서 론
재료 및 방법
1. 공시 재료
2. 근적색광(far-red, FR) 및 백색(full spectrum, W) LED 보광등의 광도 및 광질 측정
3. 고온기 근적색광(far-red, FR) LED 및 저광도기 백색(full spectrum, W) LED 보광 처리
4. 고온기 절화 장미 재배 관리
5. 저광도 절화 장미 재배 관리
6. 절화 품질 및 수량 조사
7. 통계 분석
결과 및 고찰
1. 고온기 FR LED 활용 야간 보광이 절화 장미 품질 및 수량에 미치는 영향
2. 저광도 시기 W LED 활용 야간 보광이 절화 장미 품질 및 수량에 미치는 영향
결 론
서 론
광은 식물 광합성의 일차적인 에너지원으로, 광도, 광질, 일장 등 광 환경은 식물의 생육과 발달에 큰 영향을 끼친다(Davarzani 등, 2023; Hangarter, 1997). 우리나라의 자연 일조량은 3월부터 점차 증가해 6－7월에 가장 많고 이후 점차 줄어들어 12－1월에 가장 적다(Kim 등, 2023). 이러한 광 환경 변화 때문에 시설 내 작물의 생육 조건에 적합한 생산 환경을 조성하기 위해 시기별로 차광, 보광 등 광 환경 개선 기술을 적용한다. 차광(shading)은 광량이 많은 시기에 온실 내로 유입되는 태양에너지를 감소시켜 온도 상승을 억제하는 기술이며, 보광(supplemental lighting)은 자연광만으로 광량이 부족할 때 인공 광원을 이용해 광량을 보충하는 기술이다. 겨울철과 장마철 등 저광도 기간 동안 시설 내 보광을 통해 광합성을 촉진시켜 재배 작물의 생육과 수량을 증가시킬 수 있다. 절화 장미의 적정 일적산광량(daily light integral, DLI)은 30mol·m-2·d-1 이상이며, 최소 13mol·m-2·d-1를 요구한다(Dole와 Warner, 2017). Kim 등(2020)이 절화 장미 온실의 시설내 재배환경을 조사한 결과, DLI가 봄(3－5월) 14.4 mol·m-2·d-1, 여름(6－8월) 17.9mol·m-2·d-1, 가을(9－11월) 14.2mol·m-2·d-1로 최소 광요구도를 충족하지만, 겨울(12－2월)에는 9.4mol·m-2·d-1로 정상적인 생육 및 개화를 위한 광량이 부족하다고 하였다. 국내외 시설 내 보광에 활용되는 인공광원에는 백열등, 형광등, 수은등, 메탈할라이드등(metal halide lamp, MH), 고압나트륨등(high pressure sodium lamp, HPS), 발광다이오드(light emitting diodes, LEDs) 등이 있다.
절화 장미는 연속개화성으로 시설 내 연중 재배되며, 계절적인 환경 변화가 시설 내 광, 온도, 습도, 탄산가스 농도 등 다양한 재배 환경에 영향을 끼쳐 최적 재배 환경 유지가 어렵고 수확 후 품질에도 영향을 미친다(Lee 등, 2019). 일반적으로 장미 식물체의 광포화점은 851µmol·m-2·d-1(37klux)이며 품종에 따라 다르다(Park과 Kim, 2021; RDA, 2018). 장미는 여러 환경 요인 중 광이 생육에 미치는 영향이 가장 크므로(Blom과 Tsujita, 2003; Jiao와 Grodzinski, 1998), 절화 장미의 품질과 수량을 높이기 위해서는 충분한 광이 필요하다(Dole와 Wilkins, 2005; Dole와 Warner, 2017). 절화 장미는 저광기 생산시 생육 감소 및 개화 지연(Davarzani 등, 2023), 화뢰 퇴화(Zieslin과 Mor, 1990), 블라인드 증가 등이 발생해 수량 및 절화 품질이 저하된다. 절화 장미는 채화 및 절곡 후 측아로부터 신초가 발생되며 발생된 신초가 대사산물의 저장부위가 되기 때문에, 보광시 광합성으로 고정된 탄수화물이 쉽게 잎에서부터 다른 기관으로 이동하여 이용 및 저장된다(Choi 등, 2008). 장미는 다른 작물에 비해 보광에 잘 반응하고, 장시간 연속 보광에도 광도가 낮다면 생리장해가 적다.
1930년대 초반 장미 보광 연구가 시작되었으며, 1960년 후반 형광등을 이용한 보광이 수량 증대 효과가 있는 것이 구명되었다(Mastalerz와 Langhans, 1969). 1975년 이후 기술의 발전으로 HPS, MH 등 높은 광량을 제공하는 인공 광원을 활용한 보광 기술이 연구되었으며, 겨울철 저광도로 생산성 저하 문제가 있는 유럽 등 고위도 지역에서 HPS를 활용한 상업적 보광이 이루어졌다. HPS는 충분한 광합성 유효 방사선을 제공하여 국내외 절화 장미 보광에 널리 사용되고 있다(Lee 등, 2021). HPS는 35%의 열방사율을 지니며, 광원에서 방사되는 열에너지가 높아(Cathey와 Campbell, 1980; Yang 등, 2015), 겨울철 난방부하를 절감하는 효과가 있다. 고위도 지역에서 절화 장미 생산 시 광도가 낮은 시기에 수량과 품질을 향상시키기 위해 고압나트륨등을 이용해 보광을 할 경우 8－ 24시간동안 60－200µmol·m-2·d-1의 인공광을 조사하는 것이 일반적이다(Dole와 Warner, 2017). 보광의 효과는 광도와 광질, 조사 시간 및 자연광량 등에 따라 달라질 수 있으며(Lee와 Kim, 2015), 보광 시간은 작물의 생육 단계, 자연광량 등 계절, 보광등의 광도, 전기료 등을 고려하여 결정한다(Lee 등, 2021). 1990년 이후에는 조명기구의 발전, 에너지 비용 감소 등으로 절화 장미 재배 지역에서 보광이 보편적으로 이용되었다. 보광의 상용화와 더불어, 생육 및 발달, 수량 및 절화 품질, 개화소요일수 등 다양한 측면에서 보광의 효과가 구명되었다. 보광 효과는 품종간의 차이가 크나 대체적으로 광합성 효율 증진(Zieslin과 Tsujita, 1990), 생체중, 경경 및 경장 등 생육 증가, 블라인드 감소와 신초 발생 및 개화 촉진을 통한 증수 등이 있다.
보광에 적합한 광원, 광도, 광질, 광주기 등을 구명하기 위해 다양한 연구가 국내·외에서 이루어졌다. 보광 광도는 최소 30μmol·s-2·d-1 PAR(Photosynthetic active radiation)이상이며, 250μmol·s-2·d-1 PAR 까지는 광량 증가와 함께 생육 및 절화 장미 생산이 정의 상관관계를 보였다(Armitage와 Tsujita, 1979; Hendriks와 Ludolph, 1987; Langhans 등, 1973; Zieslin과 Tsujita, 1990). 광주기는 명기간을 14－18시간 처리했을 때 대체적으로 보광 처리구의 생육이 좋았다는 보고가 있으나(Lee 등, 2001; Lee 등, 2003), 장미는 일장과 개화의 연관이 낮아 저광도 보광 시 장시간 보광에 따른 생리장해는 거의 없다고 보고되었다(Bickford와 Dunn, 1972; JGHA, 2006; Mastalerz와 Langhans, 1969).
최근 환경 문제의 대두, 에너지 비용 부담 증가, 조명 기술의 발달로 기존 조명보다 전력 소모량이 적은 LEDs의 온실 보급이 확대되면서 기존 광원으로는 실험하기 어려웠던 광질에 관한 연구가 활발히 이루어지고 있다. 자연광 하에서 광합성에 주로 이용되는 파장대인 적색광(600－700nm)과 청색광(380－500nm)을 활용한 작물별 최적 파장대 또는 최적 조합을 구명하기 위한 연구가 활발히 이루어졌다. 최근에는 광합성보다 식물의 형태 및 형성 등 생리적 반응에 영향을 끼치는 녹색광(500－600nm)과 근적색광(730－760nm)이 식물체에 미치는 효과를 구명하기 위한 연구가 활발히 수행되고 있다. 녹색광은 식물체의 바이오매스량에 영향을 끼치며(Klein 등, 1965; Went, 1957), UV-B나 청색광이 매개하는 기공개폐 반응을 역전시킨다(Eisinger 등, 2003; Frechilla 등, 2000). 근적색광과 적색광은 식물의 광수용체 중 하나인 피토크롬(phytochrome)의 입체 구조 변화를 유도하여 길항적으로 작용한다. 적색광은 절화 장미의 정아우세성을 약화시켜 맹아 타파와 꽃의 발달을 촉진시키는 반면, 근적색광은 반대의 작용을 한다(Cline, 1991). 또한 근적색광은 길이 생장을 촉진하여 근적색광 비율이 높을수록 줄기와 잎이 도장한다(Gilbert 등, 1995; Kasperbauer와 Peaslee, 1973).
기존에 장미의 보광에 대한 연구들은 이루어지고 있으나 대부분 HPS 등을 활용한 연구에 집중되어 있다. 근적색광의 줄기신장 효과와 백색광의 광합성 및 생장촉진 효과에 대한 선행연구로 인해 장미에서도 LEDs 보광에 대한 관심이 높아지고 있다. 최근 LEDs를 이용한 보광에 대한 수요가 증가하고 있음에도 불구하고 작물이 한정적이며 장미에 대한 연구는 미흡한 실정이다. 따라서 본 연구는 고온기와 저온기에 각각 근적색광과 백색광 LEDs를 활용하여 낮은 광도의 야간 보광이 절화 장미의 품질 및 수량에 미치는 영향을 알아보고자 수행하였다.
재료 및 방법
1. 공시 재료
본 연구에서는 국립원예특작과학원에서 육성한 절화 장미(Rosa hybrida L.) 품종 중 스탠다드 타입 ‘Pink Beauty’와 스프레이 타입 ‘Ruby Blanc’, ‘Red Wing’을 사용하였다(Fig. 1). 세 품종 모두 5－7cm 길이의 삽수로 조제한 뒤 IBA 200mg·L-1에 순간 침지하여 5.0 × 5.0 × 5.0cm 크기의 암면(Grodan, Roermond, the Netherlands)에 삽목하여 사용하였다.
2. 근적색광(far-red, FR) 및 백색(full spectrum, W) LED 보광등의 광도 및 광질 측정
LED 등은 HPS보다 발열랑이 적어 비교적 작물과 가깝게 설치할 수 있다. 절화 장미의 절화장을 고려해 베드로부터 1.6m 높이에 알루미늄방열판을 설치하였다. 시험 광질의 LED칩을 절화 장미 베드의 알루미늄 방열판에 0.5m 간격으로 설치해 제작하였다. 실험에 사용한 근적색광 LED칩의 광질은 730－740nm, 광도는 20W이다. 백색광 LED칩은 청색광부터 녹색광, 적색광까지 모두 포함된 광질을 가지며, 광도는 20W이다. 실제 온실내 설치된 각 광원의 광도와 광질은 분광계(LI-180, LI-COR Biosciences, Lincoln, NE, USA)를 이용해 측정하였다. 광원으로부터 수직으로 1m 거리에서 광량과 광질을 측정하였다(Fig. 2, Table 1). FR LED의 광도는 40µmol·m-2·s-1였으며, W LED의 광도는 50µmol·m-2·s-1로 측정되었다.
Table 1.
Spectral characteristics of the light treatments.
3. 고온기 근적색광(far-red, FR) LED 및 저광도기 백색(full spectrum, W) LED 보광 처리
고온기 근적색광(far-red, FR) LED와 백색(W) LED를 활용한 야간 보광이 절화 장미 품질 및 수량에 미치는 영향을 확인하기 위해 전라북도 완주군에 위치한 국립원예특작과학원 유리온실에서 실험을 진행하였다. 2022년에 삽목발근묘를 정식하여 적심 및 절곡을 통해 적정 엽면적을 확보한 뒤 고온기인 7－8월에 야간시간대에 FR LED를 처리하며 절화 장미를 재배하여 채화 후 품질 및 수량을 조사하였다. W LED는 저광도 시기인 10－12월에 이루어졌으며, FR LED 활용 야간 보광 실험이 종료된 후 기부에서 새로 발생한 신초(basal shoots)를 자연광 조건에서 균일하게 재배하여 절곡 및 전정을 통해 시험 식물체 간에 균일하게 적정 엽면적을 확보한 뒤 야간 보광 처리를 하였다. FR LED와 W LED 보광 처리는 무처리를 대조구로 하여 일몰부터 일출까지 야간 시간대 전체를 보광하는 all night 처리와 일몰 무렵부터 4시간 가량 보광하는 EOD(End of Day) 처리로 나누어 진행하였다.
4. 고온기 절화 장미 재배 관리
삽목상을 발근에 적합한 온습도로 관리해 약 40일 뒤, 암면 밖으로 뿌리가 충분히 발생한 발근묘를 펄라이트(파라트 1/3호, Kyungdong One Co., Ltd., Seoul, Korea) 베드에 약 15cm 간격으로 정식하고 충분히 관수하였다. 양액은 네덜란드식 장미 양액 조성을 따랐으며(RDA, 2018), 양액의 pH와 EC는 각각 5.5－6.0, 1.2－1.5 dS·m-1로 관리하였다. 양액은 1일 12회 점적관수 방식으로 공급하였으며, 매회 주당 약 80mL의 양액을 관수하였다. 병해충 방제는 응애, 총채벌레, 잿빛곰팡이병, 흰가루병, 노균병 등을 중점적으로 방제했으며, 기타 재배법은 농촌진흥청 표준 재배법(RDA, 2018)에 준하여 관리하였다. 정식 후 신초에서 발생한 작은 꽃봉오리를 지속적으로 제거하여 절화 생산에 충분한 엽면적을 확보할 수 있도록 분지를 유도하였다. 정식 약 60일 후 첫 절곡을 하였으며, 이후 발생한 꽃대를 채화하지 않고 절곡하여 동화전용지로 활용하였다.
고온기 FR LED 보광 효과 구명을 위해 2022년 7월 18일 절곡하여 8월 10일 ‘Pink Beauty’와 ‘Ruby Blanc’ 품종에서 첫 수확하여 절화 조사를 시작하였으며 8월 28일 최종 수확 및 조사를 수행하였다. 실험 기간 동안 외부 평균 기온은 26.8℃로, 최고 기온은 35.6℃, 최저 기온은 16.2℃였다. 실험 기간내 온실내 온도 조절을 위해 히트펌프 냉방기를 가동했으며(25℃ 가동, 20℃ 정지), 맑은 날을 기준으로 주간기에 온실 내부의 급격한 온도 상승을 막기 위해 30% 차광커튼(11:00－15:00)을 가동하였다.
5. 저광도 절화 장미 재배 관리
FR LED 보광 처리 후 새로 올라온 신초를 자연 환경에서 재배관리 및 절곡을 통해 적정 엽면적을 확보한 뒤 실험을 진행하였다. 저광기 W LED 보광 효과 구명을 위해 2022년 10월 17일 절곡하여 11월 24일 ‘Pink Beauty’와 ‘Ruby Blanc’ 품종에서 첫 수확하여 절화 조사를 시작하였으며 12월 27일 최종 수확 및 조사를 수행하였다. 실험 기간 동안 평균 일조합은 6.5시간이었으며 평균 일사합은 10.2MJ/m2였다. 야간기 온도 하강으로 인한 생육 저하 및 휴면 유도를 막기 위해 온실내 히트펌프 난방기를 가동하였다(15℃ 가동, 20℃ 정지). 또한, 동해를 방지하고 난방 효과를 높이기 위해 알루미늄 보온커튼(17:00－8:00)을 사용하였다.
양액은 네덜란드식 장미 양액 조성을 따랐으며(RDA, 2018), pH와 EC는 각각 5.5－6.0, 1.5－1.8 dS·m-1로 관리하였다. 양액은 1일 12회 점적관수 방식으로 공급하였으며, 매회 주당 약 80mL의 양액을 관수하였다. 병해충 방제 및 기타 재배법은 농촌진흥청 표준 재배법(RDA, 2018)에 준하여 관리하였다.
6. 절화 품질 및 수량 조사
절화 품질 조사는 세 품종 모두 발생한 꽃대(절화)를 채화하여, 절화장(cm), 경경(mm), 화폭(mm), 화고(cm), 엽수(ea), 생체중(g)을 조사하였다. 또한, 스탠다드와 스프레이 타입 특성에 따라 ‘Pink Beauty’ 품종은 화수장(cm)과 화수경(mm)을 측정하였으며, 스프레이 타입 ‘Ruby Blanc’과 ‘Red Wing’은 소화수(ea)를 조사하였다. 이 외에 농가 경영에 영향을 미치는 개화소요일수(days)와 수량(ea)을 조사하였다.
7. 통계 분석
통계 분석은 R Studio(ver.4.0.2)와 Excel 프로그램(Microsoft Office Professional Plus 2016, Redmond, WA, USA)을 이용하였고, 고온기 FR LED와 저광도 시기 W LED 보광 처리에 의한 절화 품질 및 수량 비교는 각각 ANOVA분석과 Duncan의 다중범위검정(DMRT)으로 5% 유의수준에서 수행하였다. 또한, 스프레이 타입은 품종과 처리 간의 유의성을 알아보고자 Two-way ANOVA 분석을 실시하였다. 실험구는 난괴법 5반복으로 배치하였고 처리구별 절화 품질 및 수량은 반복 처리구별 12주씩 총 60주에서 생산된 절화를 분석하였다.
결과 및 고찰
1. 고온기 FR LED 활용 야간 보광이 절화 장미 품질 및 수량에 미치는 영향
고온기에 FR LED를 활용한 야간 보광 처리 결과, 스탠다드 장미 ‘Pink Beauty’ 품종의 개화소요일수, 절화장, 절화장, 경경, 화수장 및 화수경, 화폭 및 화고, 생체중은 보광의 유·무와 처리 시간에 따라 다른 것으로 나타났다(Table 2). 절화장이 짧은 특성의 ‘Pink Beauty’ 품종은 FR LED 보광 처리 시 EOD 처리는 54.6cm, all night 처리는 57.7cm로 대조구보다 각각 11.4%, 17.8% 증가하였다. 절화장 외에 스탠다드 장미의 주요 품질 항목에는 튼튼한 꽃목, 꽃의 크기 등이 있는데 FR LED 처리 시 꽃목의 길이와 두께가 통계적으로 유의하게 증가하였다(Table 2). 일반적으로 스탠다드 장미의 꽃목은 재배 환경과 관련된 외적 품질 중의 하나로 두께가 두꺼울수록 단단하기 때문에 유통 과정 중에서 꽃목 꺾임으로 인한 품질 저하를 막고 절화수명이 증가된다고 보고된 바 있다(Kim과 Lee, 2002; Park과 Lee, 2021). 또한 ‘Pink Beauty’ 품종은 야간 보광 시 화폭과 화고 모두 통계적으로 유의하게 증가해(Table 2) 꽃이 전체적으로 커지는 것을 확인하였다. 또한 FR LED 처리 시 생체중도 대조구보다 증가하는 경향이 확인되었다. 스프레이 타입인 ‘Ruby Blanc’과 ‘Red Wing’ 품종을 조사한 결과, 조사항목마다 차이는 있으나 개화소요일수와 절화장 및 경경, 화폭, 소화수와 엽수, 생체중은 품종 간의 차이가 있는 것으로 나타났으며, 개화소요일수, 절화장, 화폭 및 화고, 엽수는 FR LED 처리 간의 차이도 있는 것으로 조사되었다(Table 3). 각 품종마다 특성을 살펴보면, ‘Ruby Blanc’ 품종은 대조구보다 FR LED 처리 시 절화장이 길어지며, 화고가 커지고 엽수가 증가하였다. ‘Red Wing’ 품종도 절화장이 길어지고 화고가 증가하였으나 유의성은 크지 않았다.
Table 2.
Effects of far-red LED supplementary lighting on the cut flower characteristics and productivity of standard type Rosa hybrida L. grown in glasshouse in high temperature season.
| Cultivar | Treatment |
Flowering days (days) | Stem | Peduncle | Flower |
No. of leaves (ea) |
Fresh weight (g) |
Stems/ plant (ea) | |||
|
length (cm) |
diameter (mm) |
length (cm) |
diameter (mm) |
width (mm) |
height (cm) | ||||||
|
Pink Beauty | Control | 33.9 bz | 49.0 b | 5.7 b | 8.0 a | 4.1 b | 26.2 b | 4.5 b | 8.6 a | 28.8 b | 2.2 a |
| EOD-FR | 33.8 b | 54.6 a | 5.8 ab | 9.4 a | 4.5 a | 28.2 a | 4.8 a | 9.0 a | 33.2 a | 2.0 a | |
| All night-FR | 35.6 a | 57.7 a | 6.1 a | 9.5 a | 4.6 a | 28.3 a | 4.8 a | 8.9 a | 35.8 a | 1.8 a | |
| Significance | ***y | *** | * | *** | *** | *** | *** | ns | *** | * | |
Table 3.
Effects of far-red LED supplementary lighting on the cut flower characteristics and productivity of spray type Rosa hybrida L. ‘Ruby Blanc’ and ‘Red Wing’ grown in glasshouse in high temperature season.
| Cultivar | Treatment |
Flowering days (days) | Stem | Flower |
No. of florets (ea) |
No. of leaves (ea) |
Fresh weight (g) |
Stems/ plant (ea) | ||
|
length (cm) |
diameter (mm) |
width (mm) |
height (cm) | |||||||
| Ruby Blanc | Control | 31.2 bz | 34.6 b | 4.4 a | 13.7 a | 2.0 b | 2.4 a | 6.2 b | 15.1 a | 2.1 a |
| EOD-FR | 31.7 b | 39.7 a | 4.5 a | 14.0 a | 2.1 a | 2.3 a | 6.6 a | 15.7 a | 2.2 a | |
| All night-FR | 33.3 a | 40.3 a | 4.4 a | 14.0 a | 2.1 a | 2.3 a | 6.6 a | 16.0 a | 2.3 a | |
| Significance | ***y | *** | ns | ns | * | ns | * | ns | ns | |
| Red Wing | Control | 34.4 a | 47.0 b | 6.0 a | 13.2 a | 2.0 b | 5.0 a | 7.3 a | 28.4 a | 2.0 a |
| EOD-FR | 34.7 a | 49.5 ab | 6.0 a | 13.5 a | 2.2 a | 4.7 a | 7.7 a | 28.5 a | 1.9 a | |
| All night-FR | 35.1 a | 49.9 a | 6.2 a | 13.5 a | 2.1 ab | 5.1 a | 7.5 a | 31.3 a | 1.7 a | |
| Significance | ns | * | ns | ns | * | ns | ns | ns | ns | |
| Cultivar (A) | *** | *** | *** | *** | ns | *** | *** | *** | ns | |
| Treatment (B) | *** | *** | ns | ** | * | ns | * | ns | ns | |
| A × B | ns | ns | ns | ns | ns | ns | ns | ns | ns | |
세 품종의 개화소요일수(절곡일로부터 다음 개화에 이르기까지의 일수)를 조사한 결과‘Red Wing’ 품종은 차이가 없었으나 ‘Pink Beauty’ 품종과 ‘Ruby Blanc’ 품종은 all night-FR 처리가 각각 36.5일과 33.3일로 다른 처리보다 다소 길었다. 연중 생산하는 절화 장미 재배 특성상 개화소요일수는 농가 경영성에 중요한 항목이며, 절화 장미의 타입, 품종, 재배 환경, 식물체의 상태 등에 따라 달라진다. 선행 연구에 따르면 일반적으로 고온기에는 화아 분화가 빠르게 일어나 조기 개화로 인한 품질 저하가 문제가 된다(RDA, 2018). 본 연구에서 FR LED로 보광 처리 시 개화소요기간이 대조구보다 약 1－ 2일 연장되었으나 적정 개화소요기간에 포함되어 있고 꽃의 크기가 증가하였기 때문에 고온기에 보광 처리는 품질 향상에 다소 도움이 되는 것으로 판단된다.
근적색광(far-red)은 일반적으로 700－750nm 파장대에 속하는 광으로, 광 수용체인 피토크롬이 흡수해 작물의 형태·형성에 영향을 끼친다. 피토크롬은 광 파장 조건에 따라 두 가지 형태(적색광 흡수형태, 근적색광 흡수형태)로 나뉘며 광 조건에 의해 상호 변환하고 두 형태의 비율에 따라 형태·형성에 다른 영향을 미친다(Furuya, 1993). FR은 다양한 식물체에 길이, 잎과 줄기의 형태, 엽록체의 발달 및 광합성 효율 등에 영향을 미친다(Tan 등, 2022). 대부분의 식물은 낮은 R:FR 비율 하에서 그늘회피반응(Shade Avoidance Syndrome)을 보이며, 일반적으로 줄기와 엽병 신장, 엽각 증가 등의 형태적 변화가 발생한다(Ballaré와 Pierik, 2017; Franklin, 2008). R:FR 비율은 많은 화종에서 작물들의 길이 생장을 조절할 수 있으며, 이때 FR은 길이 생장을 촉진하는 작용을 한다(Gilbert 등, 1995; Kasperbauer와 Peaslee, 1973). Takemura 등(2020)에 따르면 FR 처리가 작물에 미치는 영향은 화종과 품종에 따라 달랐으나, 작물 고유의 광주기성과 관계없이 여러 화종에서 EOD 또는 all night-FR 처리 시 줄기장 및 마디장이 통계적으로 유의하게 신장하는 것을 확인하였으며, 일부 화종에서는 개화소요일수 단축 및 꽃봉오리 분화 마디 증가 또한 확인되었다.
FR이 줄기 신장 등 형태·형성에 영향을 미치는 정확한 메커니즘은 구명되지 않았으나, 식물체내 지베렐린 함량과 관련된 것으로 확인되고 있다. 이전 연구에 따르면 애기장대, 콩, 시금치에 FR을 해질 무렵 짧게 처리한 경우 엽병, 줄기의 신장과 더불어 식물체내 GA함량 증가가 확인되었다(Beall 등, 1996; Wu 등, 1996). 또한 리시안셔스에 해 질 무렵 3시간 FR 처리시 줄기에서 GA 생합성과 관련된 GA20ox가 많이 발현되는 것이 확인되었다(Takemura 등, 2015). 이처럼 FR 처리시 장미 식물체 내 지베렐린 생합성이 촉진되어 줄기 및 꽃목의 길이 신장 효과를 유발하는 것으로 예상된다. 다만 본 실험에서 FR 처리시 장미의 화폭, 화고 등 꽃 크기가 증가했던 것과 달리, 파프리카에 FR를 처리했을 때 꽃과 과실이 퇴화되는 것으로 보아(Chen 등, 2022) 개화 및 착과 등에 미치는 영향은 식물마다 차이가 있는 것으로 생각된다.
2. 저광도 시기 W LED 활용 야간 보광이 절화 장미 품질 및 수량에 미치는 영향
저광도 시기에 W LED를 활용한 야간 보광 처리시 절화 장미에 미치는 영향은 시험 품종에 따라 큰 차이를 보였다. ‘Pink Beauty’ 품종의 경우, 야간에 W LED를 이용하여 낮은 광도로 보광 시 절화장, 경경, 꽃목두께, 꽃의 크기(화폭·화고), 생체중이 통계적으로 유의하게 증가하였다(Table 4). ‘Pink Beauty’ 품종은 대조구의 평균 절화장 55.2cm에서 EOD 처리시에는 65.1cm로, all night-W처리 시에는 62.4cm로 두 처리 모두에서 15% 이상 증가하였다. 스탠다드 타입의 ‘Pink Beauty’는 대조구의 평균 꽃목길이 7.5cm에서 EOD, all night-FR 처리시 각각 9.1, 8.9cm로 처리 시간에 관계없이 평균 꽃목길이가 20% 가까이 증가하였다(Table 5). 절화 장미의 선별 기준은 품위를 기준으로 특(결점 3% 미만)·상(결점 5% 미만)·보통(결점 5% 이상) 3단계 구분하며 길이를 기준으로 1등급(80cm 이상)·2등급(70cm 이상)·3등급(60cm 이상) 3단계로 분류한다. ‘Pink Beauty’ 품종은 대조구에서 평균 절화장이 3등급 기준인 60cm를 넘지 못했으나, W LED를 활용한 야간 보광 시 처리 시간에 관계없이 평균 절화장이 60cm 이상으로 최저 등급을 충족하였다. 이에따라 화색과 화형에 대한 선호도는 높으나 절화장이 짧아 시장성이 떨어지는 ‘Pink Beauty’와 같은 품종은 겨울철 W LED를 활용한 야간 보광만으로도 시장성을 개선할 수 있을 것으로 기대된다. ‘Pink Beauty’ 품종은 꽃목두께와 꽃의 크기를 결정하는 화폭과 화고, 생체중은 all night-FR 처리에서만 통계적으로 유의하게 증가하였다(Table 4).
스프레이 타입을 살펴보면, W LED 처리에 따른 ‘Ruby Blanc’과 ‘Red Wing’의 품질은 품종과 처리에 따라 개화소요일수, 절화장 및 경경, 화폭 및 화고, 소화수 및 엽수, 생체중에 영향을 미치는 것으로 나타났다. ‘Ruby Blanc’의 경우 모든 품질 특성이 보광 처리에 따라 영향을 받으며 절화장, 꽃의 크기(화폭·화고), 생채중이 통계적으로 유의하게 증가하였다(Table 5). ‘Ruby Blanc’ 품종은 W LED 처리 시 평균 절화장의 증가가 크게 확인되었는데, 대조구의 평균 절화장인 31.5cm에 비해 EOD 처리시에는 42.5cm로 34.9% 증가하였고 all night-FR 처리 시에는 39.3cm로 24.8% 증가하였다. 꽃의 크기를 나타내는 항목인 화폭과 화고도 두 품종 모두 W LED 처리 시 증가하는 경향을 보였다. ‘Ruby Blanc’ 품종은 대조구 생체중 10.0g에서 EOD 처리시에는 13.9g으로 39.0%증가하였고, all night처 처리시에는 13.2g으로 32.0% 증가하였다(Table 5). 이는 해당 실험 기간 동안 채화한 ‘Ruby Blanc’ 품종의 수량이 타 품종에 비해 많고 꽃대당 소화수가 적어 절화당 생체중이 크지 않아 수치상 W LED의 보광 효과가 극대화된 것으로 생각된다. 동일한 스프레이 타입 장미인 ‘Red Wing’ 품종은 W LED를 활용한 야간 보광 시 개화소요일수, 절화장 및 경경, 화폭 및 화고에 영향을 받는 것으로 조사되었다. W LED 처리 시 꽃의 크기는 커지며, 절화장도 길어지는 경향을 보였다(Table 5).
Table 4.
Effects of white LED supplementary lighting on the cut flower characteristics and productivity of Rosa hybrida ‘Pink Beauty’ grown in glasshouse in low light intensity season.
| Cultivar | Treatment |
Flowering days (days) | Stem | Peduncle | Flower |
No. of leaves (ea) |
Fresh weight (g) |
Stems/ plant (ea) | |||
|
length (cm) |
diameter (mm) |
length (cm) |
diameter (mm) |
width (mm) |
height (cm) | ||||||
| Pink Beauty | Control | 53.3 cz | 55.2 b | 6.7 a | 7.5 b | 4.3 b | 29.1 b | 4.7 b | 10.4 ab | 34.7 b | 2.4 a |
| EOD-W | 55.1 b | 65.1 a | 6.6 a | 9.1 a | 4.4 b | 28.0 b | 4.8 b | 10.8 a | 37.9 b | 2.7 a | |
| All night-W | 57.5 a | 62.4 a | 6.7 a | 8.9 a | 4.8 a | 30.7 a | 5.0 a | 10.1 b | 42.1 a | 2.7 a | |
| Significance | ***y | *** | *** | ns | *** | *** | *** | * | *** | ns | |
Table 5.
Effects of white LED supplementary lighting on the cut flower characteristics and productivity of Rosa hybrida L. ‘Ruby Blanc’ and ‘Red Wing’ grown in glasshouse in low light intensity season.
| Cultivar | Treatment |
Flowering days (days) | Stem | Flower |
No. of florets (ea) |
No. of leaves (ea) |
Fresh weight (g) |
Stems/ plant (ea) | ||
|
length (cm) |
diameter (mm) |
width (mm) |
height (cm) | |||||||
| Ruby Blanc | Control | 45.7 bz | 31.3 c | 4.2 b | 14.3 b | 1.8 b | 1.3 b | 8.1 b | 10.0 b | 3.1 b |
| EOD-W | 48.7 a | 42.5 a | 4.6 a | 14.1 b | 2.0 a | 1.6 a | 9.2 a | 13.9 a | 3.2 b | |
| All night-W | 49.7 a | 39.3 b | 4.6 a | 14.9 a | 2.1 a | 1.4 b | 8.4 b | 13.2 a | 3.7 a | |
| Significance | ***y | *** | * | *** | ** | * | *** | *** | * | |
| Red Wing | Control | 52.8 b | 53.7 b | 7.0 a | 13.7 a | 2.0 b | 4.5 a | 9.9 a | 36.1 a | 2.6 a |
| EOD-W | 53.2 ab | 58.5 a | 6.4 b | 12.9 b | 2.0 b | 4.1 a | 10.1 a | 31.4 a | 2.6 a | |
| All night-W | 53.8 a | 54.0 b | 6.4 b | 13.9 a | 2.1 a | 4.3 a | 9.6 a | 35.1 a | 3.0 a | |
| Significance | * | *** | *** | *** | *** | ns | ns | ns | ns | |
| Cultivar (A) | *** | *** | *** | *** | ns | *** | *** | *** | *** | |
| Treatment (B) | *** | *** | ns | *** | *** | ns | *** | ns | *** | |
| A × B | *** | *** | * | *** | * | * | ** | ** | ns | |
시설재배 시 인공광을 활용한 보광은 광합성 및 생육 촉진을 위해 부족한 광량을 보광과 일장 조절을 통해 개화 억제 또는 화성 촉진 등 생리 반응을 조절하는 전조로 구분된다. 야간 보광은 통상 일몰 후 또는 일출 전 혹은 양 시간대 모두 점등하여 일조시간을 연장해준다(Choi 등, 2008). 조명의 강도나 처리 시간은 작물의 종류, 기상 조건, 생산 목적 등에 따라 달라지지만(Choi 등, 2008), 일반적으로 광 보상점 이상의 광을 조사한다. 상업적 보광에 가장 광범위하게 사용되는 HPS 또한 광보상점 이상의 광량을 제공하도록 단위면적당 광원의 수를 설정한다. HPS는 광 전환율이 낮아 소비 전력이 높으며, 열 발산량이 많아 식물체의 엽온 증가로 인한 생육 저하와 생리 장해를 유발한다(Guo 등, 2016). 이로 인해 보광 광원을 식물체와 가까이 설치할 수 없어 더 많은 광원을 설치하고 더 많은 전기를 사용해야한다.
기존에 사용한 낮은 광도의 야간 보광은 주로 전조를 목적으로 국화, 포인세티아 등 단일식물의 꽃눈분화 및 개화 억제를 위해 이루어졌다. 절화 장미는 일장이 개화에 미치는 영향이 거의 없는 중일성 식물로, W LED를 활용한 야간 조명은 전조 효과 보다는 광합성과 생장 촉진을 목적으로 한다. Choi 등(2008)에 따르면 기존 절화 장미 보광에 주로 사용하는 HPS, MH, 혼합등(HPS+MH)을 활용한 보광 시에도 절화장, 경경, 꽃크기, 생체중, 건물중 등의 전체적인 절화 품질 및 생육이 일부 개선되었으며, 개화소요일수 또한 다소 감소하였다. 본 연구에서 W LED를 활용한 야간 보광은 품종별로 효과는 크게 차이가 있었고, 전반적인 절화 장미의 품질과 생육 향상에 효과가 있는 것으로 확인되었다. 이는 저광기 절화 장미 온실에 광보상점 이하의 낮은 광도로 보광 처리를 한 다른 연구 결과와 유사하다(Choi 등, 2008; RDA, 2018). 이는 W LED의 광도가 40µmol·m-2·s-1로 광보상점 이하로 낮지만 광합성에 유효한 파장대 영역인 400－700nm을 포함하여 광합성을 촉진시켰을 것으로 생각된다. 절화 장미 LED 보광 효과는 광질과 광량에 따라 차이가 있으나 저광기 절화 장미 온실에서 LED 혼합등(적색:청색:근적색광=6:3:1) 보광시 무처리 대비 절화장, 경경, 꽃크기(화폭, 화고) 줄기의 생체중 및 건물중, 잎면적, 생산성 등 장미의 생육 및 절화 품질이 개선되었다(Rezaei 등, 2024).
겨울철의 저광도 지역에서 행해지는 절화 장미의 상업적 보광은 기본적으로 상품성 있는 절화 수량 증대를 목적으로 한다. 절화 장미의 수량은 맹아 촉진을 통한 신초 발생량 증대, 개화소요일수 단축, 블라인드 발생률 감소 등을 통해 증가한다(Choi 등, 2008; RDA, 2018). ‘Ruby Blanc’을 제외한 두 품종 모두 W LED등을 활용한 야간 보광 시 절화 수량 증대가 통계적으로 유의하게 확인되지 않았다(Tables 4, 5). 이는 시험에 조사한 W LED의 광량이 절곡 후 맹아 촉진에 영향을 미칠 정도로 강하지 않았기 때문으로 생각된다. 다만 MH, HPS, LEDs 등 다양한 광원을 동일한 광도로 처리했을 때 광원별로 증수 효과가 다른 것으로 보아(Choi 등, 2008; Rezaei 등, 2024), 광도 외에 광질, 발산열 등 다른 요인의 영향도 큰 것으로 생각된다. 150µmol·m-2·s-1 광도의 MH, HPS에 비해 75µmol·m-2·s-1 광도의 LEDs 보광시 절화 장미의 증수 효과가 높게 나타났다는 연구 결과로 보아(Rezaei 등, 2024), 절화 장미 보광에 적합한 LEDs 광원의 조건을 구명하면 적은 에너지로 더 효과적인 보광이 가능할 것으로 생각된다.
W LED등을 활용한 야간 보광 시 개화소요일수의 차이는 나타났으며, ‘Ruby Blanc’ 품종에서는 평균 개화소요일수가 EOD처리시에는 3.0일, all night 처리 시에는 4일 증가하였다. 기존에 절화 장미 보광에 사용하던 HPS절화 장미는 겨울철 최저온도 이상으로만 유지하면 연중 개화가 가능할 정도로 온도가 화아분화 및 발달, 개화에 미치는 영향이 크다. Plaut 등(2006)이 여름철과 겨울철 화아 비대 속도를 비교한 결과, 온도가 낮은 겨울철에 화아 비대에 더 많은 시간이 소요되었다고 보고하였다. W LED는 광원에서 발산하는 열이 기존 광원(MH, HPS) 대비 낮아 식물체 및 온실 내부 온도를 상승시키지 못해, 개화소요일수 단축을 유도하지 못한 것으로 판단된다.
결 론
연중 재배하는 절화 장미는 고온기와 저광기 등 절화 장미 재배에 부적합한 환경에서 절화 품질 및 수량이 저하된다. 고온기는 빠른 화아 분화 등으로 줄기 신장이 원활하게 이루어지지 못해 짧은 절화장, 작은 꽃 크기 등의 품질 저하가 발생한다. 고온기 절화 장미에 FR LED등을 활용한 저광도 야간 보광시 품종간 효과 차이가 있었으나 ‘Pink Beauty’와 ‘Ruby Blanc’ 품종에서 통계적으로 유의하게 절화장이 증하는 것을 확인할 수 있었다. 향후 고온기 절화 장미의 품질 개선에 효과적인 광량 및 광주기에 대한 추가적인 연구가 이루어진다면, 고온기 비교적 낮은 비용으로 줄기 신장을 유발해 농가의 경영성을 제고할 수 있을 것으로 기대된다. 저광기 절화 장미에 W LED등을 활용한 저광도 야간 보광시 품종간 효과 차이는 있었으나 ‘Pink Beauty’와 ‘Ruby Blanc’ 품종에서 통계적으로 유의한 절화 품질 개선 및 생육 증가가 확인되었다. 다만 저광기 보광의 주요 목적인 맹아 촉진 및 개화소요일수 단축을 통한 수량 증대는 확인되지 않았다. 향후 W LED등을 활용해 절화 장미 재배시 절곡 후 맹아 촉진에 적합한 광도 및 광량 등을 구명하기 위한 추가 연구가 이루어진다면, 저광기 비교적 낮은 비용으로 상품성 절화 생산 증대를 통한 농가 소득 증대에 기여할 수 있을 것으로 기대된다.
