CO2농도와 온도 상승이 한국의 주요 재배 벼품종의 생육과 생산량에 미치는 영향 -오대벼와 새추청벼- Effects of elevated CO2 concentration and increased temperature on the growth and crop yield of rice (Oryza sativa) cultivars in Korea -cv. Odaebyeo and cv. Saechucheongbyeo-원문보기
온난화가 진행되면, 우리나라에서 재배되고 있는 주요 벼의 생육과 생산량이 어떻게 변화되는지를 알아보기 위해, 북부지방과 중부지방에 각각 가장 많이 재배되는 오대벼와 새추청벼의 유식물을 각각 대조구, 온도 상승구 및 $CO_2$+온도 상승구에서 재배하여 그 결과를 비교하였다. 새추청벼의 지상부생물량, 지하부생물량, 총 생물량, 개체당 이삭무게 그리고 낟알의 숙성 비율은 온도 상승구에서, 오대벼는 $CO_2$+온도 상승구에서 가장 높았다. 새추청벼와 오대벼의 개체당 이삭수는 환경구배 간 차이가 없었다. 새추청벼의 이삭당 낟알수는 환경구배 간 차이가 없었고, 오대벼의 것은 $CO_2$+온도 상승구에서 가장 많았다. 새추청벼의 낟알 한 개의 무게는 $CO_2$+온도 상승구, 오대벼의 것은 온도 상승구와 $CO_2$+온도 상승구에서 가장 무거웠다. 새추청벼의 분얼수는 대조구와 온도 상승구, 오대벼의 것은 대조구에서 가장 많았다. 본 연구를 종합적으로 정리해보면 새추청벼는 대조구보다 온도만 상승했을 때 잘 자랐고 곡물 생산량이 증가했지만 $CO_2$ 농도와 온도가 같이 상승했을 때는 차이가 없었다. 그리고 오대벼는 대조구보다 $CO_2$ 농도와 온도가 같이 상승했을 때 잘 자랐고 생산량이 증가했다. 앞으로 지구온난화의 영향으로 $CO_2$ 농도와 온도가 높아진다면, 새추청벼는 현재와 곡물수확량의 차이는 없겠지만 그에 반해 오대벼는 곡물수확량은 높아질 것이다. 따라서 지구온난화로 인한 기후변화가 지속된다면 곡물수확량을 고려한 종에 따른 벼 재배적지의 선정이 신중히 결정되어야 할 것으로 판단된다.
온난화가 진행되면, 우리나라에서 재배되고 있는 주요 벼의 생육과 생산량이 어떻게 변화되는지를 알아보기 위해, 북부지방과 중부지방에 각각 가장 많이 재배되는 오대벼와 새추청벼의 유식물을 각각 대조구, 온도 상승구 및 $CO_2$+온도 상승구에서 재배하여 그 결과를 비교하였다. 새추청벼의 지상부생물량, 지하부생물량, 총 생물량, 개체당 이삭무게 그리고 낟알의 숙성 비율은 온도 상승구에서, 오대벼는 $CO_2$+온도 상승구에서 가장 높았다. 새추청벼와 오대벼의 개체당 이삭수는 환경구배 간 차이가 없었다. 새추청벼의 이삭당 낟알수는 환경구배 간 차이가 없었고, 오대벼의 것은 $CO_2$+온도 상승구에서 가장 많았다. 새추청벼의 낟알 한 개의 무게는 $CO_2$+온도 상승구, 오대벼의 것은 온도 상승구와 $CO_2$+온도 상승구에서 가장 무거웠다. 새추청벼의 분얼수는 대조구와 온도 상승구, 오대벼의 것은 대조구에서 가장 많았다. 본 연구를 종합적으로 정리해보면 새추청벼는 대조구보다 온도만 상승했을 때 잘 자랐고 곡물 생산량이 증가했지만 $CO_2$ 농도와 온도가 같이 상승했을 때는 차이가 없었다. 그리고 오대벼는 대조구보다 $CO_2$ 농도와 온도가 같이 상승했을 때 잘 자랐고 생산량이 증가했다. 앞으로 지구온난화의 영향으로 $CO_2$ 농도와 온도가 높아진다면, 새추청벼는 현재와 곡물수확량의 차이는 없겠지만 그에 반해 오대벼는 곡물수확량은 높아질 것이다. 따라서 지구온난화로 인한 기후변화가 지속된다면 곡물수확량을 고려한 종에 따른 벼 재배적지의 선정이 신중히 결정되어야 할 것으로 판단된다.
We grew seedlings of Saechucheongbyeo and Odaebyeo of rice cultivars that are cultivated dominantly in the northern and middle regions of Korea under control(ambient condition), ambient $CO_2$ concentration+elevated temperature, and elevated $CO_2$ concentration+elevated temper...
We grew seedlings of Saechucheongbyeo and Odaebyeo of rice cultivars that are cultivated dominantly in the northern and middle regions of Korea under control(ambient condition), ambient $CO_2$ concentration+elevated temperature, and elevated $CO_2$ concentration+elevated temperature in order to study how growth responses and crop yield of major rice of Korea change as the global warming proceeds and compared the results. Aboveground biomass, belowground biomass, total biomass, and panicles weight per individual and ripended grain rate of cv. Saechucheongbyeo were the highest under control, but those of cv. Odaebyeo were the highest under elevated $CO_2$ concentration+elevated temperature. There was no difference in the number of panicles per individual of cv. Saechucheongbyeo and cv. Odaebyeo in these experiments. There was no difference in the number of grains per panicle of cv. Saechucheongbyeo among three environmental gradients, but that of cv. Odaebyeo was the highest under elevated $CO_2$ concentration+elevated temperature. Weight of a grain of cv. Saechucheongbyeo was highest under elevated $CO_2$ concentration+elevated temperature, but that of cv. Odaebyeo was the higher under ambient $CO_2$ concentration+elevated temperature and elevated $CO_2$ concentration+elevated temperature. Thus, if global warming continues in Korea, selection of rice cultivation varieties must be chosen carefully for commendation.
We grew seedlings of Saechucheongbyeo and Odaebyeo of rice cultivars that are cultivated dominantly in the northern and middle regions of Korea under control(ambient condition), ambient $CO_2$ concentration+elevated temperature, and elevated $CO_2$ concentration+elevated temperature in order to study how growth responses and crop yield of major rice of Korea change as the global warming proceeds and compared the results. Aboveground biomass, belowground biomass, total biomass, and panicles weight per individual and ripended grain rate of cv. Saechucheongbyeo were the highest under control, but those of cv. Odaebyeo were the highest under elevated $CO_2$ concentration+elevated temperature. There was no difference in the number of panicles per individual of cv. Saechucheongbyeo and cv. Odaebyeo in these experiments. There was no difference in the number of grains per panicle of cv. Saechucheongbyeo among three environmental gradients, but that of cv. Odaebyeo was the highest under elevated $CO_2$ concentration+elevated temperature. Weight of a grain of cv. Saechucheongbyeo was highest under elevated $CO_2$ concentration+elevated temperature, but that of cv. Odaebyeo was the higher under ambient $CO_2$ concentration+elevated temperature and elevated $CO_2$ concentration+elevated temperature. Thus, if global warming continues in Korea, selection of rice cultivation varieties must be chosen carefully for commendation.
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문제 정의
따라서 본 연구는 현재 우리나라의 북부지방과 중부지방에서 각각 가장 많이 재배되고 있는 벼 품종을 대상으로 지구온난화가 되면 이 재배되고 있는 벼품종의 생육과 생산량이 어떻게 변하는지를 알아보고자 시도하였다.
본 실험은 지구온난화의 핵심 요소인 CO2 농도와 온도 상승이 새추청벼와 오대벼의 생태적 반응에 미치는 영향을 알아보기 위하여 진행되었다.
본 연구에서는 온난화가 진행되면, 우리나라에서 재배되고 있는 주요 벼의 생육과 생산량이 어떻게 변화되는지를 알아보기 위해, 북부지방과 중부지방에 각각 가장 많이 재배되는 오대벼와 새추청벼의 유식물을 각각 대조구, 온도 상승구, CO2+온도 상승구에서 재배하여 그 결과를 비교하였다.
가설 설정
3) 앞으로 지구온난화의 영향으로 CO2 농도와 온도가 높아진다면, 새추청벼는 현재와 곡물수확량의 차이는 없겠지만 그에 반해 오대벼는 곡물수확량은 높아질 것이다. 따라서 지구온난화로 인한 기후변화가 지속된다면 곡물수확량을 고려한 종에 따른 벼 재배적지의 선정이 신중히 결정되어야 할 것으로 판단 된다.
제안 방법
각 구배(대조구, 온도 상승구, CO2+온도 상승구)에 2012년 5월에 새추청벼와 오대벼의 종자를 수조(가로 30 cm × 세로 60 cm × 높이 20 cm)에 50 개씩 파종 하였다.
+온도 상승구)에 2012년 5월에 새추청벼와 오대벼의 종자를 수조(가로 30 cm × 세로 60 cm × 높이 20 cm)에 50 개씩 파종 하였다. 광은 자연광을 사용하였고, 수분공급은 2-3일 간격으로 같은 양을 공급하였다. 재배에 사용한 흙은 유기물함량이 높은(10%) 점토성의 것으로 금강유역의 습지에서 채토 후 건조중량을 재어 동일한 양이다.
두 벼 품종의 생태적 반응은 결실기인 10월에 수확하여 뿌리에 붙어 있는 흙을 털어내고 지상부, 지하부 그리고 이삭으로 구분하여 4-5일 동안 그늘진 곳에서 건조시켜 저울(UX 420H, 1987, SHIMADZU, Suzhou, Japan)을 이용하여 무게를 측정하였다. 영양 기관은 줄기 무게(g), 잎 무게(g), 지하부 무게(g) 그리고 분얼수(ea)로 구분하여 측정하였고, 생식생장은 개체당 이삭수(ea), 개체당 이삭무게(g), 이삭당 낟알수(ea) 그리고 낟알 한 개 무게(g)를 측정하였다.
, Cheonan-si, Korea)을 설치하여 이산화탄소농도를 유지하였다. 또한 이 장치를 이용하여 온도를 10 분 간격으로 측정하였으며, 온도는 환풍기를 통하여 조절하였다.
이는 이산화탄소 가스가 공기보다 무거운 성질을 고려하여 반영한 것이다. 벼의 최대 성숙높이인 1.5 m 정도에 이산화탄소 농도측정 센서가 달린 이산화탄소농도자동조절장치인 LCSEMS(PARUS Co., Cheonan-si, Korea)을 설치하여 이산화탄소농도를 유지하였다. 또한 이 장치를 이용하여 온도를 10 분 간격으로 측정하였으며, 온도는 환풍기를 통하여 조절하였다.
실험은 대조구, 온도 상승구, 이산화탄소 및 온도 상승구 등의 3 구배에서 진행되었다. 대조구는 대기 중의 CO2 농도와 온도를 그대로 반영하였다.
두 벼 품종의 생태적 반응은 결실기인 10월에 수확하여 뿌리에 붙어 있는 흙을 털어내고 지상부, 지하부 그리고 이삭으로 구분하여 4-5일 동안 그늘진 곳에서 건조시켜 저울(UX 420H, 1987, SHIMADZU, Suzhou, Japan)을 이용하여 무게를 측정하였다. 영양 기관은 줄기 무게(g), 잎 무게(g), 지하부 무게(g) 그리고 분얼수(ea)로 구분하여 측정하였고, 생식생장은 개체당 이삭수(ea), 개체당 이삭무게(g), 이삭당 낟알수(ea) 그리고 낟알 한 개 무게(g)를 측정하였다.
대상 데이터
재배품종으로 사용한 벼는 현재 한국의 중부지방과 북부지방에서 가장 많이 재배되고 있는 새추청벼(Oryza sativa cv. Saechucheongbyeo)와 오대벼(Oryza sativa cv. Odaebyeo)이다(Choi et al., 2000; Lee et al., 2008).
데이터처리
환경구배별 차이의 유의 성은 포스트-훅 검정에 의해 평균치의 피셔의 최소유의차 법으로(Fisher’s LSD) 계산하였다.
환경구배에 따른 생태적 반응의 경향성을 밝히기 위하여 분산분석(analysis of variance, ANOVA)을 시행하여 각 품종간, 환경구배 간 평균 차에 대하여 통계적 유의성을 검정하였다. 환경구배별 차이의 유의 성은 포스트-훅 검정에 의해 평균치의 피셔의 최소유의차 법으로(Fisher’s LSD) 계산하였다.
환경구배별 차이의 유의 성은 포스트-훅 검정에 의해 평균치의 피셔의 최소유의차 법으로(Fisher’s LSD) 계산하였다. 환경요인에 따른 두 품종의 전체적인 분포상태를 밝히기 위해 형질의 평균치간의 상관계수로 이용하여 주성분분석(principal component analysis, PCA)으로 정리하였다(No and Jeong, 2002).
성능/효과
1) 새추청벼의 지상부생물량, 지하부생물량, 총 생물량, 개체당 이삭무게 그리고 숙성된 낟알 비율은 온도 상승구에서, 오대벼는 CO2+온도 상승구에서 가장 높았다. 새추청벼와 오대벼의 개체당 이삭수는 환경구배 간 차이가 없었다.
2) 새추청벼는 대조구보다 온도만 상승했을 때 잘자랐고 곡물 생산량이 증가했지만 CO2 농도와 온도가 같이 상승했을 때는 차이가 없었다. 그리고 오대벼는 대조구보다 CO2 농도와 온도가 같이 상승했을때 잘 자랐고 생산량이 증가했다.
개체당 이삭무게, 이삭당 낟알수 그리고 숙성된 낟알 비율은 새추청벼가 오대벼보다 대조구와 온도 상승구에서 높았다(Fig. 1e, 1f, 1h). 개체당 이삭수는 새추청벼가 오대벼보다 온도 상승구에서 많았다(Fig.
농도와 온도가 같이 상승했을 때는 차이가 없었다. 그리고 오대벼는 대조구보다 CO2 농도와 온도가 같이 상승했을때 잘 자랐고 생산량이 증가했다.
5-2℃정도 대조구보다 높았다. 대조구, 온도 상승구, CO2+온도 상승구의 CO2 농도는 대조구와 온도 상승구는 360-400 ppm, 그리고 CO2+온도 상승구는 740-750 ppm으로 유지되었다.
두 품종에서 처리구에 대한 반응의 변이는 오대벼의 온도 상승구(O-T)가 가장 적었고, 오대벼의 대조구(O-T)나 이산화탄소+온도 상승구(O-CT)의 개체들이 넓었다. 그러나 새추청벼의 개체들의 변이는 구배 간 오대벼보다 적은 편이었다(Fig.
두 품종의 환경처리에 따른 배열법상의 분포에 영향을 미치는 생태적 측정형질은 낟알 한 개의 무게를 제외한 나머지 8가지 측정항목이 관련성이 높게 나타났다(Table 1). 이 결과는 두 품종의 생태학적 반응이 어떤 핵심적인 소수의 형질에 의한 것이 아니라, 식물체의 전체적인 형질이 종합적으로 관여하고 있음을 의미한다(Cho et al.
본 연구에서 이삭당 낟알수는 새추청벼에서 환경 구배 간 차이가 없었고, 오대벼는 CO2+온도 상승구에서 가장 많았다(Fig. 1f). 그리고 낟알 한 개의 무게는 새추청벼에서 CO2+온도 상승구, 오대벼는 온도 상승구와 CO2+온도 상승구에서 가장 무거웠다(Fig.
새추청벼와 오대벼의 개체당 이삭수는 환경구배 간 차이가 없었다. 새추청벼의 이삭당 낟알수는 환경구배 간 차이가 없었고, 오대벼의 것은 CO2+온도 상승구에서 가장 많았다. 새추청벼의 낟알 한 개의 무게는 CO2+온도 상승구, 오대벼의 것은 온도 상승구와 CO2+온도 상승구에서 가장 무거웠다.
숙성된 낟알 비율은 새추청벼에서 온도 상승구에서, 오대벼는 CO2+온도 상승구에서 가장 높았다(Fig. 1h). 벼의 낟알이 맺히는 시기에 온도가 너무 높으면 알맹이는 없고 속이 빈 낟알이 많이 생기는데 23℃이상이면 벼 낟알의 숙성이 이루어지지만, 35℃이상이 되면 다시 알맹이는 없고 속이 빈 꽃 비율이 높아진다(Xiao, 2005).
월별 평균 기온을 측정한 결과, 대조구는 평균 23.5℃, 온도 상승구와 CO2+온도 상승구는 평균 1.5-2℃정도 대조구보다 높았다. 대조구, 온도 상승구, CO2+온도 상승구의 CO2 농도는 대조구와 온도 상승구는 360-400 ppm, 그리고 CO2+온도 상승구는 740-750 ppm으로 유지되었다.
지상부생물량, 지하부생물량 그리고 총 생물량은 새추청벼가 오대벼보다 대조구와 온도 상승구에서 높았다. 하지만 지하부생물량은 오대벼가 새추청벼보다 CO2+온도 상승구에서 무거웠다.
지상부생물량, 지하부생물량 그리고 총 생물량은 새추청벼에서 온도 상승구에서, 오대벼는 CO2+온도 상승구에서 각각 가장 높았다(Fig. 1a-1c). 오대벼의 결과와 같이 동시에 CO2+온도를 상승시켰을 때 부위별 생물량과 총 생물량을 증가시키는 것은 이산화탄소 농도의 증가로 벼의 유기양분 생성이 촉진되었고, 열대성 작물의 광합성이 증가하였기 때문으로 해석된다(Yang et al.
후속연구
이러한 연구간의 차이는 벼의 재배 품종간의 차이에 나타나는 생태적 반응의 차이로 판단된다. 다만, 우리가 연구한 오대벼나 새추청벼보다 일미벼나 평안 벼가 남쪽지방의 주요 재배품종임을 감안할 때 일반적으로 예측되는 지구온난화에 대한 식물의 반응-남쪽(따뜻한 지방)에서 사는 식물이 지구온난화에 더 잘 자란다-의 결과와 서로 달라 이에 대한 실험이 필요하다고 판단된다. 즉 현재 한반도의 각 지역에서 재배되고 있는 주요 품종에 대한 지구온난화에 대한 동일 조건하에서의 상호비교 실험이 수행되어야 할 것으로 판단된다.
농도와 온도가 높아진다면, 새추청벼는 현재와 곡물수확량의 차이는 없겠지만 그에 반해 오대벼는 곡물수확량은 높아질 것이다. 따라서 지구온난화로 인한 기후변화가 지속된다면 곡물수확량을 고려한 종에 따른 벼 재배적지의 선정이 신중히 결정되어야 할 것으로 판단 된다.
따라서 지구온난화로 인한 기후변화가 지속된다면 곡물수확량을 고려한 품종에 따른 벼 재배적지의 선정이 실험적인 자료를 바탕으로 신중히 결정되어야 할 것으로 판단된다.
본 연구에서 사용한 오대벼는 북부지방에서 주로 재배되는 품종이며 새추청벼는 중부지방에서 주로 재배되는 품종이다. 앞으로 두 품종의 재배지도 현재보다 북쪽으로 이동하여 재배 가능할 것으로 예상되나 새추청벼는 본 연구결과에 의하면 지금의 재배지 보다 온도가 높은 남부지방에서 재배하는 것이 곡물수확량이 더 높을 것이라 판단된다. 그리고 지구온난화의 영향으로 온도뿐만 아니라 CO2농도가 동시에 높아진다면, 새추청벼는 현재와 같이 곡물수확량의 차이는 없겠지만 오대벼는 곡물수확량은 높아질 것으로 예상된다.
다만, 우리가 연구한 오대벼나 새추청벼보다 일미벼나 평안 벼가 남쪽지방의 주요 재배품종임을 감안할 때 일반적으로 예측되는 지구온난화에 대한 식물의 반응-남쪽(따뜻한 지방)에서 사는 식물이 지구온난화에 더 잘 자란다-의 결과와 서로 달라 이에 대한 실험이 필요하다고 판단된다. 즉 현재 한반도의 각 지역에서 재배되고 있는 주요 품종에 대한 지구온난화에 대한 동일 조건하에서의 상호비교 실험이 수행되어야 할 것으로 판단된다.
질의응답
핵심어
질문
논문에서 추출한 답변
새추청벼란?
새추청벼는 개화시기가 8 월중순과 9 월중순에 걸쳐 일어나는 중만생종으로 중부평야 및 남부중산간지 재배에 알맞고 생육 전 기간에 걸쳐 병해에 강하고 추청벼의 잎 도열병을 보완한 품종이다(Choi et al., 2000).
지구온난화의 가장 큰 원인은?
전 세계적으로 일어나고 있는 지구온난화(Global warming)의 가장 큰 원인은 인간 활동의 결과로 발생 하는 CO2 농도 증가에 있다(Kobayashi, 2006). 지난 100년 간 지구의 평균 온도는 0.
한반도는 지구온난화로 인해 어떠한 피해를 입고있는가?
지구온난화로 인해 일어나고 있는 기후변화는 한반도 또한 예외는 아니다. 한반도의 2010년 평균 CO2 농도는 394.5 ppm 으로 1999년의 평균 CO2 농도 370.7 ppm 보다 23.8 ppm 상승한 수치이었고(Korea Meteorological Administration, 2010), 기온은 지난 97년간(1912-2009) 약 1.7℃상승하였다(IPCC, 2007). 이로 인해 한국에서는 기온상승과 더불어 병해충이 증가하여 쌀 생산량의 감소, 과수 등의 품질 저하, 고랭지 채소 재배면적 축소 등 피해가 발생하고 있다(Lee et al., 2010).
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