Potassium Physiology of Upland Crops

밭 작물(作物)의 가리(加里) 생리(生理)

The physiological and biochemical role of potassium for upland crops according to recent research reports and the nutritional status of potassium in Korea were reviewed. Since physical and chemical characteristics of potassium ion are different from those of sodium, potassium can not completely be replaced by sodium and replacement must be limited to minimum possible functional area. Specific roles of potassium seem to keep fine structure of biological membranes such as thylacoid membrane of chloroplast in the most efficient form and to be allosteric effector and conformation controller of various enzymes principally in carbohydrate and protein metabolism. Potassium is essential to improve the efficiency of phoro- and oxidative- phosphorylation and involve deeply in all energy required metabolisms especially synthesis of organic matter and their translocation. Potassium has many important, physiological functions such as maintenance of osmotic pressure and optimum hydration of cell colloids, consequently uptake and translocation of water resulting in higher water use efficiency and of better subcellular environment for various physiological and biochemical activities. Potassium affects uptake and translocation of mineral nutrients and quality of products. potassium itself in products may become a quality criteria due to potassium essentiality for human beings. Potassium uptake is greatly decreased by low temperature and controlled by unknown feed back mechanism of potassium in plants. Thus the luxury absorption should be reconsidered. Total potassium content of upland soil in Korea is about 3% but the exchangeable one is about 0.3 me/100g soil. All upland crops require much potassium probably due to freezing and cold weather and also due to wet damage and drought caused by uneven rainfall pattern. In barley, potassium should be high at just before freezing and just after thawing and move into grain from heading for higher yield. Use efficiency of potassium was 27% for barley and 58% in old uplands, 46% in newly opened hilly lands for soybean. Soybean plant showed potassium deficiency symptom in various fields especially in newly opened hilly lands. Potassium criteria for normal growth appear 2% $K_2O$ and 1.0 K/(Ca+Mg) (content ratio) at flower bud initiation stage for soybean. Potassium requirement in plant was high in carrot, egg plant, chinese cabbage, red pepper, raddish and tomato. Potassium content in leaves was significantly correlated with yield in chinese cabbage. Sweet potato. greatly absorbed potassium subsequently affected potassium nutrition of the following crop. In the case of potassium deficiency, root showed the greatest difference in potassium content from that of normal indicating that deficiency damages root first. Potatoes and corn showed much higher potassium content in comparison with calcium and magnesium. Forage crops from ranges showed relatively high potassium content which was significantly and positively correlated with nitrogen, phosphorus and calcium content. Percentage of orchards (apple, pear, peach, grape, and orange) insufficient in potassium ranged from 16 to 25. The leaves and soils from the good apple and pear orchards showed higher potassium content than those from the poor ones. Critical ratio of $K_2O/(CaO+MgO)$ in mulberry leaves to escape from winter death of branch tip was 0.95. In the multiple croping system, exchangeable potassium in soils after one crop was affected by the previous crops and potassium uptake seemed to be related with soil organic matter providing soil moisture and aeration. Thus, the long term and quantitative investigation of various forms of potassium including total one are needed in relation to soil, weather and croping system. Potassium uptake and efficiency may be increased by topdressing, deep placement, slow-releasing or granular fertilizer application with the consideration of rainfall pattern. In all researches for nutritional explanation including potassium of crop yield reasonable and practicable nutritional indices will most easily be obtained through multifactor analysis.

밭 작물에 대(對)한 칼리의 생리(生理) 및 생화학적(生化學的) 역할(役割)을 최근(最近) 연구결과(硏究結果)를 중심(中心)으로 검토(檢討)하였으며 우리나라 밭 작물(作物)의 가리영양(加里營養) 현황(現況)을 살펴봤다. 칼리이온의 물리화학적(物理化學的) 특성(特性)은 Na에 의(依)하여 완전(完全) 대체(代替) 불가능(不可能)함을 보이며 대부분(大部分)의 작물(作物)에서 Na의 K대체(代替)는 불가피(不可避)한 대체기능(代替機能)에 대(對)한 부분적(部分的) 대체(代替)에 불과(不過)한 것 같다. 칼리의 특이성(特異性)은 엽록체(葉綠體) thylacoid막(膜)과 같은 미세구조(微細構造)를 효율적(效率的) 구조(構造)로 유지(維持)하며 주(主)로 탄수화물(炭水化物)과 단백질(蛋白質) 대사(代謝)에 관계(關係)하는 제효소(諸酵素)들의 allosteric effector로, 효율적(效率的) conformation의 유지자(維持者)로 작용(作用)하는 것으로 보였다. 광인산화(光燐酸化) 반응(反應)과 산화적(酸化的) 인산반응(燐酸反應) 등(等) energy 대사(代謝)에 필수적(必須的) 존재(存在)로서 유기물(有機物)의 합성(合成)과 전류등(轉流等) 광범(廣範)한 energy 의존(依存) 생리작용(生理作用)에 관여(關與)하고 있다. 칼리는 삼투압(渗透壓) 및 교질(膠質)의 가수도(加水度)를 유지(維持)하여 수분흡수(水分吸收) 및 전류(轉流)의 동인(動因)으로 작용(作用)하여 생리작용(生理作用)의 최적환경(最適環境)을 만들며 수분효율(水分效率)을 높인다. 칼리는 무기양분(無機養分)의 흡수(吸收)와 체내분포(體內分布)에 영향(影響)을 주고 생산물의 품질향상(品質向上)에도 영향을 주며 생산품의 K함량자체(含量自體)가 인체(人體)에서의 K의 중요성(重要性)으로 품질평가(品質評價)의 기준(基準)이 될 것 같다. 칼리의 흡수(吸收)는 저온(低溫)에 의(依)해 크게 저해(沮害)받으며 내부(內部) 칼리 함량에 의(依)한 부(否)의 feedback기작(機作)이 있어서 칼리의 사치흡수는 재평가(再評價)되어야 할 것으로 보였다. 우리나라 토양(土壤)의 전가리(全加里)는 약(約) 3%이나 치환성(置換性)은 0.3me/100g으로 동해(凍害), 한해(寒害)와 불균일(不均一)한 강우(降雨)로 인(因)한 습해(濕害), 한해(旱害) 등(等)으로 모든 밭 작물(作物)에서 요구도(要求度)가 컸다. 대맥(大麥)은 결빙직전(結氷直前) 및 해빙(解氷) 직후(直後)의 K영양(營養)이 수량(收量)과 유의성(有意性) 상관(相關)을 보이며 곡실(穀實)로 많이 전류(轉流)되는 것이 좋았다. 대맥(大麥)의 가리이용률(加里利用率)은 27%, 대두(大豆)는 숙전(熟田)에서 58% 개간지(開墾地)에서 46%였다. 대두(大豆)는 야산(野山) 개발지(開發地)에서 특(特)히 가리(加里) 결핍증상(缺乏症狀)을 많이 보였으며 화아분화기(花芽分花期)에 엽(葉) 중(中) $K_2O$ 2% 이상(以上) K/(Ca+Mg) (함량비(含量比))비(比)는 1.0 이상(以上)이어야 할 것 같다. 고구마는 가리흡수력(加里吸收力)이 커서 후작(後作)의 K영양(營養)에 크게 영향(影響)을 주었다. 감자와 옥수수는 Ca와 Mg에 비(比)해 K가 특히 높았다. 가리결핍(加里缺乏) 고구마는 뿌리에서 K농도 차이가 가장 컸다. 당근, 가지, 배추, 고추, 무우, 도마도가 가리(加里) 함량(含量)이 많았으며 배추 수량(收量)은 가리(加里)와 정상관(正相關)이었다. 사료작물(飼料作物)의 가리(加里) 함량(含量)은 비교적(比較的) 높은 편이었으며 식물체(植物體) 중(中) N, P, Ca와 유의정상관(有意正相關)을 보였다. 과수원(果樹園)의 16~25%가 가리(加里) 부족(不足)으로 나타났으며 우량(優良) 사과밭과 배밭의 토양(土壤)과 엽(葉)은 가리(加里) 함량(含量)이 높았다. 뽕나무의 동해(凍害)에 의(依)한 가지 끝 고사방지(枯死防止)를 위(爲)한 엽(葉) 중(中) $K_2O/(CaO+MgO)$ 임계치(臨界値)는 0.95이었다. 밭 작물재배(作物栽培) 뒤의 토양(土壤) 중(中) 가리(加里)는 전작(前作)에 따라 증가(增加)되는 경우와 감소(減少)되는 경우가 있으며 가리(加里) 흡수(吸收)는 토양수분(土壤水分)에 존재(依存)하는 것 같다. 따라서 토양(土壤) 중(中)의 전가리(全加里)를 포함한 형태별(形態別) 가리(加里) 함량(含量)의 토질(土質), 기상(氣象), 작부체계(作付體系) 등(等) 제요인(諸要因)과 관련(關聯) 장기적(長期的)이고 정량적(定量的)인 조사(調査)가 필요(必要)하다. 가리(加里)의 추비(追肥), 심층시비(深層施肥) 또는 완용성(緩溶性) 비료(肥料)와 입상비료(粒狀肥料) 등(等)이 강우양상(降雨樣相)과 관련(關聯) 검토(檢討)됨으로써 K흡수(吸收) 및 효율(效率)을 증진(增進)시킬 수 있을 것 같다. 가리영양(加里營養)을 포함하여 밭 작물(作物)의 영양해석(營養解析)에는 다요인분석(多要因分析)에 의(依)한 합리적(合理的)이고 실용적(實用的)인 영양지표(營養指標)를 찾는데 경주(傾注)해야 할 것 같다.