46. 토양오염과 재배환경에서의 수분

- 토양오염

 

- 토양오염은 다음과 같다.

토양오염은 농업이 아닌 다른 산업부문에서 배출되는 오염물질이 농경지로 유입됨에 따라 발생하는 대기오염과 수질오염이 원인을 제공하는 경우가 있고, 농업 내부에서 비료·농약·제초제 등의 다량 투입으로 인하여 일어나기도 한다.

 

- 중금속 오염

오염 배출원은 금속 광산의 폐수, 정련 및 제련소의 분진, 금속공장의 폐수, 자동차의 배기가스, 배터리공장, 화력발전소 등이다.

 

[피해기구] 우려 또는 대책기준치 이상을 흡수하면 효소 단백의 금속이온과 치환하여 호흡작용이 저해되는 경우부터, 심한 경우에는 세포가 사멸한다.

 

1) 비소(As) : 논 토양에 비소의 함량이 10ppm을 넘으면 벼의 수량이 감소한다.

2) 구리(Cu) : 생육장해를 받으며, 벼보다 맥류가 더욱 민감하게 장해를 받는다.

3) 수은(Hg) : 사람의 몸에 축적되면 미나마타병(유기 수은에 의하여 발생하는 만성 공해병. 화학 공장에서 배출된 수은이 어패류에 농축되었을 때 이 어패류를 사람이 섭취하여 일으키는 중독으로, 팔다리 말초 신경의 지각 장애, 구심성 시야 협착, 언어 장애, 성장 억제, 신장 장애 따위의 증상이 나타나며 심한 경우에는 사망한다. 일본의 미나마타만 주변의 사람들에게서 처음 발병하였다고 하여 이러한 이름이 붙었다)이 나타난다.

4) 카드뮴(Cd) : 사람의 몸에 축적되면 이타이이타이병(등뼈, 손발, 관절이 아프고 뼈가 약해져 잘 부러지는 공해병. 카드뮴이 체내에 축적되어 일어난다. 일본 도야마현의 진즈가와 유역에서 처음 발생하였다. 이 병에 걸리면 ‘아프다 아프다’의 일본어 표현 ‘이타이 이타이’라고 말하며 고통을 호소하는 데서 병명이 유래하였다)이 나타난다.

 

[피해 대책] 작물이 중금속을 흡수할 수 없도록 불용화 상태(액체에 녹지 않는 상태)로 만든다.

 

1) 담수재배 및 환원물질 시용(토양 Eh 저하, 황화물화)

2) 석회질 비료의 시용(pH 상승 및 수산화물화)

3) 인산질 시용(인산화로 불용화)

4) 제올라이트(zeolite)·벤토나이트(bentonite) 등의 점토광물 시용(흡착에 의한 불용화)

5) 중금속류 다량 흡수 식물재배

 

- 염류장해

염류장해는 주로 시설재배에서 나타나는데, 연속적인 재배작물에서 시비한 비료 성분을 작물이 미처 이용하지 못하고 염류의 형태로 과도하게 토양에 집적하여 나타나는 장해이다.

 

[피해기구] 토양용액이 작물의 세포액 농도보다 높아서 작물이 양분과 수분을 흡수하지 못하고, 어린뿌리의 세포가 장해를 받아 지상부가 생육하지 못하여 고사한다.

 

[피해 대책] 사전대책으로 먼저 토양 중의 무기 영양분의 잔류량을 알아서 작물이 필요로 하는 비료 성분의 양을 계산한 후 시비하여 염류집적 현상이 나타나지 않도록 하는 시비 관리시스템을 세워 실시한다. 피해가 발생한 토양에는 관수하여 염류를 씻어내거나, 호밀과 같은 심근성(뿌리가 땅속 깊이 뻗어 가는 성질) 흡비작물(토양에서 유실될 비료 성분이나 좋지 않은 성분을 잘 흡수하는 작물. 비료분으로 쓰거나 염분, 오염 물질의 제거에 이용한다)을 비료를 주지 않고 재배하여 과도하게 집적된 염류를 제거한다.

(토양과 관련한 내용은 여기까지이다)

 

- 재배환경에서의 수분

 

- 작물의 흡수는 다음과 같다.

 

- 작물생육에 대한 수분의 기본역할

수분은 어느 물질보다도 작물체 내에 많이 함유되어 있고, 작물체의 2/3 이상을 구성하며, 작물생육에 대한 수분의 기본적 역할은 다음과 같다.

 

1) 식물체 구성물질의 성분이 된다.

2) 원형질의 생활상태를 유지한다.

3) 필요물질을 흡수할 때 용매가 된다.

4) 식물체 내의 물질 분포를 고르게 하는 매개체가 된다.

5) 필요물질의 합성·분해의 매개체가 된다.

6) 세포의 긴장 상태를 유지하여 식물의 체제 유지를 가능하게 한다.

 

- 수분퍼텐셜(중요한 개념이다)

1. 수분퍼텐셜의 개념

수분의 이동을 어떤 상태의 물이 지니는 화학퍼텐셜을 이용하여 설명하고자 도입된 개념으로, 작물생리학에서는 삼투압의 개념보다 수분퍼텐셜의 개념을 널리 사용한다. 즉, 물은 퍼텐셜에너지가 높은 곳에서 낮은 곳으로 이동하게 된다.

 

낮은 삼투압 ----(물)---> 높은 삼투압

높은 수분퍼텐셜 ----(물)---> 낮은 수분퍼텐셜

 

2. 수분퍼텐셜의 정의와 단위

수분퍼텐셜은 열역학에 기초를 두고 있으며, 어떤 조건에서 용액 중의 물의 화학퍼텐셜과 기준상태에서 순수한 물의 화학퍼텐셜과의 차를 물의 부분 몰 용적으로 나눈 값으로 정의되고, 수분퍼텐셜의 단위는 기압단위인 bar 또는 MPa 로 나타내는 것이 편리하다.

 

3. 수분퍼텐셜의 구성

ㄱ. 삼투퍼텐셜

삼투퍼텐셜은 용질의 농도에 따라 영향을 받는 물의 퍼텐셜에너지로 용질이 첨가될수록 감소하며 항상 음(-)의 값을 가진다.

ㄴ. 압력퍼텐셜

압력퍼텐셜은 식물세포 내에서 벽압이나 팽압의 결과로 생기는 정수압에 따른 퍼텐셜에너지이며, 식물세포에서는 일반적으로 양(+)의 값을 가진다.

 

ㄷ. 매트릭퍼텐셜

매트릭퍼텐셜은 교질물질과 식물세포의 표면에 대한 물의 흡착친화력에 의하여 나타나는 퍼텐셜에너지이며, 항상 음(-)의 값을 가지고, 토양의 수분포텐셜의 결정에 매우 중요하다.

 

4. 식물체 내의 수분퍼텐셜

1) 식물체 내의 수분퍼텐셜에는 매트릭퍼텐셜은 거의 영향을 미치지 않고 삼투퍼텐셜과 압력퍼텐셜이 좌우하므로 다음과 같이 간단히 표시할 수 있다.

2) 세포의 부피와 압력퍼텐셜이 변화함에 따라 삼투퍼텐셜과 수분퍼텐셜이 변화한다.

3) 압력퍼텐셜과 삼투퍼텐셜이 같으면 세포의 수분퍼텐셜이 0이 되므로 팽만 상태가 된다.

4) 수분퍼텐셜과 삼투퍼텐셜이 같으면 압력퍼텐셜이 0이 되므로 원형질 분리가 일어난다.

5) 수분퍼텐셜은 토양에서 가장 높고, 대기에서 가장 낮으며, 식물체 내에서는 중간의 값을 나타낸다. 따라서, 토양 -> 식물체 -> 대기로 이어지는 수분의 이동이 가능하게 된다.