개념 한 쪽
작물의 물 흡수와 이용은 토양 속 수분의 상태와 식물의 생리적 기작에 따라 결정된다. 뿌리의 능동적 흡수는 세포 내 삼투압 형성에 기인하고, 토양 수분 상태는 pF 값으로 나타내어 식물이 이용 가능한 모관수와 이용 불가한 결합수 등을 구분한다. 작물별 특성에 따라 요수량과 내건성 특성이 달라 수분 관리 방식이 달라진다.
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출제기준 단원 「수질오염」의 공개 문제 3개를 묻는 꼴별로 나누면 이렇습니다.
| 묻는 꼴 | 문제 수 | 무엇을 묻나 |
|---|---|---|
| 능동적 흡수의 기작 판별 | 1 | 뿌리의 능동적 물 흡수 원리를 묻기 |
| pF와 토양수분 상태 대응 | 1 | 최대용수량과 pF 값의 관계를 묻기 |
| 요수량이 작은 작물 판별 | 1 | 작물의 요수량 비교에서 물 이용 효율 근거로 고르기 |
뿌리의 능동적 흡수는 뿌리 세포가 이온을 능동적으로 흡수하여 세포 내 용질 농도를 높이고, 그 결과로 외부 물이 삼투현상으로 세포 내로 이동하는 원리로 설명한다. 능동적 흡수는 에너지 소모와 관련되며 증산작용에 의한 수동적 흡수와 구분하여 이해해야 한다.
pF는 토양 수분의 흡인력(또는 흡수압)을 로그값으로 표시한 척도이며, pF 값이 클수록 토양이 물을 더 강하게 붙잡아 식물이 이용하기 어려워진다. 최대용수량(포수용량) 상태에서는 흡인력이 거의 없다고 보고 pF를 0으로 표현하므로 포화에 가까운 상태는 pF 0으로 기억한다.
토양 속 물은 결합수, 흡착수, 모관수, 중력수 등으로 분류한다. 결합수와 흡착수는 토양 입자에 강하게 결합되어 식물이 이용하기 어렵고, 중력수는 빠르게 빠져나가 식물이 이용하기 어렵다. 반면 모관수(모세관수)는 토양 공극을 따라 이동하며 식물이 주로 흡수하여 생장에 이용하는 유효수분이라고 본다.
요수량은 건물질 1g을 생산하는 데 소비한 물의 양을 의미하며, 작물별 수분 이용 효율에 따라 값이 달라진다. 자료에서는 화본과 작물(예: 옥수수)과 건조지에 적응한 작물(예: 수수)이 요수량이 낮다고 설명하는 항목들이 섞여 있으므로, 시험에서는 '화본과 및 건조지 적응 작물은 상대적으로 요수량이 적다'는 원리를 적용하여 선택 근거로 삼아야 한다.
식물체 내 수분 이동을 지배하는 요소로는 수분퍼텐셜의 구성 항목들이 있으며, 세포 수준에서는 삼투퍼텐셜(삼투압)이 수분 이동에 가장 큰 영향을 미친다. 매트릭퍼텐셜은 토양수의 흡인력과 관련되지만 세포 내 물 이동에서 삼투퍼텐셜이 주된 동력임을 구분해야 한다.
능동적 흡수 관련 문항에서는 '능동적 흡수 = 에너지 사용 = 이온 흡수 → 삼투압 형성 → 물의 유입' 순서를 기준으로 정답을 찾는 것이 안전하다. pF 관련 문항에서는 포화 또는 최대용수량 상태를 pF 0으로 표기하는 지문을 찾으면 정답으로 연결한다. 요수량 관련 선택지는 '화본과 또는 건조지 적응 작물은 요수량이 적다'는 원리를 기준으로 비교 선택하며, 자료 간에 특정 작물명을 직접 대조해야 할 때는 보기에 제시된 작물의 계통과 생태적 특성(화본과, 건조지 적응성 등)을 근거로 판정한다.
뿌리털이 땅속의 물을 흡수하는 능동적 흡수작용은?
정답 ④ · 이 문제는 뿌리털이 땅속의 물을 능동적으로 흡수하는 작용 기작을 묻는 문제이다. 능동적 흡수는 뿌리 세포가 이온을 능동적으로 흡수하여 세포 내 삼투압을 높이면 외부의 물이 농도 차이에 의해 세포 안으로 이동하는 삼투현상에 의해 이루어진다.
뿌리털의 능동적 물 흡수는 세포 내 삼투압 차이에 의한 삼투현상으로 설명된다.
최대용수량에 도달하고 있는 토양의 수분상태를 pF의 값으로 표시하면 약 얼마가 되는가?
정답 ④ · pF는 토양 수분의 에너지적 상태를 나타내는 단위로, 수분이 토양에 강하게 결합할수록 값이 커집니다. 토양의 모든 공극이 물로 채워진 최대용수량(포수용량) 상태는 중력에 의해 물이 빠져나간 직후의 상태이며, 이때의 토양 수분 흡인력은 거의 0에 가깝습니다.
pF는 수분 흡인력의 로그값으로, 최대용수량(포수용량) 상태에서는 중력수만 남고 흡인력이 0이므로 pF 0이다.
다음 중 요수량이 가장 작은 작물은?
정답 ③ · 요수량은 식물체가 1g의 건물질을 합성하기 위해 뿌리로부터 흡수하여 잎을 통해 증산시키는 물의 양을 의미하며, 식물 종에 따라 크게 다릅니다. 일반적으로 벼와 같은 화본과 작물(옥수수 등)은 잎의 구조상 기공이 적고 수분 증발을 최소화하는 구조가 발달하여 요수량이 가장 작습니다.
요수량은 건물질 1g 생산에 필요한 물 양으로, 화본과 작물이 잎 구조상 가장 작다.
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