서 론
재료 및 방법
1. 사과나무 재배 및 사과원 관리
2. 토양수분장력센서 기반 자동관수시스템 설치 및 자동관수 처리
3. 사과나무 수체 생육 및 과실 특성 조사
4. 통계 분석
결과 및 고찰
1. 노지 사과원에서의 토양수분장력 변화
2. 사과나무 수체 생육 비교
3. 사과 과실 특성 비교
4. 처리구별 관수량 비교
결 론
서 론
최근 기후변화로 가뭄, 폭염, 호우, 저온 등 이상기후의 발생 빈도가 증가하면서 노지 재배 작물 생산성은 기상 요인 변동성의 영향을 크게 받고 있다(Kim과 Park, 2021). 노지 재배는 시설 재배와 달리 지상부 환경(온·습도, 광, 이산화탄소)의 인위적 제어가 제한되는 반면, 작물에 필요한 수분과 양분을 제공하는 근권부 환경 제어는 상대적으로 용이하기 때문에 최근 노지 스마트농업 분야에서는 효율적 양수분 관리기술 개발이 꾸준히 진행되고 있다. 특히 주로 노지에서 생산이 이루어지고 있는 과수원의 경우, 과수의 안정된 생육과 고품질 과실 생산을 위한 근권부의 효율적인 양수분 관리 기술 개발이 매우 중요하다(Fernández, 2017).
노지 과수 중 사과는 국내에서 큰 비중을 차지하는 품목으로, 2024년 기준 전국 사과 재배면적 33,313ha 중 경상북도의 사과 재배면적은 19,257ha로 약 57%를 차지하고, 시도별 사과 생산량도 전국 46만 88톤 중 경상북도가 28만 6,099톤으로 가장 많은 비중을 차지하고 있다(KOSIS, 2024). 2022년 사과 생산액은 1조 3,426억 원으로 국내 과일 생산액의 24%를 차지하였고, 1인당 연간 과일 소비량 55.0kg 중 사과는 11.0kg으로 20%를 차지하여 소비 측면에서도 높은 비중을 보인다(Kim 등, 2024). 사과 생산은 재배 기술 및 품종 개량으로 증가하는 경향을 보이고 있으나, 연차 변동성이 크게 나타나고 있다. 특히 2020년과 2023년에는 잦은 기상 변동과 이상기후로 작황이 부진하여 사과 생산량이 전년 대비 각각 21.1%, 30.3% 감소하였고, 이에 따라 고품질 사과의 안정적인 생산을 위한 효과적인 환경 조절 기술의 도입이 더욱 중요해졌다(Park 등, 2025).
사과는 개화 후 과실비대기에 수분 상태에 특히 민감하여 이 시기의 수분 결핍은 과실 크기와 중량을 감소시키고(Naor 등, 2008), 반복적이고 장기적인 건조는 과수의 생리적 문제를 유발하여 생육 저하와 과실 품질 저하로 이어지게 된다(Lopez 등, 2012). 또한 과도한 관수의 경우에도 사과의 뿌리 생장을 억제하고 양분 결핍을 야기하며, 수분 이용 효율을 저하시킨다(Espinoza-Meza 등, 2023). 노지 현장에서는 강우를 고려하여 재배자의 판단에 의해 경험적으로 관수하거나 토양수분 정도를 생육시기별로 나누어 관수하는 경우가 일반적이며(RDA, 2018), 이에 고품질 사과를 생산하기 위하여 강우량을 고려하면서 작물이 필요한 시기에 적정량의 수분을 관수하는 정밀한 토양수분 관리 방법이 요구된다.
노지 재배 환경에서의 자동관수 연구는 작물의 생육을 최적화하면서도 물 이용 효율을 높이기 위해 관수 시점과 관수량을 정밀 제어하는 기술 개발에 초점을 두고 있으며(Touil 등, 2022), 타이머 관수, 로드셀/라이시미터(중량) 기반, 증발산량 기반, 토양수분센서 기반 관수 등 다양한 방식이 활용되고 있다(Jones, 2004). 중량을 측정하여 물 이용량을 측정하는 로드셀/라이시미터 방법은 정밀도가 높지만, 로드셀은 주로 분화 재배 및 시설 재배에서 자주 사용되고 라이시미터의 경우 현장 설치 및 유지 비용을 고려해야 하며(McCauley 등, 2021), 증발산량 기반 방법은 재배 현장에 따라 달라질 수 있는 작물계수와 토양 조건을 반영해야 하고(Allen 등, 1998), 지역·계절별 기상 변동성에 크게 영향을 받는다(Nam 등, 2015). 이에 비해 토양수분센서 기반 자동관수 방법은 근권부 수분 상태를 직접적으로 실시간 모니터링하여 수분관리를 진행할 수 있어 노지 재배에서의 현장 적용성이 높다(Datta와 Taghvaeian, 2023).
최근 노지 토양에서는 배지 내의 유전율(dielectric constant) 측정을 통해 수분함량을 측정하는 TDR, FDR 방식의 센서를 이용하는 것 보다 토양수분장력(soil moisture tension)을 기준으로 관리하는 방법으로 활용되고 있다. Jiang과 He(2021)은 노지 사과원에서 재배자 경험 기반, 증발산량 기반, 토양수분센서 기반 관수 제어 방법을 비교한 결과, 토양수분장력센서 기반 관수 제어 방법이 관수량을 최소화하면서도 사과 수확량과 품질이 우수하였다고 보고하였다. Ben Abdelkader 등(2022)은 토양수분장력센서 기반 자동관수시스템이 관수량을 약 65－70% 절감하면서도 사과 생육 및 과실 품질에 영향을 미치지 않았다고 보고하였으며, 국내 농업기술길잡이(RDA, 2018)는 과수원의 토양수분장력 관수개시점을 일반적으로 －30~－40kPa로 제시하며 토양수분장력 기반 관수 기준을 추천하고 있다. 그럼에도 불구하고, 다수의 선행 연구는 토양수분장력계 측정 범위의 한계를 지니거나, 유지관리의 어려움, 자동관수시스템 적용의 어려움으로 인해 다양한 관수개시점에서 작물이 필요한 시점에 알맞게 관수되지 못한 아쉬움이 있었다.
이에 본 연구에서는 노지 사과원에서 유지관리가 용이하면서도 실시간 측정이 가능한 토양수분장력센서 기반 자동관수시스템을 활용하였다. 이를 통해 다양한 토양수분장력 관수개시점이 사과 수체 생육, 과실 특성 및 관수량에 미치는 영향을 2년간 조사하였으며, 연차별 비교 분석을 수행하였다. 그 결과를 바탕으로 고품질 사과 생산을 위한 효과적인 관수개시점과 노지 사과원 물 관리 방안을 제시하고자 하였다.
재료 및 방법
1. 사과나무 재배 및 사과원 관리
본 연구는 경상북도 안동시에 위치한 안동시농업기술센터 사과 시험포장(36°32'18''N 128°48'10''E, 해발 94m)에서 수행하였다. 시험포장의 토성은 양질사토(loamy sand)이며, 2022년 기준 식재 4년생 사과(Malus domestica ‘Fuji’/M9)를 실험 대상 작물로 하였다. 시험구는 총 5개의 관수 처리구(－30kPa, －45kPa, －60kPa, 추천, 관행)를 3반복 난괴법으로 배치하였으며, 각 시험구마다 사과나무 15주가 재배되었다. 사과나무 식재 간격은 4×1m였으며, 연구는 2022년과 2023년 두 해에 걸쳐 5월부터 10월 중순까지 자동관수 처리하였다. 시험수 관리는 농촌진흥청 농업기술길잡이(RDA, 2018)에 따라 관리하였으며, 관수는 3월에서 5월까지는 안동시농업기술센터에서 수동으로 사과 포장 상태를 관리하였고, 5월 이후부터는 토양수분장력센서 기반 자동관수시스템을 활용하여 처리구별 자동관수하였다. 연구 기간동안 환경 측정을 위해 노지 사과원 시험포장 내에 기상센서(ATMOS 41, METER Group, Pullman, WA, USA)를 데이터로거(ZL6, METER Group)에 연결하여 1시간 간격으로 온도, 상대습도, 일사량을 기록하였으며, 연구기간 동안의 사과원 포장 내 2022년과 2023년 각각 온도는 21.3 ± 7.0°C, 22.0 ± 6.0°C, 상대습도는 79.1 ± 18.3%, 85.2 ± 15.0%(mean ± SD), 누적 일사량은 1871.4MJ·m-2·day-1, 1673.9MJ·m-2·day-1였다.
2. 토양수분장력센서 기반 자동관수시스템 설치 및 자동관수 처리
사과원 토양의 수분장력 값을 실시간으로 측정하기 위해, 농촌진흥청 농업기술길잡이(RDA, 2018)에서 제시한 센서 설치 위치를 참고하여 각 실험구의 사과나무 지제부에서 거리 40cm, 깊이 20cm 지점에 토양수분장력센서(TEROS 21, METER Group)를 매설하였다. 센서는 데이터로거(CR1000X, Campbell Scientific, Logan, UT, USA)에 연결하여 1분 간격으로 측정하였으며, 1시간 단위로 평균값을 기록하였다. 처리구는 총 5개의 관수 전략으로 구성되었으며, 4개의 토양수분장력 기반 관수개시점 처리구(－30kPa, －45kPa, －60kPa, 추천)와 강우량 기반 관행 처리구를 포함하였다. 추천 관수 처리구는 생육시기를 4단계로 구분하여 개화기 이후 유과기(5월 1일－6월 10일)는 －30kPa, 신초신장기(6월 11일－7월 31일)는 －45kPa, 과실비대기(8월 1일－9월 30일)는 －30kPa, 착색기－수확기(10월 1일－10월 31일)는 －60kPa로 관수개시점을 설정하였다. 1시간마다 측정된 토양수분장력 값이 설정된 관수개시점 이하로 감소할 경우, 해당 처리구의 전자밸브가 작동하여 스프링클러(GyroNetTM, 40L·h-1, Netafim, Tel Aviv, Israel)를 통해 30분간 관수를 진행하였다. 강우량은 강우량 센서(ECRN-100, METER Group)를 CR1000X 데이터로거에 연결하여 측정하였으며, 관행 처리구의 경우, 1주일 동안의 누적 강우량이 5mm 이하일 때 오전 7시에 3시간동안 관수하였다. 스프링클러의 살수 범위는 직경 2m 정도로 살수 면적이 중첩되도록 1m 간격으로 스프링클러를 설치하였다. 관수는 오전 6시부터 오후 6시까지 주간에 이루어지도록 설정하여 야간 관수를 방지하였으며, 관수 시점을 데이터로거에 기록하였다. 실제 토양에 공급된 관수량은 습식수도계량기(20A, Dae Han Meter Tech Co., Ltd., Gimpo, Korea) 이용하여 측정하였다.
3. 사과나무 수체 생육 및 과실 특성 조사
사과나무 수체 생육 조사는 7월에 처리 반복구당 10개의 신초를 선별하여 신초장, 절간장, 엽장, 엽폭을 조사하였으며, 과실 특성 조사는 10월에 처리 반복구당 12개의 과실을 수확하여 과중, 과실종경, 과실횡경, 당도, 산도, 당산비, 경도를 측정하였다. 각 지표들은 농촌진흥청 농업과학기술 연구조사 분석기준(RDA, 2012)에 따라 조사하였다. 절간장은 신초의 가운데부위 3마디의 길이를 측정하였으며, 과실의 크기는 과실종경과 과실횡경을 측정하였다. 당도와 산도는 과실을 착즙한 후 과일 당·산도측정기(GMK-706R, G-WON HITECH, Seoul, Korea)를 사용하여 측정하였다. 경도는 물성측정기(COMPAC-100Ⅱ, Sun Scientific, Tokyo, Japan)에 8mm 프로브를 연결하여 속도 2.0mm·s-1, 이동 거리 10.0mm 조건으로 측정하였다.
4. 통계 분석
데이터 분석은 SAS 통계 프로그램(SAS 9.4, SAS Institute, Cary, NC, USA)의 혼합모형(PROC MIXED)을 이용하여 수행하였다. 연도와 관수 처리구를 고정효과(fixed effect)로, 블록을 임의효과(random effect)로 설정한 이원분산분석(two- way analysis of variance)을 진행하였으며, 연도와 관수 처리구의 상호작용이 p < 0.05 수준에서 유의할 경우 연도별 관수 처리구 간 평균 비교를 위해 쌍별 비교(pairwise comparison, α = 0.05)를 이용하여 평균치검정을 진행하였다.
결과 및 고찰
1. 노지 사과원에서의 토양수분장력 변화
토양수분장력 관수개시점에 따른 노지 사과원의 토양수분 관리는 각 자동관수시스템의 처리 설정 값에 따라 전반적으로 알맞게 진행되었다(Fig. 1). 본 연구는 노지에서 수행되었기 때문에 관수뿐 아니라 강우에 의해서도 토양수분장력 값의 증가가 나타났으나, 대체로 토양수분장력 값이 각 관수개시점(－30kPa, －45kPa, －60kPa)에 도달하였을 때 관수가 되었으므로 토양수분장력 값이 관수개시점 부근에서 상승하는 모습을 보였다. 그러나, 토양수분장력 값이 관수개시점 이하로 나타난 경우도 있었는데, 이는 토양내에서의 수분의 느린 이동 특성에 의해 관수가 일어났음에도 수분장력의 변화가 서서히 일어났음을 보여준다. 추천 관수 처리구의 경우, 개화기 이후 유과기(5월－6월 초)까지는 －30kPa, 신초신장기(6월 중순－7월 말)까지는 －45kPa, 과실비대기(8월－9월 말)에는 다시 －30kPa를 기준으로 관수가 이루어지는 것으로 나타나, 생육시기별로 관수개시점이 알맞게 변경되었음이 확인되었다. 다만 추천 관수 처리구의 2022년 수확기는 －60kPa 기준으로 설정하였으나, 자연 강우로 인해 해당 시기에 추가 관수가 일어나지 않았다. 또한, 강우량을 기반으로 관수했던 관행 처리구에서는 자동관수 처리구와는 다르게 토양수분장력 값이 －150kPa 이하까지 급격하게 떨어진 경우들이 나타났다. 2022년 6월과 2023년 8월에 한 번씩 처리구에 상관없이 토양수분장력 값이 매우 낮게 나타난 경우가 있었는데, 이는 노지 사과원 포장에서 관수에 이용되는 펌프의 오류로 작동이 되지 않아 관수가 이루어지지 않은 경우가 있었다. 이를 통해, 과수원에서 자동관수시스템을 통하여 관수 장비 오류에 관한 모니터링 및 알람 역할을 수행하는 추가 역할도 가능함을 알 수 있었다(Ahmed 등, 2025).
Fig. 1.
Changes in soil moisture tension (kPa) under five irrigation treatments in an apple orchard in Andong, Gyeongsangbuk-do, Korea (2022－2023). (a), (b), (c) represent automated irrigation at －30, －45, and －60 kPa soil moisture tension thresholds, (d) represents the growth stage-based recommended threshold, (e) represents conventional irrigation based on rainfall, and (f) shows the hourly rainfall (mm). Different colors indicate three replicates, and medium-dashed horizontal lines indicate irrigation thresholds for each treatment.
처리기간 동안 각 －30kPa, －45kPa, －60kPa, 추천, 관행 처리별 실제 평균 토양수분장력 값은 2022년 －8.2 ± 11.0kPa, －9.2 ± 13.4kPa, －13.4 ± 15.8kPa, －8.7 ± 12.7kPa, －11.4 ± 26.8kPa, 2023년 －5.0 ± 8.7kPa, －6.2 ± 12.3kPa, －8.1 ± 13.8kPa, －6.2 ± 10.8kPa, －17.9 ± 44.1kPa(mean ± SD)로 나타났다. 평균 토양수분장력 값이 전체적으로 관수개시점보다 더 높은 수준에서 관리되었는데, 이는 토양내의 수분이 포화되도록 관수가 충분하게 이루어지고 추가적인 강우에 의한 영향이며, 추천 관수 처리구의 평균 토양수분장력 값은 －45kPa 처리구와 유사하거나 높은 것으로 나타났다. 관행 처리구를 제외한 토양수분장력 기반 관수개시점 처리구에서는 2023년이 2022년에 비해 평균 토양수분장력 값이 더 높게 유지되었는데, 이는 2023년에 강우가 2022년에 비해 더 많고 빈번하여(연구기간 동안 누적 강우량: 2022년 360.4mm, 2023년 1,301.2mm) 더 높은 평균 토양수분장력 값을 유지한 것으로 보인다. 반면, 관행 처리구는 2023년에 평균 토양수분장력 값이 2022년에 비해 더 낮았는데, 이는 2023년의 잦은 강우로 인해 관행 처리구의 관수량이 적었으며, 과수가 실제로 물을 필요로 하는 시점에 적절한 관수가 일어나지 않아 강우가 적었던 2022년보다 더 낮은 평균 토양수분장력 값을 유지한 것으로 판단된다.
2. 사과나무 수체 생육 비교
사과나무의 수체 생육 특성을 연차 비교한 결과, 신초장과 절간장의 경우 2022년에 비해 2023년에 더 길게 나타났으며, 엽장과 엽폭은 2023년에 더 작게 나타났다(Table 1). 엽장과 엽폭이 2022년보다 2023년에 상대적으로 작았던 것은 잦은 강우와 낮은 일사로 인해 엽 생육에 저하가 나타난 것으로 판단된다. 자동관수 처리를 시작한 5월부터 엽 생육 조사 시점인 7월까지의 누적 일사량은 2022년 961.9MJ·m-2·day-1, 2023년 780.7MJ·m-2·day-1로 2023년에 2022년 대비 약 18.8% 적었으며, 강우량의 경우도 2022년 360.4mm에 비해 2023년 1301.2mm로 약 3.6배 높았다(Fig. 1). 연도에 상관없이 관수 처리구에 따른 수체 생육 특성에 유의한 차이는 나타나지 않았으나, 엽폭의 경우는 연도에 따라 관수 처리구의 효과가 다르게 나타났다(p = 0.039). 2022년에는 관수 처리구에 따른 엽폭의 차이가 없었으나, 2023년에는 －45kPa 처리구에서 －30kPa, －60kPa 처리구에 비해 엽폭이 약 0.5cm 더 길게 나타났다. 이러한 연차별 처리 효과의 차이는 ‘Honeycrisp’ 품종에서 다년 관수 시험을 수행한 Reid와 Kalcsits(2020)에서 2017년에는 신초 생장에 차이가 나타나지 않았으나, 2018년에는 물을 적게 준 처리구에서 신초 생장이 억제되어 다년 과수 연구에서 해마다 처리에 대한 효과가 다르게 나타날 수 있다는 보고와 유사하였다. 그러나 전반적으로 사과 수체 생육에 있어서는 관수 처리의 영향은 뚜렷하게 나타나지 않고, 주로 일사량과 강우량의 차이에 의한 연도의 영향이 더 크게 나타난 것으로 판단되었다.
Table 1.
Shoot and leaf growth traits of ‘Fuji’/M9 apple trees (Malus domestica) under different irrigation treatments in 2022 and 2023. Automated irrigation was applied at soil moisture tension thresholds of －30, －45, and －60 kPa, REC indicates the growth stage-based recommended treatment, and CON indicates conventional irrigation based on rainfall. Mean separation among year × irrigation treatments at α = 0.05.
3. 사과 과실 특성 비교
연도와 관수 처리구별로 사과 과실 크기를 비교한 결과, 과중, 과실종경, 과실횡경 모두 2022년에 비해 2023년에 높게 나타났다(p < 0.001, Table 2). 2023년에 전반적으로 과실이 우수하게 나타난 이유는 전년도 자동관수를 통한 물 관리의 누적 효과와 함께 2023년의 상대적으로 많은 강우의 영향이라고 판단되며, 이는 강우량이 높았던 해에 과중과 과실 직경이 더 컸다는 선행 연구(Gonzalez Nieto 등, 2023)와 같은 결과를 나타냈다. 과중, 과실종경, 과실횡경 모두 관수 처리에 따라 차이가 있었으나, 그 차이는 연차별로 다르게 나타났다(p < 0.05). 2022년에는 과중 및 과실 크기가 관수 처리구 간 차이가 없었으나, 2023년에는 －30kPa 처리구의 사과 과중은 －45kPa 처리구를 제외한 다른 처리구에 비해 높고, 과실종경과 과실횡경 역시 가장 긴 것으로 나타났으며, 관행 처리구에서 가장 사과 과실이 작은 것으로 나타났다. 이러한 연도와 관수 처리구 상호작용의 영향은 엽폭과 마찬가지로, 과수 특성상 1년 차인 2022년에는 관수 처리구 간 차이가 나타나지 않았으나 2년간의 물 관리로 인해 2023년에는 처리구 간 차이가 나타난 것으로 판단되다. 이러한 결과는 Neilsen 등(2016)의 3년간의 사과 연구에서 1년차에 수확량 차이가 나타나지 않았으나, 2년차부터 처리구 간 차이가 나타났다는 결과와 유사하였다. －30kPa 처리구의 사과 과실은 관행 처리구에 비해 과중, 과실종경, 과실횡경이 각각 16%, 14%, 11% 더 높게 나타나, 관수 처리를 통해 사과 크기 조절이 가능함을 보여주었다. 2년 평균 데이터를 살펴보았을 시에도, －30kPa 처리구와 －45kPa 처리구의 사과가 다른 처리구에 비해 큰 것으로 나타났다.
Table 2.
Fruit size and quality traits of ‘Fuji’/M9 apples (Malus domestica) under different irrigation treatments in 2022 and 2023. Automated irrigation was applied at soil moisture tension thresholds of －30, －45, and －60 kPa, REC indicates the growth stage-based recommended treatment, and CON indicates conventional irrigation based on rainfall. 2-yr average represents the two-year average for each irrigation treatment. Lowercase letters indicate mean separation among year × irrigation treatments, and capital letters indicate mean separation among the irrigation treatments at α = 0.05.
과실 품질에 중요한 당도와 산도는 2022년에 비해 2023년 과실에서 모두 높게 나타났으며, 당산비는 줄어들었다. 연도별 평균 당도는 2022년 13.0°Bx에서 2023년 13.8°Bx로 6% 증가하였고, 평균 산도는 2022년 0.24%에서 2023년 0.30%로 25% 증가하였다. 당도와 산도가 전체적으로 증가한 이유도 과실 크기와 마찬가지로 2년간 자동관수를 통한 효과적인 물 관리와 강우의 영향이라고 판단된다. 연도와 상관없이 관수 처리구 간 비교에서는, －45kPa 처리구의 당도가 가장 높았고, －30kPa 처리구의 당도는 －60kPa 처리구를 제외한 다른 처리구보다 낮게 나타났다. 산도는 －60kPa 처리구와 관행 처리구에서 낮았으며, 경도는 －45kPa 처리구와 관행 처리구에서 －30kPa 처리구와 추천 관수 처리구보다 높게 나타났다. 특히 당도의 경우 관수 처리구에 따른 차이가 연도별로 다르게 나타났는데, 2022년에는 －45kPa 처리구의 당도가 가장 높았고, －30kPa 처리구의 당도는 가장 낮았으나, 2023년에는 －60kPa 처리구를 제외한 다른 처리구 간 유의한 차이가 나타나지 않았다. －30kPa 처리구에서 당도와 경도가 낮게 나타난 것은 물을 많이 준 처리구에서 물을 적게 준 처리구보다 과실 크기는 커지나, 당도와 경도가 낮아졌다는 선행 연구 결과(Fallahi, 2018)와 유사하며, 적정 수준의 관수가 당도를 증가시켜 과실의 품질을 향상시킬 수 있는 선행 연구(Ebel 등, 1993)와도 비슷한 결과를 보였다. 이러한 결과는 물 관리를 통해 사과 과실 크기뿐 아니라 사과 과실 품질에 중요한 당도, 산도 및 경도 조절할 수 있음을 보여주며, 과실 크기의 저하 없이 당도와 산도도 높았던 －45kPa 처리구가 고품질 사과 생산을 위한 적정 관수개시점으로 나타났다.
4. 처리구별 관수량 비교
－30kPa, －45kPa, －60kPa, 추천, 관행 처리구별로 2년간의 연평균 누적 관수량은 각각 21.7, 19.9, 10.0, 14.5, 16.4ton으로, －30kPa 처리구에서 가장 많은 물을 사용한 반면, －60kPa 처리구에서 가장 적은 물을 사용하였다(Fig. 2). 이에 비해, 관행 처리구와 토양수분장력센서 기반 자동관수 처리구 간에는 통계적으로 연평균 누적 관수량의 차이가 없음을 확인하였다. 그러나, 2022년에는 관행 처리구에서 －60kPa 처리구와 추천 관수 처리구보다 많은 관수가 이루어졌으며, 그 수준은 －30kPa 처리구의 관수량과 유사하였다.
Fig. 2.
Cumulative irrigation amount (ton) under five irrigation treatments in 2022 (light blue) and 2023 (dark blue). Automated irrigation was applied at soil moisture tension thresholds of －30, －45, and －60 kPa, REC indicates the growth stage-based recommended treatment, and CON indicates conventional irrigation based on rainfall. Hatched gray bars show the 2-year average for each irrigation treatment. Lowercase letters indicate mean separation among year × irrigation treatments, and capital letters indicate mean separation among the irrigation treatments at α = 0.05. Error bars represent the standard errors (n = 3).
2023년에는 전년도 대비 강우량이 약 3.6배 증가하였다. 이로 인해 강우량에 기반하여 관수한 관행 처리구의 2023년 누적 관수량은 2022년에 비해 약 60% 감소하였다. 그러나, 이러한 감소는 작물 생육에 필요한 시점에 알맞은 관수가 이루어지지 않아, 사과 과실 크기와 산도에서 다른 처리구보다 낮은 결과를 초래하였다. 반면, 토양수분장력 기반 자동관수 처리구들은 2023년 높은 강우량에도 불구하고 연차별 관수량이 비슷하거나 오히려 증가하는 경향을 보였다. 이는 단순히 강우량에 의존하는 방식이 아니라, 작물의 수분 요구를 충족시키는 시기적절한 관수가 고품질 사과 생산에 필수적임을 보여준다. 따라서, 토양수분장력센서 기반 자동관수시스템은 강우 변동성이 큰 환경에서도 안정적인 노지 과수 고품질 생산을 위한 효과적인 관리 방법임을 제시한다.
결 론
본 연구는 노지 사과원에서 토양수분장력센서 기반 자동관수시스템을 적용하여 고품질 사과 생산을 위한 적정 토양수분 관리 방법을 규명하고자 수행되었다. 2년간 다양한 관수개시점 자동관수 처리와 강우량 기반 관행 처리를 비교한 결과, 자동관수 처리구에서는 설정한 관수개시점 이상으로 토양수분이 안정적으로 유지된 반면, 관행 처리구에서는 작물 수분 요구를 알맞게 충족시키지 못하고 토양수분장력 값이 －100kPa 이하로 떨어지는 경우가 잦았다. 수체 생육은 관수 처리구에 의한 뚜렷한 차이를 보이지 않았으나, 과실 특성의 경우 2023년에 전반적으로 향상되었으며, 특히 －30kPa 처리구는 높은 관수량으로 인해 큰 과실 크기를 보였으나 당도와 경도가 낮게 나타났다. 주목할 점은 2022년에 관수 처리구 간 차이가 없던 지표들이 2023년에는 차이를 보였다는 점으로, 이는 과수 연구의 특성상 토양수분장력 기반 관수 효과가 연차별로 달라질 수 있음을 시사한다.
자동관수 처리구의 과실 크기가 강우량에만 기반하여 관수한 관행 처리구보다 크게 나타나, 단순히 강우량에 기반한 경험적 관수보다는 과수의 실제 수분 요구시점에 맞추어 토양수분을 알맞게 관리해야 함을 확인하였다. －45kPa 처리구는 물을 가장 많이 사용한 －30kPa 처리구 대비 관수량을 약 8% 절감하면서도 과실 크기 저하 없이 고품질 과실 생산이 가능함을 보여주었다. 따라서, 토양수분장력센서 기반 자동관수시스템은 노지 사과원에서도 적용 가능성이 높으며, 고품질 과실 생산과 관수량을 최적화할 수 있는 관리 기술로 판단된다. 향후 다양한 토성과 작물의 생육시기를 고려한 관수 전략에 대한 장기 연구를 통해 노지 사과원 최적 관수 전략을 고도화할 필요가 있을 것으로 보인다.
