서 론
국내 공정육묘장은 시설재배 기술이 발달하면서 1992 년에서부터 도입되어 2015년 현재 약 240개소, 178ha로 증대 되었으며 동절기 육묘의 안정화, 규격화된 양질묘 생산, 주년 안정생산 등이 이루어지면서 현재는 대부분 의 시설재배농가에서 공정육묘장을 통하여 묘를 구입하 고 있어 재배와 육묘가 분업화 되어 있는 실정이다 (Jeong et al., 2016). 또한, ‘묘 농사가 1년 농사의 반’이 라는 말이 있을 정도로 묘의 소질은 정식 후의 수확량 을 증대 시키는 중요한 요소다. 그러므로 우량묘 생산과 주년생산을 위해서는 하절기와 동절기의 환경 조절이 필 수적이다. 이중 동절기에 작물을 생산하기 위해서는 시 설원예 경영비 중 난방비가 30-50%를 차지해 시설원예 농가에 큰 부담이 되고 있다. 시설원예 농가에서 이용하 는 난방방법으로는 연료를 연소시켜 데워진 따뜻한 공기 를 불어넣는 온풍난방, 연료를 연소시켜 가열한 물을 파 이프로 순환시켜 공기를 데우는 온수난방, 태양열로 물 을 가열하여 공기를 데우는 태양열난방 등이 있다. 최근 에는 전기로 복사열을 발생시켜 물체를 직접 데우는 방 식의 나노탄소섬유적외선 난방등을 이용한 적외선 난방 방법이 일부 사용되고 있다. 나노탄소섬유적외선 난방등 은 가격이 저렴하고 설치가 쉬우며, 농업용 전기를 사용 함으로써 다른 연료를 사용하는 난방기에 비해 난방비가 매우 저렴한 장점이 있다(Kim과 Choi, 2008; Lim 등, 2009). 온수난방에 비하여 적외선 난방등을 이용했을 때 75.2%의 난방비가 절감된다는 연구 결과가 발표된바 있 다(Lim 등, 2009). 또한 최근 나노탄소섬유적외선 난방 등을 이용한 절화장미와 딸기 재배에서 온풍난방이나 온 수난방에 비하여 작물의 생육에 차이가 없으면서 오히려 난방비가 절감되어 나노탄소섬유적외선 난방등의 효율성 이 구명되었다(An 등, 2013; Lim 등, 2009). 하지만 성 묘를 정식하여 수확기까지 재배하는 일반 온실과 달리 종자를 파종하고 발아시켜 연약하고 예민한 유묘를 생산 하는 공정육묘장에서 이러한 난방등의 난방 효율성에 관 련한 연구는 전무하다. 또한, 과채류와 같이 유인줄에 매달아 온실 측고까지 높게 재배하거나 초장이 긴 절화 류와 달리 유묘는 초장이 매우 짧기 때문에 공정육묘장 에 적합한 난방등의 설치 높이에 대한 구명이 필요하다.
그러므로 본 연구는 우량묘 생산을 위한 동절기 공정 육묘장의 기온과 식물체의 적정온도 유지 기술로 경제적 인 나노탄소섬유적외선 난방등의 적정 전력과 설치 높이 를 구명하기 위해 수행되었다.
재료 및 방법
1. 실험재료
실험에 사용된 묘는 대목으로 박(Lagenaria leucantha Rusby.) ‘선봉장’을 2014년 12월 1일에 파종하고, 접수 인 수박(Citrullus lanatus (Thunb.) Manst.) ‘지존꿀’을 2014년 12월 25일에 파종하여 발아시킨 후 2015년 1월 8일에 편엽합접으로 접목하고 4일간 온도 25°C, 상대습 도 90-95%의 접목활착실에서 접수와 대목의 유합과 활 착을 유도한 후 사용하였다.
2. 적외선 난방등 처리
벤로형 유리온실 내부에 처리별 환경조건을 세분화하 기 위하여 플라스틱필름을 이용하여 6개의 공간으로 구 획하였다. 나노탄소섬유적외선 난방등(NCFIHL, Nano Carbon Fiber Infrared Heating Lamp, Golden energy Co. Ltd., Korea)은 전력이 700과 900W인 난방등을 이 용하여 각 공간의 베드(폭 1.00 × 길이 2.40 × 높이 0.75m)부터 0.7, 1.0, 및 1.3m 높이로 각각 2개씩 설치 하여 전력별 2처리(700 또는 900W), 설치 높이 3처리 (0.7, 1.0, 및 1.3m)로 총 6처리 하였으며, 처리당 식물체 를 4반복으로 하여 난괴법으로 실험을 설계하였다. 각 처리별 온도설정은 주간인 9:00시에서 18:00시까지는 22°C이하로 기온이 내려가면 난방등이 켜지도록 설정하 였으며, 야간인 18:00시부터 다음날 오전 9:00시까지는 20°C이하로 기온이 내려가면 난방등이 켜지도록 설정하 였다. 수박 접목묘는 NCFIHL 하에서 2015년 1월 14일 부터 2월 4일까지 21일간 육묘되었다.
3. 환경 측정
기온과 엽온 측정센서(GH-101, Youjeong system Co. Ltd., Korea)를 각각 베드의 중앙과 묘의 상부에 설치하 여 10분 간격으로 측정하였고, 버튼식온도계(ibutton DS1923L-F5, Maxim Integrated, USA)를 이용하여 NCFIHL 처리공간 외부의 평균기온을 측정하였다. 또한 NCFIHL에 의한 수박 접목묘의 온도변화를 관찰하기 위 하여 NCFIHL 점등 전과 점등 후 1, 2, 4, 8, 그리고 16 분 후에 열화상측정기(Testo 880-1, Testo Co. Ltd., Lenzkirch, Germany)를 이용하여 온도분포를 이미지 촬 영하였다.
결과 및 고찰
Table 1은 NCFIHL 700과 900W의 전력과 설치 높이 에 따른 광도를 측정한 결과이다. 광도는 NCFIHL의 전 력이 높을수록 그리고 설치 높이가 낮을수록 광도가 증 가하는 경향을 보였다. 900W NCFIHL을 0.7m 높이에 설치한 처리구에서 광도가 가장 높게 나타났으며, 700W NCFIHL을 1.3m 높이에 설치한 처리구에서 가장 낮았 다. 하지만 모두 1μmol·m-2·s-1이하로 나타나 야간 동안 식물체의 광합성과 광주기성에 영향을 미치지 않는 수준 이었다(Ryu와 Kim, 2010).
Table 1.
Light intensity according to the wattage and installation height of nano-carbon fiber infrared heating lamp.
| Wattage | Lamp height (m) | Light intensity (µmol•m-2•s-1) |
|---|---|---|
| 700 | 0.7 | 0.14 dz |
| 1.0 | 0.09 de | |
| 1.3 | 0.05 e | |
| 900 | 0.7 | 0.59 a |
| 1.0 | 0.39 b | |
| 1.3 | 0.26 c | |
Fig. 1은 전력별 NCFIHL하에서 광파장 분포를 측정 하여 그래프로 나타내었다. 광파장은 자외선(Ultraviolet ray) 영역인 200-400nm 범위에서는 피크가 거의 나타나 지 않았다. 광합성유효광(Photosynthetic active radiation) 영역인 400-700nm 범위에서는 700W NCFIHL의 경우 피크가 미미하게 나타났으며, 900W NCFIHL의 경우 약 550nm에서 부터 피크가 발생하여 파장이 길어질수록 점 점 광도가 증가하였다. 열을 발생시키는 적외선(Infrared ray) 영역인 700nm 이상의 범위에서는 파장이 길어질수 록 점점 광도가 증가하였는데, 전체 광도 중 이 범위는 700W NCFIHL에서는 97.2%를 차지하였고, 900W NCFIHL에서는 98.3%를 차지하여 NCFIHL가 발생하는 대부분의 광은 열선인 자외선의 범위인 것을 알 수 있 었다. 조사된 결과와 같이 NCFIHL에서 방출되는 광파 장은 주로 700-3,000nm 범위의 적외선이며, 물체에 흡 수되어 열원으로 변화된다(Kim 등, 2000). 그러므로 NCFIHL은 식물의 광합성에는 영향을 미치지 않으면서 물체를 데울 수 있어 겨울철 온실 난방에 적합한 난방 등인 것으로 판단된다.
Fig. 2는 2015년 1월 17일 낮 12:00시 부터 2015년 1 월 20일 낮 12:00 까지 3일 동안 NCFIHL의 전력과 설 치 높이에 따른 기온과 수박 접목묘의 엽온의 변화를 나타낸 그래프이다. 700W NCFIHL을 0.7m 높이로 설 치한 처리와 900W NCFIHL을 0.7m와 1.0m로 설치한 처리에서는 주간(22°C)이나 야간(20°C)에 설정한 온도 이하로 기온이 떨어지지 않는 것을 관찰 할 수 있었으나 700W NCFIHL을 1.0m 또는 1.3m 높이로 설치한 처리 와 900W NCFIHL을 1.3m 높이로 설치한 처리에서는 특 히 야간에 설정온도(20°C)를 유지하지 못하고 기온이 낮 아지는 것이 관찰 되었다(Fig. 2A). 또한 같은 1.0m 높이 에서 전력이 높은 900W NCFIHL에서 기온 유지에 효과 적이었다. 본 실험 결과 NCFIHL과 수박 접목묘 사이가 1.0m 이상의 거리에서는 차가운 외기온에 의해 효율적인 난방이 되지 않은 것으로 나타났다. 수박 접목묘의 엽온 변화 역시 기온과 유사한 경향을 나타내었다. Fig. 2B는 수박 접목묘의 엽온 변화를 측정한 것으로 NCFIHL을 점등시키는 온도설정을 엽온이 아닌 공기온도 즉 기온으 로 설정하였기 때문에 기온의 변화(Fig. 2A)에 비하여 엽 온에 의한 변화의 진폭이 크게 나타났다. 적외선이 물체 에 흡수되어 열원으로 변화한 것을 복사열이라 하며(Kim 과 Yoon, 2013), 이 열은 다시 공기와의 열교환으로 온실 내 기온을 상승시킨다(Kamp와 Timmerman, 1996). 이와 같은 원리로 기온에 비하여 식물체의 온도 변화가 빠르 기 때문에 엽온의 변화는 NCFIHL이 점등되고 소등됨에 따라 빠르게 변화한 것으로 보인다.
Fig. 3은 NCFIHL의 점등 전과 점등 후 1, 2, 4, 8, 그리고 16분 일 때의 수박 접목묘 표면온도를 열화상 카메라를 이용하여 촬영한 사진이다. 수박 접목묘의 온 도는 NCFIHL을 점등한 후 시간이 지남에 따라 높아졌 으며, 900W NCFIHL을 0.7m 높이에 설치한 처리구에 서 온도가 가장 빠르게 상승했다. 이는 높은 전력으로 수박 접목묘 가까이서 적외선을 비추었기 때문에 식물체 의 온도가 급상승 할 수 있었던 것으로 판단된다. NCFIHL을 1.3m 높이에 설치한 처리구에서는 수박 접 목묘의 온도가 가장 더디게 증가하였다. 겨울철 극저온 으로 식물체의 온도가 떨어졌을 때 빠르게 회복시키기 위해서는 전력이 높은 램프를 식물체에 근접하여 난방등 을 설치하는 것이 유리하나, 고등 식물의 대부분의 조직 들은 45°C 이상의 기온에서 일정 시간 이상 노출 되면 고온 스트레스로 인해 고사하게 된다(Levitt, 1980). 본 열화상 촬영에서는 900W NCFIHL을 0.7m 높이로 설치 한 처리구에서 점등 16분 후에 수박 접목묘의 최고 온 도가 약 32°C로 나타났다. 기온의 설정온도를 맞추기 위 해 NCFIHL가 16분 이상 오랜 시간 점등되어 수박 접 목묘의 온도가 45°C 이상 높아진다면 수박 접목묘가 고 온스트레스에 노출될 수는 있으나, Fig. 2B의 결과에 따 라 수박 접목묘의 온도 변화를 고려하여 적절하게 NCFIHL의 점등 설정온도를 설정해 준다면 고온으로 인 한 스트레스는 나타나지 않을 것으로 판단된다.
공정묘 재배 현장에서는 묘가 도장하지 않고 짧고 경 경이 굵은 강건한 묘를 선호하는데, 이를 나타내는 지표 가 지상부의 건물중에 초장의 값을 나누어 나타낸 compactness이다. 수박 접목묘의 compactness는 700W NCFIHL을 1.3m 높이로 설치한 처리에서 수치가 유의 적으로 높았으며, 다른 처리구간에는 유의적인 차이가 없었다(Fig. 4). 그러므로 야간 설정온도를 유지하지 못 한 것이 수박 접목묘의 생장에 악영향을 끼치는 정도는 아니었다고 판단된다. Park 등(2004)의 연구에서는 오이 묘 육묘시 주야간의 온도차가 5°C일 때 보다 10°C일 때 도장이 억제되었다고 보고하였다. 본 연구에서 700W NCFIHL을 1.3m 높이로 설치한 처리에서 비록 설정온도 를 유지하지는 못했지만 주야간의 온도차가 다른 처리구 에 비하여 컸기 때문에 묘의 compactness가 우수하게 나 타난 것으로 판단된다. 또한 시금치에 저온(5°C)을 14일 동안 처리하였을 때 fructose, glucose, 그리고 sucrose가 25°C를 처리한 처리보다 약 10-20배 정도 증가한 결과 (Guy 등, 1992)를 통해 설정 온도보다 저온에 오래 노출 된 700W NCFIHL을 1.3m 높이로 설치한 처리에서 건 물중의 비율에 영향을 미치는 광합성 산물인 당류의 축 적이 촉진된 것으로 판단된다(Pyon 등, 2014).
Fig. 4.
Compactness of grafted watermelon seedling as affected by lamp wattage and installation height of nano-carbon fiber infrared heating lamp. Vertical bars indicate ± standard errors (n = 32 seedlings). Different lower-case letters above each bar indicate that the means are significantly different according to the Duncan’s multiple range test (P≤0.05).
NCFIHL은 야간에 식물의 광합성에 영향을 미치지 않 으면서 물체를 데울 수 있는 적외선을 많이 포함하여 공 정육묘장의 육묘를 위한 난방등으로 이용가능성이 입증되 었다. 또한, 700과 NCFIHL을 1.0m 높이로 설치한 처리 구에서 야간 설정온도(20°C)를 유지하지 못했으나, 묘의 우량성을 나타내는 compactness에서는 700W NCFIHL을 1.3m 높이로 설치한 처리구를 제외한 타 처리구와 유의 적인 차이 없었다. 700W NCFIHL을 1.3m 높이 처리구 에서 특히 compactness가 가장 우수하게 나타났다. 향후 NCFIHL을 이용하여 난방 할 경우 묘에 대한 적정 야간 설정온도를 구명 연구가 추가로 필요한 것으로 판단된다. NCFIHL을 0.7m 높이로 설치한 처리구에서는 식물체의 온도가 빠르게 증가하여 장기간 점등시 스트레스나 고사 가 우려된다. 결과적으로 전기 사용량과 야간 설정온도 등을 고려하여 700W NCFIHL을 베드에서 1.0m 이상 높이에 설치하는 것이 바람직하다고 판단된다.
