Ecological study of Vitex rotundifolia community on Masian beach and its allelopathic influence

Abstract

Vitex rotundifolia is a sprawling shrub in the family of Verbenaceae and one of the representative coastal sand dune plants. It appears on the front and back of coastal sand dunes. It has been used as medicine and landscape plants worldwide due to various chemicals from it and attractive foliage and flower. Furthermore, as its deep root system contributes to stabilizing sand dunes, it has been suggested to be a rehabilitation plant for the degraded areas. Despite its usefulness, there are not enough ecological studies about V. rotundifolia. In this study, species within V. rotundifolia community were investigated in August on Masian beach where a coastal sand dune was with well-preserved vegetation. Species investigation was done by quadrat and soil samplings at depth of 0-5 cm and 5-10 cm were done randomly in each quadrat. Also, soil properties were measured to figure out the habitat condition of V. rotundifolia community and further, correlation with environmental factors and the structure of V. rotundifolia community was confirmed by NMDS. There were 12 species within the community, including Lathyrus japonicus and Carex kobomugi. The habitat of V. rotundifolia community is a typical coastal sand dune, with less soil moisture and high salinity. According to the result by NMDS, soil hydrophobicity and organic matter were significantly correlated to V. rotundifolia community structure. With these results, it was found that various coastal sand dune plants that appear on foredune and stabilized sand dune at the same time were within V. rotundifolia community, showing the community on Masian beach has complex vegetation and Masian beach is partially stabilized. Thus, V.rotundifolia community might be an indicator to show the degree of stability of dunes. Also, it was shown that its soil characteristics corresponded to the coastal sand dune environment, and among them, soil hydrophobicity and organic matter, which are known to be related to the dominant strategy of V. rotundifolia, have a significant correlation with the community structure. V. rotudifolia has various chemicals and some of them like phenolic and flavonoid compounds are known as allelochemicals. In this study, allelopathic influence of V. rotundifolia on other plants, especially coastal sand dune plants, was investigated with laboratory and in soil condition. Lactuca sativa var. capitata, the commonly used species for allelopathic experiment, Oenothera odorata, one of naturalized coastal sand dune plants, and Calystegia soldanella, one of the native coastal sand dune plants were studied to figure out allelopathic influence of V. rotundifolia through leachate with different concentrations, 0%, 10%, 50%, and 100%. In laboratory condition, the results showed there was no meaningful effect in terms of germination percentage but radicle elongation was stimulated more with increasing concentration. Also, in soil condition, L. sativata var. capitata with 50% leachate treatment showed the highest germination percentage. Their radicles got longer as the concentration of leachate increased. However, O. odorata and C. soldanella did not have significant differences among their results. Even though stimulation seems to affect other species positively, it would be deleterious to them in the long term, increasing seedling mortalities. With the present studies, it was found that V. rotundifolia has a relationship with its surroundings. The species composition of V. rotudnifolia community shows the state of coastal dune and its environmental factors like soil organic matters and soil hydrophobicity have a correlation with the community. Also, V. rotundifolia fruits might allelopathic influence on neighboring species even far from the community as they could spread easily by wind or current. These studies would be helpful to provide basic information for the management of V. rotudnifolia community and restoration of degraded coastal dune.

순비기나무는 마편초과에 해당하는 기어서 자라는 관목으로 해안 사구 대표 식물 중 하나이다. 이는 해안사구의 전면부와 후면부에서 나타난다. 순비기나무에서 나오는 다양한 화학물질로 인해 약제로 사용되어왔고 아름다운 잎과 꽃 덕에 세계적으로 경관식물로 사용되고 있다. 그에 더해, 깊게 자라는 뿌리를 통하여 사구를 안정화시키는데 기여하여 손상된 지역에 복원 식물로 제안되어 오고 있다. 이러한 유용성에도 불구하고 순비기나무에 대한 생태학적 연구는 부족한 실정이다. 본 연구에서는 8월에 식생이 잘 보존되어있는 사구가 있는 마시안 해변의 순비기나무 군락의 종 조성에 대해 조사하였다. 방형구 조사가 시행되었으며 각 방형구에서 임의적으로 0-5 cm와 5-10 cm 깊이의 흙을 채집하였다. 또한, 순비기나무 군락 서식지 조건을 알기 위해 토양 특성이 측정되었고 NMDS를 통하여 순비기나무 군락 구조와 환경 변수간의 상관 관계가 확인되었다. 마시안 해변 순비기나무 군락에는 갯완두와 통보리사초를 비롯하여 12 종의 식물이 존재하였다. 해당 군락의 서식지 환경은 적은 수분과 높은 염도를 나타내며 전형적인 해안사구의 특성을 보였다. NMDS 결과에 따르면 환경 변수 중 토양 소수성과 유기물이 군락 구조가 유의미한 상관관계를 가짐을 알 수 있었다. 이러한 결과를 바탕으로 전사구와 안정화된 사구에서 나타나는 다양한 해안 사구 식물이 군락 내에 공존함을 알 수 있었고 이는 마시안 해변의 해당 군락이 복잡한 식생을 가지고 있으며 어느 정도 안정화된 사구임을 알 수 있었다. 또한, 군락의 토양 특성이 해안 사구 환경과 일치했음을 보였으며 그 중에서도 순비기나무의 우점 전략과 관련되었다고 알려진 토양 소수성과 유기물이 유의미하게 군락 구조와 상관관계를 이룸을 알 수 있었다. 순비기나무는 다양한 화학 성분들을 가지고 있으며 그 중 일부는 페놀릭 화합물이나 플라보노이드 화합물과 같은 알렐로케미컬이라고 알려진 물질들이 해당된다. 본 연구에서는 순비기나무가 다른 해안 식물들에 알렐로패시적 영향을 주는지 실험적 조건과 토양 조건에서 실험하였다. 알렐로패시 실험에 가장 흔히 사용되는 상추, 해안 사구 대표 귀화 식물인 달맞이꽃 그리고 해안 사구 자생 식물 중 하나인 갯메꽃이 순비기나무의 알렐로패시적 영향을 확인하는데 사용되었으며 순비기나무 침출액은0%, 10%, 50%, 100%를 사용하였다. 실험실 조건에서는 발아율 관점에서는 의미있는 효과는 보지 못하였지만 유근 생장은 농도가 진해질수록 촉진되었다. 또한, 토양 조건에서 50% 침출액 처리 시, 상추의 발아율은 가장 높았으며 유근은 농도가 증가함에 따라 더 길어졌다. 하지만, 달맞이꽃과 갯메꽃의 경우 유의미한 차이를 볼 수는 없었다. 비록 촉진 효과가 다른 종들에게 긍정적으로 작용하는 것처럼 보이나 이는 장기적으로 봤을 때 유묘들의 사망률을 높이기에 유해할 수 있다. 본 연구를 통하여 순비기나무 군락의 그 주변과 관계를 갖고 있음을 알 수 있었다. 순비기나무 군락의 종 조성은 해안 사구의 상태를 보여주며 토양 유기물과 토양 소수성과 같은 환경 요인은 군락과 상관관계를 가진다. 또한, 순비기나무 열매는 바람과 해류에 의해 쉽게 퍼지면서 군락에서 멀리 떨어진 주변 식물들까지 알렐로패시적 영향을 미친다. 본 연구는 순비기나무 군락 관리와 손상된 해안 사구 복원에 필요한 기본 정보를 제공하는데 그 의미가 있다.