본 연구는 휴대용 광합성측정장치(CIRAS-2, PPS, UK)를 이용하고, 토양 수분조건에 따른 섬기린초의 생리특성을 파악하였다. 섬기린초의 광합성 속도, 식물수분이용효율, 호흡속도 등 측정을 통하여 섬기린초의 생장에 가장 적합한 광도와 토양 수분범위를 명확하게 파악하였다. 광도에 따른 광합성 속도가 증가하였고, $600{\mu}mol{\cdot}m^{-2}{\cdot}s^{-1}$ 경우에서 최고점에 도달한 후 그 이후 감소하는 경향을 나타났다. 토양 수분 조건에 따른 섬기린초의 광합성 속도과 식물수분이용효율은 수분함량 11.31%에서 가장 높은 값을 보였으며, 호흡속도는 수분함량 7.91%에서 가장 높은 값을 나타냈다. 그 결과에 의하면, 섬기린초는 가장 적합한 광도 범위가 $600{\sim}1,200{\mu}mol{\cdot}m^{-2}{\cdot}s^{-1}$이고, 수분 범위가 7.09~11.31%이다.
본 연구는 휴대용 광합성측정장치(CIRAS-2, PPS, UK)를 이용하고, 토양 수분조건에 따른 섬기린초의 생리특성을 파악하였다. 섬기린초의 광합성 속도, 식물수분이용효율, 호흡속도 등 측정을 통하여 섬기린초의 생장에 가장 적합한 광도와 토양 수분범위를 명확하게 파악하였다. 광도에 따른 광합성 속도가 증가하였고, $600{\mu}mol{\cdot}m^{-2}{\cdot}s^{-1}$ 경우에서 최고점에 도달한 후 그 이후 감소하는 경향을 나타났다. 토양 수분 조건에 따른 섬기린초의 광합성 속도과 식물수분이용효율은 수분함량 11.31%에서 가장 높은 값을 보였으며, 호흡속도는 수분함량 7.91%에서 가장 높은 값을 나타냈다. 그 결과에 의하면, 섬기린초는 가장 적합한 광도 범위가 $600{\sim}1,200{\mu}mol{\cdot}m^{-2}{\cdot}s^{-1}$이고, 수분 범위가 7.09~11.31%이다.
This experiment was conducted in order to study the physiological characteristics of Sedum takevimense in different moisture conditions. The photosynthetic rate, water use efficiency and the respiratory rate were determined by using a photable photosynthesis system. According to the results, the bes...
This experiment was conducted in order to study the physiological characteristics of Sedum takevimense in different moisture conditions. The photosynthetic rate, water use efficiency and the respiratory rate were determined by using a photable photosynthesis system. According to the results, the best illumination range and moisture range were explicitly selected. The highest photosynthetic rate was at $600{\mu}mol{\cdot}m^{-2}{\cdot}s^{-1}$, and after this value, the trend showed a reduction. When the moisture was 11.31%, the photosynthetic capacity and water use efficiency reached maximum value, but the respiratory rate reached maximum value at 7.91%. According to the measured values, the best illumination range was $600{\sim}1,200{\mu}mol{\cdot}m^{-2}{\cdot}s^{-1}$ and the best moisture range was 7.09~11.31%.
This experiment was conducted in order to study the physiological characteristics of Sedum takevimense in different moisture conditions. The photosynthetic rate, water use efficiency and the respiratory rate were determined by using a photable photosynthesis system. According to the results, the best illumination range and moisture range were explicitly selected. The highest photosynthetic rate was at $600{\mu}mol{\cdot}m^{-2}{\cdot}s^{-1}$, and after this value, the trend showed a reduction. When the moisture was 11.31%, the photosynthetic capacity and water use efficiency reached maximum value, but the respiratory rate reached maximum value at 7.91%. According to the measured values, the best illumination range was $600{\sim}1,200{\mu}mol{\cdot}m^{-2}{\cdot}s^{-1}$ and the best moisture range was 7.09~11.31%.
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문제 정의
이를 통해 토양 수분조건에 따른 섬기린초의 광합성 특성에 미치는 영향을 파악하였다. 또한 연구는 섬기린초의 생장에 잘 어울릴 수 있는 광도와 수분범위를 파악하고, 식재 및 관리 작업을 위한 근거자료 제공하는데 목적이 있다.
이 연구는 토양 수분조건에 따른 생리특성을 파악하기 위하여 세덤속 섬기린초를 위주로 실험을 수행하였다. 섬기린초는 울릉도 특산 식물종이나 현재 조경 소재로 대량 증식하여 많이 사용되고 있어 옥상녹화 도입에 큰 문제가 없을 것으로 판단된다.
따라서 본 연구에서는 섬기린초를 대상으로 토양 수분조건에 따른 광합성측정장치를 사용하였고, 광합성 특성을 측정하였다. 이를 통해 토양 수분조건에 따른 섬기린초의 광합성 특성에 미치는 영향을 파악하였다. 또한 연구는 섬기린초의 생장에 잘 어울릴 수 있는 광도와 수분범위를 파악하고, 식재 및 관리 작업을 위한 근거자료 제공하는데 목적이 있다.
제안 방법
강태호 등(2011)의 연구에 의한 토양조성에 따른 옥상녹화용 섬기린초 생장모형 연구 결과를 참고하여 펄라이트:피토모스:버미큘라이트=1:2:1(v/v/v, 이하 P1P2V1)의 배합비를 선정하였다.
광합성측정기의 leaf chamber에 유입되는 공기의 유량은 500μmol · s-1, 온도는 25℃로 설정하여 외기의 환경연화로 인한 영향이 없도록 하였다.
광합성측정기의 leaf chamber에 유입되는 공기의 유량은 500μmol·s-1 , 온도는 25℃로 설정하여 외기의 환경연화로 인한 영향이 없도록 하였다.
따라서 본 연구에서는 섬기린초를 대상으로 토양 수분조건에 따른 광합성측정장치를 사용하였고, 광합성 특성을 측정하였다. 이를 통해 토양 수분조건에 따른 섬기린초의 광합성 특성에 미치는 영향을 파악하였다.
또한 토양 수분조건에 따른 식물수분이용효율(plant water use efficiency) 및 기공전도도(stomatal conductance)의 차이를 조사하기 위해서 PAR 1,000μmol · m-2 · s-1에서 광합성 속도와 호흡속도 및 기공전도도를 측정하였다(광합성 측정장치를 통하여 직접 산출).
또한 토양 수분조건에 따른 식물수분이용효율(plant water use efficiency) 및 기공전도도(stomatal conductance)의 차이를 조사하기 위해서 PAR 1,000μmol·m-2·s-1에서 광합성 속도와 호흡속도 및 기공전도도를 측정하였다(광합성 측정장치를 통하여 직접 산출).
본 연구는 토양 수분조건에 따른 옥상녹화용 섬기린초를 이용하여 광합성 속도, 식물수분이용효율, 호흡속도 등 측정하며, 섬기린초의 생리특성이 파악하였다. 연구 결과 다음과 같은 결론을 얻었다.
섬기린초의 광합성 특성을 조사하기 위해서 광도에 따른 광-광합성 곡선을 비교·분석하였다(Figure 5a 참조). 광도에 따른 광합성 속도 큰 차이를 보였는데, 높은 광도에서 식물이 낮은 광도에서 식물보다 광합성 속도가 높았다.
섬기린초의 광합성 특성을 조사하기 위해서 광도에 따른 광-광합성 곡선을 비교·분석하였다(Figure 5a 참조).
옥상녹화시스템은 H사의 세덤블록을 이용하여 실험구를 조성하였다(Figure 2 참조). 세덤블럭 내부에 인공화산석을 8cm 채우고, 그 위에 부직포를 다시 포설한 후 인공토양을 8cm 살포하여 식재하였다.
토양 수분조건 측정은 2012년 8월 1일부터 20일까지 무관수에 따른 디지털 토양 수분측정기(GMK-770S, GMK, 2011)를 이용해 토양표면에서부터 토양하부 7cm까지 측정하였다(Figure 4a 참조). 옥상녹화용 섬기린초의 생육상태를 파악하기 위해 실험기간 동안 2일에 1회 측정을 원칙으로 하였으며, 측정기간에 강우가 내릴 경우 한 주 뒤에 측정하였다.
측정 시 광도를 임의로 조절할 수 있는 LED light source를 이용하여 PAR(Photosynthetic Active Radiation)를 0, 50, 100, 150, 200, 400, 600, 800, 1,000, 1,200, 1,400, 1,600, 1,800μmol · m-2 · s-1의 13단계로 차이를 두어 오전 10시부터 오후 2시까지 광합성 반응을 측정하였다(Figure 4c 참조).
측정 시 광도를 임의로 조절할 수 있는 LED light source를 이용하여 PAR(Photosynthetic Active Radiation)를 0, 50, 100, 150, 200, 400, 600, 800, 1,000, 1,200, 1,400, 1,600, 1,800μmol·m-2·s-1의 13단계로 차이를 두어 오전 10시부터 오후 2시까지 광합성 반응을 측정하였다(Figure 4c 참조).
토양 수분조건 측정은 2012년 8월 1일부터 20일까지 무관수에 따른 디지털 토양 수분측정기(GMK-770S, GMK, 2011)를 이용해 토양표면에서부터 토양하부 7cm까지 측정하였다(Figure 4a 참조). 옥상녹화용 섬기린초의 생육상태를 파악하기 위해 실험기간 동안 2일에 1회 측정을 원칙으로 하였으며, 측정기간에 강우가 내릴 경우 한 주 뒤에 측정하였다.
토양 수분조건에 따른 광합성 차이를 조사하기 위하여 2012년 8월 초 수분별 생장속도가 비슷하고, 평균적인 생육상태를 유지하고 있는 식물의 잎을 대상으로 휴대용 광합성측정장치(Portable photosynthesis system. CIRAS-2, PPS., UK)를 이용하여 측정하였다(Figure 4b 참조). 측정 시 광도를 임의로 조절할 수 있는 LED light source를 이용하여 PAR(Photosynthetic Active Radiation)를 0, 50, 100, 150, 200, 400, 600, 800, 1,000, 1,200, 1,400, 1,600, 1,800μmol · m-2 · s-1의 13단계로 차이를 두어 오전 10시부터 오후 2시까지 광합성 반응을 측정하였다(Figure 4c 참조).
토양 수분조건에 따른 광합성 차이를 조사하기 위하여 2012년 8월 초 수분별 생장속도가 비슷하고, 평균적인 생육상태를 유지하고 있는 식물의 잎을 대상으로 휴대용 광합성측정장치(Portable photosynthesis system. CIRAS-2, PPS., UK)를 이용하여 측정하였다(Figure 4b 참조). 측정 시 광도를 임의로 조절할 수 있는 LED light source를 이용하여 PAR(Photosynthetic Active Radiation)를 0, 50, 100, 150, 200, 400, 600, 800, 1,000, 1,200, 1,400, 1,600, 1,800μmol · m-2 · s-1의 13단계로 차이를 두어 오전 10시부터 오후 2시까지 광합성 반응을 측정하였다(Figure 4c 참조).
대상 데이터
연구 대상지는 북위 35°39'~36°04', 동경 128°58'~129°31'에 있으며, 사계절의 변화가 뚜렷하며, 기후는 대륙성기후의 영향으로 한서의 차가 매우 크게 나타나고 있으며, 내륙지역은 분지인 관계로 해안지역보다 더위가 심한 편이다.
연구를 위한 실험 장소는 동국대학교 경주캠퍼스 자연과학관 옥상에 실험구를 설치하였으며, 2010년 12월부터 실험을 진행하였다(Figure 1 참조). 연구 대상지는 북위 35°39'~36°04', 동경 128°58'~129°31'에 있으며, 사계절의 변화가 뚜렷하며, 기후는 대륙성기후의 영향으로 한서의 차가 매우 크게 나타나고 있으며, 내륙지역은 분지인 관계로 해안지역보다 더위가 심한 편이다.
옥상녹화시스템은 H사의 세덤블록을 이용하여 실험구를 조성하였다(Figure 2 참조). 세덤블럭 내부에 인공화산석을 8cm 채우고, 그 위에 부직포를 다시 포설한 후 인공토양을 8cm 살포하여 식재하였다.
)이 많이 쓰이고 있다. 옥상녹화용 세덤속 식물 중에서 짧은 기간내 생육 상태 가장 좋고 관상 가치가 높은 섬기린초(Sedum takevimense Nakai) 대상으로 실험을 실시하였다(Figure 3 참조). 섬기린초는 돌나무과에 속하는 다년생 초본식물이며, 울릉도에서 자라는 특산식물이다.
그리고 옥상녹화용 식물에 대해 연구들은 주로 식물생육과 토양조성, 토심, 비료종류의 관계를 연구하였다(Sim, 2009). 토양, 토심과 관수주기가 식물 생육에 미치는 영향을 알아보기 위하여 실험을 실시하였으며, 애기기린초를 옥상녹화에 가장 적합한 식물로 선정하였다(Kim et al., 2003). 또한 세덤속 식물의 초장, 초폭을 측정하였으며, 그 중 섬기린초는 관상가치가 높은 식물로 선정되었다(Kim and Lee, 2005).
데이터처리
또한 토양 수분조건에 따른 식물수분이용효율(plant water use efficiency) 및 기공전도도(stomatal conductance)의 차이를 조사하기 위해서 PAR 1,000μmol · m-2 · s-1에서 광합성 속도와 호흡속도 및 기공전도도를 측정하였다(광합성 측정장치를 통하여 직접 산출). 측정된 값을 이용하여 식물수분이용효율(광합성속도/호흡속도)을 계산하였다(Ashraf et al., 2002).
이론/모형
광도 변화에 대한 광합성 반응을 측정하여 Kim and Lee(2001)가 제시한 방법으로 ‘광반응 곡선’을 작성하고, 이를 이용하여 광보상점, 광포화점, 순양자수율(純量子收率)을 구하였다.
성능/효과
가장 적합한 광도 범위가 600~1,200μmol·m-2·s-1이고, 높은 광도 조건에서도 생리적 및 형태적 적응력이 매우 높을 것으로 판단된다.
가장 적합한 광도 범위가 600~1,200μmol․m －2․s－1이고, 높은 광도 조건에서도 생리적 및 형태적 적응력이 매우 높을 것으로 판단된다.
광도가 증가함에 따라 광합성 속도가 증가하였고, 600μmol·m-2 · s-1 경우에서 최고점에 도달한 후 그 이후 감소하는 경향을 나타났다.
광도가 증가함에 따라 광합성 속도가 증가하였고, 600μmol·m-2·s-1 경우에서 최고점에 도달한 후 그 이후 감소하는 경향을 나타났다.
섬기린초의 광합성 특성을 조사하기 위해서 광도에 따른 광-광합성 곡선을 비교·분석하였다(Figure 5a 참조). 광도에 따른 광합성 속도 큰 차이를 보였는데, 높은 광도에서 식물이 낮은 광도에서 식물보다 광합성 속도가 높았다. 광도 200 μmol · m-2 · s-1 이하 섬기린초의 광합성 속도가 빠르게 증가하고, 200 μmol · m-2 · s-1 이상의 경우 느리게 증가하였다(Figure 8a 참조).
광도에 따른 광합성 속도가 증가하였고 600μmol·m-2·s-1경우에서 최고점에 도달한 후 그 이후 감소하는 경향을 나타났다.
광도에 따른 광합성 속도가 증가하였고 600μmol․m－2․s－1경우에서 최고점에 도달한 후 그 이후 감소하는 경향을 나타났다.
31%이다. 그리고 섬기린초의 호흡속도는 수분함량 7.91%에서 가장 높은 값을 보였으며, 수분함량이 높아질수록 낮아지는 경향을 나타냈다.
토양 수분조건에 따른 호흡속도는 유의성이 인정되었으며, 수분 조건에 따른 호흡속도의 차이가 났으며, 똑같은 수분 조건의 경우 최대 호흡속도는 광도 100μmol·m-2·s-1에서 나타냈으며, 광도 400μmol·m-2·s-1 이상 차이는 나타나지 않았다. 모든 수분 조건에 따른 식물생육측정 결과 호흡속도의 경우 유수의준 0.05에서 유의성이 인정되었다.
한편, 섬기린초는 200μmol · m-2 · s-1 이상의 높은 광 조건에서 생장한 개체가 높은 광합성 속도를 나타내었다. 본 연구 결과, 섬기린초는 광보상점과 광포화점에 이르는 광합성활성(PAR: Photosynthetic Active Radiation)의 범위는 낮은 광조건에서 생장한 개체가 강한 광조건에서 생장한 개체보다 좁고 낮았는데, 이것은 호흡에 의한 에너지 손실을 줄이고, 광합성 반응계가 약한 광도 조건에서 보다 효율적인 광합성작용을 통하여 생존하려는 생리적인 기작으로 생각한다.
한편, 섬기린초는 200μmol · m-2 · s-1 이상의 높은 광 조건에서 생장한 개체가 높은 광합성 속도를 나타내었다. 본 연구 결과, 섬기린초는 광보상점과 광포화점에 이르는 광합성활성(PAR: Photosynthetic Active Radiation)의 범위는 낮은 광조건에서 생장한 개체가 강한 광조건에서 생장한 개체보다 좁고 낮았는데, 이것은 호흡에 의한 에너지 손실을 줄이고, 광합성 반응계가 약한 광도 조건에서 보다 효율적인 광합성작용을 통하여 생존하려는 생리적인 기작으로 생각한다.
, 2000). 본 연구에서는 섬기린초가 수분 조건이 불량해짐에 따라 식물수분이용효율이 낮아졌으며, 광합성 능력과 기공전도도가 떨어지는 경향을 보였고, 가장 적합한 수분 범위는 7.09~11.31%이다. 수분 조건에 따라 광합성 기구가 유동적으로 변하는 것을 알 수 있다.
, 1997). 섬기린초의 광합성 속도는 수분함량 11.31%가 다른 수분함량보다 약 2~3배 높은 값을 보였다. 섬기린초는 수분 조건에 광합성 능력이 민감하게 반응하며, 불량한 수분 조건에 대한 적응력이 높은 것으로 판단된다.
섬기린초의 호흡속도는 수분함량 7.91%가 다른 수분함량보다 약 0.3mmoll·m-2·s-1높은 값을 보였다.
, 2000). 본 연구에서는 섬기린초가 수분 조건이 불량해짐에 따라 식물수분이용효율이 낮아졌으며, 광합성 능력과 기공전도도가 떨어지는 경향을 보였고, 가장 적합한 수분 범위는 7.09~11.31%이다. 수분 조건에 따라 광합성 기구가 유동적으로 변하는 것을 알 수 있다.
이상의 결과로 보아 섬기린초는 가장 적합한 광도 범위가 600~1,200μmol · m-2 · s-1이고, 높은 광도 조건에서도 생리적 및 형태적 적응력이 매우 높을 것으로 판단된다.
이상의 결과로 보아 섬기린초는 가장 적합한 광도 범위가 600~1,200μmol·m-2·s-1이고, 높은 광도 조건에서도 생리적및 형태적 적응력이 매우 높을 것으로 판단된다.
이와 같이, 광 강도가 증가함에 따라 호흡속도가 증가하다가 어느 시점에서 최고치에 도달하고, 그 이상의 광 강도에서는 일정한 경향을 유지한다는 결과는 섬기린초 연구에서 동일한 결과를 얻었으나, 본 실험에서 나타난 호흡능력의 차이는 광도에 따른 섬기린초의 잎 발달과 능력에 지대한 영향을 미친다는 중요한 연구를 결과를 얻었다.
토양 수분조건에 따른 섬기린초의 광합성 능력은 수분함량 11.31%에서 가장 높은 광합성 속도를 보였으며, 수분함량이 높아질수록 낮아지는 경향을 나타냈다(Figure 5a 참조). 이는 섬기린초가 수분 조건이 불량한 건기보다 우기에 높은 광합성 능력과 기공전도도, 낮은 식물수분이용효율을 나타낸 결과(Xu et al.
가장 적합한 광도 범위가 600~1,200μmol·m-2·s-1이고, 높은 광도 조건에서도 생리적 및 형태적 적응력이 매우 높을 것으로 판단된다. 토양 수분조건에 따른 섬기린초의 광합성 속도와 식물수분이용효율은 수분함량 11.31%에서 가장 높은 값을 보였으며, 수분함량이 높아질수록 낮아지는 경향을 나타냈다. 호흡속도는 수분함량 7.
토양 수분조건에 따른 식물수분이용효율(water use efficiency)은 수분함량 11.31%가 다른 수분함량보다 유의적 차이를 보이면서 약 2배 높게 나타났으며, 수분함량이 적어질수록 식물수분이용효율이 낮아지는 경향을 보였다(Figure 7a 참조). 광양자이용효율도 수분함량 11.
토양 수분조건에 따른 식물수분이용효율(water use efficiency)은 수분함량 11.31%가 다른 수분함량보다 유의적 차이를 보이면서 약 2배 높게 나타났으며, 수분함량이 적어질수록 식물수분이용효율이 낮아지는 경향을 보였다(Figure 7a 참조). 광양자이용효율도 수분함량 11.
31%에서 가장 높은 값을 보였으며, 수분함량이 높아질수록 낮아지는 경향을 나타냈다. 호흡속도는 수분함량 7.91%에서 가장 높은 값을 보였으며, 수분함량이 높아질수록 낮아지는 경향을 나타냈다. 수분 조건이 불량해짐에 따라 식물수분 이용효율이 낮아졌으며, 광합성 능력과 기공전도도가 떨어지는 경향을 보였고, 가장 적합한 수분 범위는 7.
후속연구
31%에 생육이 원활하였다. 그 조건에 따른 유지관리를 통해 섬기린초는 더 잘 생장할 수 있고, 척박한 옥상환경에 적합한 녹화재료가 될 수 있을 것이다.
섬기린초는 울릉도 특산 식물종이나 현재 조경 소재로 대량 증식하여 많이 사용되고 있어 옥상녹화 도입에 큰 문제가 없을 것으로 판단된다. 그러나 섬기린초와 더불어 옥상녹화용으로 많이 쓰이고 있는 세덤속 식물 중류를 몇 종 추가하여 비교분석하지 못한 점은 본 연구의 한계라 할 수 있다. 이러한 미흡한 점은 후속연구를 통해 보완될 수 있을 것으로 생각한다.
그러나 높은 광 조건에서는 지하부의 발육이 매우 저조할 것으로 보여 섬기린초의 인공 재배 시에는 광환경을 반드시 고려하여야 할 것으로 보인다. 본 연구 결과는 섬기린초의 옥상녹화에서 재배에 기초자료로 이용될 수 있을 것으로 판단된다.
그러나 섬기린초와 더불어 옥상녹화용으로 많이 쓰이고 있는 세덤속 식물 중류를 몇 종 추가하여 비교분석하지 못한 점은 본 연구의 한계라 할 수 있다. 이러한 미흡한 점은 후속연구를 통해 보완될 수 있을 것으로 생각한다.
질의응답
핵심어
질문
논문에서 추출한 답변
부피에 비해 표면적이 적고 낮은 증산율을 갖는 두터운 잎을 가지거나 세포질이 얇은데 비해, 특이하게 큰 액포를 가진 식물의 예시는?
주로 건조한 기후에서 진화한 생물들이 선택하는 방법으로, 부피에 비해 표면적이 적고 낮은 증산율을 갖는 두터운 잎을 가지거나 세포질이 얇은데 비해, 특이하게 큰 액포를 가진 식물들의 특징이다. 예를 들어, 사막에서 볼 수 있는 선인장류(Cactus)나다육질 식물(즙이 많은 식물들), 돌나물과(Crassulaceae)의 식물이 이에 속한다. 사막에서 나타나는 높은 광수준 이외에도 차가운 밤 기후 및 건조 토양을 갖는 더운 날씨일 때도 CAM 이 발생한다.
CAM 식물의 특성은?
CAM 식물은 낮 시간에 기공을 닫음으로써 수분의 손실을 최소로 줄이면서 CO2 농도를 높여 광호흡을 저감시켜 준다. 주로 건조한 기후에서 진화한 생물들이 선택하는 방법으로, 부피에 비해 표면적이 적고 낮은 증산율을 갖는 두터운 잎을 가지거나 세포질이 얇은데 비해, 특이하게 큰 액포를 가진 식물들의 특징이다.
옥상녹화의 연구 필요성이 증대하고 있는 이유는?
그 중에서 토지피복을 개선하기 위한 방안의 하나인 옥상녹화는 기존도시 모두에 적용이 가능한 동시에 친환경적 기법이라는 점에서 주목받고 있다(Park and Go, 2004). 옥상녹화는 도시의 환경오염과 생태계의 균형파괴, 열섬현상 완화, 에너지 절약 등 문제를 동시에 해결할 수 있는 현실적, 종합적 대안으로 연구의 필요성이 증대하고 있다(Kim et al., 2003; Choi and Ahn, 2004; Lee et al.
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