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문제 정의
- 따라서 본 연구는 자연광 상태에서 온도 등의 환경조절이 가능한 SPAR(Soil plant atmosphere research system)챔버에서 난지형 마늘인 ‘남도’에 여러 수준의 온도처리를 처리함으로써 온도가 생육 및 생리적 반응에 미치는 영향을 조사하였으며, 이를 이용하여 온도에 따른 난지형 마늘 구생체중 예측모델을 개발하고 이후 활용가능성을 검증하였다.
- 본 연구는 국립원예특작과학원 온난화대응농업연구소의 온도, 이산화탄소 농도, 습도 등 환경요인의 제어가 가능한 SPAR챔버를 이용해 온도을 다르게 처리함으로써 온도가 마늘의 생육양상 및 생장량에 미치는 영향과 온도 별 생육량을 구명하기 위해 수행하였다. 시험품종으로는 난지형 마늘인 ‘남도’를 이용하였다.
- 본 연구는 난지형 마늘 ‘남도’의 적정 생육 온도 구명과 일 평균온도를 이용한 구중 예측을 위하여 수행되었다.
가설 설정
- 이를 누적온도의 개념으로 보자면 각 실험구는 매일 동일한 온도로 누적되며, 최종조사시점의 구생체중은 재배기간동안 누적된 온도에 의하여 생장한 총량으로 볼 수 있다. 최종조사시점의 구생체중을 재배기간인 215일로 나누고, 이를 수확시기 기준온도에 따른 일일 구생장량으로 가정하였으며 그 값에 맞는 함수를 도출하였다(Fig. 6).
제안 방법
- GDD를 이용하여 구생체중을 예측하기 위하여 GDD와 수확기 구 생체중의 상관관계를 조사하였다(Fig. 5). GDD 기본온도는 위 함수의 저온 한계온도인 7oC를 적용하였다.
- SPAR챔버 생육데이터을 이용하여 개발된 생산예측모델을 검정하기 위하여 온도구배터널에서 마늘을 재배하였다. 온도구배터널은 긴 터널 모양의 하우스로 정면은 개방되어 있으나 후방은 폐쇄된 형태의 시설이다.
- SPAR챔버 실험에서는 엽수, 총엽면적, 인편개수, 구생체중, 구건물중 등을 조사하였다. 엽수와 총엽면적 조사는 파종후 49일부터 215일까지 3주간격으로 시행되었으며, 인편개수와 구생체중, 구건물중은 최종수확조사때 조사되었다.
- SPAR챔버 실험은 마늘의 전 생육기간 동안 설정된 온도를 유지되도록 하였다. 이를 누적온도의 개념으로 보자면 각 실험구는 매일 동일한 온도로 누적되며, 최종조사시점의 구생체중은 재배기간동안 누적된 온도에 의하여 생장한 총량으로 볼 수 있다.
- 시험품종으로는 난지형 마늘인 ‘남도’를 이용하였다. SPAR챔버 온도처리는 6처리로 주야간(16/8h) 재배온도를 각각 11/7oC, 14/10oC, 17/12oC, 20/15oC, 23/18oC, 28/23oC 으로 일정하게 유지되도록 하였다. 2014년 10월 10일에 재식거리 30×15cm 간격으로 직파하여 2015년 5월 12일에 수확하였다.
- I번 함수는 온도 별 구생체중의 변화를 두 개의 선형함수로 분석하였다. 가장 구생체중이 높았던 20/15oC을기준으로 선형함수를 만들었다. 그래프의 범위는 값이 양수를 가지는 범위로 6.
- 엽수와 총엽면적 조사는 파종후 49일부터 215일까지 3주간격으로 시행되었으며, 인편개수와 구생체중, 구건물중은 최종수확조사때 조사되었다. 검증을 위한 온도구배터널의 실험은 최종 수확시기에 구생체중을 조사하였다.
- 구생육에 대한 적정 생육온도를 구명하기 위하여 SPAR챔버에 각 온도 조건을 설정하였다. 조사된 자료중 수확시점의 구생체중을 이용하여 함수를 개발하였으며 온도에 따른 구생체중 함수식은 Fig.
- 마늘의 적정 생육온도 모델은 각 처리구별 구생체중을 이용하여 개발하였다. 구중이 크게 예측되는 지점을 생육적정온도로, 구중이 0으로 예측되는 지점을 생육한계 온도로 추정하였다. 온도별 구생장량 모델은 구생체중을 총 재배기간으로 나눈 값을 이용하여 개발하였다.
- 마늘의 적정 생육온도 모델은 각 처리구별 구생체중을 이용하여 개발하였다. 구중이 크게 예측되는 지점을 생육적정온도로, 구중이 0으로 예측되는 지점을 생육한계 온도로 추정하였다.
- 이중 평균온도와 구생체중 자료를 이용하여 마늘의 적정 생육온도 모델과 온도별 구생장량모델을 개발하였다. 모델은 EXCEL(2010, Microsoft, USA)과 Tablecurbe 2D(5.0, Systat, USA)프로그램을 이용하여 개발하였으며 각 모델의 형태는 아래와 같다.
- 수확 시점의 구생체중을 총 재배기간으로 나누게 되면 수확시점을 기준으로 한 일평균온도 당 일일 구생장량을 추정할 수 있다. 여기서 나온 수확시점 기준의 일평균온도당 구생장량을 이용하여 구생장량 모델을 개발하였으며, 온도구배터널의 환경조건을 이 모델에 적용하여 구생체중을 예측하였다.
- SPAR챔버 실험에서는 엽수, 총엽면적, 인편개수, 구생체중, 구건물중 등을 조사하였다. 엽수와 총엽면적 조사는 파종후 49일부터 215일까지 3주간격으로 시행되었으며, 인편개수와 구생체중, 구건물중은 최종수확조사때 조사되었다. 검증을 위한 온도구배터널의 실험은 최종 수확시기에 구생체중을 조사하였다.
- 2014년 10월 8일에 재식거리 30×15cm 간격으로 직파하였으며 이듬해 4월 28일에 최종수확하였다. 예측 모델검증을 위하여 위의 5개 시험구의 일 평균온도 자료와 마늘 생육을 조사하였다.
- 1). 온도대역에 따라 총 5개의 구역으로 구분하여 마늘을 재배하였다. 2014년 10월 8일에 재식거리 30×15cm 간격으로 직파하였으며 이듬해 4월 28일에 최종수확하였다.
- 구중이 크게 예측되는 지점을 생육적정온도로, 구중이 0으로 예측되는 지점을 생육한계 온도로 추정하였다. 온도별 구생장량 모델은 구생체중을 총 재배기간으로 나눈 값을 이용하여 개발하였다. 수확 시점의 구생체중을 총 재배기간으로 나누게 되면 수확시점을 기준으로 한 일평균온도 당 일일 구생장량을 추정할 수 있다.
- 온도에 따른 ‘남도’ 마늘의 생육현황을 살펴보기 위하여 재배기간 동안 엽수와 엽면적의 변화를 조사하였다.
- 본 연구는 난지형 마늘 ‘남도’의 적정 생육 온도 구명과 일 평균온도를 이용한 구중 예측을 위하여 수행되었다. 온도처리는 주간 16시간 야간 8시간 처리로 11/7oC, 14/10oC, 17/12oC, 20/15oC, 23/18oC, 28/23oC 로 설정하였다. 구의 생체중과 건물중은 20oC/15oC 처리구에서 가장 높았으며 고온이나 저온으로 갈수록 감소하였다.
- 위 조사항목 중 SPAR챔버 구생체중 자료와 온도을 이용하여 평균온도와 구생체중, GDD와 구생체중 등의 상관관계를 조사하였다. 이중 평균온도와 구생체중 자료를 이용하여 마늘의 적정 생육온도 모델과 온도별 구생장량모델을 개발하였다.
- C까지는 구생체중과 정비례하였으나 그 이후에는 반비례하는 것을 볼 수 있었다. 이 문제점을 해결하기 위하여 마늘 생육 적온 함수와 GDD의 누적온도 개념을 이용하여 마늘 구생체중 예측 모델을 개발하였다.
- 위 조사항목 중 SPAR챔버 구생체중 자료와 온도을 이용하여 평균온도와 구생체중, GDD와 구생체중 등의 상관관계를 조사하였다. 이중 평균온도와 구생체중 자료를 이용하여 마늘의 적정 생육온도 모델과 온도별 구생장량모델을 개발하였다. 모델은 EXCEL(2010, Microsoft, USA)과 Tablecurbe 2D(5.
- 7oC로 추정할 수 있었다. 일 평균온도를 이용한 수확기 기준 구생체중 모델을 검증하기 위하여 온도구배터널의 기상자료를 이용하여 예측하였다. 선형함수를 이용한 예측은 79.
- 최종 수확조사에서는 구생체중과 구건물중, 인편수를 조사하였다. 구생체중은 20/15oC 처리구에서 130.
- 86이다. 함수에서 나타내는 구생체중 최대생장량를 구하기 위하여 함수의 최대값을 조사하였으며 생장이 이루어지지 않는 극한온도도 조사하였다. 최대값이 되는 온도는 19.
대상 데이터
- 2014년 10월 10일에 재식거리 30×15cm 간격으로 직파하여 2015년 5월 12일에 수확하였다.
- 시험품종으로는 난지형 마늘인 ‘남도’를 이용하였다.
데이터처리
- 개발한 구생육 모델을 검증하기 위하여 온도구배터널에서의 온도데이터를 모델에 입력해 생성된 예측중량을 실측중량과 비교하였다. 총 5개의 처리구의 온도를 3개의 식에 입력하였다(Fig.
- 통계 패키지(3.0.3, R Foundation)를 이용하여 분석하였으며, Duncan의 다중검정 (p<0.05)으로 평균치간의 차이에 대한 유의성을 검정하였다.
성능/효과
- 4g으로 가장 높았다. 17/12oC, 20/15oC, 23/18oC가 통계적으로 같은 결과를 보였고 이를 기준으로 재배온도가 높거나 낮을 때에는 점차 생체중이 감소하는 경향을 보였다(Table 1). 이러한 결과는 마늘의 적정 생육온도가 18~20oC이며 적정생육 온도보다 높거나 낮아질수록 생육이 저하된다는 보고와 유사하다(Lee, 2003).
- 구의 생체중으로 6종의 함수 를 개발하였으며 이를 통해 ‘남도’ 마늘의 적정 생육온도와 한계온도, 온도에 따른 구생장량을 확인할 수 있었다.
- 마늘이 위에 개발한 함수에 따라서 생장한다고 보았을 때 이 값은 ‘남도’ 마늘의 구 생육을 위한 한계온도를 유추하는데 좋은 자료가 될 것으로 보인다. 또한 위 함수의 결정계수를 보았을 때 온도영역에 따른 마늘구 생육 및 적정 생육온도를 표현하는데 효과적이였다.
- C와 동일한 결과를 보였다. 마늘의 생육 극한온도를 구하기 위하여 I번 함수를 제외한 나머지 함수의 한계온도를 합산하여 정리한 결과 7.1oC와 31.7oC 이었다. 이중 저온인 7.
- 7). 먼저 선형함수를 이용한 구생체중 예측도는 79.0~95.0%, 2차함수를 이용한 예측도는 77.2~92.3%이었으며 로지스틱분포 함수를 이용하였 경우 80.0~95.8% 예측도를 보였다. 1, 2, 3번 실험구에서는 모든 함수가 오차범위 내에서 예측을 하였으나,4번의 경우 로지스틱분포 함수만 오차범위 내에 들어왔으며 5번 실험구는 모든 예측치가 오차범위 밖에 있었다.
- 분석 결과 ‘남도’ 마늘의 적정 생육온도는 18~20oC이며 GDD 기본온도와 한계온도는 7.1oC와 31.7oC로 추정할 수 있었다.
- iii번 함수는 구생체중을 로지스틱분포 함수로 분석하였다. 분석결과 결정계수는 0.88이며 위와 마찬가지로 상온 범위 내에서의 최대값이 되는 온도 19.5oC로 기대중량은 126.9g이며 기존에 구명된 마늘 생육 적정온도인 18~20oC범위내에 있었다. 한계온도는 6.
- II번 함수는 구생체중을 2차함수로 분석하였다. 분석결과 결정계수는 0.8이었으며, 구생장에 대한 적정 생육온도는 19.4oC이며 기대중량은 120.6g이다. 이는 기존에 구명된 마늘 생육 적정온도인 18~20oC 범위에 해당한다.
- 일 평균온도를 이용한 수확기 기준 구생체중 모델을 검증하기 위하여 온도구배터널의 기상자료를 이용하여 예측하였다. 선형함수를 이용한 예측은 79.0~95.0%, 2차 함수를 이용한 예측은 77.2~92.3%, 로지스틱분포 함수를 이용한 예측은 80.0~95.8% 예측도를 보였다. 이중 가장 예측력이 좋은 함수는 로지스틱분포 함수이며 생육적정온도와 한계온도도 잘 표현하였다.
- 1, 2, 3번 실험구에서는 모든 함수가 오차범위 내에서 예측을 하였으나,4번의 경우 로지스틱분포 함수만 오차범위 내에 들어왔으며 5번 실험구는 모든 예측치가 오차범위 밖에 있었다. 실측중량과 예측중량을 비교하였을 때 실측중량이 더 높은 수치를 보였다. 이는 SPAR챔버의 공조기로부터 발생한 강한 공기 흐름으로 인해 마늘의 광합성이 저해되었기 때문에(Yim et al.
- 구의 생체중과 건물중은 20oC/15oC 처리구에서 가장 높았으며 고온이나 저온으로 갈수록 감소하였다. 엽수와 총엽면적은 저온인 처리구가 고온처리구보다 생장이 느렸으나, 최종적으로는 최고온도인 28/23oC을 제외하고 유사한 경향을 보였다. 구의 생체중으로 6종의 함수 를 개발하였으며 이를 통해 ‘남도’ 마늘의 적정 생육온도와 한계온도, 온도에 따른 구생장량을 확인할 수 있었다.
- 이러한 결과를 토대로 구생장의 적정온도는 기존에 알려진 마늘 적정 생육온도인 18~20oC와 동일한 결과를 보였다. 마늘의 생육 극한온도를 구하기 위하여 I번 함수를 제외한 나머지 함수의 한계온도를 합산하여 정리한 결과 7.
- 8% 예측도를 보였다. 이중 가장 예측력이 좋은 함수는 로지스틱분포 함수이며 생육적정온도와 한계온도도 잘 표현하였다.
- GDD 기본온도는 위 함수의 저온 한계온도인 7oC를 적용하였다. 조사결과 GDD 2,387oC까지는 증가하는 추세를 보이며 이 구간에서 구생체중은 GDD에 따라 정비례하는 형태로 증가하고 있다. 그러나 GDD 2924oC에서는 GDD 2387oC보다 생체중이 감소하여 GDD와 반비례하는 양상을 보였으며 GDD 4113oC에서는 더 큰 감소세를 보인다.
- 건물중은 생체중과 유사한 형태를 보였다. 주당 인편수를 조사한 결과 각 온도 영역별 유의성을 보이지 않았으며 온도에 따른 경향성을 보이지 않았다.
- 수확기에는 최고온도인 28/23oC가 엽수가 적었으며 나머지 처리구간에는 통계적인 차이를 보이지 않았다. 총 엽면적은 저온인 11/7oC와 14/10oC은 파종후 207일, 나머지는 파종후 186일에 최대 엽면적에 도달하였으며 그 이후에는 감소하는 경향이 나타났다(Fig. 3). 최종수확기에 가장 온도가 높은 처리구인 28/23oC가 엽면적이 낮았으며 다른 처리구간에 통계적인 차이가 없었다.
후속연구
- 온도가 마늘의 생육에 미치는 영향을 구명한 연구는 보고되어 있으나, 멀칭처리 등을 이용한 보온처리로(Hwang과 Tae, 2000) 일정한 온도처리가 이루어지지 않아 정확한 온도의 영향을 구명하기에는 다소 무리가 있다. 또한 기존 마늘에 대한 GDD연구는(El-Zohiri와 Farag, 2014) 한계온도를 적용하지 않았으며 고온에서의 생육저하 등을 설명하기 어렵기 때문에 추가적인 연구가 필요하다. 따라서 본 연구는 자연광 상태에서 온도 등의 환경조절이 가능한 SPAR(Soil plant atmosphere research system)챔버에서 난지형 마늘인 ‘남도’에 여러 수준의 온도처리를 처리함으로써 온도가 생육 및 생리적 반응에 미치는 영향을 조사하였으며, 이를 이용하여 온도에 따른 난지형 마늘 구생체중 예측모델을 개발하고 이후 활용가능성을 검증하였다.
- 마늘이 위에 개발한 함수에 따라서 생장한다고 보았을 때 이 값은 ‘남도’ 마늘의 구 생육을 위한 한계온도를 유추하는데 좋은 자료가 될 것으로 보인다.
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