Effects of Phosphorus and Light on Survival and Phenotypic Variation of Erodium cicutarium = 세열유럽쥐손이의 생존 및 표현형 변이에 미치는 인과 빛의 영향

다국어 초록 (Multilingual Abstract)

Erodium cicutarium is a globally distributed annual herb and is known as a weed that can cause substantial reductions in crop yield in agricultural lands. Effective weed management requires an understanding of how environmental factors in agricultural lands influence weed performance. Accordingly, this study examined the survival and phenotypic variation of E. cicutarium by focusing on soil phosphorus, which can accumulate in soils and exert long-term effects, and light availability, a key factor affecting early weed growth. In the field survey, plant height was affected only by light and showed a negative relationship with light, whereas stem diameter and dry mass were positively associated only with soil phosphorus. In the mesocosm experiment, phosphorus was the primary driver of variation in most phenotypic traits of E. cicutarium, while light mainly influenced traits related to light acquisition (e.g., SLA and internode length) and total dry mass. The interaction between phosphorus and light was detected only for belowground biomass (BGB) and total dry mass, and total dry mass increased by up to 580% under their interaction. Survival of E. cicutarium was 100% at 0 ppm phosphorus and approximately 30% at 160 ppm, whereas all individuals died at 800 ppm, a level designed to mimic lands in South Korea. Taken together, these results suggest that E. cicutarium can grow rapidly during the early cultivation period when canopies are open in fertile agricultural lands, highlighting the importance of early-season control. In agricultural lands with very high phosphorus levels, such as those in South Korea, E. cicutarium may be less likely to cause yield losses within fields and may instead persist along field margins, where it could engage in different interactions with other weeds.

국문 초록 (Abstract)

세열유럽쥐손이(Erodium cicutarium)은 전 세계에 분포하는 일년생 초본으로, 농경지에서 작물 수량을 크게 감소시킬 수 있는 잡초로 알려져 있다. 효과적인 잡초 관리를 위해서는 농경지의 환경 요인이 잡초의 성능에 어떤 영향을 미치는지 이해하는 것이 필요하다. 이에 본 연구는 토양에 축적되어 장기적인 영향을 미칠 수 있는 인(phosphorus)과, 잡초의 초기 생장에 핵심적인 요인인 빛 가용성(light availability)에 초점을 맞추어 세열유럽쥐손이의 생존과 표현형 변이를 조사하였다.
현장조사에서 식물의 높이는 빛에만 영향을 받았으며, 음의 관계를 보였다. 반면 줄기 직경과 건중량은 토양의 인에 영향을 받았으며, 양의 관계를 보였다. 메조코즘 실험에서는 인이 세열유럽쥐손이의 표현형 변이를 설명하는 주요한 요인이었으며, 빛은 주로 광 획득과 관련된 형질(예: SLA, 절간 길이)과 총 건중량에 영향을 미쳤다. 인과 빛의 상호작용은 지하부 건중량과 총 건중량에서만 나타났으며, 총 건중량은 두 요인의 상호작용 하에서 최대 580%까지 증가하였다.
세열유럽쥐손이의 생존률은 0 ppm의 인농도에서 모두 생존했으며, 160 ppm에서 약 30%로, 대한민국 농경지의 인농도를 모방한 800 ppm에서는 모든 개체가 사망하였다. 이러한 결과를 종합하면, 세열유럽쥐손이는 인이 충분한 비옥한 농경지에서 수관이 열려 있는 경작 초기 시기에 빠르게 생장할 수 있으므로, 경작 초기에 방제가 이루어져야 함을 강조한다. 또한 대한민국과 같이 토양 인 수준이 매우 높은 농경지에서는 세열유럽쥐손이가 경작지 내부에서 작물의 생산량을 감소시킬 가능성이 낮으며, 경작지의 변두리에서 출현하여 다른 잡초들과 상호작용을 통해 다른 영향을 나타낼 가능성을 보인다.

목차 (Table of Contents)

• Abstract i
• 1. Introduction 1
• 2. Materials and Methods 4
• 2.1. Field survey 4
• 2.1.1. Study site description 4
• 2.1.2. Field survey 5
• 2.1.3. Analysis of soil characteristics 7
• 2.1.4. Data analysis 8
• 2.2. Mesocosm experiment 9
• 2.2.1 Experimental treatment 9
• 2.2.2 Measurement of plant traits 11
• 2.2.3. Data analysis 13
• 3. Result 14
• 3.1. Field survey 14
• 3.2. Mesocosm experiment 16
• 3.2.1. Measurement of survival rate 16
• 3.2.2. Changes in growth traits of E. cicutarium over time 17
• 3.2.3. Trait variation of E. cicutarium under different experimental treatments 20
• 4. Discussion 26
• 4.1. Management strategies for E. cicutarium based on its growth responses to phosphorus availability and light conditions 26
• 4.2. Phosphorus-mediated constraints on E. cicutarium in agricultural fields 28
• 5. Conclusion 30
• 6. Reference 32
• 국문초록 43
• Supplemenatry Information 45