뜨거운 세계에서 식물 키우기

 

 

뜨거운 세계에서 식물 키우기

 

ARS 연구자들은 기후 변화에 대한 식물의 반응을 연구하고 있습니다

 

농부들은 열 스트레스와 가뭄이 식물에 악영향을 미친다는 것을 잘 알고 있습니다. 하지만 이러한 조건에서 식물에 정확히 어떤 일이 일어나며, 우리는 이에 대해 무엇을 할 수 있을까요? 대기 중 이산화탄소(CO2) 증가, 온난화, 불규칙한 날씨 변화가 예상되는 미래를 대비하기 위해 이러한 질문은 점점 더 시급해지고 있습니다.

 

미국 농업연구청(ARS) 연구자들은 이러한 스트레스 요인에 대한 식물의 반응을 보다 자세히 이해하기 위해 연구를 시작했으며, 첫 번째 실험 대상으로 토마토를 선택했습니다. 토마토는 높은 비용과 높은 가치 때문에 온실에서 자주 재배되는 작물입니다. 연구를 주도한 제니퍼 볼트(Jennifer Boldt) 박사는 오하이오주 우스터(Wooster)와 톨레도(Toledo)에 위치한 응용기술연구소(Application Technology Research Unit) 소속 연구 원예학자로서, 고 터널(high tunnel), 온실, 실내 수직 농장, 창고, 컨테이너 농장 등 제어된 환경에서 재배되는 작물을 연구하고 있습니다.

 

“이 연구의 핵심은 다양한 환경 조건이 식물의 뿌리를 통한 영양소 흡수에 어떤 영향을 미치고, 그것이 식물의 성장과 품질에 어떤 의미를 갖는지를 탐구하는 것입니다.”

– 제니퍼 볼트

기후 변화가 식물에 미치는 영향

 

이전 연구에 따르면 열, 높은 CO2 농도, 가뭄 등의 조건은 식물의 기능에 변화를 준다는 것이 밝혀졌습니다. 하지만 이 모든 요인이 동시에 작용할 때 식물에 어떤 영향을 미치는지에 대한 연구는 거의 이루어지지 않았습니다.

 

볼트 박사는 다음과 같이 설명합니다.

 

“우리는 개별적인 요소만을 따로 보지 않고, 여러 가지 요인이 동시에 변화할 때 어떤 일이 일어나는지 연구했습니다. 예를 들어, 높은 온도와 높은 CO2 또는 가뭄과 높은 CO2가 함께 작용할 때 말이죠.”

 

그 결과, 가뭄과 높은 CO2가 동시에 발생했을 때, 식물은 영양소를 충분히 흡수하지 못한다는 것이 밝혀졌습니다. 이로 인해 잎의 질소(N)와 인(P) 농도가 낮아졌으며, 이는 식물의 성장과 영양가에도 영향을 미쳤습니다.

 

“질소는 단백질의 주요 구성 요소입니다. 식물에 질소가 부족하면 잎이 덜 푸르게 변하고, 성장 속도가 느려지며, 먹을 수 있는 부분의 영양 가치도 감소하게 됩니다.”

 

이러한 변화는 식물이 환경에 반응하는 방식과 관련이 있습니다. 현재의 CO2 농도에서는 식물이 일정한 속도로 성장하고 질소를 흡수하면서 균형을 유지합니다. 하지만 CO2 농도가 증가하면 식물의 성장 속도는 빨라지지만, 질소 흡수율은 같은 속도로 증가하지 않기 때문에 질소 비율이 상대적으로 낮아지는 현상이 나타납니다.

연구 방법 및 발견

 

볼트 박사는 톨레도 대학교 연구진과 협력하여 식물이 왜 질소를 덜 흡수하는지를 더 깊이 조사했습니다. 연구진은 환경 조건이 식물 조직 내 영양소에 영향을 미칠 수 있다는 것은 알고 있었지만, 그것이 토양에서 영양소를 덜 흡수하기 때문인지, 아니면 식물 내부에서 영양소 이동에 문제가 발생했기 때문인지는 명확하지 않았습니다.

 

연구 결과, 높은 CO2와 열이 함께 작용하면 토마토 잎이 더 수직으로 정렬되는 경향이 있다는 것이 밝혀졌습니다.

 

“보통 식물의 잎은 가로 방향으로 펼쳐져 햇빛을 최대한 많이 받을 수 있도록 합니다. 하지만 스트레스를 받으면 잎이 수직으로 올라가면서 햇빛을 덜 받게 되고, 이는 광합성 효율을 떨어뜨립니다. 결국, 식물은 영양소를 덜 흡수하게 되는 것입니다.”

 

또한, 볼트 박사는 이러한 결과가 다른 작물에도 동일하게 적용되는지를 확인하기 위해 **보리, 옥수수, 대형 블루스템(초원 풀의 일종)**을 대상으로 연구를 확장했습니다. 연구 결과, 모든 작물에서 환경 변화로 인해 영양소 흡수가 저하되었으며, 작물 종류에 따라 그 영향이 다르게 나타났습니다.

농부들은 어떻게 대응할 수 있을까?

 

이러한 연구 결과를 바탕으로 볼트 박사는 비료를 추가하는 것이 해결책이 아닐 수 있다고 지적합니다. 왜냐하면 문제는 식물이 토양에서 영양소를 흡수하는 능력 자체가 아니라, 흡수한 영양소를 내부에서 활용하는 방식 때문입니다.

 

따라서 농부들이 할 수 있는 최선의 방법은 영양소를 더 잘 활용할 수 있도록 작물을 개량하는 것입니다. 볼트 박사는 이를 위해 육종가들이 새로운 품종을 개발하는 것이 중요하다고 강조합니다.

 

“우리 연구의 궁극적인 목표는, 앞으로 더 뜨거워지고 CO2와 가뭄이 증가하는 환경에서도 영양소를 효과적으로 활용할 수 있는 식물 품종을 개발하는 것입니다.”

 

🌱 미래 농업을 대비한 연구

볼트 박사의 연구는 앞으로 기후 변화가 심화될 것으로 예상되는 환경에서 농업 생산성을 유지하기 위한 중요한 단서를 제공합니다. 이를 통해 더운 날씨, 높은 CO2, 가뭄 속에서도 건강하게 자라는 작물을 개발하는 데 기여할 수 있을 것으로 기대됩니다.

 

[원문]

https://www.ars.usda.gov/oc/dof/growing-plants-in-a-hotter-world/