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문제 정의
- , 2013). 따라서 본 연구는 우리나라 주요 활엽수종인 거제수나무(Betula costata), 물푸레나무(Fraxinus rhynchophylla), 그리고 굴참나무(Quercus variabilis) 묘목의 실외 인위적 온난화에 대한 생장 및 광합성 반응을 알아보고자 수행되었다.
- 기후변화 대응 산림 관리 방법을 개발하기 위해서는 온난화에 따른 수목의 반응을 예측하는 것이 중요하다. 본 연구는 우리나라 주요 활엽수종인 거제수나무 (Betula costata), 물푸레나무(Fraxinus rhynchophylla), 굴참나무(Quercus variabilis) 묘목의 실외 인위적 온난화에 대한 생장 반응을 알아보기 위하여 수행되었다. 이를 위해 적외선등을 이용하여 지속적으로 기온을 3℃ 증가시킬 수 있는 실외 인위적 온난화 시스템을 구축하고, 활엽수 3개 수종을 파종한 후, 온도 증가에 대한 발아 당년 묘목의 생장, 생물량 분배 및 순광합성률의 반응을 분석하였다.
제안 방법
- , USA)을 이용한 가열 모듈(Kimball et al., 2007), 2) 적외선 온도계(SI-111, Campbell Scientific, USA), 데이터로거(CR-1000, Campbell Scientific, USA) 등을 이용하여 묘상의 온도를 지속적으로 모니터링하는 모니터링 모듈, 그리고3) 대조구와 온난화 처리구의 온도 모니터링 자료를 바탕으로 온난화 처리구의 온도를 대조구 대비 3℃ 증가시키는 제어 모듈 등으로 구성하였다.
- 2013년 4월 실외 인위적 온난화 시스템 내의 각 조사구(n=3)에 거제수나무, 물푸레나무, 굴참나무 종자를 종묘사업실시요령에 따라 파종하였다(Forest Resources Creation and Management Act, 2012). 그리고 2013년 7월과 11월에 발아 후 생장하고 있는 묘목을 조사구 당 30본씩 선정하여 근원경과 묘고를 전자식캘리퍼스와 자를 이용하여 측정하였으며, 묘목별 근원경 대비 묘고 비율(H/D율)을 계산하였다. 또한 2013년 8월 조사구 당 9본의 묘목을 채취한 후, 묘목을 잎, 줄기, 뿌리 등의 부위별로 분리하여 건조기에서 65℃로 48시간 이상 건조한 후 각 부위의 생물량을 측정하였다.
- 그리고 2013년 7월과 11월에 발아 후 생장하고 있는 묘목을 조사구 당 30본씩 선정하여 근원경과 묘고를 전자식캘리퍼스와 자를 이용하여 측정하였으며, 묘목별 근원경 대비 묘고 비율(H/D율)을 계산하였다. 또한 2013년 8월 조사구 당 9본의 묘목을 채취한 후, 묘목을 잎, 줄기, 뿌리 등의 부위별로 분리하여 건조기에서 65℃로 48시간 이상 건조한 후 각 부위의 생물량을 측정하였다. 이를 이용하여 묘목 전체 대비 뿌리 중량 비율(root weight to total biomass ratio, RMR), 잎 대비 뿌리 중량 비율(root weight to leaf weight ratio, RLR), 지상부 대비 뿌리 중량 비율(root weight to shoot weight ratio, RSR) 등을 산출하였다.
- 이를 이용하여 묘목 전체 대비 뿌리 중량 비율(root weight to total biomass ratio, RMR), 잎 대비 뿌리 중량 비율(root weight to leaf weight ratio, RLR), 지상부 대비 뿌리 중량 비율(root weight to shoot weight ratio, RSR) 등을 산출하였다. 순광합성률 및 엽록소 함량은 2013년 8월, 각 조사구 당 3본의 묘목을 선정하여 묘목 당 1개의 잎을 대상으로 측정하였다. 순광합성률은 휴대용 광합성 측정기(CIRAS, PP-Systems, USA)을 이용하여 챔버 내 이산화탄소 농도를 400ppm, 광도를 1,000±10µmol·m−2·s−1로 제어하여 측정하였다.
- 순광합성률은 휴대용 광합성 측정기(CIRAS, PP-Systems, USA)을 이용하여 챔버 내 이산화탄소 농도를 400ppm, 광도를 1,000±10µmol·m−2·s−1로 제어하여 측정하였다.
- 본 연구는 우리나라 주요 활엽수종인 거제수나무 (Betula costata), 물푸레나무(Fraxinus rhynchophylla), 굴참나무(Quercus variabilis) 묘목의 실외 인위적 온난화에 대한 생장 반응을 알아보기 위하여 수행되었다. 이를 위해 적외선등을 이용하여 지속적으로 기온을 3℃ 증가시킬 수 있는 실외 인위적 온난화 시스템을 구축하고, 활엽수 3개 수종을 파종한 후, 온도 증가에 대한 발아 당년 묘목의 생장, 생물량 분배 및 순광합성률의 반응을 분석하였다. 연구 결과, 거제수나무, 물푸레나무, 굴참나무 묘목의 생장은 실외 인위적 온난화 처리에 대하여 수종과 시기에 따라 서로 다른 반응을 나타냈다.
- 또한 2013년 8월 조사구 당 9본의 묘목을 채취한 후, 묘목을 잎, 줄기, 뿌리 등의 부위별로 분리하여 건조기에서 65℃로 48시간 이상 건조한 후 각 부위의 생물량을 측정하였다. 이를 이용하여 묘목 전체 대비 뿌리 중량 비율(root weight to total biomass ratio, RMR), 잎 대비 뿌리 중량 비율(root weight to leaf weight ratio, RLR), 지상부 대비 뿌리 중량 비율(root weight to shoot weight ratio, RSR) 등을 산출하였다. 순광합성률 및 엽록소 함량은 2013년 8월, 각 조사구 당 3본의 묘목을 선정하여 묘목 당 1개의 잎을 대상으로 측정하였다.
대상 데이터
- 2012년 9월 경기도 포천시 소재 국립산림과학원 산림생산기술연구소 내 묘포장에 총 18개의 묘상(1m × 1m)을 구획하고, 묘상의 기온을 지속적으로 3℃ 증가시킬 수 있는 실외 인위적 온난화 시스템을 구축하였다.
- 연구대상 수종으로는 우리나라의 주요 조림활엽수종중 한반도 전역에 분포하는 수종인 굴참나무, 한반도 중북부에 주로 분포하는 물푸레나무, 중부 이북에 분포하는 대표적인 아고산 수종인 거제수나무등 분포 범위가 서로 다른 세가지 수종을 선정하였다(Han et al., 2012; Kim et al., 2003). 2013년 4월 실외 인위적 온난화 시스템 내의 각 조사구(n=3)에 거제수나무, 물푸레나무, 굴참나무 종자를 종묘사업실시요령에 따라 파종하였다(Forest Resources Creation and Management Act, 2012).
데이터처리
- 실외 인위적 온난화 처리에 따른 각 수종 묘목의 생장 변수 및 순광합성률과 엽록소 함량의 차이(P < 0.05)는 분산분석을 이용하여 검정하였다.
성능/효과
- H/D율(cm mm−1)도 7월에는 모든 수종에 대하여 온난화 처리에 따른 변화가 나타나지 않았으나 11월에는 굴참나무의 H/D율이 2.1%(대조구: 5.90; 온난화 처리구:6.02) 증가한 반면 거제수나무의 H/D율이 42.6%(대조구: 6.40; 온난화 처리구: 3.68) 감소하였다.
- 본 연구 결과, 거제수나무, 물푸레나무, 굴참나무 묘목의 생장은 실외 인위적 온난화 처리에 대하여 수종과 시기에 따라 서로 다른 반응을 나타내었다. 거제수나무는 온난화 처리에 따라 H/D율, 생물량, RSR, 순 광합성률 등이 감소한 반면, 굴참나무는 근원경, 묘고, 생물량, 순광합성률 등이 증가하였으며, 물푸레나무는 다른 수종에 비하여 생장 반응이 뚜렷하지 않았다. 한편, 온난화에 대한 묘목의 생장 반응은 여름철보다 가을철에 더 뚜렷하게 나타났다.
- 묘목의 부위별 생물량은 물푸레나무에서만 온난화 처리에 따라 뿌리와 잎의 생물량의 차이가 나타났으나, 처리에 따른 뿌리 생물량은 변화 양상이 일정하지 않았으며, 잎의 생물량은 11월에만 증가하는 것으로 나타났다. 굴참나무의 생물량 분배는 온난화 처리에 따른 차이를 나타내지 않았으나, 거제수나무의 RSR은 11월에 온난화 처리에 따라 감소하였으며, 물푸레나무의 7월 RSR 및 11월의 RLR도 감소하는 것으로 나타났다.
- 442)하였으며, 물푸레나무는 모든 시기에 차이가 나타나지 않았다. 묘목의 부위별 생물량은 물푸레나무에서만 온난화 처리에 따라 뿌리와 잎의 생물량의 차이가 나타났으나, 처리에 따른 뿌리 생물량은 변화 양상이 일정하지 않았으며, 잎의 생물량은 11월에만 증가하는 것으로 나타났다. 굴참나무의 생물량 분배는 온난화 처리에 따른 차이를 나타내지 않았으나, 거제수나무의 RSR은 11월에 온난화 처리에 따라 감소하였으며, 물푸레나무의 7월 RSR 및 11월의 RLR도 감소하는 것으로 나타났다.
- 묘목의 순광합성률(µmol CO2 m−2·s−1)은 실외 인위적 온난화 처리에 의하여 굴참나무에서 증가(대조구:10.30; 온난화 처리구: 13.40)하고 거제수나무에서는 감소(대조구: 12.50; 온난화 처리구: 10.40)하였으며, 물푸레나무에서는 유의한 차이가 나타나지 않았다(Fig. 2).
- 본 연구 결과, 거제수나무, 물푸레나무, 굴참나무 묘목의 생장은 실외 인위적 온난화 처리에 대하여 수종과 시기에 따라 서로 다른 반응을 나타내었다. 거제수나무는 온난화 처리에 따라 H/D율, 생물량, RSR, 순 광합성률 등이 감소한 반면, 굴참나무는 근원경, 묘고, 생물량, 순광합성률 등이 증가하였으며, 물푸레나무는 다른 수종에 비하여 생장 반응이 뚜렷하지 않았다.
- , 2001). 본 연구에서 나타난 거제수나무 생장 감소, 굴참나무의 생장 증가, 물푸레나무의 낮은 반응은 이와 같은 다양한 영향 요인이 복합적으로 작용한 결과로 사료된다. 선행 온난화 실험에서 온도 증가가 거제수나무 생장에 스트레스 요인으로 작용하는 것으로 나타났으며(Han et al.
- , 2001). 본 연구에서도 활엽수 3개 수종 모두에서 가을철 낙엽 시기가 지연된 것이 관찰되었으나(Han et al., unpublished data), 생장량은 굴참나무에서만 증가한 것으로 나타났다. 또한 온도 증가에 따른 묘목 생장량은 높은 순광합성률 및 생장기간의 연장으로 인하여 증가되거나, 호흡률 증가, 광저해 현상 및 온도 스트레스에 의하여 감소되는 것으로 알려져 있다(Saxe et al.
- 이를 위해 적외선등을 이용하여 지속적으로 기온을 3℃ 증가시킬 수 있는 실외 인위적 온난화 시스템을 구축하고, 활엽수 3개 수종을 파종한 후, 온도 증가에 대한 발아 당년 묘목의 생장, 생물량 분배 및 순광합성률의 반응을 분석하였다. 연구 결과, 거제수나무, 물푸레나무, 굴참나무 묘목의 생장은 실외 인위적 온난화 처리에 대하여 수종과 시기에 따라 서로 다른 반응을 나타냈다. 즉 거제수나무는 온난화 처리에 따라 근원경 대비 묘고 비율, 총 생물량, 지상부 대비 뿌리 중량 비율, 순광합성률 등이 감소한 반면, 굴참나무는 근원경, 묘고, 총 생물량, 순광합성률 등이 증가하였으며, 물푸레나무는 다른 수종에 비하여 생장 반응이 뚜렷하지 않았다.
- 1). 온난화 처리구와 대조구 사이의 묘목 근원경과 묘고의 차이는 굴참나무에서만 유의하게 나타났고, 다른 수종에서는 통계적으로 유의하게 나타나지 않았다. 즉 굴참나무 묘목은 11월에만 온난화 처리에 의하여 근원경(mm)과 묘고(cm)가 각각 25.
- 연구 결과, 거제수나무, 물푸레나무, 굴참나무 묘목의 생장은 실외 인위적 온난화 처리에 대하여 수종과 시기에 따라 서로 다른 반응을 나타냈다. 즉 거제수나무는 온난화 처리에 따라 근원경 대비 묘고 비율, 총 생물량, 지상부 대비 뿌리 중량 비율, 순광합성률 등이 감소한 반면, 굴참나무는 근원경, 묘고, 총 생물량, 순광합성률 등이 증가하였으며, 물푸레나무는 다른 수종에 비하여 생장 반응이 뚜렷하지 않았다. 시기별 반응으로는, 7월에는 모든 수종에 대하여 온난화 처리에 따른 변화가 나타나지 않았으나 11월에는 굴참나무의 근원경, 묘고, H/D율이 증가한 반면 거제수나무의 H/D율이 감소하였다.
- , 2013), 수종 및 광환경, 경쟁 등에 의한 변이를 보였다. 특히, 본 연구에서 굴참나무의 생물량은 근원경 및 묘고 생장 반응과 유사하게 온난화에 따라 증가하였으며, 거제수나무의 생물량은 이와 반대로 감소하였다. 이는 굴참나무가 우리나라 전역에 분포하는 수종인 반면, 거제수나무는 아고산대 수종으로서 상대적으로 온도 증가에 취약하기 때문으로 사료되며, 각 수종을 대상으로 한 선행 온난화 연구에서도 이와 유사한 결과가 보고된 바 있다(Han et al.
후속연구
- 한편, 묘목 단계는 수목 생존에 중요하고, 환경의 영향에 민감하게 반응하는 시기이며(Danby and Hik, 2007), 특히 발아 당년의 묘목은 수목 갱신에 중요한 시기이므로(Fenner, 2000), 본 연구 결과는 온난화에 대한 산림 반응을 예측하는 데에 활용될 수 있을 것으로 사료된다. 그러나 온난화에 대한 묘목의 생장 반응은 묘목의 생장 단계 및 묘령에 따라 달라지는 것으로 알려져 있으므로(Arend et al., 2011; Saxe 2001; Wertin et al., 2011), 온난화에 대한 산림의 반응을 보다 정확하게 예측하기 위해서는 향후 보다 장기적으로 묘목의 생장 반응을 연구하는 것이 필요하다.
- 기후변화 대응 산림 관리 방법을 개발하기 위해서는 온난화에 따른 수목의 반응을 예측하는 것이 필수적이다(Kirschbaum, 2000). 한편 온난화에 대한 수목 생장 반응은 수종, 생장 단계, 분류군, 산지, 광환경, 경쟁 등에 의하여 다양하게 나타나는 것으로 보고되고 있으며(Arend et al., 2011; Fisichelli et al., 2014; Wang et al., 2013; Yin et al., 2008), 특정 수종의 온난화에 대한 반응을 알기 위해서는 각 수종의 반응을 실험적으로 연구하는 것이 필요하다. 특히 묘목 시기는 수목의 생존 및 생장에 매우 중요한 단계이므로(Danby and Hik, 2007) 온난화에 대한 수종별 묘목의 생장 반응을 연구할 필요가 있다.
- , 2001; Way and Oren, 2010). 한편 온난화에 따른 묘목의 생장 반응을 예측하기 위해서는 생장량 및 생물량 등의 전반적인 생장 반응과 더불어 생물량 분배 반응을 연구하는 것이 필요하다. 특히 부위별 생장 및 생물량 분배 비율은 온난화에 의한 증산량 증가나 수분 스트레스에 대한 적응 기작 중 하나이며(Domisch et al.
- 한편, 묘목 단계는 수목 생존에 중요하고, 환경의 영향에 민감하게 반응하는 시기이며(Danby and Hik, 2007), 특히 발아 당년의 묘목은 수목 갱신에 중요한 시기이므로(Fenner, 2000), 본 연구 결과는 온난화에 대한 산림 반응을 예측하는 데에 활용될 수 있을 것으로 사료된다. 그러나 온난화에 대한 묘목의 생장 반응은 묘목의 생장 단계 및 묘령에 따라 달라지는 것으로 알려져 있으므로(Arend et al.
- 이와 같이 온난화에 따른 생장 반응이 수종 및 시기별로 차이를 보이는 것은 온난화에 의한 순광합성률과 생물량 분배 및 낙엽 시기의 지연의 복합적인 영향에 의한 것으로 생각된다. 활엽수 3개 수종에 대하여 온난화에 의한 수종 특이적 묘목 생장을 구명한 본 연구 결과는 기후변화에 대응한 양묘 기술 개발과 기후변화에 따른 산림의 반응을 예측하는 모형 개발에 활용될 수 있을 것으로 사료된다.
- 한편, 여름에 비하여 가을에 더 두드러지게 나타난 생장 반응은 온난화에 의한 식물 계절 특성의 변화에 의한 것으로 보인다. 활엽수 3개 수종에 대하여 온난화에 의한 수종 특이적 생장 반응을 밝힌 본 연구 결과는 기후변화에 대응한 산림 관리 정책 개발에 활용될 수 있을 것으로 사료된다.
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