서 론
재료 및 방법
1. 포도나무 재배 및 포도원 관리
2. 자동관수시스템 설치 및 작동
3. 포도나무 수체 생육 및 과실 조사
4. 광합성 광반응 곡선 분석
5. 실험 설계 및 통계 분석
결과 및 고찰
1. 포도원에서의 토양수분장력 변화
2. 포도나무 수체 생육 비교
3. 광합성 광반응 곡선 비교
4. 처리구별 포도 과실 특성 및 관수량 비교
결 론
서 론
최근 기후변화로 인한 이상기후의 빈도와 강도가 증가되어 다양한 작물의 생육과 생산성에 피해를 많이 주고 있고, 이로 인한 농업 생산 불안정 뿐 아니라, 농산물 공급 체계 교란 등의 피해는 더욱 심화될 것으로 전망하고 있다(IPCC, 2023). 기후변화로 인하여 연평균온도는 상승하고, 누적일조시간 및 누적일사량이 증가되는 등 어려워지는 재배 환경에서 과수 재배면적의 감소와 과실의 품질 하락이 우려되고 있다(Lim과 Jung, 2024). 또한, 최근 국내에서는 이상기후가 빈번해지면서 가뭄의 발생 빈도와 지속기간이 증가하고, 극한 호우의 빈도가 증가하고 있어, 노지에서의 효율적인 물 관리 역시 더욱 중요해지고 있다(Shin 등, 2023).
국내 포도 재배면적은 2000년 29,200ha에서 2019년 12,676ha로 약 57% 감소한 상황이며, 이는 농가 고령화로 인한 폐원, 과원 폐업 지원 사업, 도시 개발, 타 품목으로의 전환, 포도 수입 증가 등이 주요 원인으로 파악된다(Lim 등, 2015). 그러나, 2020년 이후 ‘샤인머스켓’ 품종의 국내 시장에서 인기를 높이면서 포도 재배면적의 감소세는 다소 완화되었다(KOSIS, 2025; Yoon 등, 2021). 포도 ‘샤인머스켓’은 2배체 생식용 포도로 2006년 일본에서 등록된 품종이며, 스트렙토마이신을 개화 전에 살포하고 지베렐린을 처리하여 12g 이상의 씨 없는 열매를 생산할 수 있다(Yamada 등, 2008). ‘샤인머스켓’은 다른 포도 품종에 비해 당도가 높고 산도가 낮으며, 달콤한 포도 향인 머스캣 향이 나고, 아삭거리는 식감이 특징이다. 또한 껍질째 먹을 수 있는 소비 편의성의 장점을 통해 소비자들의 만족도를 향상시킨 고급과일로 포도원의 수익성을 높인 품종이다(Choi 등, 2022; Choi 등, 2023; Jin 등, 2022). 2015년 ‘캠벨얼리’의 재배면적이 국내 포도 재배면적의 70% 정도를 차지하였으나, 2016년 278ha에 불과했던 ‘샤인머스켓’ 재배면적이 2024년에는 6,307ha로 급증하였다. 이로 인해, 2024년도 국내 포도 재배면적 14,649ha 중 ‘샤인머스켓’이 43.1%로 가장 높은 비율을 차지하였고, ‘캠벨얼리’ 29.3%, 거봉류 17.5% 순으로 재배면적 비율이 바뀌었다(Park 등, 2025). 2021년까지는 포도 품종의 다양화, 소비시장 확대에 따라 포도의 전반적인 가격이 상승하였으나, 2023년 이후 노지 ‘샤인머스켓’은 이상기상으로 인한 품질 저하로 2024년에는 가격이 전년 대비 28.2% 하락하였으며, 이러한 문제를 해결하기 위하여 고품질 포도 생산을 통해 수익을 올릴 수 있는 효율적 재배 환경 관리가 요구된다(Kim 등, 2024).
국내에서는 당도가 높은 고품질 포도 생산을 위해 비가림 시설 및 온실에서 포도를 재배하는 경우가 증가하고 있으며(KOSIS, 2025), 이로 인해 강우의 영향이 적어 알맞은 관수 기술이 고품질 포도를 수확하는데 필수적인 기술 요소이다. 포도 재배에 있어 토양수분은 작물의 원활한 생장과 토양 내 양분 흡수 등에 영향을 주어 포도의 생산성 및 과실 품질에 중요한 영향을 미친다. Glenn 등(2010)의 선행 연구에서는 토양수분의 부족에 의하여 포도 ‘Cabernet Sauvignon’, ‘Merlot’, ‘Viognier’의 엽온이 증가하고 광합성이 저하되었다고 보고하였다. Myburgh와 Howell(2022)은 포도의 줄기에서 측정한 수분포텐셜 기준으로 －0.8MPa가 고품질 포도 생산에 적합하다고 보고하였으나, 과원에서 관수할 경우에는 줄기의 수분포텐셜의 측정은 실질적으로 어려움이 있을 뿐만 아니라, 식물 증산량과 토양수분함량과 같은 식물-환경 변수들을 충분히 고려하여 해석해야 하는 어려움이 있다(García-Tejera 등, 2021). 또한, 포도의 관수 방법에 따라 식물의 생육, 특히 뿌리의 발달이 달라질 수 있으므로, 관수 방법 역시 효과적인 관수 방안의 요소로 고려해야 할 사항이다(Ma 등, 2020). 그러므로 수분 부족으로 인한 포도 생장 저하를 예방하고 고품질 과실 생산을 위해서는 생산 현장의 관수 방법과 환경을 고려하여 실질적으로 활용할 수 있는 최적 관수 방안에 대한 연구가 필요하다.
최근 스마트팜 기술의 개발과 함께 과수의 효과적인 관수방안을 모색하는 연구가 활발히 이루어지고 있다(Bicamumakuba 등, 2024; Lee 등, 2022; Villalobos-Soublett 등, 2021). 효과적으로 원예작물의 관수를 자동화하는 방법으로는 정해진 시간 간격으로 물을 공급하는 타이머 기반 방식, 작물 중량 변화를 측정하여 수분 이용량을 반영하여 제어하는 중량 기반 방식, 기상환경 조건을 바탕으로 진행하는 증발산량 예측 모델 및 일사량 기반 방식, 토양 내 수분 함량을 실시간으로 측정하여 관수를 제어하는 토양수분센서 기반 방식 등이 있다(Jones 2004; Li 등, 2024). 이 중 토양수분센서 기반 관수는 작물이 직접적으로 수분을 흡수하는 토양의 수분을 조절함으로써 적절한 토양수분환경을 제공해주어 필요한 만큼의 수분만 제공해줄 수 있는 효율적 관수가 가능하며, 또한 원예 산물의 경우 적정한 수분상태를 조절해주어 고품질의 산물을 생산할 수 있다는 장점이 있다(Garofalo 등, 2023; Lee 등, 2024; Nam 등, 2020). 주로 노지 토양에서 재배되는 과수의 경우 재배지에 따라 토양의 특성이 다르며, 기존 토양수분장력계의 까다로운 유지관리 특성상 자동관수의 어려움이 있었으나, 최근 개선된 토양수분장력센서의 개발로 인해 노지 토양에서의 지속적인 토양수분장력 측정이 용이해졌다(Kim 등, 2024). 이에, 재배지 토양 특성에 적합한 토양수분센서를 적용하여 자동으로 관수를 진행할 시 작물 생산을 위한 최적 적정 관수 개시점을 규명하여 이에 알맞은 자동관수 방안을 설정하는 것이 중요하다(Jiang과 He 2021).
본 연구는 기후변화와 농촌 노동력이 부족한 상황에서 스프링클러로 관수하고 있는 토경 비가림 시설(하우스) 포도 생산 현장에 적용 가능한 토양수분장력센서를 도입하여 고품질 포도 ‘샤인머스켓’ 생산을 위한 효과적인 물 관리 방안을 제시하고자 하였다. 이에 토양수분장력센서 기반 자동관수시스템을 활용하여 포도 ‘샤인머스켓’ 재배 포장에서 다양한 토양수분장력 관수개시점을 설정하고, 이 관수기준점이 ‘샤인머스켓’의 생육 및 과실 품질에 미치는 영향을 규명하고자 수행하였다.
재료 및 방법
1. 포도나무 재배 및 포도원 관리
본 연구는 충청북도 옥천에 위치한 충청북도농업기술원 포도연구소의 포도원(36°19'53''N 127°45'36''E, 해발 110m) 연동하우스의 토양(사양토)에서 재배한 포도 ‘샤인머스켓’ (Vitis vinifera ‘Shine Muscat’) 4년생을 대상으로 수행하였다. 시험구는 3처리구 3반복의 난괴법으로 하였고, 처리구 사이의 수분이동을 막기 위해 처리구별 토양을 30cm 깊이로 판 후 플라스틱판으로 격리하여 처리구 간의 관수 영향이 없도록 하였다. 본 연구는 2023년 5월부터 9월까지 약 4개월 동안 진행하였으며, 시험수 관리는 농촌진흥청 농업기술길잡이(RDA, 2020)에 따라 송이솎기, 지베렐린 1, 2차 처리와 알솎기를 진행하였다. 관수는 토양수분장력센서 기반 자동관수시스템을 활용하여 각 토양수분장력 관수개시점 처리구(－30kPa, －60kPa, －90kPa)에 따라 자동관수를 진행하였다. 실험 기간 동안 환경 측정을 위해 연동하우스 내에 기상 센서(ATMOS 41, METER Group, Pullman, WA, USA)를 데이터로거(ZL6, METER Group)에 연결하여 1시간 간격으로 온도와 상대습도를 기록하였다. 실험 기간 동안의 연동하우스 내 온도는 25.6 ± 5.8°C, 상대습도는 81.9 ± 16.2%(mean ± SD)였다.
2. 자동관수시스템 설치 및 작동
포도원 토양의 수분장력 값을 실시간으로 측정하기 위해 각 실험구의 포도나무 지제부로부터 거리 56cm, 깊이 20cm 지점에 토양수분장력센서(TEROS 21, METER Group)를 매설하였다. 토양수분장력센서를 데이터로거(CR1000X, Campbell Scientific, Logan, UT, USA)에 연결하여 1분 간격으로 측정하고, 1시간 평균으로 토양수분장력 값을 기록하였다. 1시간 간격으로 측정된 토양수분장력 값이 설정한 관수개시점(－30kPa, －60kPa, －90kPa) 이하로 떨어질 경우, 관수개시점 이하의 처리구의 전자밸브를 통해 스프링클러(VibroNetTM, 25L·h-1, Netafim, Tel Aviv, Israel)가 60분간 관수를 진행하도록 하였다. 스프링클러의 살수 범위는 직경 2.5m 정도로 살수면적이 중첩되도록 2m 간격으로 스프링클러를 설치하였다. 관수 후 토양 내 수분의 확산 시간을 고려하여, 1시간의 휴지기를 설정한 후 다음 관수 개시 여부를 결정하였다. 또한 야간 관수를 방지하기 위해 오전 5시부터 오후 8시까지만 관수가 일어나도록 설정하였다. 관수가 이루어진 시점을 기록하였으며, 실제 토양에 공급된 관수량은 습식수도계량기(15A, Dae Han Meter Tech Co., Ltd., Gimpo, Korea)를 이용하여 측정하였다.
3. 포도나무 수체 생육 및 과실 조사
포도나무 수체 생육 조사는 7월 중순경 착색기에 송이 상단 7번째 엽의 엽 생체중, 엽장, 엽폭, 엽두께, 엽병장, 엽병두께를 조사하였다. 과실 특성 조사는 9월 초에 시험 처리구당 무작위로 선발한 과방 5개를 대상으로 하여 농촌진흥청 농업과학기술 연구조사 분석기준(RDA, 2012)에 따라 과방중, 과방장, 과립종경, 과립횡경, 과립중, 당도, 산도를 측정하였다. 포도의 당도는 굴절당도계(Digital Refractometer PAL-1, Atago, Tokyo, Japan)로 측정하였으며, 산도는 과일 산도측정기(GMK-835N, G-WON HITECH, Seoul, Korea)를 이용하여 측정하였고, 각각 10개의 과립을 무작위로 선발하고 3반복으로 측정하였다.
4. 광합성 광반응 곡선 분석
관수 처리에 따른 포도나무 잎의 광합성을 측정하기 위하여, 8월 20일 연화기에 포도나무 신초의 7번째 마디에 있는 엽을 대상으로 휴대용 광합성 측정기(GFS-3000, Walz, Effeltrich, Germany)를 이용하여 오전 10시경에 측정하였다. 광합성 측정 시의 각 처리구의 토양수분장력은 평균 －30kPa 이상의 값을 지녔으며, 광합성 측정 조건은 엽면적 6cm2, IRGA(infrared gas analyzer) 챔버 내 온도 25°C, CO2 400μmol·mol-1 환경에서 광합성 유효광량자속밀도(photosynthetic photon flux density) 0μmol·m-2·s-1에서 1,200μmol·m-2·s-1 범위로 하여 광합성률을 측정하였으며, 광반응 곡선(light response curve) 분석을 위해 Lobo 등(2013)의 지수 기반 모델(exponential based model, Eq. 1)을 활용하였으며 다음의 식을 이용하였다.
Pn은 순광합성률(μmol·m-2·s-1), Pnmax는 최대순광합성률(μmol·m-2·s-1), k는 보정 계수, LCP는 광보상점(light compensation point), Rd는 호흡률(μmol·m-2·s-1)을 의미한다. 처리구별 광반응 곡선을 기반으로 최대순광합성률, 호흡률, 광보상점, 광포화점을 산출하였다.
5. 실험 설계 및 통계 분석
데이터 분석을 위해 SAS 통계 프로그램(SAS 9.4, SAS Institute, Cary, NC, USA)을 이용하여 포도나무 수체 생육 조사 및 과실 특성 조사로는 관수 처리와 블록을 요인으로 한 이원분산분석(two-way analysis of variance)을 진행하였고, 광반응 곡선을 기반으로 구한 광합성 관련 지표들은 관수 처리를 요인으로 한 일원분산분석(one-way analysis of variance)을 진행하였다. 분산분석 후 사후검정으로 처리 간 평균을 비교하기 위해 Duncan 다중검정(α = 0.05)을 진행하였다. 누적 관수량과 포도 과실 당도 간의 관계를 분석하기 위해 이차회귀분석(quadratic regression analysis)을 진행하였다.
결과 및 고찰
1. 포도원에서의 토양수분장력 변화
토양수분장력 관수개시점에 따른 포도의 수분관리는 자동관수시스템의 처리 설정에 따라 전반적으로 알맞게 진행되었다(Fig. 1). 본 실험은 연동하우스 내에서 수행되었기 때문에 토양수분장력 값의 변화는 강우에 의한 영향이 아닌 주로 관수에 의한 수분 공급으로 인한 영향이었다. 처리기간 동안의 －30kPa, －60kPa, －90kPa 처리에 따라 실제 평균 토양수분장력은 각각 －12.3 ± 10.7kPa, －24.0 ± 18.7kPa, －35.7 ± 34.7kPa(mean ± SD)이었다. 이는 각 처리구별로 관수개시점에 도달했을 시 토양내의 수분이 포화되도록 관수가 이루어졌으며, 이러한 토양수분장력의 등락이 지속적으로 이루어졌기에 실제 관수개시점보다 높은 수준의 평균 수분장력을 유지하였고, 토양수분장력의 표준편차 역시 크게 나타났다.
토양에서 관수를 진행할 경우, 토양의 물리적 특성에 따라 수분이 토양 내에서 확산되는 데 시간이 소요되며, 이로 인해 토양수분장력센서가 설치된 지점까지 변화된 수분장력을 측정하는 데에 지연이 발생할 수 있다. 본 연구에서는 토양수분장력 값이 각 처리구에 따라 설정한 관수개시점에 도달했을 시 60분 동안 스프링클러를 통하여 관수를 진행하였으며(약 5.10mm), 토양 내 수분 확산 시간을 고려하여 60분의 휴지기를 두고, 이후 토양수분장력 값을 다시 확인하여 추가 관수를 진행하였다. 그 결과, 보통 1회 관수가 진행되었을 시 2－3차례의 연속적인 관수(휴지기 포함 3－5시간)가 이루어졌다. 이 과정에서 각 처리구별로 특정 관수 시기에 토양수분장력 값이 증가했으나 포화 상태에 도달하지 못한 경우가 있었으며, 이는 야간 관수를 방지하고자 관수 가능 시간을 오후 8시까지로 제한하였기 때문에 보통 2－3차례 이루어졌던 관수가 1－2차례만 관수되어 토양이 완전한 포화 상태로 도달할 정도의 충분한 관수가 일어나지 못한 것으로 보인다. 또한, －30kPa의 경우는 다른 처리구들에 비해 토양수분장력의 반응이 빠르게 변화하여 1차례 관수만으로도 관수개시점 이상의 토양수분장력을 지니게 되어 포화에 이르기 전에 추가 관수가 중단된 것으로 나타나, 토양의 경우 토양수분장력의 정밀 조절을 위한 관수 방안에 대한 고려가 필요한 것으로 판단되었다.
그럼에도 불구하고 전체적으로 처리구별로 자동관수가 효율적으로 이루어졌으며, 연동하우스 내 포도 토경 재배에서도 토양수분장력센서 기반 자동관수시스템이 효과적으로 작동하였음을 확인하였다. 그러나 토양수분센서 기반 자동관수시스템을 이용할 시에는 1회 관수량 혹은 효과적인 관수 방법에 대한 추가 연구가 필요할 것으로 보이며(Lee 등, 2025), 특히 토양에서는 센서가 설치된 위치까지 수분이 확산될 수 있는 시간이 필요하기 때문에 순환 관개(cyclic irrigation) 방법과 같은 점진적 관수 전략을 이용하여 보다 더 효율적으로 수분 관리를 할 수 있을 것으로 판단된다.
2. 포도나무 수체 생육 비교
포도 ‘샤인머스켓’의 엽 생육 특성을 조사한 결과, 토양수분장력 관수개시점이 가장 낮았던 －90kPa 처리구에서 엽 생체중과 엽병장이 －30kPa, －60kPa 처리구에 비해 저하됨을 보였으며, 엽장, 엽폭, 엽두께, 엽병두께에서는 관수개시점 처리구 간 유의한 차이가 나타나지 않았다(Table 1). 이는 토양수분 부족 시에 포도나무의 영양생장이 크게 저하된다는 기존의 선행 연구와 다소 다른 결과를 나타냈다. Vox 등(2014)의 선행 연구에서는 증발산량 기반 100%로 관수량이 가장 많았던 포도에서 전정을 가장 많이 시행했고, 주당 엽면적이 가장 넓어, 충분한 관수가 이루어졌을 때 포도의 영양생장이 우수하다고 보고하였으며, Li와 Zhang(2017)은 관수량을 적게 주었던 처리에서 포도의 신초수 부족 등 생육이 저조하다고 보고하였다. 그러나, 본 연구의 결과에서는 －60kPa 처리구에서 －30kPa의 생육과 차이 없이 충분한 영양생장을 한 것으로 나타났고, －90kPa 처리구에서도 엽 생체중과 엽병장만이 다른 처리구에 비해 상대적으로 약 15% 가량 감소한 결과로 나타났다. 이는 본 연구가 토양수분장력 기반 관수개시점에 도달하였을 시 즉각적인 관수가 이루어짐에 따라 －60kPa 수준에서는 엽 생장의 저하가 일어나지 않았으며, 가장 건조한 －90kPa 처리구에서도 엽 생장이 기존 연구에 비해 심각한 저해를 보이지 않았다. 기존 연구(Pérez-Álvarez 등, 2021; Myburgh와 Howell, 2022)에서는 관수를 수시로 진행하지 않고 일 단위로 증발산량 혹은 작물의 수분포텐셜 기반의 관수 결정을 통해 일정 시간에만 관수를 진행한 경우가 많고, 이로 인해 특정 건조 상태에 작물이 얼마나 오랜 기간 노출되었는지에 대한 정보가 부족하였다. 이에 비해, 본 연구에서는 1시간 간격으로 토양수분장력을 측정하여 특정 관수 개시점에 도달했을 시에 곧바로 관수가 진행되어 건조 상태에 노출된 시간이 상대적으로 적었으므로, 일반적으로 건조한 토양수분 조건으로 여겨지는 －90kPa 관수개시점 처리구에 도달하였을 시에도 즉각적인 관수가 이루어짐에 따라 엽 생장이 크게 저해되지 않은 것으로 판단된다.
Table 1.
Characteristics of the seventh fully expanded leaf and petiole on Vitis vinifera ‘Shine Muscat’ under different soil moisture tension irrigation thresholds.
|
Irrigation thresholds (kPa) |
Leaf fresh weight (g) |
Leaf length (mm) |
Leaf width (mm) |
Leaf thickness (mm) |
Petiole length (mm) |
Petiole thickness (mm) |
| －30 | 10.8 az | 184.6 | 254.3 | 0.29 | 144.6 a | 3.59 |
| －60 | 10.8 a | 186.4 | 250.2 | 0.28 | 146.1 a | 3.57 |
| －90 | 9.2 b | 171.8 | 231.1 | 0.28 | 126.1 b | 3.32 |
| p-value | 0.053 | 0.121 | 0.214 | 0.958 | 0.009 | 0.092 |
3. 광합성 광반응 곡선 비교
포도가 활발하게 생장하고 과실비대기가 지난 연화기 시기의 토양수분장력 관수개시점에 따른 광반응 곡선을 도출한 결과, －30kPa 처리구와 －60kPa 처리구의 광반응 곡선은 유사한 양상을 보였으나, －90kPa 처리구에서는 －30kPa 처리구에 비해 광합성률이 약 30% 정도 낮은 경향을 보였다(Fig. 2). 처리구별 광반응 곡선을 기반으로 산출한 최대순광합성률, 암호흡률, 광보상점, 광포화점을 비교하였을 시, 암호흡률과 광보상점에서는 처리구 간 유의한 차이를 보이지 않았으나, －90kPa 처리구에서 최대순광합성률과 광포화점이 다른 －30kPa 및 －60kPa 처리구들에 비해 낮게 나타났다(Table 2). El-Ansary 등(2007)은 포도 ‘Muscat of Alexandria’ 품종에서 －15kPa 관수개시점에 도달한 직후 관수한 처리구가 높은 광합성률을 보인 반면, 관수개시점에 도달 후 4－7일간 관수를 지연한 처리구에서는 광합성률이 낮게 측정되었다고 보고하였다. Escalona 등(2003) 또한 ‘Tempranillo’와 ‘Manto Negro’ 두 품종 포도의 관수를 중단한 건조 처리구에서 잘 관수된 처리구에 비해 잎의 광합성률이 저하되었고, 건조가 진행됨에 따라 최대광합성률도 감소하였다고 보고하였다. 본 연구에서도 선행 연구들과 마찬가지로 건조 스트레스에 의해 －90kPa 처리구의 포도에서 광합성률이 저하되었으나, －60kPa 처리구에서는 광합성률이 저하되지 않았다. 일반적으로 건조에 따른 광합성 저하는 주로 식물의 기공 반응을 통해 이루어지며, 기공 폐쇄로 인한 이산화탄소가 유입되는 것이 제한되기 때문이다(Lee와 Kim, 2024). 이러한 기공 반응은 건조 스트레스 초기 단계에서 식물의 수분 손실을 줄이기 위한 방어 기작이면서도, 동시에 광합성을 저해하는 요인으로 작용한다(Haghpanah 등, 2024). 포도는 일반적으로 경미하거나 중간 수준의 건조 스트레스에 대해 비교적 높은 내성을 보이는 작물로 알려져 있으며(Chaves 등, 2010; Gambetta 등, 2020), 이는 －60kPa 처리구에서 심한 건조 스트레스를 받지 않고 －30kPa 처리구와 유사한 광합성률을 보인 반면, －90kPa 처리구에서는 건조 스트레스의 강도가 증가하여 광합성률이 저하된 것으로 판단된다.
Table 2.
Estimated Pnmax (maximum net photosynthetic rate), Rd (dark respiration rate), LCP (light compensation point), and LSP (light saturation point) derived from an exponential model.
|
Irrigation thresholds (kPa) |
Pnmax (μmol CO2 m-2 s-1) |
Rd (μmol CO2 m-2 s-1) |
LCP (μmol photons m-2 s-1) |
LSP (μmol photons m-2 s-1) |
| －30 | 8.0 az | 1.0 | 16.4 | 941.7 a |
| －60 | 7.5 a | 0.9 | 16.7 | 948.3 a |
| －90 | 4.3 b | 0.7 | 14.8 | 560.5 b |
| p-value | < 0.001 | 0.122 | 0.438 | < 0.001 |
4. 처리구별 포도 과실 특성 및 관수량 비교
토양수분장력 관수개시점에 따른 포도 과실 특성을 비교한 결과, 과방장, 과방횡경, 과방종경, 과립중에서는 처리구 간 유의한 차이를 보이지 않았으나, 과방중은 －30kPa 처리구에서 －90kPa 처리구에 비해 크게 나타났다(Table 3). 포도 과실 품질에 중요한 당도와 산도 모두 처리구 간 유의한 차이가 나타나지 않았으며, 당도는 모든 처리구에서 17°Bx 내외로 나타나 일반적인 포도 ‘샤인머스켓’ 품질의 수준을 유지하였다. 처리구별 누적 관수량은 －30kPa 처리구에서 13.0톤으로 가장 많았고, －60kPa 및 －90kPa 처리구는 각각 7.9톤, 6.7톤으로 －30kPa 처리구에 비해 약 39%, 48% 적은 양의 물을 사용하였으며, 이를 통해 토양수분장력 관수개시점이 낮을수록 관수량을 절약할 수 있는 것으로 나타났다(Fig. 3A).
Table 3.
Characteristics of Vitis vinifera ‘Shine Muscat’ grape clusters and berries under different soil moisture tension irrigation thresholds.
|
Irrigation thresholds (kPa) |
Cluster weight (g) |
Cluster length (mm) |
Berry longitudinal diameter (mm) |
Berry transverse diameter (mm) |
Berry weight (g) |
Sugar content (°Bx) |
Acidity (%) |
| －30 | 513.70 az | 170.30 | 26.73 | 21.95 | 8.44 | 16.72 | 0.48 |
| －60 | 489.68 ab | 172.43 | 25.82 | 21.27 | 8.14 | 18.34 | 0.46 |
| －90 | 460.73 b | 165.40 | 24.78 | 20.59 | 7.15 | 17.59 | 0.49 |
| p-value | 0.050 | 0.692 | 0.170 | 0.286 | 0.308 | 0.123 | 0.437 |
Fig. 3
(A) Cumulative irrigation amount (ton) under different soil moisture tension irrigation thresholds (－30, －60, and －90 kPa). Error bars represent the standard error (n = 3). (B) Relationship between cumulative irrigation amount and sugar content (°Bx) in Vitis vinifera ‘Shine Muscat’ grapes. A significant quadratic regression curve was fitted.
여러 선행 연구에서도 전반적으로 충분히 수분을 공급할수록 포도 과실 크기는 증가하지만, 과실의 당도와 산도는 오히려 낮아지는 경향을 보고하였다(Pérez-Álvarez 등, 2021). Shellie와 King(2020)은 와인용 포도 ‘Malbec’ 품종을 증발산량 기준으로 관수 처리하였을 시, 충분히 물을 공급한 처리구에서 건조하게 관리한 처리구보다 과방중이 더 높았으나, 포도 과실의 산도는 높고 당도는 낮은 경향을 보였다고 보고하였으며, Vox 등(2014)의 연구에서도 증발산량 기준 100% 처리구에서 80%와 50% 처리구보다 과방중, 과립중이 높았고, 포도 과실의 당도와 산도는 가장 낮았다고 보고하였다. 본 연구에서도 상대적으로 더 많은 물을 공급한 －30kPa 처리구의 포도 과실에서 과방중이 더 크게 나타났으며, 당도가 다른 처리구들에 비해 낮은 경향(p = 0.123)을 보였다. 이에 비해 －60kPa 처리구의 포도 과실의 당도가 가장 높은 18.34°Bx 수준을 보였으며, 이는 적절한 관수를 통해 누적 관수량을 절약하면서도 포도의 생육 및 과방중을 유지하고, 당도를 효과적으로 향상시켜 과실의 품질을 조절할 수 있음을 시사한다. 이를 확인하기 위하여 누적 관수량과 포도 과실의 당도 간의 관계를 분석한 결과, 관수량이 많을수록 과실의 당도가 감소하는 경향이 확인되었다(Fig. 3B). 포도 과실 성숙기에는 적절한 수준의 건조 처리가 당도 증가를 유도할 수 있다는 점을 고려할 때, 생육 시기에 따른 차별화된 관수 전략의 수립이 필요하며, 향후 포도 과실 수량과 품질을 동시에 향상시킬 수 있는 생육 단계별 맞춤형 수분 관리 기술의 개발이 추가적으로 필요할 것으로 보인다.
결 론
본 연구는 토양수분장력센서 기반 자동관수시스템을 활용하여 연동하우스에서 토경 재배되는 포도 ‘샤인머스켓’의 최적 생산을 위한 토양수분장력 관수개시점을 알아보고자 처리에 따른 엽 생육 특성, 광합성, 과실 특성 및 누적 관수량을 평가하였다. －30kPa 처리구는 다른 처리구들에 비해 가장 많은 물을 사용하여 충분한 광합성과 엽 생육을 보이고, 포도 과방중도 가장 높게 나왔으나, 포도 당도가 다른 처리구들에 비해 낮은 경향을 보였다. 반면, －90kPa 처리구는 －30kPa 처리구에 비해 약 52% 수준의 관수량만을 사용하여 물을 많이 아낄 수 있었으나, 포도의 엽 생육, 광합성 및 과방중 전반에서 저하된 결과를 나타냈다. 이에 비해, －60kPa 처리구는 －30kPa 처리구에 비해 약 61%의 물만 사용하면서도 포도의 엽 생육 및 과방중을 －30kPa와 유사한 수준으로 유지하면서 당도가 상대적으로 높은 우수한 포도를 생산할 수 있었다. 이러한 결과는 연동하우스에서 포도 토경 재배 시, 토양수분장력 관수개시점을 －60kPa 수준으로 설정하는 것이 포도의 생리적 활력의 저하 없이 고품질 포도 생산과 함께 적은 양의 물을 사용할 수 있는 최적의 수분 관리 전략임을 시사한다. 아울러, 본 연구는 토양수분장력센서 기반 자동관수시스템이 스마트농업 기술로서 과수 재배에 실용적으로 적용 가능함을 확인하였다.
