내한성

1. 개요

내한성은 생물이 낮은 온도를 견디고 살아남는 능력을 의미하며, 생물의 분포 범위를 결정하는 중요한 요소이다. 식물의 경우, 겨울 동안 성장하거나 휴면 상태를 유지하는 능력을 의미하며, 내한성 구역에 따라 재배 가능 지역이 결정된다. 동물, 특히 열대 지역 이외의 생물은 동면과 같은 행동이나 생활사 중 특정 단계에서 월동하는 방식으로 추위에 적응한다. 원예에서는 내한성 구역 지도를 통해 식물의 생존 가능성을 판단하며, 재료, 특히 플라스틱의 경우 저온에서 충격 강도가 저하되는 특성을 평가하여 내한성을 측정한다.

2. 생물 일반

지구 표면에서 생물이 활동하고 생존하기에 너무 높은 온도는 드물지만, 매우 낮은 온도를 보이는 지역이나 겨울철에는 그러한 지역이 많다. 따라서 생물이 낮은 온도를 견디고 살아남을 수 있는 능력, 즉 내한성은 종종 그 생물의 분포 한계를 결정하는 중요한 요소이다. 예를 들어, 일본에서 생물 분포의 북방 한계는 그 생물의 내한성에 의존하는 경우가 많다. 분포 경계선 중 하나인 혼슈 남쪽 해안선은 백합을 비롯한 많은 남방계 생물의 분포 북쪽 한계와 일치하며, 연간 최저 기온이 -3.5°C인 선과 거의 일치한다.

열대계 생물에게는 동결이 큰 장벽이며, 서리가 내리는지 여부가 분포의 중요한 경계선이 되기도 한다.

열대 지역 이외의 서식지를 가진 생물은 겨울철에 특수한 방법이나 행동으로 대응하는데, 동면이 그 예이다. 또한, 생활사 중 특정 단계에서 월동하는 것이 일반적이다. 예를 들어 곤충은 성충이나 유충의 형태로 월동한다.

눈 속 채소는 스스로 얼지 않도록 당도를 높여 내한성을 향상시키는 것으로 알려져 있다.

2.1. 식물의 내한성

겨울 동안 성장하거나, 적어도 건강하고 휴면 상태를 유지하는 식물을 겨울-내한성 식물이라고 한다. 내한성 상록수 외에도, 여기에는 다양한 양배추 및 브로콜리 품종과 모든 종류의 당근을 포함한 많은 재배 식물이 포함된다. 튤립과 같은 일부 구근 식물은 개화를 위해 추운 겨울이 필요하지만, 프리지아와 같은 다른 식물은 영하의 겨울을 견딜 수 있다. 많은 재배 식물은 생존할 수 있는 기후를 명시하는 내한성 구역이 지정되어 있다. 겨울 정원은 겨울-내한성 식물의 재배에 달려 있다.

목본 식물은 살아있는 세포 내에서 얼음 형성을 억제하거나, 얼음 형성에 영향을 받지 않는 식물 부분에서 물이 얼도록 허용함으로써 저온 환경에서 살아남는다. 목본 식물이 -40 °C (-40 °F)까지 생존하는 일반적인 메커니즘은 과냉각이다. 더 낮은 온도에서 생존하는 목본 식물은 세포를 탈수시켜 물이 세포벽과 세포 사이에 얼도록 하여 생존한다. 일반적으로 내한성이 강하다고 여겨지는 식물이라도 이러한 메커니즘을 사용할 수 없는 경우 쉽게 적응하지 못하면 동해를 입어 생존하지 못할 수 있다. 콜로반투스 키텐시스와 같이 남극 대륙에 서식하는 식물처럼 연중 동결 온도를 견딜 수 있는 식물도 있다.

다양한 내한성 등급이 발표되고 있다. 미국에서는 평균 연 최저 기온을 기준으로 한 미국 농무부(USDA)의 내한성 구역 시스템이 가장 널리 사용된다. 이 시스템은 뜨거운 사막에서 얼어붙은 툰드라까지 미국 내 매우 다양한 기후 조건을 위해 특별히 개발되었다. 또 다른 일반적으로 사용되는 시스템은 선셋 기후 구역 시스템이다. 이 시스템은 기후(즉, 강수량, 온도 및 습도 기반)에 훨씬 더 특화되어 있으며 연간 최저 기온에 덜 의존적이다.

반면 영국과 서유럽은 해양성 기후를 가지고 있으며, 걸프 스트림의 영향으로 온도 범위가 더 좁다. 이로 인해 서부 스코틀랜드와 같은 지역은 아열대 기후 지역보다 훨씬 북쪽에 위치해 있음에도 불구하고 비교적 온화한 겨울 조건과 시원한 여름을 경험하여 일부 아열대 식물을 재배할 수 있다. 왕립 원예 협회는 영국에 적용할 수 있는 내한성 등급 세트를 발표했다. 등급은 H1a에서 H7까지이다. H1a, 15°C보다 높은 등급은 열이 가해지는 온실에서 영구적으로 자라는 열대 식물에 적용되는 반면, H7보다 낮은 등급은 헤더와 같이 매우 추위에 강한 식물에 적용된다. 영국의 대부분의 야외 식물은 H4, -10°C 에서 -5°C (평균 겨울에 강함)에서 H5, -15°C 에서 -10°C (추운 겨울에 강함) 범위에 속한다. 또한 영국의 평균 최저 기온은 미국 북부의 평균 최저 기온보다 훨씬 따뜻한 반면, 미국 북부의 평균 최고 기온은 여름에 영국의 평균 최고 기온보다 훨씬 더 따뜻한 경우가 많다.

내한성 외에도, 식물의 내한성은 특정 식물이 겨울 동안 겪는 스트레스의 정도, 심지어 특정 해의 추운 날씨의 시작 속도와도 관련이 있는 것으로 관찰되었다. 즉, 스트레스를 받는 식물은 잘 관리된 식물보다 내한성이 떨어지는 경우가 많다. 또한 겨울이 온화한 날씨에서 갑작스럽게 매우 추운 날씨로 바뀌면 식물이 죽을 수도 있다.

내한성 식물은 일반적으로 다양한 극한 온도(추위와 더위 모두), 혹독한 환경, 불량하거나 침식된 토양을 견딜 수 있는 식물로 알려져 있으며, 밀크위드와 크레인스빌 등이 있다. 이러한 식물은 유지 보수가 거의 또는 전혀 필요하지 않아 경제적으로 유리하다.

2.2. 동물의 내한성

지구 표면에서는 생물의 활동과 생존에 너무 높은 온도는 거의 없다. 그러나 너무 낮은 지역, 또는 겨울에 그렇게 되는 지역은 상당히 많다. 따라서 그 온도를 견디고 살아남을 수 있는지, 즉 내한성은 종종 그 생물의 분포의 한계를 결정하는 중요한 요소이다. 예를 들어, 일본에서의 생물 분포는 북쪽 한계가 그 생물의 내한성에 의존하는 예가 많다. 분포 경계선 중 하나인 혼슈 남쪽 해안선은 백합을 비롯한 많은 남방계 생물의 분포 북쪽 한계와 일치하며, 연간 최저 기온이 -3.5°C인 선과 거의 일치한다.

또한 열대계 생물에서는 동결이 하나의 큰 장벽이며, 서리가 내리는지 여부가 큰 분포의 경계가 되기도 한다.

열대 지역 이외의 서식지를 가진 생물은, 겨울에 특수한 방법이나 행동으로 대응하는 것이 많으며, 예를 들어 동면이 그 예이다. 또한, 생활사 중 특정 단계에서 월동을 하는 것이 일반적이다. 예를 들어 곤충에서는 성충 월동 또는 유충 월동 등의 용어가 있다.

눈 속 채소는 스스로가 얼지 않도록 당도를 높여 내한성을 향상시키는 것으로 알려져 있다.

2.3. 기타 생물의 내한성

일본에서 생물의 분포는 북쪽 한계가 그 생물의 내한성에 의존하는 예가 많다. 분포 경계선 중 하나인 혼슈 남쪽 해안선은 백합을 비롯한 많은 남방계 생물의 분포 북쪽 한계와 일치하며, 연간 최저 기온이 -3.5℃인 선과 거의 일치한다.

또한 열대계 생물에서는 동결이 하나의 큰 장벽이며, 서리가 내리는지 여부가 큰 분포의 경계가 되기도 한다.

열대 지역 이외의 서식지를 가진 생물은 겨울에 특수한 방법이나 행동으로 대응하는 경우가 많은데, 동면이 그 예이다. 또한, 생활사 중 특정 단계에서 월동을 하는 것이 일반적이다. 예를 들어 곤충에서는 성충 월동 또는 유충 월동 등의 용어가 있다.

눈 속 채소는 스스로 얼지 않도록 당도를 높여 내한성을 향상시키는 것으로 알려져 있다.

3. 원예

겨울-내한성 식물은 겨울 동안 성장하거나, 적어도 건강하고 휴면 상태를 유지한다. 내한성 상록수 외에도, 양배추, 브로콜리, 당근 등 다양한 재배 식물이 이에 포함된다. 튤립과 같은 일부 구근 식물은 개화를 위해 추운 겨울이 필요하지만, 프리지아와 같이 영하의 겨울을 견딜 수 있는 식물도 있다. 많은 재배 식물은 생존 가능한 기후를 나타내는 내한성 구역이 지정되어 있다. 겨울 정원은 겨울-내한성 식물을 이용해 조성한다.

내한성 식물은 극한 온도(추위와 더위), 혹독한 환경, 불량하거나 침식된 토양에서도 잘 자라며, 밀크위드와 크레인스빌 등이 대표적이다. 이러한 식물들은 유지 보수가 거의 필요하지 않아 경제적이다.

3.1. 내한성 구역

미국에서는 평균 연 최저 기온을 기준으로 한 미국 농무부(USDA)의 내한성 구역 시스템이 가장 널리 사용된다. 이 시스템은 뜨거운 사막에서 얼어붙은 툰드라까지 미국 내 매우 다양한 기후 조건을 위해 특별히 개발되었다. 또 다른 일반적으로 사용되는 시스템은 선셋 기후 구역 시스템이다. 이 시스템은 강수량, 온도 및 습도 기반의 기후에 훨씬 더 특화되어 있으며 연간 최저 기온에 덜 의존적이다.

반면 영국과 서유럽은 걸프 스트림의 영향으로 해양성 기후를 띄며, 온도 범위가 더 좁다. 이로 인해 서부 스코틀랜드와 같은 지역은 아열대 기후 지역보다 훨씬 북쪽에 위치해 있음에도 불구하고 비교적 온화한 겨울 조건과 시원한 여름을 경험하여 일부 아열대 식물을 재배할 수 있다. 왕립 원예 협회는 영국에 적용할 수 있는 내한성 등급 세트를 발표했다. 등급은 H1a에서 H7까지이다. H1a (15°C 이상) 등급은 열이 가해지는 온실에서 영구적으로 자라는 열대 식물에 적용되는 반면, H7 (-20°C 이하) 등급은 헤더와 같이 매우 추위에 강한 식물에 적용된다. 영국의 대부분의 야외 식물은 H4 (-10-5, 평균 겨울에 강함)에서 H5 (-15-10, 추운 겨울에 강함) 범위에 속한다. 또한 영국의 평균 최저 기온은 미국 북부의 평균 최저 기온보다 훨씬 따뜻한 반면, 미국 북부의 평균 최고 기온은 여름에 영국의 평균 최고 기온보다 훨씬 더 따뜻한 경우가 많다.

내한성 외에도, 식물의 내한성은 특정 식물이 겨울 동안 겪는 스트레스의 정도, 심지어 특정 해의 추운 날씨의 시작 속도와도 관련이 있는 것으로 관찰되었다. 즉, 스트레스를 받는 식물은 잘 관리된 식물보다 내한성이 떨어지는 경우가 많다. 또한 겨울이 온화한 날씨에서 갑작스럽게 매우 추운 날씨로 바뀌면 식물이 죽을 수도 있다.

국토가 북극권의 알래스카에서 아열대의 하와이까지 뻗어 있는 미국에서는, 대부분의 원예 서적에 내한성 구역(hardiness zone)이라고 하는, 11단계로 색상 구분된 지도가 실려 있으며, 각각의 식물에도 그 숫자가 표기되어 있다. 가장 추위에 강한 구역 1은 -40℃까지 견딜 수 있으며, 구역 11은 +4℃까지밖에 견딜 수 없다.

일본에서는, 인구의 대부분이 수도권, 긴키 지방 및 주쿄권과 기후가 매우 유사한 지역에 살고 있기 때문에, 도쿄의 겨울 추위를 기준으로, 노지에서 충분히 월동할 수 있는 것을 내한성, 서리 방지나 난방이 있는 실내로 들여놓아야 월동할 수 있는 것을 반내한성, 본격적인 온실이 없으면 월동할 수 없는 것을 비내한성이라고 부른다.

3.2. 내한성 재배 기술

겨울-내한성 식물은 겨울 동안 성장하거나, 적어도 건강하고 휴면 상태를 유지한다. 내한성 상록수 외에도, 여기에는 다양한 양배추 및 브로콜리 품종과 모든 종류의 당근을 포함한 많은 재배 식물이 포함된다. 일부 구근 식물, 예를 들어 튤립은 개화를 위해 추운 겨울이 필요하지만, 프리지아와 같은 다른 식물은 영하의 겨울을 견딜 수 있다. 많은 재배 식물은 생존할 수 있는 기후를 명시하는 내한성 구역이 지정되어 있다. 겨울 정원은 겨울-내한성 식물의 재배에 달려 있다.

내한성 식물은 일반적으로 다양한 극한 온도(추위와 더위 모두), 혹독한 환경, 불량하거나 침식된 토양을 견딜 수 있는 식물로 알려져 있으며, 밀크위드와 크레인스빌 등이 있으며, 유지 보수가 거의 또는 전혀 필요하지 않아 경제적으로 유리하다.

일본에서는 인구의 대부분이 수도권, 긴키 지방 및 주쿄권과 기후가 매우 유사한 지역에 살고 있기 때문에, 도쿄의 겨울 추위를 기준으로 노지에서 충분히 월동할 수 있는 것을 내한성, 서리 방지나 난방이 있는 실내로 들여놓아야 월동할 수 있는 것을 반내한성, 본격적인 온실이 없으면 월동할 수 없는 것을 비내한성이라고 부른다.

4. 재료의 내한성

플라스틱은 성형 재료로서 일반적으로 유리 전이 온도 이하에서는 내충격성이 저하되어 부서지기 쉬운 경향이 있으며, 유리 전이점은 합성 수지의 종류에 따라 다르다. 플라스틱의 내한성은 내열성 평가와 마찬가지로, 기계적 변형이나 아이조드 충격 시험을 통해 측정된다. 이들은 UL의 온도 인덱스 시험이나 JIS K7216(플라스틱 취화 온도 시험 방법)으로 규정된다.

4.1. 합성 수지의 내한성

플라스틱은 성형 재료로서 일반적으로 유리 전이 온도 이하의 온도에서는 내충격성이 저하되어 부서지기 쉬운 경향이 있다. 유리 전이점은 합성 수지의 종류에 따라서도 다르다.

플라스틱의 내한성은 내열성 평가와 마찬가지로, 주로 기계적 변형(굽힘·휨) 측정이나 아이조드 충격 시험을 상온과 저온에서 각각 측정하여 특성치의 비교나 보존율(%)로 나타낸다. 이들은 UL의 온도 인덱스 시험이나 JIS K7216(플라스틱 취화 온도 시험 방법)으로 규정된다.