방통대, 농업직, 농촌지도사, 농업연구사 대비 - 재배학 정리 6. 작물의 온도환경

 

6. 작물의 온도환경

 

<용어의 정리>

- 온도계수(Q10) : 작물의 여러 생리작용은 각종 물리화학 반응의 종합적 표현이라고 볼 수 있다. 온도가 10℃ 상승함에 따라 이화학적 반응속도의 증가배수를 말한다. 일반적으로 Q10은 2∼4이다.

- 경화(Hardening) : 월동작물의 5℃ 이하의 저온에 계속 처하게 디면 내동성이 증가되는데, 이것을 경화라고 한다. 작물을 경화시키면 원형질의 수분투과성이 증대될 뿐만 아니라 함수량의 저하, 세포액의 삼투압 증대, 당분과 수용성단백질의 증대 등을 초래하여 내동성이 커진다.

- 타페트 비대(약벽내면층비대) : 벼의 타페트(tapete)가 암상(癌狀)으로 이상발달하여 내부의 화분을 억압함으로써 기능을 상실하게 하는 냉온장해이다.

- 스프링플러시(Spring Flush) : 한지형 목초의 생육은 봄철에 왕성하여 목초생산량이 이때 집중되는데, 이를 스프링플러시라고 한다. 스프링플러시의 경향이 심할수록 하고현상도 심해진다.

- 불임현상 : 벼가 유수형성기부터 개화기까지, 특히 생식세포의 감수분열기에 냉온으로 벼의 정상적인 생식기관이 형성되지 못하거나 또는 화분방출ㆍ수정 등에 장해를 일으켜 불임현상이 나타난다. 이것을 장해형 냉해라고 한다.

 

1. 온도와 대사반응

 

1) 대사반응

확산은 온도에 의해 영향을 받으며, 반응속도는 어떤 물체가 가지는 운동에너지에 따라 결정

온도계수(Q10) : 온도가 10℃ 상승하는 데 따르는 이화학적 반응이나 생리작용의 증가배수

 

2) 양분의 흡수 이행

온도의 상승과 함께 양분의 흡수 및 이행도 증가하지만, 적온 이상으로 온도가 상승하면 오히려 양분의 흡수가 감퇴

 

3) 증산작용

- 온도가 상승하면 수분의 흡수와 이행증대 ― 엽내 수증기압 증대

- 온도가 지나치게 높아서 식물체에 이상이 생기지 않는 한 증산량이 증가

 

4) 광합성 및 호흡

- 광합성속도 : 온도의 상승에 따라 증가하나 적온보다 높으면 둔화되는 반면, 호흡은 급격히 증가함.

- 적온을 넘어서 고온이 되면 호흡속도가 오히려 감소

- 벼의 온도계수(Q10) : 1.6∼2.0 정도

 

5) 유효온도

① 주요온도 : 최고온도ㆍ최저온도ㆍ최적온도

- 유효온도 : 작물의 생장과 생육이 효과적으로 이루어지는 온도

- 작물재배에 있어서 가능한 한 최적온도에 가깝게 재배하는 것이 작물 생육에 좋음.

② 적산온도

- 적산온도의 정의 : 작물의 발아부터 성숙까지의 생육기간 중 0℃이상의 일평균기온을 합산한 온도

- 작물 생육에 필요한 총온도량

- 여름작물 : 생육기간이 긴 벼(3,500∼4,500℃)ㆍ담배(3,200∼3,600℃), 메밀(1,000∼1,200℃)ㆍ조(1,800∼3,000℃)

- 겨울작물 : 추파맥류(1,700∼2,300℃)

- 봄작물 : 아마(1,600∼1,850℃), 봄보리(1,600∼1,900℃)

 

2. 온도와 작물생육

 

1) 지온ㆍ수온ㆍ작물체온의 변화

① 지온

토양의 빛깔이 진하면 지온이 높아지며, 함수량이 높으면 지온은 저하하지만 변화의 폭이 적어짐

지중심도가 깊을수록 지온의 변화는 적어지고, 남쪽으로 경사진 곳은 평지보다 낮의 지온이 높아짐

② 수온

- 물은 비열이 크고 온도의 변화가 적음.

- 지하수는 12∼17℃이므로 지하수를 직접 관개하면 작물이 냉해를 받기 쉬움.

- 수온의 최고ㆍ최저온도는 기온의 최고ㆍ최저온도 시각보다 2시간쯤 늦음.

③ 작물체온

- 흐린 날 밤과 음지에서의 작물체온은 기온보다 낮음.

- 여름 고온기에 열사를 유발하는 원인 : 여름철 맑은 낮에는 작물체온이 기온보다 11∼14℃나 높아짐.

 

2) 기온의 변화

일변화 : 기온의 일교차 정도는 작물의 발아, 동화물질의 축적, 생장, 개화, 결실 등의 생리작용에 큰 영향을 미침.

연변화 : 우리나라의 기온은 8월이 가장 높고, 1월이 가장 낮음.

무상기간(無霜期間) : 1년에 서리가 내리지 않는 일수로 여름작물의 생육이 가능한 기간을 표시(작물의 선택에 중요한 요인)

 

3) 변온이 작물 생육에 미치는 영향

① 변온과 작물생리

- 야간의 온도가 높거나 낮은 경우 : 무기성분의 흡수가 감퇴함.

- 탄수화물의 전류축적이 가장 많은 온도 : 25℃ 이하(야간온도)

 

② 변온과 작물의 생장

- 고구마 : 괴근 형성은 29∼20℃의 변온에서 현저히 촉진

- 벼 : 분얼기의 초장은 35℃(낮)∼25℃(밤)의 변온, 유효분얼수는 35∼15℃의 변온

③ 변온과 개화

- 콩 : 야간의 고온은 개화를 단축시키나 낙뢰낙화(落雷落花) 조장

- 담배 : 주야 변온에서 개화를 촉진

④ 변온과 결실

- 변온은 작물의 결실에 효과적

- 주야 온도교차가 큰 분지의 벼가 주야 온도교차가 적은 해안지보다 등숙이 빠르며 야간의 저온이 청미를 적게 함.

- 등숙기의 기온이 21∼23℃일 때 벼의 전류축적이 최대.

 

3. 저온장해와 고온장해

 

1) 저온장해

(1) 한해(寒害)

① 작물이 월동하는 도중에 겨울의 추위에 의해 받는 동해와 상해(霜害), 건조해ㆍ습해ㆍ설해(雪害) 등이 관련 있음.

② 작물의 내동성에 관여하는 요인

- 발육단계 : 작물의 내동성은 영양생장단계가 생식생장단계보다 더 강함.

- 형태적 요인 : 포복성인 것, 관부가 깊어서 생장점이 땅 속에 깊이 있는 것, 잎 색깔이 진한 것이 내동성이 강함.

- 생리적 요인 : 상해를 받았을 때 원형질 자신의 저항성을 증대하는 내적 조건 등이 식물체나 조직의 내동성을 증대시킴.

③ 동해의 기구

- 한해는 조직 내의 결빙에 의해 나타나는 장해.

식물의 조직 내에 결빙이 생길 때 : 즙액의 농도가 낮은 세포간극에 먼저 얼음이 생기며, 세포 내의 물이 스며나와 세포간극의 결빙은 점점 커짐.

- 세포외결빙 : 세포간극에 생기는 결빙

- 세포내결빙 : 세포 내의 원형질이나 세포액이 얼게 되는 것

- 세포외결빙이 생겼을 때 온도가 상승하여 결빙이 급격히 융해될 때에는 원형질이 물리적으로 파괴되어 죽게 됨

 

④ 작물의 내한성(내동성)에 관여하는 인자

㉠ 식물체의 함수량 ㉣ 당분과 전분의 함량 ㉦ 원형질의 투과성 ㉡ 세포액의 삼투압 ㉤ 친수성 콜로이드 ㉧ 원형질의 점성 ㉢ 지유함량 ㉥ 조직즙의 굴절률 ㉨ 원형질의 탈수저항성

 

⑤ 내동성의 계절적 변화

- 월동하는 작물의 내동성 : 기온이 내려감에 따라 점차 증대되고 다시 기온이 높아짐에 따라 차츰 감소

- 경화(hardening) : 월동작물이 5℃ 이하의 저온에 계속 처하게 되면 내동성이 증가하는 현상

- 경화상실(dehardening) : 경화된 것이라도 다시 반대의 조건을 주면 원래의 상태로 돌아오게 되는 현상

⑥ 작물의 한해대책

- 일반적인 예방책

- 방풍시설 설치, 토질의 개선

- 내동성이 큰 작물이나 품종을 선택하여 재배

- 재배적인 대책 : 보온재배를 하거나 이랑을 세워 뿌림골을 깊게 해주면 효과적

㉡ 응급대책 : 관개법, 송풍법, 발연법, 피복법, 연소법, 살수빙결법

㉢ 사후대책

- 피해가 가벼울 때 : 속효성 비료의 추비와 요소의 엽면살포

- 피해가 심한 경우 : 대파를 강구

- 과수류에서 피해를 입은 것 : 적화를 늦추어 줌.

- 병충해가 만연되지 않도록 철저히 방제

 

(2) 냉해

① 벼나 콩 등의 여름작물이 생육적온 이하의 비교적 낮은 냉온에서 받는 냉온장해

② 냉해의 양상

- 병해형 냉해 : 냉온에서는 작물 생육이 부진한데, 벼의 경우 질소대사에 이상을 초래하여 체내에 유리아미노산이나 암모니아가 축적되어 병의 발생을 조장하게 되는 냉해

- 장해형 냉해 : 작물 생육 기간 중 특히 냉온에 대한 저항성이 약한 시기에 저온과의 접촉으로 뚜렷한 장해를 받게 되는 냉해, 벼의 타페트 비대 - 불임현상을 일으킴

- 지연형 냉해 : 벼에 있어서 오랜 기간 냉온이나 일조 부족으로 등숙이 충분하지 못하여 감수를 초래하게 되는 냉해

- 혼합형 냉해 : 장기간에 걸친 저온에 의하여 혼합된 형태로 나타나는 현상으로 수량 감수에 가장 치명적

③ 냉해의 기구

- 냉해의 초기 증상 : 세포막의 손상을 수반

- 냉해의 증상 : 광합성능력의 저하, 양분의 흡수장해, 양분의 전류 및 축적장해, 단백질합성 및 효소활력 저하, 꽃밥 및 화분의 세포 이상

④ 냉해에 대한 재배적 대책

㉠ 수온상승책 : 객토ㆍ밑다짐ㆍ온조수로설치ㆍOED 살포

㉡ 재배적 조처 : 보온육묘에 의해 조파ㆍ조식, 인산ㆍ칼리ㆍ규산ㆍ마그네슘 등의 충분한 공급, 박파(薄播)ㆍ천식(淺植), 물을 깊이 댐.

㉢ 저항성 및 회피성 품종의 선택 : 통일계 품종보다 일반계 품종이 내냉성이 강하며, 찰벼와 유망종ㆍ유색부ㆍ수중형 품종이 내냉성이 강한 편

 

2) 고온장해 - 하고현상, 열해

(1) 하고현상

- 하고현상(夏枯現象) : 식물이 여름철을 지낼 때 성장이 현저히 쇠퇴하거나 정지하고 심한 경우에는 고사하는 현상

- 하고현상은 여름철에 기온이 높고 건조가 심할수록 급증

- 티머시ㆍ블루그라스ㆍ레드클로버 등은 피해가 크며, 오처드그라스ㆍ라이그라스ㆍ화이트클로버 등은 그 피해가 경미

 

 (2) 열해

- 기온이 지나치게 높아짐에 따라 입는 피해

- 열사(heat killing) : 보통 1시간 정도의 짧은 시간에 받은 열해로 고사하는 것으로 열사를 일으키는 온도를 열사온도 또는 열사점이라고 함.

- 열해의 대책 : 내열성작물의 선택, 재배시기의 조절에 의한 열해의 회피, 관개수를 이용한 온도 강화, 피복에 의한 온도 상승 억제, 재식밀도 저하, 질소과용회피 등

- 하고의 유발 요인 : 고온, 건조, 장일, 병충해, 잡초의 무성

- 목초의 하고대책 : 스프링플러시의 억제, 관개, 초종의 선택과 혼파, 방목과 채초

  

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<정리하기>

1. 온도는 광합성, 동화물질의 전류, 호흡, 양분의 흡수, 이동, 수분흡수, 증산 등에 영향을 미친다.

2. 온도계수(Q10)는 어느 한계온도까지 온도가 10℃ 상승함에 따라 이화학적 반응이나 생리작용이 증가하는 배수를 말한다. 생육의 최저온도ㆍ최적온도ㆍ최고온도를 주요온도라고 하며, 생육기간 중 0℃ 이상의 일평균기온을 합산한 것을 작물의 적산온도라고 한다.

3. 고온장해, 즉 열해는 유기물의 과잉소모, 질소대사 이사에 의한 암모니아 축적, 철분침전에 의한 엽록소 형성 장해, 증산작용의 과다 등이다. 열사는 원형질의 단백질 응고, 원형질막의 액화, 전분의 점괴화, 유독물질의 생성에 의해 이루어진다.

4. 북방형 목초의 생장이 심하게 쇠퇴하거나 정지되어 여름철의 목초 생산량이 크게 떨어지는 현상을 하고현상이라고 한다. 하고현상의 원인은 고온, 건조, 장일, 병충해, 잡초의 무성 등이다.

5. 냉해란 여름작물에 있어서의 냉온장해이며, 벼의 경우 냉해는 그 양상에 따라 지연형 냉해, 장해형 냉해, 병해형 냉해 및 혼합형 냉해로 구분된다.

6. 한해란 겨울작물에 있어서 월동 중의 추위에 의해 받는 동해ㆍ상해를 말하며 건조해ㆍ습해ㆍ설해 등도 관련이 있다. 동해는 세포 내외의 결빙에 의한 원형질의 기계적 장해, 탈수, 원형질단백의 응고가 주원인이며, 작물체의 내적 조건, 계절, 형태, 발육단계 등이 내동성과 관련이 깊다.

 

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