55. 공기와 작물 및 대기 조성과 작물 생육

- 공기와 작물 및 대기 조성과 작물 생육

‘토양공기’는 [39. 토양공기의 조성 및 촉진책] 글에 있다.

 

- 공기와 작물은 다음과 같다.

1) 작물의 광합성은 대기 중의 이산화탄소를 재료로 한다.

2) 작물의 호흡작용은 대기 중에 산소가 있어야 정상적으로 이루어진다.

3) 대기 중 질소는 질소고정균에 의한 유리질소고정(생물이 공중에 분자 상으로 존재하는 유리 질소를 잡아서 암모니아 또는 아미노산 따위의 유도체로 환원하는 현상)의 재료가 된다.

4) 대기 중 아황산가스 등의 유해성분은 작물체에 직접 유해작용을 미친다.

5) 토양산소의 부족은 토양 중에 환원성 유해물질이 생성되는 원인이 된다.

6) 토양산소의 변화는 비료성분의 변화와 관계가 있으므로 작물의 생육에 영향을 미친다.

7) 바람은 여러 면에서 작물의 생육에 영향을 미친다.

 

- 대기의 조성과 작물생육은 다음과 같다.

 

- 대기의 조성

지구 중력의 힘으로 지구 표면에 밀착하여 지구와 함께 회전하는 공기를 ‘대기’라고 하는데, 대기의 구성은 특별한 경우를 제외하면 대체로 일정하며, 주요 성분의 함량비는 다음과 같다.

1) 질소가스(N2) : 약 79%

2) 산소가스(O2) : 약 21%

3) 이산화탄소(CO2) : 0.033~0.038% (계속 증가추세에 있음)

4) 기타 : 수증기, 먼지, 연기, 미생물, 화분, 각종 가스 등

 

- 대기 중의 질소농도와 질소고정

콩과작물의 뿌리혹박테리아, Azotobacter(아조토박터, Azotobacter 속의 호기성 ·비기생성 간상 또는 구상으로 된 균의 총칭, 토양 중의 비공생성 질소 고정균) 등은 대기 중에 약 79%나 함유되어 있는 질소가스를 고정하는데, 이들은 호기성 세균이며 토양 중에 산소공급이 원활하면 질소고정량도 증대된다.

 

- 대기 중의 산소농도와 호흡작용

현재 대기 중의 21%는 작물 재배상 지장이 없으나, 산소농도가 5~10% 이하 또는 90% 이상이면 호흡에 지장을 초래한다.

 

- 대기 중의 이산화탄소와 작물의 생리작용

1. 호흡작용

대기 중의 이산화탄소 농도가 높아지면 일반적으로 호흡속도는 감소한다. 탄산가스에 의한 호흡의 억제는 과실이나 채소의 저장에 이용될 수 있다. 이산화탄소 농도가 20% 이상 될 때 호흡속도의 변화는 조직에 따라 다른데, 정상적인 상태에서 호흡이 낮은 기관인 감자의 덩이줄기나 튤립과 양파의 비늘줄기에서는 오히려 호흡이 증가한다. 원래 호흡이 높은 조직인 양딸기, 아스파라거스의 순에서는 호흡이 감퇴하고, 원래 중간 정도의 호흡을 하는 당근 등에서는 변화가 작았다. 광선이 있을 때 1% 이상의 이산화탄소는 호흡을 멎게 한다.

 

2. 광합성

이산화탄소 농도가 높아지면 어느 한계까지는 광합성의 속도가 증대한다. 광합성에 의한 유기물의 생성 속도와 호흡에 의한 유기물의 소모 속도가 같아지는 이산화탄소 농도를 ‘이산화탄소보상점’이라고 하며, 작물이 생장을 계속하기 위해서는 이산화탄소보상점 이상의 이산화탄소 농도가 필요하다. 대체로 작물의 이산화탄소보상점은 대기 중 농도의 1/10~1/3(0.003~0.01%) 정도이다.

 

이산화탄소 농도가 어느 한계까지 높아지면 그 이상 높아져도 광합성속도는 그 이상 증대하지 않는 상태에 도달하게 되는데, 이 한계점의 이산화탄소 농도를 ‘이산화탄소포화점’이라고 하며, 작물의 이산화탄소포화점은 대기 중 농도의 7~10배(0.21~0.3%)가 된다.

 

이처럼 이산화탄소포화점이 자연 농도보다 훨씬 높다는 사실은 대기 중의 이산화탄소 농도를 높여줌으로써 작물의 광합성을 촉진하여 생육 및 수량을 증대시킬 수 있는 재배적 이용성을 시사한다. 이산화탄소의 농도가 높아지면 온도가 높아질수록 동화량이 증가한다.

 

광합성속도에는 이산화탄소 농도뿐만 아니라 광의 강도도 관계한다. 즉, 광이 약할 때는 이산화탄소보상점이 높아지고 이산화탄소포화점은 낮아지며, 반대로 광이 강할 때는 이산화탄소보상점이 낮아지고 이산화탄소포화점은 높아진다. 광합성은 어느 한계까지는 온도와 광도, 이산화탄소 농도의 증대에 따라 증대한다. 한편, C4식물(식물체 내에서 CO2가 고정되면 탄소가 4개인 OAA를 생성하는 식물로서 옥수수, 사탕수수, 수수 등이 있다. 벼를 포함하여 95% 정도가 C3-광합성을 하는 C3식물인데, C4식물은 일반적으로 C3식물보다 여러 가지 면에서 생육과 수확이 우수하다)은 C3식물보다 이산화탄소보상점이 낮아서 낮은 농도의 이산화탄소 조건에서도 적응할 수 있으며, 이산화탄소포화점은 C4식물이 C3식물보다 높다.

 

3. 이산화탄소의 그 밖의 영향

밀과 완두, 해바라기 등에서는 이산화탄소의 농도 증대로 암중 발아를 촉진시킨다. 강낭콩, 옥수수, 귀리 등의 흡수과정에서 산소는 과도한 흡수작용을 일으켜 파괴작용을 하지만, 이산화탄소는 과도한 수분흡수를 억제함으로써 오히려 보호작용을 한다. 이산화탄소는 셀레늄(Se)염 및 2,4-D의 해를 줄여주고, 옥수수의 저온저항성을 북돋운다. 강낭콩 종자를 파종하기 전에 이산화탄소가 함유된 물에 담그면 그 생장이 증대된다.

 

과실과 채소 등을 이산화탄소 중에 저장하면 대사기능이 억제되어 그 품질이 비교적 양호하게 유지되며, 또한 장기간의 저장이 가능하다. 이산화탄소 저장의 특이한 점 가운데 하나는 pH의 상승이다.

 

아스파라거스의 싹을 이산화탄소 농도가 다른 여러 가지 공기 중에 두는 경우 pH의 상승에 따라 아스코르브산(ascorbic acid)의 불가역적인 감소를 볼 수 있으며, 감자를 저온상태로 고농도의 이산화탄소를 함유하는 공기 중에 저장할 때는 환원당(환원성이 있는 당류. 포도당, 맥아당, 젖당 따위가 있다)의 형성이 억제되고 자당(사탕수수, 사탕무 따위의 식물에 들어 있는 이당류의 하나. 흰색의 고체로, 물에 잘 녹으며 단맛이 난다. 캐러멜, 흡착제 따위를 만드는 데 쓴다)의 형성이 증가한다.