- Geographical or locational conditions and ecological environment in Dokdo island
1) 식물구계(植物區系, floral region)와 섬의 구성
식물구계학적(floristically)으로 북대식물계(北大植物界, Holarctic Floral Kingdom)의 일화식물구계(日華植物區系, Sino-Japanese region) 가운데 한국구(韓國區, Korea plant zone) 울릉도아구(鬱陵島亞區, Ulleung-island province) 난지식생대(暖地植生帶, warm temperate vegetation belt)에 속하는 독도는 서북 태평양 배호상분지(背弧狀盆地, back-arc basin)인 동해의 울릉분지(Ulleung basin) 경계부분, 수중높이 2,000m의 종상해산(鐘狀海山, dome-shaped sea mount)상부 해양평원(海洋平原, ocean plain) 가장자리에 솟아있는 동도와 서도, 그리고 89개의 돌섬(small rocky islets) 및 암초(暗礁, reef)로 구성된 해양섬(oceanic island)이다.(Jeon, 2005; 신과 윤, 2006)
2) 섬의 지형과 구조(land form structure)
섬의 총면적은 187,453㎥이며, 동도 면적 73,292㎡, 서도 면적 88,693㎡, 기타 89개의 군소(群小)돌섬 및 암초 25,517㎡로 비교적 면적이 좁고, 고도(高度, altitude)는 서도가 168.5m 동도가 98.6m(신과 윤, 2006)로 낮은 편이며, 섬의 지형은 GIS 기법을 활용한 사면경사(斜面傾斜 dip slope) 분석결과를 차용(借用)하면, 26° 이상이 전체 면적의 79.1%, 40° 이상의 급사면(急斜面-斷崖, cliff)이 65.4%로(신과 윤, 2006) 매우 가파르며, 해안 곳곳의 파식대(波蝕臺, marine plateau), 삼형제굴바위, 권총(拳銃)바위, 장군(將軍)바위, 숫돌바위 등에서 발달한 시스택(sea stack), 서도 어민숙소 북동쪽과 동도 서쪽해안 등에서 나타나는 역빈해안(礫濱海岸-몽돌해안, gravel beach), 천장굴과 독립문바위의 해식동굴(海蝕洞窟, sea cave), 동, 서도 여러 곳에서 발달한 해식애(海蝕崖, sea cliff), 삼형제굴 바위, 동도의 숫돌바위, 천장굴 주변, 서도의 서사면(西斜面) 일대와 넙적 바위 옆의 돌섬, 그리고 서도의 남서사면에서 발달한 해식아치(sea arch)와 더불어 동도의 남동사면 해안절벽에서 관찰되는 탄낭구조(彈囊構造, bomb sags, bedding sags), 동도의 악어바위와 서도의 탕건봉(宕巾峯) 하단부에서 관찰되는 타포니(tafoni), 그리고 서도 동사면 일대와 서도 북단상부 탕건봉에서 발달한 주상절리(柱狀節理, pillar shaped joint, columnar joint)와 서도 어민대피소 인근지역 등 여러 곳에서 산지사면의 애추(崖錐, talus)가 발달해 있어 해류(海流, sea current)에 의한 식물종의 유입(植物種流入, plant species immigration)과 정착(定着, colonization)이 어려운 구조로 되어 있다.
3) 섬의 지질학적 정보(地質學的 情報, geological information)
섬의 생태계(특히 해양섬)는 섬의 기반암과 토양, 기후 등의 무기적 환경에 의하여 기본 수용력이 조성되며, 기본수용력과 운반매개체에 의하여 선구식물종이 결정되고, 선구개척식물종(先驅開拓植物種, pioneer plants species)은 식생의 방향결정에 중요한 요인으로 작용하는 것으로 알려졌는데, 기반암조성(基盤巖組成, base rock composition)에 관한 독도의 지질학적 정보(地質學的 情報, geological information)에 의하면, 독도는 신생대(新生代, Cenozoic era) 제3기말인 약 460~210만 년 전 사이에, 3회의 해저화산(海底火山, submarine volcano) 폭발로 형성된 성층화산(成層火山, strato-volcano)으로, 섬 전체가 화산암(火山巖, volcanic rock)과 화산쇄설성 퇴적암류(火山碎屑性 堆積巖類, volcaniclastic sediments)로 구성되어 있고, 섬의 대부분을 차지하고 있는 제2기 분출물(噴出物, magma)은 하부로부터 각력응회암(角礫凝灰巖, tuff breccia), 층상(層狀) 라필리 응회암(badded lipilli tuff), 조면암산암질(粗面巖山岩質鎔巖, trachyandesite lava), 스코리아질 라필리 응회암(scoriacedus lipilli tuff) 등이며, 1~3기까지 8개의 암상(巖床, sill)으로 구성되어 있고, 동․서도의 상부 층은 주로 조면암산암으로 조성되어 있다.(Jeon, 2005; 신과 윤, 2006)
규산염광물(硅酸鹽鑛物, silicate mineral)들로 이루어진 독도 화산암(火山巖, volcanic rock)의 전반적인 화학조성은 대부분이 알칼리계열의 조면암류(粗面岩, trachyte)로, 중요 화합물의 구성비는 지역에 따라, SiO2가 52.20~60.47 wt%, Al2O3 17.11~18.42 wt%, Fe2O3 4.15~7.88 wt%, K2O 4.63~6.37 wt%, CaO 0.88~5.51 wt%, MgO 0.24~1.80 wt%, MnO 0.10~0.33 wt%, Na2O 3.81~6.28 wt%, P2O5 0.05~0.87 wt%, TiO2 0.21~2.02 wt%, LOI 0.91~4.76 wt%(오차범위 ±5%)로, 암편(巖片, rock fragment)은 규소질(硅素質, silicic)과 반상(班狀, porphyry)의 현무암(玄武巖, basalt)이 우세하게 나타난다.(Lee et al., 2002.)
식물은 토양과 대기의 전자기(電磁氣, electromagnetic)에 적응하기 위하여 유전자를 변형시키고, 변형된 유전자에 의해서 생성되는 펩티드분자인 호르몬단백질, 분자 chaperon 단백질, 효소(酵素, enzyme)단백질, 순수 구조단백질 등의 산물이 달라지는데, 독도는 여러 차래의 화산활동과 마그마분출 시기의 지구자기장의 영향 등에 의하여 표출되는 지자기이상(地磁氣異常, magnetic anomaly, terrestrial magnetism abnormality)과, 지자기형성의 복잡성 때문에, 지표(地表, The earth's surface)의 전기장이 일반적인 식물생리 수준에 부합하기에는 대단히 난해하게 교란(電氣場攪亂, electric field disturbance)되어, 여기에 서식하는 식물체의 화학구조가 전자기적으로 적응하기 위하여 대단히 다변성(電磁氣的 多變性, electromagnetic multiphase)이 요구되는 지역이다.
4) 섬의 토양(土壤, soil)
토양의 조성은 기반암의 풍화산물인 무기물(無機物, lithotrophic matter)과 식생의 부식(腐植, humus)에 의해서 집적(集積, illuviation)되는 유기물(有機物, organothrophic matter)로 이루어지며, 토성(土性, soil texture)은 토양입자의 조성과 관련된 것으로 사질토양(沙質土壤, sandy soil)과 점토질토양(粘土質土壤, clayer soil)은 보수력(保水力, moisture retention)에 큰 차이가 있고, 이러한 토양의 보수력은 생태계 기반을 조성하는 하부생태 메타개체군(meta population)의 양상을 결정하며, 메타개체군은 식생의 방향을 결정하는 중요한 요인으로 작용하는 것으로 알려져 있는데, 독도의 토양은 지역에 따라 사질(沙質, sand) 57.4~73.6%, 미사질(微沙質, silt) 17.4~32.1%로 토성은 기반암의 특성에 따라 모두 사양토(砂壤土, sandy loam)로, 토심(土深, soil depth)은 서도 물골지역과 동도 개밀군락지역 등 일부지역은 60㎝정도 이지만 대부분이 20~30㎝정도이고, 화학적인 용탈(溶脫, leaching)과 물리적인 세탈(洗脫, eluviation)에 의해서 다르게 물질들이 집적(集積, illuviation)되어 색과 구조조직이 이루어지는 토층의 구조적 특성에 따라서 나타나는 토양단면(土壤斷面, soil profile)은 토양층이 충분히 발달한 성숙토(成熟土, mature soil)가 적고, 토양층이 발달하지 못한 미성숙토(未成熟土, unmature soil)로 이루어진 얕은 단순토층(單純土層, soil horizon)이 대부분이다.
그러므로 토양의 입자들이 결합한 입단(粒團, aggregate structure)으로 이루어진 토양구조(soil structure)는 얕은 토층(土層, soil horizon)과 미성숙토 때문에 명확한 구조는 나타내지 않고, 미약하나마 통기성(通氣性, aeration, air permeability)과 보수력이 뛰어난 입상구조(粒狀構造, granular structure)와 점토질(粘土質, argillaceous)에서 볼 수 있는 괴상구조(塊狀構造, blocky structure), 그리고 주로 습지에서 토사의 퇴적과 관련하여 수평으로 발달하는 판상구조(板狀構造, platy structure)가 혼재(混在, adulterate)하지만, 수분의 증발이 활발하게 일어나는 건조지역에서 나타나는 주상구조(柱狀構造, columnar structure)가 약간 더 발달한다.
또한 가파른 경사도(傾斜度, gradient)와 강한 바람(평균풍속 4.6㎧), 그리고 강우(降雨, precipitation; 연중 강우량 1,240~1,400㎜)에 의한 토양의 유실이 심하며, 강풍에 비산(飛散, scattering, fly)되는 해수(海水, sea water)와 짙은 해무(海霧, sea fog)에 의한 염분이 늘 섬 전체의 토양에 공급되고, 산성조성을 가지는 알칼리계열의 조면암반과 유기물질(有機物質, organic matter)이 부족한 토양특성 때문에 동질의 화산암류를 가지는 울릉도(pH 5.0~7.2)와는 달리 토성은 강한 산성(pH 4.0~5.9)을 띤다.
[註1. 독도의 토양에서 토양산성도(土壤酸性度, soil acidity)가 미치는 영향: 대부분의 식물은 토양의 산도에 민감한 반응을 나타내는데, 이는 식물의 생리에서 생체이화학적 반응현상이 토양의 산도에 따라 다르게 반응하며, 생식생리(生殖生理, reproductive physiology)와 영양생리(營養生理, vegetative physiology)과정의 유기영양(有機營養, organotrophic nutrition)과 무기영양(無機營養, lithotrophic nutrition)에서 특정한 영양소에 대한 요구가 식물의 생리적 차이에 따라 다르고, 토양의 산도는 토양의 풍화작용, 토양미생물의 증감과 직결되고, 이들 영양소의 공급과 섭취에 영향을 미치기 때문이며, 토양의 산도(酸度, acidity)와 알칼리도(alkalinity)는 염기성 이온에 대한 수소 이온의 양적비율에 의하여 결정된다.
독도는 전형적인 염류토양(鹽類土壤, 鹽性土壤, saline or halomorphic soil)과는 달리 대부분이 급경사인 섬의 지형구조와 미성숙토인 토양특성에 의하여 강우시기와 강우량에 따라, 토양에 집적(集積, illuviation)되는 토양염 함유량의 변화가 심하고, 토양 수분함량과 유기물함유량에 변화가 심하며, 여기에다 과거 화산활동에 의한 여러 층의 복잡한 지자기(地磁氣, magnetism)가 지표(地表, The earth's surface)의 전기장(電氣場, electric field) 변화에 영향을 주어 일어나는 토양화학적 구조의 전기에너지변화(이온의 변화) 때문에, 동일 장소에서도 측정시기에 따라 토양pH의 변화가 큰 것이 특징이다. 그러므로 강하고 변화무쌍(變化無雙)한 토양전자기와, 변화폭이 큰 토양pH에 적응하기 위한 생태적 적응의 결과로 나타나는 독도의 식물들의 유전자변화는 여타지역보다 매우 심하며, 독도에 꼭대기에서 약 100여년 이상 서식하고 있는 사철나무의 경우, 유전자의 염기서열변화는 육지나 여타 지역과 비교해보면 거의 변종(變種)에 가까울 정도로 변화가 심하다. 토양의 pH는 무기원소흡수를 비롯한 토양영양소의 이용도, 토양미생물의 생존과 번식, 식물뿌리생장에 큰 영향을 미친다. 무기원소의 결핍(缺乏)과 과잉(過剩)은 식물대사기능과 조직을 파괴하고, 생리활성을 저해(沮害)하거나 둔화(鈍化)시킨다. 식물의 뿌리부위는 각각 서로 다른 무기이온을 흡수하기 때문에 식물의 생존에 뿌리의 활착(活着)과 발달은 매우 중요한데, pH의 변화가 심한 독도에서는 식물들이 이러한 변화에 적응하기 위하여 보다 더 광범위한 근계를 발달시켜야 할 것이다.]
치환성(置換性) 양이온(exchangeable cation)은 평균 함유량(含有量, average content)이 2.34me/100g인 Ca2+을 제외하고는 K+, Mg2+, Na+ 등의 평균 함유량이 각각 2.10me/100g, 1.94me/100g, 2.34me/100g으로, 비슷한 화산성인(火山成因, cause of volcano formation)과 토양화학적 생성조건을 보이는 제주도의 화산회토(火山灰土, volcanic ash soil)(pH 4.7~5.8)보다 훨씬 높게 나타난다. 양이온(염기)치환용량(鹽基置換用量, cation(base) exchange capacity, C.E.C)은 평균 18.48me/100g으로 건토(乾土, dry soil) 경작지(耕作地, tillage, arable land) 평균치인 11 me/100g에 비하여 높지만, 유효인(有效燐, available phosphorus)의 함량은 39.17~77.69ppm으로 밭 토양의 평균 110ppm의 절반수준이며, 전질소(全窒素, total nitrogen)는 0.41~0.77%이다. 유효염기(有效鹽基, available base, Ca2+, Mg+, K+)함량은 극히 낮고, 전체 유기물 함량은 동도가 평균 17.17%, 서도가 지역에 따라 7.55~9.00%로서 뿌리층이 짧고 환경에 내성(耐性, tolerance)이 강한 초본류(草本類, herbs)를 제외하고는 대형의 목본류(木本類, woods)가 서식(棲息, inhabitation)하기에는 지극히 어려운 환경이다.
[註2. 토양영양소(土壤營養素, soil nutrient)는 두 가지로 구분되는데, 토양용액 내의 농도를 표시할 수 있는 강도요인(强度要因, intensity factor)의 영향 내에 있는 영양소와 유효영양소의 양적요인(量的要因, quantity factor)의 영향 내에 있는 영양소이다. 토양용액의 농도는 토양수분의 영향을 많이 받으며, 토양수분은 토양에도 많이 흡착되어 있기 때문에 식물이 토양수분을 이용하는 데는 많은 제한을 받는다. 그러므로 모든 토양수분을 종과 개체에 따른 수분흡수 능력과 체내 함수능력차이로 식물이 다 이용할 수는 없다. 따라서 이와 연관되는 영양소의 유효도(營養素有效度, nutrient availability)는 치환성이온(exchangeable ion)의 양보다는 토양용액에서 평형을 이루고 있는 이온의 농도에 의하여 결정된다.(Lee, 1990; Lee et al., 2002; Jeon, 2005)]
5) 토양수(土壤水, soil water)
약 75%가 수분으로 이루어진 식물체의 주된 수분공급원은 토양수가 대부분이다. 토양수는 토양입자의 표면에 분자층을 이루며 얇은 막으로 흡착(吸着, absorption)되어 있는 흡습수(吸濕水, hygroscopic water)와 지표에서 지하로 침투하는 중력수(重力水, gravitational water), 그리고 표면장력(表面張力, surface tension)에 의해서 흡습수 위에 머물러 있는 모세관수(毛細管水, capillary water)의 형태로 존재하며, 이 가운데서 식물이 직접적으로 이용하는 모세관수는 유효수분(有效水分, available water)이라 하는데, 토양을 구성하는 콜로이드(colloid)와 같이 음전기를 띠는(陰으로 荷電된) 미세한 토양입자는 표면에 염기성이온(양이온, cation)을 흡착함으로써 토양의 보수력을 높이고, 여러 가지 무기이온을 흡착함으로 식물의 가용영양소를 저장하는 역할을 하며, 토양의 pH는 식물들이 이러한 영양소를 흡수하는데 큰 영향을 미친다. 그러나 대부분이 사질토로 이루어지고, 토층이 얕은 독도의 토양은 공극률(孔隙率, prosity-토양의 공극률은 단위부피의 토양에 공기와 수분으로 채워질 수 있는 공간의 양을 말하며, 공극률은 토양의 보수력과 통기성과 밀접한 관계가 있기 때문에 식물의 성장에 중요한 요인으로 작용한다.)이 낮고, 토양 개개입자의 공극(孔隙-수분의 보유와 순환에 이용되는 작은 공극인 모세관공극과 공기의 유통에 이용되는 큰 공극인 비모세관공극이 있다.)이 커서 보수력이 낮고, 경사가 심한 지형구조에 의해서 수분의 유실이 심하며, 또한 빈약한 토층에 의해서 상승하는 모세관수가 적기 때문에, 식물의 생태적 수분가용도(水分可用度, water availability)는 매우 낮은 편이다. 그리고 토양에 집적되는 염분에 의해서 야기(惹起, causation)되는 생리적 수분 가용도도 매우 낮은 편이다.
6) 섬 주변의 해수농도(海水濃度, seawater concentration)
섬 환경의 이화학적, 생물학적 변화를 야기하는 해수의 염분농도는 육지에서 유입되는 민물의 영향을 가장 많이 받기 때문에, 강물의 유입이 많은 서해와 남해보다는 동해의 염분농도가 높다.
[註3. 염분농도(鹽分濃度, salinity): 육생식물(생물)의 토양산성도와 대기산성도에 대한 민감도(敏感度, sensitiveness)보다, 수생식물(생물)의 수중산성도에 대한 민감도가 훨씬 더 높다. 육지식물은 토양산성도(pH) 5의 변화에서도 잘 견디지만 수생식물은 수중산성도 0.5의 변화에서도 사멸에 가까운 치명상을 입는다.]
또한 연안(沿岸, long-shore coast)보다 육지에서 먼 심해(深海, abyssal zone)의 염분농도가 더 높기 때문에, 동해의 한가운데 위치한 독도해역(表面水 33~34psu)은 우리나라 근해(近海, adjacent or neighboring sea)에서 해수의 염분농도가 가장 높은 곳으로 알려져 있다.
7) 섬의 수리적 위치와 기후(climate)
섬의 수리적 위치(水里的 位置, ocean geographical position: 서도가 섬 중심이 북위 37°14′19″ 동경 131°51′51″, 동도가 삼각점 기준으로 북위 37°14′12″ 동경 131°52′07″)로 볼 때(Jeon, 2005), 아한대(亞寒帶, sub-polar belt)남단 해역에 속해 있음에도 불구하고, 적도지방에서부터 고위도로 연중 북상하여 흐르는 높은 수온을 가진 난류인 남중국해(南中國海, The South China Sea)의 흑조류(黑潮流, Kuroshio current) 및 대마난류(對馬暖流, Tsushima warm current)로 형성된 동한해류(東韓海流, East sea current)와, 수온이 낮은 북한한류(北韓寒流, North-Korea cold current)가 만나 완류대(緩流帶, a slow current belt, The gentle flow belt)를 형성하는 곳에 위치해 있기 때문에, 연중 50여일의 맑은 날을 제외하고는 대부분이 눈, 비가 내리거나 흐리고, 짙은 해무(海霧, sea fog)가 끼는 비교적 온난다습(溫暖多濕, feuchttemperiete klimate, mild-high humidity)한 날씨로, 연평균 기온 12℃, 겨울평균 1℃, 여름평균 23℃로, 아열대성(亞熱帶性, subtropical) 또는 지중해성 기후대(地中海性 氣候帶, Mediterranean climate belt)의 식물상과 비슷한 양상을 보이며(Lee and Sung, 1981), 식물의 광생리(光生理, photo-biotic, photo-active reproduction)에 매우 불리한 조건이다.
8) 주변 종급원지와 해풍(species pool and sea breeze)
주위 중요 종급원지(種給源地, species pool)인 울릉도는 북서쪽으로 87.4㎞, 남동쪽의 오키섬(隱岐島)은 157.5㎞, 동해안 경북 울진 죽변은 216.8㎞에 위치해 있어 대양(大洋, ocean)에 위치한 다른 해양섬(oceanic island) 보다는 종급원지가 가까운 편으로, 독도는 철새(migratory bird, migrant)들의 이동로(移動路, migration route)에서 구원섬(rescue island)으로의 작용과 동서로 한반도(韓半島, The Korean Peninsula)와 일본열도(日本列島, The Japanese Islands), 남북으로 러시아의 캄차카반도(Kamchatca Peninsula)와 제주도와 남해안 도서(島嶼)를 연결하는 식물 이동로에서 징검다리(stepping stone)섬 역할을 하는 곳이기 때문에, 조류(鳥類, birds)에 의한 식물종의 유입이 용이한 지역이다. 섬의 기후와 식물의 풍산포(風散布, anemochore)에 영향을 주는 해풍(海風, sea breeze)의 계절적 풍향(季節的 風向, seasonal direction of the wind)은 겨울에는 북서와 북동에서, 봄에는 남동과 남서에서 주로 많은 영향을 끼치는 것으로 알려져 있는데, 3~8월에는 남풍이 우세(優勢, predominant)하고, 9~10월에는 북풍이 우세하며, 11~12월에는 남풍과 북풍이 균등(均等, parity)하고, 다시 1~2월에는 북풍이 우세하다.
[註4. 본장은 추가된 일부를 제외하고 대부분을 2007년 필자의 석사학위논문에서 인용한 자료를 재인용(再引用, requotation) 하였다.]
