상부 개방형 온실에서 대기 중 이산화탄소 농도 증가에 따른 소나무(Pinus densiflora), 물푸레나무(Fraxinus rhynchophylla), 팥배나무(Sorbus alnifolia) 잎의 형태적 변화와 광합성 특성

Abstract

상부 개방형 온실을 이용하여 현재 대기의 이산화탄소 (ambient), 현재 농도의 1.4배(~ 550 ppm) 및 1.8배(~ 700 ppm)로 증가된 대기 환경에서 대기 중 이산화탄소 농도 증가에 대한 수목의 생리적인 반응을 알아보기 위해 이 연구를 수행하였다. 첫 번째 장에서는 2009년 식재된 소나무(Pinus densiflora), 물푸레나무(Fraxinus rhynchophylla), 팥배나무(Sorbus alnifolia)를 대상으로 하여 잎의 형태적인 특성과 광합성 특성을 연구하였다. 이를 위해 2013년 4월 ~ 9월의 연구 기간 동안 각 수종의 기공 크기·밀도·면적, 최대 광합성 속도, 최대 카르복실화 속도, 최대 전자전달 속도 및 직경 생장을 측정하였다. 이산화탄소 농도가 증가함에 따라 물푸레나무의 기공 크기가 유의하게 증가하였고 팥배나무의 기공 밀도가 증가하였다. 기공 면적의 경우 소나무는 감소한 반면 팥배나무는 증가하는 등 수종에 따라 다양한 반응을 보였다. 하지만 최대 광합성 속도는 모든 수종에서 대기 중 이산화탄소 농도에 따라 대체로 증가하는 경향을 나타냈는데 팥배나무에서는 계절이 지남에 따라 그 차이가 더 커져 최대 43.5%까지 증가하였다. 그러나 4년에 걸친 비교적 장기간의 폭로에도 불구하고 이산화탄소 시비에 의한 최대 카르복실화 속도와 최대 전자전달 속도의 저감 효과는 모든 수종에서 나타나지 않았다. 특히 팥배나무의 경우 잎의 질소 농도가 높아지는 개엽 시기에는 높은 이산화탄소 농도하에서 일시적으로 최대 카르복실화 속도와 최대 전자전달 속도가 향상되어 저감과는 반대의 양상을 나타냈다. 모든 수종에서 개체목간의 변이로 인해 연구 기간 중 이산화탄소 농도에 따른 직경생장량은 유의한 차이를 보이지 않았으나 약 4년간 누적된 직경의 크기와 생체량에서는 모든 수종에서 유의한 차이를 보였으며 팥배나무 직경의 경우 대조구에 비해 1.8배에서 최대 59.0%까지 크게 나타났다. 두 번째 장에서는 우리나라에서 가장 대표적인 침엽수종인 소나무를 대상으로 2013년 연중일 114일부터 316일까지의 대기 중 이산화탄소 농도에 대한 수목의 수분 이용 및 순일차생산량에 대하여 분석하였다. 그래니어 타입의 센서를 이용하여 개체목 단위의 수액유목밀도를 측정하였으며 이로부터 증산량, 기공전도도를 계산하였고 기공전도도와 환경간의 관계를 분석하였으며, 마지막으로 각 처리구별 수분 이용 효율에 대해 알아보았다. 수액속밀도는 대기 중 이산화탄소 농도가 증가함에 따라 감소하는 경향을 나타냈고, 개체목 증산량은 증가하는 경향을 나타냈으나 모두 통계적으로 유의하지는 않았다. 엽면적 당 증산량은 수액속밀도의 경향과 마찬가지로 농도에 따라 감소하였으나 통계적으로 유의하지 않았고, 연구 기간 중 연속적인 강우 발생 이후, 처리구별 토양 수분의 차이가 비교적 적은 기간에는 엽면적 당 증산량이 처리구간에 유사하게 나타났다. 로그 스케일로 나타낸 단위기압포차 변화에 대한 기공전도도의 변화 속도간의 관계식에서 전체 평균 기울기는 0.57로 계산되었으며 수증기압포차가 1 kPa일 때의 기공전도도인 기준 기공전도도는 대조구와 현재 대기 농도 이산화탄소 처리구에서 가장 크게 나타났다. 또한 기준 기공전도도는 토양 수분이 증가할수록 증가하는 경향을 보였는데, 현재 대기 농도 이산화탄소 처리구를 제외하고는 그 관계가 통계적으로 유의하지 않았다. 이와 같은 결과는 소나무의 증산에 토양 수분이 유의미한 영향을 미칠 정도의 제한 인자가 아니기 때문에 토양 수분 보다는 수증기압포차가 소나무의 증산에 더 큰 영향을 미치는 것으로 판단된다. 따라서 주간 수증기압포차의 증가에 따른 엽면적 당 증산량은 기준 기공전도도가 가장 높은 대조구가 가장 높았고 이산화탄소 농도 처리에 따라 감소하였다. 처리구별 기준 기공전도도의 상대적인 변화율은 온실 효과로 인해 약 20.4% 감소, 이산화탄소 농도 처리로 인해 약 35.3%의 감소가 나타났으나 1.4배 처리구와 1.8배 처리구 간에는 약 9.3%로 나타나 감소율이 비교적 적은 것으로 조사되었다. 마지막으로 수분 이용 효율은 대기 중 이산화탄소 농도가 증가함에 따라 유의하게 증가하였으며 특히, 1.8배 처리구의 경우 1배 처리구와 비교하여 수분 이용량이 10.8% 더 높은 것으로 나타났다.