Introduction
전 세계적으로 기후온난화가 진행되면서 국내 사과원에서는 환경변화가 진행되고 있다. 최근 국내의 사과원은 노동력 부족과 인건비 상승으로 인하여 이를 최소화할 수 있는 재배시스템으로 변화하고 있으며, 특히 극왜성대목으로 알려진 M.9 대목을 이용하여 고밀식재배로 진행되면서 광투과효율이 증진되는 형태로 직사광선과 온도에 매우 민감한 수형으로 변화하고 있다(Schupp et al., 2002; Song et al., 2009). 그리고 우리나라는 지리적으로 중위도 대륙의 동쪽에 위치하고 있어 지구의 평균 온도보다 온난화의 정도가 크게 작용하여 사과원의 환경변화가 빈번히 발생하고 있다(Kang et al., 2019; Kim et al., 2019). 이러한 환경변화는 사과원의 직사광선 노출 및 온도변화를 야기하게 되고 또한 수체생육, 수분 스트레스, 과실의 착색 정도, 과실품질 등 많은 변화가 발생함에 따라 여름철 고온 및 직사광선이 심각한 문제로 대두되고 있다(Leja et al., 2003; Song et al., 2009; Kang et al., 2019). 특히 여름철 고온기에 사과원내 상승한 온도와 강한 태양광(Corelli-Grappadelli, 2003; Corelli-Grappadelli and Lakso, 2007), 혹은 직사광선에 노출되면 사과 과실표면, 잎, 가지 등에 일소발생(sunburn), 일소갈변(sunburn browning), 광산화일소(photooxidative sunburn)가 진행되면서 피해를 주고 있다(Schrader et al., 2003; Blanke, 2008; Iamsub et al., 2008; Schrader et al., 2008; Smit et al., 2008; Song et al., 2009). 이를 방지하기 위하여 국내에서는 방풍망, 미세살수장치, 탄산칼슘 등을 이용하여 ‘홍로’와 ‘후지’ 사과에서 일소피해를 감소시키기 위한 노력을 하고 있다(Kang et al., 2019). 그러나 방풍망은 년간 지속적으로 설치해야하므로 태풍이나 폭설 등 자연재해에 취약한 문제점으로 지적되고 있다. 그러므로 국내에서는 고온 및 직사광선의 피해를 감소시키기 위하여 사과나무 상단에 차광망을 설치하는 사업이 진행되고 있지만 이에 대한 연구는 거의 없는 실정이다.
따라서 본 연구는 지속적으로 발생하는 기후온난화를 대비하여 사과나무 상단에 개폐가 가능한 차광망을 설치하여 사과원의 환경변화와 수체생육 및 과실품질에 미치는 영향을 분석하므로서 사과원 적용가능성을 검토하고자 실시하였다.
Materials and Methods
시험 재료
본 연구는 경북 의성군 단촌면(36°25’54”N, 128°43’19”E)에 위치한 재식열이 남북으로 조성된 3.5 m × 1.2 m로 재식된 ‘아리수’/M.9(3년생) 사과원에서 수행하였다.
차광망 처리
차광망은 수관 상부 5 m 높이로 삿갓 모양의 지지대를 설치하고 개폐가 가능하도록 하였다. 차광망은 국내에서 생산되는 청색과 흑색으로 하였고, 차광망은 청색망(Blue, 망 공극크기: 4 mm × 5 mm)과 흑색망은 Black A처리구(망 공극크기: 4 mm × 5 mm)와 Black B 처리구(Blue, 망 공극크기: 5 mm × 6 mm)로 하여 각각 설치하였다(Fig. 1). 설치한 차광망은 7월 하순에서 9월 상순까지 강우가 발생한 날을 제외하고 매일 09시에서 일몰시까지 망을 전개하여 그 효과를 분석하였다.
사과원 환경변화 및 수체특성 조사
수관 내 조도측정은 조도계(TES-1335, TES electrical electronic Co., Taipei, Taiwan)를 이용하여 지면 1.5 m 높이에서 수관중앙부위의 그늘이 없는 위치에서 7월 30일 13시, 8월 4일 13시와 14시에 각각 3회 측정하였다.
일사량은 일사량측정장치(PYRANO-70, RF sensor, Seoul, Korea)를 이용하여 지면으로부터 4 m 지점의 차광망 아래에서 측정하였다. 그리고 수관내 대기의 온도변화는 기온측정장치(SHT-110, RF sensor, Seoul, Korea)를 이용하여 수관내 1.5 m 높이에서, 토양온도는 수체에서 50 cm 떨어진 지점에서 지표면 20 cm 아래에 토양온도 측정장치(WT1000B, RF sensor, Seoul, Korea)를 설치하여 7월 하순부터 9월 초순까지 10일 간격으로 총 5회 측정하여 최고온도의 평균 값으로 나타내었다. 모든 자료는 데이터로그(WP700, RF sensor, Seoul, Korea)에 저장하여 분석하였다.
과실표면의 온도는 열화상카메라(testo 870, Testo SE & Co., KGaA, Titisee-Neustadt, Germany)를 이용하여 7월 30일 13시, 8월 4일 13시, 14시에 3회 측정하였으며, 측정된 영상은 IRSoft (Testo SE & Co KGaA, Titisee-Neustadt, Germany)와 Image J (National Institutes of Health, Maryland, USA)를 이용하여 온도가 35℃ 이상 부위의 표면적을 분석하여 평균값을 백분율로 나타내었다.
차광망 처리에 따른 수체생장에 미치는 영향을 분석하기 위하여 수고, 수폭, 신초수 및 생장 정도 등을 9월 하순에 측정하였고, 잎의 엽록소 측정은 엽록소 측정기(SPAD-502, Konica Minolta, Inc., Tokyo, Japan)를 사용하여 8월 중순에 측정하였다. 그리고 과실의 일소과 피해는 각 처리별 20주의 과실을 9월 3일에 수확한 후 모든 과실에 대하여 일소피해 유무를 조사하여 백분율로 나타내었다.
과실특성 조사
과중은 처리구별 각 5주(20과/주) 100과 정도의 과실을 수확하여 무게를 측정한 후 평균값으로 나타내었다. 과실의 경도는 물성측정기(Compac-100 Ⅱ, Sun Scientific Co., Tokyo, Japan)에 11 mm probe를 장착하여 과실 적도부의 과피를 제거한 후 한 과실에서 3회 측정한 평균값을 Newton (N)으로 나타냈다. 가용성 고형물 함량(soluble solids content, SSC)은 디지털당도계(PR-201α, Atago Co., Ltd., Tokyo, Japan)로 측정하였고, 산 함량(Titratable acidity, TA)은 자동적정기(DL-15, Mettler Toledo Co., Greifensee, Switzerland)를 사용하여 과즙 5 mL에 증류수 45 mL를 가한 후 0.1 N NaOH로 pH 8.1까지 적정한 산의 양을 malic acid로 환산하였다. 과피 색도는 색차계(CR-400, Konica Minolta Inc., Tokyo, Japan)를 이용하여 과실의 적도부 3곳을 측정하여 평균값으로 나타냈다. 에틸렌 발생량은 처리 과실의 과심부에서 1 mL gas 시료를 채취하여 Porapak Q column (G3591-70014, Agilent Technologies Inc., Santa Clara, CA, USA)를 장착한 gas chromatography (GC-7820A, Agilent Technologies Inc., Santa Clara, CA, USA)를 이용하여 측정하였다. 분석조건은 injector, oven, detector 온도는 각각 100, 90, 250℃로 설정하였고, carrier gas는 He (25 mL·min-1)을, 검출기는 flame ionization detector를 이용하여 측정하였다. 과실의 특성은 5과 3반복으로 총 15과를 대상으로 분석하였다.
통계분석
모든 측정 결과는 평균(mean) ± 표준오차(standard error, SE)로 나타내었고, 통계분석은 SPSS 프로그램(IBM SPSS Statistics 26, SPSS Inc., Armonk, NY, USA)을 이용하여 one-way ANOVA test검증하였고 사후검정으로 Duncan’s multiple range test를 실시하였다(p < 0.05).
Results and Discussion
차광망 처리에 따른 사과원 환경변화
최근 국내 사과나무의 수형은 고밀식재배로 진행되면서 광투과효율이 증진되는 수형으로 변화되고 있으며(Song et al., 2009; Jeong et al., 2021), 이러한 수형은 기후온난화가 진행되면서 사과원의 온도 및 직사광선에 노출되므로서 수체생육, 과실품질, 일소현상 등에 피해를 주는 문제점으로 나타나고 있다(Palmer et al., 2003; Song et al., 2009; Racsko and Schrader, 2012; Kang et al., 2019; 2020). 본 연구는 ‘아리수’ 사과원에 개폐가 가능한 차광망을 설치하고(Fig. 1), 과수원 내 수관 주변의 환경변화와 수체생육 및 과실품질에 미치는 영향을 조사하였다.
차광망 처리에 따른 수관내부의 조도 변화를 보면(Fig. 2A), 7월 13일 13시에는 무처리구는 48.4 Klux였으나, Blue (청색망)처리구는 34.4 Klux, Black A (흑색망)처리구는 33.8 Klux, Black B (흑색망)처리구는 36.2 Klux였고, 8월 4일 13시와 14시에는 무처리구는 각각 108.3과 98.2 Klux를 보였고, Blue처리구는 79.0와 79.5 Klux, Black A처리구는 81.3과 74.0 Klux, 그리고 Black B처리구는 82.6과 78.9 Klux로 감소하였다. 또한 전체 평균 조도를 보면 무처리구는 85.0 Klux (100%)였으나, Blue처리구는 64.3 Klux (75%), Black A처리구는 63.0 Klux (73%), Black B처리구는 65.9 Klux (77%)로 조도가 23 - 27% 정도 감소하는 결과를 보였다.
일 최고 일사량을 보면(Fig. 2B), 7월 하순에는 무처리구에 비하여 차광망처리구 모두에서 일사량이 낮았다. 그리고 일사량이 가장 높은 8월 중순에는 무처리구가 876 w·m-3로 가장 높았고, Blue처리구는 852 w·m-3, Black A처리구는 752 w·m-3, Black B처리구는 682 w·m-3 순으로 Black 차광망 처리구들에서 일사량이 감소되는 효과를 보였다. 또한 5회 측정한 일사량의 평균값을 계산해 보면, 무처리구가 가장 높았고, Blue처리구, Black B처리구, Black A처리구 순으로 Black 차광망 처리구가 일사량이 더 낮은 결과를 보였다.
Kang 등(2019; 2020)은 ‘후지’와 ‘홍로’ 사과나무에 방풍망 처리시 조도 및 광량이 25% 정도 감소하였다고 하여 본 연구결과와 유사한 효과를 보였다. 또한 유전적으로 가지가 많이 발생하거나 수관이 복잡한 사과나무의 경우도 조도와 광량이 낮은 결과를 보였다고 하여(Glenn et al., 2002; Glenn and Puterka, 2004) 태양광을 차단하는 방풍망이나 차광망처리가 사과원의 조도와 일사량을 감소시키는데 효과가 있다고 판단되었다.
Fig. 2. Effect of shading net system on the changes of illuminance (A) and solar irradiance (B) in ‘Arisoo’ apple orchard. Control, non-treated; Blue, blue color net (mesh size: 4 mm × 5 mm); Black A, black color net (mesh size: 4 mm × 5 mm); Black B, black color net (mesh size: 5 mm × 6 mm). Data are presented as means ± standard error (n = 3). a - c: Different letters indicated statistically significant differences at p < 0.05 based on Duncan’s multiple range test.
수관내 일 대기중 최고기온을 보면(Fig. 3A), 무처리구의 온도변화는 7월 하순에는 34.8℃, 8월 초순에는 33.6℃, 8월 중순에는 29.4℃를 보였고, 평균 온도는 30.1℃였다. 그러나 차광망 처리구들은 색깔과 망 사이즈와 상관없이 7월 하순은 33.4 - 34.6℃, 8월 초순은 33.6 - 34.5℃, 8월 중순은 28.9 - 29.9℃를 보였고, 평균 온도는 30.3 - 31.8℃로서 무처리구에 비하여 다소 높은 결과를 보였지만 그 차이는 미미하였다. 사과원에서 대기의 온도는 과실의 일소장해를 유발하고, 또한 과실의 착색도 부족 및 수확기 지연 등에 영향을 주기 때문에(Schrader et al., 2008; Racsko and Schrader, 2012) 방풍망 혹은 미세살수장치를 이용하여 과수원의 주변 온도를 낮추는데 효과가 있다고 하였지만(Kang et al., 2019; 2020), 본 결과에서는 대기의 온도를 낮추지는 못하였다. 그 이유를 추정해 보면 방풍망 설치의 경우는 사과나무 위에 수평으로 설치하여 그늘을 만들고 공기의 이동도 다소 원활하였던 것으로 생각되지만 본 연구에 사용된 차광망은 나무 위에 삿갓 모양으로 설치되므로 차광망 아래에는 공기의 흐름이 제한되어 대기의 온도가 감소하지 못하고 다소 높았던 것으로 판단되었다. 따라서 고온기에 과수원의 대기 온도를 낮추는 것이 과실의 착색 향상 등에 영향을 주므로(Schrader et al., 2008; Racsko and Schrader, 2012) 대기온도를 낮추기 위해서는 차광망을 고온기에 오전 9시부터 일몰 전까지 펼쳐놓기 보다는 조도와 일사량에 영향이 없는 오후에 1 - 2회 정도 차광망의 개폐를 검토해 볼 필요가 있다고 판단되었다. 그리고 차광망처리에 따른 토양의 온도변화를 보면(Fig. 3B), 무처리구와 차광망처리구들간에 차이를 보이지 않아 차광망이 토양온도에 미치는 영향은 없는 것으로 판단되었다.
Fig. 3. Effect of shading net system on the changes of maximum air temperature (A) and soil temperature (B) in ‘Arisoo’ apple orchard. Control, non-treated; Blue, blue color net (mesh size: 4 mm × 5 mm); black A, black color net (mesh size: 4 mm × 5 mm); Black B, black color net (mesh size: 5 mm × 6 mm). Data are presented as means ± standard error (n = 3). a, b: Different letters indicated statistically significant differences at p < 0.05 based on Duncan’s multiple range test.
Fig. 4. Effect of shading net system on temperature of fruit surface (A) and percentage of fruit surface area over 35℃ (B) in ‘Arisoo’ apple orchard. Control, non-treated; Blue, blue color net (mesh size: 4 mm × 5 mm); Black A, black color net (mesh size: 4 mm × 5 mm); Black B, black color net (mesh size: 5 mm × 6 mm). Data are presented as means ± standard error (n = 3). a, b: Different letters indicated statistically significant differences at p < 0.05 based on Duncan’s multiple range test.based on Duncan’s multiple range test.
과실표면의 온도를 측정한 결과(Fig. 4A), 무처리구는 7월 30일 13시에는 37.6℃, 8월 4일 13시와 14시에는 각각 42.2℃와 38.4℃를 보였다. 그리고 차광망의 모든 처리구들은 7월 30일과 8월 4일 14시에는 무처리구들에 비하여 다소 낮았으나 통계적 유의성은 없었고, 8월 4일 13시에는 Black A처리구가 36.6℃로 다소 낮은 결과를 보였다. 이는 차광망처리구가 대기 온도를 다소 증가시켰지만(Fig. 3A), 조도와 일사량은 무처리구에 비하여 감소하여(Fig. 2A and B) 과실의 표면온도가 감소한 것으로 판단되었다. Kang 등(2019)의 결과에서도 방풍망처리구에서 대기온도, 조도, 일사량 등을 감소시켰고, 또한 유전적으로 가지가 많이 발생하거나 수관이 복잡한 사과나무의 경우도 조도와 광량을 감소시켜(Glenn et al., 2002; Glenn and Puterka, 2004) 과실의 표면온도를 감소시킨 결과로 판단되었다. 그리고 과실표면의 온도를 열화상카메라로 측정하여 과실표면의 온도가 35℃ 이상되는 면적을 백분율로 분석한 결과(Fig. 4B), 무처리 과실은 7월 30일 13시에 89.7%, 8월 4일 13시에는 79.7%, 그리고 8월 4일 14시에는 79.0%를 보였다. 그러나 차광망 처리구들의 과실을 보면 7월 30일에는 Blue와 Black A처리구가 43.5%와 51.5%로 가장 낮았고, 8월 4일 13시에는 Black A처리구가 40.2%로 현저히 낮은 결과를 보였다. 그리고 과실표면의 온도를 영상카메라로 측정한 결과(Fig. 5), 무처리 과실에 비하여 차광망처리구들의 과실표면이 고온에 노출되는 부위가 감소하는 것을 확인할 수 있었다. 이러한 결과도 사과나무 상부에 태양광을 차단하는 방풍망이나 혹은 가지가 많이 발생하는 수관을 형성할 경우 태양광을 차단하므로서 조도, 광량 등을 감소시켰고(Glenn et al., 2002; Glenn and Puterka, 2004; Song et al., 2009; Kang et al., 2019), 차광망의 경우도 과실이 태양광에 노출되는 부위를 감소시키는 것을 확인하였다.
Fig. 5. The thermal image of fruit surface with shading net system in ‘Arisoo’ apple. Red color were indicated higher temperature zone (over 35℃). Control, non-treated; Blue, blue color net (mesh size: 4 mm × 5 mm); Black A, black color net (mesh size: 4 mm × 5 mm); Black B, black color net (mesh size: 5 mm × 6 mm).
차광망 처리에 따른 사과나무 수체 특성 및 과실품질
차광망 처리에 따른 수체생육을 조사한 결과(Table 1), 모든 처리구들에서 수고, 수폭, 신초수 발생 정도, 신초길이 등 수체생장에 차이를 보이지 않았다. 그리고 잎의 엽록소 함량을 측정한 결과 모든 처리구들에서 차이가 없어 차광망 처리가 수체생육에 미치는 영향은 없는 것으로 판단되었다. 그리고 수확시 과실품질을 조사한 결과(Table 2), 과중, 과실 경도, 가용성 고형물 및 산 함량, 과피 착색도, 내생에틸렌 발생량은 모든 처리구들에서 차이를 보이지 않았다. 그러나 과실의 일소과 발생율은 무처리 과실은 1.96%를 보였으나, 차광망처리 과실들은 0.15 - 0.30%로 낮은 결과를 보였고, 차광망 색상과 망 크기에 따른 차이는 없었다.
사과원에서 대기의 온도는 과실의 일소장해를 유발하고(Schrader et al., 2008; Racsko and Schrader, 2012), 이는 온도와 함께 광의 세기와 관련이 있으며(Reinbothe and Reinbothe, 1996), 또한 자외선, 가시광선, 원적외선 등과 함께 광량과 광질에도 영향을 받는다고 하였다(Kang et al., 2019). Kang 등(2019)은 방풍망처리가 광을 차단하였음에도 잎의 엽록소 함량 증가로 광합성 효율을 향상시켜 과피 착색 향상과 가용성 고형물 및 산 함량도 증가되었지만, 이듬해 결과에서는 차이가 없다고 하여(Kang et al., 2020) 해마다 기상에 따른 차이가 있는 것으로 판단하였다. 그러나 본 연구결과에서는 모든 처리구들 간에 수체생육과 과실품질에 미치는 영향은 없었고 또한 잎의 엽록소 함량도 차이를 보이지 않아(Table 1) 기존의 보고와 상이한 결과를 보였다. 이는 사과원에서 고온기에 일시적인 차광망 처리는 사과나무 수체생육에 미치는 영향은 없는 것으로 판단되었지만 좀 더 세밀한 연구가 필요할 것으로 사료되었다. 그리고 Kang 등(2019; 2020)은 방풍망처리시 일소과 발생이 ‘후지’ 과실은 7.0%로 무처리 과실(23.4%)에서 현저히 높았고, ‘홍로’ 과실은 무처리 과실에 비하여 감소하였지만 25.8%로 높은 발생율을 보여 품종에 따라 차이를 보였지만 해마다 온도, 조도, 일사량 등의 변화에 따라 일소과 발생정도는 다르게 나타난다고 하였다. 본 연구결과에서도 차광망처리의 경우 일소과 발생율이 무처리구에 비하여 낮아(Table 2) 그 발생정도는 Kang 등(2019)의 결과와 차이가 컸지만, 차광망처리에 따른 일소과 발생 억제효과는 있다고 판단되었다. 일소과 발생은 태양광과 무관하게 과실의 온도가 52℃ 이상이 되면 발생하고, 일소갈변은 46 - 49℃에서 발생하지만 태양광이 없으면 발생하지 않고, 광산화일소는 31℃ 이하의 온도에서도 그늘에 있다가 전정 등으로 인하여 갑자기 태양광에 노출되면 발생하는 것으로 알려져 있다(Schrader et al., 2008; Song et al., 2009). 본 연구결과에서는 차광망처리구들에서 조도와 일사량이 감소되었고(Fig. 2A and B), 시험지역의 온도가 무처리구의 경우 7월 하순부터 9월 초순까지의 온도가 35℃를 넘지 않았으며(Fig. 3A), 과실 표면 온도의 경우도 조사기간동안 무처리 과실의 경우는 42.2℃ 이하를, 차광망처리구는 40.4℃ 이하를 보여(Fig. 4A) 전반적으로 일소과 발생이 낮았던 것으로 추정된다. 또한 일소과 발생을 유발하는 강한 태양광 혹은 직사광선에 노출되지 않았던 기상조건으로 인하여 일소과 발생율이 낮았던 것으로 판단되었다(Corelli-Grappadelli, 2003; Schrader et al., 2008; Song et al., 2009).
Conclusion
본 연구는 기후온난화로 인하여 사과원에서 발생하는 환경변화를 최소화하기 위하여 사과나무 상단에 개폐가 가능한 차광망 처리를 통하여 사과원의 환경변화와 수체생육 및 과실품질에 미치는 영향을 분석하였다. 그 결과를 종합해 보면, 사과나무 상단에 차광망처리시 차광망의 색상과 망의 크기는 미미한 차이를 보였지만 수관부위의 조도와 일사량을 감소시켜 과실표면의 온도 상승을 억제시켰다. 그리고 차광망처리가 직사광선에 노출되는 과실의 표면적을 감소시킨 결과 일소과 피해율도 감소시켰지만 수체생육과 과실품질에 미치는 영향은 없었다. 따라서 차광망처리는 빈번히 발생하는 사과원의 기후변화에 대응할 수 있는 방안이 될 수 있다고 판단되며, 이를 현장에 적용하기 위해서 더 세밀한 연구가 필요할 것으로 판단되었다.
