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문제 정의
- 지금까지 여러 수종의 Gap 갱신에 대한 연구가 많이 이루어졌지만 Gap 환경에 대한 묘목의 생리, 생태적 연구를 통한 적응과정과 갱신기작에 대한 연구는 미흡한 실정이다. 따라서 본 연구에서는 인위적으로 조성한 Gap 처리구에서 소나무 묘목의 생장 및 광보상점과 호흡 속도의 변화, 광도의 변화에 따른 광합성속도, 증산속도, 수분이용효율의 변화 등 생리적 특성에 대한 분석을 통해 소나무의 Gap 환경에 대한 적응과정을 알아보고 갱신기작을 구명하고자 하였다.
제안 방법
- 또한 시기별로 당년생 침엽의 광포화상태의 광합성 속도와 증산속도를 측정하였다. 광도(photosynthetically active radiation)를 임의로 조절할 수 있는 LED(light emitting diode) light source (LI-COR, Inc., Li-6400-02)를 이용하여 광도를 0, 25, 50, 75, 125, 250, 250, 500, 700, 750, 1000, 1250, 1500 , 2000"molm-2sT로 조절하며 10: 00시부터 13: 00사이에 측정을 하였다. 광합성 측정시 leaf chamber내의 온도를 250로 설정하고 외기의 온도변화로 인한 영향이 없도록 하였다.
- 1년생 소나무 묘목을 이식한 후 1개월이 지난 5 월부터 11월까지, 이식이후 1년이 경과한 1T 년생 묘목에 대해 4월부터 12월까지 2년에 걸쳐 주기적으로 묘목의 근원경과 묘고를 측정하였다. 또한 Gap처리구와 대조구에서 1년 경과한 1-1 년생 소나무 묘목을 대상으로 4월 4일, 6월 3일, 8 월 14일, 10월 20일에 각각 무작위로 7개체씩 sample로 선정하여 개체별로 침엽, 가지+줄기, 뿌리의 생중량 및 건중량을 측정하였다.
- 또한 Gap처리구와 대조구에서 1년 경과한 1-1 년생 소나무 묘목을 대상으로 4월 4일, 6월 3일, 8 월 14일, 10월 20일에 각각 무작위로 7개체씩 sample로 선정하여 개체별로 침엽, 가지+줄기, 뿌리의 생중량 및 건중량을 측정하였다. 건 중량측정 결과에 의해 시기별로 묘목 건중량의 부위별 배분 비율, T/R율(지상부/지하부) 및 지상부 C/F 비율(지상부 비동화기관과 동화기관의 건중량 비율)을 조사하였다.
- , Li-6400-02)를 이용하여 광도를 0, 25, 50, 75, 125, 250, 250, 500, 700, 750, 1000, 1250, 1500 , 2000"molm-2sT로 조절하며 10: 00시부터 13: 00사이에 측정을 하였다. 광합성 측정시 leaf chamber내의 온도를 250로 설정하고 외기의 온도변화로 인한 영향이 없도록 하였다. 또한 portable photosynthesis system에 유입되 는 공기의 CO2농도가 급변하지 않도록 20 C 의증류 수통을 buffer로 사용함으로써 CO2농도가 ±2ppm 범위내에서 안정된 상태를 유지하도록 하였다.
- 그리고 소나무 묘목 당년생 침엽의 순 광합성 속도와 증산속도 측정결과를 이용하여 다음 식에 의해 광도별로 수분이용효율(water use efficiency, WUE)을 계산하였다(Field 등, 1983; Polley 등, 1996; Fay과 Knapp, 1996; Knmpp와 Smith, 1987).
- 소나무는 갱신 초기단계인 치수단계에 Gap처리구에서 400 ~450“mol廿它'보다 낮은 광도하에서 비교적 높은 광합성속도를 나타내었고 광포화점은 Open 생장환경에 비해 300 zunol m"sT정도 낮았으며광보상점도 40%정도 낮게 나타나 양수로서 내 음성을 나타내었다. 또한 Gap처리구에서 400 - 450 “molmesT보다 낮은 광도하에서 소나무 묘목은중산속도가 작고 수분이용효율이 높기 때문에 광 에너지를 효율적으로 이용하였다.
- 측정하였다. 또한 Gap처리구와 대조구에서 1년 경과한 1-1 년생 소나무 묘목을 대상으로 4월 4일, 6월 3일, 8 월 14일, 10월 20일에 각각 무작위로 7개체씩 sample로 선정하여 개체별로 침엽, 가지+줄기, 뿌리의 생중량 및 건중량을 측정하였다. 건 중량측정 결과에 의해 시기별로 묘목 건중량의 부위별 배분 비율, T/R율(지상부/지하부) 및 지상부 C/F 비율(지상부 비동화기관과 동화기관의 건중량 비율)을 조사하였다.
- 광합성 측정시 leaf chamber내의 온도를 250로 설정하고 외기의 온도변화로 인한 영향이 없도록 하였다. 또한 portable photosynthesis system에 유입되 는 공기의 CO2농도가 급변하지 않도록 20 C 의증류 수통을 buffer로 사용함으로써 CO2농도가 ±2ppm 범위내에서 안정된 상태를 유지하도록 하였다. 수분 스트레스로 인한 광합성속도와 증산 속도의 저하를 없애기 위하여 측정 1시간 전에 충분한 관수를 하였다.
- , USA) 을 이용하여 침엽의 생육활성이 다른 6월 초, 8월 초, 10월 초에 광도의 변화에 따른 당년생 침엽의 광합성 속도, 호흡량, 증산속도 등을 측정하였다. 또한 시기별로 당년생 침엽의 광포화상태의 광합성 속도와 증산속도를 측정하였다. 광도(photosynthetically active radiation)를 임의로 조절할 수 있는 LED(light emitting diode) light source (LI-COR, Inc.
- 생장환경이 다른 Gap처리구와 대조구에서 1년경과 한 소나무 묘목의 광도의 변화에 따른 당년생침엽의 광합성속도의 변화과정을 분석하고 광포화점과 광보상점을 비교하였으며 침엽의 호흡 속도를 비교하였다. 그리고 소나무 묘목 당년생 침엽의 순 광합성 속도와 증산속도 측정결과를 이용하여 다음 식에 의해 광도별로 수분이용효율(water use efficiency, WUE)을 계산하였다(Field 등, 1983; Polley 등, 1996; Fay과 Knapp, 1996; Knmpp와 Smith, 1987).
- 소나무 묘목의 생리적 특성은 이식후 1년이 경과한 처리구와 대조구에서 각각 생장속도가 비슷하고 정상적인 생장상태를 유지하고 있는 소나무 묘목 10본을 대상으로 Portable Photosynthesis System(모델명 : LI-6400, LI-COR Inc., USA) 을 이용하여 침엽의 생육활성이 다른 6월 초, 8월 초, 10월 초에 광도의 변화에 따른 당년생 침엽의 광합성 속도, 호흡량, 증산속도 등을 측정하였다. 또한 시기별로 당년생 침엽의 광포화상태의 광합성 속도와 증산속도를 측정하였다.
- 이식시 1년생 소나무 묘목의 근원경과 묘고 및 실험구내 토양(토심 20cm부위)은 Table 1과 같다. 이식후 처리구와 대조구에서 동일한 시기에 동일한 방법으로 잡초를 뽑아주어 소나무 묘목과 잡초와의 경쟁을 제거하였으며 이식 초기 묘목의 정착을 위해 1개월 정도 灌水를 하였다. 또한 6월과 9월 사이에 정기적으로 처리구 주변 목 상수리나무의 일부 당년생 가지를 제거함으로써 Gap내의 일정한 빈 수관공간을 유지시켰다.
대상 데이터
- 1996년 4월 서울대학교 농업생명과학대학(동경 127° 1', 북위 37° 17') 학내 묘포에서 소나무 종자(산지 : 忠南, 안면도 채종원)를 파종하여 1년생 묘목을 생산하였다. 1997년 3월에 학내 상수리나무 식재지(평균 수고 8m, 평균 흉고직경 10cm)ofl 서 인위적으로 8mx9m 크기의 Gap처 리구를 만들고 3월말에 120본 1년생 묘목을 15cm X 15cm 간격으로 이식하였다.
- 생산하였다. 1997년 3월에 학내 상수리나무 식재지(평균 수고 8m, 평균 흉고직경 10cm)ofl 서 인위적으로 8mx9m 크기의 Gap처 리구를 만들고 3월말에 120본 1년생 묘목을 15cm X 15cm 간격으로 이식하였다. 동시에 인접한 묘포에도 대조구 (Open)를 설치하여 동일한 방법으로 1년생 묘목을 이식하였다.
성능/효과
- 2정도 높은지 상부 C/F비율 및 상대적으로 높은 T/R 비율을 유지하면서 Gap내 생장환경에 적응하였다. 소나무는 갱신 초기단계인 치수단계에 Gap처리구에서 400 ~450“mol廿它'보다 낮은 광도하에서 비교적 높은 광합성속도를 나타내었고 광포화점은 Open 생장환경에 비해 300 zunol m"sT정도 낮았으며광보상점도 40%정도 낮게 나타나 양수로서 내 음성을 나타내었다. 또한 Gap처리구에서 400 - 450 “molmesT보다 낮은 광도하에서 소나무 묘목은중산속도가 작고 수분이용효율이 높기 때문에 광 에너지를 효율적으로 이용하였다.
- 이는 어린 조직일수록 세포의 원형질량이 많아 호흡량이 크기 때문이다(임경빈 둥, 1987). 6월부터 10월까지 처리 구내 소나무 묘목의 당년생 침엽의 호흡량은 대조 구내 호흡량의 60~70%를 나타내었는데 이로부터도 광도가 낮은 Gap 생장환경에서 침엽은 상대적으로 호흡에 의한 광합성물질의 이용량을 줄이면서 Gap 환경에 적응하는 과정을 보여 주었다.
- 그리고 근원경 생장량은 2mm 정도로 비교적 작았고 대조구에 비해 30% 정도밖에 안되었지만 묘고의 생장량은 10cm 정도로 대조 구와 비슷하였고 생장 양상도 유사하였다. Gap 처리구에서 2년 경과한 소나무 묘목의 근원경 생장량은 3mm 정도로 대조구의 7mm에 비해 60% 정도 작게 나타났고 묘고 생장량은 23cm 정도로서 대조구의 50cm에 비해 54% 정도 작게 나타났다(Fig. 2).
- Gap에서 천연갱신이 이루어지는 소나무는 갱신 초기 단계에 Gap처리구에서 광합성산물이 직경 생장보다는 높이생장에 많이 배분되어 묘목의 묘고 생장량이 근원경생장량에 비해 상대적으로 더 높았다. 광도가 낮고 광질이 다른 Gap에서 소나무 묘목은 Open 생장환경에 비해 0.
- Gap처리구에서 1년 경과한 후 소나무 묘목의 T/R율은 평균 4.2이었고 대조구에 비해서는 2배 정도 높게 나타났다(Fig. 5). 묘목의 생장에 따라 처리 구에서 T/R율은 8월까지 점차 증가하는 추이를 나타내었으며 8월의 T/R율은 4월초에 비해 평균 0.
- Gap처리구와 대조구에서 1년 지난 후 소나무 묘목의 평균 건중량은 각각 4・5g/본, 14.7g/본이었고 2년 경과한 후 처리구내 묘목의 연평균 건 중량 생장량은 6.6g/본으로서 대조구의 51.7胃/본에 비해 매우 작게 나타났다(Fig. 3). 이는 방크스소나무가 낮은 광도에서 건중량의 증가속도가 감소하였다는 Kimmins(1997)의 보고와도 일치하였는데 이는 Gap처리구에서는 생장초기에도 묘목의 건 중량이 작았으며 주변 임목의 수관 광 차단에 의해 대조구에 비해 광도가 약해지고 광질 구성도 변화되었기 때문이라고 생각한다.
- 6월~10월 사이의 조사 기간에 처 리구내 당년생 침엽은 광도가 120/^ mol mV1 정도이하의 낮은 광도하에서는 광도의 증가에 따라 모두 비교적 급격한 증가 추이를 나타내었고 광도가 100~120# mol m~2广정도일 때 수분 이용효율은 4~6"molCO2mmo「'H2C) 이었다. 그러나 광도가 120“molnf%T정도이상일 때는 광 포화상태의 광도에 도달할 때까지 수분 이용효율은 서서히 중가하였고 광 포화상태이후의 광도에서는 수분이용효율의 변화가 비교적 작게 나타났다. 이는 대조구에서 자란 당년생 침엽의 수분 이용효율이 광도의 증가에 따라 광 포화상태의 광도에도 달할 때까지 서서히 증가하는 양상과는 뚜렷한 차이를 보여주었다.
- 침엽의 생장이 왕성한 8월에 처리 구내 당년생 침엽의 증산량은 43“molH2Og-' fwsT로 6월에 비해 30%정도 높게 나타났고 10월에는 6월에 비해 10%정도 높게 나타났다. 그리고 6월부터 10월까지 당년생 침엽의 생장기간에 걸쳐 Gap처리구내 침엽은 대조구에 비해 300 ~ 400“ molmTsT이하의 낮은 광도하에서 광도의 변화에 따라 증산속도의 변화가 크게 나타났다(Fig. 8). 침엽의 증산속도 측정시 묘목의 수분공급이 충분하고 또한 측정 c电timber내에 공급되는 공기의 온도와 습도가 동일하였기 때문에 광도의 변화에 따른 증산속도의 변화는 기공의 개폐반응속도로 볼 수 있다(Guo 등, 1998; 이갑연, 1998).
- 29"molmesT 를 나타내었으며 그후 10월까지 광보상점의 변화는 매우 작았다(Table 2). 또한 처리구내 당년생침엽의 광보상점은 年 생장기간 중 대조구에 비해 모두 9“molm-2sT정도 낮게 나타났다. Boardman (1977)은 숲내에서 생장한 개체는 全光 조건에서 생장한 개체에 비하여 낮은 광도에서 광보상점과광포화점이 존재한다고 하였다.
- 5). 묘목의 생장에 따라 처리 구에서 T/R율은 8월까지 점차 증가하는 추이를 나타내었으며 8월의 T/R율은 4월초에 비해 평균 0.5배정도 증가하였고 증가폭도 대조구의 2.2 배에 비해서는 더 작게 나타났다. 김태욱(1968)에 의하면 약한 피음상태에서 1년생 소나무 묘목의 줄기는 무처리에 비해 더 양호한 생장을 하였고 T/R율도 증가하였다.
- 그리고 광합성과정에서는 공기중의 CO2와물을 원료로 하여 탄수화물을 만들어내기 때문에임목에 있어서 제한된 수분을 효율적으로 이용하여야만 광합성 효율을 제고할 수 있다. 처리구내당년생 침엽은 광포화상태에서 8월초부터는 수분 이용효율이 생장 초기에 비해 30%정도 높게 나타났고 그 이후에는 수분이용효율의 변화도 비교적 작았으며 안정 된 값을 유지 하였다(Table 4). 이는 대조 구내 당년생 침엽의 6월초, 8월초, 10월 초의 수분 이용효율에 비해 모두 시기별로 1.
- 7에서는 Gap처리구에서 조사시기별 소나무 묘목의 호흡속도를 나타내었다. 처리구에서 소나무 묘목의 당년생 침엽의 순 호흡량은 침엽의 생장 기간 중 모두 낮게 나타났으며 동아가 자라서 당년생 침엽이 전개되는 생장초기에 침엽의 호흡량은 0.022“molC0 2gTfws-'정도로 가장 높았고 침엽의 생장에 따라 10월에는 0.013“molCO2g-'fws-' 정도로서 40%정도 감소하였다. 이는 어린 조직일수록 세포의 원형질량이 많아 호흡량이 크기 때문이다(임경빈 둥, 1987).
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