47. 작물의 수분 흡수 및 요수량

- 작물의 수분 흡수 및 요수량

 

- 작물의 흡수는 다음과 같다(2).

 

- 흡수의 기구

식물세포의 원형질막(세포질을 둘러싸고 있는 막. 인지질 이중 층 안에 단백질 분자가 삽입되어 있거나 붙어 있는 구조이나, 물질을 선택적으로 투과하고 운반하며 외부의 신호를 감지하는 등 세포의 기능 유지에 필수적인 구조이다)은 인지질(분자 안에 인산 에스터를 가진 복합 지질. 거의 모든 생물의 조직 속에 들어 있으며, 신경 전달이나 효소계의 조절 작용에 중요한 역할을 한다)로 된 반투막이며, 외액이 세포액보다 농도가 낮을 때에는 외액의 수분 농도가 세포액보다 높은 결과가 되므로, 외액의 수분이 반투성인 원형질막을 통하여 세포 속으로 확산해 들어가는데, 이를 ‘삼투’라 하고, 내·외액 간의 농도 차로 인하여 삼투를 일으키는 압력을 ‘삼투압’이라고 한다. 삼투로 세포 내에 수분이 많아지면 세포의 크기를 키우려는 압력이 생기는데, 이 압력을 ‘팽압’이라고 한다. 팽압은 식물의 체제유지를 가능하게 한다. 팽압 때문에 세포막이 늘어나면 세포막에 탄력이 생겨 다시 안쪽으로 수축하려는 압력이 생기는데, 이를 ‘막압’이라고 한다.

 

삼투압은 세포 내로 수분이 들어가는 압력이고, 막압은 세포 외로 수분을 배출하는 압력으로 볼 수 있으므로, 실제의 흡수는 삼투압이 막압보다 높을 때 이루어지는데, 이를 ‘흡수압’ 또는 ‘DPD(diffusion pressure deficit, 확산압차)’라고 한다.

 

그런데 작물의 뿌리는 실제로 토양의 용액으로부터 수분을 흡수하는데, 이때 토양의 수분보류력은 작물의 수분흡수에 저항하는 작용을 한다. 그리고 토양용액 자체의 삼투압도 작물의 수분흡수에 저항하는 작용을 한다.

 

토양의 수분보류력과 토양용액의 삼투압을 합친 것을 ‘SMS(soil moisture stress)’ 또는 DPD’(DPD 다음에 어퍼스트로피를 붙인 것)라고 하는데, 작물 뿌리가 토양으로부터 수분을 흡수하는 것은 DPD와 SMS 사이의 압력의 차이로써 이루어진다.

식물의 조직 내의 세포들 사이에서도 서로 DPD의 차이가 있는데, 이를 ‘DPDD(diffusion pressure deficit difference, 확산압차구배)’라고 하며, 세포들 사이의 수분이동은 이에 따라 이루어진다.

 

세포가 최대로 수분을 흡수하면 삼투압과 막압이 같아서 흡수압(DPD)이 0이 되는 상태에 도달하게 되는데, 이 상태를 ‘팽만상태’라고 한다.

 

한편, 외액의 농도가 세포액보다 높아질 때에는(세포액의 수분농도가 외액보다 높아질 때) 세포액의 수분이 외액으로 스며나가 원형질이 수축하고 세포막에서 분리하게 되는데, 이를 ‘원형질분리’라고 한다.

 

증산이 왕성할 때는 물관 내의 DPD가 주위의 세포보다 극히 커지고, 따라서 조직 내의 DPDD를 극히 크게 하여 흡수를 왕성하게 하며, 증산이 활발하지 않을 때보다 10~100배의 흡수를 한다. 이와 같은 물관 내의 부압에 의한 흡수를 ‘수동적 흡수’라 하고, 앞에서 설명한 세포의 삼투압에 기인하는 흡수를 ‘적극적 흡수’라고 한다.

 

수세미 외의 줄기를 절단하면 절구(절단면을 뜻하는 것 같다..)에서 수분이 솟아 나오는 소위 ‘일비현상(식물 줄기를 절단하거나 도관부에 구멍을 내면 절단 부위에서 다량의 수액이 배출되는 현상. 절단 부위에서 물이 배출되는 것은 수액이 새어 나오는 것이 아니라 내부의 높은 압력으로 물이 빠져나오는 것이다. 이 내부 압력은 근압에서 유래한다. 일비 현상은 수분 흡수가 왕성하고, 증산이 억제되는 조건에서 많이 일어나므로 대개의 수목은 이른 봄 싹트기 전에 일비액을 가장 많이 배출한다)’이 생기는데, 이는 뿌리 세포의 흡수압, 즉 근압에 의하여 생기며, 적극적 흡수의 일종이다. 또한, 적극적 흡수에는 비삼투적 흡수도 있는데, 이는 대사에너지를 소비하여 물관 주위의 세포들로부터 물관으로 수분이 비삼투적으로 배출되는 현상이다.

 

물은 수분퍼텐셜이 높은 곳으로부터 낮은 곳으로 이동하며, 두 곳의 수분퍼텐셜이 같아서 그 낙차가 0이 되어 수분의 평형상태에 도달하면 이동이 멎는다. 수분퍼텐셜은 용질의 농도가 높거나 또는 압력과 온도가 낮아지면 감소한다. 수분흡수는 뿌리 표면에 접해 있는 토양과 뿌리 내부의 물관부 사이에 수분퍼텐셜의 기울기가 생겨서 일어난다.

 

- 근계의 발달과 흡수

토양수분은 강수나 관개로 보급되지만 항시적으로는 모관현상에 의하여 유효수분이 이동하는데, 이를 ‘모관조정작용’이라고 한다. 그러나 작물의 수분흡수는 수분의 이동속도나 거리보다 근계·뿌리털의 발달에 의존하는 바가 더욱 크다고 한다. 그리고 작물 뿌리의 지하분포는 최대 2m 깊이까지 이른다.

 

- 작물의 요수량은 다음과 같다.

 

- 요수량의 뜻

작물의 건물 1g을 생산하는 데 소비된 수분량(g)을 ‘요수량’이라고 한다. 그리고 건물 1g을 생산하는데 소비된 증산량을 ‘증산계수’라고 하는데, 수분소비량은 거의 증산량이므로 요수량과 증산계수는 같은 뜻으로 사용되고 있다. 일정량의 수분을 증산하여 축적된 건물량을 ‘증산능률’이라고 하는데, 이는 요수량과 증산계수의 반대 되는 개념이다.

 

요수량은 일정 기간 내의 수분소비량과 건물축적량을 측정하여 산출하는데, 본질적으로는 작물의 수분경제의 척도를 표시하는 것이고, 수분의 절대소비량을 표시하는 것은 아니다. 대체로 요수량이 작은 작물이 건조한 토양과 가뭄(한발)에 대한 저항성이 강하다. 요수량이 큰 작물은 관개를 해주어야 좋은 생육을 꾀할 수 있다. 또한, 요수량의 변동조건은 작물의 수분경제의 지표가 될 수도 있다.