방통대, 농업직, 농촌지도사, 농업연구사 대비 - 재배학 정리 5. 작물의 수분환경

5. 작물의 수분환경

<용어의정리>

- 확산압차(DPD) : 식물세포의 삼투압은 세포내로 수분이 들어가는 압력이고, 막압은 세포외로 수분을 배출하는 압력이다. 실제의 흡수는 삼투압이 막압보다 높을 때 이루어지는데 이를 흡수압 또는 확산압차라고 한다.

 - SMS(Soil Moisture Stress) : 토양의 수분보유력과 토양용액을 합친 것을 말한다. 작물뿌리가 토양으로부터 수분을 흡수하는 것은 DPD와 SMS 사이의 압력의 차이로 이루어진다.

- 확산압차구재(DPDD) : 식물 조직 내의 사이에서도 서로 DPD의 차이가 있는 이를 DPDD라고 한다. 세포들 사이의 수분이동은 이에 따라 이루어진다.

- 청고(靑枯) : 오수(汚水)나 탁수(濁水)가 정체해 있을 때는 극단의 산소부족으로 말미암아 탄수화물이 급속히 소모되고 단백질로부터 호흡재료의 보급도 받지 못하므로 벼는 급속히 청고상태로서 죽게 된다. 반면에 유동청수(流動淸水)의 경우에는 적고(赤枯)가 발생한다.

- 드라이파밍(Dry Farming) : 수분을 절약하는 농법으로, 심경을 하여 땅속깊이 저수하고 한발 시에 파종을 깊이하며 진압 후에 복토하고 지표를 엉성하게 중경하여 모세관이 연결되지 않게 함으로써 지표면으로부터의 증발을 억제하는 내건농법이다.

- 피층세포 : 내습성이 강한 작물은 뿌리의 피층세포가 직렬(直列)로 배열되어 있어 세포간극이 크고, 내습성이 약한 작물은 사열(斜列)로 배열되어 있어 세포간극이 작다.

 

1. 물의 생리작용과 요수량

 

1) 물의 생리작용

(1) 생리작용

- 생체의 70% 이상이 물

- 원형질 : 75% 이상의 수분을 함유

- 작물 생육에서의 수분의 기본 역할

- 살아 있는 식물세포 원형질의 생활 상태를 유지

- 다른 성분들과 함께 식물체의 구성 물질을 형성하는 데 필요함.

- 작물이 필요물질을 흡수하는 데 용매 역할

- 세포의 긴장상태를 유지하여 식물의 체제유지를 가능하게 함.

- 식물 체내의 물질분포를 고르게 하는 매개체가 됨.

- 식물체가 필요로 하는 물질의 합성과 분해과정의 매개체 역할

 

(2) 흡수의 기구

- 식물세포의 원형질막 : 인지질로 된 반투막

- 삼투 : 외액의 수분이 반투성인 원형질막을 통해 세포 속으로 확산하여 들어가는 것

- 삼투압 : 내액과 외액의 농도차에 의해 삼투를 일으키는 압력

- 팽압 : 세포의 크기를 증대시키려는 압력

- 흡수압 또는 확산압차(DPD) : 수분 흡수는 삼투압과 막압의 차이에 의해 이루어짐.

- SMS(soil moisture stress) : 토양의 수분보유력 및 삼투압을 합친 것

- DPD - SMS = (a - m) - (t + )

a : 세포의 삼투압, m : 세포의 팽압(막압), t : 토양의 수분보유력, : 토양용액의 삼투압

확산압차구배(DPDD, diffusion pressure deficit difference) : 세포 사이의 수분 이동에 직접적으로 관여

 

2) 작물의 요수량

- 요수량 : 작물의 건물(乾物) 1g을 생산하는 데 소비된 수분량

- 증산계수 : 건물 1g을 생산하는 데 소비된 증산량

- 증산능률 : 일정량의 수분을 증산하여 축적된 건물량

 

* 작물(作物)의 요수량(要水量)

 

 

 

2. 공기 중의 수분

 

1) 공기습도

- 공기습도가 포화상태에 이르면 기공은 거의 닫은 상태로 되어 기공으로부터의 가스 침입이 억제됨.

- 공기습도가 높아지면 표피가 연약해지고 작물체가 도장하게 되어 낙과 및 도복의 원인이 됨.

- 공기의 과습 : 작물의 개화수정에 장해가 됨.

 

2) 이슬

- 이슬(dew) : 대기 중의 수증기가 응결하여 물방울이 되어 지면의 지상물이나 식물의 잎 등에 부착되어 있는 물기

이슬은 잎을 적셔서 증산작용을 억제하므로 식물을 도장하게 하는 경향이 있음.

 

 

3) 안개

- 극히 작은 물방울이 대기 중에 떠다니는 현상

- 수평시정(水平視程) : 1km 이하인 상태

- 여름철 안개의 상습발생지대에서 벼를 재배하면 도열병이 많이 발생

 

3. 관개

 

1) 관개의 효과

(1) 논에서의 효과

관개수에 의해 공급되는 영양물질 : 질소ㆍ칼륨ㆍ석회ㆍ규산ㆍ마그네슘 등

관개와 담수를 하여 토양이 부드러워지면 이앙ㆍ중경ㆍ제초 등의 작업이 용이해서 작업능률이 향상됨.

 

(2) 밭에서의 효과

밭에서의 관개효과 : 생육의 조장, 수량과 품질의 향상 등

관개는 혹서기에 지온을 낮출 수 있고, 냉온기에 지온을 높일 수 있음.

관개수를 따라 점토ㆍ칼리ㆍ석회ㆍ마그네슘ㆍ규산 등이 보급되며, 가용성 알루미늄이 감소

 

2) 수도의 용수량 및 관개법

(1) 용수량

용수량 : 벼재배 기간 중 관개에 소요되는 수분의 총량

이론상 용수량의 계산

용수량 = (엽면증발량 + 수면증발량 + 지하침투량) - 유효강우량

엽면증발량 : 같은 기간의 증발계증발량의 1.2배 정도

수면증발량 : 증발계증발량과 거의 비슷

지하침투량 : 토성에 따라 크게 다르며 201∼830mm, 평균 536mm 정도

유효강우량 : 관개수에 더해지는 우량이며 강우량의 75% 정도

 

(2) 절수관개

논의 관개수가 부족할 때는 수분의 요구도가 큰 이앙기에서 활착기까지, 유수형성기 및 수잉기에서 유숙기까지만 담수함

 

3) 밭토양의 관개량과 관개법

(1) 밭토양 관개를 할 때의 유의할 점

가장 수익성이 높은 작물을 선택

다비재배가 유리

내도복성 품종을 선택

재식밀도를 성기게 함.

병충해방제와 제초를 철저히 함.

지면증발을 억제함.

 

(2) 관개의 방법

지표관개 : 지표면에 물을 흘려 대는 방법

살수관개 : 공중에서 물을 뿌려 대는 방법

다공관관개 : 파이프에 직접 작은 구멍을 내어 살수하는 방법

스프링쿨러관개 : 스프링쿨러에 의해 살수하는 방법

 

③ 지하관개

개거법 : 개방된 상수로에 물을 대어 이것을 침투시키면 모관 상승하여 뿌리영역에 공급하는 방법

암거법 : 지하에 토관ㆍ목관ㆍ콘크리트관ㆍ플라스틱관 등을 배치하여 물을 대고, 간극으로부터 스며 오르게 하는 방법

압입법 : 물을 주입하거나 기계적으로 압입하는 방법

 

4. 습해

 

1) 습해의 발생기구

(1) 과습과 작물의 생리작용

토양의 과습해 : 토양 중의 산소 부족

작물이 수분이나 무기양분을 흡수하는 데는 에너지가 필요함.

수분 및 양분의 흡수가 방해되고 뿌리는 생장을 정지하거나 부패, 잎끝으로부터 경엽의 황화가 유발

 

(2) 과습과 유해물질의 생성

지온이 높을 때 과습하면 토양산소의 부족으로 환원상태가 조성됨.

환원성인 철(Fe++), 망간(Mn++) 등도 유해함.(흡수장애)

 

(3) 생육시기와 습해

습해 : 생육 초기보다 생장 성기에 심함.

생육 성기부터 출수기까지 습해가 큰 이유 : 환원성 유해물질이 생기는 외에 새 뿌리의 발생이 쇠퇴하기 때문

 

2) 작물의 내습성

① 경엽에서 뿌리로의 산소공급 능력

- 벼는 잎ㆍ줄기ㆍ뿌리에 통기계가 발달함.

- 뿌리의 피층세포가 직렬(直列)로 되어 있는 것 : 뿌리로의 산소공급 능력이 크기 때문에 내습성이 강함.

② 뿌리조직의 목화

- 벼와 골풀 : 뿌리의 외피가 심히 목화(木化)됨.

- 맥류 : 내습성이 강함.

- 파 : 목화가 생기기 때문에 내습성이 약함.

③ 뿌리의 발달습성 : 새 뿌리의 발생이 용이하고, 근계가 얕게 발달하면 내습성이 강함.

④ 환원성 유해물질에 대한 저항성 : 뿌리가 황화수소나 아산화철 등에 대해 저항성이 큰 작물은 내습성이 강함.

 

3) 습해대책

- 배수 : 토양의 과습을 근본적으로 시정할 수 있는 방법

- 정지 : 고휴(高畦)재배(이랑의 높이를 높여 재배)를 하는 것이 과습을 피하는 수단이 됨.

- 토양개량 : 객토ㆍ부식ㆍ석회 및 토양개량제 등의 시용은 토양의 입단구조를 조성하여 공극량이 증대하므로 습해를 경감

 

* 작물 및 품종의 선택

작물의 내습성 : 골풀ㆍ미나리ㆍ택사ㆍ연ㆍ벼 〉 밭벼ㆍ옥수수ㆍ율무ㆍ토란ㆍ평지(유채)ㆍ고구마 〉 보리ㆍ밀 〉 감자ㆍ고추 〉 토마토ㆍ메밀 〉 파ㆍ양파ㆍ당근ㆍ자운영 등의 순

채소의 내습성 : 양상추ㆍ양배추ㆍ토마토ㆍ가지ㆍ오이 〉 시금치ㆍ우엉ㆍ무 〉 당근ㆍ꽃양배추ㆍ멜론ㆍ피망의 순

과수의 내습성 : 올리브 〉 포도 〉 밀감 〉 감ㆍ배 〉밤ㆍ복숭아ㆍ무화과의 순

⑤ 시비 : 뿌리의 흡수장해가 보이면 엽면시비를 함.

⑥ 과산화석회의 시용 : 습지에서의 발아 및 생육이 조장

 

5. 수해

 

1) 수해의 기구

(1) 수해의 발생

우리나라 : 7∼8월 우기에 국지적으로 수해가 발생

2∼3일의 연속강우량이 100∼150mm일 때 : 저습지에 국부적 수해가 발행

300∼350mm일 때 : 광범위한 지역에 큰 수해가 발생

 

(2) 수해의 피해상황

토양이 붕괴하여 산사태와 토양침식 등을 유발

유토(流土)에 의해서 전답이 파괴되고 매몰

유수에 의해 농작물이 도복되고 손상되며 표토가 유실

침수에 의해 흙앙금이 앉고. 생리적인 피해를 받아서 생육기 저해

 

(3) 관수해의 생리

벼가 관수될 때 : 생명유지를 위해 무기호흡이 필요함.

무기호흡 : 산소호흡에 비해 몇십 배의 호흡기질을 소모함.

 

2) 수해의 발생과 각종 조건

(1) 작물의 종류 및 품종

침수에 강한 작물 : 화본과목초, 피ㆍ수수ㆍ옥수수 등

침수에 약한 작물 : 채소ㆍ감자ㆍ고구마ㆍ메밀 등

 

(2) 생육시기

묘대기 및 이앙 직후 : 관수에 강함

수잉기에 관수가 약해지면서 출수개화기에 관수가 가장 약함.

 

(3) 침수요인

벼가 관수될 때 피해가 크게 나타나는 기간 : 수온이 20℃에서는 10일 정도이나, 40℃에서는 2일 정도

산소가 너무 적을 때 : 단백질로부터 호흡재료의 공급이 저해

청고(靑枯) : 수온이 높은 정체탁수의 경우에 생김.

적고(赤枯) : 벼가 갈색으로 변하여 죽게 되는 현상(청고의 반대)

(유수<정체수, 맑은물<오염된 물)

 

(4) 재배적 요인 - 질소의 다용 또는 추비

체내의 탄수화물이 감소함.

내병성 및 관수저항성이 약해짐.

 

3) 수해대책

(1) 사전대책

홍수의 방지 : 치산(治山)을 잘하고 하천을 개수하여 배수시설을 강화함.

재배양식의 변경 : 수잉기와 출수기는 수해에 약하므로 수해의 시기가 이때와 일치하지 않도록 조절함.

 

(2) 침수 중의 대책

배수펌프 등을 이용하여 인공배수에 힘쓸 필요가 있음.

관수로 잎 표면에 흙앙금이 앉으면 동화작용을 저해하며 관수피해를 조장함.

 

(3) 퇴수 후의 대책

관수에 의해 논에 흙앙금이 앉으면 뿌리로의 산소투입이 차단되어 벼의 생육이 나빠짐.

홍수로 인하여 경작토가 많이 씻겨 내려갔을 때 : 약간의 질소와 인산을 추비

 

6. 한해

 

1) 한해의 생리

한해(旱害, 가뭄해) : 위조나 건조사는 작물에 여러 단계의 국부적 또는 전체적인 생육장해를 유발하여 수량과 품질을 저하시킴.

작물체내 수분이 감소하는 주원인 : 강우와 관개의 부족으로 인한 토양수분의 결핍

 

2) 한해의 발생기구

세포가 공기 중에서 탈수될 때 : 원형질과 세포막은 부착한 채 수축

건조에 의한 효소평형의 교란 : 건조사의 중요한 원인으로 추정

  

3) 작물의 내건성

(1) 내건성이 강한 작물의 형태적 특성

표면적/체적의 비가 작음.

뿌리가 깊고 지상부에 비해 근군의 발달이 좋음.

기공이 작으며 수효가 많음.

저수능력이 크고 다육화의 경향이 있음.

기동세포가 발달하여 탈수되면 잎이 말려서 표면적이 축소됨.

 

(2) 세포적 특성

- 세포가 작아서 수분이 적어져도 원형질의 변형이 적음.

- 수분보유력이 강함.

- 탈수될 때 원형질의 응집이 적음.

 

(3) 내건성이 강한 작물의 물질대사적 특성

- 급수(給水)할 때에 수분을 흡수하는 기능이 큼.

- 건조할 때에 호흡이 낮아지는 정도가 크고 광합성이 감퇴하는 정도가 낮음.

- 건조할 때에 단백질ㆍ당분의 소실이 늦음.

 

4) 생육단계 및 재배조건과 내건성

(1) 생육시기와 한해

작물의 내건성 : 생식생장기에 가장 약함.

유숙기의 한발 : 천립중을 크게 감소시키므로 그 해가 심함.

 

(2) 재배조건과 한해

- 질소비료의 다용이나 퇴비ㆍ인산ㆍ칼륨의 결핍은 한해를 조장함.

- 휴립휴파 : 평휴(平畦)나 휴립구파(畦立溝播)보다도 한발에 약함.

 

5) 한해의 대책

관개 : 한해는 토양수분의 부족에 의해 생기므로 근본적인 한해대책

내건성 작물 및 품종의 선택

화곡류 : 수수가 가장 강하고 조ㆍ피ㆍ기장 등도 강함.

두류 : 콩ㆍ강낭콩ㆍ완두ㆍ알팔파ㆍ클로버 등이 한발에 강함.

서류 : 고구마ㆍ감자ㆍ뚱딴지 등이 모두 한발에 강함.

③ 토양수분의 보유력 증대와 증발 억제

토양입단의 조성 : 한해의 피해를 줄여줌.

드라이파밍(dry farming) : 휴작기에 비가 오면 땅을 갈아서 빗물을 지하에 잘 저장하고, 작기에는 토양을 잘 진압하여 지하수의 모관상승을 조장함.

피복 : 비닐ㆍ풀ㆍ퇴비 등을 지면에 피복하면 증발이 경감

중경제초 : 토양의 증발산이 억제됨

증발억제제의 살포 : OED 용액을 뿌리면 증발과 증산이 억제됨

④ 밭에서의 재배적 대책

뿌림골을 낮게 하고, 재식밀도를 성기게 함.

퇴비ㆍ인산ㆍ칼리를 중시함.

봄철 맥류포장이 건조할 때에는 답압을 함.

⑤ 논에서 재배적 대책

중북부의 천수답지대에서는 건답직파

남부의 천수답지대에서는 만식적응재배

밭못자리모와 박파모는 만식적응성이 강함.

이앙기가 늦어질 때 모의 과숙을 회피함.

모내기가 한계 이상으로 지연될 경우에는 조ㆍ기장ㆍ채소 등을 대파함.

 

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<정리하기>

 

1. 수분은 살아있는 식물세포 원형질의 생활상태를 유지시키며, 식물체의 구성물질로 영양물질을 흡수하는 촉매 구실을 한다.

 2. 작물체의 수분흡수는 삼투압과 막압의 차이인 확산압차(DPD)에 의해 이루어진다. 그리고 작물조직 세포 사이의 수분이동은 확산압차구배(DPDD)에 따라 이루어진다.

3. 작물의 건물 1g을 생산하는데 소비된 수분량(g)을 요수량이라고 한다. 요수량은 작물에 따라 차이가 크다. 관개는 생리적으로 필요한 수분공급 외에 천연양분공급, 지온조절 등의 부수적 효과를 가지며 벼는 생육단계별로 요구되는 관개 정도가 다르다.

4. 토양수분이 충분한 경우에도 근계의 불충분한 발달, 과습에 의한 호흡불량, 뿌리의 기능저하로 한해를 유발하는 경우가 있다.

5. 과습은 토양산소의 부족을 초래하여 뿌리의 호흡이 억제되고, 에너지 방출이 억제되며, 환원성 유해물질이 생성되어 여러 가지 생육장해를 유발한다. 작물의 내습성은 뿌리의 구조(통기조직의 발달 여부), 뿌리 세포막의 목화 정도, 뿌리의 발달습성에 의해 좌우된다. 

6. 작물이 물에 잠기는 것을 관수라고 한다.

관수되면 산소부족으로 에너지 방출에 불리한 무기호흡을 하게 되어 양분고갈로 생육장해가 유발된다. 수해의 피해 정도는 품종, 생육시기, 생육의 건전도, 수온, 수질, 유속 등에 따라 크게 차이가 있다. 

7. 작물이 건조에 견디는 성질을 내건성이라고 하며 형태적 특성ㆍ세포적 특성ㆍ물질대사적 특성 등에 의해 지배된다. 내건성이 강한 작물은 체내수분의 상실이 적고 수분의 흡수능력이 크며, 체내의 수분보유력이 크다. 또한 수분함량이 낮은 상태에서 생리기능이 높다.

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