[논문]평균온도를 이용한 전북지역 단수수의 출수기 추정 및 파종시기별 수량 변화

최영민; 최규환; 신소희; 한현아; 허병수; 권석주

doi:10.7740/kjcs.2019.64.2.127

평균온도를 이용한 전북지역 단수수의 출수기 추정 및 파종시기별 수량 변화
Estimation of Heading Date using Mean Temperature and the Effect of Sowing Date on the Yield of Sweet Sorghum in Jellabuk Province 원문보기

Korean journal of crop science = 韓國作物學會誌, v.64 no.2, 2019년, pp.127 - 136

최영민 (전라북도농업기술원 작물식품과) , 최규환 (전라북도농업기술원 작물식품과) , 신소희 (전라북도농업기술원 작물식품과) , 한현아 (전라북도농업기술원 작물식품과) , 허병수 (전라북도농업기술원 작물식품과) , 권석주 (전라북도농업기술원 작물식품과)

초록
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단수수(Sorghum bicolor L. Moench)는 전통적인 식량작물보다 높은 환경적응성과 다양한 용도로 유용한 작물로 평가받아 왔지만, 국내에서는 관련 연구 및 정보의 부족으로 재배가 확대되지 못하고 있다. 본 연구는 단수수 '초롱'의 전라북도 6개 지역(전주, 부안, 정읍, 임실, 남원, 장수)의 최근 30년(1989-2018년)간 기상자료에 근거한 출수기를 추정하고, 파종시기(4월 10일, 4월 25일, 5월 10일, 5월 25일, 6월 10일, 6월 25일)에 따른 생육 및 품질요인 등을 비교하고자 수행하였다. 파종부터 출수까지의 소요일수는 파종시기가 빠를수록 107, 96, 83, 70, 59, 64, 65일로 길어지는 경향을 보였으며, 평균출수소요일수는 77.7일이었다. 유효적산온도는 평균 $1,120.3^{\circ}C$이었다. 지역별 연평균온도는 전주, 정읍, 부안, 남원, 임실, 장수 순으로 높았으며, 평균온도는 지역별 출수소요일수와도 비슷한 경향이었다. 특히 유효적산온도로 산출한 최근 30년 동안 6개 지역의 출수소요일수는 모든 파종처리구에서 점차 감소하는 경향이었다. 또한 6개 지역에서 출수소요일수는 평균온도(파종~출수까지)와 부의 상관관계가 있는 것으로 나타났고, 2017, 2018년 평균온도를 이용하여 산출한 출수소요일수의 예측값은 관측값($R^2=0.9987**$)을 89%로 확률로 설명되었다. 수확기, 4월과 7월 파종은 각각 생경수량과 가용성 고형물 함량이 높았으나, 최종적인 당수량은 5월 10, 25일 파종이 각각 3.4, $3.1Mg{\cdot}ha^{-1}$로 가장 높았다. 4, 7월에 파종한 경우 각각 품질과 수량이 낮고 서리피해의 위험성이 있으므로 5월 파종하는 것이 효과적일 것으로 판단된다. 최종적인 파종시기의 결정은 적정 수확기, 작부체계, 수확대상(착즙액 또는 이삭), 재배지대, 미기상 등을 고려해야 할 것이다.

Abstract ▼ AI-Helper

Sweet sorghum (Sorghum bicolor L. Moench), compared to traditional crops, has been evaluated as a useful crop with high adaptability to the environment and various uses, but cultivation has not expanded owing to a lack of related research and information in Korea. This study was conducted to estimate heading date in 'Chorong' sweet sorghum based on climate data of the last 30 years (1989 - 2018) from six regions (Jeonju, Buan, Jeongup, Imsil, Namwon, and Jangsu) in Jellabuk Province. In addition, we compared the growth and quality factors by sowing date (April 10, April 25, May 10, May 25, June 10, June 25, and July 10) in 2018. Days from sowing to heading (DSH) increased to 107, 96, 83, 70, 59, 64, and 65 days in order of the sowing dates, respectively, and the average was 77.7 days. The effective accumulated temperature for heading date was $1,120.3^{\circ}C$. The mean annual temperature was the highest in Jeonju, followed in descending order by Jeongup, Buan, Namwon, Imsil, and Jangsu. The DSH based on effective accumulated temperature gradually decreased in all sowing date treatments in the six regions during the last 30 years. DSH of the six regions showed a negative relationship with mean temperature (sowing date to heading date) and predicted DSH ($R^2=0.9987**$) calculated by mean temperature was explained with a probability of 89% of observed DSH in 2017 and 2018. At harvest, fresh stem weight and soluble solids content were higher in the April and July sowings, but sugar content was higher in the May 10 ($3.4Mg{\cdot}ha^{-1}$) and May 25 ($3.1Mg{\cdot}ha^{-1}$) sowings. Overall, the April and July sowings were of low quality and yield, and there is a risk of frost damage; thus, we found May sowings to be the most effective. Additionally, sowing dates must be considered in terms of proper harvest stage, harvesting target (juice or grain), cultivation altitude, and microclimate.

주제어

표/그림 (8)

그림 Fig. 1. Changes in stem length (A), diameter (B), and number of additional tillers (C) at the different sowing dates of sweet sorghum ‘Chorong’ in 2018. Vertical bars represent standard error of the means (n = 15).
표 Table 1. Changes in growing and developmental stage at the different sowing dates of sweet sorghum ‘Chorong’ in 2018.
그림 Fig. 2. Cardinal temperature (A) and precipitation (B) from sowing to heading date of the experimental area in 2018. Annual mean temperature (C) daily temperature range (D), and mean (E) and minimum temperature (F) in one quarter (May to July) of the six regions (Jeonju, Buan, Imsil, Jeongup, Namwon, and Jangsu) in Jellabuk-do measured automatic weather system in the last 30 years (1989 - 2018). The legends for C - F are the same.
그림 Fig. 3. Changes in heading dates with different sowing dates based on effective accumulated temperature (1,120.3℃) of sweet sorghum ‘Chorong’ of the six regions in Jellabuk-do in the last 30 years (1989 - 2018). Y axis: days from sowing to heading. The graphs represent April 10 (A), April 25 (B), May 10 (C), May 25 (D), June 10 (E), June 25 (F), and July 10 (G) sowings.
그림 Fig. 4. Quadric regression results between mean temperature (sowing date to heading date) and days from sowing to heading (DSH) based on effective accumulated temperature (1,120.3℃) of sweet sorghum ‘Chorong’ of the six regions in Jellabuk-do in the last 30 years (1989 - 2018).
그림 Fig. 5. Linear regression results between predicted and observed days from sowing to heading (DSH) of sweet sorghum ‘Chorong’ in 2017 and 2018.
표 Table 2. Changes in mean and range values of days from sowing to heading for the different sowing dates based on effective accumulated temperature (1,120.3℃) of sweet sorghum ‘Chorong’ of the six regions in Jellabuk-do in the last 30 years (1989 - 2018).
표 Table 3. Comparison of soluble solids content (SSC), fresh stem yield (FSY), dry stem yield (DSY), juice yield (JY), sugar yield (SY), sucrose content (SC), juice purity (JP), and ear weight (EW) by the different sowing dates in sweet sorghum ‘Chorong’ at harvest (50 days after heading date).

AI 본문요약
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문제 정의

따라서 본 연구는 단수수 ‘초롱’의 출수기에 영향을 미치는 온도특성을 찾고 파종시기에 따른 생육 및 수량특성을 분석함으로써 전북지역 단수수 재배한계지 탐색 및 안정생산 재배 매뉴얼 개발에 관한 정보를 제공하고자 수행하였다.
본 연구는 단수수 ‘초롱’의 전라북도 6개 지역(전주, 부안, 정읍, 임실, 남원, 장수)의 최근 30년(1989-2018년)간 기상자료에 근거한 출수기를 추정하고, 파종시기(4월 10일, 4월 25일, 5월 10일, 5월 25일, 6월 10일, 6월 25일)에 따른 생육 및 품질요인 등을 비교하고자 수행하였다.

제안 방법

가용성 고형물 함량은 각 줄기의 중간부위(약 20 cm의 절편)에서 착즙하여 디지털 굴절당도계(PR-101α, Atago Co. Ltd., Japan)로 측정하였고, 잎과 이삭을 제거하여 생경수량을 측정하고 60℃에서 4일 이상 건조하여 건물수량을 산출하였다.
분석은 HPLC (Agilent Technologies 1260 infinity, USA)와 동일회사의 refractive index detector (RID)를 사용하였고, column은 Zorbax carbohydrate (250×4.6 mm, 5 um, Agilent Technologies, USA)를 사용하였으며 column 분석 온도는 35℃이었다.
수확기 수량 조사는 출수 후 50일이 되는 시점에 처리당 7주씩 3반복 무작위로 채취한 후 조사하였다. 가용성 고형물 함량은 각 줄기의 중간부위(약 20 cm의 절편)에서 착즙하여 디지털 굴절당도계(PR-101α, Atago Co.
시험포장의 대기온도와 실측값에 근거한 유효적산온도(effective accumulated temperature)는 2017, 2018년 30분 간격으로 데이터를 수집하는 실외용 온·습도 측정 로거(Hobo pro V2, Onset Computer Corp., USA)로 산출하였으며, 태양광 등의 간섭을 배제하고자 radiation shield로 센서를 보호하였다.
유리당 함량은 수확 직후에 착즙액을 시험포장과 약 300 m 거리에 위치한 전북농업기술원 종합분석연구센터(Analysis & Research Center)로 이동하여 분석을 실시하였다.
출수기는 이삭이 육안으로 보이는 주수가 실험구(experimental unit)의 40% 이상이 되는 시점을 출수기로 하였으며, 최대생장까지의 도달일수는 간장 및 경태의 생장이 완만해지는 시점으로 정하였다. 각 지역별 30년간의 출수기 추정은 파종일부터 기준온도 10℃ 이상의 온도를 누적하여 실측한 유효적산온도에 도달하는 시점을 출수기로 판단하였다.
파종시기가 빠른 순서부터 출수기는 각각 7월 26일, 7월 30일, 8월 1일, 8월 3일, 8월 8일, 8월 28일, 9월 13일로 조사되었다. 출수까지의 소요일수는 파종이 빠른 시기부터 107, 96, 83, 70, 59, 64, 65일로 파종이 늦어짐에 따라 짧아지는 경향을 보였으며 평균 출수소요일수는 77.
파종시기에 따른 생육의 정도를 비교하고자 초장, 경태, 분지수를 개체의 크기가 약 20 cm 일 때부터 10일 간격, 5개체씩 3반복으로 Choi et al. (2019)과 동일한 방법으로 조사하였다.
평년 자료에서 각 지역의 연평균온도 및 연평균일교차를 산출하였으며, 이중 파종시기 적용을 위해 평균온도와 최저온도는 4~7월까지 10일 간격으로 상·중·하순의 평균데이터를 구하였다.

대상 데이터

1989~2018년까지 30년간의 기상자료는 기상청(KMA, Korea Meteorological Administration)의 자동기상관측시스템(AWS, automatic weather system)으로부터 247 (남원), 243 (부안), 244 (임실), 248 (장수), 146 (전주), 245 (정읍) 지점의 평균·최고·최저온도 데이터를 수집하여 분석하였다.
1989~2018년까지, 최근 30년간 전라북도 6개 시·군의 기상데이터를 분석한 결과는 Fig. 2C-F와 같다.
실험재료는 국립식량과학원 바이오에너지작물연구소에서 2017년 3월 분양받은 단수수 ‘초롱’ 종자를 2018년 총 7시기로 파종시기(4월 10일, 4월 25일, 5월 10일, 5월 25일, 6월 10일, 6월 25일, 7월 10일)를 달리하여 파종간격 60×20 cm, 4×2 m의 시험구에 난괴법 3반복으로 파종하였다.
0 mL·min^-1이었다. 표준물질인 sucrose, glucose 및 fructose는 Junsei (Junsei chemical Co, Japan) 제품을 사용하였다. 또한 착즙액의 순도는 sucrose 함량을 가용성 고형물 함량으로 나눈 값의 백분율을 이용하였다.

데이터처리

zThe same letters are not significantly different at p < 0.05 using Duncan’s multiple range tests.
수집된 데이터는 Windows용 SAS system release 8.01(SAS Institute Inc, Cary, N.C., USA)을 이용하여 Duncan의 다중검정(p=0.05)과 회귀분석을 실시하였다.
출수기 추정을 위해 각각의 파종시기부터 전라북도 6개 지역의 30년간 유효적산온도에 도달하는 시점까지의 평균 온도를 산출한 후 추정한 출수기와의 회귀분석을 실시하여 2차 방정식을 도출하였고, 해당 식을 2017, 2018년의 평균 온도(출수까지)를 대입하여 산출한 추정값과 관찰값간의 검증(회귀분석)을 실시하였다.

성능/효과

1 Mg·ha^-1로 가장 높았다. 4, 7월에 파종한 경우 각각 품질과 수량이 낮고 서리피해의 위험성이 있으므로 5월 파종하는 것이 효과적일 것으로 판단된다. 최종적인 파종시기의 결정은 적정 수확기, 작부체계, 수확대상(착즙액 또는 이삭), 재배지대, 미기상 등을 고려해야 할 것이다.
가장 이른 파종기인 4월 10일부터 7월 10일 파종기의 출수기인 9월 13일까지의 평균·최고·최저온도를 조사한 결과(Fig. 2A), 8월 중순까지는 주요 온도가 지속적으로 상승 하였고, 4월 중·하순의 최저온도는 10℃ 이하로 유지되었다.
출수기는 이삭이 육안으로 보이는 주수가 실험구(experimental unit)의 40% 이상이 되는 시점을 출수기로 하였으며, 최대생장까지의 도달일수는 간장 및 경태의 생장이 완만해지는 시점으로 정하였다. 각 지역별 30년간의 출수기 추정은 파종일부터 기준온도 10℃ 이상의 온도를 누적하여 실측한 유효적산온도에 도달하는 시점을 출수기로 판단하였다.
2A), 8월 중순까지는 주요 온도가 지속적으로 상승 하였고, 4월 중·하순의 최저온도는 10℃ 이하로 유지되었다. 따라서 4월 파종은 최저온도의 영향으로 다른 파종기보다 최대생육까지의 도달일수가 60일로 약 10일 정도 지연된 것으로 판단되었다. 또한 주요온도가 점차 증가함에도 6월 10일 파종의 경우 출수까지의 소요일수와 유효적산온도가 각각 59일, 991.
따라서 8월까지 일장이 길어지는 국내 기후 특성과 더불어 출수기가 파종시기별로 7~8월경에 집중된 점을 고려해볼 때, 재래종 선발 품종인 ‘초롱’의 출수에 일장의 영향은 크지 않았던 것으로 판단된다.
이상의 결과는, 4월 파종 시 생경수량은 높으나 가용성 고형물 및 자당 함량이 낮아 최종적인 당수량이 낮으며 출수 소요일수(전체 재배기간)가 길어지고, 6월 이후 파종은 출수 소요일수는 짧아지나 생경수량과 이삭수량이 낮았다. 따라서 본 시험포장과 유사한 기후를 나타내는 지역에서는 5월에 파종했을 때 수량과 품질 향상에 가장 효과적이었다. 하지만 모든 처리구는 수확시기(출수 후 50일)를 일괄적으로 결정하였으므로 정확한 수량 및 품질의 판단을 위해 각각의 파종시기별로 출수한 다음 일정 기간이 경과된 후 °Brix를 측정하여 최종적으로 수확기를 결정해야 하고(Tsuchihashi & Goto, 2004), 추가적으로 작부체계, 수확의 대상(착즙액 또는 이삭), 재배지대, 미기상 등이 고려되어야 할 것이다.
또한 모든 처리구는 파종 후 50~60일경부터 생육이 완만해졌으며, 평균 236.6±16.6 cm 신장하였다.
따라서 4월 파종은 최저온도의 영향으로 다른 파종기보다 최대생육까지의 도달일수가 60일로 약 10일 정도 지연된 것으로 판단되었다. 또한 주요온도가 점차 증가함에도 6월 10일 파종의 경우 출수까지의 소요일수와 유효적산온도가 각각 59일, 991.6℃로 상대적으로 가장 낮았는데, 이와 같은 결과는 Fig. 1C와 Fig. 2B와 같이 생육 초기의 강수량이 극히 적어 분지의 발생이 적었고, 영양생장에서 생식생장으로 전환되는 최대생육기 전후인 7월 하순~8월 상순경 극심한 가뭄 등에 기인하는 것으로 생각되었다.
7일이었다. 또한 파종부터 출수까지의 유효적산온도(10℃ 이상)는 파종시기가 빠른 순서부터 1,163.6, 1,199.0, 1,155.7, 1,059.4, 991.6, 1,138.8, 1,133.7℃로 적산온도가 평균 1,120.3℃ 정 도 누적되었을 때 출수하는 것으로 나타났다(Table 1). 특히 4월 파종을 제외하고 다른 처리구에서 유효적산온도와 최대생육까지의 도달일수가 약 50일로 큰 차이를 보이지 않았던 것은 온도가 벼와 밀의 출엽 속도에 영향을 주어 생장 속도에 관여한다는 보고(Slafer et al.
모든 파종처리구를 출수 후 50일에 수확하여 수량 조사를 진행한 결과(Table 3), 가용성 고형물 함량은 7월 10일 파종이 16.8 °Brix로 가장 높았고, 5~6월 파종은 13.7~14.5 °Brix로 통계적 차이가 없었으며, 4월 파종(파종이 빠른 시 기부터 각각 11.1, 11.2 °Brix)이 가장 낮았다.
반면 본 실험결과 중 7월 10일 파종의 가용 성 고형물 함량과 자당 함량은 각각 16.8 °Brix, 13.4%로 다른 파종처리구보다도 높게 조사되어 일부 선행연구(Cowley & Smith, 1971; Hipp et al., 1970)들과 상반된 결과를 보였다.
본 실험에서 파종시기별로 Table 1의 유효적산온도(평균값 1,120.3℃)를 적용하여 최근 30년 동안의 출수기를 추정하면, 실측값과 마찬가지로 파종시기가 늦어질수록 파종부터 출수기까지의 소요기간은 단축되는 것으로 나타났다 (Fig. 3 and Table 2). 전북의 6개 지역 모두 4월 10일에 파종할 경우, 출수까지 평균 100일 이상의 기간이 필요하였으며, 부안, 임실, 장수지역은 4월 25일에 파종하여도 100일 이상이 소요되었다.
수확기, 4월과 7월 파종은 각각 생경수량과 가용성 고형물 함량이 높았으나, 최종적인 당수량은 5월 10, 25일 파종이 각각 3.4, 3.1 Mg·ha-1로 가장 높았다.
이상의 결과는, 4월 파종 시 생경수량은 높으나 가용성 고형물 및 자당 함량이 낮아 최종적인 당수량이 낮으며 출수 소요일수(전체 재배기간)가 길어지고, 6월 이후 파종은 출수 소요일수는 짧아지나 생경수량과 이삭수량이 낮았다. 따라서 본 시험포장과 유사한 기후를 나타내는 지역에서는 5월에 파종했을 때 수량과 품질 향상에 가장 효과적이었다.
4와 같다. 전주(R²=0.9988**), 부안(R²=0.9984**), 임실(R²=0.9980**), 정읍(R²=0.9985**), 남원(R²=0.9986**), 장수(R²=0.9969**) 및 6개 지역의 평균인 전북평균(R²=0.9987**)은 온도가 상승함에 따라 단수수의 출수소요일수가 감소하는 고도로 유의한 부의 관계를 나타내었다. 또한 2017, 2018년의 출수기 관찰값과 위 회귀분석 결과를 통해 도출한 추정값과의 관계는 y=0.
0일이 소요되어 30년 평균기온과 동일한 경향을 나타내었다. 즉 지구온난화에 따른 기온상승으로 과거에 비해 각각의 지역 및 파종시기가 늦어질수록 출수소요기간이 점차 감소하였다. Kim (2013)의 방법으로 해발고도에 따라 전주, 정읍, 부안의 경우 평야지, 남원과 임실은 중·산간부, 장수는 산간부로 구분했을 때, 이모작 또는 이기작 등 작부체계를 고려하여 재배기간을 단축하기 위해서는 전주와 부안 등 평야부에서 5월 하순 이후 파종하여야 가장 유리할 것으로 판단되었고, 4월에 파종하여도 장수지역보다는 짧거나 비슷한 수준이었다.
파종시기가 빠른 순서부터 출수기는 각각 7월 26일, 7월 30일, 8월 1일, 8월 3일, 8월 8일, 8월 28일, 9월 13일로 조사되었다. 출수까지의 소요일수는 파종이 빠른 시기부터 107, 96, 83, 70, 59, 64, 65일로 파종이 늦어짐에 따라 짧아지는 경향을 보였으며 평균 출수소요일수는 77.7일이었다. 또한 파종부터 출수까지의 유효적산온도(10℃ 이상)는 파종시기가 빠른 순서부터 1,163.
전북의 6개 지역 모두 4월 10일에 파종할 경우, 출수까지 평균 100일 이상의 기간이 필요하였으며, 부안, 임실, 장수지역은 4월 25일에 파종하여도 100일 이상이 소요되었다. 특히 모든 지역에서 6월 10일과 25일에 파종하였을 경우 평균소요일수가 각각 전주 72.1, 70.2, 부안 76.4, 74.3, 임실 83.1, 83.3, 정읍 73.8, 71.7, 남원 76.4, 75.6, 장수 91.9, 94.1일로 짧은 경향이었다. 지역 간 차이는 전체 파종기에 대한 평균 출수소요일수가 전주, 부안, 임실, 정읍, 남원, 장수가 각각 82.
본 연구는 단수수 ‘초롱’의 전라북도 6개 지역(전주, 부안, 정읍, 임실, 남원, 장수)의 최근 30년(1989-2018년)간 기상자료에 근거한 출수기를 추정하고, 파종시기(4월 10일, 4월 25일, 5월 10일, 5월 25일, 6월 10일, 6월 25일)에 따른 생육 및 품질요인 등을 비교하고자 수행하였다. 파종부터 출수까지의 소요일수는 파종시기가 빠를수록 107, 96, 83, 70, 59, 64, 65일로 길어지는 경향을 보였으며, 평균출수소요일수는 77.7일이었다. 유효적산온도는 평균 1,120.

후속연구

하지만 모든 처리구는 수확시기(출수 후 50일)를 일괄적으로 결정하였으므로 정확한 수량 및 품질의 판단을 위해 각각의 파종시기별로 출수한 다음 일정 기간이 경과된 후 °Brix를 측정하여 최종적으로 수확기를 결정해야 하고(Tsuchihashi & Goto, 2004), 추가적으로 작부체계, 수확의 대상(착즙액 또는 이삭), 재배지대, 미기상 등이 고려되어야 할 것이다.

질의응답

핵심어	질문	논문에서 추출한 답변
	단수수란 무엇인가?	단수수(Sorghum bicolor L. Moench)는 광 이용 효율이 높은 화본과(Graminae) 일년생 C4 식물로써 생육기간이 4개월 정도로 짧고, 양·수분의 이용 효율이 높아 한계지역에서의 생장이 가능하다(Anten et al., 1995).
	무상기간을 근거로 단수수를 재배할 수 있는 시기는?	무상기간(frostless period)을 근거로 파종~수확까지 단수수를 재배할 수 있는 일반적인 시기는 4~10월이며, 10월 이내에 수확하기 위해서는 7월 상순까지는 파종해야 가능하다. 평년 4~7월까지의 기온특성 중 평균기온은 전주가 20°C로 가장 높고, 장수, 임실지역이 각각 17.
	단수수의 장점은?	, 1995). 특히 생체수량과 당도가 높아(Bian et al., 2006; Carpita & McCann, 2008) 착즙액은 시럽(syrup)으로 이용하거나 당화과정을 거치지 않고 발효와 증류과정을 통해 에탄올 생산이 가능하므로 생산비가 저렴한 장점이 있다(Gibson, 2009; Gnasounou et al., 2005).

참고문헌 (35)

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상세보기
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저자의 다른 논문 :

표제어: PCR

동의어: Packet Collision Rate

용어 설명 출처 목록 (6)

용어 설명: PCR은 세균 특이성이 있는 primer를 이용하여 적은 수의 세균이 있을지라도 쉽게 검출할 수 있는 유용한 방법이며, 이를 이용하여 구강 내 치면세균막이나 타액에서 직접 세균을 검출할 수 있게 되었다[8].

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