제 10 강의 2013. 5. 15. 강의내용 제9장. 벼의영양과양분흡수 무기성분과필수원소 양분의결핍및과다증상 논토양과양분흡수제10장. 고품질쌀생산질소시비방법 고품질쌀의개념및주요지표 질소의표준시비량및분시방법 질소시비량과벼생육및쌀품질 질소분시방법과벼생육및쌀품질
제 9 장. 벼의영양과양분흡수 < 최소양분의법칙 > - 수량은여러양분중최소한으로존재하는양분에의해결정된다. (Liebig, 1843) 2
1. 무기성분과필수원소 (1) 필수원소란? 1 결핍되면작물의영양생장기나생식생장기의생육을완성할수없는원소 2 결핍된증상은추가로공급할경우늦게라도회복이되며다른어떠한양분을보충하더라도회복이불가능한원소 3 효소의성분이거나효소작용에관여하는등작물의물질대사에직접적으로관여하는원소 3
(2) 다량원소와미량원소 1 다량원소 필수원소 흡수형태 체내적정농도 (ppm) 질소 (N) NO 3-, NH 4 + 15,000 인산 (P) H 2 PO 4 -, HPO 4 2-2,000 역할 아미노산, 단백질, 핵산, 엽록소및조효소 에너지공급 (ATP, ADP). 핵산, 조효소구성성분, 탄수화물및지방형성중간단계조성 칼륨 (K) K + 10,000 효소, 아미노산, 단백질합성, 효소의활성화, 기공개폐 칼슘 (Ca) Ca 2+ 5,000 세포벽성분, 효소보조제, 세포투과성 마그네슘 (Mg) Mg 2+ 2,000 엽록소구성성분, 효소활성화 황 (S) SO 4 2-1,000 아미노산성분, 조효소 A 질소 (Nitrogen) - 세포내단백질과핵산의구성원소 - 벼의생장을좌우하고수량에크게영향을미침 4
2 미량원소 필수원소 흡수형태 체내적정농도 (ppm) 역할 철 (Fe) Fe 2+, Fe 3+ 100 엽록소합성, 광합성에관여 (cytochromes, ferredoxin) 염소 (Cl) C1-100 삼투압및이온균형에관여, 광합성에서산소생성과정에관여 붕소 (B) H 3 BO 3 20 세포벽의안정성을높이고 세포분열과전류촉진에관여 망간 (Mn) Mn 2+ 50 효소의활성화 ( 광합성전자전달, 인산화촉진 ) 아연 (Zn) Zn 2+ 20 엽록체의 ph 조절하여 단백질의변성을막음 구리 (Cu) Cu 2+ 6 엽록소의합성과안정에관여 몰리브덴 (Mo) MoO 2-4 0.1 질산의환원과질소의생리적 고정을촉진 5
2. 양분의결핍및과다증상 (1) 질소 (N) 1 역할 - 질소는단백질과핵, 엽록소등의구성성분이며생명체에서는반드시존재하여야하는원소이다. 2 질소부족 - 가지치기가정지되고식물체가자라지못한다. 새로나온잎과지금막나오는잎을제외하고는나머지대부분의잎들은좁고, 짧으며, 꼿꼿이서서황록색으로변한다. 아랫잎들은엷은짚빛깔을띠면서말라죽는다. 3 질소과다 - 단백질합성량이많아져잎과줄기의생장은왕성하나셀룰로즈, 리그닌등의세포벽물질이충분히만들어지지않아식물체가연약 - 과다한생육으로키가커지고잎은짙은녹색을띠게되며가지치기를많이함 - 출수기가늦어지고과번무로쓰러지기가쉬우며도열병, 잎집무늬마름병등에걸릴위험이높아짐 - 출수기간이길어져등숙이불균일, 도복되어벼알의품질이크게나빠지며수량과품질감소 6
질소과다적정질소부족 7
질소과다로도복된벼 8
(2) 인산 (P) 1 역할 - 인산은핵지질, 에너지대사에서 ATP 및 NADP 등의구성성분. - 흡수된인산은생장점, 마디부위, 이삭등으로이동하며액포에저장되어필요할때대사작용에이용된다. 2 결핍증상 - 가지치기가정지되고식물체가자라지못한다. - 잎은좁고, 짧고, 꼿꼿이서며, 잎의빛깔칙칙한암녹색을띈다. - 어린잎은건강한편이나오래된잎은갈색으로변하여말라죽는다. - 품종에따라서는안토시안색소를냄으로써쇠녹빛또는자주빛을나타내기도한다. 9
정상 인산결핍 10
(3) 칼리 (K) 1 역할 - 칼리는세포의구성물질은아니지만세포간의물질이동을도와효소활성, 단백질합성, 광합성, 물질이동, 삼투압조절등에관여한다. 2 결핍증상 - 식물체가잘자라지못하고가지치기는약간줄어든다. - 잎은짧아지는데도불구하고밑으로쳐지며암녹색을띈다. - 아랫잎의잎끝으로부터엽맥사이가황변하기시작하여마침내는엷은갈색으로변하여말라죽거나때로는암녹색잎위에갈색반점이생겨커지기도한다. 11
< 칼리결핍 > 12
(4) Sulfur (S) 1 역할 : 황은단백질, 글루타치온, 조효소 A 및비타민등의구성요소이다. 생리적으로질소와유사하게흡수, 환원, 에너지생성에관여한다. 2 결핍증상 : 황의결핍증상은질소결핍증과매우비슷하여눈으로구분하기가거의불가능하다. 13
(5) 마그네슘 (Mg) 1 역할 - 엽록소의구성성분으로광합성에직접관여하며 여러효소의활성제로작용함. 2 결핍증상 - 결핍증상이심하지않을때는초장이나가지치기수에거의영향을주지않는다. - 결핍증상은오래된잎의마그네슘이새잎으로이동하면서오래된잎이황백화하며불임율이크게증가한다. - 잎들의엽각이커지면서밑으로쳐지게되며군락상태의잎들이물결치는것처럼보이고, 아랫잎의엽맥사이에서시작하여잎전체가오렌지빛깔의변색현상을보이는것이특징이다. 14
(6) 칼슘 (Ca) 1 역할 - 세포벽의구성성분이며세포분열과세포의성장에관여한다. - 또한광합성산물의체내전류를돕는다. 2 결핍증상 - 결핍이심하지않고는잘나타나지않는특성이있다. - 결핍증상은전개되고있는윗잎의끝부분이백화하고말리며쭈굴쭈굴해진다. - 더욱심한경우에는식물체가자라지않고생장점이죽는다. 15
칼슘결핍 16
(7) 철 (Fe) 1 역할 - 산화환원효소의구성성분이며 80% 가엽록소에존재한다. - 식물체내에서이동이잘되지않기때문에부족하면어린잎의엽록소함량이낮아져황백화된다. 2 결핍증상 - 전체잎들이희게변색하기시작하여마침내하얗게된다. - 이러한증상이나타날때철을시용하면그증상이중지되고새로나오는잎만백화현상을보인다. 17
철분결핍 정상생육 18
3 과잉증상 - 아랫잎의끝으로부터아주작은갈색반점이나타나서기부쪽으로번져간다. - 이들반점은엽맥사이에서세로로서로합쳐지는데잎은녹색을유지한다. - 심한경우에는전체잎들이자주빛이비치는갈색으로보이게된다. 19
철분과잉 20
(8) 망간 (Mn) 1 역할 - 광합성효소등효소작용을촉진시키며비타민의생성이나질소대사에관여한다. 2 결핍증상 - 식물체는자라지않아작아지지만가지치기는정상이다. - 줄무늬백화현상이잎끝의엽맥사이에서시작하여기부로번지는데마침내는암갈색으로변하여말라죽는다. - 새로나오는잎은짧고좁으며연녹색을띈다. 3 과잉증상 - 식물체가자라지못하고때로는가지치기가감소된다. - 특히아래잎의엽신과엽초의엽맥위에갈색반점이나타난다. 21
망간과잉증상 22 22
(9) 규소 (Si) 1 역할 - 규산은벼에게필수원소는아니지만질소의 10배정도를흡수하며잎, 줄기및왕겨등의표피조직에많이존재한다. - 식물체를곧바로직립되게만들며표피에존재하는규산은딱딱하여병원균의침투를어렵게한다. 2 결핍증상 - 잎이부드러워아래로쳐진다. 23
규소처리무처리 24
3. 논토양과양분흡수 (1) 토층분화와탈질현상 1 토층분화 : 논토양의상층부 1~2 cm는공기로부터의산소공급으로산화 상태이고, 그아래층은환원상태임 2 탈질현상과심층시비 - 표층시비 : 암모니아태질소는산화층에서아질산균과질산균에의해질산으로변함 NH 3 ( 산화층의질화균 ) NO 2 NO 3 ( 환원층 ) NO N 2 O N 2 - 전층시비 : NH 3 ( 환원층 ) 안정적이므로논을갈기전에뿌리고토양전체에잘섞이도록함 25
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(2) 노후화 ( 老朽化 ) 와추락 ( 秋落 ) 1 논토양의노후화현상 : 작토층중의철분과여러물질이하층으로용탈되어 작토층에는부족하게되는현상 2 원인 : 철과망간등이물의지하이동에의해환원층으로용탈되어심토에집적 - Fe ++ ( 작토층 ) Fe +++ ( 지하층 ), Mn ++ ( 작토층 ) Mn +++ ( 지하층 ) - Fe와 Mn의이동에따라 P, Mg, Ca, K 등도지하층으로용탈 27
3 노후화답과벼의추락현상 : 영양생장기까지건전히생육하던벼가생식생장기에서생육이급락하는현상으로여름에서초가을사이에아랫잎이마르는등철부족현상이발생하고 H 2 S에의한뿌리피해와깨씨무늬병발생으로수확이크게감소 하락현상 ( 더일찍여름에발생하면하락현상 ) 4 노후답의개량 : 객토, 심경, 철이함유된자재와황산이없는비료의시용, 규산질비료시용 5 노후화답의재배대책 : 저항성품종 ( 만생종은회피 ), 조기재배, 답전윤환, 무효분얼기에배수, 무황산근비료시용, 추비중점시비, 엽면시비등 28
(3) 토양반응 (ph) 의표시법 토양의반응은토양용액중의수소이온농도 [H + ] 와수산이온농도 [OH - ] 의 비율에따라결정됨 < 토양반응의표시법 > ph 반응의표시 ph 반응의표시 < 45 극도의강산성 6.6 ~ 7.3 중성 4.6 ~ 5.0 심한강산성 7.4 ~ 7.8 미알칼리성 5.1 ~ 5.5 강산성 7.9 ~ 8.4 약알갈리성 5.6 ~ 6.0 약산성 8.5 ~ 9.0 강알칼리성 6.1 ~ 6.5 미산성 > 9.1 심한강알칼리성 29
(4) 식물양분의가급도와 ph 와의관계 30
(5) 토양산성화의원인 1 빗물에의한염기용탈 2 산성비료의연용 ( 連用 ) : 유안 ( 황산암모니아 ), 황산칼리, 염화칼리등 3 산성물질의가입 : 공장및광산폐수등 (6) 토양산성의해 ( 害 ) 인산, 칼리, 황, 칼슘, 마그네슘, 붕소, 몰리브덴등의가급도감소 알루미늄, 구리, 아연, 망간등의용해도증가 (7) 산성토양의개량 토양의물리 화학성개선 토양검정후석회질비료사용, 유기물시용, 인산과 Mg 시용 생리적산성비료의회피 31
제 10 장. 고품질쌀생산질소시비방법 1. 고품질쌀의개념및주요지표 (1) 개념및목표 1 고품질쌀의개념 쌀알이맑고균일하며, 밥맛이좋으면서영양가와완전미비율이높아식품으로안전한쌀 2 목표 쌀단백질함량 : 7~8% 6.5% 이하 완전미비율 : 85% 90% 이상 품종혼입율 : 0% 32
(2) 고품질쌀의주요지표 주요지표 : 쌀단백질함량, 완전미율, 품종혼입률 1 단백질함량 쌀단백질함량이높을수록밥맛은떨어지는것으로평가됨 그원인은단백질함량이많으면전분세포막이견고해져밥이 딱딱하게느껴지고밥맛이떨어짐 33
2 완전비율 완전미의정의 : 완전미 (Head rice) 는밥맛을떨어뜨리는분상질립, 피해립, 변색립, 싸라기와금간쌀, 불완전등숙립등을완전히제거한고품질의쌀 완전립분상질립피해립변색립싸라기 34
완전미비율과밥맛 - 식미와완전미비율과는매우밀접한관련이있어완전미비율이높을수록밥맛이좋은것으로평가됨 1.50 양호 보통 0.00 100% 90% 80% 70% 60% 불량 -1.50 완전미비율 3 품종혼입률 - 품종의순도가높을수록밥맛이우수한것으로평가됨 - 품종명표기시품종의순도가 80% 이상이어야함 35
2. 질소의표준시비량및분시방법 (1) 질소의역할 질소는식물세포의원형질을형성하고있는단백질의주요성분으로잎, 줄기등을만드는주성분 질소는벼엽면적을크게확대시킴과동시에단위엽면적당광합성을왕성하게하고, 탄수화물을축적하여식물체무게를증대 벼의생장을좌우하고수량과쌀품질에매우큰영향을미치는가장중요한양분 벼는질소를어느만큼 ( 시비량 ) 을언제 ( 분시방법 ) 주느냐에따라서생육및품질이크게영양받음 36
(2) 표준질소시비량 지대별적정질소시비량 지대논유형 (kg/10a) 거름주는양 ( 성분량 ) 질소인산칼리 평야지및중간지 ( 표고 250m 이하 ) 보통논, 미숙논모래논, 고논 9 13 4.5 5.1 5.7 5.1 중산간지및냉조풍지 (250~400m) - 9 6.4 7.8 산간고냉지 (400m 이상 ) - 9 7.7 9.3 간척지 중염도 (0.3%) 저염도 (0.1%) 20 11 5.1 5.1 5.7 5.7 37
질소시비량과품질변화 - 질소비료시비기준변화 : 생산량 생산량 + 품질ㆍ표준시비량 : 11kg/10a 9kg/10a ㆍ프리미엄급쌀 : 7kg/10a - 수확량은다소줄더라도단백질감소로쌀품질향상 - 표준시비준수로병해충, 도복, 기상재해등경감 38
(3) 표준분시방법 ( 평야지및중간지논기준 ) 표준분시방법 (%) 구분 밑거름 ( 이앙전 ) 가지거름 ( 이앙후 15 일경 ) 이삭거름 ( 출수전 25 일경 ) 알거름 질소 50 20 30 0 인산 100 0 0 0 칼리 70 0 30 0 - 벼의안전다수확및품질향상을위해서는자라는도중질소가너무많거나부족한일이없도록여러번시비하는것이이상적임. - 그러나현실적으로노력절감및벼질소이용효율등이고려되어표준분시방법이설정되었음. 39
질소분시비율과쌀품위 (1990, 작시 ) 질소분시율 (%) ( 밑거름 - 가지거름 - 이삭거름 - 알거름 ) 쌀품위 (%) 완전미 심복백미 투명도 단백질 (%) 50-20-20-10 77.7 18.1 51.7 7.9 50-20-30-0 80.1 16.0 54.2 7.4 - 알거름미시용 ( 수량약간감소 ) ㆍ분시회수 4 회 3 회로노력절감및쌀품질향상 ㆍ쌀투명도높고, 단백질함량감소 밥맛증가 40
3. 질소시비량과벼생육및쌀품질 < 질소비료과용에의한피해발생 > 41
(1) 질소시비량과쌀수량과의관계 600 550 500 450 400 350 300 0 5 10 15 20 질소시비량 (kg/10a) 일반적으로질소시비량이많을수록수량은증가하지만, 어느수준이상이되면오히려수량은감소하는경향임 ( 수확체감의법칙 ) 수량감소의원인 : 병해충및도복발생 42
(2) 질소비료를많이줄경우 과거생산량중심정책에의해질소비료과다사용 - 쌀의단백질함량을증가하고완전미비율을낮아져밥맛이나빠짐 - 태풍, 수해등발생시벼쓰러짐 ( 도복 ) 발생 - 병원균과해충도역시번식을위해질소가필요하기때문에식물체내질소함량이높으면병해충발생이많아짐 쌀품질저하 잎도열병잎집무늬마름병벼흰잎마름병세균성벼알마름병줄무늬잎마름병 43
(3) 질소시비량과완전미율과의관계 94 93 92 91 90 89 88 0 5 10 15 20 잘소시비량 (kg/10a) 일반적으로질소시비량이증가할수록완전미율은감소함. 완전미율이감소하는원인은질소시비량이증가할수록가지수와이삭수가많아져전체적으로많은알곡이생산되는데, 이중많은알곡이양분과일조부족등으로충분히여물지못하기때문. 44
(4) 질소시비량과쌀단백질함량과의관계 7.2 7.0 6.8 6.6 6.4 6.2 6.0 0 5 10 15 20 질소시비량 (kg/10a) 질소시비량이많을수록쌀에축적되는단백질함량이높아져미질이떨어짐. 쌀단백질함량의증가는단순히질소시비량뿐만아니라완전미비율과쌀의여뭄 ( 등숙 ) 정도와도관계가있음. 45
(5) 현미두께와단백질함량과의관계 현미등숙정도 현미두께 (mm) 단백질함량 (%) 1.5 이하 1.5~1.8 1.8~2.0 2.0~2.2 2.2 이상 7.2 7.0 6.6 6.3 5.9 현미두께가두껍다는것은쌀이잘여물었다는것을의미함 즉, 여뭄 ( 등숙 ) 이좋을수록단백질함량이낮아지며밥맛이좋아짐 46
(6) 백미입중별단백질함량변화 8.0 0 7.5 0 일품벼 7.0 0 6.5 0 6.0 0 y = 9.5 6 9 9 x -0.1256 R 2 = 0.9 8 1 6 0 5 1 0 1 5 2 0 2 5 3 0 현미무게 ( mg) 현미가무거울수록단백질함량은낮아짐 등숙이양호하여현미가무거워질수록품질이향상됨 질소시비량이많으면벼알수는증가되지만여뭄 ( 등숙 ) 이충실하지못하고단백질함량이증가되어미질이악화됨 47
(7) 질소시비량에따른완전미수량의연차간변이 600 완전미수량 (kg/10a) 500 400 300 200 100 2003 년도 2004 년도 0 0 5 10 15 20 질소시비량 (kg/10a) 완전미수량 : 수량 X 완전미율 2003년에는등숙기간중일사량이매우낮아등숙이불량하였음. 따라서 2003년에는 2004년에비해전체적으로완전미수량이낮았으며낮은질소시비량에서완전미최고수량에도달하였음. 연차간질소시비량에따른수량, 완전미율및단백질함량의반응은다르게나타남 48
(8) 등숙이잘되면왜쌀단백질함량이낮을까요? 쌀단백질함량 : 쌀의단백질함량과탄수화물 ( 당 ) 의비 질소는단백질의주구성성분으로뿌리를통해토양으로부터흡수 비교적기상환경에둔감 탄수화물은광합성을통해쌀에축적 온도와일조등기상환경에매우민감 등숙기기상환경이좋으면질소는일정한반면탄수화물축적이많아져쌀단백질함량 (%) 이상대적으로낮아짐 비료를똑같이주었는데도가을에기상이좋았던해는밥맛이좋았고비가많아일조가부족했던해는밥맛이좋지않았던이유가바로이때문 49
4. 질소분시방법과벼생육및쌀품질 (1) 밑거름, 가지거름, 이삭거름의역할 밑거름 ( 경운직전시용 전층시비 ) - 활착및초기생육촉진, 튼튼한가지및이삭수조기확보 가지거름 ( 이앙후 12~14 일시용 ) - 가지치기촉진을통해이삭수증가 - 가지거름이늦어지면무효분얼증가및수광태세약화 이삭거름 ( 출수전 25 일시용 ) - 이삭당벼알수증가 알거름 ( 출수기시용 ) - 등숙비율및벼알무게증대 50
(2) 밑거름의효과 600 500 무비밑거름 4.8kg 8.0 7.0 400 6.0 300 5.0 200 4.0 100 수량 3.0 단백질함량 < 전혀비료를주지않은것과밑거름을 4.8kg/10a 준시험결과 > 밑거름은수량을크게증가시켰으나단백질함량은오히려약간감소시킴 밑거름을주어도쌀단백질함량은큰변화가없는이유는밑거름에의한 생육의증가가쌀단백질함량의증가보다커서희석효과가발생 51
(3) 가지거름의효과 800 700 600 500 400 300 가지거름 0kg 가지거름 3.6kg 가지거름 7.2kg 수량 8.0 7.0 6.0 5.0 4.0 3.0 단백질함량 가지거름을충분히주면쌀수량을증가시키지만쌀단백질함량에는 큰효과가없었음 : 가지거름은쌀품질에는영향이적었음 52
(4) 이삭거름의효과 800 700 600 500 400 300 이삭거름 0kg 이삭거름 3.6kg 이삭거름 7.2kg 수량 8.0 7.0 6.0 5.0 4.0 3.0 단백질함량 이삭거름이증가할수록수량과쌀단백질함량이크게증가하였음 이삭거름은쌀수량을증가시키지만미질도크게좌우함 53
(5) 질소질비료의분시방법별효과비교 분시방법수량증대쌀단백질증대질소이용효율 밑거름 가지거름 이삭거름 수량증대및질소이용효율은이삭거름 > 밑거름 > 가지거름인이유 - 이삭거름 : 식물체가크게자라고뿌리가발달된상태임 - 밑거름 : 전층시비로표층시비에비해비료이용효율이높음 - 가지거름 : 표층시비로비료의토양유출이많음 54
(6) 수량도충분하고미질도좋은쌀생산을위한질소시비방법은? 표준시비량및분시방법은광범위한지역및토양조건에서안전재배를위한권장사항임 질소시비토양과기상환경및식물체의영양상태에따라다소차이가남 따라서다수확및고품질쌀생산을위해서는각자의토양및벼의생육상태와그지역의기상환경을고려하여시비하여야함 특히수량과쌀품질에영향이큰이삭거름은시용에유의해야하며, 질소시비의가장큰주안점은이삭거름을언제? 어느만큼? 줄것인가에달려있음 < 토양검증에의한시비추천 ( 각도기술원과기술센터 ) > : 토양의유기물및유효규산검정에의하여산출함 ( 예 ) - 전제 : 목표쌀수량 500kg/10a, 질소시비량 11kg/10a - N시비추천식 : N(kg/10a) = 11.17 0.133xOM + 0.025xSiO2 [ OM : 유기물함량 (%), SiO2 : 규산함량 (mg/kg) ] 55