공기의 조성
자연 상태의 공기는 여러 종류의 기체로 구성되어 있다.
순수한 건조공기의 성분비를 보면 질소가 78.1%, 산소가 21.0%이며, 여기에 아르곤이 약 1%, 이산화탄소가 0.035%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, 헬륨, 메탄, 크립톤, 수소, 일산화질소, 일산화탄소, 오존 등이 있는데, 이들의 성분비는 대단히 낮다.
그리고 이들 외에도 공기 중에는 수증기(평균 1~3%), 미생물, 포자, 화분, 분진 등이 분포되어 있다.
공기의 조성성분은 각각 여러 가지 형태로 작물의 생육에 영향을 미친다.
이산화탄소와 수증기는 지구복사로 방출되는 적외선을 흡수하여 온실효과(greenhouse effect)를 나타내고, 여러 가지 분진은 광선을 차단하여 양산효과(umbrellar effect)를 나타낸다.
이러한 효과는 지상의 기온과 기상환경을 조절하여 결국은 작물의 생육에 영향을 미친다.
작물 생육에 직접적인 영향을 미치는 주요 성분은 질소, 산소, 이산화탄소이다.
산소는 작물의 호흡작용에, 이산화탄소는 광홥성작용에, 질소는 질소동화작용에 절대적으로 필요한 성분들이다.
자연상태에서 이들 성분들은 평형을 유지하면서 작물의 원활한 생육을 가능하게 해준다.
그러나 상황에 따라 공급이 부족하여 생육에 지장을 초래하기도 한다.
공기의 이동
지표의 복사열로 인하여 대류권 내에서는 높이 올라갈수록 기온이 하강한다.
이러한 상하의 기온 차이로 공기는 상하로 이동하는데, 이를 기류하고 한다.
그리고 지구의 열대류, 자전과 전향력 등이 작용하여 공기는 수평으로 이동하는데, 이를 바람이라고 한다.
공기의 이동으로 말미암아 지상의 공기 성분은 평형을 유지할 수 가 있다.
이산화탄소의 환경
여러 가지 공기성분 가운데 이산화탄소는 광합성의 주원료로 식물 생육에 필수적인 성분이다.
대기 중의 이산화탄소 농도는 지역과 시간에 따라 다소 차이는 있지만 거의 일정한 농도로 유지되고 있다.
그러나 여러 가지 피복재로 외부와 차단되어 있는 시설 내의 이산화탄소 환경은 노지와 다르다.
이산화탄소 농도의 변화
겨울철에는 제한적으로 환기를 하고 밀폐된 상태로 시설을 관리하는 것이 보통이다.
밀폐된 시설 내에서 작물을 재배하게 되면 광합성에 의한 이산화탄소의 일방적인 소모로 주변의 이산화탄소는 감소하게 마련이다.
일반적으로 50~125ppm 정도로 대기 중의 이산화탄소 농도보다 낮을 뿐 아니라, 경우에 따라서는 작물의 이산화탄소 보상점보다 낮아지기도 한다.
시설 내 이산화탄소의 농도는 지역, 계절, 시설의 종류에 따라 다르다.
시설의 이산화탄소 공급은 주로 환기에 의하기 때문에 환기시설이나 환기횟수에 따라 이산화탄소의 공급량은 달라진다.
그리고 이산화탄소의 또 다른 공급원으로 토양의 유기물 분해과정에서 발생하는 이산화탄소가 있기 때문에, 유기물의 시용 여부나 유기물분해에 관여하는 여러 가지 조건에 따라 이산화탄소 발생 정도가 다를 수 가 있다.
이산화탄소 농도의 일변화
겨울철에 밀폐된 시설에서 작물이 활발한 광합성을 하고 있다고 가정할 경우 시설 내의 이산화탄소 농도의 하루 변화를 추적해여보면 아래의 그림과 같이 나타난다.
야간에는 식물체의 호흡과 토양미생물의 분해활동으로 배출되는 이산화탄소로 인하여 높은 이산화탄소 농도를 유지하며 1,500ppm꺼지 올라가는 경우도 있다.
아침에 해가 뜨고 광합성이 시작되면서부터 서서히 낮아지기 시작하여 일반적인 작물군락의 경우 일출 후 2~3시간 정도 지나면 내려가서 안정된 산태가 되며, 그 이상의 농도변화를 보이지 않는다.
이것은 이산화탄소 보상점에 이르러 광합성속도와 호흡속도가 평형에 이르렀기 때문이다.
위의 그림에서 보는 이산화탄소 농도의 하루 중 변화곡선은 시설의 종류, 재배작물의 종류, 기상조건, 유기물의 함량 등에 따라 곡선의 높낮이가 변할 수 있다.
한낮에 기온이 상승하여 환기를 하게 되는 경우는 이산화탄소 농도가 급격히 상승하여 대기와 같은 상태가 된다.
이산화탄소 농도분포
시설 내 이산화탄소 환경의 또 다른 특성은 위치별로 농도의 분포가 다르다는 것이다.
바람이 없기 때문에 마치 기온분포가 다른 것처럼 이산화탄소도 상하, 좌우 위치에 따라 농도가 다르다.
특히 작물이 생장하여 잎, 줄기가 무성해지면 위치에 따라 이산화탄소의 농도가 달라진다.
유해가스 환경
작물이 정상적으로 생육하기 위해서는 공기 조성 비율이 일정하고, 적절한 공기 유동을 통해 조성 성분들 간에 평형이 유지되어야 한다.
그렇지 못하고 성분 중의 일부가 지나치게 많거나 부족하게 되면 작물은 여러 가지 장해현상을 나타낸다.
특히 일부 성분이 지나치게 많이 분포하여 작물의 생리장해를 유발하고 품질을 저하시키며 수량의 감소를 초래하는 경우 그 공기는 오염되었다고 하며, 오염원이 되는 기체 성분을 유해가스라고 부른다.
유리온실이나 플라스틱하우스와 같은 시설은 노지와 차단되어 바람이 없고, 이로 인해 공기성분의 조성비가 흐트러지기 쉬우며, 토양과 난방기로부터 유출되는 가스들이 공중으로 휘산되지 못한다.
이런 결과로 유해가스로 규정하는 여러 가지 공기 성분들이 시설 내에 축적되어 다양한 장애현상을 나타낸다.
작물은 암모니아, 이산화질소, 일산화탄소, 오존, 스모그 등과 같은 대기 중의 오염물질에 민감하다.
오염물질에 의한 식물의 피해는 잎에 작은 반점의 발현, 변색, 잎 마름 등이 있고 심한 경우에는 대부분의 식물에 황화현상이 일어난다.
