서 론

딸기(Fragaria × ananassa Duch.)는 전 세계적으로 널리 재배되는 경제적으로 중요한 원예작물로, 우리나라 겨울철을 대표하는 주요한 과채류 중 하나이다(Hung et al., 2015). 2021년 국내 딸기 생산액은 14,757억원으로 전체 채소 생산액 의 11.2%를 점유하고 있으며, 그 재배면적과 생산량은 각각 6,103ha와 177,480톤에 이른다(MAFRA, 2022).

이상기상 현상은 작물 생산량 변화에 가장 큰 요인이 되고 있으며(Moriondo et al., 2011;Lim et al., 2015), 외부기상 이 고르지 못한 경우 노지뿐만 아니라 시설 작물의 생육과 수확도 영향을 받을 수 있다(Lee et al., 2018). 작물의 수 급 조절시 단수를 예측하는 것이 중요하며, 수확 예측 시기 와 정확성에 따라 작물 수급 조절에 활용될 수 있다(Cho et al., 2013). 딸기는 영양생장과 생식생장의 균형이 중요한 작 물로(Lee et al., 2021), 재배 환경에 따라 수량, 품질 등이 좌우되며 광포화점은 25°C에서 28,000lux라고 알려져 있다 (Kim et al., 1999).

작물을 재배할 때 환경요인 중 기온은 식물의 지리적 분포, 생존 및 생산량에 직결되는 중요한 요인으로 생육적온보다 높 거나 낮으면 고온이나 저온 스트레스를 받게 된다(Oh et al., 2014). 이러한 환경의 변화는 작물의 생장량 변화를 야기하고 목표하는 수확 시기를 위해서는 작물의 생장 속도와 생장량을 예측하는 것이 필요한데, 이때 작물 모델은 작물 생리학에 대 한 지식을 통합하고 균일한 재배를 하게 하는 지표가 된다 (Kim et al., 2020). 이에 딸기 육묘시 기온 변화에 따른 환경 요인과 작물의 생육요인을 비교함으로써 안정적인 묘 생산을 위한 생육모델을 개발하는 것이 필요하다.

최근 재배환경 및 기후변화에 따른 식물의 반응을 파악하기 위하여 작물의 재배적지 변화, 생장량 및 수확량 변동 등에 관한 연구들이 이루어지고 있으나(Lee et al., 2018), 딸기 묘 생산량 예측을 위한 모델 연구는 미흡한 실정이다. 이에 본 연구는 딸기 삽수를 이용한 삽목 육묘시 기상환경과 생장에 대한 데이터를 수집하고, 생육 일수 및 누적온도에 따른 ‘설 향’ 딸기의 생장을 해석하고 생장 예측을 위한 회귀모델을 개 발하기 위해 수행되었다.

재료 및 방법

재배조건 및 식물재료

딸기 ‘설향’(Fragaria × ananassa Duch. cv. Sulhyang) 삽수 는 전라북도농업기술원 수경재배 온실에서 발생한 런너에서 채 취하였다. 전개엽이 2~3매로 발생한 삽수를 2020년 11월 12일 에 채묘하여 3°C에 냉장보관한 뒤 2020년 12월 10일에 딸기 전용 상토(Myung Jin Joo, Homan Industrial Co. Ltd., Korea) 를 충진한 딸기 전용 육묘 포트(E형 12구, 60×20×10 cm, Hwaseong Industrial Co. Ltd., Korea)에 삽목하였다.

삽목한 묘는 고설 육묘장 내 소형비닐터널 안에서 온·습도 유 지와 직사광선 차단을 위해 부직포, 비닐, 35% 차광망 순으로 덮어 초기 활착을 시킨 뒤, 삽수를 채취했던 온실로 이동하여 육 묘하였다. 양분은 딸기 야마자키 전용 양액을 기준으로 하여 pH 6.0, EC 1.0 dS·m^-1으로 맞추어 드리퍼로 관주하였고, 병해충 방 제 등 일반 관리는 딸기 표준재배법에 준해 관리하였다. 하우스 내 환경 데이터는 데이터 로거(Watchdog 1000 series, Encosys Co. Ltd., Korea)를 설치하여 30분 간격으로 수집하였다.

생육특성 조사

식물체의 생육은 딸기 특성조사 표준매뉴얼(RDA, 2017) 에 따라 초장, 엽수, 생체중, 건물중, 엽면적 등을 조사하였 다. 실험구 배치는 완전임의배치법을 이용하였고, 삽목일부 터 1주일 간격으로 10개체씩 임의로 샘플링하여 2020년 12 월 10일부터 2021년 3월 4일까지 총 13회에 걸쳐 생육조 사를 실시하였다. 생체중과 건물중은 전자저울(Entris, Sartorius Inc., Germany)을 사용하여 측정하였고, 건물중은 60°C의 항온 건조기(DH-2009H, Korea Dry Tech., Korea)에 시료를 72시간 건조한 후 측정하였다. 엽면적은 엽면적 측정기(LI-3100 Area, LI-COR Inc., USA)를 이용 하여 측정하였다.

생장과 생장률에 대한 해석 및 통계분석

식물체의 생장과 생장률에 대한 해석을 위하여 삽목 정식 후 일수(DAT, days after transplanting)와 누적온도(accumulative temperature)를 독립변수로 하고 생육특성 결과를 종속변수(생 체중, 건물중, 엽면적)로 하여 방정식을 도출하였다. 통계분석 은 SigmaPlot program(SigmaPlot 12.5, Systat Software Inc., San Jose, CA, USA)를 이용해 회귀모델을 도출하고 상관분석 을 하였다.

Time (정식 후 일수, days after transplanting)

[(누적온도, accumulative temperature), 일 최고 및 최저기 온(Max and Min temperature)]

상대생장률(RGR, Relative growth rate), 작물생장률(CGR, Crop growth rate)은 아래와 같은 계산식으로 Hoffmann과 Pooter(2002)의 방법에 따라 산출하여 비교하였다. 그리고 sigmoidal 함수 형태(3 Parameter)를 이용해 생장 요인에 대한 회귀모델을 구하였다.

[W_n+1: 정식 n+1주 후 식물체 건물중(g), W_n: 정식 n주 후 식물체 건물중(g)]

결과 및 고찰

정식 후 일수에 따른 생장 및 생장률

딸기 삽수를 정식할 때 초장은 9.93 cm, 엽수는 3매, 지상부 생체중은 2.81 g, 지상부 건물중은 0.58 g, 엽면적은 87.09 cm² 였다(Table 1). 초장은 정식 후 42일에 13.75 cm로 정식시보 다 약 1.4배, 정식 후 84일에는 27.90 cm로 정식시보다 약 2.8배 길어졌다. 엽수는 정식 후 42일에서 49일 사이, 그리고 정식 후 77일에서 84일 사이에 급속히 증가하였다. 정식 후 84일에 지상부 생체중과 지하부 생체중은 각각 20.84 g, 7.99 g으로 정식시보다 약 7.4배, 14.0배씩 증가하여, 지하부의 증가율이 지상부의 증가율보다 더 컸음을 알 수 있었다. 이때 지상부 건물중은 4.83 g으로 정식시보다 약 8.3배 증가하였고 지하부 건물중은 정식시보다 약 10.9배 증가한 0.87 g으로 무 거워져서, 생체중에서와 마찬가지로 건물중에서도 지하부의 증가율이 지상부의 증가율보다 높음을 확인할 수 있었다. 엽 면적은 정식 42일 이후 급속히 증가하였는데, 그 진폭은 지상 부 생체중이 가장 큰 폭으로 증가한 정식 후 63일에서 70일 사이로서 261.23 cm²의 편차를 보였다. 이는 이 시기에 엽면 적의 증가를 위한 발육에 생장이 집중되었고, 그로 인해 생체 중이 크게 증가한 것으로 생각한 결과라고 생각되었다.

대부분의 작물생육 곡선은 선형 지수 함수식으로 표현할 수 있 고, 이러한 함수식을 이용하면 환경 또는 시간의 변화에 따른 작 물의 생장량을 예측할 수 있다(Cha et al., 2014a). 이에 딸기 묘 생장량을 예측하기 위하여 건물중에 대해 상대생장률(RGR)과 작 물생장률(CGR)을 구한 결과는 Fig. 1과 같다. ‘설향’ 딸기 묘의 건물중 상대생장률은 평균 0.026 g·g^-1·d^-1 이었으며, 정식 후 49일 째에 최고 0.066까지 증가하였고 정식 후 84일째에는 0.008까지 감소하는 경향을 보였다. 건물중 상대생장률 함수식은 RGR(dry weight) = 0.0392/(1 + exp(–(DAT – 34.9940)/5.8662))로 구해 졌으며, R²은 0.5188이었다. Bloom과 Troughton(1979)의 연구에 서 노지 작물의 최대 생장률은 0.17 g·g^-1·d^-1 였는데, 본 실험에 서 딸기 삽수는 초기 엽수와 엽면적이 작은 편이고 시설 내 광 투과량이 노지보다 낮으며 실험이 이루어진 시기가 겨울철인 점 등으로 인해 상대생장률이 낮았던 것으로 생각되었다.

이때 건물중에 대한 작물생장률은 평균 0.060 g·m_-2·d^-1 이 었으며, 정식 후 70일째에 최고 0.211까지 증가하였고 정식 후 84일째에는 0.044까지 감소하는 경향을 보였다. 건물중 작 물생장률 함수식은 CGR(dry weight) = 0.1293/(1 + exp(– (DAT – 49.3917)/6.0928))로 구해졌으며, R²은 0.6671이었다. Ju 등(2023)의 연구에서는 토마토의 상대생장률이 작물생장률 보다 약 4배 이상 컸는데, 본 연구에서는 상대생장률보다 작 물생장률이 큰 경향을 나타내었고 함수식에서도 결정계수가 더 커서, 딸기 묘 생산을 위한 함수식에는 상대생장률보다 작 물생장률의 개념이 보다 적용 가능한 것으로 판단되었다.

작물의 건물중은 작물의 생산성과 환경과의 관계를 나타내 고 생체중은 경제적 측면을 표현하는 요인이기 때문에, 건물 중과 생체중의 관계를 예측하는 것은 매우 중요하다(Both et al., 1997;Lin, 2002). 이에 두 항목 간의 관계를 분석한 결 과, ‘설향’ 딸기 묘의 생체중과 건물중은 선형 관계를 보였다 (Fig. 2). 개체당 지상부 생체중과 건물중은 선형 함수식인 y = 4.3189x + 0.7812 (R² = 0.9976)으로 예측할 수 있었다. 이 는 common ice plant의 생체중에 대한 건물중 비율의 결정계 수가 0.999, 씀바귀의 경우 0.988이었던 선행연구들과 마찬 가지로 두 항목 간의 관계식에서 결정계수가 커서, 생체중 과 건물중 간의 유의미한 상관관계를 보임을 확인할 수 있 었다(Cha et al., 2014a;Cha et al., 2014b).

정식 후 일수 및 누적온도에 따른 생장모델

다양한 선행연구들에서 식물의 생장량을 예측하기 위해 선 형 지수(expolinear) 함수가 사용되어 왔는데, 생육 초기의 작 물은 지수 함수로 생장하다가 환경에 의해서 영양 생식에서 생식 생장으로 변하거나 잎이 겹치는 시기에 도달하게 되면 선형 형태의 생장으로 수렴한다(Goudriaan and Van Laar, 1944;Kim et al., 2020). 본 실험에서 딸기 묘의 정식 후 일 수 및 누적온도에 따른 건물중의 변화 양상은 선형 지수 형태 를 나타냈으며, 정식 후 일수 및 누적온도에 따른 건물중 증 가량을 모델식을 통해 예측할 수 있었다(Fig. 3). ‘설향’ 딸기 묘 생육에 대해 정식 후 일수와 누적온도에 따른 지상부 건물 중의 잠재적 최대값은 각각 27.0486 g/plant, 14.2285 g/plant 였다. 이때 정식 후 일수(x₁)와 누적온도(x₂)에 따른 지상부 건 물중 예측 회귀 모델식은 다음과 같다.

식물의 생장은 일반적으로 sigmoid 형태를 나타내기 때문에, 적산온도 이상 또는 어느 일수 이상에서 생육은 포화될 수 있 다(Kim et al, 2020). 정식 후 일수(x₁)와 누적온도(x₂)에 따른 지상부 건물중 예측 회귀 모델식은 다음과 같다.

생체중의 변화 양상도 건물중과 유사한 형태를 보였는데 결 정계수 값은 건물중의 경우보다 작았다(Fig. 4). 이때 정식 후 일수와 누적온도에 따른 지상부 생체중의 잠재적 최대값은 각 각 205.8554 g/plant, 71.9392 g/plant였다.

작물 정식 후 일수뿐만 아니라 누적온도를 파악하는 것은 전체 생육단계를 이해하는 데 매우 중요하고(Kim et al., 2018), 이를 통해 누적온도 조건에 따른 작물의 개화시기, 성 숙기, 수확기와 같은 생육단계를 예측할 수 있다(Baskerville and Emin, 1969). 이에 정식 후 일수(x₁)와 누적온도(x₂)에 따른 엽면적을 예측한 회귀 모델식은 다음과 같다.

엽면적 증가율은 건물중 및 생체중의 변화양상과 마찬가지 로 선형 지수적 증가 양상을 보였으며(Fig. 5), 정식 후 일수 와 누적온도에 따른 엽면적의 잠재적 최대값은 각각 2022.1485 cm²/plant, 1407.0326 cm²/plant였다.

최근 딸기 육묘시에 삽수를 활용한 삽목 육묘 방법이 늘 어나고 있는데, 이때 이와 같이 시설 내 누적온도 값을 계산 하여 개발된 회귀 모델식을 이용하면 딸기 묘의 잠재적 생 장 예측이 가능하고, 작부체계에 맞는 온도를 선택하여 묘 생산 시기를 결정하는 데 활용될 수 있을 것으로 생각된다. 본 연구에서는 딸기 삽목묘 양성기간 동안 묘 생육 데이터 를 수집하고 예측 모델을 개발함으로써 묘 생육 및 생산을 미리 예측할 수 있는 기초자료를 제공하였다. 개발된 함수식 을 바탕으로 ‘설향’ 딸기 삽목묘의 생장을 예측할 수 있었고, 도출된 회귀모델은 딸기 묘 생육관리와 계획적인 생산 체계 를 구축하는 데에 유용하게 활용될 수 있을 것으로 기대된 다. 딸기 묘 생산을 위한 정확하고 정밀한 생육 예측 모델을 개발하기 위해서는 추후 보다 더 다양한 생육 및 환경요인 에 대한 연구가 요구되며, 이를 반영하여 예측 모델들을 점 진적으로 발전시켜 나가는 연구가 지속적으로 필요하다고 판 단된다.

적 요

본 연구는 ‘설향’ 딸기 삽목묘의 생육과 기상요인과의 관계 성을 분석해 생장 예측모델을 개발하기 위하여 수행되었다.

주제어: 건물중, 누적온도, 상대생장률, 엽면적, 작물생장률, 정식 후 일수