서 론
멜론(Cucumis melo L.)은 중요한 원예 작물로 중국, 터키, 이란 등 100여 개 국가에서 재배되고 있다. 2017 년 4900만톤이 생산되었고 재배 면적은 170만ha에 이르 고 있다(FAO, 2019). 우리나라의 경우 멜론은 맛과 향 이 좋은 고급 과일로 인식이 확산되어 시설 재배 면적 이 점차 확대되었다. 멜론 재배 면적은 2007년 약 1,700ha로 급속히 확대된 이후 점차 감소 추세를 보이며 2017년 시설 멜론 재배 면적은 1,456ha에 달하고 있다 (MAFRA, 2018). 멜론은 대부분 토양 재배로 이루어지는 데, 뿌리를 통해 전염된 덩굴쪼김병, 검은점뿌리썩음병, 역병 및 선충 등이 토양에 유입되어 연작 장해와 심각 한 수량 손실을 초래할 수 있다고 보고되었다(Lee 등, 2015). 수경재배는 작물이 필요한 양분을 토양이 아닌 배지에서 양액으로 공급하는 재배 방법으로, 보다 집약 적인 관리를 통해 작물의 품질 향상과 수량 증대를 이 룰 수 있다(Dorais 등, 2001). 정밀한 양분 및 수분 관리 가 가능한 수경재배 시스템을 통해 이러한 토양 재배의 단점을 극복하고자 하는 노력이 필요하다. 2018년 국내 멜론 수경재배 면적은 6.1ha, 21개 농가에 불과하며 이 는 전체 멜론 재배 면적 대비 0.4% 수준이다. 수경재배 시스템 설치 비용 부담과 재배 기술의 미흡으로 인하여 아직 적은 수의 농가가 수경재배를 하고 있지만 고품질 의 안정적인 멜론 생산을 위하여 수경재배 연구가 이루 어져야 한다.
수경재배는 크게 고형 배지가 없이 물 또는 배양액으 로 재배하는 순수수경과 유기물 또는 무기물 배지를 사 용하는 배지경으로 나누어진다. 우리나라는 전체 수경재 배 중 약 92%가 배지경 수경재배 시스템을 사용하고 있다(MAFRA, 2018). 배지경은 배지 종류에 따라 코이 어, 피트모스, 암면, 훈탄, 혼합배지, 펄라이트 재배 등으 로 나누어진다(RDA, 2013). 암면 배지는 무기배지로서 배지 내 균일한 양분 및 수분 관리가 용이하지만 가격 이 비싸고 폐기 시 많은 비용이 발생하는 단점이 있다. 이로 인해 코코넛 열매 껍질을 가공하여 만드는 친환경 적인 배지인 코이어 배지의 사용량이 점점 늘어나는 추 세이다. 코이어 배지에 관한 통계가 작성될 당시 전체 고형 배지 중 코이어 배지 사용 면적은 약 15% 수준이 었지만 최근 급속히 증가하여 2017년 약 70%를 점유하 고 있다(MAFRA, 2018). 과거 코이어 배지는 재료나 제 조 공정 등의 문제로 배지 품질이 균일하지 못했고, 암 면에 비해 생육 단계 별 양분 및 수분 조절이 어려워 착과가 균일하지 못했다. 최근 생산되는 코이어 배지는 칩을 첨가하여 공극을 확보하였고, 배액의 배출이 원활 하여 근권 함수율 조절이 용이해졌다(An 등, 2009). 코 이어 배지는 물리성이 우수하고 pH가 안정적이다. 그러 나 배지 내 염류 농도가 높으며, 질소, 칼슘, 마그네슘, 미량원소 함량은 낮고 인산, 칼륨, 나트륨, 염소 함량은 매우 높아 사용 전 세척을 통한 제염 처리가 필요하다. 코이어 배지 내 양분의 흡착과 배출이 작물의 양분 및 수분 흡수에 영향을 미칠 수 있으므로 유기 배지의 특 성을 고려한 양분 및 수분 관리가 필요하다(Choi 등, 2012;Abad 등, 2002;Handrek, 1993).
멜론은 저온과 다습에 약하고 물 관리에 세심한 주의 를 기울이지 않으면 우수한 상품을 생산하기 어렵다. 따 라서 당도를 높이고 네트를 고르게 하여 과실 품질을 향상시키기 위한 계획적인 수분 관리가 필요하다(Rhee 등, 2008).
본 연구는 멜론 봄 재배 시 배지와 품종에 따라 어떻 게 급액량을 조절해야 하는지에 대한 정보를 제공하고자 코이어 배지의 칩과 더스트 비율과 급액량에 따라 배지 의 물리성 및 화학성을 조사하고, 이러한 근권 환경 변 화에 따른 멜론의 생육과 품질 변화를 분석하였다.
재료 및 방법
1. 실험 재료 및 재배 관리
본 실험은 국립원예특작과학원 시설원예연구소 내의 폭 24m, 길이 28m의 유리온실에서 수행하였다. 네트 멜 론 ‘PMR달고나’와 ‘얼스아이비’(Cucumis melo L. cv. PMR Dalgona & Earl’s Aibi)를 2018년 2월 1일에 상토 (토실, Shinan Growth Co. Ltd., Korea)를 충진한 50공 플라스틱 트레이에 파종하고 2018년 3월 12일에 지하수 (EC 0.44dS·m-1, pH 7.55)로 포수한 100 × 20 × 10cm 규격의 코이어슬라브에 3주씩 정식하였다.
2. 배지 종류 및 급액량 처리
칩과 더스트의 비율이 서로 다른 두 종류의 코이어 배지 를 시험에 사용하였다. 덕양 아그로텍(Duckyang Agrotech, Nonsan, Korea)에서 수입한 칩:더스트 비율이 5:5인 배 지와 대영지에스(Daeyoung GS, Daegu, Korea)에서 수 입한 칩:더스트 비율이 3:7인 배지를 사용하였다. 일일 8 회 급액 횟수를 고정하고 공급량 대비 배액량의 비율인 배액률을 10%, 20%, 30% 수준으로 급액량을 조절하였 다. 3월 12일 정식부터 6월 15일 수확까지 96일의 재배 기간에 배액률 10%, 20%, 30% 처리구의 일일 급액량과 총 급액량을 조사하였다. 양액은 야마자키 멜론 전용 양 액(RDA, 2014)을 공급하였으며(Table 1) 생육 단계 별로 정식기에는 EC 1.5dS·m-1, 암꽃 개화기에는 1.8dS·m-1, 착 과 후 과실비대기에는 2.0dS·m-1 수준으로 농도를 조절 하였다. 외부 기상자료는 시설원예연구소 외부기상대를 이용하여 측정하였다(Fig. 1). 4월 17일에 암꽃이 개화하 였고 3일 뒤 11-13마디에 주당 2-3개의 과실이 착과하 도록 하였다. 착과 5일 후 1개 과실을 남기고 적과하고 23마디에서 적심하여 과실로의 양분 전이가 더욱 활발하 게 이루어지도록 하였다. 착과 65일 후 수확하였으며 과 실의 당도를 향상시키기 위하여 수확 3일 전 급액을 중 지하였다.
3. 생육 및 품질 특성 조사
농촌진흥청 농업과학기술 연구조사 분석기준(RDA, 2012)에 따라 식물체의 엽장, 엽폭, 엽병장, 과실의 과중, 과장, 과폭을 조사하였다. 엽형지수는 엽장/엽폭의 비율 이며, 과형지수는 과장/과폭의 비율을 계산한 값이다. 엽 면적은 엽면적 추정식을 이용하여 계산하였다(Wu 등, 2010).
배지 표면의 식물체 지제부에서 10 마디까지 길이와 10 마디에서 20마디까지의 길이를 조사하였다. 과실 경 도는 꼭지를 기준으로 반으로 잘라 과육 중간을 경도계 (FHM-1, Takemura Techno Works Co., Ltd, Kyoto, Japan)를 이용하여 N·mm-2단위로 측정하였으며 당도는 과실에서 표피와 종자 및 태좌부를 제거한 과육을 믹서 기로 갈아 시료를 만들고 휴대용 당도계(PAL-1, ATAGO, Co., Ltd, Tokyo, Japan)를 이용하여 °Brix 단위로 나타 내었다.
4. 배지의 물리성 분석
배지 내 입자의 크기를 분석하기 위하여 50mL의 배 지를 수집한 후 직경 1cm, 0.5cm의 체를 이용해 크기에 따라 배지의 입자를 분류하였다. 칩:더스트 비율이 5:5인 배지에서 1cm 이상의 입자가 전체의 42%, 0.5cm 이상 1cm 미만의 입자가 26%, 0.5cm 미만의 입자가 31%의 비율을 나타내었다. 칩:더스트 비율이 3:7인 배지에서 1cm 이상의 입자가 전체의 29%, 0.5cm 이상 1cm 미만 의 입자가 40%, 0.5cm 미만의 입자가 32%의 비율을 나 타내었다. 배지 물리성인 용기용수량, 기상률, 총 공극, 용적밀도를 측정하기 위하여 실험 전 배지 2종류와 실 험 후 배지 6종류, 총 8종류 배지의 물리성을 측정하였 다(Kim 등, 2016).
용기용수량(CC, container capacity) = [(습윤중량(wet weight)-건조중량(dry weight)]/배지의 용적(volume of sample) × 100
기상률(AS, air space) = 배수된 용적량(volume of water drained)/배지의 용적(volume of sample) × 100
용적밀도(BD, bulk density) = 건조중량(dry weight)/ 배지의 용적(volume of sample)
결과 및 고찰
처리 별 재배 기간의 총 급액량을 조사한 결과(Fig. 2), 배액률 30% 처리구의 총 급액량은 주당 125L로 가 장 많았으며 배액률 20% 처리구의 총 급액량은 주당 106L로 18% 적은 값을 나타내었다. 배액률 10% 처리 구는 주당 91L로 배액률 30% 처리구에 비해 급액량이 약 30% 절감되었다.
‘PMR 달고나’를 재배하였을 때 배지의 칩:더스트 비 율과 급액량에 따른 배액량의 일일 변화를 조사하였다 (Fig. 3). 급액량이 가장 많은 배액률 30% 처리구에서 배액량이 가장 많았으며, ‘얼스 아이비’ 또한 비슷한 경 향을 나타내어 두 품종 간 작물의 수분 흡수량은 큰 차 이가 나타나지 않는 것을 알 수 있었다(Data not shown). 주당 배액량은 급액량이 많은 배액률 30% 처리구에서 약 300-600mL, 배액률 20% 처리구에서 약 100-400mL, 급액량이 가장 적은 배액률 10% 처리구에서 약 0- 200mL 배액되었다. 총 재배 기간 배출된 배액량을 비교 한 결과(Fig. 4), 배액률 10% 처리구의 배액량은 두 품 종 모두 주당 10L 이하로 적었다. 칩과 더스트 비율 5:5 배지에 비해 3:7 배지의 배액량은 배액률 20% 처리구에 서 59-72%, 배액률 10% 처리구에서는 25-33% 적은 값 을 나타내었다. 이는 더스트 비율이 높은 3:7 배지의 양 수분 보수력이 높아 배액량이 감소한 것으로 판단된다.
처리 별 멜론의 생육을 조사하여 급액량과 배지 조성 이 생육에 어떤 영향을 미치는 지 분석하였다(Table 2, 3). ‘PMR 달고나’는 급액량이 가장 많은 배액률 30% 처리구에서 엽장, 엽폭, 엽면적 등 생육이 좋았으며 급 액량이 감소할수록 엽면적을 포함한 엽생육이 감소하는 것을 알 수 있었다. 또한 칩:더스트 비율 5:5 배지보다 더스트 비율이 높은 3:7 배지의 엽생육이 더 좋았는데 이는 3:7 배지의 근권 함수율이 더 높기 때문인 것으로 판단된다. ‘얼스아이비’는 ‘PMR달고나’와 비슷한 생육 패턴을 보였으며 급액량이 많을수록 엽생육이 좋아졌다. 이러한 결과는 착과기 급액량이 낮을수록 파프리카의 잎 크기가 감소한다는 보고와 같다(An 등, 2009). 근권의 함수율이 떨어지면서 양분흡수의 균형이 깨지고 뿌리에 스트레스를 주어 생육이 억제된다고 보고된 바와 같이 (Aljibury and May, 1970) 급액량의 감소와 배지 조성으 로 인한 양수분 흡착 능력의 차이가 결과적으로 엽생육 의 저하를 초래한 것으로 판단된다. 처리 별 멜론 줄기 의 마디 길이를 조사한 결과(Fig. 5),‘PMR 달고나’는 처 리 별로 지제부에서 10마디까지의 길이가 유의한 차이 가 나지 않았지만 급액량이 적은 배액률 10% 처리구에 서 10마디에서 20마디까지의 길이가 유의하게 작은 결 과를 나타내었다. 이는 엽면적을 비롯한 엽생육과 동일 한 경향으로, 멜론 줄기의 길이 및 마디 길이는 관수량 에 따라 차이가 크다는 보고와 같이(Park 등, 1998) 급 액량이 마디 길이에 영향을 준 것으로 판단된다. ‘얼스 아이비’의 지제부에서 10마디까지의 길이를 비교해 본 결과, 칩:더스트 비율 5:5 배지보다 3:7 배지에서 더 좋 은 생육을 나타냈으며 ‘PMR 달고나’와 마찬가지로 급액 량이 높을수록 10마디에서 20마디까지의 길이가 더 길 었다. 더스트 비율이 높은 3:7 배지의 용기용수량과 공 극률이 ‘얼스아이비’의 초기 생육 속도 향상에 더욱 적 합한 것으로 판단된다.
Table 2. Leaf characteristics of musk melon ‘PMR Dalgona’ as affected by mixing ratio of substrate (chip : dust) and drainage rate during growing period.
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Table 3. Leaf characteristics of musk melon ‘Earl’s Aibi’ as affected by mixing ratio of substrate (chip : dust) and drainage rate during growing period.
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급액량과 배지 조성이 과실 품질의 변화에 어떤 영향 을 미치는지 분석하였다(Table 4, 5). ‘PMR 달고나’의 과실은 더스트 비율이 높은 3:7 배지에서 배액률 30% 처리구와 20% 처리구의 과실 품질 차이가 나타나지 않 았으며 급액량이 가장 적은 처리구의 과중은 1.72kg으로 가장 낮았다. 칩:더스트 비율 5:5 배지에서 급액량이 증 가할수록 과중, 과고, 과폭, 과형지수, 과육 두께, 경도, 네트 지수가 모두 가장 높은 값을 나타내었다. 배액률 30% 처리구의 과중은 1.98kg으로 배액률 10% 처리구에 비해 21% 높았다. 과실 크기를 나타내는 과고, 과폭은 약 6-9% 차이가 났는데 과고와 과폭의 변화폭에 비하여 과중의 변화폭이 더 큰 것으로 보아 과실 크기의 변화 가 과실 중량 변화에 큰 영향을 주는 것으로 판단된다. ‘얼스아이비’는 ‘PMR 달고나’와 마찬가지로 5:5 배지보 다 3:7 배지의 과실 크기, 중량, 경도 등 과실 품질이 좋았고. 급액량이 적은 배액률 10% 처리구에서 과고, 과폭, 과중이 가장 낮았다. 이는 급액량 감소가 근권의 불안정을 야기하여 생육이 억제되고 건물중이 감소해 과 실 생장이 저해된 것으로 판단된다(Hayata, 1998). 이는 배액제로형 배지경 수경재배를 할 때 과중은 배액률이 낮음에 따라 감소하였고(Chang 등, 2012), Ash Ball 배 지경을 이용한 멜론 급액 별 비교에서 급액 제한을 받 은 건조구와 강건조구에서 과중이 감소하였으며(Li, 2001), 적산 일사량에 의한 관수 제어에서 멜론의 과실 생체중이 1회 공급시간이 많은 처리에서 높았다는 보고 (Kim 등, 2003)와 일치하는 결과이다.
Table 4. Fruits characteristics of musk melon ‘PMR Dalgona’ as affected by mixing ratio of substrate (chip : dust) and drainage rate during growing period.
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Table 5. Fruits characteristics of musk melon ‘Earl’s Aibi’ as affected by mixing ratio of substrate (chip : dust) and drainage rate during growing period.
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과실 품질의 중요한 요소인 당도는 급액량과 품종 간 차이가 컸다(Fig. 6). ‘PMR 달고나’는 ‘얼스아이비’보다 과중은 작지만 당도가 2배 가량 높았는데 이는 멜론 품 종의 유전적 특성인 것으로 판단된다. 급액량이 적은 처 리구에서 당도가 다소 높게 나타났다. 멜론 양액 재배 급액방식에 따라 품종별 생육과 과실 특성이 달라지는데 (Cho 등, 1999) 재배 조건에 따라 중량과 품질을 고려하 여 재배할 품종을 선정하는 것이 중요하다. 품종 선택은 재배 시기에 따라 유의해야하는 사항이 다른데, 6월 중 순 이전에 수확하는 봄재배의 경우 과실 크기를 우선하 고 그 이후에 수확하는 작형에서는 당도를 중요시하는 것이 바람직하다(RDA, 2018). 멜론은 당도를 증가시키 기 위하여 수확기 전에 양수분 공급을 제한하는 방법을 사용하기도 하는데, 급액량이 적은 처리구에서 과실 비 대기 근권 EC가 급격히 증가하는(Fig. 7) 등 수분스트레 스의 영향으로 당도가 높아진 것으로 판단된다(Chang 등, 2012, Li, 2001).
과실의 모양을 관찰해보면(Fig. 8), 급액량이 적은 처 리구에서 과고, 과폭을 비롯한 과실의 크기가 가장 작았 으며, ‘얼스아이비’는 급액량이 많은 배액률 30% 처리구 에서 과고가 과폭보다 길어 과형 지수가 1보다 큰 것을 알 수 있다. 멜론은 과실 비대기 초기에 가로보다 세로 로 많이 자라는데(RDA, 2018) 생육 초기에 관수량을 많이 공급하여 급격히 비대해지고 후기에 초세가 따라가 지 못하여 세로로 긴 과실이 형성된 것으로 판단된다.
칩과 더스트 비율이 서로 다른 코이어 배지는 배지 내 수분 보유 특성과 수직적 및 수평적 이동 특성이 상이 하므로 이를 고려하려 급액량을 결정해야 한다(Choi 등, 2017). 식물 생장을 위한 최적 근권 환경을 조성하기 위 해서는 고상, 기상, 액상의 적절한 균형이 필요한데(Kim 등, 2016), 시험에 사용한 배지의 이러한 물리적인 특성 변화를 알아보기 위하여 시험 전과 후 코이어 배지의 용기용수량, 기상률, 총 공극, 용적 밀도를 분석하였다 (Fig. 9). 용기용수량은 배지의 함수율을 나타내며, 배지 의 용기용수량이 커서 양수분을 포함할 수 있는 능력이 크면 근권의 함수율이 급격히 낮아지지 않기 때문에 양 수분 이용효율이 증대되어 관수횟수를 줄일 수 있다 (Kim 등, 2016;Aljibury and May, 1970). 실험을 수행 하기 전 2종류의 배지와 실험 수행 후 재배 완료한 배 지의 용기용수량을 분석한 결과, 실험 수행 전 배지보다 모두 용기용수량이 증가하였다. 칩:더스트 비율 5:5 배지 보다 3:7 배지의 값이 더 큰 것을 알 수 있는데, 이는 더스트의 함량이 높아 배지 내 양수분 흡착이 증가하여 배지 함수율이 증가하여 결과적으로 배지 내 용기용수량 이 증가한 것으로 판단된다. 배지가 포수된 후 중력수가 배출되면서 근권부에 산소가 들어갈 수 있는 공간이 생 기는데, 이 때 배지에 생긴 공간의 비율을 기상률이라고 한다(Soffer and Burger, 1989;Lemaire, 1994). 칩:더스 트 비율 5:5 배지는 3:7 배지보다 칩의 비율이 높고 배 액률 10% 처리구에서 관수량이 가장 적기 때문에 수분 함유량은 적지만 산소가 들어갈 수 있는 공간은 증가하 여 기상률이 높은 것으로 판단된다. 총 공극은 입자와 입자 사이에 공기나 물로 채워지는 공간으로, 미세한 입 자는 밀착되지 않기 때문에 공간이 생성되고, 공극이 유 지되어 보수력이 높지만 공기와 물의 이동이 어렵다 (Lee, 2006). 용기용수량과 비슷한 경향을 보이며 칩:더 스트 비율 3:7 배지는 더스트 비율이 높으므로 공극률이 높아 보수력이 높은 것을 알 수 있다. 용적밀도는 일정 한 용적의 배지 질량을 배지의 부피로 나눈 값으로 고 상, 액상, 기상이 종합된 밀도이다. 공기의 유통, 물의 저장 능력 등 작물의 생육 상태 이해의 기준이 된다 (Lee, 2006). 용적밀도는 모든 코이어 배지에서 0.06- 0.08g·m-3로 암면과 비슷했고, 펄라이트보다 가벼웠다 (Kim 등, 2016;Choi 등, 2009).
‘PMR 달고나’ 품종의 재배 기간 배액의 EC를 조사한 결과(Fig. 7), 칩:더스트 비율 3:7 배지보다 칩의 비율이 높은 5:5 배지를 사용했을 경우 전 생육 기간 동안 1.0- 3.0dS·m-1로 안정적인 수준의 배액 EC를 유지하였다. 그 러나 더스트의 비율이 높은 3:7 배지를 사용했을 경우 착과 후 15일 무렵인 5월 4일 이후 네트 발현기부터 배 액 EC가 급격히 증가하여 3.0-6.8dS·m-1로 높은 값을 나 타내었다. 더스트의 비율이 높을수록 배지 내 수분이 감 소하는 배수 속도가 늦어진다. 더스트 비율이 높은 배지 는 100% 포수 후 24시간이 지나도 배지 내 수분 함량 이 80% 이상으로 높다는 보고가 있으며 따라서 작물 재배 시 과습에 의한 장해 발생을 주의해야한다(Choi 등, 2017). 더스트 비율이 높은 3:7 배지의 함수율이 높고 그로 인해 배지 내 양분 집적이 높아졌으며 재배 기간 이 길어질수록 이러한 양분 집적도가 더욱 높아졌기 때 문에 착과기 이후 네트발현기부터 배액의 EC가 급격히 높아진 것으로 판단된다.
본 실험에서 코이어 배지의 칩과 더스트 비율과 급액 량에 따라 멜론의 생육과 품질이 달라지고, 품종에 따라 반응하는 정도가 다른 것을 알 수 있었다. 더스트의 비 율이 높을수록 보수력이 증가하여 배지 물리성이 우수하 고, 배지 내 함수율이 증가하여 엽생육과 과실 품질이 증대되었다. 급액량이 높을수록 엽생육과 과실 비대에 긍정적인 영향을 주었지만 당도는 급액량이 낮을수록 높 았으며 품종 간 과실 품질 차이가 컸다. 배액률을 30% 기준으로 급액할 때 보다 배액률 10% 기준으로 급액하 면 과중은 약 15% 감소하지만, 급액량을 약 30% 절감 할 수 있다. 당도는 품종 간 차이가 크므로 당도가 우수 한 품종을 이용하여 양수분 관리를 적정하게 해준다면 코이어 배지를 이용한 수경재배 시 균일한 품질의 멜론 을 생산할 수 있을 것으로 판단된다.
