서 언

현대 도시민의 실내 생활이 하루 중 80% 이상으로 늘 어나면서 실내식물에 대한 관심도 높아지고 있다. 특히 관엽식물은 대부분 열대 및 아열대 원산으로 음지나 반 음지 조건에서 잘 자라기 때문에 실내식물로 많이 이용 되고 있다(Shim and Kwon 2010). 이러한 실내식물은 공기정화 효과, 장식 효과, 심리적 안정 효과 등 여러 가 지 효능을 가지고 있어 도시민에게 유용하다.

실내의 좁은 공간을 효율적으로 활용하기 위해서는 식물 의 수평적인 배치보다는 수직적인 배치가 유리하기 때문 에 최근 들어 수직녹화시스템에 대한 관심이 늘고 있다. 하 지만 실내는 광, 온도, 수분 등이 제한적이기 때문에 실 내식물의 유지 관리가 용이하지 않다(Jung et al. 2006). 실내 수직녹화시스템에서 일반적으로 보광을 하고 있지 만, 정상적인 식물 생장을 위해서는 상대적으로 높은 광 도를 유지하는 것이 필요하므로 지속적인 비용이 발생하 고 보광 등의 설치가 어려운 경우도 있다. 한편 실내는 사람들의 생활 공간으로 생활환경에 적합한 광도가 있기 때문에 식물 생장에 맞춰 실내 광도를 올리는 것 또한 한계가 있다.

식물의 생장에 관여하는 광합성과 질소 대사 등 식물 의 물질대사에는 무기영양분이 필요하며 이러한 무기영 양분에 대한 식물의 요구 정도는 광도와 직접적으로 연 관되어 있는 것으로 알려져 있다(An et al. 2007; Roh et al. 2009). 따라서 실내 저광 조건에서 식물에게 요구 되는 적정 무기영양분에 대한 정보는 실내녹화 유지관리 에 반드시 필요할 것으로 생각되지만, 아직까지 실내에 서 많이 이용되고 있는 관엽식물들을 대상으로 한 무기 양분 관리에 대한 연구는 전무한 실정이다. 따라서 본 연 구는 내음성이 우수하여 실내식물로 널리 이용되는 덩굴 성 식물 스킨답서스를 대상으로 실내 보광 강도에 따른 적합한 공급양액 농도를 구명하고자 수행하였다.

재료 및 방법

실험 재료와 환경조건

실험재료로는 실내식물로 국내에서 가장 많이 사용되 고 있는 스킨답서스(Epipremnum aureum)와 스킨답서스 ‘라임’(E. aureum ‘Lime’)을 하남시 소재 화훼농가에서 직접 구입하여 사용하였다. 구입한 식물재료는 유리온실 에서 1주일 간 55% 차광조건에서 순화시킨 후 상토를 제 거한 다음 가정용 다목적 순환식 수경재배장치(Hi-Green, Gahatec., Korea)에 식재하여 서울시립대학교 환경원예학과 환경화훼연구실로 옮겨졌다. 실내의 일반적인 형광등 보광 (1μmol • m^–2 • s^–1 photosynthetically active radiation, PAR) 과 온도 26.8 ± 2.47°C, 상대습도 37.3 ± 9.74%에서 2주일 간의 실내 적응기간을 거쳐 8주간 아래와 같이 광도 및 양액농도 처리 실험을 실시하였다. 실험 전 식물재료의 엽수 4매, 잎, 줄기, 뿌리의 생체중은 각각 3.0 ± 0.24, 0.4 ± 0.06, 1.5 ± 0.27g으로 처리간 유의차가 없도록 균일 한 묘를 사용하였다.

광도와 양액농도 처리

실내의 적정 광도와 양액농도를 알아보고자 광도(4수 준)와 양액농도(3수준)를 주구와 세구로 구분하여 처리 하였다. 먼저 광도처리는 일반적인 실내 광도인 대조구 (무보광 처리구, 1μmol • m^–2 • s^–1 photosynthetically active radiation, PAR)와 추가 광원을 통해 광도를 각각 20, 40, 80μmol • m^–2 • s^–1 PAR로 하였다. 추가 광원은 실내 설치된 형광등과 동일한 종류를 사용하였으며, 하루 보광기간은 12 시간으로 고정하였다. 양액농도(electrical conductivity, EC) 처리는 수돗물(EC 0.1dS • m^–1)을 대조구로 하여 EC 0.5, 1.0, 1.5dS • m^–1로 구분하였다. 양액 조성은 Hoagland 용 액 조성표를 기준으로 하였고, 양액순환은 15분 간격으 로 조절되었다. pH는 5.5 ~ 6.0 범위로 유지되었다.

생체량 조사와 생리활성 분석

실험처리 8주 경과 후 엽면적계(Li-3000A, Li-Cor Inc., USA)를 이용하여 주당 엽면적을 측정하였고, 생체량은 뿌 리• 줄기•잎 3부분으로 나누어 생체중과 건물중을 계측하 였다. 실험 4주 차에 Epipremnum aureum을 처리당 3개씩 시료를 채취하여 루비스코(rubisco axtivity) 활성도 측정을 실시하였다. 먼저 주맥이 제거된 식물시료 0.2g을 막자 사발에 넣고 액체질소를 가해 마쇄한 후 2mL의 추출용 buffer를 넣고 균질화하여 micro tube에 옮겨주었다. 4에서 15000g로 15분간 고속냉장원심분리기(Supra-22K, Hanil, Korea)를 사용해 원심분리하고 상층액 20μL를 취하여 새 로운 micro tube에 넣었다. 상층액에 360μL의 활성 buffer 를 넣어 교반한 다음 25°C에서 10분간 조효소를 활성화 시켰다. 활성화된 추출액에 120μL의 반응 buffer를 첨가 해 교반한 후 500μL의 cubic cell에 옮겨 분광광도계(UV- 2450, Shimadzu CO., Japan)를 이용하여 25°C, 340nm 파장에서 흡광도가 안정화되도록 30초간 관찰하였다. 안 정화 된 cubic cell에 RuBP 5μL를 첨가하여 잘 섞어준 뒤 340nm 파장에서 90초간 흡광도 변화량을 측정하였다.

수확하여 건조한 잎 시료를 마쇄하여 200mg씩 정량하 여 CN분석기(Vario Max CN, Elemntar analysensyteme, Germany)에 넣고 탄수화물과 질소의 함량을 측정하였다. 질소이용효율(nutrient use efficiency, NUE)은 식물체 전 체 잎의 건물중을 공급한 양액의 질소 농도로 나누어 구 하였다.

통계분석

통계 분석은 통계분석용 프로그램인 SAS package (statistical analysis system, version 9.1, SAS Institute Inc.)를 이용하여 ANOVA(analysis of variance) 분석을 실시하였으며, 각 처리간의 유의성은 DMRT(Duncan's new multiple range test) 5% 수준에서 실시하였다.

결과 및 고찰

생체량 변화

실내 보광수준과 양액농도에 따른 엽면적, 생체중, 건 물중을 조사하였다. 엽면적의 경우 스킨답서스는 PAR 80 과 EC 1.0처리에서 가장 높았는데 광도가 높을수록 양액 공급이 원활할수록 엽면적 증가에 효과적이었다(Fig. 1). PAR 80의 양액 무처리구과 비교해 보았을 때, 오히려 PAR 40의 양액 처리구에서 엽면적이 커졌고, PAR 40 의 양액 무처리구보다 PAR 20과 EC 1.0처리의 엽면적 이 큰 것으로 보아 저광 조건에 의한 생장저하 문제를 적정한 무기영양분 공급으로 일정 수준 개선시켰음을 알 수 있었다. 스킨답서스 ‘라임’은 동일한 광도에서 자란 스 킨답서스보다 엽면적이 전반적으로 작아 상대적으로 광 이용효율이 상대적으로 낮음을 알 수 있다. 스킨답서스 ‘라임’은 PAR 80과 EC 0.5, PAR 40과 EC 1.0처리에서 엽면적이 커졌다. 또한 PAR 80의 양액 무처리구과 비 교하였을 때, PAR 40의 양액 처리구의 엽면적이 오히 려 더 큰 것으로 보아 ‘라임’의 경우에도 저광 조건의 생장저하를 적정한 영양분 관리로 개선할 수 있음을 확 인하였다. 마찬가지로 PAR 40의 양액 무처리구보다 PAR 20 양액 처리구의 엽면적이 증가되어 같은 경향을 보여 주었다. 한편, 식물의 엽면적과 엽수는 1차적인 시각으로 인지되기 때문에 관상가치를 평가하는데 중요한 요소로 알려져 있다(Manaker 1981). 따라서 앞서 실험에 사용한 두 품종 모두 추가적인 보광조건(20-80 PAR)에서 양액 을 공급하지 않은 것보다는 상대적으로 낮은 광도에서 적 정하게 양액을 공급하는 것이 식물 생장과 관상 측면에 서 효과적임을 알 수 있었다.

실험 8주 후 식물체의 줄기, 잎, 뿌리의 생체중과 건 물중을 조사하였다(Table 1). 스킨답서스는 줄기와 잎의 생체중과 건물중이 동일한 경향으로 나타났다. 추가적인 보광을 하지 않은 PAR 1 처리구에서는 생체중과 건물 중이 현저하게 작았으며, 이 때는 양액공급 효과가 나타 나지 않았다. 한편 공급양액의 농도가 같을 때는 광도가 높을수록 생체중과 건물중이 커지는 경향을 나타냈으며, 추가적인 보광조건(20-80 PAR)에서는 적정양액 농도는 EC 1.0으로 나타났으며, EC 1.5는 오히려 생장을 억제 시켜 스킨답서스 실내 녹화에서는 양액은 EC 1.0 수준 으로 관리하는 것이 합리적이라고 판단된다. 줄기와 잎 의 생장은 PAR 80과 EC 1.0처리에서 가장 우수하여 보 광 광도가 높고 양액농도가 적정할 때 양호함을 알 수 있었으며, 특별히 뿌리 생장은 줄기나 잎과는 다른 경향 을 보였는데 오히려 PAR 80과 양액 무처리구에서 건물 중이 0.42g으로 가장 높았고 이 때 뿌리가 유난히 길게 생장하는 것이 관찰되었다. 스킨답서스 ‘라임’은 PAR 80 과 EC 1.5처리에서 잎의 생체중과 건물중이 각각 7.39g, 0.63g으로 가장 컸다. PAR 80의 양액 무처리구보다 PAR 40의 양액처리구에서 잎의 생장이 우수하였고 PAR 80 과 양액 무처리구에서 뿌리 생장이 높게 나타나는 등 스 킨답서스와 유사한 실험결과를 나타냈다. 이것은 광도가 증가와 비례적으로 식물의 엽수와 생체중 증가는 물론 관 상가치 등 품질이 좋아졌다는 보고(Kim et al. 2005)와 유사하였다.

루비스코 활성도

스킨답서스를 대상으로 실험 4주 차에 루비스코 활성 도를 측정하였다(Fig. 2). 루비스코 활성도는 식물 생장 반응과 유사한 경향을 보였다. PAR 1 처리구를 제외하 고는 동일한 광도일 때 양액을 공급한 실험구에서 더 높 게 나타났다. Nakano et al.(1997)는 질산염의 농도 증가 에 따라 루비스코의 함량이 비례적으로 증가한다고 하였 으며, Evans(1983)는 잎의 질소 함량에 따라 루비스코의 활성이 비례적으로 증가한다고 하였다. 또 PAR 80의 양 액 무처리구보다 PAR 40의 양액처리구의 루비스코 활 성도가 높았고, PAR 40의 무처리구보다 PAR 20의 양 액처리구의 루비스코 활성도가 높았다. 이것은 스킨답서 스 생장에 있어서 부족한 광도를 적정한 양액공급으로 개 선할 수 있음으로 보여준다. Roh(2010)는 카드뮴(Cadmium, Cd)이 negative effector로 작용해 루비스코의 합성과 활성 화가 저해되었고, 질산염은 positive effector로 작용하여 Cd 에 의해 저해된 루비스코 함량과 활성이 회복되었다고 하 였다. 본 실험에서도 4주 차와 8주 차의 루비스코 활성 도를 비교하였을 때, PAR 80의 EC 1.0, EC 1.5 처리구 는 루비스코 활성도가 4주차보다 높아져 상대적으로 고 광인 PAR 80에서 질산염이 positive effector로 작용했을 것으로 생각된다.

질소이용효율

스킨답서스의 질소이용효율은 스킨답서스 ‘라임’보다 약 2배 높게 나타났다(Fig. 3). 이것은 스킨답서스가 스킨답서 스 ‘라임’보다 생장이 우수했던 결과(Fig. 1, Table 1)를 뒷 받침해준다. 또한 PAR 1에서는 EC 1.0과 EC １.5 처리 간의 질소이용효율의 차이가 없어 앞서 생체량 비교 Fig. 1과 Table 1에 있어서도 PAR 1처리에서는 양액공급 효 과가 없는 것을 알 수 있다. 다시 말해 추가적인 보광 이 없는 일반 저광도 실내조건(PAR 1)에서는 양액농도 를 최소화하는 것이 바람직할 것으로 생각된다. 결론적 으로 스킨답서스의 질소이용효율은 보광 광도가 높아질 수록 증가하는 경향을 보였으며 이 때 적정 양액농도는 보광 광도가 높아질수록 EC 1.5에서 EC 0.5로 점차 낮 아지는 것으로 확인되었다. 실내 광도가 PAR 80인 조 건에서는 양액농도로 EC 1.0 이하가 적절하며, PAR 20 과 PAR 40에서는 EC 1.5까지 가능하였다. 스킨답서스 ‘라임’ 역시 EC 0.5일 때는 광도가 높아질수록 질소이용 효율이 증가하였지만, 광도가 높아질수록 적정 양액농도 가 낮아지는 경향을 보여 PAR 80에서는 EC 0.5 이하 가 적절하며, PAR 20과 PAR 40에서는 EC 1.0 이하로 판단된다.