Journal of Bio-Environment Control ISSN:1229-4675(Print) 2765-3641(Online) 생물환경조절학회지

저온기 엽채류 생산시 저온, 저광 등으로 인해 생육 저하 및 수량 감소가 발생한다. 저온기 근권부 가온을 통해 지상부 저온 스트레스를 경감하고 생육 및 수량을 개선할 수 있다. 최근 루꼴라, 고수, 바질, 공심채 등 향신채소의 국내 수요가 증가하면서, 연중 생산의 필요성이 증가하고 있다. 본 연구에서는 양액 가온을 통한 근권부 온도 제어 효과와 지상부 생육 및 수량에 미치는 영향을 구명하고자 수행하였다. 저온기 경남 함안에 위치한 유리 온실에서 실험을 실시하였으며, 루꼴라, 고수, 바질, 공심채를 분무경베드에 정식하여 무처리 대조구와 양액 가온 설정온도별 처리구(NSH20, NSH25, NSH30)를 설정하였다. 양액 조성은 PBG 엽채류 조성을 따랐으며 재배기간 동안 폐기 없이 표준 양액(EC 1.8, pH 5.5)으로 보충하여 사용하였다. 양액의 특성 및 이온 농도는 약 3일 간격으로 분석하였으며, 작물의 생육 및 수확 조사는 각각 정식후 2주와 4주차에 수행하였다. 재배 기간 동안 온실 내부의 일일 최저, 평균, 최고 온도는 각각 13.75℃, 18.66℃, 30.08℃였으며, 재배 기간 중 온실 내 최저 온도는 9.97℃였다. 대조구의 근권부 온도는 최저 13.35℃, 평균 17.17℃로 근권부 저온으로 인한 뿌리 생육 저하, 지상부 생육 감소를 유발할 수 있다. 설정 온도별 가온 양액을 공급한 경우 근권부 평균 온도는 NSH30는 24.61℃, NSH25는 21.41℃, NSH20는 18.62℃였다. 호냉성 작목인 루꼴라와 고수는 근권부 온도에 따른 생육 및 수량 변화가 확인되지 않았다. 반면 호온성 작목인 바질과 공심채는 양액 가온을 통한 근권부 온도 제어시 생육 및 수량 개선이 확인되었다. 바질은 NSH25와 NSH30 처리구에서 유사한 생육 및 수량 개선 효과가 확인되었으며, 에너지 효율성을 고려했을 때 양액 가온 온도를 25℃로 설정하는 것이 더 경제적인 근권부 온도 관리 방안이 될 것으로 생각된다. 반면 공심채는 NSH30에서 수량이 대조구 대비 107%, NSH25 대비 60% 증가한 것으로 보아 양액 가온 설정 온도를 높게 유지하는 것이 적합할 것으로 생각된다.

본 연구는 전국에서 일조시간이 가장 짧은 제주 동부지역의 저온기에 토마토 수경재배 온실의 광량, 습공기 및 근권 온도 특성을 분석하여 저온기의 저일조 조건에서 안정적인 과채류 생산을 위한 방안을 제언하고자 수행하였다. 본 실험은 제주시 구좌읍 김녕리 PO 필름 단동형 복합환경제어 온실에서 2022년 10월 30일－2023년 1월 31일, 2024년 11월－2025년 1월까지 2회 실시하였다. 온실 내부에 100W·m^-2 이상의 광량이 도달하는 시간은 2022－2023년의 경우 11월(9시, 114W)> 12월(10시, 110W)> 1월(11시, 104W) 순으로 1월에 11시로 가장 늦었으며, 2024－2025년의 경우 11월(10시, 107W), 12월(10시, 90W), 1월(10시, 104W)이 유사하였다. 일평균 누적광량은 850J·cm^-2·day^-1 수준 이상으로 측정된 날수가 2022년 11월, 12월과 2023년 1월에 각각 12, 6, 9일이었고, 2024년에는 각각 12, 9, 13일로 심각한 저일조 환경임을 알 수 있었다. 본 연구에서 2023년과 2025년 1월의 VPD 범위는 각각 5.4－8.8mbar, 5.7－9.8mba로 적정 수준으로 유지되었으며 증산율은 VPD가 2.5배 낮아짐에 따라 Tr 값이 2배 감소하였다. 배지 온도는 2023년 1월에 일출 후 시간당 0.2－0.6℃씩 증가하여 16℃로 가장 높았다. 온실 내·외부 CO₂ 농도차(Ci-Co)는 CO₂ 시비를 하지 않았을 경우 맑은날은 －84µmol·mol^-1(10시), 흐린 날도 0.2µmol·mol^-1(14시) 수준을 보였다. 본 연구를 종합하여 볼 때, 저온기의 저일조 환경에서 광량 부족으로 인한 낮은 근권 온도와 CO₂ 농도가 작물의 광합성과 생장에 제한 요인이 될 수 있음을 시사하고 이를 극복하기 위한 기술적 대안이 필요하다고 판단된다.

과원 서리 피해 예방을 위해 이용되는 전기 열선 공기유동팬의 효용성을 평가하고자 지붕형 방풍 시설이 설치된 896m² (= 폭 28m × 길이 32m) 규모의 사과원에 수평으로 바람을 토출하는 2단(상·하단) 공기유동팬 5개를 설치하고 사과나무를 3차원으로 모델링하여 팬의 작동 방식에 따른 과원 내 풍속과 기온 분포를 상용 ANSYS CFX 코드로 전산 해석하였다. 공기유동팬의 풍속과 기온을 비닐온실과 서리가 내린 사과원에서 실측하고 CFD 해석의 경계조건으로 적용하였다. 공기유동팬의 높이(2.15m와 3.70m)와 풍향(주간 방향과 열 방향) 조합에 대하여 과원 내 풍속·기온 분포를 비교 분석한 결과, 주간 방향으로 2단 공기유동팬을 이용해 바람을 토출하는 경우 팬 출구로부터 두 번째 공기유동팬이 위치하는 18m 지점까지 0.5m·s^-1 수준의 바람이 존재하는 것으로 나타났고 상단 또는 하단 공기유동팬 적용만으로는 과원 전체 기류 형성에 한계가 있는 것으로 나타났다. 반면, 유동저항이 상대적으로 작은 열 방향으로 바람이 부는 경우 21m(= 3.5m × 6칸) 지점까지 0.9 m·s^-1 수준의 바람이 영향을 미치는 것으로 나타났다. 전면부로 바람을 토출하는 공기유동팬의 특성상 공기유동 영향 범위가 나무의 크기 수준에 불과하므로 과원 전체에 기류를 생성하기 위해서는 공기유동팬을 360° 회전시켜야 할 것으로 판단되었으며 공기유동팬 작동에 따른 미기상환경 조사와 함께 서리 예방을 위한 전기열원의 적정 용량 설정 및 수평 바람 토출 공기유동팬의 상·하층부 공기 혼합 한계로 인한 추가 열원에 대한 효용성 평가가 필요할 것으로 판단되었다.

본 연구는 담액수경재배(DFT, Deep Flow Technique) 조건에서 질산태 질소(NO₃-N) 결핍이 Perilla frutescens Britt.(잎들깨)의 생육 및 생리적 반응에 미치는 영향을 조사하였다. 야마자키 표준 양액을 기반으로 NO₃-N 농도를 0%(대조구), 30%, 50%, 70%, 100%의 5수준으로 단계적으로 감소시킨 처리구를 설정하였다. 처리 시작 후 20일부터 80일까지의 기간 동안, 초장, 엽수, 마디수, 줄기직경 등 주요 생육 지표는 질산태 질소 결핍(Nitrate Deficiency, ND) 수준이 증가함에 따라 유의하게 감소하였다. 특히, 80일 후 ND 100%(0 mM) 처리구에서는 생육이 크게 저해되어 초장, 엽수, 마디수, 줄기직경이 각각 49.2%, 59.4%, 41.7%, 42.2% 감소하였다. 생체중과 건물중은 각각 93.4g에서 15.5g, 11.8g에서 3.0g으로 급격히 감소하였다. 식물체 내 총 질소 함량도 ND 수준이 높아짐에 따라 비례적으로 감소하였으며, ND 0% 대비 ND 100% 처리구에서는 약 50% 이상의 질소 함량 감소가 관찰되었다. 하엽에서는 황화, 갈변, 괴사 등의 생리적 장애 증상이 뚜렷하게 나타났으며, 이는 엽록소 분해와 관련된 것으로 판단된다. 본 결과는 수경재배 조건에서 잎들깨의 안정적인 생육과 생리적 기능 유지를 위해 충분한 질산 공급이 필수적임을 보여주며, 상업적 생산을 위한 질산 관리 전략 수립에 기초 자료로 활용될 수 있다.

본 시험은 경상남도 진주시에 위치한 무가온온실에서 ‘신틸라’ 남부하이부쉬 블루베리의 용기재배 시 피트모슬 대체하여 코코피트를 사용할 수 있는 가능성을 평가하기 위하여 수행되었다. 피트모스+펄라이트(대조), 피트모스+코코피트+펄라이트, 코코피트, 코코피트+펄라이트 등 네가지 조합으로 구성되었으며 재식 이듬해 생육과 수량을 조사하였다. 그 결과, 주당 신초수는 대조구보다 코코피트 상토에서 21% 코코피트+펄라이트 상토에서 43%나 감소하였고, 주당 수량은 대조구가 1.7kg인 반면, 코코피트 및 코코피트+펄라이트 상토에서는 대조구의 41% 수준으로 현저히 낮았다. 또한 배액의 pH는 대조구가 1월부터 수확 종료 후 1개월인 7월까지 3.8에서 4.0 범위를 유지한 반면, 코코피트 단용 및 코코피트+펄라이트 혼합 상토에서는 6 이상으로 상승하였다. 이러한 결과 코코피트 단독 또는 펄라이트 혼합만으로는 블루베리 생육에 부적합하며, 기존 피트모스+펄라이트 상토에 일부 혼합하여 사용하는 경우에만 활용 가능함을 시사한다.

딸기 과실의 성숙단계에 따른 생리활성물질을 분석한 결과, 칼리스태핀 함량은 추출용매에 따른 차이가 없었으며 성숙단계가 진전될수록 증가하는 경향을 보였다. 과실색이 다른 품종간의 축적 양상은 차이가 있었는데 빨간색 딸기인 설향의 칼리스태핀 함량은 높은 반면 분홍색 딸기인 만년설은 함량이 낮은 경향을 보였다. 시아니딘-3-글루코아이드 함량은 에탄올보다는 물을 추출용매로 사용할 경우가 높았는데, 두 품종에서 녹숙기에서 가장 높았으며 성숙단계가 진전될수록 감소하는 경향을 보였다. 카테킨의 추출 효율은 에탄올에서 좋았으며, 성숙단계에 따른 카테킨 함량은 전반적으로 녹숙기에서 높았으며 성숙단계가 진전될수록 감소하는 경향을 보였다. 만년설의 녹숙기 카테킨 함량은 건물 100g 당 205.3mg으로 설향의 115.6mg에 비해 아주 높은 경향을 보였다. 에피카테킨의 추출 효율은 에탄올보다는 물이 좋았으며, 에피카테킨의 함량은 만년설보다는 설향에서 높은 경향을 보였다. 물로 추출할 경우에 설향의 에피카테킨 함량이 녹숙기의 건물 100g 당 15.7mg에서 완숙기에는 250.3mg으로 16.0배 증가하였고 만년설에서는 50.1mg에서 153.9mg으로 3,1 배 증가하였다. 퀘르세틴-3-글루코사이드는 물보다는 추출용매로 에탄올을 사용할 경우에 높은 경향을 보였으며 함량이 가장 높았던 완숙기에서 설향과 만년설에서 건물 100g 당 각각 12.2와 15.7mg 수준이었다. 퀘르세틴은 물보다는 에탄올에서 추출효율이 높았는데, 설향의 완숙기에는 2.5mg 수준인 반면 만년설에서는 3.2mg으로 다소 높은 경향을 보였다. 클로로겐산의 추출 효율은 에탄올보다는 물에서 높았으며 함량은 녹숙기에서 가장 높았고 성숙이 진전될수록 감소하는 경향을 보였다. 물로 추출할 경우에 설향과 만년설의 녹숙기 함량은 각각 14.8mg과 18.9mg에서 완숙기에는 8.1과 12.5mg 수준으로 각각 45.3과 33.9% 감소하였다. 엘라그산은 에탄올보다는 물을 추출용매로 사용할 경우에 다소 높은 경향을 보였는데 두 품종에서 성숙단계에 따른 함량 차이는 없었다. 신코닌은 에탄올보다는 물에서 추출효율이 높았고 두 품종에서 성숙단계가 진전될수록 증가하는 경향을 보였는데, 만년설의 완숙기에서 건물 100g 당 148.6mg으로 가장 높았다.

본 연구는 병원성 박테리아 Agrobacterium rhizogenes에 대해 저압 수은 UV-C 소독 시스템의 살균 성능을 정량적으로 평가하고, 램프 소비전력과 유량의 조합에 따른 소독 효율에 미치는 영향을 분석하였다. 농업용수는 경상남도 사천시 소재 세 농가(A, B, C)와 함안군 군북면의 한 농가(D)에서 채취하였으며, 목표 병원균을 인위적으로 접종한 뒤 실험을 수행하였다. 실험은 1차와 2차로 구분되며, 1차 실험은 소비전력 40, 75, 105W와 유량 10, 15, 30L/min의 3×3 조합으로 구성되었고, 2차 실험은 소비전력 75W 조건 하에서 고유량(60, 120L/min) 조건을 적용하였다. 대부분의 실험 조건에서 박테리아가 완전히 사멸되었으며, 유일하게 생균이 검출된 조건(#33, 75W－60L/min)에서만 생균이 검출되었다. 그러나 해당 조건에서도 생균수는 UV 비처리 대조군(#37)에 비해 약 4.9log 수준 감소하여 유의미한 소독 효과가 확인되었다. 이러한 결과는 고유량 조건에서도 충분한 UV 조사량이 확보된다면 안정적인 소독이 가능함을 시사한다. 본 연구는 저압 UV-C 시스템의 운전 변수에 따라 살균 효율이 어떻게 달라지는지를 실험적으로 입증하였으며, 농업용수 처리에 있어 해당 기술의 실용적 적용 가능성을 제시하였다.

본 연구는 비방사성 SrCl₂를 이용하여 Sr 농도를 50, 100, 200mg·kg^-1 및 토양 유기물 함량을 5%, 10% 및 15%로 달리하여 배추의 생육, 생체중, 엽록소 함량에 미치는 영향을 생육 시기별로 분석하였다. 그 결과, Sr 농도가 증가할수록 초장, 근장, 엽면적, 생체중 및 건물중이 유의하게 감소하였으며, 특히 Sr 200mg·kg^-1 처리에서 생육 저해가 뚜렷하였다. 반면, 엽록소 함량(SPAD)은 처리 간 유의한 차이를 보이지 않아 광합성 색소에는 Sr의 영향이 제한적인 것으로 나타났다. 유기물 함량이 높은 토양에서는 Sr 처리에 따른 생육 저해가 완화되었으며, 특히 유기물 15% 조건에서 완충 효과가 가장 크게 나타났다. 이는 유기물이 Sr의 생물유효도를 감소시켜 식물체 흡수를 억제하는 기작에 의한 것으로 판단된다. 본 연구는 비방사성 SrCl₂를 이용한 실험을 통해 작물의 Sr 독성 반응과 유기물 기반 토양 완충 효과를 정량적으로 규명하였으며, 향후 방사성 오염 토양의 생물학적 복원 및 안전 농산물 생산 전략 수립에 기초자료로 활용될 수 있다.

병풀(Centella asiatica)의 뛰어난 약리적 효능은 산업적 활용을 위한 대량증식 개발의 필요성을 강력하게 뒷받침하며 이에 대한 요구가 증가하고 있다. 본 연구는 수경재배 시스템에서 런너를 이용한 병풀의 영양번식 시 배지 종류에 따른 생육 특성을 구명하기 위해 수행되었다. 연구 결과, 폴리우레탄폼(PU)에서 재배된 병풀의 지상부 생체중, 런너 생체중, 건물중, 엽면적, SPAD에서 유의적으로 높은 값을 보였다. 하이드로볼(HB) 역시 다른 배지와 비교하여 유의적으로 높은 생육 특성을 나타냈으나, 지피 펠렛(JP)에서는 대부분 생육특성에서 가장 낮은 특성을 나타내었다. PU 배지에서 생육 증가는 뿌리 발달에 핵심적인 물리적 특성인 총 공극률과 기상률에 기인한 것으로 판단된다. 따라서 본 연구 결과는 병풀의 영양번식 및 대량생산을 위해 PU 배지가 적합할 것으로 판단된다.

대광은 식물의 생장과 생리에 큰 영향을 미치는 핵심 환경 요소이다. 식물공장에서는 일반적으로 재배 기간 동안 광도가 일정하게 유지된다. 본 연구는 동일한 누적 광량 조건 하에서 일일 광도 변동이 상추(Lactuca sativa L.)와 바질(Ocimum basilicum L.)의 생장 및 광합성에 미치는 영향을 평가하였다. 파종 후 25일(25 DAS)에 식물에 7일간 8가지의 광 처리(L1－L7)를 적용하였다. 대조구는 250 µmol·m^-2·s^-1의 일정한 광도를 유지하였고, L1부터 L7까지의 처리구는 150에서 350 µmol·m^-2·s^-1 사이의 일일 광도 변동을 수반하였다. 두 작물 모두에서 광합성 반응은 전반적으로 광도 변동 패턴을 따랐다. 광도가 점진적으로 증가하는 경우에는 기공전도도에 영향이 없었으나, 급격한 증가가 있을 경우에는 기공전도도가 유의미하게 감소하였다. 32 DAS 에는 상추에서 대조구와 L5 처리구(불규칙한 변동)에서 가장 높은 생장이 나타났으며, 바질에서는 L2 처리구(점진적 증가 후 감소)에서 가장 높은 생장이 관찰되었다. 이 결과는 수확 직전의 단기적인 일일 광도 조절이 생산성을 향상시킬 수 있으며, 그 반응은 작물별로 다르게 나타난다는 것을 시사한다.

이전의 연구에서는 기계적 자극이 다양한 환경 스트레스에 대한 식물의 저항성을 향상한다고 보고된 바 있다. 본 연구에서는 기계적 자극과 염 스트레스에 대한 오이묘의 반응을 조사하고자 수행되었다. 오이 종자는 상업적 공정육묘상토가 충진된 40구 트레이에 파종하였고 파종 후 29일부터 아크릴 필름을 이용하여 브러싱 처리를 2시간 간격으로 진행하였다. 브러싱 자극 7일 후 NaCl 용액을 이용하여 50, 100, 150, 200mM의 농도로 처리하였다. NaCl 처리 9일 후 오이묘의 생육과 스트레스 반응을 조사하였다. NaCl의 농도가 증가함에 따라 초장, 엽장, 엽폭, 엽면적 그리고 지상부의 생체중이 감소 하였으며, SPAD 값은 NaCl의 농도와 관계없이 처리구에서 증가하였다. NaCl 농도가 증가함에 따라 총 근장과 뿌리 부피가 감소하였지만, 브러싱 처리구에서는 총 근장과 뿌리 부피가 증가하여 NaCl의 처리에 대한 영향을 완화 시켰다. MDA와 H₂O₂ 농도는 NaCl의 처리에 의해 증가하였으며 브러싱 처리로 인해서도 높은 MDA와 H₂O₂ 함량이 나타났다. 결론적으로 기계적 스트레스와 염분 스트레스가 모두 스트레스 반응을 일으켰으며, 기계적 자극이 염 스트레스로 인한 뿌리 생장 억제를 완화할 수 있음을 알 수 있다. 따라서 적절한 기계적 자극의 처리 강도 조절을 통한 스트레스 저항성을 유도할 수 있을 것으로 보여진다.

본 연구는 풋고추 수경재배에 ICT 기술을 적용하여 측정된 누적 일사량을 기반으로 급액량을 설정하고, 이를 바탕으로 실생묘와 접목묘의 생육 및 생산성에 미치는 영향을 평가하고자 수행되었다. 실험재료로는 실생묘 ‘순한길상’과 접목묘 ‘순한길상’(접수) + ‘BN901’(대목)을 사용하였으며, 65－70일 간 육묘한 뒤 코이어배지에 8월 하순에 정식하여 이듬해 4월까지 재배하였다. 급액량은 ICT 센서를 통해 측정한 누적 일사량을 기준으로 T1－T4의 4수준으로 처리하였다. 풋고추 실생묘 수경재배 시 급액량 T2(생육초기－중기: 50－160mL·100J^-1·plant^-1) 처리 이상에서 생육초기 과실의 품질 차이가 일부 있었으나, 정식 후 54일차 이후로는 품질에 차이가 없고, 생산량 증가도 미미하기 때문에 양액 사용효율을 고려하였을 때 적정 급액량은 T2로 판단되며, 이때의 배액률은 사분위수 범위(Q3-Q1)를 기준으로 생육초기 13－31%, 생육중기 20－34%로 관찰되었다. 접목묘의 경우 T4(70－240) 처리에서 총생산량 6,306g·plant^-1으로 유의하게 높았으며, 실생묘 T4 처리구 보다 약 34% 증수하였다. 이를 통해 풋고추 수경재배의 접목묘 도입 시 장기간 세력 유지와 생산성 향상에 유리하며, 실생묘와는 차별화된 급액 전략이 필요할 것으로 판단된다. 또한, 엽병 즙액 및 엽 조직 내 총질소, 총인, 칼륨 함량 분석 결과, 생육 후기로 갈수록 총질소와 총인은 감소하고 칼륨은 증가하는 경향을 보였으며, 실생묘에서 엽병 즙액 내 N, P, K 함량이 전반적으로 높게 나타났다. 그러나 엽병 즙액 분석값과 엽 조직 내 함량 간 상관성은 질소에서 낮았고, 생산성과의 관련성도 미미하여, 즙액 분석을 활용한 생육 진단의 신뢰도를 높이기 위해서는 시료 채취 위치, 수분 상태, 엽령 등 명확한 기준 설정이 요구된다.

육묘과정에서 생리적 반응성이 다른 비료로 추비할 때 홍고추 3품종의 생육에 미치는 영향을 구명하기 위하여 본 연구를 수행하였다. 72셀 트레이에 시판상토를 충진하고 ‘AT Sinhotan’, ‘Allbokhap’ 및 ‘Callatan’ 품종의 종자를 파종한 후 암상태에서 발아시켰다. 발아 후 25℃의 육묘실로 옮겨 질소 기준 150mg·L^-1으로 농도를 조절한 산성, 중성, 알칼리성 및 동일한 농도의 산·알칼리성 비료 교호 처리구 등 4처리로 실험하였다. 생육 조사는 파종 후 39일과 56일에 2회 수행하였으며, 처리한 생리적 반응성에 영향을 받아 고추의 초장, 경경, 지상부 생체중 등에서 유의한 차이가 나타났다. 생리적 반응성 중 품종에 관계없이 중성 비료 처리구에서 경경과 생체중 등 모든 조사항목에서 생육이 우수하였다. 파종 후 56일째 ‘Callatan’ 품종이 타 품종들 보다, 그리고 각 품종 내에서는 중성 비료와 교호 시비 처리구에서 개화수가 많았다. 중성 비료 처리구에서 엽면적이 가장 넓었고, SPAD 값은 산성 비료 처리구에서 가장 컸다. 식물체의 무기원소 분석 결과, 교호 시비 처리구의 ‘Callatan’ 품종이 Ca을 제외한 모든 원소의 함량이 높았다. 생리적 반응성이 다른 비료를 처리할 때 생육 차이가 발생하는 본 연구의 결과는 육묘과정의 생장조절을 위한 기초 자료로 활용될 수 있다고 생각한다.