69. 고립상태에서의 광포화점과 포장 광합성

- 고립상태에서의 광포화점과 포장 광합성

 

- 보상점과 광포화점이란 다음과 같다(2).

 

- 고립상태에서의 광포화점

특정한 몇 개의 잎이나 한 개체가 고립되어 있는 경우와 같이 실험 대상이 되는 각각의 잎이 직사광을 받는 경우를 ‘고립상태’라고 한다. 따라서, 포장(논밭과 채소밭을 통틀어 이르는 말)에서는 극히 생육 초기에 여러 개체의 잎들이 서로 중첩되기 전의 상태가 이에 해당하고, 어느 정도 자라면 고립상태는 형성되지 않는다.

 

고립상태에서의 광포화점은 경우에 따라 측정치의 변이가 있지만, 양생식물(햇빛이 잘 드는 양지에서 잘 자라는 식물. 대부분의 일년초와 농작물 따위가 속한다)의 경우라도 전체 조사 광량보다는 훨씬 낮고, 각 식물의 광포화점을 조사 광량에 대한 비율로 표시한 몇 가지 예를 들면 아래와 같으며, 대체로 일반작물의 광포화점은 조사 광량의 30~60%의 범위에 있다.

 

고립상태일 때의 광포화점(단위 : %. 조사 광량에 대한 비율)

1) 음생식물 : 약 10

2) 구약나물 : 약 25

3) 콩 : 20~23

4) 감자 · 담배 · 강낭콩 · 보리 · 귀리 : 약 30

5) 벼 · 목화 : 40~50

6) 밀 · 앨팰퍼 : 약 50

7) 고구마 · 사탕무 · 무 · 사과나무 : 40~60

8) 옥수수 : 80~100

 

그러나 광포화점은 온도와 이산화탄소 농도에 따라 변화한다. 생육적온(어떤 생물이 가장 잘 성장하고 발육할 수 있는 온도)까지 온도가 높아질수록 광합성속도는 높아지나 광포화점은 낮아지고, 또 이산화탄소포화점까지 공기 중의 이산화탄소 농도가 높아질수록 광합성속도와 광포화점이 높아진다.

 

고립상태에서 온도와 이산화탄소 농도가 제한조건이 아닐 때 옥수수 · 수수 · 사탕수수와 같은 C4 작물은 최대 조사 광량에서도 광포화점이 나타나지 않으며, 이때 광합성률은 C3 작물의 2배에 달한다.

 

벼 잎에서 온도와 광포화점의 관계를 보면 35℃에서는 약 20klux, 25℃에서는 50~60klux, 15℃에서는 80klux 이상이다. 따라서, 온난한 지대보다는 냉량한 지대에서 더욱 강한 일사가 요구된다. 밀 잎에서 공기 중의 이산화탄소 농도와 광포화점의 관계를 보면 0.01%일 때는 약 43klux, 0.037%일 때는 약 86klux, 0.111%일 때는 약 105klux 이다. 그리하여 공기 중의 이산화탄소 농도를 자연 상태의 약 4배로 높이면 광포화점은 거의 조사 광량에 가까워지는 것으로 나타난다.

 

- 포장 광합성이란 다음과 같다.

 

- 군락의 광포화점

포장에서 작물이 밀생하고 크게 자라며 잎이 서로 포개져서 많은 수의 잎이 직사광을 받지 못하고 그늘에 있는 상태를 군락 상태라고 한다. 포장의 작물은 군락 상태를 형성하며, 면적당 수량은 면적당 광합성량에 지배되므로, 군락의 광합성이 수량을 지배한다.

 

벼 잎에 투사된 광은 10% 정도밖에는 잎을 투과하지 못한다. 따라서, 군락이 우거져서 그늘의 잎이 많아지면 포화 광을 받지 못하는 잎들이 증가하고, 이들이 충분한 광을 받으려면 더욱 강한 광이 군락에 투사되어야 하므로 군락의 광포화점은 높아지게 된다. 따라서, 군락의 광포화점은 군락의 형성도가 높을수록 높아지게 된다. 벼에서 단엽의 광포화점이 약 30klux 일 때 1개체의 광포화점은 40~50klux, 2개체는 60~70klux, 4개체는 80klux 이상이고, 포장 군락에서는 전광에서도 포화상태에 도달하지 않았다고 한다.

 

벼의 생육단계별 군락의 형성상태에 따라 나타나는 광의 조도와 군락의 광합성과의 관계를 보면, 고립상태에 가까운 생육 초기에는 낮은 조도에서 광포화를 이루지만, 군락이 무성한 출수기 전후에는 전광에 가까운 높은 조도에서도 광포화가 보이지 않는다. 따라서, 군락이 무성한 시기일수록 더욱 강한 일사가 필요하다.

 

- 포장동화능력

포장 군락의 단위면적 당 동화능력(광합성능력)을 ‘포장동화능력’이라고 하며, 수량을 직접 지배한다. 포장동화능력은 일정한 조사 광량에서는 다음과 같이 표시되고 있다(단위면적 당 포장군락의 실제의 광합성은 포장동화능력에 일사의 정도가 관여하는 것으로 볼 수 있음).

즉, 포장동화능력은 총엽면적 · 수광능률 및 평균동화능력 3자의 곱으로 표시된다. 수광능률은 군락의 잎들이 어느 정도 광을 효율적으로 받아서 광합성에 이용하는가 하는 표시이며, 주로 총엽면적과 군락의 수광태세(엽 면적 속으로 빛이 얼마만큼 많이 고루 투과하는지를 나타내는 식물체의 군락 구조 상태)에 지배된다. 따라서, 수광능률을 높이려면 총엽면적을 알맞은 한도로 조절하고 군락 내부로 광투사를 좋게 하는 방향으로 수광태세를 개선해야 한다. 평균동화능력은 잎의 단위면적당 동화능력, 즉 단위동화능력을 총엽면적에 대해 평균한 것으로, 일반적으로는 단위동화능력이 평균동화능력과 같은 뜻으로 많이 사용되며, 시비 · 물관리 등을 잘하여 무기영양상태를 좋게 하였을 때 높아진다.

 

- 최적엽면적

식물의 건물생산은 진정광합성량과 호흡량의 차이, 즉 외견상광합성량이 결정한다. 식물군락에서 엽면적이 증대하면 군락의 진정광합성량은 그에 따라 증가한다. 그러나 군락의 엽면적이 증대함에 따라 그늘의 잎이 많아지므로, 엽면적이 어느 정도 이상으로 커지면 엽면적 증대에 비례하여 진정광합성량은 증가하지 않지만, 호흡량은 엽면적 증대에 비례해서 증가하기 때문에 외견상의 광합성량, 즉 건물생산량은 어느 한계까지는 군락의 엽면적이 커지는 데 따라 증가하지만, 그 이상 엽면적이 증대하면 엽면적이 커지는 데 따라 오히려 감소하게 된다. 따라서 건물생산이 최대로 되는 단위면적당 군락엽면적이 있게 되는데, 이를 ‘최적엽면적’이라고 한다.

 

군락의 엽면적을 토지면적에 대한 배수치로 표시하는 경우도 있는데, 이를 ‘엽면적지수(leaf area index, LAI)’라고 한다. 최적엽면적일 때의 엽면적지수를 ‘최적엽면적지수’라고 한다.

 

최적엽면적은 일사량과 군락의 수광태세에 따라 크게 변동한다. 또한, 옥수수에서 수광태세가 좋은 직립엽의 경우에는 최적 엽면적 지수가 8 이상인데, 수광태세가 나쁜 수평엽의 경우에는 2.5~3이 된다고 한다. 최적엽면적지수를 크게 한다는 것은 군락의 건물생산을 크게 하여 수량을 증대시키는 길이 된다.