Effects of Nitrogen and phosphorus Fertilization on the Growth, Carbohydrate Contents and photosynthesis of Pinus densiflora Seedlings Exposed to Ozone in an Open-Top Chamber

질소(窒素)와 인(燐) 시비(施肥)가 Open-Top Chamber 내(內)에서 오존에 노출(露出)시킨 소나무(Pinus densiflora) 묘목(苗木)의 생장(生長), 탄수화물(炭水化物) 농도(濃度)와 광합성(光合成)에 미치는 영향(影響)

The objectives of this study were to understand the physiological responses and resistance of red pine trees to ozone exposure in relation to nitrogen and phosphorus fertilization. Potted one-year-old seedlings of Pinus densiflora S. et Z. were exposed in an open-top chamber(OTC) to ozone at concentration of 0.12ppm for 3 hours daily for eight weeks with or without N and P fertilization alone or in combination. The OTC had dimensions of 2.0m in height and 2.5m in diameter, and the air in a control chamber was filtered with activated charcoal to maintain the ozone concentration below 0.02ppm. After eight weeks of ozone exposure, none of the seedlings showed any symptoms of visible injury on leaves. The seedlings fertilized with N and P in a control chamber showed 22 to 95% increase in total dry weight, and similar fertilizer effect was also noticed in an ozone chamber. Ozone treatment did not decrease the total dry weight, but increased shoot/root ratio by 14.5%. Ozone treatment increased sucrose content in the leaves by 23%, but decreased sucrose content in roots by 20% regardless of N or P application. Starch content in the leaves was not affected by either ozone or fertilizer. However, starch content in the roots was decreased by 41% by ozone treatment. Chlorophyll content in the leaves was increased by 70% by N application, but was not affected by ozone treatment. Nitrogen and P fertilization stimulated net photosynthesis by 80% in a control chamber, but stimulatory effect of N and P on net photosynthesis was 22.3% less in an ozone chamber. Net photosynthesis of the seedlings with no fertilization was not affected by ozone treatment. Based on the observed interactions between N, P, and ozone, it was concluded that the stimulatory effect of fertilization on growth of Pinus densiflora would be decreased by ozone treatment, but fertilization would increase resistance to ozone by re-allocation of increased carbohydrates.

본 연구는 질소와 인의 영양상태에 따라서 오존에 노출시킨 조경수목의 생리적 반응과 오존에 대한 저항성을 이해하기 위하여 실시하였다. 1년생 소나무(Pinus densiflora S. et Z.) 묘목을 인공토양(버미큘라이트와 펄라이트)을 담은 플라스틱 화분에 심고, 6월초부터 변형된 Hoagland 용액을 이용하여 질소와 인을 조절하여 양묘하고, 7월 3일부터 8월 31일까지 open-top chamber(직경 2.5m, 높이 2.0m)내에서 8주간 1일 7시간씩(0.12ppm에서는 3시간씩) 오존농도를 자연상태에 유사하게 조절하여 노출시켰다. 오존대조구는 활성탄을 사용하여 오존농도를 0.02ppm 이하로 유지하였다. 8주 후에 부위별 생장량, 탄수화물 함량, 엽록소 함량, 순광합성속도를 측정하였다. 오존에 노출시킨 어떤 묘목에서도 가시적 피해를 관찰할 수 없었다. 오존대조구에서 질소와 인의 각각 혹은 동시 시비로 총건중량이 22%에서 95%까지 증가하여 시비효과를 확인하였다. 오존처리구에서도 시비효과는 비슷하게 관찰되었다. 오존처리는 오존대조구와 비교하여 건중량을 감소시키지 않았으나, S/R(Shoot/Root)용을 14.5% 증가시켰다. 잎의 설탕함량은 오존처리로 평균 23%가 증가한 반면에, 뿌리의 설탕함량은 질소와 인의 시비와 관계없이 오존처리로 평균 20% 감소하였다. 잎의 전분함량은 시비 혹은 오존에 의하여 크게 영향을 받지 않았으나, 뿌리의 전분함량은 오존처리로 41% 감소하여, 뿌리로 탄수화물의 이동이 감소함으로써 뿌리의 발달이 상대적으로 위축되었음을 입증하였다. 잎의 엽록소 함량은 질소시비에 의하여 70% 증가하였으나, 오존에 의해서 감소하지 않았다. 순광합성속도는 오존대조구에서 질소의 단독시비로 80% 증가하였으며, 인의 경우는 질소가 함께 시비될 때에만 광합성을 증가시켰다. 오존처리구의 순광합성속도는 오존대조구보다 평균 11.7% 적었는데, 특히 질소와 인이 동시에 시비되었을 때 오존대조구보다 22.3% 적었다. 반면 질소와 인이 시비되지 않은 경우에는 오존에 의해서 순광합성속도가 거의 영향을 받지 않았다. 위와 같은 질소와 인과 오존 간의 상호작용에서 다음과 같은 결론을 얻게 된다. 소나무 유묘는 단기간의 0.12ppm 오존 노출에서 가시적 피해를 입지 않았으며, 오존에 의하여 지상부의 생장이 감소하지 않지만 S/R 율은 증가하였다. 그러나 오존처리로 뿌리에서는 전분의 함량이 현저히 감소했을 뿐만 아니라, 순광합성속도도 큰 폭으로 감소하였으므로, 장기적으로 관찰하면 생장량이 감소하리라고 판단한다. 질소와 인의 시비에 의한 생장촉진효과는 오존으로 인하여 감소할 가능성이 있으나, 소나무에 시비하면 광합성을 촉진하고 탄수화물의 재분배를 통해서 오존피해를 복구하기 위한 에너지를 저축함으로써 저항성을 증진시킬 것으로 판단된다.