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• 서 언
• 재료 및 방법
• 결과 및 고찰
• 광원 선발
• 적정 전력사용량 구명

서 언

 거베라(Gerbera hybrida Hort.)는 2011년 재배면적이 71ha 정도인 국내 주요 절화작목으로서(MIFAFF, 2012) 1회 정식으로 3-4년간 연중 수확이 가능한 숙근성 화훼이다. 대부분의 시설재배 숙근화훼류는 생육시기에 따라 절화 생산성이 달라지는데 거베라 역시 절화가격이 높게 형성되는 2-3월에 저온, 광 부족 또는 환기 불량과 같은 불리한 환경조건으로 인하여 생산성이 감소한다. 거베라의 동계 생산성 향상을 위하여 대기 또는 지중온도의 영향에 대한 검토가 일부 이뤄졌으나(Berninger, 1979; Mohamad et al., 2001) 광환경 개선에 관련된 연구는 부족한 실정이다.

 보광은 동계 생산성 향상뿐만 아니라 이상저온, 저일조 등과 같은 기후변화에 대비한 안정적인 작물생산에 필요한 요소로서 북미, 북유럽 등지에서는 보광 프로그램을 일반적으로 활용하고 있다. 보광처리에 관한 연구로는 국화(Lee et al., 2004), 분화 거베라(Zheng et al., 2005), 알스트로메리아(Van Labeke & Dambre, 1998), 장미(Bredmose, 1993; Choi et al., 2008; Ménard &Dansereau, 1995; Na et al., 2007), 포인세티아(Moe et al., 1992) 등에서 개화소요일수 단축, 수량 증대, 상품성 향상 또는 광합성 증대 등의 효과가 보고된 바 있다. 거베라의 광보상점은 34μmol ·m^-2· s^-1 정도이고 광합성률은 하계에 증가하였다가 동계에 감소하는 경향을 보이므로(Nam et al., 2009) 보광을 통한 생산성 향상의 가능성이 높다. 보광처리에서는 광량은 물론 광질에 의해서도 광합성과 엽록소 함량에 영향을 주게 되므로(Lee et al., 2004) 적절한 광원 및 광량의 선발이 효과적인 보광을 위해 연구되어야 하지만 현재 국내 거베라에 대한 보광연구는 전무한 실정이다.

 따라서 본 연구는 보광용 광원과 전력사용량에 따른 거베라의 광합성과 수량반응을 검토하고 경제성을 분석하여 동계 생산성 향상을 위한 기초자료를 얻고자 실시하였다.

재료 및 방법

본 연구는 2010년 4월부터 2012년 5월까지 경상북도농업기술원 단동형 유리온실에서 수행되었다. 거베라 ‘Sunny Lemon’ 조직배양묘를 2010년 5월 16일에 30cm × 30cm 간격으로 정식하였고 7일 간격으로 복합비료(Hyponex 7-10-6, Hyponex, Japan) 500배액 100L ·80m^-2를 관주하였다. 11월부터 익월 3월까지는 최저온도 12^˚C로 유지하였고 그 외 재배관리는 농촌진흥청 표준재배법(RDA, 1998)에 준하였다. 

 거베라 동계 생산성 향상에 미치는 광원 효과를 구명하기 위하여 고압나트륨등(Geo-NH 100W, Geolighting, Korea) 2개, 메탈할라이드등(Geo-MH 100W, Geolighting, Korea) 2개, 삼파장형광등(Dulux EL 50W, Osram, China) 4개를 군락 상부 1.5m 높이에 각각 설치하고 99% 암막천으로 처리구를 격리하였다. 보광은 2010년 11월부터 2011년 3월까지 5개월간 매일 4시간씩(18:00-22:00) 실시하였고 시험구배치는 완전임의배치 2반복으로 하였다. 자동온습도기록계 (HOBO proV2, Onset Computer Corp., USA)와 열화상카메라(Testo-875, Testo, Germany)를 이용하여 광원에 따른 온도, 습도 및 광원별 발열량을 조사하였다. 또한 각 시험구(2m × 3m)를 0.1m × 0.1m 크기의 구획으로 구분한 후 광원으로부터 1.5m 떨어진 군락상단의 광합성 유효파장을 각각 측정하였다(LI-1600 & SI-9100, LI-COR, USA). 2011년 2월21일-3월10일에 18시부터 익일 3시까지 5분 간격으로 휴대용 광합성 측정기(LI-6400, LI-COR, USA)를 이용하여 광원별 광합성반응을 조사하였고 측정조건은 CO₂ 400μmol ·mol^-1, flow rate 500μmol ·mol^-1이었다. 보광 개시 후 10일 간격으로 15회에 걸쳐 절화 수량을 조사하였고 30일 간격으로 화경장, 절화중, 꽃크기, 꽃목굵기 등의 절화품질을 조사하였다. 화경이 5cm정도 생장하였을 때부터 매일 생장량을 조사하여 상대 생장률[(lnPL₂ - lnPL₁)/(t₂ - t₁)]을 산출하였으며 PL₁과 PL₂은 각각 t₁, t₂ 시기의 지제부에서 꽃목까지의 화경 길이를 나타낸다.

 한편 광원 선발시험에서 환경 개선효과와 절화수량이 상대적으로 양호하였던 메탈할라이드등(Geo-MH 200W, 400W, Geolighting, Korea)을 광원으로 하여 처리구당 30, 60, 120kW· 10a^-1의 전력이 소모되도록 군락 상부 1.5m 높이에 설치하여 전력 소모량이 거베라의 동계 생산성에 미치는 영향을 구명하였다. 2011년 11월부터 2012년 3월까지 5개월간 매일 4시간 (18:00-22:00) 동안 처리하였고 시험구배치는 완전임의 배치 3반복으로 하였다. 소모 전력에 따른 환경변화, 절화품질 및 수량 조사는 광원 실험과 동일한 방법으로 실시하였고 부분예산법에 의거하여 경제성을 분석하였다.

결과 및 고찰

광원 선발

 광원별 보광처리에 의한 환경변화를 조사하기 위하여 온도, 습도, 광 분포를 조사하였다. 2010년 11월 1일부터 2011년 3월 31일까지 측정된 온도와 습도 자료를 보광시간별로 비교하였는데 무처리에 비해 온도는 0.8-2.1^˚C 높았고 광원별 온도상승효과는 메탈할라이드등 > 고압나트륨등 > 삼파장형광등의 순이었다. 상대습도는 보광처리에서 0.9-3.0% 낮았으며 보광이 종료된 시점부터 처리간 차이가 없었다(Fig. 1). Choi et al.(2008)과 Na et al.(2007) 등의 보고와 같이 보광등 자체의 발열로 시설내 온도는 상승하고 상대습도는 감소하게 되는데 이러한 효과는 야간온도 유지를 비롯하여 동계 환기 부족으로 인한 시설내 습도 상승을 어느 정도 억제할 수 있을 것으로 보인다. 광원별 군락상단의 광 분포는 Fig. 2와 같이 고압나트륨등 > 메탈할라이드등 > 삼파장형광등의 순이었고 최대수광량은 고압나트륨등 22, 메탈할라이드등 16, 형광등 6μmol ·m^-2· s^-1 정도였으며 광원으로부터의 거리가 멀어질수록 감소하였다.

Fig. 1. Changes of temperature and relative humidity according to supplemental lighting sources.

Fig. 2. Distributions of photosynthetically active radiation (PAR) according to supplemental lighting sources. A, Control; B, Fluorescent lamp; C, Metal halide lamp; D, High pressure sodium lamp.

 보광처리중 거베라의 광합성률은 고압나트륨등 처리가 가장 높았고 메탈할라이드등과 삼파장형광등 처리도 무처리에 비해 다소 높았다가 보광이 종료된 후에는 차이를 보이지 않았다(Fig. 3). 고압나트륨등은 광합성 유효광량과 yield photon flux가 높고 메탈할라이드등은 전체 PAR에 대한 적색광과 청색광의 비중이 높아 광합성에 유효한 파장의 비율이 높은 광 스펙트럼을 가졌기 때문에(Lee et al., 2010) 상대적으로 높은 보광효과가 있는 것으로 보인다.

Fig. 3. Photosynthesis of Gerbera hybrida ‘Sunny Lemon’ as affected by supplemental lighting sources. Vertical bars represent standard errors (n = 3).

 보광처리는 무처리에 비해 절화수량 48-58%, 꽃크기 5-9%, 절화장 15-16%, 절화중 23-36% 정도 많거나 컸다(Table 1). 국화는 보광처리에 의해 수량이 64-58% 증가하였고(Lee et al., 2004), 장미는 블라인드 발생량이 5-7% 감소(Choi et al., 2008)하고 수량이 증대된다(Ménard & Dansereau, 1995; Na et al., 2007)는 보고와 같이 보광처리는 여러 화훼류에서 생산성 향상의 효과를 나타내었으며 거베라의 동계 생산성에도 긍정적인 영향을 주는 것으로 나타났다. 광원들간에는 유의한 차이는 없었으나 절화수량과 꽃크기는 메탈할라이드등, 화경장과 화경중은 형광등 처리에서 양호하였다. 보광처리는 광합성을 촉진하여 생장량을 증가시키거나 화아발생의 촉진 등과 같은 광형태형성에 영향을 주는데(Kim et al., 2011) 거베라의 경우 보광처리를 통해 화경 생장이 촉진되었다. 화경의 생장속도와 상대생장속도는 메탈할라이드등 >고압나트륨등 > 삼파장형광등 > 무처리의 순이었고 5cm의 화아가 완전히 개화하는 데 소요되는 기간은 반대의 경향이었다. 광원별로 최대 발열량은 삼파장형광등 103-112^˚C, 메탈할라이드등 196-201^˚C, 고압나트류등 168-169^˚C 정도였는데 광량뿐만 아니라 온도 상승효과에 의해 화경의 생장속도 그리고 절화수량 등의 차이가 발생한 것으로 생각된다. 이와 같이 광원별 보광을 통해 거베라의 동계 생산성과 품질이 향상되었으며 보광시설의 설치 및 관리의 용이성을 고려하여 메탈할라이드등 또는 고압나트륨등이 적합한 보광용 광원으로 판단되었다.

Table 1. Cut flower yield and quality of Gerbera hybrida ‘Sunny Lemon’ as affected by supplemental lighting sources.

적정 전력사용량 구명

 보광시설의 전력사용량에 따른 동계 재배환경에 미치는 영향을 검토한 결과 전력사용량(E)이 증가할수록 온도(T, T = 0.58E + 15.47, R²= 0.79)는 증가하는 반면 상대습도(RH, RH = -0.03E + 71.84, R²= 0.80)는 감소하였다(Fig. 4). 또한 전력사용량에 비례하여 군락상단에 수광되는 광합성유효파장(PAR, PAR = 0.47E + 1.84, R² = 0.98)은 증가하였는데 30, 60, 120kW 처리의 수광범위는 각각 1-153, 4-217, 15-227μmol ·m^-2· s^-1이었으며 평균 수광량은 각각 15, 35, 56μmol ·m^-2· s^-1이었다(Fig. 5). 거베라의 광보상점은 34-65μmol ·m^-2· s^-1 수준이고(Nam et al., 2009) 약광상태에서의 광-광합성 반응은 직선적인 관계를 보이는데(Kim and Lee, 2001) 전력사용량 증가에 따라 수광량이 증가하여 처리간의 광합성 차이는 선형관계를 보였다(Fig. 6).

Fig. 4. Changes of temperature and relative humidity according to electricity consumption for supplemental lighting during 1 Nov. 2011 ~ 31 March 2012.

Fig. 5. Distributions of photosynthetically active radiation (PAR) on the gerbera canopy according to electricity consumptions. A, Control; B, 30kW· 10 a^-1; C, 60kW · 10 a^-1; D, 120kW · 10 a^-1.

Fig. 6. Photosynthesis of Gerbera hybrida ‘Sunny Lemon’ according to electricity consumption for supplemental lighting.

전력사용량에 의한 거베라 ‘Sunny Lemon’의 꽃크기, 절화장, 꽃목굵기, 생체중 등의 절화품질(Table 2)은 무처리에 비해 양호하였고 전력사용량간에는 유의한 차이가 없었다. 절화수량은 무처리에 비해 보광처리가 34-64% 증가하였으며 절화수량(Y)은 전력사용량(E, Y= 0.04E + 8.28, R²=0.89), 광합성유효파장(PAR, Y =0.08PAR + 8.13, R²= 0.92), 온도(T, Y = 1.51T-14.94, R²= 0.97)와 정의 상관을 보였다. Bredmose(1993)는 보광처리에서 광합성유효파장과 수량 및 품질이 선형적인 관계를 가진다고 하였다. 본 실험에서도 전력사용량의 증가는 군락의 수광량을 증가시키고 보광등에서 발생한 열로 인한 대기온도가 상승하여 동계 불량 재배환경을 개선함으로써 생산성이 향상된 것으로 추정되었다. 전력사용량별 거베라 보광처리시 경제성 Table 3)을 분석해 보면 무처리에 비해 보광처리에서 약 4,536-8,011천원의 추정 수익이 예상되었다. 그러나 전력사용량이 높을수록 설치비, 감가상각비, 전기요금 등의 손실적인 요소가 절화수량 증가와 보광등에 의한 온도상승 등의 이익적인 요소에 비해 크게 증가하여 추정 수익액은 30kW 처리가 가장 높았다. 따라서 거베라의 동계 생산성 향상을 위한 보광시설은 10a당 30kW의 전력이 소모되도록 설치하는 것이 유리할 것으로 보였다. 메탈할라이드등 30kW의 전력사용량은 거베라 군락에 광보상점 이하의 광량을 제공하지만 장미, 국화 등에서도 광보상점 이하의 보광조건에서 수량과 품질이 향상되었다는 보고들(Choi et al., 2008; Kim et al., 2011)로부터 동계 저광도의 보광이 거베라의 광합성량을 증가시키고 재배환경을 개선하여 생산성을 높이는데 효과적이라고 판단되었다.

Table 2. Cut flower quality and yield of Gerbera hybrida ‘Sunny Lemon’ as affected by electricity consumption for supplemental lighting.

Table 3. Economic efficiency of supplemental lighting for Gerbera hybrida ‘Sunny Lemon’ as affected by electricity consumption (unit : 1,000 won)

 이상의 결과를 요약하면 저온, 저광도의 불량한 환경에 처하게 되는 동계에 보광처리를 통해 거베라의 절화 생산성을 향상시킬 수 있었는데 고압나트륨등 또는 메탈할라이드등이 절화수량과 품질, 그리고 재배환경을 개선하는 효과가 인정되어 보광용으로 적합한 광원이었다. 한편 전력사용량의 증가에 따라 절화수량은 증가하였으나 경제성을 고려했을 때 10a당 30kW가 적합할 것으로 생각된다. 이와 같은 결과들은 재배농가의 하우스에 보광시설의 설치에 있어 적합한 광원과 전력소모량을 비롯하여 설치규격에 관한 기초자료로 활용할 수 있을 것으로 판단되며 추후 보광주기, 탄산시비, 보광시 균일한 광환경 구축을 위한 재배기술에 대한 추가적인 검토가 필요할 것으로 생각되었다.