재배학 3장 재배환경 - 수분(2) : 한해 ~ 습해

3-3-4 한 해 (旱(가물 한)害)

 

한해(旱害, drought injury)란 상당 기간 강수가 없어 토양수분이 부족하게 되어 작물이 피해를 입는 것을 말한다. 한해는 관개시설이 좋아진 논에서보다 그렇지 못한 밭에서 더욱 심각한 농업 기상재해이다.

 

(1) 한해(旱害)의 발생

토양이 건조하면 식물체 내의 수분함량도 감소되어 생육이 나빠지고, 심하면 위조 , 고사하게 된다. 우리나라는 봄과 가을에 강우량이 적어서 밭작물은 항상 건조의 피해를 입고, 관개시설이 없는 논에서는 모내기가 불가능하거나 극히 늦어져서 큰 피해를 입는 일이 있다. 우리나라에는 2003 년 현재 약 25만 ha(22%)의 수리불안전답이 있고, 밭에는 관개시설이 거의 없어 해에 따라 많은 피해가 발생한다.

 

(2) 한해의 발생기구

작물의 세포에 수분이 감소하면 수분이 제한인자가 되어 광합성이 감퇴되고 양분흡수, 물질전류 등의 여러 생리작용도 저해된다. 효소의 활력이 떨어지고 교란되어 합성작용은 감퇴하고, 분해작용이 우세하여 단백질과 당분이 소진되어 피해를 받는다. 건조하여 세포가 탈수될 때 원형질은 세포막에서 이탈되지 못한 채로 수축하므로，기계적 견인력을 받아서 파괴된다. 탈수된 세포가 갑자기 흡수할 때에도 세포막이 원형질과 이탈되지 않은 채로 먼저 팽창하므로 원형질은 역시 기계적 견인력을 받아서 파괴되는 일이 있다. 세포로부터의 심한 탈수는 원형질이 회복될 수 없는 응집을 초래한다.

 

(3) 작물의 내건성

작물이 건조에 견디는 성질을 내건성[耐乾性, 내한성(耐旱性); droughttolerance]이라고 하며, 여러 가지 요인의 지배를 받는다. 내건성이 강한 작물은 일반적으로 체내 수분의 상실이 적고, 수분의 흡수능이 크며, 체내의 수분보류력이 크고，수분함량이 낮은 상태에서도 생리기능이 높다.

 

① 형태적 특성

내건성이 강한 작물은 다음과 같은 형태적 특성을 지니고 있다.

1. 표면적/체적의 비가 작으며, 왜소하고 잎이 작다.
2. 뿌리가 깊고，지상부보다 근군(根群)의 발달이 좋다.
3. 잎조직이 치밀하며, 엽맥과 울타리조직이 발달하고 표피에는 각피가 잘 발달되어 있으며, 기공이 작거나 적다.
4. 저수능력(貯水能力)이 크고, 다육화(多肉化, succulency)의 경향이 있다.
5. 기동세포가 발달하여 탈수되면 잎이 말려서 표면적이 축소된다.

 

② 세포적 특성

내건성이 강한 것은 세포나 원형질이 다음과 같은 특성을 지니고 있다.

1. 세포가 작아서 수분이 감소해도 원형질의 변형이 적다.
2. 세포 중에 원형질이나 저장양분이 차지하는 비율이 높아서 수분보류력이 강하다.
3. 원형질의 점성이 높고, 세포액의 삼투압이 높아서 수분보류력이 강하다.
4. 탈수될 때 원형질의 응집이 덜하다.
5. 원형질막의 수분, 요소, 글리세린 등에 대한 투과성이 크다.

 

③ 물질대사적 특성

내건성이 강한 것은 다음과 같은 물질대사적 특성을 지니고 있다.

1. 건조할 때 중산이 억제되고, 급수할 때 수분을 흡수하는 기능이 크다.
2. 건조할 때 호흡이 낮아지는 정도가 크고, 광합성이 감퇴하는 정도가 낮다.
3. 건조할 때 단백질, 당분의 소실(消失)이 늦다.

(4) 생육단계 및 재배조건과 내건성

작물의 내건성은 생육단계에 따라 다른데, 생식생장기에 가장 약하다. 화곡류는 생식세포의 감수분열기에 가장 약하고，출수개화기와 유숙기에 그 다음으로 약하며, 분얼기에는 비교적 강하다. 퇴비, 인산.칼리를 적게 주고, 질소를 많이 주거나 밀식을 하면 내건성이 약해진다. 작물을 건조한 환경에서 자라게 하면 내건성이 증대, 즉 경화(硬化; hardening)하는 경향이 있다.

 

(5) 한해대책

① 관개

한해는 토양수분의 부족에서 유발되므로  근본적인 한해대책은 관개를 하는 것이다. 근래에는 인공강우의 이용도 시도되고 있다.

② 작물과 품종의 선택

상습적으로 가뭄[한발(旱魅)]이 발생하는 곳에는 내건성이 강한 작물을 재배하는 것이 안전하다. 수수. 조. 기장. 호밀. 밀 . 앨팰퍼(alfalfa). 베치(vetch) . 동부,난지형 목초(暖地型牧草) 등은 내건성이 강하다. 같은 작물이라도 특별히 내건성이 강한 품종이 있다.

③ 토양수분의 보류력 증대와 증발억제

ㄱ.토양입단의 조성 입단의 형성(참고페이지)에서 설명한 방법으로 토양입단을 조성한다.

ㄴ. 드라이파밍 드라이파밍(dry farming)은 휴작기에 비가 올 때마다 땅을 갈아서 빗물을 지하에 잘 저장하고 작기에는 토양을 잘 진압하여 지하수의 모관상승을 좋게 함으로써 한발적응성을 높이는 농법이다.

ㄷ. 피복 비닐, 풀, 퇴비 등을 지면에 피복(被覆, mulching)하면 증발이 경감된다.

ㄹ. 중경제초 표토를 쪼아서 모세관을 절단한 다음 잡초를 제거하면 증발산이 경감되어 토양에서 수분증발을 상당히 막을 수 있다.

 

④ 밭작물에 대한 재배대책

1.  뿌림골[播溝]을 낮게 한다.
2. 뿌림골을 좁히거나 재식밀도를 성기게 한다.
3. 질소의 다용을 피하고, 퇴비, 인산, 칼리를 중시한다.
4. 봄철 보리나 밀밭이 건조할 때에는 답압(踏壓)을 한다.
5. 앞에서 설명한 바와 같이 내건성인 작물과 품종을 선택하고, 토양수분의 보류력을 높이며, 증발을 억제하는 조처를 한다.

⑤ 논벼에 대한 재배대책

1. 수리불안전답은 생력재배를 겸하여 건답직파로 전환한다.
2. 남부의 수리불안전답에는 품종과 재배법을 고려한 만식적응재배應≫씀)를 한다.
3. 손모내기를 할 때에는 밭못자리모, 박파묘가 만식적응성이 강하다.
4. 손모내기의 경우 모내기가 늦어질 때 모의 과숙을 회피하는 방법으로 모솎음, 못자리가식 , 본답가식, 저묘(貯苗) 등이 있다.
5. 모내기가 한계 이상으로 지연될 경우에는 조, 기장, 메밀, 채소 등을 대파(代播) 한다.

3-3-5 관 개

(1) 관개의 효과

① 논에서의 담수관개 효과

ㄱ. 생리적으로 필요한 수분의 공급

생리적으로 필요한 수분을 공급한다.

ㄴ. 온도의 조절작용

담수(湛水)는 벼의 생육 초기 저온기에는 보온효과가 크고，혹서기에는 과도하게 높은 지온과 수온을 낮추어 준다. 특히심수관개는 감수분열기에 저온이 닥쳤을 때 생장점을 물에 잠기게 함으로써 물의 비열(比熱)로 치명적 냉해를 방지할 수 있다.

ㄷ. 비료성분의 공급

전체 벼농사기간을 통하여 10a 당 약1,440ton 의 관개수를 공급하면 이에 포함되어 공급되는 비료성분은 질소 2.3kg, 칼리 1.5kg, 석회 14kg, 규산 19kg, 마그네슘 5.9 kg 정도라고 하는데, 수질에 따른 변이가 크다.

ㄹ. 유해물질의 제거

관개는 염분이나 그 밖의 유해물질을 흘려보냄으로써 제거할 수 있다.

ㅁ. 잡초의 억제

관개를 하면 잡초발생이 적어지고, 흙이 부드러워져서 제초작업이 용이하며，제초제의 효과도 높아진다. 밭에서 생육이 왕성한 C4식물 잡초도 논에서는 세력이 약하다.

ㅂ. 병충해의 경감

담수를 하면 해충의 만연을 줄이고, 토양선충이나 토양전염의 병원균이 소멸되거나 경감된다.

ㅅ. 작업의 능률화

관개. 담수를 해서 토양이 부드러워지면 모내기, 중경제초 등의 작업이 용이해진다.

ㅇ. 벼의 생육조절

관개를 조절함으로써 벼의 생육을 알맞게 조절할 수 있다.

 

② 밭관개의 효과

ㄱ. 생리적으로 필요한 수분의 공급

관개를 하면 한해(旱害)가 방지되고, 토양함수량을 알맞게 유지할 수 있어서 생육이 촉진되며, 수량과 품질이 향상된다.

ㄴ. 재배기술의 향상

관개가 기능하게 되면 더욱 유리한 작물을 선택할 수 있고, 다비재배가 가능하며, 파종. 시비 등의 작업을 적기에 효율적으로 실시할 수 있어서 재배기술의 향상이 가능하다.

ㄷ. 지온의 조절

관개는 흑서기에 지온을 낮출 수 있고, 냉온기에는 지온을 높일 수 있다. 목야지에 동기관개(冬期灌蔽)를 하면 늦가을과 초봄의 생초 이용기간을 연장시킬 수 있고 하기관개(夏期灌慨)를 하면 북방형 목초의 하고(夏枯)를 줄일 수 있다.

ㄹ. 비료성분의 보급과 이용의 효율화

관개수에 따라 점토, 칼륨, 석회, 마그네슘, 규산 등이 보급되며, 가용성 알루미늄이 감소된다. 관개수의 침투에 따라 비료성분이 근권으로 스며들어 이용효율이 높아진다.

ㅁ. 풍식방지

토양이 가볍고 건조한 지대에서는 관개로 풍식(風軸)을 방지할 수 있다.

ㅂ. 동상해 방지

동상해 방지는 살수빙결법을 참조.

 

(2) 밭관개와 재배상의 유의점

밭에서 전지관개(田地灌激)를 하면 재배상 다음과 같은 점에 유의할 필요가 있다.

1. 가장 수익성이 높은 작물을 선택할 수 있다.
2. 다비재배(多肥栽培)를 할 수 있다. 관개를 하면 비료의 이용효과를 높일 수 있으므로 다비재배가 유리하다. 특히, 밭토양의 질소는 질산태(室酸態)이며, 관개수에 따라 용탈되기 쉬우므로 시비량을 늘리고 여러 번에 걸쳐 나누어 주는 것이 좋다.
3. 다비재배에서는 도복이 흔히 유발되므로 내도복성 품종(耐倒伏性品種)을 선택한다.
4. 재식밀도를 높일 수 있다. 수분이 충분하면 다비밀식 등 다수확재배의 수준을 더욱 높일 수 있다.
5. 관개를 하고 다비재배를 하면 병충해와 잡초의 발생이 많아지기 때문에 병충해 방제와 제초를 철저히 해야 한다.
6. 관개수의 효율을 높이도록 조처한다. 식질토양에서는 휴립, 중경(中耕) 등으로 관개수의 침투를 도모해야 하며, 또 비닐멀칭 등을 설치하여 지면증발을 억제하도록 해야 한다.

(3) 논의 용수량과 관개방식

① 용수량

벼농사기간 중 논관개에 소요되는 수분의 총량을 용수량(用水量)이라고 하며, 이론상 다음과 같이 계산된다.

용수량=(엽면증산량 + 수면증발량 + 지하침 투량) - 유효우량

• 엽면증산량： 같은 기간 중의 증발계증발량(蒸發計蒸發量)의 1.2 배 정도가 됨.
• 수면증발량(水面蒸發量) : 증발계증발량과 거의 비슷함.
• 지하침투량(地下浸透量) : 토성에 따라 크게 다르며, 210~830mm(평균 536mm 정도)라고 함.
• 유효우량 : 관개수로 들어오는 우량이며, 강우량의 75 % 정도라고 함.

벼농사기간 중 (모내기로부터 낙수(落水)까지의 약 90일간)의 증발량이 400 mm 이고, 강우량(降雨量)이 500mm 라고 하면 용수량은 대체로 다음과 같이 계산된다.

 

엽면증산량 400 x 1.2 = 480mm

수면증발량 400 x 1.0 = 400mm

지하침투량 536 =(비슷) 500mm

유효우량 500 x 0.75 = 375 mm

용수량 = (480mm+400mm+500mm) - 375mm=1,005mm

 

1mm 의 수량은 1m2(제곱미터)당 1L이니까, 10a(1,000m2)당 1,000L가 되므로, 1,005mm는 10a 당 1,005k/(ton)가 된다. 실제의 용수량은 대체로 10a 당 900~1,525ton 이라고 한다.

 

② 벼의 생육단계와 관개의 정도

1. 모내기 준비 ----------------------- 10 ~ 15 cm 관개
2. 이앙기 ------------------------------  2 ~ 3 cm 담수
3. 이앙기 ~ 활착기 ------------------ 10 cm 담수
4. 활착기 ~ 최고분얼기 ------------ 2 ~ 3 cm 담수
5. 최고분얼기 ~유수형성기 ------- 중간낙수
6. 유수형성기 ~ 수잉기 ------------ 2 ~ 3 cm 담수
7. 수잉기 ~ 유숙기 ------------------ 6 ~ 7 cm 담수
8. 유숙기 ~ 황숙기 ------------------ 2 ~ 3 cm 담수
9. 황숙기(출수 후 30 일경) ------- 완전낙수

③ 관개수의 수질

근래에 광산, 공장, 축사, 도시 등에서 배출되는 오염물질들이 급속히 증가하여 농업용수에 유해물질들이 유입되어 자정작용의 한계를 넘긴 유기질오염에 따른 부영양화(富營養化) 또는 무기질오염으로 농작물의 생육을 저해하는 수질오염( water pollution)이 문제되기에 이르렀다. 따라서, 수원의 전환, 오염원의 분리, 오염물질 처리 등 그 대책이 필요하게 되었다. 농업용수의 수질기준은 다음과 같다.

 

농용수의 수질기준(수도) 

검정항목	허용농도
pH(수소이온농도)	6.0 ~ 7.5
EC[전기전도도(염류농도)]	< 0.3 dSm(-1제곱)
COD(화학적 산소요구량)	< 6ppm
SS(무기부유물질)	<100 ppm
DO(용존산소)	>5 ppm
T-N(전질소)	<1 ppm

 

중금속
검정항목	허용농도
비소 (As)	<0.05 ppm
아연 (Zn)	<0.50 ppm
구리 (Cu)	<0.02 ppm

 

④ 절수관개

논에서 관개수를 절약하기 위하여 수분의 요구도가 큰 이앙기~활착기, 수잉기 ~ 유숙기에만 담수하고 그 밖의 시기에는 포화수(飽和水) 정도로 하는 절수관개법을 실시하기도 한다.

 

(4) 밭의 관개수량

밭에 관개를 할 때에는 강우상태, 토성, 작물의 종류 등에 따라 관개를 조절해야 하는데，그 대체적인 기준은 아래와 같다.

1회 관개량
작물 뿌리의 깊이 (cm)	사질토 (mm)	양토 (mm)	식질토 (mm)
천근성 (<60)	25~50	50 ~ 75	75 ~ 100
중근성 (60~90)	50 ~ 70	100 ~ 150	150~ 200
심근성 (>90)	100 ~ 150	200 ~ 250	250 ~ 350

작물의 요수량	1 회 관개량(mm)
	25	75	150	300
	간단일수(일)
다	3 ~ 6	9 ~ 18	18 ~ 36	36 ~ 72
중	4 ~ 8	12 ~ 24	24 ~ 48	48 ~ 96
소	6 ~ 12	18 ~ 36	36 ~ 72	72 ~ 144

(5) 관개방법

① 지표관개 (surface irrigation) : 지표면에 물을 홀려 대는 방법이다.

ㄱ. 전면관개 : 지표면 전면에 물을 홀려 대는 방법이다.

    a. 일류관개 : 등고선에 따라 수로를 내고, 임의의 장소로부터 월류하도록 하는 방법이다.

    b. 보더관개(border method) : 완경사의 포장을 알맞게 구획하고, 상단의 수로로부터 전체 표면에 물을 흘려

       펼쳐서 대는 방법이다.

    c. 수반법(水盤法, basin method) : 포장을 수평으로 구획하고 관개하는 방법이다.

ㄴ. 고랑관개( furrow irrigation) : 포장에 이랑을 세우고, 고랑에 물을 홀려서 대는 방법이다.

 

② 살수관개

살수관개는 공중에서 물을 뿌려서 대는 방법이다.

ㄱ.다공관관개 (perforated pipe system) : 파이프에 직접 작은 구멍을 내어 살수하는 방법이다.

ㄴ. 스프링클러관개 (sprinkler system) : 스프링클러를 이용하여 살수하는 방법이다.

ㄷ. 물방울관개 (drip irrigation)도 있다.

 

③ 지하관개

지하관개는 지하로부터 수분을 공급하는 방법이다.

ㄱ. 개거법(開渠法): 개방된 토수로에 투수(透水)하여 이것이 침투해서 모관상승을 통하여 근권에 공급되게 하는 방법이다.

     지하수위가 낮지 않은 사질토 지대에서 이용된다.

ㄴ. 암거법 (暗渠法) : 지하에 토관, 목관, 콘크리트관, 플라스틱관 등을 배치하여 통수하고,

      간극(間隙)으로부터 스며 오르게 하는 방법이다.

ㄷ. 압입법(壓入法) : 뿌리가 깊은 과수 주변에 구멍을 뚫고, 물을 주입(注入)하거나 기계적으로 압입하는 방법이다.

 

* 점적관개 (點滴灌慨, trickle irrigation) : 지하에 묻은 파이프나 호스로 물을 끌어 올려 흐르도록 한 뒤, 점적기(點滴器)를 이용하여 정밀한 양의 물과 양분을 작물의 근권에 공급하는 방법이다. 항상 알맞은 토양수분을 유지하도록 고안된 관개시스템으로, 시설재배에서 주로 이용된다.

 

<경사도에 따른 관개법의 선정기준>

관개법	경사도	대상작물
보더법, 수반법	3° 이하	주로 목초, 과수, 밀식작물
월류법	3~27° 27° 이상	주로 목초, 과수, 밀식작물 초생재배를 한 수원지
휴간관개	27° 이하	이랑을 세우는 작물, 과수
살수관개	위의 범위 내	각종 작물

3-3-6 습 해

(1) 습해의 발생

토양의 과습상태가 지속되어 토양산소가 부족할 때에는 뿌리가 상하고 심한 경우에는 부패하여 지상부가 황화(黃化)한 후 위조, 고사하는 것을 볼 수 있는데, 이를 습해(濕害, excess moisture injury)라고 한다. 저습한 논의 답리작 맥류나 침수지대의 채소 등에서 혼히 볼 수 있다. 담수조건에서 재배되는 벼에서도 토양산소가 몹시 부족하면 여러 가지 장해가 나타나는데(앞에서 설명한 노후답, 습답 등 참조), 이것도 일종의 습해로 볼 수 있다.

 

(2) 습해의 발생기구

과습하여 토양산소가 부족하면 직접피해로서 호흡장해가 생긴다. 지온이 낮아서 토양미생물의 활동이 억제된 동기습해(冬期濕害)는 주로 직접적인 피해에 의하여 발생한다. 호흡장해가 생기면 무기성분(N, P, K, Ca, Mg 등)의 흡수가 저해된다.

봄과 여름철에 지온이 높을 때 토양이 과습하면 직접피해뿐만 아니라, 토양미생물의 활동으로 환원성 유해물질이 생성되어 피해가 더욱 커진다. 메탄가스, 질소가스, 이산화탄소의 생성이 많아져서 토양산소를 더욱 적게 하여 호홉장해를 조장한다. 환원성인 철(Fe2+), 망간(Mn2+) 등도 유해하며, 황화수소(H2S)까지 생성되면 그 피해가 더 심해진다.

황화수소가 나오는 습해는 맥류의 뿌리에서 종자근(種子根)이 암회색으로 되어 쇠약해지고는 관근(爾艮)의 선단이 진한갈색으로 변하여 생장이 정지되며, 목화(木化), 괴사도 보이고, 황화철, 아산화철의 침입도 보인다.

습해가 발생하는 토양환경에서는 토양전염병해의 전파가 많아지고, 작물도 쇠약하여 병해발생을 초래한다. 지온의 저하도 작물에 해롭다.

 

(3) 작물의 내습성

다습한 토양에 대한 작물의 적응성을 내습성(耐濕性, resistance to highsoil-moisture)이라고 하는데, 다음과 같은 요인들이 내습성에 관여한다.

 

① 경엽에서 뿌리로 산소를 공급하는 능력

소택작물인 벼는 밭작물인 보리와 비교하면 잎, 줄기, 뿌리에 통기계 [通氣系, aerenchyma(intercellular air space system)]가 잘 발달하여 지상부에서 뿌리로 산소를 공급할 수 있으므로 담수조건에서도 잘 생육한다. 또한, 뿌리의 피층세포(皮層細胞)가 직렬(columnar arrangement)로 되어 있는 것은 사열(oblique arrangement)로 되어 있는 것보다 세포의 간극이 커서 뿌리에 산소를 공급하는 능력이 크기 때문에 내습성이 강하다. 생육 초기의 맥류처럼 잎이 지하의 줄기에 착생하고 있는 것은 뿌리에 산소를 공급하는 능력이 크다.

 

② 뿌리조직의 목화

목화(木化)한 것은 환원성 유해물질의 침입을 막아서 내습성을 강하게 한다.

 

③ 뿌리의 발달습성

근계(根系)가 얕게 발달하거나, 습해를 받았을 때 부정근(不定根)의 발생력이 큰 것은 내습성을 강하게 한다.

 

④ 환원성 유해물질에 대한 저항성

뿌리가 황화수소, 아산화철 등에 대하여 저항성이 큰 것은 내습성을 강하게 한다.

 

(4) 습해대책

① 배수

배수(排水)는 습해의 기본대책으로, 배수파트에서 기술하기로 한다.

② 정지

밭에서는 휴립휴파(桂立桂播)를 하고, 습답에서는 휴립재배(桂立栽培)를 하기도 한다.

③ 토양개량

세사(細砂, 가는모래)를 객토하거나, 부식. 토양개량제를 시용하여 입단을 조성하고 투수,투기를 좋게 한다.

④ 작물 및 품종의 선택

내습성인 작물과 품종을 선택한다.

 

작물의 내습성은 대체로

골풀, 미나리, 택사, 연, 벼  > 밭벼, 옥수수, 율무 〉 토란 〉유채, 고구마>보리, 밀>감자, 고추〉토마토, 메밀>파, 양파, 당근, 자운영의 순이라고 한다.

채소의 내습성은

양상추, 양배추, 토마토, 가지, 오이>시금치, 우엉, 무>당근, 꽃양배추, 멜론, 피망의 순이라고 한다.

과수의 내습성은

올리브>포도>밀감>감, 배〉밤, 복숭아, 무화과의 순이라고 한다.

내습성의 차이는 품종간에도 크며, 답리작(密裏作) 맥류재배에서는 내습성이 강한 품종을 선택해야 안전하다.

 

⑤ 시비

미숙유기물과 황산근 비료의 시용을 피하고, 표층시비를 하여 뿌리를 지표면 가까이 유도하며, 또한 뿌리의 흡수장해가 보이면 엽면시비를 피한다.

⑥ 과산화석회의 시용

과산화석회(CaO2)를 종자에 분의(粉衣)해서 파종하거나 토양에 혼입하면(4~8kg/10a) 상당한 기간 산소를 방출하므로 습지에서 발아 및 생육이 촉진된다.