서 언
스킨답서스(Epipremnum aureum)는 천남성과(Araceae) 에 속하는 상록 덩굴성 초본식물로서 동남아시아 지역과 서태 평양 인근의 열대 지역에 분포하고 있다. 국내에서는 내음성 이 강하며 재배가 쉽고, 상록성인 특성으로 인해 실내 관상용 식물로 이용되고 있다. 잎의 무늬나 색상에 따라서 ‘마블’, ‘라 임’, ‘엔조이’ 등 몇 가지 품종이 재배, 유통되고 있다. 또한 일 산화탄소를 감소시키는데 효과적이여서 최근 실내 공기정화 식물로 큰 관심을 받고 있다(Oyabu et al. 2003).
식물의 실내 재배 시 주로 이용되는 인공광으로는 형광등과 발광다이오드(LED, Light Emitting Diode)가 있는데, 그 중 에서도 LED는 작은 크기, 내구성, 긴 수명, 낮은 열 방출, 특 정 파장 조사 등 장점이 있기 때문에 널리 이용되고 있다(Lin et al. 2013;Massa et al. 2008;Nozue et al. 2010). 광질 은 식물의 발육과 생장에 중요한 역할을 한다. 특히 LED는 특 정한 광질을 조절하여 식물의 생육, 개화, 품질 및 저장 등에 사용되고 있다. LED는 적색광, 녹색광, 청색광 등 특정 파장 대의 광원을 조사할 수 있는 장점을 가지고 있어 광형태형성 (photomorphogenesis) 제어에 이용되고 있다(Briggs 1993). 식물의 광합성에 중요한 에너지원인 적색광과 청색광은 식물 생육에 큰 영향을 준다. 청색광은 일장효과, 줄기 생장 억제, 잎 확대 촉진, 유전자 발현 유기 등에 영향을 주며, 적색광은 신초와 줄기 생장(Shin et al. 2008) 및 광합성에 영향을 준다 (Yorio et al. 2001). 식물공장 등에서 식물의 실내재배 시 적 색광과 청색광 LED 조합에 따른 식물의 생육과 발육 반응을 알아보고자 많은 연구가 진행되어 왔다(Kim et al. 2004). 수 경재배는 식물에 필요한 영양분을 물과 함께 공급하는 형태로 기계화, 노동력 절감, 주년생산, 연장장해 회피 등 장점이 있 다. 수경재배는 물로만 재배하는 담액수경(DFT, deep flow technique), 박막수경(NFT, nutrient film technique) 등 순수 수경재배와 암면, 코코피트, 펄라이트 등의 고형 물질에 식물을 심어서 재배하는 고형배지경으로 나뉜다. 국내 수경재 배 면적은 2000년 474ha에서 2019년 4,491ha로 급속히 증 가하고 있는데, 이 중 약 10% 정도인 491ha가 담액수경, 박 막수경 등 순수 수경재배 형태로 운영되고 있다. 현대농업에서 는 엽채류가 높은 비율로 순수 수경재배 형태로 재배되고 있다 (Choi et al. 2005). 고형배지경을 이용한 수경재배는 토마토 (Solanum lycopersicum L.), 파프리카(Capsicum annuum L.), 오이(Cucumis sativus L.) 등의 과채류와 장미(Rosa hybrida), 국화(Chrysanthemum morifolium Ramat.), 거 베라(Gerbera jamesonii Bolus ex Hook. F.) 등 절화류에 서 이루어지고 있다. 그 외에 비모란선인장(Gymnocalycium mihanovichii Britton & Rose), 팔레놉시스(Phalaenopsis spp.) 등 화훼작물에서 수경재배가 연구되었다(An et al. 2007;Lee et al. 2015). 하지만 관엽식물 등 분화식물의 수 경재배에 대한 연구는 미미하다. 국내에서 실내 관엽식물로 많이 활용되는 스킨답서스(E. aureum)는 내음성이 강하고 소 비가 많아 식물공장 활용 대량생산에 대한 재배농가의 요구가 증가하고 있다. 따라서 본 연구는 스킨답서스(E. aureum) 실 내재배 시 적정 인공광원을 구명하고, 시설재배 시 수경재배 를 위한 적정 전기전도도(EC, electrical conductivity) 농도 및 용토 선발을 통하여 연중 안정적인 분화 생산을 위한 자료 로 활용하고자 수행하였다.
재료 및 방법
실험 재료
식물재료는 스킨답서스(Epipremnum aureum) 종류 중 국 내에서 가장 많이 재배, 유통되는 ‘마블’ 품종이었다. 스킨답 서스 줄기 정단부 2∼3 마디를 상부 직경 10cm의 화분에 수 태를 채워서 삽목하였다. 삽목 30일 후 육안으로 발근이 확인 된 삽목묘를 이용하였다. 인공광원 실험을 위하여 적청 혼합 LED(red:blue=4:1, 28W, ES LEDs, Korea)와 백색 LED (red:blue:green=1:1:1, 24W, ES LEDs, Korea)를 사용하 였다. 인공광원 실험 시 비료는 제 2종 복합비료 “TMPeters professional allrounder(N-P2O5-K2O=20-20-20, Everris NA Inc., USA)”를 공급하였다. 박막수경 용토는 제올라이트 (Gumok, Korea), 코코피트(UR media, Korea), 펄라이트 (Homan Inc., Korea), 황토볼(Sangtowon, Korea) 4종을 구입하여 사용하였다.
인공광원 실험
실험은 2021년 7월 8일부터 2021년 10월 27일까지 충청 북도농업기술원의 식물공장에서 실시되었다. 재배기간 동안 인공광원은 형광등, 적청 혼합 LED, 백색 LED로 달리하여 처 리하였다. 식물공장의 재배 베드에 형광등, 적청 혼합 LED, 백색 LED 3종을 재배 베드 바닥으로부터 60cm 높이에 설치 하였다(Fig. 1). 인공광원의 조사시간은 16시간으로 설정하여 명:암=16:8의 비율로 실험기간 동안 처리하였다. 인공광원별 광합성 광량자속밀도(PPFD, Photosynthetic Photon Flux Density)를 식물체 위치에서 Spectrometer(PG200N, UPRtek, Taiwan)를 이용하여 측정하였다(Fig. 2). 형광등의 PPFD 값은 95.89μmol·m-2·s-1, 적청 LED의 PPFD 값은 74.56μmol·m-2·s-1, 그리고 백색 LED의 PPFD 값은 87.87μmol·m-2·s-1로 측정 되었다. 인공광원별 광질의 비율은 형광등에서는 청색광 비율 이, 적청 LED에서는 적색광의 비율이 높았다. 그리고 백색 LED에서는 청색광>적색광>녹색광 순으로 나타났다. 발근이 확인된 스킨답서스 삽목묘를 직경 10cm의 화분에 수태로 정 식하였다. 스킨답서스 화분 15개를 52×36cm 크기의 저면관 수 트레이에 배치하였다. 재배기간 동안 공시비료를 3,000배 로 희석하여 주 1회 관비 형태로 저면 관수 하였다. 식물공장 내부의 온도는 25±2℃로 설정하였고, 습도는 별도로 제어하 지 않았다. 시험구배치는 처리당 15개체씩 완전임의배치 3반 복으로 하였다.
양액농도 및 용토 실험
실험은 2022년 6월 30일부터 2022년 10월 31일까지 충청 북도농업기술원의 하우스에서 실시되었다. 상부 직경 10cm의 화분에 수태를 채워서 삽목하였고, 발근이 확인된 스킨답서스 삽목묘를 뿌리가 다치지 않게 수태를 제거하여 제올라이트, 코코피트, 펄라이트, 황토볼 4종을 재배용토로 하여 상부 직 경 10cm의 화분에 정식하였다. 재식거리는 15×15cm로 하 여 양액재배 베드에 정식하였다. 양액조성은 엽채류 수경재배 조성표에 준하여 재배하였다(Table 1). 질소, 인산 등 6종의 다량원소와 철, 붕소 등 6종의 미량원소를 각각 농도에 맞추 어서 조성하였다. 양액의 pH는 5.8로 설정하였고, EC 농도는 1.2, 1.6, 2.0ds·m-1로 달리하여 각각 처리 하였다. 양액은 순환형 박막수경재배(NFT, nutrient film technique) 방식 으로 2시간 간격, 일 5회, 회당 2분 간격으로 양액자동공급기 (GH-2000, Gafatech, Korea)를 이용하여 공급하였다. 재배 기간 중 시설 내부의 온도 상승 방지 및 직사광선 차단을 위 하여 6월 30일부터 9월 30일까지 75% 차광망을 설치하였고, 9월 이후에는 야간온도가 15℃ 이상 유지되도록 난방을 하였다. 재배기간 동안 하우스 내부 온도와 상대습도는 Data logger (TR-74Ui, T&D corporation, Japan)를 이용하여 측정하 였다(Fig. 3). 시험구배치는 처리당 90개체씩 완전임의배치 3 반복으로 하였다.
데이터 수집 및 통계 분석
식물체 정식 30, 60, 90, 120일 후에 스킨답서스의 줄기 길 이, 엽장, 엽폭, 엽수, 엽록소 함량을 조사하였다. 엽록소 함량 은 휴대용 엽록소 측정기(JP/SPAD-502, Konica minolta, Japan)를 이용하여 측정하였다. 정식 90일 후, 잎의 색도, 식 물체의 생체중과 건물중을 조사하였다. 잎의 색도는 색도색차 계(CM-700d, Konica minolta, Japan)를 이용하여 측정하 였다. 생체중은 식물체 지상부와 지하부 전체의 무게를 측정 하였고, 건물중은 80℃에서 48시간 건조 후 항량이 되었을 때, 무게를 측정하였다. 통계분석은 CoStat(version 6.45, CoHort software, USA) 프로그램을 이용하여 Duncan’s multiple range test에 의하여 5% 유의수준에서 통계적 유 의성을 검정하였고, 분산분석(ANOVA)을 실시하였다.
결과 및 고찰
인공광원 실험
실험에 사용된 스킨답서스의 정식 전 줄기 길이는 10.5cm, 엽장 10.2cm, 엽폭 5.8cm, 엽수 9.3매이고 엽록소 지수값은 37.4이었다(Table 2). 정식 30일 후, 스킨답서스의 줄기 길이 는 적청 LED에서 29.9cm, 백색 LED에서 31.1cm로, 대조구 인 형광등에서의 18.9cm보다 길었다. 정식 60일 후, 줄기 길 이는 형광등에서 44.8cm, 적청 LED에서 38.1cm로 조사되 었다. 백색 LED 에서는 71.0cm로 대조구인 형광등보다 길어 졌다. 정식 90일 후에는 백색 LED에서 줄기 길이가 98.0cm 로 적청 LED 처리나 대조구인 형광등보다 길었고, 인공광원 의 종류에 따른 차이가 큰 것으로 조사되었다. 정식 30일 후, 스킨답서스 잎의 길이는 적청 LED에서 11.5cm로 대조구인 형광등의 9.4cm 보다 길었다. 정식 60일 후에는 잎의 길이가 처리 간 9.2~10.5cm의 범위에 분포하며, 통계적 유의성은 없었다. 정식 90일 후, 적청 LED에서 잎의 길이는 10.8cm로 대조구인 형광등에서 8.7cm, 백색 LED에서 8.9cm보다 길었 다. 잎의 너비는 정식 30일, 60일 후에는 차이가 없었고, 정 식 90일 후에는 적청 LED에서 5.9cm로 대조구인 형광등보 다 넓었다. 스킨답서스의 엽수는 정식 30일 후 적청 LED에서 21.8매, 백색 LED에서 16.2매, 그리고 대조구인 형광등에서 는 14.8매로 적청 LED 처리에서 많았다. 하지만 정식 60일, 90일 후에는 처리 간에 차이가 없었다. 스킨답서스의 엽록소 지수값은 정식 30일 후, 형광등에서 38.2, 적청 LED에서 46.2, 그리고 백색 LED에서 51.7 이었다. 정식 60일 후에는 형광등에서 42.7, 적청 LED에서 48.7, 백색 LED에서 52.5 이었고, 정식 90일 후에는 형광등에서 35.2, 적청 LED에서 44.8, 백색 LED에서 48.6으로 조사되었다. 엽록소 지수값은 인공광원의 종류에 따른 차이가 있었는데, 백색 LED>적청 LED>형광등 순으로 높았다.
인공광원의 종류에 따른 스킨답서스의 생육 반응은 적청 LED에서는 잎의 크기가 커지고, 적색광, 청색광, 녹색광이 포함된 백색 LED에서는 줄기 신장이 촉진되는 경향이었다. 이러한 결과는 스킨답서스 조직배양묘 순화 시 녹색광 처리에 서 초장이 가장 증가했고, 엽장과 엽폭은 적색광, 청색광 순 으로 증가했다는 연구(Park et al. 2015)와 유사하였다. 광 질에 따른 줄기 신장 반응은 식물 종에 따라 다른데, 도리테 놉시스(Doritaenopsis spp.), 지황(Rehmannia glutinosa), 카네이션(Dianthus caryophyllus L.), 포도(Vitis labrusca L.) 는 청색 LED 보다 적색 LED에서 줄기 신장이 촉진되었다 (Manivannan et al. 2015, 2017;Poudel et al. 2008;Shin et al. 2008). 반면에 토마토(Solanum lycopersicum L.), 들 깨(Perilla frutescens Britt.), 국화(Chrysanthemum morifolium Ramat.), 파프리카(Capsicum annuum L.)는 적색 LED보다 청색 LED에서 줄기 신장이 촉진된다고 보고되었다(Choi et al. 2003;Im et al. 2013;Kim et al. 2014;Lee et al. 2012).
정식 90일 후, 스킨답서스 식물체 1주당 생체중 및 건물중 은 Table 3과 같다. 주당 생체중은 형광등에서 77.1g/plant 에 비하여 적청 LED에서 92.9g/plant, 백색 LED에서는 90.9g/plant으로 높았다. 하지만 건물중은 처리 간에 10.7∼ 11.5g/plant의 범위에 분포하며 통계적 유의성은 없었다.
스킨답서스 잎의 착색도를 측정한 결과, 녹색의 정도를 나 타내는 Hunter’s value a 값은 각각 –3.72∼-5.12로서 처리 간에 통계적 유의성은 없었다(Table 4). 또한 Hunter’s value L, b 값도 처리 간에 통계적 유의성은 없었다. 이상의 결과를 종합하면 스킨답서스의 줄기 길이는 백색 LED에서 촉진되고, 엽장이나 엽폭과 같은 잎의 크기는 적청 LED에서 촉진되는 경향이었다.
양액농도 및 용토 실험
EC 농도 3수준과 용토 4종을 달리하여 정식 120일 후, 스킨답서스의 생육을 조사하였다(Table 5). 스킨답서스의 줄기 길이는 EC 농도가 높아질수록 길어지는 경향이었다. EC 1.2ds·m-1 처리에서는 78.5∼94.7cm의 범위에 분포하였고, EC 1.6ds·m-1 처리에서는 72.8∼101.4cm의 범위에 분포 하였다. EC 2.0ds·m-1 처리에서는 93.2∼111.3cm의 범위 에 분포하며, EC 1.6ds·m-1 처리나 EC 2.0ds·m-1 처리보 다 줄기 길이가 길어졌다. 엽폭은 EC 1.2ds·m-1 처리에서 8.4~9.2cm의 범위에 분포하였다. 그리고 EC 1.6ds·m-1 처 리에서 7.0~7.7cm, EC 2.0ds·m-1 처리에서는 8.4~8.9cm 의 범위에 분포하며 EC 1.2ds·m-1 처리에서 가장 높은 경향 이었다. 스킨답서스의 엽수는 EC 농도에 따른 뚜렷한 경향이 없었다. 줄기 두께는 EC 1.2ds·m-1 처리에서 4.51~5.73mm, EC 1.6ds·m-1 처리에서 4.71~4.83mm, 그리고 EC 2.0ds·m-1 처리에서 4.50~4.91mm의 범위에 분포하였다. 스킨답서스의 줄기 두께는 EC 1.2ds·m-1 처리에서 가장 높았다. 엽록소 지 수값은 EC 1.6ds·m-1 처리에서 36.6~45.3, EC 2.0ds·m-1 처리에서 34.5~45.0에 분포하며 EC 1.2ds·m-1 처리보다 높 았다. 뿌리 길이는 EC 2.0ds·m-1 처리에서 37.8~43.5cm로 EC 1.2ds·m-1 처리나 EC 1.6ds·m-1 처리보다 높았다.
용토별로 줄기 길이를 비교하여 보면 EC 2.0ds·m-1+제올 라이트 처리에서 111.3cm, EC 1.6ds·m-1+코코피트 처리에 서 101.4cm로 가장 길었다. 용토별로 스킨답서스의 줄기 길 이는 전반적으로 제올라이트와 코코피트에서 높은 경향이었 다. 스킨답서스의 엽폭은 EC 1.2ds·m-1 처리의 제올라이트, 펄 라이트, 그리고 황토볼에서 가장 높았다. 스킨답서스의 엽수는 용토별로 뚜렷한 경향이 없었다. 줄기 직경은 EC 1.2ds·m-1 처 리의 제올라이트와 코코피트에서 각각 5.73mm와 5.62mm 로 가장 굵었다. 엽록소 지수값은 EC 1.6ds·m-1+제올라이트 처리, EC 1.6ds·m-1+펄라이트 처리와 EC 2.0ds·m-1+코코 피트 처리에서 가장 높았다. 스킨답서스의 뿌리길이는 제올라 이트와 코코피트에서 길어지는 경향이었다. EC 2.0ds·m-1+ 제올라이트 처리와 EC 2.0ds·m-1+코코피트 처리에서 각각 44.2cm, 43.6cm로 가장 길었다. 양액농도별 스킨답서스의 생육을 비교할 때, 양액농도가 높을수록 줄기 길이와 뿌리 발 달이 촉진되고 엽록소 지수값이 높아지는 경향이었다. 스킨답 서의 생육을 용토별로 비교할 때 제올라이트와 코코피트에서 촉진되는 경향이었다. 식물의 수경재배 시 양액의 적정 EC 농 도는 1.0∼2.0ds·m-1 범위에 분포하는데, EC 3.0ds·m-1 이 상의 높은 농도에서는 식물에게 스트레스를 유발하여 생육이 저하되는 것으로 알려졌다. 수경재배 시 작물별 적정 EC의 농 도는 딸기(Fragaria×ananassa Duch.)의 모주 및 자묘 생산 시 약 0.6ds·m-1 정도(Kim et al. 2018), 적겨자(Brassica juncea L.)와 청경채(Brassica campestris L.) 수경재배 시 EC 2.0∼2.5ds·m-1 범위에서 최적 생산량과 품질을 나타내는 것 으로 알려져 있다(Lee et al. 2012). 본 실험에서는 스킨답서 스 수경재배시 적정 양액의 농도가 EC 1.6∼2.0ds·m-1 범위 로 판단되었다.
식물 수경재배용 용토로는 암면, 코코피트, 펄라이트 등 용 토가 활용되고 있는데, 펄라이트는 수분 보유력이 낮은 것으 로 알려져 있다(Kim et al. 2011). 절화장미(Rosa hybrida) 수경재배 시 펄라이트 단용 처리에서는 수분 보유력이 낮아 코이어 단용 또는 코이어, 펄라이트 혼용 처리에 비해서 절화 품질이 낮고 절화 수량이 감소하였다고 보고되었는데(Choi et al. 2010), 본 연구에서도 펄라이트와 황토볼 처리에서 스 킨답서스의 생육이 감소하였다. 따라서 식물의 수경재배 시 식물의 요수량 및 재배 용토의 보수력 등을 고려하여 급액량 을 달리하여야 하고, 펄라이트와 황토볼을 재배 용토로 이용 하는 경우에는 제올라이트나 코코피트에 재배할 때보다 급액 량을 증가시켜야 할 것으로 판단되었다.
정식 120일 후의 스킨답서스의 생체중은 처리 간에 62.3∼ 146.7g/plant의 범위에 분포하였다(Fig. 4). EC 농도별로 비 교하면 EC 농도가 높을수록 생체중이 증가하여 EC 2.0ds·m-1 처리에서 생체중이 가장 높은 경향이었다. 용토별로 스킨답서 스의 생체중을 비교하면 EC 1.2ds·m-1 처리에서는 코코피트> 제올라이트>펄라이트>황토볼 순으로 높았다. EC 1.6ds·m-1 처리에서는 코코피트 처리에서 생체중이 가장 높았고, 제올라 이트, 펄라이트, 황토볼 처리에서는 차이가 없는 것으로 조사 되었다. EC 2.0ds·m-1 처리에서는 EC 1.2ds·m-1 처리구와 유사하게 코코피트>제올라이트>펄라이트, 황토볼 순으로 생 체중이 높은 것으로 조사되었다. 스킨답서스의 생체중은 제올 라이트와 코코피트에서 높고, 펄라이트와 황토볼에서는 낮은 경향이었다. 코코피트와 제올라이트 처리에서 스킨답서스의 생육이 촉진된 것은 코코피트와 제올라이트가 펄라이트나 황 토볼보다 양분을 보유하는 능력이 높기 때문으로 판단되었다. 이러한 경향은 스킨답서스 분재배 시 펄라이트+바크보다 펄 라이트+부엽 용토 처리에서 줄기길이가 길어지고, 엽수가 많 아지는 등 생육이 양호해지는 연구(Fatemeh and Hossein 2014) 와 일치하였다.
