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문제 정의
- 이 연구는 옥상녹화용 조경 식물의 내한성 평가를 통하여 저 관리형 옥상녹화시스템에 적합한 식물 선발을 위한 기초 자료 제시를 목적으로 수행되었다. 동해에 잘 견딜 수 있는 식물 선발을 위해 저온 처리 시간과 온도에 따라 전해질 용출 평가 및 재생 실험을 하였다.
- 이 연구에서는 저관리․경량형 옥상녹화시스템의 내한성이 강한 식물 선발을 위한 기초 실험으로 S. reflexum, S. album, S. takevimense, S. spurium, Dianthus chinensis, Ophiopogon japonicus등 6종 식물에 대한 내한성 평가를 수행되었다. 처리 시간과 온도에 따라 내한성 평가는 전해질 용출 평가와 재생 검사가 이용되었으며, 옥상녹화시스템에 식물들의 전해질 용출 반응과 비교․분석하였다.
제안 방법
- 2012년 2월 2일부터 20일까지 옥상에서 정상적으로 생육하고 있는 균일한 식물체를 선발하여 내한성 실험을 실시하였다. 2003년부터 2012년까지 10년 간 국내 대도시와 실험지의 최저 온도(표 2참조) 및 2011년 실험지의 예비 온도 조사 결과를 토대로 처리 온도는 －5,－10,－15,－20,－25℃ 등으로 실시하였다. 5치 포트묘를 5분 3반복으로 냉동실(Deep Freezer, Ultra, Low Temperature Freezer, Co.
- 2003년부터 2012년까지 10년 간 국내 대도시와 실험지의 최저 온도(표 2참조) 및 2011년 실험지의 예비 온도 조사 결과를 토대로 처리 온도는 －5,－10,－15,－20,－25℃ 등으로 실시하였다. 5치 포트묘를 5분 3반복으로 냉동실(Deep Freezer, Ultra, Low Temperature Freezer, Co., Ltd., 1997)에서 2, 4, 6시간 동안 저온 처리한 후 식물들의 전해질 용출을 측정하였다. 저온 처리한 식물체의 엽을 증류수로 3번 씻어 물을 흡수하여 0.
- Logistic회귀분석모형의 적합성을 평가하기 위하여 저온 처리 시간과 온도에 따른 Logistic모형의 결정계수(R2)를 분석 하였다. Logistic모형의 결정계수(R2)값은 0.
- 4℃로서 최저 온도를 기록하였으므로, 그 익일에 전해질 용출 평가를 수행하였다. 각 식물에 대하여 증류수로 씻어한 0.5g의 표본 조직을 5개 3반복으로 취하여 전해질 용출량을 측정하였다.
- , 2011; Xü and Chen 2011), 옥상녹화 식물의 내한성 평가 방법은 전해질 용출, 함수량, solubleprotein, soluble sugar 등 4가지 방법을 이용하여 5종 세덤 식물들의 내한성을 평가하였다(Lou, 2010). 그중에서 전해질 용출 평가가 가장 쉽고 반응 민감성이 높았으며, 내한성을 비교 검증을 위해 4종 방법을 동시 이용하였다. 또한 무관리형 옥상녹화의 식물을 선발하기 위하여 세덤을 위주로 내한성을 평가하였다(Zhangand Li, 2010).
- 이 연구는 옥상녹화용 조경 식물의 내한성 평가를 통하여 저 관리형 옥상녹화시스템에 적합한 식물 선발을 위한 기초 자료 제시를 목적으로 수행되었다. 동해에 잘 견딜 수 있는 식물 선발을 위해 저온 처리 시간과 온도에 따라 전해질 용출 평가 및 재생 실험을 하였다. 또한 Logistic비선형 회귀분석을 통하여 치사 온도를 계산하였고, 겨울철 국내에 옥상녹화시스템에서 안정적으로 적용할 수 있는 식물종을 선발하였다.
- 동해에 잘 견딜 수 있는 식물 선발을 위해 저온 처리 시간과 온도에 따라 전해질 용출 평가 및 재생 실험을 하였다. 또한 Logistic비선형 회귀분석을 통하여 치사 온도를 계산하였고, 겨울철 국내에 옥상녹화시스템에서 안정적으로 적용할 수 있는 식물종을 선발하였다.
- 2009)을 이용한 Duncan의 다중범위검정(Multiple rage test)법으로 평균 간 차이의 유의성을 분석하였고, 유의 수준은 5%로 하였다. 또한 Logistic회귀분석모형을 이용하여 처리 온도와 시간에 대한 전해질 용출의 적합한 반응 곡선을 구하였으며, 반응 곡선에 대한 결정계수(R2)와 함께 치사온도(LT50)를 산출하였다.
- 그중에서 전해질 용출 평가가 가장 쉽고 반응 민감성이 높았으며, 내한성을 비교 검증을 위해 4종 방법을 동시 이용하였다. 또한 무관리형 옥상녹화의 식물을 선발하기 위하여 세덤을 위주로 내한성을 평가하였다(Zhangand Li, 2010).내한성 평가는 Logistic 비선형 회귀분석을 이용하여 식물의 저온 저항성을 평가하였고 LT50을 계산하였다(Wang, 2008; Xu et al.
- 실험 기간 중 측정된 온도는 2012년 1월 26일에 －12.2℃로서 최초로 영하를 기록하였고, 2012년 2월 3일에 －13.4℃로서 최저 온도를 기록하였으므로, 그 익일에 전해질 용출 평가를 수행하였다.
- , Ltd, 2003)에서 120rpm으로 12시간 동안 처리하고 전도도측정기 (Conductivity Meter CM-40S, TOA Electronics Ltd, Ja, 2001)를 사용하여 침출액의 초기 전기 전도도를 측정한 후, 80℃의 열수욕에서 1시간 동안 열처리를 하였다. 열수욕에서 꺼낸 후에는 실온이 될 때까지 약 30분간 두었다가 다시 120rpm 진탕 기에서 12시간 동안 처리하고 침출액의 최종 전기 전도도를 측정하였다(그림 1참조).
- 이 시험관을 약 30분 동안 그대로 두었다가 진탕기(US-8480SR, Vision Scientific Co., Ltd, 2003)에서 120rpm으로 12시간 동안 처리하고 전도도측정기 (Conductivity Meter CM-40S, TOA Electronics Ltd, Ja, 2001)를 사용하여 침출액의 초기 전기 전도도를 측정한 후, 80℃의 열수욕에서 1시간 동안 열처리를 하였다.
- 재생 검사는 식물들을 저온 처리한 후, 옥상으로 옮겨 약 2 개월 후인 2012년 4월 30일에 처리 별 식물의 생존율을 평가하였다. 생존율 평가는 식물이 녹색으로 살아있는 조직을 나타내거나 적어도 1개의 신초가 다시 자라게 되면 생존한 것으로 기록하였으며, 생존율은 총 실험용 식물수량에 대한 살아있는 식물체 수의 비를 백분율로 나타내었다.
- 저온 처리 시 전해질이 용출(Dexteretal., 1930)하였으며, 각 처리에 대한 전해질 용출은 Eq.1과 같이 열처리로 고사시킨 식물 조직 침출액의 전기전도도에 대한 저온 처리 후 식물 조직 침출액의 전기전도도의 비를 백분율로 산출하였으며(Guo etal., 2007), 산출식은 Eq.1과 같다.
- spurium, Dianthus chinensis, Ophiopogon japonicus등 6종 식물에 대한 내한성 평가를 수행되었다. 처리 시간과 온도에 따라 내한성 평가는 전해질 용출 평가와 재생 검사가 이용되었으며, 옥상녹화시스템에 식물들의 전해질 용출 반응과 비교․분석하였다.
대상 데이터
- 2012년 2월 2일부터 20일까지 옥상에서 정상적으로 생육하고 있는 균일한 식물체를 선발하여 내한성 실험을 실시하였다. 2003년부터 2012년까지 10년 간 국내 대도시와 실험지의 최저 온도(표 2참조) 및 2011년 실험지의 예비 온도 조사 결과를 토대로 처리 온도는 －5,－10,－15,－20,－25℃ 등으로 실시하였다.
- 연구 대상지는 북위 35°39'～36°04',동경 128°58'～129°31'에 있으며, 연평균 기온은 12.5℃, 강우량은 1,157mm로 여름에는 태풍이 연평균 3～ 4회 내습하고 있다.
- 옥상녹화시스템 적용 시 저온기를 거친 식물의 내한성을 평가하기 위하여 2010년 12월 20일에 식물 재료를 12주 3반복하고 식생모듈박스에 인공토양은 펄라이트:피트모스:버미큘라이트=2:1:1(v/v/v) 배합하여 식재하였다. 식재 후 관개하였고, 정상 활착을 확인한 후에는 관리를 실시하지 않았다.
- 이 연구는 2010년 12월부터 동국대학교 경주캠퍼스 자연과 학관 옥상에 실험구를 설치하여 진행하였다. 연구 대상지는 북위 35°39'～36°04',동경 128°58'～129°31'에 있으며, 연평균 기온은 12.
- , 2005). 전해질 용출 평가 및 재생 검사를 적용한 Sedum의 내한성 평가를 통하여 저토심 옥상 녹화시스템의 환경에 적합한 상록성 지피식물 선별하였다(김인혜 등, 2010). 중국에서는 식물의 내한성 평가 위주로 연구하였고(Teng et al.
데이터처리
- a～e Meansinarow by different superscripts are significantly different at the P∠0.05by Duncan’s multiple range test.
- w Means followed by different letters within columnsare significantly different at P=0.05 by Duncan’s multiple range test.
- 또한 무관리형 옥상녹화의 식물을 선발하기 위하여 세덤을 위주로 내한성을 평가하였다(Zhangand Li, 2010).내한성 평가는 Logistic 비선형 회귀분석을 이용하여 식물의 저온 저항성을 평가하였고 LT50을 계산하였다(Wang, 2008; Xu et al., 2005).
- 자료의 분석은 측정한 자료에 대하여 SPSSVer.18.0(SPSS Inc. 2009)을 이용한 Duncan의 다중범위검정(Multiple rage test)법으로 평균 간 차이의 유의성을 분석하였고, 유의 수준은 5%로 하였다. 또한 Logistic회귀분석모형을 이용하여 처리 온도와 시간에 대한 전해질 용출의 적합한 반응 곡선을 구하였으며, 반응 곡선에 대한 결정계수(R2)와 함께 치사온도(LT50)를 산출하였다.
이론/모형
- , 2005). 이 연구에서는 Ophiopogon japonicus 사례로 Logistic equation을 제시하였다(그림 3참조).
성능/효과
- - 25℃에서의 2시간 처리 시의 전해질 용출은 Dianthus chinensis에서 63.1%로 가장 높았고, 다음으로 Ophiopogon japonicus에서 61.1%, S. spurium에서 59.4%로 높았으며, 다른 식물들에서는 50% 이상으로 상대적으로 높았다.
- Sedum reflexum, S. album, S. spurium, Ophiopogon japonicus 등의 전해질 용출량은 각각 16.6%, 18.0%, 18.4%, 19.1%로 상대적으로 피해가 적게 나타났다.
- -15℃에서의 전해질 용출은 완만히 증가하는 경향을 보였다. 2시간 처리 시 S.album과 Dianthus chinensis각각 27.8%, 28.8%로 나타났으며, 6시간 처리 시는 43.5%, 42.2%로 용출량의 급격한 증가세를 보였다.－20℃에서 2시간의 저온 처리 후 Dianthus chinensis의 전해질 용출은 48.
- 4시간 처리 시 Dianthus chinensis는 50% 이상으로 나타났고, 6시간 처리 시 S. reflexum, S. album, S. spurium, S. takevimense, Ophiopogon japonicus는 50% 이상의 전해질 용출을 나타났다.
- 4%로 높았으며, 다른 식물들에서는 50% 이상으로 상대적으로 높았다. 4시간 처리 시의 전해질 용출은 Dianthus chinensis, Ophiopogon japonicus과 S. takevimense에서 각각 72.0%, 69.8%, 69.1%로 가장 높았고, 다음으로 S. spurium에서 65.9%, S. album에서 62.1%로 나타났으며, S. reflexum에서는 60.1%로 가장 낮아 2시간 처리 시의 결과와 유사하게 나타났다.－25℃에서의 6시간 처리 시의 전해질 용출은 70% 이상으로 나타났다.
- 2011년 6월 2치 포트묘를 구입하여 인공토양은 펄라이트:피트모스:버미큘라이트=2:1:1 (v/v/v)을 혼합하여 5치 포트에 옮겨 심었다.5층 건물 옥상에 조성된 저관리형 옥상녹화시스템에 식재 후 정상적인 활착을 확인하였으며, 약 7개월 동안 관수 및 시비 등 별도의 관리를 실시하지 않았다.
- －10℃의 저온 4시간에서의 전해질 용출은 2시간 처리 시 보다 약 2～3%의 피해가 증가하는 것으로 나타났다. 6시간에서의 S. takevimense의 전해질 용출이 28.1%로 가장 높아, 비교적 낮은 온도 처리에서 상당한 피해를 보였고, 다음으로 Dianthus chinensis가 27.3%로 전해질 용출량이 높았다.
- S. reflexum, S. album, Ophiopogon japonicus 등은 2회의 조사 시점에서 모두 전해질 용출이 적어 강한 내한성을 나타냈는데, S. takevimense와 Dianthus chinensis는 인공적인 저온 처리 후의 평가와 유사한 경향을 보였지만, S. spurium은 인공적인 저온 처리 후의 전해질 용출 평가 결과보다 상대적 내한성의 순위가 다소 높게 평가되었다.
- 26%로 높았다. S. reflexum과 Ophiopogon japonicus는 인공적인 저온 처리 후의 전해질 용출 평가에서도 내한성 순위가 높아 일관성 있는 결과를 보였다. S.
- 94% 정도의 용출량을 나타냈다. S. spurium은 저온 처리 후의 전해질 용출 평가 에서는 내한성 순위가 상대적으로 높게 평가되었으나,－10℃ 에서 6시간 처리 시 23.67%,－15℃에서 6시간 처리 시에는 38.01% 로 용출량이 컸으며(표 2참조),최저 온도가 －13.4℃이었던 옥상에서도 38.93% 정도의 전해질 용출량이 측정되었다.
- reflexum과 Ophiopogon japonicus는 인공적인 저온 처리 후의 전해질 용출 평가에서도 내한성 순위가 높아 일관성 있는 결과를 보였다. S.album은 저온 처리 후의 전해질 용출 평가에서는 내한성 순위가 상대적으로 낮게 평가되었으나,－10℃에서 6시간 처리 시 25.75%,－15℃ 에서 6시간 처리 시 43.25%로 용출량이 크게 나타났으나(표 2 참조), 최저 온도가 －13.4℃이었던 옥상에서는 29.94% 정도의 용출량을 나타냈다. S.
- 00%로 떨어졌고, S .takevimense는 40.00%, S. spurium과 Ophiopogon japonicus는 46.67% 로 나타났는데, S. reflexum과 S. album은 각각 86.67%,60.00% 의 생존율을 나타내 저온 스트레스에 대한 저항성이 강한 것을 알 수 있다.－25℃에서 2시간 처리 시에서는 Dianthus chinensis 제외한 모든 식물이 50% 이상의 생존율이 보였다.
- 결과적으로 －15℃에서 6시간의 저온 처리 후 대부분 식물들은 40% 이상 전해질이 용출되었고,－20℃에서 4시간 이상 처리 후 전해질 용출이 50% 이상으로 나타났던 Dianthus chinensis는 상대적으로 저온에 대한 저항성이 낮았으며,－25℃ 2시간 처리 후 전해질 용출이 60% 미만이었고,4시간에서도 유사한 수준으로 나타났던 S. reflexum은 저온에 대한 저항성이 높은 것으로 분석되었다.－25℃ 처리 시 전해질 용출이 60% 이상으로 나타났던 Dianthus chinensis, Ophiopogon japonicus에서는 저온에 대한 저항성이 낮았으며,2시간 처리 후 S.
- 결과적으로 －25℃,2시간까지 50% 이상의 생존율을 나타낸 S. reflexum, S. album, S. spurium, S. takevimense, Ophiopogon japonicus의 내한성이 높은 것으로 평가되었고,－20℃에서 4시간 이상의 저온처리를 통해 Dianthus chinensis가 50% 미만의 생존율을 보여 내한성이 상대적으로 낮은 것으로 평가되었다. 이와 같은 결과를 전해질 용출 평가 결과(표 2참조)와 비교했을 때, 식물 간의 내한성 순위는 일관적인 경향을 보였으나,4시간 예측 치사 온도가 －19.
- 실험 결과,－15℃에서 6시간 처리 시 대부분 식물들은 40% 이상 전해질이 용출되었고,－20℃에서 4시간 이상 처리 후 전해질 용출이 50% 이상으로 나타났던 Dianthus chinensis는 상대적으로 저온에 대한 저항성이 낮았으며,－25℃의 저온 처리시 전해질 용출이 60%이상으로 나타났던 Dianthus chinensis, Ophiopogon japonicus에서는 저온에 대한 저항성이 낮았으며, 2시간 처리 후의 S. album, S. spurium, S. takevimense에서는 전해질 용출이 60% 미만이었고,4시간 후 전해질 용출이 65% 로 나타났던 S. album, S. spurium은 상대적으로 저온에 대한 저항성이 높은 것으로 분석되었다.
- takevimense, Ophiopogon japonicus의 내한성이 높은 것으로 평가되었고,－20℃에서 4시간 이상의 저온처리를 통해 Dianthus chinensis가 50% 미만의 생존율을 보여 내한성이 상대적으로 낮은 것으로 평가되었다. 이와 같은 결과를 전해질 용출 평가 결과(표 2참조)와 비교했을 때, 식물 간의 내한성 순위는 일관적인 경향을 보였으나,4시간 예측 치사 온도가 －19.5℃와 －19.3℃로 나타났던 Ophiopogon japonicus과 S. takevimense이 －20℃에서 86.67%와 73.33%의 생존율을 보이므로 전해질 용출 평가에서 예측된 치사 온도가 실제 생존을 결정하는 온도보다 다소 높아 내한성이 과소평가 되는 경향이 있었다.Cardonaetal.
- 8℃로 －17℃ 이상의 치사 온도가 예측되어 내한성이 가장 약하다. 저온 스트레스 시간이 길수로 S. spurium과 Ophiopogon japonicus의 내한성이 강하게 나타났는데, S. album과 S. takevimense의 내한성은 떨어졌다. 이러한 결과는 재생 검사의 결과와 일관성이 있었지만, 전해질 용출 평가에 의한 내한성이 다소 과대평가되는 경향이 나타났다.
- takevimense＞ Dianthus chinensis의 순으로 나타났다. 저온 스트레스는 처리 시간이 길수록 S. spurium과 Ophiopogon japonicus의 내한성이 강하게 나타났고, S. album과 S. takevimense의 내한성은 낮았다. 예측 치사 온도가 －22.
- 저온 처리에 따른 식물들의 전해질 용출을 측정한 결과, 전 반적으로 처리 온도가 낮아질수록 전해질 용출량이 증가하였다. 특히 －15℃부터 －25℃에서 전해질 용출량이 급격히 증가 하는 경향을 보였으며, 또한 처리 시간이 길수록 전해질이 증가하는 경향을 보였다(표 3참조).
- 급격한 온도 변화가 기록되었던 날의 익일인 1월 27일과 2월 3일에 전해질 용출을 측정한 결과는 표 5와 같이 나타났다. 전해질 용출은 Dianthus chinensis에서 1월 27일과 2월 3일에 각각 20.11%,43.9%로 가장 높았고, 다음으로 S. takevimense에서 각각 19.01%, 40.26%로 높았다. S.
- 저온 처리에 따른 식물들의 전해질 용출을 측정한 결과, 전 반적으로 처리 온도가 낮아질수록 전해질 용출량이 증가하였다. 특히 －15℃부터 －25℃에서 전해질 용출량이 급격히 증가 하는 경향을 보였으며, 또한 처리 시간이 길수록 전해질이 증가하는 경향을 보였다(표 3참조).－5℃에서 2시간 처리 시 식물들의 전해질 용출이 10.
- －10℃, 2시간에서 Dianthuschinensis의 용출이 20.4% 가장 높아 비교적 낮은 온도 처리에서 상당한 피해가 나타났으며, 다음으로 S. takevimense가 20.1%로 전해질 용출량이 높았다. Sedum reflexum, S.
- 33%로 나타난 Dianthus chinensis를 제외한 모든 식물에서 100%의 생존율을 나타냈다.－10℃에서도 유사한 경향이 유지되었다가 －15℃부터 2시간 처리 후 Dianthus chinensis 제외한 식물들을 100%의 생존율을 보였으며, 4시간 후 대부분 식물의 생존율은 93.33%로 측정되었고, 6시간 후 S.takevimense, Dianthus chinensis, Ophiopogon japonicus의 생존율이 86.67%로 떨어지기 시작하였다.－20℃ 에서는 4시간의 처리 후 Dianthus chinensis가 대부분 고사하여 약한 내한성을 보였으며, S.
- 2%로 용출량의 급격한 증가세를 보였다.－20℃에서 2시간의 저온 처리 후 Dianthus chinensis의 전해질 용출은 48.4%로 가장 높았으며, 그 밖의 식물들에서는 39.6～42.1%의 범위로 나타났다. 4시간 처리 시 Dianthus chinensis는 50% 이상으로 나타났고, 6시간 처리 시 S.
- reflexum은 저온에 대한 저항성이 높은 것으로 분석되었다.－25℃ 처리 시 전해질 용출이 60% 이상으로 나타났던 Dianthus chinensis, Ophiopogon japonicus에서는 저온에 대한 저항성이 낮았으며,2시간 처리 후 S.album, S. spurium, S. takevimense에서는 전해질 용출이 60% 미만이었고 4시간 후 전해질 용출이 65%로 나타났던 S. album, S. spurium은 상대적으로 저온에 대한 저항성이 높은 것으로 분석되었다.
- －25℃, 6시 간 처리에서는 모든 식물이 생존하기 힘들었는데, S. reflexum은 46.67%, S. album은 40.00%, S. spurium은 13.33%, S. takevimense는 20.00%, Ophiopogon japonicus는 20.00%로 생존율의 급격한 감소 현상이 나타났다.
후속연구
- , 1999). 생태적 효과와 경제적 효과를 고려하여 다양한 지역별 온도 조건에서 식물이 도입 가능성을 검토하기 위해서는 더욱 심층적인 내한성 평가가 이루어져야 한다.
- 4℃에 노출된 후의 전해질 용출은 모든 식물에서 50% 미만으로 나타났다. 이 논문에서 연구된 6종 식물 중 Dianthus chinensis는 겨울철 국내에 최저온도가 －15℃ 이상의 지역에 월동할 수 있지만, 다른 5종 식물들을 국내 옥상녹화시스템에서 안정적으로 적용될 수 있을 것으로 판단된다. 또한 Dianthus chinensis와 Ophiopogon japonicus는 상록식물로서 관상 가치가 높아 옥상녹화에 적합하며 생태복원용 재료로서 광범위하게 활용할 수 있다.
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