Role of hydrophilic polymer in enhancing maize yield and yield components under climate variability in Iran

물이 부족하고 날씨가 점점 더 예측 불가능해지는 세계의 건조 및 반건조 지역에서 식량을 재배하는 것은 끊임없는 투쟁입니다. 농부들은 수십억 명의 사람과 동물에게 먹이를 제공하는 주요 작물인 옥수수와 같은 작물에 의존하지만, 이 식물들은 비가 내리지 않을 때 매우 취약합니다. 토양이 마르면 식물이 땅으로부터 수분을 흡수하는 능력이 저하되어 성장이 더뎌지고 수확량이 나빠집니다. 이를 해결하기 위해 과학자들은 토양이 수분을 더 오래 머금고 있도록 하여, 물을 식물 뿌리에 천천히 방출하는 저수지 역할을 하도록 돕는 방법을 탐구해 왔습니다. 이러한 노력에서 유망한 도구 중 하나는 친수성 고분자라고 알려진 물질입니다. 이것은 자신의 무게에 비해 엄청난 양의 물을 흡수하고 저장할 수 있는 특수한 재료로, 본질적으로 땅속에서 작은 스펀지처럼 변합니다. 이러한 고분자는 토양을 더 오랫동안 촉촉하게 유지함으로써 작물을 가뭄의 최악의 영향으로부터 보호하고, 기후 변화로 인해 물을 구하기가 더욱 어려워지는 지역에 잠재적인 생명줄을 제공하는 것을 목표로 합니다.

이란의 연구진은 이러한 수분 보유 고분자로 옥수수 씨앗을 코팅하는 것이 실제 농업 환경에서 정말로 차이를 만들 수 있는지 테스트하기 위해 나섰습니다. 그들은 2022년과 2023년에 걸쳐 두 번의 재배 시즌 동안 춥고 산악 지형이며 연간 강수량이 매우 적은 지역인 야수즈(Yasuj)에서 실험을 진행했습니다. 이 두 해는 극명한 대조를 이루었습니다. 2022년은 적절한 강우량으로 비교적 유리한 조건을 제공한 반면, 2023년은 심각한 가뭄과 고온으로 특징지어졌습니다. 연구팀은 옥수수 씨앗을 가져와 절반은 흰색의 알갱이 형태인 고분자 가루로 코팅했고, 나머지 절반은 처리하지 않은 대조군으로 남겨두었습니다. 그들은 이 씨앗들을 정성껏 준비된 밭에 심었으며, 씨앗에 있는 수분 흡수 코팅의 유무를 제외하고는 두 집단 모두 동일한 양의 비료와 관리를 받도록 보장했습니다. 재배 시즌 동안 과학자들은 뿌리의 길이부터 잎의 녹색도, 그리고 최종적으로 생산된 곡물의 무게에 이르기까지 모든 것을 면밀히 모니터링했습니다.

결과는 고분자 코팅이 특히 식물의 뿌리 발달 방식에 있어 상당한 이점을 제공했다는 것을 보여주었습니다. 코팅된 옥수수 식물은 처리되지 않은 식물보다 뿌리가 27.7% 더 길게 자랐습니다. 이 긴 뿌리는 또한 표면적을 거의 19% 넓혀 식물이 더 많은 토양을 탐색하고 더 많은 물에 접근할 수 있게 했습니다. 이러한 물리적 이점은 식물의 지상부 건강으로 직접 이어졌습니다. 처리된 식물의 잎은 더 많은 수분을 함유하고 있었는데, 이는 잎의 상대적 수분 함량으로 측정되었으며, 더 높은 수준의 녹색도와 광합성 활성을 보였습니다. 이러한 개선 사항은 잎에서 빛이 반사되는 방식을 측정하는 특수 센서를 사용하여 포착되었으며, 이는 식물이 가혹한 조건 속에서도 더 효율적으로 기능하고 있음을 나타냈습니다.

아마도 가장 중요한 것은, 이러한 생리적 개선이 실질적인 수확량 증가로 이어졌다는 점입니다. 처리된 식물은 더 무거운 잎과 뿌리를 생성하며 더 많은 생물량을 생산했고, 궁극적으로 곡물 수확량을 크게 높였습니다. 평균적으로 코팅된 씨앗에서 자란 옥수수는 처리되지 않은 작물에 비해 헥타르당 2톤의 곡물을 추가로 생산했는데, 이는 수확량이 29% 증가했음을 의미합니다. 이 증가는 개별 곡물의 무게가 더 무거워진 것과 식물당 곡물의 수가 많아진 것을 포함한 여러 요인에 의해 추진되었습니다. 연구는 또한 고분자의 이점이 날씨가 협조적일 때(2022년의 경우처럼) 가장 두드러졌지만, 심각한 가뭄이 있었던 2023년에도 여전히 완충 역할을 제공했음을 밝혔습니다. 그 힘든 해에도 고분자 코팅된 식물은 코팅이 없었을 때보다 더 나은 성능을 보였으나, 시즌의 극심한 스트레스로 인해 유리한 해에 비해서는 전체 수확량이 제한되었습니다.

연구진은 고분자를 사용할 때 식물의 서로 다른 부분 간의 관계가 더 강력해진다는 것을 발견했습니다. 처리되지 않은 작물의 경우, 식물 수, 곡물 무게, 그리고 총 수확량 사이의 연결 고리가 더 약했습니다. 그러나 처리된 작물에서는 이러한 요소들이 밀접하게 연결되어 있었는데, 이는 고분자가 식물 시스템 전체가 더 응집력 있게 작동하도록 도왔음을 시사합니다. 데이터는 고분자가 단순히 토양을 돕는 것이 아니라, 식물이 성장하는 방식을 근본적으로 변화시켜 더 견고한 뿌리 체계를 장려하고, 이것이 더 나은 잎의 발달과 곡물 생산을 뒷받침한다는 것을 나타냈습니다. 이 연구는 이 방법이 가변적인 기후 조건 하에서 옥수수 생산을 향상시키는 데 효과적임을 확인해주었지만, 연구진은 작물의 품질에 미치는 장기적인 영향과 이러한 재료가 식물 발달에 미치는 전체적인 영향력을 이해하기 위해 추가적인 연구가 필요하다고 언급했습니다. 현재로서는, 이 연구 결과는 건조한 지역의 농부들에게 명확하고 실용적인 전략을 제공합니다. 즉, 간단한 씨앗 코팅이 비가 적을 때 작물이 더 잘 마시고, 더 강하게 자라며, 더 많은 식량을 생산할 수 있도록 도울 수 있다는 것입니다.