이산화탄소 시비

시설 내의 공기환경은 노지와 다르다.

특히 탄산가스가 부족하기 쉬우며, 시간과 위치에 따라 농도분포가 다른 것이 특징이다.

시설 내에서 인위적으로 공기 환경을 조절하면서 탄산 가스를 공급하여 작물의 생육을 촉진시키는 것을 이산화탄소 시비(탄산 시비, carbon dioxide enrichment or carbon dioxide fertilization)라고 한다.

탄산 가스는 광합성에서 필수적인 성분으로 식물은 탄소를 흡수함으로써 포도당을 생성하게 되므로, 탄산가스 농도를 증가시키면 광합성 속도를 증가시킬수 있다. 

시설원예에서는 이러한 이산화탄소 시비를 통하여 작물의 품질을 향상시키고 수량을 즉대시킬 수가 있다.

 

 

이산화탄소 시비의 의의

생육의 원동력이 되는 광합성은 광도와 이산화탄소의 영향을 크게 받는다.

일반적으로 광합성은 광도와 이산화탄소 농도가 높아지면 그에 따라 광합성량이 증가한다.

그러나 이산화탄소 농도를 높인다고 하여 무한정 광합성량이 증가하는 것은 아니다.

이산화탄소의 경우 일정 수준까지는 농도가 증가할수록 광합성량(이산화탄소 흡수량)이 증가하지만, 특정 농도 이상에서는 더 이상 증가하지 않을 뿐만 아니라 고농도에서는 오히려 감소하는 것을 볼 수 있다.

농도가 낮아 호흡에 의해 방출되는 이산화탄소의 양과 광합성에 의해 흡수되는 양이 같아 순광합성량이 0이 되는 때의 이산화탄소 농도를 이산화탄소 보상점이라고 한다.

일반적으로 작물의 이산화탄소 보상점은 대기 중의 이산화탄소 농도 350ppm보다 낮은 30~80ppm 수준으로 알려져 있다.

이산화탄소 농도가 증가하면서 광합성량이 증가하다가 어느 수준의 농도에 이르면 더 이상 증가하지 않는데, 이때의 농도를 이산화탄소 포화점이라고 부른다.

보통 작물의 이산화탄소 포화점은 1,200~1,88ppm 정도이다.

1,500ppm 이상의 탄산가스 농도는 식물에 바람직하지 않으며, 대략 700~1,200ppm의 농도가 표준적으로 사용된다.

작물의 이산화탄소 보상점과 포화점

( 그림에서 C4 식물은 C3 식물에 비하여 이산화탄소 보상점과 포화점이 낮다. 이것은 C3 식물이 C4 식물보다 이산화탄소 시용농도의 증대에 따른 광합성 촉진효과가 크다는 것을 보여준다.)

위의 그림에서 보듯이 탄산가스 농도가 일정농도 이상 증가하면 광합성량이 더 이상 증가하지 않고, 포화되는 현상이 발생한다. 

탄산가스 농도가 너무 높을 경우 작물에 해를 입힐 수 있으므로 원예작물 종류에 따른 탄산가스 적정농도가 존재하게 된다.

고농도의 탄산가스 조건에서는 기공이 닫히고 증산작용이 감소하며 작물 체온이 올라가고, 작물에 따라 1,500 ~ 2,000ppm 이상 급격히 증가하면 잎이 타는 증상(엽소현상)이 나타나기도 한다.

탄산가스 농도에 따른 상대수확률 변화

위의 그림에서 대기 중 평균 이산화탄소 농도인 350ppm에서 이산화탄소 농도를 1,000ppm으로 증가시키는 경우 상대 수확률이 35% 증수 된다. 

따라서 온실 내부의 이산화탄소 농도를 증가시키게 되면, 식물의 생장기간은 5~10% 정도 단축시킬 수 있으며, 수확량 증가 및 품질 개선에 효과가 매우 큰 것으로 알려져 있다.

 

시설원예에서 작물의 생육을 촉진하고 수량을 증대시키기 위해서는 적정 수준까지는 광도와 함께 이산화탄소의 농도를 높여 주는 것이 바람직하다.

무엇보다도 이산호탄소 포화점은 대기 중의 이산화탄소 농도보다도 훨씬 높기 때문에 이산화탄소 농도를 높여 주면 광합성이 크게 증가되면서 작물의 생육이 촉진된다.

더욱이 시설 내의 이산화탄소 농도는 대기보다 낮은 데다가 인위적으로 이산화탄소 환경을 조절할 수 있기 때문에 이산화탄소 시비가 가능하다.

이산화탄소 시비기술의 목적으로 평상 시 이산화탄소 농도를 증가시키는 것 뿐만아니라, 온실 내부의 이산화탄소가 감소하는 것을 방지하는 것도 매우 중요하다.

 

이산화탄소 시비의 효과

이산화탄소 시비는 작물의 생육촌진을 통하여 수량을 증대시키고 품질을 크게 향상시킨다.

이산화탄소 시비의 효과는 거의 모든 작물에서 인정되고 있지만, 오이, 멜론, 가지, 토마토, 고추 등의 열매채소에서 수량증대의 효과가 두드러지게 나타나고 있다.

화훼류의 장미의 경우 1,000ppm의 이산화탄소 시용으로 53%의 절화수량을 증대시켰을 뿐만 아니라 개화기를 단축시키고 꽃잎의 수를 크게 증가시키는 효과를 나타내었다.

육묘 중의 이산화탄소 시비는 모종의 소질을 향상시키고, 정식 후에도 시용효과가 계속 유지된다.

이산화탄소 시용효과는 작물의 광합성과 관련이 깊은 온도, 광도, 습도, 공기 유동 및 무기영양 상태에 따라 다르게 나타난다.

특히 저온, 저광도보다 고온, 고광도에서 시용 효과가 높다.

이산화탄소를 시용할 때는 광도와 엽온이 높아야 광합성이 증가되는 경향을 뚜렷하게 볼 수 있다.

즉, 이산화탄소 시용은 온실 내 환경을 적절히 조절해야 그 효과를 극대화할 수 있다.

이산화탄소 시용에 의해 광합성 속도가 1.5~2배로 증가해도 수량은 대체로 20~30%의 증수에 그친다.

이는 장기간 이산화탄소를 시용하면 오래된 잎에서부터 광합성 속도가 저하되어 가고, 작물의 증산이 억제되며, 잎이 노화가 촉진되기 때문이다.

또한 작물의 종류에 따라서는 고농도의 이산화탄소를 시용하면 작물에 생육장해를 주는 경우도 있다.

 

오이에 대한 탄산가스 시비 효과

프로판가스를 연소시켜 탄산가스를 시비한 오이 시험에서 탄산가스 시비 기간 중 오이 수량은 약 50% 증가되었다.

특히 1급품의 수량이 많아 품질도 좋았다.

개화일에는 큰 차이가 없었지만 초기 수확 과실 수를 보면 수확이 빠르다는 것을 알 수 있다.

4월 15일 ~ 6월 5일까지 50일간 탄산가스 처리구에서 1급품은 2087개로 대조구에 비해 2.1배 증대되었다.

토마토에 대한 탄산가스 시비 효과

탄산가스 시비에 의한 토마토 시험에서 수량은 탄산가스 2배 처리구에서 표준구에 비해 약 20% 증수되었고, 다비구에서는 과실수 약 30%, 수량 48%가 증가하였다.

보통 장기간 탄산가스 시비를 하면 생육 후반에 잎의 경화나 초세의 전체적인 쇠약현상이 나타나 탄산가스 시비구에서 반대로 감수되는 경향을 보인다.

따라서 탄산가스 시비는 장기재배보다 촉성재배 등 재배기간이 짧은 작형에서 과실 비대기에 중점적으로 하면 효과가 높고 장기재배에 비해 노화현상 정도가 적다.

파프리카에 대한 탄산가스 시비효과

파프리카는 농가에서 선도적으로 액화탄산가스를 이용해 탄산가스를 하고 있다.

시용 농도는 700~1,000ppm 범위이고, 비용은 10a 당 300~400만원 소요되는 것으로 알려져 있다.

탄산가스 시비에 의해 광합성량이 증가되면서 파프리카의 엽 면적과 수량이 증가하였다.

일출 후 오전 4시간 시비에 따른 수량은 대조구에 비해 통계적으로 유의적인 수준에서 증수되었다.

환기창의 개도가 50% 이상이면 탄산가스 시비를 중지하는 것이 경제적이다.