Research Article

Horticultural Science and Technology. April 2021. 232-242
https://doi.org/10.7235/HORT.20210021

ABSTRACT


MAIN

  • 서 언

  • 재료 및 방법

  •   작물 재배 및 환경

  •   처 리

  •   측정 및 분석

  •   통계처리

  • 결과 및 고찰

서 언

시설은 적극적인 환경 조절이 가능한 공간이며, 국내 시설 원예는 채소 원예를 중심으로 복합 환경 제어기술, 자동화, 통신 기술 등이 접목된 첨단 산업으로 발전해 가고 있다. 2017년 시설채소 면적(56,405ha)에서 과채류 비중은 74.4%로 매우 높으며(MAFRA, 2018), 수경재배 면적이 2018년 3,184ha임을 고려할 때(국립원예특작과학원 미발표 자료), 국내 시설 채소는 토양 재배가 대부분이다.

토양은 토성, 물리적, 화학적, 생물적 특성에 따라 근권의 통기성, 투수성, 토양 염류 농도, 산도 등이 다르다(Kim et al., 2006). 이러한 토양 특성은 완충능이 높아 관리 정도에 따라 장기간 작물을 재배할 수 있는 좋은 근권 환경을 제공받을 수 있으나, 수경재배와 비교하면 양분과 토양 수분 관리가 어렵다.

시설 내부는 외부 환경과 차단된 상태에서 30–40°C의 고온에 노출될 경우가 많아 수분 증발량이 지하 투수량 보다 상대적으로 많다. 시설토양은 염류의 지표면 축적이 발생될 수 있으며, 노지 작물에 비하여 근권의 분포가 빈약해서 토양 내에서의 흡수 부위는 좁고, 흡수량도 한정되어 있어 관수 의존도가 매우 높은 특징을 갖고 있다(Lee et al., 2010). 토양 수분은 수동적인 삼투 현상, 모세관 현상, 수분퍼텐셜, 능동적 흡수 등에 의해 작물에 흡수되며, 무기양분의 효과적인 용매로 식물체내에서 다양한 생리적 기능을 하며, 뿌리 분포, 토양 온도, 염류 온도 등의 영향을 받아 흡수 정도가 달라진다. 작물의 함수량은 종류, 기관, 생육 단계에 따라 다르나 채소의 경우 90% 이상이 수분일 만큼 수분 의존도는 매우 높으며, 특히 시설 재배에서 물 관리를 위한 관수 방법은 작물의 생산성에 매우 직접적인 인자 중의 하나이다. 관비 재배(fertigation)는 양분과 관수를 함께 공급하는 재배방법으로 원예 작물 토양 재배에서 재배 농가가 늘어나고 있다. 관비 재배에서 관수 시기, 관수량, 관수 횟수는 작물, 토양, 관수 방법 등에 따라 달라지며(Bum et al., 1999; Jeon et al., 2010; Rhee et al., 2013), 적절한 관수는 비료량을 50% 절감할 수 있다(Locascio et al., 1977)고 한다.

오이는 2018년 국내 생산액이 6,026억원을 차지하는 대표적인 과채류 시설 작물로 시설 토양 재배가 99.3%를 차지하고 있다(MAFRA, 2018). 오이 함수량은 96%로 다른 채소에 비해 높은 편이며, 생육 단계별 토양 수분장력 범위는 pF1.7–pF2.3(대략 5–30 kPa) 내외로 수분 함량에 따라 오이의 품질 및 수량이 달라지므로 농가에서는 수분 관리에 어려움이 많다(Lee et al., 2010). 관수 시기를 결정하는 방법은 토양 수분장력을 측정하는 방법과 수분 증발량을 이용하는 방법이 있으며, 최근 상용화된 방법은 유전율 법을 적용한 센서를 이용하는 방법이다(Lee et al., 2010). 시설원예 작물재배에서는 토양 수분장력을 달리하여 오이(Bum et al., 1999; Buttaro et al., 2015), 파프리카(Rhee et al., 2013), 토마토(Yu and Bae, 2004; Kang and Choi, 2009)등 과채류의 생육과 품질에 관한 연구를 보고하였다.

한편 토양 재배에서 관개 시점은 작물이 수분 부족으로 수분 스트레스를 받기 전에 관수하는 시점으로 관수 시점에 따라 관수 간격, 관수 횟수가 달라진다. Bum et al.(1999)은 오이 봄 재배 중 토양 수분장력 0.2bar와 1/3bar에서 총 관수량은 163.5mL, 160.2mL로 비슷하나 관수 간격의 차이로 토양 3상 분포 영향으로 수량이 0.2bar에서 높다고 보고한 바 있다. 한편 토양 재배에서 관수는 토양 수분이 작물로 흡수되지 못할 때 용탈과 양분의 유출로 환경에 영향을 미친다. 우리나라는 1인당 이용 가능한 수자원량이 1453m3으로 세계 153개국 중 129위의 물 부족 국가로 분류되어 있으며(WEIS, 2019), 기후 변화 등으로 가용 용수량의 부족이 예상된다. 특히 농업 용수는 이용료가 부가되지 않는 현실에서 가용 용수량의 효율적 이용이 시급하다.

따라서 본 실험에서는 재배 시기에 따른 적정 관수 개시점을 제시하기 위한 기초 자료를 얻고자 생육 단계별로 관수 개시점을 달리하여 오이의 생육과 수분이용효율에 미치는 영향을 알아보고자 수행하였다.

재료 및 방법

작물 재배 및 환경

공시 작물은 오이(Cucumis sativus L.) 다다기 계통 ‘청춘’(해오름 종묘, Korea)을 접수로 사용하고 호박 ‘하나짱토좌’(매일 종묘, Korea)를 대목으로 한 접목묘를 사용하였다. 실험은 강원도 춘천시 남산면 소재 플라스틱 연동 온실(W6 × L115 × H3.5m, 위도 37°, 경도 127°)에서 2020년 4월 20일 정식하여 7월 5일까지 수행하였다. 온실 1동에는 4개 이랑을 조성하였고, 이랑 폭은 50cm, 이랑 간 간격은 100cm였다. 이랑 폭 25cm 기준 점적 호스를 1줄씩, 20cm 간격(1.4 L·h-1)의 점적 테이프(Eolos compact, Eurodrip, France)를 설치한 후 정식 전 시간 당 관수량을 점검하여 동일하게 설정하였다. 정식 초기 오이 생육은 초장 3.9cm(엽수 4.6매)이였으며, 50cm 주간 간격으로 정식하여 재식 밀도는 2.0주/m2 였다. 오이는 정식 후 충분히 관수한 후 8일간 단수하여 뿌리 활착을 도모하였고, 9일째 관수 처리하면서 재배하였다(Fig. 1). 정식 28일 후 오이 7–8마디에서 개화가 이루어지기 시작하였고, 어미덩굴에서 착과 된 오이를 수확하는 원줄기 재배하면서 30–32 마디(초장 265 ± 6cm) 적심하여 착과 된 오이를 수확하였다. 시비 관리는 EC 1.0–2.0dS·cm-1 수준의 액비(Novalon, KG chemials Co., Korea)를 작물 생육을 고려하며 2–3일 간격으로 관비 공급한 관행 방식에 준하였다.

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Fig. 1.

Growth stage day after treatment (DAT) and irrigation starting point treatment by soil water tension. Black indicates irrigation at 20 kPa during the treatment period.

시험 전 재배지 토양의 토성은 사양토였으며, pH 5.1–5.5, EC 1.4–2.0dS· m-1, 유기물 함량 59.8–61.4 g·kg-1, 유효 인산 1657–1731.9mg·kg-1, 치환성 Ca, K, Mg 함량은 각각 12.1–14.2, 2.6–3.6, 3.6–4.4cmol·kg-1이였다(Table 1). pH는 적정 수준보다 낮았으며, EC 수준은 적정 범위에 있으나, 유기물 함량은 높았고, 유효 인산은 적정 범위보다 3배 이상을 초과하였으며, 치환성 양이온 함량도 적정 수준보다 높은 것으로 나타났다.

Table 1.

Physico–chemical properties of soil used

Experimental site Soil texture pH EC
(dS·m-1)
P2O5
(mg·kg-1)
N
(%)
OM
(g ·kg-1)
Ex. cations
(cmol+·kg-1)
Ca K Mg
Chuncheon SL 5.1-5.5y 1.4-2.0 1,657.0-1,731.9 0.36-0.37 59.8-61.4 12.1-14.2 2.6-3.6 3.6-4.4
Optimum levelz 6.0-6.5 < 2.0 400-500 20-30 5.0-6.0 0.7-0.8 1.5-2.0

yValues are expressed as means (n=15)

재배 중 하루 평균 온도는 21.6°C, 최저 평균 온도 13.8°C, 최고 평균 온도 31.3°C, 하루 평균 누적 광량 1,383.5 J·cm-2 오이 재배에 적합 하였으나(Fig. 3), 온실 내 난방 시설과 보온 커튼이 미 설치되어 4월 중 야간 최저 온도가 5°C이하(1.4–5.2°C)로 낮았고, 낮 최고 온도가 35°C를 초과하는 날도 17일 이상 발생하였다. 환경 계측 자료는 일사량(Pyrarno-70, RF sensor Co., Korea), 온·습도(SHT-110, RF sensor Co., Korea)를 10분 간격으로 측정하고 데이터 로거(WP700, RF sensor Co., Korea)에 저장한 값을 분석하여 활용하였다.

처 리

정식 9일 째 4월 28일 수분장력(kPa)의 관수 개시점을 텐시오미터를 이용하여 관수 4처리를 시작하였다(Fig. 1). 관수 처리는 오이 생육기(4월28일–5월 25일, 28일), 수확성기(5월 26일–6월 25일, 31일), 수확후기(6월 26일–7월 5일, 10일) 3단계로 나눠 처리 1은 10-10-10kPa(T1), 처리 2는 10-10-20kPa(T2), 처리 3은 20-10-10kPa(T3), 처리 4는 20-10-20kPa(T4)의 4처리와 관행 방식의 대조구 Control 포함 총 5 처리하였다. 관수 개시는 텐시오미터(Soil moisture Jetfill, USA)에 역압 센서(Autonicsc PSAN-LV01CPV, Korea)를 결합하여 얻어진 수분장력 값을 사용하였다. 토양 텐시오미터는 각 이랑 안쪽으로 25m 지점, 점적 관수의 이미터(emitter) 중앙에 위치하도록 하고, 지면으로부터 20cm 깊이로 각각 매설하여 측정하였다(Fig. 2E). 관수는 토양 수분장력 값이 미리 설정된 관수 시점에 도달하면 자동으로 미리 정해진 시간만큼 공급되는 방식으로 마이크로컨트롤러(아두이노 UNO)와 릴레이를 이용하여 자체 제작한 프로그램을 적용하였고(Fig. 2C), 듀얼 타이머(Dual timer TF62D, Hanyoung NUX, Korea) 제어 판넬을 제작하여 관수 시간을 조정하였다(Fig. 2B). 하루 중 관수 시간은 오전 9시 30분 시작 오후 5시 30분까지, 6월 13일부터는 오전 7시 시작 오후 8시까지로 관수 시간을 증시 하였고, 1회 관수 공급 시간은 4–15분, 지연 시간은 1–4시간으로 변경하여 작물 생육을 고려하면서 조정 처리하였다. Control의 1회 관수 시간은 10분 –70분으로 처리구에 비해 길었다.

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Fig. 2.

Images of a commercial cucumber farm PE film greenhouse (690 m2, A), a water gauge and irrigation control device (B), tensiometer and micro-controller (C), root depth (D) and location (20 cm depth from surface) of tensiometer (E).

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Fig. 3.

Changes in daily integrated solar radiation (ISR) and average (T-ave), minimum (T-min) and maximum (T-max) of temperature for cucumber growing periods.

측정 및 분석

처리 기간 동안 공급된 총 관수량, 생육, 엽록소 함량, 수량 및 수분이용효율을 측정하였다. 관수량은 국가 공인 검정 된 수도 미터(Water meter-15mm, Daesung, Korea)를 설치하여 매일 관수 종료 후 유량계 값을 계측한 후 하루 관수량으로 산정(Fig. 2B)하였다. 오이 생육 측정은 처리 22일, 32일, 43일째 초장, 마디수, 엽수, 엽장, 엽폭, 엽록소 함량을 측정하였다. 엽장, 엽폭, 엽록소 함량은 생장점으로부터 10번째 잎을 측정하였으며, 엽록소 함량은 SPAD 엽록소 측정기(Model 502, Minolta, Japan)를 사용하였다. 오이 수량 측정은 첫 수확일인 5월 29일부터 7월 5일까지 상품과는 과장이 25cm내외의 것으로 굵기가 일정하고 꼭지와 표피가 메마르지 않은 수확 직후 과수와 과중을 측정하였다. 수분이용효율(Water use efficiency: WUE, g·L-1)은 기간 중 총 관수량을 수량으로 나누어 산출하였다.

시험 전 토양의 이화학성 분석을 위해 시료는 오이 재배 전에 채취 풍건한 후 2mm 체에 통과된 것을 분석 시료로 이용하였다. 토성은 비중계법을 이용하여 미농무성 기준의 삼각도표법(USDA)에 의하여 분류하였으며, 토양화학성은 농업과학기술원 토양 및 식물체 분석법(NAAS, 2000)에 준하여 분석하여 작물별 시비처방기준(NAAS, 2006)과 비교하였다. pH와 EC는 토양과 증류수를 1:5 비율로 혼합하여 30분간 진탕한 후 pH와 EC측정기(HI9813-6, Hann Instruments, Inc., Romania)로 분석하였으며, 유기물함량은 Tyurin법으로, 유효 인산은 Lancaster법으로 발색한 후 분광광도계(U-3900H, HITACHI, Japan)로, 치환성 양이온은 1N-Ammonium acetate(pH=7.0)으로 추출 여과한 후 유도결합플라스마발광광도계(GBC Integra XL, GBC, Australia)로 분석하였다.

통계처리

시험구는 임의 배치한 단구법으로 하였으며, 각 처리별 이랑 20–35m 범위의 오이를 10주 선발하여 생육, 수량 결과에 사용하였다. 통계 분석은 SAS package(SAS version 9.4, SAS Institute Inc. NC, USA)를 이용하여 ANOVA(analysis of variance) 분석하였으며 유의수준 0.05에서 Duncan’s multiple range test(DMRT)로 검정하였다.

결과 및 고찰

처리 동안 일평균 토양 수분장력(kPa)이 T1은 8.3, T2는 9.2, T3는 10.7, T4는 10.2였으며, Control은 5.9이였다(Fig. 4). 일평균 토양 수분장력을 기간별로 보면, 생육기(기간Ⅰ) 10kPa로 관수 된 T1, T2처리에서는 8.8–10.3kPa이였으며, 20kPa로 관수된 T3, T4에서는 13.9–15.3kPa로 토양 수분장력이 높았다. 수확성기(기간Ⅱ)는 모든 처리구가 10kPa로 관수 된 시기로 7–8kPa범위에 있었으며, Control은 4.1kPa로 낮은 수준을 유지하였다. 수확후기(기간Ⅲ)는 10kPa처리인 T1, T3에서는 6.8–6.9kPa을, 20kPa 처리인 T2, T4에서는 8.2–10.2kPa이였으며, Control은 4.6kPa를 나타내어 처리 기간 동안 Control은 처리구보다 낮은 토양 수분장력을 유지하였다. 20kPa로 관수 개시 설정하였을 때 처리구의 토양 수분장력은 10kPa처리보다 높은 토양 수분장력을 유지하였다. 생육기(기간Ⅰ) 20kPa로 설정된 T3, T4 처리구는 처리 후 5월 18일까지 4–5 번 밖에 관수가 이루어지지 않았으며, 그럼에도 T4 처리구의 토양 수분장력이 낮은 경향을 나타내었다. 이는 처리구의 위치, 토양 분포 양상 등이 복합적으로 관여 하였으리라 본다. 수확성기 모든 처리구를 10kPa로 조정하여 관수 개시하였을 때는 매일 관수가 이루어졌으며, 5회 이상 관수 되는 날도 있었다(자료 미제시).

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Fig. 4.

Changes in average soil water tension as affected by irrigation starting point treatment using tensiometer from 28th April to 5th July, 2020.

수확후기 10에서 20kPa으로 관수 개시가 변경된 6월 23일부터 6월 27일 5일간의 토양 수분장력 변화는 Fig. 5와 같다. 광량이 높은 6월 23일, 26일 및 27일에는 모든 처리구가 관수가 되어 토양 수분장력이 떨어졌으며, 상대적으로 낮은 광량을 나타낸 6월 24일과 25일에서는 T3 처리에서만 관수가 이루어졌다. 10kPa로 관수된 6월 23일 관수 시간이 T1 처리는 오후 2시 50분, T2 처리는 12시 17분, T3 처리는 오전 10시 27분, T4 처리는 오전 10시 43분, 오후 3시 32분으로 처리에 따라 달랐다. 또한 6월 26일 관수개시점을 20kPa로 변경하여 제어한 T2와 T4 처리에서는 토양 수분장력이 20kPa에 도달하기까지의 시간적 차이에 의해 T1, T3처리에 비해 늦은 시간에 관수가 이루어졌다. 한편 Control처리는 5kPa 범위에서 관수가 이루어지고 있었다. 관수 전·후 토양 온도 하강 정도는 관수 시간에 따라 차이를 보였으며(자료 미제시), 본 실험에서 관수개시점에 따른 관수 시간의 차이는 광량, 온도, 습도, 토양 온도 등 환경 요인과 증산작용, 착과 정도, 뿌리로부터의 수분 흡수 등 작물 요인 등이 관여 했으리라 본다.

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Fig. 5.

Changes in temperature (Temp), solar radiation (SR), and soil water tension (SWT) as affected by irrigation starting point treatment using tensiometer for five days in 2020.

처리 기간 동안 공급된 주당 총 관수량은 53,322mL(T1)–59,206mL(T4)이였고, 일평균 관수량은 T1은 773mL, T2는 787mL, T3는 780mL, T4는 858mL였으며, 총 관수 횟수는 T1 99회, T2 92회, T3 86회, T4 93회로 차이 간 차이가 없었다(Table 2). 그러나 Control은 일평균 관수량 1,525mL, 총 관수 횟수 50회로 처리구에 비해 평균 관수량이 2배 이상 많았고, 관수 횟수는 40% 이상 감소하였다(Table 2). 관수 된 날에 공급된 평균 관수량도 처리구 간에는 1,111mL(T1)–1,260mL(T4)로 차이가 없으나 Control은 2,105mL로 높았다. 그러나 처리 기간 중 관수 간격은 0.7일로 차이가 없었다. 토양 수분장력을 15kPa, 20kPa, 30kPa, 40kPa의 관수개시점으로 각각 오이 재배하였을 때 Jeon et al.(2010)은 15kPa과 20kPa처리에서는 총 관수량이 차이가 없으나, 30kPa과 40kPa에서는 관수량이 감소했다고 보고하였으며, Bem et al.(1999)도 0.2bar에서 1bar로 토양 수분장력이 높아졌을 때 0.2bar와 1/3bar에서는 관수 간격, 관수 횟수는 차이가 있으나 총 관수량은 차이가 없었으며, 1bar에서는 총 관수량이 감소했다고 보고했다. 본 실험은 토양 수분 적정 범위에서 생육 단계에 따라 10kPa, 20kPa로 설정함에 따라 Bum et al.(1999), Jeon et al.(2010)의 결과와 같이 20kPa이내 범위에서는 관수량, 관수 횟수 등에 차이를 주지 않은 것으로 생각되었다.

Table 2.

Amount of irrigation delivered to greenhouse-grown cucumber as affected by irrigation starting point treatment using tensiometer from 28th April to 5th July, 2020. Irrigation automatically supplied for 4 to 7 minutes and stopped after 1 to 4 hours when the target kPa was reached by tensiometer and control was irrigated by timer

Treatmentz
T1 T2 T3 T4 Control
Total amount of irrigation (mL/plant) 53,322 54,336 53,790 59,206 105,532
Mean daily amount of irrigation (mL/plant/day) 773 787 780 858 1,525
Total irrigation event number(times) 99 92 86 93 50
Average amount of irrigation per event (mL/event/plant) 1,111 1,132 1,145 1,260 2,105
Average irrigation interval(days) 0.7 0.7 0.7 0.7 0.7

zSee Fig. 1.

처리 후 적심 전까지 오이 생육을 측정한 결과는 Table 3과 같다. 처리 22일 째 T1, T2 처리에서 초장, 마디수, 엽수, 엽장, 엽폭이 가장 컸으며, SPAD 값은 가장 낮았고, T3, T4 처리는 초장, 마디수, 엽장, 엽폭은 가장 작았으며, SPAD값이 높았다. 처리 32째 생육도 T1, T2 처리에서 높았으나, SPAD 값은 처리 간 차이가 없었다. 처리 43일째 초장, 마디수, 엽폭, 엽수는 Control에서 가장 높았으며, T3, T4 처리의 초장은 가장 낮았다. 생육기 20kPa 처리구인 T3, T4 처리는 기간 중 총 관수량이 10kPa 처리에 비해 적었으며(자료 미제시), 초장, 엽장, 엽폭, 엽수 등이 적었고, 적심 전 기간 동안 생육이 낮았다. 한편 토양 수분장력을 5, 10, 20, 30kPa로 설정하고 양액으로 관비 재배하였을 때 정식 60일 째 초장은 30kPa처리에서 낮았으나 210일 째 생육은 차이가 없는 것으로 Yu and Bae(2004)는 보고하였다. 이는 시비 방법에 따라 착색단고추는 초기 생육 영향이 생육 후기에 회복될 수 있었으나 본 실험에서는 초기 생육 영향이 적심 전까지 영향을 주었다. 또한 텐시오미터의 유공컵 위치가 20cm 깊이에 매설되었고 뿌리 발달이 완전히 확보되지 않은 상태에서 천근성으로 뿌리가 얕게 분포하는 오이 특성상 T1, T2 처리에 비해 첫 관수 일이 8일 늦어져 생육 초기 건조 스트레스는 오이 생육에 중요한 영향 인자로 작용한 것으로 보인다.

Table 3.

Growth characteristics of cucumber as affected by irrigation starting point treatment using tensiometer

Days after treatment Treatmentz Plant height
(cm)
No. of nodes
(ea)
No. of leaves
(ea)
Leaf length
(cm)
Leaf width
(cm)
SPAD
value
22 T1 77.4 ay 14.3 a 15.0 a 15.8 a 23.6 ab 47.6 c
T2 77.9 a 14.3 a 15.3 a 16.1 a 24.4 a 47.3 c
T3 51.7 c 12.7 bc 13.3 b 11.9 b 17.3 c 58.7 a
T4 49.3 c 11.8 c 12.8 b 12.6 b 17.9 c 52.7 b
Control 64.9 b 13.3 ab 13.8 b 15.0 a 21.3 b 49.4 bc
32 T1 136.3 a 20.2 a 15.0 a 18.1 a 27.6 a 48.8 a
T2 136.2 a 20.3 a 15.2 a 17.7 a 26.6 a 47.7 a
T3 99.5 c 18.2 bc 14.0 ab 14.3 c 21.8 b 45.3 a
T4 99.8 c 17.0 c 13.0 b 15.7 b 23.0 b 44.3 a
Control 124.9 b 18.7 b 14.0 ab 17.3 a 26.7 a 46.6 a
43 T1 211.1 ab 27.5 a 20.7 ab 15.1 b 20.2 c 48.7 a
T2 207.0 b 27.7 a 21.5 a 15.3 b 21.9 bc 51.1 a
T3 173.7 c 26.2 ab 19.5 b 14.6 b 19.8 c 50.2 a
T4 184.3 c 25.3 b 19.8 ab 17.3 a 23.7 ab 52.7 a
Control 220.0 a 27.7 a 20.3 ab 18.1 a 25.6 a 48.5 a

zSee Fig. 1.

yMeans with different letters in each column are significantly different by DMRT at p < 0.05 (n = 6).

오이 수확이 시작된 5월 29일부터 7월 5일까지의 상품 과수와 수량은 T2 처리에서 가장 높았다(Fig. 6). 총 과수와 수량이 T1은 9.2개, 1,804g, T2 처리에서는 12.3개, 2,452g, T3는 8.3개, 1,683g, T4는 8.4개, 1,790g, Control은 11.9개, 2,496g를 각각 수확하였다. 수확 기간을 2주 간격으로 나눴을 때 5월 29일부터 6월 11일까지는 T1, T2, Control에서 높았으며, 6월 12일부터 6월 25일까지는 T4와 Control에서 높았고, 6월 26일부터 7월 5일까지는 T2 처리에서 높아 수확 시기에 따른 과수와 수량은 달랐다. 생육기 관수 개시점이 10kPa인 T1, T2 처리는 정식 30일째 7–9마디에서 암꽃 발생율이 90%이상 이였고, 20kPa로 관수가 개시된 T3, T4 처리에서는 첫 관수 시작일이 5월 6일로 T1, T2 처리에 비해 8일 늦어졌으며, 암꽃 발생율도 50% 미만으로 낮았다(자료 미제시). 한편 생육기에 암꽃이 발생하고 착과가 진행되는 무한 생장 특성을 고려하여 생육량이 낮은 T3, T4 처리에서는 처리 25일째 7–8마디에 착과 된 오이를 작물 생장 세력을 확보하기 위해 인위적으로 낙과 시켰다. 따라서 T3, T4처리에서는 첫 수확이 시작된 5월 29일부터 2주간의 오이 수확 과수와 수량이 T1, T2처리보다 적었다. 그러나 6월 12일부터 6월 25일 기간에 수확된 과수는 T4 처리구에서 가장 많았다. 6월 26일부터 7월 5일 수확 과수는 관수 개시가 20kPa로 변경 설정한 T2 처리구에서 가장 많았다. 수확한 오이 생체중은 196g(T1)–210g(Control)로 차이가 없었으나, Control > T4, T3 > T2 > T1 순으로 높은 경향을 나타냈다(자료 미제시).

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Fig. 6.

Marketable number of fruits and yield of cucumber as affected by irrigation starting point treatment using tensiometer from 5th May to 5th July, 2020. Means with different letters in each column are significantly different based on DMRT at p < 0.05 (n = 10).

총 관수량과 수량을 이용하여 4월 29일부터 7월 5일까지 수분이용효율(g·L-1)을 분석한 결과는 Fig. 7과 같다. 1L 관수량에 생산된 오이가 T1 처리는 33.5g, T2 처리는 45.1g, T3 처리는 31.9g, T4 처리는 28.9g, Control은 23.7g으로 수분이용효율은 T2 처리에서 가장 높았고, Control에서 가장 낮았다. Control은 1회 관수량을 많게 하면서 전 생육기간 동안 비교적 낮은 토양 수분장력을 유지하며 수분 관리가 이루어진 처리구로 평균 과중은 높은 경향을 나타냈으나, 수확한 총 과수와 수량은 T2 처리와 차이가 없어 수분이용효율이 가장 낮았다. 또한 전 생육기 10kPa로 관수 개시가 이루어진 T1 처리구의 수분이용효율도 Control 보다 높았고, 생육기와 수확성기에는 10kPa, 수확후기는 20kPa로 관수 개시점을 변경한 T2 처리구는 본 실험에서 가장 높은 수분이용효율을 나타냈다. 이는 생육 단계에 따른 관수개시점을 제시하여 농업용수 물 사용 효율성을 높일 수 있음을 확인할 수 있었다.

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Fig. 7.

Water use efficiency (WUE) as affected by irrigation starting point treatment using tensiometer from 29th April to 5th July, 2020. Means with different letters in each column are significantly different based DMRT at p < 0.05 (n = 10).

토양 수분장력이 높아질수록 물 절감율과 수분이용효율이 높아졌음을 Jeon et al.(2010), Buttaro et al.(2015)은 보고 하였으나 과실의 수량과 품질은 작물, 품종, 재배 시기에 따라 차이를 보였다. 토마토 봄 재배에서 상품과율과 상품 수량은 토양 수분이 많을수록 증가하였으나 겨울재배에서 상품과율은 토양 수분에 영향을 받지 않았고 품종 간에도 차이를 보여 재배 시기에 따른 토양 수분 영향이 다름을 Kim et al.(2000)은 보고하였다. 한편 Jeon et al.(2010)은 15, 20, 30, 40kPa의 토양 수분장력이 높아졌을 때 물과 수분이용효율은 증가하였으나, 수량은 유의적 차이가 없음을 보고하였다. 그러나 본 실험에서는 전 생육기간 처리구의 총 관수량은 비슷하였으나, 생육기 20kPa로 관수 된 T3, T4 처리에서는 첫 관수일 지연에 의한 수분 스트레스가 초기 생육과 수량에 영향을 줌으로써 수분이용효율도 낮춘 것으로 생각된다. 또한 실험 포장은 난방 시설이 없으며, 이동식 분무살수기가 설치되어 스크린 작동이 불가한 환경에서 개화와 착과가 동시에 이루어지는 생육기 동안 하루 최고 온도가 27°C 이상인 날씨가 14일 이상, 10°C 이하의 최저 온도는 7일 이상 발생하였다. 특히 토양 수분장력이 높은 관수 개시처리에서는 고온에 노출되는 낮 시간 지상부 환경 제어가 불가함에 따라 요수량이 높은 오이 재배에서 4월 정식하여 5월 수확하는 시설 작형의 지상부 환경 조절이 어려울 때 관수 개시는 매우 중요하였다. 한편 Control 처리는 비교적 낮은 수분장력을 유지하면서 오이를 수확한 반면, T2 처리는 생육기와 수확성기 10kPa로 생육을 안정적으로 확보하면서 수확하고, 수확량이 적어진 수확후기에는 20kPa의 관수 개시점을 처리함으로써 대조구와 같은 수량을 확보하면서 수분이용효율을 높일 수 있었다.

Acknowledgements

본 연구는 농림식품기술기획평가원 첨단생산기술개발사업(118015-03)의 지원을 받아 연구되었음.

References

1
Bum IS, Kim YW, Kim KS, Kim KY, Sohn BK, Kim HW (1999) Effect of soil water potential on pysico-chemical properties of soil and cucumber (Cucumis sativus L.) growth. Korean J Soil Sci Fert 32:171-181
2
Buttaro D, Santamaria P, Signore A, Cantore V, Boari F, Montesano FF, Parente A (2015) Irrigation management of greenhouse tomato and cucumber using tensiometer: Effects on yield, quality and water use. Agriculture and Agricultural Science Procedia 4:440-444. doi:10.1016/j.aaspro.2015.03.050 10.1016/j.aaspro.2015.03.050
3
Jeon SH, Hur SO, Ha SK, Jun HJ, Han KH, Cho HR, Hong SD (2010) Water saving irrigation point in cucumber cultivation under greenhouse. Korean J Soil Sci Fert 43:540-545
4
Kang NJ, Choi YH (2009) Influence of irrigation levels on plant growth and fruit quality in lycopersicon esculentum mill. Korean J Hortic Sci Technol 27:93-101
5
Kim KH, Kim KY, Kim JG, Sa TM, Suh JS, Sohn BK, Yang JE, Eom KC, Lee SE, et al. (2006) Soil Science, Hyangmun-sa, Seoul, Korea, pp 67-70
6
Kim YB, An CG, Lee YH (2000) Effect of soil moisture on quality and yield in tomatoes. J Kor Soc Hortic Sci 41:139-142
7
Lee YB, Son JE, Jun HJ (2010) Protected Horticulture, Hyangmun-sa, Seoul, Korea, pp 166-202
8
Locascio SJ, Myers JM, Martin FG (1977) Frequency and role of fertilization with trickle irrigation for strawberries. J Am Soc Hortic Sci 102:456-458
9
Ministry of Agriculture, Food and Rural Affairs (MAFRA) (2018) Vegetable greenhouse Status and vegetable production
10
National Academy of Agricultural Sciences (NAAS) (2000) Method of soil and plant analysis. National Institute of Agricultural Science and Technology, RDA, Suwon, Korea
11
National Academy of Agricultural Sciences (NAAS) (2006) Fertilization standard of crop plant. National Institute of Agricultural Science and Technology, RDA, Suwon, Korea. p 69
12
Rhee HC, Choi GL, Jeong JW, Cho MH, Yeo KH, Kim DM, An CG, Lee DY (2013) Effect of soil water potential on the fruit quality and yield in fertigation cultivation of paprika in summer. Protected Hortic Plant Fac 22:378-384. doi:10.12791/KSBEC.2013.22.4.378 10.12791/KSBEC.2013.22.4.378
13
Water environment Information System (WEIS) (2019) http://water.nier.go.kr/publicFront/easyWater/knowledgeInfo/easyKnow02.jsp?menuIdx=1_1_2
14
Yu SH, Bae JH (2004) The Effect of fertigation setting point on the growth and fruit quality of sweet pepper (Capsicum annuum L.) J Bio-Env Con 13:102-106
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