서 언
국화(Dendranthema grandiflorum)는 화형, 화색 등이 매우 다양한 세계 3대 주요 화훼작물로 절화, 분화, 화단국의 형태 로 이용되며, 이차대사물질들이 포함된 한방재료, 새로운 치 료제 등으로 이용할 수 있어 상업적으로도 중요한 작물 중 하 나이다(Kumar et al. 2005). 특히 절화용 스프레이 국화는 착 화수가 많을 뿐만 아니라 다채로운 화색과 화형을 지닌 작목 으로 미국과 유럽에서는 2번째로 큰 절화시장을 형성하는 유 망한 작목 중 하나이다(Suh et al. 2015). 국내의 경우, 2019년 기준 국내 절화 국화 판매량은 134백만본, 판매금액은 46,796 백만원으로 전체 절화류 생산금액의 26.3%를 차지한다. 또 한 재배 면적은 309ha로 가장 넓은 면적을 보유하고 있으나, 2006년의 재배 면적이 805ha로 최고 수준을 달성한 이후 (MAFRA 2007;MAFRA 2020) 생산자의 고령화, 인건비 상승 으로 인한 생산단가 상승, 경기침체로 인한 소비위축 등으로 인해 감소하고 있는 실정이다(Yoon et al. 2017). 절화용 스프 레이 국화의 경우 국내 대학, 연구소 및 민간 육종가들에 의해 다수의 품종이 육성되고 있으나, 아직 네덜란드 회사 품종에 비해 미진하며(Hwang et al. 2013) 스탠다드 국화에 비해 시 장성이 떨어지기 때문에(Suh et al. 2015) 소비자들의 기호를 충족시킬 수 있는 다양한 화색, 화형을 지닌 장점을 강조하며 고품질의 절화를 생산할 필요성이 있다.
스마트팜은 정보통신기술(ICT)을 활용해 온도, 습도, 지온, 일조량 등 환경 정보와 작물의 생육 특성 정보를 데이터베이 스화하여 품질 및 생산량을 증대시킴과 동시에 노동력 및 경 영비 등을 절감하는 편리한 농업 방식으로 재배할 수 있는 장 점을 지녔다(Lee et al. 2019). 우리나라와 같이 여름 고온기 에 국화를 재배하는 경우 기형화가 다수 발생해 품질이 떨어 지고, 개화시기가 지연되어 경제성이 감소되며, 안토시아닌 함량 감소로 인한 화색 불량으로 상품 가치가 하락하는 문제 가 발생한다(Huh et al. 2008;Kim et al. 2009;Lawson and Dienelt 1992). 절화 국화는 절화장, 절화중, 소화수, 화폭 등 에 의해 품질이 결정되며 이는 조도, 온습도, 이산화탄소, 토 양 영양성분 등과 같은 재배 조건에 의해 영향을 받기 때문에 (Hwang et al. 2007;Yoo and Roh 2014) 환경을 균일하게 조 절할 수 있는 스마트팜 기술을 활용하여 최적 환경 조건을 지 속하는 것이 중요하다. 2016년 기준 국내 설치된 시설원예 스 마트팜 면적은 1,912ha, 2020년 기준 5,948ha이 보급되었으 며, 2022년에는 7,000ha까지 증대될 것으로 예측된다(Jang and Kim 2019;MAFRA 2021). 특히 2016년 기준 국내에 설치 된 스마트팜은 총 927호이며, 시설원예 분야는 760호이고, 그 중 화훼 분야는 단 27농가(4%)로 스마트팜 활용이 미미하다. 하지만 화훼 선도농가들은 스마트팜 도입 이후 조수익이 34.4% 및 생산량이 18.0% 상승한 것으로 보아(Kim et al. 2016), 화훼 분야에 추가적인 스마트팜 보급 확대가 절실하다.
보편적으로 절화에 대한 소비자들의 인식은 화훼 상품이라 는 품목으로는 선호도가 높지만 절화수명이 짧아 관상가치가 낮아 사치품이라는 인식이 강하다. 뿐만 아니라, 화훼는 국내 경제 상황이 악화될 시 이에 대한 소비를 줄이고자 하기 때문 에 경제 상황에 따라 화훼소비가 크게 좌우되는 실정이다 (KREI 2014). 따라서 절화 품질 보증 및 소비자들의 인식 변 화를 통한 화훼 소비 확대가 필요하다. 특히, 절화 국화, 장미 및 백합을 구매할 때 고려하는 항목으로 절화수명이 선택되었 기 때문에(Lim et al. 2014) 이를 향상시키려는 연구는 필수적 이다.
절화의 품질 및 수명에 영향을 미치는 여러 물질의 공급 및 균형조절은 꽃, 잎 및 줄기의 상호작용에 의해 이뤄진다 (Marissen and Brijn 1995). 특히 절화 국화는 특별한 처리를 하지 않아도 절화수명이 24일로 가장 긴 작목 중 하나이기 때 문에, 화기의 위조보다는 잎의 손상 및 황화현상에 의해 품질 이 저하되므로(Gomes et al. 2010;Kim et al. 2012) 잎의 관 리 또한 중요하다. 일본 수출용 ‘백마’는 5℃ 조건에서 수송하 는 것이 35℃, 20℃보다 절화수명이 3.8일 연장되었다(Yoo and Roh 2015). 절화 국화 ‘백마’의 경우 Chrysal RVB, NaOCl 처리구가 절화수명 연장에 효과적이었다(Lee and Lee 2015). 스탠다드 국화 ‘백설’은 수확직후 전처리로 1-MCP 0.5g·m-3 농도의 가스처리 또는 Promalin(GA4+7+BA) 100mg·L-1 분무 처리 후 저장 및 유통 시 품질선도 유지에 효과적이었다(Suh et al. 2013). 스프레이 국화 ‘릴렌스’의 경우 여름 고온기 재배 시 30% 차광한 것의 품질이 가장 우수했다(Kim et al. 2004). 위와 같이 절화 국화는 재배, 수확 후 유통 시 환경 조건 및 전처리제 종류에 따른 절화수명 증진 및 품질 향상 연구가 진 행되었으나, 하우스 재배시설의 종류에 따른 절화수명 및 품 질을 직접 비교한 사례는 매우 부족한 실정이다.
본 연구진의 선행연구에서 절화 스프레이 국화 스마트팜과 관행농가의 시설, 토양 성분 함량 및 3개 품종 ‘아비삭’, ‘포드’, ‘헤나’의 생육 상태를 비교했을 때 스마트팜에서 환경, 생산량 및 생육이 우수했다는 결과를 보고했다(So and Lim 2020). 따 라서 본 연구를 통해 스마트팜과 관행농가에서 재배한 절화용 스프레이 국화 ‘헤나’의 채화 후 절화수명 및 품질을 비교분석 하여 절화 국화 스마트팜 보급 확대를 위한 기초 자료로써 제 공하고자 한다.
재료 및 방법
농가 선정 및 공시재료
절화 스프레이 국화 스마트팜과 관행농가를 동시 운영하는 경기도 이천시(Icheon, Gyeongggi-Do) 소재 농가를 선정하였 다. 선정 기준은 환경 및 재배 방식에 대한 변수를 줄이고 동 일한 품종을 비교하는 것을 원칙으로 하였다. 스마트팜은 ㈜ 삼일엔지니어링(SAM IL ENGINEERING Co., Ltd, Korea)에서 생산된 제품을 사용하여 2010년에 완공된 연동 비닐하우스이 며, 관행농가는 1995년에 완공된 단동 비닐하우스이다. 본 연 구에 사용된 공시재료는 절화용 분홍색 홑꽃 스프레이 국화 ‘헤나’를 스마트팜에서는 2020년 9월 25일, 관행농가에서는 2020년 10월 30일에 각각 10개체를 채화하여 세종대학교로 수송한 후 모든 개체들을 50cm로 절단하고 소화수 5개, 잎 3 개를 남겼다(Fig. 1). 절화는 500mL 증류수가 담긴 유리병에 담가두었으며 절화수명이 종료될 때까지 교체하지 않았다.
절화 품질 분석
절화 품질 조사를 위해 스마트팜 스프레이 국화 ‘헤나’는 2020년 9월 25일부터 10월 26일까지 32일간 품질 분석을 위 한 조사를 수행하였고 관행농가는 2020년 10월 30일부터 11 월 25일까지 24일간 조사하였으며, 채화한 당일을 Day 0으로 정하였다. 수확 후 동일한 환경 조성을 위해 온도 25℃, 상대 습도 50%, 주간 12시간, 야간 12시간 및 조도 1,500lux로 설 정한 식물생장상(VS-91G09M-1300-0, VISION SCIENTIFIC CO., LTD, Korea)에 보관하였다. 품질 분석을 비교하기 위해 절화 수명(days), 절화중 변화율(% initial), 수분 흡수량(mL), 수분 균형(mL), 화폭 변화율(% initial), 엽록소 함량(SPAD value)을 오전 10시에 격일간격으로 조사하였다. 절화수명 종료 기준은 소화수의 60% 이상이 시들었거나 꽃목굽음 현상 및 꽃잎 탈 리 현상 등이 육안으로 관찰되어 관상가치가 끝나는 시점을 일수로 계산하였다. 수분균형은 수분 흡수량에서 증산량을 뺀 값으로, 수분 흡수량은 꽃을 제외한 전날의 무게에서 당일의 무게를 뺀 값이며, 증산량은 꽃을 포함한 전날의 무게에서 당 일의 무게를 뺀 값으로 산출하였다. 화폭 변화율은 각 개체별 로 소화수 1개를 선정하여 표식을 한 후 디지매틱 캘리퍼스 (CD-15CX, MITUTOYO CO., JAPAN)를 이용해 2회 측정 후 평균을 내었다. 엽록소 함량 조사는 절화 국화의 가장 하단부 잎을 chlorophyll meter(SPAD-502 plus, Konica Minolta, Japan) 를 이용하여 2회 측정 후 평균을 내어 분석하였다.
통계처리
하우스 재배시설 종류에 따른 절화 국화 품질 데이터의 통 계분석 및 유의성 분석은 SPSS 22.0(IBM Inc, NY, USA) 통계 프로그램을 사용하였으며, 절화수명은 독립 표본 T-test 방법 으로 비교 분석하였다.
결과 및 고찰
스마트팜과 관행농가에서 각각 채화한 절화 스프레이 국화 ‘헤나’의 절화수명을 구명하고자 하였다(Table 1). 스마트팜 절 화 국화 절화수명은 28.6±1.03일이었으며 관행농가는 24.2±0.61 일로 스마트팜이 약 4.4일 연장되었다(p≤0.01, t=3.661). 스 마트팜의 경우는 Day 24부터 꽃잎 위조 현상이 관찰되었고, 관행농가는 Day 21부터 꽃잎 위조현상이 관찰되어 절화수명 이 종료되었으며, 두 조건에서 잎의 손상 및 황화 현상은 관찰 되지 않았다.
절화 국화의 품질 비교를 위해 먼저 절화중 변화율, 수분 흡수량 및 수분균형을 조사하고, 각 요인에 미치는 상호작용 분석을 실시하였다. 절화중 변화율(Fig. 2)의 경우 스마트팜은 Day 4에 최대 117.95%까지 증가한 후 절화중을 유지하면서 서서히 감소되어 절화수명 종료시점인 Day 28에 98.15%가 되 어 초기 절화중보다 감소되었다. 관행농가는 Day 4에 최대 116.65%까지 증가한 후 스마트팜보다 더 급격히 감소하는 경 향을 보여 Day 22에 96.46%가 되었다. 이는 절화 덴드로븀의 생체중 감소량이 지연되고 지속적으로 유지하는 처리구의 절 화수명이 길었다는 연구 결과(Zuliana et al. 2008)와 일치하 였다. 수분 흡수량의 경우 스마트팜은 Day 6에 최대 18.61mL 를 흡수하고 절화수명 종료시점까지 10mL 이상을 흡수하였 다. 반면 관행농가는 Day 2에 최대 20.22mL를 흡수하여 스마 트팜보다 더 높은 최대값을 나타냈다. 하지만 절화중 변화율 과 마찬가지로 급격히 감소하여 Day 12부터는 10mL 이하만 을 흡수하였다. 수분균형의 경우 스마트팜과 관행농가 모두 Day 2에서 가장 높은 값을 나타냈으며, 각각 1.66mL, 2.41mL 를 나타냈다. 그 후 급격히 감소하여 스마트팜은 Day 8에 음 수 값인 -0.05mL을 나타냈으며, 관행농가는 Day 6에 음수 값 인 -0.18mL를 나타내어 관행농가의 노화가 더 빠르게 진행했 음을 알 수 있었다. 절화 거베라의 경우 빠르게 음수값으로 떨어진 수분균형 불량상태가 노화와 크게 관련이 있어 절화수 명이 짧다는 결과(Kim et al. 2004)와 일치했다.
절화수명과는 스마트팜과 관행농가에서 공통적으로 절화중 변화율과 수분균형에서 상호작용이 있었으며 흡수량에서는 없었다(Table 2). 절화수명과 절화중 변화율의 경우 스마트팜 (p≤0.05, r=-0.595)과 관행농가(p≤0.01, r=-0.709)에서 모두 비교적 강한 음의 상관관계로 나타났다. 절화 수국의 경우 절 화수명과 절화중 변화율의 상호작용이 없었다는 보고(Lee et al. 2019)와 절화 팔레놉시스의 절화수명이 생체중하고 큰 연관 성이 없었다는 보고(Lee et al. 2013)와는 상이한 결과를 보였 다. 절화수명과 수분균형의 경우 스마트팜(p≤0.01, r=-0.764) 과 관행농가(p≤0.01, r=-0.720)에서 모두 강한 음의 상관관계 로 나타났다. 절화수명과 흡수량은 상호작용이 없으나, 각 요 인인 절화중 변화율과 흡수량(스마트팜, p≤0.01, r=0.753; 관 행농가, p≤0.05, r=0.638)이 강한 양의 상관관계가 나타난 것 은 절화 수국의 결과(Lee et al. 2019)와 일치했다.
일반적으로 꽃의 노화는 꽃잎에서 가장 먼저 육안으로 증상 을 관찰할 수 있기 때문에, 절화 품질의 핵심 지표 중 하나인 화폭 변화율(Fig. 3)로 비교 분석하였다. 스마트팜은 Day 16 에 초기 화폭 대비 최대 143.00%까지 증가하였으며, 관행농가 는 Day 14에 최대 125.82%까지 증가한 후 절화수명 종료시점 때 급격히 감소하는 양상을 보였다. 이는 스탠다드 절화 국화 ‘백마’가 스마트팜에서의 화폭이 관행농가보다 큰 것과 일치하 는 결과를 보였다(Roh and Yoo 2020). 또한 절화 백합과 장 미에서 절화수명이 긴 처리구가 최대 화폭도 가장 컸다는 결 과(Ren et al. 2017)와 일치했다. 뿐만 아니라 절화 장미의 최 대 화폭에 이르는 시기와 최대 생체중, 용액흡수량 및 수분균 형에 이르는 시기는 상관관계는 없었다는 결과(Son et al. 1997)와 일치했다.
절화 품질에 영향을 주는 마지막 요인으로 광합성과 밀접 한 관계를 지닌 엽록소 함량(Fig. 4)을 비교분석하였다. 절 화 국화 ‘헤나’를 채화한 당일에는 관행농가의 엽록소 함량이 57.38±2.19 SPAD value로 49.82±1.02 SPAD value인 스마트 팜보다 약 7.56 SPAD value 더 높았다. 이는 스탠다드 절화 국화 ‘백마’의 경우 스마트팜에서의 엽록소 함량이 관행농가보 다 높아 반대되는 결과(Roh and Yoo 2020)를 보였다. 국화 생육 시 광도가 낮아짐에 따라 엽록소 함량이 낮아진다는 결 과(Lee et al. 2001)에 따라 하우스 비닐의 투명도, 높이에 따 른 광도의 차이에 의해 엽록소 함량의 차이가 발생한 것으로 판단된다. 엽록소 함량은 절화수명이 증대됨에 따라 서서히 증가하여 절화수명 종료시점에서는 스마트팜은 54.15±1.42 SPAD value, 관행농가에서는 59.06±2.92 SPAD value로 Day 0보다 증가하여 각각 약 4.33 SPAD value, 약 1.68 SPAD value만큼 증가하여 엽록소 함량의 차이가 줄어들었다. 이는 절화 장미의 경우 엽록소 함량이 실험기간동안 계속적으로 서 서히 증가되는 경향을 보인 것과 일치했다(Son et al. 1997).
절화수명과 화폭 변화율의 상관분석 결과(Table 2) 유의미 한 상호작용은 없었으나, 화폭 변화율과 수분 흡수량과는 강 한 양의 상관관계(스마트팜, p≤0.01, r=0.699; 관행농가, p≤ 0.05, r=0.671)를 보였다. 절화수명과 엽록소 함량의 경우 스 마트팜은 (p≤0.01, r=0.729)로 강한 양의 상관관계를 보였으 나, 관행농가는 유의미하지 않은 결과를 보였다. 엽록소 함량 은 관행농가에서 채화한 절화 국화에서는 타 요인과 아무런 상호작용이 없는 반면, 스마트팜은 절화중 변화량(p≤0.05, r=-0.554)과, 수분 균형(p≤0.05, r=-0.518)에서 비교적 강한 음의 상관관계를 나타냈다.
동일한 절화 스프레이 국화 농가에서 수행한 본 연구진의 선행 연구에 따르면(So and Lim 2020), 측창만을 열어 온도를 낮추는 관행농가와는 달리 스마트팜은 16개의 환경 자동 센서 채널 및 안개분사장치를 보유해 환경을 균일하게 조정할 수 있다. 그 결과, 생육 속도가 빨라 스마트팜에서는 연간 3.5기작 을 실현시켰으며, m2당 연간 수확본이 관행농가보다 41.76% 증대되었다. 또한, 스마트팜 토양의 pH, 유기물 함량 등이 적 절한 수준이었으며, 무기물 및 전기전도도는 관행농가보다 적 정 수준 근사치 함량을 나타내었다. 그 결과, 채화 전 스마트 팜에서 재배한 절화 스프레이 국화 3종 모두 절화장, 줄기 직 경 등의 생육 상태가 관행농가보다 더 우수했으며, 이 점이 지 속되어 채화 후 절화수명 및 품질에도 영향을 준 것으로 판단 된다. 이는 절화 장미의 경우 일정한 환경조절이 가능한 스마 트팜에서의 품질이 관행농가보다 균일하게 우수하다(Choi et al. 2019)는 결과와 일치했다. 따라서 절화용 스프레이 국화 ‘헤나’는 스마트팜에서 재배했을 경우 자동화 시설을 통한 최 적 생육환경 유지로 인해 재배 시 수확량뿐만 아니라 절화수 명 및 절화 품질 향상에 더 효과적이라고 판단된다. 스마트 농업 확산을 위해서는 기초 연구 강화, 빅데이터 분석 전문 인 력 양성 및 데이터 기반 농업이 중요하다는 보고(Kim and Chung 2018)에 따라, 본 연구는 절화 국화 스마트팜 보급을 위한 기초 데이터 자료로 활용될 수 있을 것이다. 추후에는 환경 조건과 생육 상태를 긴밀하게 연관시켜 비교 분석할 필 요가 있으며(Jang and Kim 2019), 더 다양한 품종들의 품질 비교 연구를 추진하여 화훼 스마트팜 보급을 확대함으로써, 절화수명이 증대된 고품질 절화를 제공해 소비자들의 만족도 를 증대시켜 화훼 소비가 확대될 수 있을 것으로 전망된다.
