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문제 정의
- 대기 이산화탄소 농도 증가가 상수리나무 잎의 생물계절현상에 미치는 영향을 알아보고자 본 연구를 수행하였다. 상부개방형온실을 이용하여 대기 이산화탄소농도를 높여 처리하였다.
- 우리나라 온대중부의 대표적 활엽수종인 상수리나무를 대상으로 대기 중 이산화탄소 농도 증가가 생물계절현상에 미치는 영향을 확인하고자 본 연구를 수행하였으며, 나아가 미래 기후변화 상황에서의 반응을 예측하기 위한 생리생태적 특성 변화의 기초자료를 구축하고자 하였다.
제안 방법
- 상수리나무는 2009년에 식재되었으며, 당해 8월부터 이산화탄소 처리를 시작하였다. 각 개체의 OTC 내위치는 모두 동일하게 하여 각 처리구별로 3본씩 식재하였다. 공시재료로 쓰인 상수리나무는 국립산림과학원 산림유전자원부의 클론보존원에서 접수를 채취하여 2008년에 접목한 것으로, 실험에 쓰인 개체는 모두 동일 클론이며 생장이 유사한 개체를 이용하였다.
- 각 처리구별로 지상 3m 지점에 온도 측정기(TRH3203, RIXEN, Taiwan)를 설치하여 2013년 1월 1일부터 2014년 5월 31일까지의 기온을 측정하였으며, 적산온도 산출을 위한 기준 온도는 일 평균 5℃로 하였다.
- 상부개방형온실을 이용하여 대기 이산화탄소농도를 높여 처리하였다. 대기 이산화탄소 처리 농도의 설정은 현재 농도, 현재 농도의 1.4배, 현재 농도의 1.8배 등 3 처리구로 하였고, 온실효과에 대한 검정을 위하여 상부개방형온실 외부에 비교구를 설치하였다. 잎의 생물계절현상은 2013년에 동아 파열, 개엽, 단풍, 낙엽에 대하여 각 생물계절현상이 나타나는 일자와 적산온도를 조사하였고, 2014년에는 봄철 계절현상인 동아 파열과 개엽에 대하여 각가의 일자와 적산온도를 조사하였다.
- 잎의 생물계절현상은 2013년에 동아 파열, 개엽, 단풍, 낙엽에 대하여 각 생물계절현상이 나타나는 일자와 적산온도를 조사하였고, 2014년에는 봄철 계절현상인 동아 파열과 개엽에 대하여 각가의 일자와 적산온도를 조사하였다. 동아 내의 탄수화물 함량 분석을 위하여 2014년 3월에 각 처리구별로 동아를 채취하여 분석하였다. 봄철의 생물계절현상이 연도 간에 차이가 나타났는데, 2013년도에는 동아 파열과 개엽 시기가 이산화탄소 처리 농도가 증가함에 따라 빨라지는 것으로 나타났다.
- 대기 이산화탄소 농도 증가가 상수리나무 잎의 생물계절현상에 미치는 영향을 알아보고자 본 연구를 수행하였다. 상부개방형온실을 이용하여 대기 이산화탄소농도를 높여 처리하였다. 대기 이산화탄소 처리 농도의 설정은 현재 농도, 현재 농도의 1.
- 본 실험은 국립산림과학원 산림유전자원부(경기도 수원시) 구내의 상부개방형온실(OTC)을 이용하였다. 시험구 배치는 이산화탄소 처리 농도에 따라서 현재 농도(OTC1), 현재 농도의 1.4배 처리구(OTC2), 현재농도의 1.8배 처리구(OTC3) 등 3가지로 구분하였으며, 온실의 영향을 확인하기 위하여 외부에 비교구(NOTC)를 설치하였다. 상부개방형온실의 구조 및 운영 방법 등에 대한 구체적인 내용은 Lee et al.
- 잎의 계절현상은 2013년에 동아 파열, 개엽, 단풍, 낙엽 시기를 대상으로 조사하였으며, 2014년도에는 동아 파열과 개엽에 대하여 조사하였다. 각 단계별 일자는 Haggerty and Mazer(2008)의 방법에 따라 결정하였다.
- 8배 등 3 처리구로 하였고, 온실효과에 대한 검정을 위하여 상부개방형온실 외부에 비교구를 설치하였다. 잎의 생물계절현상은 2013년에 동아 파열, 개엽, 단풍, 낙엽에 대하여 각 생물계절현상이 나타나는 일자와 적산온도를 조사하였고, 2014년에는 봄철 계절현상인 동아 파열과 개엽에 대하여 각가의 일자와 적산온도를 조사하였다. 동아 내의 탄수화물 함량 분석을 위하여 2014년 3월에 각 처리구별로 동아를 채취하여 분석하였다.
- 탄수화물 함량분석을 위하여 2014년 3월 10일에 처리구별 각 개체에서 무작위로 동아를 채취하고 동결건조 후 분쇄하여 분석에 사용하였다. 포도당, 자당, 전분을 대상으로 분석하였으며, 시중에 시판되는 분석 kit(포도당: Sigma, GAHK20; 자당: Sigma, SCA20; 전분: Sigma, SA20)를 이용하여 측정하였다.
- 탄수화물 함량분석을 위하여 2014년 3월 10일에 처리구별 각 개체에서 무작위로 동아를 채취하고 동결건조 후 분쇄하여 분석에 사용하였다. 포도당, 자당, 전분을 대상으로 분석하였으며, 시중에 시판되는 분석 kit(포도당: Sigma, GAHK20; 자당: Sigma, SCA20; 전분: Sigma, SA20)를 이용하여 측정하였다. 총 비구조 탄수화물(TNC)과 총 가용성 당류(TSS)의 함량은 Paynter et al.
대상 데이터
- 각 개체의 OTC 내위치는 모두 동일하게 하여 각 처리구별로 3본씩 식재하였다. 공시재료로 쓰인 상수리나무는 국립산림과학원 산림유전자원부의 클론보존원에서 접수를 채취하여 2008년에 접목한 것으로, 실험에 쓰인 개체는 모두 동일 클론이며 생장이 유사한 개체를 이용하였다.
- 본 실험은 국립산림과학원 산림유전자원부(경기도 수원시) 구내의 상부개방형온실(OTC)을 이용하였다. 시험구 배치는 이산화탄소 처리 농도에 따라서 현재 농도(OTC1), 현재 농도의 1.
- 동아내 탄수화물 함량 중 전분, 총 비구조 탄수화물(TNC) 및 총 가용성 당(TSS)에서 이산화탄소 처리농도가 증가함에 따라서 함량이 증가한 것으로 나타났다(Table 3). 분석에 쓰인 동아는 2014년 3월에 채취한 것으로 2013년의 이산화탄소 처리에 의한 영향으로 판단 할 수 있다. 따라서 본 연구결과에서 봄철 개엽이 빨라진 것은 동아 내 탄수화물 함량의 증가와 관계 된 것으로 판단된다(Cannell, 1990).
데이터처리
- 분산분석을 이용하여 이산화탄소 농도 처리의 효과를 검증하였으며, 처리구간 비교는 Duncan의 다중검정을 실시하였다. 온실효과를 검정하기 위하여 NOTC와 OTC1을 대상으로 t-test를 실시하였다.
- 분산분석을 이용하여 이산화탄소 농도 처리의 효과를 검증하였으며, 처리구간 비교는 Duncan의 다중검정을 실시하였다. 온실효과를 검정하기 위하여 NOTC와 OTC1을 대상으로 t-test를 실시하였다.
이론/모형
- 총 비구조 탄수화물(TNC)과 총 가용성 당류(TSS)의 함량은 Paynter et al.(1991)의 방법에 따라 계산하였다.
- 잎의 계절현상은 2013년에 동아 파열, 개엽, 단풍, 낙엽 시기를 대상으로 조사하였으며, 2014년도에는 동아 파열과 개엽에 대하여 조사하였다. 각 단계별 일자는 Haggerty and Mazer(2008)의 방법에 따라 결정하였다.
성능/효과
- 이산화탄소 처리 농도가 증가함에 따라서 2013년의 경우 동아 파열은 최대 5일정도 빨라졌으며, 개엽은 6일, 낙엽은 9일 가량 늦어진 것으로 나타났다(Table1). 단풍의 경우에는 통계적으로 이산화탄소 농도 증가에 따른 유의적 차이는 없었지만, 평균적으로 5~8일 가량 늦어진 것으로 나타났다. 반면에 2014년에는 동아 파열과 개엽 시기 모두 처리구간의 통계적 유의한 차이가 나타나지 않았다(Table 1).
- 단풍과 낙엽 등 가을철의 생물계절현상은 이산화탄소 처리 농도가 증가함에 따라서 늦어지는 것으로 나타났다. 동아 내의 탄수화물 함량 분석 결과 이산화탄소 처리 농도가 증가함에 따라서 전분, 총 비구조 탄수화물, 총 수용성 당류의 함량이 증가하는 것으로 나타났다. 대기 이산화탄소 농도의 상승은 상수리나무의 개엽을 빠르게 하고 낙엽을 늦추어 전체적인생육기간을 연장시키게 될 것이다.
- 동아내 탄수화물 함량 중 전분, 총 비구조 탄수화물(TNC) 및 총 가용성 당(TSS)에서 이산화탄소 처리농도가 증가함에 따라서 함량이 증가한 것으로 나타났다(Table 3). 분석에 쓰인 동아는 2014년 3월에 채취한 것으로 2013년의 이산화탄소 처리에 의한 영향으로 판단 할 수 있다.
- 수목의 생육기간에 대하여 다양하게 정의할 수 있지만 동아 파열에서부터 낙엽까지를 생육기간으로 여길 수 있다(White and Nemani, 2003). 본 연구에서2013년의 생육기간은 OTC1과 비교하여 OTC2는 약6일, OTC3는 약 14일 가량 길어진 것으로 나타났다. 조기 개엽 및 늦은 낙엽은 서리피해의 가능성을 높이게 된다.
- 반면에 2014년에는 동아 파열과 개엽 시기 모두 처리구간의 통계적 유의한 차이가 나타나지 않았다(Table 1). 생물계절현상이 일어난 날짜의 적산온도를 비교한 결과 2013년에 비하여 2014년 봄철의 기온이 상대적으로 높은 것이 확인되었다(Table 2). NOTC에서 개엽이 나타난 날짜의 적산온도는 2013년 352.
- 조기 개엽 및 늦은 낙엽은 서리피해의 가능성을 높이게 된다. 하지만 이산화탄소 농도 증가에 의한 효과보다 온도상승에 의한 조기 개엽 현상이 민감하게 나타났으며, 동아 내 전분 및 당 함량이 증가한 것으로 나타났다. 따라서 현재 예측하는 수준에서의 이산화탄소 농도 증가와 온도의 상승은 조기 개엽 등 생물계절현상을 변화시키지만, 봄철의 동해피해 발생 가능성은 낮을 것으로 판단된다(Cannel and Smith, 1986;Murray et al.
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