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문제 정의
- 본고에서는 저온상태에서의 헤데라속 식물의 저온피해증상의 진단, 피해발현 메커니즘 규명을 위한 적외선 열영상의 유효성과 가능성에 대해서 실험한 결과를 기술코자 한다.
- 본 실험은 헤데라속 식물의 노지재배품과 온실재배품과의 저온저항성 및 동일개체의 첨단부 엽신과 기부 엽신의 저온피해발현의 차이를 식물체 표면온도와의 관계로 밝히기 위한 실험으로서 인공환경기상실에서 행하였다.
- 본 실험은 저온환경에 처한 식물에 바람의 유무로 인한 영향을 노지재배품과 온실재배품 각각의 저온저항성 및 동일개체의 엽면과 액아결절점의 저온피해발현의 상이점을 식물체 표면온도와의 관계로서 밝히기 위하여 인공환경기상실 내에서 행하였다. 식물체 표면온도의 측정은 냉각식 TH-5202를 활용하였다.
제안 방법
- 선행실험은 장기간에 걸쳐, 공시식물의 양생과 저온 설정이 가능한 인공환경기상실 등의 실험설비를 갖춘 조건에서 행하였다. 특히 식재현장에 바로 활용할 수 있는 실용적 기술이 바람직한 조경식물분야의 특성상, 보다 간편하면서 유효한 저온피해진단기술이 요구됨에 따라 적외선 열영상에 의한 저온피해진단해석을 시도하였다.
- 3μmols-1m-2이며 광주기(photoperiod)는 명ㆍ암 12시간 주기로 교체되며, 습도는 80% 내외로 설정하였다. 소정의 온도에 달한 공시식물은 5℃로 설정한 인접 인공환경기상실 내에서 해동시킨 후, 단계적으로 온도를 높여 재생 정도를 관찰하였다.
- 인공환경기상실의 온도조건을 14℃부터 ２일마다 ２℃ 단위로 내려, -６, -８, -10, -12, -14, -16, -18℃의 7단계 온도조건을 실험구로 설정하고、각 실험구마다 48시간 동결해동 후의 재생상태를 관찰하여 내한성의 정도를 판정하였다. 각 실험구마다 4포트(개체)를 공시하였다.
- 인공환경기상실에 설정한 조건하에서의 공시식물의 생육상태 혹은 저온상태에 따른 저온피해 발현상황은 육안으로 관찰하였다. 또한 각 저온조건하에서의 생존(저온내성)의 유무에 대해서는 동결해동후의 경엽의 생존상태 및 신엽의 재생상태로 판정하였다.
- 인공환경기상실에 설정한 조건하에서의 공시식물의 생육상태 혹은 저온상태에 따른 저온피해 발현상황은 육안으로 관찰하였다. 또한 각 저온조건하에서의 생존(저온내성)의 유무에 대해서는 동결해동후의 경엽의 생존상태 및 신엽의 재생상태로 판정하였다.
- 적외선 열영상 촬영시 엽신표면의 실온을 정확히 촬영하기 위하여 표면을 흑색도색한 두께 1cm의 유리판(가로 40cm×세로 30cm) 1장을 인공환경기상실의 벽면에 부착하고, 4개체에서 각각 1매씩 떼어낸 잎을 지체하지 않고 유리판에 붙인 다음 비냉각식 적외선서모그라피 TVS-600을 이용하여 엽면온도의 측정을 행하였다(그림 1, 그림 2 참조)
- 성부근(2012a), 성부근(2012b)의 선행 실험결과를 사례로 하여 저온에 의한 가시장애와 적외선 열영상에 의한 식물체 표면온도와의 관계분석을 시도하였다.
- 때문에 계산소프트에 의한 관수를 작성하여 방대한 숫자의 온도수치를 1℃ 단위로 그 면적과 온도출현의 비율을 계산하는 방법을 취하였다. 이 방법으로 인공환경기상실의 온도를 -6℃ 와 -12℃ 설정시의 기부와 첨단부의 엽면온도분포를 출현한 엽면온도역의 비율로 표시하였다(표 2 참조).
- 이 방법에 의한 계산결과에 의하면, 노지재배품 첨단부와 기부의 엽신에 대한 실험설정온도 -6℃구와 -12℃구의 온도분포를 각각 비교해 보았다. 결과 첨단부의 -6℃실험구에서의 엽면온도는 -2℃ ～-7℃의 분포에서 -12℃실험구에서는 -2℃ ～-15℃까지의 범위에 분포하고 있었다.
- 7cm의 스티로폴판(가로 50cm×세로 91cm) 3매를 부착시켰다. 또한, 전도현상도 극력 억제하기 위하여 벽면 양쪽에 길이 173cm의 폴2개를 벽면에 걸치게 하고, 폴 사이에 검은색 실을 사용하여, 일정간격을 두고 아래와 위쪽의 폴에 걸쳐 매었다. 이렇게 설치한 검은 색 실에 공시식물의 가지를 얽히게 하여 바람을 맞았을 경우 흔들리지 않도록 조치하였다.
대상 데이터
- 를 공시하였다. 공시식물은 삽목한 묘목을 10.5cm의 육묘용 비닐포트에 옮겨, 온실에서 그대로 육묘한 묘(온실재배품)와 7개월 후, 옥외로 옮겨, 노지에서 육묘한 묘(노지배배품) 2가지를 준비하였다. 온실재배품과 노지재배품은 생육상태에서 분명한 차이를 보였다.
- 실험은 인공적으로 저온상태를 제어할 수 있는 인공환경기상실(코이토하니웰 공업사 제작)에서 행하였다. 인공환경기상실의 규격은 가로, 세로, 높이 170cm×200cm×190cm이며, 실내조도는 온도조건이 -15～-5℃시에는 5,000LUX, -5～20℃ 시에는 15,000LUX로 구현된다.
- 인공환경기상실의 온도조건을 14℃부터 ２일마다 ２℃ 단위로 내려, -６, -８, -10, -12, -14, -16, -18℃의 7단계 온도조건을 실험구로 설정하고、각 실험구마다 48시간 동결해동 후의 재생상태를 관찰하여 내한성의 정도를 판정하였다. 각 실험구마다 4포트(개체)를 공시하였다.
- 인공환경기상실 벽면에 광택을 소거시킨 NT랴셔지(흑색)를 바른 두께 0.7cm의 스티로폴판(가로 50cm×세로 91cm) 3매를 부착시켰다.
데이터처리
- TVS-600부속 소프트 TVR-KS2000을 이용하여 엽면온도에 대한 해석을 행하고 그림 3 및 표 1과 같은 결과를 얻었다.
- TH-5202 부속의 해석 소프트 TH71-703을 활용하여, 엽면 온도해석을 행하여, 그림 5와 표 3의 결과를 얻을 수 있었다.
이론/모형
- 본 실험은 저온환경에 처한 식물에 바람의 유무로 인한 영향을 노지재배품과 온실재배품 각각의 저온저항성 및 동일개체의 엽면과 액아결절점의 저온피해발현의 상이점을 식물체 표면온도와의 관계로서 밝히기 위하여 인공환경기상실 내에서 행하였다. 식물체 표면온도의 측정은 냉각식 TH-5202를 활용하였다.
성능/효과
- 식물체 표면온도는 정확히 파악하기가 간단하지 않은 어려움이 있었다. 측정결과를 가지고 설명하자면, 일정하게 설정한 인공환경기상실 속에서도 식물체 표면온도는 한결같지 않았고 다양한 분포현상을 보였다. 또한 식물체부위에 따라서도 온도분포가 달랐으며, 바람 등 환경요소가 더해지면 식물체 표면온도는 특정온도역에서는 격심한 변화를 보여주는 것도 알 수 있었다.
- 측정결과를 가지고 설명하자면, 일정하게 설정한 인공환경기상실 속에서도 식물체 표면온도는 한결같지 않았고 다양한 분포현상을 보였다. 또한 식물체부위에 따라서도 온도분포가 달랐으며, 바람 등 환경요소가 더해지면 식물체 표면온도는 특정온도역에서는 격심한 변화를 보여주는 것도 알 수 있었다. 식물의 체표면온도는 한 장의 엽면에서도 복잡다기한 현상을 보였다.
- 엽면온도 등 식물체 표면온도측정의 가장 일반적 기기였던 열전대측정수법은 특정 1개소만 측정할 수 있었으며, 적외선방사온도계는 단위면적당 평균온도만 측정 가능했으므로 이 두 가지 측정방법은 식물체 표면온도의 분포특성을 포함한 정확한 온도상태를 계측하는 기기로서는 불충분했다고 판단된다.
- 온실재배품과 노지재배품은 생육상태에서 분명한 차이를 보였다. 즉, 온실재배품은 노지재배품에 비해서 짙은 녹색을 띠고, 경엽은 부드러우며, 형태적으로 연약한 양상을 보였다.
- 또한, 인공환경기상실의 설정온도가 저온역으로 내려가면서 엽면온도와의 차이는 좁혀지기는 했지만, 송풍실험구에서의 한풍에 의한 체표면온도 저하는 명백함이 밝혀졌다. 또한 무풍실험구에서의 노지재배품 액아결절점의 체표면온도는 엽면온도보다 0.
- 또한, 인공환경기상실의 설정온도가 저온역으로 내려가면서 엽면온도와의 차이는 좁혀지기는 했지만, 송풍실험구에서의 한풍에 의한 체표면온도 저하는 명백함이 밝혀졌다. 또한 무풍실험구에서의 노지재배품 액아결절점의 체표면온도는 엽면온도보다 0.1～1.0℃, 온실재배품의 경우는 0.2～0.6℃ 높은 것으로 나타났다. 이는 저온에 노출된 공시식물의 체표면온도분포가 부위별로 상이함을 의미한다.
- 1. 다른 부위보다 낮은 체표면온도를 나타내는 부위는 저온 감수성이 높다(체표면온도가 실험구설정온도보다 저온상태가 됨을 의미)고 할 수 있으며 저온피해의 정도는 반대로 약간 적었다. 이 점은 적외선 열영상에 의한 식물체 표면온도측정으로 식물개체부위 혹은 1매의 엽신에서도 저온피해 진행 정도의 예찰도 가능함을 의미한다.
- 2. 적외선 열영상에 의한 식물체 표면온도의 측정은 비파괴적, 원격측정 및 해석수법으로서 저온피해규명에 활용할 수 있는 것으로 나타났다.
- 5) 열에너지효과를 위한 잔디지붕의 동계보온효과검증 등에도 적외선 열영상의 해석수법이 유효할 것으로 생각된다.
후속연구
- 단, 식물부위 혹은 1매의 엽면의 상이한 온도분포의 의미는 보다 많은 연구를 통해서 밝혀야 할 과제이다. 식물조직체의 구조와 형태의 미묘한 차이로 인한 것뿐만 아니라, 식물체 부위별 저온저항성의 차이, 저온피해를 입는 방식의 차이, 눈에 보이지 않는 동결피해 진행상태의 차이와 정도 등이 상이한 온도분포로 나타나는 것으로 추찰된다.
- 이를 보면 액티브 방사형온도계는 한 점, 한 점 측정하는 방식으로서는 얻기 어려운 온도정보와 화상을 얻을 수 있었다. 또한, 이는 저온현미경으로 관찰시 볼 수 있는 세포구조와는 다른 엽면온도분포를 실물 엽신 형태로 표면온도를 알 수 있으므로, 이를 활용하면 저온피해가능성이 있는 곳과 없는 곳의 판정이 어느 정도 가능할 것으로 생각된다. 또한, 이런 분석을 설정 온도구마다 촬영한 것을 오버랩하면, 피해 부위와 피해확산모양과 속도, 피해비율 등을 디지털데이터의 이점을 살려 정밀도 높은 분석이 가능해질 것으로 생각된다.
- 또한, 이는 저온현미경으로 관찰시 볼 수 있는 세포구조와는 다른 엽면온도분포를 실물 엽신 형태로 표면온도를 알 수 있으므로, 이를 활용하면 저온피해가능성이 있는 곳과 없는 곳의 판정이 어느 정도 가능할 것으로 생각된다. 또한, 이런 분석을 설정 온도구마다 촬영한 것을 오버랩하면, 피해 부위와 피해확산모양과 속도, 피해비율 등을 디지털데이터의 이점을 살려 정밀도 높은 분석이 가능해질 것으로 생각된다.
- 이러한 경향은 대체적으로 온실재배품에서도 볼 수 있는 것으로 보아, 첨단부의 저온감수성이높다는 일반적 인식을 증명하는 결과가 되었다. 이상과 같이 엽면부위별로 상세한 온도분포를 파악할 수 있었으나, 피해부위, 피해정도 등과의 관련성이 있는지에 대해서는 향후의 연구과제라고 할 수 있다.
- 3. 적외선 열영상 측정 및 해석수법활용으로 식물생리현상, 저온으로 인한 가시장해(흑반, 유침상반, 동결반)와 온도분포와의 상관관계규명과 관련되는 기초연구 심화를 기대한다. 아울러 이번 연구검토에서 밝혀진 적외선 열영상의 성능을 이용한 조경식물의 저온피해 해석과 관련하여 향후 가능한 연구과제로서는 다음과 같은 것들을 생각할 수 있다.
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