고온·오존 복합 스트레스에 따른 소나무의 BVOCs 방출 반응

양해인1, 우수영1, 이종규2, 곽명자1*, 정효정1

(1서울시립대학교 환경원예학과, 2국립산림과학원 임목자원연구과)

BVOC emissions from Pinus densiflora Seedlings under Combined Elevated Temperature and Ozone Stress

Haein Yang1, Suyoung Woo1, Jongkyu Lee2, Myeongja Kwak1*, Hyocheng Cheng1

(1Department of Environmental Horticulture, University of Seoul,

2Department of Forest Bioresources, National Institute of Forest Science)

요약: 본 연구는 고온과 오존의 복합 스트레스가 소나무(Pinus densiflora) 유묘의 생리적 반응과 생물 유래 휘발성유기화합물(Biogenic Volatile Organic Compounds, BVOCs) 방출 특성에 미치는 영향을 규명하였다. 환경복합제어시설(Phytotron)에서 고온 및 고농도 오존 조건을 조성하고 GC-MS를 활용하여 소나무 유묘의 BVOCs 방출량을 정밀 측정하였다. 오존 단일 처리에서도 모노테르펜(Monoterpenes) 방출이 증가하였으며, 특히 고온과 오존의 복합 처리 조건에서는 방출 증가폭이 더욱 유의하게 상승하였다. 이러한 결과는 BVOCs 방출이 활성산소종(Reactive Oxygen Species)에 의한 산화 스트레스를 완화하고, 세포막 안정화에 기여하는 방어 반응으로 작용할 가능성을 나타낸다. 한편, 복합 스트레스 환경에 의해 증가한 BVOCs 방출은 식물 보호 측면에서는 긍정적 역할을 할 수 있으나, 대기 중에서는 질소산화물(Nitrogen Oxides)과 반응하여 지표 오존 및 2차 유기에어로졸(Secondary Organic Aerosols) 형성을 촉진할 수 있다. 따라서 산림 생리 반응과 대기 화학적 영향 간의 연계 평가가 필요하며, 본 연구는 기후변화 대응을 위한 산림·대기 관리 전략 수립의 기초 자료로 활용될 수 있다.

Abstract: This study investigated how combined high temperature and ozone (O3) stress affects physiological responses and biogenic volatile organic compound (BVOC) emissions in Korean red pine (Pinus densiflora) seedlings. Experimental treatments were established in a phytotron under elevated temperature and high ozone conditions, and BVOC emissions were quantified using gas chromatography-mass spectrometry (GC–MS). Monoterpene emissions increased under ozone-only exposure, whereas a significantly greater enhancement was observed under the combined temperature-ozone treatment. These results suggest that BVOC emissions may function as a protective response by alleviating oxidative stress induced by reactive oxygen species (ROS) and contributing to membrane stabilization. However, stress-induced increases in BVOC emissions may have contrasting implications for atmospheric chemistry, as BVOCs can react with nitrogen oxides (NOx) to promote the formation of ground-level ozone and secondary organic aerosols (SOA). Taken together, these findings highlight the need for integrated assessments linking forest physiological responses with atmospheric chemical processes, and provides fundamental information for developing forest management and air-quality strategies under future climate change scenarios.

Keywords: BVOCs, combined experiment, monoterpene emissions, oxidative stress, phytotron

Acknowledgment: This work was supported by the Ministry of Education of the Republic of Korea and the National Research Foundation of Korea (NRF-2021R1A2C2013068).