농촌지도사, 연구사, 농업직 7급, 9급공무원 필수과목 재배학 핵심 내용 요약 정리 6. 온도

제6장. 온도

1. 온도와 대사작용
가. 대사반응
대부분의 대사반응은 온도에 크게 영향을 받게 된다. 일반적으로 확산은 온도에 의해서 영향을 받게 되는데 반응속도는 어떤 물체가 가지는 운동에너지에 따라서 결정된다. 화학반응을 일으키기 위해서 어떤 물체는 높은 에너지 상태가 요구되는데 이 에너지를 활성화 에너지라 한다.
또 다른 반응을 나타내는 표현으로는 온도계수를 쓰는데 보통 Q10으로 표시한다. Q10은 한 온도의 반응속도와 10도 낮은 온도에서의 반응속도의 비율로서 나타낸다.

나. 광합성 및 호흡
광합성은 대기 중의 탄산가스농도, 광의 강도, 수분, 온도 등 환경요인에 의해서 크게 지배된다. 특히 온도는 광합성작용에 크게 영향을 미친다. 온도 상승에 따라서 생장속도는 증가되며 적온 이상의 온도에서는 급격히 생장속도가 준다. 광합성속도도 온도의 상승에 따라 증가하나 적온보다 높으면 광합성이 둔화되며 반면에 호흡은 급격히 증가하게 된다. 따라서 외관상 광합성량은 적온 이상의 온도에서는 급격히 줄게 된다.

작 물	최저온도	적 온	최고온도(℃)
열대 C4 작물	5 ∼ 7	35 ∼ 45	50 ∼ 60
C3 작 물	-2 ∼ 0	20 ∼ 30	40 ∼ 50
음 지 작 물	-2 ∼ 0	10 ∼ 20	40
월 동 작 물	-7 ∼ -2	10 ∼ 20	30 ∼ 40

<표 6-1> 작물별 광합성의 주요 온도

한편 작물에 따라서는 그 적응되어 온 환경에 따라 광합성하기 위한 최저ㆍ최고ㆍ적온이 다르게 되는데 그 예는 <표 6-1>과 같다.
호흡에 미치는 온도의 영향으로서 Q10은 일반적으로 30℃ 정도까지는 2~3이고 32~35℃에 이르면 감소하기 시작하여 50℃ 부근에서는 호흡도 정지한다. 적온을 넘어서 고온이 되면 체내의 효소계가 파괴되므로 호흡속도가 오히려 감소하는 것이며 벼의 호흡작용 Q10은 1.6~2.0 정도이다.

다. 양분의 흡수 이행
지온이 높아지게 되면 세포의 투과성이나 용질의 확산속도는 증대될 뿐만 아니라 뿌리의 호흡량은 증가하여 양분의 흡수에 필요한 에너지의 방출이 증가된다. 따라서 온도의 상승과 함께 양분의 흡수 및 이행도 증가하지만 적온 이상으로 온도가 상승하게 되면 호흡작용에 필요한 산소의 공급량이 적어서 정상적인 호기성호흡을 못하게 되어 탄수화물의 소모가 많아짐과 동시에 오히려 양분의 흡수가 감퇴된다.

2. 유효온도
가. 주요 온도
최고온도ㆍ최저온도 및 최적온도를 주요온도라고 한다. 작물의 생리작용은 복잡한 이화학적 반응이며, 온도에 의해서 규제된다. 따라서 작물은 일정한 범위내의 온도에서만 생육이 가능하며 또한 이 범위내의 온도에 있어서도 온도에 따른 생장속도나 생리작용의 정도도 달라진다. 작물의 생장과 생육이 효과적으로 이루어지는 온도를 유효온도라고 한다. 작물의 생육이 가능한 가장 낮은 온도를 최저온도라 하고, 작물의 생육이 가능한 가장 높은 온도를 최고온도라고 하며, 생육이 가장 왕성한 온도를 최적온도라고 한다. 이러한 온도는 작물의 종류, 품종, 발육단계 그리고 생리작용의 종류에 따라 달라진다.

나. 적산온도
어떤 작물의 발아로부터 성숙까지의 생육기간중 0℃이상의 일평균기온을 합산한 것을 그 작물의 적산온도라고 하는데 이것은 작물이 정상적인 생육을 마치려면 일정한 총온도량이 필요하다는 견지에서 생긴 개념이다. 적산온도는 작물의 온도특성을 단적으로 표시하는 방법으로 각 작물이 생육에 필요한 총온도량이 다르다.
여름작물 : 생육기간이 긴 것(벼 3500 ~ 4500℃), 담배 3200 ~ 3600℃)
생육기간이 짧은 것(메밀 1000 ~ 1200℃, 조 1800 ~ 3000℃)
겨울작물 : 추파맥류 1,700 ~ 2,300℃
봄 작 물 : 아마 1,600 ~ 1,850℃, 봄보리 1,600 ~ 1,900℃

2. 기온ㆍ지온ㆍ수온 및 작물체온의 변화
가. 기온의 변화
1) 연변화
우리나라의 기온은 8월이 가장 높고 1월이 최저로 되면서 계절적 변화를 보이고 있다 최저기온은 작물의 월동을 지배하며, 최고기온은 작물의 여름을 넘기게 하는 요인이며 감자와 같은 작물은 고랭지에서는 여름을 넘기지만 평지에서는 여름을 넘기지 못한다. 무상기간은 여름작물의 생육이 가능한 기간을 표시하는 것으로서 작물의 선택에 중요한 요인이 된다.
2) 일변화
기온은 하루 중에서도 시시각각으로 변화하게 되며 이를 기온의 일변화 또는 변온이라고 한다. 대체로 보아서 기온의 최저는 오전 5시경에 오고, 최고는 오후 2 ~ 3시경에 오며, 오전 9시 사이의 기온은 일평균기온에 가깝다. 기온의 일교차의 정도는 작물의 발아, 동화물질의 축적, 생장, 개화, 결실 등의 생리작용에 지대한 영향을 미친다.

나. 수온ㆍ지온ㆍ식물체온의 변화
1) 수 온
물은 비열이 크고 온도의 교차가 적다. 최고온도는 기온보다 낮지만 최저온도는 기온보다 높으므로 심수는 저온기의 냉해를 회피하는 수단이 되기도 한다. 그러나 지하수는 주로 지온의 영향을 많이 받으며, 지하수의 깊이에 따라 다른데, 12~17℃ 정도이다. 따라서 지하수를 직접 관개하면 작물이 냉해를 받기 쉬우므로 유수지에서 물을 데워서 관개하는 것이 좋다. 수온의 최고ㆍ최저온도는 기온의 최고ㆍ최저온도시간보다 2시간쯤 늦다. 저수지와 같이 깊은 물의 수온은 표면수가 높으므로 표면수를 관개함으로써 냉해를 방지할 수 있다.
2) 지 온
지온의 최고ㆍ최저시간도 수온과 비슷하게 기온보다 2시간쯤 늦다. 토양조건은 지온에 영향을 미치는데 토양의 빛깔이 진하면 지온이 높아지며 함수량이 높으면 지온은 저하하지만 그 교차는 적어진다. 잘 경운한 토양은 토양간극이 많아지므로 보온력이 강해지고 지하부 지온의 일교차가 적어진다. 지중속도가 깊을수록 지온의 변화는 적어지고 남쪽으로 경사진 곳은 평지보다 낮의 지온이 높아진다. 이랑을 높게 만들면 겨울철에 골의 지온이 높아진다.
3) 작물체온
흐린날 밤이나 그늘에서의 작물체온은 흡수발산보다도 복사나 증산방열이 우세하여 작물체온이 기온보다 낮다. 그러나 여름철의 맑은 낮에는 열의 발산보다도 열의 흡수 및 생활작용의 증대에 의해서 작물체온이 기온보다 10℃ 이상 높아지는 수가 있는데 이것은 여름의 고온기에 열사를 유발하는 원인이 되기도 한다.

3. 변온과 작물생육
가. 변온과 작물생리
야간의 온도가 높거나 낮으면 무기성분의 흡수가 감퇴한다. 또한 야간온도가 적온보다 높거나 낮으면 뿌리의 정상적인 호기적 물질대사가 억제되어 무기성분의 흡수가 이온의 수화도에 따라서 감퇴하게 된다. 변온의 중요한 생리는 당분이나 전분의 전류문제이다. 잎에서 합성된 탄수화물의 일부는 호흡으로 소요되는데 호흡에 의한 소모량은 20℃ 이상에서 급격히 증가하며 잎으로부터의 탄수화물 전감소량이 20℃ 까지는 급증하나 20~30℃ 사이에서는 서서히 증가하며, 30℃ 이상에서는 별로 증가하지 않는다. 따라서 탄수화물의 전류축적이 가장 많은 온도는 25℃ 이하로서 야간온도가 이와 같은 온도로 저하하는 것은 탄수화물의 전류축적에 유리하게 영향을 주기 때문이다.

나. 변온과 작물의 생장
벼의 경우 분얼최성기까지는 밤의 저온이 신장을 억제하지만 분얼은 증대시키며 분얼기의 초장은 35℃(낮)~25℃(밤)의 변온에서 최대가 되지만 유효분얼수는 35~25℃ 변온보다 35~15℃의 변온에서 더욱 증대된다고 한다.
고구마의 괴근 형성은 29℃의 항온보다도 29~20℃의 변온에서 현저히 촉진되며 감자도 밤의 기온이 10~14℃로 저하되는 변온 상태에서 괴경의 발달이 잘된다.

다. 변온과 개화
담배의 경우 주야 변온에서 개화가 촉진되며 콩의 경우 낮에는 18℃일 때 보다 32℃일 때에 화아착생이 좋지만 밤에는 32℃일 때보다 18℃일 때가 화아착생이 좋았다고 한다.
반면 맥류와 같은 작물은 밤의 기온이 높고 상대적으로 변온의 정도가 작아지는 상태에서 출수와 개화가 촉진된다.

라. 변온과 결실
변온은 대체로 작물의 결실에 효과적인 것으로 알려져 있는데 그 이유는 앞서 설명한 동화물질의 전류생리에서 구할 수 있을 것이다. 같은 조건으로 재배한 벼에서 주야 온도교차가 큰 분지의 벼가 주야 온도교차가 적은 해안지의 벼보다 등숙이 빠르며 야간의 냉온이 청미를 적게 한다.

4. 고온장해
가. 열해
작물은 생육최고온도 이상으로 온도가 높아지면 생리작용에 장해를 초래하며 어느 한계 온도 이상에서는 고사하게 된다. 기온이 과도하게 높아짐에 따라서 입는 피해를 열해라고 한다. 그중에서도 보통 1시간 정도의 짧은 시간에 받은 열해로 고사하는 것을 열사라고 한다. 작물의 생육최고온도는 대체로 저온작물은 28~30℃, 고온작물은 40~45℃인데 고온이 오랜 기간 지속되면 작물체내에 여러 가지 생리ㆍ화학적 이상을 초래한다. 즉 유기물의 과잉소모, 질소대사의 이상, 철분의 침전 또는 과다한 증산작용 등의 현상을 나타낸다.
열해의 대책으로서는 내열성작물을 선택하며, 재배시기의 조절에 의한 열해의 회피, 그리고 관개수를 이용한 온도 강하책, 피복에 의한 온도 상승 억제책 등을 쓰며 재식밀도를 낮추며 질소과용을 피하도록 한다.

나. 하고현상(夏枯現象)
식물이 한 여름철을 지낼 때 생장이 현저히 쇠퇴 내지 정지하고 심한 경우에는 고사하는데 이러한 현상을 하고현상이라고 한다. 일반적으로 다년생인 북방형의 목초 등은 내한성이 강하여 월동하는 데에는 이상적이지만 여름철에 접어들면서부터 생장이 쇠퇴하는 하고 현상을 보여 목초생산량을 크게 감소시킨다..
하고현상은 여름철에 기온이 높고 건조가 심할수록 격증한다. 티머시ㆍ블루그라스ㆍ레드클로버 등은 피해가 크며 오차드그라스ㆍ라이그라스ㆍ화이트클로버 등은 그 피해가 경미하다.
1) 하고의 유인
하고를 일으키는 요인은 고온, 건조, 장일, 병충해, 잡초의 무성 등이다.
2) 하고의 대책
① 스프링플러시의 억제 : 북방형 목초의 생육은 봄철에 왕성하여 목초생산량이 이때에 집중되는데, 이것을 스프링플러시(spring flush)라고 한다. 스프링플러시의 경향이 심할수록 하고현상도 심해진다.
② 관 개 : 고온건조기에 관개를 하면 수분을 공급하고, 지온을 낮추어서 하고현상을 경감시킨다.
③ 초종의 선택
④ 혼파 : 하고현상이 덜한 초종이나 하고현상이 없는 남방형목초를 혼파하여 하고현상에 의한 목초생산량의 감소를 적게 한다.
⑤ 방목 · 채초의 조절 : 약한 정도의 방목과 채초가 하고현상을 경감한다.