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ISSN : 1225-8504(Print)
ISSN : 2287-8165(Online)
Journal of the Korean Society of International Agriculture Vol.34 No.4 pp.280-284
DOI : https://doi.org/10.12719/KSIA.2022.34.4.280

Effects of Root Zone Temperatures on the Germination of Bell Peppers and Tomatoes

Eun Ji Kim*†, Se Hun Ju*†, Yoon Go**, Jin Sub Park**, Seon-Woo Park***, Haeyoung Na**,****†
*Department of Horticultural Science, Graduate School of Mokpo National University, Muan 58554, Korea
**Department of Horticultural Science, Mokpo University, Muan, 58554, Korea
***Digital management of cooperative, Agricultural Cooperative University, Goyang-si, 10292, Korea
****Mokpo National University Nature Resource Institute, Muan 58554, Korea

Eun Ji Kim and Se Hun Ju contributed equally to this work.


Corresponding author (Phone) +82-61-450-2371 (E-mail) somerze@mokpo.ac.kr
October 17, 2022 November 7, 2022 November 10, 2022

Abstract


The purpose of this study was to investigate the effects of root zone temperatures (RZT) on the germination of bell peppers and tomatoes. Bell peppers and tomatoes had the highest germination rates (85% and 90%, respectively) at 25°C air temperature. Besides, the first germination of bell peppers was shifted by one day ahead. Bell peppers had the highest germination rate of 72,100, and 100%, respectively, when the RZT was adjusted to 30°C at airtemperature of 20, 25, and 30°C, and when the air temperature was adjusted to 35°C, the germination rate was the highest (70%) when the RZT was 15°C. Tomatoes had the highest germination rate at 20°C of the RZT at all atmospheric temperatures. A local cooling and heating system was established to improve the germination rate by controlling the RZT during the low and high temperature period. The optimum RZT for seedlings during the low and high temperature period was investigated.



근권부 온도가 파프리카 및 토마토 발아에 미치는 영향

김 은지*†, 주 세훈*†, 고 윤**, 박 진섭**, 박 선우***, 나 해영**,****†
*목포대학교 일반대학원 원예학과
**목포대학교 원예과학과
***농협대학교 협동조합디지털경영과
****목포대학교 자연자원개발 연구소

초록


    서 언

    국내 파프리카와 토마토 경우 대부분 온실 내에서 주년재 배가 이루어지고 있다. 파프리카는 1995년 전북 김제에서 수출 용으로 처음 재배되었으며 재배면적이 증가하는 추세이다. 2021 년 국내 재배면적은 739 ha이며 생산량은 82,997 t으로 보고되 었다(aTkati, 2021). 토마토는 2010년 이후 대부분의 농가가 시 설재배로 전환되었으며, 재배면적의 증가와 재배 기술 향상으 로 인해 생산량이 증가하고 있다. 2022년 국내 토마토 재배면 적은 6,11 1ha이며, 생산량은 34.4만ton으로 보고되었다(Kim et al., 2022;Kosis, 2022). 이는 건강 지향적인 식품 소비트렌드 확산으로 수출뿐 아니라 국내수요도 증가하고 있기 때문으로 생각한다. 하지만 종자의 가격은 파프리카의 경우 1립 500~1,200원, 토마토의 경우 1립 300~1,200원으로 높은 편이 라 육묘에 대한 농가의 경제적 부담이 증가하고 있다. 따라서 토마토, 파프리카는 육묘 효율에 대한 요구가 높은 작물이다 (KREI, 2008;2019)

    고온기 육묘의 경우 온실 내로 방사된 복사열 때문에 외부 보다 온실 내부의 온도가 높아져 적정 온도를 유지하는 데 어 려움이 있다. 현재 시설재배 시 환기 또는 차광, 증발냉각 및 지붕 살수를 이용하여 고온기를 극복하고 있으나 규모화되지 않은 온실에서는 시스템을 갖추는 데 어려움이 있다(Lee and Kim, 2011;Na et al., 2011). 특히 과채류 육묘의 경우 대부 분 육묘장이나 농가의 온실에서 이루어지기 때문에 외부 환경 에 영향을 받아 건전한 묘를 안정적으로 생산하기는 어려운 상황이다(Chun, 2002).

    과채류의 고품질 묘 생산을 목적으로 외부 환경을 차단하여 발아 및 육묘에 영향을 주는 환경 요인들을 정확하게 조절할 수 있는 식물공장형 폐쇄형 육묘시스템이 개발되어 단기간 균 일한 묘를 생산할 수 있게 되었으나 아직 농가에서 활용하기 에는 어려움이 있는 상황이다(Kim et al., 2005;Kozai et al., 2000). 따라서 고온기 최고온도가 40°C 이상인 온실에서 근권부의 온도는 1일 평균 온도가 33°C로 육묘의 적정 온도 를 벗어나 고온기에 묘 품질의 저하 없이 묘를 생산하는 것은 불가능하다. 저온기 및 고온기에 대규모 온실뿐 아니라 소규 모 온실에서 적은 운영비로 활용 가능한 시스템이 확립되고 그 시스템을 지원할 수 있는 최적 조건을 구명한다면 저온기, 고온기뿐 아니라 변해가는 이상기후 대응이 가능해질 것이다.

    따라서 본 실험에서는 저온기 및 고온기에 가온 및 냉각으 로 각각 다른 온도의 양액을 공급하면서 근권부 온도를 조절 하였으며, 이에 따른 각각의 배지 내 온도가 파프리카와 토마 토의 발아에 미치는 영향을 알아보고자 하였다.

    재료 및 방법

    본 실험은 2022년 6월 5일부터 10월 11일까지 129일간 목 포대학교 부속농장에 위치한 유리온실(7×3×2.7m)에서 진행하 였다. 공시품종은 토마토(Solanum lycopersicum) ‘대프니스 (Syngenta Korea, Korea)’, 파프리카(Capsicum annuum var. angulosum) 시로코(Mifkoseed Korea, Korea)를 사용하였다. 온실 기온은 각각 주간 20, 25, 30, 35°C, 야간 18°C로 조절하 였고, 온실 내 기온 각 처리구 마다 근권부 온도 15, 20, 25, 30°C로 설정하여 실험을 수행하였다. 광량 200±20 μmol·m-2·s-1 로 설정하여 일장 명 12시간, 암 12시간으로 조절하였다. 냉 각기(DA-500B, Eaeil, Korea)와 전기온수기(KD-PD-S13K, KDheater, Korea)와 온도조절기(RMD-100-220-30A, Run electronics, Korea)를 이용하여 근권부 처리 온도에 따라 냉각 및 가온을 통해 온도가 조절된 양액을 배지에 공급하여 근권 부 온도를 조절하였다(Fig. 1). 이후 펌프(pw350sm, Willo, Korea)를 이용하여 양액탱크으로부터 근권부까지 점적관수를 통 해 양액을 공급해주었다. 양액조성은 Netherland’s Proefsataion voor Bloemisterij en Gasgroente(PBG) 표준액을 이용하여 EC 2.5 dS·m-1로 12시간 동안 6분 간격으로 1분간 33mL가 점적관수 하였다(Table 1). 근권부 온도가 발아에 미치는 영향 을 조사하기 위하여 상토(Eoullim, Shinsung Mineral Co., Korea)로 채워진 한 개의 이색포트(100×90 mm)에 종자 9개씩 파종하였다. 파종 직후부터 7일간 6반복으로 실험을 수행하였 다. 국제종자검정협회(International Seed Testing Association, ISTA) 규정에 따라 발아율을 조사하였다. 그래프는 SigmaPlot 프로그램(Sigma Plot 12.0, Systat Software Inc., USA)을 이 용하여 나타내었다. 통계분석은 SAS 9.4(SAS Institute Inc., USA)를 이용하여 95%의 신뢰수준에서 Duncan의 다중범위 검정을 실시하였다.

    결과 및 고찰

    12시간 동안 6분마다 1분씩 점적관수로 각각 다른 온도의 양액을 공급한 결과 근권부의 온도는 15±3, 20±3, 25±3, 30±3°C로 조절 가능하였다(Fig. 2). 근권부 온도를 맞추기 위 해 냉각기와 전기온수기를 이용하여 양액 온도를 조절하였으 며 대기온도에 따라 양액온도 조절의 보정이 필요하였다. 특히, 35°C의 경우 양액의 모든 처리 온도를 목적하는 근권부 온도 처리구보다 10°C 낮게 설정하여 근권부 온도를 조절하였다.

    각각 다른 대기온도내에서 근권부 온도를 조절한 후 파종 후 1주일 동안 파프리카의 발아율을 조사한 결과 대기온도 25°C의 발아율이 다른 온도처리구에 비해 85%로 가장 높았다. 또한, 대기온도 20, 30, 35°C의 경우 발아 개시일은 파종 후 6일인 반면 대기 온도 25°C에서는 파종 후 5일째에 발아가 시작되었다(Fig. 3)

    근권부 온도에 따른 발아율은 대기온도 20, 25, 30°C에서는 근권부 온도를 30°C로 처리하였을 때의 각각 72, 100, 100% 로 가장 높았다. 그러나 대기온도 35°C의 경우 근권부 온도 15, 20, 25, 30°C의 발아율이 각각 70, 58, 59, 63%로 근권 부 온도 15°C일 때 가장 높았다(Fig. 3).

    토마토의 경우 대기온도 20, 25, 30, 35°C의 평균 발아율은 각각 68, 90, 82, 72%로 대기온도 25°C의 발아율이 가장 높 았으며 대기온도 20, 25°C의 경우 파종 5일째 발아가 시작됐 지만 30, 35°C는 파종 6일째 발아가 시작되었다(Fig. 4). 대기 온도 20, 25, 30, 35°C의 모든 처리구에서 근권부 온도 20°C 를 처리하였을 때 발아율이 각각 91, 91, 94, 94% 가장 높아 파프리카와는 다른 양상을 보였다. 대기온도 20, 25, 30°C에서 는 근권부 온도를 15°C 처리하였을 때 초기 발아율이 가장 낮았으나 대기온도 35°C의 경우 근권부 온도 15°C 처리구에 서 초기 발아율이 근권부 온도 20°C 다음으로 높았다(Fig. 4). 파프리카 발아시 25°C에서 15°C로 낮아질수록 발아율이 감소 한다는 연구가 보고되었다(Watkins and Cantliffe, 1983). 토마 토의 경우도 양액 냉각 처리를 통해 착과율과 과실의 품질이 증가하였다는 연구가 보고되었다(Jang et al., 2010). 이는 근 권온도가 높을수록 뿌리의 활력 저하를 일으키고 호흡량이 증 가하여 물질 생산이 감소하였기 때문이라고 보고된 바 있다 (Lee et al., 2003). 고온기 양액 냉각처리를 통해 작물의 생육 을 촉진시킨 연구결과와 같이 본 연구에서도 저온기 및 고온 기에 근권부의 온도를 조절함으로써 발아율을 향상시킬 수 있 었다. 일반적으로 식물은 각 생육단계에서 온도의 영향을 받 게 되고 고온에서는 호르몬의 불균형으로 식물의 생육에 문제 가 발생할 수 있으며 작물의 양수분 흡수를 저하시킬 수 있다 고 보고되고 있다(Al-Faraj et al., 2001;Ofir et al., 1993). 지금까지 고온기 냉방을 위해 차광막, 강제환기, 증발냉각, 수 막 커튼을 활용하고 있었다(Lee, 2009). 그러나 최근에는 고온 극복을 위하여 지열시스템, 공기열 히트펌프 등 냉방시스템을 활용하여 적극적인 온도 조절을 시도하고 있으나 온실 전체 냉방을 하기에는 초기비용과 운영비가 높아 온실내의 최적환 경을 유지하는데 경제적 부담이 크다. 따라서 온실 전체를 냉 방하는 것보다 국부 냉방방식이 더 경제적일 수 있으며 국부 냉방방식으로 고온기의 작물을 재배하였을 때 근권부 온도가 감소할 뿐 아니라 작물 생육에 효과적이었다는 연구가 많은 작물에서 보고된 바 있다(Choi et al., 2004;Choi et al., 2013;He et al., 2011;Kim et al., 2010;Lee et al., 2002;Morgan, 2011;Won et al., 2007). 또한 초기 종자 비용 부 담 절감과 주년생산을 위해 에너지 투자비용이 큰 과채류의 효율적인 묘 생산을 위해 저온기 및 고온기에 국소냉난방의 일종인 근권부 온도 조절을 통해 발아에 소요되는 시간을 줄 이고 발아세를 높인다면 농가 소득에 크게 도움을 줄 수 있을 것이다.

    따라서 본 연구에서는 파프리카와 토마토의 주년생산을 위 해 온실내의 저온기 및 고온기에 양액만을 이용해 근권부 온 도를 조절하여 발아율을 향상시킬 수 잇는 시스템을 구축하였 다. 이에 각 시기에 따른 최적 근권부 온도를 구명하였다. 이 결과는 이상기후에 대응을 위한 에너지 절감형 육묘시스템 을 확립하는 데 기초자료로 활용할 수 있을 것으로 기대된다.

    적 요

    근권부 온도가 파프리카와 토마토의 발아에 미치는 영향을 구명하고자 실험을 수행하였다.

    1. 파프리카와 토마토는 대기 온도가 25°C일 때 발아율이 각각 85%, 90%로 가장 높았으며, 파프리카는 발아 개시일이 1일 단축되었다.

    2. 파프리카는 대기 온도 20, 25, 30°C에서 근권부 온도를 30°C로 조절하였을 때 발아율이 각각 72, 100, 100%로 가장 높았으며, 대기온도가 35°C일 때 근권부 온도 15, 20, 25, 30°C의 발아율이 각각 70, 58, 59, 63%로 근권부 온도 15°C 일 때 발아율이 가장 높았다.

    3. 토마토는 대기 온도 20, 25, 30, 35°C 모든 처리구에서 근권부 온도 20°C를 처리하였을 때 발아율이 가장 높았다.

    4. 저온기 및 고온기에 양액만을 이용하여 근권부 온도를 조 절하여 발아율을 향상시킬 수 있는 국소냉난방 시스템을 구축 하였으며 저온기 및 고온기의 육묘을 위한 최적 근권부 온도 를 구명하였다.

    주요단어 : 국부냉방, 온실 냉난방, 육묘, 이상기후

    ACKNOWLEDGMENTS

    본 결과물은 농림축산식품부 및 과학기술정보통신부, 농촌 진흥청의 재원으로 농림식품기술기획평가원과 재단법인 스마 트팜연구개발사업단의 스마트팜다부처패키지혁신기술개발사업 의 지원을 받아 연구되었음(421041-03).

    Figure

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    Schematic diagram of the root zone temperature control system at different atmospheric temperatures in the greenhouse.

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    Root zone temperature difference using the root zone temperature control system at 25°C atmospheric temperature.

    KSIA-34-4-280_F3.gif

    Cumulative germination rate over 7 days for bell pepper seeds sowed at root zone temperatures of 15°C, 20°C, 25°C, and 30°C in greenhouse with different atmospheric temperatures (20°C (A), 25°C(B), 30°C (C), and 35°C (D)).

    KSIA-34-4-280_F4.gif

    Cumulative germination rate over 7 days for tomato seeds sowed at root zone temperatures of 15°C, 20°C, 25°C, and 30°C in greenhouse with different atmospheric temperatures (20°C (A), 25°C(B), 30°C (C), and 35°C (D)).

    Table

    Nutrient solution for bell pepper (the PBG nutrient solution of Netherlands).

    Reference

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