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고품질의 절화장미를 생산하기 위해서는 충분한 광량 과 18°C 이상의 최저온도를 유지해주어야 한다. 우리나 라의 겨울철은 기온이 너무 낮고 일사량도 부족하기 때 문에 농가에서는 난방기를 이용하여 난방을 해 주거나 보광등으로 부족한 일사량을 보충하기 하기도 한다 (Jeong과 Kim, 2009; Lim 등, 2009, 2010). 겨울철 대표 적인 난방 시설로는 온풍난방이나 온수 보일러가 많이 이용되고 있는 실정이나, 기름값이 계속해서 상승하고 있기 때문에 농가에는 큰 부담이 되고 있다. 그렇기 때 문에 전기 에너지를 이용하여 온실 온도를 유지하고자 하는 시도가 지속적으로 이루어져 왔다. 그 좋은 예로 낮은 광도의 적외선등(Blom과 Ingratta, 1980)과 나노탄 소섬유적외선등(Lim 등, 2009)을 들 수 있다. 이런 종류 의 전등은 광도는 낮을지라도 난방효과가 매우 좋은 것 으로 보고되고 있으나(Jeong과 Kim, 2009; Lim 등, 2009), 장미의 수확량이나 절화수명에 미치는 영향에 대 해 다른 보광등과 비교하여 연구된 보고는 없다.
한편, 고압나트륨등(High-pressure sodium lamp, HPS) 과 메탈할라이드등(Metal halide lamp, MH)은 우리나라 농가에서 보광등으로 가장 많이 이용되고 있다. 이런 종 류의 전등은 방출되는 광도가 높기 때문에 시설내 작물 의 생육을 촉진시키거나 개화를 촉진시키는 효과가 있다 (Bredmose, 1993; Bubenheim 등, 1995). 특히 고압나트 륨등은 광도가 높을 뿐 아니라 열도 많이 발산하기 때 문에 일부 농가에서는 난방등으로도 이용되고 있다. 그 러나 구체적인 난방효과에 대해서는 학술적으로 밝혀지 지 않았다. 근래에는 소비전력이 매우 낮고 내구성이 강 한 것으로 알려져 있는 LED등(Light-emitting diodes lamp)을 보광등으로 이용하려는 연구가 계속되어 왔다 (Cha 등, 2013; Massa 등, 2008). 그러나 LED는 광도가 너무 약하기 때문에 보광등으로서는 한계가 있다는 지적 도 나오고 있는 실정이다. 그러므로 이들 보광등과 난방 등을 온실에 동시에 설치하여 절화장미의 생육과 수확량 및 절화수명에 미치는 영향을 비교 분석할 필요가 있다.
식물체의 엽색은 엽록소 함량이나 비료함량과 매우 높 은 상관관계를 가지며(Kang 등, 2006), 엽색을 분석함으로 써 옥수수(Varinderpal-Singh 등, 2011), 밀(Varinderpal- Singh 등, 2012), 쌀(Avitit 등, 2011) 등에서 질소 시비 를 관리하려는 시도가 있었다. Lee (2007)도 식물체가 환경이나 병원균에 어떻게 반응하는 것을 엽색을 통해 해석할 수 있다고 하였고, Yang 등(2016)은 엽색을 통하 여 식물체내 안토시아닌 함량을 평가할 수 있다고 하여, 엽색이 식물체의 생리적 반응을 분석하는데 매우 유용한 수단이 될 수 있음을 알 수 있다.
따라서 본 연구에서는 절화장미 재배 시, 저온기에 보 광등 3종류(LED등, 메탈할라이드등, 고압나트륨등)와 난 방등1종류(나노탄소섬유적외선등)로 보광해 주었을 때 절화장미의 수확량, 절화수명, 그리고 엽색에 미치는 영 향을 비교분석하기 위해 실험을 수행하였다.
재료 및 방법
1. 실험장소 및 실험기간
본 실험은 경상남도 김해시 진례면에 있는 절화장미 전문 생산 농가인 ‘시온장미’에서 수행하였다. 본 농가는 약 3000m2 규모의 연동 비닐 온실(연동, 남북동)에서 피 트모스를 고형배지로 한 수경재배 시스템으로 절화 장미 를 재배하고 있었다. 농가에서는 절화 장미 ‘필립’(Rosa hybrida ‘Feel Lip’)을 주지를 절곡하여 아칭방식으로 재 배하고 있었다. 재식거리는 주간 15cm, 열간 25cm로 서 로 어긋나게 식재되었으며, 각 전등처리 구간인 3m 안 에는 약 45주 정도의 장미가 식재되어 있였다.
실험은 봄(2월 28일~4월 14일), 가을(10월 8일~11월 21일), 겨울(11월 21일~다음해 1월 21일)에 걸쳐 총 3회 수행되었다. 모든 실험은 장미 수확을 끝내고 새로운 신 초가 올라오기 시작하는 시점부터 시작하여 수확이 끝나 는 시점까지로 하였다. 시설내의 온도는 봄과 가을엔 최 저 온도를 18.5°C로 설정하여 기온이 그 이하로 떨어졌 을 때 자동으로 모든 전등이 점등되도록 하였으며, 20°C 이상으로 상승하였을 때는 자동으로 모든 전등이 꺼지도 록 설정하였다. 겨울에는 15.5°C에서 모든 전등이 켜지 고 18.5°C에서는 소등되게 설정하였다. 기타 장미 재배 와 수확에 관해서는 농가에서 해 오던 관행에 따라 양 액으로 재배하였으며, 정기적으로 살충제와 살균제를 살 포하여 병충해 발생을 예방하였다.
2. 보광등과 난방등 설치
본 실험에 사용된 보광등은 LED등(Light emitting diode lamp, LED), 메탈할라이드등(Metal halide lamp, MH), 고압나트륨등(High-pressure sodium lamp, HPS)이 었고, 난방등은 나노탄소섬유적외선등 (Nano-carbon fiber infrared lamp, NCFI)이었다. 각 전등들의 소비전력은 LED(ST24, Samsung, Korea)는 24W, MH(IKE-LMH175W, 일광전기, Korea)는 175W, HPS(SON-T, Philips, Netherland)는 200W, NCFI(나토탄소섬유 적외 선등, ㈜원봉탄소에너지, Korea)는 900W이었다. 각 전등 은 절화장미 베드 위에 3m 간격으로 2개씩 설치하였으 며, 처리간에는 암막으로 칸막이를 하여 야간 점등 시 서로의 간섭을 피하게 하였다. 낮에는 칸막이를 걷어 올 려 자연광을 이용할 수 있게 하였다.
3. 절화 장미 수확량 및 엽색
전등 종류가 절화장미의 수확량 및 절화수명에 미치는 영향을 알아보기 위해 2~3일 간격으로 총 4~5회 장미를 수확하여 처리당 수확량과 상품절화수, 절화장, 엽색을 조사하였다. 엽색은 색차계(CR-400, Konica minolta sensing Inc., Japan)를 이용하여 위로부터 4~5번째 잎을 대상으로 측정하였다. 측정값은 명암을 나타내는 L*값, 녹색과 적색 범위를 나타내는 a*값, 그리고 청색에서 황 색 범위를 나타내는 b*값으로 표기하였다.
4. 절화수명 조사
전등 종류가 절화장미의 절화수명에 미치는 영향을 알 아보기 위해 1.5L 유리병에 500mL 수도수를 채우고 장 미를 꽂아 절화수명을 조사하였다. 이때 장미의 길이는 30cm로 재절단하였고 상위엽 2장만 남기고 나머지 잎은 제거하였다. 유리병은 온도 20°C, 광도 80μmol·m-1·s-1 (16/8h, day/night), 상대습도 60%의 생장조절실에 두고 관찰하였다. 각 처리당 10본씩 3반복으로 실험을 수행하 였다. 절화수명은 육안으로 관찰하여 외부 꽃잎 1~2장이 시들어서 관상가치를 상실하였다고 판단되거나, 꽃목굽 음(30o 이상) 또는 청색화(꽃의 20%) 가 발생하여 관상 가치가 상실되었을 때를 절화수명이 다하였다고 판단하 였다. 이틀 간격으로 유리병에서 절화를 꺼내서 생체중 을 측정하고, 유리병의 무게를 측정하여 수분 손실량을 산출하였다.
결과 및 고찰
1. 전등 종류에 따른 절화 장미 수확량 및 상품절화수
장미 절화 하우스에 보광등과 난방등을 이용하여 야간 에 보광을 해 주었을 때, 수확량 및 상품절화수는 Table 1과 같다. 계절별 총 수확량을 보면 가을철이 가장 많고 다음이 겨울철, 그리고 봄철 순이었다. 전등별로 보면, 봄철에는 HPS에서 83개로 가장 많고, 무처리구를 포함 한 다른 전등하에서는 66~69개로 비슷하였다. 가을철에 는 HPS에서 108개로 가장 많았고, 다음은 무처리구 그 리고 LED, MH 순이었다. 겨울철에는 무처리구에서 91 개로 가장 수확량이 많았다. 다음은 LED에서 85개이었 으며, HPS와 MH에서는 81~82개로 비슷한 수준이었다. 일반적으로 보광등으로 보광을 해주면 식물의 생육과 개 화가 촉진된다(Choi 등 2008; Lee 와 Kim 2015; Na 등 2007). 본 실험에서도 봄철과 가을철에는 HPS 처리에 의해 수확량이 크게 증가한 것을 알 수 있다. 그러나 겨 울철에는 모든 전등처리구에서 무처리구와 비슷한 정도 의 수확량을 보여주었다. 절화상품수는 계절에 따라 크 게 다르게 나타났다. 봄철에는 HPS에서만 1.8개로 무처 리구 1.5개 보다 다소 증가하였으나 다른 전등에서는 1.4개로 무처리와 비슷하였다. 가을철에는 HPS에서는 2.35개로 가장 많았으며, 무처리구에서 2.02개, 나머지 전등 처리에서는 1.6개에서 1.8개 범위로 비슷하였다. 전 조 시간이 가장 많은 것으로 여겨지는 겨울철에는 NCFI 를 제외한 모든 전등과 무처리에서 비슷한 수준이었다. 봄철의 생체비중(절화생체중/절화장)은 전등처리에 의해 무처리구보다 감소하는 경향이었고, 가을철과 겨울철의 생체비중은 무처리구와 비교하여 큰 차이가 보이지 않았 다. 절화품질 지수는 봄철에는 HPS를 제외한 전등에서 무처리구보다 감소하는 경향이었고, 가을과 겨울철에는 NCFI를 제외한 모든 처리구에서 뚜렷한 차이가 보이지 않았다.
Table 1. Seasonal effects of supplemental lighting on total yields, number of cut flower, specific fresh weight, and quality index of cut flower.
세 계절의 데이터를 합산하여 절화장 지수, 상품절화 수, 절화품질 지수의 평균값을 산출하였다(Fig. 1). 절화 장 지수의 경우, 봄철에는 전등처리에 의해 대조구보다 감소되는 결과를 나타냈다(Fig. 1A). 이런 결과는 보광 을 해주면 식물의 생장이 촉진된다는 선행연구 결과들 (Heo 등, 2010; Kwon 등 2014; Lee 등 2003)과는 상이 한 결과다. 우리는 동일한 실험에서 보광등처리에 의해 절화장미의 개화일이 1주에서 2주나 빨라지는 것을 볼 수 있었다. 즉, 전등처리를 하지 않은 무처리구는 전등 처리구 보다 1~2주나 더 영양생장을 할 수 있게 되므로, 전등처리구보다 절화장이 길어지고 절화품질 지수도 높 아진 것으로 보고 있다(Chon 등. 투고 중). 그러나 겨울 철에는 전등처리구에서 절화장 지수가 대조구보다 증가 하는 것으로 나타났다. 이는 겨울 동안에는 외부로부터 의 절대 광량이 부족하기 때문에 야간보광에 의해 생육 이 촉진되는 효과가 뚜렷하게 나타난 것으로 보고 있다. 가을철 절화장 지수는 HPS와 NCFI에서만 대조구보다 증가한 것으로 나타났다. 상품절화수와 절화품질 지수는 HPS에서 가장 높았으며, 반대로 NCFI에서 가장 낮았다. LED와 MH에서는 대조구와 비슷한 수준이었다(Fig. 1. B, C).
Fig. 1
Seasonal effects of supplemental lighting on flower stalk length (A), number of marketable flower (B), and quality index of cut flower (C). Index of cut flower length was determined by evaluating flower length of control as reference point (value = 1). Vertical bars are means of 3 replicates in the harvests from spring, autumn, and winter. Different letters represent significant difference at the P < 0.05 level based on Duncan’s multiple range tests.
2. 전등 종류에 따른 절화장미의 절화수명
장미의 절화수명은 계절에 따라 유의하게 달라졌다. 가을에는 대조구를 포함한 모든 처리구에서 거의 비슷한 절화수명을 보여주고 있으나, 겨울철에는 전등처리에 의 해 절화수명이 크게 증가하는 것을 보여주고 있다(Fig. 2). 특히 HPS에서 절화수명이 14.6일로 대조구 11일 보 다 3.6일 이상 길어졌다. NCFI에서도 절화수명이 13일 로 대조구보다 2일 정도 길어진 것으로 나타났다. 가을 철에 전등처리 효과가 미미했던 것은 가을철에는 외부 온도가 높아 최저 온도에 의해서 전등이 켜지는 시스템 에서 전등처리 시간이 절대적으로 짧았기 때문인 것으로 여겨진다.
봄, 가을, 겨울 세 계절에 수확된 절화의 평균 절화수 명, 절화생체중, 수분흡수량과 증산량은 Fig. 3와 같다. 세 계절의 평균 절화수명은 HPS에서 13.2일로 대조구에 비해 유의하게 증가하였다(Fig. 3A). 절화 생체중의 변 화는 Fig. 3B와 같다. 초기 생체중을 100으로 보고 그 이후의 변화를 그래프로 나타나낸 것으로, 모든 처리구 에서 3~4일째에 절화중은 최대에 이르렀다가 감소하기 시작했다. 절화수명이 증가하였던 HPS와 NCFI에서는 최대 생체중이 더 오랫동안 지속되다가 감소하기 시작하 는 것으로 나타났다. 수분흡수량과 증산량에서도 절화수 명이 연장되었던 HPS와 NCFI에서 더 활발하게 일어나 고 있는 것으로 나타났다(Fig. 3C, D). Lim 등(2009)도 절화장미를 NCFI로 난방을 해 주었을 때, 생체중과 수 분 흡수량이 증가하여 절화수명이 다소 길어졌다고 하였 다. 그러나 절화 장미를 위해 보광을 해 주었으나 절화 수명에는 영향이 없었다는 연구결과(Roberts 등, 1993) 도 있어, 이 부분은 추후 검토가 이루어질 필요가 있다.
Fig. 3
Effects of year-round supplemental lighting on vase life and expected marginal mean of water balance (A) and changes in relative fresh weight (B), water uptake (C) and transpiration (D) of single-stemmed rose plant in vase. Data over 10 days in vase are means of 3 replicates in the harvests from spring, autumn, and winter. During the year-round supplementary lighting, the parameters related to water relation of cut flowers were analyzed using the GLM univariate procedure. Different letters represent significant difference at the P < 0.05 level based on Duncan’s multiple range tests. Vertical bars and symbol points represent means ± SE of 3 replicates.
3. 전등 종류에 따른 절화 장미 엽색 변화
보광등과 난방등을 이용하여 보광을 해 주었을 때, 절 화 장미의 엽색에 미치는 영향을 조사하였다(Fig. 4). 명 암을 나타내는 L*값은 계절과 상관없이 보광등 처리에 의해 무처리구보다 낮아지는 것으로 나타났다. 즉, 전등 처리로 엽색이 진해진다는 것을 말해준다. Kang 등 (2006)는 케일(Kale) 엽색을 측정하여 엽색과 엽록소 함 량과의 상관관계를 분석한 결과, 엽록소 함량이 높아질 수록 엽색도 짙어졌으며, 특히 b*값과는 r2값이 -0.969나 될 정도로 높은 상관관계를 가진다고 하였다. 대상 식물 종이 다르기 때문에 동일하다고 볼 수 없지만, 장미에서 도 보광등 처리에 의해 엽색이 짙어진 것은 엽록소 함 량이 높아진 것으로 볼 수 있다. 한편, 난방등으로 이용 되는 NFCI에서는 대조구와 비슷한 수준으로 엽색의 차 이는 없었다. Fig. 4B는 a*값과 b*값을 회귀분석한 결과 를 보여준다. 겨울철에 가을철보다 전등별 a*값과 b*값의 분포가 넓어져 겨울철에 전등처리의 영향이 더 뚜렷하게 나타난다는 것을 의미한다. 대조구와 NFCI에서는 a*값은 낮고 b*값은 높은 편이었으며, 나머지 3종류의 보광등에 서는 a*값은 높고 b*값은 상대적으로 낮은 경향을 보였다. 이는 엽색이 보광등 처리에 의해 무처리구에 비해 청색 과 적색쪽으로 더 짙어졌다는 것을 의미한다. 가을철 엽 색 결과도 이와 경향은 비슷하였으나, 분포역이 좁아 겨 울철 보다는 전등처리의 영향을 덜 받은 것으로 보인다. 이런 이유에 대해서는 가을철 실험 기간에 야간 온도가 많이 떨어지지 않아, 겨울철 보다는 전등을 켜주는 시간 이 상대적으로 적었기 때문인 것으로 생각된다. 이와 같 은 엽색의 변화는 절화장 변화와 어느 정도 상관관계가 있어 보인다(Fig. 1A). 즉, 난방등 처리에 의해 엽색이 짙 어진 만큼(L*값 감소, a*값 증가, b*값 감소) 절화장도 증 가 한 것으로 보인다. 그러나 난방등인 NCFI에서는 다른 결과를 보여주었다. 즉, 엽색은 대조구보다 오히려 옅어 지는 경향을 보였지만 절화장은 오히려 증가하여 설명이 쉽지 않다. 하지만 절화품질 지수(Fig. 1C)는 NCFI에서 대조구나 다른 전등처리보다 유의하게 감소하는 것으로 나타나, NCFI에서 절화장은 증가했지만 절화품질은 오히 려 감소하여 엽색의 결과와 일치하는 것을 알 수 있다.
결론적으로, 보광등과 난방등을 이용하여 저온기에 보 광을 해주었을 때, 절화장은 봄에는 전등처리에 의해 감 소하였으나, 겨울에는 증가하여 전등 처리효과가 겨울에 더 뚜렷한 것으로 나타났다. 절화 수확량과 절화수명에 서 HPS서 가장 많이 증가되어 보광등으로서는 HPS가 가장 유효한 것으로 보인다. 엽색은 NCFI를 제외한 다 른 보광등에서 짙어진 것으로 나타나, 보광등 처리에 의 해 엽록소 함량이나 질소와 같은 무기질 함량이 증가한 것으로 보였다. 그 결과 보광등 처리에 의해 절화수명이 연장되는 등 절화품질이 향상된 것으로 생각된다. NCFI 는 난방등으로서는 충분한 기능을 가지고 있으나, 장미 절화의 품질 향상을 위한 보광등으로서의 기능은 미약하 였다.
