1. 서 론

일반적으로 외래식물 (alien plant), 특히 귀화식물 (naturalized plant)이란 비자생종으로 외국으로부터 의도적, 또는 비의도적으로 도입되어 인간의 도움 없이 야생에서 자라는 식물을 말한다 (Kim et al. 2000). 최근 해외 교류가 증가함에 따라 우리나라 생태계에 적응해 살아가는 외래식물의 분포지가 계속 증가하는 추세이다 (Yoon et al. 2012, Sung et al. 2014). 귀화식물의 생태적 특징은 대부분 다년생보다는 일년생과 같이 생활사가 짧은 식물이 많고, 빠른 속도로 성장하여 많은 종자를 생산한다 (Kim et al. 2000). 이들은 환경 적응력이 빠르고 번식력이 뛰어나 불안정한 환경이나 교란지에서 쉽게 관찰된다. 2009년까지 발표된 우리나라에 귀화된 외래식물은 총 321종으로 1년생이 158종 (49%)으로 가장 많았으며, 최근 10년 사이에 100여종이 이입된 것으로 보고되었다 (Park 2009). 원산지로는 유럽 (134종, 42%), 북미 (75종, 23%), 유라시아 (28종, 9%), 열대아메리카 (27종, 8%) 순이었으며, 현대로 올수록 점차 원산지가 다양해지는 경향을 보이고 있다 (Kim et al. 2000). 이들의 주요 분포지역은 항구, 쓰레기 매립지, 공항 인근 등의 귀화센터를 비롯하여, 이와 연결된 도로, 공사지, 개발지 등으로 빠르게 확산되어 분포영역을 넓혀가는 것으로 알려져 있다 (Kim et al. 2000).

일반적으로 귀화식물은 대부분 유해하다고 알려져 있으나, 삼, 어저귀, 큰김의털과 같이 의약품 이용이나 빠른 토양 안정화에 기여하기도 한다 (Lee 2003b). 그러나, 국제자연보전연연맹 (IUCN)이 지적한 바와 같이 외래종의 도입이 토착생물을 위협하여 해당지역의 생물다양성 감소에 심각한 영향을 주기 때문에 외래식물의 도입은 매우 신중히 결정해야 한다 (Chapin III et al. 2000, Didham et al. 2005, Pimentel et al. 2005). 실제로 귀화식물은 우리 생태계에서 점차 서식지를 확대하여 토종식물을 위협하며 산림생태계를 교란시키고 있으며 (Luken and Thiert 1996, Lowe et al. 2000), 돼지풀 같은 몇몇 종은 꽃가루에 알레르기 유발물질을 함유하여 그 피해가 더욱 심각한 상황이다 (Kim and Oh 2009). 그러므로 생태계 내에서 외래종의 존재는 이미 무시할 수 없는 상태이므로 외래종에 대한 철저한 관리 및 연구가 매우 절실하다.

본 연구의 조사 대상지인 대학 캠퍼스는 유동인구가 높으며, 도심에 위치하여 공원과 같은 녹지공간이 부족한 도시지역에서 다양한 생물이 살 수 있는 서식공간을 제공하지만, 해당 기관의 잡초 제거와 같은 지속적인 관리의 대상이 되기도 하며, 항상 개발에 노출이 되어 있는 공간이기도 하다 (Lee 2008). 따라서 본 연구의 목적은, 1) 대학교 캠퍼스에 생육하는 외래종의 식물상을 알아보고, 2) 출현한 외래종의 식물 특성에 따라 분류하며, 3) 물리적 환경요인이 외래식물의 분포에 미치는 영향을 밝히고, 4) 대학교 교정 생태계에서 생물다양성 보전을 위한 외래식물 관리 방안을 모색하는데 있다.

2. 연구방법

2.1 조사지 개황

연구 대상지는 우리나라 중부권에 속하는 충남 천안시 동남구에 위치한 4개의 대학 캠퍼스인 단국대학교, 백석대학교, 상명대학교 및 호서대학교이다 (Fig. 1). 각 대학의 교정은 경부고속도로를 중심으로 서쪽에 단국대학교, 동쪽에 백석대, 상명대, 호서대가 위치하였다. 또한 4개 대학 모든 캠퍼스가 산지와 인접하여 있기 때문에 캠퍼스의 식물 조사 영역은 교정에서 산지와의 경계까지로 제한하였다. 이들 대학의 설립연도는 단국대와 호서대가 1978년에 가장 먼저 지어졌고, 이어서 1985년에 상명대, 1994년에 백석대 순으로 교정이 조성되었다 (Table 1). 대학교의 전체 면적은 단국대 > 백석대 > 상명대 > 호서대의 순이었고, 녹지면적은 백석대 > 단국대 > 호서대 > 상명대로 나타났다 (Table 1). 대학 교지 총면적에 대한 녹지면적의 비율은 호서대가 32%로 가장 높았으며, 백석대가 20%, 단국대와 상명대가 각각 16%와 15%이었다.

2.2 캠퍼스 특성 및 환경요인 분석

어떤 환경요인이 외래식물의 도입에 가장 큰 영향을 미치는가를 알아보기 위하여, 첫째, 각 대학 총면적과 녹지면적을 위성자료를 이용하여 측정하였고, 둘째, 각 대학 별 홈페이지의 정보를 이용하여 설립연도를 알아보았으며, 셋째, 위성자료를 토대로 고속도로와 캠퍼스 간의 거리를 측정하였고 마지막으로 대학 간 거리를 위성영상에서 측정하였다.

대학 간 거리에 따른 외래식물 종조성의 유사도를 분석하기 위하여 위성자료를 기반으로 각 대학 간의 최단거리, 평균거리 및 도보거리를 산출하였다. 최단거리는 두 대학에서 가장 가까운 건물 사이의 거리를 측정하였으며, 평균거리는 각 대학의 학생회관 사이의 거리를 측정하였다. 호서대와 백석대에서는 학생회관이 없었기 때문에 캠퍼스의 중심부에 위치한 건물을 선택하였는데, 호서대는 종합정보관이, 백석대는 본부동이 이에 해당되어 이곳까지의 거리를 측정하였다. 마지막으로 도보거리는 각 대학의 최단거리를 잰 건물을 도보로 갈 수 있는 길을 따라 위성자료에서 거리를 측정하였다.

2.3 식물상 특성 조사

식물상 조사는 2013년 4월부터 8월까지 4개 대학의 교정에서 시행하였다. 식물조사는 교정에서 생육하는 식물 중 식재된 원예종을 제외하였고, 비의도적으로 도입된 현화 식물 중 초본류를 조사대상으로 한정하였다. 채집한 식물은 Lee (1996)와 Lee (2003a)의 도감을 이용하여 동정하였으며, 학명과 국명은 국가표준식물목록 (KNA 2015) 에 의거하였고, 귀화식물의 동정은 Park (2009)과 Lee et al. (2011)을 참고하였다. 조사된 외래식물 식물상에서 4개 대학 모두에서 출현하는 공통종과 하나의 대학에서 출현하는 희귀종으로 구분하였다. 출현한 외래식물은 다양한 특성에 의하여 구분하였는데, 이들의 원산지, 도입시기 (1기: 개항 이후~1921년, 2기: 1922~1963 및 3기: 1964~현재), 생활사 (1년생, 2년생 및 다년생), 종자의 분류체계 (Kim et al. 2011)와 크기 (An 2009)에 따라서 외래식물을 분류하였다.

2.4 자료 분석

출현 귀화식물 종에 따른 캠퍼스간의 유사성을 비교하기 위하여 Sorenson 유사도 지수를 계산하였다 (Hopfensperger 2007). Sorenson 유사도 지수는 간단하게 두 지역 간의 출현종의 유사성을 계산할 수 있기 때문에 가장 많이 이용되고 있는 분석방법 중 하나이다 (Grandin and Rydin 1998, Stromberg et al. 2009, Stroh et al. 2012).

유사도 =                  (1)

A = A대학의 외래종수

B = B대학의 외래종수

C = A와 B 대학의 공통 출현 외래종수

3. 결 과

3.1 외래식물 분포 현황

천안시에서 서로 가까이 위치한 4개 대학의 교정에서 발견된 초본식물의 총 종수는 189종이었으며 이중 외래식물은 총 43종이 확인되었다 (Appendix 1). 출현 초본식물종수는 단국대가 136종으로 가장 많았고, 가장 최근에 지어진 백석대가 97종으로 가장 적었다 (Appendix 1, Table 2). 학교별 출현 외래식물 종 수는 단국대 35종, 상명대 31종, 호서대 26종, 백석대가 25종으로 나타나, 총 초본식물종수의 24- 30%를 차지하였다 (Table 2). 4개 조사 대학에서 모든 교정에서 출현한 외래식물인 공통 외래종은 개망초, 달맞이꽃, 망초, 미국자리공, 붉은씨서양민들레, 서양민들레, 소리쟁이, 애기땅빈대, 애기수영, 왕포아풀, 유럽점나도나물, 좀명아주, 주걱개망초, 주홍서나물, 큰김의털, 털별꽃아재비, 토끼풀로서 총 17종이었다. 반면에 한 대학의 교정에서만 출현한 희귀한 외래종은 단국대 4종, 상명대 2종, 호서대 2종, 백석대 3종이 있었다 (Table 2).

3.2 식물특성에 따른 외래식물 특성

천안시 소재 4개 대학 교정에서 출현한 외래식물종을 생활사에 따라서 분류하면, 총출현종수에 대한 1년생 종수가 상명대 52%, 백석대 50%, 단국대 43% 및 호서대 36%이었다 (Fig. 2). 또한 외래종을 종자의 분류학적 종류에 따라서 분류하면, 출현 외래식물의 종자는 수과 > 삭과 > 곡립 등의 순으로서, 대표적인 수과 식물인 서양민들레, 개망초 등이 어느 교정에서나 가장 많이 발견되었으며, 반면에 시과 식물이 가장 드물게 발견되었다 (Fig. 3).

천안 소재 4대 대학에서 발견된 외래식물의 도입시기 분류에서 1기 (개항 이후~1921년)에 들어온 외래종수가 제일 많았으며 그 다음이 3기 (1964년~현재)이었고 2기 (1922년~1963년) 순이었다 (Fig. 4). 또한 이들 외래식물을 원산지에 따라서 분류하면, 유럽에서 가장 많이 유래하였으며, 그 다음으로 북미, 유라시아의 순이었다 (Fig. 5).

3.3 환경 조건에 외래식물의 분포 특성

대학 설립된 후 경과한 시간과 총식물종수 또는 외래식물 종수 사이에는 통계적으로 유의하지는 않지만 양의 상관관계의 경향을 보여주었다 (Fig. 6). 또한 조사대상 대학의 교지면적 또는 녹지면적과 총식물종수 또는 외래종수 사이에는 유의한 상관관계가 나타나지 않았다. 그러나 고속도로로부터 학교까지 거리는 분포 외래식물 종수와 유의한 음의 상관관계를 나타내었다 (r² = 0.86, p=0.0485) (Fig. 6).

대학간의 공간적 거리와 외래식물 식물상의 관계를 살펴보면, 도보거리가 서로 가장 가까운 단국대-상명대의 공통 외래종수가 28종으로 제일 많았고, 거리가 먼 백석대-호서대의 공통 외래종수는 17종밖에 되지 않았다 (Table 3). 두 대학 간 도보거리에 따른 외래종 식물상의 유사도는 단국대-상명대가 85%로 가장 높았으며 백석대-호서대가 67%로서 낮았다 (Table 3). 대학간 최단, 평균 및 도보거리와 출현 외래식물상의 유사도 사이의 상관관계를 살펴보면 특히 도보거리가 서로 가까울수록 유사도가 높아지는 경향이었다 (r²=0.67, p=0.028) (Fig. 7).

4. 고찰 및 결론

대학 교정에 분포하는 식물 종수는 교지 면적에 비례할 것으로 생각되었으나, 본 연구에서는 조사대상 4개 대학 중에서 녹지면적이 가장 넓은 백석대가 넓은 면적에 비하여 출현종이 다양하지 않았다. 이러한 이유는 백석대 교정에서 녹지의 인위적 관리가 심하게 이루지고 있고 녹지 대부분에 원예종이 식재되어 있기 때문이었다. 결과적으로 공공 오픈 스페이스인 대학 교정에서 식물 생물다양성은 원예종 식재, 녹지 관리 방법과 강도에 따라서 크게 영향을 받는 것으로 생각된다.

교정 식물의 분포는 도입이 가능한 기간과 밀접한 관계가 있기 때문에 대학 설립연도를 기준으로 식물종수를 살펴본 결과, 가장 이른 1978년에 설립된 단국대와 호서대에 생육하는 식물 종수가 가장 많았다. 같은 해에 설립된 두 학교 중에서 단국대의 식물종수가 더 많은 이유는 단국대의 교지 및 녹지 면적이 넓기 때문이라고 생각된다. 또한 외래식물 종수도 설립 후 기간이 오랜 된 대학교 교정에서 많았다.

대학에 분포하는 외래식물종의 원산지로는 유럽 원산이 가장 많았는데, 특히 유럽에서 도입된 외래식물은 1년생보다 다년생식물이 더 많은 비중을 차지하였다. 이는 우리나라의 귀화식물이 1년생이 가장 높은 비중을 차지한다는 Park (2009)의 연구 결과와는 차이가 있었다.

식물의 종자는 종의 산포에 가장 큰 역할을 하는데, 교정에 분포한 외래식물의 종자는 1립당 무게가 0.001~1 mg 인 작은 크기의 종자가 많고 종류로는 수과의 비중이 제일 높았다. 대표적으로 수과의 종자를 가진 식물 중 하나인 서양민들레는 종자의 무게가 1 mg 내외로 가볍다. 1970년대 이후 귀화한 것으로 알려진 털별꽃아재비, 붉은씨서양민들레, 미국나팔꽃, 둥근잎미국나팔꽃, 미국쑥부쟁이, 주홍서나물, 주걱개망초, 큰비짜루국화, 유럽점나도나물, 털까마중 중에서 주걱개망초과 유럽점나도나물의 경우, 종자 무게가 0.001 mg 정도로 가볍기 때문에 조사한 4개의 학교 교정 모두에서 발견되었고, 미국나팔꽃과 둥근잎미국나팔꽃은 종자 무게가 약 49 mg 으로 무거워서 한 학교에서만 나타나는 낮은 빈도를 보였다. 따라서 종자의 무게가 가벼울수록 여러 곳에 분포하고, 무거울수록 분포가 제한적임을 알 수 있었다.

조사 대학 간 최단, 평균 및 도보 거리와 출현 외래종 식물상의 유사도 분석에서 최단거리와 평균거리와의 유의한 상관관계가 나타나지 않았으나 도보거리와는 유의한 음의 상관이 나타났다. 그러므로 대학간의 외래식물이 전파되는 정도는 물리적인 공간거리보다는 실제로 사람과 물류가 이동하는 거리가 중요함을 알 수 있었다. 그러나 상명대-호서대 간의 거리가 가장 짧은데도 불구하고 단국대-상명대의 유사도지수가 더 큰 이유는 단국대 학생이 상명대 쪽에서 더 많이 생활하고 있으며, 이 두 대학이 고속도로와 가장 인접하게 위치하여 있고, 이들 대학의 중간에 자리 잡은 천호지가 이 두 학교 간의 외래종의 구성을 유사하게 하는데 기여하는 것으로 생각된다. 이러한 결과는 도시에서 외래식물의 분포는 인구와 상관이 높다는 연구결과 (Sullivan et al. 2004)와 일치하였다.

대학 교정은 인적 이동이 빈번한 곳으로 외래식물을 주변 지역으로 확산시키는 저장원 (sink)과 공급원 (source)이 될 수 있으므로, 주변 지역으로 외래식물이 유입되는 것을 차단 및 관리하기 위하여 각별히 주의해야 한다. 또한 본 연구에서 조사한 대학의 교정에는 자연생태계에서 정착한 외래식물 외에 샤스타데이지, 다알리아, 숙근아스터와 같은 원예종이 식재되어 있었다. 이들은 모두 원예종으로 알려져 있기 때문에 조사대상 외래식물에는 포함하지 않았으나, 식재 장소 이외의 화단과 나지에서도 발견되는 것으로 보아 이들 원예종에 대한 확산 연구도 필요한 것으로 사료된다.