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시설 과채류의 환경관리 1 | ||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
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광 환경과 관리요령 1 1. 단위 태양광이 비치면 비친 곳은 밝아지고 따뜻하게도 된다. 광은 밝게 하는 것과 열을 주는 2가지 작용을 가지고 있다. 이 2가지의 작용 중 밝기에 관해서 나타낸 것이 조도의 단위이고, 따뜻함에 관해서 표시하는 것이 열량이나 에너지의 단위이다. 또 광은 어떠한 파장을 가진 전자파이면서 동시에 광입자의 모임이라고도 해석된다. 예를 들면, 전등에 가까워지면 밝지만, 멀어지면 어두워진다. 전등에서 1m 떨어진 곳에 있는 한변이 10cm인 정사각형(100㎠)의 종이에 비치는 광의 양과 2m 떨어진 곳의 20cm길이의 정사각형(400㎠)의 종이에 비치는 광의 양은 같다. 따라서 2m 떨어진 곳의 10cm 길이의 정사각형 종이(100㎠)에 비치는 광의 양은 1m 떨어진 곳의 같은 면적의 종이에 해당되는 광의 양이 1/4이 된다. 이것을 설명하기 위해서는 광이 광입자의 모임이라고 생각하면 이해하기 쉽다. 이와 같이, 광을 광입자의 모임이라고 해석하여 그 입자의 밀도가 높은지 낮은지를 나타낸 것이 방사속밀도나 광량자속밀도라고 하는 단위이다. 그 중에서 방사속밀도란 단위시간당, 단위면적당 들어가는 에너지량으로서 해석하는 단위이고, 광량자속밀도는 단위시간당, 단위면적당 들어가는 광입자(광량자)의 양을 몰수(1mol = 6.02257×1023)로 나타낸 단위이다. 또한 이들 단위 사이는 단순하게는 환산할 수 없다. 그것은 광입자의 에너지량은 파장이 짧을수록 크기 때문에 파장의 조성을 고려할 필요가 있기 때문이다. 예를 들면, 광량자속밀도가 같더라도 적색 광과 보라색 광에서는 광을 에너지량으로서 해석하는 방사속밀도, 방사열량, 방사에너지는 보라색 광이 크게 된다. 또한 조도는 인간의 눈이 느끼는 밝기를 나타내는 양이므로 광을 에너지량으로서 해석하는 방사속밀도, 방사열량, 방사에너지, 또한 광입자의 밀도를 표현하는 광량자속밀도와도 단순히는 환산할 수 없다. 그러나, 맑은 날 태양광의 파장조성은 밝혀져 있으므로(엄밀히 말하면 적도 근처의 저위도 지역과 북극이나 남극에 가까운 고위도 지역에서의 파장조성이 다르다) 그것들을 참고로 해 환산 값을 나타냈다(표 1). 표 1 태양광의 광합성유효방사속 밀도, 광합성유효광량자속 밀도, 방사열량, 방사에너지 및 조도의 환산 값
접두어와 기호 : 데시(d);1/10, 센티(c);1/100, 밀리(m);1/1000, 마이크로(μ);1/1000000 또한, 광이 형광등이나 백열전구라면, 파장조성이 다르기 때문에 환산 값이 바뀌게 된다. 또한 유리나 비닐, 폴리에틸렌 등 시설의 피복자재에 따라 투과하는 광의 파장조성이 다르므로 환산 값이 바뀌게 된다. 2. 광 환경 지구에 도달하는 태양광은 약 300∼3,000nm의 파장을 가지며, 인간이 볼 수 있는 광의 범위(가시영역)는 그 중의 380∼760nm이다. 프리즘을 통한 광이나 무지개에서 볼 수 있듯이, 짧은 파장 쪽부터 보라색, 남색, 청색, 녹색, 황색, 주황, 적색의 일곱 가지 색으로 나눌 수가 있다. 그 중의 400∼700nm의 파장역의 광이 식물의 광합성에 유효하다. 또, 700∼760nm의 파장역의 원적색광은 식물의 생장이나 형태 형성에 영향을 주며 이 광을 상대적으로 많게 하면 줄기의 신장 또는 건물중의 증가를 나타내는 예가 많다. 계절에 따라 광의 양이나 질이 다르다. 여름은 겨울에 비하여 단위시간 당의 광량이 많고 낮 시간이 길기 때문에, 1일당의 광의 양도 많아진다. 또한 태양고도가 높아지기 때문에 자외선 등 단파장역의 광이 많아진다. 또한 흐리고 비가 올 때에는 태양광이 구름에 의해 차단되기 때문에 광량이 적어져 단파장역의 광이 적어진다. 이와 같이 광환경은 시시각각 변화하고 있다(표 2). 표 2 계절에 따른 방사량 및 조도
3. 광과 광합성 (1) 광합성 작용 녹색식물은 잎의 엽록체가 태양의 복사 에너지를 이용하여 그것을 화학에너지로 변환시킴으로써 공기중의 탄산가스와 뿌리에서 흡수한 물로서 탄수화물을 합성하며, 산소를 발생한다(그림 1). 이 반응을 광합성이라고 하며 작물 생산에서 가장 중요한 요소이다. 그림 1 광합성의 명반응과 암반응
광 환경과 관리요령 2 (2) 시설채소의 보상점과 포화점 광합성은 광이 없는 상태에서는 일어나지 않고, 광이 비치기 시작하면 광의 강도에 비례하여 증대하며, 어느 단계가 되면 탄산가스의 흡수와 산소의 방출이 외관상 나타나지 않게 된다. 그 단계의 광강도를 광보상점이라고 한다. 한층 더 광강도가 증가하면 비례 관계는 성립되지 않게 되고, 광합성 속도는 증가하지 않게 된다. 이 때의 광강도를 광포화점이라 하며, 여기서는 광 이외의 요인이 광합성 속도를 제약하고 있다. 광과 마찬가지로 탄산가스 농도에 대해서도 보상점과 포화점이 인정된다. 작물의 종류에 따라 광포화점이 다르며, 수박, 토란은 80klx, 토마토는 70klx로 강한 광을 좋아하는 것에 비하여, 오이, 순무는 55klx, 호박, 셀러리는 45klx, 딸기, 가지, 양배추, 배추, 완두콩은 40klx로 중간 정도이며, 피망은 30klx, 강남콩, 양상추는 25klx로 비교적 강한 광을 필요로 하지 않는다. 또한 호흡량과 겉보기 광합성량과 같아지는 광보상점은 대부분의 채소에서 1.5∼2.0klx 있지만, 멜론은 0.4klx로 낮은 것에 비해, 수박, 토란, 순무는 4.0klx로 매우 높다(표 3, 그림 2). 표 3 채소류의 동화특성(巽·堀, 1969)
그러나 그림 3에는 유리와 비닐의 광 입사각에 의한 투과율을 나타냈다. 입사각이 60도 이상에서는 급격하게 투과율이 저하한다. 지붕의 기울기 등에 따라 다르지만, 아침저녁의 태양고도가 낮은 시간대에서는 피복자재에 따라 시설내로 들어가는 광의 양은 제한된다. 또한 하우스의 구조물에 의해, 그늘이 만들어지고 평균하면 태양광의 약 32%가 반사 또는 흡수되어(하우스 구조, 피복자재의 종류, 계절에 따라서 다름) 작물에 닿는 광은 약 68%에 지나지 않는다. 치바(千葉)현에 있어서 태양이 정남쪽에 위치했을 때의 광강도는 계절에 따라서 다르며, 하지에는 약 120klx, 춘분이나 추분에는 약 75klx, 동지에는 약 30klx이다. 그래서 시설채소에 닿는 광강도는 하지에는 약 80klx, 춘분이나 추분에는 50klx, 동지에는 약 20klx가 된다. 또한, 추분에서 겨울을 지나 춘분까지는 토마토의 광합성을 만족시킬만한 광강도가 부족하며, 동지에 가까워지면 강한 광을 필요로 하지 않는 오이나 피망의 광합성을 만족시키는 광강도에도 부족하다. 그림 2 채소류의 광합성 곡선(巽·堀, 1969)
실제의 유리온실의 일조량의 추이를 그림 4, 그 비율의 추이를 그림 5에 나타냈다. 그림 3 유리판과 투명 비닐필름의 입사각별 투과율(三原, 1972)
그림 4 2월 11일(맑은 날)에 있어서 남북동 벤로형 유리온실의 일조량 추이(千葉縣, 2002)
그림 5 2월 11일(맑은 날)에 있어서 남북동 벤로형 유리온실 내의 일조율 추이(千葉縣, 2002)
또한, 군락으로서 본 경우, 광이 어느 정도 아래 쪽 잎에까지 도달하고 있는지가 문제로 된다. 토마토, 오이, 파프리카는 일반적으로 1.4∼1.8m의 고랑폭에 1줄 또는 2줄로 심으며, 초장은 2.0∼2.5m가 된다. 그림 6에는 전형적으로 재식된 파프리카, 오이, 토마토의 위치에 따른 광의 투과율을 나타냈다. 베드 중앙의 광투과율은 모든 작물에서 5% 미만으로 저하하며, 통로 중앙의 약 1/10밖에 되지 않는다. 또한 통로의 광투과율은 토마토>오이>파프리카의 순으로, 파프리카는 통로에서도 광이 닿는 양이 극히 적다. 이때 파프리카의 엽면적 지수(지상의 재식점유 면적에 대한 엽면적의 비율)는 6.0으로, 오이가 3.4, 토마토가 2.3인데 비하여 매우 크다. 그림 6. 남북이랑에 식재한 파프리카(a), 오이(b), 토마토(c)의 벤로형 유리온실내의 광투과율(Hand 등, 1993)
* 주 - 화살표는 베드의 중앙을 표시 광포화점이 중간정도인 딸기에서도 군락으로서 본 경우에는 광이 부족하다. 군락의 중간 높이의 광투과율은 약 50% 이하로 저하하며(그림 7), 광을 전혀 받지 않는 소엽의 비율이 16%에 이르고 있다(표 4). 그림 7 촉성재배 딸기「보교조생」의 군락내 상대조도(田村 등)
표 4 촉성재배 딸기「보교조생」의 군락에 있어서 소엽의 수광비율(田村 등)
측정일시 1974년 12월 17일 13시 측정치는 1㎡당의 소엽수(약 163주/㎡) 토마토 광합성의 광포화점은 70klx 이상으로, 극히 강광성 작물이다(그림 8). 또한 군락으로 보면 엽면적지수가 2.0이상에서는 광은 30% 이하로 저하하며, 물질 생산에 있어 광이 부족하다(그림 9). 또한 광이 부족하면 잎의 광합성 능력도 빨리 저하하여 노화가 빨라진다(그림 10). 그림 8 토마토 모종의 광합성에 미치는 조도의 영향(巽, 1968)
그림 9 토마토 및 오이의 다른 밀도 하에서의 광감쇄율(伊東, 1973)
그림 10 재식밀도를 다르게 육묘한 토마토 모종의 한잎(個葉)의 광합성 속도 추이 (伊東, 1973)
광 환경과 관리요령 3 4. 광합성 산물의 전류 잎에서 만들어진 광합성산물은 과실, 생장점, 뿌리 등의 기관으로 전류 한다. 그 전류는 주간에 40∼75%가 이루어지고, 야간에는 40∼60%가 이루어진다. 주간의 전류에는 광의 영향을 받고 야간의 전류는 온도의 영향을 받는다. 주간의 전류속도에 대해서는 Ho(1976)는 토마토의 광강도를 4∼140W/㎡(여름의 유리온실내 조도 : 80W/㎡)로 바꾸어 광합성속도를 측정하고(그림 11), 그 광합성산물의 전류속도는 25W/㎡의 중간 정도의 광강도 이상에서는 광합성속도의 변화와 비례하기 때문에 엽중의 탄수화물의 양은 일정하게 되지만, 11W/㎡이하의 약광 하에서 전류속도는 광합성속도보다 높은 일정한 값을 유지하기 때문에 엽중의 탄수화물의 양은 저하한다(그림 12). 그림 11 토마토의 광합성에 미치는 광강도의 영향(Ho, 1976)
야간의 전류는 고온일수록 전류하기 쉬워지기 때문에, 야간의 온도관리에 있어서 전류촉진 시간대를 마련해 약간 고온관리하는 변온관리를 하게 되었다. 그림 12 광강도를 다르게 한 토마토의 광합성(○)과 전류·축적(△)과의 관계(Ho, 1976)
그림 중의 수자는 광강도(rmflaaaa 11 참조) 5. 광과 착과 광이 부족하면 화분의 충실이 나쁘고 암술의 수정능력도 저하하기 때문에 낙화의 원인도 된다(표 5). 또한 생육은 연약 도장하여 과실의 생육이 나쁘고, 결실 후는 토마토에서는 공동과나 줄썩음과가 발생하기 쉬워진다. 표 5. 여름철(고온·고일조) 및 겨울철(저온·저일조)의 피망「Maor」 및 파프리카「Lehave」의
[ 동공과 ] 태좌증생부의 젤리상 유조직의 발달불량에 의해, 과피와 태좌의 사이가 공동이 된 것. 종자 형성이 불량한 것에 착과촉진의 합성 옥신제의 호르몬 처리 농도가 너무 높을 경우, 특히 꽃봉오리 처리나 30℃를 넘는 고온에서 처리했을 때에 발생한다. 밀식, 과번무 등으로 광합성산물의 공급부족으로 발생이 조장된다. 과육부의 생육이 빨라 젤리부의 생장이 따라잡지 못한다. ① 과번무를 피해 광합성을 촉진한다. 고일조에서의 토마토 과실의 전비타민C 함량은 20∼22mg%로 높다(촉성 재배 등의 저일조하의 재배에서는 12∼17mg%로 낮다). 과실에 광을 비치어 과실온도가 높아지면, 과실로의 광합성산물의 전류가 촉진된다. 전류된 광합성산물인 자당은 과당과 포도당으로 환원되지만, 그 때 관여하는 효소인 인베르타제, 스크로스신타제 등이 고온으로 활성이 높아지기 때문에 있다. 6. 피복자재의 광투과성의 향상 앞서 기술한 바와 같이 겨울철 재배에서는 작물이 필요로 하는 광이 절대적으로 부족하다. 그 원인으로 피복자재나 하우스의 구조체에 의한 그늘이 크다. 어떻게 광을 작물에 도달시킬 것인가가 재배 안정에 중요한 요인이 된다. 광이 약해지는 가을철에 피복자재를 갱신하기도 하고 항구적인 피복자재에서는 세척도 필요하다. 7. 채광성의 향상 광이 특히 약해지는 겨울만으로 한정하면 시설의 동 방향이나 이랑방향을 일반적인 남북방향의 이랑이 아니고, 동서방향의 이랑으로 하는 것이 채광성이 양호하게 된다(그림 13, 그림 14). 또한 통로에 반사 멀칭를 까는 것도 유효하다. 그림 13 동경에 있어서 직달일사량 투과율의 계절변화(藏田, 1986)
그림 14 토마토 군락의 이랑방위와 착달방사 군락입사율(藏田, 1986)
토마토의 재식 본수는 작형에 따라 다르지만, 표준적으로는 10a당 2,100본 정도이다. 재식법은 1줄심기와 2줄심기로 하지만, 광을 많이 필요로 하는 토마토는 채광성이 좋은 1줄심기가 많다(그림 15). 2줄심기의 경우에도 조간을 충분히 확보할 필요가 있다. 1줄심기에서는 조간은 1.3∼1.5m, 주간은 33∼35cm로 한다. 2줄심기에서는 통로폭이 0.9m, 베드폭이 1.1m, 조간이 60cm, 주간 45cm의 지그제그심기가 표준이다. 그림 15 재식양식과 동화량(堀 등)
8. 반사 멀칭의 이용 반사 멀칭필름의 이용은 높은 반사율의 이용에 의한 해충의 기피를 목적으로 토마토, 오이, 호박, 양상추에 있는 진디류, 콩류에 있어서의 매미충류에 효과가 있다. 한편 약한 일조기의 재배에서는 반사광량의 증가에 따라 광합성속도가 증가하며, 특히 군락의 중∼하층부의 잎에 광을 공급하여 개체 전체의 광합성속도 증가를 촉진한다(표 6). 표 6 반사필름 멀칭이 카네이션의 광합성속도에 미치는 영향 (Ito 등, 1996)
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