제주지역 주요 활엽수의 대기 중 CO2 흡수율과 수분이용효율의 계절적 변화 Seasonal Change in the CO2 Fixation Rate and Water-Use Efficiency of Broad-leaved Tree Species on Jeju Island원문보기
Seasonal changes in the CO2 fixation rate and water-use efficiency in the leaves of six evergreen and two deciduous broad-leaved tree species on Jeju Island, Korea, were measured using a portable photosynthesis analyzer, to identify which species are most efficient in taking up CO2 from the air. The...
Seasonal changes in the CO2 fixation rate and water-use efficiency in the leaves of six evergreen and two deciduous broad-leaved tree species on Jeju Island, Korea, were measured using a portable photosynthesis analyzer, to identify which species are most efficient in taking up CO2 from the air. The CO2 fixation rate was high in the deciduous species in spring and summer and decreased in fall, whereas it was high in the evergreen species in summer and fall and decreased in winter. The rate remained high in the deciduous tree Prunus yedoensis from spring to fall (> 7.1 μmol CO2/m2/s) and in two evergreen trees, Castanopsis cuspidata var. sieboldii and Cinnamomum camphora, in summer and fall (7.0 9.9 μmol CO2/㎡/s). Therefore, these tree species fix atmospheric CO2 effectively. The water-use efficiency was higher in evergreen species than in deciduous species regardless of the season. Exceptionally, it was high in the deciduous species Zelkova serrata in spring and summer (> 100 μmol CO2/mol H2O), suggesting that Z. serrata is a useful tree for dry conditions due to its tolerance of water stress. The regressions of the CO2 fixation rate versus the evaporation rate and stomatal conductance were linear and non-linear, respectively. This suggests that the stomatal activity of leaves plays an important part in CO2 fixation of plants. In conclusion, C. cuspidata var. sieboldii, C. camphora, and P. yedoensis should be planted along roads or in urban spaces for the greening of cities and mitigation of CO2 concentrations in the air.
Seasonal changes in the CO2 fixation rate and water-use efficiency in the leaves of six evergreen and two deciduous broad-leaved tree species on Jeju Island, Korea, were measured using a portable photosynthesis analyzer, to identify which species are most efficient in taking up CO2 from the air. The CO2 fixation rate was high in the deciduous species in spring and summer and decreased in fall, whereas it was high in the evergreen species in summer and fall and decreased in winter. The rate remained high in the deciduous tree Prunus yedoensis from spring to fall (> 7.1 μmol CO2/m2/s) and in two evergreen trees, Castanopsis cuspidata var. sieboldii and Cinnamomum camphora, in summer and fall (7.0 9.9 μmol CO2/㎡/s). Therefore, these tree species fix atmospheric CO2 effectively. The water-use efficiency was higher in evergreen species than in deciduous species regardless of the season. Exceptionally, it was high in the deciduous species Zelkova serrata in spring and summer (> 100 μmol CO2/mol H2O), suggesting that Z. serrata is a useful tree for dry conditions due to its tolerance of water stress. The regressions of the CO2 fixation rate versus the evaporation rate and stomatal conductance were linear and non-linear, respectively. This suggests that the stomatal activity of leaves plays an important part in CO2 fixation of plants. In conclusion, C. cuspidata var. sieboldii, C. camphora, and P. yedoensis should be planted along roads or in urban spaces for the greening of cities and mitigation of CO2 concentrations in the air.
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문제 정의
본 연구는 대기 중의 CO2를 효율적으로 저감시킬 수 있는 수종을 선별하고자 제주지역에 널리 분포하고 있는 활엽교목 중에 가로수로 식재되는 상록성 교목 6종과 낙엽성 교목 2종을 대상으로 계절별 CO2 흡수율과 수분이용효율을 측정하였다. 엽면적당 CO2 흡수율은 낙엽성 수종인 왕벚나무에서는 봄철과 여름철에 높고 가을철에 감소하는데 반해, 상록성 수종에서는 여름철과 가을철에 높고 겨울철에 감소하였다.
본 연구에서는 대기 중의 CO2를 효율적으로 저감시킬 수 있는 수종을 선별하고자 제주지역에 널리 분포하며 가로수로 활용되고 있는 활엽교목 8종(상록성 교목 6종과 낙엽성 교목 2종)을 대상으로 계절별 광합성에 의한 CO2 흡수율과 수분이용효율을 측정하고 비교하였다.
제안 방법
CO2 흡수율(Photosynthetic rate)은 LED 광원이 부착된 LCpro+ Portable Photosynthesis System(ADC Bio Scientific Ltd., Hoddesdon, UK)을 이용하여 2011 년 4월부터 2012년 2월까지 봄철(4월 하순~6월 중순), 여름철(7월 중순~9월 초순), 가을철(10월 초순~11월 초순), 겨울철(12월 하순~이듬해 2월 하순)의 맑은 날 오전 9시부터 13시 사이에 측정하였다. 계절별로 3-4 회에 걸쳐 수종당 4개체씩 선정하여 개체당 3개의 잎을 대상으로 하여 총 36-48 반복으로 측정하였다.
아울러 증산률(Transpiration rate), 기공전도도 (Stomatal conductance) 등도 함께 측정하였다. 수분이용효율(Water-use efficiency)은 CO2 흡수율을 기공전도도로 나누어 산출하였다.
제주지역에 분포하고 있으면서 가로수로 널리 식재되고 있는 활엽교목 8종을 대상으로 계절별 엽면적당 CO2 흡수율을 p<0.05에서 비교하였다(Fig. 2).
잎 챔버로 유입되는 공기는 4 m 높이의 대기 유입안테나를 사용하여 220 molꞏm-2ꞏs-1의 유속으로 공급하였으며, 잎 챔버 내 CO2 농도가 대기의 CO2 농도와 비슷해지면 식물 잎을 잎 챔버에 물렸다. 챔버 속의 잎은 10분간 500 μ mole/m2 /s의 광으로 적응시킨 후 1,600 μmole/m2 /s의 포화광을 5분간 조사하여 엽면적당 CO2 흡수율을 측정하였다. 아울러 증산률(Transpiration rate), 기공전도도 (Stomatal conductance) 등도 함께 측정하였다.
대상 데이터
), 후박나무(Machilus thunbergii S. et Z.), 후피향나무(Ternstroemia japonica Thunb.)를, 낙엽성 수종으로 왕벚나무(Prunus yedoensis Matsumura), 느티나무(Zelkova serrata Makino)를 선정하였다. 실험에 사용한 잎은 1.
본 연구에서는 한라수목원(N33°28′ E126°29′, 168.7 m, Jeju, Korea) 내에 조성되어 있는 활엽교목 중에 반경 25 m 이내에 식재된 상록성 교목 6종과 낙엽성 교목 2종을 대상으로 하였으며, 각각의 수종별로 균일하게 자란 4개체를 선정하여 측정하였다(Table 1). 상록성 수종으로 구실잣밤나무(Castanopsis cuspidata var.
온도, 상대습도, 강수량 및 일사량은 제주기상청에서 조사기간(2011년 4월~2012년 2월) 동안 측정한 자료를 사용하였다.
데이터처리
CO2 흡수율과 증산률 또는 기공전도도 간에는 Pearson 상관분석을 수행하고, 선형 및 비선형 회귀분석을 시도하여 가장 적합한 회귀식을 결정하였다. 모든 통계분석은 SPSS 통계 패키지 18.
흡수율과 증산률 또는 기공전도도 간에는 Pearson 상관분석을 수행하고, 선형 및 비선형 회귀분석을 시도하여 가장 적합한 회귀식을 결정하였다. 모든 통계분석은 SPSS 통계 패키지 18.0(SPSS, Chicago, IL, USA)을 이용하였으며, ANOVA에 이은 Duncan의 다중검정(p<0.05)으로 평균치간의 차이에 대한 유의성을 검정하였다
성능/효과
CO2 흡수율과 증산률, 그리고 CO2 흡수율과 기공전도도 간에는 상관계수가 각각 r=0.829, r=0.763으로 비교적 높은 상관관계를 보였다(p<0.01). 그리고 CO2 흡수율과 증산률 간에는 1차직선 회귀식(y=3.
3B). 가을철에는 먼 나무, 후피향나무와 후박나무가 각각 86.8, 92.7과 108.0 μmol CO2/mol H2O로 높게 나타났으며, 낙엽성 수종은 상록성 수종에 비해 전체적으로 수분이용효율이 낮았다(Fig. 3C).
4A). 그러나, CO2 흡수율과 기공전도도 간에는 2차곡선 회귀식(y= -33.9624x2 +43.5313x+2.0024, r2 =0.6362)이 가장 적합한 것으로 나타났다(Fig. 4B).
01). 그리고 CO2 흡수율과 증산률 간에는 1차직선 회귀식(y=3.5885x+ 1.0282, r2 =0.6865)으로 나타낼 수 있어, 증산률이 증가하면 CO2 흡수율도 증가하는 경향을 보여 증산률이 CO2 흡수율에 크게 관여하고 있음을 알 수 있다(Fig. 4A).
하지만, 예외적으로 낙엽성 수종인 느티나무가 봄철과 여름철에 100 μmol CO2/mol H2O 이상으로 월등히 높아 다른 수종에 비해 상대적으로 내건성이 강한 것으로 보인다. 그리고 CO2 흡수율과 증산률 간에는 1차직선 회귀식으로, CO2 흡수율과 기공전도도 간에는 2차곡선 회귀식으로 나타나 증산률이나 기공전도도와 같은 기공활동이 CO2 고정에 중요하게 작용하는 것으로 보인다. 따라서 구실잣밤나무, 녹나무, 왕벚나무 등을 가로수, 조경수 등으로 식재하여 도시공간을 녹화하고 대기 중 CO2 농도 저감에 저감하는데 이용할 필요가 있을 것으로 보인다.
2에서 보는 바와 같이 상록성 수종인 구실잣 밤나무보다도 더 높은 CO2 흡수율을 보였다. 또한 다른 수종들이 여름철 또는 가을철에 높은 CO2 흡수율을 보이는 것과는 달리 왕벚나무는 봄철, 여름철, 가을철에 모두 높은 CO2 흡수율을 보여 효과적으로 대기 중의 CO2를 고정하는 것으로 나타났다. 산림 녹화와 조림은 온실 가스 배출의 상쇄에 중요하게 기여하는 만큼(Miehle et al.
9 μmol CO2/m2 /s의 높은 흡수율을 보여, 대기 중의 CO2를 효과적으로 흡수하고 있었다. 수분이용효율은 상록성 수종들은 계절에 관계없이 낙엽성 수종들보다 높았다. 하지만, 예외적으로 낙엽성 수종인 느티나무가 봄철과 여름철에 100 μmol CO2/mol H2O 이상으로 월등히 높아 다른 수종에 비해 상대적으로 내건성이 강한 것으로 보인다.
흡수율과 수분이용효율을 측정하였다. 엽면적당 CO2 흡수율은 낙엽성 수종인 왕벚나무에서는 봄철과 여름철에 높고 가을철에 감소하는데 반해, 상록성 수종에서는 여름철과 가을철에 높고 겨울철에 감소하였다. 특히, 낙엽성 수종에서 왕벚나무가 봄철, 여름철, 가을철에 7.
이상의 결과를 토대로 제주지역에 널리 분포하고 있으면서 가로수로 활용되고 있는 활엽교목 8종 중에 상록성 수종에서는 구실잣밤나무가, 낙엽성 수종에서는 왕벚 나무가 다른 종에 비해 CO2 흡수능이 더 높은 것으로 보이며, 기후변화 대응 차원에서 가치가 있음을 시사한다고 할 수 있다. 구실잣밤나무는 현재 붉가시나무 다음으로 많은 면적을 차지하고 있는 난대성 수종으로 제주도, 완도 등에 자생하고 있으며, 제주에 자생하고 있는 참나무과 식물 중에서도 엽건체량당 CO2 흡수율이 가장 높은 것으로 보고된 바 있다(Oh et al.
활엽교목 8종간의 계절별 수분이용효율을 p<0.05에 서 비교해 보면, 봄철에는 낙엽성 수종에서는 느티나무 (130.4 μmol CO2/mol H2O)가 왕벚나무(62.7 μmol CO2/mol H2O)에 비해 2.1배 이상 높았으며, 상록성 수 종에서는 먼나무와 구실잣밤나무가 다른 4종의 식물에 비해 1.2-1.5배 (86.4-101.6 μmol CO2/mol H2O) 높게 나타났다(Fig. 3A).
후속연구
그리고 CO2 흡수율과 증산률 간에는 1차직선 회귀식으로, CO2 흡수율과 기공전도도 간에는 2차곡선 회귀식으로 나타나 증산률이나 기공전도도와 같은 기공활동이 CO2 고정에 중요하게 작용하는 것으로 보인다. 따라서 구실잣밤나무, 녹나무, 왕벚나무 등을 가로수, 조경수 등으로 식재하여 도시공간을 녹화하고 대기 중 CO2 농도 저감에 저감하는데 이용할 필요가 있을 것으로 보인다.
본 연구에서는 잎의 단위면적당 광합성률의 계절별 수종간 차이를 살펴보는 데 의미를 두었으며, 차후에는 균일하게 자란 식물체를 대상으로 개체 수준에서의 CO2 흡수량을 측정하여 수종별 탄소저장량과 년간 CO2 흡수량을 산정할 필요가 있다. 또한 수분스트레스에 대한 이들 수종들의 적응 특성을 알기 위해서는 수분관계 지표들의 계절적 변화와 함 께 심도있는 생리적인 연구가 필요할 것이다.
, 2006), CO2 흡수율이 높은 왕벚나무나 구실잣밤나 무 등을 조림수, 녹화수 등으로 활용하여 대기 중의 CO2를 효율적으로 저감시킬 수 있도록 할 필요가 있을 것이다. 반면, 수분이용효율은 상록성 수종이 계절에 관계없이 높아서, 건조, 고온이나 고광 등의 스트레스에 더 강한 것으로 사료되는 바, 나출지나 건조한 장소에 식재하는 등 그 특성을 다각적으로 활용할 필요가 있을 것으로 보인다. 일반적으로 가뭄에 강한 식물에서는 민감한 식물과 달리 수분이용효율이 더 높으며, 수분이용효율이 높아지면 식물이 건조한 지역의 물 부족에 적응할 수 있다 (Yordanov et al.
최근 한반도를 포함한 전지구적인 기후변화 현상으로 이상 고온, 가뭄, 홍수 등이 발생하여 자연 생태계와 인간에게 심각한 영향을 미치고 있으며, 생태계를 구성하는 식물종들도 이상 고온이나 겨울철 저온과 같은 온도의 계절적 변화에 의해서 영향을 받을 수 밖에 없다. 본 연구에서는 잎의 단위면적당 광합성률의 계절별 수종간 차이를 살펴보는 데 의미를 두었으며, 차후에는 균일하게 자란 식물체를 대상으로 개체 수준에서의 CO2 흡수량을 측정하여 수종별 탄소저장량과 년간 CO2 흡수량을 산정할 필요가 있다. 또한 수분스트레스에 대한 이들 수종들의 적응 특성을 알기 위해서는 수분관계 지표들의 계절적 변화와 함 께 심도있는 생리적인 연구가 필요할 것이다.
또한 다른 수종들이 여름철 또는 가을철에 높은 CO2 흡수율을 보이는 것과는 달리 왕벚나무는 봄철, 여름철, 가을철에 모두 높은 CO2 흡수율을 보여 효과적으로 대기 중의 CO2를 고정하는 것으로 나타났다. 산림 녹화와 조림은 온실 가스 배출의 상쇄에 중요하게 기여하는 만큼(Miehle et al., 2006), CO2 흡수율이 높은 왕벚나무나 구실잣밤나 무 등을 조림수, 녹화수 등으로 활용하여 대기 중의 CO2를 효율적으로 저감시킬 수 있도록 할 필요가 있을 것이다. 반면, 수분이용효율은 상록성 수종이 계절에 관계없이 높아서, 건조, 고온이나 고광 등의 스트레스에 더 강한 것으로 사료되는 바, 나출지나 건조한 장소에 식재하는 등 그 특성을 다각적으로 활용할 필요가 있을 것으로 보인다.
질의응답
핵심어
질문
논문에서 추출한 답변
과거와 현재의 대기 중 CO2의 농도는 어떻게 변화되었는가?
산업혁명 이후 화석연료 사용의 증가, 삼림의 훼손 및 전용에 따른 손실 등 다양한 산업활동의 영향으로 이산화탄소(CO2)를 비롯한 온실가스들의 대기 중 농도는 꾸준히 증가하였다. 대기 중 CO2의 농도는 1850년에 약 280 ppm이었으나 산업혁명 이후 계속 증가하여 현재는 412.2 ppm(2017년 기상청 안면도 지구대기감시센터, https://data.kma.
우리나라의 연평균 온도는 어떻게 변화될 것이라고 예측되는가?
4℃ 증가할 것으로 예측되고 있다(IPCC, 2007). 더군다나 최근 30년(1981-2010) 동안 우리나라의 연평균 온도가 0.7℃ 상승하였고, 앞으로도 지속적으로 상승할 것으로 예측된다(KMA, 2011).
선진국의 온실가스 배출의 감축를 위한 노력은 어떤 것들이 있는가?
국가마다 정도의 차이는 있으나 CO2의 배출량을 줄이기 위해 엄청난 연구비를 투자하여 온실가스 배출의 감축 및 흡수원에 의한 저감 대책을 추진하고 있으며 이를 위해 국가차원의 대응체제를 구축하고 있다. 특히 선진국에서는 온실효과를 유발하는 주요 원인인 CO2의 배출을 감축하는 기술뿐만 아니라 산림, 토양 등 CO2 흡수원에 대하여 많은 연구를 수행하고 있다. 따라서 대기 중의 CO2 농도를 효율적으로 조절할 수 있는 대책이 필요하며, 식물의 광합성 작용을 이용한 CO2 저감은 가장 근본 적인 대책 중에 하나이다(Yu et al.
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