나무 밑 잔디 고사원인과 대책

 

 

2. 식물의 타감작용

■ 식물의 생존경쟁과 타감물질

식물은 동물과 달리 이동하지 못하고 한 장소에서 일생을 마친다. 그래서 식물 상호간에는 한정된 토지 안에서 생육을 위한 공간경쟁이 일어나고 햇빛과 물 그리고 영양분을 두고 경쟁하게 된다.

 

생존의 경쟁력을 높이기 위해서는 다른 식물들이 자신의 생육영역 내에 접근해서는 안 될 것이고, 이를 위해서는 자신을 제외한 다른 모든 식물의 발아와 생장이 억제되어야만 한다. 또한 자신의 잎과 줄기를 뜯어먹거나 병들게 하는 해충이나 병원균의 공격도 방어해야 한다. 식물은 이 모든 경쟁억제와 공격방어를 위하여 타감물질(allelochemicals)이라고 하는 화학물질을 발산하여 상대의 생육을 억제하는데, 이 현상을 타감작용(他感作用, allelopathy), 원격작용(遠隔作用) 또는 식물 간 화학적 상호작용이라고 한다. 그러므로 allelopathy란 하나의 생물체에 의해 또 다른 생물체가 받는 화학적 억제작용이다.

 

그런데, 식물이 배출한 타감물질은 땅속에 계속 축적됨으로써 자기 스스로도 이 물질 때문에 생육이 억제되는 경우가 있다. 이러한 현상을 자가중독(autotoxicity)이라고 하는데, 해바라기와 개망초류는 자신이 발산한 물질 때문에 성장과 발아가 저해된다고 한다. 토마토와 가지, 복숭아나무는 같은 토지에 계속 연작하면 수확량이 줄어드는 연작장해 현상이 일어나는데, 이 또한 타감작용이 관여하는 것으로 보고 있다.

 

Allelopathy(타감작용)란 독일의 식물학자 Hans Molisch(1856～1937)가 그의 논문에서「Allelopatie」라는 용어를 사용한데서 비롯되었는데, 라틴어의 서로, 각각을 뜻하는'allelon'과 공격을 뜻하는'pathos'의 합성어이다.

Allelopathy 현상은 식물의 물질대사 산물 즉, Allelochemicals(타감물질)에 의한다. 식물의 대사물질에는 1차대사에 따른 1차대사물질과 2차대사에 따른 2차대사물질이 있다. 1차대사물질은 생명유지의 기본인 당(sugars), 지방산(fatty acid), 아미노산(amino acids), 단백질(protein) 등이고, 2차대사물질이란 생명유지에 필수적이지는 않지만 생리대사 촉진, 외부침입으로부터의 보호, 자신의 생활영역 확보를 위하여 생합성되는 물질들이다.

 

알렐로캐미칼은 유기산(organic acids), 알데히드(aldehydes), 방향성 산(aromatic acids), 불포화 락톤(unsaturated lactones), 코우마린(coumarins), 퀴논(quinones), 플라보노이드(flavonoids), 탄닌(tannins), 알칼로이드(alkaloids), 터페노이드(terpenoids), 스테로이드(steroids) 등의 2차대사물질로서 잎, 줄기(수피), 꽃(화분), 과실(종자), 뿌리, 지하경 등에 함유하면서 다른 식물의 생육장해, 병원균 공격에 대한 방어작용을 한다.

 

 

■ 타감물질 피톤치드

Phytoncide(피톤치드)란 용어는 1943년 러시아계 미국 학자 S. A. Waksman이 처음 사용한 말로서 '식물의'라는 phyton과 '죽이다'라는 cide의 합성어로서「식물이 분비하는 항균물질」이란 뜻이다.

 

피톤치드(phytoncide)는 테르펜, 페놀 화합물, 알칼로이드 등 식물이 발산하는 2차대사물질로서 항균성 물질의 총칭이다. 식물은 자신에게 피해를 주는 세균, 곰팡이 등의 병원균이나 해충의 접근을 막는 테르펜(terpene)계의 휘발성 정유물질 피톤치드를 분비한다.

 

소나무는 상처가 나면 송진이 상처부위를 막으며, 병원균이 침입하면 항생물질인 피토알렉신(phytoalexin)을 만들어 몸을 방어한다. 이처럼 식물은 병원균으로부터 공격을 받거나 불량한 환경에 놓였을 때 자신을 방어하기 위하여 피토알렉신(phytoalexin)을, 자외선으로부터 자신을 보호하거나 수분 매개곤충을 유인하는 카로티노이드(carotenoid)와 플라보노이드(flavonoid) 등의 색소성분을, 기타 자신의 영역확보를 위하여 에틸렌(ethylene), 알칼로이드(alkaloid), 터페노이드(terpenoids), 탄닌(tannin), 불포화 락톤(unsaturated lactone), 페놀(phenol) 등의 여러 타감물질(allelochemicals)을 생성 발산한다. 즉, 건전한 고등식물이 갖는 항균성 물질을 피톤치드(phytoncide)라 하고, 건전한 조직에는 거의 들어 있지 않으나 병원균이 침입했을 때 침입자의 발육을 저지하기 위해 식물이 분비하는 보다 강력한 항균성 물질을 피토알렉신(phytoalexin)이라고 한다.

 

피톤치드는 인공합성이 불가능한 천연항균성 물질로서 모든 식물의 잎, 줄기, 뿌리 등에서 분비되는 이른바, 사람에게는 독성이 전무하면서도 항균, 방충, 공기정화 등의 기능이 있는 일종의 공기정화물질이라 할 수 있다. 우리가 숲속에 들어가면 시원한 향기를 느낄 수 있는 것도 피톤치드 때문이다.

 

모든 식물이 함유하고 있은 항균성 물질 피톤치드는 초본류보다는 목본류에서 발생이 많고, 목본류에서는 활엽수 보다 침엽수에서 발생이 많다. 침엽수류 중에서는 편백나무가 가장 많이 발생하고 그 다음으로 구상나무, 삼나무, 화백, 전나무, 잣나무, 향나무, 소나무, 측백나무, 리기다소나무 순이라고 한다.

 

표1. 주요 수종의 피톤치드 발생량. 단위: ㎖/100g (박, 1991)

 

 

■ 수목의 타감작용

소나무 밑에는 다른 식물들이 자라지 못한다. 자신의 생장영역권 안에서는 다른 식물의 씨앗은 물론이고 자신의 씨앗마저 자라지 못하는데, 이것은 뿌리에서 갈로탄닌(gallotannin)이라는 화학물질을 분비하기 때문이다.

 

그러나 자신의 영역권일지라도 피해를 주지 않는 소나무들과는 이웃하여 생장하면서 군락을 이루어 다른 식물의 침입을 차단한다. 또한 자신에게 피해를 주지 않는 김이털, 억새, 개솔새, 그늘사초, 삽주와 같은 초본류 및 진달래와는 공존한다. 하지만 그 외 다수의 식물들은 철저히 억제당하기 때문에 소나무 밑에서는 활엽수류에서 볼 수 있는 다양한 하층식생을 볼 수가 없다.

 

반면, 단풍나무 밑에는 어린 단풍나무 묘목이 무수히 자라는 것을 볼 수 있다. 이 또한 타감작용 때문인데, 뉴욕 콜게이트 대학(Colgate Univ.) 프랭크 프레이(Frey) 등(2005)의 연구에 의하면「가을에 빨간 단풍잎이 떨어지면 안토시아닌(anthocyanin) 성분이 흘러나와 땅속으로 스며들면서 다른 수종의 생장을 막아 이듬해 봄 어린 단풍나무 묘목들만 자랄 수 있게 된다.」는 것이다.

 

 

사진5. 소나무 근권 잔디고사

사진6. 잣나무, 단풍나무 근권 잔디고사

 

 

소나무와 단풍나무의 상반되는 이러한 현상은 골프장에서 흔히 볼 수 있다. 종자가 발아하여 자라고 있는 두 어린나무의 위치를 살펴보면, 소나무 묘목은 어미나무에서 조금 떨어져 어미의 영향력이 약하거나 미치지 않는 거리에서 자라고 있다. 반면, 단풍나무는 어미나무 바로 밑에서도 잘 자라고 있음을 볼 수 있다. 소나무는 양수의 성질을 가지고 있어 햇빛요구도가 높은 수종이긴 하지만, 독립수로 식재되어 햇빛이 차단되지 않음에도 이와 같은 현상이 일어난다.

 

타감물질은 뿌리를 통한 토양으로의 분비, 잎이나 화분을 통한 공기 중으로의 배출, 잎과 수피에서 나오는 저해물질이 빗물에 의해 토양 속으로 스며들고, 낙엽 낙지(落枝)형태로도 배출된다. 배출된 타감물질은 경쟁상대인 주변식물의 세포분열 및 신장억제, 유기산합성 저해, 호르몬 작용 교란, 효소작용 저해 등으로 발아와 생장에 악영향을 준다.

 

화분을 통해서도 타감물질을 배출한다. 소나무 화분은 다른 식물의 암술머리에 부착하여 그 식물의 화분관 발아와 생성을 방해함으로써 수분불량을 일으켜 과실의 형성을 억제한다. 또 화분에 함유된 페놀계 화합물은 달맞이꽃 종자발아를 지연시키고 비름, 망초, 차풀 등의 유근생장을 억제하는 것으로 연구되었다.