콩(10) - 영양생리

콩과작물과 근류균은 공생적 관계를 맺고 있는데 콩은 근류균에 음식(광합성 산물)과 집을 제공하고, 근류균으로부터 고정 질소를 공급받으면서 자란다. 근류균은 콩뿌리에 혹을 만들어 살며 공기 중의 질소를 고정한다. 콩이 근류균에 의해 고정된 질소를 많이 공급받는다고 해도 수량성을 높이기 위해서는 화학비료의 사용이 불가피하다. 콩의 전 생육기간 중 가장 많이 흡수하는 비료성분은 질소, 칼리, 석회, 인산, 마그네슘(고토)의 순이며, 생육시기별로 비료 성분이 잘 흡수할 수 있도록 양분관리를 철저히 하여야 한다.

근류균

근류균(뿌리혹박테리아)은 콩과작물의 뿌리에 침입하는 토양세균의 일종으로 호기성균(好氣性菌, 공기가 있는 상태에서 잘 자라는 균)이며, 콩 뿌리에 혹을 만들어 살면서 공기 중의 질소를 고정한다. 콩과작물과는 공생의 관계를 맺고 있는데, 콩은 자신이 만든 광합성 산물을 근류균에게 공급하고 근류균이 살 수 있는 집(뿌리혹)을 제공하고, 근류균이 공기 중의 질소를 재료로 만든 질소비료를 공급 받으면서 자란다.

토양 속의 근류균 밀도의 변화는 콩의 재배연수와 관계가 있는데, 수년간 콩을 재배하지 않거나 전혀 작물을 재배하지 않았던 신개간지 등에는 인공접종으로 근류균을 보충하지 않으면 충분한 근류 형성과 질소고정을 기대할 수 없다. 

근류의 부착과 질소고정은 토양중의 질소 농도와 토양수분, 통기성, 토양 pH, 온도, 일사량 등의 영향을 받는다. 콩은 질소시비에 대한 수량의 반응이 둔하며, 주원인은 토양 중에서 시비질소, 특히 질산태질소가 증가하면 근류의 착생 및 질소고정활성이 억제되기 때문이다. 

근류균의 번식과 활성은 토양수분의 과부족에 의한 영향을 받는다. 토양 수분이 지나치게 많거나 흙이 다져진 경우, 근류에 대한 산소나 질소의 공급이 감소하여 질소고정을 현저히 감소시킨다. 콩과작물 중에서도 특히 콩의 근류 질소고정은 수분결핍에 약하다. 그러한 이유로 토양수분은 근류활성에 크게 영향을 주며, 개화 후와 씨알(종실)비대기에 적절히 물을 대면 근류의 질소고정량이 증가하여 수량을 높일 수 있다. 근류 착생에 매우 적합한 토양수분은 pF 2.2∼2.6 정도이며, 지하수위면 위로 15∼20㎝ 범위에서 근류착생이 많고, 물주기(관수)에 의해 근류 착생량을 증가시킬 수 있다.

토양온도 25∼30℃, 토양의 pH가 6.5∼7.0에서 질소고정 활성이 높으며, 인산의 시용은 근류착생과 질소고정능을 향상시키는 경우가 많다. 토양조건에 따라서는 석회, 몰리브덴 등을 시용하면 질소고정능이 높아진다.

일사량은 질소고정의 에너지원이 되는 광합성산물의 양을 증가시켜 질소고정에 영향을 준다. 콩 개체별 근류의 활성은 꽃눈형성·개화부터 꼬투리 신장기, 씨알(종실)비대 초기까지 높고, 이후 감소하는 것이 일반적이지만, 환경조건이나 품종에 따라 변할 수 있다. 콩이 근류균에 의해 고정된 질소를 많이 공급받는다고 해도 수량성을 높이기 위해서는 화학비료의 시용이 불가피하다. 근류균에 의한 질소고정량은 콩 식물체가 필요로 하는 질소량의 2분의 1에 불과하다. 또한, 재배 중 식물체에 집적한 질소의 약 7∼8할은 종실 수확물로서 포장 밖으로 나가게 되므로, 다른 유기물의 투입이나 상당량의 질소비료를 주지 않으면, 질소부족이 되는 경우가 많다.

영양생리

콩의 전 생육기간 중 가장 많이 흡수하는 비료성분은 질소이며, 다음으로 칼리, 석회, 인산, 마그네슘(고토)의 순이다. 생육시기별로 보면 꽃필때(개화기)까지는 양분흡수가 서서히 이루어지나 개화 후 증가하여 콩알의 발육초기에 줄기와 잎 및 꼬투리에 축적된 질소, 인산, 칼리의 함량이 최대로 되었다가 점차 콩알맹이로 이행한다. 주요 비료 성분별로 비료주기(시비) 효과와 결핍현상을 살펴본다.

가. 질소

개화기를 전후하여 질소의 흡수량이 급격히 높아지는데 식물체내의 질소함량이 낮아지면 꼬투리가 맺히는 비율이 떨어진다. 근류균이 토양공기 중의 질소를 고정하여 작물에 공급하는 양은 10a당 약 10㎏정도인데 이는 식물체가 흡수한 전체 질소의 40∼60%에 해당한다. 그러나 근류균은 콩이 파종된 후 7일이 넘어야 형성되기 시작하고 또 초기 형성 시에는 오히려 질소고정을 위한 에너지원으로 식물체로부터 당을 공급받아야 하므로 초기생육은 더욱 부진하게 된다. 따라서 근류가 형성된 후 적어도 15일이 지나야 식물체에 질소를 공급하게 된다. 근류가 착생하기 전에 소량의 질소비료를 사용하면 콩의 초기 생육량 확보에 유리하여, 그 후의 생육·질소고정을 활발하게 한다. 또 질소의 요구량이 많은 생육후기의 웃거름이나 완효성비료의 사용, 근류 영역과 접촉을 피한 거름주기나 깊이 주기를 통해, 질소고정을 방해하지 않고 질소비료를 이용하는 방법이 있다.

수분스트레스는 질소대사와 근류 활성에 영향을 준다. 수분이 부족하면 식물체의 질소함량이 저하하며, 질소 비료주기(시비)를 통해 가뭄에 의한 수량감소를 줄일 수 있다. 콩 재배 중에 포장이 침수되어 너무 습한 조건이 되면, 콩잎의 질소함량이 다른 무기성분에 비하여 현저히 감소하고 그 결과 수량저하를 유발한다. 

이러한 생육과정에서의 과습피해에서 가장 중요한 점은 질소공급으로 생각되며, 실제 질소비료를 줌으로써 수량감소가 줄어든다고 보고되고 있다. 침수된 포장에서는 뿌리주변의 산소농도가 현저히 줄어들며, 콩은 질소 고정보다 흡수 질소를 이용하는 편이 산소요구량이 적어지게 된다. 이러한 이유로 생육과정에서 과습피해를 받게 되는 경우에는, 질소시비가 과습피해를 줄이는 데 효과가 있다. 

질소시비에 의한 스트레스저항성의 향상은 건조스트레스에 대해서도 인정되고 있다. 콩의 씨알(종실)은 단백질 함량이 높고, 타 작물에 비하여 질소의 요구량이 극히 높은 작물인데, 스트레스를 받으면 식물체 생육에 필요한 충분한 질소흡수가 이루어지지 않는다. 콩의 질소대사에서는 식물체뿐만 아니라 공생관계에 있는 근류중의 질소고정균의 활동도 중요하다. 특히 생육후기에 있어서 콩의 다수확을 위해서는 고정질소를 활용하고, 질소고정을 저해하지 않는 질소시비법과 지력질소  증진법을 개발하는 등 콩의 질소집적량을 증가시키는 것이 중요하다.

나. 인산

인산은 조직성분으로서 세포의 생존에 필수이며, 에너지 대사나 산화환원반응 등의 생명활동에 기본적인 역할을 담당한다. 식물체의 초기생육에 절대적인 것이어서 인산이 부족한 경우에는 식물체의 생육속도가 매우 느리고 뿌리 발달이 매우 빈약하게 된다.

콩에 인산을 시용하면 키가 커지고 원줄기의 마디 수를 증가시키며 가지의 발육을 촉진하고 아래쪽 마디의 꼬투리가 맺는 수를 증가시킨다. 한편, 뿌리발달을 촉진하며 뿌리혹도 증가시키는 역할을 하는데 인산은 생육초기에서부터 씨알비대기까지 유효하다.

특히 근류균이 질소고정을 하기 위해서는 인산의 역할이 크므로 콩에서의 인산요구량도 높고, 부족하면 뿌리혹의 착생과 비대가 방해를 받아, 질소고정량이 감소한다. 외관적인 결핍증이 현저하게 나타나는 경우는 적지만, 잎의 색이 암록색 혹은 청록색을 띠며 생육이 나빠지므로 수량이 감소한다. 그러나 인산의 과잉시용은 직접적인 해는 없지만, 칼슘, 철, 망간, 동 등의 이용을 방해하여, 이러한 양분들의 결핍증을 유발할 위험이 있다.

다. 칼리

칼리는 생리작용의 조절, 세포액의 삼투압유지, pH조정, 효소작용의 조정에 역할을 하며 콩의 생육에 불가결하다. 또 질소화합물이나 당 대사에 관여하고 있다.

콩에서의 흡수량은 질소다음으로 많고, 흡수량의 60％가 씨알로 이동하여 포장 밖으로 나가게 되기 때문에, 결핍을 일으키기 쉬우므로, 당해 연도의 흡수량을 비료주기(시비) 등으로 보충할 필요가 있다. 재배 중 칼리가 부족하면 키가 짧아지고 잎이 작아지며, 누렇게 또는 갈색으로 변한다. 또한 가지의 발육도 나빠지고 성숙이 늦어지며 꽃과 꼬투리의수가 감소하고 콩알맹이가 달리는 것이 불량하여 수량이나 품질이 떨어진다.

겉으로 보기에는 결핍증상이 나타나지 않아도 수량감소로 이어지기 때문에 주의를 요한다. 칼리는 탄수화물의 합성이나 질소대사와 밀접한 관계가 있는데 콩에서 칼리의 요구량은 비교적 많은 편이다. 반면 칼리를 과잉사용하면, 칼슘이나 마그네슘의 흡수를 방해하며, 이러한 양분들의 결핍증을 유발한다.

라. 미량원소

콩에 대한 미량원소들의 효과는 토양의 조건에 따라 다른 것으로 알려져 있다. 그 중에서도 특히 토양산도의 영향이 큰데, 석회암지대의 토양에서 콩을 재배할 경우 철(Fe) 결핍에 의한 황화현상이 많이 나타나며, 철 성분의 결핍현상은 알칼리성 토양, 습하고 통기가 잘 안 되는 토양, 딱딱한 토양, 그리고 서늘한 기후조건에서 많이 발생하고, 이는 철 성분의 액체 비료를 잎에 주어(엽면시비) 어느 정도 회복이 가능하다.

칼슘은 단백질과 결합하여 식물체 조직을 만들고 유지하는 역할을 한다. 특히 꼬투리 형성에 필요하며 흡수량이 많고 부족하면 조직이 약해진다. 체내에서의 이동성이 낮아 씨알(종실)로의 이동이 적기 때문에, 꽃필때(개화기) 부족하면 꽃이나 꼬투리가 떨어져 수량을 감소시킨다. 또한 칼슘을 지나치게 많이 주면 토양 pH를 높여, 인산이나 망간을 활용할 수 없게 하여 결핍을 유발한다.

토양에 따라 망간(Mn)도 콩 생육에 영향을 주는 것으로 인정되는데, 개화초기 또는 꼬투리가 맺는 초기에 엽면시비는 수량을 증가시킨다. 그러나 지나치게 많이 사용할 경우 토양산도가 높은 토양에서는 식물체의 생장이 저해되고, 잎맥 사이에

연녹색 또는 흰 반점이 생기며 심할 경우 잎이 떨어진다.

몰리브덴(Mo)은 잎에서의 질소대사와 근류균의 질소고정을 위하여 필수적인 미량요소로서 산성토양에서는 부족하기 쉽다. 부족하면 식물체의 생장, 꼬투리의 수, 협당립 수, 씨알의 크기, 근류 형성 및 씨알의 단백질 함량을 감소시킨다.

마그네슘(Mg)도 중요한 식물 영양소로서 엽록소 형성에 관여하며, 부족하면 근류균의 질소 고정을 저해한다. 아연(Zn)은 결핍되면 콩잎을 주름지게 하며, 잎맥 사이에 황화현상을 유발하고, 식물체의 생육 저해를 초래하여 줄기길이, 가지 수 및 개화 수의 감소가 발생한다. 콩 재배에 필요한 모든 양분을 가장 활용하기 좋은 토양 pH는 6.0∼6.5 부근이다. 또, 토양이 환원되거나 수분이 과부족하게 되면, 양분의 불용화, 흡수저해, 과잉용출을 초래하며, 장해를 일으키기 쉽다. 양분의 과잉이나 결핍을 방지하는 기본적인 방법은 적정한 비료주기(시비), 토양pH 교정, 유기물시용, 배수대책이나 적절한 물주기(관수) 등으로 보다 토양환경을 조성해 놓는 것이 중요하다.