딸기 광합성의 원리와 일사량·CO₂·온도·기공의 관계

딸기의 잎은 단순히 식물체의 크기를 만드는 기관이 아니다. 잎에서는 빛에너지를 이용하여 이산화탄소와 물로부터 유기물을 만들어내는 광합성이 이루어진다. 이렇게 만들어진 동화산물은 새로운 잎과 뿌리의 성장뿐만 아니라 꽃과 과실의 발달에도 이용된다. 따라서 딸기의 생육과 생산성을 이해하기 위해서는 광합성의 기본 원리를 이해하는 것이 중요하다.

시설에서 재배하는 딸기의 광합성은 한 가지 환경요인만으로 결정되지 않는다. 일사량이 증가하더라도 이산화탄소가 부족하거나 기공이 충분히 열리지 않으면 광합성이 제한될 수 있다. 반대로 이산화탄소 농도가 충분하더라도 빛이 부족하면 이를 충분히 이용하기 어렵다. 온도 역시 광합성과 호흡에 영향을 준다. 결국 일사량과 CO₂, 온도와 기공의 상태를 서로 연결해서 살펴봐야 한다.

딸기 광합성의 원리와 잎의 역할

광합성은 식물이 빛에너지를 이용하여 이산화탄소와 물로부터 유기물을 만드는 과정이다. 딸기에서는 주로 잎이 이러한 역할을 담당한다. 잎에서 만들어진 동화산물은 식물체 내부를 이동하면서 생장과 과실 발달 등에 사용된다.

광합성이 활발하게 이루어지려면 먼저 잎에 충분한 빛이 도달해야 한다. 동시에 뿌리에서 물이 공급되어야 하며 공기 중의 이산화탄소가 잎 내부로 들어갈 수 있어야 한다. 따라서 광합성은 잎 하나만의 기능이라기보다 뿌리의 수분흡수와 온실의 환경조건까지 연결된 과정이라고 할 수 있다.

또한 모든 잎이 항상 동일한 광합성 능력을 가지는 것은 아니다. 잎의 발달상태와 주변 환경 등에 따라 광합성 능력이 달라질 수 있다. 따라서 딸기를 재배할 때 단순히 잎의 수를 늘리는 것보다 정상적인 기능을 하는 잎이 충분한 빛을 받을 수 있도록 관리하는 것이 중요하다.

딸기 광합성과 일사량의 관계

빛은 광합성에 필요한 에너지를 제공한다. 일반적으로 빛이 매우 부족한 상태에서는 광량이 증가함에 따라 순광합성률도 증가한다. 그러나 광량을 계속 증가시킨다고 광합성률이 같은 비율로 무한정 증가하는 것은 아니다. 일정 수준을 지나면 증가폭이 감소하고 결국 광포화에 가까워진다.

국내 주요 품종인 설향을 대상으로 실시한 연구에서도 이러한 광반응이 확인됐다. 연구에서는 엽온 25℃와 CO₂ 400 μmol/mol 조건에서 설향의 순광합성률이 약 1,750~2,000 μmol/m²/s PPFD 부근에서 광포화에 접근하는 것으로 나타났다. 이는 설향이 상당히 높은 광량까지 광합성에 이용할 수 있음을 보여주는 결과다. 다만 이 수치는 특정 실험조건에서 측정된 결과이므로 실제 온실의 모든 상황에 그대로 적용할 수 있는 절대적인 기준은 아니다.

시설재배에서는 피복재와 골조, 스크린, 잎의 겹침 등으로 외부에서 들어온 빛의 일부가 감소한다. 특히 겨울철에는 자연 일사량 자체가 부족해질 수 있다. 따라서 광합성을 관리할 때는 외부 일사만 보는 것이 아니라 실제 작물 군락에 어느 정도의 빛이 도달하는지를 함께 고려해야 한다.

딸기 광합성과 CO₂의 관계

이산화탄소는 광합성에 직접 사용되는 중요한 원료다. 잎의 기공을 통해 들어온 CO₂는 광합성 과정에서 유기물을 만드는 데 이용된다. 따라서 충분한 빛이 존재하는 환경에서는 CO₂ 농도가 광합성을 제한하는 요인이 될 수 있다.

설향 연구에서는 PPFD 1,200 μmol/m²/s, 엽온 25℃ 조건에서 CO₂ 농도를 높였을 때 순광합성률이 증가했고, 실험범위인 1,400 μmol/mol까지도 명확한 포화가 나타나지 않았다. 1,400 μmol/mol에서 측정된 순광합성률은 400 μmol/mol 조건보다 크게 높았다. 이는 빛이 충분한 환경에서 CO₂ 공급이 광합성에 상당한 영향을 줄 수 있다는 것을 보여준다.

그러나 CO₂를 많이 공급하면 항상 같은 효과가 나타난다고 해석해서는 안 된다. 다른 딸기 품종을 이용한 연구에서도 CO₂ 증가에 따른 광합성 증가가 확인됐지만 그 반응은 광량과 품종, 재배환경에 따라 달라졌다. 따라서 CO₂ 관리는 일사량과 환기상태 등을 함께 고려해야 한다.

딸기 광합성과 온도·기공의 관계

광합성에는 여러 생화학적 반응이 포함되어 있기 때문에 온도의 영향을 받는다. 온도가 지나치게 낮으면 관련 반응이 느려질 수 있고 지나치게 높은 온도에서도 광합성 효율이 저하될 수 있다. 따라서 광합성이 가장 활발하게 이루어지는 온도범위가 존재하지만 그 범위는 품종과 생육환경 등에 따라 달라질 수 있다.

설향 연구에서는 PPFD 1,200 μmol/m²/s와 CO₂ 400 μmol/mol의 측정조건에서 순광합성률의 최적 엽온이 약 29℃로 나타났다. 다만 19~31℃ 범위에서는 순광합성률 차이가 크지 않았다. 따라서 이 결과를 보고 온실의 적정온도를 항상 29℃로 설정해야 한다고 해석하는 것은 잘못이다. 이것은 특정 조건에서 잎 하나의 순간적인 가스교환을 측정한 연구결과이며 실제 재배온도 결정에는 호흡과 생육단계, 과실품질 등 다른 요소도 함께 고려해야 한다.

기공 역시 중요하다. 기공이 열리면 CO₂가 잎 내부로 들어갈 수 있지만 동시에 수분도 수증기 형태로 빠져나간다. 따라서 지나치게 건조하거나 수분이 부족한 환경에서는 식물이 수분손실을 줄이기 위해 기공을 닫을 수 있으며 이 경우 CO₂ 유입도 제한될 수 있다. 결국 광합성을 안정적으로 유지하려면 빛과 CO₂만 높이는 것이 아니라 뿌리의 수분공급과 습도, VPD 등 기공의 움직임에 영향을 주는 환경까지 함께 관리해야 한다.

딸기의 광합성은 일사량과 CO₂, 온도, 기공이 서로 영향을 주면서 결정된다. 빛이 충분하더라도 CO₂나 수분이 제한되면 광합성이 충분히 이루어지지 않을 수 있고 CO₂가 충분해도 빛이 부족하면 효과가 제한될 수 있다. 따라서 시설 딸기재배에서는 하나의 환경수치만 최대화하기보다 여러 환경요인을 균형 있게 관리하는 것이 중요하다. 광합성의 이러한 원리를 이해하면 일사에 따른 온도관리와 CO₂ 공급, 관수 및 환기전략을 보다 합리적으로 설정하는 데 도움이 된다.

 

참고문헌 및 연구자료 - ① Hidaka, K. et al. (2013). “Effect of Supplemental Lighting from Different Light Sources on Growth and Yield of Strawberry.” Environment Control in Biology, 51(1), 41-47. DOI: 10.2525/ecb.51.41. ② Hidaka, K. et al. (2022). “Crop-local CO₂ enrichment improves strawberry yield and fuel use efficiency in protected cultivations.” Scientia Horticulturae, 301, 111104. DOI: 10.1016/j.scienta.2022.111104. ③ Wang, S.Y. & Camp, M.J. (2000). “Temperatures after bloom affect plant growth and fruit quality of strawberry.” Scientia Horticulturae, 85(3), 183-199. DOI: 10.1016/S0304-4238(99)00143-0.