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문제 정의
- 본 연구에서는 여름철 고온기 시설재배시 수시차광이 내부환경과 오이 생리적 반응에 미치는 영향을 검토하였다. 온실 차광이 오이의 고온 스트레스 완화 정도를 추정하기 위하여 잎 온도, 엽기온차, 최대 카르복실화속도, 최대 전자전달 속도,열파괴, 광호흡과 같은 오이의 생리적 반응을 측정 분석하였다.
- 본 연구에서는 일반적인 50～70% 수시차광 보다 높은 90% 이상의 수시차광이 온실내의 작물 재배환경과 오이 엽온, Vcmax, Jmax, Thermal breakdown(high temp. inhibition),광 호흡(Rd, day light leaf respiration)에 미치는 영향을 구명하고자 하였다.
제안 방법
- 엽온은 생육이 가장 왕성한 엽령인 25∼30일 되는 6개체를 선정하여 측정하였으며, 엽온과기온 간의 차를 분석하였다.
- 온실 차광이 오이의 고온 스트레스 완화 정도를 추정하기 위하여 잎 온도, 엽기온차, 최대 카르복실화속도, 최대 전자전달 속도,열파괴, 광호흡과 같은 오이의 생리적 반응을 측정 분석하였다. 오이 시설하우스의 차광율은 90% 수시차광, 40% 수시차광, 무차광 3수준의 실험 조건으로 하였다. 90% 수시차광은 외부 일사량이 650 W·m-2일 때 차광되도록 하였다.
- 본 연구에서는 여름철 고온기 시설재배시 수시차광이 내부환경과 오이 생리적 반응에 미치는 영향을 검토하였다. 온실 차광이 오이의 고온 스트레스 완화 정도를 추정하기 위하여 잎 온도, 엽기온차, 최대 카르복실화속도, 최대 전자전달 속도,열파괴, 광호흡과 같은 오이의 생리적 반응을 측정 분석하였다. 오이 시설하우스의 차광율은 90% 수시차광, 40% 수시차광, 무차광 3수준의 실험 조건으로 하였다.
- 40% 차광 온실은 반자동으로 아침에 열고 저녁에 닫았다. 온실 측면은 광이 투과되도록 하였다. 측창은 개방하여 외부공기가 통풍되도록 조치하였다.
- 90% 차광과 40% 차광은 은색 알루미늄 증착 망을 이용하였다. 온실의 기온과 상대습도는 온실 중앙에서 지상 1.2m부근 3개소에서 측정한 평균값을 이용하였으며, 외부 일사량은 온실 동고 위에서 측정하였으며, 온실 내부 일사량은 중앙 1.2m 높이에서 측정하였다. 엽온은 생육이 가장 왕성한 엽령인 25∼30일 되는 6개체를 선정하여 측정하였으며, 엽온과기온 간의 차를 분석하였다.
- 엽온은 생육이 가장 왕성한 엽령인 25∼30일 되는 6개체를 선정하여 측정하였으며, 엽온과기온 간의 차를 분석하였다. 재배 기간 중 위치별 광량과 온도측정은 data logger(CR3000, Campbell, Inc., USA)와HOBO 소형 측정기(U23-001, Onset comp., USA)를 사용하였다.
- 첫 수확은 7월 17일이었다. 재배방법은 코코피트 수경재배로 하였으며, 배양액은 일본 야마자키 오이배양액 기준으로 조성하여점적관수하였다. 차광은 정식후 외부 일사량이 650W·m-2이상일 경우 자동으로 차광되도록 시스템(GIGA 스마트팜, KT)을 구성하였으며, 이와 같이 일사량에 따라 차광되는 방법을 수시차광이라고 하였다.
- 차광은 정식후 외부 일사량이 650W·m-2이상일 경우 자동으로 차광되도록 시스템(GIGA 스마트팜, KT)을 구성하였으며, 이와 같이 일사량에 따라 차광되는 방법을 수시차광이라고 하였다.
대상 데이터
- 본 연구는 전라북도 전주시 소재 한국농수산대학 플라스틱 온실에서 2019년 6월12일부터8월22일까지 71일간 수행하였다. 오이(장대명 백다다기기)를 5월9일 파종하였고 6월12일 코코피트 슬라브에 정식하였다.
- 수시차광 시에는 천창과 측창을 열어 자연환기가 되도록 하였다. 실험온실은 2연동PO필름 피복 온실 (90%이상 차광), 단동PO필름 피복 온실 2동(40% 차광, 무차광)으로 하였다. 90% 차광과 40% 차광은 은색 알루미늄 증착 망을 이용하였다.
- 본 연구는 전라북도 전주시 소재 한국농수산대학 플라스틱 온실에서 2019년 6월12일부터8월22일까지 71일간 수행하였다. 오이(장대명 백다다기기)를 5월9일 파종하였고 6월12일 코코피트 슬라브에 정식하였다. 첫 수확은 7월 17일이었다.
데이터처리
- Arrhenius function, Vcmax(Maximum carboxylationrate), Jmax(Maximum electron transport rate), thermal breakdown(High temperature inhibition), Rd(Day light leaf respiration) 값은식(1), (2), (3), (4), (5)의 모델식을 이용하여 계산하였으며, SAS(SAS Institute, Cary, North Carolina,USA)프로그램에서 제공하는 숫자함수, 산술연산자를 이용하여 작성한 계산 프로그램을 이용하였다.
- 통계분석을 위하여 시험구는 오이를 완전임의 배치법 3반복으로 배치하였으며, 통계분석은 SAS 프로그램을 이용하여 95% 신뢰수준에서 Duncan’s Multiple Range Test(DMRT) 검정을 실시하였다.
성능/효과
- Thermal breakdown(high temp. inhibition)은 무차광이0.724(relative value; R.V), 40% 차광이 0.793(R.V.), 90% 수시차광이 0.951(R.V.)로 나타나 90% 수시차광이 유의하게 높은 수준의 thermal breakdown값을 보여 그 이하 값에서는 정상적인 생육 재배가 가능하다는 의미이므로 90% 수시차광 시 고온에 의한 생육 억제 현상은 본 실험조건 하에서 가장 적을 것으로 판단되었다. 광 호흡을 보면 무차광이 2.
- 최대 카르복실화속도, 광호흡율은 90% 수시차광 온실이 다른 처리구보다 유의하게 낮은 것으로 나타났다. 고온저항성을 나타내는 thermal breakdown 값은 90%의 수시차광에서 다른 처리구 보다 유의하게 높은 것으로 나타났다. 따라서, 90% 수시차광이 여름철 오이 재배에 있어 고온스트레스를 덜받는 생육환경을 조성하였다는 결과를 얻었다.
- 90% 수시차광은 외부 일사량이 650 W·m-2일 때 차광되도록 하였다. 기온, 일사량, 엽온, 엽기온차, 광호흡은 90%의 수시차광에서 40% 수시차광과 무차광 처리 보다 낮은 값을 나타내었다. 최대 카르복실화속도, 광호흡율은 90% 수시차광 온실이 다른 처리구보다 유의하게 낮은 것으로 나타났다.
- 1, 2, 3,4). 기온은 90% 차광 온실이 33.6℃, 40% 차광 온실이 39.7℃, 무차광 온실이 41.2℃ 이었고, 엽온은 90% 차광 온실이 28.2℃, 40% 차광 온실이 32.6℃, 무차광 온실이 33.8℃로차광율이 높을수록 기온과 엽온은 낮아졌다. 반면에 상대습도는 90% 온실이 40.
- 10). 따라서 엽기온차로 보면 Non stress 상태라 할지라도 Thermal breakdown 값을 기준으로 보면 장해를 받는 것으로 나타났으며, 10℃ 이상의 엽기온차가 장시간 지속적으로 반복하여 일어날 때 잎에서의 결로로 인해 병해 발생이 증가할 우려가 있다. 이에 대해서는 좀 더 깊이 있는 연구와 분석이 필요하다고 생각된다.
- 고온저항성을 나타내는 thermal breakdown 값은 90%의 수시차광에서 다른 처리구 보다 유의하게 높은 것으로 나타났다. 따라서, 90% 수시차광이 여름철 오이 재배에 있어 고온스트레스를 덜받는 생육환경을 조성하였다는 결과를 얻었다.
- 그동안90% 수시차광은 효과적으로 광 호흡을 억제할 것이라는 추측(Woo 등, 2014)이 객관적인 수치로 나타났다. 본 실험조건 아래에서는 여름철 고온기에 90% 이상의 수시차광이 타 처리보다 확실히 광호흡 억제와 더불어 고온장해 없이 오이 작물 재배에 양호한 환경조건을 조성하는 것으로 밝혀졌다(Table 2).
- 이는 차광율이 높을수록 엽기온차가 크게 난 기존연구 결과와 다르나 이는 실내 기온이 극고온 상태이고 근권부토양수분 차이에 기인하는 것으로 추측되나 더욱 연구할 과제라 생각된다. 본 연구결과를 기준으로 Thermal breakdown과 연계하여 분석해보면 40% 차광과 무차광조건에서는 극고온기 엽기온차가 Thermal breakdown 값 보다 높아 고온장해를 받는 것으로 나타났다(Fig. 7, Fig. 8). 그렇지만, 90% 차광에서는 대부분 엽기온차 값이 극히 일부분을 제외하고는 Thermal breakdown 값보다 작아 고온장해를 받지 않는 것으로 나타났다(Fig.
- 본 연구에서 엽기온의 차의 관계에서 엽온이 기온보다 낮은 -방향에서는 Non stress이며, 엽온이 기온보다 높은 +상태에서는 Stress 상태로 설정한 Idso(1982)과 Jackson 등(1981)의 연구결과를 근거로 분석해보면 90% 수시차광이 다른 처리에 비해 엽기온차가 –5.4℃.
- 엽온(leaf temperature)과 Thermal breakdown관계를 보면, 90% 차광조건에서 Thermal breakdown 값은 0.9 이상이고 엽온은 30℃ 이하가 되어 고온에 의한 생육억제 현상이 적음을 알 수 있으며(Table 2, Fig. 4), 다른 처리에서는 정도의 차이는 있으나 Thermal breakdown 값이 0.79, 0.72로 모두 고온에 의한 생육이 억제됨을 나타내고 있다(Table 2, Fig. 5, 6).
- 온실 내 환경을 측정한 결과, 90% 수시차광 온실이 40% 차광과 무차광 온실 보다 기온, 일사량, 엽온은 낮고, 엽기온차는 작은 반면, 상대습도는 높게 나타났다(Table 1, Fig. 1, 2, 3,4). 기온은 90% 차광 온실이 33.
- 최대 전자전달 속도(Maximum electron transport rate, Jmax)는 90% 차광과 무차광이 각각184.6 μmol･m-2･s-1, 183.9 μmol･m-2･s-1로 비슷한 값을 나타내었고 40% 차광이 190 μmol･m-2･s-1으로 높은 값을 나타내었다(Table 2).
- 기온, 일사량, 엽온, 엽기온차, 광호흡은 90%의 수시차광에서 40% 수시차광과 무차광 처리 보다 낮은 값을 나타내었다. 최대 카르복실화속도, 광호흡율은 90% 수시차광 온실이 다른 처리구보다 유의하게 낮은 것으로 나타났다. 고온저항성을 나타내는 thermal breakdown 값은 90%의 수시차광에서 다른 처리구 보다 유의하게 높은 것으로 나타났다.
후속연구
- 이에 대해서는 좀 더 깊이 있는 연구와 분석이 필요하다고 생각된다. 또한, 온실의 지나친 온도상승을 억제하여 고온기에도 작물의 개화, 수정불량, 광합성 저하 등 생육장해를 방지하여 작물의 생산성을 향상시키고 고품질의 작물을 생산할 수 있도록 90% 차광율로 수시차광을 실시할 경우 차광 커튼이 닫히는 일사 기준에 대한 세밀한 연구가 뒷받침되어야 할 것으로 판단된다.
- 7). 이는 차광율이 높을수록 엽기온차가 크게 난 기존연구 결과와 다르나 이는 실내 기온이 극고온 상태이고 근권부토양수분 차이에 기인하는 것으로 추측되나 더욱 연구할 과제라 생각된다. 본 연구결과를 기준으로 Thermal breakdown과 연계하여 분석해보면 40% 차광과 무차광조건에서는 극고온기 엽기온차가 Thermal breakdown 값 보다 높아 고온장해를 받는 것으로 나타났다(Fig.
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