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국내 수출 농산물 중 고부가가치 작물인 파프리카(Andrews, 1984)는 1994년도에 도입 후 지속적으로 재배면적이 증가하여 2014년도에는 598ha에서 64,363톤이 생산되었고(MAFRA, 2015), 그 중 해외로23,138톤이 수출되었다(MAFRA, 2014). 근래 작물의 생육 및 생산성을 향상시키는 데에 묘 소질의 중요성이 더욱 커지고 있다. 파프리카의 묘 소질은 정식 후 초기 생육 및 수량뿐만 아니라 생육 중기 이후의 착과에도 영향을 미치고, 우량 묘는 다양한 생산 요소들의 투여 시간 및 비용을 줄일 수 있기 때문에 그 중요성이 더욱 커지고 있다(Buwalda et al., 2006; Kim and Park, 2002). 국내 파프리카의 육묘 시기는 재배 작형에 따라 여름인 고온기와 겨울인 저온기에 이루어진다(NIHHS, 2006). 여름철 육묘 시 고온 발생은 생리장해, 도장 등을 흔히 발생시키고(Cho et al., 2009), 겨울철 육묘 시 저온 발생은 광 부족에 따른 생육저하를 더욱 악화시킨다(Chung et al., 1995). 대묘를 활용하고 있는 파프리카는 공정육묘보다는 자가육묘 비율이 높은데 외기환경과 경영비 문제 등으로 여름철에는 고온에서 육묘가 다수 이루어지고 있고, 겨울철에는 최저 관리온도를 넓게 적용시키고 있다. 이러한 관리 온도 차이는 식물의 동화산물 생산속도와 각 기관으로의 전류, 생체중 및 건물중에 변화를 야기한다(Lim, 1997; NIHHS, 2013). 특히, 파프리카 육묘 시 건물 생산량과 엽면적은 20~22°C에서 가장 우수하고(Bakker et al., 1988), 엽면적과 건물 분배율은 DIF 2-3 수준에서 양호한 것으로 보고되었다(Kim, 2013). 또한 파프리카 묘의 영양생장은 칼슘/질소 농도에 영향을 받는 것으로 보고되었다(Yoon et al., 2010). 그러나 국내에서 파프리카를 대상으로 한 연구는 자가육묘 비중이 높고 시설 재배에 의존함으로써 육묘 관리 체계보다는 정식 이후 환경 제어에 치중되어 왔다. 작물의 생산성에 대한 묘 소질, 작물 생육에 대한 환경 요인 등의 중요성을 고려하면 묘 생산 시 부적합한 환경 관리는 농가의 소득에 불리하게 작용할 수 있다(Pressman et al., 1998).

이에 본 시험은 파프리카 육묘 시 저온과 고온의 온도 관리가 묘의 생장과 정식 후 초기 생육에 미치는 영향을 구명하여 파프리카의 안정적 육묘 생산 기술 확립을 위한 기초자료로 활용하고자 수행하였다.

재료 및 방법

시험 장소 및 재료

본 연구는 전라북도에 소재한 원광대학교 원예산업학과 내 자체제작된 생장상(growth chamber, self-making, Wonkwang University)과 전북농업기술원 파프리카시험장 내 유리온실에서 적색 파프리카 ‘Nagano(Rijk Zwaan, Netherland)’을 이용하여 시험을 수행하였다. 생장상은 광, 온도, 습도 제어가 가능한데 인공광은 30W 형광등을 이용하여 m2당 380W로 설치되었다. 파프리카 종자 발아를 위해 EC 1.2dS· m^-1, pH 5.5로 조절된 양액을 충분히 흡수시킨 240공 암면 트레이에 파종하여 버미큘라이트로 복토한 후 생장상 25±1°C에서 관리하였다. 파종 후 발아한 묘를 생장상에서 주간온도 25°C, 야간온도 23°C로 관리하였다.

육묘 온도 처리 및 관리

생장상에서 발아한 묘가 본엽이 2매 정도 전개되었을 때 육묘용 양액(EC 2.0dS· m^-1, pH 5.5)을 포습시킨 암면 큐브(100×100×65mm, Grodan, Denmark)에 U자형으로 절곡하여 이식하였다(An et al., 2002). 암면 큐브에 이식한 후 생장상의 육묘 온도를 오전 6시에서 오후 8시까지를 주간, 오후 8시에서 다음날 6시까지를 야간으로 하여 다르게 처리하였다. 육묘 처리 온도는 DIF 2 수준으로 하고 주 · 야간 평균온도 23°C를 대조구로 하여 저온 15°C, 고온 31°C로 하였다(Table 1). 육묘 기간 동안 생장상 내 묘를 수시로 관찰하면서 육묘상이 마르지 않도록 제조된 육묘용 양액을 공급하였다 .

묘의 정식 후 관리

2013년 4월 초순에 원광대학교 생장상에서 23°C로 처리된 묘가 본엽 7-8매가 되었을 때 15°C 및 31°C에서 자란 묘들도 함께 전북농업기술원 파프리카시험장 내 유리 온실에 정식하였다. 재식 밀도는 3.3주/m2로 하였고, 각 처리별로 40주를 코코넛 코이어 배지(900×150×75mm, Cultilene, 대영GS)에 슬라브 당 3주씩 정식하였다. 정식 후 식물체의 2줄기를 V자형으로 유인하였고, 분지에서 발생한 측지는 모두 제거하였다. 배양액은 네덜란드 온실작물연구소 PBG 처방양액을 이용하였다. 공급 배양액의 EC와 pH는 각각 EC meter (Orion, Model 720A, USA)와 pH meter (Orion model 900A, USA)를 사용하여 EC 2.6-2.8dS· m^-1, pH 5.5-5.7 범위로 조절한 후 자동양액기에 의해 일출 2시간 후부터 일몰 2시간 전까지 2시간 간격으로 하여 매회 100-120mL/plant를 공급하였다. 온실 환경 제어는 복합환경조절 컴퓨터시스템(Maximiger, Priva Co., Netherland)을 이용하여 온실 내부의 주간온도는 22-23°C, 야간온도는 19-20°C, 그리고 습도는 70-80%로 자동 조절되도록 하였다.

육묘 온도 처리에 따라 생산된 묘 특성과 정식 후 초기 생육 조사

다른 온도 처리에 의해 육묘된 묘 특성과 정식 후 식물체의 초기 생육 조사는 일주일 간격으로 하였다. 매주 조사마다 처리 온도별로 묘 특성 조사는 10반복, 정식 후 식물체 조사는 5반복으로 파괴 조사를 실시하였다. 묘의 생육 특성은 정식 직전에 초장, 줄기직경, 생체중, 건물중, 그리고 엽수, 엽면적, 엽록소 함량, 광합성 능력을 조사하였다. 그리고 건물중은 80°C 건조기에서 24시간 건조한 후 무게를 측정하였고, 엽면적은 엽면적 측정기L(i-3100, LI-COR Inc., USA)를 이용하여 측정하였다.

육묘 온도가 정식 후 파프리카 초기 생장에 미치는 영향을 알아보기 위해 육묘 기간과 정식 후 생육 초기 동안 각각 엽면적 및 건물중 변화를 선형회귀식(y=ax+b)으로 비교하였다. 선형 회귀식은 독립변인을 조사 시간(week)으로, 종속변인을 엽면적(cm²/plant) 또는 건물중 (g/plant)으로 하여 작성하였다. 두 기간동안 엽면적과 건물중 변화는 도출된 회귀식의 회귀계수 a값으로 비교하였고, 대조구인 23°C 처리구의 회귀계수 a값을 100으로 하여 15°C와 31°C 처리구의 회귀계수 a값을 상대적 비율()로 나타내어 정식 후 회복 정도를 알아보았다 .

엽록소 측정은 엽록소측정기(SPAD-502, Minolta, Japan)를 사용하였고, 엽수는 자엽을 제외하고 엽장이 1cm 이상인 엽을 조사하였다.

정식 후 식물체의 생육 특성은 묘의 조사에서 엽수와 엽록소 함량을 제외하고 동일하게 하였다. 정식 후 생장 변화을 분석하기 위해 매주 조사된 식물체당 건물중, 엽면적, 그리고 재식밀도를 이용하여 작물생장속도, 상대생장율, 순동화율, 그리고 엽면적지수를 농촌진흥청 농업과학기술 연구조사 분석기준R( DA, 2012)을 기초로 하여 아래의 식에 의해 산출하였다 .

① 작물생장속도(CGR) =〔(w₂-w₁) / (t₂-t₁)〕× D

② 상대생장률(RGR) = (log_ew₂-logw₁) / (t₂-t₁)

③ 순동화율(NAR) =〔(w₂-w₁)(log_ew₂-logew₁) / (t₂-t₁)(L₂-L₁)〕× D

④ 엽면적지수(LAI) = L × D

. w₁, w₂: 시작 및 종료 시점의 식물체당 건물중

. t₁, t₂: 시작 및 종료 시점의 시간

. L₁, L₂: 시작 및 종료시점의 식물체당 엽면적

. D: 온실 내 재식밀도

광합성은 정식 직전인 묘의 가장 큰 엽과 정식 4주 후 식물체의 정단부 성엽을 광합성 측정기(Li-6400, Li-COR Inc., USA)를 이용하여 온도 처리별로 5반복 측정하여 평균하였다.

통계분석

통계처리는 SPSS 프로그램(Version 19.0, SPSS Inc., Chicago, USA)을 이용하여 95% 신뢰수준에서 Duncan의 다중범위검정(Duncan’s multiple range test)을 이용하였다.

결과 및 고찰

고온과 저온에서 육묘된 파프리카 묘의 생장량

육묘 온도에 따라 4주 동안 자란 파프리카 묘의 생장량을 조사하였다(Table 2). 묘의 초장, 줄기직경, 생체중 및 건물중은 31°C와 15°C 처리구 모두에서 대조구인 23°C 처리구애 비해 낮았는데, 15°C 처리구에서 가장 낮은 경향을 나타내었다. 15℃ 처리구의 초장, 생체중 및 건물중은 23°C 처리구의 43.7%, 24.3% 및 53.8% 수준, 그리고 광합성 능력에 큰 영향을 미치는 엽수, 엽면적은 60.9%, 36.3% 수준으로 생육이 매우 저조하였다. Bruggink and Heuvelink(1987)의 연구에서 육묘기 묘의 생육은 엽의 생장량에 좌우된다고 하였는데, 본 연구에서도 엽면적에서 가장 큰 차이를 나타내었다. 파프리카 재배에서 온도 상승은 광합성률을 증가시키나 25°C 이상일 때에는 호흡량 증가와 광합성률이 감소한다(Kim, 2005). 그리고 광합성 산물의 전류, 건물생산량 등은 온도 요인에 크게 영향을 받는다(Heuvelink, 1989; Grimstad and Frimanslund, 1993; Gruda, 2005). 특히 Kim(1988)은 토마토의 육묘 시 동화산물의 전류 속도는 야간 온도에 의해 크게 영향을 받고, 야온이 낮으면 그 속도는 낮아진다고 보고하였다. 이러한 연구결과들을 고려하면 파프리카는 육묘 온도에 따라 묘의 소질이 달라지고(Marcelis, 1993), 15°C 수준 정도의 저온 조건에서는 광합성량과 호흡량, 뿌리를 비롯하여 각 기관으로의 동화산물 전류가 저하되는 것으로 생각된다.

고온과 저온에서 육묘된 파프리카 묘의 정식 후 초기 생장량

육묘 온도에 따라 자란 파프리카 묘를 온실에 정식하여 4주 후 생장량을 조사하였다(Table 4). 초장, 생체중, 건물중 및 엽면적은 15°C 및 31°C 처리구에서 23°C 처리구보다 낮아 육묘 온도의 영향이 지속되었다. 하지만 15°C와 31°C 처리구 모두는 23°C 처리구 대비 묘의 생장량 차이(Table 2 and 3)에 비해 정식 후 23°C 처리구 대비 식물체의 생장량 차이가 크게 감소하였다. 특히, 31°C 처리구보다 15°C 처리구에서 그 차이가 더 크게 감소하였는데, 23°C 처리구 대비 초장은 정식 전 43.7% 수준에서 정식 후에는 81.6% 수준, 생체중은 24.3% 수준에서 81.5% 수준, 건물중은 53.8% 수준에서 75.1% 수준, 그리고 엽면적은 36.3% 수준에서 81.5% 수준이었다. 이는 육묘 시 저온보다 고온이 묘의 생장량 증가 속도를 증가시켰으나 정식 후에는 생장량 증가 속도를 저하시키는 요인으로 작용한 것으로 생각된다 .

다른 온도가 처리된 정식 전 기간(육묘기)과 정식 후 동일한 적합 환경이 처리된 기간(정식 후 생육 초기)동안 건물중과 엽면적의 단위시간당 증가량을 1차 선형회귀식(y=ax+b)로 도출한 후 회귀계수 a값으로 비교하였다(Table 5). 종속변인 건물중의 회귀계수 a값은 육묘기에는 대조구인 23°C 처리구에서 11.4g/week로 가장 높았고 15°C 처리구에서는 대조구의 22.8% 수준인 2.6g/week, 31°C 처리구에서는 대조구의 52.6% 수준인 6.0g/week이었다. 하지만 정식 후 생육 초기에는 15°C 및 31°C 처리구 모두에서 대조구인 23°C 처리구의 86.8%와 87.1% 수준으로 크게 높아졌다. 종속변인 엽면적의 회귀계수 a값도 육묘기에는 대조구인 23°C 처리구에서 220.6cm²/week으로 가장 높았고 15°C 처리구에서는 대조구의 34.3%인 78.8cm²/week, 31°C 처리구에서는 대조구의 65.5% 수준인 150.3cm²/week이었다. 엽면적도 건물중과 동일하게 정식 후 생육 초기에는 15°C와 31°C 처리구 모두에서 대조구의 89.0%와 89.7% 수준으로 크게 높아졌다. 특히 건물중과 엽면적 모두 육묘기에 비해 정식후 회귀계수 a값의 증가량은 15°C 처리구에서 31°C 처리구보다 더 컸다. 이로 보아 육묘기 묘의 생장량 저하에는 저온이 고온보다 더 큰 영향을 주나 정식 후 적합한 환경 조건이 주어지면 저온 육묘된 묘가 고온 육묘된 묘보다 환경 수용능력, 뿌리 활착속도 등이 높아 회복 속도가 더 빠른 것으로 생각된다. 이러한 경향은 묘 특성(Table 2와 Table 3)과 정식 후 4주간 자란 식물체의 특성(Table 4)의 생장량 결과를 비교할 때 31°C 처리구에 비해 15°C 처리구에서 정식 후 증가된 생장량이 높았던 결과와 일치한다. 또한 일반적으로 과채류에서 어리거나 작은 묘를 정식하였을 때 정식 후 생육이 우수하다는 결과들과 유사한 결과이다(Ibrahim et al., 2013; Leskovar et al., 1991). 이 결과들을 고려하면 15°C의 육묘 온도는 묘의 생리장해를 유발하기보다는 생장과 발육 단계를 늦추는데 영향을 준 것으로 생각된다.

고온과 저온에서 육묘된 파프리카 묘의 정식 후 초기 생장 반응

육묘 온도에 따라 자란 파프리카 묘를 정식한 후 4주 동안 작물생장속도, 상대생장률, 순동화율 및 엽면적비를 분석하였다(Table 6). 작물생장속도와 엽면적비는 15°C와 31°C 처리구들에서 낮은 경향이었으나 23°C 처리구와 통계적으로 유의한 차이를 나타내지 않았다. 하지만 상대생장률과 순동화율은 15°C와 31°C 처리구에서 23°C 처리구보다 유의하게 높았다. 이 결과는 15°C와 31°C 처리구의 생장 수준(Table 4)과 회귀계수 a값(Table 5)에서 정식 후에 23°C 처리구 수준과의 차이가 크게 감소한 결과들에 영향을 준 것으로 생각된다 .

저온인 15°C 처리구에서 정식 전에 비해 정식 후 생장 속도나 순광합성량이 급격히 증가한 것은 광합성량에서 기인한 것으로 확인되었다(Fig. 1). 광합성 능력이 정식 전에는 23°C와 31°C 처리구에 비해 15°C 처리구에서 크게 낮았지만, 정식 후에는 15°C 처리구에서 급격히 증가하여 다른 육묘 온도 처리구들보다 높았다. 이로 보아 저온인 15°C에서 자란 묘는 다른 처리구에 비하여 생육 단계가 늦었고, 정식 후 적합 환경 조건으로 변환됨에 따라 뿌리 활착 및 광합성의 급격한 증가로 건물 생산을 최대한 발휘한 것으로 생각된다.

이상의 결과들을 종합하여 보면, 고온인 31°C와 저온인 15°C의 육묘 온도는 묘 생육뿐만 아니라 정식 후 식물체 초기 생육까지 저하를 시키는 것으로 생각된다. 특히, 저온보다 고온에서 육묘된 묘를 정식하였을 때 식물체의 뿌리 활착력, 광합성 및 생장속도 등이 더 저하되어 회복 속도가 느린 것으로 생각된다.