한반도의 낙엽성 참나무인 졸참나무(Quercus serrata)의 생태적 지위폭이 $CO_2$ 농도와 온도가 상승하였을 때 광, 수분 그리고 영양소 구배에서 어떻게 변화하는지 알아보고자 유리온실에서 대조구와 온난화처리구로 구분하여 재배한 후, 유식물의 20가지 형질을 측정하고 생태적 지위폭을 계산하였다. 그 결과, 생태적 지위폭은 광구배에서 대조구보다 온난화처리구가 넓어졌고, 수분과 영양소 구배에서는 대조구보다 온난화처리구가 좁아졌다. 이것은 지구온난화 진행 시 졸참나무는 광 환경에 대한 내성이 증가되고, 수분과 영양소 환경에 대한 내성이 감소될 것으로 예측할 수 있다. 주성분분석(PCA) 결과, 각 환경 구배에서 요인 1과 요인 2에 의해 대조구와 온난화처리구가 구분되었다. 생태학적 반응은 다양한 형질이 종합적으로 관여하며, 그 중에서 식물의 생산량을 나타내는 형질이 많은 부분 관여하는 것으로 판단된다.
한반도의 낙엽성 참나무인 졸참나무(Quercus serrata)의 생태적 지위폭이 $CO_2$ 농도와 온도가 상승하였을 때 광, 수분 그리고 영양소 구배에서 어떻게 변화하는지 알아보고자 유리온실에서 대조구와 온난화처리구로 구분하여 재배한 후, 유식물의 20가지 형질을 측정하고 생태적 지위폭을 계산하였다. 그 결과, 생태적 지위폭은 광구배에서 대조구보다 온난화처리구가 넓어졌고, 수분과 영양소 구배에서는 대조구보다 온난화처리구가 좁아졌다. 이것은 지구온난화 진행 시 졸참나무는 광 환경에 대한 내성이 증가되고, 수분과 영양소 환경에 대한 내성이 감소될 것으로 예측할 수 있다. 주성분분석(PCA) 결과, 각 환경 구배에서 요인 1과 요인 2에 의해 대조구와 온난화처리구가 구분되었다. 생태학적 반응은 다양한 형질이 종합적으로 관여하며, 그 중에서 식물의 생산량을 나타내는 형질이 많은 부분 관여하는 것으로 판단된다.
In order to investigate effects of elevated $CO_2$ concentration and temperature on the ecological niche of Quercus serrata in Korea. We divided experimental condition in the greenhouse that are control (ambient condition) and treatment with elevated $CO_2$ (approximately 1.6 a...
In order to investigate effects of elevated $CO_2$ concentration and temperature on the ecological niche of Quercus serrata in Korea. We divided experimental condition in the greenhouse that are control (ambient condition) and treatment with elevated $CO_2$ (approximately 1.6 above than control) and increased air temperature (approximately $2.2^{\circ}C$ above than control). We measured twenty kind characters of seedlings and calculated the ecological niche breadth. As a result, the ecological niche breadth, treatment was widened in the light gradient than the control, was narrowed in the moisture and nutrient gradient. This is may be predicted when the global warming progress, Q. serrata is increases resistance to light environment, and decrease resistance to moisture and nutrient environment. According to the principal component analysis (PCA), control and treatment were arranged based on factor 1 and 2 in each environment gradients. Ecological response is involved variety characters. Among them, indicating that Characters of production is involved in many a parts.
In order to investigate effects of elevated $CO_2$ concentration and temperature on the ecological niche of Quercus serrata in Korea. We divided experimental condition in the greenhouse that are control (ambient condition) and treatment with elevated $CO_2$ (approximately 1.6 above than control) and increased air temperature (approximately $2.2^{\circ}C$ above than control). We measured twenty kind characters of seedlings and calculated the ecological niche breadth. As a result, the ecological niche breadth, treatment was widened in the light gradient than the control, was narrowed in the moisture and nutrient gradient. This is may be predicted when the global warming progress, Q. serrata is increases resistance to light environment, and decrease resistance to moisture and nutrient environment. According to the principal component analysis (PCA), control and treatment were arranged based on factor 1 and 2 in each environment gradients. Ecological response is involved variety characters. Among them, indicating that Characters of production is involved in many a parts.
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문제 정의
따라서, 본 연구는 한반도의 남부지방에서 숲 천이의 극상종으로 인식되고(Song 2008), 뿌리가 지하수위보다 위쪽으로 뻗는 경목대에 생육하는 하천변 잠재자연식생이며(Kim 2008; Kim et al. 2008), 주요 우점종에 해당되는 낙엽성 참나무인 졸참나무(Quercus serrata)를 대상으로 지구온난화의 핵심 요소인 CO2 농도와 온도를 상승시켰을 때 광, 수분 그리고 영양소 구배에서 생태적 지위가 어떻게 변화하는지 알아보고자 시도하였다.
제안 방법
CO2 농도 처리는 CO2 가스통 2개를 설치한 뒤, 각각 지름 0.2 mm인 호스를 연결하여 CO2 가스를 24시간 주입하였고, 온난화처리구 내 설치된 CO2 센서(TEL-7001, Onset computer, USA)를 통해 농도변화를 모니터링한 뒤, Gas regulator로 조절하였다.
수분 처리는 토양을 채운 화분에 물을 주면서 화분 밑으로 물이 새어나가기 직전까지의 물의 양인 포장용 수량(carrying water capacity) 700 mL (M4)를 최댓값으로 하고, 이보다 적은 100 mL (M1), 300 mL (M2), 500 mL (M3)로 구분하여 물을 공급하였다.
2), 위의 측정값을 이용하여 잎 밀도, 비엽면적, 지하부/지상부 비, 광합성기관 투자비를 산출하였다. 잎폭 길이, 잎몸 길이, 엽면적은 엽면적계(SI700, Skye)를 이용하였고, 건중량은 전자저울(UX400H)을 이용하였으며, 길이는 vernier calipers (CD-15CPX, Mitutoyo Corp.)를 이용하여 측정하였다.
토양은 동일 입자 크기(2 mm 이하)의 모래를 사용하였고, 토양의 영양소 처리는 건조한 모래(100%)를 기준으로 하여 유기물의 비율을 0% (N1), 5% (N2), 10% (N3), 15% (N4)가 되도록 배합하였다.
통제가 가능한 유리온실 내에서 대기 중의 CO2 농도(평균 386.9±6.1 ppm)를 그대로 반영한 대조구(control)와 지구온난화의 핵심 요소인 CO2 농도와 온도를 대조구의 약 1.6배(평균 602.7±64.1 ppm)로 상승시킨 온난화처리구(treatment)로 구분하였다(Fig. 1).
한반도의 낙엽성 참나무인 졸참나무(Quercus serrata)의 생태적 지위폭이 CO2 농도와 온도가 상승하였을 때 광, 수분 그리고 영양소 구배에서 어떻게 변화하는지 알아보고자 유리온실에서 대조구와 온난화처리구로 구분하여 재배한 후, 유식물의 20가지 형질을 측정하고 생태적 지위폭을 계산하였다. 그 결과, 생태적 지위폭은 광 구배에서 대조구보다 온난화처리구가 넓어졌고, 수분과 영양소 구배에서는 대조구보다 온난화처리구가 좁아졌다.
형질은 총 20개 항목으로 잎 수(ea), 잎폭 길이(cm), 잎몸 길이(cm), 잎자루 길이(cm), 엽면적(cm2), 줄기 길이(cm), 줄기 직경(mm), 지상부 길이(cm), 지하부 길이(cm), 잎몸 무게(g), 잎자루 무게(g), 전체 잎 무게(g), 줄기 무게(g), 지상부 무게(g), 지하부 무게(g), 식물체 무게(g)를 측정하였으며(Fig. 2), 위의 측정값을 이용하여 잎 밀도, 비엽면적, 지하부/지상부 비, 광합성기관 투자비를 산출하였다. 잎폭 길이, 잎몸 길이, 엽면적은 엽면적계(SI700, Skye)를 이용하였고, 건중량은 전자저울(UX400H)을 이용하였으며, 길이는 vernier calipers (CD-15CPX, Mitutoyo Corp.
대상 데이터
실험에 사용한 유식물은 졸참나무(Quercus serrata) 종자를 발아시켜 사용하였다. 종자는 충청남도 공주시 신관동 인근 야산에서 2009년 10월에 채집하여 4℃에 냉장 저장한 후 이듬해인 2010년 4월에 크기가 유사한 종자를 선별하여 각 환경 구배당 4개 화분(지름 24 cm, 높이 23.
실험에 사용한 유식물은 졸참나무(Quercus serrata) 종자를 발아시켜 사용하였다. 종자는 충청남도 공주시 신관동 인근 야산에서 2009년 10월에 채집하여 4℃에 냉장 저장한 후 이듬해인 2010년 4월에 크기가 유사한 종자를 선별하여 각 환경 구배당 4개 화분(지름 24 cm, 높이 23.5 cm)에 각각 3개체씩 파종하였다.
데이터처리
대조구와 온난화처리구간의 생태적 지위폭의 변이를 조사하기 위해 Statistica 8 통계패키지(Statsoft Co. 2008)를 이용하여 형질의 측정치를 상관계수로 이용한 주성분분석(PCA)으로 배열하였다.
이론/모형
생태적 지위폭은 대조구와 온난화처리구의 각 환경구배에서 나타난 20가지 형질의 평균치를 Levins (1968)의 식에 적용하여 계산하였다.
성능/효과
농도와 온도가 상승하였을 때 광, 수분 그리고 영양소 구배에서 어떻게 변화하는지 알아보고자 유리온실에서 대조구와 온난화처리구로 구분하여 재배한 후, 유식물의 20가지 형질을 측정하고 생태적 지위폭을 계산하였다. 그 결과, 생태적 지위폭은 광 구배에서 대조구보다 온난화처리구가 넓어졌고, 수분과 영양소 구배에서는 대조구보다 온난화처리구가 좁아졌다. 이것은 지구온난화 진행 시 졸참나무는 광 환경에 대한 내성이 증가되고, 수분과 영양소 환경에 대한 내성이 감소될 것으로 예측할 수 있다.
965) 순으로 나타났다. 생태적 지위폭은 최대값 1을 기준으로 평가한 결과, 대조구에서는 지하부/지상부 비(0.862), 지하부 무게(0.651), 식물체 무게(0.862)를 제외하고 모든 형질이 0.900 이상으로 넓었고, 온난화처리구에서는 지하부 무게(0.812)와 식물체 무게(0.884)를 제외한 모든 형질이 0.900 이상으로 넓었다(Table 1).
온도측정은 디지털 데이터 온도계(Thermo recorder TR-71U, Co., Japan)를 설치 후 30분 간격으로 자동 측정하였고, 월별 평균기온을 대조구보다 평균 2.2℃ 높게 유지하였다.
5인 형질은 광 구배에서 비엽면적, 줄기 직경, 지하부 길이, 지하부/지상부 비, 잎몸 무게, 전체 잎 무게, 줄기 무게, 지상부 무게, 지하부 무게, 식물체 무게 등 10가지 형질이고, 수분 구배에서는 잎폭 길이, 잎몸 길이, 엽면적, 줄기 길이, 지상부 길이, 잎몸 무게, 전체 잎 무게, 줄기 무게, 지상부 무게, 지하부 무게, 식물체 무게 등 11가지 형질이며, 영양소 구배에서는 잎폭 길이, 잎몸 길이, 엽면적, 지상부 길이, 잎몸 무게, 전체 잎 무게, 줄기 무게, 지상부 무게, 지하부 무게, 식물체 무게 등 10가지 형질로 다양하다(Table 2). 이것으로 볼 때 졸참나무의 생태학적 반응은 다양한 형질이 종합적으로 관여하고 있음을 의미하며, 그 중에서 식물의 생산량을 나타내는 형질이 많은 부분 관여하고 있는 것으로 판단된다.
졸참나무의 20가지 형질에 대한 생태적 지위폭의 평균값은 대조구에서 영양소 구배(0.979)>수분 구배(0.977)>광 구배(0.895) 순으로 나타났고, 온난화처리구에서도 영양소 구배(0.982)>수분 구배(0.970)>광 구배(0.965) 순으로 나타났다.
졸참나무의 20가지 형질을 이용한 주성분분석(PCA) 결과, 대조구와 온난화처리는 광 구배에서 요인 1 (28.81%)과 요인 2 (21.44%)에 의해 구별되었고, 수분 구배에서는 요인 1 (34.39%)과 요인 2 (15.89%)에 의해 구별되었으며, 영양소 구배에서는 요인 1 (29.88%)과 요인 2 (16.87%)에 의해 구별되었다(Fig. 4). 이는 졸참나무가 대조구와 온난화처리구에 의해 생태적 지위의 차이가 나타난다는 것을 의미한다.
졸참나무의 생태적 지위폭은 대조구보다 온난화처리구가 광 구배에서 넓어졌고, 수분과 영양소 구배에서는 좁아졌다. 광 구배에서는 잎 밀도, 지하부/지상부 비, 전체 잎 무게, 지상부 무게, 지하부 무게, 식물체 무게가 5%이상 넓어졌고, 수분 구배에서는 잎 수, 광합성기관 투자비, 전체 잎 무게가 5% 이상 좁아졌으며, 영양소 구배에서는 모든 형질이 5% 미만으로 변화가 크지 않았다(Fig.
이것은 지구온난화 진행 시 졸참나무는 광 환경에 대한 내성이 증가되고, 수분과 영양소 환경에 대한 내성이 감소될 것으로 예측할 수 있다. 주성분분석(PCA) 결과, 각 환경 구배에서 요인 1과 요인 2에 의해 대조구와 온난화처리구가 구분되었다. 생태학적 반응은 다양한 형질이 종합적으로 관여하며, 그 중에서 식물의 생산량을 나타내는 형질이 많은 부분 관여하는 것으로 판단된다.
질의응답
핵심어
질문
논문에서 추출한 답변
생태적 지위폭이란?
생태적 지위(ecological niche)는 생물이 서식지를 차지하는 공간뿐만 아니라 군집 내에서 영위하는 고유한 기능, 즉 먹이사슬 상의 위치, 환경 구배 상의 기능을 말한다(Odum 1969). 생태적 지위폭(ecological niche breadth)은 한 종이 자연에서 차지하는 고유한 척도로서 최저와 최고 내성 한계 사이의 폭, 즉 내성의 범위를 말하는데(Pianka 1983), 생물종 또는 환경요인에 따라 다르게 나타나며, 생태적 지위폭이 넓으면 그 환경요인에 대한 내성이 크고, 좁으면 내성이 작다(Yeocheon Ecological Research Society 2005). 생태적 지위폭은 학자들마다 형질이 다르게 나타날 수 있고, 환경구배에 따른 각 형질의 평균치를 가지고 계산되어 질 수 있으며, 종의 천이계열을 밝히는 데 이용되고 있다(Park 2003).
생태적 지위란?
생태적 지위(ecological niche)는 생물이 서식지를 차지하는 공간뿐만 아니라 군집 내에서 영위하는 고유한 기능, 즉 먹이사슬 상의 위치, 환경 구배 상의 기능을 말한다(Odum 1969). 생태적 지위폭(ecological niche breadth)은 한 종이 자연에서 차지하는 고유한 척도로서 최저와 최고 내성 한계 사이의 폭, 즉 내성의 범위를 말하는데(Pianka 1983), 생물종 또는 환경요인에 따라 다르게 나타나며, 생태적 지위폭이 넓으면 그 환경요인에 대한 내성이 크고, 좁으면 내성이 작다(Yeocheon Ecological Research Society 2005).
CO2 농도와 온도가 증가할 때, 식물의 물질분배 양상은?
2009). 또한 물질분배는 지상부보다 지하부에 더 많이 투자한다(Rogers and Runion 1994; Crookshanks et al. 1998).
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