대기환경

대기는 질소와 산소, 이산화탄소가 주성분이며, 그 밖에 수증기, 미진, 미생물 및 각종 오염물질이 섞여 있다. 대기환경은 대체로 질소 79%, 산소21%, 이산화탄소 0.03%의 비율을 유지하는데, 이들은 작물의 중요한 기본 생리작용에 직접 관계할 뿐만 아니라 간접적으로도 작물의 생육에 여러가지 영향을 미친다. 광합성, 호흡작용, 유리질소 고정작용, 유해작용과 밀접한 관계가 있다. 특히 이산화탄소를 재료로 광합성을 하며 산소가 있어야 호흡을 한다. 또한 공기중의 질소는 질소고정균의 유리질소 고정재료로 식물의 영양원이 된다. 한편, 공기중에는 작물생육을 저해하는 유해성분이 있어 직접 또는 간접으로 생육에 장해를 일으킨다. 여기서는 대기환경과 관련있는 이산화탄소, 산소, 질소의 역할을 살펴보고, 대기조성에 영향을 주는 바람효과와 더불어 지구온난화 효과와 대기오염에 대해 알아보자.

대기중의 성분은 질소가 79%, 산소가 21%, 이산화탄소가 0.03%이며 기타 수증기, 먼지, 미생물, 화분, 유해 오염물질로 구성되어 있다. 대기의 이산화탄소 농도가 높아지면 식물의 호흡은 억제되고 광합성은 증대된다. 시설원예에서 이산화탄소 농도를 인위적으로 높여주기 위해 액체 이산화탄소를 사용하는 것을 탄산시비라고 한다.

바람의 이점은 증산작용을 자극하여 기공을 통한 이산화탄소의 확산으로 광합성이 증대되고, 이산화탄소 농도분포의 균일화로 광합성이 증대되는 것이다. 또 화분의 매개, 서리 조정, 건조촉진 등도 이점으로 꼽는다. 바람의 해는 도복, 낙과, 절상 등의 기계적 장해와 호흡증대,광합성 감퇴, 작물체의 건조, 체온강하, 염풍의 피해 등 생리적 장해로 구분할 수 있다.

온실과 같은 현상이 일어나는데 이를 온실효과라 한다. 전 지구의 평균기온은 19세기 이후 0.3~0.6도 상승하였으며, 기상의 변동성이 커졌다. 이와같은 지구온난화의 원인은 인구의 증가와 이들이 영위하는 경제활동에 의해서 야기되는 산림의 파괴, 대기오염 등에 의해서 지구의 온실효과가 증대하고 있기 때문이다. 지구의 온도가 상승함에 따라 생물의 호흡량이 늘어날 뿐만 아니라 온도상승으로 인해 토양과 숲속에 저장되어 있던 탄소가 이산화탄소 또는 메탈의 형태로 배출되면서 대기중에 이들의 가스가 더욱 많아지게 되어 생태계 패턴에 큰 변화를 준다.

오존은 지표면 50Km에 이르는 성층권 상단까지 어디에나 존재하는 매우 불안정하고 반응력이 강한 특성 때문에 산화시키는 능력이 크다. 오존층은 태양으로부터 지구상에 들어오는 자외선을 걸러내어 지구상의 생명을 보호하는 중요한 역할을 한다. 태양광선 중에서 400nm 이하의 광선을 자외선이라 하는데, 특히 UV-B(280~320nm)는 성층권 오존에 의하여 흡수되어 지상에서는 태양광의 0.5% 미만을 차지한다. UV-B에 식물체가 노출되면 광합성이 감소하고 잎이 작고 두꺼워지며 키가 작아진다. 오존층을 파괴하는 원인물질은 염화불화탄소, 사염화탄소, 할론, 메틸클로르포름, 메틸브로마이드 등이다.

1. 대기조성과 작물생육의 관계를 설명하라.

대기는 여러가지 성분으로 구성되어 있으며 아들 성분은 작물생육에 직접, 간접으로 영향을 미친다. 대기의 주요한 성분은 체적비로 볼때 질소가 79%, 산소가 21%, 이산화탄소가 0.03%이며, 이외에도 각종 기체, 수증기, 먼지, 화분, 대기오염물질 등으로 구성되어 있다. 질소는 작물생육에 절대적으로 필요한 성분이지만 공중에 유래된 질소는 흡수, 이용할 수 없고, 반드시 유용한 형태로 고정이 되어야 이용이 가능하다. 공중질소는 천연적으로는 번개, 근류균에 의해 고정되어 흡수되기도 하지만 주로 공업적으로 고정시킨 질소질비료가 경작지에서는 주요한 공급원이 된다.  대기중의 산소 농도는 21%로서 작물의 호흡작용에 알맞다. 산소농도가 지나치게 낮거나 높으면 호흡이 억제되어 작물생육에 해장용을 미치지만 대기중의 산소농도는 작물재배상 별로 문제를 제기하지 않는다. 작물생육과 가장 관계깊은 성분은 대기중에 0.03% 존재하는 이산화탄소이다. 이산화탄소는 호흡과 광합성작용에 영향을 미치는데, 일반적으로 이산화탄소 농도가 높아지면 호흡작용이 감소되며 광합성이 증대된다. 광합성에는 온도, 광 등의 여러가지 환경요인이 관여하는데, 이산화탄소 농도가 중요한 제한요인으로 작용한다. 이산화탄소의 농도는 계절, 바람, 토양부식, 식생 등에 따라 달라지며 특히 시설내에서는 이산화탄소 부족현상을 나타내기 쉽다. 대기중에는 여러가지 유해가스가 있다. 도시화, 산업화 과정에서 야기된 대기오염, 즉 아황산가스, 질산가스  불화수소 등의 공해물질은 인체뿐만 아니라 작물의 생리작용에도 크게 영향을 미쳤으나 여러가지 해작용을 유발하고 있다.

2. 탄산시비의 지배적 의의를 논하라.

작물은 광합성을 통해 생육에 필요한 유기물을 합성하며 대기중의 이산화탄소는 광합성의 주요한 재료로서 그 농도는 직접적으로 작물의 생육을 지배한다. 대기중의 이산화탄소 농도는 0.03%로서 광합성에 큰 지장은 없지만 대부분의 작물에서 이산화탄소포화점은 대기중의 농도 0.03%보다 높다. 그러므로 이산화탄소 농도를 높여주면 광합성을 증대시켜 작물생육을 촉진시킬 수 있다. 실제로 대기중의 이산화탄소 농도는 자연환경, 재배조건, 그리고 위치에 따라 달라지며 밀폐된 시설의 경우에는 이로 인해 생육에 지장을 초래할 수 있다. 특히 이산화탄소 농도가 낮아지는 경우에는 인위적으로 이산화탄소를 공급해 주는 방법을 생각해 볼 수 있다. 시설 내에서는 한낮에 광합성작용이 활발해지면 이산화탄소가 급격히 소모되어 이산화탄소 부족상태를 야기시킨다. 이 경우에 액체 이산화탄소, 드라이아이스 등을 공급원으로 하여 이산화탄소를 시설 내에 공급해 주면 생육이 크게 진전되어 증수를 꾀할 수 있다. 이처럼 이산화탄소를 작물 주위에 공급해 주는 것을 탄산시비라고 한다. 시설 내에서 그 효과가 크게 인정되고 있으며, 실용화를 위해 여러가지 측면에서 검토되고 있다.