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문제 정의
- 따라서 본 연구는 우리나라 천연활엽수림의 주종을 이루는 상수리나무의 묘목을 사용하여, 인위적으로 토양을 산성화시킨 후 토양 산성화가 수목의 광합성 활성에 미치는 영향을 조사하였다.
제안 방법
- C, 상대습도는 50-70%를 유지하였다. A-Ci 곡선의 측정은 침엽을 챔버내에서 약 10분간 적응시킨 후, CO2농도가 150~1500 ppm의 범위내에서 측정하였다.
- 풍건토양 1 L에 SO42−: NO3−: Cl−= 5: 3: 2(당량비)의 비율이 되도록 조제한 산성용액을 첨가하였다. 각 처리구의 토양 1 L에 첨가된 H+의 양이 각각 0(대조구), 10, 30, 60 및 90 meq가 되도록 산성토양을 조제하였다.
- 광-광합성 곡선은 leaf chamber내 CO2 농도는 injector system을 이용하여 360 μmol·mol−1로 유지하며, 온도는 25oC, 그리고 6400-02 LED light source를 이용하여 광합성 광량자속 밀도(photosynthetic photon flux density(PPFD)) 0, 20, 50, 100, 200, 500, 1000, 1500 μmol·m−2 s−1에서 광합성률 변화를 측정하여 다음의 식으로 계산하였다.
- 상수리나무 묘목의 각 처리구별 광합성 측정을 위해 open gas exchange system(LI-6400, Li-Cor, Lincoln, NE)을 이용하여 광합성을 측정하였다. 광-광합성 곡선은 leaf chamber내 CO2 농도는 injector system을 이용하여 360 μmol·mol−1로 유지하며, 온도는 25oC, 그리고 6400-02 LED light source를 이용하여 광합성 광량자속 밀도(photosynthetic photon flux density(PPFD)) 0, 20, 50, 100, 200, 500, 1000, 1500 μmol·m−2 s−1에서 광합성률 변화를 측정하여 다음의 식으로 계산하였다.
- 상수리나무 묘목의 광합성 활성 감소의 원인을 밝히기 위하여 각 처리구에서 육성시킨 식물체의 광-광합성곡선(Figure 1) 및 A-Ci 곡선(Figure 2)을 측정하였다. 상수리나무 묘목의 최대광합성속도는 대조구에 비하여 10 meq H+ 처리구에서 증가하였으나, H+ 부하량 증가에 따라 감소하는 경향을 나타내었다.
- 생장량 측정은 실험직전 무작위로 21개체 그리고 실험종료 시에 각 처리구당 5개체를 선정하여 식물기관별로 생중량을 측정한 후, 70oC에서 5일간 열풍 건조하여 건중량을 측정하였다.
- 실험시작 시(t1) 및 종료 시(t2)에 있어서 묘목의 건중량을 이용하여 생육기간 중 개체건물생장의 상대생장률(Relative Growth Rate; RGR), 순동화율(Net Assimilation Ratio; NAR), 엽건중비(Leaf Dry Weight Rate; LWR) 및 지하부에 대한 지상부의 건중비인 T/R율을 계산하였다(Hunt, 1978).
- 잎의 chlorophyll함량은, 각 처리구당 임의의 5개체의 선단부 침엽을 2~3 mm씩 자른 각각의 시료 0.1 g을 DMSO 10 mL와 함께 시험관에 침적시켜 25oC의 항온기에 8시간 방치하여 chlorophyll을 추출하였으며, 그 추출액을 645 nm 및 663 nm의 흡광도를 분광광도계(Hitachi CO., U-1100)로 측정한 후, chlorophyll함량을 산출하였다(Arnon, 1949).
- 실험종료 시에 각 처리구당 5개체의 묘목을 선정하여 표본 추출하였다. 표본 추출한 상수리나무 묘목의 잎을 60~70oC에서 1주일간 drying oven(JEIO TECH, FO-450M)에서 건조시킨 후, 분쇄기(Hyunjin Co., IC-3000)를 사용하여 식물체를 분쇄시켜 습식분해(HNO3+HClO4)한 후, 식물체 내 Mg 및 Al농도는 원자흡광광도계(Hitachi Co., Z-8230)에 의해, N는 황산분해법으로 측정하였다.
- 풍건토양 1 L에 SO42−: NO3−: Cl−= 5: 3: 2(당량비)의 비율이 되도록 조제한 산성용액을 첨가하였다.
대상 데이터
- 공시토양은 경기도 광주시에 소재하고 있는 경희대학교 연습림(N 37°3', E 127°1')에 분포하는 활엽수 임분에서 낙엽층을 제거하고 표층토 약 0~10 cm까지의 A층 토양을 채취하였다.
- 본 연구에서의 공시재료는 북부지방산림청 용문양묘사업소 묘포장에서 양묘한 상수리나무(Quercus acutissima) 2년생 묘목을 사용하였다. 공시토양은 경기도 광주시에 소재하고 있는 경희대학교 연습림(N 37°3', E 127°1')에 분포하는 활엽수 임분에서 낙엽층을 제거하고 표층토 약 0~10 cm까지의 A층 토양을 채취하였다.
- 실험종료 시에 각 처리구당 5개체의 묘목을 선정하여 표본 추출하였다. 표본 추출한 상수리나무 묘목의 잎을 60~70oC에서 1주일간 drying oven(JEIO TECH, FO-450M)에서 건조시킨 후, 분쇄기(Hyunjin Co.
성능/효과
- RGR 및 NAR은 대조구에 비하여 10 meq H+ 처리구에서 증가하였으나, 그 외 30, 60, 90 meq H+ 처리구에서는 저하하였다. 이와 같은 결과는 산성화된 토양에서 120일간 생육한 소나무 묘목의 RGR 및 NAR은 10 meq H+ 처리구에서 약간 증가하였으나, 토양내 H+ 부하량이 증가함에 따라 감소하였다는 연구결과(이충화 등, 1999)와 일치하였다.
- 공시묘목 육성개시 180일 후의 실험종료 시에 있어서 식물체의 기관별 건중량 및 T/R비를 조사한 결과(Table 1), 각 식물기관별 및 개체 전체의 건중량은 토양 내 H+ 부하량의 증가에 따라 감소하였으며, 이러한 건중량의 감소는 대조구에 비하여 60, 90 meq H+ 처리구에서 유의적인 차이가 인정되었다. 또한 지하부에 대한 지상부의 건중량비(T/R)는 토양 내 H+ 부하량의 증가에 따라 높아지는 경향을 나타내고 있었는데, 60, 90 meq H+ 처리구에서 대조구에 비하여 통계적으로 유의한 차이를 보이고 있어 토양내 H+ 첨가처리에 의한 토양산성화는 건물생장에 유의적인 영향을 주었다.
- , 1992)에 영향을 주었을 가능성을 시사하고 있다. 따라서 본 연구에 있어서는 토양으로의 H+ 부하량의 증가에 따라 상수리나무 묘목의 Rubisco의 활성 또는 그 함유량의 저하가 광합성활성을 감소시킨 것으로 사료된다.
- 엽 내 chlorophyll함량은 일반적으로 광합성 능력과 비례하는 것으로 알려져 있으며 식물의 chlorophyll함량은 대기오염과 같은 스트레스를 받으면 붕괴된다(우수영 등, 2004). 따라서 실험개시 180일 후에 있어서 상수리나무 묘목의 chlorophyll함량을 분석한 결과(Table 3), 10 meq H+처리구를 제외한 모든 처리구에서 H+ 부하량이 증가함에 따라 chlorophyll a, b 및 a+b의 함량이 감소하는 경향을 나타내었다. 특히 90 meq H+ 처리구에 있어서 chlorophyll 함량은 대조구에 비하여 약 9% 감소하였는데, 이와 같은 결과는 pH 3.
- 처리구에서 유의적인 차이가 인정되었다. 또한 지하부에 대한 지상부의 건중량비(T/R)는 토양 내 H+ 부하량의 증가에 따라 높아지는 경향을 나타내고 있었는데, 60, 90 meq H+ 처리구에서 대조구에 비하여 통계적으로 유의한 차이를 보이고 있어 토양내 H+ 첨가처리에 의한 토양산성화는 건물생장에 유의적인 영향을 주었다.
- 상수리나무 묘목의 광합성 활성에 미치는 토양산성화의 영향을 조사한 결과, 묘목의 생장은 토양산성화의 직접적인 영향으로 인하여 뿌리의 생장이 억제되어 그로 인해 영양분의 흡수가 원활히 이루어지지 않고, 광합성 산물이 감소된 것으로 조사되었다. 또한 토양 산성화는 Rubisco의 활성 또는 그 함유량의 저하가 광합성 활성을 감소시켜, 최종적으로는 건물생장량이 감소하였다. 한편 지하부에서 지상부로 이동한 Al이 Rubisco 단백을 변환시켜 그 활성에 영향을 주었을 가능성을 시사하고 있다.
- 본 연구에서 상수리나무 묘목의 엽내 Al 및 Mg농도와 A-Ci 곡선의 초기 기울기인 CO2고정효율(Carboxylation Efficiency; CE)과의 관계를 검토한 결과(Figure 3), 엽 내 Al 농도와는 매우 높은 부의 상관관계(p<0.01), Mg농도와는 높은 정의 상관관계(p<0.05)를 나타내었다.
- 상수리나무 묘목의 광합성 활성에 미치는 토양산성화의 영향을 조사한 결과, 묘목의 생장은 토양산성화의 직접적인 영향으로 인하여 뿌리의 생장이 억제되어 그로 인해 영양분의 흡수가 원활히 이루어지지 않고, 광합성 산물이 감소된 것으로 조사되었다. 또한 토양 산성화는 Rubisco의 활성 또는 그 함유량의 저하가 광합성 활성을 감소시켜, 최종적으로는 건물생장량이 감소하였다.
- 상수리나무 묘목의 광합성 활성 감소의 원인을 밝히기 위하여 각 처리구에서 육성시킨 식물체의 광-광합성곡선(Figure 1) 및 A-Ci 곡선(Figure 2)을 측정하였다. 상수리나무 묘목의 최대광합성속도는 대조구에 비하여 10 meq H+ 처리구에서 증가하였으나, H+ 부하량 증가에 따라 감소하는 경향을 나타내었다.
- 한편, 광합성 활성 감소 원인을 파악하기 위하여 CO2 고정효율과 엽 내 N함량 및 chlorophyll함량과의 관계(Figure 4)를 분석한 결과, N의 함량 및 chlorophyll함량과 CO2 고정효율과의 사이에 매우 높은 정의 상관관계(p<0.01)가 인정되었다.
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