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문제 정의
- 최근 기후변화에 의한 식물의 반응을 파악하기 위하여 작물의 재배적지 변화, 수확량 변동 등에 대한 연구들이 이루어지고 있으나, 고추의 수급에 있어서 수확량 예측을 위한 재배환경에 따른 생장 그리고 생리·생화학적 반응 모델에 대한 연구는 기초 단계이다(Lee 등, 2014; Lee 등, 2015; Lee 등, 2018). 본 연구는 고추 비가림 재배를 이용하여, 기상환경(기온과 일사량 등)과 고추의 생장과 수량에 대한 실측 데이터를 수집하여, 생산량 예측에 필요한 고추의 생장 해석과 수량 회귀모델을 개발하고자 한다.
- 본 연구는 고추의 생육특성인 초장, 엽면적, 생체중, 건물중을 조사하였고, 기상요인에 따른 수량 예측 모델 개발을 위하여 수행되었다. 생육도일온도에 따른 고추의 생체중, 건물중, 초장 및 엽면적에 대한 생장 모델( 시그모이드 곡선)을 개발하였다.
제안 방법
- , Korea)를 채운 105공 플러그 트레이(범농, 35 mL/cell)에 1셀당 고추 종자 2립씩을 파종하였고, 발아 후 1주을 남기고 솎아주었다. 벤로형 유리 온실(평균기온 25oC 설정)에서 80일 간 육묘 후 비가림 시설에 이랑(폭 120cm)에 0.01mm두께의 흑색 플라스틱 필름으로 멀칭한 후 식양토에 주간거리를 45cm로 하여 이랑당 1줄씩 정식하였다(2017년 4월 24일). 정식 후 비가림 시설의 환기 온도를 25oC 조건으로 설정하여, 측면의 자동 개폐와 전면과 후면의 배기 팬을 달아 설정 온도 이상이 되면 강제 환기되도록 하였다.
- 01mm두께의 흑색 플라스틱 필름으로 멀칭한 후 식양토에 주간거리를 45cm로 하여 이랑당 1줄씩 정식하였다(2017년 4월 24일). 정식 후 비가림 시설의 환기 온도를 25oC 조건으로 설정하여, 측면의 자동 개폐와 전면과 후면의 배기 팬을 달아 설정 온도 이상이 되면 강제 환기되도록 하였다. 토양의 수분함량은 30%를 유지하기 위하여, 토양수분 함량을 측정하여 토양 건조시(토양 수분함량 25% 이하) 1시간 동안 점적 관수하여 관리하였다.
- 정식 후 비가림 시설의 환기 온도를 25oC 조건으로 설정하여, 측면의 자동 개폐와 전면과 후면의 배기 팬을 달아 설정 온도 이상이 되면 강제 환기되도록 하였다. 토양의 수분함량은 30%를 유지하기 위하여, 토양수분 함량을 측정하여 토양 건조시(토양 수분함량 25% 이하) 1시간 동안 점적 관수하여 관리하였다. 그리고 양액은 과채류 전용 양액(Mulpule 2ho, Daeyu Co.
- 5로 고추 한 주당 500mL를 관주 하였다. 비가림 시설 내 기온, 일사량 등은 한 시간 간격으로 데이터로 거(U30-NRC, Onset Computer Co., Boure, MA, USA) 를 사용하여 측정하였다(Fig. 1).
- 고추의 생체중, 건물중, 엽수, 엽면적을 2주 간격으로 정식 후 154일까지(총 12회) 파괴 조사하였다. 엽면적 (cm2 /plant)은 엽장 1cm 이상의 완전 전개된 잎을 모두 따서 엽수를 측정하고 엽면적 기계(LI-3100, LI-COR, USA)를 이용하여 측정하였다.
- 고추의 생체중, 건물중, 엽수, 엽면적을 2주 간격으로 정식 후 154일까지(총 12회) 파괴 조사하였다. 엽면적 (cm2 /plant)은 엽장 1cm 이상의 완전 전개된 잎을 모두 따서 엽수를 측정하고 엽면적 기계(LI-3100, LI-COR, USA)를 이용하여 측정하였다. 고추의 수확량 조사는 정식 후 6주부터 2주 간격으로 총 8회 하였다.
- 엽면적 (cm2 /plant)은 엽장 1cm 이상의 완전 전개된 잎을 모두 따서 엽수를 측정하고 엽면적 기계(LI-3100, LI-COR, USA)를 이용하여 측정하였다. 고추의 수확량 조사는 정식 후 6주부터 2주 간격으로 총 8회 하였다. 길이가 5cm 이상의 고추 과실을 수확하여 총 수확 과수, 과중 및 건물중을 조사하였다.
- 고추의 수확량 조사는 정식 후 6주부터 2주 간격으로 총 8회 하였다. 길이가 5cm 이상의 고추 과실을 수확하여 총 수확 과수, 과중 및 건물중을 조사하였다. 병과, 열과 등의 비정상 과수를 별도로 조사하였다.
- 길이가 5cm 이상의 고추 과실을 수확하여 총 수확 과수, 과중 및 건물중을 조사하였다. 병과, 열과 등의 비정상 과수를 별도로 조사하였다. 단수(kg/10a)은 적색 고추 과실의 건물중×상품성 있는 홍 고추 개수×정식 주수/10a으로 계산하였다.
- 단수(kg/10a)은 적색 고추 과실의 건물중×상품성 있는 홍 고추 개수×정식 주수/10a으로 계산하였다. 수량 조사는 완전임의배치법 3반복으로 총 9개체의 고추를 조사주로 선정하였다.
- 본 연구는 고추의 생육특성인 초장, 엽면적, 생체중, 건물중을 조사하였고, 기상요인에 따른 수량 예측 모델 개발을 위하여 수행되었다. 생육도일온도에 따른 고추의 생체중, 건물중, 초장 및 엽면적에 대한 생장 모델( 시그모이드 곡선)을 개발하였다. 고추는 정식 후 50일 전후로 초장, 엽면적, 생체중 및 건물중이 지수 함수적으로 증가하였으며, 140일 이후에는 생장요인들이 평행을 이루었다.
- 생육도일온도(Growing Degree Days)에 따른 고추 생체중, 건물중, 초장 및 엽면적의 예측 회귀 모델식을 개발하였다(Fig. 3).
- 고추 재배 시 평년보다 2oC 증가된 조건에서는 수확량이 13% 증가하였으나 그 이상의 기온에서는 수확 량이 20% 이상 감소되었고, 고온과 토양수분 함량의 감소 상태에서 대조구에 비해 병과와 석회결핍과의 발생률이 증가하였다는 결과(Heo 등, 2013; Lee 등, 2015; Song 등, 2015)와 본 연구 결과가 유사하였다. 정식 후 일수에 따른 생장계수들을 각각 구하여, sigmoidal 함수 형태의 회귀모형으로 정상과중 적과의 생체중과 건물중으로 고추의 단수를 분석하였다(Fig. 4). 적과의 생체중의 단수는 정식 후 112일에 1,3871kg/10a 이었고, 최종 생육조사일인 정식 후 154일에 1,807kg/10a 로 최고치의 단수를 확인하였다.
대상 데이터
- 공시 품종은 ‘슈퍼마니따’(Capsicum annuum L. cv.‘Super Manita’, Nongwoo Bio Co., Suwon, Korea) 고추를 사용하였으며, 국립원예특작과학원 채소과 시험포장의 비가림 하우스에서 실험을 수행하였다(35o50’ N 127o57’ E, 30 elevation).
- , Suwon, Korea) 고추를 사용하였으며, 국립원예특작과학원 채소과 시험포장의 비가림 하우스에서 실험을 수행하였다(35o50’ N 127o57’ E, 30 elevation). 2017년 2월 6일에 시판용 바이오 상토1호(Hungnong seed Co., Korea)를 채운 105공 플러그 트레이(범농, 35 mL/cell)에 1셀당 고추 종자 2립씩을 파종하였고, 발아 후 1주을 남기고 솎아주었다. 벤로형 유리 온실(평균기온 25oC 설정)에서 80일 간 육묘 후 비가림 시설에 이랑(폭 120cm)에 0.
데이터처리
- 통계 분석은 SAS 프로그램(SAS 9.2, SAS Institute Inc., USA)을 이용하여, 정식 후 일수(DAT; Days After Transplanting), 생육도일 온도(GDD; Growing Degree Days), 누적적산일사량(DIL; Daily Integral Light)은 독립변수로 생육 특성 결과를 종속 변수(생체중, 건물중, 엽수 및 엽면적)로 다중 상관 분석을 하였다.
이론/모형
- 그리고 Williams(1946)의 상대 생장률(RGR: Relative Growth Rate)의하여 생제중과 건물중에 대한 생장률(g·g-1·day-1)을 계산하였다.
- 생장 요인과 수량에 대한 회귀 모델은 sigmoidal 함수 형태의(3 Parameter)을 이용하였다. 그리고 Williams(1946)의 상대 생장률(RGR: Relative Growth Rate)의하여 생제중과 건물중에 대한 생장률(g·g-1·day-1)을 계산하였다.
성능/효과
- 정식 후 42일에 고추의 초장은 63cm/plant였고, 4주 후인 정식 후 70일에는 121cm/plant로 약 2배 커졌다 (Table 1). 엽수와 엽면적은 정식 후 42일 이후 급속히 증가하였고, 정식 후 98일 이후 고추 건물중의 증가율은 평균 17.6%으로, 정식 후 42일까지 건물 생산 증가율 (251%)에 비해 현저히 낮았다. 고추 수확시기(정식 후약 60일 이후) 에는 영양 생장을 위한 건물 생산보다는 과실의 착과 및 비대를 위한 발육에 집중되었다.
- 2). 정식 후 재배 기간에 따른 생체중과 건물중에 대한 상대 생장률을 모의해 보았을 때, 정식 후 초기부터 중기까지의 상대 생장률이 높았으며, 최고 상대생장률은 생체중은 정식 후 40일경에 0.057g/g/day, 그리고 건물중은 정식 후 35일경에 0.064g/g/day였다. 고추의 생장은 정식 후 재배기간이 경과함에 따라 70일까지는 지속적으로 증가하였고, 그 이후의 상대 생장률은 감소하다가 140일에 상대생장률이 0에 가까워져 생장의 변화가 없었다.
- 지수 함수적으로 생장이 늘어나는 시점의 GDD는 1,000였고, 생체중과 건물중의 b값은 각각 2,309 및 2,276였고, k값 역시 각각 689 및 665으로 유사하였다(Table 2). 고추의 초장과 엽면적의 최대값은 정식 후 각각 194.7cm/plants 및 40,685.6cm2/plant으로 예측되었으며, 지수함수적으로 엽면적이 증가하는 GDD는 946였으며, 분지수가 7개 이상 되는 시기로 추정되었다. 생육도일온도는 작물이 발아부터 성숙까지 생육단계에 따라서 어느 일정량의 열량을 얻어야 성숙된다는 것을 기반으로 작물의 개화시기, 성숙기 등과 같은 생물계절을 예측하기 위해 사용할 수 있는 온도적산 값이다(Baskerville 과 Emin, 1969).
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3. 정식 후 일수에 따른 수량 추정
정식 후 42일부터 고추의 수확을 시작하였으며, 재배 기간이 경과함에 따라 적색과의 수와 과중이 지속적으로 증가하였다(Table 3). 정식 후 일수에 따라 수확한 고추의 정상과 비율을 조사한 결과 정식 후 초기인 84일과 98일에는 각각 83.
- 정식 후 42일부터 고추의 수확을 시작하였으며, 재배 기간이 경과함에 따라 적색과의 수와 과중이 지속적으로 증가하였다(Table 3). 정식 후 일수에 따라 수확한 고추의 정상과 비율을 조사한 결과 정식 후 초기인 84일과 98일에는 각각 83.2%와 83.8%으로 정상과율이 높았으나, 112일부터는 75% 정도로 감소되었다. 정식 후 112일에서 126일까지의 비가림 시설내의 일일 최고 온도 와평균 온도는 각각 41.
- 8%으로 정상과율이 높았으나, 112일부터는 75% 정도로 감소되었다. 정식 후 112일에서 126일까지의 비가림 시설내의 일일 최고 온도 와평균 온도는 각각 41.1oC와 37.3oC였고, 토양수분의 함량은 24.1%로 측정되었다. 이와 같은 온도의 상승과 토양 수분의 감소로 인해 병과와 기형과가 증가하여, 정상과 비율이 감소했으리라 사료된다.
- 생육도일온도에 따른 고추의 생체중, 건물중, 초장 및 엽면적에 대한 생장 모델( 시그모이드 곡선)을 개발하였다. 고추는 정식 후 50일 전후로 초장, 엽면적, 생체중 및 건물중이 지수 함수적으로 증가하였으며, 140일 이후에는 생장요인들이 평행을 이루었다. 그리고 생육도일온도에 따른 고추의 생장을 분석한 결과 지수 함수적으로 생장이 늘어나는 시점의 GDD는 1,000였다.
- 고추는 정식 후 50일 전후로 초장, 엽면적, 생체중 및 건물중이 지수 함수적으로 증가하였으며, 140일 이후에는 생장요인들이 평행을 이루었다. 그리고 생육도일온도에 따른 고추의 생장을 분석한 결과 지수 함수적으로 생장이 늘어나는 시점의 GDD는 1,000였다. 고추의 건물중에 대한 상대생장 속도를 계산하는 식은 RGR (dry weight) = 0.
- 00000557 × DAT2였다. 수확한 적과의 생체중과 건물중으로 고추의 단수를 구하였을 때, 정식 후 112일에 1,3871kg/10a였고, 건고추의 단수는 정식 후 112일에 291kg/10a이였다. 고추 작황예측 프로 그램 개발을 위해서는 고추의 생산성에 관여하는 주요 요인을 분석하고, 실시간으로 계측한 생육 및 기상자료를 기반으로 하여 생육모델을 보정 및 검증해야 할 것이다.
- 064g/g/day였다. 고추의 생장은 정식 후 재배기간이 경과함에 따라 70일까지는 지속적으로 증가하였고, 그 이후의 상대 생장률은 감소하다가 140일에 상대생장률이 0에 가까워져 생장의 변화가 없었다.
- 4). 적과의 생체중의 단수는 정식 후 112일에 1,3871kg/10a 이었고, 최종 생육조사일인 정식 후 154일에 1,807kg/10a 로 최고치의 단수를 확인하였다. 또한 건 고추의 단수는 정식 후 112일에 291kg/10a 이었고, 최대 단수는 정식 후 140일에 358kg/10a 이었다.
후속연구
- 생육도일온도는 작물이 발아부터 성숙까지 생육단계에 따라서 어느 일정량의 열량을 얻어야 성숙된다는 것을 기반으로 작물의 개화시기, 성숙기 등과 같은 생물계절을 예측하기 위해 사용할 수 있는 온도적산 값이다(Baskerville 과 Emin, 1969). 주산지(경북 안동 및 영양, 충북 청양 등)별로 GDD값을 계산하여 개발된 회귀모델식들을 이용하여 잠재적 생장을 예측할 것으로 기대되며, 고추의 재배관리를 위한 지주 유인과 적엽 등의 농작업 일정을 결정하는데도 활용할 수 있다. 또한, 건물 생산 속도에 알맞은 관수 및 비배 관리 제안도 가능할 것으로 기대된다.
- 주산지(경북 안동 및 영양, 충북 청양 등)별로 GDD값을 계산하여 개발된 회귀모델식들을 이용하여 잠재적 생장을 예측할 것으로 기대되며, 고추의 재배관리를 위한 지주 유인과 적엽 등의 농작업 일정을 결정하는데도 활용할 수 있다. 또한, 건물 생산 속도에 알맞은 관수 및 비배 관리 제안도 가능할 것으로 기대된다. 그러나 연차 간의 재배 환경변이에 의하여 개발된 고추 생육 모델들을 통한 예측 값들의 오차가 발생할 수 있으므로, 모델의 교정 및 검증이 지속적으로 필요하다.
- 최근 이상 기상으로 인한 고추의 피해를 경감하기 위한 시설재배가 늘어나는 실정으로, 본 연구에서 고추의 비가림 시설재배 기간 동안의 고추의 생육 및 수량에 대한 실측 데이터는 고추의 수급에 있어 미리 예측할수 있는 수확량 예측 모델에 대한 기초 자료로서 활용할 수 있을 것이라 사료된다. 그리고 개발된 수량 예측 모델들에 대한 예측 정확도에 대한 개선이 필요하며, 이는 통계적 데이터(통계청에서 제시하는 고추 단수와 기상청 기온, 상대습도, 강우량 등)들과 실측치들에 대하여 지속적으로 수집하여 모델들에 대한 교정 및 검증을 해야 한다.
- 최근 이상 기상으로 인한 고추의 피해를 경감하기 위한 시설재배가 늘어나는 실정으로, 본 연구에서 고추의 비가림 시설재배 기간 동안의 고추의 생육 및 수량에 대한 실측 데이터는 고추의 수급에 있어 미리 예측할수 있는 수확량 예측 모델에 대한 기초 자료로서 활용할 수 있을 것이라 사료된다. 그리고 개발된 수량 예측 모델들에 대한 예측 정확도에 대한 개선이 필요하며, 이는 통계적 데이터(통계청에서 제시하는 고추 단수와 기상청 기온, 상대습도, 강우량 등)들과 실측치들에 대하여 지속적으로 수집하여 모델들에 대한 교정 및 검증을 해야 한다.
- 수확한 적과의 생체중과 건물중으로 고추의 단수를 구하였을 때, 정식 후 112일에 1,3871kg/10a였고, 건고추의 단수는 정식 후 112일에 291kg/10a이였다. 고추 작황예측 프로 그램 개발을 위해서는 고추의 생산성에 관여하는 주요 요인을 분석하고, 실시간으로 계측한 생육 및 기상자료를 기반으로 하여 생육모델을 보정 및 검증해야 할 것이다.
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