방통대 공무원 시험용 시설원예학 핵심 요점 요약 노트 6. 공기환경

제6장 공기환경

 

*주요용어 ·온실효과 : 대기 중의 수증기와 이산화탄소 등이 온실의 피복재처럼 작용하여 지구표면의 온도를 높이는 효과. ·질산화작용 : 토양 중의 암모늄태질소(NH₄-N)가 미생물의 작용에 의해 아질산태질소(NO₂-N)를 거쳐 질산태질소 (NO₃-N)로 전환되는 작용. ·탈질작용 : 질산태질소와 아질산태질소가 산소가 부족한 토양이나 물속에서 환원작용을 받아 이산화질소나 질소가스 로 되어 대기로 방출되는 현상. ·환원작용 : 원자·분자·이온이 전자를 얻는 반응. 물질 간의 전자 이동으로 산화와 환원 반응이 동시에 일어남. 전자 를 잃은 쪽은 산화수가 증가하고 산화되며, 전자를 얻은 쪽은 산화수가 줄어들고 환원됨. 이때 잃은 전자수와 얻은 전자수는 항상 같음

1.공기환경과 작물생육
·공기조성
-질소 78.1%, 산소 21%, 이산화탄소 0.035%, 기타(분진, 수증기).
-질소동화작용, 산소호흡작용, 탄소동화작용(광합성작용).
·공기의 이동-기류
-상하이동 : 대류권 내 상하의 기온 차로 공기가 상하로 이동→기류.
-수평이동 : 바람.
-공기이동 : 공기성분의 평형 유지.
-바람의 이점 : 이산화탄소 평형 유지, 유해가스 제거, 수광량 증대, 증산 촉진, 기온 하강.
-바람의 단점 : 건조 조장, 잡초종자와 병원균 전파, 강풍 피해, 호흡 증대, 광합성 억제(바람으로 인해 기공이 닫힘).
2.시설 내 공기환경의 특성
·온실 내 공기환경의 특성
-특정성분의 농도가 높거나 낮을 수 있다.
-공기의 이동, 즉 바람이 없다.
-위치별 공기성분 농도가 다르다.
-유해가스가 집적되기 쉽다.
·시설 내 이산화탄소 농도
-저온기에 시설은 환기를 거의 제한하고 밀폐된 상태로 관리되는 것이 보통이다. 밀폐된 시설에서 작물을 재배하게 되면
광합성에 의한 이산화탄소의 일방적인 소모로 주변의 이산화탄소는 감소하게 마련이다.
-오전 11시~12시경(광합성 활발)에는 이산화탄소 농도가 노지에 비하여 낮으나 광양 지방은 지하단열을 위하여 볏짚을
많이 넣는 시설이기 때문에 한낮에도 800ppm 이상의 농도를 유지하고 있다(볏짚으로부터 CO₂ 발생).
·시설 내 이산화탄소의 일변화
-저온기 맑은 날 밀폐된 하우스에서 작물의 생육이 활발한 경우, 오전 10시경 이산화탄소의 농도는 대기 중의 농도인
350ppm 이하로 떨어지고, 오후 1시경 환기를 하면 다시 대기 중의 농도 수준으로 회복된다.
-이산화탄소는 광합성 활동을 하지 않는 야간에 식물체의 호흡과 토양미생물의 분해활동으로 증가하므로 이산화탄소 농
도는 해뜰 무렵이 가장 높다. 낮에는 광합성 작용으로 이산화탄소 농도가 낮다.

-아침에 해가 뜨고 광합성이 시작되면서부터 서서히 낮아지기 시작하여 일반적인 작물군락의 경우 일출 후 2~3시간 정
도 지나면 대기 중의 농도와 거의 같아진다. 그 후 계속해서 방치해 두면 100ppm 이하로 내려가서 안정된 상태가 되
며, 그 이상의 농도변화를 보이지 않는다. 이것은 이산화탄소 보상점에 이르러 광합성속도와 호흡속도가 평형에 이르렀기
때문이다.
·온실 내 이산화탄소의 농도 분포
-상하좌우 위치별로 농도 분포가 다르다(범위 : 140~200ppm).
-대기 중의 농도 350ppm보다는 낮았다(환기를 충분히 해준 시설 내의 평균 이산화탄소 농도=350ppm).
·유해가스 집적
-시설 내에는 유해가스가 집적되기 쉽다(토양, 난방기로부터 유출).
3.시설 내 이산화탄소 시비
·이산화탄소 시비의 의의
-이산화탄소 시비(탄산시비, carbon dioxide enrichment).
-시설 내 이산화탄소를 공급하여 작물생육을 촉진시키는 것(광합성의 촉진).
-CO₂보상점 : CO₂농도가 낮아 호흡에 의하여 방출되는 탄산가스의 양과 광합성에 의하여 흡수되는 양이 같아 광합성량
이 0이 되는 때의 CO₂농도.
-CO₂포화점 : CO₂농도가 증가하면 광합성이 증가하다가 어느 수준의 농도에 이르면 더 이상 증가하지 않는 농도.
-이산화탄소 보상점 30~80ppm, 포화점 1,200~1,800ppm(대기 중의 이산화탄소 농도보다 높다).
→대기 중의 이산화탄소 농도로는 포화점에 이를 수 없으므로 이산화탄소 시비가 필요.
·작물의 이산화탄소 보상점과 포화점
-C₄식물은 C₃식물에 비하여 이산화탄소 보상점과 포화점이 낮다(낮은 이산화탄소 농도에서도 광합성을 한다).
-이것은 C₃식물이 C₄식물보다 이산화탄소 시용농도의 증대에 따른 광합성 촉진효과가 크다는 것을 보여주고 있다.
·이산화탄소 시비의 의의
-시설원예에서 작물의 생육을 촉진하고 수량을 증대시키기 위해서는 적정 수준까지는 광도와 함께 CO₂농도를 높여주는
것이 바람직하다.
-CO₂포화점은 대기 중의 CO₂농도보다 훨씬 높기 때문에 CO₂농도를 높여주면 광합성이 크게 증가되면서 작물의 생육이
촉진된다. 더욱이 시설 내의 CO₂농도는 대기의 CO₂농도보다 낮은데 인위적으로 CO₂환경을 조절할 수 있기 때문에 탄
산시비를 실용적으로 이용할 수 있다.
-근래 재배시설이 현대화되면서 착색단고추(파프리카), 토마토, 딸기, 장미 등을 중심으로 CO₂시용이 일반화되는 추세.
·이산화탄소 시비와 생육 및 수량
-수량 증대, 품질 향상.
-과채류, 수출용 수경재배 과채류(토양 이산화탄소 공급 제한).
-절화류, 장미, 국화, 카네이션 등(절화수명 연장효과, 육묘시).
-수경재배는 토양으로부터 이산화탄소 공급이 제한되기 때문에 토경재배보다 그 효과가 더 큼.
·이산화탄소 시용 효과에 미치는 환경요인
-온도, 광도, 습도, 공기유동, 무기영양상태.
-CO₂농도를 350ppm에서 1,000ppm으로 올렸을 때 엽온이 21℃에서는 40% 증가하였지만 30℃에서는 70% 증가.
-단, 장기간 일정 온도 이상(30℃ 그 이상)이면 오히려 감소.
·이산화탄소 시비량 계산

-Q : 이산화탄소 시비량(g·m⁻²·hr⁻¹)
-V : 시설체적(m³)

-A : 시설바닥면적(m²)
-N : 환기회수(회/h)
-Ci : 이산화탄소 시용목표농도(g/m³)
-Co : 외기의 이산화탄소농도(g/m³)
-Pn : 바닥면적 1m² 위에 있는 작물의 순광합성량(g·m⁻²·hr⁻¹)
-S : 바닥면적 1m² 토양호흡량(g·m⁻²·hr⁻¹)
·이산화탄소 농도단위 변환
-ppm=1mL CO₂/공기 1m³ → gCO₂/공기 1m³
-실내온도 20℃, 이산화탄소 340ppm → g/m³
→이산화탄소 1몰(44g)의 체적은 0℃에서 22.4L(표준기압에서 모든 기체 1몰의 부피는 22.4L이며 그 속에 기체의 분
자량 44g이 있다. 그런데 1℃ 높아질 때마다 부피가 1/273만큼 증가하므로 20℃에서는 22.4L×(273+20)/273=24L
→같은 온도에서 1g의 체적은 24L/44g=525mL.
1g/m³=545mL/m³(=545ppm), 1ppm은 1/545=0.00183g/m³
340ppm은 0.00183×340=0.622g/m

·시설 내 적정 이산화탄소 시용 농도(단위 : ppm)

구분	이산화탄소 시용 최적농도 범위
엽채류	1,500~2,500
근채류	1,000~3,000
과채류	500~1,500
오이, 피망, 가지, 강낭콩	800~1,500
토마토, 멜론, 딸기	500~800

·시비시기
-시기 : 환기가 제한되는 저온기.
-시간 : 오전 일출 후 1시간 지나 환기할 때까지 약 2~3시간.
-단계 : 본잎이 어느 정도 전개된 이후.
·시용방법
-액체이산화탄소 : 고압 액화 이산화탄소(가장 많이 사용되는 방법).
-고체이산화탄소 : 드라이아이스 승화(값싸고 취급이 용이하나 하우스 내 온도를 낮춤).
-유기물연소방법 : 천연가스, 프로판가스, 석유(일산화탄소, 아황산가스 발생할 수도 있음).
-이산화탄소 발생제 : 탄산칼슘+묽은 산(발생량, 시간 조절 불가).
-토양유기물 시용 : 퇴비 분해, 간접 시용법(발생량, 시간 조절 불가).
4.시설 내 유해가스 환경
·유해가스 발생원과 종류
-대기오염물질 : PAN(질산과산화아세틸), O₃(오존), HF(불화수소), CL₂(염소), HCN(시안화수소).
-유기물·질소질비료 : NH₃, NO₂(토양 중에서 유기물 또는 유기질비료가 미생물에 의해 분해되는 과정에서 발생).
-난방기 : SO₂(아황산가스), CO(일산화탄소), C₂H₄(에틸렌), C₂H₂(아세틸렌).

·유기태질소 분해과정 중 가스발생

③식물이 가장 많이 흡수하는 상태인 질산태질소로 만드는 질산화작용 과정에서 암모니아가스(NH₃) 발생.
④토양 중에 질산태질소의 탈질작용으로 인해 아질산가스(NO₂)가 발생.
·유해가스 발생원과 종류
-아황산가스(SO₂)→식물체내에서 아황산(H₂SO₃)→a-하이드록시설폰산(R-C-OH SO₃H)
-a-하이드록시설폰산 : 식물체내에서 효소적 산화작용의 저해제로 작용하여 광인산화반응을 억제하고 ATP 생산을 저해
하는 독성물질.
·유해가스 피해증상
-암모니아가스 : 수침상반점3), 암녹색반점, 갈변고사 등.
-아질산가스 : 엽맥 사이 흑갈색 반점, 괴사낙엽, 기공 주변 탈색.
-아황산가스 : 수침상반점, 흑갈색반점, 엽맥 사이 황백화.
-일산화탄소 : 수침상반점, 탈색황백화.
·유해가스의 확인요령
-작물의 잎에 나타나는 증상.
-지표식물을 이용하는 방법.
-시설 내 유해가스의 축적 여부는 천장에 맺힌 물방울의 pH나 전기전도도를 측정하여 확인할 수도 있다. 물방울의 PH
가 6.0 이하이면 아질산가스, pH가 7.0 이상이면 암모니아가스가 발생되고 있는 것이다.
·유해가스의 장해대책
-요인 및 발생원 제거 : 오염지대, 난방기.
-요소비료를 줄이고, 완숙된 유기물 시용.
-토양 pH는 중성, 수분은 적습, 유황 시용.
-알칼리토양 암모니아, 산성토양 아질산가스.
-1~3월, 오전 9~11시, 지온상승 무렵에 다발.
-환기, 강제 환기(공기보다 무거운 아질산가스).