료를 NMDS 분석에 적용하였다. 출현 식물종의 종특성인 생활사 (일년생, 다년생), 습지 선호성 (수생식물, 습생식물, 중생식물), 생육형 (초본, 관목, 아교목, 교목)으로 구분하였다 (Choung et al. 2020).
3. 결 과
3.1 보 개방 후 모래톱의 형성과 식물군집 정착
금강의 보 개방으로 인해 각 보의 직상류 구간에서 넓은 모래톱이 노출되었다 (Fig. 3). 보개방에 의하여 백제보, 공주보 및 세종보 구간에서 각각 39.0 ha (기존 홍수터 면적의 33.5%), 23.2 ha (34.3%), 28.0 ha (33.8%)의 새로운 모래톱이 형성되었다 (Table 1). 한편 대조 구간인 부용리 구간에서는 2016년과 비교하면 2020년에 기존 홍수터 면적의 3.3%에 해당하는 4.6 ha의 모래톱이 새로 형성되었다.
Fig. 3.
Aerial images before (2016) and after (2020) watergate-opening of weirs of each study site in the Geumgang River, South Korea. The red solid line is the boundary of the study site within the river, and the red dotted line is the sandbar exposed by the watergate- opening of weirs. The sandbar of the Buyongri site which is not affected by watergate-opening of weirs was formed by natural hydrogeomorphic process.
Table 1.
Area of newly exposed sandbar after watergate-opening of weirs measured by comparing aerial orthographic images before (July 2016) and after (September 2020) watergate-opening of weirs at the four study sites of the Geumgang River, South Korea
금강의 새롭게 노출된 모래톱과 대조 구간인 부용리에서 흰여뀌 (Persicaria lapathifolia) 군집, 말즘 (Potamogeton crispus) 군집, 애기부들 (Typha angustifolia) 군집, 도루박이 (Scirpus radicans) 군집, 갈대 (Phragmites australis) 군집, 갈풀 (Phalaris arundinaceous) 군집, 물억새 (Miscanthus sacchariflorus) 군집, 선버들 (Salix triandra subsp. nipponica) 군집, 버드나무 (Salix pierotii) 군집의 9개 식물군집이 나타났다 (Table 2). 각 식물군집을 우점종의 종특성에 따라 구분하면, 흰여뀌 군집은 1년생 중생식물 식생이었다. 또한 말즘 군집, 애기부들 군집, 갈대 군집은 다년생 수생식물 식생이었고, 갈풀 군집, 물억새 군집은 다년생 습생식물 식생이었다. 목본성 식물 군집인 선버들 군집과 버드나무 군집은 각각 아교목, 교목 군집이었다. 이곳에서 선버들 군집은 버드나무 군집보다 키가 더 작고 수령이 낮았다. 식물군집 별 종풍부도와 종다양성은 흰여뀌 군집, 말즘 군집, 애기부들 군집, 버드나무 군집에서 종수가 비교적 많고 다양성이 높았고, 도루박이 군집, 갈대 군집, 갈풀 군집, 물억새 군집, 선버들 군집에서는 우점종이 단순 우점하여 종다양성이 낮았다 (Table 2).
Table 2.
Characteristics of plant communities distributed on the sandbars exposed after watergate-opening of the upstream weir sites and on the sandbars formed by natural hydrogeomorphic process at the reference site, Buyongri in the Geumgang River, South Korea (mean±SD)
3.2 모래톱의 식생 분포
보 개방에 따라서 발달한 모래톱에 정착하여 천이한 식생의 종류와 그 면적은 보 구간에 따라서 차이가 있었다 (Table 3, Fig. 4). 백제보 구간에서는 새로 형성된 모래톱의 70.3%가 무식생의 나지이었고, 나머지 29.7%에서 흰여뀌 군집, 애기부들 군집, 도루박이 군집, 갈풀 군집이 분포하였다. 식생 분포 면적 중에서 도루박이 군집이 17.7%로서 가장 넓은 면적을 차지하였다. 다른 보 구간과 비교하여, 백제보의 모래톱에서는 애기부들 군집이 유일하게 출현하였고 도루박이 군집의 비율이 높았다. 그러나 갈대, 선버들 군집은 이곳에서 확인되지 않았다. 공주보 구간의 모래톱에서는 식생 분포 면적이 52.9%로서 백제보 구간보다 높았다. 이곳에서 분포하는 식생은 도루박이 군집, 갈대 군집, 갈풀 군집, 선버들 군집이었고, 이 중 갈대 군집이 21.0%로서 가장 넓었다. 다른 보 구간과 비교하면 갈풀 군집의 분포 비율이 높았고 흰여뀌 군집은 출현하지 않았다. 세종보 구간의 모래톱에서 식생 분포면적은 모래톱 면적의 74.6%로서 보 조사구간 중에서 가장 높았다. 이곳에서 식물군집은 흰여뀌 군집, 도루박이 군집, 갈대 군집, 갈풀 군집, 물억새 군집, 선버들 군집이 나타났고, 이중 갈대 군집이 27.9%, 선버들 군집이 27.5%로서 넓었다. 다른 보 구간과 비교하면 선버들 군집의 분포비율이 높았고 물억새 군집이 유일하게 출현하였다.
Table 3.
Distribution area of plant communities on the sandbars exposed after watergate-opening of the upstream weir sites and on the sandbars formed by natural hydrogeomorphic process at the reference site, Buyongri in the Geumgang River, South Korea
Fig. 4.
Vegetation map at the study sites of the Geumgang River, South Korea. The vegetation area was drawn on the sandbar exposed by watergate-opening of weirs at the sites of Baekjebo, Gongjubo, and Sejongbo, and at the entire floodplain area of the Buyongri site. The elapsed time after watergate-opening of weirs is 2 months at the Baekjebo, 30 months at the Gongjubo, and 32 months at the Sejongbo.
대조 구간인 부용리 구간에서는 식생 분포면적 비율이 다른 보 개방 구간보다 높은 84.8%로 나타났으며 다양한 식물군집이 확인되었다 (Table 3, Fig. 4). 특히 말즘 군집과 버드나무 군집은 보 개방 구간에서 출현하지 않았고 이 곳에서만 출현하였다. 그러나 흰여뀌 군집, 애기부들 군집, 도루박이 군집, 선버들 군집은 보 구간과 비교하면 분포면적 비율이 비슷하거나 적었다.
3.3 모래톱 식생의 변화 과정
금강에서 각 조사구간의 모래톱에서 식생의 변화는 모래톱의 형성이후 시간 경과에 따른 식생 분포를 확인하였다 (Fig. 5). 나지 모래톱, 일년생 식물과 다년생 수생식물 군집은 모래톱 노출 기간이 가장 짧은 백제보 구간에서 면적비율로 가장 높았고, 노출기간이 긴 부용리 구간으로 갈수록 감소하였다. 반면에 다년생 습생식물과 목본 군집은 백제보 구간에서 가장 적었고 부용리 구간으로 갈수록 증가하는 경향을 보였다.
Fig. 5.
Percentage of area occupied by plant communities classified by the traits of dominant species on the sandbars at the study sites of the Geumgang River, South Korea. The elapsed time after watergate-opening of weirs is 2 months at the Baekjebo, 30 months at the Gongjubo, and 32 months at the Sejongbo.
금강 모래톱에서 NMDS로 분석한 식생구조는 조사구간과 식물군집에 따라서 차이가 나타났다 (Fig. 6). 조사구간 별 식생 구조는 노출기간이 증가함에 따라 백제보 구간, 공주보 구간, 세종보 구간, 부용리 구간 순으로 배치되었다. 특히 백제보 및 공주보 구간은 대조 구간인 부용리 구간과 뚜렷하게 구분되었고 세종보 구간과 부용리 구간의 식생 구조는 유사하였다. 식물군집의 배열에서는 노출기간이 증가함에 따라 말즘 군집에서 갈대 군집, 선버들 군집을 거쳐 버드나무 군집, 물억새 군집의 순으로 배치되었다. 크게 말즘 군집 - 흰여뀌 군집 - 도루박이 군집 - 애기부들 군집 - 갈대 군집 간 식생구조가 유사하였고, 선버들 군집 - 버드나무 군집 - 물억새 군집이 유사하였다. 한편 갈풀 군집은 양쪽 군집 분류군에 모두 걸쳐 있었다. 노출 기간에 따라 구성 식물 종특성도 바뀌었는데 노출 기간이 증가함에 따라 생장형에서 일년생 초본, 다년생 초본, 아교목 순으로 감소하는 경향이 컸으며 교목은 증가하였다. 또 습지선호도 유형은 노출 기간이 증가함에 따라 수생식물, 중생식물 순으로 감소하였고 습생식물은 증가하였다.
Fig. 6.
Biplots of non-metric multidimensional scaling (NMDS; stress value = 0.089) using plant species coverage data of the sandbars at the study sites of the Geumgang River, South Korea. (a) sampling plots at the four study sites, red dot = Baekjebo, green dot = Gongjubo, blue dot = Sejongbo, and purple dot = Buyongri, (b) the ellipses of the survey sites drawn at the 95% confidence intervals. (c) environmental factor, (d) plant species of more than importance value 50% (Ab = Achyranthes bidentata var. japonica, Ai = Artemisia indica, Bt = Bidens tripartita, Ca = Cyperus amuricus, Cf = Cardamine flexuosa, Ci = Carex dimorpholepis, Cl = Carex leiorhyncha, Ec = Echinochloa crus-galli, Hj = Humulus japonicus, Lr = Leersia japonica, Ms = Miscanthus sacchariflorus, Pa = Phragmites australis, Pc = Potamogeton crispus, Ph = Phalaris arundinacea, Pl = Persicaria lapathifolia, Rc = Rumex crispus, SB = Sandbar, Sc = Salix chaenomeloides, So = Spirodela polyrhiza, Sp = Salix pierotii, Sr = Scirpus radicans, St = Salix triandra subsp. nipponica, Ta = Typha angustifolia). (e) the ellipses of the plant community drawn at the 95% confidence intervals, and (f) trait of the dominant species.
4. 고 찰
하천 지형은 수리수문적 요인과 생물적 요인의 상호작용으로 변동하므로 보에서 수문 운영은 하천지형의 변화를 유발하고 특히 보 수문 개방에 의하여 상류에는 새로운 모래톱이 형성될 수 있다 (Zhang et al. 2012). 보 개방의 영향을 받지 않는 대조구간인 부용리 구간에서도 모래톱의 형성을 확인하였는데, 이는 자연적인 물 흐름으로 인한 지형 변동으로 만들어진 것으로 판단된다 (Jeong and Jung 2015). 부용리 구간에서 형성된 모래톱은 전체 면적에 3% 이하에 불과하고, 보 개방구간에서 생성된 모래톱의 면적은 부용리 구간보다 5배 - 8배 이상으로 넓으므로 보 개방구간의 모래톱은 대부분 보 개방으로 인한 모래톱의 노출 효과인 것을 확인할 수 있었다. 때문에 금강의 3개 조사대상 보의 개방 구간에서 형성된 모래톱은 대부분 보 개방에 따른 수위 하강으로 노출된 것으로 판단된다. 이렇게 보 개방에 따라서 상류에 모래톱을 포함하여 다양한 지형이 형성되면 서식처 다양성과 생물다양성을 높이는 긍정적인 효과를 가져올 것으로 기대된다 (Kim et al. 2021, Yoon et al. 2021).
여름에 강수가 집중되는 몬순 기후의 하천은 주기적인 강한 홍수를 경험하게 되고 이로 인한 교란으로 천이가 퇴행한 뒤 다시 진행되는 순환천이를 보인다 (Knapp 1974, Corenblit 2007). 그러나 한국의 많은 하천에서는 홍수 조절을 위한 댐 건설, 복단면 지형 정비 등으로 홍수터에 홍수 교란이 적어지면서 하천식생이 번무하고 천이가 진행되고 있다 (Woo et al. 2010). 본 연구의 조사구간에서도 보 개방에 따라서 모래톱이 노출된 시기가 오래된 순서인 세종보 구간>공주보 구간> 백제보 구간 순으로 무식생 모래톱의 비율이 감소하였고 천이 후기종인 목본 식생이 점차 증가하여 대조 구간인 부용리 구간의 식생 구조와 유사해졌다. 따라서 보 개방으로 형성된 모래톱은 노출 지속기간이 길어지면서 천이가 계속 진행되어 대조구간인 부용리와 같이 식생이 번무할 것으로 예상된다. 한편 개방을 가장 먼저 실시한 세종보 구간이나 천이가 계속 진행된 부용리 구간에서도 무식생 모래톱이나 일년생 초본 식생과 같은 천이 초기 상태가 사라지진 않았고, 세종보보다 더 긴 노출기간을 가지는 공주보 구간에서 일년생 식물 군집은 출현하지 않았으며 다년생 식물 중 습생식물 군집의 비율이 더 높았는데, 이는 여전히 부분적으로는 물 흐름에 의한 교란이 발생하기 때문이라고 생각된다 (Cho and Cho 2005, Walker 2012).
천이는 육상 나지에서 시작되는 건생천이와 수중 환경에서 시작되는 습생천이로 구분할 수 있는데 하천에서는 두 형태가 복합적으로 발생할 수 있다 (Naiman et al. 2010). 본 연구에서 모래톱 식생의 천이를 3가지 계열로 유형화할 수 있는데, 이는 보 개방 전 수중 서식처의 형태, 개방 후 물 흐름에 의한 물리적 교란 정도와 관련 있을 것으로 생각된다 (Benjankar et al. 2012). 1) 첫번째 계열은 ‘정수지 천이’로서 일반적인 습생천이 계열과 유사하다 (Ward 1997). 본 연구에서 나타난 군집으로는 “말즘 군집 - 애기부들 군집 - (흰여뀌 군집) - 도루박이 군집 - 갈대 군집 - 물억새 군집” 순으로 천이가 되는 것으로 생각된다. 이러한 천이 계열이 발생하는 곳은 기존 사행 수로의 소 (pool) 수역, 부수로, 홍수터 내 배후습지 및 웅덩이 등과 같이 물 흐름이 약한 정수역이다. 정수역은 말즘 군집과 같은 부엽침수식생과 애기부들과 같은 키가 큰 정수식생이 서식하기 적합하여 보 개방 전부터 이러한 식생이 발달하여 있다 (MOE 2016). 보 개방 후 이러한 수역에서 수위가 낮아지면서 말즘 군집과 애기부들 군집이 쇠퇴하고, 침수되지 않은 과습한 토양에서 서식할 수 있는 도루박이 군집으로 천이가 진행되는 것으로 생각된다 (Gudžinskas and Taura 2021). 이 때 이곳이 애기부들 군집이 우점한 곳이라면 이들이 쇠퇴하더라도 해당 식생과 새롭게 유입된 도루박이가 지면을 피복하여 흰여뀌 군집과 같은 일년생 개척자 식생이 유입되지 않고 곧바로 도루박이 군집으로 진행된다. 그러나 수역이 식생이 존재하지 않는 곳이라면 도루박이 군집으로 진행되기 전 흰여뀌 군집을 거치는 것으로 생각된다. 그 후 토양의 건조화가 진행되면 도루박이 군집보다 건조에 저항이 강한 갈대 군집으로 전환되며 더욱더 건조화가 진행되면 습생식물 단계로 넘어가 물억새 군집이 출현하게 된다 (Cho et al. 2018). 2) 두번째 계열은 ‘유수지 천이’로서 일반적인 건생 천이계열과 유사하다 (Walker and Moral 2003). 본 연구의 모래톱에서 나타난 군집으로는 “무식생 모래톱 - 흰여뀌 군집 - 갈풀 군집 - 물억새 군집” 순으로 진행된다고 생각된다. 이러한 천이 계열은 물 흐름 교란에 의하여 수생식물이 정착할 없는 본류 수로의 가장자리에서 보 개방에 따라서 수위가 감소하면서 모래톱이 드러나 육상서식처가 형성되었을 때 천이가 진행된다. 이곳에서 모래톱이 노출된 이후에 잠시 무식생대를 유지하지만 곧 일년생인 개척자 식물 군집인 흰여뀌 군집이 번성하게 된다 (Cho 2012, Müllerová et al. 2022). 그 후 서식처가 안정화되며 다년생 초본 식생인 갈풀 군집이 정착하고 흰여뀌 군집은 쇠퇴한다 (Müllerová et al. 2022). 이후 지형이 높아지고 건조화가 진행된다면 물억새 군집으로 천이가 진행될 것으로 생각된다 (Cho et al. 2018). 한편 우리나라의 유수지 천이에서 정수지 천이의 갈대 군집의 순서에 해당하는 식생으로 달뿌리풀 (Phragmites japonica) 군집이 나타나고 있다 (Lee and Kim 2005, Lim et al. 2022). 본 연구에서도 세종보 구간 및 부용리 구간의 일부 하중도 모래톱에서 달뿌리풀 군집이 나타났지만 분포 면적과 우점도가 낮았다. 3) 마지막 천이계열은 ‘버드나무류 천이’로 육상 나지에서 시작되므로 건생천이 계열로 생각될 수 있지만 초기 정착 식생의 특성이 다르다. 본 연구에서 나타난 군집으로는 “무식생 모래톱 - 선버들 군집 - 버드나무 군집” 순으로 진행될 것으로 생각된다. 일반적인 하천 천이계열에서 선버들, 버드나무와 같은 아교목 또는 교목 종은 종 특성상 천이 후기종으로 고려된다. 하지만 물흐름에 의하여 지속적으로 물리적 교란이 발생하여 초본류가 정착하지 못하는 곳에 교란에 견딜 수 있는 선버들과 같은 아교목이 개척자 식생이 될 수 있다 (Lee et al. 2000, Azami et al. 2013). 본 연구에서도 선버들 군집은 물리적 교란이 강한 하중도 가장자리나 본류 수변부에서 수면을 따라서 대상분포하고 있었다. 또한 모래톱이 드러난 시기와 이곳에 정착한 선버들의 수령이 유사하여 이들 선버들이 노출된 모래톱에서 개척자 식생으로 유입된 것으로 추론된다. 유입된 선버들은 빠르게 성장하여 해당 서식처를 높은 피도로 단순 우점하여 초본식생의 유입을 억제한다. 그러나 버드나무는 피압되지 않고 성장하여 교목인 버드나무가 아교목인 선버들을 피압하여 버드나무 군집으로 천이가 진행되는 것으로 생각된다 (Lee et al. 2000, Prach et al. 2014).
5. 결 론
금강 백제보, 공주보, 세종보 등 3개의 보 개방으로 인한 수위 하강으로 새롭게 노출된 모래톱과 보 개방에 영향을 받지 않는 대조구간에서 모래톱 식물 군집은 노출 이후 시간경과에 따라서 식생구조가 변화하였다. 이들 식물종의 생활사, 생장형, 습지 선호도 유형과 같은 종특성과 식생도에 의한 식생 공간 분포를 분석하여 모래톱 식생천이를 ‘유수지 천이’, ‘정수지 천이’ 및 ‘버드나무류 천이’로 유형화할 수 있었다. 보 개방 이후 노출된 모래톱에서는 빠르게 천이가 진행되면서 무식생 나지가 사라지고 식생이 천이하여 대조구간의 홍수터와 같이 식생이 번무하게 될 것으로 예측된다. 무식생 모래톱은 고유한 생물서식처로서 기능할 뿐만 아니라 경관적인 측면에서도 우수한 자원으로 여겨지고 있다. 특히 보 운영에 따라서 변화하는 지형변동과 보 개방이후 드러난 모래톱 식생의 관리에 있어서 식생 천이계열을 반영하는 것이 필요하다고 생각된다.
