이산화탄소와 온도 그리고 한발 영향에 따른 감자의 생육과 수량반응 Effect of Carbon Dioxide Concentration, Temperature, and Relative Drought on Growth Responses and Yield in Spring Potato (Solanum tuberosum L.)원문보기
본 연구는 지구온난화에 따른 봄 감자에 대한 상승된 $CO_2$농도, 온도 그리고 한발에 미치는 영향을 평가를 위해 국립식량과학원 옥외환경시설에서 수행을 하였다. 감자는 C3식물로 상승된 $CO_2$농도와 적정 온도에 효과적인 생육 반응을 하지만, 괴경비대기의 한발은 수량 증가를 억제 시킨다. 괴경 수량은 상승된 $CO_2$농도와 온도 그리고 한발 처리에 따라 상당히 유의한 차이를 보여 주었다. SAPR 2는 SPAR 1에 비하여 수량이 28% 증가 되었는데, 생육기간 동안 SPAR 2는 $CO_2$ 효과와 적정온도로 주당 괴경수의 증가보다는 개체당 괴경의 크기에 의해 수량이 결정 된 것으로 판단된다. 한편 SPAR 3은 SPAR 2에 비하여 약 56% 수량 감소를 하였다. 괴경비대기의 한발은 형태적으로 간장과 측지수의 감소와 건물중 생산에 저해를 주었다. 생리적으로 엽록소와 질소 양분흡수을 감소시켜 결국 광합성률 감소와 괴경으로 전류 되는 동화산물이 낮아지면서 수량 감소 원인이 된 것으로 판단되었다. 따라서 향후 이상 기후 대응을 위해, 다양한 기후 조건에서 재배되는 감자의 생육을 파악하기 위한 기후변화 시나리오 및 봄 감자의 작부체계 개선이 필요할 것으로 판단된다.
본 연구는 지구온난화에 따른 봄 감자에 대한 상승된 $CO_2$농도, 온도 그리고 한발에 미치는 영향을 평가를 위해 국립식량과학원 옥외환경시설에서 수행을 하였다. 감자는 C3식물로 상승된 $CO_2$농도와 적정 온도에 효과적인 생육 반응을 하지만, 괴경비대기의 한발은 수량 증가를 억제 시킨다. 괴경 수량은 상승된 $CO_2$농도와 온도 그리고 한발 처리에 따라 상당히 유의한 차이를 보여 주었다. SAPR 2는 SPAR 1에 비하여 수량이 28% 증가 되었는데, 생육기간 동안 SPAR 2는 $CO_2$ 효과와 적정온도로 주당 괴경수의 증가보다는 개체당 괴경의 크기에 의해 수량이 결정 된 것으로 판단된다. 한편 SPAR 3은 SPAR 2에 비하여 약 56% 수량 감소를 하였다. 괴경비대기의 한발은 형태적으로 간장과 측지수의 감소와 건물중 생산에 저해를 주었다. 생리적으로 엽록소와 질소 양분흡수을 감소시켜 결국 광합성률 감소와 괴경으로 전류 되는 동화산물이 낮아지면서 수량 감소 원인이 된 것으로 판단되었다. 따라서 향후 이상 기후 대응을 위해, 다양한 기후 조건에서 재배되는 감자의 생육을 파악하기 위한 기후변화 시나리오 및 봄 감자의 작부체계 개선이 필요할 것으로 판단된다.
Agriculture is strongly influenced by climate change such as increased temperature and carbon dioxide ($CO_2$). This study describes the effects of climate change elevated $CO_2$, temperature, and relative drought on growth responses and yield in potato (Solanum tuberosum L.). ...
Agriculture is strongly influenced by climate change such as increased temperature and carbon dioxide ($CO_2$). This study describes the effects of climate change elevated $CO_2$, temperature, and relative drought on growth responses and yield in potato (Solanum tuberosum L.). The assessment was conducted for spring seasons in Soil-Plant-Atmosphere Research (SPAR) chamber at National Institute of Crop Science (NICS). Potatoes exhibit a positive response to $CO_2$ enrichment but water stress primarily reduces potato canopy and tuber yield. Elevated $CO_2$ and temperature increased both dry weight and tuber yield. Elevated $CO_2$ and temperature influenced SPAR 2 plants to a larger, and tuber increased yield up to 28% of than in SPAR 1(30-year average temperature at 450 ppm of $CO_2$). Our study findings indicate that tuber yield increase in potato under high $CO_2$ concentration was due to an increase in the size of individual tubers rather than in the number of the tubers per plant. On other hand, SPAR 3(30-year average temperature $+2.8^{\circ}C$ at 700 ppm of $CO_2$ under water stress) was lower than SPAR 2(30-year average temperature $+2.8^{\circ}C$ at 700 ppm of $CO_2$) nearly 56% of tuber yield due to drought. The results confirm potato drought sensitivity in terms of yield response. The experiment also showed that, in the conditions of climate change, climate change scenarios that improve cropping systems with potato.
Agriculture is strongly influenced by climate change such as increased temperature and carbon dioxide ($CO_2$). This study describes the effects of climate change elevated $CO_2$, temperature, and relative drought on growth responses and yield in potato (Solanum tuberosum L.). The assessment was conducted for spring seasons in Soil-Plant-Atmosphere Research (SPAR) chamber at National Institute of Crop Science (NICS). Potatoes exhibit a positive response to $CO_2$ enrichment but water stress primarily reduces potato canopy and tuber yield. Elevated $CO_2$ and temperature increased both dry weight and tuber yield. Elevated $CO_2$ and temperature influenced SPAR 2 plants to a larger, and tuber increased yield up to 28% of than in SPAR 1(30-year average temperature at 450 ppm of $CO_2$). Our study findings indicate that tuber yield increase in potato under high $CO_2$ concentration was due to an increase in the size of individual tubers rather than in the number of the tubers per plant. On other hand, SPAR 3(30-year average temperature $+2.8^{\circ}C$ at 700 ppm of $CO_2$ under water stress) was lower than SPAR 2(30-year average temperature $+2.8^{\circ}C$ at 700 ppm of $CO_2$) nearly 56% of tuber yield due to drought. The results confirm potato drought sensitivity in terms of yield response. The experiment also showed that, in the conditions of climate change, climate change scenarios that improve cropping systems with potato.
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문제 정의
본 연구는 지구온난화에 따른 봄 감자에 대한 상승된 CO2농도, 온도 그리고 한발에 미치는 영향을 평가를 위해 국립식량과학원 옥외환경시설에서 수행을 하였다. 감자는 C3식물로 상승된 CO2농도와 적정 온도에 효과적인 생육 반응을 하지만, 괴경비대기의 한발은 수량 증가를 억제 시킨다.
, 2001). 특히, 봄 감자 재배기간 동안 현재 기후와 미래 기후를 가정하여 상승된 CO2농도와 온도에 따른 감자의 발육과 생장 반응 그리고 일정기간 한발을 유발 시켜 수량에 미치는 요인을 평가 하고자 한다.
제안 방법
SPAR 1은 전주 30년(1980∼2010) 일일 온도 평균과 CO2농도 450는 ppm으로 처리하였다.
재배기간 동안 FDR(Soil Moisture Sensor, Senkek, Australia)센서로 토양 수분과 지온을 측정하였다. 각 SPAR챔버에 CO2센서(LI-820, LI-COR Biosciences, Inc., Lincoln, USA)를 싱글빔인 2파장 비분산형 근적외선분석계(NDIR)를 설치하여 24시간 CO2 흡입과 배출을 측정을 하였다. 대기의 온도 (TRH-300, Rixen, Taiwan)와 일사량(SQ-215, Aporee, Inc.
농촌진흥청 조사 기준에 근거하여 상서 수량과 가공용 괴경 수량을 구하였고, 괴경 크기는 특대서(151∼250g), 대서(81∼150g), 중서(51∼80g), 소 서(31∼50g), 설서(30>)로 분류를 하였다.
, Lincoln, USA)를 싱글빔인 2파장 비분산형 근적외선분석계(NDIR)를 설치하여 24시간 CO2 흡입과 배출을 측정을 하였다. 대기의 온도 (TRH-300, Rixen, Taiwan)와 일사량(SQ-215, Aporee, Inc., USA) 및 CO2농도(Gas detector, DA-100. EX EXd IIC T5, South Korea)는 SPAR챔버로부터 약 10m 내에 설치하여 실시간 측정을 하였다. 강수량은 농촌진흥청 기상정보서비스(http://weather.
모든 챔버의 관수는 파종 후 3∼4일 간격으로 5 L∼10 L씩 공급을 하였으며, SPAR 3은 파종 후 45일 이후부터 약 21일간 단수 처리를 하였다.
농촌진흥청 조사 기준에 근거하여 상서 수량과 가공용 괴경 수량을 구하였고, 괴경 크기는 특대서(151∼250g), 대서(81∼150g), 중서(51∼80g), 소 서(31∼50g), 설서(30>)로 분류를 하였다. 바이오매스를 위해 수확된 식물체를 잎, 줄기 그리고 괴경으로 구분하여 70℃ 항온 건조기에 96시간 건조 후 측정을 하였다.
지구온난화에 따른 이상기상 발생 확률이 높아 지면 봄감자의 생육반응과 생산능력은 변화 될 것이다. 본 연구는 급변하는 기후변화를 대비하기 위한 한국의 봄감자 재배에 대한 평가로 자연환경과 유사하게 군락을 형성 할 수 있는 옥외환경조절시설(Soil-Plant-Atmosphere-Research: SPAR)을 활용하여 CO2농도, 온도, 습도 그리고 수분 등을 제어하였다 (Reddy et al., 2001). 특히, 봄 감자 재배기간 동안 현재 기후와 미래 기후를 가정하여 상승된 CO2농도와 온도에 따른 감자의 발육과 생장 반응 그리고 일정기간 한발을 유발 시켜 수량에 미치는 요인을 평가 하고자 한다.
생육 반응을 비교하기 위해 파종 후 30일부터 84일 까지 5일∼7일 간격으로 초장과 측지수 그리고 경수를 10개체씩 조사하였다.
엽록소 분석은 엽록소 측정 기(CCM-300, Opti-sciences, USA)로 이용하였다. 수량은 주 당 괴경수, 괴경 평균무게, 주당 경엽 무게를 조사하였다. 농촌진흥청 조사 기준에 근거하여 상서 수량과 가공용 괴경 수량을 구하였고, 괴경 크기는 특대서(151∼250g), 대서(81∼150g), 중서(51∼80g), 소 서(31∼50g), 설서(30>)로 분류를 하였다.
8-13 kg/10a를 전량 시비하였다. 재배기간 동안 FDR(Soil Moisture Sensor, Senkek, Australia)센서로 토양 수분과 지온을 측정하였다. 각 SPAR챔버에 CO2센서(LI-820, LI-COR Biosciences, Inc.
대상 데이터
EX EXd IIC T5, South Korea)는 SPAR챔버로부터 약 10m 내에 설치하여 실시간 측정을 하였다. 강수량은 농촌진흥청 기상정보서비스(http://weather.rda.go.kr) 자료를 이용하였다.
본 연구는 국립식량과학원(35° 84’34”N, 127° 04’84”E) 옥외환경조절시설에서 플렉시 글라스(Evonik Industries, Essen, Germany) 재질로 된 SPAR챔버 2 m × 0.95 m × 2.25 m(너비 × 넓이 × 높이)에서 수행하였다.
봄감자 대표 품종인 수미(Superior)로 모래 60%, 미사 30% 점토 10%의 사양토로 채워진 2 m × 0.78 m × 1.42 m (너비 × 넓이 × 높이) 토양 통에 3월 23일에 파종을 하였다.
데이터처리
연구 결과의 통계분석은 SAS 9.1(SAS Institute Inc., Cary, NC, USA) 통계패키지를 이용하여 수행하였으며, ANOVA(P<0.05)로 유의성 분석을 하였다.
이론/모형
생육 반응을 비교하기 위해 파종 후 30일부터 84일 까지 5일∼7일 간격으로 초장과 측지수 그리고 경수를 10개체씩 조사하였다. 엽록소 분석은 엽록소 측정 기(CCM-300, Opti-sciences, USA)로 이용하였다. 수량은 주 당 괴경수, 괴경 평균무게, 주당 경엽 무게를 조사하였다.
탄소와 질소분석은 N2O를 N2로 환원시켜 N2가스의 부피를 측정하여 정량 하는 Dumas법으로 0.2g씩 칭량 후 원소분석기(Elementary, vario MAX cube., Germany)로 분석을 하였다.
성능/효과
재배 기간 동안의 토양 수분 함량은 지상부 발육에 따라 차이를 보였다. SPAR 1과 SPAR 2는 15% 이상 수분 함량을 유지를 하였고, SPAR 3은 한발의 영향으로 파종 후 50일 이후부터 급속하게 감소를 하였으나 파종 후 75일 이후 재관수로 수분 함량이 다소 올라 갔다(Fig. 2B).
2A). 따라서 파종 후 출현기까 지의 소요 일수는 지온이 높을수록 단축되었다.
괴경 크기에 대한 결과는 Table 5와 같다. 모든 처리에서 중서 개수는 차이가 없었으며, 대서개수는 한발을 받은 SPAR 3을 제외하면 큰 차이를 보이지 않았다. 그러나 특대서에서 SPAR 2가 다른 처리에 비하여 높았다.
배출간의 차이인 식물체에 의한 건물 생산으로 알 수 있다. 수확된 지상부와 괴경의 건물 중 결과는 Table 3에서 보는 바와 같이 지상부의 건물 중은 SPAR 2가 가장 높았고 그 다음으로 SPAR 1과 노지 순이었으며 SPAR 3이 가장 낮았다. 괴경의 건물중(P=0.
식물체의 탄소와 질소 흡수량은 고 CO2농도인 SPAR 2가 가장 높았고 한발을 받은 SPAR 3이 가장 낮았다. 한발을 받게 되면 식물은 잎에서 이산화탄소 농도는 낮아지고 산소의 농도가 높아지면서 이산화탄소의 고정 능력이 떨어지게 된다(Martin and Ruiztorres, 1992; Chaves et al.
그러나 특대서에서 SPAR 2가 다른 처리에 비하여 높았다. 이러한 결과 수량에 있어서 SPAR 1은 총 괴경수가 많은데도 불구하고 괴경의 설서 비율이 높아 상서 수량이 낮았다. 그러나 SPAR 2는 괴경의 중서와 특대서의 높은 비율로 인해 높은 수량을 보였다.
재배기간 동안의 노지의 평균 온도는 15.8℃로 SPAR 1은 노지에 비해 0.3℃ 높았고, SPAR 2와 3은 노지보다 3.1℃ 높았다. 재배기간 동안의 평균 일사량은 19.
초장과 측지의 생장과 발달은 군락형성에 주요한 요인 중의 하나이다. 초장은 파종 후 52일 까지 지속적으로 증가 하여 SPAR 2가 가장 높았고 그 다음 SPAR 3과 SPAR 1 그리고 노지순으로 높았다. 그러나 55일 이후부터 증가 폭이 높지 않았다(Fig.
, 2014). 측지 수는 파종 후 36일부 터 급격히 증가하였으나 생육 후기로 갈수록 증가 폭이 낮았다(Fig. 3B). Choi et al.
후속연구
생리적으로 엽록소와 질소 양분흡수을 감소시켜 결국 광합성률 감소와 괴경으로 전류 되는 동화산물이 낮아지면서 수량 감소 원인이 된 것으로 판단되었다. 따라서 향후 이상 기후 대응을 위해, 다양한 기후 조건에서 재배되는 감자의 생육을 파악하기 위한 기후변화 시나리오 및 봄 감자의 작부체계 개선이 필요할 것으로 판단된다.
질의응답
핵심어
질문
논문에서 추출한 답변
감자의 특징은?
감자는 대표적인 C3식물로 CO2농도에 매우 효과적 으로 반응을 하여 단위 엽면적과 단위시간의 건물중인 순동화가 증가한다(Wheeler et al., 1999; Fleisher et al.
이산화탄소 증가에 따른 우리나라의 평균 기온은 어떠한가?
대기중의 이산화탄소(CO2)농도는 하와이 마우나로아에서 관측을 시작 이래 계속적으로 증가하고 있는 추세이며 2017년 8월 404 ppm을 기록하였다(NOAA, 2017). 이산화탄소 증가로 인한 적외선의 흡수 증가로 평균기온이 지속적으로 상승하고 있는 가운데 우리나라의 2016년 평균 기온도 30년 평년보다 1.1℃ 높아 1973년 이래 최고 1위를 기록하였다(CIP, 2017). 이러한 기후변화로 2017년 봄 고온현상과 무 강수일이 장기화되면서 30년 평년대비 30%로 28.
우리나라의 기후변화에 따른 감자 생산량 변화는 어떠한가?
)는 봄감자와 고령지감자(여름감자) 그리고 가을감자로 재배 되고 있으며, 2016년 전체 재배 면적의 22,000ha중 60% 이상이 봄감자 재배가 차지하고 있다. 그러나 2017년 이상기상으로 인해 봄감자 재배면적은 14,943ha으로 2016년 15,259ha보다 2.1% 감소 하였고, 2017년 생산 량은 321,518ton으로 2016년 393,670ton 대비 18.1% 감소를 하였다(KOSIS, 2017).
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