농촌지도사, 연구사, 농업직 7급, 9급공무원 필수과목 재배학 핵심 내용 요약 정리 4. 수분

 

제4장. 수분

 

1. 물의 생리작용

가. 생리작용

생체의 70% 이상이 물이다. 생명현상은 모두 물과 결부된 가운데 이루어진다. 생체에서 물을 제거하면 생명현상은 끝나고 죽게 된다. 지구상 생물은 물의 존재에 의하여 발생하고 물의 존재로 그 생존을 지탱한다. 일반적으로 원형질은 75% 이상의 수분을 함유하며 다즙식물에는 70~80%, 다육식물에는 85~95%, 목질부에는 50%의 수분이 함유되어 있다. 일반적으로 잎의 수분함량이 저하하면 그에 따른 반응으로 기공의 폐쇄가 시작된다.

작물 생육에 대한 수분의 기본역할을 요약하면 다음과 같다.

① 살아 있는 식물세포 원형질의 생활상태를 유지시킨다.

② 다른 성분들과 함께 식물체의 구성물질을 형성하는데 필요하다.

③ 필요물질의 용매가 된다.

④ 세포의 긴장상태를 유지하여 식물의 체제유지를 가능하게 한다.

⑤ 식물체내의 물질분포를 고르게 하는 매개체가 된다.

⑥ 식물체가 필요로 하는 물질의 합성과 분해과정의 매개체 역할을 한다.

 

나. 흡수의 기구

식물세포의 원형질막은 인지질로 된 반투막이며, 외액이 세포액보다 농도가 낮을 때는 외액의 수분농도가 세포액보다 높은 결과가 되므로, 외액의 수분이 반투성인 원형질막을 통하여 세포 속으로 확산해 들어가는데 이것을 삼투라고 하며, 내 ㆍ 외액의 농도차에 의해서 삼투를 일으키는 압력을 삼투압이라고 한다. 삼투에 의해서 세포의 수분이 늘면 세포의 크기를 증대시키려는 압력이 생기는데, 이것을 팽압이라고 하며, 식물의 체제유지를 가능하게 한다. 팽압에 의하여 세포막이 늘어나며 세포막의 탄력성에 의해서 다시 안으로 수축하려는 압력이 생기는데, 이것을 막압이라고 한다.

삼투압은 세포 내로 수분이 들어가는 압력이고, 막압은 세포 외로 수분을 배출하는 압력으로 볼 수 있으므로, 실제의 흡수는 삼투압과 막압의 차이에 의해서 이루어지며, 이것을 흡수압 또는 확산압차(DPD)라고 한다. 그런데 작물의 뿌리는 실제로 토양의 용액으로부터 수분을 흡수하는데, 토양수분은 토양의 수분보유력이 흡수를 저해하는 방향으로 작용한다. 또한 토양용액 자체의 삼투압도 흡수에 저해적 방향으로 작용한다.

토양의 수분보유력 및 삼투압을 합친 것을 SMS(soil moisture stress) 또는 DPD′라고 하는데, 토양으로부터의 작물뿌리의 흡수는 DPD와 SMS의 차이에 의해서 이루어진다.

DPD-SMS(DPD′) = (a - m) - (t + a′)

식에서 a: 세포의 삼투압, m: 세포의 팽압(막압), t: 토양의 수분보유력, a′: 토양용액의 삼투압이다.

작물조직 내의 세포 사이에도 DPD에 서로 차이가 있어 이것을 DPDD(diffusion pressure deficit difference, 확산압차구배)라고 하는데 세포 사이의 수분이동은 이에 따라서 이루어진다.

세포가 최대로 수분을 흡수하면 삼투압과 막압이 같아서 흡수압(DPD)이 0이 되는 상태에 도달하게 되는데 이 상태를 팽압상태라고 한다. 한편 외액이 세포액보다 농도가 높아서 세포액의 수분농도가 외액보다 높아질 때에는 세포액의 수분이 외액으로 스며나가 원형질이 수축되고 세포막에서 분리하게 되는데 이것을 원형질분리라고 한다. 수세미외의 줄기를 절단하면 절구에서 수분이 솟아나오는 소위 일비현상이 생기는데, 이것은 뿌리세포의 흡수압, 즉 근압에 의해서 생기며 적극적 흡수의 일종이다.

 

2. 작물의 요수량

작물의 건물(乾物) 1g을 생산하는데 소비된 수분량(g)을 요수량이라고 한다. 그리고 건물 1g을 생산하는데 소비된 증산량을 증산계수라고 하는데, 수분소비량의 거의 전부가 증산량이므로 요수량과 증산계수는 동의어로 사용되고 있다. 요수량은 작물의 종류에 따라 달라 <표 4-1>처럼 수수 ㆍ 기장 ㆍ 옥수수 등이 적고, 알팔파 ㆍ 클로버 등이 크다. 특히 명아주의 요수량은 극히 많다.

3. 공기 중의 수분

공기 중의 수분은 공기 ㆍ 습도 ㆍ 구름 ㆍ 안개 ㆍ 비 ㆍ 눈 ㆍ 이슬 ㆍ 우박 등과 같은 형태로 작물의 생육에 큰 영향을 미친다. 구름은 일사와 직접적인 관계가 있으며 비는 토양수분상태를 규정짓는다.

 

가. 공기습도

공기습도가 높으면 즉 공기가 다습하면 증산작용이 약해지고 뿌리의 수분흡수력이 감퇴하므로 필요물질의 흡수 및 순환이 쇠퇴한다. 공기습도가 포화상태에 이르면 기공은 거의 폐쇄상태로 되어 기공으로부터의 가스 침입이 억제되므로 광합성이 쇠퇴하게 된다. 일반적으로 공기가 다습해지면 표피가 연약해지고 작물체가 도장하게 되어 낙과 및 도복의 원인이 되기 쉽다. 또한 공기의 과습은 작물의 개화수정에 장해가 되기 쉬우며 수확기의 과습은 건조를 방해하고 품질의 손상을 가져온다. 다습하면 작물이 병충해에 대한 저항력이 약해지며 한편 병원균은 강우로 전파가 조장되고 포자의 발아도 용이해진다.

 

나. 이슬

대기중의 수증기가 응결하여 물방울이 되어 지면지상물 ㆍ 식물의 잎 등에 부착되어 있는 물기를 이슬이라고 한다. 야간의 복사 냉각에 의하여 접지기온이 노점온도보다 낮아질 때나 따뜻하고 습한 공기가 노점온도보다 낮은 지표면으로 유입되어 올 때에 이슬이 맺히는 경우가 많다. 이슬이 생기는 현상을 결로(結露, dewing)라고 한다. 이슬은 잎을 적셔서 증산작용을 억제함으로써 식물을 도장하게 하는 경향이 있으며 또한 기공을 폐쇄하여 광합성을 저해한다.

 

다. 안개

안개란 극히 작은 물방울이 대기 중에 떠다니는 현상으로서 수평시정(水平視程)이 1km 이하인 상태를 말한다. 안개는 증발 ㆍ 냉각 ㆍ 혼합 등에 의하여 발생하는데, 지면의 열이 방산하여 그 주변에 있던 공기가 냉각해졌을 때 그 속에 포함되어 있던 수증기가 응결해서 된다. 안개는 일광을 차단하여 지온의 상승을 저해하고 공기를 과습하게 한다. 따라서 작물의 생육이 지연되거나 작물체가 도장하여 연약해지며, 개화, 결실이 저해되고, 병충해에 대한 저항성이 약해지며, 수확물의 건조도 불량해진다. 안개가 많은 지대는 여름철의 기온도 냉하므로 귀리 ㆍ 청예사료 ㆍ 순무 등이 재배되며 맥류 ㆍ 두류 ㆍ 옥수수 등은 냉온으로 말미암아 생육이 좋지 않다. 감자는 냉랭한 기후를 좋아하는 작물이지만 이와 같은 지대에서는 병해의 발생이 심하여 적지가 되지 못한다.

 

4. 관개

가. 관개의 효과

1) 논에서의 효과

논에 관개를 하면 생리적으로 필요한 수분을 공급하는 동시에 질소 ㆍ 칼리 ㆍ 석회 ㆍ 규산 ㆍ 마그네슘 등의 영향물질들이 상당량 관개수에 섞여 공급되며 물못자리 초기나 본답이라도 냉온기에는 관개에 의해서 보온이 되며, 혹서기에는 관개에 의해서 과도하게 높은 지수온이 낮추어진다. 관개에 의해서 염분이나 그 밖의 유해물질을 유거시켜 제거할 수 있으며 담수를 하면 잡초의 발생 및 해충의 만연이 적어지고 토양선충이나 토양전염의 병원균이 소멸 ㆍ 경감된다. 관개 ㆍ 담수를 하여 토양이 부드러워지면 이앙 중경 제초 등의 작업이 용이해져 작업능률이 향상된다.

 

2) 밭에서의 효과

밭에서의 관개효과는 생리적으로 필요한 수분을 공급하여 한해가 방지되고, 토양함수량을 알맞게 유지할 수 있어서 생육이 조장되고, 수량 ㆍ 품질이 향상되며 관개가 가능하게 되면 더욱 유리한 작물을 선택할 수 있고, 다비재배가 가능하며, 파종 ㆍ 시비 등의 작업을 적기에 효율적으로 실시할 수 있어서 재배수준의 향상이 가능하다. 관개를 하면 혹서기의 지온을 낮출 수 있고, 냉온기의 지온을 높일 수 있다. 목야지에 겨울철 관개를 하면 늦가을과 초봄의 생초이용기간을 연장시킬 수 있고, 여름철관개를 하면 북방형 목초의 하고를 경감시킬 수 있다.

 

나. 수도의 용수량 및 관개법

1) 용수량

벼농사기간 중 논 관개에 소요되는 수분의 총량을 용수량이라고 하며, 이론상 다음과 같이 계산한다.

용수량 = (엽면증발량 + 수면증발량 + 지하침투량) - 유효우량

① 엽면증발량 : 같은 기간중의 증발계증발량의 1.2배 정도가 된다.

② 수면증발량 : 증발계증발량과 거의 비슷하다.

③ 지하침투량 : 토성에 따라 크게 다르며 210~830mm, 평균 536mm 정도.

④ 유효우량 : 관개수에 더해지는 우량이며, 강우량의 75% 정도라고 한다.

이제 벼농사 기간 중(이앙에서 낙수까지 약90일간)의 증발량이 400mm이고, 강우량이 500mm라고 하면 용수량은 대체로 다음과 같이 계산된다.

엽면증발량 400 x 1.2 = 500mm

수면증발량 400 x 1.0 = 400mm

지하침투랑 536≒ 500mm

유효우량 500 x 0.75 = 375mm

용수량 = (500+400+500)-375 = 1,025mm

1mm의 수량은 3.3m2(1평)당 3,294ℓ(1.83되), 10a 당 988.2ℓ(5349점)가 되므로, 1,025mm는 10a 당 1,012.9kℓ(5,627.25섬)가 된다.

2) 절수관개

논의 관개수가 부족할 때에는 그 절약을 위하여 수분의 요구도가 큰 이앙기에서 활착기, 유수형성기, 수잉기에서 유숙기에만 담수하고, 그 밖의 시기에는 포화수 정도로 절수 관개하는 경우도 있다.