작물생리학-무기양분 생리

문서 내 토픽

1. 질소(N)의 역할과 흡수

질소는 광합성 작용에 직접적으로 관계하며, NH4+와 NO3- 형태로 흡수된다. 비료 3요소 중 하나로 단백질 합성에 필수적이다. 근채류는 지하 저장기관이 비대할 시기에 질소를 시비하지 않는 것이 좋으며, 영양생장기에 대사활동이 왕성한 생장점과 마디 조직에 많이 축적된다. 토양에 많이 함유되어 있으나 불용태 형태로 존재할 수 있다.
2. 인산(P)의 기능과 토양 반응

인산은 개화결실에 관여하며, 과실류 결과기에 충분한 인산 비료가 과실 발육과 품질 향상에 유리하다. 산성토양에서는 Al, Fe, Mn과 결합하고, 알칼리 토양에서는 Ca와 결합하여 불용태가 된다. 토양 환원 시 Fe, Mn에 고정된 인산이 유리되어 가용태가 되며, 이동성이 있어 종자나 과실로 이동한다.
3. 칼륨(K)의 생리적 기능

칼륨은 효소 활성화, 전분합성 촉진, 광합성 산물 수송, 삼투조절, 도복 저항성 증가 등 다양한 역할을 한다. 세포의 팽압을 조절하여 기공개폐와 세포 신장을 돕고, 탄수화물 함량을 증가시켜 세포벽 구성물질을 생성하여 줄기를 튼튼하게 한다. 과실류 결과기에 충분한 칼륨 비료가 필요하며, 토양에 많이 함유되어 있으나 불용태 형태로 존재한다.
4. 칼슘(Ca)과 마그네슘(Mg)의 역할

칼슘은 중층의 펙틴과 결합하여 세포를 결합시키고, 원형질막의 투과성에 영향을 미친다. 과실 저장성을 증가시키고 저장 중 세포벽 분해를 지연시킨다. 마그네슘은 엽록소 형성에 기여하며, 호흡, 광합성, DNA, RNA 합성 관련 효소의 보조인자로 작용한다. 북방형 목초에서 Ca, K를 많이 사용할 때 Mg 결핍증상이 나타날 수 있다.
5. 미량원소(Fe, Mn, Cu, Zn, B, Mo, Ni, Se, Co)의 기능

철(Fe)은 엽록소 형성과 사이토크롬 산화효소, 카탈라제, 퍼옥시다제 등 효소의 구성분으로 작용한다. 망간(Mn)은 광합성과 산화환원에 관계하며, 근류균의 질소 고정을 촉진한다. 구리(Cu)는 광합성 작용에 직접적으로 관계하고, 아연(Zn)은 석회암지대에서 결핍되기 쉽다. 붕소(B)는 광합성 작용에 관계하며 배추과 채소와 콩과작물에서 요구량이 많다. 몰리브덴(Mo)은 질소고정 효소인 니트로게나제의 구성분이다.
6. 규소(Si)의 역할과 흡수

규소는 벼의 필수원소로, 세포벽 외측에 실리카겔 상태로 고정되어 침적 분비된다. 외떡잎이 쌍떡잎보다 규소를 더 많이 흡수한다. 도열병균과 해충 침입을 어렵게 하고, 각피종산을 증가시키며, 잎직립 수광태세를 좋게 한다. 통기조직 발달을 촉진하여 산소 공급을 개선하고, Fe, Mn을 산화시켜 불용태로 만든다.
7. 무기양분의 이동과 수송

뿌리에서 흡수된 무기양분은 물과 함께 헛물관과 물관을 통해 줄기와 잎으로 이동한다. 잎에서 흡수된 무기양분(엽면시비)은 광합성 산물과 함께 체관을 통해 상하로 이동한다. 무기이온은 물과 함께 apoplast와 symplast 경로를 거쳐 이동하며, 내피의 카스파리대에 의해 선택적 투과가 발생한다. 체관에는 K, Mg, P염, Cl 등이 함유되어 있으나 Ca, S, Fe, 질산염은 체관을 통해 이동하지 않는다.
8. 토양 환경과 무기양분 가용성

산성토양에서는 Fe, Mn, Cu, Zn의 용해도가 크고, 알칼리 토양에서는 Mo의 용해도가 크다. 배수불량 환원토양에서는 Fe, Mn이 가용태가 되어 해독작용이 발생할 수 있다. 추락답(계절에 따라 가뭄과 침수가 반복되는 논)에서는 배수가 잘 되어 Fe, Mn이 아래층으로 빠져나가며 결핍이 발생한다. 산화되면 이온의 전하가 커져 음이온과 강하게 결합하여 고체로 침전된다.

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1. 질소(N)의 역할과 흡수

질소는 식물 생장에 가장 중요한 필수 원소로, 단백질, 핵산, 엽록소 합성의 핵심 구성 요소입니다. 질소 흡수는 토양의 질산염과 암모늄 형태에 따라 달라지며, 토양 pH와 미생물 활동에 의해 크게 영향을 받습니다. 질소 결핍은 엽록소 감소로 인한 황화 현상을 초래하고 수확량 감소로 이어집니다. 그러나 과도한 질소 시비는 도복, 병해충 증가, 환경 오염을 야기하므로 적절한 관리가 필수적입니다. 토양 미생물의 질소 순환 과정을 이해하고 작물의 생육 단계별 요구량을 고려한 시비 전략이 중요합니다.
2. 인산(P)의 기능과 토양 반응

인산은 에너지 대사, 핵산 합성, 세포 분열에 필수적인 원소로 식물의 근계 발달과 개화 결실을 촉진합니다. 토양에서 인산은 철, 알루미늄, 칼슘과 결합하여 불용성 형태로 존재하기 쉬워 가용성이 낮습니다. 토양 pH가 낮으면 철·알루미늄 인산염이, 높으면 칼슘 인산염이 형성되어 식물 흡수를 방해합니다. 따라서 토양 pH 조절과 유기물 시용으로 인산 가용성을 높이는 것이 중요합니다. 미생물과 근권 산성화를 통한 인산 용해도 증진 방법도 효과적입니다.
3. 칼륨(K)의 생리적 기능

칼륨은 삼투압 조절, 기공 개폐, 효소 활성화, 단백질 합성 등 다양한 생리 기능을 담당하는 필수 원소입니다. 칼륨은 식물 체내에서 이동성이 높아 결핍 시 하위엽부터 황화되는 특징을 보입니다. 칼륨 충분 공급은 식물의 스트레스 저항성, 과실의 품질 향상, 저장성 증진에 효과적입니다. 토양 유형에 따라 칼륨 가용성이 달라지며, 점토질 토양에서는 칼륨 고정이 일어나 시비 효율이 낮을 수 있습니다. 작물별 칼륨 요구량과 토양 칼륨 함량을 고려한 합리적 시비가 필요합니다.
4. 칼슘(Ca)과 마그네슘(Mg)의 역할

칼슘은 세포벽 구조 유지, 신호 전달, 효소 활성화에 중요하며 마그네슘은 엽록소의 중심 원소로 광합성에 필수적입니다. 칼슘 결핍은 생리장해(예: 토마토의 배꼽썩음병)를 유발하고, 마그네슘 부족은 엽맥 사이의 황화 현상을 초래합니다. 두 원소 모두 토양 pH와 양이온 균형에 영향을 받으며, 과도한 칼륨 시비는 칼슘과 마그네슘 흡수를 억제할 수 있습니다. 토양 석회질 함량과 유기물 함량을 고려하여 적절한 시비 관리가 중요하며, 엽면 시비도 효과적인 보정 방법입니다.
5. 미량원소(Fe, Mn, Cu, Zn, B, Mo, Ni, Se, Co)의 기능

미량원소들은 소량만 필요하지만 효소 활성화, 산화환원 반응, 호르몬 합성 등 중요한 생리 기능을 담당합니다. 철은 엽록소 합성과 전자 전달에, 망간은 광합성과 질소 대사에, 구리는 산화환원 효소에 필수적입니다. 아연은 단백질 합성과 호르몬 생성에, 붕소는 세포벽 형성과 당 수송에 중요합니다. 미량원소 결핍은 특이적 증상을 나타내며 수확량과 품질 저하를 초래합니다. 토양 pH, 유기물 함량, 토양 미생물 활동이 미량원소 가용성에 영향을 미치므로 종합적 토양 관리가 필요합니다.
6. 규소(Si)의 역할과 흡수

규소는 필수 원소는 아니지만 식물의 구조 강화, 병해충 저항성 증진, 스트레스 내성 향상에 중요한 역할을 합니다. 규소는 식물 세포벽에 축적되어 기계적 강도를 높이고 도복을 방지하며, 병원균 침입을 억제하는 물리적 장벽을 형성합니다. 규소 흡수는 식물 종에 따라 크게 달라지며, 벼와 같은 규소 축적 식물에서 특히 중요합니다. 토양 규소 가용성은 pH, 유기물, 미생물 활동에 영향을 받습니다. 규소 시비는 특히 산성 토양과 연작지에서 효과적이며 지속 가능한 농업 실현에 기여합니다.
7. 무기양분의 이동과 수송

무기양분의 이동은 토양 수분 함량, 온도, 토양 구조에 따라 달라지며, 확산과 질량 흐름이 주요 메커니즘입니다. 양분 수송은 뿌리 표면의 능동 수송과 수동 수송으로 이루어지며, 식물 체내에서는 관부와 목부를 통해 이동합니다. 이동성 양분(질소, 인산, 칼륨)은 식물 체내에서 재이동이 가능하여 결핍 시 상위엽에 영향을 미치고, 비이동성 양분(칼슘, 붕소)은 재이동이 불가능하여 신엽에 결핍 증상이 나타납니다. 토양 수분 관리와 근권 환경 조절을 통해 양분 수송 효율을 높일 수 있습니다.
8. 토양 환경과 무기양분 가용성

토양 환경은 무기양분 가용성을 결정하는 가장 중요한 요인으로, pH, 유기물 함량, 미생물 활동, 수분 함량이 주요 변수입니다. 토양 pH는 양분의 화학적 형태와 식물 흡수 가능성을 크게 좌우하며, 일반적으로 pH 6.0~7.0에서 대부분의 양분 가용성이 최적입니다. 유기물은 양분 보유 능력을 높이고 미생물 활동을 촉진하여 양분 순환을 개선합니다. 토양 수분은 양분 용해와 근권으로의 이동을 촉진하지만 과습은 혐기 조건을 초래합니다. 따라서 토양 특성을 파악하고 적절한 관리를 통해 최적의 양분 가용성을 유지하는 것이 지속 가능한 농업의 핵심입니다.

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