1. 물의 점성(Viscosity) 증가
온도가 낮아지면 물의 물리적 성질이 변합니다. 저항 증가: 온도가 내려가면 물의 점성이 높아져 '끈적'해집니다. 점성이 높아진 물은 토양 입자 사이를 이동하거나 뿌리 세포 내부로 흘러 들어가기가 더 어려워집니다. 이동성 저하: 물의 유동성이 떨어지면서 뿌리 표면까지 물이 도달하는 속도가 느려지고, 이는 곧 흡수량 감소로 이어집니다.
2. 뿌리 세포막의 투과성(Permeability) 감소
뿌리 세포의 경계면인 세포막은 주로 지질(지방) 성분으로 구성되어 있습니다. 유동성 저하: 온도가 낮아지면 세포막의 지질 성분이 굳어지면서 유동성이 떨어집니다. 이로 인해 물과 양분이 통과하는 통로인 '아쿠아포린(Aquaporin, 물 통로 단백질)' 등의 기능이 억제됩니다. 통로 수축: 세포막의 구조적 변화로 인해 외부 물질이 내부로 들어오는 문이 좁아지는 것과 같은 효과가 발생합니다.
3. 뿌리의 대사 활동 및 에너지(ATP) 생산 저하
수목의 양분 흡수는 에너지를 소모하는 '능동적 흡수' 과정을 포함합니다. 호흡 속도 감소: 토양 온도가 낮아지면 뿌리 세포 내 효소 활성이 떨어져 호흡 작용이 둔화됩니다. 에너지 부족: 호흡을 통해 생성되는 에너지(ATP) 양이 줄어들면, 에너지를 사용하여 양분을 빨아들이는 펌프 작용이 제대로 이루어지지 않아 흡수력이 급격히 떨어집니다.
4. 뿌리의 신장 및 생장 억제
뿌리는 계속해서 새로운 뿌리털을 만들어내며 흡수 면적을 넓혀야 합니다. 세포 분열 정지: 저온에서는 뿌리 끝의 세포 분열이 억제되어 새로운 뿌리의 발생이 줄어듭니다. 표면적 감소: 흡수 효율이 가장 좋은 미세근이나 뿌리털의 생장이 멈추면, 토양 속 수분과 접촉하는 면적이 줄어들어 전체적인 흡수력이 낮아집니다.
5. 양분의 용해도 및 이동성 감소
토양 내에 존재하는 비료 성분(양분)들의 물리적 상태도 변합니다. 용해도 저하: 온도가 낮으면 고체 상태의 양분이 물에 녹는 양(용해도)이 줄어듭니다. 확산 속도 저하: 양분이 농도가 높은 곳에서 낮은 곳(뿌리 쪽)으로 이동하는 확산 속도가 느려져 뿌리가 이용할 수 있는 양분이 부족해집니다.
요약
결과적으로 토양 온도가 낮아지면 물의 흐름은 뻑뻑해지고(점성 증가), 뿌리의 문은 닫히며(투과성 저하), 흡수할 에너지마저 부족해지는(대사 저하) 상태가 되기 때문에 수목의 흡수력이 크게 떨어지게 됩니다.
이러한 현상 때문에 겨울철이나 이른 봄, 지상부 온도는 올라가 증산 작용이 활발한데 토양 온도가 낮으면 뿌리에서 물을 제때 공급해주지 못해 수목이 말라 죽는 '동계 건조(Winter Desiccation)' 현상이 발생하기도 합니다.