농촌지도사, 연구사, 농업직 7급, 9급공무원 필수과목 재배학 핵심 내용 요약 정리 5. 대기환경

제5장. 대기환경

1. 대기의 조성분
대기 중의 성분은 언제나 대체로 일정한 비율을 유지하게 되려는 것인데 주요한 성분의 용량비는 질소가스 약 79%, 산소 약 21%, 이산화탄소 약 0.03%이며, 그 외에 수증기, 먼지, 연기의 입자, 미생물, 화분, 그리고 아황산가스 그 밖의 오염물질 등이다.

2. 대기 중의 이산화탄소
가. 이산화탄소와 탄소의 순환
이산화탄소 일명 탄산가스는 대기 중에는 0.03%밖에 함유되어 있지 않으나 생물권에 있어서의 탄소순환을 위해 매우 중요한 의의를 지니고 있다.
식물의 광합성에 의하여 고정된 탄소는 식물체 ㆍ 동물체를 구성하며 그 생존 에너지원으로 소비되고 호흡 및 식물체 ㆍ 동물체의 부패, 연소 등에 의하여 이산화탄소로 공기 중에 환원된다.
식물의 광합성은 대기 중의 이산화탄소의 농도가 1,500ppm까지 높아 질 때까지는 그것에 비례하여 증대한다.
나. 대기 중의 이산화탄소와 생물
잎의 주위 공기 중의 이산화탄소 농도가 현저히 낮은(CO2=0에서 보상점까지) 때는 역으로 엽내에서 외부에 이산화탄소의 유출이 생긴다. 그러나 C4식물에서는 광호흡이 없으므로 이와 같은 유출은 없다.
양호한 기상조건하에서는 잘 무성한 작물군락은 1일당 150~300kg의 이산화탄소를 흡수한다. 한편 공기 중의 이산화탄소농도는 불과 300ppm 이므로 면적당의 작물군락이 흡수하는 이산화탄소의 양을 생각하면 부족하다. 이 부족을 보급하기 위하여 일중에는 군락을 향하여 공기 중과 지면에서 이산화탄소가 흐르며, 야간은 식물의 호흡에서 오는 이산화탄소는 공기 중으로 흐른다.
작물의 광합성 활동의 주기적작용(일반화 ㆍ 연변화)에 의하여 경지의 이산화탄소 환경은 상당히 변화한다.

다. 대기 중의 이산화탄소와 작물 생리작용
1) 호흡작용
대기 중의 이산화탄소농도가 높아지면 일반적으로 호흡속도는 감소한다. 이산화탄소의 농도가 10%로부터 80%까지 증가하면 호흡작용은 점차 저하한다. 이산화탄소의 농도가 5%일 때에는 발아종자의 호흡이 억제되며 사과를 10% 및 20%의 이산화탄소 중에 저장하는 경우 호흡이 즉시 증가하여 그 영향이 어린 과실일수록 크다.
2) 광합성
작물의 광합성은 공기 중의 이산화탄소 농도를 대기 중의 농도인 0.03%보다 높여주면 증대한다. 이산화탄소농도가 저하함에 따라 광합성속도는 저하하며 어느 농도에 도달하면 그 농도 이하에서는 호흡에 의한 유기물의 소모를 보상할 수 없는 상태에 이르게 되는데 이와 같은 한계점의 이산화탄소농도를 탄산가스보상점이라 한다. 또한 이산화탄소농도가 증대할수록 광합성속도도 증가하나 어느 농도에 도달하면 이산화탄소농도가 그 이상 증대하더라도 광합성속도는 그 이상 증대하지 않는 상태에 도달하게 되는데 이 한계점의 이산화탄소농도를 이산화탄소 포화점(CO2 포화점)이라 한다. 광합성속도에는 이산화탄소농도뿐만 아니라 광의 강도도 관계한다. 즉 광이 약할 때에는 이산화탄소 보상점이 높아지고 탄산가스 포화점은 낮아지며, 반대로 광이 강할 때에는 이산화탄소 보상점이 낮아지고 이산화탄소 포화점은 높아진다.
3) 탄산시비
광합성에 있어서 이산화탄소의 포화점은 대기 중의 이산화탄소농도보다 훨씬 높으며 또한 이산화탄소농도를 높이면 광포화점도 높아지므로 대기 중의 이산화탄소농도를 높이면 작물의 생육을 조장하게 된다. 따라서 작물에 인위적으로 탄산가스를 공급하여 그 생산성을 높이려는 시도가 적지 않았으며 이와 같이 작물환경으로서의 이산화탄소농도를 인위적으로 높여주는 것을 탄산비료 ㆍ 탄산가스비료 또는 탄산시비라 한다. 온실이나 초자실에서 재배할 때에는 대기의 탄산가스농도를 높일 수도 있으나 포장에서 재배할 때에는 이것이 용이한 일이 아니다.
퇴비나 녹비를 사용하면 부패할 때에 탄산가스가 발생하는데 이것도 시용 효과의 하나로 생각할 수 있다.

4) 이산화탄소농도에 관여하는 요인
① 계절
지상 식물잎이 무성한 공기층은 여름철에 광합성이 왕성하여 이산화탄소의 농도가 낮고, 가을철에는 다시 높아진다. 그러나 지표면과 접한 공기층은 여름철에 토양유기물의 분해와 뿌리의 호흡이 왕성해져서 도리어 이산화탄소농도가 높다.
② 지면과의 거리
지표로부터 멀어짐에 따라서 이산화탄소의 농도는 낮아지는 경향이 있는데, 이산화탄소는 무거워서 가라앉는 경향이 있기 때문이다.
③ 식생
식생이 무성하면 뿌리의 호흡이 왕성하고, 바람을 막아서 지면에 가까운 공기층의 이산화탄소의 농도를 높게 하나, 지표에서 떨어진 공기층은 잎의 왕성한 광합성 때문에 이산화탄소의 농도가 낮아진다.
④ 바람
바람은 공기 중의 이산화탄소농도의 불균형상태를 완화한다.
⑤ 미숙유기물의 시용
미숙퇴비 ㆍ 낙엽 ㆍ 구비 ㆍ 녹비를 시용하면 이산화탄소의 발생이 많으며, 작물 주변 공기층의 이산화탄소의 농도를 높여서 일종의 탄산시비의 효과를 발생한다.

3. 대기 중의 산소와 질소
가. 산소
대기중의 산소공급원은 식물의 광합성작용과 호흡작용이 균형을 지키는 한 대기 중의 이산화탄소와 산소는 균형을 유지한다. 대기 중의 산소함유량은 크므로 일시적 또는 국부적으로 산소의 부족이 생겨도 다른 곳으로부터 보급되어 급속한 생명현상에의 영향은 없다. 그러나 장래 대기 중의 이산화탄소가 현저히 높아지고 그에 대응하여 산소농도가 미흡하면 생물 특히 동물의 생명에 이상이 생길 것이다.
대기 중의 산소농도가 21%에서 차차 감소하면 호흡속도도 점차 감소하여 5~10% 이하에 이르면 크게 감소된다. 또한 반대로 산소농도가 21%를 넘으면 호흡속도가 일시 증가하나 계속되지 않으며 90%에 이르면 급속히 감퇴하고 100%에서는 작물이 고사하게 된다. 이와 같이 대기 중의 산소농도인 21%는 작물의 호흡작용에 알맞은 농도이다.

나. 질소
콩과식물의 근류근 ㆍ Azotobacter 등은 대기 중에 약 79%나 함유되어 있는 질소가스를 고정하는데 근류균은 1년에 100kg/ha의 공중질소를 고정할 수 있다고 하며, 이들은 호기성세균이며 토양 중에 산소 공급이 좋아지면 그의 번식이 왕성하고 질소의고정량도 많아진다. 또한 질소의 고정은 공중방전에 의한 것, 비료공업 등에 의해서 고정된다. 또 비는 공기 중의 질산, 암모니아 등을 녹여서 연간 약 10kg/ha의 질소를 토양에 공급하여 작물생육을 이롭게 한다.

4. 바람
바람은 대기의 운동인데 공기층의 온도가 서로 다름에 따라서 공기는 이동하게 된다. 이 공기의 움직임은 그 방향 및 정도에 따라서, 그리고 그것이 물의 증발, 구름의 형성 이동, 기단의 이행 등을 통하여 일기를 지배하는 동시에 직접적인 생물의 환경요인으로서 각종 작용을 한다.

가. 연풍
풍속이 시간당 4~6km 이하의 바람을 연풍이라 하며 작물의 생육에 효과적인데 그 이유를 들면 대체로 다음과 같다.
① 작물 주위의 습기를 배제하여 증산작용을 조장하여 양분흡수를 증대시킨다.
② 잎을 동요시켜 그늘진 잎의 일사를 조장함으로써 광합성을 증대시킨다.
③ 광합성이 왕성한 한낮에는 작물체 주위의 이산화탄소농도가 감소하게 되는데 바람은 공기를 동요함으로써 이산화탄소 농도의 저하를 경감하고 광합성을 조장한다.
④ 화분의 매개를 조장하여 풍매화의 결실을 좋게 한다.
⑤ 한여름에는 기온과 지온을 낮게 하고, 봄 가을에는 서리를 막는 효과를 주며, 아울러 수확물의 건조를 촉진하는 역할을 한다.
그러나 연풍이라 하더라도 경우에 따라서는 다음과 같은 해로운 역할을 할 수도 있다. 즉 잡초의 씨나 병균을 전파하고, 건조할 때에는 더욱 건조상태를 조장하여 냉량한 바람은 작물체에 냉해를 유발하기도 한다.

나. 풍해
풍속이 시간당 4~6km 이상인 강풍, 특히 태풍이 되면 작물 뿐만 아니라 모든 자연현상에 결정적인 피해를 주는데 풍해는 풍속이 크고 공기습도가 낮을 때에 심해진다. 바람에 의한 피해를 직접적인 기계적 장해 및 생리적 장해와 재배환경의 불량화로 대별하여 설명하면 다음과 같다.
1) 직접적인 기계적 장해
바람이 강할 때에는 작물이 심하게 동요하므로 절손 ㆍ 열상 ㆍ 낙과 ㆍ 도복 ㆍ 병해 등을 초래하는데 이들의 직접적인 기계적 장해는 2차적으로 병해 ㆍ 부패 등을 가져오기 쉽다.
우리나라에서 벼의 풍해는 8월 하순~9월 중순의 태풍기에 발생하는데 이 시기는 출수기에 해당하므로 풍해에 의해서 청미 ㆍ 변색미가 생기고 부패 및 감수를 초래하여 또한 기계적 장해는 이삭목도열병을 유발하여 그 피해를 더욱 조장한다고 한다. 풍해는 풍속 및 습도와 깊은 관계가 있어 습도가 60% 이하일 때에는 풍속 10m/sec에 백수가 생기지만 습도가 80% 이상일 때에는 20m/sec의 풍속에서도 백수가 생기지 않는다. 출수 후 3~4일경에 풍해를 만나는 것이 가장 피해가 심하다. 도복을 초래할 경우에는 출수 후 15일 이내의 것이 가장 피해가 심하고 출수 30일 이후의 것은 피해가 경미하다.
2) 직접적인 생리적 장해
① 호흡의 증대
풍해에 의해서 작물체가 손상을 입으면 호흡이 증가하므로 체내 양분의 소모가 증대된다.
② 광합성의 감퇴
바람으로 인하여 작물의 잎이 강하게 동요하면 광조사가 감퇴하며 풍속이 강해지면 기공이 폐쇄하여 탄산가스 흡수가 감퇴한다. 풍속 1m/sec까지는 기공이 닫히지 않고 1~2m/sec는 전향점이 되어 당시의 상황에 의해서 기공의 폐쇄가 지배되며 2~4m/sec 이상이 되면 언제나 닫히는 것이 보통이라고 한다. 풍속이 클 때 기공이 닫히는 것은 공변세포와 표피세포의 수분이 급히 감소하여 이들 세포의 팽압이 급히 증대하기 때문이라고 한다.
③ 작물체의 건조
건조한 강풍은 작물체의 수분증산을 이상적으로 증대시켜 건조해를 유발한다. 이앙 후의 건풍은 묘의 활착을 지연시키며 출수 후의 강풍은 벼알의 표면을 마찰하여 손상을 입히므로 그 부분의 세포는 수분을 잃어 수분부족 상태가 되는데 이에 태양광선이 쪼이면 광산화반응이 생겨 원형질이 죽으므로 백수(白穗)가 된다.
④ 작물체온의 저하
바람은 작물체에서 열을 빼앗아 작물체온을 저하시킨다. 한냉지방의 냉풍은 작물의 발아 ㆍ 생장 ㆍ 개화 ㆍ 성숙을 저해하며 또한 겨울철의 바람은 보온이 필요한 겨울작물의 커다란 생육장해가 된다.