서 론
재료 및 방법
1. 육묘방법
2. 시험의 처리
3. 조사 항목 및 방법
4. 통계분석
결과 및 고찰
1. LED 광질에 따른 파프리카 묘의 소질
2. LED 광질에 따른 관수 체계 차이
서 론
국내 플러그 육묘방식의 공정육묘는 1990년대 후반 시설원예의 발달과 함께 보급되었다(Shin, 1997). 공정묘 생산방식은 자가육묘방식과 비교하여 생력화, 자동화, 안정생산, 균일한 묘 소질, 관리 효율 등 다방면에서 유리하다(Kim 등, 2015; Shin 등, 2000). 정식 후 식물체의 생육, 수량 및 품질의 향상을 위해서는 적정 묘 소질이 필요하다고 보고되었다(Buwalda 등, 2006), 이에 따라 우량묘 생산을 위하여 적정 광환경 조성 및 보광연구(Kang 등, 2010; Lee 등, 2012; Um 등, 2009), 물리적 자극(Choi 등, 2001), 주·야간 온도차를 이용한 생육방식(Kim 등, 1999a; Kim 등, 2013), triazole계 농약을 이용한 절간장 제어 방법(Cho, 2015; Zhang 등, 2003), 플러그 셀 사이즈(Lee 등, 2001), 육묘기간 및 온도환경 제어(Cho 등, 2016; Kim 등, 1999b; Kim 등, 2015), 관수관리방법(Lee와 Suh, 2009) 등 우량묘 생산을 위한 다양한 연구들이 수행되었다. 하지만 대부분의 연구들은 플러그 묘에 집중되었고, 암면 큐브를 이용하는 수경재배 방식의 작물 육묘는 전용묘 생산시설이 미흡한 실정이다. 이에 따라 현재까지 대부분의 농가에서 자가육묘에 의존하고 있으며 재배기술 대비 육묘기술 수준이 낮은 실정이다.
특히, 식물 생장에 있어 광 환경은 필수 요소 중 하나로써(Ferentions와 Albright, 2005), 작물의 광합성, 기관별 영양생장, 수량 및 품질에 영향을 준다(Dorais 등, 1991). 파프리카 육묘에서 형광등 및 LED 등 인공광원을 활용하면 자연광보다 생육이 높고 정식 후 생산량 증가와 수확시기 단축에 효과가 있다고 보고되었다(Lee 등, 2012). LED 적색광과 청색광 처리는 지상부 및 지하부 무게 증가와 배축 신장 억제에 효과가 있다고 보고되었다(Yeoung 등, 2000). 하지만 파프리카는 수경재배작물로써, 플러그묘 생산에서 연구된 결과를 적용하기 적합하지 않으며, 균일한 묘가 생산되지 못하는 실정이다. 이에 전용육묘장과 기반기술의 필요성이 요구되고 있다. 따라서 본 연구에서는 고품질의 파프리카 묘 생산을 위한 LED 광질에 따른 파프리카 묘의 생육특성을 구명하여 전용 육묘장의 기반기술로 활용하고자 수행하였다.
재료 및 방법
1. 육묘방법
공시 품종은 아시아레드(Asiaseed Co., Seoul, Korea)를 이용하였다. 240공 암면플러그(20 × 27mm, UR media Co., Seoul, Korea)를 이용하여 파종 후 온도 25 ± 1℃, 상대습도 90%로 제어된 생육상에서 7일간 관리하여 발아시킨 후 자연광 상태의 플라스틱 필름온실로 옮겨주었다. 이 후 본엽이 2매 전개되었을 때 시험에 따라 처리구당 10주－20를 암면큐브(10 × 10 × 6.5cm, UR media Co., )에 U자형으로 절곡하여 이식 후(An 등, 2002), LED장치가 설치 된 생육상으로 이동 후 연구를 수행하였다. 양액 공급은 농촌진흥청에서 제시한 파프리카 표준배양액(pH 5.8, EC 1.8dS·m-1)을 저면관수방식으로 공급하였다. 육묘 기간은 암면큐브에 이식 후 3주(21일)로 하였다.
2. 시험의 처리
LED 광처리를 위하여 자체 제작한 광량자속밀도 제어가 가능한 red와 blue 및 white의 LED 장치를 사용하였다(Fig. 1). 주간(08:00－18:00)/야간(18:00－08:00) 온도를 25/22℃로 제어한 생육상 내에 LED 장치를 넣어 수행하였다. LED 광질은 red:blue = 10:0, 8:2, 2:8, white 등 4 처리로 하였다 처리별 광 스팩트럼은 Fig. 2와 같다. 각 처리의 광도는 100µmol‧m-2‧s-1로 동일하게 제어되었다.
3. 조사 항목 및 방법
암면큐브 이식 후부터 1주 간격으로 3회 파괴조사를 실시하였으며 묘의 지제부를 절단한 지상부를 조사하였다. 조사 항목은 초장, 경경, 엽수, 엽면적, 생체 중량, 건물 중량을 조사하였다. 초장은 30cm 자를 이용하여 생장점까지의 길이를 측정하였고, 경경은 자엽 위 1cm 위치를 버니어 캘리퍼스(500－182, Mitutoyo Co., Kawasaki, Japan)을 이용하여 측정하였다. 엽수는 줄기로 부터 분리하며 세었고, 엽면적은 엽면적측정기(LI-3100, LI-COR Co., Lincoln NE, USA)로 측정하였다. 생체 및 건물 중량은 전자저울을 이용하여 측정하였고, 건물 중량은 60℃ 건조실에서 5일 정도 완전히 건조시킨 후 측정하였다. 그리고 생체 중량과 건물 중량을 이용하여 건물률을 계산하였다. 양액은 본엽 2매가 전개된 파프리카 묘를 암면큐브에 이식하고 첫 저면관수를 실시하였다. 이후 공급은 주간 08:00－18:00에 한하여 암면큐브의 수분함량이 100%인 무게(520g/rockwool cube)를 기준으로 50% 때마다 저면관수방식으로 재공급하였다. 생장분석을 위해 매주 파괴조사를 실시하였고, 조사된 자료들을 이용하여 상대상장률, 순동화율, 건물률을 농촌진흥청 농업과학기술 연구조사 분석기준(RDA, 2012)에 따라 산출하였다.
상대생장률
(Relative Growth Rate, RGR) = (Loge DW2－Loge DW1) ÷ (T2－T1)
순동화율
(Net Assimilation Rate, NAR) = {(DW2 －DW1) × (Loge DW2－Loge DW1)} ÷ {(T2－T1) × (L2－L1)} × D
건물률
(Dry mass) = (DW ÷ FW) × 100
L : 식물체당 엽면적(cm2/plant)
DW : 식물체당 건물 중량(g/plant)
FW : 식물체당 생체 중량(g/plant)
DW1, DW2 : 시작과 종료 시점의 식물체 건물 중량(g/plant)
T1, T2 : 시작과 종료 시점의 시간(days)
L1, L2 : 시작과 종료 시점의 식물체 엽면적(cm2/plant)
D : 온실 내 재식밀도
4. 통계분석
측정된 데이터는 SPSS 통계프로그램(12.0 Version, IBM Co., USA)과 엑셀 소프트웨어(MS OFFICE 2016, Microsoft Co., USA)를 사용하여 분석되었다. 처리 간 유의차 검증은 95% 신뢰수준에서 Duncan 다중 검정(Duncan’s multiple range test)를 이용하여 분석하였다.
결과 및 고찰
1. LED 광질에 따른 파프리카 묘의 소질
LED광질에 따른 파프리카 묘의 생육특성을 살펴보면(Table 1, Fig. 3, Fig. 4), 초장은 red:blue = 10:0 처리에서 나머지 처리보다 유의하게 길었다. 이러한 경향은 원예작물의 육묘에서 LED 조사 시 red 파장(660nm)에서 초기 초장 생육을 촉진시킨다는 결과와 일치하였다(Hong, 2016). 그리고 blue 파장 비율이 추가 또는 증가함에 따라 초장 생육은 뚜렷하게 감소하였다. 청색광(460nm)하에서 재배된 작물의 초장은 짧아진다고 보고되었다(An 등, 2011; Hong, 2016). 하지만 다양한 요인에 의하여 생육 차이가 발생할 수 있고(Leskovar 등, 1991), Blue 파장에서 초장이 가장 길었다는 연구 결과가 존재하므로(Im 등, 2013) 광 파장과 초장 생육 간 세밀한 검토가 필요해 보인다. 경경은 초장이 길었던 red 비율이 높은 처리에서 유의하게 굵었다. 이러한 경향으로 볼 때 red 파장(660nm)은 초장의 신장뿐만 아니라 줄기의 비대에도 영향을 미치는 것으로 생각된다. 엽수는 LED red:blue = 8:2에서 15.1매로 가장 많았고, 10:0과 2:8에서 각각 13.2매와 13.1매로 유의한 차이를 나타내지 않았다. LED white에서는 11.4매로 유의하게 적었다. 초장 대비 엽수가 많다는 것은 절간장이 짧다는 것을 의미한다. 절간장 제어를 위하여 triazole 계 농약을 이용한 연구 등(Yun 등, 2007) 다양한 연구가 수행되었고, 상기 결과를 고려할 때 blue 비율의 조절을 통한 초장 및 절간장 제어가 가능할 것으로 생각된다. 엽면적은 LED white에서 204cm2/plant로 나머지 처리들에 비해 현저히 짧았다. 이는 Kim 등(2019)의 연구에서 LED를 활용한 오이 접목묘 육묘 시 엽면적이 LED white에서 red와 blue 처리에 비해 짧거나 좁았다는 연구결과와 일치하였다. 이는 Fig. 2와 같이 LED white가 460nm, 660nm 파장대만 갖는 LED red 및 blue 광에 비해 넓은 파장대를 갖고 있지만 광합성에 활용되는 red 파장의 적은 비율에 따라 동화산물의 생산량이 적었기 때문으로 생각된다.
Table 1.
Growth characteristics of paprika seedlings grown under various qualities of LED light for 3 weeks after transplanting into rockwool cube.
| Qualities of LED light |
Plant height (cm/plant) |
Stem diameter (mm/plant) |
Node number (ea/plant) |
Leaf area (cm2/plant) |
| Red:Blue =10:0 | 16.6 az | 5.07 a | 13.2 b | 412 b |
| Red:Blue = 8:2 | 13.9 b | 4.90 a | 15.1 a | 468 a |
| Red:Blue = 2:8 | 10.0 c | 4.69 b | 13.1 b | 392 b |
| White | 9.8 c | 3.68 c | 11.4 c | 204 c |
LED 광질에 따른 초장, 엽수의 변화를 살펴보면, 초장은 이식 후 1주부터 blue비율이 높을수록 짧아지는 경향이었다. LED white 처리에서 초기에는 다른 처리들과 유의한 차이를 나타내지 않았지만, 육묘 기간이 길어질수록 유의하게 짧아졌다. red:blue = 10:0처리에서는 이식 후 1주까지는 나머지 처리와 유의한 차이를 나타내지 않았지만 이후 생육이 현저히 빠른 경향을 나타내었다(Fig. 5A). 엽수는 이식 후 2주까지는 처리간 유의한 차이를 나타내지 않았지만 2주 이후 LED red:blue = 8:2 > 10:0, 2:8 > white 순으로 유의한 차이를 보였다(Fig. 5B). 초장과 엽수의 변화를 고려할 때, 적색광(660nm)이 초기에는 동화산물의 분배를 배축의 신장 및 비대에 집중하고 이후 잎의 출현 및 확장에 이용하는 것으로 생각된다. red:blue = 8:2에서 초장 및 엽수의 증가가 가장 높았던 것은 광 요구도가 낮은 파프리카 작물의 특성에(Lee et al., 2014) 따라 혼합광(red+blue) 처리 시 피토크롬 효과를 증가시키는 red 파장과 암반응을 유도하는 blue 파장의 상호작용으로 인한 것으로 생각된다(Hong, 2016).
LED 광질에 따라 3주간 육묘한 파프리카 묘의 기관별 생체중 및 건물중을 살펴보면(Table 2), 생제중은 LED white에서 엽의 생체중이 5.51g/plant으로 다른 처리들에 비하여 42－46% 정도로 가벼웠다. LED red:blue = 10:0에서는 8:2, 2:8 처리들보다 가벼웠다. 하지만 줄기의 생체중은 red:blue = 10:0에서 red+blue 처리들보다 유의하게 가벼웠다. 건물중도 생체중과 동일한 경향이었다. 이러한 경향은 초장 및 경경의 결과와 같이 red 파장이 줄기의 신장 및 비대에 영향을 끼치기 때문으로 생각된다(Table 1) 건물률은 LED red:blue = 10:0과 8:2에서 다른 처리들보다 유의하게 낮았다. 건물중이 무거웠던 처리에서 건물률이 높았던 것은 red 파장의 광합성효율이 높아 동화산물의 생산 및 활용이 잘 이루어졌기 때문으로 생각된다(Choi 등, 2003).
Table 2.
Fresh weight and dry weight of paprika seedlings grown under various qualities of LED light for 3 weeks after transplanting into rockwool cube.
|
Qualities of LED light | Fresh weight (g/plant) | Dry weight (g/plant) |
Dry mass (%) | |||||
|
Leaf (A) |
Stem (B) |
Total (A+B) |
Leaf (A) |
Stem (B) |
Total (A+B) | |||
| Red:Blue = 10:0 | 11.89 bz | 4.27 a | 16.16 ab | 1.14 bz | 0.49 a | 1.63 b | 10.1 c | |
| Red:Blue = 8:2 | 13.16 a | 3.90 b | 17.06 a | 1.35 a | 0.47 a | 1.82 a | 10.6 b | |
| Red:Blue = 2:8 | 12.08 ab | 2.68 c | 14.76 b | 1.24 ab | 0.37 b | 1.61 b | 11.0 ab | |
| White | 5.51 c | 1.44 d | 6.95 c | 0.64 c | 0.16 c | 0.8 c | 11.6 a | |
따라서 LED를 이용한 파프리카 육묘에서 red 파장을 단독으로 사용하기보다는 줄기 신장을 억제하는 것으로 생각되는 blue 파장을 혼합하여 사용하면 잎으로의 동화산물 분배를 촉진시키고 이에 엽 확장을 촉진하여 이후 광합성 효율을 더욱 향상시킬 수 있을 것으로 생각된다. LED white에서 줄기의 건물 중량 비율이 생체 중량에서의 비율보다 오히려 낮았던 것은 줄기 신장에 영향을 미치는 것으로 생각되는 red 파장의 비율이 너무 낮았기 때문으로 생각된다.
LED 광질에 따른 파프리카 묘의 육묘기간 동안 상대생장률과 순동화율을 조사하였다(Table 3). 상대생장률은 LED white에서 낮은 경향으로 다른 처리들에 비하여 75% 수준이었고, LED red:blue = 8:2에서 유의하게 높았다. 반면 엽면적 대비 건물 생산 능력인 순동화율은 LED red:blue = 8:2에서 유의하게 높았고, blue 비율이 커질수록 높은 경향이었다.
Table 3.
Relative growth rate (RGR) and net assimilation rate (NAR) of paprika seedlings grown under various qualities of LED light for 3 weeks after transplanting into rockwool cube.
| Qualities of LED light |
RGR (g·g-1·d-1) |
NAR (g·cm2·d-1) |
| Red:Blue = 10:0 | 0.149 bz | 0.207 b |
| Red:Blue = 8:2 | 0.155 a | 0.211 b |
| Red:Blue = 2:8 | 0.149 b | 0.214 a |
| White | 0.116 c | 0.158 c |
상기결과들을 종합적으로 고려하면, 초장 및 절간장 제어가 가능한 혼합광을 사용하는 것이 적합하다. 특히, 엽면적 확보, 엽면적 대비 건물생산능력(순동화율)에서 가장 우수한 red:blue = 8:2처리가 가장 우량한 묘를 생산하기에 적합할 것으로 생각된다.
2. LED 광질에 따른 관수 체계 차이
광질에 따른 암면큐브의 3주간 수분보유 변화를 살펴보았다(Table 4). 급액횟수는 LED white에서 2회로 가장 적었고, 나머지 처리에서는 3회로 동일하였다. 암면큐브의 평균 수분유지시간은 LED white에서 312시간으로 가장 길었고, LED 혼합광 처리들에서는 215－239시간으로 LED white에 비해 73－97시간 정도 짧았다. 엽면적이 적었던 LED white에 비해 혼합광 처리들에서 이 기간이 짧았던 것은 식물의 대사활동에 활용되는 1%의 수분은 제외하더라도(Salisbury와 Ross, 1992), 엽면적 확보에 따라 공기 중으로 이동하는 증산량이 많다는 것을 의미한다. LED white를 제외하고 LED 처리들에서는 엽면적이 넓을수록 평균 수분 유지기간이 짧은 경향이었다. 적온 조건에서 증산량은 광합성량과 정의상관을 나타내므로 수분보유시간만으로 판단하기는 어려울 것으로 생각된다. 본 결과만으로 볼 때에는 현장에서 경제성을 고려할 때는 LED white를 활용하는 것이 물과 비료 비용을 절약할 수 있으나 식물의 형태형성이나 광합성 생리를 고려할 때에는 LED red+blue를 활용하는 것이 좋을 것으로 판단된다.
Table 4.
Irrigation levels supplied for producing paprika seedlings under various qualities of LED light for 3 weeks after transplanting into rockwool cube.
| Qualities of LED light |
Total irrigation number |
Average of water maintenance periodz (hours/time) |
| Red:Blue = 10:0 | 3 | 219 |
| Red:Blue = 8:2 | 3 | 239 |
| Red:Blue = 2:8 | 3 | 215 |
| White | 2 | 312 |
광질에 따른 급액 회차별 암면큐브의 수분유지기간을 살펴보면(Fig. 6), 첫 번째 급액에서 수분유지기간은 Led white > red:blue = 8:2 > red:blue = 10:0 > red:blue = 2:8 순으로 짧았다.
두 번째 급액은 첫 번째 급액의 수분유지기간보다 모든 처리에서 26－74시간 감소하였다. 엽면적 증가가 많았던(red:blue = 8:2)처리에서 수분유지기간의 감소폭이 컸다. 이러한 결과는 엽면적 확보에 따른 증산량의 증가에 기인한 것으로 생각된다.
