다섯가지 초본성 조경식물의 생육상에 따른 적산온도 비교
Analysis of Accumulated Temperature According to Growth Stage of 5 Herbaceous Landscape Plants
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Abstract
This study evaluated the accumulated temperature necessary to predict the flowering time of Dicentra spectabilis (L.) Lem., Mukdenia rossii (Oliv.) Koidz., Pulsatilla dahurica (Fisch. ex DC.) Spreng., Lychnis x arkwrightii, and Aster koraiensis Nakai. Plants were collected from experimental field located at the National Institute of Horticultural and Herbal Science in March 2013. They were transplanted in a container (30×30×30cm) filled with horticultural mix and arranged outdoors and in a greenhouse with 4 repeated sections. To determine the accumulated temperature for each growth stage, we measured the sprouting, foliation and flowering date every week and experimental site temperature also recorded. On averaging the accumulated temperature in a greenhouse and outdoors, these of 5 landscape plants according to the growth phase were as follows; For D. spectabilis, 176.3±9.12°C at sprouting, 265.1±47.63°C at foliation and 476.1±112.43°C at full bloom; for M. rossii, 170.0±32.56°C at sprouting, 352.8±176.84°C at sprouting and 452.3±17.74°C at full bloom; for P. dahurica, 152.0±7.17°C in sprouting, 266.2±54.36°C at sprouting and 410.4±41.58°C in at full bloom; for L. cognata, 186.1±22.9 2°C in sprouting, 205.8±16.92°C at sprouting and 1426.6±135.99°C at full bloom; and for A. koraiensis, 163.5±9.02 in sprouting, 190.6±4.55 at sprouting, and 2714.9±88.97 at full bloom.
I. 서론
가로공간은 장소와 장소를 연결해주는 통과 공간이자 이동을 위 한 연결통로이다. 그리고 도시민의 행위가 일어나는 생활공간이며 동시에 지역의 사회적 특성 및 문화를 알 수 있는 역할을 한다 (Moon, 2007). 인간의 환경지각 중 87%가 시각에 의존하는 것을 보면 경관에 있어 내재된 의미나 경험, 문화 등도 중요하지만 일차 적으로 지각되는 도시의 외관 중 색채는 도시 이 미지를 형성하는 데 있어 그 정체성 확립에 중요한 역할을 한다(Kim and Lee, 2012).
꽃을 이용한 경관형성은 도시의 가로화단, 꽃축제, 골프장, 수변 등의 공간에서 이용되고 있다. 하지만 조경식물의 개화기 예측이 어려워 합리적 사용이 어렵다. 이러한 문제는 경관 실패로 이어져 공간가치의 저하, 행사 차질 등의 문제로 이어진다. 실제 개화기 예 측 실패 사례로는 김천시의 자두꽃축제, 칠곡군의 아까시벌꿀축 제, 대구시의 비슬산 참꽃제 등이 보고되었다.
식물계절은 식물이 계절을 따라 주기적으로 나타내는 변화이다. 식물계절은 지역의 대기후뿐만 아니라 도시의 미기후에도 영향을 받아 동일 종·지역이라도 고도, 사면, 가지위치 등에 따라 그 시기가 상이하여(Jo and Ahn, 2008). 조경식물의 개화기는 고정된 것이 아니라 시·공간에 따라 달라진다.
도시는 공간영역별로 다양한 수준의 온도를 가지고 있기 때문에 도시조경식물의 개화기는 식물계절에 따라 다양하다. 조경식물의 개화기는 시기적인 기준으로 표현하기 보다는 적산온도 기준으로 표현하는 것이 더욱 합리적이며 적산온도를 기준으로 개화기가 표 시된다면 공간에 관계 없이 개화기를 예측할 수 있다.
관련 연구 사례로는 7.2°C 이상의 온도를 생리활성온도로 보는 온량지수를 이용하여 47종의 식물 개화와 온도간의 관계를 연구 (Yim, 1987)와 발육속도모델을 이용한 복숭아 ‘유명’의 개화기 예 측에 관한 연구(Yun et al., 2012)가 수행되었다. 또한 신고 배 꽃눈 의 발아에 적합한 맞춤형 휴면시계모형을 제작하고 일 최고 및 일 최저기온자료만으로 신고 배의 개화기를 정확하게 예측할 수 있는 방법을 개발하였다(Kim et al., 2009). GDD=[(Tmax + Tmin)/2]-Tbase 공식을 이용하여 Hedysarum boreale의 성장 단계별로 heat unit 을 계산하였으며(Peel et al. 2011), Rubus의 만개일을 예측하기 위해 linear 와 curvilinear 모델을 이용하여 2가지 품종의 주요온 도 및 growing degree hour(GDH)의 설정한바 있다(Black and Frisby, 2008).
본 연구에서는 관상식물 5종의 개화기 예측을 위하여 생장상에 따른 적산온도 분석을 통하여 식물의 생장단계별 적산온도를 구명 하는 것을 목표로 하였다.
II. 연구방법
1. 시험구 설치
본 연구를 진행하기 위하여 2013년 3월 국립원예특작과학원의 시험포와 온실에 시험구를 설치하였다. 시험구 설치는 조경용 자생 식물 5종을 채취하여 컨테이너(30×30×30cm)에 원예용 상토 (Sunsehine mix4, Sun Gro Horticulture, Canada)를 이용하여 1 개체씩 식재하였다. 온도 처리를 위하여 시험포와 온실에 4반복으 로 완전임의배치하였으며 주 2회 관수하였다. 가로화단에 사용 될 수 있는 자생식물 중 보유한 유전자원을 고려하여 조경식물 5종을 선발하였다. 시험 재료로 사용된 조경식물은 금낭화(Dicentra spectabilis (L.) Lem.), 돌단풍(Mukdenia rossii (Oliv.) Koidz.), 할미꽃(Pulsatilla dahurica (Fisch. ex DC.) Spreng.), 붉은잎동 자꽃(Lychnis x arkwrightii), 벌개미취(Aster koraiensis Nakai.) 이다.
2. 조사항목
조사항목은 개아기, 전엽기, 개화기이며 주 1회 조사하였다. 조 사기준은 개아기는 식물의 눈이 벌어지기 시작한 시기, 전엽기는 첫 잎이 완전히 펼쳐진 시기, 개화기는 첫 꽃이 핀 시기로 하였다. 그 리고 데이터 로거(Watchdog, Spectrum Technologies, Suwon) 이용하여 온도를 측정하였다.
3. 데이터분석
데이터 분석을 위하여 엑셀 소프트웨어(MS Office 2010, Microsoft, USA)를 사용하였다. 시험포와 온실에서 측정된 온도 데이터를 이용하여 산포도 그래프와 추세 공식을 구하였다. 구하여 진 추세 공식의 x항에 시간값을 대입하여 y항의 시간별 온도를 구 하였다. 그리고 y항의 시간별 온도 데이터 중 0°C이상의 온도를 이 용하여 시험포와 온실의 일평균온도를 구하였고 이를 합산하여 적 산온도를 구하였다. 그리고 시험포와 온실의 적산온도의 평균을 구 하여 생육단계별 적산온도를 구하였다.
III. 결과 및 고찰
1. 조사지별 온도분석
온실과 시험포에서 측정된 일평균온도를 산포도로 나타낸 후 추 세선 공식을 구하였다. 일평균온도의 추세 공식은 온실에서 Y=-0.0005x2-0.2853x-5.6429, R2=0.8935로 나타났으며 시험 포에서 Y=0.0002x2+0.1182x-2.9686, R2=0.9322로 나타났다 (Fig. 1).
Average daily temperature changes in green house and experimental field for 8 months.
2. 생육상에 따른 추세선
5종의 조경식물의 시험포와 온실에서 생육 추세선을 구하였다. 생육 추세선은 시험포와 온실에서 다르게 나타났다. 그리고 온실에 서 생육속도가 시험포보다 빠르게 나타났다. 이는 최적온도에 이르 기까지 온도의 상승에 따라 작용속도가 빨라지기 때문이며 구체적 으로는 최소온도와 최적온도까지는 온도와 생육은 정의관계, 최적 온도와 최고온도 사이에서는 부의관계를 나타낸다(Chae et al., 2006). 하지만 식물의 최적온도 수준과 식물에 따른 최소온도와 최 적온도에서의 온도에 따른 생육상승효과, 최적온도와 최고온도 사 이의 생육저감효과에 대한 연구 미비로 인하여 0°C이상의 온도를 더하는 방법으로 적산온도를 계산하였다.
식물 종에 따른 생육 그래프는 대부분 지수함수관계를 나타내었 다. 식물 종에 따른 생육효율(온실 생육 추세선 기울기/ 시험포 생 육 추세선 기울기*100)을 구한 결과 금낭화는 154.47%의 생육효 율을 보였으며 돌단풍은 163.31%, 분홍할미꽃 166.90%, 붉은잎 동자꽃 131.48%, 벌개미취 124.76%를 나타내었다. 생육효율은 할미꽃, 돌단풍, 금낭화, 붉은잎동자꽃, 개미취 순으로 나타났으며 개화기가 빠른 식물일수록 생육효율이 높았으며 개화기 늦은 식물 일수록 생육효율이 낮은 추세를 보였다(Fig. 2).
Linear function of accumulated temperature and growth function according to growth stage of 5 landscape plants.
국내외 연구사례에서 적산온도를 이용한 생육상 예측연구는 주 로 작물, 녹비작물, 목본성 조경식물이 주를 이루어서 본 연구에 사 용된 식물 또는 같은 과에 속한 식물을 연구한 사례는 찾지 못하였 다. 유사연구사례로 헤어리베치를 이용한 연구에서는 헤어리베치 의 생육상과 적산온도와의 관계에서 본 연구와 같이 일차함수로 나 타났으며 생육지역에 따라 상이한 온도 추세선을 보였다(Peel et al., 2011).
3. 생육상에 따른 적산온도 분석
계산 결과 5종의 조경식물의 생육상에 따른 적산온도는 금낭화 개아기 176.3±9.12°C, 전엽기 265.1±47.63°C, 개화기 476.1±112.43°C, 돌단풍 개아기 170.0 ±32.56°C, 전엽기 352.8±176.84°C, 개화기 452.3± 17.74°C, 할미꽃 개아기 152.0±7.17°C, 전엽기 266.2± 54.36°C, 개화기 410.4±41.58°C, 붉은잎동자꽃 개아기 186.1±22.9 2°C, 전엽기 205.8±16.92°C, 개화기 1426.6±135.99°C, 벌개미취 개아기 163.5±9.02°C, 전엽기 190.6±4.55°C, 개화기 2714.9±88.9 7°C로 나타났다(Table 1).
5종의 조경식물의 전체 적산온도 편차는 개아기 시험포 ±23.30°C, 온실 ±15.70°C, 전엽기 시험포 ±110.99°C, 온실 ±28.20°C, 개화 기 시험포 ±888.64°C, 온실 ±1002.92°C로 나타났다. 식물의 시험 포와 온실에서 개아기 적산온도편차는 적은 것으로 나타나 5종 식 물의 개아기 최적온도 또는 적산온도 요구량이 낮기 때문인 것으로 생각된다. 전엽기는 온실에서 편차가 적었으나 시험포의 편차가 크 게 나타났다. 이것은 식물종에 따라 수준이 다르기 때문이며 온실 에서는 모든 식물이 필요한 적산온도를 얻었지만 노지에서 그렇지 못했기 때문이다. 시험포에서 식물 5종의 적산온도 편차가 개아기 에서 낮았고 전엽기에서 높은 것을 보아 생육상의 최적온도는 식물 의 생장단계별로 차이가 있는 것으로 생각된다. 이와 관련 문헌 사
Comparison of growth stage and accumulated temperature of 5 landscape plants cultivated at experimental field and green house for 5 months.
례로 식물 광합성의 최고 속도는 크게 변하지 않으나 최적온도는 변하며(Hopkins, 1999) 생육환경에 따라서 같은 종이라 할 지라도 최적온도는 차이가 날 수 있다(Bjorkman, 1980). 그리고 개화기 적산온도편차는 온실에서 적산온도편차가 시험포보다 더 크게 나 타났는데 이는 온실의 온도수준은 최고온도 수준까지 올라가서 식 물의 생장율을 감소시키기 때문이다(Mwale et al., 1994; Shafii and Price, 2001). 이는 Q10에 따른 식물의 광합성과 호흡의 생리적 활성의 특성 때문이다. 광합성작용은 최저온도에서 최적온도까지 온도증가는 Q10을 높여 광합성 작용으로 인한 당 생산효소의 생리 적 활성이 높아지나 최적온도에서 최고온도까지 Q10 증가하여도 당 생산효소의 생리활성이 높아지지 않는다. 하지만 호흡은 최저온 도에서 최고온도까지 Q10의 증가할수록 생리적활성이 높아져 호 흡의 기질인 당을 소모한다(Chae et al., 2006).
생육단계별 시험포와 온실에서 적산온도 비교 시 각 단계별로 온도차이가 발생하였다. 온도차이가 발생한 원인은 시험포와 온실 에서 주간 최저온도에서 최적온도 수준에 따른 광합성 및 생장 효 소 활성도 상승작용, 최적온도에서 최고온도 수준에 따른 광합성 및 생장효소 활성도 저감작용, 야간온도에 따른 호흡률 변화에 기 인한 당기질 소비량에 의한 것으로 생각된다. 조경식물 5종의 정확 한 적산온도를 계산하기 위해서는 온도 수준에 따른 광합성효율, 호흡효율, 생장관련 효소효율에 대한 정량화가 필요하나 본 연구에 서는 진행할 수 없었다. 때문에 시험포와 온실에서 얻은 생장단계 별 적산온도의 평균값을 생장단계별 적산온도로 계산하였다.
적산온도를 이용한 개화기 예측은 경제작목을 중심으로 연구되 어져 왔으며 경제작목의 경우 장시간의 생육과 기상 데이터와 다양 한 예측모델이 개발되어져 있으나 본 연구에서 사용된 5종의 조경 식물은 그러하지 못하다. 또한 시험장의 여건상 식물의 주간의 최 저온도에서 최적온도 수준에 따른 광합성 및 생장 효소 활성도 상 승작용, 최적온도에서 최고온도 수준에 따른 광합성 및 생장효소 활성도 저감작용, 야간의 온도에 따른 호흡율 변화에 기인한 당기 질 소비량을 고려하지 못하였다. 후속연구에서는 생육데이터 축 적, 온도에 따른 생장효율분석을 통하여 더욱 심도 있는 연구가 진 행되어야 할 것이다.
IV. 적요
조경식물인 금낭화, 돌단풍, 할미꽃, 붉은잎동자꽃, 벌개미취의 개화기 예측에 필요한 적산온도를 구명하였다. 경기도 수원시에 위 치한 국립원예특작과학원에서 2013년 3월 시험포에 식재된 관상 식물 5종을 채취하여 컨테이너(30×30×30cm)에 원예용 상토를 이용하여 식재하여 시험포와 온실에 4반복으로 배치하였다. 1주일 간격으로 개아기, 전엽기, 개화기를 조사하였으며 온도를 측정하 였다. 온실과 시험포의 적산온도의 비교 결과 조경식물 5종의 생육 단계에 따른 적산온도는 금낭화 개아기 176.3±9.12°C, 전엽기 265.1±47.63°C, 개화기 476.1±112.43°C, 돌단풍 개아기 170.0± 32.56°C, 전엽기 352.8±176.84°C, 개화기 452.3 ±17.74°C, 할미 꽃 개아기 152.0±7.17°C, 전엽기 266.2 ±54.36°C, 개화기 410.4± 41.58°C, 붉은잎동자꽃 개화기 186.1±22.92°C, 전엽기 205.8± 16.92°C, 개화기 1426.6±135.99°C, 벌개미취 개아기 163.5±9.02, 전엽기 190.6±4.55, 개화기 2714.9±88.97로 나타났다.