서 론
재료 및 방법
실험 재료 및 재배 환경
환경 데이터 측정
탄산가스 시비
생육 조사
통계 분석
결과 및 고찰
겨울철 온실의 탄산가스 농도 및 온도
일일 온실의 온도 및 탄산가스의 농도
생육 특성
알스트로메리아 절화 수확량
요 약
서 론
알스트로메리아(Alstroemeria L.)는 Alstroemeriaceae과에 속하는 단자엽 식물로 다년생 뿌리줄기(rhizome) 식물이다(Khaleghi et al., 2008). 알스트로메리아는 뿌리 줄기의 포기나누기에 의해 번식하고 뿌리줄기에서 영양지, 개화지, 뿌리가 발생하기 때문에 지하부 뿌리줄기의 생육이 중요하다. 뿌리의 비대는 15°C가 최적의 온도이며 그 이상 온도가 올라갈 경우 호흡이 증가하여 뿌리의 성장이 저해된다(Kim, 2018). 또한 13°C와 10－15°C에서 생육한 알스트로메리아가 그 이상의 온도에서 생육했을 때보다 더 많은 꽃을 생산하였다(Bridgen and Bartok, 1990; Healy and Wilkins, 1982). 이러한 알스트로메리아의 저온 재배 특성 때문에 난방비 절감 효과가 있어 우리나라에서 고부가가치 절화류로 인기가 증가하고 있는 작물이다(Park et al., 2015).
국내 알스트로메리아 절화 재배는 전남, 부산, 경남 그리고 충남에서 재배되고 있으며 2020년 기준 재배면적은 12.1 ha이고 5,266천 본이 판매되고 있다(MAFRA, 2021). 국내 aT 화훼 공판장에서 2021년 약 28만단, 총 거래 금액 약 8억 5천만원이 거래되고 있으며 국내 절화 거래량 순위는 13위로 상위 거래 품목이다(aT, 2022). 네덜란드에서 Alstroemeria는 가장 중요한 절화 목록에서 7위로 주요 절화 품목이다(Heij, 2002).
온실에서의 이산화탄소 농도는 식물 CO2 동화 및 광합성 활동에 중요한 영향을 미치기 때문에 온실에서 제어해야 하는 기후 변수이다(Sánchez-Guerrero et al., 2005). 특히 겨울철인 12월부터 2월은 시설 내부 보온을 위해 환기를 거의 하지 않기 때문에 오전 중 하우스 내부의 탄산가스 농도는 작물의 생장에 저해될 정도로 감소하게 된다(Lee et al., 2018). 이에 국내에서는 토마토, 파프리카 등 시설 농가에서 생육 촉진 및 수량 증대를 위하여 탄산가스를 시비하고 있다(Lee et al., 2018). 분화, 절화, 채소 등의 원예작물에서 CO2 공급은 건중량, 식물 신장, 잎 수 증가, 측지 증가 그리고 꽃의 수 증가 등 식물의 품질과 생육에 있어 긍정적인 효과를 보인다(Mortensen, 1987). 또한 고농도의 CO2는 아스파라거스와 딸기 등 원예작물의 저장성을 향상시키기도 한다(Baek et al., 2021; Wang et al., 2019).
과채류 뿐만 아니라 관상용 식물에서도 이산화탄소의 공급이 중요한 요소가 되었다(Kim et al., 2007). 그중 화훼류의 탄산가스 시비에 대한 효과에 대한 연구가 많이 수행되었다. 호접란(Phalaenopsis ‘Fuller’s Pink Swallow’)은 생육이 향상되었으나 꽃 생산과 개화에는 부정적인 영향을 미쳤다(Kim et al., 2017). 거베라(Gerbera jamesonii)는 탄산가스 시비 시 동화산물의 함량의 증가와 더 높은 품질의 꽃과 더 많은 양의 꽃을 생산하였다(Xu et al., 2014). Van Labeke and Dambre(1998)은 탄산가스 시비 시 알스트로메리아 ‘Mona Lisa’, ‘Fiona’, ‘Helios’ 그리고 ‘Tiara’ 품종에서 꽃줄기 생산량이 유의하게 증가하였다고 보고하였다.
화훼류와 국외 품종 알스트로메리아의 탄산가스 시비 유무에 따른 생육차이에 대한 연구는 많이 수행되었으나, 국내 알스트로메리아 품종에 대한 연구는 미흡하다. 따라서 본 연구는 겨울철 무가온 온실에서 재배한 알스트로메리아 두 품종의 탄산가스 시비 유무가 절화의 수확량 및 생육에 미치는 영향을 조사하기 위해 수행되었다.
재료 및 방법
실험 재료 및 재배 환경
전남대학교 플라스틱온실 두 개의 동에 탄산가스 시비를 한 하우스와 탄산가스 무처리하우스에서 2021년 12월 3일부터 2022년 5월 20일까지 실험을 실시 하였다. 2021년 8월 25일 컨테이너 박스(52.3 cm × 36.6 cm × 32 cm)에서 생육 중이던 알스트로메리아 ‘Hanhera’와 ‘HappyAls’를 4－5개씩의 줄기를 포함한 뿌리줄기를 포기나누기한 후 지상부 줄기를 10 cm 남기고 절단하여 110 cm 두둑에 20 cm 간격으로 ‘Hanhera’ 3개씩 7줄과 ‘HappyAls’ 3개씩 1줄로 일반 흙에 정식하였다. 정식 후 2021년 9월 14일, 절화망(1.2 cm × 10 m)을 30 cm 높이에 설치하였고 2021년 10월 22일, 80 cm 높이에 설치하였다. 일주일에 2회 수동으로 5－7분 동안 물로만 점적관수 하였다. 온실 내부 측창 개방 온도는 알스트로메리아 생육 적정 온도 인 20°C로 설정하였다. 2022년 1월 20일 겨울철 동해 방지를 위해 이중하우스를 추가 설치하였다. 전기 온풍기(CSO, Changsung boiler, Korea)를 설치하여 18:00 이후 가동하였으며 온실의 온도가 15°C 이상으로 올라가면 난방을 중단하였다.
환경 데이터 측정
시설 내 온도는 온도 측정 센서(PT100 RTD, DEAJIN SENSOR ELECTRIC WORKS, Korea)를 이용하여 측정하였고 시설내 탄산가스 농도는 CO2 측정 센서(CM1107, CUBIC, China)를 이용하여 측정하였다. 온도 및 탄산가스 측정 데이터는 데이터 저장 장치(DAONi-con, DAONRS Inc., Korea)를 이용하여 1분마다 한 번씩 저장되었다. 저장된 데이터는 다오니(http://www.daonrs.com/monitor/view)에서 다운 받은 후 10분 간격으로 편집하였다.
탄산가스 시비
탄산가스 무처리하우스과 처리하우스로 구분하였으며, 탄산가스 시비는 LPG 가스(Propane, Naju Charging Station, Korea)를 연소한 촉매형 CO2 발생기(DAONiA, DAONRS Inc., Korea)를 사용하여 평균 800 ppm으로 공급하였다(Fig. 1). 탄산가스 무처리하우스(대조구)는 탄산가스 시비를 하지 않았으며 평균 400 ppm으로 유지되었다. 탄산가스 시비는 온실 측창 개방 온도(20°C)에 따라 LPG의 불필요한 소비를 막고 탄산가스 공급의 최적 시간을 찾기 위해 시기 별로 다른 방식으로 시비하였다(Fig. 2). 2021년 12월 3일 시비를 시작하였고 측창이 열리는 시간 동안에도 탄산가스 시비는 계속하였다. 2021년 12월 3일부터 2021년 12월 13일까지 05:30－18:00 시비하였고 기계 과열 및 고장을 방지하기 위해 9:00－09:15, 12:30－12:45에 탄산가스 공급을 중지하여 기계를 휴식하였다. 2021년 12월 14일부터 2022년 1월 23일까지 05:30－16:00 시비하였고 12:30－12:45까지 기계를 휴식하였다. 2022년 1월 24일부터 2022년 4월 4일까지 05:30－12:30 시비하였고 기계를 휴식하지 않았다. 온도 상승으로 인해 9:00 이전에 측창이 개방되어 2022년 4월 4일부터 2022년 4월 12일까지 05:30－09:00 시비하였고 하우스 온도 상승으로 저온 작물인 알스트로메리아 재배 특성 상 작물의 생육을 위해 온실 출입문 개방을 실시하였고 탄산가스 시비를 종료하였다.
Fig. 2.
Day course of CO2 concentration in the greenhouses. The CO2 concentration in the greenhouses was measured using a CO2 sensor (CUBIC) and data were stored once every minute using a data storage device (DAONRS Inc.). Data from December 3, 2021 to February 28, 2022 were edited to every 10 min. Days on which CO2 was not supplied are excluded.
생육 조사
알스트로메리아 ‘HappyAls’ 생육조사는 탄산가스 시비 후 첫 개화일인 92일차부터 125일차까지 실시하였고 알스트로메리아 ‘Hanhera’ 생육조사는 탄산가스 시비 후 첫 개화일인 126일차부터 144일차까지 실시하였다. 두 하우스 내의 모든 개화지를 일주일에 2회씩 전수 조사하였다. 개화지 길이는 지면부터 식물 정단부까지의 길이로 설정하였고 개화지 두께는 화서 바로 밑을 기준으로 측정하였다. 약이 터졌을 때 개화지 1개의 총 꽃의 개수를 측정하였다. 개화지 잎의 광택은 화서 밑의 두 번째 마디에서 잎을 채취한 후 육안으로 조사하였다. 절화 수확량은 두 품종의 개화지의 개수를 의미한다. 총 절화 수확량은 실험 기간(2021년 12월 3일－2022년 5월 20일) 중 모든 개화지의 개수를 측정하였다.
통계 분석
실험 결과는 엑셀(version 16, Microsoft 365, USA)을 이용하여 통계 분석을 실시하였다. 생육조사의 처리 간의 유의성은 t-Test(p = 0.05)를 이용하였다.
결과 및 고찰
겨울철 온실의 탄산가스 농도 및 온도
탄산가스 주요 시비 계절인 겨울(12－2월)에 처리하우스와 무처리하우스의 탄산가스 농도 변화를 확인하였다(Fig. 2). 2021년 12월 14일 처리하우스의 데이터 확인 결과, 오전 9시에 기계를 휴식하면 식물이 광합성이 한창인 시간에 탄산가스 공급이 되지 않았으며 오전 중 온실 안에 탄산가스 농도가 평균 300 ppm으로 유지 되었다. 이에 식물이 효율적인 광합성을 할 수 없을 것이라고 판단하였다. 따라서 탄산가스 시비 시간을 05:30－16:00로 조정하였고 오전 중에는 기계를 휴식하지 않고 12:30－12:45 동안 기계를 휴식하였다. 2022년 1월 24일 처리하우스의 데이터 확인 결과, 12:45까지 기계를 휴식 한 후 16:00 시비 종료 시간까지 하우스의 탄산가스 농도가 400 ppm 이상으로 오르지 않는 것을 확인하였다. 따라서 LPG를 절약하는 경제적인 시비를 위해 시비 시간을 5:30부터 12:30까지로 조정하였다. 겨울철(12－2월) 처리하우스에서 800－1000 ppm 농도의 지속적인 탄산가스 시비가 이루어졌다. 일출 시간 30분 전인 5:30에 공급을 시작하여 하우스 내의 온도가 20°C가 넘어 환기가 시작하기 전까지 두 하우스의 탄산가스 농도 차이가 약 400 ppm으로 유지된 것을 확인할 수 있다. Gu et al.(2020)은 탄산가스 시비 시 농도 1100 ppm에서는 애호박이 생식생장보다 영양생장을 더 활발히 하여 수확량 증가에 어려움이 있어, 800 ppm의 시비가 탄산가스 시비 효율이 좋다고 보고하였다. 또한 CO2 농도에 따른 중･소과종 수박의 생육 및 광합성 특성 연구에서 탄산가스 시비를 일출 후 온실 내 CO2가 감소하는 시점부터 11시까지 액화탄산가스를 공급하였는데, 탄산가스 400, 800, 1,200 ppm 시비 중 800 ppm 시비가 가장 높은 광합성 능력을 보였다(Kim et al., 2020). 이에 본 실험에서의 800－1000 ppm 농도의 탄산가스 시비가 작물의 생식생장에 적합한 농도로 시비되었다고 생각된다. 탄산가스 발생기에서 LPG 연소에 의해 발생한 열이 처리 하우스의 온도에 영향을 미치는지 알아보기 위해 처리하우스와 무처리하우스의 최고 및 최저 온도를 확인하였다(Fig. 3). 처리하우스와 무처리하우스의 최고 및 최저 온도를 t-검정으로 유의차 검정한 결과 p > 0.05으로 두 하우스 최고 및 최저 온도의 유의한 차이는 없었다. 이는 겨울철 시비 기간 중 두 개의 하우스가 동일한 온도 환경 조건에서 실험이 진행된 것을 의미한다. 따라서 탄산가스 발생기의 열은 처리하우스와 무처리하우스의 온도 차이를 발생시키지 않으며, 하우스에서 탄산가스 발생기 사용 시 저온 재배 작물인 알스트로메리아의 생육이 탄산가스 발생기 열로 인한 피해를 입지 않을 것으로 예상한다.
Fig. 3.
Day course of maximum and minimum temperatures within the greenhouses and outside environment. The temperature in the greenhouses was measured using a temperature sensor (DEAJIN SENSOR ELECTRIC WORKS) and was stored once every minute using a data storage device (DAONRS Inc.). Data from December 3, 2021 to February 28, 2022 were edited to every 10 min.
일일 온실의 온도 및 탄산가스의 농도
식물의 CO2 소비 구간을 알아보기 위해 2022년 1월 26일 하루 동안 두 온실의 온도와 탄산가스 농도를 조사하였다(Fig. 4). 처리하우스에서 일출 시간 30분 전인 5:30에 공급을 시작하여 30분 후인 6:00에 급격하게 CO2 농도가 올라가기 시작하고 8:00에 최고 농도인 804 ppm에 도달한 후, 20°C가 넘지 않아 측창이 열리기 전인 11:00까지 CO2 농도가 302 ppm까지 감소하였다. 무처리하우스에서는 9:00부터 10:00까지 CO2 농도가 338 ppm에서 264 ppm까지 감소하였다. 탄산가스 시비 시 약 8:00부터 11:00까지의 구간과 무처리 시 9:00부터 10:00까지가 알스트로메리아가 CO2를 소비한 구간이고, 이 기간에 광합성이 가장 활발하게 이루어지는 것을 확인하였다. 이와 같은 결과는 딸기 재배 온실에서 일출과 같이 온실 안의 CO2 농도가 210 ppm까지 감소한다고 보고한 결과와 일치하며, 일출 후 식물이 광합성을 활발하게 하여 대기중의 이산화탄소 농도가 부족해진다는 것을 의미한다(Lee et al., 2018). 따라서 겨울철 하우스에서 알스트로메리아 재배 시 광합성 효율을 위해 일출 후부터 측창이 열리기 전까지 탄산가스 시비를 하는 것이 적절하다고 생각된다.
생육 특성
알스트로메리아 ‘Hanhera’에서 개화지 1개의 총 꽃의 개수, 개화지의 두께 그리고 개화지 잎의 광택은 처리 간의 유의한 차이는 나타나지 않았다(Table 1). 국화(Dendranthema grandiflorum(Ramat.) Kitamura)는 탄산가스 1,000 ppm 시비 시 줄기 길이, 잎 수, 생중량, 뿌리 중량, 꽃의 지름이 증가하였으며 개화일수도 무처리구 보다 2－4일 빨라졌다(Tanigawa et al., 1997). ‘Hanhera’의 개화지의 길이는 탄산가스 처리하우스가 탄산가스 무처리하우스 보다 약 43% 길었으며 통계적으로 유의하였다(Table 1 and Fig. 5). 이산화탄소를 시비하였을 경우 식물 마디 개수가 증가하여 초장이 영향을 받을 수 있다(Cho et al., 2020). 장미 ‘Arjun’ 품종에 탄산가스 시비 하우스(1,000 µmol/mol)의 최대 초장이 95.0 cm이고 무처리하우스에서 개화지의 초장은 83.3 cm로 처리하우스에서 유의하게 초장이 증가하였다(Pandey et al., 2009). Guzmania ‘Luna’는 탄산가스를 900 ± 40 µmol/mol 시비하였을 때 시비하지 않은 처리구보다 초장이 16.98% 증가하였다(Junai et al., 2006).
Table 1.
Growth characteristics of Alstroemeria ‘Hanhera’ and ‘HappyAls’ cultivated in the greenhouses
| Cultivar | CO2 enrichment |
Total number of flowers per flowering shoot |
Flowering shoot length (cm) |
Flowering shoot thickness (mm) |
Glossy of leaves of flowering shoot6) |
| Hanhera | +2) | 14.8 ± 5.3 | 93.5 ± 21.5 | 6.6 ± 1.6 | 3.9 ± 2.8 |
| -3) | 11.9 ± 4.4 | 65.2 ± 9.0 | 6.0 ± 1.51 | 2.8 ± 2.4 | |
| NS1) | *** | NS | NS | ||
| HappyAls | +4) | 14.9 ± 4.6 | 85.7 ± 18.0 | 7.1 ± 1.5 | 2.6 ± 1.8 |
| -5) | 15.9 ± 4.7 | 83.7 ± 18.2 | 7.3 ± 1.7 | 2.6 ± 1.7 | |
| NS | NS | NS | NS |
알스트로메리아 ‘HappyAls’는 개화지 1개의 총 꽃의 개수, 개화지 길이, 개화지의 두께 그리고 개화지 잎의 광택 모두 탄산가스 시비 유무에 따른 유의한 차이는 나타나지 않았다(Table 1). 무처리하우스의 땅이 생육기간 동안 과습하였고 시험 기간 중 무처리하우스 내 1개의 주가 고사하여 뿌리줄기에서 나오는 개화지의 수 자체가 달라져 유의하지 않은 결과가 나타난 것으로 예상된다.
알스트로메리아 절화 수확량
알스트로메리아의 절화 수확량은 개화지의 개수를 기준으로 판별하였다(Fig. 5). 알스트로메리아 ‘Hanhera’의 총 수확량은 처리하우스가 515개, 무처리하우스의 총 수확량은 317개이다(Fig. 6). 알스트로메리아 ‘HappyAls’의 총 수확량은 처리하우스가 250개, 무처리하우스가 189개였다(Fig. 6). 알스트로메리아 ‘Hanhera’와 ‘HappyAls’ 모두 탄산가스 시비 시 개화지의 개수가 증가하였으며 이는 곧 절화의 수확량 증대를 의미한다. 탄산가스 시비 시 작물의 수확량은 증가하는 것으로 보고되었다. 밀(Triticum aestivum L. cv. TRISO)은 CO2 시비 시 지상 biomass가 11.8% 증가하였고 곡물 수확량이 10.4% 증가하였다(Högy et al., 2009). 탄산가스 900 µl/L를 시비하였을 때 알스트로메리아 ‘Fiona’, ‘Helios’ 그리고 ‘Tiara’ 품종에서 유의하게 개화지 수가 증가하였다(Van Labeke and Dambre, 1998).
본 실험 결과에서, 처리하우스와 무처리하우스 안의 온도가 오전 11시에 20°C가 넘어 측창이 열렸다(Fig. 2 and Fig. 4). 두 하우스의 측창이 열려 온실 환기가 되면 외부 CO2가 하우스 안에 유입되며 하우스 안의 알스트로메리아가 CO2를 소비해도 하우스 안의 CO2 농도가 떨어지지 않고 유지된다. 따라서 LPG 가스 소비를 줄이는 경제적인 탄산가스 시비를 위해서는 CO2 시비 시간을 측창이 열리기 전으로 조정해도 될 것으로 보인다. 탄산가스 시비 시 알스트로메리아 ‘Hanhera’에서 개화지의 길이가 유의하게 길었다. 개화지의 길이가 길면 수확 후 유통과정에서 물올림을 위해 재절단 하고 유통되는 과정에서 개화지의 길이가 과도하게 짧아지는 것을 방지하기 때문에, 농가에서 채화 시 알스트로메리아 절화 줄기 80 cm 가 특품이며 절화 길이 60 cm 이하는 가치가 없어 수확하지 않는다. 따라서 촉매형 탄산가스 발생기를 온실에 설치하여 시비하였을 경우 절화의 품질을 높여 농가에 많은 이익을 줄 것으로 보인다. 또한 탄산가스 시비 시 두 품종 모두 총 수확량이 증가하였다. 이를 통해 겨울철 알스트로메리아 재배 시 탄산가스 시비를 하면 광합성 효율 증진을 통한 절화의 수확량 증가를 기대할 수 있을 것 이다. 실험 기간 중 무처리하우스의 땅이 과습하였기에 개화지의 길이와 수확량에 영향을 주었을 것으로 예상되며 수확량 조사 시 반복이 되지 않아 절화 수확량의 통계적 유의성을 확인하지 못하였다. 따라서 처리와 무처리하우스의 생육 환경을 동일하게 하여 추가 실험이 필요할 것으로 보인다.
요 약
본 연구는 겨울철 플라스틱 하우스에 탄산가스 시비 시 알스트로메리아의 절화 수확량과 생육 특성에 미치는 영향을 조사하기 위해 수행되었다. 실험에 사용된 품종은 ‘Hanhera’와 ‘HappyAls’이며 2021년 8월 25일 땅에 정식하였다. 무처리하우스는 대기중의 CO2 농도인 400 ppm으로 유지되었고 탄산가스 시비 하우스는 평균 800 ppm으로 시비하였다. 2022년 1월 26일의 탄산가스 시비 온실의 온도와 탄산가스 농도 측정 결과, 오전 8시에 탄산가스 농도가 803 ppm를 기록하였고 측창이 열리기 전인 오전 11시에 약 300 ppm까지 감소하였다. 이는 알스트로메리아의 광합성이 오전 8시부터 오전 11시까지 가장 활발하게 이루어 졌다는 것을 의미한다. 알스트로메리아 ‘Hanhera’의 절화 수확량은 탄산가스 처리하우스에서 무처리하우스에 비해 약 62% 증가하였다. ‘Hanhera’의 초장은 처리하우스에서 93.5 cm로 무처리하우스에 비해 약 43% 증가하였다. 따라서 겨울철 플라스틱 온실에 알스트로메리아 재배 시 탄산가스 시비를 하는 것은 개화지의 길이와 수확량 증가에 효과적이라고 판단된다.
