서 론
재료 및 방법
1. 공시 재료
2. 수경재배 시스템 및 실험 설계
3. 양액 관리
4. 지상부 및 근권부 환경 측정
5. 시금치 생육조사
6. 광합성 특성 측정
7. 식물체 무기성분 분석
8. 통계 분석
결과 및 고찰
1. 시금치 재배 시 온실 환경
2. 수경재배 시스템별 근권부 온도
3. 시금치의 생육특성
4. 광합성 특성
5. 식물체 무기성분 함량
서 론
최근 기후변화와 여름철 고온의 장기화로 인해 시설 엽채류 재배에서 생육 저하와 수량 감소 문제가 지속적으로 보고되고 있으며(Gent 2014; Hooks et al. 2022), 결구상추, 양상추, 시금치와 같은 호냉성 엽채류는 고온기에 생리장해와 품질 저하가 발생하여 안정적인 생산이 어려운 작목으로 분류된다(Rubatzky and Yamaguchi 1997). 시금치(Spinacia oleracea L.)는 비름과(Amaranthaceae)에 속하는 호냉성 엽채류로, 생육적온은 15－20℃이며 23℃ 이상에서는 생육이 억제된다(Samba et al. 2026). 지금까지 여름철 시설의 고온 대응은 차광, 강제환기, 증발냉각 등 지상부 환경 조절에 집중되어 왔으나 근권 환경 비교에 대한 연구는 제한적이다. 이에 근권부의 온도, 산소 및 수분 조건을 직접 관리할 수 있는 수경재배가 고온기 엽채류 생산의 대안으로 주목받고 있다(Gent 2014).
고온기 시설 엽채류 순수수경 재배시 생육 및 수량은 지상부 환경 뿐만 아니라 근권부 환경에 의해서도 영향을 크게 받는다. 근권부 온도는 뿌리 호흡, 양분 흡수, 수분 이동 및 광합성 조절과 밀접한 관련이 있으며, 특히 고온기에는 근권부 산소 공급과 온도 변동이 생리적 안정성을 좌우하는 중요한 요인으로 작용한다. 저온기에 근권부를 가온하여 뿌리 생장과 양분 흡수를 개선한 사례(Kawasaki et al. 2014)와 수경재배 상추에서 근권부 온도 관리가 생육과 생리적 성능을 향상시킨 사례(Levine et al. 2023)가 보고된 바 있다. 그러나 고온기 조건에서 수경재배 시스템의 종류에 따라 근권부 온도 변화와 생육, 생리적 반응이 어떻게 달라지는지를 종합적으로 비교한 연구는 제한적이다.
수경재배 시스템은 배지를 사용하지 않는 순수수경(water culture) 방식과 고형 배지를 이용하는 배지경 방식으로 구분되며, 근권부의 물리적 구조에 따라 산소 공급, 수분 유지력 및 열 완충 효과가 서로 다르다. 분무경(aeroponics, AP)은 뿌리를 공기 중에 노출한 상태에서 양액을 간헐적으로 분무하는 방식으로 근권부 산소 공급이 원활하며(Treadwell et al. 2007), 박막경(nutrient film technique, NFT)은 얇은 양액막이 재배 채널을 따라 연속적으로 순환하여 양분 공급이 안정적이다. 반면 펄라이트 배지경(perlite substrate culture, PL)은 고형 배지의 보수성과 열용량을 통해 근권부 온도 변동을 완화할 수 있다. 이처럼 세 시스템은 근권부 환경의 형성 기작이 서로 다르므로, 동일한 고온 조건에서도 시금치의 생육과 생리적 반응이 다르게 나타날 것으로 예상된다.
한편 고온과 함께 나타나는 높은 수증기압포차(vapor pressure deficit, VPD)는 기공을 폐쇄시켜 순광합성속도(net photosynthetic rate, Pn)를 제한하는 주요 요인이며(Farquhar and Sharkey 1982; Grossiord et al. 2020), 수경재배 방식에 따라 광합성 특성이 달라진다는 보고도 있다(Park et al. 2014). 그럼에도 최근 이상기후로 인하여 9월 이후 고온기 시금치를 대상으로 지상부 환경(기온, 상대습도, VPD, 일사량)을 제시한 상태에서 수경재배 시스템 간 생육특성을 비교한 연구는 많지 않다.
따라서 본 연구는 고온기 온실에서 시금치 재배 시 분무경, 박막경 및 펄라이트 배지경 세 가지 수경재배 시스템을 비교하여, 재배기간 중 지상부 환경과 시스템별 근권부 온도 특성을 정량적으로 제시하고, 이러한 조건에서 시금치의 생육, 광합성 특성 및 무기성분 함량이 어떻게 달라지는지를 경향성을 파악하고자 수행되었다.
재료 및 방법
1. 공시 재료
본 시험은 고온기 조건에서 결구상추, 양상추 등 엽채류 재배가 어려운 시기에 대체 작물로서 시금치(Spinacia oleracea L.)의 재배 가능성을 검토하기 위해 경향성을 평가하고자 수행되었다. 2025년 9월 5일, 시금치 ‘열광’(팜한농, 한국) 종자를 각 셀의 크기가 가로 25mm × 세로 25mm × 높이 40mm인 200공 암면(Grodan AO Plug, Roemond, the Netherlands)에 파종하였다. 2주 후 생육이 균일한 실생묘를 선발하여 각 수경재배 시스템에 정식하였다.
2. 수경재배 시스템 및 실험 설계
수경재배 시스템은 분무경(aeroponics, AP), 박막경(nutrient film technique, NFT) 및 펄라이트 배지경(perlite substrate culture, PL)의 세 가지로 구성하였다. 각 시스템은 가로 1.2m × 세로 6m 규격의 베드 1개로 설치하였다. 분무경은 베드 내부에 분무노즐을 20cm 간격으로 배치하여 근권부에 양액을 간헐 분무하였고, 박막경은 동일 규격의 채널 하부를 따라 양액이 박막 형태로 연속 순환되도록 하였으며, 펄라이트 배지경은 베드 내부에 펄라이트 배지를 충진한 후 재식거리 17cm × 17cm로 정식하였다. 세 시스템은 동일 온실 내 인접 배치하여 지상부 환경(기온, 습도, 일사량) 오차를 최소화하였다. 온실 공간 제약으로 인해 처리당 독립 베드는 1개씩 설치한 뒤 본 연구는 시스템별 근권 환경과 생육반응을 정량적으로 기술하는 탐색적 연구(exploratory study)로 설계되었다. 실험단위(experimental unit)는 베드이며, 개체 조사값은 각 베드 내에서 채취한 부표본으로 수행하였다. 실험단위별 3개 구역으로 분할하고 각 구역 내 무작위로 선발하여 총 15개체를 조사하였다.
3. 양액 관리
모든 처리구에서 공급 양액의 조성은 네덜란드 PBG 엽채류 양액 조성을 따랐으며, EC 1.8 dS·m-1, pH 5.5로 공급하였다. 분무경 처리구는 급액과 휴지 주기를 시간대별로 구분하여 07:05－17:00에는 급액 30초·휴지 4분 30초, 17:05－07:00에는 급액 10초·휴지 4분 50초로 운영하였다. 박막경 처리구는 양액이 뿌리 표면을 박막 형태로 흐르도록 연속 공급하였으며, 급액 주기는 분무경과 동일하게 설정하였다. 펄라이트 배지경 처리구는 점적 관수 방식으로 양액을 공급하였고, 주간(07:05－17:00)에는 급액 3분·휴지 17분으로 설정하였으며 17:05－07:00에는 휴지하였다. 양액은 재배 기간 동안 폐기 없이 전량 순환하여 사용하였고, 일정량 이하로 떨어지는 경우 EC 1.8 dS·m-1, pH 5.5의 양액으로 보충하였다.
4. 지상부 및 근권부 환경 측정
온실 내 지상부 환경 중 기온(℃)과 상대습도(%)는 HOBO 데이터 로거(MX2301A, Onset Computer Corp., Bourne, MA, USA)를 이용하여 재배기간 전 기간(2025년 9월 19일–11월 3일, 46일) 동안 10분 간격으로 연속 측정하였으며, 이로부터 Tetens 식을 이용하여 대기 수증기압포차(vapor pressure deficit, VPD, kPa)를 산출하였다.
여기서 T는 기온(℃), RH는 상대습도(%)이다. 외기 기온과 일사량은 온실에 인접한 자동기상관측장비(automatic weather station, AWS)의 데이터 로거(CR1000, Campbell Scientific Inc., Logan, UT, USA)를 이용하여 동일 간격으로 수집하였으며, 일사량은 온실 외부 값이다. 시험 온실에서 고온 노출 정도는 시금치 생육적온 상한(20℃), 생육 억제 개시온도(23℃) 및 생리장해 발현온도(25℃)를 기준으로 일별 초과 시간을 산출하여 평가하였다(Samba et al. 2026).
근권부 온도는 각 처리구의 근권부에 온도 로거를 설치하여 2025년 9월 27일부터 11월 3일까지 1분 간격으로 측정하였다. 센서는 지점별 2개씩 평균값을 이용하였고, 지상부 기온과 근권부 온도의 관계는 10분 평균값을 이용한 단순선형회귀로 분석하여 회귀 기울기와 상관계수를 산출하였다.
5. 시금치 생육조사
생육 조사는 정식 46일 후 수확 시에 실시하였다. 조사 항목은 초장(cm), 엽수(count/plant), 엽장(cm), 엽폭(cm), 엽면적(cm2/plant) 및 엽록소 함량 지수(SPAD 값)였으며, SPAD 값은 엽록소 측정기(SPAD-502Plus, Konica Minolta, Tokyo, Japan)를 이용하여 측정하였다. 수확 후 지상부를 각각 생체중(g/plant)을 측정하였고, 70℃의 열풍건조기에서 항량에 도달할 때까지 건조한 후 건물중(g/plant)을 조사하였다.
6. 광합성 특성 측정
광합성 특성은 휴대용 광합성 측정기(LI-6800, LI-COR Inc., Lincoln, NE, USA)를 이용하여 정식 후 40일차에 측정하였다. 처리구별로 생육이 균일한 개체를 선발하여 최상위 완전전개엽을 대상으로 9반복 측정하였다. 측정 조건은 단일 광 조건에서 광합성유효광양자속밀도(photosynthetic photon flux density, PPFD) 2,000 μmol·m-2·s-1(적색 80% + 청색 20 %), 챔버 내 CO2 농도 400 μmol·mol-1, 유량 600 μmol·s-1으로 설정하였으며, 측정 시 엽온은 평균 24.9℃, 엽-대기 수증기압포차는 평균 1.22kPa였다. 산출된 가스교환 지표는 Caemmerer and Farquhar(1981)의 식에 따라 순광합성속도(net photosynthetic rate, Pn), 기공전도도(stomatal conductance, gsw), 기공증산속도(stomatal transpiration rate, E) 및 엽육세포간극 CO2 농도(intercellular CO2 concentration, Ci)를 산출하였다.
7. 식물체 무기성분 분석
고온기 조건에서 수경재배 시스템에 따른 시금치의 양분 흡수 특성을 확인하기 위하여 식물체의 총질소(T-N)와 주요 무기성분(P2O5, K2O, CaO, MgO, Na2O) 함량을 분석하였다. 분석은 처리별 3반복으로 2회(1차, 2차) 실시하여 처리당 총 6점을 사용하였다. 70℃에서 항량에 도달할 때까지 건조한 지상부 시료를 분쇄하여 분석에 사용하였으며, T-N은 진한 황산으로 분해한 후 Kjeldahl 법으로 정량하였다. 나머지 무기성분은 농촌진흥청 식물체 표준분석법(NIAST 2000)에 따라 건식회화(dry ashing)한 다음 회분을 묽은 질산에 용해·정용하고, 유도결합플라즈마 발광분광분석기(ICP-OES; iCAP 7400 DUO, Thermo Fisher Scientific, Waltham, MA, USA)로 P, K, Ca, Mg, Na를 정량한 후 각각 산화물(P2O5, K2O, CaO, MgO, Na2O)로 환산하였다. 모든 결과는 건물중 기준 mg/g으로 나타내었다. 이온 분석 시 시약은 분석 시약급(Sigma-Aldrich, St. Louis, MO, USA)을 확인 후 정량화하여 사용하였다.
8. 통계 분석
데이터 전처리는 Excel (Microsoft Office Professional Plus 2016, Microsoft, Redmond, WA, USA)을 이용하였으며, 통계 분석은 SAS (SAS 9.2, SAS Institute Inc., Cary, NC, USA)를 이용하였다. 시스템별 경향을 분석하기 위하여 베드 내 환경구역(입구, 중앙, 출구)를 구역요인으로 지정하여 각 지표는 평균과 표준오차(mean ± SE)로 제시하였다. 단일 베드 배치에 따른 공간적 편향 가능성을 점검하기 위하여 베드 내 3개 환경구역(입구, 중앙, 출구) 에서 채취한 개체의 값이 구역 간에도 동일한 경향성을 나타내는지 확인하여 시스템 간 비교 결과에 미치는 영향을 확인하였다.
결과 및 고찰
1. 시금치 재배 시 온실 환경
시금치 재배기간(2025년 9월 19일－11월 3일) 중 온실 내 기온은 평균 21.5℃였으며, 주간(06:00－18:00) 24.2℃, 야간(18:00－06:00) 18.8℃였다. 일 최고기온 평균은 29.7℃, 최고기온은 40.7℃에 달하였다(Table 1, Fig. 1). 동일 기간 외기 평균기온은 17.9℃로 온실 내부보다 3.7℃ 낮았으며, 주간에는 온실 내부가 외기보다 평균 4.5℃, 일최고기온 기준으로는 6.3℃ 높았다. 시금치는 생육적온이 15－20℃인 호냉성 작물로 본 재배기간 중 기온이 20℃를 초과한 시간은 일평균 14.6시간, 25℃를 초과한 시간은 일평균 5.3시간이었으며, 46일 중 40일에서 일최고기온이 25℃를 초과하였고 30℃ 초과일도 19일에 달하였다(Table 2). 즉 10월까지도 온실 내부는 주간에 시금치 생육적온을 지속적으로 상회하는 고온 조건이 형성되었다. 생육단계별로는 정식 후 2주차에 평균기온 23.2℃, 25℃ 초과 7.8 h/day로 고온 노출이 가장 심하였고, 5－6주차(10월 17일－10월 30일)에는 평균기온 19.1℃, 25℃ 초과 2.7 h·d-1 로 완화되었다(Table 3, Fig. 2). 즉 본 시험의 고온 부하는 시금치의 엽면적 확대와 생육 발달이 이루어지는 생육 초·중기에 집중적으로 작용하였다. 일적산 일사량은 평균 11.0 MJ·m-2·d-1이었으며, 이는 온실 외부 값이므로 온실 내부 광량은 피복재의 투과율만큼 낮았을 것으로 판단된다.
Table 1
Air temperature, relative humidity (RH), and vapor pressure deficit (VPD) in the greenhouse during spinach cultivation (19 September to 3 November 2025)
Table 2
Duration of exposure to air temperature and vapor pressure deficit (VPD) above threshold levels in the greenhouse during the 46 day cultivation period
| Threshold | Duration (h·d-1) | Proportion of period (%) | No. of days with daily maximum above thresholdz |
| 20°C (upper limit of optimum) | 14.6 | 60.7 | 46 / 46 |
| 23°C (onset of growth inhibition) | 8.0 | 33.2 | 45 / 46 |
| 25°C (onset of physiological disorder) | 5.3 | 22.2 | 40 / 46 |
| 30°C | 1.2 | 5.0 | 19 / 46 |
| 35°C | 0.3 | 1.2 | 5 / 46 |
| VPD 1.5 kPa | 5.1 | 21.3 | - |
| VPD 3.0 kPa | 0.7 | 3.0 | - |
zTemperature thresholds for spinach follow Samba et al. (2026).
Table 3
Greenhouse air environment by cultivation period of spinach
Fig. 2
Daily variations in greenhouse and outdoor air temperature and outdoor solar radiation during spinach cultivation from 19 September to 3 November 2025. Greenhouse air temperature was measured at 10-min intervals, whereas outdoor air temperature and solar radiation were obtained from an adjacent automatic weather station. The orange shaded area indicates the daily minimum–maximum temperature range, and the black solid, orange solid, blue solid, and gray dash-dotted lines indicate daily mean, daily maximum, daily minimum, and outdoor mean air temperatures, respectively. The yellow bars indicate daily solar radiation. The light blue band indicates the heating set-point range (13－25°C), the green band indicates the optimum temperature range for spinach (15－20°C), and the red dashed line indicates the physiological disorder threshold (25°C)
이 때 상대습도는 전 기간 평균 72.1%였으나 주간에는 61.2 %로 낮아졌고, 이로부터 산출한 대기 수증기압포차는 주간 평균 1.32kPa, 최대 5.24kPa였다. 일중 변화를 보면 기온은 13시경 27.7 ± 0.6℃로 최고에 달하였으며, 이 시간대에 상대습도가 최저를 보이면서 수증기압포차가 최고에 도달하였다(Fig. 3). 본 시험에서 대기 수증기압포차만으로도 3.0kPa를 초과한 시간이 일평균 0.7시간이었으며, 맑은 날에는 정오 기온 35.8℃, 상대습도 35.5%, 수증기압포차 3.78kPa에 달하여 3.0kPa 초과 상태가 6.2시간 지속된 반면, 흐린 날(10월 3일)에는 일평균 대기 수증기압포차가 0.17kPa에 불과하여 일사 조건에 따라 고온·고수증기압포차 부하가 크게 달라졌다(Fig. 4).
Fig. 3
Mean diurnal changes in greenhouse environmental conditions during spinach cultivation. (A) Air temperature, (B) relative humidity, and (C) vapor pressure deficit. Each point represents the mean 30-min value averaged over the 46-day cultivation period. Error bars indicate the standard error of the mean (n = 46 days). Red squares, blue circles, and purple triangles indicate air temperature, relative humidity, and vapor pressure deficit, respectively. The green band indicates the optimum temperature range for spinach (15－20°C), and the red dashed lines indicate 25°C in (A) and 1.5 kPa in (C)
Fig. 4
Diurnal changes in greenhouse environmental conditions on a low-VPD day (3 October 2025, overcast) and a high-VPD day (11 October 2025, clear). (A) Air temperature, (B) relative humidity, (C) vapor pressure deficit, and (D) solar radiation. Air temperature and relative humidity were measured at 10-min intervals, vapor pressure deficit was calculated using the Tetens equation, and solar radiation was obtained from an adjacent automatic weather station. Blue dashed lines with circles and red solid lines with squares indicate the low- and high-VPD days, respectively. The red dotted line indicates 25°C in (A), and the gray dotted line indicates 3.0 kPa in (C)
세 처리구는 동일 온실 내에 인접 배치되어 위와 같은 지상부 고온 부하가 공통으로 작용하였다. 따라서 이후에 기술하는 처리 간 차이는 지상부 환경의 차이가 아니라 각 수경재배 시스템의 근권부 환경 반응 차이와 관련된 것으로 해석하였다.
2. 수경재배 시스템별 근권부 온도
근권부 평균 온도는 PL 22.9℃, AP 22.2℃, NFT 21.5℃ 순이었으며, 온도 변동폭은 NFT에서 10.3－32.7℃로 가장 컸고 PL에서 14.4－29.7℃로 가장 작았다(Table 4). 일평균 온도 진폭은 NFT 8.8℃, AP 5.6℃, PL 4.9℃ 순으로, 고형 배지를 사용하는 PL에서 근권부 온도가 가장 안정적으로 유지되었다.
지상부 기온에 대한 근권부 온도의 단순선형회귀 결과, 회귀 기울기는 NFT 0.67(r = 0.92), AP 0.48(r = 0.73), PL 0.34 (r = 0.63) 순이었다(Table 4). 실제 일중 변화에서도 박막 형태로 양액이 흐르는 NFT에서 지상부 고온이 근권부로 가장 직접적으로 전달된 반면, 펄라이트 배지의 열용량과 보수력이 완충 작용을 하여 PL에서 전달 정도가 가장 작았다(Fig. 5). 저온기 근권부 가온이 뿌리 생장과 양분 흡수를 개선한다는 보고(Kawasaki et al. 2014)와 수경재배 상추에서 근권부 온도 관리가 생육을 향상시킨다는 보고(Levine et al. 2023)를 고려하면, 고온기에도 근권부의 열적 안정성이 생육에 유리하게 작용할 것으로 예상할 수 있다. 본 시험에서는 근권부 온도가 가장 안정적이었던 PL에서 생육이 가장 낮았다. 또한 처리 간 근권부 평균 온도의 차이는 21.5－22.9℃로 최대 1.4℃에 불과하였다. 따라서 본 연구에서 근권부 온도는 생육 차이의 직접적 원인이라기보다 각 수경재배 시스템의 구조적 특성을 나타내는 지표로 해석하는 것이 타당하다고 판단되었다.
Table 4
Root-zone temperature of spinach grown in three hydroponic systems and its relationship with greenhouse air temperature
| Treatmentz | Mean (°C) | Min. (°C) | Max. (°C) | Range (°C) | Mean daily amplitude (°C) | Slopey | r |
| PL | 22.9 | 14.4 | 29.7 | 15.3 | 4.9 | 0.34 | 0.63 |
| AP | 22.2 | 12.1 | 31.4 | 19.3 | 5.6 | 0.48 | 0.73 |
| NFT | 21.5 | 10.3 | 32.7 | 22.4 | 8.8 | 0.67 | 0.92 |
Fig. 5
Mean diurnal changes in outdoor air temperature, greenhouse air temperature, and root-zone temperature of spinach grown in aeroponics (AP), nutrient film technique (NFT), and perlite substrate culture (PL). Greenhouse and outdoor air temperatures were recorded at 10-min intervals, and root-zone temperature was recorded at 1-min intervals. Each point represents the mean 30-min value averaged over the 38-day period for which all measurements were available (27 September to 3 November 2025). Error bars indicate the standard error of the mean (n = 38 days). The gray dashed line with downward triangles, orange solid line with circles, purple solid line with diamonds, green solid line with upward triangles, and black solid line with squares indicate outdoor air, greenhouse air, NFT root-zone, AP root-zone, and PL root-zone temperatures, respectively. The green band indicates the optimum temperature range for spinach (15–20°C), and the red dotted line indicates 25°C.
3. 시금치의 생육특성
엽면적은 AP 856.8cm2/plant, NFT 791.8cm2/plant로 PL 395.9cm2/plant보다 높게 나타났고, 초장, 엽장, 엽폭도 동일한 경향을 보였다. 엽수는 AP 12.3매, NFT 10.7매, PL 9.3매 순이었다. 반면 엽록소 함량 지수(SPAD 값)는 67.1－69.4 범위로 처리 간 뚜렷한 차이가 없었다(Table 5).
Table 5
Growth characteristics of spinach grown in three hydroponic systems under high temperature greenhouse conditions
| Treatmentz | Plant height (cm) | No. of leaves (count/plant) | Leaf length (cm) | Leaf width (cm) | SPAD value | Leaf area (cm2/plant) |
| PL | 17.0 ± 0.6y | 9.3 ± 0.3 | 10.7 ± 0.3 | 7.2 ± 0.2 | 69.4 ± 0.9 | 395.9 ± 16.7 |
| AP | 22.2 ± 0.7 | 12.3 ± 0.2 | 13.6 ± 0.4 | 9.7 ± 0.4 | 67.1 ± 1.4 | 856.8 ± 69.1 |
| NFT | 21.0 ± 0.5 | 10.7 ± 0.5 | 13.8 ± 0.4 | 9.6 ± 0.3 | 67.2 ± 1.1 | 791.8 ± 31.1 |
지상부 생체중은 AP 55.5g/plant, NFT 50.2g/plant로 PL (24.6g/plant)의 약 2배 수준으로 높게 나타났으며, 지상부 건물중도 AP 5.4g/plant, NFT 5.5g/plant로 PL(2.6g/plant)보다 높았다(Table 6). 이러한 시스템 간 차이는 베드 내 입구·중앙·출구 세 구역에서 일관되게 동일한 방향으로 나타나, 관찰된 경향이 베드 내 특정 위치의 우연한 편향에서 비롯되었을 가능성은 낮음을 시사하였다.
Table 6
Shoot fresh weight and dry weight of spinach grown in three hydroponic systems
| Treatmentz |
Shoot fresh weight (g/plant) |
Shoot dry weight (g/plant) |
| PL | 24.6 ± 1.0y | 2.6 ± 0.1 |
| AP | 55.5 ± 4.6 | 5.4 ± 0.4 |
| NFT | 50.2 ± 2.6 | 5.5 ± 0.2 |
4. 광합성 특성
정식 후 40일차에 포화광 조건(PPFD 2,000μmol·m-2·s-1)에서 측정한 순광합성속도(Pn)는 AP에서 15.64μmol CO2· m-2·s-1로 NFT 13.51μmol CO2·m-2·s-1 및 PL 13.57μmol CO2·m-2·s-1 보다 높게 나타났다(Table 7). 기공전도도(gsw)와 기공증산속도(E)는 AP에서 각각 0.237mol·m-2·s-1, 2.77mmol·m-2·s-1로 가장 높았으며 NFT (gsw 0.180mol·m-2·s-1, E 2.14mmol·m-2·s-1)와 PL (gsw 0.171mol·m-2·s-1, E 2.02mmol·m-2·s-1)은 서로 비슷한 수준이었다.
Table 7
Photosynthetic characteristics of spinach grown in three hydroponic systems, measured 40 days after transplanting
| Treatmentz |
Pn (µmol CO2·m-2·s-1) | gsw (mol·m-2·s-1) | E (mmol·m-2·s-1) | Ci (µmol·mol-1) |
Pn/E (µmol CO2·mmol H2O-1) |
| PL | 13.57 ± 0.74y | 0.171 ± 0.017 | 2.02 ± 0.20 | 287.5 ± 6.7 | 7.16 ± 0.66 |
| AP | 15.64 ± 0.46 | 0.237 ± 0.013 | 2.77 ± 0.14 | 301.2 ± 2.4 | 5.72 ± 0.19 |
| NFT | 13.51 ± 0.41 | 0.180 ± 0.009 | 2.14 ± 0.11 | 296.0 ± 3.6 | 6.42 ± 0.28 |
기공전도도와 순광합성속도가 동일한 순서를 보인 것은 기공 개도가 CO2 확산을 통해 광합성을 제한한다는 일반적인 기작(Farquhar and Sharkey 1982; Taiz and Zeiger 2015)과 일치한다. 한편 엽육세포간극 CO2 농도(Ci)는 PL 287.5, NFT 296.0, AP 301.2μmol·mol-1로 처리 간 차이가 없었다. 기공전도도가 낮은 처리에서 Ci 가 함께 낮아지고 순광합성속도가 감소한 점은, 본 시험의 광합성 차이가 엽육 광합성 능력보다 기공 개도에 주로 기인하였을 가능성을 시사한다. 다만 CO2 반응곡선을 측정하지 않았으므로 기공적·비기공적 제한을 정량적으로 구분하지는 못하였다.
순광합성속도를 기공증산속도로 나눈 수분이용효율(Pn/E)은 PL 7.16, NFT 6.42, AP 5.72μmol CO2·mmol H2O-1로 기공전도도와 반대 순서를 보였으나 처리 간 뚜렷한 차이는 보이지 않았다. 기공전도도가 낮을 경우 증산량이 감소하여 일시적으로 수분이용효율이 높아질 수 있다는 보고(Lawson and Blatt 2014)와 방향은 일치하였다. 수경재배 방식에 따라 광합성 특성이 달라진다는 보고(Park et al. 2014)와 마찬가지로 본 시험에서도 근권부 환경의 차이가 지상부 기공 반응으로 연결되었음을 확인할 수 있었다.
5. 식물체 무기성분 함량
시금치 무기성분 분석 결과 P2O5, K2O, MgO 및 Na2O 함량에서 처리 간 차이가 확인되었다(Table 8). P2O5 함량은 AP 39.2mg/g, NFT 40.9mg/g로 PL 33.8mg/g보다 높았고, MgO 함량도 AP 12.9mg/g, NFT 12.4mg/g로 PL 10.3mg/g보다 높았다. K2O 함량은 AP 127.4mg/g로 PL 116.9mg/g보다 높았으나 NFT 122.0mg/g는 중간 수준으로 PL과 차이를 보이지 않았다.
Table 8
Mineral concentrations in the shoots of spinach grown in three hydroponic systems
| Treatmentz | T-N (mg/g) | P2O5 (mg/g) | K2O (mg/g) | CaO (mg/g) | MgO (mg/g) | Na2O (mg/g) |
| PL | 26.7 ± 2.9y | 33.8 ± 2.7 | 116.9 ± 13.4 | 12.2 ± 0.5 | 10.3 ± 0.7 | 2.2 ± 0.3 |
| AP | 29.3 ± 2.2 | 39.2 ± 1.9 | 127.4 ± 11.3 | 12.9 ± 0.5 | 12.9 ± 0.6 | 1.8 ± 0.3 |
| NFT | 29.6 ± 2.6 | 40.9 ± 2.3 | 122.0 ± 9.7 | 13.3 ± 0.4 | 12.4 ± 0.6 | 1.8 ± 0.3 |
반면 T-N 함량은 AP 29.3mg/g, NFT 29.6mg/g로 PL 26.7mg/g보다 높은 경향을 보였으나 처리 간 차이는 뚜렷하지 않았으며, CaO 함량도 처리 간 차이가 크지 않았다. 질소와 칼슘은 모든 처리구에서 동일한 양액(EC 1.8dS·m-1, pH 5.5)이 공급되었으므로, 이들 원소의 흡수는 재배 시스템보다 양액 조성의 영향을 더 크게 받은 것으로 판단된다. 한편 Na2O 함량은 PL에서 2.2mg/g로 AP 및 NFT 각각 1.8mg/g 보다 고형 배지 내 이온 이동·잔류 특성과 관련될 수 있으나 본 연구에서 그 기작을 규명하지는 못하였다. 전반적으로 시금치의 무기이온 조성은 AP와 NFT 간 차이보다 순수수경(AP, NFT)과 배지 재배(PL) 간 비교에서 더 뚜렷하게 높았다.
