4.3 증산작용과 기공 개폐

4.3 증산작용과 기공 개폐

– 수목이 물을 날리고, 기공을 여닫는 이유

수목은 뿌리로 물을 흡수하지만, 그중 95% 이상을 공기 중으로 날려버리는 작용,
바로 이것이 증산작용(Transpiration)입니다.

표면적으로는 수분 손실처럼 보이지만, 실제로는 수목이 수분 순환, 냉각, 영양 수송, 생리 조절을 위해 선택한
능동적 생존 전략입니다.

이 모든 과정은 수목 잎에 있는 기공(stomata)의 개폐 운동에 의해 조절됩니다.

1. 증산작용이란?

증산작용은 식물 잎의 기공을 통해 수분이 수증기 형태로 대기로 증발되는 생리 작용입니다.

• 수분은 물관(xylem)을 따라 뿌리에서 잎까지 이동한 뒤
• 기공을 통해 기화되어 날아갑니다.
• 이 과정은 에너지를 소모하지 않지만, 강력한 수분 이동력과 냉각 효과를 제공합니다.

 

증산의 주요 역할

기능	설명
수분 순환	뿌리에서 물을 계속 끌어올릴 수 있게 함
냉각 작용	수분 기화 시 온도 저하 → 잎 온도 조절
무기양분 수송	뿌리에서 흡수한 무기질이 잎으로 이동 가능
수분 퍼텐셜 유지	체내 물기둥 유지 → 생리 작용 안정화

 

수목은 몸체가 크기 때문에 증산작용을 많이 합니다. 

한 그루의 고립된 성목이 200~400리터의 물을 잃어버리는데, 이는 흡수한 물의 95%에 해당됩니다. 
증산작용을 함으로써 식물 내 수분이동이 가능하며, 수액의 이동속도나 토양으로부터의 수분흡수 속도가 증산작용 속도에 따라 결정되기 때문입니다. 

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2. 기공(Stomata)의 구조와 기능

기공은 잎의 표피에 위치한 작은 틈으로, 두 개의 공변세포(guard cells)로 이루어져 있으며
기체 교환(CO₂ 흡수 / O₂, H₂O 방출)을 조절합니다.

• 광합성 시에는 기공을 열어 CO₂ 흡수
• 수분 부족이나 고온 시에는 기공을 닫아 수분 손실 억제
• 무기염의 흡수와 이동이 증산작용으로 촉진되며, 무기염은 도관을 타고 수분과 함께 위쪽으로 올라갑니다. 
• 증산작용은 잎의 온도를 낮추어집니다. 물의 높은 기화열 때문에 온도가 낮아집니다. 

기공의 열림과 닫힘은 공변세포 내 삼투압 조절을 통해 이루어집니다.

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3. 기공 개폐의 조절 원리

기공은 빛, 온도, 습도, CO₂ 농도, 수분 상태 등에 따라 실시간으로 개폐되며, 이는 공변세포의 팽압 변화로 설명됩니다.

고산지대로 갈수록 기압이 낮아져 이산화탄소의 농도가 줄어드는데 기공의 밀도는 늘어나는 경향이 있습니다. 

기공이 열릴 때

• 햇빛이 비치고 광합성이 시작되면
• 공변세포가 K⁺ 이온을 흡수해 삼투압이 증가 (칼륨 펌프)
• 물이 유입되어 세포 팽창 → 기공 열림 → CO₂ 흡수 시작, 증산 작용 활발

기공이 닫힐 때

• 수분 부족, 고온, 야간, CO₂ 농도 상승 등
• K⁺ 이온이 배출 → 삼투압 저하
• 수분이 빠져나가면서 세포 수축 → 기공 닫힘 → 수분 손실 억제, 증산 중지

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4. 수목의 기공 반응 특징

조건	기공 반응	생리적 목적
낮 (빛 있음)	개방	광합성 활성화
밤 (빛 없음)	폐쇄	수분 보존
고온 건조	부분 또는 완전 폐쇄	수분 손실 최소화
습도 높음	개방 지속	증산 필요 적음
수분 부족	조기 폐쇄	탈수 방지
CO₂ 농도 높음	폐쇄 유도	과도한 증산 억제

 

이산화탄소 농도가 낮으면 기공이 열리고, 높으면 기공이 닫힙니다. 
이때 기공에 영향을 주는 이산화탄소 농도는 대기 중의 CO₂가 아니라, 엽육조직의 세포간극에 있는 CO₂농도를 말합니다. 

야간이라도 CO₂가 전혀없는 공기를 불어넣어주면 기공이 열립니다. 

 

온도가 높아지면(30~35℃) 기공이 닫히는데, 이는 수분 스트레스가 커지거나 혹은 호흡작용이 높아짐으로써 잎 속의 이산화탄소 농도가 증가하여 간접적으로 나타나는 현상입니다. 

 

 

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 5. 실무 적용: 조경 및 수종 선택

 도시 조경

• 열섬 지역 → 고온 시 기공 조기 폐쇄로 수분 손실 최소화 가능한 수종 필요
  
  
  

  수종	특징
  은행나무	기공 반응성 뛰어나고 공해 저항성 높음, 도시 가로수에 적합
  소나무류(소나무, 해송 등)	침엽, 기공 밀도 낮고 증산량 낮음, 고온·건조에 강함
  회화나무	내염성 + 고온 내성 우수, 도심 열섬에 적합
  단풍나무 일부(털단풍 등)	기공 조절 능력 우수, 증산 반응 빠름
  팽나무	잎이 작고 질감이 두꺼워 수분 증발량 적음

   
• 강풍 지역 → 기공 밀도 낮고 증산 저항 높은 수종 활용
  
  
  

  수종	특징
  소나무류(잣나무, 곰솔 등)	잎이 단단하고 침엽 형태 → 증산 저항성 매우 높음
  측백나무	잎이 겹겹이 덮여 있어 수분 손실 적음, 바람에 강함
  이팝나무	두꺼운 잎 조직 + 기공 밀도 낮아 바람에도 안정적
  산딸나무	내풍성 좋고 기공 조절 능력 우수
  감나무	기공이 잎 뒷면에 주로 분포 → 증산 조절 유리

   

• 수종별 기공 반응성 차이
  
  

  수종	특징
  소나무류	기공 수 적고, 잎 표면 밀랍층 발달 → 증산 저항 높음
  버즘나무	증산량 높고 성장 빠름 → 건조지 부적합
  은행나무	기공 반응 민감 → 기후 변화 적응성 우수

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수목에게 증산작용은 단순한 수분 손실이 아닌, 생리 균형을 위한 필수 조절 시스템입니다.

• 잎에서는 기공을 통해 CO₂를 들이고, 물을 날려보내며, 온도를 조절합니다.
• 뿌리에서는 기공의 움직임에 따라 수분 공급 속도를 조절합니다.

이처럼 기공 개폐와 증산작용은 나무 전체의 생리 흐름을 연결하는 핵심 장치로, 수목의 생존력, 생장속도, 스트레스 저항성까지 좌우합니다.