현재에도 우리는 식물과 함께 생활하고 있습니다. 지구 수분의 10% 이상이 증산에 비롯된다는 것을 아시나요? 식물에게 있어서 증산은 중요한 과정 중 하나입니다. 이러한 식물의 증산작용의 뜻과 원리 그리고 증산 속도에 영향을 미치는 요인에 대해서 알아보겠습니다.
증산작용 뜻
증산작용의 뜻을 알아보자면 간단히 말해 식물이 뿌리에서 흡수한 물을 대부분의 광합성과 팽압 유지 등 필요한 여러 생활 작용에 쓰입니다. 그중 일부는 기공을 통해 기체 상태로 배출되는데 이를 증상 작용이라 말한다. 즉, 식물을 통한 물의 이동과 잎 그리고 줄기 및 꽃과 같은 공중 부분에서 증발하는 과정을 일컫는다.
증산작용 원리
증산은 실물의 공중 부분에서 수증기의 형태로 물이 손실되는 생물학적 과정을 말합니다. 이 과정에서 기공 증산과 렌티큘러 증산 그리고 큐티큘러 증산 등 세 가지 유형으로 나누어집니다. 식물도 살아있는 유기체로써 몸에서 과도한 수분을 배출하기 위해 배출 시스템이 필요하게 되는데요. 일반적으로 잎 표면에서 물이 증발하는 것이 이에 해당합니다. 이를 통해 세포의 삼투압을 변화시키고, 미네랄 영양소의 흐름을 가능하게 합니다.
기공 증산
식물의 기공에서 물이 증발하는 것을 말하며, 대부분의 식물은 이러한 방식으로 증산됩니다. 잎 표면 근처에서 기공이 열리면 이때 물은 증기로 변하고 증발한다.
렌티큘러 증산
렌티셀은 가지와 나뭇가지 껍질의 미세한 구멍을 뜻하는데 식물의 렌티셀에서 물이 증발하는 것은 렌티큘러 증산으로 알려져 있다. 이 렌티셀은 모든 식물에 존재하는 것은 아니지만 렌티셀을 통해 최소한의 물이 손실됩니다.
큐티큘러 증산
식물의 표피에서 물이 증발하는 것을 말합니다. 식물의 잎 표면에 있는 왁스 덮개를 말하며, 잎에서 나오는 수분의 약 5~10%는 피부 증산을 통해 손실됩니다. 기공이 닫혀 있는 건조한 상태에서 큐티클을 통해 더 많은 물이 배출된다.
증산작용 연구 사례
미국 식물학 저널에 의하면 녹색 물푸레나무, 부채선인장, 소나무 및 해바라기 식물에 대한 흡수 및 증산 속도를 동시에 측정했다고 한다. 부채선인장의 경우 오후 6시부터 10시까지 최대 증산 속도를 갖는 다른 종과 달랐으며 다른 종에서는 최대 증산 속도가 정오 근처에서 발생했다. 흡수는 모든 종에서 거의 같은 정도로 증산에 뒤처져 있으며, 이는 목본, 초본 및 다육 식물 종 사이에 특징적인 차이가 없음을 나타낸다.
해바라기의 경우 잎의 수분 함량 시간이 최대 증산 시간과 거의 일치함을 보였으며, 잎의 수분 함량이 가장 높은 시기는 증산율이 증가하기 몇 시간 전인 한밤중이었다. 이러한 실험의 결과는 흡수와 증산 사이의 밀접한 관계를 강조한다. 따라서 밤이 되면 기공의 폐쇄가 갑자기 증산을 억제하지만, 흡수를 조절하는 포화 결핍이 바로 충족되지 않기 때문에 증산보다 흡수가 느리게 감소한다.
증산작용이 잘 일어나는 조건
- 햇빛이 가장 강할 때
- 바람이 많이 불고 공기 흐름이 원활할 때
- 온도가 높을 때
- 습도가 낮으면서 건조할 때
- 식물의 수분량이 많을 때
증산 속도에 영향을 미치는 요인
- 온도 증가 (높은 온도)
- 습도 하강 (낮은 습도)
- 공기의 움직임 증가 (통풍이 잘 되는 환경)
- 광도 증가 (광량 증가)
증산 속도는 어두운 조건보다 빛 속에서 더 빨리 증산작용이 일어난다. 이유는 빛이 기공의 개방을 자극하기 때문인데 이때 식물은 온도가 상승함에 따라 물이 더 빨리 증발하기 때문에 더 높은 온도에서 더 빠르게 증산하는 특징이 있다.
기공
기공은 수증기가 식물을 떠나 이산화탄소가 들어가는 곳에서 가스 교환을 허용하는 입의 구멍을 말합니다. 이때 가드 셀이라고 불리는 특수 세포는 각 기공의 계폐를 제어하는데요. 기공이 열려 있을 때, 증발하는 것이 증가하고 반대로 닫히면 증산율이 감소하게 됩니다.
경계층
잎의 표면을 감싸고 있는 얇은 층을 말합니다. 이 공기층은 움직이지 않으며, 증산이 일어나기 위해서는 기공을 떠나는 수증기가 이 움직이지 않는 층을 통해 확산되어 대기에 도달해야 하며, 대기는 공기의 이동에 의해 수증기가 제거됩니다. 경계층이 클수록 증산 속도가 느려집니다.
큐티클
식물의 모든 지상 조직에 존재하는 왁스 층이며, 잎에서 물이 이동하는 것을 막는 장벽 역할을 합니다. 큐티클은 왁스로 만들어졌기 때문에 소수성 또는 '발수성'을 가지고 있습니다. 따라서 물은 쉽게 통과하지 못하게 됩니다. 잎 표면의 큐티클층이 두꺼울수록 증산 속도가 느려지게 되는데 이때 큐티클 두께는 식물종에 따라 크게 달라지게 된다. 일반적으로 덥고 건조한 기후의 식물은 서늘하고 습한 기수의 식물보다 큐티클이 두껍고 직사광선 아래에서 자라는 잎은 그늘 조건에서 자라는 잎보다 큐티클이 훨씬 더 두껍습니다.
상대 습도
상대 습도(RH)는 주어진 온도에서 공기가 보유할 수 있는 수증기의 양과 비교하여 공기 중 수증기의 양을 뜻합니다. 이때 수분이 공급된 잎은 비 오는 날의 대기와 마찬가지로 RH가 100%에 가깝다는 것인데요. 대기 중 수분이 감소하면 물이 잎에서 대기로 이동하는 구배가 생성됩니다. RH가 낮을수록 대기의 습도가 낮아져 증산의 원동력이 커진다. 반대로 높으면 대기에 더 많은 수분이 포함되어 증산의 원동력이 감소한다.
온도
온도는 식물에게 직접적인 영향을 미친다기보다는 식물 밖으로 수분을 이동시키는 원동력의 크기에 큰 영향을 미친다. 온도가 상승함에 따라 해당 공기의 수분 보유 용량이 급격히 증가하며, 물의 양은 변하지 않고 물을 보유하는 공기의 능력만 변하게 된다. 따라서 따듯한 공기는 증산의 원동력을 증가시키고 차가운 공기는 오히려 감소시킨다.
토양물
증산을 위한 물의 원천은 토양에서부터 나오게 됩니다. 적절한 토양 수분을 가진 식물은 토양이 식물을 통해 이동할 수 있는 물을 제공하기 때문에 일반적으로 높은 속도로 증산합니다. 식물은 토양이 매우 건조하면 시들지 않고 계산 증산할 수 없습니다. 건조한 상태가 계속 유지되면 탄력을 잃고 기공이 닫히게 된다. 또한 건조함이 지속되면 식물은 시들기 시작합니다. 즉, 수분 손실을 보충하지 않으면 빠르게 증산할 수가 없다.
빛
기공은 빛에 의존하는 과정에서 이산화탄소를 사용할 수 있도록 광합성을 하게 됩니다. 기공은 대부분의 식물에서 닫혀있습니다. 새벽에 빛의 수준이 매우 낮으면 기공이 열려 태양이 잎에 닿자마자 광합성을 위해 이산화탄소에 접근할 수 있다. 기공은 청색광에 매우 민감하며, 청색광은 일출 시 주로 빛을 발합니다.
바람
바람은 나뭇잎 표면을 감싸고 있는 수증기 층인 경계층을 제거하여 증산 속도를 변경할 수 있다. 바람은 경계층을 감소시킬 때 비로소 잎 표면에서 물의 이동을 증가시키는데 이는 물이 대기에 도달하는 경로가 더 짧기 때문이다.
증산작용이 일어나는 부분
잎의 뒷면의 기공에서 증산작용이 일어납니다. 뿌리를 통해 흡수된 물이 사용되고 남을 경우, 이때 기체가 되어 잎의 기공을 통해 대기 중으로 빠져나가게 됩니다. 증산은 식물의 기공을 통해서만 일어나며, 기공은 주로 식물의 잎에서 발견되지만 일부 줄기에서도 발견될 수 있습니다. 간단히 말하자면 식물의 잎에서 물이 방출되는 과정을 말합니다. 잎에는 여분의 물을 함유하고 있는 엽록소가 있는데 주로 녹색 식물인 엽록소가 함유된 식물에서만 발생합니다. 제일 많은 증산이 일어나는 곳은 잎의 아래쪽 표면에서 발생한다.
증산과 증발의 차이점
물이 순환하는 과정에서 물이 증발하거나 식물이 증산할 때 시작되며, 증발은 지표수에서 발생하는 반면 증산은 식물에서 발생합니다. 증발은 물의 상태가 액체에서 기체로 변하는 것을 뜻한다.
결론
이처럼 식물의 증산작용은 실제 눈으로 보이지는 않지만 우리 생활에 있어서는 중요한 역할을 하고 있습니다. 우리 일상생활에서 식물이 예전에 비해 점점 줄어들고 있는 것이 조금 안타까울 따름입니다. 만약 식물을 키울 때 증산작용에 대해 알고 있으면 도움이 될 수 있습니다.
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