서 언

절화 장미는 국내에서 연중 재배되며 2019년을 기준으로 재배면적은 247.0ha, 판매액은 49,884,796천원으로 국내 절화 류 중 큰 비중을 차지하고 있다(MAFRA 2020). 절화 장미의 형태에 따라 스탠다드 절화 장미보다 스프레이 절화 장미의 판매액이 많은 비중을 차지하고 있으며, 스프레이 절화 장미 의 판매액은 점차 증가하는 추세이다(MAFRA 2020). 최근, 국 내 화훼시장에서 스프레이 절화 장미에 대한 선호도가 높아지 면서 농가의 관심도 스탠다드 절화 장미 보다 스프레이 절화 장미에 집중되고 있다(RDA 2020). 스프레이 절화 장미는 소 화가 4개 이상 분화되고 절화장이 길어야 상품성 있는 절화로 분류되며, 절화의 외향적 품질은 국내 소비시장뿐 만 아니라 수출 현지 시장에서의 평가요인으로도 작용된다(Yeon and Kim 2017). 국내에서 재배되고 있는 스프레이 절화 장미는 시 설재배로 이루어져(RDA 2016) 시설 내 재배환경이 수확 후 신선도 유지 및 품질, 절화수명과 직결된다(Lee et al. 2020). 우리나라의 기후는 사계절이 뚜렷한 온대성 기후로 여름(8월) 은 고온 다습하고 겨울(1월)은 저온으로 춥고 건조한 특성을 가지고 있다(Yeon and Kim 2017). 절화 장미가 시설 내 재배 되고 있으나 외부의 계절적인 환경 변화에 따라 시설 내 재배 환경에도 영향을 끼쳐 최적 재배환경 유지가 어렵고 수확 후 품질에도 영향을 미치는 것으로 보고되었다(Lee et al. 2020). 여름에 재배된 장미는 높은 온도와 과습한 환경으로 화색의 명도가 높고, 겨울에는 건조한 환경 때문에 색소 발현도가 높 아져 상대적으로 명도가 낮고 선명하게 화색이 발현되는 것으 로 연구되었다(Seo 2014). 또한 여름과 겨울의 시설 내 높고 낮은 상대습도의 변화는 스프레이 절화 장미의 수명을 단축시 키고 꽃목굽음 발생빈도를 증가시켜 품질에 부정적인 영향 을 미친다(In et al. 2016). 이에 따라 연중으로 균일한 절화 장미를 생산하기 위해 스마트팜(Smart farm)이 점차 도입되고 있다(Yoon et al. 2018). 장미 재배 농가에 IoT(Internet of Things) 기술을 통하여 온･습도와 탄산가스 등 시설 내 재배 환경을 컴퓨터나 스마트폰으로 자동 조절하고 수확 후 품질까 지 예측할 수 있도록 기술이 확대되고 있다(Choi et al. 2019). 장미 스마트팜은 원격제어 중심인 1세대 스마트팜에서 자동제 어 기반인 2세대 스마트팜으로 향상되고 있는 추세이나 2019 년 기준으로 시설원예 스마트팜은 760호로 이 중 화훼 농가는 27호, 약 4% 정도만 활용되고 있어 연구가 미흡한 실정이다 (Choi et al. 2019). 따라서, 본 연구는 스프레이 타입의 절화 장미가 재배되고 있는 스마트팜의 시설 내 연중 재배환경 변 화를 분석하고, 그에 따른 외적 특성과 절화수명을 분석하고 자 수행하였다.

재료 및 방법

스마트팜 시설 분석 및 공시재료

전라북도 장수군에 위치한 스마트팜의 시설 종류, 면적, 냉･난방 시스템, 차광 및 보온 스크린 유무, 천･측장의 개방성 등 내부시설의 정보와 제어부 및 센서부, 자료축적 등 스마트 팜 시스템 정보를 조사하였다. 본 연구의 공시재료는 2018년 10월(가을), 2019년 1월(겨울), 2019년 4월(봄), 2019년 7월(여 름)에 본 연구의 스마트팜에서 연중 재배되고 있는 스프레이 타입의 절화 장미(spray type Rosa hybrida L.) ‘Egg Tart’, ‘Flash Dance’, ‘Pink Yoyo’, ‘Super Sensation’을 수확하여 사 용하였다. 채화 직후 절화 장미는 수돗물에 물올림 하였으며, 습식상태로 단국대학교 화훼원예실험실로 이동되었다.

시설 내 재배환경 분석

재배환경 분석은 2018년 9월부터 2019년 8월까지 시설 내 데이터로거(WatchDog 1450, Spectrum Technologies Inc., USA)를 설치하여 광(mol･m^-2 ･d^-1), 온도(℃) 및 상대습도(%) 를 30분 간격으로 기록하였다. 기록된 데이터를 이용하여 일 적산광량(daily light integral, DLI)을 계산하고 온도와 상대습 도를 통해 포화수증기압차(vapor pressure deficit, VPD)를 조 사하였다. 또한, 절화 장미 재배 시 배지에 공급되고 있는 양 액을 pH 측정기(IQ 150 pH Meter, Spectrum Technologies Inc., USA)와 EC 측정기(Direct Soil EC Meter, Spectrum Technologies Inc., USA)를 이용하여 각 계절마다 측정 후 분 석하였다.

외적 특성 및 절화수명 분석

스프레이 절화 장미의 각 품종마다 임의로 10본을 선정하 여 절화장, 상･하단부의 줄기 직경, 엽록소 함량, 소화의 개수, 화폭, 화색을 측정하였다. 엽록소 함량은 Chlorophyll meter (SPAD 502, Konica Minolta, Japan)를 이용하였으며, 화색은 색차계(CR 400, Konica Minolta, Japan)로 측정하여 Hunter value L, a, b로 표현하였다. 외적 특성 조사 후, 절화 장미를 45cm로 재절단하여 증류수 500mL가 담긴 삼각플라스크에 꽂 아 절화수명을 조사하였다. 절화수명은 노화양상인 불개화, 청변화, 위조, 꽃목굽음 등을 조사하여 이 중 2개 이상이 50% 이상 나타난 시점으로 계산하였다(Oh et al. 2017).

통계처리

통계분석은 재배환경과 외적특성 및 품질 분석 후 SPSS 프로그램(SPSS 25.0 Statistics, SPSS Inc., USA)을 이용하여 ANOVA(analysis of variance) 분석을 하였으며, 유의성 검정 은 p≤0.05 내에서 Duncan의 다중검정을 실시하였다. 또한, Pearson’s 상관분석을 통해 절화수명과 재배환경특성, 절화수 명과 외적특성 간의 상관관계를 분석하였다.

결과 및 고찰

스마트팜 시설 분석

본 연구에서 선정한 스프레이 절화 장미를 재배하고 있는 스마트팜은 연동형 유리온실로 면적이 14,400m²이며, 온실 전 체가 자동제어 시스템으로 운영되고 있었다(Table 1). 온실의 난방 및 냉방시스템은 히트펌프를 사용하며, 차광용 및 보온 용 스크린이 설치되어 있고 천창과 측창이 개방되는 시스템을 갖추고 있는 것으로 조사되었다. 또한, 이 외에 기타 장치로는 지상부를 제어하는 양액조절장치, 탄산시비장치, 포그시스템, 유황훈증기, 공조기시스템, 나방포획기, CCTV(closed circuit television) 등이 있으며, 수확 후 관리에 사용되는 장치로는 저온저장고와 결속기를 보유하고 있었다. 스마트팜 시스템 정 보를 조사한 결과, 난방 및 냉방, 차광 및 보온 스크린, 천측창 개방, 양액기, 유황훈증기, 나방포획기, 유동팬 등 총 11개의 채널이 자동으로 제어되고 있으며, 온･습도, CO₂, 양액(pH, EC)을 조절하는 센서가 있고 자료 축적까지 모두 자동화로 이 루어지고 있는 것으로 조사되었다. 스프레이 절화 장미 스마 트팜의 자동제어시스템은 네덜란드사의 PRIVA를 이용하고 있 으며, 휴대전화 어플리케이션으로 Remote View를 사용하여 원격조절이 가능하게 설계되어 있었다(Fig. 1). 한국형 스마트 팜은 환경센서+제어기+CCTV가 기본형인 1세대와 1세대 모델 에 지상부 복합 환경제어, 빅데이터 분석 및 의사결정 지원시 스템이 결합된 2세대, 2세대에 복합에너지관리와 농작업 자동 화 시스템이 결합된 3세대로 분류된다고 하였다(RDA 2018). 본 연구에서 조사한 스프레이 절화 장미 스마트팜은 CCTV를 통해 실시간으로 농가 상황을 확인하고 온･습도, CO₂, 냉･난 방, 차광 및 환기 등 환경 센서 및 제어기를 가지고 있어 1세 대 스마트팜으로 판단되며, 지상부 복합 환경 제어가 가능하 기 때문에 축적한 자료들을 이용하여 빅데이터 분석 및 의사 결정 지원시스템이 갖춰진다면, 2세대 스마트팜으로 발전 가 능성이 높을 것으로 판단된다. 이는 전라남도에 위치한 스탠 다드 절화 장미 스마트팜이 센서 및 CCTV와 휴대전화 어플리 케이션으로 환경 제어가 가능한 1세대 스마트팜이라는 점에서 본 연구와 유사하였으며, 이를 모델화하여 장미 재배 관행 농 가에 스마트 시설을 도입하고, 재배 농가의 노동력 절감 및 경 제성 향상을 위해서 간편관리형인 1세대가 아닌 2, 3세대 스 마트팜 도입 마련이 필요할 것으로 판단된다.

시설 내 재배환경 분석

스프레이 절화 장미 스마트팜의 시설 내 재배환경을 조사한 결과, 일적산광량(DLI)은 여름에 17.9mol･m^-2 ･d^-1로 가장 높고 겨울에 9.4mol･m^-2 ･d^-1로 가장 낮은 것으로 조사되었다(Table 2). 절화 장미는 재배 시 광의 영향을 받으며, 우수한 개화 및 생육을 위해서는 충분한 광량(일적산광량)이 필요하다(RDA 2018). 절화 장미의 광 요구도는 다른 작물보다 높은 편으로 최소 13mol･m^-2 ･d^-1 이상이 되어야 한다(RDA 2018). 그러나 본 연구의 스마트팜의 겨울철 일적산광량은 최소 광요구도에 미치지 못한 것으로 나타났다. 이는 우리나라가 겨울에 일사량 이 부족하여 고품질의 절화 장미를 재배하기 위해 일사량 보충 이 필요하다는 연구 결과와 유사하였으며(Lim et al. 2009), 부족 한 광량을 위해 보광등과 같은 보광시설과 본 연구의 스마트팜 에는 광 센서가 없기 때문에 절화 장미의 생육에 필요한 적정 광량이 공급 될 수 있도록 광 센서의 도입이 필요할 것으로 판단 된다. 계절별 최고온도, 최저온도, 일평균온도는 다른 계절보다 여름에 각각 28.7℃, 18.5℃, 22.7℃로 가장 높았으며, 겨울에 다소 온도가 낮은 것으로 조사되었다(Table 2). 절화 장미의 재 배 시 적정온도는 주간 24~27℃, 야간 15~18℃이며, 교차폭은 10℃ 내외로 관리하는 것이 좋다고 보고되었다(RDA 2018). 본 연구의 계절별 최저온도는 17.2~18.5℃로 유지가 잘 되고 있으 나 최고온도는 25.8~28.7℃로 적정온도보다 높은 것으로 나타 났다. 특히 봄과 여름은 다른 계절보다 최고온도가 2~3℃ 높기 때문에 냉방 시스템을 활용한 복합 환경 제어를 통해 온도 관리에 주의가 필요할 것으로 판단된다. 계절별 시설 내 상대습 도를 조사한 결과, 82.7~86.5%의 범위를 유지하는 것으로 나타났다(Table 2). 이는 장미의 재배에 적합한 범위인 77±5% (Darlington et al. 1992; Seo and Kim 2013)보다 높았으며, 봄과 여름에 비해 겨울과 가을에 습도가 유의적으로 높았다. 겨울철 의 낮은 외부기온으로 인한 환기 부족은 시설 내 높은 습도를 야기시켜 탄산가스 부족, 온도로 인한 생육 장애가 올 수 있기 때문에(RDA 2016) 적절한 환기관리가 필요할 것으로 판단된다. 측정된 온도와 습도를 이용해 시설 내 VPD를 조사한 결과, 겨울 에 0.3kPa로 다소 낮았고 봄과 여름의 VPD는 0.5kPa로 높았으 며(Table 2), 겨울철의 고습도 및 저VPD 조건은 수확 후 절화수 명을 악화시키는 것으로 보고되었다(Lim et al. 2017). 절화 장미 재배 시 배지로 공급되는 양액의 pH와 EC를 조사한 결과, pH는 5.7~6.4의 범위로 계절 간의 차이가 없었으며 절화 장미 재배 시 양액의 적정 pH는 4.5~7.0으로 pH 4.0 이하나 pH 8.0 이상 에서는 뿌리의 신장과 발달이 저해되어 양분흡수가 불균형한 것으로 보고되었다(Yoon 2016). 그러나 본 연구에서 조사한 스 마트팜의 공급 양액 pH는 적정 범위에 속해있어 절화 장미의 생육에 부정적인 영향은 없을 것으로 판단된다. 또한, EC는 여름 에 1.4dS･m^-1로 다소 높았으며, 가을, 겨울과 봄은 1.1~1.2dS･ m^-1로 차이가 없는 것으로 조사되었다. 장미 재배 시 공급되는 양액의 EC는 봄 1.2~1.6dS･m^-1, 여름 0.8~1.2dS･m^-1가 적정 수 치로 표준화되어 있으나(Yoon 2016) 본 연구에서는 봄과 여름 의 EC가 적정 범위에 속하지 않고 벗어나 있어 일정하게 유지 시켜주기 위한 자동화 시스템이 필요할 것으로 판단된다. 스프 레이 절화 장미의 수명과 재배환경 요인 간의 상관관계를 분석 한 결과, 일누적광량과 절화수명은 r=0.309으로 0.01 유의수준 내에서 양의 상관관계를 가지는 것으로 나타났다(Table 3). 또한 일누적광량과 최고온도(r=0.458), 최저온도(r=0.520), 일평균온 도(r=0.582), VPD(r=0.361)는 0.01 유의수준 내에서 양의 상관 관계를 가지며 최고온도와 습도는 음의 상관관계(r=-0.670)가, 최고온도와 VPD(r=0.800)는 양의 상관관계가 높은 것으로 조사 되었다(Table 3). 습도와 VPD는 0.01 유의수준내에서 r=-0.949 로 높은 음의 상관관계를 가지는 것으로 나타났다. 이는 온도가 높고, 습도가 낮으면 VPD가 증가하며, VPD가 과도하게 높아지 면 식물의 증산작용을 촉진시켜 수분손실이 발생하기 때문에 (Lee et al. 2020) 수분에 민감한 작물인 절화 장미의 품질 저하에 영향을 미칠 것으로 판단된다. 따라서, 스프레이 절화 장미 스마 트팜의 시설 내 재배환경은 선행연구에서 보고된 적정 재배환경 과 달리 계절에 따라 다소 차이가 있는 것으로 판단된다. 적정 범위 내의 일정하지 못한 재배환경은 고품질 절화 장미의 생산 을 어렵게 하고 수확 후 품질에 부정적인 영향을 미칠 수 있다 (Lee et al. 2020). 본 연구의 스마트팜 내 환경 제어 시스템은 복합적으로 최적 재배 환경을 유지하기에는 한계가 있는 것으로 판단되며, 시설 내 재배환경의 빅데이터를 분석하고 자동으로 의사결정을 할 수 있는 시스템 구축과 도입이 필요할 것으로 판단된다.

외적 특성 및 절화수명 분석

스마트팜에서 재배 된 스프레이 절화 장미의 품종별 외적 특 성을 조사한 결과, ‘Egg Tart’, ‘Flash Dance’, ‘Pink Yoyo’, ‘Super Sensation’ 품종 모두 계절에 따라 절화장, 줄기 직경, 엽록소 함량, 소화 수, 화폭, 화색이 다른 것으로 조사되었다(Table 4). ‘Egg Tart’와 ‘Pink Yoyo’, ‘Super Sensation’ 품종은 절화장이 겨울에 각각 92.0cm, 86.7cm, 69.1cm로 가장 길었으나 ‘Flash Dance’품종은 봄과 여름에 각각 84.8cm와 83.9cm로 가장 긴 것으로 조사되었다. 또한, 절화 장미의 위 줄기직경은 겨울에 ‘Egg Tart’, ‘Flash Dance’. ‘Pink Yoyo’, ‘Super Sensation’ 품종 모두 각각 4.9mm, 5.1mm, 6.1mm, 3.4mm로 다소 얇은 것으로 조사되었다. 이러한 결과는 품종에 따라 차이가 있으나 겨울철 에 절화 장미의 절화장이 길어지는 것은 절화 장미 재배 시 최고 온도가 낮고 일적산광량이 적으면 부피생장보다 길이 생장이 많아 절화장이 길어진다는 연구결과와 일치하였으며(Cheong et al. 2012), 겨울철 저광도 조건에서 생육온도를 18℃이상으로 높이면 줄기가 웃자라 꽃이 약해지는 것으로 보고되었다(RDA 2018). 절화 장미의 소화 수를 조사한 결과, 겨울에 ‘Egg Tart’ 4.2개, ‘Flash Dance’ 4.5개, ‘Pink Yoyo’ 4.0개, ‘Super Sensation’ 5.0개로 다른 계절보다 다소 적은 것으로 조사되었다(Table 4). 절화 장미는 호광성 식물로 일사량과 장미의 절화량 및 절화품 질은 양의 상관관계를 가지고 일적산광량이 많을수록 소화수가 많다고 하였다(Bredmore 1997;Cheong et al. 2012). 본 연구에 서는 겨울에 일적산광량이 가장 적었으며 이에 따라 스프레이 절화 장미의 소화도 다소 덜 발달 된 것으로 판단된다. 스프레이 절화 장미는 초장이 길고 소화수가 많으면 상품성이 우수한 것 으로 분류되며(Lee et al. 2020) 겨울에 재배된 스프레이 절화 장미는 초장이 길지만 소화수가 적어 상품성이 떨어지는 것으로 나타났다. 엽록소 함량은 계절에 따라 큰 차이를 보이지 않았으 며, 화폭을 조사한 결과, ‘Egg Tart’품종은 계절간의 차이가 없어 20.8~24.5mm로 크기가 일정한 것으로 조사되었으나 여름에 ‘Flash Dance’ 17.0mm, ‘Pink Yoyo’ 18.0mm, ‘Super Sensation’ 12.1mm로 다른 계절 보다 꽃의 크기가 작은 것으로 조사되었다 (Table 4). 화색은 Hunter value L, a, b를 통해 조사하였으며, 명도인 L값은 여름에 ‘Egg Tart’ 92.9, ‘Flash Dance’ 72.8, ‘Pink Yoyo’ 48.6, ‘Super Sensation’ 80.3으로 다소 높고 겨울에 ‘Egg Tart’ 75.0, ‘Flash Dance’ 63.2, ‘Pink Yoyo’ 36.5, ‘Super Sensation’ 64.8으로 낮은 값을 가지는 것으로 나타났다(Table 4). 또한, 적색 척도인 a값은 여름에 핑크색 품종인 ‘Flash Dance’ 는 14.1, ‘Pink Yoyo’는 23.1, ‘Super Sensation’은 20.7이었으며, 겨울에 ‘Flash Dance’, ‘Pink Yoyo’, ‘Super Sensation’품종 각각 29.6, 50.8, 39.2로 다소 적색이 선명한 것으로 나타났다. 노란색 인 ‘Egg Tart’품종도 핑크색 품종과 같이 여름과 겨울에 각각 b값이 55.0과 79.0으로 겨울에 화색이 진한 것으로 조사되었다. Seo(2014)는 여름에 재배된 장미의 화색은 탈색이 되어 채도가 낮고 명도가 높으며, 이와 반대로 겨울에 재배된 장미는 명도가 낮고 꽃잎의 색상이 선명해진다고 하였다. 또한, 절화 장미는 재배 시 적정온도보다 고온이 되면 호흡으로 인해 소모되는 동 화산물이 많아져 꽃잎수가 감소하고 크기가 작아지며 화색이 퇴색된다고 보고되었다(RDA 2018). 계절별 절화수명을 조사한 결과, ‘Egg Tart’품종은 차이가 없었으나 ‘Flash Dance’, ‘Pink Yoyo’, ‘Super Sensation’은 적정 재배환경에 가까웠던 가을에 각각 10.6일, 11.4일, 10.2일로 가장 길었으며, 세 품종 모두 겨울, 여름 순으로 절화수명이 다소 짧은 것으로 조사되었으며 (Table 4), 이는 최소광요구도에 미치지 못했던 겨울철 일적산광 량과 여름철 적정온도보다 높았던 최고온도에 영향을 받은 것으 로 판단된다. 위의 결과에 따라 스마트팜에서 재배한 스프레이 절화 장미의 외적특성과 절화수명간의 상관관계알아보고사 상 관분석을 진행하였다. 절화수명은 0.01 유의수준내에서 소화 수(r=0.491)와 화폭(r=0.281)은 양의 상관관계를 가지며, 핑크색 품종은 Hunter value a와 음의 상관관계(r=-0.356)를 가지고, 노란색 품종은 Hunter value b와 양의 상관관계(r=0.206)를 가 지는 것으로 나타났다(Table 5). 스프레이 절화 장미는 한 줄기 에 소화가 많아야 상품성이 있으나, 주로 소화경에서 노화가 발생하여 품질 저하가 발생하는 것으로 보고되었으며(Oh et al. 2017), 본 연구에서 절화수명은 소화 수와 양의 상관관계를 갖기 때문에 소화가 많은 고품질의 스프레이 절화 장미를 생산하여 수확 후 품질 저하가 발생하지 않도록 관리가 필요할 것으로 판단된다. 또한, 절화 장미는 수확 전 재배환경에 따라 수명 및 품질에 영향을 받는데 여름과 같이 생육적온 보다 고온에서 자란 절화 장미는 호흡이 증가되고 세포 내 pH의 변화로 화색이 본래의 색보다 연하여 관상가치가 짧다고 하였다(Halevy and Mayak 1979;Kim 2014). 본 연구에서 스마트팜에서 재배 된 스프레이 절화 장미는 일정한 환경이 유지 되지 않아 여름 재배 환경은 최고온도가 다소 높았으며 이는 화색과 절화수명에도 부정적인 영향을 미치는 것으로 판단된다.

따라서, 스프레이 절화 장미 ‘Egg Tart’, ‘Flash Dance’, ‘Pink Yoyo’, ‘Super Sensation’은 스마트팜에서 연중 생산되고 있으 나 재배환경은 외부환경의 영향을 받아 계절별로 일정하게 유 지 되지 않은 것으로 조사되었다. 특히, 여름의 고온과 겨울의 일적상관량 부족 및 과습한 환경은 꽃의 크기와 화색발현, 절 화수명 감소에 부정적인 영향을 미치는 것으로 판단되었다. 이에 따라, 스마트팜의 시설은 갖춰져 있으나 환경 제어가 제 대로 이루어지지 않고 균일한 장미의 생산이 어려워 계절에 따른 편차 없이 고품질의 절화 장미가 생산될 수 있도록 절화 장미의 스마트팜에 맞는 빅데이터를 구축한 환경 제어 시스템 을 필요로 하다고 판단되었다. 이는 1세대가 아닌 2, 3세대에 서 복합적으로 최적 재배 환경을 유지할 수 있기에 2, 3세대 의 활성화 증대를 위해 기술 개발과 현장 적용을 통한 개선이 필요할 것으로 판단된다.