[국내논문]인위적 온난화 및 강수 조절에 따른 소나무 묘목 세근 생산량과 고사율의 계절적 변화 Short-term Effects of Warming and Precipitation Manipulation on Seasonal Changes in Fine Root Production and Mortality for Pinus densiflora Seedlings원문보기
본 연구에서 33개월생 소나무 묘목을 대상으로 인위적 온난화 처리와 강수 조절에 의한 계절별 세근 생산량과 세근 고사율의 변화를 2년에 걸쳐 분석하였다. 온난화 처리는 적외선등을 이용하여 대조구 대비 대기온도가 $3.0^{\circ}C$ 높게 유지되도록 설정하였고, 강수 조절은 투명 판넬과 펌프를 이용하여 대조구(PC) 대비 30% 감소(PD) 또는 30% 증가(PI) 되도록 설정하였다. 온난화 처리는 세근 생산량 및 고사율에 통계적으로 유의한 영향을 주지 못하였고, 강수 조절은 세근 생산량($mm\;mm-2\;day^{-1}$)에만 유의한 영향을 주었다(PC: 3.57, PD: 4.59, PI: 3.02). 한편 온난화 처리 및 강수 조절과 계절간의 상호작용은 세근 생산량 및 고사율에 영향을 주지 못하였다. 그러나 온난화 처리 여부에 따라 토양 온도와 토양 수분이 각각 세근 생산량과 세근 고사율에 미치는 영향이 다르게 나타났다. 온난화 처리구는 세근 생산량의 계절적 변화가 주로 토양 온도에 영향(양의 상관관계)을 받았고, 세근 고사율은 주로 토양 수분의 영향(음의 상관관계)을 받았다. 반면에 온도 대조구에서는 세근 생산량은 주로 토양 수분의 영향(양의 상관관계)을 받았고, 세근 고사율은 토양 온도 및 수분과 유의한 관계가 나타나지 않았다. 이는 온난화가 진행됨에 따라 세근 생산량과 세근 고사율에 영향을 주는 기후인자가 달라질 수 있음을 시사한다.
본 연구에서 33개월생 소나무 묘목을 대상으로 인위적 온난화 처리와 강수 조절에 의한 계절별 세근 생산량과 세근 고사율의 변화를 2년에 걸쳐 분석하였다. 온난화 처리는 적외선등을 이용하여 대조구 대비 대기온도가 $3.0^{\circ}C$ 높게 유지되도록 설정하였고, 강수 조절은 투명 판넬과 펌프를 이용하여 대조구(PC) 대비 30% 감소(PD) 또는 30% 증가(PI) 되도록 설정하였다. 온난화 처리는 세근 생산량 및 고사율에 통계적으로 유의한 영향을 주지 못하였고, 강수 조절은 세근 생산량($mm\;mm-2\;day^{-1}$)에만 유의한 영향을 주었다(PC: 3.57, PD: 4.59, PI: 3.02). 한편 온난화 처리 및 강수 조절과 계절간의 상호작용은 세근 생산량 및 고사율에 영향을 주지 못하였다. 그러나 온난화 처리 여부에 따라 토양 온도와 토양 수분이 각각 세근 생산량과 세근 고사율에 미치는 영향이 다르게 나타났다. 온난화 처리구는 세근 생산량의 계절적 변화가 주로 토양 온도에 영향(양의 상관관계)을 받았고, 세근 고사율은 주로 토양 수분의 영향(음의 상관관계)을 받았다. 반면에 온도 대조구에서는 세근 생산량은 주로 토양 수분의 영향(양의 상관관계)을 받았고, 세근 고사율은 토양 온도 및 수분과 유의한 관계가 나타나지 않았다. 이는 온난화가 진행됨에 따라 세근 생산량과 세근 고사율에 영향을 주는 기후인자가 달라질 수 있음을 시사한다.
This study was conducted to investigate the effects of warming and precipitation manipulation on seasonal changes in fine root production (FRP) and fine root mortality (FRM) of 33-month-old Pinus densiflora seedlings for two years. The seedlings in warmed plots were warmed with $3.0^{\circ}C$
This study was conducted to investigate the effects of warming and precipitation manipulation on seasonal changes in fine root production (FRP) and fine root mortality (FRM) of 33-month-old Pinus densiflora seedlings for two years. The seedlings in warmed plots were warmed with $3.0^{\circ}C$ higher using infrared heaters. The air temperature of warmed (TW) plots was set to increase by $3^{\circ}C$ compared to temperature control (TC) plots, and the three precipitation manipulation consisted of precipitation decrease (-30%; PD), precipitation increase (+30%; PI) and precipitation control (0%; PC). FRP ($mm\;mm^{-2}\;day^{-1}$) was significantly altered by only precipitation manipulation (PC: 3.57, PD: 4.59, PI: 3.02), while warming had no significant effect on the FRP and FRM. Meanwhile, interactions between warming and precipitation manipulation and seasonal changes had no significant effects on FRP and FRM. However, the influences of seasonal changes in soil temperature and soil moisture on FRP and FRM were different according to warming. In TW plots, FRP showed a positive relationship with soil temperature, and FRM showed a negative relationship with soil moisture. On the other hand, in the TC plots, FRP showed a positive relationship with soil moisture, and there were no relationships between FRM and soil temperature and moisture. These results indicate that the climate factors that affect FRP and FRM might vary as the warming progresses.
This study was conducted to investigate the effects of warming and precipitation manipulation on seasonal changes in fine root production (FRP) and fine root mortality (FRM) of 33-month-old Pinus densiflora seedlings for two years. The seedlings in warmed plots were warmed with $3.0^{\circ}C$ higher using infrared heaters. The air temperature of warmed (TW) plots was set to increase by $3^{\circ}C$ compared to temperature control (TC) plots, and the three precipitation manipulation consisted of precipitation decrease (-30%; PD), precipitation increase (+30%; PI) and precipitation control (0%; PC). FRP ($mm\;mm^{-2}\;day^{-1}$) was significantly altered by only precipitation manipulation (PC: 3.57, PD: 4.59, PI: 3.02), while warming had no significant effect on the FRP and FRM. Meanwhile, interactions between warming and precipitation manipulation and seasonal changes had no significant effects on FRP and FRM. However, the influences of seasonal changes in soil temperature and soil moisture on FRP and FRM were different according to warming. In TW plots, FRP showed a positive relationship with soil temperature, and FRM showed a negative relationship with soil moisture. On the other hand, in the TC plots, FRP showed a positive relationship with soil moisture, and there were no relationships between FRM and soil temperature and moisture. These results indicate that the climate factors that affect FRP and FRM might vary as the warming progresses.
이에 본 연구에서는 인위적 온난화와 강수 조절에 따라서 우리나라 침엽수 대표 수종인 소나무 묘목의 세근 생산량 및 고사율의 계절적 변화를 분석하고자 하였다. 인위적 온난화와 강수 조절에 따라 세근 생산량 및 고사율의 계절적 변화가 다르게 나타날 것이라 예상하며, 두 처리에 따른 토양 온도와 토양 수분 변화가 세근 생산량 및 고사율의 계절적 변화에 직접적으로 영향을 미칠 것으로 가정하였다.
가설 설정
이에 본 연구에서는 인위적 온난화와 강수 조절에 따라서 우리나라 침엽수 대표 수종인 소나무 묘목의 세근 생산량 및 고사율의 계절적 변화를 분석하고자 하였다. 인위적 온난화와 강수 조절에 따라 세근 생산량 및 고사율의 계절적 변화가 다르게 나타날 것이라 예상하며, 두 처리에 따른 토양 온도와 토양 수분 변화가 세근 생산량 및 고사율의 계절적 변화에 직접적으로 영향을 미칠 것으로 가정하였다.
제안 방법
, USA)을 이용하여 온도 대조구 대비 3°C를 상승시켰다. 강수 감소구는 폴리카보네이트 재질의 투명한 판넬로 조사구 면적의 30%를 피복하여 강수를 차단시켰다. 강수 증가구는 강수 감소구에서 차단된 강수를 물탱크에 수집한 후, 수위 감지 센서와 펌프를 이용하여 자동으로 점적 관수되도록 하였다.
강수 감소구는 폴리카보네이트 재질의 투명한 판넬로 조사구 면적의 30%를 피복하여 강수를 차단시켰다. 강수 증가구는 강수 감소구에서 차단된 강수를 물탱크에 수집한 후, 수위 감지 센서와 펌프를 이용하여 자동으로 점적 관수되도록 하였다. 또한 모든 조사구에 토양 온도 센서(107-L34, Campbell Scientific, USA)와 토양 수분 센서(CS616, Campbell Scientific, USA)를 설치하여 30분 간격으로 자료를 수집하였다.
즉, 온도 대조구와 강수 대조구(TC*PC), 온도 대조구와 강수 감소구(TC*PD), 온도 대조구와 강수 증가구(TC*PI), 온난화 처리구와 강수 대조구(TW*PC), 온난화 처리구와 강수 감소구(TW*PD), 온난화 처리구와 강수 증가구(TW*PI) 등 총 6개 처리를 실현하였다. 온난화 처리구는 적외선 등(FTE-1000, Mor Electric Heating Instrument Inc., USA)을 이용하여 온도 대조구 대비 3°C를 상승시켰다. 강수 감소구는 폴리카보네이트 재질의 투명한 판넬로 조사구 면적의 30%를 피복하여 강수를 차단시켰다.
대상 데이터
2013년 4월, 고려대학교 환경생태수목원 내 묘포장(37°35′36″ N, 127°1′31″ E)에 인위적 온난화 및 강수 조절 시스템을 설치하였다. 여기에 1.5 m×1.5 m 크기의 18개(6개 처리×3개 반복) 조사구를 배치하였으며, 각각의 조사구에는 45본의 2년생 소나무 묘목을 식재하였다. 묘포장의 2014년과 2015년의 연평균기온과 연강수량은 각각 12.
데이터처리
반복측정 분산분석(Repeated Measures ANOVA)을 이용하여 토양 온도, 토양 수분, FRP, FRM 등에 미치는 계절별 온난화 처리와 강수 조절 효과를 분석하였다. 2014과 2015년 평균 FRP와 FRM의 처리별 경향을 분석하기 위해 최소유의차 검정의 Fisher’s LSD 분석을 사용하였다. 토양 온도 및 수분과 FRP 및 FRM의 관계를 분석하기 위하여 다중회귀분석(Multiple regression analysis)을 하였다.
반복측정 분산분석(Repeated Measures ANOVA)을 이용하여 토양 온도, 토양 수분, FRP, FRM 등에 미치는 계절별 온난화 처리와 강수 조절 효과를 분석하였다. 2014과 2015년 평균 FRP와 FRM의 처리별 경향을 분석하기 위해 최소유의차 검정의 Fisher’s LSD 분석을 사용하였다.
2014과 2015년 평균 FRP와 FRM의 처리별 경향을 분석하기 위해 최소유의차 검정의 Fisher’s LSD 분석을 사용하였다. 토양 온도 및 수분과 FRP 및 FRM의 관계를 분석하기 위하여 다중회귀분석(Multiple regression analysis)을 하였다. 모든 통계분석에는 SAS 9.
성능/효과
본 연구는 실외 인위적 온난화 처리와 강수 조절에 대한 소나무 묘목의 FRP와 FRM의 계절적 변화를 분석하였다. FRP와 FRM에 미치는 온난화 처리 및 강수 조절과 계절 변화간의 상호작용은 유의하게 나타나지 않았다. 그러나 온난화 처리 여부에 따라 토양 온도와 토양 수분이 각각 FRP와 FRM에 미치는 영향이 다르게 나타났다.
FRP와 FRM에 미치는 온난화 처리 및 강수 조절과 계절 변화간의 상호작용은 유의하게 나타나지 않았다. 그러나 온난화 처리 여부에 따라 토양 온도와 토양 수분이 각각 FRP와 FRM에 미치는 영향이 다르게 나타났다. 이는 온난화가 진행됨에 따라 영향을 주는 기후인자가 달라질 수 있음을 시사한다.
그러나 온난화 처리 여부에 따라 토양 온도와 토양 수분이 각각 FRP와 FRM에 미치는 영향이 다르게 나타났다. 이는 온난화가 진행됨에 따라 영향을 주는 기후인자가 달라질 수 있음을 시사한다. 그러나 본 연구 결과들은 처리 후 초기 2년의 자료들로서 변화된 토양 환경에 따라 식물이 일시적으로 반응한 것일 수 있으므로, 지속적으로 관찰할 필요가 있다.
후속연구
이는 온난화가 진행됨에 따라 영향을 주는 기후인자가 달라질 수 있음을 시사한다. 그러나 본 연구 결과들은 처리 후 초기 2년의 자료들로서 변화된 토양 환경에 따라 식물이 일시적으로 반응한 것일 수 있으므로, 지속적으로 관찰할 필요가 있다.
질의응답
핵심어
질문
논문에서 추출한 답변
FRP와 FRM의 계절적 변화를 분석한 결과는?
본 연구는 실외 인위적 온난화 처리와 강수 조절에 대한 소나무 묘목의 FRP와 FRM의 계절적 변화를 분석하였다. FRP와 FRM에 미치는 온난화 처리 및 강수 조절과 계절 변화간의 상호작용은 유의하게 나타나지 않았다. 그러나 온난화 처리 여부에 따라 토양 온도와 토양 수분이 각각 FRP와 FRM에 미치는 영향이 다르게 나타났다.
세근이란?
세근(보통 직경 2mm 미만 뿌리)은 주로 양분과 수분을 흡수하는 역할을 하며, 주근(보통 직경 2 mm 이상 뿌리)에 비해 토양 환경 변화에 민감하다(Wells and Eissenstat, 2003). 토양 미기후 변화는 세근에 직접적인 영향을 미치고, 이는 식물의 생리·생태적 반응으로 이어질 것이다(Yun et al.
세근의 역할은?
세근(보통 직경 2mm 미만 뿌리)은 주로 양분과 수분을 흡수하는 역할을 하며, 주근(보통 직경 2 mm 이상 뿌리)에 비해 토양 환경 변화에 민감하다(Wells and Eissenstat, 2003). 토양 미기후 변화는 세근에 직접적인 영향을 미치고, 이는 식물의 생리·생태적 반응으로 이어질 것이다(Yun et al.
참고문헌 (24)
An, J., Han, S., Chang, H., Park, M.J., Kim, S., Hwang, J., Cho, M.S., Chung, H. and Son, Y. 2017. Physiological and growth responses to experimental warming in first-year seedlings of deciduous tree species. Turkish Journal of Agriculture and Forestry 41: 175-182.
Bai, W., Wan, S., Niu, S., Liu, W., Chen, Q., Wang, Q., Zhang, W., Han, X. and Li, L. 2010. Increased temperature and recipitation interact to affect root production, mortality, and turnover in a temperate steppe: Implications or ecosystem C cycling. Global Change Biology 16(4): 1306-1316.
Chung, H., Muraoka, H., Nakamura, M., Han, S., Muller, O. and Son, Y. 2013. Experimental warming studies on tree species and forest ecosystems: a literature review. Journal of Plant Research 126(4): 447-460.
Guo, D., Xia, M., Wei, X., Chang, W., Liu, Y. and Wang, Z. 2008. Anatomical traits associated with absorption and mycorrhizal colonization are linked to root branch order in twenty-three Chinese temperate tree species. New Phytologist 180(3): 673-683.
Han, S.H., Yun, S.J., Lee, J., Kim, S., Chang, H. and Son, Y. 2016. Estimating the production and mortality of fine roots using minirhizotrons in a Pinus densiflora forest in Gwangneung, Korea. Journal of Forestry Research 27(5): 1029-1035.
Han, S.H., Kim, S., Li, G., Chang, H., Yun, S.J., An, J. and Son, Y. 2018. Effects of warming and precipitation manipulation on fine root dynamics of Pinus densiflora Sieb. et Zucc. seedlings. Forests 9(1): 14.
Hertel, D., Strecker, T., Muller-Haubold, H. and Leuschner, C. 2013. Fine root biomass and dynamics in beech forests across a precipitation gradient-Is optimal resource partitioning theory applicable to water-limited mature trees? Journal of Ecology 101(5): 1183-1200.
Intergovernmental Panel on Climate Change (IPCC). 2013. Climate change 2013: The physical science basis. Intergovernmental Panel on Climate Change. USA.
Li, G., Kim, S., Park, M.J. and Son, Y. 2017. Short-term effects of experimental warming and precipitation manipulation on soil microbial biomass C and N, community substrate utilization patterns and community composition. Pedosphere 27(4): 714-724.
Liu, Y., Liu, S., Wan, S., Wang, J., Wang, H. and Liu, K. 2017. Effects of experimental throughfall reduction and soil warming on fine root biomass and its decomposition in a warm temperate oak forest. Science of the Total Environment 574: 1448-1455.
Majdi, H. and Ohrvik, J. 2004. Interactive effects of soil warming and fertilization on root production, mortality, and longevity in a Norway spruce stand in Northern Sweden. Global Change Biology 10(2): 182-188.
McCormack, et al. 2015. Redefining fine roots improves understanding of below-ground contributions to terrestrial biosphere processes. New Phytologist 207(3): 505-518.
Noh, N.J., Son, Y., Jo, W., Yi, K., Park, C.W. and Han, S. 2012. Preliminary study on estimating fine root growth in a natural Pinus densiflora forest using a minirhizotron technique. Forest Science and Technology 8(1): 47-50.
Park, M.J., Yun, S.J., Yun, H.M., Chang, H., Han, S.H., An, J. and Son, Y. 2016. Effects of open-field artificial warming and precipitation manipulation on physiological characteristics and growth of Pinus densiflora seedlings. Journal of Climate Change Research 7(1): 9-17. (In Korean with English abstract)
Quan, X., Wang, C., Zhang, Q., Wang, X., Luo, Y. and Bond-Lamberty, B. 2010. Dynamics of fine roots in five Chinese temperate forests. Journal of Plant Research 123(4): 497-507.
Satomura, T., Hashimoto, Y., Koizumi, H., Nakane, K. and Hirikoshi, T. 2006. Seasonal patterns of fine root demography in a cool temperate deciduous forest in central Japan. Ecological Research 21(5): 741-753.
Saxe, H., Cannell, M.G., Johnson, O., Ryan, M.G. and Vourlitis, G. 2001. Tree and forest functioning in response to global warming. New Phytologist 149(3): 369-399.
Wan, S., Norby, R.J., Ledford, J. and Weltzin, J.F. 2007. Responses of soil respiration to elevated $CO_2$ , air warming, and changing soil water availability in a model old-field grassland. Global Change Biology 13(11): 2411-2424.
Wells, C.E. and Eissenstat, D.M. 2003. Beyond the roots of young seedlings: the influence of age and order on fine root physiology. Journal of Plant Growth Regulation 21: 324-334.
Wu, Z., Dijkstra, P., Koch, G.W., Penuelas, J. and Hungate, B.A. 2011. Responses of terrestrial ecosystems to temperature and precipitation change: a meta-analysis of experimental manipulation. Global Change Biology 17(2): 927-942.
Yuan, Z.Y. and Chen, H.Y.H. 2010. Fine root biomass, production, turnover rates, and nutrient contents in boreal forest ecosystems in relation to species, climate, fertility, and stand age: literature review and meta-analyses. Critical Reviews in Plant Sciences 29(4): 204-221.
Yun, S.J., Han, S., Han, S.H., Lee, S.J., Jung, Y., Kim, S. and Son, Y. 2014. Open-field experimental warming and precipitation manipulation system design to simulate climate change impact. Journal of Korean Forest Society 103(2): 159-164. (In Korean with English abstract)
Yun, S.J., Han, S., Han, S.H., Kim, S., Li, G., Park, M. and Son, Y. 2016. Short-term effects of warming treatment and precipitation manipulation on the ecophysiological responses of Pinus densiflora seedlings. Turkish Journal of Agriculture and Forestry 40: 621-630.
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