서 언
국내 절화류 총 재배면적은 2010년 1,975ha 대비 2020 년 1,224ha로 최근 10년간 38.0% 감소하였고, 농가수 또한 3,841호에서 2,522호로 34.3% 감소하였다(MAFRA 2011, 2021a). 이 중 절화용 장미의 재배면적, 판매량, 판매액은 2010 년 456ha, 278백만 본, 99,575백만 원에서 2020년 239ha, 101백만 본, 50,297백만 원으로 각각 47.6%, 63.7%, 49.5% 감소하여 절화 전체의 생산 감소율보다 장미의 감소율이 더 컸다(MAFRA 2011, 2021a). 절화류에서 장미가 차지하는 비 중은 2010년에 농가수, 면적, 판매량, 판매액이 각각 24.9, 23.1, 30.0, 33.5%였던 것이 2020년에는 각각 19.5, 19.5, 27.2, 29.6%로 감소하였다. 절화류와 절화 장미 모두 2005 년을 최고점으로 하여 매년 농가수, 면적, 판매량, 판매액이 모두 감소하는 추세이다.
2020년 화훼작물별 소득률을 보면 시설 국화 37.7%, 접목 선인장 54.7%이었지만, 시설 장미는 24.5%로 두 작물보다 낮은 수준이었다(RDA 2021). 시설 장미의 10a당 총수입은 2019년 33.2백만 원에서 2020년 27.1백만 원으로 전년 대 비 6.1백만 원, 18.6% 감소하였다. 시설 장미의 10a당 경영 비는 2019년 22.9백만 원에서 2020년 20.8백만 원으로 전 년 대비 2.1백만 원(8.9%) 감소하였다. 장미의 경영비의 감소 는 기타 재료비, 토지 임차료 등을 제외한 고용노동비, 영농 시설 감가상각비, 수도 광열비 등의 감소에 따른 것(RDA 2021)으로 총수입이 감소하면서 가족 노동 의존도 증가, 난방 등 환경조절이나 시설 재투자 여력 감소, 그리고 시설재배면 적의 감소로 이어지는 것으로 보인다.
절화 장미의 국내 생산량 감소는 국내 가격 상승, 수출 감 소, 수입 증가로 이어지고 있다(MAFRA 2021b). 절화 장미의 수입 증가는 경쟁력이 높지 못했던 국내 농가들의 경영을 악 화시키면서 장미 생산을 포기하거나 작목을 전환하는 사례가 증가되었으며, 국내산 절화를 소비자에게 제공하지 못하게 되 면서 국민의 소비 주권이 제한될 것으로 예상된다. 이 문제를 해결하기 위해서는 정보통신기술(ICT)을 접목한 스마트팜 영 농기법을 장미 시설 농가에 보급하여 생력화와 에너지 비용 절감, 절화 품질 향상 등 농가 생산성을 증진시킴으로써 국내 생산 기반을 유지하고 내수 시장의 가격 및 품질 경쟁력을 강 화해야 한다(MAFRA 2021b;Yeo et al. 2016).
절화의 품질은 형태적 특성 등 외적 품질과 절화수명으로 대표되는 내적 품질이 있다. 특히 외관으로 판단할 수 없는 절 화수명은 구매 후 소비단계에서 판단되므로 절화수명이 짧을 경우 소비자들의 구매 욕구를 떨어뜨리고 비싸다는 인식을 강화시키며(Choi and Lee 2020;Park and Oh 2019), 그 로 인해 소비가 감소하게 된다. 절화수명은 수확 후 처리나 환경요인은 물론 재배 시 광량, 기온, 근권 온도, 상대습도 (relative humidity, RH) 및 수증기압포차(vapor pressure deficit, VPD) 등 온실 재배환경 요인들의 영향도 크게 받는 다(Cheong et al. 2015; Fanourakis et al. 2011; In et al. 2016;Kim et al. 2001;Roh and Yoo 2020;Yeon and Kim 2016, 2017). 환경 스트레스를 덜 받을수록 장미의 절 화수명이 길어진다는 보고도 있다(Kumar et al. 2010).
한편 재배 시 근권환경의 하나인 배지도 원예작물의 품질에 영향을 미친다(Choi et al. 2001;Han et al. 2014). 절화 장 미의 재배방식은 배지의 종류에 따라 크게 토경재배와 양액재 배로 나눌 수 있으며, 양액재배에는 펄라이트, 암면, 코이어 등의 고형배지가 사용된다(RDA 2018). 양액재배에서는 고형 배지에 적정 농도와 pH의 양액을 공급하며, 최근 토경재배에 서도 점적호스를 이용하여 관수 및 액비(양액) 시비를 하고 있 다. 재배방식에 따라 온실 환경조건에 차이가 있으며(Min et al. 2020), 환경요인은 절화 특성 및 품질에 영향을 주므로(In et al. 2007, 2016) 이 특성(요인)들 간의 상관관계를 분석하 여 절화수명을 예측하는 모델 개발이 필요하며, 이는 장미 스 마트 팜의 기술개발에 중요한 기초 자료가 될 것이다.
최근, 수확 전 환경을 최적화하여 절화의 품질을 향상시키기 위해 스마트팜 시스템의 도입이 많아지고 있고, 이를 통해 생 육 유지관리 및 환경 모니터링이 이루어지고 있다(Choi et al. 2019;RDA 2018;Yeo et al. 2016). 또한, 화폭, 꽃잎수 등 절화의 생육 특성은 재배시기나 온실 환경조건에서 따라 달라 지며, 환경요인들이 적정 수준으로 제어되는 온실에서의 수확 량이 그렇지 못한 온실에 비해 더 많다고 보고되고 있다(Choi et al. 2019;In et al. 2016). 이와 같이 같은 형태의 온실이 더라도 작물 생육에 적합한 환경을 조성하면 품질과 수량 측면 에서 더 좋은 절화를 생산할 수 있다(Mohanty et al. 2011).
절화 장미 생산을 위한 스마트팜 기술을 개발하기 위해서는 절화 품질, 특히 절화수명과 관련된 재배 과정의 환경요인들 을 찾아내고, 절화수명과의 상관관계 분석을 통해 절화수명을 예측함은 물론 이를 바탕으로 최적의 재배환경을 조성하는 것 이 중요하다(In et al. 2016;Kim and Lieth 2012;Lee et al. 2020). 본 연구에서는 스마트 온실 중 스탠다드 장미 ‘Miss Holland’를 각각 토경과 양액재배 방식으로 재배하는 두 플라스틱 하우스를 선정하여 재배방식에 따른 절화수명과 연관된 재배 환경 및 생육 특성들을 수집하고 이 특성들 간의 상관관계를 비교 분석하여 재배방식별 절화수명 예측 모델을 도출하였다.
재료 및 방법
플라스틱 하우스 선정 및 환경 특성
1세대 스마트팜 시스템을 도입한 영남지역의 유리온실 및 플라스틱 하우스들 중 동일한 품종의 절화 장미를 재배하고 있는 플라스틱 하우스 2개소를 농가의 동의를 받아 선정하였 다(Fig. 1). 대구광역시 달성군 소재의 토경재배(soil culture, SC) 하우스(35°51'59.6"N 128°26'37.8"E)과 경상남도 김해 시 소재의 암면재배(rockwool hydroponics, RWH) 하우스 (35°14'27.0"N 128°58'35.0"E)는 모두 면적이 약 6,000m2 인 연동 플라스틱 하우스였고, 그 내부에서는 스탠다드 절화 장미 품종인 ‘Miss Holland’(Fig. 2)가 재배되고 있었다. 한 편 두 하우스의 재배방식은 달랐는데, SC 하우스에서는 토경 재배로 적용한 반면, RWH 하우스에서는 고형배지로 암면을 사용하는 고설 양액재배 시스템에서 재배하였다(Fig. 1).
두 하우스는 온도 제어 방식도 달랐는데, SC 하우스에서는 고온기 야간에 에어컨을 이용하여 냉방을 실시했는데, 일몰 후부터 일출 전까지 17°C로 설정하여 실내 기온이 23°C 이 상 상승하지 않도록 하였다. 10월말부터 4월 중순까지는 일 몰 후부터 일출 전까지 온풍난방기 작동 온도를 20°C로 설정 하여 기온이 17°C 아래로 떨어지지 않도록 관리하였다. 반면 RWH 하우스에서는 기화냉각(팬앤드포그) 방식으로 여름철 주간에 냉방을 실시하였는데, 5-9월 10:00~17:00에 상대습 도를 60%로 유지하는 방식으로 포그를 온실 내에 균일하게 발생시켰다. 10월~4월(5월초는 야간만)에 보온 커튼을 닫으 면서 바로 온풍난방 및 전기난방을 함께 실시했는데, 난방기 설정 온도는 20°C였다.
하우스 환경 데이터 수집 및 분석
절화 수확 기간에 맞춰 2019년 5월 1일부터 2020년 4월 30 일까지 5분 간격으로 하우스 내 환경 데이터를 수집했다(Table 1). 환경 특성 중 기온 및 상대습도(relative humidity, RH), 지온(근권 온도) 등 3가지 환경 요인을 측정하기 위해 농가 별 하우스 내 3개 지점, 즉 중심부와 가장자리, 그리고 그 중 간 지점에 각 1개씩 총 3개의 데이터 로거(WatchDog 1650 Micro Station, Spectrum Technology, Inc., Aurora, IL, USA)를 설치하였는데, 그 속에는 온도 및 습도를 측정할 수 있는 센서가 내장되었다. 근권온도를 측정하기 위해 데이터 로거와 케이블로 연결되는 지중 온도센서(Spectrum SMEC 300, Spectrum Technology, Inc.)를 설치하였다. 근권부의 EC와 pH는 매달 농가에서 직접 채취한 양액 및 토양을 대상 으로 EC/pH meter(Orion Star A320, Thermo Fisher Scientific Inc., Waltham, MA, USA)를 사용하여 양액은 채취한 시료 그대로, 토양은 1:5법(토양:증류수, v/v)으로 측 정하였다.
광합성유효광양자속밀도(photosynthetic photon flux density, PPFD)는 quantum sensor(3668I, Spectrum Technologies, Inc.)를 이용하여 측정하였으며, 하루 데이터를 적산하여 일적산 광량(daily light integral, DLI)로 환산하였다. 또한 기온과 RH 를 이용하여 수증기압포차(vapor pressure deficit, VPD)를 계산하였다.
이를 통해 수집된 데이터에서 매일 24시간의 데이터 중 최 고치와 최저치, 일중 총 데이터 평균치, 주간(일출~일몰) 및 야간(일몰~일출)의 각 평균치, 일교차(주간과 야간 평균치의 차이)를 Excel(Microsoft, Redmond, WA, USA)을 이용해 정리하였으며, 각 항목들의 월별 평균 값을 구하여 통계분석 에 활용하였다. 매일 각 지역 기상청의 일출 및 일몰 시각을 기준으로 주간 및 야간 시간을 구분하였다. 채화 시점을 기준 으로 이전 4주의 평균값을 해당 월의 환경 데이터로 하였다.
절화의 수확 시 품질 특성 조사
절화의 품질 특성 조사를 위해 2019년 5월부터 2020년 4 월까지 매월 마지막 주에 하우스별로 절화를 20본씩 수확하 여 영남대학교 원예생명과학과 화훼환경조절학 실험실로 가 져왔다. 실험실 도착 직후, 하우스별로 균일한 절화 10본씩을 선별하여 절화장, 경경, 생체중, 엽록소 함량, 잎과 꽃잎의 두 께, 화폭, 화고, 화색 등 절화의 품질 특성을 조사하였다.
절화장은 줄기의 절단 부위에서부터 꽃의 최상위 부위까지의 길이로 하였고, 경경은 최상위 전개엽 바로 아래의 절간 중간 부 위의 지름을 digital vernier calipers(CD-15APX, Mitutoyo Corp., Sakado, Japan)로 측정하였다. 엽록소 함량은 최 상위엽을 대상으로 휴대용 chlorophyll meter(SPAD-502, Minolta Camera Co. Ltd., Japan)로 측정하였다. 잎과 꽃 잎의 두께, 화고는 digital vernier calipers로 측정하였으며, 화색은 꽃잎을 대상으로 chroma meter(CR-300, Konica Minolta, Osaka, Japan)로 측정하였다.
절화의 수확후 품질 특성 조사
실험실로 가지고 온 직후 절화 중 각 하우스별로 균일한 절화 10본씩을 골라 바로 상위엽 4매씩을 남기고 절화의 길 이를 45cm로 맞추어 사선으로 절단하였다. 절단 후, 저울에 투명 플라스크를 올려두고 영점 조절 후, 절화의 생체중을 측 정하였다. 수돗물 350g이 담긴 실린더에 절화를 1본씩 침지 한 후 실린더 속의 물이 공기 중으로 자연 증발되는 것을 막 기 위하여 실린더 입구는 parafilm으로 감싸주었다. 절화수 명을 측정한 실험실은 온도 22~25℃, RH 50~60%로 유지 하였으며, warm-white LED(LED T5 Batten, Philips, the Netherlands)로 24시간 조사하였는데 광도는 절화의 꽃 높 이에서 50μmol·m-2·s-1 PPFD였다.
절화수명 종료 시점은 잿빛곰팡이병, 위조, 갈변, 꽃목굽음 이 나타날 때(Fig. 2)로 정하였다. 절화의 흡수량은 2일 간격 으로 절화수명 종료 시점까지의 감소한 물의 무게를 더한 후 절화수명으로 나누어 일평균 흡수량으로 나타내었다.
통계분석
통계분석용 프로그램인 SPSS를 사용하여 상관 분석(correlation analysis), 요인 분석(factor analysis) 및 주성분 분석(principal component analysis)을 실시하였다. 그 후, 요인별 관계를 확인하고 다중 공선성(multicollinearity) 검사를 실시한 후 환경요인들(기온, RH, VPD, 근권온도)과 생육 특성 요소들을 이용하여 절화수명 예측을 위한 다중 회귀 분석(multiple regression analysis)을 실시했다. 처리 평균 간 유의성 검정 은 Duncan’s multiple range test를 이용하여 5% 수준으로 했다.
결과 및 고찰
재배방식에 따른 하우스 환경 특성 비교
기온 및 근권온도. 최고 기온은 RWH 하우스에서 전반적으 로 높게 나타났다(Fig. 3A). 평균 근권온도는 SC 하우스가 연 중 변화가 적은 완만한 경향을 보였다(Fig. 4).
장미의 생육 적온은 문헌에 따라 약간의 편차는 있으나, 일 반적으로 기온은 주간 24~27℃, 야간 15~18℃, 일교차 약 10℃, 지온(근권온도)은 20~25℃로 보인다(Dole and Wilkins 2005;Min et al. 2020;RDA 2018;Sakai 1993). SC 하우 스의 평균 주온은 25.14℃로 3, 5, 6, 7, 9, 10, 11월 등 7개 월에 걸쳐 적온 범위 내에 있었고, RWH 하우스의 평균 주온 은 23.48℃로 5, 7, 9월 등 3개월만 적정 범위에 있었다(Fig. 3C). 한편 야온의 경우, SC 하우스의 연평균 야온은 19.19℃ 로 5~8월에 적정치를 유지하였으며, RWH 하우스의 연평균 야온은 SC 하우스와 유사한 19.36℃로 1, 3, 4, 6, 11, 12월 등 6개월에 걸쳐 적정 범위 내에 있었다(Fig. 3D).
SC 하우스의 근권 온도는 완만하게 변화하는 패턴을 보였 는데(Fig. 4), 이는 토경재배 시 토양의 완충능에 의해 연중 근권 온도 변화가 적기 때문이다. 반면, RWH 하우스는 배지 가 담긴 베드가 어느 정도 공기 중에 노출되어 있는 상태라 SC 하우스에 비하여 기온의 영향을 더 크게 받은 것으로 보인 다(Min et al. 2020).
상대습도(RH).
평균 RH는 SC 하우스에서 5~8월까지 상대 적으로 낮았으며, 나머지 달은 비슷한 경향을 보였는데(Fig. 5A), 이는 냉방방식의 차이로 보인다. 즉 SC 하우스에서는 야 간에 에어컨을 활용한 냉방을 하는 반면, RWH 하우스에서는 주간에 기화냉각법을 이용하므로 5~8월의 RH가 SC 하우스 에서 RWH보다 유의하게 낮았다(Min et al. 2020)고 생각된 다. 최고 RH는 SC 하우스에서 상대적으로 높게 나타났다 (Fig. 5B). 이는 토경재배 시 토양 표면에 멀칭을 하지 않아 증발량이 많았고, 여름철 주간에 기화냉방을 실시하였기 때문 (Min et al. 2020)이라 생각된다. 주야간의 RH 차이는 SC 하우스가 더 크게 나타났으며(Fig. 5D), 이는 연중 상대적으 로 SC 하우스의 최고 RH는 더 높고 최저 RH는 상대적으로 낮았기(Fig. 5B, C) 때문에 나타난 현상이었다.
수증기압차(VPD).
VPD는 기온과 RH의 영향을 받는데, 기 온이 높아질수록, RH가 낮아질수록 VPD는 증가한다(In et al. 2007). SC 하우스의 평균 온도는 RWH 하우스에 비해 상 대적으로 높았고 RH는 상대적으로 낮았기 때문에(Figs. 5B, 7A), 평균 VPD가 SC 하우스가 높게 나타났다(Fig. 6). 온실 작물의 생육에 적절한 VPD는 0.47~1.27kPa이며, 토마토의 개화 및 과실 성숙기의 적정 VPD는 0.596-1.425kPa로 알려 져 있다(Liu et al. 2006;Shamshiri et al. 2018). 토마토 등 다른 작물들의 적정 VPD 수준으로 볼 때, 이 연구에서 SC 의 VPD 수준은 RWH와 비교할 때 5, 6, 8, 11, 1, 4월에 상 대적으로 작물 생육에 적절한 수준이었고, 나머지 시기(7, 9, 10, 12, 2, 3월)에도 RWH와 유의차는 없었지만 상대적으로 높은 평균값을 가졌다(Fig. 6).
월별 절화 품질 특성
절화장과 경경, 꽃잎수는 SC 하우스에서 RWH와 비교하여 연중 변화가 상대적으로 적은 경향을 보였다(Fig. 7A, B, E). 그렇지만 월별로 비교하면 SC 하우스의 경경, 생체중, 꽃잎수 등이 연중 변화가 컸는데 이는 환경제어가 정밀하지 못해 기 온, 습도, VPD, 근권온도 등의 연변화 또는 일교차가 컸기 때 문이라 생각된다. RWH 하우스의 경우 SC 하우스보다 절화 품질 특성이 전반적으로 좋지 못했는데(Fig. 7), 이는 암면 배 지가 공기 환경의 영향을 받을 수 있는 고설식 재배 시스템 (Min et al. 2020)이었기 때문이라 생각된다.
생체중은 1월과 8월을 제외한 나머지 달은 SC 하우스가 다 소 높게 나타났다(Fig. 7C). 그 이유는 SC 하우스의 경우 여 름에 온도를 낮추기 위해 야간에 에어컨을 이용하여 생육 적 온인 주간 24~27℃, 야간 15~18℃ 유사한 온도를 유지하기 때문(Dole and Wilkins 2005;Min et al. 2020;RDA 2018)으로 보인다.
화고는 10월, 12월을 제외한 나머지 달은 SC 하우스가 다 소 높게 나타났다(Fig. 7D). 화고는 꽃의 크기의 한 요소로 여 름철 기온을 낮게 유지시켰던 SC 하우스에서 화고가 다소 높 게 나타난 것은 야간에 호흡에 의한 광합성 산물의 소모 감소 로 꽃으로 분배되는 양분이 많았기 때문(Dole and Wilkins 2005;RDA 2018)이라 생각된다. 엽록소 함량(SPAD값)은 5~7월에 SC 하우스의 값이 높으나 8월부터 유의차가 없었다 (Fig. 7F). 엽록소 함량 또한 온도, 광도 등 환경의 영향을 받 음으로(Fanourakis et al. 2019) 고온 강광기에 차이가 생겼 을 것으로 추론된다.
절화수명 및 흡수량
절화수명은 상대적으로 SC 하우스가 길게 나타났고 흡수량 도 그에 비례하여 증가하였다(Fig. 8). Elibox and Umaharan (2010)도 절화수명과 흡수량의 경우 강한 정비례의 상관관계 를 갖는다고 하였다. SC 하우스의 경우 고온기에 에어컨을 이 용한 냉방을 통해 야간 기온을 생육 적정 범위로 유지시켰는 데, 이로 인해 5~8월의 절화수명은 SC 하우스가 RWH 하우 스보다 길었다(Fig. 8). 12~3월의 저온기에도 SC 온실에서는 주간 및 야간 기온과 근권온도가 적절히 유지되면서(Fig. 3, 4) 절화수명이 상대적으로 길게 나타난 것(Fig. 8)으로 보인다. 반 면 10, 11, 4월 등 봄과 가을에는 RWH 하우스에서 절화수명 이 길었는데, 이 시기에는 RWH 하우스의 온도 환경이 SC와 유사해지고 양액재배에 의해 적절한 양수분 공급이 이루어졌 기 때문이라 생각된다.
두 하우스 모두 여름의 절화수명이 가장 짧았으며, 특히 7 월은 SC 하우스 8일, RWH 하우스 5일로 나타났으며 평균 절 화수명은 11일, 8일로 나타났다(Fig. 8). 절화수명이 짧은 만 큼 흡수량 또한 적게 나타났다. 광량이 가장 적은 1월에도 두 하우스 모두 ‘Miss Holland’ 절화수명과 흡수량이 감소하는 경향을 보였다. Pompodakis et al.(2005)에 따르면 여름철 에 비해 겨울철의 장미 ‘First Red’와 ‘Akito’의 절화수명이 길게 나타났는데, 이 연구에서 7월이 가장 짧기는 하였으나 봄 과 가을에 비해 겨울철의 절화수명도 짧게 나타났다(Fig. 8).
이런 차이는 연구에 사용된 품종과 시설 환경 차이에 기인 한 것으로 생각된다. 온도가 높아지는 여름에는 SC 하우스는 야간에 에어컨으로, RWH 하우스는 주간에 미스트 분사법으 로 냉방을 실시하였다. 또한, 겨울에는 SC 하우스는 온풍기 로, RWH 하우스는 전기 히터로 난방을 실시했다. 이렇게 농 가의 온도 관리법에 따라 절화수명에 영향을 끼칠 것으로 생 각된다. 봄과 가을의 경우 실험 4일에서 6일차에는 흡수량이 RWH 하우스가 더 높게 나타났다(Fig. 8). 생체중은 계절별로 절화수명 실험 4일차까지는 증가하나 6일차 이후 감소하는 결과(Cho et al. 2001)와 비슷한 경향을 나타났다.
절화별 생체중은 SC 하우스가 RWH 하우스보다 컸으며 여 름과 가을은 두 농가가 상대적으로 다른 계절에 비해 작게 나 타났다(Fig. 7C). 여름은 고온과 낮은 VPD가 생체중을 감소 시킨 것(Dole and Wilkins 2005;RDA 2018)으로 보인다.
RH가 낮은 환경에서 자란 장미가 상대적으로 절화수명이 길 게 나타났다는 보고들(Fanourakis et al. 2012;Mortensen and Gislerød 1999;Sato et al. 2006)이 있는데, 이 연구 에서도 평균 RH가 높았던 5~8월의 RWH 하우스는 SC 하우 스에 비해 절화수명이 짧았다(Fig. 8). 반면 최고 RH의 경우 SC 하우스에서 전반적으로 높았지만 절화수명은 RWH보다 길었는데, 이는 최소 RH 및 RH의 일교차, VPD 등 다른 RH 요인들이 관여했기 때문으로 보인다.
절화수명과 생육 및 환경 요소의 주성분 분석
절화수명에 영향을 미치는 변수들 중 영향이 큰 특성들을 찾기 위해 주성분 분석을 실시한 결과, SC와 RWH 하우스에 서 각각 8차와 7차 성분까지 나왔다(Table 2). 상위 차수의 요인들의 영향력이 적어서 SC 및 RWH 하우스에서 각각 8차 및 7차 성분에 가서야 73.8%(R=0.738) 및 72.4%(R=0.724) 가 되었다. 이것은 In et al.(2007)의 보고에서는 2차 성분으 로 완성된 것(1차 51.5%, 2차 27.7%, 합계 79.2%)에 비해 매우 많은 성분이 관여하는 것으로 나타났다. 이는 In et al.(2007)의 연구가 연구자가 환경을 제어하며 연중 균일한 환 경조건이 유지되는 유리온실에서 ‘Asami Red’(이명은 ‘Rote Rose’) 장미의 암면재배로 실시된 반면, 본 연구는 연중 환경 요인의 변화가 큰 농가의 플라스틱 하우스에서 토경과 암면재 배로 진행되었기 때문이라 생각된다.
SC 하우스의 1요인에는 절화수명이 환경요소인 최고 근권 온도, 평균 기온, 최고 기온, 일교차, 생육요소인 꽃잎 수의 양 의 영향을 받고, 생육요인인 절화장 및 화폭에 음의 영향을 받 았다(Fig. 9, Table 2). 반면, RWH 하우스의 1요인에 절화수 명이 생육 요소인 생체중, 화고, 화폭, 절화장에 양의 영향이 고, 꽃잎수에 음의 영향이다.
2요인 이후, SC 하우스의 경우 양의 영향은 EC, 잎 두께, RH 일교차, DLI, 야간 VPD, a, SPAD, 경경 및 생체중, 절화 수명, 최고 RH, 최저 근권온도, 절화장이었고, 음의 영향은 pH, 꽃잎 두께, L, b이었다(Fig. 9). RWH 하우스의 경우 양 의 영향은 SPAD, 잎 두께, 꽃잎 두께 및 경경, DLI, 기온 일 교차, 주간, 습도 일교차, VPD최고 및 근권온도(최고, 최저) 였고, 음의 영향인 L, a, b, VPD 야간이었다. SC 하우스에서 RWH 하우스보다 환경 및 생육요인들이 더 많이 도출되었다.
SC 하우스의 경우 7요인으로 나눌 수 있었고 절화수명 (0.871)은 그중 6요인에 있었으며, RWH 하우스의 경우 6요 인으로 나눌 수 있었고 절화수명(0.002)은 그중 1요인에 있다 (Fig. 9). 즉 절화수명 예측에 있어서 RWH 하우스가 CS 하우 스보다 더 환경요인들의 영향을 크게 받는다고 할 수 있다. 또 한 같은 품종이라도 재배 방법 차이에 따라 절화수명에 미치 는 환경요인들의 영향력에 차이가 생긴다고 할 수 있다.
절화수명 예측
수확 전 환경 요인(매개변수)들과 수확 시 형태학적 및 생 장 특성들로부터 절화수명을 예측하기 위해 다중 회귀 분석을 실시하였다. 환경 요인 중 VPD는 포화수증기압(saturation vapor pressure, SVP)과 대기의 수증기압 간의 차이를 나타 내는 것으로 식물 잎에서의 증산 속도를 예측하는 데 이용되 며, VPD는 SVP에서 RH 값에 따른 수증기압을 빼면 된다. SVP=610.7×107.5T/(237.3+T)(단, T는 기온)이므로 VPD=SVP× (1-RH/100)로 계산한다. 그렇기 때문에 RH와 기온(T), VPD 는 서로 연관되어 있는 값들이라 다중 공선성 문제를 확인할 수 있다. 이에 따라 기온, RH, VPD의 6개 값들(최고, 최저, 평균, 일교차, 주간, 야간)을 가지고 다중 공선성 검정을 통해 문제 있는 요인들을 배제한 후 하우스별 요인을 찾았다. 환경 요인인 SC 하우스에서는 기온(최고, 평균, 일교차), RH(최고, 일교차), VPD(야간)를, RWH 하우스에서는 기온(일교차, 주 간), RH(일교차), VPD(최고, 야간)를 다중 회귀 분석에 활용 하였다(Table 3). 상관관계 분석을 통해 SC, RWH 하우스의 RH와 VPD의 유사점을 발견하였지만, 많은 다른 요인들과의 절화수명 유의관계가 다르게 나와 하우스별 변수들 사이의 관 계를 추정하는 회귀 분석을 실시하였다.
먼저, SC 하우스에서 수확된 장미 절화의 생체중, 절화장, 꽃잎수, 화폭, 화고, 화색(Hunter’s value; L, a, b), SPAD, 잎 두께, 꽃잎 두께, 경경, DLI, 기온(최고, 평균, 일교차), RH (최고, 일교차), VPD(야간), 토양온도(최고, 최저), EC, pH로 회귀 분석을 실시하였다. 그리고 회귀 분석을 통한 모형 요약 으로 요인을 알아낸 후 실측된 절화수명과 예측수명을 구하였 다. 그 결과, 최고 RH(RH-max), RH 일교차(RH-DIF), DLI, pH, Hunter b, EC, 절화장(cut flower length, CFL), 잎 두 께(leaf thickness, LT)와 같이 지상부 환경 특성 3가지, 지 하부 환경 특성 2가지, 그리고 절화의 생육 및 품질 특성 3가 지 등 8가지 특성들이 나왔으며 예측 절화수명과 실측 수명을 비교하였다(Tables 1, 2, Fig. 10). SC 하우스에 대한 절화수 명(Y) 예측 모델식은 아래와 같다.
(X1 – X8: RH-max, RH-DIF, DLI, pH, b, EC, CFL, LT; R2=0.544)
여기에서 8개 요소들의 설명력(R)은 최고 RH 0.413에서 각 요소들을 추가해 가면서 RH 일교차 0.522, DLI 0.597, pH 0.645, Hunter’s b 값 0.688, EC 0.705, 절화장 0.722, 잎두께 0.738로 증가하여 모델식의 R=0.738(R2 = 0.544)였 다(Table 2).
RWH 하우스에서 수확된 절화에 대해서도 같은 환경 및 절 화 생육특성으로 회귀 분석을 실시하였고, 이를 통한 모형 요 약으로 요인을 알아낸 후 예측 수명을 구하였다. 그 결과, 경 경(stem diameter, SD), 야간 VPD(VPD-Nt), 최고 근권온 도(RZ-max), 최저 근권온도(RZ-min), 기온 일교차(T-DIF), RH 일교차(RH-DIF), 최고 VPD(VPD-max)와 같이 절화의 생육 및 품질 특성 1가지, 지상부 환경 특성 4가지, 그리고 지 하부 환경 특성 2가지 등 8가지 특성들이 나왔으며 예측 절화 수명과 실측 수명을 비교하였다(Tables 1, 2, Fig. 10). RWH 하우스의 절화수명(Y) 예측 모델식은 아래와 같다.
(X1 – X7: SD, VPD-Nt, RZ-max, RZ-min, T-DIF, RH-DIF, VPD-max; R2 = 0.5243)
여기에서 7개 요소들의 설명력(R)은 경경 0.415에서 각 요소들을 추가해 가면서, 야간 VPD 0.558, 최고 근권온도 0.584, 최저 근권온도 0.638, 기온 일교차 0.665, RH 일교 차 0.686, 최고 VPD 0.742로 증가하여 모델식의 R=0.724 (R2=0.524)였다(Table 2).
처음 상관관계 분석을 통해 모든 측정 요소들로 비교하려고 하였으나, 정밀하지 못하다고 판단된 요인들을 제거한 후 모 델식을 성립하였더니 요인들이 다소 다르게 나타났다. 그렇지 만, 상관관계 분석에서 도출한 요인들로 만든 모델식을 통해 절화수명을 어느 정도 예상을 할 수 있다고 판단된다.
두 재배방식의 절화수명 예측 모델식을 비교했을 때 SC 방 식의 경우 RH, EC 및 pH 등의 환경 요인이 RWH 방식에 비 해 더 중요하다(Sim et al. 2020)고 해석할 수 있다. 따라서 토양의 화학성 및 공중습도 관리에 의해 절화수명을 증가시킬 수 있을 것으로 보인다. RWH의 경우, 근권온도가 SC에 비해 더 중요한 것으로 나타났기 때문에 고설 배지나 양액의 온도 관리로 절화수명을 증가시킬 수 있을 것으로 보인다. 즉 절화 장미의 재배방식에 따라 작물에 민감한 또는 제어 가능한 환 경요인들이 다르기 때문에 재배방식에 따라 적절한 환경조절 기술이 투입되어야 할 것이다.
스탠다드 장미 ‘Miss Holland’를 대상으로 한 이 연구에서는 SC 하우스에서 R2=0.544, RWH 하우스에서 R2=0.524로 예측 정확도가 낮지는 않았지만 Patricia and Isabel(2019)가 장미 ‘Red Naomi’의 절화수명(R2=0.90)을 예측한 것에 비해서는 상대적으로 낮았다. Patricia and Isabel(2019)의 연구에서는 3개월의 짧은 실험기간 동안 연구자가 제어하는 온실에서 33개 의 샘플을 대상으로 한 연구였기 때문에 예측 정확도가 높았던 반면, 본 연구에서는 12개월 동안 농가의 플라스틱 하우스에서 120개의 샘플을 대상으로 연구를 수행하여 환경 제어, 재배관 리, 샘플링 등에서 정밀한 작업이 어려웠기 때문에 예측이 상대 적으로 정확하지 못하였다고 생각된다. 앞으로 관련 데이터가 더 많이 축적되거나 연구자가 제어할 수 있는 상태에서 데이터 가 수집된다면 좀더 정밀한 예측이 가능해질 것이다.
