• 재료 및 방법
• 시험포장 선정 및 기상자료 수집
• 과실의 품질특성 분석
• 품질특성과 기상변량 간 상관분석
• 결과 및 고찰
• 1. 충북지방 기상현황
• 2. 지역별 조사과원의 과실특성
• 3. 기상요소와 과실품질 간의 상관분석
• 과중과 기상조건 간의 상관
• 당도와 기상조건 간의 상관
• 산도와 기상조건 간의 상관
• 안토시아닌과 기상조건 간의 상관
• 착색도와 기상조건 간의 상관
• 사 사

사과(Malus domestica Borkh.)는 한번 재식하면, 경제수령이 다 할 때까지 제자리에서 재배되는 영년생 작물로서, 사과원의 위치에 따라 국지기상 조건이 다양하고 기상환경은 생육과 과실품질에 직·간접적으로 영향을 미치므로, 환경 최적지에 사과원을 개원하는 것이 매우 중요한 일이다(Seo, 2009; Seo, 2003). 최근 지구온난화 등 기상변화와 도시의 확장에 의한 열섬효과 등이 사과 주산지의 국지적인 재배환경에 변화를 가져와 점진적으로 과실품질에도 영향을 주고 있는 것으로 파악된다(Seo et al., 2003; Yun 2002). 기상변화는 과수의 생장과 발육에 영향을 주어 개화기, 수확기 등의 생육시기를 바꾸고, 과실의 발육상태에도 변화를 주어, 품질, 저장력, 품종별 적지 및 주산지의 위치에 매우 중대한 변화를 주고 있다(Toshihiko, 2008; Yokoyama, 2005; Yun et al., 2001a, 2001b). 또한, 과거에는 대부분의 사과원이 평탄지 또는 하천 부지에 자리 잡고 있었으나, 최근에는 산지의 주변에 자리 잡는 경우가 많으며 각 사과원이 위치한 표고도 다양하여 표고별 기상특성과 과실품질의 관계를 구명할 필요성이 지속적으로 증가하고 있는 실정이다(Kim et al., 2009).

본 연구는 지역별 Automatic weather system(AWS)를 이용, 표고에 따라 각기 다른 지형적, 기상적 특성을 가지는 충북지방 사과원의 기상상황을 관측하여, 사과 생육기의 기상요소가 과실특성에 미치는 영향을 알아보고자 실시하였다.

재료 및 방법

시험포장 선정 및 기상자료 수집

시험포장은 사과 ‘후지’를 재배하고 있는 과원 중 청원, 충주 및 제천 등의 3지역에서 각각 2농가씩을 선정하여, 2008년부터 2010년까지 지역별 4곳의 시험포장에 AWS(CR 1000, Campbell scientific company, USA)를 설치하고 기상자료를 수집하였으며, 지역 간 기상환경 변화에 따른 편차를 비교하였다. 조사과원의 위치와 고도 및 지형은 Table 1, 재배유형은 Table 2와 같다.

Table 1. AWS locations of observed ‘Fuji’ apple orchards.

Table 2. Cropping pattern of observed locations.

과실의 품질특성 분석

사과 과실 특성조사는 만개 후 180일 전후로, 광 조건이 양호한 수관외부에 착과한 과실로 하였으며, 각 조사과원의 평균 과실특성이 잘 나타날 수 있도록 과실의 크기, 과형, 착색 등을 고려하였다. 또한, 과실발달 단계에 따라 4월~10월 전생육기, 4월~7월 생장기, 8월~10월, 9월~10월, 10월 성숙기는 3단계로 구분하여 조사하였다.

과실의 과중, 종경, 횡경은 10개씩 3반복 조사하였으며, 당도 및 산도는 과실 적도부위 세 방향에서 채취한 과육을 착즙하여 당도는 굴절당도계(PAL-1, Atago, Japan)를 이용하여 측정하였다. 산도는 Whatman No. 2 여과지로 여과한 과즙 5ml를 증류수 50ml로 희석한 후, 1% phenolphthalein을 지시약으로 변색점까지 0.1N NaOH로 pH 8.1까지 적정하여 사과산(malic acid)의 상당량으로 환산하였다. 경도는 직경이 8mmφ인 과실경도계(Fruit Hardness tester FHM-5, Japan)로 적도면 양방향에 과실을 얇게 벗겨낸 후 과육의 경도를 측정하였다.

과피 중 안토시아닌 함량은 cork borer(1.1mmφ)를 이용, 과실의 적도면에서 과실당 10개의 과피 절편을 채취하여 0.1 N HCl-100% EtOH(15:85 V/V) 용액에 침적하여 냉암소에서 24시간 경과 후 spectrometer(UV-2501 PC, Shimadzu)로 535nm에서 흡광도를 측정하였으며, Fuleki, T와 F.J. Francis (1968a, 1968b)의 방법에 의하여 총안토시아닌 함량으로 환산하였다.

과실의 착색은 색차색도계(CM-700d, Minolta, Japan)를 이용하여 L(lightness), a(+red~-green), b(+ yellow~−blue)값을 측정하였는데, 측정부위는 과실의 적도면을 따라 양호한 부분과 불량한 부분을 측정하여 평균값을 취하였다.

품질특성과 기상변량 간 상관분석

수확한 과실의 과중, 당도, 산도, 안토시아닌 함량 및 Hunter’s value 등을 각각 기상요소와 상관분석 하였다. 자료는 SAS(Statistical Analysis System, version 9.2, USA)를 이용하여 상관분석으로 변수간 유의성을 검정하였다.

결과 및 고찰

1. 충북지방 기상현황

사과 생육기(4~10월) 월별 평균기온 분포는 Table 3과 같다. 평균기온은 표고가 낮은 청원 A과원 대비 제천 F과원에서 2.6°C 기온 편차가 있다. 4월에 편차가 가장 적었으며, 생육 후반기인 8월~10월로 갈수록 표고에 따른 지역별 편차가 큰 경향을 보였다. 사과 생육기(4~10월) 월별 최고기온 분포는 Table 4와 같다. 최고기온은 표고에 따라 지역별 3.3°C 기온편차가 있으며, 4월과 8월에 편차가 가장 크며, 9월이 가장 적다. 사과 생육기(4~10월) 월별 최저기온 분포는 Table 5와 같다. 최저기온 청원 A과원 대비 제천 F과원의 편차는 3.6°C로 표고에 따른 지역별 기온 편차는 9~10월 영향이 더 크다. 사과 생육기(4~10월) 월별 일교차 분포는 Table 6과 같다. 일교차는 지역별 5.2°C 기온편차를 보였고 충주 D과원의 일교차가 가장 적었고, 제천 F과원의 일교차 15.1°C로 가장 커서, 지역에 따른 국지적 기상환경을 보이고 있다.

Table 3. Monthly mean air temperature during growing season from April to October(‘08~‘10).

Table 4. Monthly maximum air temperature during growing season from April to October(‘08~‘10).

Table 5. Monthly minimum air temperature during growing season from April to October(‘08~‘10).

Table 6. Monthly diurnal range during growing season from April to October(‘08~‘10).

사과 생육기(4~10월) 월별 평균 상대습도 분포는 Table 7과 같다. 누적 상대습도는 지역별 과원 위치에 따라 뚜렷한 차이가 없이 69.1~73.8%의 범위를 나타내었다. 사과 생육(4~10월) 월별 강우량 분포는 Table 8과 같다. 강우량의 시기별 편차는 7월에 85.1 mm로 가장 컸고, 과실 성숙기인 10월이 가장 적었다. 누적 강수량은 약 215 mm 편차를 보였다.

Table 7. Monthly mean humidity during growing season from April to October(‘08~‘10).

Table 8. Monthly total rainfall during growing season from April to October(‘08~‘10).

사과 생육기(4~10월) 월별 일사량 분포는 Table 9와 같다. 생육기중 누적 일사량은 제천 F과원이 제일 높고, 청원 A과원이 낮았다. 이는 과원의 방향과 일정부분 관련이 있는 것으로 사료된다. 사과 생육기(4~10월) 월별 일조시간 분포는 Table 10과 같다. 일조시간의 편차가 가장 큰 시기는 강우가 가장 많은 7~8월이었으며, 누적 일조시간은 제천 F과원이 제일 높았고, 충주 D과원이 제일 낮아 지형에 따른 국지적 기상 특성을 보였다.

Table 9. Monthly total solar radiation during growing season from April to October(‘08~‘10).

Table 10. Monthly total sunshine duration during growing season from April to October(‘08~‘10).

2. 지역별 조사과원의 과실특성

각 조사과원에서 만개 180일 전후로 수확한 과실의 과중과 과형지수(Table 11)를 보면, 과중은 충주 C, D과원에서 344~352 g으로 타 지역에 비해 유의하게 무거웠다. 과실의 종경 또한 과중과 같이 충주지역 과원이 다른 과원에 비해 큰 경향을 보였던 반면, 횡경은 지역 간에 큰 차이를 나타내지 않았다. 과형지수(L/D)는 표고가 가장 높은 충주 D과원이 0.90으로 다른 조사과원의 과형지수보다 높은 결과로, 유의성이 인정되었다. 이 같은 결과는 일반적으로 과형은 만개 후 16일 이내에 결정되며, 과형지수의 변화는 만개 후 60~100일 동안 일어나는데, 상대적으로 기온이 서늘한 지역이 따뜻한 지역에서 재배된 사과에 비해 종경의 비대가 더 좋아 전체적인 과형이 길쭉한 사과가 생산된다(Seo, 2009)는 보고와 일치하였다. 

Table 11. Fruit weight and fruit shape of ‘Fuji’ apple at harvest.

각 조사과원에서 만개 180일 전후로 수확한 과실의 내부 특성을 조사한 결과는 Table 12와 같다. 경도와 당도는 표고가 높은 충주 D과원과 제천 E과원에서 각각 3.6, 3.5 kg/8mmφ로 가장 높은 것으로 나타났다. 산도는 충주 D과원에서 높은 결과를 보여 유의성이 인정되었다. 감미비는 제천지역 E, F과원에서 조금 높은 것으로 나타났으나, 지역에 따른 일정한 경향은 볼 수 없었다. Seo 등(2003)은 생육기 평균기온에 따른 ‘쓰가루’의 과실 세포조직을 조사한 결과, 기온이 낮을수록 과실의 표피가 두꺼운 것을 알 수 있으며, 조직 내 전분의 분포도 생육기 평균기온이 낮은 과실의 세포조직에서 많이 관찰되어 뚜렷한 차이를 보인다고 하였는데, 이는 표고에 따른 생육기 기온과 경도와 상관이 있는 것을 알 수 있었다.

Table 12. Firmness, sugar and acid content of ‘Fuji’ apple at harvest.

조사과원의 과실착색 특성을 보면 Table 13과 같다. 안토시아닌 함량은 제천 E, F과원이 8.1 μg/cm²로 가장 높아 타 지역과의 유의성이 인정되었던 반면, 표고가 낮은 청원 A과원에서는 낮은 함량을 나타냈다. 이는 수확기인 10월의 평균기온이 낮아지면 안토시아닌 함량이 증가된다(Seo, 2009; Seo, 2003; Lee, 1999)는 보고와 유사한 결과를 나타냈다. 착색도에 있어 명도(L값)는 표고가 높은 충주 D과원 및 제천 E, F 과원에서 낮았으며, 적색도(a값)는 표고가 높은 충주 D과원 및 제천 E과원에 높은 것으로 나타났다. 황색도(b값)는 지역에 따른 일정한 경향은 없었으나, 표고가 낮은 청원지역 과원에서 조금 높은 것을 볼 수 있었다. 종합적인 결과로서 착색도 중 명도(L값), 적색도(a값), 황색도(b값) 모두 표고가 제일 높은 충주 D과원에서 유의하였으며, 이는 표고에 의한 기온 하강 효과뿐만 아니라 국지 기상적 영향에 의한 것으로 사료된다.

Table 13. Anthocyanin and Hunter's value of ‘Fuji’ apple at the harvest.

3. 기상요소와 과실품질 간의 상관분석

과중과 기상조건 간의 상관

사과 ‘후지’ 과중과 기상변량 간 상관을 분석한 결과는 Table 14와 같다. 과중은 생육 초기부터 수확기까지인 4월~10월의 모든 생육기 최고기온(r=0.512^*)과는 정의 상관, 최저기온(r = −0.482^*)과는 부의 상관을 나타냈다. 강우량은 과실비대 후기인 8월~10월(r = −0.609^*)은 부의 상관을, 10월(r = 0.706^**)은 고도로 유의한 정의 상관을 나타냈다. 일사량은 8월 이후 정의 상관을 보였다. 이상의 결과로부터, 전 생육기의 최고 및 최저기온, 10월의 강수량, 8월 이후의 일사량 등의 기상요인이 과중에 영향을 미치는 것을 알 수 있었다. 과중은 기상요인 뿐만 아니라 수세와 관련된 대목의 종류, 전지 전정, 시비량, 평균 신초장과 신초 재신장율과 같은 신초생장의 정도와 착과량에 의해서도 영향을 받는 것으로 보고되고 있다(Seo, 2009; Lee, 1999; Kim et al., 1996).

Table 14. Correlation coefficient between fruit weight and climatic elements in ‘Fuji’ apple fruit by growth stage(n = 18).

당도와 기상조건 간의 상관

사과 ‘후지’ 당도와 기상변량 간 상관을 분석한 결과는 Table 15와 같다. 일사량은 전 생육기간(r = 0.517^*) 동안 정의 상관을 보이며, 8월 이후의 일사량이 증가할수록 당도가 증가하는 것을 알 수 있었다. 일조시간 또한 전 생육기(r = 0.485^*)에서 정의 상관을 보였으며, 8월~10월의 일조시간이 증가할수록 당도가 유의하게 높아지는 것을 나타냈다. 이같은 결과로부터 과실의 당도는 8월 이후부터 수확 때까지의 일사량과 일조시간에 따라 크게 좌우되는 것으로 판단할 수 있었다.

Table 15. Correlation coefficient between soluble solids and climatic elements in ‘Fuji’ apple fruit by growth stage(n = 18).

산도와 기상조건 간의 상관

 사과 ‘후지’ 산도와 기상변량 간 상관을 분석한 결과는 Table 16과 같다. 산도는 전생육기인 4월~10월의 최저기온(r = 0.469^*)은 정의 상관, 최고기온(r = −0.523^*)은 부의 상관 및 일교차(r = −0.473^*)는 부의 상관을 보였다. 특히 최저기온은 정의 상관을 보여 과실 산도에 영향을 미치는 것으로 생각된다. 산은 시기적으로 발육이 왕성한 유과에서 많이 생성되고, 성숙이 진행되면서 점차 감소되는데(Lee, 1999; Kim et al., 1996), 본 연구 또한 유사한 결과로, 과실의 생육이 왕성한 4월~7월에는 산의 소비와 생성이 많은 유과기에 상관을 보였다. 8월 이후 감소는 상대적으로 산의 소비는 증가하고 생성은 적어지는 성숙기로 전환되기 때문으로 판단된다.

Table 16. Correlation coefficient between acidity and climatic elements in ‘Fuji’ apple fruit by growth stage(n = 18).

안토시아닌과 기상조건 간의 상관

사과 ‘후지’ 안토시아닌과 기상변량 간 상관을 분석한 결과는 Table 17과 같다. 과실의 착색은 과실 성숙의 가장 큰 지표로서 ‘후지’와 같은 적색품종의 사과는 안토시아닌 색소가 적색발현과 가장 밀접한 관련이 있다(Arainaoske, 1998). 전 생육기인 4월~10월까지의 안토시아닌 함량과 평균기온(r = −0.613^**) 간은 고도의 부의 상관을 나타내었으며, 특히, 생육 후반기인 9월~10월(r = −0.590^**), 10월(r = −0.594^**)의 평균기온에서 고도의 부의 상관을 보여 착색에는 평균기온이 중요한 기상요인 임이 밝혀졌다. 강수량은 전 생육기(r = 0.474^*)에 정의 상관을 보였다.

Table 17. Correlation coefficient between anthocyanin contents and climatic elements in ‘Fuji’ apple fruit by growth stage(n = 18).

착색도와 기상조건 간의 상관

사과 ‘후지’ 착색도와 기상변량 간 상관을 분석한 결과는 Table 18~20과 같다. 명도와 기상요소와 상관(Table 18)을 보면, 전 생육기에 걸쳐 평균기온(r = 0.755^**)과 고도의 정의 상관을 나타내고 있다. 그 중 최저기온은 전생육기(r = 0.502^*)와, 4월~7월(r = 0.499^*)에서 정의 상관을, 습도는 전 생육기(r = −0.507^*)와, 4월~7월(r = −0.533^*)에서 부의 상관을 나타냈다. 또한 과실 수확기인 10월의 경우 Hunter L 값과 일사량(r = −0.601^**)은 고도의 부의 상관이었다. 이로서 명도는 평균기온과 최저기온이 중요한 기상요인임을 알 수 있었다.

Table 18. Correlation coefficients among Hunter L value and climatic elements in ‘Fuji’ apple fruit by growth stage(n = 18).

Table 19. Correlation coefficients among Hunter a value and climatic elements in ‘Fuji’ apple fruit by growth stage(n = 18).

Table 20. Correlation coefficients among Hunter b value and climatic elements in ‘Fuji’ apple fruit by growth stage(n=18).

적색도와 기상요소와의 상관(Table 19)을 보면, 전 생육기에 걸쳐 평균기온(r = −0.736^**) 및 최저기온(r = −0.685^**)에서 고도의 부의 상관을 나타내고 있다. 그 중 과실 수확기인 10월의 경우 평균기온(r = −0.497^*)은 부의 상관을, 최저기온(r = −0.618^**)은 고도의 부의 상관을, 일사량(r = 0.704^**)은 고도의 정의 상관을, 일조시간(r = 0.468^*)은 정의 상관이었다. 이상의 결과로 볼 때 적색도에 가장 큰 영향을 미치는 기상요소는 평균 및 최저기온, 일사량, 일조시간이었다.  

황색도와 기상요소와의 상관(Table 20)을 보면, 전 생육기에 걸쳐 평균기온( r= 0.483^*), 최저기온(r = 0.523^*)과 정의 상관을, 그 중 최저기온은 4월~7월(r = 0.567^*)에서 정의 상관을, 습도는 4월~7월(r = −0.491^*)에서 부의 상관을 나타냈다.

사 사

이 연구는 농촌진흥청 아젠다 과제(PJ006472201008) 지원으로 연구되었음.