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• 재료 및 방법
• 1. 실험재료 및 처리 내용
• 2. 조사 내용
• 3. 통계분석
• 결과 및 고찰
• 1. 시간대별 온도변화
• 2. 화총당 화서별 냉해 피해율
• 3. 과실 착과율 및 과형

최근의 이상기온으로 우리나라가 속해있는 온대기후대(위도 35도-40도)는 최저기온 상승으로 서리 일수를 감소시키고 있다. 하지만 전체적인 서리 일수가 감소하였더라도 개화기인 3,4월의 서리 일수는 오히려 증가하였고 발생 편차가 심한 것으로 보고되었다(Frich et al., 2002). 또한 기후변화에 따른 작물의 개화시기가 앞당겨지고 있어서 냉해피해는 앞으로 더욱 커질 것으로 예상되고 있다(Chmielewski & Rotzer, 2002). 국내 과원의 경우에도 4월의 배 개화시기에 냉해 피해가 갈수록 증가하여 안정적인 착과가 되지 않아서 고품질의 배 생산이 어렵게 되어 냉해피해를 예방하고 착과를 높이기 위한 기술 확립이 요구되고 있다 

세계 각국에서 작물에 대한 냉해피해는 다른 기상현상에 비하여 보다 많은 경제적 손실이 발생되는데(White & Hass, 1975), 이러한 냉해피해를 줄이기 위해 다양한 간접적인 또는 직접적인 방법들이 존재한다(Kalma, 1992; Rieger, 1989). 냉해피해를 대비한 간접적인 방법으로는 사전에 지형과 미기상 등을 충분히 조사하여 냉해가 심한 지역은 가급적 피하고, 피해 상습지는 품종을 고려하여 재배하고, 재배관리에 있어서 균형시비와 적정 착과 등의 수세를 안정화시켜 저온에 대한 저항성을 증대시키는 방법이 있다. 그러나 Snyder와 De Melo-Abreu(2005)는 이러한 방법은 냉해가 심한 상황에서는 농작물을 보호하기 어렵다고 하였다. 직접적인 방법은 야간에 식물 조직 내에서 얼음형성을 방지하기 위하여 바람을 이용한 방상법, 물이 얼어가면서 방출하는 잠열을 이용한 살수법, 그리고 가장 일반적인 연기를 피우는 연소법 등이 있다. 방상법은 공기가 정체되어 역전층이 일어나는 지형에서 공기를 수직으로 혼합시키는 방법으로 0°C 전에 방상팬을 작동하여 상층의 따뜻한 공기와 식물 주위의 차가운 공기를 혼합하여 결빙을 방지한다(Bates & Lombard, 1978; Gerber, 1979; Renquist, 1985). 그러나 대기의 정체로 역전층이 안정화 된 후 방상팬을 작동하면 효과가 떨어진다는 보고가 있었다(Reese & Gerber, 1969; Schmidlin, 1989). 이동이 자유로운 온풍기는 과원 내 일부 냉해 상습지대에 설치하여 냉해피해를 방지할 수 있는 장점이 있다. 이러한 온풍기를 더욱 효율적으로 이용하기 위해서는 배나무로부터 온풍기 가동 거리를 조절하여 냉해피해를 최소화하는 연구가 필요할 것으로 사료된다.

본 연구는 이전에 발표된 “미세살수와 방상팬 처리가 개화기 배 과원의 서리피해 방지에 미치는 영향”(Choi et al., 2011)의 추가적인 자료로서, 배나무 개화기의 야간온도가 냉해피해를 받을 만큼 낮아졌을 때 온풍기 가동이 배나무의 화총 및 과실착 과와 과형의 냉해경감 효과에 어떠한 영향을 미치는 지 조사 하고자 수행되었다.

재료 및 방법

1. 실험재료 및 처리 내용

본 시험은 전남 영암군 시종면(34°53'55"N, 126°32'20"E)의 배 과원(2ha)에서 25년생 배나무 '신고'(Pyrus pyrifolia L.) 품종을 대상으로 2010년 4월에 조사하였다. 본 과원은 관수와 냉해피해 방지를 위해서 미세살수 처리시설이 갖추어져 있으나 공급되는 물의 양 부족으로 전체 면적에 미세살수 처리가 불가능하여 부분면적에 온풍기를 설치하였다. 과원은 농촌진흥청 경사도 구분 기준(농촌진흥청, 2003)으로 경사가 “D"(15-30%)등급의 경사지 과원이었고, 온풍기는 과원 경사지에서 가장 낮은 지점에 설치하여 서리피해를 상습적으로 받아온 곳에 설치하였다. 시험에 사용한 온풍기(특허번호 :제10-0712121, JAE, Korea)는 360°로 회전하여, 3 m 높이에 설치하여 열선으로 가열한 공기를 송풍하여 냉해피해를 방지하는 기기이다(Fig. 1). 온풍기 송풍은 840 m³/min의 풍량과 60 mm/Aq의 풍압을 유지하며, 4.2 kW의 일률과 155°C 이상의 내열성을 유지하도록 구성되었다. 온풍기에서 나온 가열 공기의 온도가 온풍기와의 거리에 따라 달라졌는데 이는 Fig. 2에 제시하였다. 미세살수의 노즐은 나무 열간 3m로 간격을 두었고 살수량은 7.0 L/hr/3kg/cm²를 유지하였다. 온풍기와 미세살수는 3°C 미만에서 가동하고 일출 후 온도가 3°C 이상으로 상승하면 작동을 정지하였는데, 배꽃이 대부분 만개하였을 때 영암 지역의 온도가 3°C 미만으로 떨어지는 4월 16일 20시부터 다음날 08시 까지 처리하였다. 대조구는 동일한 지점에 위치한 배나무로 조사하였다. 처리시기에는 거의 바람이 없었으며(풍속 0.5-1.5 m/sec., 기상청, 2012), 배나무 개화기간중(4월 10일-4월 20일)에 3°C 미만으로 떨어지는 일수는 4월 16일 하루뿐으로 관찰되었다.

Fig. 1. Heating adjusting at 3 m above ground surface in a pear orchard in Youngam in Jeollanamdo. The heating fan turns around 360° continuously.

Fig. 2. Orchard temperature as affected by sprinkler and by distance of heating from tree trunk from 16 to 17 April of 2010.

2. 조사 내용

 배 과원 온도 변화는 HOBO^®Data Loggers(Pendant temp, ONSET, U.S.A)를 사용하여 2 m 높이에서 10분 간격으로 측정하였다. 배나무에서 온풍기 가동 지점까지의 5, 10, 25, 40 m 거리의 지점과 미세살수 처리구와 대조구에서 측정하였다. 화기의 냉해 피해율은 1.5-2 m 높이의 1개의 화총에서 화서순으로 1번에서 6번 화서까지의(7번 또는 8번화서는 조사대상에서 제외) 주당 20화총을 선발하여 조사하였고 배꽃을 반으로 나누어서 주두가 갈색으로 변색된 것은 냉해피해를 받은 것으로 판정하였다. 냉해에 따른 화기의 피해는 처리 후 다음 날인 4월 17일에 조사하였다. 개화기인 4월 10일부터 4월 20일 사이에 인공수분을 2차례 실시하여서 정상적인 수분수정을 유도하여 모든 과실이 착과될 수 있는 조건을 만들어주어 서리피해로 착과가 영향을 받는 환경으로 구성하였다. 착과율은 배나무 1.5-2 m 높이에 있는 주당 20화총을 선발하여 처리 30일 후인 5월 15일에 착과된 과실수를 조사하였다. 배 유과 기 과형은 1.5-2 m 높이의 주당 20개의 과실을 선발하여 과실 종경의 최고와 최저 높이를 측정하여 차이가 1.5 mm 미만은 정상, 1.5 mm 이상 3.0 mm 미만은 약간 기형, 3.0 mm 이상은 심한 기형으로 하여 관찰하였다. 과실 횡경의 차이도 최고와 최저 폭을 측정하여 그 차이가 1.5 mm 미만은 정상, 1.5mm 이상 3.0 mm 미만은 약간 기형, 3.0 mm 이상은 심한 기형으로 하였다. 착과된 과일의 균일도는 착과 간격을 기록하여 평균 착과 간격을 구하고 표준 편차에 의해 균일한 정도를 나타냈다.

3. 통계분석

실험 처리는 과원경사지에서 가장 낮은 곳의 동일한 위치의 나무를 완전 무작위로 처리당 5주를 선발하였다. 통계처리는 SPSS statistics 17.0 프로그램에서 처리평균 간의 유의성 검증인 95% 신뢰도 수준에서 Duncan’s multiple range test를 통해 수행하였다.

결과 및 고찰

1. 시간대별 온도변화

온풍기 및 미세살수 장치는 과원 내 온도가 3°C 이하가 되는 4월 16일 20시부터 가동하였고, 4월 17일 영암지역 과원 내 대조구의 야간온도는 최저 −4°C까지 낮아졌다(Fig. 2). 미세살수 처리구는 처리 후 −1°C 전후의 온도를 유지하였다. 수체로부터 반경 5 m 떨어진 온풍기 가동은 미세살수 처리구와 비교하여 온도가 낮아지는 속도는 느렸으나 최대 −2°C까지 낮아지는 것이 관찰되었다. 반경 25 m에서 온풍기 가동은 과원 내 대조구의 온도보다 1°C-2°C 가량 높은 온도를 나타내었고 반경 40 m 온풍기 처리는 대조구와 비교해서 온도 차이가 나타나지 않았다. 온풍기 처리가 있었던 당일에 거의 바람이 없었으므로, 송풍기에서 나오는 가열 공기가 퍼지는 범위는 기상상태에 따라 별다른 영향을 받지 않아서 온풍기 거리가 온도 변화에 영향을 준 것으로 판단되었다. 일반적으로 방상팬은 역전층의 따뜻한 공기를 순환시켜 지표면의 온도 상승을 통해 서리피해를 방지하는 시설로 보통 평탄지 과수원이 대부분인 미국에서는 방상팬을 20 m 이상의 높이에 설치하여 역전층의 따뜻한 공기를 이용할 수 있게 설계되어 있어 1 ha 면적에 한대가 설치되어있다(Bates & Lombard, 1978; Gerber, 1979; Renquist, 1985). 하지만 한국형 방상팬은 수체에 비해서 높이가 낮아 역전층의 따뜻한 공기를 충분히 이용할 수 없으므로 1 ha 당 5-6대를 설치하여 기류를 만들어 냉해피해를 예방하고 있다(Choi et al., 2011). 본 시험에서는 약 0.2 ha(수체로부터 25 m 지점 떨어진 곳)의 면적에서도 온풍기 한대에 의한 온도상승 효과가 있었음을 알 수가 있었다. 따라서 고가의 방상팬 설치 대신에 좁은 면적에 온풍기를 설치하여 직접 가열된 따뜻한 공기를 송풍하는 방법으로 냉해피해를 예방하는 효과를 확인할 수 있었으며, 지형변화가 심하고, 소규모 경영을 하는 우리나라의 과수재배 여건에서, 전체 면적이 아닌 과원 내 냉해피해가 심한 일부 위치에 설치하여 냉해피해를 줄이는데 사용이 가능할 것으로 사료된다.

2. 화총당 화서별 냉해 피해율

화서별로 처음 개화하는 1번화에서 가장 늦게 개화하는 6번 화까지 화서 순서에 상관없이 배나무의 화총당 냉해피해율은 40 m 지점의 온풍기 가동처리와 대조구에서 가장 높게 관찰되었다(Table 1). 40 m 지점의 온풍기 가동처리는 대조구와 비교하여 3번째 화서(3번화)를 제외하고는 통계적으로 유의성 있는 차이가 나타나지 않았는데, 이는 온풍기 효과가 40 m 거리에는 온도상승에 별다른 영향이 없었던 것으로 해석되었다. 미세살수 처리구와 수체로부터 5 m와 10 m 거리에서 온풍기 가동은 통계적으로 유의성 있는 차이가 나타나지 않았으며 평균적으로 5% 이내의 화총당 냉해피해율을 나타냈다. 수체로부터 반경 25 m 지점에서 온풍기 가동은 5 m 및 10 m 거리에 비해서 냉해 피해율이 평균적으로 10% 정도 더 높았지만 대조구의 평균피해율인 34%에 비교해서는 냉해피해 경감효과는 분명하게 나타났다. 반경 25 m 지점의 온풍기 처리는 미세살수 효과에는 미치지 못하였지만 대조구와 비교해서는 50% 이상 감소시켜 0.2 h의 작은 면적에 온풍기 가동이 냉해 피해를 감소시켰음을 확인하였다. 배나무와의 거리가 15 m 이내에 설치되었던 방상팬은 화총당 냉해피해율을 약 40%정도 감소한 것(Choi et al., 2011)과 비교하여 온풍기가 보다 냉해 피해방지에 더 효과적이었던 것으로 판단된다. 일반적으로 화번별로 발육 및 발달 정도에 차이가 있어 저온에 견디는 힘에 영향을 끼치는데, 본시험은 4월 17일 하루에 조사하여 피해율 산정 결과는 의미가 어느 정도 퇴색 될 수 있으므로 이러한 부분을 고려하여 추후 재검토해볼 필요가 있다.

Table 1. Ratio of frost injury in inflorescence as affected by sprinkler and by distance of heating from tree trunk.

3. 과실 착과율 및 과형

대조구와 수체로부터 반경 40 m 지점에서 온풍기 처리는 화총 당 2개 미만의 낮은 착과수를 보였고 반경 25 m 지점은 2.5개의 착과수를 나타내었다(Fig. 3). 반경 5 m와 10 m 지점에서 온풍기 가동은 평균 3개의 착과수를 보여서 미세살수구의 착과수 3.5개에 비해 적었지만 대조구에 비해 1개 이상 많았다. 개화기에 2차례의 인공수분을 실시하였기 때문에 이는 온풍기 가동으로 화총당 냉해피해율을 경감(Table 1)시킨데 따른 착과수 증가의 결과로 판단되었다.

Fig. 3. Fruit set as affected by sprinkler and by distance of heating from tree trunk. Error bars represent standard error of the mean.

유과기의 정형과 비율은 미세살수 처리구와 수체로부터 반경 5 m와 10 m 지점의 온풍기 가동에서 가장 높았다(Fig. 4). 반면에 심한 기형과 비율은 반경 5 m 지점의 온풍기 가동에 비해 반경 10 m 지점에서 7% 이상 높은 기형과율을 나타내었다. 이는 반경 10 m 지점에서 온풍기 가동은 반경 5 m에서 온풍기 가동과 비슷한 착과율이 관찰되었어도(Fig. 3) 냉해피해로 과실 발육과 생장에 더욱 영향을 끼쳤음을 알 수 있었다. 냉해피해를 받은 배꽃은 암술의 주두와 수술의 약이 괴사되거나 상처를 받아서 수정이 되지 않거나 착과가 되더라도 과실 발달을 저해하는 것으로 알려졌다(Snyder & de Melo-Abreu, 2005). 수체로부터 온풍기 가동 지점이 멀어질수록 높은 기형 과율을 보였고, 40 m 지점에서 온풍기 처리는 대조구와 별다른 차이가 나타나지 않았다.

Fig. 4. Fruitlet shape as affected by sprinkler and by distance of heating from tree trunk in 17 June of 2010. Error bars represent standard error of the mean.

대조구와 수체로부터 반경 40 m 지점에서 온풍기 가동은 30 cm의 착과 간격을 보였고, 나머지 처리구에서는 20 cm 전후의 착과 간격을 나타내어서 수정이 매우 촘촘히 되었음을 알 수 있었다(Fig. 5). 국내 일반 과원의 착과 간격은 엽과비를 기준으로 20-30 cm로 알려져 있는데, 본 실험에서는 모든 처리구와 대조구에서 일반 과원과 비슷한 착과 간격을 나타내었다. 그러나 표준편차를 이용한 착과의 균일한 정도는 미세살수 처리구와 반경 5 m와 10 m 지점에서 온풍기 처리가 5 cm 이내의 표준편차를 나타내었고 반경 40 m 지점에서 온풍기 처리와 대조구는 큰 편차를 나타내어서 착과간격이 불균일하게 나타났음을 알 수 있었다(Fig. 5).

Fig. 5. Distance between fruit on the branch and degree of fruit set uniformity as affected by sprinkler and by distance of heating from tree trunk in 17 June of 2010.

본 시험에서는 온풍기 다섯 대로 과원의 1 ha 면적(수체에서 반경 25 m 지점까지 떨어진 곳에 온풍기 작동)의 냉해피해를 방지 할 수 있는 것이 관찰되었다. 하지만 냉해피해를 방지하기 위해 설치되는 온풍기의 초기비용은 농가에게는 부담이 될 수 있다(Table 2). 2010년 영암지역의 배 과원은 평균 1 ha의 면적당 39,947,950원의 판매액을 보인(KREI, 2011) 반면 냉해피해 농가들의 판매액은 냉해 피해율에 비례하여 감소하는 경향을 보였다. 따라서 과원 내 냉해피해 등과 같은 이상저온의 발생원인과 현상 등을 잘 파악하고 그에 맞는 적극적인 방법으로 대처해야 할 것이다. 냉해피해는 지형에 따라 과원 내 편차가 심하고 전체면적에서 발생하지 않고 일부 면적에서 심하게 발생하는 것으로 알려져 있다. 이러한 부분을 상기하여 냉해 상습지대인 과원농가의 지형에 맞게 냉해피해를 최소화 할 수 있는 가장 효과적인 거리에 온풍기를 가동한다면 냉해 피해율을 적게는 10%에서 많게는 50% 이상 감소시킬 수 있을 것으로 판단되었다. 또한 온풍기를 동일 과원에 2대 이상을 설치할 경우 일정 방향으로 공기의 흐름을 만들어 주어 따뜻한 공기가 보다 널리 퍼질 수 있도록 회전 각도를 180도 이내로 제한하여 기계를 설치할 경우 효과가 높아질 것으로 생각되는데 이에 대한 추후 검토도 필요하다. 하지만 미세살수와 온풍기의 효과에 따른 구체적인 경제성 분석(과실수량, 유지비용등)등이 있어야 그러한 효과를 입증할 수 있으므로 앞으로의 연구에서 추가적인 자료가 필요할 것으로 판단되었다.

Table 2. Estimated cost per hectare of each frost protection devices (Unit: 1,000 won).