높은 N 가용성은 옥수수의 제한된 물 가용성 하에서 N 흡수 및 수확량을 감소시킵니다.

Apr 13, 2024

Scientific Reports 13권, 기사 번호: 14269(2023) 이 기사 인용

측정항목 세부정보

물과 질소(N)는 전 세계적으로 식물 생산성을 가장 제한하는 요소이지만, 물 가용성이 농업 시스템의 N 역학에 어떻게 영향을 미치는지에 대한 중요한 이해가 부족합니다. 식물 성장, N 수요 및 식물 흡수에 대한 물과 N의 상호 작용으로 인해 물이 제한될 때 식물 N 요구 사항은 특히 불확실합니다. 우리는 미국 콜로라도 북동부의 반 건조 시스템 내에서 지상 및 지하 성장, 물 생산성, N 생산성, N 흡수, N 회수 및 온실 가스 배출을 포함하여 식물 성장 및 N 이동에 대한 N 적용 및 물 가용성의 영향을 조사했습니다. 적당히 높은 토양 N 가용성은 물리적 독성의 징후가 없음에도 불구하고 제한된 물 가용성과 전체 물 가용성 모두에서 곡물 수확량과 새싹 성장을 저하시켰으며 유해한 N 손실의 추가 위험이 발생했습니다. 낮은 N 가용성 하에서 지상 조직의 식물 N 농도는 전체 및 제한된 물 가용성 모두에서 낮은 N 처리에 적용된 것보다 N의 더 큰 회수를 보여주었습니다. 이러한 향상된 복구는 식물 토양 채집과 이러한 조건에서 자원 가용성을 관리하는 프로세스를 더 잘 이해해야 할 필요성을 강조합니다. 마지막으로, 제한된 물 가용성은 모든 N 처리에 걸쳐 N 흡수를 감소시켰고 시즌이 끝날 때 전체 물 가용성보다 토양 프로필 깊은 곳에 토양 질산염(NO3−)을 30% 더 많이 남겼습니다. 우리의 결과는 식물의 N 요구가 물 사용과 선형적으로 관련되어 있지 않으며 물과 N 상호 작용, 이러한 자원에 대한 식물 채집, 식물에 N을 사용할 수 있게 만드는 과정의 역학에 대한 통합적인 이해의 필요성을 강조한다는 것을 보여줍니다.

식량 수요 증가와 농업용수 가용성 감소는 농업용수 사용 효율성을 개선해야 할 중요한 필요성을 시사합니다1. 높은 비료 비용과 수질 저하 및 온실가스 배출을 비롯한 여러 가지 부정적인 환경 영향으로 인해 N 입력을 최적화해야 하는 동시적인 필요성이 있습니다2. 옥수수(Zea mays)는 물과 질소 공급으로 인해 종종 제한되는 세계적으로 중요한 작물입니다. 콜로라도 동부에서는 옥수수가 주요 관개 작물입니다. 그러나 지하수 고갈, 다양한 적설량, 증가하는 도시 및 산업 용수 수요로 인해 지역 전체의 물 공급에 부담이 가중되고 있습니다3,4,5,6. 물과 질소 관리 문제는 자주 동시에 발생하기 때문에 이러한 요소를 동시에 고려하는 연구는 자원 사용 효율성을 향상하고 환경 영향을 줄이는 데 큰 가능성을 제공합니다.

물 가용성의 시기는 식물 물 생산성(작물이 사용하는 물 단위당 식물 수확량)에 영향을 미칩니다. 왜냐하면 식물 번식은 종종 수분 및 종자 설정과 같은 특정 성장 단계에서 물 제한에 더 민감하기 때문입니다7,8,9,10. 반대로, 옥수수 곡물 수확량은 영양 단계에서 물 제한을 경험할 때, 특히 식물 설립 및 초기 성장이 안정된 후 후기 영양 단계 동안 영향을 덜 받는 것으로 나타났습니다7, 8. 그러나 물 제한과 그 시기도 새싹과 뿌리 시스템 발달에 영향을 미칩니다. 이는 결국 플랜트 N 요구 사항에 영향을 줄 수 있습니다.

식물 성장, 식물 N 수요 및 식물 흡수에 대한 물과 N의 상호 작용으로 인해 물이 제한될 때 식물 N 요구 사항은 불확실합니다. 예를 들어 제한된 물 가용성 하에서 자란 식물은 일반적으로 영양 바이오매스가 특히 뿌리 시스템에 비례하여 더 적습니다. 왜냐하면 새싹의 세포 확장은 뿌리의 세포 확장보다 물 제한에 더 민감하기 때문입니다11. 뿌리:싹 할당의 결과적인 변화는 반대로 토양 자원에 대한 채집을 증가시키면서 N에 대한 식물 수요를 감소시킬 수 있습니다. 동시에 뿌리가 N을 흡수하는 능력은 물 가용성에 따라 달라지므로12 토양 수분이 낮으면 N 흡수가 잠재적으로 방해받을 수 있습니다. 물이 제한된 옥수수의 N 관리를 최적화하고 물 제한 하에서 최대 성장과 수확량을 달성할 수 있는 N의 감소를 결정하기 위한 상당한 노력이 이루어져 왔습니다. 그러나 물 제한 하에서 옥수수에 대한 N 적용의 최적 감소를 결정하는 것은 간단하지 않습니다. 일부 연구에서는 물 제한 중에 적용되는 추가 N이 옥수수 곡물 수확량과 물 사용 효율성을 증가시킬 수 있다고 제안합니다14, 18,19,20.