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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.
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파프리카와 토마토는 대기 온도가 25°C일 때 발아율이 각각 85%, 90%로 가장 높았으며, 파프리카는 발아 개시일이 1일 단축되었다.
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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.
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토마토는 대기 온도 20, 25, 30, 35°C 모든 처리구에서 근권부 온도 20°C를 처리하였을 때 발아율이 가장 높았다.
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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