실외 극한 기상 모의에 따른 상수리나무와 굴참나무 묘목의 생리 및 생장 반응 = Physiological and growth responses of Quercus acutissima and Quercus variabilis seedlings to open-field extreme climate manipulation

국문 초록 (Abstract)

본 연구는 실외에서 극한 온도와 가뭄 현상을 모의하여 주요 조림 활엽수종인 상수리나무(Quercus acutissima)와 굴참나무(Q. variabilis) 묘목의 생리 및 생장 반응을 구명하고자 수행되었다. 포천시 산림기술경영연구소 내 실외 포지에 1년생 두 수종을 식재하였으며, 여름철(7월-8월) 극한 기상 모의를 위해 온도 처리(대조구: TC, 3°C 증가 처리구: T3, 5°C 증가 처리구: T5)와 강수 처리(대조구: PC, 가뭄 처리구: DR)를 교차 처리하였다. 환경 인자(잎 온도, 토양 온도, 토양 수분 함량), 생리 반응(순광합성 속도, 증산 속도, 기공전도도 등), 생장 변화(묘고, 근원경, 바이오매스, R/S 비율 등)를 분석하였다. 잎 온도는 TC 대비 T3와 T5에서 각각 2.9°C, 4.5°C 증가하였으며, 7월 토양 수분 함량은 PC보다 DR이 4% 감소하였다(P<0.05). 초기 생리 반응의 경우, 상수리나무는 증산 속도(10.9%)와 기공전도도(39.7%)가, 굴참나무는 순광합성 속도(13.5%)가 PC 대비 DR에서 감소하였다(P<0.05). 반면, 생리 후기 반응의 경우 순광합성 속도, 증산 속도, 기공전도도 모두 유의한 차이가 나타나지 않았다. 생장 반응에서 상수리나무 묘고 생장은 PC 대비 DR에서 54.0%, 굴참나무의 근원경 생장은 DR에서 33.6% 감소하였다. R/S율은 두 수종 모두 유의한 차이가 나타나지 않았다. 이러한 결과는 상수리나무와 굴참나무 묘목이 극한 환경에서 바이오매스 할당 변화보다는, 기공 폐쇄 및 광합성 속도 저하와 같은 생리 반응 조절을 통해 생장을 제한하며 생존을 우선시함을 시사한다. 본 연구는 극한 온도 및 가뭄 환경에서 활엽수 조림 수종의 생리적 취약성과 적응성을 평가하고, 내건성 및 내열성 기반의 조림 전략 수립을 위한 기초자료로 활용될 수 있을 것이다.

다국어 초록 (Multilingual Abstract)

This study aimed to investigate the physiological and growth responses of seedlings of Quercus acutissima and Q. variabilis―major broad-leaved afforestation species―by simulating extreme warming and drought conditions in an open-field. An experiment combining temperature treatments (Control: TC, +3°C: T3, +5°C: T5) and precipitation treatments (Control: PC, Drought: DR) was conducted on one-year-old seedlings of both species at the Forest Technology and Management Research Center in Pocheon during the summer of 2024 (July to August). Environmental factors (leaf temperature, soil temperature, and soil water content), physiological responses (net photosynthetic rate, transpiration rate, stomatal conductance, etc.), and growth changes (height, RCD, biomass, R/S ratio, etc.) were analyzed. The results showed that leaf temperatures were significantly higher in the T3 (2.9°C) and T5 (4.5°C) compared to the TC. The average soil water content in July was significantly lower in the DR (4%) compared to the PC (P < 0.05). Regarding early physiological responses, Q. acutissima showed a significantly lower transpiration rate (10.9%) and stomatal conductance (39.7%) in DR compared to the PC, while Q. variabilis exhibited a significantly lower net photosynthetic rate (13.5%) in the DR (P < 0.05). In contrast, late physiological responses showed no significant differences among treatments. Regarding growth, the height growth of Q. acutissima decreased by 54.0% in the DR, and the RCD growth of Q. variabilis decreased by 33.6% in the DR. No significant differences in the R/S ratio were observed among treatments for either species. These results suggest that Q. acutissima and Q. variabilis seedlings prioritize survival by inhibiting growth (height and RCD) through physiological regulation rather than biomass allocation under extreme warming and drought conditions. This study enhances the understanding of the physiological and growth response mechanisms of broad-leaved seedlings under extreme climate conditions. Furthermore, it provides fundamental data for evaluating the physiological vulnerability and adaptive characteristics of broad-leaved afforestation species and for establishing reforestation strategies based on species-specific drought and heat tolerance.

목차 (Table of Contents)

• Ⅰ. 서론 1
• Ⅱ. 재료 및 방법 3
• 1. 연구 대상지 3
• 2. 극한 기상 모의 시나리오 4
• 3. 실험 설계4
• 4. 실외 온도강수 조절 시스템 구축 및 환경 인자 측정 5
• 5. 묘목 생리 반응 측정 6
• 1) 순광합성 속도, 증산 속도, 기공전도도6
• 2) 수분이용효율 6
• 3) 내재적 수분이용효율6
• 4) 엽록소 함량 6
• 5) 엽록소 형광 반응7
• 6. 묘목 생장 측정 7
• 7. 묘목 바이오매스 측정 7
• 8. 묘목 잎과 뿌리 형태적 특성 측정 7
• 1) 단위 무게당 잎 면적 7
• 2) 단위 면적당 잎 무게 8
• 3) 뿌리 조직 밀도 8
• 4) 뿌리 건중량 대비 길이 8
• 9. 통계 분석8
• Ⅲ. 결과 및 고찰 9
• 1. 극한 기상 모의에 따른 환경 인자 변화 9
• 2. 극한 기상 모의에 따른 생리 반응 12
• 1) 초기 생리 반응 12
• 2) 후기 생리 반응 18
• 3. 극한 기상 모의에 따른 생장 변화 22
• 1) 묘고 생장 변화 22
• 2) 근원경 생장 변화25
• 4. 극한 기상 모의에 따른 바이오매스 변화 27
• 1) 지상부 바이오매스 변화27
• 2) 지하부 바이오매스 변화29
• 3) 지하부/지상부 바이오매스 변화 30
• 5. 극한 기상 모의에 따른 잎과 뿌리 형태적 특성 변화 31
• Ⅳ. 결론 32
• □ 참고문헌 33
• □ Appendix39
• □ Abstract 50