상승된 CO2 농도와 온도가 한반도 주요 참나무 3종의 생육 및 생태적 지위에 미치는 영향 :Effects of Elevated CO2 Concentration and Temperature on the Growth and Ecological Niche of Three Oaks Species of Korea

조규태

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자료유형: 학위논문

저자정보: 조규태 (공주대학교, 공주대학교 대학원)

지도교수: 유영한

발행연도: 2014

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이 논문의 연구 히스토리 (3)

2014

상승된 CO2 농도와 온도가 한반도 주요 참나무 3종의 생육 및 생태적 지위에 미치는 영향

조규태 생물학과 2014.01 학위논문

CO2 농도 및 온도 상승에 의한 졸참나무의 생태적 지위 변화

조규태 , 정현모 , 한영섭 외 1명 환경생물 2014.01 학술저널

2013

CO2농도 및 온도 상승이 하천변 잠재자연식생인 졸참나무와 갈참나무 잎의 형태학적 반응에 미치는 영향

조규태 , 정헌모 , 김해란 외 1명 한국습지학회지 2013.01 학술저널

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본 연구는 상승된 CO2 농도와 온도가 낙엽성 주요 우점종 중 상수리나무, 굴참나무 및 졸참나무의 생육 및 생태적 지위에 어떠한 영향을 미치는지 알아보기 위해 지구온난화처리구 조건을 유지시켜 생육시킨 후 그 결과를 상호 비교하였다. 대조구는 대기 중의 CO2 농도를 그대로 반영하였고, 온난화처리구는 대조구보다 CO2 농도는 약 1.6배, 온도는 2.2℃ 상승시켰다.

1. 참나무 3종의 생육반응 결과, 상수리나무와 굴참나무는 온난화처리구에서 수분이나 영양소 환경보다 광 환경에서 생육반응의 차이가 컸고, 낮은 광 환경에서 더욱 크게 반응하였다. 졸참나무는 광, 수분 및 영양소 환경에서 생육반응의 차이가 크지 않았다.

2. 측정한 20가지 형질은 온난화, 광, 수분 및 영양소 환경의 상호작용에 의해 생육반응에 차이가 있었다.

3. 상수리나무의 생태적 지위폭은 대조구보다 온난화처리구의 광 구배에서 넓어졌고, 수분 및 영양소 구배에서는 좁아졌다. 광 구배에서 잎 수, 잎 밀도, 줄기 길이, 지하부 무게, 식물체 무게가 대폭 넓어진 반면 잎자루 길이는 대폭 좁아졌다. 영양소 구배에서는 줄기 길이가 대폭 좁아졌다.

4. 굴참나무의 생태적 지위폭은 대조구보다 온난화처리구의 광, 수분 및 영양소 구배에서 좁아졌다. 광 구배에서 지하부/지상부 비가 대폭 넓어진 반면 잎자루 길이, 전체 잎 무게, 지상부 무게, 지하부 길이, 식물체 무게, 광합성기관 투자비는 대폭 좁아졌다. 수분 구배에서는 전체 잎 무게가 대폭 좁아졌고, 영양소 구배에서는 잎몸 무게가 대폭 좁아졌다.

5. 졸참나무의 생태적 지위폭은 대조구보다 온난화처리구의 광 구배에서 넓어졌고 수분과 영양소 구배에서는 좁아졌다. 광 구배에서 전체 잎 무게, 지상부 무게, 지하부 무게, 식물체 무게, 잎 밀도, 지하부/지상부 비가 대폭 넓어졌고, 수분 구배에서는 잎 수, 전체 잎 무게, 광합성기관 투자비가 대폭 좁아졌다.

6. 상수리나무와 굴참나무의 생태적 지위 중복역은 대조구보다 온난화처리구의 광 구배에서 넓어졌고, 수분과 영양소 구배에서는 좁아졌다. 이러한 결과로 두 종은 광 환경에 대한 경쟁이 심해지고, 수분과 영양소 환경에 대한 경쟁이 약해질 것으로 판단된다.

7. 상수리나무와 졸참나무의 생태적 지위 중복역은 대조구보다 온난화처리의 광, 수분 및 영양소 구배에서 좁아졌다. 이러한 결과로 두 종은 광, 수분 및 영양소 환경에 대한 경쟁이 약해질 것으로 판단된다.

8. 굴참나무와 졸참나무의 생태적 지위 중복역은 대조구보다 온난화처리구의 광과 수분 구배에서 좁아졌고, 영양소 구배에서 넓어졌다. 이러한 결과로 두 종은 광과 수분 환경에 대한 경쟁이 약해지고, 영양소 환경에 대한 경쟁이 심해질 것으로 판단된다.

9. PCA 분석에 의하면, 대조구와 비교하여 온난화처리구에서 상수리나무와 굴참나무가 더욱 가까이 배열하였고, 졸참나무는 상수리나무와 굴참나무로부터 멀리 배열하였다.

이상의 결과로 볼 때 지구온난화가 진행되면 상수리나무와 굴참나무는 유사한 생태적 지위를 가지고 있어 경쟁이 더욱 심해질 것이며, 졸참나무는 지구온난화가 진행되어도 상수리나무 및 굴참나무와는 경쟁이 심하지 않을 것으로 판단된다.

In order to investigate effects of elevated CO2 and temperature on growth response and ecological niche of three oaks species (Q. acutissima, Q. variabilis and Q. serrata), we divided experimental condition in the greenhouse that are control (ambient condition) and treatment with elevated CO2 (approximately 1.6 above than control) and increased air temperature (approximately 2.2℃ above than control).

1. As a result of growth responses of three oak species, Q. acutissima and Q. variabilis was different of the growth response in the light condition than the moisture and nutrient condition under treatment(elevated CO2 concentration and temperature), and was more in the low light condition. Q. serrata wasn''t different of the growth responses in the light, moisture and nutrient environmental condition under treatment.

2. The measured 20 characteristics of three oaks were effected of growth response by the complex interaction of warming, light, moisture and nutrient environmental condition.

3. The ecological niche breadth of Q. acutissima was widened in light gradient and narrowed in moisture and nutrient gradient under treatment than control. The leaves number, leaf density, stem length, root weight and plant weight was widened in light gradient. The leaf petiole length was narrowed in light gradient. The stem length was narrowed in nutrient gradient.

4. The ecological niche breadth of Q. variabilis was narrowed in light, moisture and nutrient gradient under treatment than control. The root/shoot ratio was widened in light gradient. The leaf petiole length, leaves weight, shoot weight, root length, plant weight and photosynthetic investment was narrowed in light gradient. The leaves weight was narrowed in moisture gradient and leaf lamina weight was narrowed in nutrient gradient.

5. The ecological niche breadth of Q. serrata was widened in light gradient and narrowed in moisture and nutrient gradient under treatment than control. The leaves weight, shoot weight, root weight, plant weight, leaf density and root/shoot ratio was widened in light gradient. The leaves number, leaves weight and photosynthetic investment was narrowed in moisture gradient.

6. The ecological niche overlap of Q. acutissima and Q. variabilis was widened in light gradient and narrowed in moisture and nutrient gradient under treatment than control. These results imply that two oak species will be more and more competition in light condition and avoid or minimize competition in moisture and nutrient condition.

7. The ecological niche overlap of Q. acutissima and Q. serrata was narrowed in light, moisture and nutrient gradient under treatment than control. These results imply that two oak species will be avoid or minimize competition in three environmental condition.

8. The ecological niche overlap of Q. variabilis and Q. serrata was narrowed in light and moisture gradient and widened in nutrient gradient under treatment than control. These results imply that two oak species will be minimize competition in light and moisture condition and more intensified competition in nutrient condition.

9. According to the principal component analysis(PCA), the ecological responses of Q. acutissima and Q. variabilis was closely located but Q. serrata was far located.

These results imply that Q. acutissima and Q. variabilis will be more competition under global warming as have a similar ecological niche. But that Q. serrata will not be competition.

I. 서론 1
Ⅱ. 재료 및 방법 8
1. 종자 선정 및 파종 8
2. 환경요인 처리 8
1) 대조구 9
(1) 광 9
(2) 수분 9
(3) 영양소 10
2) 온난화처리구 10
(1) 광 12
(2) 수분 12
(3) 영양소 12
3. 생육반응 측정 13
1) 생태형태학적 형질 13
2) 통계분석 16
(1) ANOVA 16
(2) MANOVA 16
(3) CLUSTER 16
(4) PCA 17
4. 생태적 지위 측정 17
1) 생태적 지위폭 17
2) 생태적 지위 중복역 18
3) 종간 상호관계 분석 18
Ⅲ. 결과 및 고찰 19
1. 생육반응 19
1) 상수리나무(Quercus acutissima) 19
(1) 생태형태학적 형질 19
① 잎 수(Leaves number) 19
② 잎폭 길이(Leaf width length) 21
③ 잎몸 길이(Leaf lamina length) 23
④ 잎자루 길이(Leaf petiole length) 25
⑤ 엽면적(Leaf area) 27
⑥ 잎 밀도(Leaf density) 29
⑦ 비엽면적(Specific leaf area) 31
⑧ 줄기 길이(Stem length) 33
⑨ 줄기 직경(Stem diameter) 35
10 지상부 길이(Shoot length) 37
11 지하부 길이(Root length) 39
12 지하부/지상부 비(Root/Shoot ratio) 41
13 광합성기관 투자비(Photosynthetic investment) 43
14 잎몸 무게(Leaf lamina weight) 45
15 잎자루 무게(Leaf petiole weight) 47
16 전체 잎 무게(Leaves weight) 49
17 줄기 무게(Stem weight) 51
18 지상부 무게(Shoot weight) 53
19 지하부 무게(Root weight) 55
20 식물체 무게(Plant weight) 57
(2) CLUSTER 분석결과 59
(3) PCA 분석결과 60
2) 굴참나무(Quercus variabilis) 63
(1) 생태형태학적 형질 63
① 잎 수(Leaves number) 63
② 잎폭 길이(Leaf width length) 65
③ 잎몸 길이(Leaf lamina length) 67
④ 잎자루 길이(Leaf petiole length) 79
⑤ 엽면적(Leaf area) 71
⑥ 잎 밀도(Leaf density) 73
⑦ 비엽면적(Specific leaf area) 75
⑧ 줄기 길이(Stem length) 77
⑨ 줄기 직경(Stem diameter) 79
10 지상부 길이(Shoot length) 81
11 지하부 길이(Root length) 83
12 지하부/지상부 비(Root/Shoot ratio) 85
13 광합성기관 투자비(Photosynthetic investment) 87
14 잎몸 무게(Leaf lamina weight) 89
15 잎자루 무게(Leaf petiole weight) 91
16 전체 잎 무게(Leaves weight) 93
17 줄기 무게(Stem weight) 95
18 지상부 무게(Shoot weight) 97
19 지하부 무게(Root weight) 99
20 식물체 무게(Plant weight) 101
(2) CLUSTER 분석결과 103
(3) PCA 분석결과 104
3) 졸참나무(Quercus serrata) 106
(1) 생태형태학적 형질 106
① 잎 수(Leaves number) 106
② 잎폭 길이(Leaf width length) 108
③ 잎몸 길이(Leaf lamina length) 110
④ 잎자루 길이(Leaf petiole length) 112
⑤ 엽면적(Leaf area) 114
⑥ 잎 밀도(Leaf density) 116
⑦ 비엽면적(Specific leaf area) 118
⑧ 줄기 길이(Stem length) 120
⑨ 줄기 직경(Stem diameter) 122
10 지상부 길이(Shoot length) 124
11 지하부 길이(Root length) 126
12 지하부/지상부 비(Root/Shoot ratio) 128
13 광합성기관 투자비(Photosynthetic investment) 130
14 잎몸 무게(Leaf lamina weight) 132
15 잎자루 무게(Leaf petiole weight) 134
16 전체 잎 무게(Leaves weight) 136
17 줄기 무게(Stem weight) 138
18 지상부 무게(Shoot weight) 140
19 지하부 무게(Root weight) 142
20 식물체 무게(Plant weight) 144
(2) CLUSTER 분석결과 146
(3) PCA 분석결과 147
2. 생태적 지위 149
1) 생태적 지위폭 149
(1) 상수리나무(Quercus acutissima) 149
(2) 굴참나무(Quercus variabilis) 152
(3) 졸참나무(Quercus serrata) 155
2) 생태적 지위 중복역 158
(1) 상수리나무(Quercus acutissima)와 굴참나무(Q. variabilis) 158
(2) 상수리나무(Quercus acutissima)와 졸참나무(Q. serrata) 163
(3) 굴참나무(Quercus variabilis)와 졸참나무(Q. serrata) 167
3) 종간 상호관계 분석 171
(1) CLUSTER 분석결과 171
(2) PCA 분석결과 173
Ⅳ. 요약 179
Ⅴ. 참고문헌 181
ABSTRACT 190

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