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문제 정의
- 따라서 본 연구는 고랭지 여름배추 주산지의 기온자료를 바탕으로 온도, 광, 이산화탄소 등 환경 조절이 가능한 시설을 이용하여 미래 기후변화 시 예상되는 온도를 처리함으로써 온도가 ‘춘광’ 배추의 생육 및 생리적 반응에 미치는 영향을 구명하는 한편, 기후변화 시 생산량 및 품질 변화를 예측하기 위한 기초자료를 확보하기 위해 수행하였다.
- 적 요본 연구는 미래 기후변화 시나리오에 근거한 5가지 온도처리가 ‘춘광’ 배추의 생육, 품질 및 생리반응에 미치는 영향을 구명하기 위해 수행하였다.
제안 방법
- 경시적 광합성률은 전엽 25일의 성엽을 대상으로 광합성 측정기(LI-6400, Li-Cor, Lincoln, USA)를 사용하여 정식 후 20일부터 70일까지 10일 간격으로 측정하였다. 광합성률 조사를 위해 800 µmol·m−2·s−1의 광량으로 측정하였으며, leaf chamber의 이산화탄소 농도는 CO2 injector system을 이용하여 400ppm으로 유지하였다.
- 광합성률 조사를 위해 800 µmol·m−2·s−1의 광량으로 측정하였으며, leaf chamber의 이산화탄소 농도는 CO2 injector system을 이용하여 400ppm으로 유지하였다.
- 광환경은 오전 5시부터 오후 7시까지 800 µmol·m−2·s−1(day/night, 14h/10h)로 설정하였으며, 이산화탄소 농도는 400ppm, 상대습도는 60%로 실험기간 동안 일정하게 유지되도록 하였다.
- 배추 내부의 무름 증상은 발생은 정식 후 70일에 배추를 종단면으로 절개하여 확인하였다. 무름 증상 피해정도는 발생한 정도에 따라 0(피해없음)~5(매우 심함)로 수치화하였으며 각 처리구 별로 15반복으로 조사하였다.
- 고랭지 여름배추의 생육기 온도를 구현하기 위해 주산지인 강원도 태백지역의 25년간(1983~2007) 기상자료 중 생육기에 해당하는 6월 1일부터 8월 10일까지 70일간의 기온자료를 이용하였다. 생육기간 중 기온차이를 구현하기 위해 70일간의 생육기간을 10일씩 7단계로 구분하였으며, 각 단계마다 하루 중 최고, 최저, 평균기온을 산출하였다. 수준별 온도처리를 위해 기후변화 시나리오에 근거하여 재배기간의 평년온도를 기준으로 -2.
- 생육조사는 정식일부터 70일 동안 10일 간격으로 처리구별 5주씩 뽑아서 생체중, 엽수 및 엽면적을 조사하였다. 생체중은 뿌리를 제외한 지상부 무게를 측정하였다.
- 생육기간 중 기온차이를 구현하기 위해 70일간의 생육기간을 10일씩 7단계로 구분하였으며, 각 단계마다 하루 중 최고, 최저, 평균기온을 산출하였다. 수준별 온도처리를 위해 기후변화 시나리오에 근거하여 재배기간의 평년온도를 기준으로 -2.0oC(I), 0oC(II), +2.0oC(III), +4.0oC(IV),+6.0oC(V) 등 총 5 수준으로 설정하였으며(Table 1), 설정된 온도는 태백지역의 하루 중 기온변화 자료를 이용해 1시간 간격으로 구현되도록 하였다(Fig. 1). 광환경은 오전 5시부터 오후 7시까지 800 µmol·m−2·s−1(day/night, 14h/10h)로 설정하였으며, 이산화탄소 농도는 400ppm, 상대습도는 60%로 실험기간 동안 일정하게 유지되도록 하였다.
- 엽록소형광반응은 정식 50일후에 전엽 후 25일이 된 성엽을 대상으로 25분간 암적응시킨 후 엽록소형광반응측정기(Handy PEA, Hansatech, King's Lynn, UK)를 이용하여 측정하였다.
- 생체중은 뿌리를 제외한 지상부 무게를 측정하였다. 엽수는 엽폭 0.5cm 이상의 잎을 대상으로 조사하였으며, 엽면적은 이들 잎을 엽면적계(LI-3100, Li-Cor, USA)로 측정하였다. 중륵 부위의 폭과 두께는 정식 후 70일에 일시 수확한 개체의 10~14번째엽을 대상으로 처리구 당 14반복으로 측정하였으며, 경도는 엽 부위 중 중심맥인 중륵 부위를 물성분석기(EZ Test/CE-500N, Shimadzu, Kyoto, Japan)를 이용하여 직경 5mm probe로 측정한 후 N (newton)으로 표시하였다.
- 5cm 이상의 잎을 대상으로 조사하였으며, 엽면적은 이들 잎을 엽면적계(LI-3100, Li-Cor, USA)로 측정하였다. 중륵 부위의 폭과 두께는 정식 후 70일에 일시 수확한 개체의 10~14번째엽을 대상으로 처리구 당 14반복으로 측정하였으며, 경도는 엽 부위 중 중심맥인 중륵 부위를 물성분석기(EZ Test/CE-500N, Shimadzu, Kyoto, Japan)를 이용하여 직경 5mm probe로 측정한 후 N (newton)으로 표시하였다. 배추 내부의 무름 증상은 발생은 정식 후 70일에 배추를 종단면으로 절개하여 확인하였다.
대상 데이터
- 고랭지 여름배추의 생육기 온도를 구현하기 위해 주산지인 강원도 태백지역의 25년간(1983~2007) 기상자료 중 생육기에 해당하는 6월 1일부터 8월 10일까지 70일간의 기온자료를 이용하였다. 생육기간 중 기온차이를 구현하기 위해 70일간의 생육기간을 10일씩 7단계로 구분하였으며, 각 단계마다 하루 중 최고, 최저, 평균기온을 산출하였다.
- 공시작물은 고랭지 여름 배추의 주품종인 ‘춘광’ 배추(Brassica campestis L.)로, 파종 후 30일이 경과한 전엽 3-4매의 건전한 유묘를 선별하여 이용하였다.
- 본 실험은 국립원예특작과학원 온난화대응농업연구소 내 환경제어챔버(GR96, EGC, Chagrin Falls, USA)를 이용하여 수행하였다. 공시작물은 고랭지 여름 배추의 주품종인 ‘춘광’ 배추(Brassica campestis L.
데이터처리
- 조사된 자료의 통계분석은 SAS (Statistical Analysis System Institute Inc., Cary, NC, USA)를 이용하였으며, Duncan의 다중검정(P<0.05)으로 평균치간의 차이에 대한 유의성을 검정하였다.
성능/효과
- 3A와 같다. 결구 이전인 정식 후 20~30일까지는 고랭지 여름배추 주산지의 평년온도와 이보다 -2.0oC 낮은 I, II처리구의 광합성률이 평년온도보다 높은 III, IV, V처리구보다 낮은 수치를 보였다. 하지만 결구기를 지나면서 I, II처리구는 결구전보다 약 50% 광합성률 증가를 보인 반면, 고온처리구일수록 광합성률이 크게 감소하는 경향을 보였다.
- 2와 같다. 고랭지 여름 배추 주산지의 평년온도에서 재배한 II처리구의 생육초기 생체중은 고온처리구에 비해 낮았으나(Fig. 2A), 정식 후 60일까지 지속적으로 증가하다 정식 후 70일에는 다소 감소하였다. 평년온도보다 높은 온도조건인 III, IV, V처리구에서는 초기 생육이 빨라 정식 후 40~50일까지 처리구 중 II처리구에 비해 높은 생체중을 보였으나, 이후 감소하여 정식 후 70일에는 II처리 구보다 생체중이 감소하였다.
- 1%)순으로 감소하였다. 광합성률을 측정한 결과, 정식 후 30일전에는 III, IV,V처리구의 광합성률이 높은 수치를 보였으나, 생육후반에는 크게 감소한 반면, I, II처리구는 크게 증산량과 기공전도도 역시 비슷한 경향을 보였다. 정식 후 50일의 엽록소 형광반응을 비교한 결과, Fv/Fm은 I처리구가 8.
- 4mm로 가장 얇아 고온일수록 중륵 두께가 감소하는 것을 관찰할 수 있었다. 반면에 중륵의 경도는 고온에서 높은 수치를 보여 고온일수록 감소한 중륵의 폭과 두께와 상반된 결과를 보였다. 무름 증상은 배추 등 채소작물의 생산에 있어 가장 큰 제한 요인 작용하는 생리장해 중 하나로 심각한 피해를 유발한다(Chung et al.
- 배추 잎의 특성 및 무름 증상에 미치는 영향을 조사한 결과(Table 2), 배추 잎 중 백색의 중간맥인 중륵의 폭은 I, II, III처리구에서 재배되었을 때 4.7cm 이상으로 컸으나, IV, V처리구에서는 각각 4.0, 3.1cm로 현저히 감소하였다. 중륵 두께 역시 I처리구 에서 5.
- 0oC 낮은 I처리구는 생육기 동안 II처리구와 비슷하거나 낮은 생체중을 보였으나 수확기 직전 크게 증가하여 정식 후 70일에는 모든처리구 중 가장 높은 수치를 보였다. 배추의 생육단계별 엽수와 엽면적의 변화도 생체중과 유사한 결과를 보였는데(Fig. 2B and 2C), 특히 고온처리구인 IV와 Ⅴ처리구에서 엽수 및 엽면적의 증가율은 배추의 결구 형성이 본격적으로 시작되는 정식 30일 이후부터 감소하는 것으로 나타났다. 배추는 서늘한 기후를 좋아하는 호냉성 채소작물이지만, 결구기 이전에는 22oC 정도의 온도범위에서, 결구기부터 수확기까지는 18oC 내외에서 생육이 왕성하고 결구가 정상적으로 이루어진다고 하였다(Hwang et al.
- 엽채류인 배추는 엽수와 엽면적 등에 의해 생체중이 결정되기 때문에 엽수와 엽면적이 제한을 받거나 잎이 소실되면 생체중이 크게 감소한다. 본 실험에서는 결구기 이후의 고온에 의해 엽수와 엽면적의 생장이 억제되었으며,특히 IV와 V처리구의 경우 무름 증상 발생으로 인해 배추 내부 잎이 부패하여 소실되었기 때문에 생체중이 크게 감소한 것으로 생각되었다.
- 5oC 이상일 때 생산량이 현저히 감소한다고 보고하였다. 본 실험에서도 III, IV, V처리구는 정식 후 40일 이후의 일평균기온이 배추의 고온한계온도 조건인 21.5oC보다 높았기 때문에 잎의 발생과 발달이 원활하지 못해 생체중이 감소한 것으로 판단되었다.
- ,1988). 본 실험에서도 무름 증상은 V처리구가 85.7%로 처리구 중 가장 높은 수치를 보였으며, IV (64.3%), III (28.6%), II (14.3%), I (7.1%)처리구 순으로 감소하여 생육기 온도가 높을수록 무름 증상 발생이 증가하였으며, 특히 평년온도보다 4.0oC 이상인 IV처리구부터 무름 증상의 발생률이 크게 증가하였다. 엽채류인 배추는 엽수와 엽면적 등에 의해 생체중이 결정되기 때문에 엽수와 엽면적이 제한을 받거나 잎이 소실되면 생체중이 크게 감소한다.
- 0oC(V) 등 5 수준으로 설정하였다. 생체중, 엽수 및 엽면적의 경시적 변화를 조사한 결과, 결구 이전에는 고온 처리구인 IV, V처리구가 높은 수치를 보였으나, 결구기 이후 현저히 감소하여 정식 후 70일에는 고온처리 구일수록 감소하는 경향을 보였다. 배추 내부의 무름 증상은 V처리구가 85.
- 이상의 결과를 종합했을 때 지구온난화에 의해 고랭지의 온도가 현재보다 상승한다면 고온에 의한 배추의 생육 저하 뿐 아니라, 무름병에 의해 배추 생체중이 크게 감소할 것이라 예측되며, 수분스트레스에 보다 쉽게 노출되기 때문에 재배관리 상 수분요구량이 증가할 것이라 판단되었다. 적 요본 연구는 미래 기후변화 시나리오에 근거한 5가지 온도처리가 ‘춘광’ 배추의 생육, 품질 및 생리반응에 미치는 영향을 구명하기 위해 수행하였다.
- 본 실험에서도 이와 유사한 결과를 보였는데 이는 배추의 광합성률에 대한 호적온도가 생육단계에 따라 달라지기 때문이라고 생각되었다. 정식 후 20일째의 증산량과 기공전도도 역시 IV와 V처리구가 높았으나(Fig. 3B and 3C), 정식 후 40일을 기점으로 급격히 감소하여 광합성률과 유사한 결과를 보였다. 증산은엽온 상승 시 고온의 엽 내 수분을 기공을 통해 대기로 방출시켜 식물체 온도를 유지시키는 생리현상으로 기공의 개폐는 잎 내부와 대기의 증기압차가 의해 좌우된다(Carmo-Silva and Salvucci, 2012; Kirschbaum, 2000, 2004).
- 광합성률을 측정한 결과, 정식 후 30일전에는 III, IV,V처리구의 광합성률이 높은 수치를 보였으나, 생육후반에는 크게 감소한 반면, I, II처리구는 크게 증산량과 기공전도도 역시 비슷한 경향을 보였다. 정식 후 50일의 엽록소 형광반응을 비교한 결과, Fv/Fm은 I처리구가 8.04로 처리구 중 가장 높았으며 IV처리구가 7.15로 가장 낮았다.
- , 2012; Lichtenthalerand Burkart, 1999) 식물체의 스트레스 정도를 확인할 수 있다. 정식 후 50일째 처리구 별 Fv/Fm을 측정한 결과(Fig. 4), I, II, III처리구는 0.78이상으로 비교적 건전하였으나, IV, V처리구는 각각 0.74와 0.71로 유의하게 감소하였다. 이러한 결과는 앞서 언급한 고온처리구의 생육 후반 증산량 및 기공전도도 감소가 수분스트레스에서 기인한 것으로 유추할 수 있었다.
- 1cm로 현저히 감소하였다. 중륵 두께 역시 I처리구 에서 5.4mm로 처리구 중 가장 두꺼운 반면, V처리 구는 3.4mm로 가장 얇아 고온일수록 중륵 두께가 감소하는 것을 관찰할 수 있었다. 반면에 중륵의 경도는 고온에서 높은 수치를 보여 고온일수록 감소한 중륵의 폭과 두께와 상반된 결과를 보였다.
- 2A), 정식 후 60일까지 지속적으로 증가하다 정식 후 70일에는 다소 감소하였다. 평년온도보다 높은 온도조건인 III, IV, V처리구에서는 초기 생육이 빨라 정식 후 40~50일까지 처리구 중 II처리구에 비해 높은 생체중을 보였으나, 이후 감소하여 정식 후 70일에는 II처리 구보다 생체중이 감소하였다. 한편, 고랭지 여름배추 주산지의 평년온도보다 2.
- 0oC 낮은 I, II처리구의 광합성률이 평년온도보다 높은 III, IV, V처리구보다 낮은 수치를 보였다. 하지만 결구기를 지나면서 I, II처리구는 결구전보다 약 50% 광합성률 증가를 보인 반면, 고온처리구일수록 광합성률이 크게 감소하는 경향을 보였다. Ohet al.
- 평년온도보다 높은 온도조건인 III, IV, V처리구에서는 초기 생육이 빨라 정식 후 40~50일까지 처리구 중 II처리구에 비해 높은 생체중을 보였으나, 이후 감소하여 정식 후 70일에는 II처리 구보다 생체중이 감소하였다. 한편, 고랭지 여름배추 주산지의 평년온도보다 2.0oC 낮은 I처리구는 생육기 동안 II처리구와 비슷하거나 낮은 생체중을 보였으나 수확기 직전 크게 증가하여 정식 후 70일에는 모든처리구 중 가장 높은 수치를 보였다. 배추의 생육단계별 엽수와 엽면적의 변화도 생체중과 유사한 결과를 보였는데(Fig.
후속연구
- 따라서 기온상승에 따른 배추의 생산량 및 품질 저하 문제에 적극적으로 대응하기 위하여 기후변화 시나리오에 근거한 온도조건을 구현·처리함으로써 생산량 및 품질의 변화 양상을 사전에 파악하는 생산영향평가 연구가 필요하다.
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