작물의 생장 및 발육은 작물이 대기 중으로부터 흡수된 이산화탄소(CO₂)와 뿌리로부터 흡수된 물을 이용하여 잎에서 햇빛을 받아 이루어지는 광합성작용에 의해서 생성하는 탄수화물과 토양으로부터 흡수하는 양분을 원료로 하여 이루어진다. 광합성 능률은 기후환경 즉 온도, 광, 수분, 이산화탄소 등에 크게 영향을 받을 뿐만 아니라 토양으로부터 흡수하는 양분함량에 의해서도 영향을 받는다.

만약 필수무기원소의 어느 한가지라도 결핍이 생긴다면 광합성의 기능은 떨어지게 된다. 또한 토양 중에 양분이 풍부하다 하더라도 환경요인에 의해 광합성의 기능이 떨어진다면 뿌리의 활력이 떨어져 정상적으로 흡수 이용되지 못한다.

이와 같이 광합성은 기후환경과 양분흡수 상호간의 긴밀한 연관하에서 진행되는 것으로 작물체에서 발생하는 영양장애는 여러 가지 재배환경 요인에서 오는 생리적 대사장애와 연관되어 발생한다고 볼 수 있다. 작물이 생장 발육하는데 있어서 영양장애를 유발하는 재배환경요인에는 기후와 토양 및 비배 관리 등을 들 수 있다.

가. 기후환경과 영양장애

   (1) 온 도

     (가) 작물과 온도

작물의 온도에 대한 반응은 대체적으로 어느 한계까지 온도가 높아짐에 따라서 대사작용이 촉진되고 이에 따라 생장도 가속화되지만 그 한계의 온도를 벗어나게 되면 작물의 생리대사는 급격히 변화하게 된다. 작물의 경우 15∼20℃ 부근에 양분흡수의 변화점이 있으며, 일반적으로 30℃ 이상 또는 15℃ 이하의 온도에서는 생리대사에 이상이 생겨 정상적인 생육을 못하고 장애증상을 보이게 된다.

온도의 저하는 뿌리의 생리적 활성을 감퇴시켜 양분의 흡수가 저하되고, 반대로 온도가 높아지면 양분의 흡수속도는 증대되지만 호흡량이 많아져 양분 소모가 많아진다.

     (나) 온도와 광합성

작물의 광합성은 온도의 영향이 크다. 즉 저온하에서도 어느 정도 광합성이 이루어지지만 온도가 높아짐에 따라 그 속도가 급격히 증가한다 이러한 경향도 어느 시점을 최고로 하여 그 이상의 고온이 되면 호흡이 왕성해져서 겉으로 나타나는 광합성량은 감소하게 된다. 광합성 속도가 최고에 달하는 온도(그림 1)는 토마토 20℃, 오이 25℃, 피망 20∼25℃로 작물에 따라 차이가 있으며 광합성 적온이 높은 작물은 일반적으로 생육적온도 높은 경향이 있다.

     (다) 온도와 영양장애

낮동안 작물의 잎에서 생성된 동화산물은 작물의 각 부위로 빠른 속도로 전류된다. 일반적으로 잎에서는 전분의 형태로 존재하다가 당(糖)으로 바뀌어 체관을 통해 줄기, 뿌리, 과일 등에 전류된다.

토마토의 전류과정을 보면 광합성이 이루어지는 낮 동안에 1/3정도가 전류되고, 나머지 1/3정도는 해가 진 후 4∼5시간 동안에 이루어진다. 이러한 동화산물 전류에는 온도가 가장 큰 영향을 끼치는데 높은 야간온도(18℃)에서는 잎에서 과일과 뿌리로의 전류가 빠르지만 낮은 야간온도(8℃)에서는 전류가 느리고 전류량도 적다.

야간온도가 저온이 되면 광합성산물의 전류가 적어 잎에 남게 된다. 오이 잎의 검은 줄무늬 증상, 토마토의 고토결핍증과 화청소(花靑素)의 발현, 멜론의 황화반점과 잎 말림 등은 광합성 산물이 잎에 축적되어 발생한다.

광합성산물의 이동은 잎의 중심부로부터 우선 이동하고 다음에 주변부에 미친다. 따라서 황색반점은 주변부에서 먼저 볼 수 있다. 한 그루의 식물체 내에서는 아랫 잎의 광합성산물이 먼저 전류되고 다음에 착과 마디사이 바로 윗 잎에서 전류되며, 착과 마디에서 멀리 있는 위쪽 잎에서 계속 이동된다. 따라서 저온이 되면 위쪽 잎 내에 광합성산물이 축적하여 잎이 경화된다.

한편 과실로의 광합성산물의 이동감소는 식물체내 탄수화물의 축적을 높여 토마토의 착색불량과와 난형과, 멜론의 속부패과, 오이의 주름과, 가지와 피망의 돌과(石果) 발생을 많게 한다.

토마토의 난형과(卵形果)는 저온 다습 조건하에서 많이 발생하며 낮과 밤의 기온이 계속 저온일 때 한층 증가한다. 이 난형과의 발생원인은 단순한 것 같지는 않으나 꽃눈분화기에 온도가 낮으면 심실수(心室數)가 많은 씨방이 되는데 이것이 발달하는 과정에서 각 심피가 꽃받기(花托)의 중앙부에서 원형으로 정연하게 접합되지 않고 몇 개의 심피군으로 갈라지거나 심피(心皮: 속씨식물에서 암꽃술이 되는 잎)가 서로 밀착되지 않아 모양이 심히 일그러진 소위 난형과가 된다. 이 난형과가 발생하는 생리적 기작은 온도가 낮아서 영양소모가 적어지면 꽃눈이 영양과잉 상태로 되어 더 많은 심실을 분화시키기 때문이다.

토마토는 고온에 의해서도 기형과가 생긴다. 즉 과피와 대좌중생부(對座中生部) 사이에 공극이 생기는 현상을 공동과(puffy fruit)라고 한다. 공동과의 유발요인은 매우 다양하고 복합적으로 작용한다. 즉 공동과는 종자가 생기지 않는 경우, 수분과다 또는 질소과용, 지나친 고온, 착과제의 부적당한 처리 등에 의해서 유발되는데 품종간에 차이가 있어 심실수가 적은 품종에서 생기기 쉽다.

     (라) 온도 적응성과 생육적온

채소작물은 온도 적응성에 따라 저온성 작물과 고온성 작물로 분류하고 이것을 다시 각각 추위에 강한 것과 약한 것, 더위에 강한 것과 약한 것으로 구분하다(표 4).

〈표 4〉온도 적응성에 의한 분류

채소작물은 생육단계에 따라 적정 생육온도가 다르고, 지하부와 지상부 또는 영양기관과 생식기관의 생육적온이 달라서 일률적으로 적온을 나타내기는 어려우며, 품질과 생육적온이 반드시 일치하는 것은 아니기 때문에 재배지의 기상조건에 따라 작형이 달라져야 한다.

작물이 재배적온을 벗어나 생육에 부적합한 온도에 놓이게 되면 저온이나 고온으로 인한 장애를 받게 되는데 생육 한계온도에서 계속 재배되면 심한 생육억제가 나타난다. 일반적으로 생육적온이 높은 작물이 야간 생육적온과 최저 한계온도도 높게 나타나는 경향이 있다. 채소작물의 생육적온과 최저 및 최고한계온도는 표 5와 같다.

〈표 5〉채소류의 생육적온과 한계온도 (단위:℃)

   (2) 광(光)

     (가) 광과 광합성

작물은 빛으로부터 에너지를 공급받아 동화산물을 합성하고, 이로부터 각종 대사작용에 필요한 물질을 생산한다. 따라서 빛은 작물이 생육하는 데 있

어서 중요한 환경요인이며 불량한 광환경하에서는 생육부진과 작물생육에 여러자기 생리적인 장해가 나타나게 된다.

식물체를 암흑속에 두면 광합성이 일어나지 않으므로 호흡에 의해 산소가 흡수되고 이산화탄소가 방출된다. 그러나 이 식물체에 광을 쬐이면 광합성이 시작되어 가스교환이 반대로 나타나며 광도가 어느점에 도달하면 산소와 이산화탄소의 출입이 겉에 나타나지 않게 된다. 이것은 호흡과 광합성의 진행 정도가 맞먹을 때이며 이때의 광의 강도를 광합성의 보상점(補償點)이라고 한다(그림 3).

광도가 더 높아지면 광합성이 활발하게 되고 이산화탄소의 흡수와 산소의 방출이 겉에 나타난다. 비교적 낮은 광도의 범위에서는 광합성의 속도는 광도에 정비례적으로 중대하나 점차 증가추세가 둔화되어 마침내는 광도를 높여도 광합성의 속도는 증가하지 않게 된다. 이때의 광의 강도를 광포화점(光飽和點)이라고 한다.

광포화의 상태는 광 이외의 요인이 광합성의 속도를 제약하는 상태로서 식물자체의 내적요인외에 외적요인으로서 이산화탄소의 농도, 온도, 습도, 풍속 등이 관계한다.

광포화점과 광보상점은 작물의 종류에 따라서 다르다. 대체로 양생식물(sun plant)은 높고 음생식물(shade plant)은 낮으며, 동일 식물체에서도 광이 비치는 부분과 그늘진 부분도 같은 경향을 나타난다. 채소작물의 광포화점은 대개가 40∼50 Klux이지만 수박, 토란, 토마토 등 한여름에 재배되는 채소는 70∼80 Klux정도로서 다른 채소보다 높다. 광보상점은 대체로 1.5∼2.0 Klux인데 수박, 토란 등의 보상점은 역시 높은 편이다.

동화도(同化度)는 환경요인과 잎의 적응도에 따라 달라짐은 물론이나 이산화탄소 요인만을 생각한다면 최고동화도는 8∼80㎎ CO₂/100㎠/시간의 범위에 있다(표 6).

〈표 6〉채소의 동화특성 (選堀,1969)

     (나) 광과 영양장애

광도는 작물의 광합성과 호흡에 영향을 미칠 뿐만 아니라 작물의 종류에 따라서 생육에 적합한 광도도 달라진다. 광도가 낮아짐에 따라서 광합성작용이 저하되므로 탄수화물의 생성이 불충분하며 생육과 수량이 감퇴되는데 그 정도는 채소의 종류에 따라 차이가 매우 크다.

토마토는 광도의 저하에 민감한 작물로서 광도가 낮아지면 잎은 커지고 잎살(葉肉)은 엷어진다. 저광도 하에서는 키가 커지지만 광도가 극도로 낮으면 오히려 작아진다. 또한 줄기가 가늘어지고 뿌리의 발육이 불량하여 건물생산이 줄어든다.

광도의 감소는 영양기관뿐만 아니라 화기(花器)에도 영향을 끼친다. 저광도에서는 꽃이 작고 꽃대가 짧으며 꽃잎의 색이 엷어지고 개화하지 못하는 꽃도 생기며 개화해도 낙과하는 것이 많아진다. 광도의 감소가 토마토의 낙과율에 끼치는 정도는 표 7과 같다.

〈표 7〉광도의 감소가 토마토의 낙과율에 끼치는 영향 (蘇井등, 1941)

육묘기에 광도가 낮으면 꽃눈의 분화기가 늦어지며 착화마디는 높아지고 꽃수는 감소된다. 광도의 저항는 특히 과채류의 수량에 예민하게 반영되는데 그중에서도 가지가 가장 민감하다.

오이는 토마토보다 저광도에서 견디는 편으로서 50%의 광량하에서도 약 90%정도의 수량을 기대할 수 있다. 그러나 25%로 광량이 감소되면 상당한 지장이 있다. 다른 과채류에서도 광도감소의 영향은 비슷하게 나타난다.

엽·근채류도 광도의 감소에 따라 잎은 커지지만 잎살이 엷어지며, 어느 한계 이하에서는 생장도 억제된다. 약광 하에서는 엽·근채류의 지상부는 겉보기에는 크지만 수확의 대상물인 잎이나 뿌리의 형성과 그 충실도는 낮고 뿌리부위의 비대발육은 극히 불량하다.

광이 약해지는 시기는 장마철과 겨울 동안인데 장마철에는 채소를 노지에서 가꾸므로 재배밀도, 정지 등 이외의 광부족에 대한 별다른 조치를 할 수 없다. 그러나 육묘기와 시설재배 하에서는 인공조명(補光) 또는 엽면살포 등의 방법으로 탄수화물의 부족을 보충해 줄 수 있다. 다만 이러한 처리의 경제성이 문제가 되므로 광도를 되도록 높게 유지 할수 있게 재배하거나 관리방법을 개선해야 한다.

결실비대 전후에 광이 약하면 꽃눈형성이 불량하게 되어 낙화되고 착과해도 생육장애과가 된다. 이것은 광합성 산물의 부족에서 유래되는 장애로 오이에서는 곡과(曲果), 끝이 가는과, 끝이 굵은과, 류과(流果)가 발생하고 토마토에서는 공동과와 속썩음과가 발생한다. 가지에서는 돌과(石果), 끝이 굵은과, 곡과가 발생하고 수박에서는 황대현상, 과육악변과, 당도저하, 멜론에서는 어깨빠진과, 당도저하 등의 생리적인 장애가 발생한다.

더욱이 착과가 되면 광합성 산물의 분배가 과실쪽으로 가서 뿌리로의 분배가 적어지므로 뿌리가 약해져 양분과 수분의 흡수가 저해되며 지상부로의 이행이 감소하고 광합성 활동의 저하로 착과주기의 변동을 준다. 뿌리량이 적은 식물체나 순지르기 재배에서는 그 경향이 심하고 갈이흙이 낮고 퇴비가 적은 생산력이 낮은 토양에서는 뿌리가 약하여 회복되지 않는다.

실제로 기후가 문제되는 것은 흐린 날이 계속된 후에 날씨가 맑아지면 생육장해가 발생한다. 맑은 날이 계속되는 경우에는 광합성과 증산량이 많고 흐린 날이 계속되는 경우에는 광합성과 증산량이 적어서 그 대책을 강구하기가 용이하지만 흐린 날이 계속되다가 갑자기 날씨가 맑아지게 되면 광합성량이 먼저 적게 되어 식물체가 약하게 되고, 그 결과 뿌리로부터 양분과 수분흡수가 낮아져 칼슘부족이 생장점 부위나 과실에서 발생하기 쉽다. 오이나 포도 등에서 볼 수 있는 엽소(葉燒)증상 또는 끝마름증상(tip burn), 참외에서의 발효과(물찬참외)의 발생 등은 이와 같은 원인에서 유발된다.

또한 과실에 직접 빛이 닿으면 과실온도가 상승해서 일소과(日燒果)가 발생한다. 건조한 경우나 흐린 후 맑음이 계속되면 뿌리로부터 수분흡수가 낮아져 한층 과실온도가 상승하여 일소 발생을 촉진한다.

     (다) 광질(光質)과 작물생육

빛의 영향에 있어서는 광도외에 광질의 영향도 고려할 필요가 있다. 빛은 전자파로 이루어진 에너지로서 각기 일정한 파장을 가지고 있으며, 각 파장에 따른 작물의 생육반응은 다양하게 나타난다.

이들 파장대 중에서 가시광선대(380∼780㎚)가 작물생육에 가장 큰 영향을 끼치는데 610∼700㎚의 적색광은 광합성작용과 일장효과를 촉진시키고 700∼800㎚의 근적외선광은 많은 경우에 적색광의 효과를 소멸시킨다.

또한 자외선(320㎚ 이하)은 가지나 포도과실의 착색을 불량하게 하고 피망이나 무네트멜론 과실에 쬐이면 과실 표면에 화청소가 발생하여 상품가지를 떨어뜨린다. 안토시아닌계의 색소형성도 직사광, 그 중에서도 자외선이 직접적인 영향을 준다.

   (3) 공기

     (가) 공기의 조성

순수한 건조공기의 성분비를 보면 질소와 산소가 약 99%를 차지하고 있다. 즉 건조공기의 주성분을 부피로 볼 때 질소가 78.1%, 산소가 21.0%이며, 여기에 아르곤(Ar)이 약 1%, 탄산가스(CO₂)가 0.03%를 차지하고 있다. 공기는 여러 가지 성분으로 구성되어 있지만 이들 4가지 성분을 제외하면 나머지는 미량으로 분포하고 있다.

일반적으로 분포하고 있는 몇 가지 미량성분을 보면 네온(Ne), 헬륨(He), 메탄(CH₄), 크립톤(Kr), 수소(H), 일산화탄소(CO), 오존(O₃) 등이 있다. 이밖에도 공기 중에는 수증기(평균 1∼3%), 미생물, 포자, 꽃가루, 먼지(분진) 등이 분포되어 있다.

공기의 조성성분은 여러 가지 형태로 작물의 생육에 영향을 끼친다. 탄산가스와 수증기는 지구복사로 방출되는 적외선을 흡수하여 온실효과를 나타내고, 여러 가지 분진은 광선을 차단하여 우산효과를 나타낸다.

이러한 효과는 지상의 기온과 기상환경을 조절하여 결국 작물의 생육에 영향을 미치고 있다. 직접적인 영향으로는 탄산가스의 공급으로 광합성을 촉진하고 산소의 공급으로 호흡을 원활하게 할 뿐만 아니라 질소고정균을 통하여 작물의 질소대사에 관여하기도 한다.

     (나) 이산화탄소와 광합성

이산화탄소(CO₂)의 농도를 대기 중의 평균농도인 0.03%보다 낮추면 광합성은 급격히 저하하여 평균농도의 절반(0.015%)이하가 될 경우 겉보기의 광합성은 거의 0이 된다. 낮에 광합성이 왕성한 작물군락에 인접한 대기 중의 CO₂ 농도는 평균농도보다 10∼20%정도 낮은 것이 보통이므로 강한 광선하에서의 광합성은 대기 중의 CO₂농도가 제한인자가 된다.

대기 중의 CO₂농도를 평균농도보다 높여주면 어느 범위까지는 (보통 4∼5배정도) 비례적으로 광합성이 증대된다. 온실이나 비닐하우스내와 같이 대기와의 CO₂교환이 적은 시설 안에서는 낮 동안에 CO₂농도의 저하가 더욱 현저하므로 CO₂농도를 인위적으로 높여 줌으로써 (CO₂ 가스공급, CO₂ 시비_, CO₂ 비료) 증수할 수 있다.

     (다) 공기의 이동

공기의 이동, 즉 바람은 작물의 생육에 유리하게 작용하기도 하고 불리하게 작용하기도 한다. 유리한 점은 바람은 작물 주변의 탄산가스 농도를 일정하게 유지시켜 주고 유해가스를 제거하거나 농도를 낮추어 주는 동시에 잎을 흔들어 수광량을 증대시키고 농도를 낮추어 주는 동시에 잎을 흔들어 수광량을 증대시키고 수확물을 건조시키며 다습조건에서 많이 발생하는 병해를 경감시킨다. 또한 증산작용을 촉진하고 꽃가루를 매개하며 고온기에는 기온을 낮추는 역할을 하기도 한다.

반면에 불리한면은 불필요하게 건조를 조장하고 잡초종자나 병원균의 전파를 돕는다. 특히 강한 바람은 기계적 상처, 도복, 낙화, 낙과 등으로 품질을 떨어뜨리고 수량을 감소시키기도 한다. 이밖에 호흡증대, 광합성감퇴, 건조해 등의 생리적 장애현상을 유발하기도 한다.

   (4) 수분(공기습도)

노지재배 작물의 경우 바람에 의해 공기습도는 쉽게 평형을 유지할 수 있지만 시설내, 특히 플라스틱 하우스내에서 재배되고 있는 작물은 노지작물과는 매우 다른 환경에 접하게 되는데 무엇보다도 적정토양수분과 공기습도에서 현저한 차이를 보이게 된다. 토양수분에 대해서는 토양환경부분에서 언급하기로 하고 여기에서는 공기습도에 대해서만 기술하고자 한다.

시설하우스내 적정습도의 유지는 재배기술 측면에서 매우 중요시된다. 특히 겨울철 하우스재배의 경우 난방기나 열풍기 등의 사용없이 다중으로 피복재배되어 공기습도가 포화상태가 되고 증산작용이 정지되면 이것이 양분의 원활한 흡수와 이동을 방해하며 광합성이나 기타 대사작용에도 큰 제한 요인이 되기 쉽다.

특히 플라스틱 하우스 내에서는 공기습도가 종종 탄산가스 환경보다도 더 중요시되는 경우도 있다. 그 이유는 탄산가스는 플라스틱필름에 어느정도 투과되기도 하고 토양유기물로부터 상당량 공급되기도 하는데 비해 수분 또는 수증기는 플라스틱필름을 거의 통과할 수 없어서 과습에 따른 각종 생리대사작용의 저하 외에도 시설 내 병해발생의 결정적 요인이 되기 때문이다.

시설내 공기 중의 습도는 작물의 생육뿐만 아니라 토양수분 함량에도 여향을 끼칠 수 있다. 그 예로 공기습도를 낮게 유지하려면 작물체로부터의 증산량이 증가하며, 이에 따라 수분흡수가 촉진되어 토양수분 함량에 영향을 줄 수 있다.

시설내 공기습도의 효과적인 관리방법은 물론 환기시설을 갖추어 자주 그리고 고르게 환기 해주는 것이나 우리나라의 많은 시설원예지역에서와 같이 보온위주의 관리여건하에서는 충분한 온도가 주어지는 주간의 몇 시간외에는 거의 환기가 불가능한 경우가 많다. 따라서 대부분의 시간이 포화상태에 가까운 다습조건에 놓이기 쉽다.

하우스내의 조건이 과습해지기 쉬운 경우를 살펴보면 겨울철 하우스재배시 난방비절약 등으로 밀폐관리를 계속하는 경우, 하우스가 위치한 지역의 지하수위가 높아서 과습조건이 항상 주어지는 경우, 관수방법이 적합하지 않아 과습조건이 항상 발생하는 경우, 하우스의 환기창 등으로 다량의 빗물 유입 등이 있는 경우, 약제살포 후 또는 흐린 날에 고의로 하우스를 밀폐하는 경우도 이에 해당된다.

따라서 이러한 문제점에 대한 다각적이고도 적절한 대응책을 채택하여 공기습도관리에 유의하는 것이 특히 중요하다.

또한 드물기는 하지만 시설내의 공기습도가 반대로 지나치게 낮아져서 지장을 받는 경우도 있다. 하우스가 지나치게 건조한 토질에 건립된 경우, 투광량이 높고 난방이 용이한 유리온실의 경우, 난방기구를 과도하게 작동하는 경우, 식물을 과건한 상태로 재배하는 경우 등에는 지나친 건조에 의하여 식물체에 일시적인 위조현상에 이어서 생육부진, 병해충 발생 증가, 수량 감소 등의 결과가 초래된다.

그러나 대부분의 경우 과습조건에 의한 피해가 특히 문제 시되므로 적절한 관수장치의 채택과 가온장치의 가동으로 과습환경에 적극적으로 대처하는 것이 강조된다.