Research Article

Horticultural Science and Technology. August 2021. 446-455
https://doi.org/10.7235/HORT.20210040

ABSTRACT


MAIN

  • 서 언

  • 재료 및 방법

  •   실험 재료 및 재배 관리

  •   급액량 및 EC 처리

  •   생육, 품질 조사 및 배액의 화학성 조사

  •   통계분석

  • 결과 및 고찰

서 언

수경재배는 양·수분의 정밀 관리가 가능하며 품질 향상과 수량 증대 및 생력화를 이룰 수 있다(Nam et al., 2019; Choi et al., 2019). 우리나라는 전체 수경재배 중 약 92%가 고형 배지를 이용한 배지경 수경재배 시스템을 사용하고 있다(MAFRA, 2018). 최근 친환경적인 코코넛 껍질을 이용한 코이어(coir) 배지의 사용량이 점차 늘어나 2017년에는 전체 고형 배지의 69.5%를 점유하고 있다(MAFRA, 2018; Choi et al., 2019; Lim et al., 2020).

고형배지경은 수분 공급을 용이하게 조절할 수 있다는 점에서 멜론 고당도 재배에 적당하나 배지의 종류에 따라 반응이 다르게 나타난다(Kim and Chang, 2004). 코이어 배지는 수분 보유 능력이 높고, pH가 약산성으로 안정적인 이화학적 성질을 갖고 있는 등 배지로 사용하기에 좋은 점이 있다(Rincon et al., 2005; Lim et al., 2020). 그러나 코이어 배지는 초기 수분 보유력이 낮아 암면 배지와 물리·화학적 특성이 다르기 때문에 급액 관리도 달라져야 한다(An et al., 2009). 또한 배지 종류마다 유효수분함량이 다르고, 관수량이 같을 경우에도 배액의 속도와 배액 이후 재포화 정도도 다르다. 따라서 작물의 적정 생육을 위한 최적 근권 수분 관리를 위해 배지 종류마다 양·수분 흡수 특성을 파악할 필요가 있다(Rhee et al., 2011; Shin and Son, 2015).

멜론 수경재배의 경우 ‘정식-개화 수분기’, ‘과실 비대기-네트 발생기’, ‘네트 완성기-수확기’ 생육 단계마다 급액 전기전도도(electrical conductivity, EC) 수준을 다르게 관리하고 있다. 생육 시기에 따른 급액 수준 변화는 네트 멜론의 품질을 결정하는 당도와 상품 수량에 영향을 미치기 때문에 매우 중요한 요소이다(Hwang et al., 1999). 또한 수경재배 배지는 공급한 무기이온이 배지에 흡착 되거나 배출될 수 있기 때문에 수경재배 시 코이어 배지에 대한 양액 공급 조건이 작물 생육에 미치는 영향을 알아볼 필요가 있다(Choi et al., 2017).

본 연구는 코이어 배지에서 착과 시기의 적정 급액량과 생육 시기 별 양액 EC 수준이 멜론의 생육과 품질에 미치는 영향을 조사하여 코이어 배지를 이용한 멜론 수경재배에서 생육 단계별로 정확한 양액 공급 정보를 제공하고자 수행하였다.

재료 및 방법

실험 재료 및 재배 관리

본 실험은 국립원예특작과학원 시설원예연구소 내의 폭 24m, 길이 28m의 벤로형 유리 온실에서 수행하였다. 네트 멜론 품종인 ‘피엠알월드스타’(Cucumis melo L. cv. PMR Worldstar)를 2019년 8월 7일에 상토(Tosil, Shinan Growth Co. Ltd., Korea)를 충진한 50공 플라스틱 트레이에 파종하여 육묘하였다. 2019년 8월 26일에 지하수(EC 0.44 dS·m-1, pH 7.55)로 포수한 후 코이어 베드에 3주씩 정식하였다. 코이어 배지는 덕양 아그로텍(Duckyang Agrotech, Nonsan, Korea)에서 수입한 칩:더스트 비율 5:5(100 × 20 × 10cm) 배지를 사용하였다. 양액은 멜론 전용 야마자키 배양액(Yamazaki, 1982)을 공급하였다(Table 1). 온실 내 온도, 상대습도 및 외부 일사량은 환경계측기 데이터로거(CR1000, Campbell Scientific Inc., Utah, USA)를 사용하여 5초 간격으로 측정하여 온실 재배 환경을 조절하였다. 평균 온도 23°C, 평균 상대습도 64%로 유지되었으며 일일누적일사량은 평균 12MJ·m-2이었다(Fig. 1). 9월 21일부터 3일간 암꽃이 개화하였고, 11-13마디에 주당 2-3개의 과실을 착과시켰다. 착과 5일 후 1개 과실만 남기고 나머지를 적과 하고 23마디에서 적심하였다. 착과 53일 후 멜론 과실을 수확하였다.

Table 1.

Composition of the Yamazaki nutrient solution for hydroponics of melon

Macroelement
(me·L-1)
NO3-N NH4-N PO4-P K Ca Mg SO4-S
13.0 1.3 4.0 6.0 7.0 3.0 3.0
Microelement
(mg·L-1)
Fe B Mn Zn Cu Mo
3.00 0.02 0.50 0.05 0.50 0.01

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Fig. 1.

Daily minimum and maximum temperature in greenhouse and integrated solar radiation during growing period.

급액량 및 EC 처리

양액 급액 시간은 오전 8시부터 오후 4시까지 일일 8회 급액 횟수를 고정하였고, 공급량 대비 배액량 비율인 배액률을 토대로 급액량을 산출하였다. 배액률 모니터링을 위하여 8월 26일 정식부터 11월 22일 수확까지 89일의 재배 기간에 각 처리구의 일일 급액량과 배액량을 주 1-2회 간격으로 급액이 종료된 4시 이후에 지속적으로 조사하였다. 멜론 생장에 따른 관수량 요구의 변화를 분석하여 1회 급액량을 증가시켰다. 작물 생장에 따라 배액률을 분석하여 관수량을 증가시켰고, 비가 오거나 흐린 날은 오후 단수를 실시하였다. ‘정식 후 생육 초기’ 단계는 배액률 30% 수준으로 모든 처리구에 급액을 동일한 수준으로 공급하여 뿌리 활착과 영양 생장을 촉진시켰고, 급액량 시험 처리는 ‘착과 시기’에만 실시하였다. ‘착과 시기’ 배액률 처리구는 각각 10%와 30% 수준으로 급액량 2처리를 실시 하였다(Choi et al., 2019). 배액률 10% 처리구는 개화기에는 주당 약 800L를 공급하였고 과실 비대기에 최대 1,400L를 공급하였으며, 배액률 30% 처리구는 개화기에 주당 950L, 과실 비대기에 최대 1,950L 공급하여 각 처리별로 ‘착과 시기’에 급액량을 조절 하였다. ‘착과 후 40일’부터 점차 공급량을 감소시켜 과실 당도를 증진시키기 위하여 모든 처리구에 배액률 10% 수준으로 동일하게 급액하여 수확할 때 주당 약 500L를 급액 하였다(Fig. 2).

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Fig. 2.

Changes of irrigation amount as affected by drainage rate during the fruiting period (a, 10%; b, 30%) and EC level (1.0-1.5-1.8; 1.5-1.8-2.0; 1.8-1.8-2.3 dS·m-1) during the growth period of melon ‘PMR Worldstar’.

급액 EC 시험은 정식 후 1.5dS·m-1로 동일하게 공급하였고, 이후 생육 단계를 ‘개화기(9월 21일) - 착과 시기(10월 9일) - 착과 후 40일(11월 8일)’ 3단계로 나누어 저수준(1.0-1.5-1.8dS·m-1), 중간 수준(1.5-1.8-2.0dS·m-1), 고수준(1.8-1.8-2.3dS·m-1)으로 각각 3처리 하였다. 급액량 시험 2처리와 EC 수준 시험 3처리로 2요인 6처리를 난괴법 4반복 실시 하였다(Table 2).

Table 2.

Drainage rate during fruiting period and EC level treatment by growth period

Drainage rate during fruiting period (%) EC level (dS·m-1)
Flowering period Fruiting period 40 days after fruiting
10 1.0 1.5 1.8
1.5 1.8 2.0
1.8 1.8 2.3
30 1.0 1.5 1.8
1.5 1.8 2.0
1.8 1.8 2.3

생육, 품질 조사 및 배액의 화학성 조사

생육 조사는 농촌진흥청 농업과학기술 연구조사 분석기준(RDA, 2012)에 따라 10월 25일에 식물체의 엽장, 엽폭, 엽병장, 마디 길이를 측정하였다. 수확 후 과실의 과중, 과장, 과폭, 당도, 경도를 조사하였고 수확을 완료한 식물체의 생체중과 건물중을 측정하였다. 과형지수는 과장/과폭의 비율을 계산하여 나타내었으며 엽면적은 측정한 엽장과 엽폭을 이용하여 멜론의 엽면적 추정식(Leaf area = 0.73 × Leaf length × Leaf width)으로 계산하였다(Wu et al., 2010). 마디 길이는 배지 표면의 식물체 지제부 0-10 마디까지 길이와 10-20마디까지의 길이를 각각 조사하였다. 과실 경도는 꼭지를 기준으로 반으로 잘라 과육 중간을 경도계(FHM-1, Takemura Techno Works Co., Ltd, Kyoto, Japan)를 이용하여 N·mm-2 단위로 측정하였으며, 가용성 고형물 함량(SSC, Soluble solids content)은 과실에서 표피와 종자 및 태좌부를 제거한 과육을 파쇄하여 휴대용 당도계(PAL-1, ATAGO, Co., Ltd, Tokyo, Japan)를 이용하여 °Brix 단위로 나타내었다.

배액의 EC와 pH를 분석하기 위하여 처리 별로 배액을 3-4일 간격으로 수집한 후 EC 및 pH 미터(HI 9813-6N, Hanna Instruments, Rhode Island, USA)를 사용하여 배액의 EC와 pH를 측정하였다.

통계분석

통계 분석은 Sigmaplot 프로그램(SigmaPlot8.0, Systat Software, Inc., Chicago, IL, USA)과 SAS 프로그램(Statistical Analysis System, V. 9.2, Cary, NC, USA)을 이용하여 분산분석(ANOVA)을 실시하였고, 평균 간 비교는 Tukey의 HSD(Honestly significant difference) 검정을 이용하였다(p < 0.05).

결과 및 고찰

네트 멜론 ‘피엠알월드스타’ 수경재배 시 일일 급액량과 배액량 변화를 조사한 결과, ‘정식 후 초기’ 생육 단계에서는 배액률을 30% 수준으로 동일하게 급액 하였기 때문에 모든 처리가 비슷한 급액량과 배액량을 보였다(Figs. 2 and 3). ‘개화기(9월 21일)’부터 급액량을 변화시켜 ‘착과 시기(10월 9일)’ 배액률 10% 처리의 주당 급액량은 최대 1,350-1,400mL를 나타내었으며 배액률 30% 처리는 최대 1,800-1,950mL의 급액량이 측정되었다(Fig. 2). 주당 최대 배액량은 배액률 10% 처리는 533-716mL, 배액률 30% 처리에서 1,239mL로 배액이 측정되었다(Fig. 3). 재배기간 총 급액량과 배액량을 분석하였다(Fig. 4). 총 급액량은 EC 수준이 낮은 처리구부터 배액률 10% 처리는 61, 62, 및 54L였고, 배액률 30% 처리는 77, 72, 및 71L였다. 총 배액량은 배액률 10% 처리에서 22, 14, 및 9L이고, 배액률 30% 처리에서 28, 31, 및 28L였다. 배액량의 경우 배액률 10%에 공급 EC 고수준 처리의 배액량이 가장 적었다. Choi et al.(2019)의 결과에서도 공급 EC 수준이 높고 급액량이 적을수록 배액률이 줄고 EC는 높았고, 정식부터 수확까지 전 생육 시간에서 배액률 10% 처리는 배액률 30% 처리구에 비해 급액량이 약 30% 절감된 결과를 나타내었다. 본 연구에서는 ‘착과 시기’만 급액량을 조절하여 급액량 절감율이 약 20%를 보였다. 급액량이 많을 수록 배액량이 높고, 배지가 안정적인 수분 함량을 유지하여 식물체의 수분 흡수에 도움을 준다.

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Fig. 3.

Changes of drainage amount as affected by drainage rate during the fruiting period (a, 10%; b, 30%) and EC level (1.0-1.5-1.8; 1.5-1.8-2.0; 1.8-1.8-2.3 dS·m-1) during the growth period of melon ‘PMR Worldstar’.

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Fig. 4.

Total irrigation and drainage amount as affected by drainage rate during the fruiting period (10%; 30%) and EC level (1.0-1.5-1.8; 1.5-1.8-2.0; 1.8-1.8-2.3 dS·m-1) during the growth period of melon ‘PMR Worldstar’.

배액의 EC를 측정한 결과는 배액률 10% 처리에서 중, 고 수준 EC 처리구의 경우 급액 EC보다 배액 EC가 약간 높아졌다(Fig. 5). 상대적으로 급액량이 많은 배액률 30% 처리는 공급 EC 보다 배액 EC가 더 낮았으며 ‘착과 후 40일’에 과실 당도 향상을 위하여 배액률을 10%로 줄인 이후 배액률 30% 처리구에서도 배액 EC가 중, 고 수준에서 약간 높아지는 결과를 보였다. An et al. (2009)은 코이어 배지의 함수율이 70-80% 높게 유지되어 배액이 많아지면 배지 내 EC도 낮아지고, 급액량을 감소시킨 함수율 50-70% 처리에서 착과 시기 후반 EC가 상승되었다고 하였다. 본 연구에서 ‘착과 시기’ 배액률 10% 처리에서는 급액 EC 수준 저, 중, 고 수준 처리구 별로 배액 EC의 뚜렷한 차이를 보이지만 배액률 30% 처리구에서는 급액 EC 수준 처리에 의한 변화폭이 배액률 10% 처리구에 비해 낮았다. 이러한 결과는 급액량을 증가시킴에 따라 배액률은 상승하였고 배액의 EC는 낮아졌다. 즉, 급액량이 적은 경우는 급액 EC 수준의 영향이 더 크고, 급액량이 많을 때는 급액 EC 수준의 영향을 적게 받는 것을 알 수 있었다. 멜론 재배의 경우 당도를 높이기 위하여 과실 비대기 후반 ‘착과 후 40일’ 정도에 관수량을 줄이는데 이것은 EC 수준을 높여주는 것과 같은 영향을 미치므로 고수준의 EC를 공급할 필요 없이 관수량을 줄이는 것만으로도 충분함을 알 수 있다(Choi et al., 2019). 배액의 pH는 처리 간 유의한 차이가 나타나지 않았다(Data not shown).

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Fig. 5.

Drainage EC level as affected by drainage rate during the fruiting period (a, 10%; b, 30%) and EC level (1.0-1.5-1.8; 1.5-1.8-2.0; 1.8-1.8-2.3 dS·m-1) during the growth period of melon ‘PMR Worldstar’.

멜론 식물체의 생육 조사 결과(Table 3 and Fig. 6), 배액률 30% 처리의 급액 EC 고수준(1.8-1.8-2.3dS·m-1) 처리구에서 엽장, 엽폭, 엽면적은 각각 17.03, 25.91cm, 및 7,419cm2로 가장 컸고, 급액 EC 중간 수준(1.5-1.8-2.0dS·m-1)은 같은 공급량일 때 고수준과 생육의 유의적인 차이가 없었다. 이는 파프리카 코이어 배지경 수경재배 시 급액량을 줄일수록 잎 크기가 감소한 결과와 같았다. 근권의 함수율이 떨어지고 EC가 지나치게 상승하면 양분 흡수의 균형이 깨지고 뿌리에 스트레스를 주며 광합성 저하로 인해서 생육이 억제된다고 하였다(Aljibury and May, 1970; An et al., 2009). 멜론 엽생육은 F-test 결과 배액률 30% 처리구의 고수준 EC 처리구에서 가장 좋고, 특히 배액률에 따른 관수량에 의한 근권의 함수율 영향이 더 크다는 것을 알 수 있다. 지제부에서 10 마디까지 줄기 길이는 배액률 30% 처리의 EC 저수준(1.0-1.5-1.8dS·m-1) 처리에서 60.5cm로 가장 길었으나, 10-20 마디 길이는 6처리 모두 유의적인 차이가 없었다. 마디 길이는 초기 생육, 즉 개화기 이전의 생육 단계에서는 배액률 30% 수준으로 동일하게 급액 하였기 때문에 큰 영향이 없었던 것으로 보인다. 식물체의 생체중 및 건물중을 측정한 결과(Fig. 7), 배액률에 따른 급액량이 많고, 급액 EC 수준이 높을수록 생체중과 건물중이 증가하였다. 특히 함수율이 높은 배액률 30% 처리, EC 고수준(1.8-1.8-2.3dS·m-1) 처리에서 가장 높은 값을 나타냈다.

Table 3.

Leaf characteristics of melon ‘PMR Worldstar’ as affected by drainage rate and EC level during growing period

Drainage rate during fruiting period (%)
(A)
EC level
(dS·m-1)
(B)
Leaf length
(cm)
Leaf width
(cm)
Petiole length
(cm)
Node length (cm)
0-10th 10-20th
10 1.0-1.5-1.8 15.25 bz 22.48 d 16.29 59.0 a-c 64.2
1.5-1.8-2.0 15.56 b 22.96 cd 15.70 56.6 c 63.3
1.8-1.8-2.3 15.56 b 24.11 bc 15.70 58.3 a-c 64.8
30 1.0-1.5-1.8 15.20 b 23.65 cd 15.68 60.5 a 64.9
1.5-1.8-2.0 16.20 ab 25.09 ab 15.80 57.1 bc 65.2
1.8-1.8-2.3 17.03 a 25.91 a 16.53 60.0 ab 64.4
F-test A *** *** NS NS NS
B ** *** NS * NS
A × B NS NS NS NS NS

zMean separation within columns by Tukey’s HSD test at 5% level.

NS, *, **, *** Non significant or significant at p < 0.05 or 0.01 or 0.001, respectively.

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Fig. 6.

Leaf area as affected by drainage rate during the fruiting period (10%; 30%) and EC level (1.0-1.5-1.8; 1.5-1.8-2.0; 1.8-1.8-2.3 dS·m-1) during the growth period of melon ‘PMR Worldstar’. Mean separation performed within columns by Tukey’s HSD test at 5% level.

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Fig. 7.

Plant weight (a, fresh weight; b, dry weight) as affected by drainage rate during the fruiting period (10%; 30%) and EC level (1.0-1.5-1.8; 1.5-1.8-2.0; 1.8-1.8-2.3 dS·m-1) during the growth period of melon ‘PMR Worldstar’. Mean separation performed within columns by Tukey’s HSD test at 5% level.

수확 후 과실의 생육을 조사한 결과(Table 4), 과실의 수량을 결정하는 과고, 과폭, 과중은 배액률 30% 처리의 급액 EC 3처리구 모두 각각 유의성 있게 높은 값을 보였다. 과중은 1.46-1.53kg으로 급액 EC 수준 처리에 상관없이 배액률 30% 처리구에서 높았다. 같은 고수준의 EC를 공급하였을 때 배액률 30% 처리는 배액률 10% 처리보다 12.5% 높은 과중을 나타내었다. 작물 엽생육과 마찬가지로 과중 역시 급액 EC수준의 영향보다 배액률에 따른 급액량 처리에 의한 근권의 함수율 영향이 더 큰 것을 알 수 있었다.

Table 4.

Fruits characteristics of melon ‘PMR Worldstar’ as affected by drainage rate and EC level during growing period

Drainage rate during
fruiting period (%)
(A)
EC
level
(dS·m-1) (B)
Fruit
weight
(kg)
Fruit
length
(cm)
Fruit
diameter
(cm)
Fruit
shape
index
Flesh
thickness
(mm)
Flesh
firmness
(N·mm-2)
Net
index
(1-5)
10 1.0-1.5-1.8 1.37 bcz 136.5 bc 137.4 ab 0.99 b 43.50 a 0.55 ab 1.03 ab
1.5-1.8-2.0 1.34 bc 135.3 c 135.0 b 1.00 ab 39.68 b 0.53 b 1.00 b
1.8-1.8-2.3 1.36 bc 136.5 bc 135.6 b 1.01 ab 42.40 a 0.55 ab 1.00 b
30 1.0-1.5-1.8 1.52 a 143.1 a 140.6 a 1.02 a 41.73 ab 0.56 a 1.00 b
1.5-1.8-2.0 1.46 ab 141.1 ab 138.8 ab 1.02 a 41.90 ab 0.55 ab 1.00 b
1.8-1.8-2.3 1.53 a 143.3 a 140.4 a 1.02 a 41.67 ab 0.53 b 1.08 a
F-test A *** *** *** *** NS NS NS
B NS NS NS NS ** * NS
A × B NS NS NS NS ** ** **

zMean separation within columns by Tukey’s HSD test at 5% level.

NS, *, **, *** Non significant or significant at p < 0.05 or 0.01 or 0.001, respectively.

그러나 당도의 지표인 가용성 고형물 함량(soluble solids content, SSC)은 ‘착과 시기’ 급액량 처리 시 배액률 10% 처리에서, EC 수준 3 처리구 각각 13.5-13.7°Brix 로 유의성 있게 높은 결과를 나타냈다(Fig. 8). Chang et al.(2012)Lim et al. (2020)이 멜론의 과중과 당도가 부의 상관을 보인 결과와 같았다. 급액량 감소는 근권의 함수율이 낮아져 생육 억제, 건물중 감소 및 과실 생장 저해로 이어진다(Hayata et al., 1998). 또한 근권의 함수율 감소 시 당도가 높아지는 것은 수분 공급의 제한으로 고수준 EC 공급 효과(Tadesse et al., 1999; Li et al., 2001; An et al,, 2009)를 보인 결과와 같았다. 과중과 당도가 부의 상관을 나타낼 때 과중과 당도 둘 중 하나를 선택해야 한다면 일반적으로 생산량을 결정하는 더 중요한 요인은 과중이기 때문에 ‘착과 시기’에 배지의 함수량을 증가시키는 급액량 처리가 더 합리적이라고 판단된다(Wee et al., 2018).

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Fig. 8.

Soluble solids content as affected by drainage rate during the fruiting period (10%; 30%) and EC level (1.0-1.5-1.8; 1.5-1.8-2.0; 1.8-1.8-2.3 dS·m-1) during the growth period of melon ‘PMR Worldstar’. Mean separation performed within columns by Tukey’s HSD test at 5% level.

본 연구결과를 종합하면 충분한 엽면적이 확보되어 식물체 전체 생체중이 증가하면 과실의 과중에 영향을 미치는 것으로 판단된다. 엽면적을 확보하기 위해서는 급액의 EC수준 보다는 배액률에 따른 급액량의 영향이 더 큰 것을 알 수 있었다. 멜론 생육 단계에서 ‘정식 후 생육 초기’ 단계에는 배액률 30% 수준으로 양액을 공급하여 뿌리를 충분히 활착 시키고 영양생장을 촉진해야 하고, 엽면적을 충분히 확보한 후 ‘과실 비대기’ 후반에 광합성 산물을 과실에 집적 시켜서 과실 품질의 주요 요소인 당도를 향상시켜야 한다. 따라서 코이어 배지에서 가을재배 멜론 수경재배 시 ‘생육 초기 - 착과 - 과실 비대기’에는 배액률 30%로 급액량을 설정하고, ‘착과 후 40일’에 배액률 10%가 되도록 관수량을 설정한다. 그리고 생육 시기 별 급액 EC 수준은 ‘개화기 - 착과기 - 착과 후 40일’ 각각 1.5-1.8-2.0dS·m-1으로 유지하면 충분한 엽면적 확보와 고품질의 과실을 확보할 수 있을 것으로 판단된다.

Acknowledgements

This work was funded by a R&D project (No. PJ1324102) that was awarded in 2019 by the Protected Horticulture Research Institute, NIHHS, RDA.

References

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