★5.뿌리의 호흡

 

 

  

▶뿌리는 산소호흡을 한다.

그 중에서 세근은 살아 있는 유세포로 구성되어 있으면서 세포분열을 왕성하게 하고, 무기염을 흡수하는데 APT(에너지)를 소모하기 때문에 호흡량(에너지소모량)이 많다.

 

(낙우송이나 버드나무 같은 나무가 과습토양에서 잘 견디는 것은 줄기에서 뿌리로 산소를 확산시키는 능력이 크거나, 또는 뿌리가 혐기성 호흡에 잘 견디기 때문이다. 특히 낙우송은 침수상태에서도 잘자라는데, 물에 잠긴 뿌리로부터 물 바깥쪽으로 호흡근을 보내서 뿌리의 호흡을 돕는다.)

 

뿌리가 호흡을 함으로서 없어지는 토양 속 산소는 공기중에 있는 산소로 채워지는데, 진흙으로 덮었을 때, 토양 속의 산소의 함량은 1%로 줄고, 이산화탄소는 20%로 증가한 반면, 복토가 되지 않은 토양은 산소가 18%, 이산화탄소가 2.5%로 정상적인 수치를 보였다.

 

▶ 광합성을 통해서 탄수화물(당)이 만들어지고, (뿌리에서) 당이 산소와 결합(산화)하는 과정(호흡)을 통해서, 에너지(ATP)가 만들어지고, 이 에너지가 유세포의 분열에 사용된다. 세근의 생장 또한 이러한 세포분열이므로, 에너지의 공급이 부족하면 세근이 안자라게 되고, 결과적으로 수분흡수가 부족해진다.

-> 결론적으로 에너지를 만들려면 당과 산소가 공급되고, 만들어진 이산화탄소가 배출되어야 하는데, 뿌리가 심식이 되면, 산소공급이 안된다.

 

▶자작나무에 겨울 하자를 예방하기 위해서, 포도당을 먹이는 것은 당을 뿌리에 축척, 세근발생(뿌리호흡)을 유도한다. 맞는 개념인데.. 포도당을 인위적으로 공급하는 것은 이 과정을 도와주는 것

-특히, 자작은 겨울철 수분흡수(능동흡수)를 많이 하는 수종으로, 수분관리가 필수적이다.  

 

▶ 나무는 배수가 안되어 뿌리가 썩는 것이 아니라, 뿌리(세근)이 호흡을 못해서 질식사로 인해 죽는 것이다. 세근은 끊임없이 세포분열과 무기염흡수를 위해 호흡량이 많은데, 점토질 흙은 산소공급이 안된다. 그리고 물이 고이는 것이다.

 

▶ 세근이 표토 15~20cm내에 몰려있으므로, 통기관을 1m이상씩 해줄 필요가 없다. 심식을 대비한다고 해도 그렇다고 생각된다.

 

▶ 토양개량시 토양개량은 심토까지 하면 좋겠으나, 표토 20~30cm까지만 해도 무난하다. (최적 비용의 관점)

 

▶ 수목이식시 표토를 제거하면 안된다. 세근의 위치 때문에 특히, 규격을 만들려고 표토를 까는 것은 가장 어리석은 일이다.

 

 

 

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※ 출처: 수목생리학, 이경준 저

제5장. 호흡

  

 

5-2. 호흡과 에너지 생산

 

호흡이란.. 미토콘드리아(살아있는 원형질세포중 하나)에서

포도당(C6H12O6)이 산소와 결합하여 산화하는 것 --> 이때 발생한 에너지가 ATP형태로 변형되어 저장된다. 이후 APT가 대사과정에 필요한 곳에 이용된다. 

(ATP... 농축된 화학에너지 형태라고 이해하면 된다. ATP는 에너지를 요구하는 여러가지 대사과정에서 에너지를 공급해주는 수단이 된다.)

호흡에서 가장 효율적으로 쓰이는 기본물질은 6탄당인 포도당(glucose)이다.

 

C6H12O6 + 6O2 ---> 6CO2 + 6H2O + 686kcal ---> ATP생산 

(포도당(glucose))                                 (에너지 방출)

 

이 탄수화물의 성분에는 여려종류가 있는데, 당(설탕, ...)이다.

 

▶ 이 포도당은 광합성 작용으로 발생하는데, 수목생육이 부실할 때, 수액주사(포도당주사)를 주는 것은 포도당을 인위적으로 공급해 주어 호흡을 도와 에너지가 생기게 만든다.

 

 

 

 

5-4 수목의 호흡
호흡은 저장되어 있는 탄수화물을 소모하고, 수목의 건중량을 감소시키지만, 여러가지 대사작용에 필요로 하는 에너지를 발생시키는 꼭 필요한 과정이다.

 

5-4-1. 산림의 종류
어린 임분에서는 광합성량이 1/3가량이 호흡작용으로 이용되고, 참나무, 소나무 혼효림에서는 약 절반 가량이 이용된다.

 

5-4-2. 임분의 밀도와 그늘
밀식된 임분에서 수목이 자라는 속도가 느려지는 이유 중에 하나는 호흡량이 밀식되지 않은 임분보다 증가하기 때문이다.
밀식된 임분은 개체수가 더 많으면서 작은 직경을 가지고 있기 때문에 호흡작용을 하는 형성층의 표면적이 더 많아 호흡량이 많아진다. 따라서 밀식된 임분은 저조한 광합성과 많은 호흡으로 인해 생장량이 감소하게 된다.

밀식된 임분내에서 하층에서 햇빛을 제대로 받지 못하는 밑가지는 광합성량은 적지만 호흡량은 그대로 유지하고 있기 때문에 수간의 직경생장에 기여할 만큼 탄수화물을 공급하지 못하거나 오히려 탄수화물을 뺏아갈 수 있다.
그러나 음수는 양수에비하여 그늘에서 호흡작용을 경제적으로 수행한다. 음수는 양수에 비해 최대 광합성량이 적지만 호흡량도 낮은 수준을 유지해서 효율적으로 그늘에서 살아갈 수 있다.

5-4-3 수목의 나이
여러 녹색식물의 일반적인 호흡량은 광합성량의 30~40%에 해당한다.
수목의 경우, 8년생 사과나무는 광합성량의 1/3이 호흡으로 사용되며, 14년생 테다소나무는 약 58%가 호흡으로 사용된다. 10년생 임분의 유럽너도밤나무는 광합성량의 45%가 호흡으로 이용된다.

 

 

 

5-4-4. 수목의 부위

호흡은 원형질을 가지고 있는 살아 있는 세포, 즉 유세포가 모여 있는 부위에서 높게 일어나며 죽은 세포로 된 부위에서는 호흡이 거의 일어나지 않는다.

 

1.지상부
잎의 호흡

- 잎은 호흡활동이 가장 왕성하다. 잎은 수목의 전체 중량중에서 적은 부분을 차지하지만, 다른 부위에 비해 살아 있는 유세포가 많이 때문이다.
테다소나무림은 수목 전체 호흡량의 32% 차지, 60년생 너도밤나무의 경우 50%를 차지
잎의 호흡량은 잎이 만들어진 직후 가장 왕성하며, 시간이 지남에 따라 점점 감퇴하여 가을에 생장을 정지하거나 낙엽 직전에는 최소로 줄어든다. (광합성량의 변화와 유사)

 

눈의 호흡

- 호흡은 계절적으로 변동이 심하다. 휴면기는 최저수준을 유지하다가 봄철의 개엽시기에 호흡량이 급격히 증가하면서 새순이 자라고, 가을에 생장을 정지할 때까지 왕성하게 유지한다.

 

굵은 가지나 수간의 호흡

- 수피와 형성층 주변조직에서 주로 일어난다. 새로 만들어진 사부와 몇년 이내에 만들어진 변재 부위의 목부조직이 생리적으로 활동을 하고 있어 이들이 호흡의 대부분을 차지한다.
심재부위 세포는 대부분 죽어 있기 때문에 호흡량이 거의 없다. 형성층의 조직은 외부와 직접 접촉하지 않기 때문에 산소 공급량이 부족하여 혐기성 호흡이 일어나는 경향이 있다.

 

 

2.지하부

뿌리는 산소호흡을 한다.

뿌리 중에서 세근은 살아 있는 유세포로 구성되어 있으면서 세포분열을 왕성하게 하고, 무기염을 흡수하는데 APT를 소모하기 때문에 호흡량이 많다. 뿌리의 호흡량은 보통 나무 전체 호흡량의 8% 가량 된다.

▶즉, 세근에서 포도당의 소모량이 많다는 뜻이다.

 

세근의 90%이상이 표토 20cm 깊이 이내에 모여 있고, 굵은 뿌리만이 깊숙이 뻗는다.

나무에 복토를 하는 것은 산소공급을 막아서 나무에 크게 해로우며, 어떠한 경우에도 실시해서는 안된다. 부득이한 경우에는 자갈이나 왕모래와 같이 굵은 입자로 된 흙을 사용해야 한다.

낙우송이나 버드나무 같은 나무는 과습토양에서 잘 견디는데, 그 이유는 줄기에서 뿌리로 산소를 확산시키는 능력이 크거나 혹은 뿌리가 혐기성 호흡에 잘 견디기 때문이다. 특히 낙우송은 침수상태에서도 잘자라는데, 물에 잠긴 뿌리로부터 물 바깥쪽으로 호흡근을 보낸서 뿌리의 호흡을 돕는다.

 

뿌리가 장기간 물속에 침수되어 있을 때에는 뿌리에서 메탄가스와 에틸렌가스(생장억제 호르몬)이 발생, 지상부로 이동하여 잎의 황화현상을 유발하거나 상편생장으로 잎이 아래로 휘어 말려들어간다   

 

5-6-4. 특수환경에서의 호흡

 

1.공기 유통이 저조한 토양에서의 뿌리 호흡

뿌리가 호흡을 함으로서 없어지는 토양 속 산소는 공기중에 있는 산소로 채워진다.

그러나 답압, 복토, 높은 지하수위, 불투수층, 도로포장, 침수 상태가 되면 가스교환이 제대로 되지 않아 뿌리가 호흡을 못하게 된다.

잘못 실시하는 복토는 토양속에 산소 부족을 가져온다.

땅표면을 공기가 잘 통하지 않는 진흙으로 덮었을 때, 토양 속의 산소의 함량은 1%로 줄고, 이산화탄소는 20%로 증가한 반면, 복토가 되지 않은 토양은 산소가 18%, 이산화탄소가 2.5%로 정상적인 수치를 보였다.

저습지에서 잘자라는 수목은 토양중에 산소가 부족한 상태에서 적응하는 특수한 능력을 가지고 있다. 버드나무의 경우, 잎의 기공을 통해 들어온 산소가 뿌리까지 전달되면, 산소가 가지와 줄기의 피목을 통해서 들어와 뿌리로 전달되기도 한다.