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문제 정의
- 한편 실외에서 성목을 대상으로 온난화 처리를 하는 것은 기술적으로 매우 어렵기 때문에 묘목을 대상으로 연구하는 것이 현실적인 방법이다 (Cavender-Bares and Bazzaz, 2000). 따라서 본 연구는 소나무를 대상으로 적외선등을 이용한 실외 실험적 온난화 처리가 묘목의 생장과 생리적 특성에 미치는 영향을 알아보고자 수행되었다.
제안 방법
- , USA)을 작동시켰다. IPCC SRES 국내 시나리오를 바탕으로 본 연구 시점 기준 약 50년 후의 예측 온도 값을 참고하여 온난화 처리구의 대기 온도를 설정하였으며(http://www.climate.go.kr), 온도는 적외선 온도 센서(SI-111, Campbell Inc., USA), 데이터 로거(CR-3000, Campbell Inc., USA), 릴레이를 이용 하여 자동으로 조절할 수 있도록 설계하였다. 온난화 처리구의 온도를 대조구에 비해 3o C 높게 처리하였을 때 일평균 온난화 처리구의 대기 온도는 대조구보다 약 2-3o C높게 유지되었으며(Lee et al.
- 각 조사구에서 3본씩의 묘목을 선정하여 2011년에 발달한 잎을 대상으로 2012년 5월, 7월, 8월, 9월, 10월에 각각 엽록소 함량을 측정하였다. 채취한 시료는 2 mm 이내로 잘게 자르고 20 mg을 정량하여 DMSO(dimethyl sulfoxide) 5 mL에 침전시켰다.
- 굴취한 묘목 시료를 뿌리, 줄기, 잎 등으로 분리하고, 뿌리는 흐르는 물에 씻어 토양을 제거한 다음 65° C에서 건조시켜 0.01 g 단위까지 무게를 측정하였다.
- 01 g 단위까지 무게를 측정하였다. 또한 줄기 생물량을 뿌리 생물량으로 나누어 S/ R율(shoot to root ratio)을 계산하였다.
- 지상부 생장으로 묘고와 근원경은 각 조사구 내 16-22본의 묘목을 대상으로 2011년 3월, 그리고 2012년 6월과 11월에 각각 측정하였다. 묘고는 지상으로부터 가장 긴 줄기의 길이를 1 mm 단위까지 측정하였으며, 근원경은 지표로부터 2 cm 위 묘목 부위에 표시를 하여 고정된 위치의 직경을 디지털 캘리퍼(500-101, Mitutoyo, Japan)를 이용하여 0.1 mm 단위까지 측정하였다.
- 이를 위하여 2011년 4월에 각 조사구별로 한 개씩 투명 아크릴 튜브(길이 30 cm × 지름 7 cm)를 45° 각도로 15 cm 깊이까지의 토양에 매설하고, 튜브의 지상부로 노출된 부분은 검은색 테이프 및 마개를 이용하여 햇빛과 수분 유입을 차단하였다. 뿌리 영상은 2012년 3월 20일, 5월 9일, 6월 5일, 7월 3일, 8월 14일, 그리고 10월 25일에 각각 측정하였고, WinRHIZO Tron MF(Regent, Canada) 프로그램을 이용하여 뿌리의 길이를 분석하였다.
- 시료는 65°C에서 건조 시킨 후 분쇄하여 원소 분석기(Vario Macro CHN, Elementar Analysensysteme GmbH, Germany)로 분석하였다.
- 이를 위하여 2011년 4월에 각 조사구별로 한 개씩 투명 아크릴 튜브(길이 30 cm × 지름 7 cm)를 45° 각도로 15 cm 깊이까지의 토양에 매설하고, 튜브의 지상부로 노출된 부분은 검은색 테이프 및 마개를 이용하여 햇빛과 수분 유입을 차단하였다.
- 이후 중탕기에서 65°C로1시간 중탕한 뒤 분광광도계(U-1100, Hitachi, Japan)를 이용하여 648 nm와 665 nm의 파장에서 흡광도를 측정하고, 엽록소 a와 b 그리고 총 엽록소 함량을 구하였다(Barnes et al., 1992).
- 잎의 질소 농도는 2011년 3월에는 조사구 당 5본, 2012년과 2013년 3월에는 조사구 당 3본씩의 묘목에서 잎 시료를 채취하여 측정하였다. 시료는 65°C에서 건조 시킨 후 분쇄하여 원소 분석기(Vario Macro CHN, Elementar Analysensysteme GmbH, Germany)로 분석하였다.
대상 데이터
- 2010년 4월에 서울시 성북구 안암동 고려대학교 녹지캠퍼스 내(N 37° 35' 36", E 127° 1' 31")에 실외 묘포장을 조성하였다.
- 지상부 및 지하부의 생물량은 2011년과 2012년 3월에는 조사구 당 10본, 2013년 3월에는 조사구당 5본의 묘목을 굴취하여 측정하였다. 굴취한 묘목 시료를 뿌리, 줄기, 잎 등으로 분리하고, 뿌리는 흐르는 물에 씻어 토양을 제거한 다음 65° C에서 건조시켜 0.
- 지상부 생장으로 묘고와 근원경은 각 조사구 내 16-22본의 묘목을 대상으로 2011년 3월, 그리고 2012년 6월과 11월에 각각 측정하였다. 묘고는 지상으로부터 가장 긴 줄기의 길이를 1 mm 단위까지 측정하였으며, 근원경은 지표로부터 2 cm 위 묘목 부위에 표시를 하여 고정된 위치의 직경을 디지털 캘리퍼(500-101, Mitutoyo, Japan)를 이용하여 0.
데이터처리
- 실외 실험적 온난화 처리에 의한 소나무 묘목의 생장 및 엽록소 함량과 질소 농도 차이의 유의성은 분산분석을 이용하여 검정하였다. 모든 분석에 SAS 9.
이론/모형
- 적외선등은 Kimball et al.(2008) 방법에 따라 조사구의 평균 묘고로부터 60 cm 높이로 조절하였다. 2011년과 2012년 3월 두 차례에 걸쳐 각 조사구 묘목 본수의 약 50%씩을 솎아내었다.
- 온난화 처리구와 대조구 (n=4)의 묘상(1 m×1 m)을 난괴법으로 배치하고 1년생 소나무 묘목을 Lee et al.(2009)에 따라 90본씩 정방형으로 식재하였다. 2010년 11월부터 적외선등(FTE-1000, Mor Electric Heating Association Inc.
- 지하부 뿌리 생장은 미니라이조트론(CI-600, CID BioScience, USA)을 이용하여 측정하였다. 이를 위하여 2011년 4월에 각 조사구별로 한 개씩 투명 아크릴 튜브(길이 30 cm × 지름 7 cm)를 45° 각도로 15 cm 깊이까지의 토양에 매설하고, 튜브의 지상부로 노출된 부분은 검은색 테이프 및 마개를 이용하여 햇빛과 수분 유입을 차단하였다.
성능/효과
- 소나무 묘목의 생리적 특성으로 엽록소 함량은 온난화 처리에 따라 뚜렷한 차이를 보이지 않았다(Table 2). 또한총 엽록소 함량은 온난화 처리구와 대조구 모두에서 생육기인 5월에서 7월까지는 증가하다가 가을철인 10월에는 감소하는 계절적 경향을 보였다.
- 소나무 묘목의 세근 길이 생장량은 모든 측정시기에서 온난화 처리구와 대조구간 통계적으로 유의적 차이를 보이지 않았다. 한편 세근 길이 생장량(µm cm−2 day−1 )은 대조구와 온난화 처리구 모두 6월에 가장 높은 값인 36.
- 온난화 처리는 소나무 묘목의 일부 생장을 감소시켰으나, 2011년 잎의 질소 농도와 2012년 잎의 C/N율을 제외하고 생리적 특성에는 뚜렷한 영향을 미치지 않는 것으로 나타났다. 특히 본 연구에서 온난화 처리에 따라 소나무 묘목의 2012년 6월의 근원경과 2013년 잎의 생물량과 S/ R율이 감소하였다.
- 온난화 처리는 소나무 묘목의 일부 생장을 감소시켰으나, 2011년 잎의 질소 농도와 2012년 잎의 C/N율을 제외하고 생리적 특성에는 뚜렷한 영향을 미치지 않는 것으로 나타났다. 특히 본 연구에서 온난화 처리에 따라 소나무 묘목의 2012년 6월의 근원경과 2013년 잎의 생물량과 S/ R율이 감소하였다. 즉 온난화 처리는 소나무 묘목의 지하부 탄소 분배를 촉진시켰으며, 이는 온난화 처리에 의한 온도 및 수분 스트레스와 관련이 있을 것으로 사료된다.
- 온난화 처리에 따라 소나무 묘목의 S/R 율이 감소한 것은 수분 스트레스와 관련이 있는 것으로 보인다. 특히 본 연구의 2012년 여름철과 가을철 토양 수분 함량은 대체로 온난화 처리구에서 대조구보다 낮은 것으로 관찰되었다(Figure 1). 이전 연구에도 온난화 처리에 따라 Picea asperate의 S/R율이 낮아졌고, 이는 초기 묘목 발달시기에 일어나는 수분 스트레스와 관련이 있는 것으로 보고된 바 있다(Yin et al.
후속연구
- , 2010). 그런데 이와 같은 모형에 의한 결과를 검증하고 실제 기후변화에 따른 소나무의 반응과 그 변화 기작을 구명하기 위해서는 실험적으로 기후변화에 따른 소나무의 생장 반응을 연구할 필요가 있다.
- 또한 2012년의 잎의 C/N율이 온난화 처리구에서 높게 나타난 것은 온난화 처리구에서 토양의 수분이 감소하는 것과 관련이 있는 것으로 추측된다. 이와 같이 식물의 생장 반응은 토양 수분 함량과도 밀접한 관련이 있기 때문에 향후 온도 외에 수분조건을 달리하는 기후변화 실험이 필요할 것으로 사료된다.
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