배롱나무와 피라칸사의 내한성과 지역별 최저기온을 분석하여 동해에 대한 위험을 검증하고자 하였다. 저온 처리한 시료의 내한성은 전기전도도의 측정과 형성층의 갈변도 관찰로 평가하였다. 배롱나무는 $-17.1^{\circ}C$ 이하에서, 피라칸사는 $-18.9^{\circ}C$ 이하에서 동해 피해가 클 것으로 분석되었다. 지난 45년간 최저기온이 $-17.1^{\circ}C$ 이하로 하강된 횟수는 대전 총 7회 중 1975년도 이후에는 1회, 청주 총 55회, 수원 총 72회로 기록되고 있다. $-18.9^{\circ}C$ 이하로 기온이 하강된 횟수는 청주 45회, 수원 32회로 나타났으나, 1991년 이후에는 하강되지 않았다. 또한 위도가 높아질수록 최저기온 상승계수는 크게 나타났다. 따라서 중부지역에 식재된 배롱나무와 피라칸사는 동절기 간헐적으로 나타날 수 있는 기온 강하에 의한 부분적인 동해 피해가 예상되기 때문에 위험할 수 있으며, 최저기온의 상승 추세에 따라 동해 피해 위험은 점진적으로 감소될 것이다.
배롱나무와 피라칸사의 내한성과 지역별 최저기온을 분석하여 동해에 대한 위험을 검증하고자 하였다. 저온 처리한 시료의 내한성은 전기전도도의 측정과 형성층의 갈변도 관찰로 평가하였다. 배롱나무는 $-17.1^{\circ}C$ 이하에서, 피라칸사는 $-18.9^{\circ}C$ 이하에서 동해 피해가 클 것으로 분석되었다. 지난 45년간 최저기온이 $-17.1^{\circ}C$ 이하로 하강된 횟수는 대전 총 7회 중 1975년도 이후에는 1회, 청주 총 55회, 수원 총 72회로 기록되고 있다. $-18.9^{\circ}C$ 이하로 기온이 하강된 횟수는 청주 45회, 수원 32회로 나타났으나, 1991년 이후에는 하강되지 않았다. 또한 위도가 높아질수록 최저기온 상승계수는 크게 나타났다. 따라서 중부지역에 식재된 배롱나무와 피라칸사는 동절기 간헐적으로 나타날 수 있는 기온 강하에 의한 부분적인 동해 피해가 예상되기 때문에 위험할 수 있으며, 최저기온의 상승 추세에 따라 동해 피해 위험은 점진적으로 감소될 것이다.
This study was conducted to check danger of the cold injury by reviewing the lowest temperature by regions and the cold tolerance of Lagerstroemia indica and Pyracantha angustifolia. The cold tolerance of the samples treated at low temperature was evaluated by measuring electrical conductivity and o...
This study was conducted to check danger of the cold injury by reviewing the lowest temperature by regions and the cold tolerance of Lagerstroemia indica and Pyracantha angustifolia. The cold tolerance of the samples treated at low temperature was evaluated by measuring electrical conductivity and observing browning of the cambium. It was proved that the lethal temperature of L. indica is below $-17.1^{\circ}C$, and that of P. angustifolia is below $-18.9^{\circ}C$. The frequency of the lowest temperature went down below $-17.1^{\circ}C$, was 7 times in Daejeon, 55 times in Cheongju and 72 times in Suwon for the last 45 years. In Daejeon, it has happened only once since 1975. The temperature dropped below $-18.9^{\circ}C$ 45 times in Cheongju and 32 times in Suwon during the same period, but it has not happened at all since 1991. It appears that the rising coefficient of the lowest temperature increases, as the latitude gets higher. As a result, L. indica and P. angustifolia which were planted in the central region of Korea, are considered in danger from freezing injury because the temperature can get very low intermittently in winter. But, the risk of freezing has reduced gradually as the lowest temperature raises each year.
This study was conducted to check danger of the cold injury by reviewing the lowest temperature by regions and the cold tolerance of Lagerstroemia indica and Pyracantha angustifolia. The cold tolerance of the samples treated at low temperature was evaluated by measuring electrical conductivity and observing browning of the cambium. It was proved that the lethal temperature of L. indica is below $-17.1^{\circ}C$, and that of P. angustifolia is below $-18.9^{\circ}C$. The frequency of the lowest temperature went down below $-17.1^{\circ}C$, was 7 times in Daejeon, 55 times in Cheongju and 72 times in Suwon for the last 45 years. In Daejeon, it has happened only once since 1975. The temperature dropped below $-18.9^{\circ}C$ 45 times in Cheongju and 32 times in Suwon during the same period, but it has not happened at all since 1991. It appears that the rising coefficient of the lowest temperature increases, as the latitude gets higher. As a result, L. indica and P. angustifolia which were planted in the central region of Korea, are considered in danger from freezing injury because the temperature can get very low intermittently in winter. But, the risk of freezing has reduced gradually as the lowest temperature raises each year.
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문제 정의
지구온난화와 더불어 우리나라의 최저 기온도 점차 상승함에 따라 내한성이 낮아 남쪽 지역에서 주로 식재되던 관상가치가 높은 수종들이 점차 북상하여 심겨지고 있다. 그러나 식물은 한계점 이하의 기온에서 일시에 동해를 입어 회복될 수 없는 상태로 갈 수 있기 때문에 중부지역에서 일부 식재되고 있는 배롱나무와 피라칸사의 내한성 평가와 45년간의 기상 기록을 분석하여 동해에 대한 안전성 여부를 검증하고자 하였다.
따라서 본 연구는 근래 일부 중부지역에 조경수로 식재되고 있는 배롱나무(Lagerstroemiaindica)와 피라칸사(Pyracantha angustifolia)의 동해에 대한 안전성 여부를 파악하기 위하여 내한성을 검증하고자 하였다.
식물은 겨울을 맞기 전에 순화기간을 거치면서 동해 위험에 대한 준비를 하지만, 한계 이상의 저온에서는 동해 피해를 받을 수밖에 없다. 따라서 지난 45년 동안의 기상청 자료를 이용 하여 최저 기온 값과 반복성, 지구온난화에 따른 최저 기온의 변화 등을 분석하고, 공시 수종의 동해 위험성을 검토하고자 하였다.
이 외에도 과수에 많이 이용되어온 동해 검정방법은 육안판별법, 열분석법, 핵자기공명법, 적외선 영상 온도 기록법 등이 있다(오성도,2004).본 연구에서는 해부현미경을 이용한 갈변도 변화와 전기전도도 측정법에 의해 동해 정도를 판별하고자 하였다.
제안 방법
시료 침지액의 초기 전도도를 측정 후 건조기에서 80℃로 6시간 동안 열처리를 하였다. 건조기에서 꺼낸 후에는 실온이 될 때까지 약 30분 간 두었다가 다시 160rpm 진탕기에서 18시간 동안 처리하기를 3반복으로 실시하여 침출액의 최종 전기전도도를 측정하였다(김인혜 등,2010).열처리에 의해 식물이 죽은 상태에서의 전해질 용출량이 최대일 것으로 가정하였을 때,시료에 대한 각각의 처리 후 전기전도도 값은 세포막 파괴에 의한 피해 정도를 의미하므로 이 값을 통하여 저온에 대한 피해 정도를 분석(Anderson et al.
공시재료의 동해발생 온도를 검정하기 위하여 최저온도 －13℃, －15℃,－17℃,－19℃,－21℃,－23℃ 처리구로 구분하여, 자연상태 기온변화에 기초한 온도 설정으로 2시간마다 온도에 변화를 주어 저온처리하였다.
또한 지구온난화에 따라 최저 기온은 점점 높아지고 있기 때문에, 과거에는 남부지역에만 식재되던 수종들이 점진적으로 북상하고 있다. 그러나 간헐적으로 나타나는 혹한에 노출되면 평소에는 잘 생육하던 수종(L. indica와 P. angustifolia)이 전체적으로 일시에 고사될 수 있기 때문에, 지난 45년 동안의 기상청 자료를 통하여 위도차이에 따른 지역별, 연도별 최저기온 변화를 분석하였다.
그러나 본 실험에서는 자연의 온도변화에 근접한 저온처리를 하기 위하여 HOBO Pro V2(Onset Computer, USA)를 이용하여 청주지역에서 2010년 12월 16일부터 2011년 3월 15일까지 5분마다 기온변화를 측정하였으며, 동절기 3개월간 관측된 매시간별 온도와 일일 최저 온도로 기록된 07:30분 온도와의 회귀식을 구하였다. 각 시간대별 설정 온도는 회귀식을 이용하여 최저온도와 시간별 변화 온도 값을 구하였다.
6℃에 노출된 경우, 배롱나무는 전체적으로 갈변이 심화되어 회복되기 어려울 것으로 판단되었고, 피라칸사도 갈변 부분이 50% 이상으로 나타남으로써 동해 정도가 심각하다고 판단되었다. 그러나 처리구별로 조직의 피해율을 계량화 할 수 없어, 전해질 용출에 따른 전기전도도를 측정하여 동해 정도를 계량화 하였다.
따라서 본 실험 에서는 자연의 온도변화와 유사한 온도변화를 실험에 적용하기 위하여 동절기 3개월간 관측된 매시간별 온도와 최저온도로 기록된 07:30분 온도와의 회귀식을 구한 결과는 Table 1과 같이 나타났다. 도출된 시간대별 회귀식을 이용하여 최저온도에 대한 시간별 온도 값을 Table 1과 같이 구하고, 최저온도 －13℃, －15℃,－17℃,－19℃,－21℃,－23℃일 때의 각 시간대별 온도를 적용하여 시료를 저온에 노출시켰다.
동해 발생에 따른 전해질 용출을 검정하기 위하여 Cyber Scan Con 110(EUTECH Instruments, Singapore)을 이용하여 전기전도도를 측정하였다. 전도도 측정을 위해 저온 처리한 시료 1g 씩을 채취하여 50mL 캡시험관에 30mL의 탈이온 2차 증류수와 함께 넣었다.
따라서 열처리에 의해 모든 세포를 파괴시킨 시료 침출액의 전기전도도에 대한 저온처리 후 시료 침출액의 전기전도도의 비를 백분율로 산출하여 동해에 의한 피해 정도를 판별하였다.
동해란 혹한으로 세포내 결빙이 일어나 세포막에 손상이 생김으로써 그 세포가 죽게 되는 것을 의미한다. 순화가 덜 된 상태에서 저온에 노출되거나 한계점 이상의 혹한에 의해 세포막에 손상이 생기면 전해질이 유출되므로 그 정도를 알아보기 위해 전기전도도를 측정하였다. 전기전도도 측정 결과, Table 2와 같이 －2℃에 보관된 시료의 전기전도도가 80℃의 고온에 6시간 노출시켜 고사된 시료의 전해질 용출에 의한 전기전도도 대비 12.
식물체를 저온에 노출시킨 후 상온까지 천천히 해빙하고, 육안으로 갈변정도를 확인하여 동해 여부를 평가할 수 있다. 육안 판별과 전기전도도(Fensom, 1966)사이에는 높은 상관관계 (Nesbitt et al., 2002; Rajashekar et al.,1982)가 있기 때문에 육안 판정에 의한 평가도 상당히 유효할 것으로 판단되어 저온에 노출시켰던 시료를 육안으로 관찰하고 촬영하였다(Refer to Figure 1).
육안에 의한 동해 여부 검정을 위하여 저온처리한 시료를 10 일 동안 2℃의 저온에 보습저장한 후 수피와 형성층 조직을 육안으로 관찰하여 갈변도에 따라 동해 여부를 판별하였다.
전도도 측정을 위해 저온 처리한 시료 1g 씩을 채취하여 50mL 캡시험관에 30mL의 탈이온 2차 증류수와 함께 넣었다. 이 시험관을 약 30분 동안 그대로 두었다가 진탕기(NB-101M, N-BIOTEC, INC., 2002)에서 160rpm으로 18시간 동안 처리하고 전도도를 측정하였다. 시료 침지액의 초기 전도도를 측정 후 건조기에서 80℃로 6시간 동안 열처리를 하였다.
대상 데이터
내한성 실험에 이용된 수종은 배롱나무(Lagerstroemia indica)와 피라칸사(Pyracantha angustifolia)이다. 배롱나무는 7월에 개화하고 개화기간이 길기 때문에 목백일홍이라고 불리어지는 관상가치가 높은 조경수목이다.
식물은 늦여름에서 저온의 가을을 거치면서 내한성이 증대되기 때문에 내한성이 증대된 시료를 공시재료로 이용하기 위하여 2011년 1월에 전남 순천 지역에 식재되어 있는 근원 직경 5cm 이상의 나무에서 직경 0.5～1cm 사이의 일년생 가지를 채취하였다. 채취된 시료를 20cm 길이로 조제한 후 보습재료를 충진하여 zipper bag에 넣고 밀봉한 다음 1～3℃의 저온에 저장하고 실험에 이용하였다.
데이터처리
그러나 본 실험에서는 자연의 온도변화에 근접한 저온처리를 하기 위하여 HOBO Pro V2(Onset Computer, USA)를 이용하여 청주지역에서 2010년 12월 16일부터 2011년 3월 15일까지 5분마다 기온변화를 측정하였으며, 동절기 3개월간 관측된 매시간별 온도와 일일 최저 온도로 기록된 07:30분 온도와의 회귀식을 구하였다. 각 시간대별 설정 온도는 회귀식을 이용하여 최저온도와 시간별 변화 온도 값을 구하였다.
성능/효과
HOBO Pro V2를 이용하여 청주지역에서 2011년 12월 16일부터 3월 15일까지 5분마다 기온변화를 측정한 결과, 일몰 시간대인 18시 이후 시간당 1～2℃ 정도씩 기온이 서서히 하강하여 일출 직전인 07:30분경에 최저 온도로 하강하고, 일출 후에는 시간당 2～3℃ 정도로 기온이 상승되었다. 따라서 본 실험 에서는 자연의 온도변화와 유사한 온도변화를 실험에 적용하기 위하여 동절기 3개월간 관측된 매시간별 온도와 최저온도로 기록된 07:30분 온도와의 회귀식을 구한 결과는 Table 1과 같이 나타났다.
갈변도 관찰 및 전기전도도 실험결과, 배롱나무와 피라칸사는 최저 온도 －15.2℃ 이하에서 부분적으로 약간의 동해가 예상되기는 하지만, 이듬해 봄 새로운 유상조직의 발달로 충분히 회복될 수 있을 것으로 판단된다. 그러나 배롱나무는 －17.
이상의 결과를 종합해 보면 배롱나무와 피라칸사는 대전지역까지는 동해 피해없이 생육이 가능할 것으로 판단되지만, 청주 이북의 중부지역에서는 동절기 간헐적으로 나타날 수 있는 동해에 부분적인 피해가 예상되고, 전체적인 고사를 유발할 수 있는 심각한 피해도 완전히 배제할 수는 없다.따라서 청주 이북지역에서 배롱나무와 피라칸사 식재 시 아직까지는 겨울철 보온대책이 필요할 것으로 판단된다.
순화가 덜 된 상태에서 저온에 노출되거나 한계점 이상의 혹한에 의해 세포막에 손상이 생기면 전해질이 유출되므로 그 정도를 알아보기 위해 전기전도도를 측정하였다. 전기전도도 측정 결과, Table 2와 같이 －2℃에 보관된 시료의 전기전도도가 80℃의 고온에 6시간 노출시켜 고사된 시료의 전해질 용출에 의한 전기전도도 대비 12.5～16.1%로 측정되었다. －2℃에 보관된 시료는 동해와 무관할 것으로 판단되어, 형성층 부분을 현미경과 육안으로 관찰한 결과, Figure1과 같이 눈에 띄는 변화를 관찰할 수 없었다.
최저온도 －17.1℃에 노출된 경우, 배롱나무와 피라칸사 두 수종 모두 전반적으로 갈색변화가 심화되었으며, 최저온도 －18.9℃ 에 노출된 경우의 배롱나무는 미세한 갈색 반점이 더 많이 나타남으로써 전체적으로 갈색 변화가 심화되어 동해가 심각하게 우려되었다. 피라칸사도 최저온도 －18.
질의응답
핵심어
질문
논문에서 추출한 답변
배롱나무란 무엇인가?
내한성 실험에 이용된 수종은 배롱나무(Lagerstroemia indica)와 피라칸사(Pyracantha angustifolia)이다. 배롱나무는 7월에 개화하고 개화기간이 길기 때문에 목백일홍이라고 불리어지는 관상가치가 높은 조경수목이다. 종명의 indica는 인도를 의미하며, 우리나라보다는 위도상으로 낮은 따뜻한 지역이 원산지로 중부지역에서 자연상태로 월동하기는 어려운 것으로 알려져 있다.
식물 재배 시 냉해보다 동해에 대한 메카니즘이 더 복잡하고 피해도 심하게 나타나는 이유는 무엇인가?
그러나 불규칙하게 찾아오는 혹한으로 식물의 내한성 한계 이하의 온도로 기온이 하강하면 이를 견디지 못하는 식물들은 한순간에 동사될 수 있다. 특히 냉해보다 동해는 얼음이 물리적인 장애를 일으킬 수 있기 때문에 메카니즘이 복잡하고 피해도 심하게 나타난다. 즉, 갑작스런 혹한으로 세포내 결빙이 일어나면 그 세포는 대부분 죽게 된다(Asahina,1956;Ashworth,1992).
중부지역에서 피라칸사가 조경수로 많이 이용되지 않은 이유는 무엇인가?
피라칸사는 5월에 흰꽃이 산방화서로 송이지어 피고 가을에 빨갛게 익는 열매는 관상가치가 매우 높은 수종이다. 그러나 내한성이 다소 약한 것으로 알려져 중부지역에서는 조경수로 많이 이용되지 않았다.
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