장마기 집중호우와 배수방법이 토양수분 및 포도 '진옥'과 '캠벨얼리'의 광합성 특성과 생육에 미치는 영향 Effects of Heavy Rain during Rainy Season and Drainage Methods on Soil Water Content, Photosynthesis Characteristics, and Growth in 'Jinok' and 'Campbell Early' Grapes원문보기
최근 논에서 밭으로 개원하는 포도농가가 증가하고 있으며, 토양 배수성이 극히 불량한 이러한 토양은 여름철의 집중호우기(장마기)때 과습 또는 침수해를 받을 우려가 매우 높다. 따라서 본 연구는 배수방법(무처리, 명거배수, 암거배수)을 달리하여 토양의 수분변화를 측정하고, 이에 따른 포도 '진옥'(Vitis spp.)과 '캠벨얼리'(V. labruscana)의 생육반응을 비교하고자 수행하였다. 집중 호우 이후 토양과습에 해당하는 -15kpa 이상의 토양수분포텐셜 유지시간은 무처리, 명거배수구, 암거배수구에서 각각 352, 348, 180시간으로 조사되었으며, 상대적으로 암거배수의 점토함량은 다른 배수처리구보다 약 8~12% 낮았다. 집중 호우 이후 작물수분스트레스지수는 암거배수가 가장 낮고 무처리가 가장 높았으며, 광합성속도는 반대의 결과를 보여 처리간 차이는 유의하였으나 품종간에는 큰 차이를 보이지 않았다. 또한 엽면적과 주간부단면적의 생장량 역시 암거배수가 무처리와 명거배수보다 효과적이었다.
최근 논에서 밭으로 개원하는 포도농가가 증가하고 있으며, 토양 배수성이 극히 불량한 이러한 토양은 여름철의 집중호우기(장마기)때 과습 또는 침수해를 받을 우려가 매우 높다. 따라서 본 연구는 배수방법(무처리, 명거배수, 암거배수)을 달리하여 토양의 수분변화를 측정하고, 이에 따른 포도 '진옥'(Vitis spp.)과 '캠벨얼리'(V. labruscana)의 생육반응을 비교하고자 수행하였다. 집중 호우 이후 토양과습에 해당하는 -15kpa 이상의 토양수분포텐셜 유지시간은 무처리, 명거배수구, 암거배수구에서 각각 352, 348, 180시간으로 조사되었으며, 상대적으로 암거배수의 점토함량은 다른 배수처리구보다 약 8~12% 낮았다. 집중 호우 이후 작물수분스트레스지수는 암거배수가 가장 낮고 무처리가 가장 높았으며, 광합성속도는 반대의 결과를 보여 처리간 차이는 유의하였으나 품종간에는 큰 차이를 보이지 않았다. 또한 엽면적과 주간부단면적의 생장량 역시 암거배수가 무처리와 명거배수보다 효과적이었다.
Recently, it is increasing the grape farm which is converted from paddy field to orchard. These soil which are poor drainage extremely also can be damaged a lot by excessive water or flooding during heavy rain season on summer. Therefore the aim of this study was carried out to measure the changes o...
Recently, it is increasing the grape farm which is converted from paddy field to orchard. These soil which are poor drainage extremely also can be damaged a lot by excessive water or flooding during heavy rain season on summer. Therefore the aim of this study was carried out to measure the changes of soil water potential and to compare the growth responses of 'Jinok' (Vitis spp.) and 'Campbell Early' (V. labruscana) grapes under three drainage systems (control, conventional drainage, and under drainage). After heavy rain, soil water potential holding times above -15 kpa applied water excessive were 352, 348 and 180 hours in control, conventional, and under drainage systems, respectively. The clay content of the under drainage system was lower than the other systems about 8-12%. The crop water stress index was lowest in the under drainage and highest in the control. Also, photosynthetic rate has showed the opposite result with crop water stress index. It was significant differences between the treatments but, the value has not shown significantly different between the varieties. In addition, leaf area and the trunk growth rate was more effective in under drainage than in the control and conventional drainage.
Recently, it is increasing the grape farm which is converted from paddy field to orchard. These soil which are poor drainage extremely also can be damaged a lot by excessive water or flooding during heavy rain season on summer. Therefore the aim of this study was carried out to measure the changes of soil water potential and to compare the growth responses of 'Jinok' (Vitis spp.) and 'Campbell Early' (V. labruscana) grapes under three drainage systems (control, conventional drainage, and under drainage). After heavy rain, soil water potential holding times above -15 kpa applied water excessive were 352, 348 and 180 hours in control, conventional, and under drainage systems, respectively. The clay content of the under drainage system was lower than the other systems about 8-12%. The crop water stress index was lowest in the under drainage and highest in the control. Also, photosynthetic rate has showed the opposite result with crop water stress index. It was significant differences between the treatments but, the value has not shown significantly different between the varieties. In addition, leaf area and the trunk growth rate was more effective in under drainage than in the control and conventional drainage.
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문제 정의
따라서 본 연구는 배수방법(무처리, 명거배수, 암거배수)을 달리하여 토양의 수분변화를 측정하고, 이에 따른 포도 ‘진옥’(Vitis spp.)과 ‘캠벨얼리’(V.labruscana)의 생육반응을 비교하고자 수행하였다.
따라서 본 연구는 집중호우 시 배수방법별 토양수분의 변화 정도와 그에 따른 생육반응을 비교하고, 또한 국립원예특작과학원에서 1983년 ‘델라웨어’에 ‘캠벨얼리’를 교배하여 2004년 최종 선발한 품종인 포도 ‘진옥’과 대비품종으로 ‘캠벨얼리’를 선정하여 품종간 토양수분에 대한 반응을 비교하고자 수행하였다.
본 실험은 배수력을 높이기 위해 일반 과원에서 주로 이용되는 암거배수의 효과를 증명하고 생육에도 영향을 미칠 수 있다는 학술적인 데이터를 제시하고자 수행되었다. 암거배수의 효과에 대해서는 교과서적으로 양호
제안 방법
광합성 관련 parameters의 측정은 휴대용 광합성측정 장치(LC pro+, ADC Bioscientific Ltd., England)를 이용하여 광량(Photosynthetic Photon Flux, PPF)은 1,000μmol⋅m-2⋅s-1, CO2는 ambient, 엽면적은 6.25cm2로조절하여 광합성속도(A, photosynthetic rate)를 측정하였다.
선정한 시험포장은 전북대학교 교내 시험포장 중 답전 전환 포장과 비슷한 조건을 가진 토양을 선정하였으며, 식재 전 토양 배수처리를 위해 명거배수(conventional drainage)는 식재 열간 중앙부를 30cm 깊이로 골을 만들어 자연적인 배수를 유도하였으며, 암거배수(underdrainage)는 재식열에 50∼60cm 깊이로 5∼7%의 경사를 주어 직경이 25cm인 유공관 2개씩을 매설하였다. 무처리(control)는 물이 고이지 않도록 지균작업을 하고, 명거배수 및 암거배수시 토양수분과 생육을 비교하였다(Fig. 1).
엽면적(leaf area)은 8월 하순경 배수처리별 중⋅상위에 착엽한 15엽을 채취하여 측정하였으며, 주간단면적은 2015년과 2016년 각각 낙엽기에 모든 처리 주를 대상으로 접목부 상단 10cm 높이에서 디지털버니어캘리퍼스를 이용하여 측정하였다.
잎의 표면온도는 열화상카메라(testo 882, TestoAG, Germany)를 이용하여 잎과의 측정 거리로 30cm 간격을 두어 방사율(emissivity) 0.95의 조건에서 배수처리당 6잎을 정오(midday)에 측정하였으며, 데이터 추출은 IR soft를 이용하여 잎의 가장자리와 엽맥을 제외한 엽신의 최소 30지점 이상을 포인트로 지정한 후 작물스트레스 지수와 열지수를 다음 식(Idso et al., 1981; Jackson, 1982)에 대입하여 산출하였다.
집중호우기에 배수처리별로 배수력을 평가하기 위해 7월 5일부터 21일까지 약 15일간 토양수분퍼텐셜 측정 센서와 지온센서를 토중에 매설하였다. 동일시기의 무처리, 명거배수, 암거배수의 지중온도는 순서대로 평균 26.
25cm2로조절하여 광합성속도(A, photosynthetic rate)를 측정하였다. 측정시기는 강우 시작 5일(7월 4일), 10일(7월 9일), 14일(7월 13일) 오전 9시 30분부터 12시 사이에 처리당 6 잎을 측정하였다.
토양수분포텐셜과 지온은 7월 4일부터 7월 21일까지토양환경측정로거(Almemo 2890-9, Alhborn Corp. Germany)에 지중온도센서와 텐시오메터를 지표로부터 20cm 깊이에 매설하여 일변화를 측정하였다.
대상 데이터
2015∼2016년 동안의 기온 특성 조사는 포도배수시험포장과 약 300m 떨어진 전북대학교 과수실험실습포장(35°51'04.3"N 127°07'53.0"E) 내 설치된 자동기상관측시스템(AWS, automatic weather system)을 이용하였으며, AWS에 내장된 데이터로거(CR1000, Campbell Scientific, USA)를 통해 자료를 수집하였다.
0"E) 내 설치된 자동기상관측시스템(AWS, automatic weather system)을 이용하였으며, AWS에 내장된 데이터로거(CR1000, Campbell Scientific, USA)를 통해 자료를 수집하였다. 또한 평균강우량과 누적강우량의 변화는 기상청(KMA) 자료를 이용하였다.
선정한 시험포장은 전북대학교 교내 시험포장 중 답전 전환 포장과 비슷한 조건을 가진 토양을 선정하였으며, 식재 전 토양 배수처리를 위해 명거배수(conventional drainage)는 식재 열간 중앙부를 30cm 깊이로 골을 만들어 자연적인 배수를 유도하였으며, 암거배수(underdrainage)는 재식열에 50∼60cm 깊이로 5∼7%의 경사를 주어 직경이 25cm인 유공관 2개씩을 매설하였다.
실험재료인 포도 ‘진옥’과 ‘캠벨얼리’는 5C (V.berlandieri * V. riparia)에 접을 붙인 1년생 접목묘를2015년 5월 20일 식재하여 2015∼2016년에 걸쳐 조사하였다.
데이터처리
수집된 데이터의 분석은 Windows용 SAS system release 8.01(SAS Institute Inc, Cary, N.C., USA)을 이용하여 Duncan의 다중검정(DMRT), T-검정 및 요인분석(factor analysis)을 실시하였다.
이론/모형
토양입도분석은 2015년 5월 식재전과 2016년 10월에 토양샘플을 채취하여 농촌진흥청 농업과학기술 연구조사분석기준안(2012)에 준하여 Pipette법을 이용하여 산출하였다.
성능/효과
7%로 35∼38% 이내에 포함되었다. 2015년과 2016년의 점토함량의 T-검정 결과는 암거배수에서 각각 35.7, 26.0%로 약 9.7% 유의하게 감소하였고 모래함량은 증가하였으며, 토성 역시 식양토(clay loam)에서 사질식양토(sandy clay loam)으로 변경되었다(Table 1). 무처리구에서 모래의 함량이 유의하게 증가하였고 명거배수에서는 미사의 함량이 감소하였으나 토양의 배수력은 토양의 점토함량에 의해 크게 영향을 받게 되므로 점토 함량에 의존적이다.
집중호우기에 배수처리별로 배수력을 평가하기 위해 7월 5일부터 21일까지 약 15일간 토양수분퍼텐셜 측정 센서와 지온센서를 토중에 매설하였다. 동일시기의 무처리, 명거배수, 암거배수의 지중온도는 순서대로 평균 26.0, 25.9, 25.1℃를보여 무처리와 명거배수가 암거배수보다 약 1℃정도 높게 유지되었으며, 상대적으로 지온의 편차가 크게 나타났다(Fig. 4B).
이러한 결과로 연중 비슷한 시기에 집중된 호우 및 강우의 연속일수 등에 따라 배수방법에 따른 토양입도의 변화와 토양수분의 과습은 작물의 가장 기본적인 대사과정인 광합성과 호흡과정에 교란을 일으키고, 작물에 스트레스를 유발하기 때문에 전체적인 생장량이 감소함을 나타낸다. 따라서 스트레스에 의한 생리반응 및 생장 감소는 결과적으로 포도 과립의 부피와 크기(Champagnol, 1998), 당 감소 및 착색불량(Hardie and Considine, 1976) 열과 발생(Lang and Thorpe, 1988) 등의 과실 품질을 악화시키기 때문에 토양 배수가 불량한 과원에서는 초기 조성 시 충분히 고려해야 할 것이다.
집중 호우 이후 작물수분스트레스지수는 암거배수가 가장 낮고 무처리가 가장 높았으며, 광합성속도는 반대의 결과를 보여 처리간 차이는 유의하였으나 품종간에는 큰 차이를 보이지 않았다. 또한 엽면적과 주간부단면적의 생장량 역시 암거배수가 무처리와 명거배수보다 효과적이었다.
한 방법으로 소개되고 있으나 실제 국내 연구 중 암거배수로 기인되는 토양수분 변화와 생육과의 관계에 대한 연구는 전무한 실정이다. 실험 결과, 암거배수는 명거배수 또는 무처리 보다 토성이 개량되는 효과가 발생하였고, 이로 인해 집중호우 시 배수에 더 효과적임이 입증되었으며, 생육 증대의 결과로 이어졌다. 따라서 답전 전환토양이나 점토함량이 높아 배수가 불량한 것으로 판단되는 토양에 개원하는 경우, 명거배수만으로는 큰 효과를 얻기 힘들며 암거배수가 반드시 필요할 것으로 판단된다.
앞서 집중호우기에 암거배수는 무처리와 명거배수보다 배수가 효과적이고 이 시기의 작물의 생육반응에도 지대한 영향을 미치는 것을 알 수 있었다. 이러한 결과들은 수체의 생육에도 영향을 미치는데, 그 결과는 Table 3과 같다.
잎의 열적인 특성을 이용하여 산출한 배수방법간 작물스트레스지수(CWSI)는 두 품종 모두 무처리구에서 명거배수 및 암거배수보다 높게 나타났으며, 명거배수와 암거배수간, 그리고 품종간에는 유의한 결과를 보이지 않았다(Table 2). 유사하게 water vapor transfer (IG)는 무처리에서 가장 낮게 조사되었다(Table 2).
집중 호우 이후 토양과습에 해당하는 –15kpa 이상의 토양수분포텐셜 유지시간은 무처리, 명거배수구, 암거배수구에서 각각 352, 348, 180시간으로 조사되었으며, 상대적으로 암거배수의 점토함량은 다른 배수처리구보다 약 8∼12% 낮았다. 집중 호우 이후 작물수분스트레스지수는 암거배수가 가장 낮고 무처리가 가장 높았으며, 광합성속도는 반대의 결과를 보여 처리간 차이는 유의하였으나 품종간에는 큰 차이를 보이지 않았다. 또한 엽면적과 주간부단면적의 생장량 역시 암거배수가 무처리와 명거배수보다 효과적이었다.
집중 호우 이후 토양과습에 해당하는 –15kpa 이상의 토양수분포텐셜 유지시간은 무처리, 명거배수구, 암거배수구에서 각각 352, 348, 180시간으로 조사되었으며, 상대적으로 암거배수의 점토함량은 다른 배수처리구보다 약 8∼12% 낮았다.
집중호우가 시작된 6월 30일을 기준으로 5일(7월 4일), 10일(7월 9일), 14일(7월 13일)의 광합성속도를 조사한 결과(Table 2), 조사기간 내 두 품종 모두 명거배수와 무처리구는 암거배수보다 광합성속도가 낮았고 암거배수의 경우 호우 5일, 10일까지는 큰 변화가 없었으나 호우 후 14일에는 약간 감소하여 상대적으로 명거배수 또는 무처리구보다 과습에 의한 광합성속도 감소가 지연된 것으로 판단되었다.
일반적으로 주요 온대과수의 적정 토양수분은 -20∼-40kpa로 알려져 있는데, 본 실험기간동안의 명거배수와 무처리구의 토양수분은 -15kpa 이하로 낮아지지 않아 과습에 대한 기준을 -15kpa로 임의 설정하였다. 토양수분포텐셜은 무처리와 명거배수가 비슷한 경향을 보였고 암거배수가 집중강우 이후 급격히 낮아지는 경향을 보였으며 1주일 간격으로 약 -10kpa 수분이 감소하여 뚜렷한 차이를 보였다(Fig. 4A). 7월 5일부터 21일까지 배수처리 토양의 토양 과습 유지시간은 Fig.
후속연구
반면 작물스트레스지수와 water vapor transfer는 품종 내 배수 방법간 유의한 차이는 존재하나 품종간에는 유의한 결과를 보이지 않았는데, 두 가지 변수의 측정시에는 일조량, 기온, 바람, 습도와 같은 환경적 요인과 작물의 수분상태 등과 같은 내적 요인 등 여러 가지 요인들이 복합적으로 영향을 미치기 때문으로 생각된다. 따라서 작물 수체 열적인 특성을 이용한 스트레스의 신속한 평가는 일부 가능하나 보다 정밀한 측정을 위해서는 온실과 같이 환경요인의 제어가 가능한 곳에서의 측정이 효과적일 것으로 판단되며, 위와 같은 조건들을 고려해야 함으로 일정 부분 한계가 있음을 시사한다.
질의응답
핵심어
질문
논문에서 추출한 답변
배수불량 농경지에서 암거배수의 목적은 무엇인가?
배수불량 농경지에서 암거배수의 주된 목적은 뿌리 주변의 과잉수분을 배제시킴으로써 토양의 통기성을 좋게 하고, 토양산소의 부족에 의한 토양환원을 막아 수분 스트레스를 최소화하여 작물의 생산성을 높이고 작업환경을 개선하여 농작업의 효율성을 높이기 위해 이루어지고 있으며(Skaggs et al., 1982), 명거배수는 시설비 투자 없이 배수할 수 있는 방법으로 관행적으로 이용되고 있으나 논 토양의 특성 상 한계가 있다.
작물에서의 적외선 열화상은 무엇을 관찰 할 때 용이한가?
, 2012). 이 방법은 포도의 수분 상태 평가(Costa et al., 2012; Jones et al., 2002), 수분스트레스 비교(Gardner et al., 1981), 육종효율 증진과 자연 생태계의 관리 및 모니터링(Grant et al., 2012) 등에 이용되어 왔다. 따라서 열적인 특성을 측정하는 것은 식물 수분스트레스의 지표로써 이용될 수 있으며(Jones, 2004), 물리적 접촉을 통한 기공 반응 방해를 억제할 우려가 있는 가스교환 측정방법보다 간편하고 빠르다는 장점을 가진다(Guilioni et al.
토양 배수가 불량한 과원에서 연속적 강우로 인하여 과습 또는 침수와 같은 토양조건이 수일간 지속 될 경우 어떠한 문제점이 발생하는가?
집중호우기(장마기)의 강수량도 토양수분과 작물생육에 밀접한 관계가 있으나, 이 시기의 연속 강우일수 또한 매우 중요하다. 토양 배수가 불량한 과원에서는 이 시기의 연속적 강우에 의해 과습 또는 침수와 같은 토양 조건이 수일간 지속될 수 있는데, 이는 근권 내 급격한 산소감소(Kozlowski, 1997)로 작물 생육에 직⋅간접적인 영향을 줄 수 있으며, 이 시기 생육이 쇠약해진 작물은 강우 이후 나타나는 강한 일사에서 일소와 같은 생리장해나 병해충 등 2차적 피해가 발생할 수도 있다
참고문헌 (38)
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