제 6장 - 작물의 생산환경

08 May 2023 in Notes / Liberalarts / Manandfood

4/3 ~

• 토양의 특성
  • 1. 토성 (Soil Texture)
  • 2. 토양 구조 (Soil Structure)
  • 3. 토층 (Soil Profile)
  • 4. 토양 무기성분 (Mineral Elements)
  • 5. 토양 오염 (Soil pollution)
  • 6. 토양 유기물 (Organic Matter)
  • 7. 토양 공기 (Soil Air)
  • 8. 토양반응과 산성토양 (acid soil)
• 토양 수분
  • 1. 토양수분의 형태
  • 2. 토양의 수분항수 (Moisture Constant)
  • 3. 토양의 유효수분 (available water)
  • 4. 수분의 역할
  • 5. 작물의 요수량 (water requirement)
• 강수량과 관배수
  • 1. 습도와 관수
  • 2. 한발해
  • 3. 관개
  • 4. 습해와 배수 (excess moisture injury & drainage)
  • 5. 수해와 수질 오염 (flooding damage & water pollution)
• 공기와 온도
  • 1. 공기와 작물
  • 2. 대기의 조성과 작물 생육
  • 3. 대기 오염
  • 4. 바람
  • 5. 유효온도 (effective temperature)
  • 6. 열해 (heat injury)
  • 7. 냉해 (chilling injury)
  • 8. 한해 (winter injury)
• 광선과 작물
  • 1. 광합성
  • 2. 포장 (field) 광합성
  • 3. 생육과 발육

• 일장 (day length)
  • 춘분 / 추분 : 낮과 밤의 기온이 같아지는 날
  • 하지 / 동지 : 낮의 길이가 가장 긴 / 짧은 날
• 한국 곳곳은 일장시간, 평균기온, 강수량에 따라 재배 가능한 식량이 있음 (잘 안되면 국가에서 보상 \(\leftarrow\) 기상데이터 중요)
• 작물의 생산환경: 토양요소, 기상요소, 생물요소

토양의 특성

1. 토성 (Soil Texture)

• 토양 입자 (토양 알갱이)
  • 고상 (50%), 액상 (30-35%) , 기상 (15-20%)
  • 입경에 (diameter) 따른 구분: [자갈 (gravel), 모래 (sand), 잔모래 (silt), 점토]
  • 토성 (모래 (사토), 미사 (silt), 점토 의 상대적 비율) : [ 사토 (sand) , 사양토 (sandy loam), 양토 (loam), 식양토 (clay loam), 식토 (clay) ]
• 건조 상태에서는 토성에 따른 차이 딱히 X, 물이 충분하 (관개) 양토에서 높은 생산량을 자랑함

2. 토양 구조 (Soil Structure)

토양을 구성하는 입자들이 모여있는 상태 \(\Rightarrow\) 작물 다루기에 영향

구조명	단립구조 (single-grained)	이상구조 (puddled)	입단구조 (cumbled) BEST
입자와 상태	큰 입자, 단일상태 집합	미세함 (작음), 단일상태 집합	단일입자 집합 \(\rightarrow\) 4차 입자로 모여 입단 (compound) 구성
환경	해안 (모래)	과습한 식질토양	유기물과 석회가 많은 토양
대공극, 소공극	대공극 多, 소공극 少 \(\rightarrow\) 물 잘 빠짐	대공극 少, 소공극 多 \(\rightarrow\) 물 잘 안빠짐	다 많음
통기, 투수성	좋음 \(\rightarrow\) 수분, 비료분 잡아두는 힘 적음	불량	양호 (양분, 수분의 저장력이 높음)

3. 토층 (Soil Profile)

• 작토 (경토, plow layer): 작물의 뿌리가 발달하는 계속 경운되는 층
  • 부식이 많고 흙이 검음. 입단 형성 GOOD
• 서상토 (plow beneath layer)
  • 작토보다 부식 적음
• 심토 (sub soil): 투수투기 불량, 여기까지 못 닿음
• [결론] 작토는:
  • 깊이: 가급적 깊은 것이 좋음
  • 질: 양토 + 사양토 or 시걍토 (유기물 풍부히 함유)
  • TODO: 심경(경운) + 객토(새로운 흙 갖다주기) 로 토양을 좀 바꿔줄 필요

4. 토양 무기성분 (Mineral Elements)

• 비료요소 : 인공적으로 보급 필요한 원소 : 질소, 인, 칼륨 (칼슘)

5. 토양 오염 (Soil pollution)

• 각종 중금속의 과잉 축적 → 다른 유용 성분의 흡수 저해 → 생육 저해

6. 토양 유기물 (Organic Matter)

• 부식 (humus) : 동물/식물 (주로 식물)의 잔재

7. 토양 공기 (Soil Air)

• 모세관 → 물, 비모세관 → 공기
• 최소 용기량 (minimum air capacity) : 토양수분함량 최대
• 최대 용기량 (maximum air capacity) : 풍건상태 용기량

8. 토양반응과 산성토양 (acid soil)

• 작물 생육에는 pH 6~7 가장 알맞음

토양 수분

1. 토양수분의 형태

• 결합수: 결합되어 가열해도 분리 불가 → 작물 이용 불가
• 흡습수: 수증기 흡수, 입자에 응축 → 작물 이용 불가
• 모세관수: 표면장력에 의한 모세관현상으로 보유, 중력에 저항 → 작물 이용 가능 (제일 이용하기 좋은 물!)
• 중력수: 중력에 의해 비모세관 공극에 스며 흘러감 → 작물 이용 가능
• 지하수: 지하에 있는, 모세관수의 근원이 됨

2. 토양의 수분항수 (Moisture Constant)

1. 최대용수량: 모세관수가 최대로 포함된, 토양의 모든 공극이 물로 포화됨 (토양이 수면으로부터 10mm)
2. 포장용수량: 증발 방지, 빠질물은 빠지고 남은 수분 상태
   • ex: 적당한 땅에 비가 오고 하루 뒤의 땅 (웬만한 물은 빠지고 토양은 축축함) 그때의 수분 = 포장용수
   • 포장용수량 이상 = 습해, 토양 통기 저하
3. 초기위조점 (initial wilting point) : 토양이 마르기 시작하는
4. 영구위조점 (permanent wilting point) : 아무리 수분이 많은 환경에 24시간 방치해도 회복 불가한 토양의 수분상태
   1. 위조계수: \(\frac{수분중량}{토양건조중량}*100\) % → 낮을수록 건조해도 잘 삶
   2. 가뭄저항성 실험할때 사용
5. 흡수계수 (hygroscopic coefficient)
6. 풍건상태 (air dry)
7. 건토상태 (oven dry): 105~110도에서 항량 되는 건조한 토양

3. 토양의 유효수분 (available water)

• 영구위조점 < 유효수분 < 포장용수량 (너무습함)
• 최적합수량: 최대용수량의 60-80% (포장용수량 부근)

4. 수분의 역할

• 구성물질의 성분이 됨, 원형질 생활상태 유지, 필요물질의 합성/분해 매개체…etc

5. 작물의 요수량 (water requirement)

• 단위중량의 건물 생상 위해 쓰이는 물의 양
• 요수량 少: 건조에 저항성, 요수량 多： 관개로 좋은 생육을 유지

강수량과 관배수

1. 습도와 관수

1. 습도 (humidity) :
   • 적당: 증산작용 (식물의 수분 증발) 활발, 양분흡수 촉진, 생육 왕선
   • 낮음: 불필요한 증산, 한발해 (drought stress0 유발
   • 높음: 증산 감소, 병균 번식, 병해, 탈곡 건조..etc
2. 이슬 (dew): 기공을 막음 → 증산작용, 광합성 감소
3. 안개 (fog): 광합성 감소 (햇빛 막음)
4. 비 (rain) : 장마 → 습함
5. 우박 (hail) : 작물 기계적 손상
6. 눈 (snow): 건조해 방지, 온도저하 경감 but 지표면 손상

2. 한발해

가뭄 피해 (drought, 주로 밭에서 발생)

1. 한발해 발생: 토양 건조, 식물 수분함량 감소 → 고사
   • 봄, 가을에 강우량 적음 → drought 생길 확률 높음
2. 작물의 내건성 (내한발성, drought tolerance)
   • 체내 수분손실 小, 수분 흡수능력 大, 수분 보유력 大，
   • ⇒ 낮은 수분 함량에서 생리 기능 高

3. 관개

물대기, 물주기 (irrigation)

1. 관개의 효과
   • 담수관개효과: 논에서 관개, 생리적으로 필요한 수분 공급
     • 온도 조절 작용, 저온기에 보온효과
     • 비료성분 공급, 유해물질 제거 (염분같은 유해물질 흘려보냄)
     • 잡초, 병해충 억제/경감
     • 토양 부드러워짐, 모내기, 제초작업 수월 → 작업환경 효율굳
     • 벼의 생육 조절 (벼는 물에 담궈도 죽지 않고 올라옴)
   • 밭 (upland)의 관개효과 : 한발해 방지, 필수 수분 공급
     • 재배 기술 향상 (작물선택 various)
     • 지온 조절, 비료성분 보급/이용 효율 (→ 비오기 전에 뿌리면 굳)
2. 밭관개와 재배상의 고려할점
   • 작물 선택 가능 → 수익성 높은 재배가능
   • 비료 이용효과 높임
   • 도복 (벼쓰러짐) 일어나기 쉬움 → 노대복성 품종 선택
   • 재식밀도 높이기 가능 → 씨앗 많이 뿌리기가능
   • 병충해, 잡초 발생 많아질 수 있음
   • 관개수 효율 높여야 함 (ex: 경사 손보기)
3. 논의 용수량: 벼농사기간 중 논 관개에 소요되는 수분의 총량
4. 관개 방법:
   • 지표관개: 제한적, 땅이 평평해야 하고 흙을 파내야 함
   • 살수관개: sprinkler, 물이 증발할수도 있어서 효율성 제일 낮음
   • 지하관개: 땅 속에서 끌어올리기 ($$, 물이 굉장히 없을때만, 식물체가 젖으면 안될 때 like 골프장, 정원)

4. 습해와 배수 (excess moisture injury & drainage)

1. 습해의 발생: 과습 상태 지속 → 토양 산소 부족 → 뿌리 손상/부패→지상피해
   • 논에 재배하는 맥류 (이모작인 경우)
2. 작물의 내습성: 습한 토양 적응성
3. 배수 (물빼기, drainage)의 효과
   • 습해 및 수해 방지, 토양 성질 개선 → 생육 촉진
   • 1모작 ⇒ 2모작 가능, 농작업이 용이하고 기계화 촉진

5. 수해와 수질 오염 (flooding damage & water pollution)

1. 수해의 발생: 우리나라는 이상기후 때문에 예측이 어려움
   • 산소 부족 → 무기호흡 하다가 죽음
2. 수질 오염 (공장, 도시오수, 공장폐수, 광산폐수)
3. 수질등급:
   • (1) 생물화학적 산소요구량 (BOD): 유해 물질을 산소로 이용해서 분해하는데 그 떄 필요한 산소량
   • (2) 화학적 산소요구량 (COD) : 화학적으로 산화시키는데 필요한 산소량
     • 산화제 사용
   • (3) 용존산소량 (DO, 빨리 계산 가능) :물에 녹아 있는 산소의 양

공기와 온도

1. 공기와 작물

• 광합성, 호흡 등 생존 위해서는: 이산화탄소, 산소, 대기중 질소/유해성분 필요
• 토양 공기 중 산소부족 → 환원성 유해물질 생성 → 안좋은 토양미생물 증가 → 유용 호기성 토양미생물 활동 저하
• 바람: 영향 많이 미침

2. 대기의 조성과 작물 생육

1. 대기의 조성: 질소가스 (79%) > 산소가스 (21%) > 이산화탄소 (0.0033%) > (수증기, 먼지, 연기, 미생물, 각종 가스)
2. 대기 중의 질소농도와 질소고정: 질소가스 고정
3. 대기중의 이산화탄소와 작물의 생리작용
   • 호흡작용: 이산화탄소 농도 高 → 호흡속도 低
   • 광합성: 이산화탄소 농도 高 → 광합성속도 高 (어느정도)
   • 보상점: 광합성 속도 = 호흡속도

3. 대기 오염

인간 활동, 자연재해

4. 바람

1. 연풍 (mild wind) : 작물 생육의 효과적
   • 증산 및 양분흡수 촉진, 광합성 촉진, 병해 경감, 수정/결실 촉진
2. 풍해 (wind injury) : 백수현상 유발 가능, 기계적 장해, 호흡증대, 광합성 감퇴 등

5. 유효온도 (effective temperature)

• 유효적산온도 (growing degree days, GDD): 생육 기간 중 유효온도 합산

1. 주요 온도
   • 최저온도 (minimum temperature): 작물 생육 가능한 가장 낮은 온도
   • 최고온도 (maximum temperature)
   • 최적온도 (optimum temperature)
2. 온도와 작물의 생리작용
   • 최적온도에서 유기물 축적이 최고에 도달 (광합성, 호흡, 수분흡수, 양분흡수, 동화물질 전류….)
3. 적산온도 (sum of temperature)
   • 작물이 일생을 마치는데 소요되는 총 온도량 (0도 이상!!)

6. 열해 (heat injury)

• 열사 (heat killing): 1시간 내에 작물 고사, 열사온도 (heat killing temperature)
• 비닐하우스, 터널재배

7. 냉해 (chilling injury)

• 결빙 안생기는 범위 내에 피해 받는것 (주로 여름작물이 저온에 있을 때)

8. 한해 (winter injury)

월동 중 추위로 인하여 작물이 받는 피해

1. 한해의 구분
   • 동상해 (freezing & frost injury) : 동해 (결빙) + 상해 (서리)
   • 상주해 (이제 못봄) : 땅이 들어올림, 식물체도…

광선과 작물

1. 광합성

• 진정 광합성 = 총광합성
• 외견상 광합성 = 순광합성량 (눈에 보이는 것)
• 광보상점 (light compensation point) : 외견상광합성속도 = 0
  • 흡수량 = 방출량
• 광포화점 (light saturation point) : 광포화 개시되는 조사광량
  • 내제된 이산화탄소가 없기에 항상 최대 흡수량을 유지

2. 포장 (field) 광합성

1. 군락(community) 의 광포화점 : 형성도 높을수록 광포화점 높아짐
   • 벼 포장 군락에서는 광포화점에 도달 X
2. 최적 엽면적 (optimum leaf area)
   • 건물 생산 최대로 되는 단위면적당 군락 엽면적
   • 엽면적 지수 (Leaf Area Index (LAI)): 군락의 엽면적 토지의 배수로 표시 (낮을수록 좋음)

3. 생육과 발육

1. 온도효과 (temperature effect)
   • vernalization: 춘화, 춘화처리 (꽃 피는 것 촉진)
2. 일장 효과 (day length effects)
   • 일장: 장일(낮이 12시간 이상) 길이 조절 → 꽃 피는 시기 조절
   • (비)유도일장 ((non) inductive day-lengths) : 작물의 화서을 유도할 수 (없는) 있는 일장
   • 한계일장 (critical day-length, 임계일장) : 유도일장과 비유도일장의 경계
   • 장일식물 : 일장이 길어야 핌
   • 단일식물: 일장이 짧아야 핌
   • 중성식물: 한계일장 X