시설 과채류의 환경관리(4)-탄산가스 환경과 관리요령

 

시설 과채류의 환경관리 4

탄산가스 환경과 관리요령 1 1. 탄산가스 환경의 실태   대기중의 탄산가스 농도는 대략 0.035%(350ppm)로 동식물의 호흡, 탄소화합물의 연소에 의한 증가와 해수, 강우에 의한 흡수, 식물의 광합성에 의한 흡수로, 이 농도는 비교적 안정되어 있다(표 1). 최근, 화석연료의 과잉 소비에 의해, 탄산가스 농도가 증가하는 경향이다(그림 1). 표 1. 대기의 조성 분자명 원자량 또는 분자량 비중(공기에 대한) 체적백분율(%) 질   소 (N2) 산   소 (O2) 알   곤 (Ar) 탄산가스 (CO2) 네   온 (Ne) 수   소 (H2) 헬   륨 (He) 28.02 32.00 39.94 44.00 20.00 2.02 4.00 0.9673 1.1056 1.379 1.529 0.674 0.0696 0.1368 78.08 20.95 0.93 (0.03) 1.8×10-3 (<10-3) 5×10-4   재배 토양에서는 토양 미생물의 호흡에 의해 지면으로부터 상시 탄산가스가 방출되고 있으며, 그 양은 지온이 높은 계절, 일시에 많아진다. 토양 미생물은 퇴비나 작물의 찌꺼기를 탄소원으로서 호흡하고 있으므로 그 양이 많은 포장에서 탄산가스 발생량은 많아진다. 또한 시설재배에서는 야간, 작물과 토양미생물의 호흡에 의해 탄산가스 농도는 높아지고 있으나(약 600ppm) 일출과 함께 작물의 광합성에 의해 탄산가스  농도가 저하하기 시작하여, 일출부터 1시간 정도에 대기 농도 이하로 떨어져(최저 약 100ppm), 환기될 때까지 탄산가스 기아 상태에서 생육하고 있다(그림 2). 그림 1. 하와이에서 측정한 대기중 탄산가스 월평균 농도의 경년변동(Moses, 1980) 탄산가스 농도는 봄에 높고, 가을에 낮아지지만 매년 착실히 상승하고 있으며, 그 증가는 지수함수적이다.   작물은 대기와 토양의 양방으로부터 탄산가스를 공급받고 있지만, 토양에서의 공급량은 유한한 것에 비하여 대기로부터의 공급량은 무한이라고도 할 수 있어 그 양을 결정하는 최대의 요인이 바람이라고 할 수 있다(그림 3).   기밀성이 높은 비닐하우스에서는 퇴비의 다량 시용에 의해 야간의 탄산 가스 농도는 1,000ppm 이상의 고농도가 되지만, 일출과 함께 급속히 탄산가스 농도가 저하한다. 온도조절을 위해서 환기를 하면 대기의 농도에 가까워지지만 10시경부터 12시경까지는 240ppm이 되어 환기는 충분한 것처럼 생각되나 대기 농도보다도 크게 저하하고 있다(그림 4). 그림 2. 하우스내 토마토의 생장점부근에 있어서 탄산가스 농도의 일변화(伊東, 1973) 그림 3. 노지재배 토마토, 오이에 있어서 탄산가스 농도 프로필 맑은날, 11∼12시 측정(伊東, 1973)     엽면적 밀도 (10-2 ㎠/㎤)     CO2농도(ppm)            엽면적밀도            CO2농도(ppm)     ● 고랑사이(도로)에서 측정한 값    ○ 포기사이에서 측정한 값 그림 4.가지 재배 하우스내의 탄산가스 농도의 일변화 (단위 : ppm) (矢吹·織田, 1966) 폭 3m, 양  환기(7:30∼18:00)   양액재배 온실에서는 지중에서의 탄산가스 공급이 없기 때문에 야간의 농도도 400ppm 전후이고, 일출후 2시간 30분후에는 100ppm이 되어 정오 전후에는 약 70ppm까지 저하하고 있다. 그 후 서서히 농도가 높아지지만 일몰 후의 6시에 간신히 대기 농도에 가까운 300ppm으로 회복했다(그림 43). 그림 5. 토마토 역경재배 온실의 탄산가스 농도분포의 일변화(矢吹·今津, 1965)  * 주 - 2연동 400㎡, 초장 2m, 수확기, 실내최고기온 26℃, 최저기온 2℃,   12월 25일(기후 : 개었다 흐렸다) 측정   같은 탄산가스 부족은 터널재배에서도 나타나 야간은 2,000ppm 이상이 되고 있지만, 일출 2시간후에는 100ppm 전후가 되며, 주간에는 80ppm의 극단적인 저농도가 되고 있다(표 2).   시설재배에서는 겨울철 밀폐된 경우는 상상도 되지 않을 만큼 저농도로 되어 있는 것을 주목해야 한다. 표 2. 비닐터널의 탄산가스 농도   (金關, 1965) 측정시간(시) 무공폴리에틸렌구(ppm) 유공폴리에틸렌구(ppm) 무피복구(ppm) 기  후 9 12 15 18 21 24 148 82 98 525 1476 2214 213 262 312 426 459 410 279 262 295 279 361 394 아주맑음 맑음 맑음 맑음 아주맑음 맑음   탄산가스 환경과 관리요령 2 2. 탄산가스의 생리작용   탄산가스를 고농도로 관리함으로써 광합성속도가 증가하여 광합성산물인 자당 등의 축적이 증가하고 전류속도도 증가한다. 탄산가스의 시용은 광강도를 높이는 것과 같은 효과가 있다(그림 6).   탄산가스 농도의 저하는 광합성을 저하시켜 지하부로의 광합성산물의 공급량이 부족하게 되기 때문에 뿌리의 발달이 불량하게 되어, 양수분 흡수가 감퇴하기 때문에 생육지연을 일으킨다.   탄산가스 농도가 높아져 광합성이 촉진되면 광합성산물의 지하부로의 분배가 많아져 양수분 흡수가 활발하게 되기 때문에 생육은 촉진된다. 과실이나 꽃, 뿌리 등의 수·량이 많고 광합성산물을 당기는 능력이 높은 경우에는 수량의 증가를 기대 할 수 있다(표 3, 그림 7).   그림 6. 서로 다른 온도 및 탄산가스 농도에 있어서 광합성곡선(Pachepsky 등, 1996) 표 3.  2월∼4월 중순의 서로 다른 탄산가스 농도에 따른 1월파종 오이의 수확 3주간에 있어서          수량과 조수입          (Slack 등, 1985) CO2농도 수량(kg/㎡) 과수(개/㎡) 평균과중(g) 조수입(￡/㎡) 무시용 400ppm 1,000ppm 2.37 5.09 6.84 5.9 11.6 14.0 398 436 490 1.45 3.15 4.16 그림 7. 가지의 탄산가스 시용농도를 다르게 한 단위수량의 추이(Nederhoff·Buitelaar, 1992)   탄산가스 시용이 경제적으로 가능한 곳은 어느 정도의 규모와 내부 설비를 갖춘 시설에서 특정 작물·작형만으로 한정된다(표 4). 환기율이 높은 간단한 파이프하우스 등에서는 탄산가스 시용의 경제적 효과는 없다.   탄산가스 시용의 효과는 가장 먼저 뿌리에 의한 양수분 흡수를 촉진하므로 영양생장 기미로 된다. 토마토에서는 정식 직후부터 시용하면 과번무의 원인이 되어, 수량 증가로 연결되지 않는다. 시용하는 경우는 제 2·3 화방 개화기부터 한다. 과실에는 그 싱크능이 높은 경우에만 탄산가스 시용의 효과가 나타남으로 과실의 채광성을 좋게 하는 것이 중요하다. 또한 탄산가스를 시용해도 바람이 없으면 광합성은 촉진되지 않는다. 표 4.  탄산가스 시용이 오이 수량에 미치는 영향  (伊東, 1979) 시험연도 처리구 초기수량 전기수량 과수(본/주) 중량(kg/주) 과수(본/주) 중량(kg/주) 1973 CO2시용 고온+CO2 무시용 15.9 17.5 12.5 15.3 17.1 12.1 36.1 33.4 31.7 36.9 33.4 32.1 1977 CO2시용 고온+CO2 무시용 21.0 33.0 16.0 20.4 22.5 15.9 42.4 39.8 41.2 42.7 39.6 41.3 3. 탄산가스의 시용   일출 후 시설내의 탄산가스 농도가 떨어지기 시작했을 무렵(일출 후 30 분)부터 환기 개시까지 800∼1,000ppm으로 시용한다(표 5). 탄산가스원으로서는 액화탄산가스가 단가는 가장 비싸지만, 불순물의 혼입이 없기 때문에 널리 이용되고 있다(표 6). 그 외 등유나 프로판가스를 전용의 탄산가스 발생기로 연소시키고 있는데, 연료의 음미, 연소기의 점검, 환기공의 설치 등 불완전연소나 불순물에 의한 장해의 발생에 유의한다. 시용시에는 탄산가스 제어기로 농도를 검지하면서 제어하거나 타이머에 작동시간을 가감하면서 자동시용 한다. 표 5. 시설 토마토, 오이재배에 있어서 탄산가스 시용기준(野菜試, 1977) 시용시기 월동재배에서는 보온개시기 이후, 촉성재배에서는 정식후에는 30일째 경에 착과를 확인하고부터(11~3월) 시용하며, 육묘중에 시용하지 않는다. 시용시간 일출후 30분후부터 환기까지의 1~2시간, 길어도 3~4시간 시용농도 맑은 날 1,000~1,500ppm, 흐린날 500~1,000ppm 온도조건 특히 고온은 피하는 것이 좋다. 28~30℃에 환기를 실시한다. 습도조건 밀폐하는 시간을 길게하여 다습조건이 되지 않도록 한다. 시비조건 특히 다비할 필요는 없다. 관수조건 약간 줄여서 경엽이 과번무하는 것을 막는다. 비   고 토양에서 다량의 탄산가스가 발생하는 시설에서는 시용효과가 적다. 표 6. 탄산가스 시용의 이용비용(런닝코스트) 비교(海老澤, 1993) 항   목 등유연소 탄산가스발생기 LPG연소 탄산가스발생기 액화탄산가스 봄베 제 원 형  식 CG-552T CG-250SG   연료소비량 백등유 3.2ℓ/시 1.16kg/시 (0.56㎥/시) 분출량의 조정이 필요 (LPG연소에 맞춤) 탄산가스발생량 4.1㎥/시 1.8㎥/시 용량 7㎥/개 단가(연료,생가스) ~45엔/ℓ ~6,500엔/50kg봄베 ~4,550엔/7㎥ 하우스 규모 300평 ⇒ ⇒ 설치상황 1대 드럼통 180ℓ (약1.5개월분) 2대 50kg봄베2개 (약1개월분) 3개세트 (약4일분) 운전시간 2개월간(60일간) ⇒ ⇒ 시 간 관 리 운 전 운전시간 2개월간(60일간) ⇒ ⇒ 시간설정 15분ON, 15분OFF ⇒ ⇒ 실가동시간 1시간15분 ⇒ ⇒ 탄산가스기준농도 1,100ppm ⇒ ⇒ 탄산가스총공급량 5.13㎥/일 4.5㎥/일 ⇒ 운전비용 10,811엔 45,240엔 175,500엔 등유기준비교 100 418 1,623 농 도 관 리 운 전 운전시간 오전6시~8시30분 ⇒ ⇒ 시간설정 15분ON, 15분OFF ⇒ ⇒ 탄산가스기준농도 1,100ppm ⇒ ⇒ 탄산가스총공급량 4.5㎥/일 ⇒ ⇒ 운전비용 9,483엔 45,240엔 175,500엔 등유기준비교 100 477 1,851 4. 탄산가스 시용의 한계   탄산가스 시용일수가 많아지면 광합성속도의 저하가 나타난다. 이 탄산가스 시용에 의한 광합성속도의 저하는 광강도가 약할수록 크고 오래된 잎일수록 커진다(표 7). 또한 시용 탄산가스 농도가 높을수록 광합성속도의 저하가 현저하다(표 8). 표 7. 오이의 탄산가스 2,000ppm 처리 7일후의 엽위별 광합성속도의 저하율(矢吹·淸田, 1975) 엽  위 광강도(cal/㎠/분) 0.08 0.20 0.25 0.52 제3엽 제5엽 제9엽 55 46 40 53 46 31 47 44 23 47 36 21   표 8. 오이의 탄산가스 시용농도를 다르게 한 시용경과에 수반한 1개체당 광합성속도 및 엽면적(矢吹·靑木, 1975)   300ppm 1,200ppm 2,400ppm 5,500ppm NP LA NP LA NP LA NP LA 처리전 22.1 (100) 870 33.0 (151) 870 30.0 (188) 870 31.5 (143) 870 처리후9일 134 (100) 5,338 (100) 211 (121) 6,151 (121) 252 (188) 6,967 (130) 134 (100) 5,509 (103) 처리후16일 227 (100) 8,318 (100) 360 (159) 11,809 (142) 181 (80) 9,233 (111) 153 (68) 7,990 (96)      NP ; 1개체당 정미 광합성속도(㎎CO2/시/주)     LA ; 1개체당 엽면적(㎠/주)      (  )내는 300ppm구에 대한 상대치를 나타냈다.   고농도의 탄산가스 시용에 의하여 오이를 재배하면 잎의 황화를 수반하는 노화의 진행이 빨라진다. 이것은 엽록소의 분해에 의하여 생기는 것으로 엽록소의 분해를 억제하여, 노화의 진행을 저지하는 효과가 있는 벤질아데닌(6-benzyl-aminopurine)의 엽면살포로 어느정도의 노화억제효과가 나타난다.   가지에서는 600ppm정도의 연속시용으로 잎의 붕소 함량이 저하하고 잎 선단에서부터 황화하여 잎가(葉緣)에 크로로시스가 발생한다. 이것은 탄산가스의 연속시용에 의하여 잎의 증산작용이 억제되어 신전개엽으로의 붕소의 전류량이 감소하는 것에 의한다(표 9).       표 9. 탄산가스 시용농도를 다르게 한 가지의 황화엽 발생정도 및 발생엽의 붕소·마그네슘 함량(Nederhoff·Buitelaar, 1992) 탄산가스농도 (ppm) 황색엽 붕소 (μmol/gDW) 마그네슘 (μmol/gDW) 엽수(매/주) 신선중(g/주) 엽면적(㎡/주) 413 663 2.74 8.94 18.83 46.68 0.063 0.150 1.36 1.20 211 205