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수분과 작물
송세근님의 글입니다.
난을 키울 때 물주기 삼년이라는 말을 많이 들으셨을 것입니다. 물주기 삼년은 난 배양에 만 있는 말인 줄 알았는데 아니더군요. 다른 작물을 재배할 때도 많이 쓰는 말이었습니다. 딸기하우스는 그들대로 삼년을 들먹이고, 오이는 오이대로, 고추는 고추대로 그 말을 하더군요.
그러나 난을 하면서 삼년 만에 물주기를 완전히 통달한 사람은 절대 없다고 장담합니다. 우리가 말하는 그 물주기 삼년이란 말은 식물을 죽이지 않고 키울 정도의 물주기 실력을 키우는 기간밖에 되지 않는다고 생각합니다. 물을 통하여 식물을 정말로 누가 봐도 잘 키웠다는 말을 들을 정도 되려면 삼년이 아니라 십년이 지나도 될까 말까한 요원한 일 같습니다. 어느 누가 난초에 비료하나 주지 않고 몇 년 동안 방식을 달리하며 정량적인 관수 주기를 찾을 수 있겠습니까? 관수테크닉은 실험을 통해 얻을 수 있는 규칙이 절대 없는 그야말로 자기 자신만의 테크닉이요 기술입니다. 이는 글로서도 표현이 정말 어려운 것인데 말로는 설명이 도저히 불가능합니다.
그러나 어느 정도의 대략적인 방법은 나올 수 있습니다. 보통 인터넷 동호회 등에서 많이 볼 수 있는 봄 신아철에는 몇일에 한번, 여름에는 어떤 식으로, 또 장마기에는 어떤 식으로 등등 아주 기본이 되는 관수주기는 잡을 수 있습니다.
규칙적으로 관수해야 한다고 금방 숨이 꼴깍 넘어가는 것처럼 보이는데도 다음 주기까지 기다리고 있는 사람도 더러 있기도 합니다. 그래도 무턱대고 주는 것보다는 훨씬 났지만 그래도 아쉬운 마음은 있었습니다.
그럼 간략하게나마 수분에 대해 들어가 보도록 하겠습니다.
전편에 언급했듯이 그렇게 필요하지 않은 것은 과감하게 생략하겠습니다.
작물에 대한 수분의 역할
작물을 정량적으로 분석하면 극히 많은 물을 함유하고 있음을 알 수 있습니다. 목질부에도 50%, 다즙식 무에는 70~80%, 과실에는 85~95%, 종자에도 10% 이상의 수분을 함유하고 있고 원형질도 역시 75%이상의 물을 함유하고 있습니다.
우리는 식물이 물로 받쳐진 하나의 기둥이라고 생각할 수 있으며, 실로 물 없는 곳에는 생명이 없다 해도 과언이 아님을 알 수 있습니다.
물은 뿌리로부터, 엄밀히 말해서 근모로부터 흡수 되어 체내를 흘러 체외로 배출되는 사이에 여러 가지 생리작용을 일으키게 되는데 그 역할을 요약하면 다음과 같습니다.
1. 원형질의 생활 상태를 유지 합니다.
2. 체내의 물질을 흡수 가능한 수용액으로 만드는 용매가 됩니다.
3. 체내의 물질 분포를 고르게 하는 매개체이며 운반체입니다.
4. 필요 물질을 합성 분해하는 매개체가 됩니다.
5. 식물체의 구성물질이고 세포의 긴장 상태를 유지하여 식물의 체제유지를 가능하게 합니다.
물의 공급과 광합성
흡수된 수분은 노출된 식물잎 표면에서 증산됩니다. 건조한 공기에 노출된 뿌리, 저장 중에 있는 사과나 고구마, 방의 꽃꽂이 꽃도 자라는 식물처럼 수분을 증산시킵니다. 이와 같이 식물의 표면을 통하여 수증기의 형태로 수분이 날아가는 것을 증산이라고 합니다.
식물의 증산작용은 대부분 잎을 통하여 이루어지는데 그 이유는 다음과 같습니다.
1. 잎은 편편하고 넓으며 외부에 노출되는 큰 표면적을 가지고 있습니다.
2 광합성을 하는 동안에 기공이 열려 있고 기공이 열리면 잎 내부의 습기를 가진 세포가 노출됩니다.
3. 잎의 내부 표면적이 외부 표면적의 몇 배 이상이 됩니다.
식물에서 수분의 흡수량이 증산량 보다 적으면 기공의 공변세포는 팽윤을 잃고 시들게 되며 그 결과 기공은 폐쇄됩니다. 기공이 닫히면 엽록소를 가진 세포에 탄산가스가 확산되어 들어가지 못하게 되므로 광합성 물질의 생성이 적어지고 그 결과 생장과 수량도 저하됩니다. 그러므로 기공이 충분히 열려 증산작용이 활발히 이루어져야 그곳으로 탄산가스가 많이 들어가 광합성 작용도 활발하게 이루어지게 되는데 이렇게 되면 수분의 증산량도 현저히 많아지므로 이에 맞추어 수분의 흡수량도 증가되어야 합니다.
바꾸어 말하면 단위 시간당 흡수되는 수분의 총량은 증산되는 수분량과 같아야 하기 때문에 식물이 좋은 조건에 있어 증산작용이 활발하게 이루어질수록 수분의 흡수량은 이에 비례적으로 증가되어야 정상적인 식물의 생산 활동이 가능하게 되는 것입니다. 이와 같이 중요한 물은 식물체내에서 어떻게 하여 결핍이 일어나며 거기에 영향을 주는 요인은 무엇인가에 대하여 자세히 알아둘 필요가 있습니다.
뿌리의 흡수력
뿌리 중에서 수분 흡수와 관계가 깊은 것은 다름 아니라 근모입니다. 근모는 흡수면을 넓힐 수 있도록 뿌리의 표피가 변화된 것인데 이것이 있기 때문에 식물의 뿌리는 지상부의 표면적보다도 훨씬 넓은 표면적을 확보할 수 있게 되어 지상부의 아무리 심한 증산작용에도 견디어 낼 수 있는 수분 흡수가 가능하게 되는 것입니다.
근모는 그 표면이 점질이어서 토양입자와 잘 밀착할 수 있게 되어 있으므로 토양입자 사이에 빈틈없이 뻗어 들어가 수분을 흡수하게 되는데 그 선단은 생장점이고 그 윗부분에서 흡수하게 됩니다.
근모의 수명은 식물의 종류에 따라 긴 것도 있기는 하나 대부분은 며칠 또는 몇 주일 정도이고 항상 새것으로 대치되어 나가고 있습니다. 무나 배추와 같은 작물들, 우리가 흔히 싹기름 채소로 이용되는 식물들은 불과 몇 시간 늦어도 이틀이면 새 뿌리가 나고 동시에 근모가 나는 것을 볼 수 있습니다. 그러나 춘란을 비롯한 난과 식물은 그 생사 주기가 아주 깁니다. 춘란은 정확한 연구결과가 없지만 경험적으로 볼 때 새로운 근모가 나오는 기간을 보통 15~20일정도로 보고 있습니다. 이는 채란이나 분갈이 후 정양기간과 거의 일치한다는 것을 알 수 있습니다. 안정된 조건이나 환경을 통하여 새로운 근모가 형성되기를 기다리는 기간이 바로 정양이라는 형식이라는 것입니다.
근모는 토양 속에서도 항상 호흡을 하여야만 활동 할 수 있게 됩니다.
그러므로 토양 중에 적당한 산소의 공급이 없으면 새 뿌리의 발생이나 뿌리의 생장은 이루어지지 못할 뿐 아니라 뿌리의 흡수작용도 못하게 됩니다.
토양을 물로 포화시키거나 또는 토양 중의 공기에서 산소를 빼내고 질소나 탄산가스로 충만 시키면 흡수작용은 중단되고 뿌리는 죽어버리는데 이것은 뿌리가 산소 없이 생존 할 수 없음을 입증하는 좋은 예라고 할 수 있습니다.
잎은 탄산가스를 흡수하지만 뿌리는 산소로 호흡을 한다는 것입니다. 탄산시비를 할 때 과도한 탄산가스는 뿌리까지 침투합니다. 앞서 말했듯이 탄산가스는 공기보다 무거워 밑으로 가라앉기 때문입니다.
수분의 배출
뿌리로부터 흡수된 물이 지상부의 표면에서 수증기 상태로 날아가는 것을 증산작용이라고 합니다. 증산작용은 어린 줄기에서는 표피를 통하여 일부 이루어지기도 하지만 그 양은 극히 적고 주로 잎의 기공을 통하여 이루어지는데 이것을 기공증산작용이라고 합니다.
잎의 표피는 각피화 되어 있지만 표피를 통하여서도 다소의 증산작용이 이루어지고 있는데 이것을 각피증산작용이라고 하며 이것은 기공증산작용의 1/10정도밖에 안된다고 합니다. 따라서 우리는 작물 재배에 있어서 기공증산이 얼마나 큰 증산요인인가를 알 수 있습니다.
대개의 식물은 100%의 수분을 흡수하면 광합성에 1%, 잎, 줄기, 과실에 10%정도를 사용하고 나머지 90%는 증산을 통하여 밖으로 배출한다고 합니다.
이 증산의 역할은
첫째 체내 온도를 떨어뜨리고
둘째 당의 전류를 조장합니다.
셋째 식물체내 당 축적에 기여합니다.
그러면 이런 증산작용에 영향을 미치는 요인이 어떤 것들이 있는지 알아 보겠습니다.
1. 일조
증산작용은 뚜렷한 일변화를 보이는데 낮에는 증산작용이 왕성하고 밤에는 쇠퇴됩니다. 이것은 광도가 엽면 온도를 높여주고 또 기공개폐에 영향을 주기 때문이라고 합니다.
일조가 증산작용을 지배하는 기구에 대해서는 두 가지 측면에서 생각할 수 있는데, 하나는 일조가 잎의 온도를 높인다는 사실에 기인하고, 다른 하나는 기공의 개폐에 영향을 주어 광이 쪼이면 기공이 열리고 어두우면 닫힌다는 사실에 기인합니다.
광도가 높으면 높을수록 기공이 많이 열리게 되고 또 엽온이 외온보다 높아지면 엽내세포의 수증기압이 올라가서 외기의 수증기압과의 차이가 심해지므로 증산작용은 더욱 왕성해 집니다.
단위 시간당 증산량의 시각에 따른 변화와 일조도, 기온, 공중습도의 일변화 사이에는 밀접한 관계가 있고, 증산량과 이들 3가지 조건과의 상관계수는 대단히 높은데 특히 이중에서도 일조도와의 상관관계가 가장 높습니다.
2. 관계습도
현재 공기가 품고 있는 수증기량과 현재의 온도에서 공기가 수증기로 포화 되었을 때 갖는 증기의 양을 비교하여 백분율로 표시한 것을 관계습도라고 합니다.
따라서 공기 중의 관계습도가 낮으면 주위의 흡수 가능한 습기를 많이 흡수할 수 있는 조건이 되므로 잎에 수증기 분자는 건조한 공기 속으로 빨리 확산하게 되어 증산작용은 왕성해 집니다. 단, 분 내에 흡수할 수 있는 충분한 수분이 있어야 한다는 전제조건이 따릅니다.
식물성장에서 가장 좋은 관계습도는 보통 60~70%정도라고 알려져 있습니다. 베란다 난실의 경우는 이 보다도 훨씬 적은 습도를 나타나게 됩니다. 그래서 공중습도를 올리려고 갖가지 아이디어를 쓰지만 80%이상으로 올리지 않는 것이 난의 성장에 도움이 될 듯합니다. 포화습도에서는 증산은 정지되거나, 된다고 해도 아주 미약합니다. 또 과도한 습도는 곰팡이균의 증식을 조장하여 각종 병에 노출되므로 피하는 것이 좋다고 할 수 있습니다.
그러나 너무 낮은 관계습도 또한 작물이 흡수 할 분량의 수분이 식물을 통한 증산이 아니라 자연적인 증발의 형식으로 대기중에 날아가 버려 결과적으로 작물은 위조점까지 가는 경우가 있기 때문에 더더욱 피해야 하는 경우가 됩니다.
난을 키우다 보면 과습으로 죽이는 경우보다 탈수로 죽이는 경우가 훨씬 더 많다는 것을 모두 공감하실 것입니다.
3. 기온
온도가 높아지면 수증기 분자의 운동속도가 증가되고 식물체의 온도도 높아지며 식물세포의 수증기압도 높아져서 식물의 증산작용은 더욱 왕성해 집니다. 그러나 과도한 온도는 작물에 해를 입힌다는 것은 이제 여러분들도 아실 것입니다.
다른 조건이 동일하다면 증산은 온도에 지배된다고 할 수 있습니다.
4. 바람
바람이 불면 엽면에서 나오는 수증기가 바람에 의하여 유동하기 때문에 잎에 머물러 있지 못하고 계속 외기 속으로 날아가게 되므로 바람은 증산작용을 활발하게 합니다. 그러나 바람의 속도가 빠른 강풍일 때에는 기공이 닫혀져서 오히려 증산작용을 억제 시킵니다. 대개의 경우 우리가 느끼는 산들바람(미풍)일 때에 증산작용은 왕성해 진다고 할 수 있습니다.
바람에 대해서도 별도의 공부가 있어야 되기 때문에 뒤로 미루도록 하겠습니다.
5. 토양조건
토양의 함수량, 토양수의 삼투퍼텐셜, 지온, 토양의 통기 등은 모두 뿌리의 흡수와 밀접한 관계를 가지므로 간접적으로 증산작용에 영향을 끼칩니다. 토양조건에 따라서는 뿌리의 흡수가 적으면 증산작용도 저하되는 것입니다.
그러면 수분 공급이 부족할 때 식물은 어떻게 될까요?
물이 부족하면 당연한 이야기 같지만 기공이 닫혀져서 광합성률이 감소됩니다. 따라서 탄수화물, 색소, 지방, 단백질 등 필요한 영양물질의 합성이 대단히 늦고 생장도 지연되며 수량도 감소됩니다. 더구나 흡수작용은 계속되므로 작물의 건물량은 계속 감소되어 나가다가 심하면 죽게 되는 것입니다. 설령 죽지 않는다 하더라도 이런 작물은 월동하게 되면 내한성이 크게 떨어져서 동해를 쉽게 받습니다.
과수의 경우 건조한 상태에서 겨우겨우 생명을 유지하게 되면 겨울 동안에 심한 동해를 받아 봄에 싹트지 못한 채 고사하거나 또 동해부로 병균이 침입되어 고사하는 현상을 많이 볼 수 있습니다.
수분이 부족하게 되면 줄기의 비대생장이 억제되고 복숭아, 사과, 토마토 같이 과실이 달리는 작물에서는 과실내의 수분을 잎에 빼앗기게 되므로 과실이 쉽게 시들어 낙과되거나 세포의 비대가 억제되어 작은 과실이 생산됩니다. 타 작물보다도 원예작물 중의 채소류는 수분 요구량이 많아 물이 없이는 재배가 불가능합니다.
체내에 함수량이 저하되면 세포는 팽압을 잃고 팽만의 상태를 벗어나므로 조직이나 기관은 조직긴장을 잃게 되며, 이와 같이 되면 잎이나 줄기의 상부에 있는 세포벽이 얇은 유조직으로 이루어져 있는 부분은 위조현상을 일으킵니다. 쉽게 말해 잎이 힘없이 축 늘어져 버린다는 것입니다.
난과 식물도 마찬가집니다만 난과식물은 내건성이 강해 웬만한 가뭄엔 어느 정도의 기간은 견딜 수 있지만 그 기간이 길어지면 여느 식물처럼 위조점을 지나 고사하게 됩니다. 다만 다른 작물이 1주일만에 고사한다면 춘란은 몇 주 정도는 더 견딜 수 있다는 것이 다를 뿐입니다.
난과 식물의 내건성은 K(칼륨)의 영향이 크다고 알려져 있습니다. 춘란을 분석한 논문에 의하면 특히 뿌리에서 다량원소 중 가장 많이 검출되는 것이 바로 K라고 합니다.
이에 대한 것은 다음에 비료편에서 더 자세히 다루도록 하겠습니다.
수분부족은 난뿐만 아니라 여타 다른 작물에서도 생육생장에 막대한 지장을 초래합니다.
식물 체내에 수분이 부족한 정도에 따라 초발위조, 일시적 위조, 영구위조의 세 가지 위조로 나눕니다만 위조의 정도는 점진적이며 이것을 확실하게 구별한다는 것은 어렵습니다.
초발위조란 잎의 함수량이 저하하고 잎의 세포가 어느 정도 팽압을 잃고 있어도 외관적으로 아직 위조의 징후를 나타내지 않은 상태를 말합니다. 1일 중 증산작용이 가장 왕성한 시각에는 함수량이 대단히 저하하고 흔히 초발위조의 상태로 되며, 그 결과로서 증산작용이 감퇴되는 경향이 나타납니다. 초발위조의 상태에서는 잎세포의 삼투퍼텐셜이 감소됨에 따라 이 세포로부터 세포간극으로의 증발이 감소되며, 한편에서는 증산작용이 계속됨에 따라 잎 세포간극의 증기압부족량이 저하되므로 기공이 닫히기 전에 증산작용을 감퇴시킵니다.
일시위조란 초발위조가 더욱 진행된 상태로서 세포는 팽압을 잃고 외관적으로 위조 상태를 나타내지만 강우나 관수에 의하지 않아도 쉽게 회복되는 것을 말합니다. 여름의 맑게 갠 날에는 오후가 되면 작물이 흔히 이 상태에 빠지지만 밤사이에 세포는 차차 팽압이 높아져서 아침에는 위조로부터 회복됩니다. 초발위조나 일시위조는 모두 작물의 증산작용이 흡수작용보다 클 때 일어납니다.
영구위조란 위조의 정도가 일시위조보다 더욱 진행된 상태이며, 물을 주어서 토양수분을 늘리면 회복됩니다. 그러나 물을 주지 않으면서 식물의 포화수증기 상태의 공기 중에 24시간 둠으로써 증산작용을 제한해도 다시는 회복할 수 없는 위조를 말합니다. 식물이 이러한 상태에 도달하였을 때를 영구위조점이라고 하고 이때의 토양함수량을 토양의 건조중량의 백분율로 표시한 수치를 그 토양의 위조계수라고 합니다. 영구위조점보다 위조가 더욱 진행되면 잎은 점차 건조 고사하게 됩니다.
또한 수분 공급이 과다하면 수분 공급이 증산량 보다도 많아지게 되는데 이런 때는 식물이 도장하고 연약하게 되어 병에 걸리기도 쉽게 됩니다. 또 토마토의 과실이나 결구된 양배추, 당근 및 고구마의 뿌리 같은 경우는 수분 공급이 증산량 보다도 현저히 많아지면 터지게 되는데 흡수되는 수분이 증산을 통하여 배출되지 못하고 체내에 남아 있어 이 부분의 세포의 크기를 갑자기 증가시키기 때문이라고 합니다.
따라서 수분 과잉 시에는 유효 수분량을 감소시키도록 배수를 철저히 한다든지 증산작용을 촉진시킬 수 있는 여러 조건들을 갖춰주어야 합니다.
수분이 충분히 공급된다면 흡수율과 증산율은 같아집니다. 이런 조건하에서는 기공의 공변세포가 팽윤되고 기공은 활짝 열립니다. 탄산가스가 기공을 통하여 잎 속으로 확산되어 들어가고 광합성도 활발하게 이루어집니다. 또 호흡작용도 정상적으로 이루어집니다. 따라서 충분한 탄수화물이 생성되고 이것이 생육에 충분히 이용되기 때문에 작물은 건강하고, 충실하게 자라게 됩니다.
건실한 배양을 위해서는 증산작용을 왕성하게 할 수 있는 조건, 즉 고광도, 고온, 낮은 공중습도, 적당한 환기를 실시하는 한편 증산량을 충분히 보충할 수 있는 수분이 공급되도록 하여야 합니다. 여기에는 유효수분의 충분한 공급, 근모대의 흡수면적 확대 및 흡수력의 증강에 필요한 조치를 취해야 합니다.
타 요인이 모두 만족한다면 이런 방법을 통한 충분한 수분의 공급이 건전한 생육과 수량 증가를 가져올 수 있는 요인이 됩니다.
더군다나 우리가 재배하는 춘란은 충분한 수분의 공급은 무엇보다도 중요한 요인이 됩니다.
참고사항 : 증산작용, 기공개폐, 팽압, 초발위조, 영구위조
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