Corresponding author: Tai-Ho Kang, Dept. of Landscape Architecture, Dongguk University, Gyeongju 780-714, Korea, Tel.:
+82-54-770-2232, E-mail: [email protected]
저관리형 옥상녹화를 위한 상록 지피식물의 내한성 평가
조홍하*․이홍*․손희준*․강태호**
* 동국대학교 대학원 조경학과․* * 동국대학교 조경학과
Cold Tolerance Assessment of Ever Ground-cover Plants for Extensive Green Roof System
Zhao, Hong-Xia*․Li, Hong*․Son, Hee-Jun*․Kang, Tai-Ho**
* De pt .ofLands c apeAr c hi t e c t ur e ,Gr aduat eSc hool ,DonggukUni ve r s i t y
* * De pt .ofLands c a peAr c hi t e c t ur e ,DonggukUni ve r s i t y
ABSTRACT
Th i ss t u d ywa sc a r r i e do u tt os u g g e s ta ne x p e r i me n t a lb a s ei ns e l e c t i n gt h ec o l dt o l e r a n c eo fp l a n t s .Th ec o l dt o l e r a n c e o ft h ep l a n t swe r es u b j e c tt ol a b o r a t o r yl o w t e mp e r a t u r et r e a t me n t sa n dc o l dp r o c e s s i n gt i mewe r ee v a l u a t e du s i n gb o t h e l e c t r o l y t el e a k a g ea n dr e g r o wt ht e s t .Th eLo g i s t i cmo d e lo fn o n l i n e a rr e g r e s s i o na n a l y s i swa su s e dt oe v a l u a t et h el e t h a l t e mp e r a t u r e st h a twe r ep r e d i c t e dwi t ht h er a n g eo f－1 6 . 1 ～－2 4 . 4 ℃.Th eo r d e ro fl o w- t e mp e r a t u r er e s i s t a n c ewa sS e d u m r e f l e x u m＞S .s p u r i u m＞Op h i o p o g o nj a p o n i c u s ＞S.al b u m＞S .t a k e v i me n s e ＞Di a n t h u sc h i n e n s i s .Att h el o we s tt e mp e r a t u r e o f1 3 . 4 ℃ t h ee l e c t r o l y t el e a k a g ev a l u eo ft h ep l a n t swe r el o we rt h a n5 0 % d e mo n s t r a t i n gt h a tt h e yc o u l db ea p p l i e ds t a b l y t ot h er o o fi n s t a l l e di nKo r e ad u r i n gt h ewi n t e rwi t ht h el o we s tt e mp e r a t u r eo f－1 3 . 5 ℃.
Ke yWo r d s :El e c t r o l y t eLe a k a g e ,Lo g i s t i c - No n l i n e a rRe g r e s s i o nAn a l y s i s ,Le t h a lTe mp e r a t u r e ,Re g r o wt hTe s t
국문초록
이 연구는 저관리․경량형 옥상녹화시스템을 위한 내한성 식물 선발을 목적으로 6 종 식물을 대상으로 저온 처리 시간과 온도에 따라 전해질 용출 평가와 재생 검사를 연구하였다.Lo gi s t i c비선형 회귀분석을 이용하여 전해질 용출 평가를 통하여 치사 온도는 －16 . 1～－24 . 4 ℃ 범위로 예측되었으며,저온에 대한 저항성은 Se d umr e f l e x u m＞S.s pu r i u m＞
Op h i o p o g o nj a p o n i c u s ＞S.al b u m＞S .t a k e v i me n s e ＞Di a n t h u sc h i n e n s i s 의 순으로 나타났다.2 0 1 2 년 2 월 최저 온도인 －1 3 . 4 ℃에 모든 식물의 전해질 용출은 5 0 % 이하로 나타났으며,겨울철 최적기온 －1 3 . 5 ℃ 이상의 지역에서 식물들을 옥상에서 안정적 으로 생육될 수 있을 것으로 예측되었다.
주제어:전해질 용출 평가,Logi s t i c비선형 회귀분석,치사 온도,재생 검사
Ⅰ.서론
도시의 생태적 문제를 해결할 수 있는 효과적인 방안으로 서 옥상녹화에 대한 필요성과 관심이 대두되고 있다.최근 급 격한 기후 변화로 인해 옥상녹화나 벽면녹화에 식물 고사 현 상을 흔히 볼 수 있어 경제적 피해가 많아 발생하였다.따라 서 겨울철 도시 내에서 지속적인 환경정화 효과를 기대할 수 있는 녹색 기간이 긴 지피식물의 도입을 위한 내한성 검토가 요구된다.
현대 도시내 대부분의 건물은 콘크리트 인공지반으로 형성 되어 있으므로 관리가 용이하고 적은 비용으로 넓은 면적을 녹 화할 수 있는 식물에 관한 연구가 필요하다.이를 위한 옥상녹 화시스템인 저관리․경량형 옥상녹화는 식물 생육에 있어 상 대적으로 불리하다.따라서 저토심 식재지반에서 최소한의 유 지관리만으로도 생육할 수 있는 식물 소재의 선발은 옥상녹화 에 있어서 중요한 기술적 요소가 되고 있다(Ki m,20 06).
특히 저관리형 옥상녹화 식물은 동해 및 폭우,강풍,건조에 의 한 식물의 생존능력 저하 현상이 나타나고 있어,적용 식물에 대 한 실증 연구가 필요하다( Emi l s s o na ndRo l f ,2 00 5;VanWo e r t e tal . ,2 005).
이들 옥상녹화시스템에 도입된 식물종에 대하여 저온 기간 을 거친 후 생육 상태 및 생존율을 평가하는 연구가 일부 시도 된 바 있다(Mo nt e r us s o e tal . ,2005 ).전해질 용출 평가 및 재 생 검사를 적용한 Se dum의 내한성 평가를 통하여 저토심 옥상 녹화시스템의 환경에 적합한 상록성 지피식물 선별하였다(김 인혜 등,2010 ).중국에서는 식물의 내한성 평가 위주로 연구하 였고(Te nge tal . ,2011;XüandChe n2011) ,옥상녹화 식물의 내한성 평가 방법은 전해질 용출,함수량,s o l ubl epr o t e i n,s o l ubl e s ugar등 4가지 방법을 이용하여 5종 세덤 식물들의 내한성을 평가하였다(Lo u,2010 ).그중에서 전해질 용출 평가가 가장 쉽 고 반응 민감성이 높았으며,내한성을 비교 검증을 위해 4 종 방 법을 동시 이용하였다.또한 무관리형 옥상녹화의 식물을 선발 하기 위하여 세덤을 위주로 내한성을 평가하였다(Zhangand Li ,2010).내한성 평가는 Lo gi s t i c비선형 회귀분석을 이용하여 식물의 저온 저항성을 평가하였고 LT
50을 계산하였다(Wang, 2008 ;Xue tal . ,20 05).
또한 신뢰성 있는 온도 저항성 평가와 평가 간의 적합성을 비교하기 위하여 온도 스트레스 후 식물 생존 및 회복을 평가 하는 재생 검사 방법이 전해질 용출 평가와 병행되어 왔다 (Zhue tal . ,1 986;Dunne tal . ,199 9).생태적 효과와 경제적 효과를 고려하여 다양한 지역별 온도 조건에서 식물이 도입 가 능성을 검토하기 위해서는 더욱 심층적인 내한성 평가가 이루 어져야 한다.
이 연구는 옥상녹화용 조경 식물의 내한성 평가를 통하여 저
관리형 옥상녹화시스템에 적합한 식물 선발을 위한 기초 자료 제시를 목적으로 수행되었다.동해에 잘 견딜 수 있는 식물 선 발을 위해 저온 처리 시간과 온도에 따라 전해질 용출 평가 및 재생 실험을 하였다.또한 Lo gi s t i c비선형 회귀분석을 통하여 치사 온도를 계산하였고,겨울철 국내에 옥상녹화시스템에서 안정적으로 적용할 수 있는 식물종을 선발하였다.
Ⅱ.재료 및 방법
1 .실험 장소 및 재료
이 연구는 2010 년 12월부터 동국대학교 경주캠퍼스 자연과 학관 옥상에 실험구를 설치하여 진행하였다.연구 대상지는 북 위 35 ° 39' ～36 ° 04' ,동경 1 28° 58' ～129° 31 ' 에 있으며,연평균 기 온은 12. 5℃,강우량은 1, 157mm로 여름에는 태풍이 연평균 3 ～ 4회 내습하고 있다.저온 스트레스 처리 시간과 온도에 따른 식 물의 내한성을 알아보기 위하여 국내 옥상녹화에서 녹색기간 길고 많이 사용되고 있거나,사용 가능성이 높은 리플렉섬,흰 꽃세덤,섬기린초,분홍세덤,상록패랭이,소엽맥문동 등 6종을 재료로 실험을 실시하였다(표 1참조).2011 년 6월 2 치 포트묘 를 구입하여 인공토양은 펄라이트: 피트모스: 버미큘라이트=2 : 1 : 1 (v/v/v)을 혼합하여 5 치 포트에 옮겨 심었다.5층 건물 옥상에 조성된 저관리형 옥상녹화시스템에 식재 후 정상적인 활착을 확인하였으며,약 7개월 동안 관수 및 시비 등 별도의 관리를 실시하지 않았다.
2 .인공 저온 처리 및 내한성 평가 방법
식물 일반적 생육 특성
리플렉섬 S.reflexum
분류:돌나물과 개화:7월 노란
생육특성:산지 파랑세덤과 유사하나 10cm 정도로 낮게 자람.5월에 색이 파랑색 돌아옴
흰꽃세덤 S.album
분류:돌나물과 초장:2～10cm 개화:7월 흰색 생육특성:옥상녹화나 암석원의 효과적인 식물로 왕성한 피복률과 작고 둥글둥글한 잎의 관상가치가 높음 섬기린초
S.takevimense
분류:돌나물과 개화:7월 황색
생육특성:울릉도에서 자라는 다년초로서 높이 50cm에 달하고 기부 30cm 정도가 겨울 동안에 살아남음 분홍세덤
S.spurium
분류:돌나물과 초장:5～10cm
생육특성:남부지방에서는 겨울철에 상록상태를 유지하 며,중부지방에서도 11월까지는 지상부가 남아 있음 상록패랭이
Dianthus chinensis
분류:석죽과 초장:30cm 개화:7～8월
생육특성:중국에 해발 10～2,700m의 지역에 생장하고 있는 상록식물임,지성 식물이고 건조에도 강함 소엽맥문동
Ophiopogon japonicus
분류:백합과 개화:5월 연한 자주색
생육특성:남부지방의 산에서 자라는 다년생 초본이며, 생육환경은 풀숲의 반음지 혹은 양지에서 자람
표 1.옥상녹화 실험을 사용된 식물의 특성
2 012년 2월 2일부터 20일까지 옥상에서 정상적으로 생육하 고 있는 균일한 식물체를 선발하여 내한성 실험을 실시하였다.
2003 년부터 2012년까지 1 0년 간 국내 대도시와 실험지의 최저 온도(표 2참조)및 2011년 실험지의 예비 온도 조사 결과를 토대로 처리 온도는 －5,－10,－15,－20 ,－2 5℃ 등으로 실시 하였다.5치 포트묘를 5분 3반복으로 냉동실(De e p Fr e e z e r , Ul t r a,Lo w Te mpe r at ur eFr e e z e r ,Co . ,Lt d. ,19 97)에서 2,4 ,6 시간 동안 저온 처리한 후 식물들의 전해질 용출을 측정하였다.
저온 처리한 식물체의 엽을 증류수로 3번 씻어 물을 흡수하여 0. 5g의 표본 조직을 취하여 3 0 mL용량의 마개가 있는 시험관에 1 5 mL의 증류수와 함께 넣었다.이 시험관을 약 30분 동안 그대 로 두었다가 진탕기(US-8 480SR,Vi s i o n Sc i e nt i f i cCo . ,Lt d, 2003 )에서 120 r pm으로 12시간 동안 처리하고 전도도측정기 (Co nduc t i vi t yMe t e rCM-40 S,TOA El e c t r o ni c sLt d,J a,2 001 ) 를 사용하여 침출액의 초기 전기 전도도를 측정한 후,80℃의 열수욕에서 1시간 동안 열처리를 하였다.열수욕에서 꺼낸 후 에는 실온이 될 때까지 약 30분간 두었다가 다시 120r pm 진탕 기에서 12시간 동안 처리하고 침출액의 최종 전기 전도도를 측 정하였다(그림 1참조).
시간 최저 온도
서울 부산 대구 인천 광주 대전 울산 경주 2003 －15.5 －5.6 －10.6 －14.1 －10.3 －14.5 －8.9 －12.5 2004 －8.3 －10.5 －11.7 －14.8 －11.7 －13.5 －10.6 －13.6 2005 －14.0 －7.6 －7.1 －13.1 －11.1 －15.7 －10.4 －12.0 2006 －12.3 －7.4 －7.7 －11.1 －7.9 －12.0 －7.0 －12.6 2007 －7.4 －2.6 －4.6 －8.1 －4.9 －9.3 －3.7 －6.4 2008 －13.1 －5.2 －8.2 －10.5 －8.9 －11.6 －7.1 －8.6 2009 －12.9 －7.6 －10.5 －10.9 －10 －13.3 －9.6 －8.8 2010 －15.3 －6.8 －8.9 －12.8 －9.3 －14.4 －8.1 －9.9 2011 －17.8 －12.8 －13.1 －4.9 －11.7 －16.1 －13.5 －14.7 2012 －12.2 －6.5 －9.2 －14.6 －9.7 －14.1 －8.9 －13.4 평균 －12.5 －7.2 －9.1 －11.4 －9.4 －13.3 －8.5 －11.5 참조:http://www.kma.go.kr/index.jsp
표 2.국내 주요 대도시 10년간 최저 기온(2003～2012)
a:전해질 측정 b:열처리
그림 1.저온 처리 후 전해질 측정 및 열수욕에서 열처리
저온 처리 시 전해질이 용출( De xt e r e tal . ,1 930 )하였으며,각 처리에 대한 전해질 용출은 Eq.1 과 같이 열처리로 고사시킨 식물 조직 침출액의 전기전도도에 대한 저온 처리 후 식물 조 직 침출액의 전기전도도의 비를 백분율로 산출하였으며(Guo e tal . ,2 007),산출식은 Eq. 1과 같다.
REC(%)= (Rc － Ro )/ ( Rb－Ro )×1 00 Eq.1
Rc= I ni t i ale l e c t r o l yt el e akage Rb= Fi nale l e c t r o l yt el e akage
Ro= Bas e l i nel e ve lo fe l e c t r o l yt el e akage
처리 온도와 전해질 용출의 관계는 많은 선행 연구에서 비선 형 회귀분석중 Lo gi s t i c모형으로 식물의 치사온도를 정확하게 예측할 수 있었다.Zhu e tal . (19 86)의 연구에 의하면 저온 스트 레스 세포 상태의 전해질 용출율과 온도의 관계는 S자 반응곡 선의 형식으로 나타났으며,Lo gi s t i c모형(Eq.2)결정계수(R
2) 의 정확성과 유의성이 높았다.Lo gi s t i c모형의 2 계도함수를 구 하면 변곡점을 얻을 수 있어 X=l n(a)/b,즉 치사온도(LT
50) 에서 저온 처리 후 전해질의 증가가 높게 나타났으며( Zhu e tal . , 19 86 ;Wang,2 00 8;Xue tal . ,20 05 ),계산식은 Eq.2 와 같다.
Y = k/(1 +ae
－bX) Eq.2
Y = REC(%) a= Gr adualc ur ve b= Cur ves l o pe k= Equat i o nc o e f f i c i e nt X = Tr e at me ntt e mpe r at ur e (℃)
3 .옥상녹화시스템 내한성 평가 실험
식생모듈박스는 400mm×625 mm×80 mm 크기의 저수와 배수 기능이 일체화된 옥상녹화시스템으로 하단에 2 c m 높이의 빗물 저류판이 있다.이로 인해 빗물에만 의존하여 식물생육에 필요 한 수분공급이 가능하므로 별도 관수가 필요 없다.시스템의 토심은 5 c m로 식재 후 화산석을 2c m로 덮어 비산먼지 발생 방 지와 수분 증발을 방지한다(그림 2참조).
옥상녹화시스템 적용 시 저온기를 거친 식물의 내한성을 평
가하기 위하여 2010 년 12월 20일에 식물 재료를 12 주 3반복하
고 식생모듈박스에 인공토양은 펄라이트:피트모스:버미큘라이
트=2:1: 1(v/v/v)배합하여 식재하였다.식재 후 관개하였고,
정상 활착을 확인한 후에는 관리를 실시하지 않았다.평균 기
온이 가장 낮은 12월부터 2월 사이에 급격한 온도 변화를 보이
는 날의 익일을 조사시기로 정하였다(김인혜 등,20 10).실험
기간 중 측정된 온도는 2 012 년 1 월 2 6일에 －12 . 2℃로서 최초로
a:식생모듈박스 단면도 b:식물생육현황
그림 2.식생모듈박스시스템 단면도,2012년 2월 식물생육현황
영하를 기록하였고,20 12 년 2 월 3 일에 －1 3. 4 ℃로서 최저 온도를 기록하였으므로,그 익일에 전해질 용출 평가를 수행하였다.각 식물에 대하여 증류수로 씻어한 0. 5g의 표본 조직을 5 개 3반복 으로 취하여 전해질 용출량을 측정하였다.
4 .재생 능력 검사
재생 검사는 식물들을 저온 처리한 후,옥상으로 옮겨 약 2 개월 후인 2012년 4월 30일에 처리 별 식물의 생존율을 평가하 였다.생존율 평가는 식물이 녹색으로 살아있는 조직을 나타내 거나 적어도 1개의 신초가 다시 자라게 되면 생존한 것으로 기 록하였으며,생존율은 총 실험용 식물수량에 대한 살아있는 식 물체 수의 비를 백분율로 나타내었다.
자료의 분석은 측정한 자료에 대하여 SPSSVe r . 18. 0( SPSS I nc .2 00 9) 을 이용한 Dunc a n의 다중범위검정( Mul t i pl e r a ge t e s t )법으로 평균 간 차이의 유의성을 분석하였고,유의 수준은 5%로 하였다.또한 Lo gi s t i c회귀분석모형을 이용하여 처리 온 도와 시간에 대한 전해질 용출의 적합한 반응 곡선을 구하였으 며,반응 곡선에 대한 결정계수(R
2)와 함께 치사온도(LT
50)를 산출하였다.
Ⅲ.결과 및 고찰
1 .처리 온도별 전해질 용출 반응
저온 처리에 따른 식물들의 전해질 용출을 측정한 결과,전 반적으로 처리 온도가 낮아질수록 전해질 용출량이 증가하였 다.특히 －15℃부터 －25℃에서 전해질 용출량이 급격히 증가 하는 경향을 보였으며,또한 처리 시간이 길수록 전해질이 증 가하는 경향을 보였다(표 3참조).－5℃에서 2시간 처리 시 식 물들의 전해질 용출이 1 0. 5～14. 1%로 나타났고,4시간 처리 시 는 11 . 8 ～15. 5%,6시간 처리 시는 12. 5～16. 8%이다.
－10℃,2시간에서 Di ant husc hi ne ns i s 의 용출이 20. 4% 가장 높아 비교적 낮은 온도 처리에서 상당한 피해가 나타났으며, 다음으로 S.t ake vi me ns e 가 20. 1%로 전해질 용출량이 높았다.
Se dum r e f l e xum,S.a l bum,S.s pur i um,Ophi o po go nj apo ni c us
항목 처리 (h)
Electrolyteleakagez(%)
－5℃ －10℃ －15℃ －20℃ －25℃
S.reflexum
2 11.1a 16.6z 25.5a 39.6a 54.2a 4 12.6ab 19.6a 29.1a 45.4ab 60.1b 6 13.8b 23.4bc 34.5bc 50.2bc 76.0e
S.album
2 10.5az 18.0a 27.8a 42.1a 56.4a 4 11.8a 20.2ab 30.6ab 46.6b 62.1bc 6 12.5ab 25.8d 43.5d 65.1e 78.5e
S.spurium
2 11.6a 18.4a 29.2a 41.6a 59.4ab 4 13.5ab 20.4ab 34.1bc 47.1b 65.1cd 6 14.8b 23.7bc 38.0c 58.2d 78.9e
S.takevimense
2 14.1b 20.1ab 30.2ab 42.1a 57.9ab 4 15.5c 24.4c 36.0c 48.8b 69.1d 6 16.8c 28.1e 41.1d 62.2e 80.8e Dianthus
chinensis
2 12.8ab 20.4ab 28.8a 48.4b 63.1c 4 13.9b 23.1b 36.8c 52.8c 72.0de 6 14.2b 27.3d 42.2d 63.1de 85.5f Ophiopogon
japonicus
2 13.4ab 19.1a 27.3a 42.0a 61.1b 4 14.2b 21.3b 33.6b 49.0b 70.1de 6 15.7c 26.1d 40.3d 58.1d 80.8e
zElectrolyteleakagewasexpressedasthepercentageofsolutionconductivity aftertemperaturetreatmentcomparedtoconductivityafterheat-killing.
yMeansfollowed by differentletterswithin columns are significantly differentatP=0.05byDuncan’smultiplerangetest.
a～eMeansinarow bydifferentsuperscriptsaresignificantlydifferentat theP∠0.05by Duncan’smultiplerangetest.Numbersin thesame rangefollowedbythesameletterweredataindistinctivelydifferentat P=0.05leveraccordingtoDMRT.
표 3.인공저온 처리 후 전해질의 용출
등의 전해질 용출량은 각각 16 . 6 %,18. 0%,18 . 4 %,19. 1%로 상 대적으로 피해가 적게 나타났다.－1 0℃의 저온 4시간에서의 전 해질 용출은 2시간 처리 시 보다 약 2～3%의 피해가 증가하는 것으로 나타났다.6시간에서의 S.t ake vi me ns e 의 전해질 용출 이 28. 1%로 가장 높아,비교적 낮은 온도 처리에서 상당한 피 해를 보였고,다음으로 Di ant husc hi ne ns i s 가 27. 3%로 전해질 용출량이 높았다.
－15℃에서의 전해질 용출은 완만히 증가하는 경향을 보였 다.2시간 처리 시 S.al bum과 Di ant husc hi ne ns i s각각 27. 8%, 28. 8%로 나타났으며,6시간 처리 시는 43. 5%,42. 2%로 용출 량의 급격한 증가세를 보였다.－20℃에서 2시간의 저온 처 리 후 Di ant huschi nens i s 의 전해질 용출은 48. 4%로 가장 높았으며,그 밖의 식물들에서는 39. 6～42. 1%의 범위로 나타 났다.4시간 처리 시 Di ant huschi ne ns i s 는 50% 이상으로 나 타났고,6시간 처리 시 S.r e f l e xum,S.al bum,S.s pur i um,S.
t ake vi me ns e , Ophi o po go nj apo ni c us 는 50% 이상의 전해질 용
출을 나타났다.
－25℃에서의 2시간 처리 시의 전해질 용출은 Di ant hus chi ne ns i s 에서 6 3 . 1 %로 가장 높았고,다음으로 Ophi o po go nj apo- ni c us 에서 6 1. 1%, S.s pur i um에서 59. 4%로 높았으며,다른 식 물들에서는 50% 이상으로 상대적으로 높았다.4시간 처리 시 의 전해질 용출은 Di ant husc hi ne ns i s , Ophi o po go nj apo ni c us 과 S.t ake vi me ns e 에서 각각 72. 0%,69 . 8 %,69. 1%로 가장 높았고, 다음으로 S.s pur i um에서 65. 9%, S.al bum에서 62. 1%로 나타 났으며, S.r e f l e xum에서는 60. 1%로 가장 낮아 2시간 처리 시 의 결과와 유사하게 나타났다.－25℃에서의 6 시간 처리 시의 전해질 용출은 70% 이상으로 나타났다.
결과적으로 －1 5℃에서 6 시간의 저온 처리 후 대부분 식물들 은 4 0% 이상 전해질이 용출되었고,－20 ℃에서 4시간 이상 처리 후 전해질 용출이 5 0% 이상으로 나타났던 Di ant husc hi ne ns i s 는 상대적으로 저온에 대한 저항성이 낮았으며,－25℃ 2시간 처 리 후 전해질 용출이 6 0% 미만이었고,4시간에서도 유사한 수 준으로 나타났던 S.r e f l e xum은 저온에 대한 저항성이 높은 것 으로 분석되었다.－25 ℃ 처리 시 전해질 용출이 60% 이상으 로 나타났던 Di ant husc hi ne ns i s , Ophi o po go nj apo ni c us 에서는 저온에 대한 저항성이 낮았으며,2시간 처리 후 S.al bum,S.
s pur i um,S.t ake vi me ns e 에서는 전해질 용출이 60% 미만이었 고 4시간 후 전해질 용출이 65 %로 나타났던 S.al bum,S.
s pur i um은 상대적으로 저온에 대한 저항성이 높은 것으로 분 석되었다.
2 .처리시간별 Logi s t i cequat i on및 LT
50의 차이
Lo gi s t i c비선형 회귀분석을 통하여 6종 식물에 대한 처리 온도 및 시간과 전해질 용출의 관계를 분석한 결과,측정치에 대응되는 치사온도 LT
50=Ln(a)/b는 표 4 와 같다.Lo gi s t i c회 귀분석은 반응 곡선의 중심점인 변곡점에 해당하는 온도(T)는 최대 전해질 용출량의 5 0% 이상 용출되기 시작하는 온도이며,
a:2시간 처리 시 측정치와 추정치 간의 관계 b:4시간 처리 시 측정치와 추정치 간의 관계 c:6시간 처리 시 측정치와 추정치 간의 관계 그림 3.Logistic분석 측정치와 추정치 간의 관계(
Ophi opo go nj aponi c us
)내한성 측정에 가장 민감하고 결정적인 부분이 된다.아울러 식 물간의 내한성을 비교하는데 적합한 척도가 되므로 예측 치사 온도로서 평가되었다(Wang,Mi ngz hi ,2 008;Xu,Kange tal . , 2005 ).이 연구에서는 Ophi o po go nj apo ni c us사례로 Lo gi s t i c e quat i o n을 제시하였다(그림 3참조).
식물들에서 예측된 치사 온도는 저온 처리 시간에 따른 차이 가 뚜렷하게 나타났으며,2시간의 저온 처리에서 치사 온도는 S.r e f l e xum －24. 4℃, S.al bum －23 . 2 ℃,S.s pur i um －2 2. 6℃, S.t a ke vi me ns e－2 3 . 1 ℃,Di a nt husc hi ne ns i s－2 0 . 8 ℃,Ophi o po go n j apo ni c us－22 . 4 ℃로 예측되었다.4시간의 저온 처리에서의 치 사 온도는 S.r e f l e xum －21 . 9℃, S.al bum －21 . 2℃, S.s pur i um
－20 . 3℃, S.t a ke vi me ns e－19 . 3℃, Di a nt husc hi ne ns i s－18 . 5℃, Ophi o po go nj apo ni c us－19. 5℃이었다.6시간의 저온 처리 시 치사 온도가 많이 떨어졌으며, S.r e f l e xum －1 8. 5℃, S.s pur i um 등은 －17. 2℃로 상대적으로 강한 내한성을 보였다.그러나 S.
al bum －16. 5 ℃,S.t a ke vi me ns e－16. 4 ℃,Di ant husc hi ne ns i s
－16 . 1 ℃,Ophi o po go nj apo ni c us－16. 8℃로 －17℃ 이상의 치 사 온도가 예측되어 내한성이 가장 약하였다.2시간의 저온 처 리 시 식물 간 내한성의 순위는 S.r e f l e xum＞S.al bum＞S.
t ake vi me ns e＞S.s pur i um＞Ophi o po go n j apo ni c us ＞Di ant hus c hi ne ns i s 의 순으로 나타났고,4시간에서는 Se dum r e f l e xum＞
S.a l bum＞S.s pur i um＞S.t a ke vi me ns e ＞Ophi o po go nj a po ni c us ＞ Di a nt husc hi ne ns i s 의 순으로 나타났으며,6 시간에서는 S.r e f l e xum＞
S.s pur i um＞Ophi o po go nj a po ni c us ＞S.al bum＞S.t a ke vi me ns e ＞
Di ant husc hi ne ns i s 의 순으로 나타났다.저온 스트레스는 처리
시간이 길수록 S.s pur i um과 Ophi o po go nj apo ni c us 의 내한성이
강하게 나타났고, S.al bum과 S.t ake vi me ns e 의 내한성은 낮았
다.예측 치사 온도가 －22. 4℃로 나타났던 S.al bum이 －20 ℃
에서 모두 고사하였으므로 예측된 치사 온도가 실제 생존을 결
정하는 온도보다 낮아 내한성이 과대평가되는 경향이 있었다
(김인혜 등,20 10).
항목 처리
시간(h) Logisticequation LT50 R2
Sedum reflexum
2 y=100/(1+16.208e0.118T) －24.4 0.978 4 y=100/(1+14.094e0.122T) －21.9 0.958 6 y=100/(1+16.053e0.148T) －18.5 0.979
S.album
2 y=97.57/(1+15.238e0.122T) －23.2 0.991 4 y=100/(1+14.467e0.126T) －21.2 0.949 6 y=96.74/(1+16.552e0.173T) －16.5 0.985
S.spurium
2 y=100/(1+15.191e0.122T) －22.6 0.997 4 y=100/(1+13.584e0.128T) －20.3 0.976 6 y=100/(1+15.822e0.157T) －17.2 0.993
S.takevimense
2 y=100/(1+11.7638e0.11T) －23.1 0.947 4 y=100/(1+11.15e0.124T) －19.3 0.951 6 y=100/(1+12.556e0.152T) －16.4 0.990
Dianthus chinensis
2 y=100/(1+14.951e0.129T) －20.8 0.982 4 y=100/(1+13.523e0.139T) －18.5 0.967 6 y=100/(1+16.932e0.172T) －16.1 0.987
Ophiopogon japonicus
2 y=100/(1+15.245e0.123T) －22.4 0.987 4 y=100/(1+14.622e0.136T) －19.5 0.992 6 y=100/(1+13.707e0.153T) －16.8 0.989 a,bandkindicatethegradualcurve,curveslopeandequationcoefficient, respectively.IndicatethesignificanceofR2atP<0.01respectively.
표 4.Logistic비선형회귀분석 및 LT50
Lo gi s t i c회귀분석모형의 적합성을 평가하기 위하여 저온 처 리 시간과 온도에 따른 Lo gi s t i c모형의 결정계수(R
2)를 분석 하였다.Lo gi s t i c모형의 결정계수(R
2)값은 0. 94 7～0. 997 의 범위 로 나타나는 것으로 보면 Lo gi s t i c모형의 적합성은 높은 것으 로 확인되었다.
3 .옥상녹화시스템 적용 시의 내한성 평가
식생모듈박스 옥상녹화시스템에서 식물들의 내한성을 평가 하기 위하여 2011년 12월부터 2012 년 2월 사이에 실험지의 옥 상 기온의 변화를 조사한 결과는 그림 4와 같았다.최저 기온의 분포는 옥상에서 －1 3. 4℃에서 4. 3℃까지로 변화폭이 약 17℃
의 변화폭을 나타났다.옥상의 최저 기온은 1 월 2 6일에 －1 2. 2 ℃ 로 실험 기간 중 최초로 영하의 온도를 기록하였고,2월 2일에
－13 . 4 ℃로 측정 기간 중 가장 낮게 나타났다.
급격한 온도 변화가 기록되었던 날의 익일인 1월 27일과 2월 3일에 전해질 용출을 측정한 결과는 표 5와 같이 나타났다.전해 질 용출은 Di ant husc hi ne ns i s 에서 1월 27일과 2월 3일에 각각 20. 11%,43. 9%로 가장 높았고,다음으로 S.t akevi mens e에 서 각각 19 . 0 1%,4 0. 26%로 높았다. S.r e f l e xum과 Ophi o po go n
j apo ni c us 는 인공적인 저온 처리 후의 전해질 용출 평가에서도 내한성 순위가 높아 일관성 있는 결과를 보였다. S.al bum은 저온 처리 후의 전해질 용출 평가에서는 내한성 순위가 상대적 으로 낮게 평가되었으나,－1 0 ℃에서 6 시간 처리 시 2 5 . 7 5 %,－1 5 ℃ 에서 6시간 처리 시 43 . 2 5%로 용출량이 크게 나타났으나( 표 2 참조) ,최저 온도가 －1 3 . 4 ℃이었던 옥상에서는 2 9 . 9 4 % 정도의 용 출량을 나타냈다. S.s pur i um은 저온 처리 후의 전해질 용출 평가 에서는 내한성 순위가 상대적으로 높게 평가되었으나,－1 0℃
에서 6 시간 처리 시 2 3 . 6 7 %,－1 5 ℃에서 6시간 처리 시에는 38. 0 1 % 로 용출량이 컸으며(표 2참조),최저 온도가 －13. 4℃이었던 옥상에서도 38. 93% 정도의 전해질 용출량이 측정되었다.
S.r e f l e xum,S.al bum,Ophi o po go nj apo ni c us등은 2회의 조 사 시점에서 모두 전해질 용출이 적어 강한 내한성을 나타냈는 데, S.t ake vi me ns e 와 Di ant husc hi ne ns i s 는 인공적인 저온 처 리 후의 평가와 유사한 경향을 보였지만, S.s pur i um은 인공적 인 저온 처리 후의 전해질 용출 평가 결과보다 상대적 내한성 의 순위가 다소 높게 평가되었다.
그림 4.옥상 기온 레벨에서 측정된 최저 기온의 변화를 조사한 결과
항목 Electrolyteleakagez(%)
－12.2℃x －13.4℃y Sedum reflexum 15.63aw 18.02a
S.album 19.07b 29.94b S.spurium 22.19c 38.93c S.takevimense 19.01b 40.26c Dianthuschinensis 20.11bc 43.90d Ophiopogonjaponicus 16.10a 28.18b
zElectrolyteleakagewasexpressedasthepercentageofsolutionconduc- tivity aftersudden changesin theminimum temperaturecomparedto conductivityafterheat-killing.
yTheminimum temperatureofrooftopsurfaceon 27Jan.2012,which wasthefirstsubzerotemperaturerecordedfrom Dec2011toJan.2012.
xTheminimum temperatureofrooftop surfaceon 3Feb.2012,which wasthelowesttemperaturerecordedfrom Dec.2011toFeb.2012.
w Meansfollowed by differentletterswithin columnsare significantly differentatP=0.05byDuncan’smultiplerangetest.
표 5.옥상녹화시스템에 적용된 식물의 전해질 용출
4 .저온 처리 후 재생 능력 검사
저온 처리 후 약 2개월 후에 식물들의 생존율과 회복 상태가 조사한 결과,－5℃부터 －15℃까지의 온도와 시간 처리에 대 하여 대부분의 식물은 80 % 이상의 생존율을 보였다(표 6참조) .
－5℃에서는 생존율이 93. 33%로 나타난 Di ant husc hi ne ns i s 를 제외한 모든 식물에서 100%의 생존율을 나타냈다.－10℃에서 도 유사한 경향이 유지되었다가 －15 ℃부터 2시간 처리 후 Di ant husc hi nens i s제외한 식물들을 100%의 생존율을 보였 으며,4시간 후 대부분 식물의 생존율은 93. 33%로 측정되었 고,6시간 후 S.t ake vi me ns e , Di ant husc hi ne ns i s , Ophi o po go n j apo ni c us 의 생존율이 86. 67%로 떨어지기 시작하였다.－2 0℃
에서는 4시간의 처리 후 Di ant husc hi ne ns i s 가 대부분 고사하여 약한 내한성을 보였으며, S.r e f l e xum,S.al bum,S.t ake vi - me ns e , Ophi o po go nj apo ni c us등은 모두 7 0% 이상 생존율을 나타내 강한 내한성을 보였다.－20℃에서 6시간 처리 시에는 Di ant husc hi ne ns i s 의 생존율이 20. 00%로 떨어졌고, S.t ake vi - me ns e 는 4 0 . 0 0 %, S.s pur i um과 Ophi o po go nj a po ni c us 는 46 . 6 7 % 로 나타났는데, S.r e f l e xum과 S.a l bum은 각각 86. 6 7%,60. 0 0%
의 생존율을 나타내 저온 스트레스에 대한 저항성이 강한 것을 알 수 있다.－2 5℃에서 2 시간 처리 시에서는 Di a nt husc hi ne ns i s 제외한 모든 식물이 50% 이상의 생존율이 보였다.－25℃,6시
항목 처리
시간(h)
생존율z(%)
－5℃ －10℃ －15℃ －20℃ －25℃
Sedum reflexum
2 100 100 100 100 86.67 4 100 100 100 100 46.67 6 100 100 93.33 86.67 13.33
S.album
2 100 100 100 100 73.33 4 100 100 93.33 93.33 40.00 6 100 100 93.33 60.00 0
S.spurium
2 100 100 100 100 53.33 4 100 100 93.3 93.33 13.33 6 100 100 86.67 46.67 0
S.takevimense
2 100 100 100 100 66.67 4 100 100 93.3 73.33 20.00 6 100 100 93.3 40.00 0 Dianthus
chinensis
2 100 100 93.3 86.67 26.67 4 100 100 86.67 46.67 0 6 93.33 86.67 86.67 20.00 0 Ophiopogon
japonicus
2 100 100 100 100 66.67 4 100 100 93.33 86.67 20.00 6 100 93.3 86.67 46.67 13.33
zPercentageoftestplantssurviving calculated by (no.ofplantsthat survived/totalno.ofplants)×100.
표 6.저온 처리 후 재생력 검사
간 처리에서는 모든 식물이 생존하기 힘들었는데, S.r e f l e xum 은 46. 67%, S.al bum은 4 0. 00%, S.s pur i um은 13. 33%, S.
t ake vi me ns e 는 20. 00%, Ophi o po go nj apo ni c us 는 20. 00%로 생 존율의 급격한 감소 현상이 나타났다.
결과적으로 －25℃,2시간까지 50% 이상의 생존율을 나타낸 S.r e f l e xum,S.al bum,S.s pur i um,S.t a ke vi me ns e , Ophi o po go n j apo ni c us 의 내한성이 높은 것으로 평가되었고,－20℃에서 4 시 간 이상의 저온처리를 통해 Di ant husc hi ne ns i s 가 50% 미만의 생존율을 보여 내한성이 상대적으로 낮은 것으로 평가되었다.
이와 같은 결과를 전해질 용출 평가 결과(표 2참조)와 비교했 을 때,식물 간의 내한성 순위는 일관적인 경향을 보였으나,4시 간 예측 치사 온도가 －1 9 . 5 ℃와 －19. 3 ℃로 나타났던 Ophi o po go n j apo ni c us 과 S.t ake vi me ns e 이 －2 0℃에서 86. 67%와 7 3. 33%의 생존율을 보이므로 전해질 용출 평가에서 예측된 치사 온도가 실제 생존을 결정하는 온도보다 다소 높아 내한성이 과소평가 되는 경향이 있었다.Car do na e tal . (1997 )은 이러한 차이를 조 정하는 데에 있어 생리학적,유전적,내부적 차이와 관련 있는 다양한 요인을 설명하는 방법의 기술적 한계를 지적하였고,식 물 생장 단계와 나이,건강 상태,냉각률,저온 노출 및 해동시 간,얼음 핵형성,단열재의 유무 등이 변수로 작용한다고 하였다.
Ⅳ.결론
