제4강 생육과 환경 국립원예특작과학원 이정수.

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1 제4강 생육과 환경 국립원예특작과학원 이정수

2 학습목차 4.1. 온도환경 4.2. 광환경 4.3. 토양환경 4.4. 수분환경 4.5. 공기환경

3 학습개요 원예 작물의 생육은 다양한 주변 환경에 영향을 받기 때문에 식물 생육에 유리한 환경 조건에서 재배가 이루어진다. 식물 생육에 유리한 환경을 인위적으로 조성해 주기 위해 온도, 광, 토양, 수분, 공기 등의 환경과 식물 생육과의 관계를 이해하는 것이 매우 중요하다. 이를 통해 다양한 식물 생육 조절 방안을 마련할 수 있는데 시설 원예에서는 보다 적극적인 환경 조절이 가능하다.

4 학습목표 온도와 식물 생육과의 관계를 이해하고 적정 온도환경 조절 및 조성 방안을 제시할 수 있다. 광과 식물 생육과의 관계를 이해하고 적정 광환경 조절 및 조성 방안을 제시할 수 있다. 토양과 식물 생육과의 관계를 이해하고 적정 토양환경 조절 및 조성 방안을 제시할 수 있다. 수분과 식물 생유과의 관계를 이해하고 적정 토양수분 조절 및 조성 방안을 제시할 수 있다. 공기 성분과 식물 생육과의 관계를 이해하고 적정 공기환경 조절 및 조성 방안을 제시할 수 있다.

5 개념 정립 작물의 생육과 수량에 영향을 줄수 있는 요건은 ?

6 대사작용

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8 용어해설 왜화제 : 식물의 절간을 짧게 하여 생장을 억제시키는 물질. 화훼 작물을 분 재배할 때 이용하는데 잎에 뿌리거나 식물이 어릴 때 1~2회 화분용토에 적량을 관주 처리함 점적관수 : 물방울을 똑똑 떨어지게 하거나 천천히 흘러 나오도록 하여 원하는 부위에 제한적으로 소량의 물을 지속적으로 공급하는 관수방법 저면관수 : 분 재배나 온실 재배에서 모세관 현상에 의하여 밑에서 부터 물을 흡수하게 하는 관수방법 착화 절위 : 오이나 호박 등의 줄기에서 꽃이 달리는 마디 위치 효소 : 물질대사과정에서 일어나는 생화학반응을 촉매하는 복합단 백질 도장 : 질소나 수분의 과다, 일조량의 부족 따위로 작물의 줄기나 가지가 보통 이상으로 길고 연하게 자라는 일

9 결구 : 배추 따위의 채소 잎이 여러 겹으로 겹쳐서 둥글게 속이 차 는 현상 시감도 : 가시광선이 주는 밝기의 감각이 파장에 따라서 달라지는 정도를 나타냄 수태 : 물이끼. 습한 곳이나 물속에서 흔히 자라는데 가끔 바위 위 에 몰려 나기도 함. 식물을 멀리 옮길 때 뿌리를 감싸는데 씀 코이어 : 코코넛 열매 겉껍질로 만든 거친 섬유. 밧줄이나 바닥 깔 개 등을 만들 때 씀 용탈 : 토양의 구성요소나 비료 성분이 하부로 침투하는 빗물에 용해되어 운반·제거되는 현상 흡비작물 : 옥수수, 수수와 같이 토양의 비료분을 잘 포착, 흡수하 여 이용하는 효과를 가진 작물

10 4.1. 온도환경 : 생육을 조절할수 있는 기본적인 환경 요인 1. 온도의 이해
- 식물체 부근 또는 군락의 기온을 대상(생육 온도) 1) 기온과 생육 - 온도 적응성에 따른 작물 분류 - DIF 2) 지온과 생육 - 지온이 미치는 영향 및 지온의 조절 3) 수온과 생육

11 4.1. 온도환경 멀칭, 턴넬. 비닐하우스

12 4.1. 온도환경 핫캡, hot cap

13 분 류 작 물 호랭성 채소 엽채류(배추, 양배추, 상추, 시금치 등), 근채류(무, 당근 등), 과채류(완두, 딸기 등)
4.1. 온도환경 채소 작물의 온도 적응성에 따른 분류 분 류 작 물 호랭성 채소 엽채류(배추, 양배추, 상추, 시금치 등), 근채류(무, 당근 등), 과채류(완두, 딸기 등) 호온성 채소 과채류(가지, 고추, 토마토, 오이, 호박, 참외, 멜론, 수박, 강낭콩 등)

14 기온의 일교차와 DIF(주간/야간) 4.1. 온도환경
DIF /28℃ DIF 0 22/22 DIF 12 28/16 DIF(晝夜溫度較差, difference between day and night temperature) - 낮과 밤의 온도 차이

15 4.1. 온도환경 2) 지온과 생육 - 채소류 적정 지온 : 15-20도

16 4.1. 온도환경 1. 온도와 휴면 1) 온도와 휴면 - 온도와 휴면의 관계 - 원예작물별 휴면의 조건 - 휴면 타파 방법

17 4.1. 온도환경 온도와 휴면 고온휴면 : 상추, 마늘, 양파 저온휴면 : 사과, 딸기, 포도, 철쭉

18 4.1. 온도환경 휴면타파와 저온요구도 사과의 예 7.2 이하 1,400시간 이상

19 기온상승에 따른 사과재배 적지의 북상 가능성 현재 2.0℃ 상승시 3.0℃ 상승시 원에연구소 미상 최적 준 최적 부적합
1.0℃ 상승시 2.0℃ 상승시 3.0℃ 상승시 원에연구소

20 4.1. 온도환경 1. 온도와 휴면 - 휴면 타파 방법 ☞ 온도 조절 : 고온처리(포도의 휴면아), 저온단일(딸기) 등
☞ 약제처리 : 작물별로 처리방법 약제 다양 · 감자 : 지베렐린(GA3)과 Ethrel을 혼합처리 · 종자 : 농황산처리 등 ☞ 기타 : 침지, 후숙 등

21 4.1. 온도환경 1. 온도와 휴면 ☞ 휴면을 유도할 필요도 있을까?
1) 우량품종 곡실종자의 안전한 장기저장 2) 맥류의 수발아억제 3) 괴근, 괴경 등 영양기관의 맹아억제 4) 과수류 동상해 응급대책 ★ 수발아 ; 종자가 이삭에 붙은 채로 싹이 나는 현상.

22 4.1. 온도환경 온도와 개화 저온, 고온, 변온  개화촉진, 성표현조절 춘화현상 春化 vernalization 저온자극(춘화처리) 개화촉진 화성(花成)물질 : florigen

23 4.1. 온도환경 온도와 개화 작물별 화아 촉진 - 고온 : 상추 등 - 저온 : 딸기 등 (야냉육묘) - 변온 : 백합과 튤립(고온->중온->저온)

24 4.1. 온도환경 1. 온도와 휴면 2) 온도와 개화 - 온도 자극에 따른 개화 촉진 : 춘화(春化), vernalization - 식물 춘화형의 종류

25 4.1. 온도환경 온도와 개화 야로비자치아, to make like spring, vernalization, 춘화

26 분 류 의 미 작물 종자춘화형 종자때부터 저온 감응 무, 배추 등 녹식물춘화형 식물체 생장후 저온 감응
4.1. 온도환경 식물의 춘화형 분 류 의 미 작물 종자춘화형 종자때부터 저온 감응 무, 배추 등 녹식물춘화형 식물체 생장후 저온 감응 양배추, 당근, 양파, 국화, 스토크 등

27 3.4. 성숙과 개화 배추(종자춘화형)의 화아분화, 추대와 개화

28 4.1. 온도환경 파(녹식물 춘화형)의 화아분화와 추대

29 4.1. 온도환경 양배추 화아분화

30 4.1. 온도환경 3. 저온과 고온 장해 1) 저온 장해 - 냉해 : 한랭(寒冷)에 의한 농작물 피해, 화학적, 생리적 장해
- 동해 : 영하의 저온에서 조직이 동결, 물리적 장해 · 소포내 결빙으로 원형질막 파괴로 세포 괴사 2) 고온 장해 - 일소 현상

31 4.1. 온도환경 저온장해와 고온장해 저온장해 : 냉해, 동해 고온장해 : 대사교란, 일소현상

32 쉬었다 가겠습니다 ‘바람은 저 부는 대로 간다’

33 4.2. 광환경 1. 광의 본질 1) 전자기파 2) 태양복사 2. 광과 생육 1) 광질 2) 광도 3) 일장

34 4.2. 광환경 - 대표적 식물의 광 이용 : 광합성(탄소동화작용) - 식물생육에 영향을 주는 광환경
· 광도 · 광질 · 일장 1. 광의 본질 1) 전자기파 : 전기장과 자기장의 주기적 변화으로 전달되는 파종 ☞ 전자기파에너지 : 단파장일수록 에너지가 크다 ※ 광 : 광원으로 방출되는 일종의 전자기파 ⇒ 광합성유효광(PAR) : 식물이 광합성에 사용하는 광 nm(가시광선보다 적은 범위)

35 4.2. 광환경 2) 태양복사 - 태양에서 방사되는 전자기파 · 일사량 : 수평면이 받는 태양복사의 양
· 전철일사 :직달일사, 산란광, W m-2

36 4.2. 광환경 광의 본질 전자기파, 광파, 광선, 복사(태양복사, 일사량)

37 4.2. 광환경 Pfr Pr 2. 광과 생육 1) 광질 :광합성, 광주기성(일장반응), 광발아성 종자 발아 영향
- 적색광과 근적외선 비 : R/Fr ratio 적색광 Red light(660nm) 식물의 시계 Pfr Pr 카로티 로이드 촉진 식물의 신장촉진 Far Red light(730nm)

38 4.2. 광환경 광질과 생육 자 외 선 : 신장억제, 색소발현촉진 가시광선 : PAR( nm 광합성유효광) 적 외 선 : 신장촉진, 도장유도 인 공 광 : LED 발광다이오드(예, 적색 LED)

39 4.2. 광환경 광흡수 및 작용스펙트럼 663nm 식물재배용 적색과 청색 LED 조명 645nm

40 광흡수 및 작용스펙트럼 엽록소 함량 산출 4.2. 광환경
Chl. Conc in μg/ml = (OD645 × 20.2) + (OD663 × 8)

41 광도와 생육 4.2. 광환경 광합성유효광량자속 : PPF Sl 단위 μmol m-2s-1 인간의 시감도 : lux, lumen
광도와 광합성 : 광보상점, 광포화점

42 주요 원예작물의 광보상점과 광포화점 (Klux)
4.1. 온도환경 주요 원예작물의 광보상점과 광포화점 (Klux) 작물 광보상점 광포화점 수박 4.0 80 토마토 - 70 오이 55 호박 1.5 45 배추 40 고추 30 상추 25

43 4.2. 광환경 3) 일장 - 일장이란? - 광주기성 : photoperiodism, 광주반응, 광주율, 일장반응 일장효과
- 한계일장에 따른 식물 분류 - 광중단 : 단일식물의 경우 연속암기간 중간에 광을 쪼여 소정의 암기 이하의 길이로 분단하면 암기의 합계가 명기보다 길다 하더라도 단일효과를 나타내지 못하게 하는 작용

44 4.2. 광환경 일장이란? 일장 day length – 하루 중 낮의 길이 위도별, 계절별 일장변화

45 4.2. 광환경 일장반응과 한계일장 일장반응, 광주기성, 일장효과 젊은 잎, 플로리겐(화성물질) 한계일장(유도일장과 비유도일장의 경계일장)

46 4.2. 광환경 작물별 일장반응 장일식물 : 상추, 과꽃 중성식물 : 고추, 호박 단일식물 : 들깨, 딸기

47 4.2. 광환경 일장반응의 재배적 이용(예) 단일식물 ‘들깨’의 개화억제 수단

48 4.3. 토양환경 - 토양은? 식물을 지지, 양분과 수분의 매개체 등 토양의 종류 - 이용형태 ; 일반토양, 원예용 특수토양
☞ 일반토양 : 암석의 풍화산물+유기물, 미생물, 수분, 공기 · 일반적으로는 논과 밭 등의 흙 · 토양반응 : 산성과 알카리성 · 점질함량 사질, 점질 · 토양형성 과정 : 충적, 홍적, 화산회 토양 ☞ 인공토양 : 상토, 용토, 배양토

49 4.3. 토양환경 토양의 종류 일반토양 : 사질토양과 점질토양, 산성토양과 알카리성토양, 충적토와 화산회토 인공토양 : 상토, 배양토, 용토 특수토양 : 수태, 오스먼다, 피트모스, 코이어, 암면, 버미큐라이트

50 4.3. 토양환경 좋은 토양의 구비조건(일반토양) 보수력, 보비력, 배수성, 통기성, 깊은 표토, 중성반응, 무병충해

51 4.3. 토양환경 - 토양 반응 ☞ 토양 산도 : 토양 용액의 수소이온 농도 pH
· 산성장해 : 알루미늄해, 양분결핍 및 과잉유발, 토양미생물의 활성 강화 ⇒ 대책 : 석회, 유기물 시용

52 4.3. 토양환경

53 4.3. 토양환경 토양 산성화의 원인 우리나라는 모암이 산성이다 집중강우로 염기가 용탈된다 생리적 산성비료를 사용한다

54 4.3. 토양환경 산성토양의 교정 산성교정 - 석회시용, 유기물시용 적정산도 - pH 약산성에서 중성

55 4.3. 토양환경 토양에 따른 생육반응 사질토양 : 조숙, 노화촉진, 조기추대, 저항성 약화, 조직허술 , 저장성과 수송성 약 점질토양 : 만숙, 노화억제, 만기추대, 저항성 강화, 조직치밀 , 저장성과 수송성 강

56 4.3. 토양환경 염류집적 원인 - 다비재배, 강우차단, 표면관수, 양분흡수제한 대책 - 심경, 객토, 담수처리, 흡비작물 재배, 합리적 시비

57 4.3. 토양환경 염류집적 - 염류가 표층에 쌓이는 것 : 토양에 공급된 비료는
작물에 흡수되고 나머지는 지료에서 유실 또는 지하로 용탈 ☞ 증상 : 생육 억제 및 장해 ☞ 대책 : 합리적 시비, 심경과 객토, 담수, 흡비작물 재배

58 4.3. 토양환경 시설가 노지의 양분이동과 집적

59 4.3. 토양환경 염류집적 대책

60 4.3. 토양환경 3) 염류집적 - 동식물의 유체가 미생물 분해로 생성 ☞ 유기물 시용 효과는?

61 4.3. 토양환경 토양 유기물 시용효과 보수력과 보비력 향상 토양반응 완충능 향상 토양의 입단화를 촉진 미생물의 활동을 증진

62 4.4. 수분환경 1. 수분과 생육 1) 수분의 역할 2) 요수량

63 4.4. 수분환경 수분의 역할 식물의 구성 성분이다 광합성의 원료가 된다 양분흡수와 이동을 가능케한다 팽압형성으로 형태를 유지한다 식물의 체온을 유지시켜 준다

64 4.4. 수분환경 작물의 요수량 요수량- 건물 1g을 생산하는데 요구되는 수분량(g) = 증산계수 호박 834g 오이 713g 수수 322g 기장 310g

65 4.4. 수분환경 1) 수분 퍼텐셜 - 식물체의 수분이동 : 수분퍼텐셜의 구배(높은곳에서 낮은곳으로) 2) 뿌리의 흡수
- 수분 흡수 : 체내수분이동+잎의 증산작용의 상호 연관 - 흡수 : 근모⇒내부 통도 조직 ⇒ 잎 - 구분 : 수동적 흡수 ; 수분퍼텐셜의 구배(증산작용) 능동적 흡수 ; 근압, 체내 무기염류 구배 3) 수분의 배출 - 증산 일액 현상 일비현상

66 3. 수분의 과잉과 부족 장해 4. 토양수분의 측정과 최적 토양수분 1) 수분부족 장해 : 한해
2) 수분 과잉 장해 : 관수, 침수 4. 토양수분의 측정과 최적 토양수분 -10㎪ -30㎪ -50㎪

67 4.4. 수분환경 토양수분측정 토양수분장력 – 텐시오미터(측정단위 pF)

68 4. 토양수분의 측정과 최적 토양수분 ● 기압과 토양수분장력
기압 1 bar(1000 mb) = 장력 100 kPa(1000 hPa) 즉, 1 cb(10 mb) = 1 kPa ● pF(물기둥높이의 상용대수)와 토양수분장력 pF = 1 + log (-kPa), 여기에서, pF - 1 = log (-kPa), 그러므로 = -kPa 물기둥 0 cm = 0 pF = 0 bar 물기둥 100 cm = 3 pF = 1 bar = 100 kPa

69 4.4. 수분환경 최적토양수분 수분 종류 – 결합수, 흡착수, 모관수, 중력수, 수분 관련 용어(水分恒數)– 위조계수, 포장용수량, 최대용수량

70 4. 토양수분의 측정과 최적 토양수분 ● 결합수 : 토양의 고체에 결합되어 있는 물로써 식물은 이용할 수 없으나
결합된 화합물의 성질에 영향을 준다 ● 흡습수 : 토양에 강력하게 부착된 물로 작물이 흡수하려는 힘보다 세게 부착되어 식물이 이용할 수 없다 ● 모관수 : 토양의 작은 공극(틈, 모세관)에 존재하는 수분으로 표면장력에 의하여 흡수 유지되며 식물이 삼투압등을 활용하여 흡수하여 이용 할 수 있는 유효수분이다 ● 최대용수량 : 토양의 모든 공극에 물이 꽉찬 상태의 수분량이다 (비가 많이 와 밭에 물이 고인 상태). ● 포장용수량 : 최대용수량에서 중력수가 완전히 빠진 상태다. 식물이 이용 할 수 있는 수분범위의 최대수분량으로 작물 재배상 매우 중요하다. (비 온 후 2-3일 정도 소요, 중력수가 빠진 부분을 공기가 채운다)

71 4. 토양수분의 측정과 최적 토양수분 ● 영구위조점 : 일시위조점을 넘어 계속해서 토양의 수분이 감소되면, 습도 로 포화된 공기중에 놓아도 시든 식물은 회복되지 못하게 되는데, 이때의 수 분량을 영구위조점이라함. 이때, 수분의 흡착력은 15bar 정도임. 영구시들음 점 ● 위조계수 : 영구 위조점에서의 토양 함수율

72 4.5. 공기환경 이산화탄소 시비 시비시기 : 생육초기 시비시간 : 오전 중에 시비농도 : ppm 시비방법 : 액화이산화탄소 연소가스 참고 : 대기 중 이산화탄소 350ppm 작물의 이산화탄소 포화점 ppm

73 4.5. 공기환경 유해가스 오염물질 : 암모니아가스 등 피해증상 : 잎의 탈색과 변색 주요대책 : 완숙퇴비시용, 환기

74 4.5. 공기환경 바람 순기능 : 이산화탄소 농도유지, 유해가스희석, 증산작용, 수 분매개, 기온조절, 서리방지 역기능 : 잡초전파, 병원균전파, 건조조장, 냉해조장, 강풍피 해(도복, 상처, 낙과), 토양유실

75 학습정리 원예 작물은 종류에 따라 생육 적온이 다르며 생육 적온의 범위 를 벗어나면 저온 장해나 고온 장해를 나타낸다. 온도는 작물의 휴면 유기 및 타파에 관여하며, 일정한 생육 단계 에서 저온은 화아 분화를 유도하는 춘화현상을 일으킨다. 태양 복사 가운데 가시광선은 식물 생육에 매우 중요하며, 특히 광합성유효광은 식물의 광합성에 유효한 광선 영역이다. 원예 작물의 종류에 따라 광보상점과 광포화점이 다르지만 일 반적으로 광도가 낮으면 광합성이 억제되고 생육이 불량해진다. 작물은 일장에 따라 개화, 휴면, 근비대, 결구, 인경, 괴경 형성 등 다양한 생육 반응을 보이는데 이를 일장 효과라고 부른다.

76 학습정리 6. 보수력, 보비력, 배수 및 통기성이 좋으며, 부드럽고 병해충이 없으 며 중성인 토양이 작물 생육에 유리하다. 원예작물 생산에는 인공 토양이나 특수 토양을 널리 이용한다. 7. 토양 유기물은 토양 물리성과 화학적 특성을 개선하고 미생물의 활 동을 조장하기 때문에 일정량을 유지해 주는 것이 좋다. 8. 식물 생육에 일정량의 수분이 요구되므로 부족이나 과잉 장해가 발 생하지 않도록 적정 토양 수분을 유지하는 것이 중요하다. 9. 수분은 수분퍼텐셜의 구배에 따라 이동하는데 뿌리에서 수동적, 능 동적으로 흡수되고 이동 후 증산, 일액, 일비현상을 통해 배출된다. 10. 이산화탄소는 광합성의 주재료로 포화 농도에 이를 때까지 광합 성이 증가하므로 인위적으로 이산화탄소를 시비하기도 한다.

77 연습문제 1. 원예작물 생육 조절 방법으로 DIF란? 1 ① 주간과 야간의 기온 차이 ② 낮과 밤의 길이 차이 ③ 생육 최고와 최저 온도 차이 ④ 두 지점의 수분 포텐셜 차이 2. 인공광원으로 좁은 스펙트럼 영역의 특정 광질만을 발생하는 광원은? 4 ① 형광등 ② 백열등 ③ 나트륨등 ④ LED 등

78 3. 광도가 높은 곳에서 자란 상추묘의 생육 특성에 대한 설명이 잘 못된 것은. 1 ① 초장이 길어진다. ② 엽육이 두꺼워진다
3. 광도가 높은 곳에서 자란 상추묘의 생육 특성에 대한 설명이 잘 못된 것은? 1 ① 초장이 길어진다. ② 엽육이 두꺼워진다. ③ 엽색이 짙어진다. ④ 건물중이 증가한다. 4. 유기물 시용 효과가 아닌 것은? 3 ① 보수력과 보비력 향상 ② 토양 반응의 완충능 증대 ③ 토양 입자의 단립화 촉진 ④ 미생물 활동 증진 5. 수공을 통하여 액체상태로 수분이 배출되는 현상을 무엇이라 하 는가? 2 ① 증산작용 ② 일액현상 ③ 일비현상 ④ 일소현상

79 참고문헌 추천웹사이트 참고문헌 및 추천웹사이트 오성도, 김기선, 2001, 원예작물학(2), 한국방송대학교출판부
최종명 외, 2009, 상토학, 학예사 Hopkins, W.G and N.P.A. Hüner Introduction to plant physiology (4th edition), Wiley. 추천웹사이트 한국농림기상학회 ksafm.org 국제조명위원회 환경관리공단 Air Korea

80 참고문헌 및 추천웹사이트 배주(ovule) : 자방(子房)속에 생기는 나중에 종자가 되는 기관, 배낭(胚囊), 주심(珠心), 주피(珠皮)로 구성됨 배낭(embryo sac) : 종자식물의 자성 배우체