[논문]갈참나무와 졸참나무의 기후변화에 따른 생태지위 변화

김세희; 서지현; 전보연; 유해인; 김규리; 이주선; 강연준; 유영한; 김윤서; 박재훈; 김의주; 이정민; 박지원; 박여빈

doi:10.17663/jwr.2023.25.3.205

갈참나무와 졸참나무의 기후변화에 따른 생태지위 변화
Changes of ecological niche in Quercus serrata and Quercus aliena under climate change 원문보기

한국습지학회지 = Journal of wetlands research, v.25 no.3, 2023년, pp.205 - 212

김세희 (공주대학교 생명과학과) , 서지현 (공주대학교 생명과학과) , 전보연 (공주대학교 생명과학과) , 유해인 (공주대학교 생명과학과) , 김규리 (공주대학교 생명과학과) , 이주선 (공주대학교 생명과학과) , 강연준 (공주대학교 생명과학과) , 유영한 (공주대학교 생명과학과) , 김윤서 (공주대학교 생명과학과) , 박재훈 (공주대학교 생명과학과) , 김의주 (공주대학교 생명과학과) , 이정민 (공주대학교 생명과학과) , 박지원 (공주대학교 생명과학과) , 박여빈 (공주대학교 생명과학과)

초록
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본 연구는 우리나라 산지 하천변의 잠재 자연식생의 주요 구성종인 갈참나무와 졸참나무가 기후변화조건이 되면 그들의 생태지위와 종간 관계가 어떻게 변하는지를 알아보기 위하여 시도되었다. 이를 위하여 CO₂와 온도를 상승시킨 기후변화조건하에서 토양수분과 토양영양소를 4구배로 처리하고, 생육기 말기에 식물을 수확하여 형질의 생육반응을 측정하고, 생태지위폭과 중복력을 계산하고, 이를 대조구의 것과 비교하였다. 또한 두 종간의 관계는 형질값을 이용하여 주성분분석으로 해석하였다. 그 결과 기후변화시 수분환경 조건에서는 갈참나무의 생태지위폭이 졸참나무의 것보다 넓었다. 영양소 조건에서 두 종의 생태지위폭은 서로 유사하였다. 또한 기후변화시 갈참나무와 졸참나무의 토양수분에 대한 생태지위 중복역은 토양 영양소구배 보다 넓었다. 기후변화로 인하여 생태지위폭의 증가가 감소보다 더 많이 일어나는 형질들을 갖는 종은 수분구배와 영양소구배에서 모두 갈참나무이었다. 그리고 개체군들의 반응에서는 기후변화영향으로 토양수분 조건에서는 갈참나무가 졸참나무보다 적응력이 더 높아졌으나, 영양소 조건에서는 두종이 유사하였다. 이러한 결과는 기후변화조건에서 두 종간의 경쟁은 수분환경에 대하여 더 심하게 일어나고 그 때 갈참나무가 졸참나무보다 적응력이 더 높다는 것을 의미하는 것이다.

Abstract ▼ AI-Helper

This study was attempted to find out how the ecological niche and interspecies relationship of Quercus aliena and Q. serrata, which are the main constituents of potential natural vegetation along the riverside of mountains in Korea, under climate change conditions. To this end, soil moisture and soil nutrients were treated with 4 grad ients under climate change conditions with elevated CO2 and temperature, plants we re harvested at the end of the growing season, growth responses of traits were measured, ecological niche breadth and overlap were calculated, and it was compared with that of the control group(ambient condition). In addition, the relationship between the two species was analyzed by principal component analysis using trait values. As a result, the ecological niche breadth of Q. aliena was wider than that of Q. serrata under the moisture environment conditions under climate change. Under nutrient conditions, the ecological niche of the two species were similar. In addition, the ecological overlap for soil moisture of Q. aliena and Q. serrata was wider than the soil nutrient gradient under climate change. The species with traits in which the increase in ecological niche breadth due to climate change occurred more than the decrease was Q. aliena in both water and nutrient gradients. And in the responses of the population level, due to climate change, the adaptability of Q. aliena was higher than that of Q. serrata under the soil moisture condition, but the two species were similar under the nutrient condition. These results mean that the competition between the two species occurs more severely in the water environment under climate change conditions, and at that time, Q. aliena has higher adaptability than Q. serrata.

주제어

표/그림 (4)

표 Table 1. Ecological niche breadth and overlap of Q. aliena and Q. serrata by soil moisture and nutrient gradients under climatic change conditions (elevated CO₂-elevated temperature)
그림 Fig. 1. Percent variation(%) of the ecological niche breadth of 15 characters of Q. serrata and Q. aliena under climate change treatment in soil moisture and nutrient environment to ambient atmosphere condition(control). Negative numbers indicate a decrease relative to the control, and positive numbers indicate an increase.
그림 Fig. 2. Principal component analysis ordination of 15 character variables of Q. serrata(Qs) and Q. aliena(Qa) under control (C, ambient CO₂-ambient temperature) and climatic change treatment (T, elevated CO₂-elevated temperature) by soil moisture and nutrient gradients.
표 Table 2. Correlation matrix of 15 variables treated with moisture gradients and nutrient one in the first and two principal component scores of PCA (Statistically significant factors with values greater than 0.5 are marked in *)

AI 본문요약
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제안 방법

영양소 구배는 식물재배에 사용한 건조한 모래의 부피(100%)를 기준으로 유기물(주, 효성오엔비)의 비율(유기물 함량 46.7%)을 15%(N4), 10%(N3), 5%(N2), 0%(N1)가 되도록 조절하여 처리하였다.

대상 데이터

실험에 사용한 2종의 참나무 종자를 충청남도 공주시 신관동 인근 야산에서 실험하기전 해인 10월에 채집하였으며, 약 6개월간 4°C에 냉장 저장한 후 이듬해인 4월에 각종별 크기가 유사한 종자를 선별하여 파종하였다
실험에 사용한 2종의 참나무 종자를 충청남도 공주시 신관동 인근 야산에서 실험하기전 해인 10월에 채집하였으며, 약 6개월간 4°C에 냉장 저장한 후 이듬해인 4월에 각종별 크기가 유사한 종자를 선별하여 파종하였다. 실험에 사용한 유식물은 두 종의 열매를 살균된 모래를 채운 화분(직경 23.5cm, 높이24cm)에 파종하여 발아된 것이다.

성능/효과

15가지 생육형질 중 생태중복력이 0.9 이상인 형질은 잎폭 길이(0.989), 잎몸 길이(0.970), 잎자루 길이(0.965), 엽면적(0.970), 줄기 길이(0.965), 줄기 직경(0.950), 지상부길이(0.983), 지하부 길이(0.968), 잎몸 무게(0.919), 잎자루 무게(0.948), 줄기 무게(0.928), 지상부 무게(0.912)의 12개 형질(0.912~0.983)이었다. 반면 잎 무게(0.
기후변화가 되고 영양소가 변하는 환경에서 졸참나무의 생태지위폭은 대조구에 비하여 4개의 형질에서 증가하였고, 11개의 형질에서 감소가 일어났다. 그러나 갈참나무에서는 9개의 형질에서 생태지위폭이 증가하였고, 6개 형질에서 감소가 일어났다.
기후변화가 되고 영양소가 변하는 환경에서 졸참나무의 생태지위폭은 대조구에 비하여 4개의 형질에서 증가하였고, 11개의 형질에서 감소가 일어났다. 그러나 갈참나무에서는 9개의 형질에서 생태지위폭이 증가하였고, 6개 형질에서 감소가 일어났다.
기후변화가 되면 일반대기조건(대조구)에 비하여 생태지 위폭이 환경(수분, 영양소)과 종, 형질의 종류에 따라 각각 다르게 반응하였다(Fig. 1).
기후변화가 되면, 수분조건에 대하여 반응하는 졸참나무의 생태지위폭은 대조구에 비하여 6개의 형질에서 증가하였고, 9개의 형질에서 감소하였다. 반면 갈참나무의 생태지위폭은 10개 항목에서 상승하였고, 5개의 항목에서 감소하였다.
기후변화시 갈참나무와 졸참나무에서 토양 수분환경에 따른 15가지 유식물 형질의 생태지위폭은 두 종 모두 0.90 이상으로 비교적 넓게 나타났고(갈참나무;0.991±0.005, 졸참나무;0.975±0.023), 갈참나무가 졸참나무보다 약간 높았다(Table 1)
기후변화시 두 종 갈참나무와 졸참나무의 토양 수분에 대한 생태지위 중복역은 0.941±0.037로 나타났다(Table 1)
기후변화시 수분환경 조건에서는 갈참나무의 생태지위폭이 졸참나무의 것보다 넓었다. 수분환경에서 갈참나무는 식물체 구조와 광합성 기관부분에서 높았고, 졸참나무는 식물체 구조와 관련된 부분에서 높게 나타났다.
기후변화조건에서 갈참나무와 졸참나무에서 영양소 구배에 따른 15가지 형질의 생태지위폭은 수분구배의 것과 다르게(갈참나무; 0.980±0.018, 졸참나무;0.983±0.013) 두종이 유사하게 나타났다(Table 1)
기후변화처리구에서 영양소에 대한 두종의 생태지위 중복역은 0.921±0.029로 수분의 것보다 약간 낮았다
영양소환경에서 두 종 모두 식물체 구조와 관련된 부분에서 높았다. 또한 기후변화시 갈참나무와 졸참나무의 토양수분에 대한 생태 지위 중복역은 토양 영양소구배 보다 넓었다. 수분환경의 생태지위중복역은 광합성 기관과 관련된 형질에서 가장 넓었는데, 이는 생태지위폭과 유사한 경향을 보였다.
또한 이러한 두 종의 배열법 상의 분포유형에 미치는 개체들의 형질(r > 0.5)은 수분환경에서는 잎 폭 길이, 잎몸 길이, 잎자루 길이, 잎몸 무게, 잎자루 무게, 엽면적, 잎 전체 무게, 줄기 무게, 지하부 무게, 식물체 무게로 광합성 기관과 생물량과 관련성이 높았다(Table 2)
기후변화가 되면, 수분조건에 대하여 반응하는 졸참나무의 생태지위폭은 대조구에 비하여 6개의 형질에서 증가하였고, 9개의 형질에서 감소하였다. 반면 갈참나무의 생태지위폭은 10개 항목에서 상승하였고, 5개의 항목에서 감소하였다.
029로 수분의 것보다 약간 낮았다. 생태 중복역이 0.9이상으로 비교적 높은 것은 잎 폭 길이(0.958), 잎몸 길이(0.962), 잎자루 길이(0.936), 엽면적(0.916), 줄기 길이(0.960), 줄기 직경(0.942), 지상부 길이(0.948), 지하부 길이(0.936), 잎자루 무게(0.923)의 9개 형질(0.916~0.962)이었고, 0.9이하인 것은 잎몸 무게(0.887), 잎 무게(0.886), 줄기 무게(0.883), 지상부 무게(0.885), 지하부 무게(0.899), 식물체 무게(0.896)의 6개 형질(0.883~0.896)이었다 생태지위 중복역은 잎몸길이(0.962)가 가장 넓었고, 줄기무게(0.883)에서 가장 좁았다(Table. 1).
수분환경에서 15가지 형질을 유사한 기능을 갖는 특성으로 구분한 그룹의 생태지위 중복역은 광합성 기관 (0.973) > 식물체 구조 (0.967) > 생물량 (0.907) 순으로 광합성 기관과 관련된 형질에서 가장 넓었는데 이는 생태지위폭과 유사한 경향을 보였다(Table 1).
기후변화시 수분환경 조건에서는 갈참나무의 생태지위폭이 졸참나무의 것보다 넓었다. 수분환경에서 갈참나무는 식물체 구조와 광합성 기관부분에서 높았고, 졸참나무는 식물체 구조와 관련된 부분에서 높게 나타났다. 영양소 조건에서 두 종의 생태지위폭은 서로 유사하였다.
또한 기후변화시 갈참나무와 졸참나무의 토양수분에 대한 생태 지위 중복역은 토양 영양소구배 보다 넓었다. 수분환경의 생태지위중복역은 광합성 기관과 관련된 형질에서 가장 넓었는데, 이는 생태지위폭과 유사한 경향을 보였다. 영양소 환경의 생태지위 중복역은 식물체 구조와 관련된 형질에서 가장 넓었으며, 이는 생태지위폭과 유사한 경향을 보였다.
식물체의 유사한 형질을 묶은 기관 그룹의 생태지위폭은 갈참나무에서 식물체 구조(0.994)=광합성 기관(0.994) > 생물량(0.988) 순으로 낮게 나타났다
수분환경의 생태지위중복역은 광합성 기관과 관련된 형질에서 가장 넓었는데, 이는 생태지위폭과 유사한 경향을 보였다. 영양소 환경의 생태지위 중복역은 식물체 구조와 관련된 형질에서 가장 넓었으며, 이는 생태지위폭과 유사한 경향을 보였다.
영양소구배에서 15가지 형질을 유사한 특성에 따른 형질 그룹의 생태지위 중복역은 식물체 구조 (0.947) > 광합성 기관 (0.943) > 생물량 (0.894) 순으로 좁았다
유사한 형질의 기능그룹으로 구분하면, 갈참나무나 졸참나무 2종 모두에서 식물체 구조(0.994:0.992) > 광합성 기관(0.984:0.984) > 생물량(0.970:0.978) 순으로 낮았다
023), 갈참나무가 졸참나무보다 약간 높았다(Table 1). 이러한 결과는 기후변화조건에 대하여 갈참나무가 졸참나무보다 수분환경요인에 대하여 적응성이 더 높음을 의미한다.
이러한 결과로 볼 때 기후변화조건이 되면 수분환경이나 영양소환경에 대하여 갈참나무가 졸참나무보다 더 유리하게 될 것으로 예측된다.
957) 순으로 낮았다. 이처럼 식물의 기관들이 기후변화에 대하여 반응하는 생태지위폭의 변화 유형은 대체로 식물체 구조와 관련된 형질이 두 종에서는 안정적으로 반응하고, 가장 민감하게 반응하는 것은 생물량과 관련된 형질로 나타났다. 특히 생물량(무게)과 관련된 형질 중 지상부의 무게의 생태 지위폭에서 갈참나무가 졸참나무의 것보다 가장 큰 차이(0.
졸참나무에서는 식물체 구조(0.993) > 광합성 기관(0.986) > 생물량(0.957) 순으로 낮았다
영양소 환경에서는 수분환경과는 정반대로 나타났다. 즉 갈참나무는 영양소조건에 대하여 기후변화처리구가 대조구에 비하여 면적이 감소하였으나 졸참나무는 오히려 증가하였다. 그러나 갈참나무의 면적감소가 기후변화처리구에서 일어났지만, 두종의 면적은 유사하였다.
이처럼 식물의 기관들이 기후변화에 대하여 반응하는 생태지위폭의 변화 유형은 대체로 식물체 구조와 관련된 형질이 두 종에서는 안정적으로 반응하고, 가장 민감하게 반응하는 것은 생물량과 관련된 형질로 나타났다. 특히 생물량(무게)과 관련된 형질 중 지상부의 무게의 생태 지위폭에서 갈참나무가 졸참나무의 것보다 가장 큰 차이(0.040)를 보였다.

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저자의 다른 논문 :

표제어: PCR

동의어: Packet Collision Rate

용어 설명 출처 목록 (6)

용어 설명: PCR은 세균 특이성이 있는 primer를 이용하여 적은 수의 세균이 있을지라도 쉽게 검출할 수 있는 유용한 방법이며, 이를 이용하여 구강 내 치면세균막이나 타액에서 직접 세균을 검출할 수 있게 되었다[8].

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