서 언
국화(Chrysanthemum morifolium Ramat.)는 우리나라의 주요 절화 작목 중 하나로 2022년 기준, 297ha에서 재배되며 110백만본, 392억원이 거래되고 있다(MAFRA 2023). 국화는 장일 조건에서 영양생장이 이루어지고, 단일 조건에서 생식생장을 하는 대표적인 단일식물로 광주기성을 변화시켜 개화를 조절 할 수 있다(Kwon et al. 2014). 절화 국화 생산을 위해서는 삽목묘 정식 후, 일정 기간 장일 조건에서 영양생장을 유도하고, 그 후 암막 등을 이용하여 단일 조건하에서 생식생장을 유도하여 재배하는 형태가 일반적이다. 따라서 절화 국화 생산을 위해서는 광조건을 조절할 수 있는 전조 시설 및 암막 시설이 구비된 시설재배가 필수적이다.
수경재배는 토경재배에서 발생하는 연작 장해의 회피, 정밀한 양분 관리에 의한 생산성 및 품질 향상 등의 장점이 있다. 상추(Lactuca sativa L.), 오이(Cucumis sativus L.), 토마토 (Solanum lycopersicum L.)와 같은 채소 작목은 수경재배로 생산되는 주요한 작목이다. 절화류에서는 장미(Rosa hybrida), 거베라(Gerbera hybrida), 안스리움(Anthurium andraeanum Linden) 등이 상업적으로 이용되는 작물이다(Raviv and Lieth 2007). 2022년 국내 화훼 재배면적은 전체 1,998ha이고, 토경 재배는 1,254ha, 수경재배는 744ha에서 이루어지고 있다. 이 중 펄라이트, 암면 등의 고형배지경은 658ha, 순수수경은 86ha에서 재배되고 있다(MAFRA 2023). 1980년대부터 국화 수경재배에 대한 가능성이 제시되어 왔는데(Moustafa and Morgan 1981), 국화를 박막수경(nutrient film technique: NFT) 시스템에서 재배 시 토경재배에 비해 생산성이 24% 증대된다고 보고하였다(De Visser and Hendrix 1986). 또한 Buwalda et al.(1994)은 국화를 고형배지에 정식 후, 저면관수 시스템을 이용하여 재배하였을 때 토양 유래 식물병의 발생없이 양질의 꽃 생산이 가능하다고 하였다. 국내에서는 국화 분무경 재배 시 양액 농도에 관한 연구(Kang et al. 1995), 펄라이트 재배 시 양액 농도 및 관주 주기에 관한 연구(Ji et al. 1998), 배지 종류 및 깊이에 관한 연구(Hwang et al. 2003) 등 국화 수경재배에 관한 연구가 수행되었다. 국내 및 국외 많은 연구 결과가 국화 수경재배 시 토경재배보다 수량성이 증대된다고 보고하였지만, 초기 높은 시설 투자비용과 수경재배를 위한 생산 단가의 증가는 국화 수경재배의 확산에 제한요인으로 작용하고 있다(Viyachaia et al. 2015). 이러한 이유로 국내 국화의 절화재배는 대부분 시설 내 토경재배로 이루어지며 수경재배는 약 5~10% 미만으로 이루어지고 있다. 따라서 본 연구는 절화 국화 생산에 있어서 동일한 환경 조건하에서 수경재배와 토경관 비재배를 통해 재배된 국화의 생육 및 개화특성을 비교하기 위하여 수행되었다.
재료 및 방법
실험 재료
식물재료는 분홍색 스프레이 절화국화 ‘아르거스(Argus)’ 품종을 이용하였다(Fig. 1). 줄기를 128구 트레이에 원예용 상토를 충진하여 삽목하였다. 발근이 육안으로 확인되고 신초 생장이 시작된 삽목묘를 구입하여 2023년 6월 1일에 충청북도농업 기술원 이중하우스(N36°72′64″, E127°46′60″) 시설에 정식 하였다.
수경재배 실험
실험은 2023년 6월 1일부터 2023년 10월 5일까지 실시하였다. 충청북도농업기술원 이중하우스 내부에 수경재배와 토경관 비재배로 구분하여 재배하였다. 수경재배는 폭 80cm, 깊이 25cm 규격의 수경재배용 베드를 지면으로부터 60cm 높이에 설치하였고, 입자 크기 0~3mm의 펄라이트(Homan, Korea)를 채운 후 흑색 필름으로 멀칭 하였다. 수경재배와 토경관비재배 모두 재식 간격은 10×10cm로 하였다. 양액 조성은 네덜란드 처방액을 기준으로 하여 원수 분석 후, 각 무기염류의 함량을 Table 1과 같이 조절하였다. 양액은 수경재배와 토경관비재배 처리에 1회 공급 시 약 200mL씩 하루에 총 8회 공급하였다. 정식 후 1주일 동안은 양액의 전기전도도(electrical conductivity, EC) 농도를 0.5ds･m-1로 공급하였고, 정식 2주 후부터 절화 수확 시까지 양액의 전기전도도 농도를 1.8ds･m-1로 공급하였다. 양액의 pH는 5.8로 고정하였다. 정식 후 4주 동안은 광조건을 조절하지 않았고, 정식 4주 후부터 절화 수확 시까지 저녁 19시부터 다음날 아침 9시까지 암막으로 광을 차광하여 명:암 = 10:14시간 조건으로 재배하였다. 재배기간 중 7, 8월에는 하우스 내부 온도 상승을 방지하기 위하여 오전 10시부터 오후 16시까지 55% 차광을 하였고, 9월 중순 이후에는 야간 온도 15℃ 이상이 되도록 가온 하였다. 습도는 별도로 조절하지 않았다. 2주 1회 병충해 예방을 위하여 살충제와 살균제를 살포하였다. 시험구 처리는 완전임의배치 3반복으로 하였다.
데이터 수집 및 통계 분석
2023년 10월 5일에 절화 수확을 하였고, 생육 특성(초장, 줄기 직경, 엽장, 엽폭, 엽수) 및 개화 특성(개화소요일수, 절화장, 두상화서 크기, 두상화서 개수, 꽃목 길이, 꽃목 직경)을 조사하였다. 개화소요일수는 정식 후부터 첫 꽃이 핀 날을 기준으로 산출하였다. 절화의 생체중은 수확 직후 절화 1개당 무게를 측정하였고, 건물중은 80℃에서 48시간 건조 후, 무게를 측정하였다. 재배시설 내부 환경정보(일사량, 풍속, 대기온도, 대기압, 수증기압 포차)는 미기상센서(ATMOS 41, METER Group Inc., USA)를 이용하여 측정하였고, 수경재배 근권부의 온도는 토양수분센서(TEROS 12, METER Group Inc., USA)를 이용하여 측정하였다.
토양 화학성 분석은 농촌진흥청 토양화학분석법(NIAST, 2010)에 따라 pH는 토양과 증류수의 비율을 1:5(w/w)로 희석 하여 진탕한 후 pH meter(Orion 3 Star, Thermo Scientific, USA)로 측정하였고, 유기물 함량은 Tyurin법, 유효인산은 Lancaster법, 치환성양이온은 1.0N NH4OAc(pH 7.0)로 침출하여 ICP(Integra Dual, GBC)로 분석하였다.
식물체내 무기함량 분석은 시료를 60℃에서 24시간 건조시 키고 H2SO4-H2O2 분해법에 따라 분해한 후, 전질소 함량은 Microkjedahl법, 유효인산은 Lancaster법, K, Ca, Mg 등은 원자흡광분광도계로 분석하였다.
통계분석은 CoStat(version 6.45, CoHort software, USA) 프로그램을 이용하여 최소유의차 검정법(Least Significant Difference : LSD)에 의하여 5% 유의수준에서 통계적 유의성을 검정하였다.
결과 및 고찰
국화 토경관비재배 시 정식 전과 절화 수확 후 토양의 화학적 특성은 Table 2와 같다. 정식 전 토양의 pH는 6.5, 절화 수확 후 토양의 pH는 6.1로 감소하였다. 토양의 전기전도도(electrical conductivity, EC)는 정식 전 4.24ds･m-1에서 절화 수확 후에는 1.39ds･m-1로 크게 감소하였다. 유효인산과 칼슘, 마그네슘, 나트륨의 함량, 또한 양이온 치환용량(cation exchange capacity, CEC)도 감소하는 경향이었다. 대조적으로 유기물과 칼륨의 함량은 증가하였다. 전반적으로 정식 전 토양은 염류 집적으로 인하여 전기전도도가 높고, 인산, 칼슘, 마그네슘 등의 함량이 높았다. 국화는 다비성 식물로 알려져 있고, 토경관비재배 기간 동안에 토양 내에 분포하던 무기염류를 국화가 흡수한 것을 확인할 수 있었다.
국화 시설재배 내부의 환경 자료는 Fig. 2와 같다. 2023년 6월 1일부터 2023년 10월 5일까지 평균 일사량은 787.17W･ m-2이었는데, 고온기인 7, 8월 동안에는 재배지 온도 상승 방지를 위한 차광으로 인하여 6월과 9월보다 평균 일사량이 낮았다. 7, 8월 일사량은 56.59~998.85W･m-2 범위에 있었고, 평균 일사량은 603.49W･m-2이었다. 반면에 6월 일사량은 145.52~1303.76W･m-2 범위에 있었고, 평균 일사량은 983.61W･m-2이었다. 또한 9월 일사량은 45.46~1802.73W･m-2 범위에 있었고, 평균 일사량은 802.33W･m-2이었다. 시설재배 내부의 평균 풍속은 0.15m･s-1, 최대 풍속 0.20m･s-1, 최소 풍속 0.05m･s-1로 조사되었다. 시설재배 내부의 평균 온도는 26.2℃, 최고 온도는 31.5℃, 최저 온도는 17.8℃이었다. 수경 재배 근권부의 평균 온도는 26.0℃, 최고 온도는 31.2℃, 최저 온도는 18.8℃로 시설재배 내부의 온도와 유사하였다. 시설재배 내부의 평균 대기압은 100.4kPa이었고, 99.2~101.6kPa의 범위에 분포하였다. 평균 수증기압 포차는 2.6kPa이었고, 1.2~3.5kPa의 범위로 조사되었다.
절화국화 ‘아르고스’의 수경재배와 토경관비재배 시 생육은 Table 3과 같다. 초장은 수경재배에서 54.0cm, 토경관비재배에서 60.8cm로 토경관비재배에서 증가하였다. 대조적으로 줄기의 직경은 수경재배에서 3.7mm이었고, 토경관비재배에서 3.1mm로 감소하였다. 줄기 직경이 수경재배에서 3.7mm로 높았는데, 이는 양질의 절화를 생산하는데 장점으로 작용한다. 국화 절화재배 시 생산량 증대를 위하여 밀식을 하는데, 이는 국화 줄기 도복의 원인이 되며 특히 개화기에 지상부 무게 증가는 도복을 조장한다. 따라서 수경재배에서 줄기 직경의 증가는 국화 줄기의 도복 방지에 효과적이다. 엽장은 수경재배에서 8.9cm이 었고, 토경관비재배에서 9.8cm로 토경관비재배에서 잎의 길이가 길어지는 경향이었다. 그 외에 엽폭과 엽수는 재배방식에 따른 통계적 유의성이 없었다. Kim et al.(2005)은 절화국화 재배 시 칼슘의 시비량 변화에 따라 무기염류 간에 상조작용 및 길항작용으로 절화장, 절화중 등은 증가하지만, 엽수는 처리 간에 차이가 없다고 하였다. 본 연구에서도 마찬가지로 수경재배와 토경관비재배에 따른 엽수의 차이는 없었다. 정식 후부터 절화 수확 시까지 매주 식물체의 초장과 엽수의 변화를 조사하였다(Fig. 3). 초장은 정식 3주 후부터 수경재배보다 토경관비재배에서 커지는 것을 확인할 수 있었다. 정식 8주 후부터는 수경재배와 토경관비재배 모두 초장의 증가 곡선이 완만해지는 경향이었는데, 이는 정식 4주 후에 단일조건을 처리하였고 그에 따른 국화의 생식생장이 이루어지면서 영양생장이 둔화된 것으로 판단된다. 엽수는 정식 후부터 절화 수확시까지 비슷한 경향이었다. 다만 정식 6~7주차에는 엽수의 증가가 둔화되는 경향이었는 데, 이 또한 정식 4주 후부터 단일조건 처리에 의하여 생식생장으로 전환이 되며 잎의 발달이 둔화된 것으로 생각된다.
정식 후 개화까지 소요일수는 토경관비재배에서 82일, 수경 재배에서 79일이었다(Table 4). 절화장도 초장과 마찬가지로 수경재배보다 토경관비재배에서 더 증가하였다. 국화 두상화서의 크기는 수경재배에서 2.8cm, 토경관비재배에서 2.4cm로 처리에 따른 통계적 차이는 없었다. 줄기 1개당 두상화서의 갯 수는 수경재배에서 19.6개, 토경관비재배에서 13.9개로 수경 재배에서 증가하였다. 꽃목의 길이와 직경은 재배방식에 따른 차이는 없었다. 절화의 생체중은 수경재배에서 44.6g이었고, 토경관비재배에서는 61.1g으로 증가하였다(Table 5). 마찬가 지로 절화의 건물중은 수경재배에서 5.8g, 토경관비재배에서 7.6g으로 증가하였다. Ji et al.(1998)은 스탠다드 절화국화를 토경재배와 수경재배 하였을 때, 토경재배보다 수경재배에서 국화의 초장이 더 길고, 뿌리 생체중과 잎 건물중도 무거웠다고 하였는데, 본 연구에서는 상반된 결과였다. 이는 토경재배 시 양액의 공급 여부에 따라 결과가 다르게 도출된 것으로 판단된다. Ji et al.(1998)의 실험에서는 토경재배 시, 별도의 양분 공급없이 물만 공급하였고, 본 실험에서는 토경관비재배 방식으로 양액을 공급하였기 때문에 토경관비재배 처리에서 식물체가 토양 내에 존재하던 양분과 양액으로 공급된 양분을 모두 흡수하며 식물체의 크기가 커졌다. 국화의 개화소요일수는 시비량이 증가할수록 길어진다고 하였는데(Roh and Yoo 2016), 본 실 험에서도 마찬가지로 양분 공급이 많은 토경관비재배에서 3일 정도 개화가 지연되었다. 이러한 현상은 식물체 내에서 이루어 지는 양분의 흡수, 이동, 저장양분의 동화 등 일련의 과정이 양 분의 양과 비례하여 개화까지의 시간이 더 소요되는 것으로 생 각된다. Hwang et al.(2003)은 국화 수경재배 시 개화소요일수 는 왕겨>펄라이트>코이어 배지 순으로 빨랐고, 이러한 결과는 재배 배지의 양분과 수분 보유력과 관계가 있다고 하였다. 즉, 재배 배지가 양, 수분을 흡착할 수 있는 용량이 크면 클수록 식물체에게 지속적으로 양분과 수분을 공급할 수 있고, 이와 비례하여 국화의 영양생장 기간은 길어지고 생식생장으로 전환이 지연되는 것이다. 마찬가지로 Rahman et al.(2022)의 실험에서도 국화 수경재배 시 양분과 수분의 보유 능력이 낮은 강모래에서 개화소요일수가 53일로 짧았고, 상대적으로 양분과 수분의 보유 능력이 높은 코코피트에서 64일로 길었다.
수경재배와 토경관비재배 시 식물체 내 무기염류 함량을 분석한 결과, 전질소의 함량은 수경재배에서 2.61%, 토경관비재 배에서 2.77%로 토경관비재배에서 높았다. 유사하게 칼륨의 함량도 수경재배에서 3.99%, 토경관비재배에서 4.41%로 토경관 비재배에서 높았고, 칼슘도 수경재배에서 1.20%, 토경관비재배에서 1.49%로 함량이 높았다. 하지만 인산, 마그네슘 등 대량원 소는 재배방식에 따른 차이가 없었다. 또한 구리, 철, 망간 등 미량원소의 함량도 재배방식에 따른 차이가 없었다.
식물의 화아 분화는 식물이 흡수하는 대량원소나 미량원소에 영향을 받는데, 질소, 마그네슘, 칼슘, 황, 붕소 등의 결핍이나 망간 과잉 시, 국화 꽃의 형성이 억제 된다고 하였다(Roorda and Smilde 1980). Ai et al.(2021)은 국화의 꽃 수가 수경재 배에서 41.3개, 토경재배에서 25.6개로 수경재배에서 증가된다고 하여 본 연구 결과와 일치한다. 동일한 재배 환경조건에서 수경재배와 토경관비재배에 국화 꽃 수의 차이가 있었던 원인은 식물체 내에 흡수된 영양분의 양 및 비율에 따라 화아 분화 및 발달이 달라졌던 것으로 생각된다. 국화 단일 처리 후, 화아 분화 및 개화 단계에서 식물체 내 질소의 양과 비교하면 인과 칼륨의 양은 감소하였고, 칼슘과 마그네슘의 양은 증가한다고 하였다(Yoon et al. 2000). 또한 붕소의 결핍이 국화 꽃 수의 감소를 야기하지만, 몰리브덴은 꽃 수의 증감 여부와 관련이 없다고 하였다(Teeter-Wood et al. 2023). 양분의 공급량, 비율에 따른 국화의 화아 분화, 발달 및 개화에 관한 부분은 추후 더욱 연구가 필요하다고 생각된다.
같은 환경조건에서 재배된 식물은 근권부의 면적이 클수록 식물체의 크기가 커지는데(Biran and Eliassaf 1980), 이는 근권부의 면적이 커질수록 공극률이 증가하며 식물이 이용할 수 있는 수분, 양분과 호흡에 이용할 수 있는 공기의 양이 많아지기 때문이다. 국화를 펄라이트, 코이어, 왕겨 등의 배지에 깊이를 달리하여 재배했을 때, 배지의 깊이가 깊을수록 식물체 내 전질소, 인산, 칼륨, 칼슘, 마그네슘 등의 함량이 높아졌는데 (Hwang et al. 2003), 본 연구에서도 마찬가지의 결과였다. 이러한 결과는 동일한 양의 양액을 공급해도 수경재배의 경우 식물이 100% 흡수를 하지 못하고 일정량 배출되는 점, 양분 흡착 능력이 없는 펄라이트의 특성, 또한 토경관비재배의 경우 정식 전, 토양에 분포하는 양분을 식물체가 흡수하였기 때문이다. 본 실험에서도 토경관비재배에서 재배된 국화가 토양에 분포하는 양분과 양액으로 공급된 양분을 흡수하였기 때문에 식물체 내 전질소, 칼륨, 칼슘 등의 함량이 높아지고 초장이 길어지고, 생체중과 건물중이 증가하는 등 식물체의 크기가 커졌다. 하지만 그에 비례하여 토경관비재배에서 국화의 영양생장 기간 이 길어지고, 개화기는 지연되는 결과가 도출되었다. 따라서 국화 수경재배는 재배자가 의도하는 만큼 적정량 양분과 수분 공급을 통한 개화기의 조절 및 조기 수확이 가능하며 줄기 직경과 꽃 수 증가와 같은 절화 품질의 향상 등의 장점을 가질 것으로 판단된다.
