Research Article

Horticultural Science and Technology. August 2020. 440-450
https://doi.org/10.7235/HORT.20200042


ABSTRACT


MAIN

  • 서 언

  • 재료 및 방법

  •   식물재료 및 재배조건

  •   인편 발아, 지상부 생육 특성 및 인경 발달

  •   가용성 고형물 함량, 경도 및 색도 분석

  •   인편의 무기성분 함량 분석

  •   통계분석

  •   타이틀

  • 결 과

  •   온도구배터널의 환경

  •   인편발아 및 지상부의 생육 특성

  •   인경의 발달 및 생육 특성

  •   수확기 마늘의 외형적 특성

  •   인편의 색상, 경도 및 당도

  •   인편의 무기성분 조성

  • 고 찰

서 언

마늘(Allium sativum L.)은 백합과(Liliaceae) 파속(Allium)에 속하는 인경채소작물로 향신료 및 약용자원으로 가치가 높아 유럽, 아시아, 아메리카 대륙 등 세계 각지에서 재배되고 있다. 우리나라에서는 중부와 남부지역을 중심으로 재배하고 있으며(Hwang and Lee, 1990; Hwang et al., 2009), 제주에서 생산되는 마늘은 우리나라 총생산량(연간 약 30만 톤)의 약 33.4%에 달한다(RDA, 2017). 마늘은 생육 초기에 일정기간 저온기를 거친 후 고온과 장일조건 하에서 인경이 비대하는 특성을 가지고 있어서(Bandara et al., 2000; Rahim and Fordham, 2001), 우리나라에서는 가을에 파종하여 겨울을 거친 후 이듬해 늦은 봄이나 초여름에 수확을 하고 있다(Song et al., 2001). 그러나 마늘은 생육기간이 길고 주로 노지에서 재배되기 때문에 주위 환경의 영향을 많이 받으며, 특히 월동 전·후 또는 구 비대기의 기상조건에 따라 매년 수확량이 크게 달라질 수 있다.

마늘의 수확량과 품질을 결정하는 요인으로는 강수량과 기온 등 기상요인이 크게 작용하며(Cortés et al., 2003; Lee et al., 2018; Park et al., 2018), 마늘의 재배지역과 재배면적, 병해 발생 등은 특히 기온에 의해 영향을 받는다(Yoon et al., 2014). 특히 인편의 발아, 잎의 발달과 같은 초기 영양생장, 인경의 형성과 발달, 그리고 성숙 등 각 발달 단계에 있어서도 온도가 중요하게 작용한다. 한지형 마늘의 경우 이차생장 발생의 빈도를 낮추면서 상품성이 높은 마늘을 생산하기 위해서는 재배기간 동안 주야간 온도 14/10 ‑ 17/12oC에서 재배하는 것이 바람직하며, 그보다 높은 온도(28/23°C)에서는 인편 분화가 전혀 이루어지지 않아 통구를 형성하는 것으로 보고된 바 있다(Oh et al., 2017). 난지형 마늘에서도 주야간 17/12°C에서 재배되었을 때 수확기의 지상부 생육이 양호하고 인경 크기가 클 뿐만 아니라 인편의 크기가 균일하여 상품성이 높은 인경을 수확할 수 있다고 한다(Oh et al., 2019). 그리고 고온 및 다습 조건에서 재배된 마늘은 인경과 인편의 무게가 감소하고, 스폰지 마늘과 같은 비상품의 발생이 많아져 상품가치가 떨어지게 되고, 마늘 수확이 장마기와 겹쳐 수확 후 저장하는 동안에 중량 감소나 부패 등으로 인해 손실이 커질 수 있다(Lee et al., 2018). 또한 멀칭재배로 인한 지온 상승은 초장, 엽초경의 생장과 인경 크기와 무게에 유리하게 작용하지만 벌마늘 등 이차생장 발생을 초래하는 요인으로도 작용한다(Choi et al., 2009). 그리고 마늘 재배 시 기후변화 시나리오 RCP 4.5와 8.5를 적용하였을 때 기온이 상승하면 마늘의 파종 적기는 현재보다 늦어지고 수확 적기는 빨라져 향후 100년 동안 재배기간이 50 ‑ 90일 정도 짧아질 수 있다고 한다(Park et al., 2018). 기후변화 시나리오 RCP 4.5는 기후 변화를 완화하기 위한 온실가스 배출 규제에 대한 어느 정도 저감 노력이 있을 때 2100년이 되면 한반도 평균기온은 현재보다 약 3.4°C 상승하고, 강수량은 17.2% 증가한다는 가상 시나리오이다. 그리고 RCP 8.5는 기후 변화를 완화하기 위한 노력 없이 현재 추세대로 온실가스를 배출한다면 한반도 평균기온은 현재보다 약 6.0°C 상승하고, 강수량은 20.4% 증가할 것으로 전망하는 것이다.

제주지역은 아열대 기후대로 겨울철 온도가 높을 뿐 아니라 온난화도 다른 지역에 비해 빠르게 진행되고 있다(JRMA, 2011). 기후 온난화가 마늘 재배 시 겨울철 저온 피해를 저감하는 요인으로 작용할 수 있지만, 봄철 고온으로 인한 이차생장으로 벌마늘이 형성되어 마늘의 상품성을 떨어뜨릴 수도 있을 것이다. 특히 기후 변화는 마늘의 생육과 수확량 등 양적인 측면뿐만 아니라 무기성분, 유기산, 유리당과 allicin 등 질적인 측면에 있어서도 변화를 일으킬 수 있다(Lee et al., 2014; Oh et al., 2015; Lee et al., 2018). 따라서, 미래의 기후 온난화에 대비하여 월동작물인 마늘 재배에 있어서도 온도 상승에 따른 반응을 연구할 필요가 있다.

최근 기상 변화에 따르는 작물의 생장과 생산력을 추정하는 연구가 다양한 작물을 대상으로 연구되고 있다. 배추(Brassica campestris L. ssp. napus var. pekinensis Makino)와 무(Raphanus sativus L. var. hortensis Backer)에서도 온도구배터널(temperature gradient tunnel)을 이용하여 기후변화 시나리오에 의해 예측되는 겨울철과 봄철 온도 상승이 식물의 생장에 미치는 영향을 정량적으로 분석하여 보고한 바 있다(Oh et al., 2014; Oh et al., 2017). 온도구배터널은 온도를 제외한 다른 환경인자(광량, 일장, 대기 CO2 농도 등)를 자연 상태와 유사하게 유지할 수 있도록 고안한 반폐쇄형 장치이며, 터널 내 연속적인 공기 흐름과 함께 온도 구배가 형성되도록 설계되어 있어 계절별 또는 작물의 생육단계별로 대기온도 이상의 고온에 대한 작물의 반응을 연구하는 데 유용하다.

본 연구에서는 기후변화에 대응하여 마늘을 온도구배터널에서 재배하는 동안 지상부 생육과 인경 발달, 무기성분 함량의 변화 등을 조사함으로써 마늘 생육 전반에 미치는 온도 상승의 영향을 검토하고 온도의 영향을 최소화 할 수 있는 방안을 모색하고자 하였다.

재료 및 방법

식물재료 및 재배조건

본 실험에 사용한 마늘(Allium sativum L.)은 난지형인 “남도(Namdo)”이며, 5 ‑ 6g 정도 되는 중간 크기의 건전한 인편을 사용하였으며, 인편은 2016년 8월 29일에 온도구배터널(25m × 3m × 3m) 내의 암갈색 비화산회토양(동홍통, 미사질양토)에 20×10cm 간격으로 직파하였다. 온도구배터널 내 토양은 인편을 직파하기 15일 전에 돈분발효퇴비(50kg/100m2)와 복합비료(NPK 21-17-17, 20kg/100m2)를 시용하고 20cm 깊이로 경운하여 토양과 고르게 혼합한 후 바닥을 평평하게 하였다. 토양수분은 재배기간 중에 3 ‑ 4일 간격으로 관수하여 포장 용수량 정도를 유지하였으며, 진딧물 등 병충해 방제를 위하여 저독성 약제인 이미다클로프리드 수화제(0.5g·L-1, Farm Hannong Co., Seoul, Korea), 테부코나졸 유제(0.5g·L-1, Farm Hannong Co., Seoul, Korea), 에마멕틴벤조에이트 유제(0.5g·L-1, Syngenta Co., Seoul, Korea)와 이미녹타딘트리스-알베실레이트 수화제(1.0g·L-1, Kyung Nong Co., Seoul, Korea)를 재배기간 중에 각각 1회씩 살포하였다.

온도구배터널(25m × 3m × 3m)은 농촌진흥청 온난화대응농업연구소(N33°28' E126°31', 200m, Jeju, Korea)의 불소 필름으로 피복된 시설을 이용하였으며, 온도는 터널의 입구, 중앙부, 후미부에 지면으로부터 2.5m 높이에 설치한 온도센서(1400-101, LI-COR Inc., USA)를 이용하여 측정하였다. 터널 입구에 비해 중앙부, 후미부에서는 온도가 각각 3°C와 6°C 더 높게 유지되도록 복합환경제어시스템(TGC-Soldan, Soldan Crop., Korea)을 이용하여 제어하였다. 일사량은 지면으로부터 2.5m 높이에 설치한 광센서(LI200X, LI-COR Inc., USA)를 이용해 측정하고 일 적산 일사량으로 나타내었다. 재배기간(2016년 8월 29일 ‑ 2017년 5월 17일)의 온도와 일사량은 데이터로거(CR1000, Campbell Scientific Inc., USA)에 연결하여 1시간 간격으로 기록하였다.

인편 발아, 지상부 생육 특성 및 인경 발달

인편의 발아는 파종 후 지표면으로부터 1.0cm 이상 새 잎이 돋아나온 것을 매일 조사하였으며, 인편 발아기간은 파종한 인편수의 40%가 발아하는 데 소요되는 기간으로 나타내었다. 마늘 지상부의 생육 특성은 파종 후 45일(10월 초순)부터 255일(5월 초순)까지 엽초경, 엽수, 총포경, 인경경과 인경고 등의 변화를 조사하였다. 엽초경은 맹아엽 하단부의 직경을 측정하였으며, 엽수는 맹아엽을 제외한 녹색 상태의 엽수로 나타내었다. 총포경은 화경의 기부에 형성된 볼록한 부분의 두께를 측정하였으며, 인경고와 인경경은 버니어캘리퍼스를 사용하여 측정하였다. 그리고, 수확기(265일, 5월 중순)에 재배온도별로 각각 10개체를 무작위로 선발하여 그늘에서 10일간 건조시킨 후 엽초경, 총포경, 인경경, 인경고, 인편 수 등을 조사하였다. 인경은 횡으로 절단하여 내부 단면에서 이차생장으로 인한 소인편의 분화 여부를 확인하였으며, 인경형성지수(BI)는 엽초경에 대한 인경경으로, 구형지수(BSI)는 인경고에 대한 인경경으로 산출하였다.

가용성 고형물 함량, 경도 및 색도 분석

가용성 고형물 함량은 껍질을 벗긴 마늘 인편을 착즙하여 굴절당도계(PAL-1, Atago, Tokyo, Japan)를 이용하여 조사하였고, 경도는 5mm 탐침봉이 장착된 경도계(TA-XT, Texture Technologies Corp., NY, USA)를 이용하여 중간 부분의 세 방향에서 측정하였다. 인편의 착색 정도는 색차계(CR-300, Minolta Corp., Osaka, Japan)를 이용하여 측정하였고, Hunter L(lightness), a(redness), b(yellowness) 값으로 나타내었다.

인편의 무기성분 함량 분석

식물체 내 전질소 함량을 비롯한 무기성분 함량은 파종 후 265일(5월 중순)에 수확한 시료를 대상으로 농촌진흥청 농업과학기술원 표준분석법에 준하여 분석하였다(NIAST, 2000). 수확한 인경을 70°C 항온건조기에서 5일간 건조하고 식용부위인 인편을 분리하여 소형파쇄기(HR2860, Philps, China)로 균일하게 마쇄한 후 분석시료로 사용하였다. 전질소 함량은 Kjeldahl 법에 의해 분석하였으며, 인, 치환성 양이온(K, Ca, Mg, Na)과 미량원소(Fe, Mn, Zn, Cu)는 분해용액(HN03:H2SO4:HClO4 = 10:1:4)을 첨가하여 전처리 및 여과과정을 거친 후 유도결합플라즈마 발광광도계(Inductively Coupled Plasma Spectrophotometry-Mass, ICP-Integra XL, GBC Scientific Equipment Pty Ltd., Victoria, Australia)를 이용하여 분석하였으며, 건물중 1g당 함량으로 나타내었다.

통계분석

모든 통계분석은 SPSS 통계 패키지 18.0(SPSS, Chicago, IL, USA)를 이용하여 수행하였으며, ANOVA에 이은 Duncan의 다중검정(p < 0.05)으로 평균치 간의 차이에 대한 유의성을 검정하였다.

결 과

온도구배터널의 환경

마늘의 재배기간 중 온도구배터널 내부의 일 적산 일사량은 흐리거나 비 또는 눈이 내린 날을 제외하고는 전반적으로 10MJ·m-2를 상회하였으며, 일 평균 대기온도는 터널 입구의 대기온도를 기준으로 중앙부, 후미부의 온도가 각각 3.2°C, 5.8°C 높게 유지되고 있는 것을 확인할 수 있었다(Fig. 1). 일장은 9월 하순 이후 12월 하순까지 지속적으로 감소하다가 이후에는 점차 길어졌으며, 3월 중순부터는 12시간 이상으로 길어졌다(Fig. 1A). 일 적산 일사량은 10월 중순부터 점차 감소하다가 이듬해 2월을 기점으로 다시 증가하는 양상을 보였으며, 생육기간 중 변화폭이 컸다(Fig. 1B). 터널 입구의 일 평균 대기온도는 11.8°C(일 최저 평균 ‑ 0.7°C, 일 최고 평균 25.3°C)를 나타내었으며, 터널 중앙부는 15.0°C(일 최저 평균 0.5°C, 일 최고 평균 28.2°C), 후미부는 17.6°C(일 최저 평균 4.7°C, 일 최고 평균 31.5°C)로 터널 입구에 비해 각각 3.2°C, 5.8°C 높았다(Fig. 1C). 그리고 터널 입구에서는 11월 하순부터 3월 하순까지 일 평균 10°C 이하의 온도가 지속적으로 유지되는 데 반해, 터널의 중앙부에서는 12월 상순부터 3월 상순까지, 후미부에서는 1월 중순부터 2월 하순까지여서 10°C 이하의 온도가 유지되는 기간이 짧아졌다.

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Fig. 1.

Seasonal changes in day length (A), daily mean solar radiation (B), and daily mean air temperature (C) in a temperature gradient tunnel (TGT) for southern-type garlic (Allium sativum L.) cultivation during the experimental period (September 2016 - May 2017). The arrows in (A) indicate the days when garlic cloves were sown and garlic bulbs were harvested. Dotted line in (C) represent daily mean ambient temperature in the entrance of the TGT; gray and black solid lines represent temperatures in the middle and tail parts of the TGT, respectively.

인편발아 및 지상부의 생육 특성

파종한 인편의 발아는 터널 입구에서보다 터널 중앙부와 후미부에서 속도가 늦고 발아율이 저조한 것으로 나타났다(Fig. 2). 즉, 터널 입구(대기온도)에서는 파종 후 6일부터 지표면 위로 맹아가 나타났으나, 중앙부(대기온도 + 3°C)와 후미부(대기온도 + 6°C)에서는 다소 지연되어 각각 파종 후 8일과 11일부터 지표면 위로 맹아가 돋아나오는 것을 볼 수 있었다. 그리고 인편의 40% 이상 발아하는 기간은 터널 입구에서 19.2일이 소요되었는데 반해 중앙부와 후미부에서는 각각 23.5일과 25.0일이 소요되었다.

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Fig. 2.

The change of the germination rate of southern-type garlic (Allium sativum L.) cloves sown under different culture temperatures. Data are the means ± SE of 3 replicates. White circle represent germination rate under ambient temperature in the entrance of the TGT; gray and black circles represent germination rates under temperatures in the middle and tail parts of the TGT, respectively. Dotted line indicate days when 40% of garlic cloves germinated under different culture temperatures.

지상부의 생장은 모든 온도처리에서 파종 후 160일(2월 초순)까지 재배기간이 길어짐에 따라 크게 증가하였으며, 특히 엽초경과 엽수의 발달은 터널 입구(대기온도)에서 빠르게 나타났다(Fig. 3). 엽초경은 생육 초기( ‑ 60일)에 대기온도에서 재배하였을 때 다소 더 굵었으며, 생육 중기(60 ‑ 180일, 10월 하순 ‑ 2월 하순)에 재배온도 간의 차이가 뚜렷하게 나타났으며, 생육 후기(180일 이후)에는 점차 가늘어지고 재배온도 간에 차이를 보이지 않았다(Fig. 3A). 그리고 녹색 상태의 엽수는 재배온도 간에 큰 차이를 보이지 않았으나 생육 중기(157일, 2월 초순)와 후기(255일, 5월 초순)에 온도가 증가함에 따라 감소하였다(Fig. 3B). 화경은 파종 후 180일경(2월 하순)에 형성되었으며, 화경의 기부에 형성된 총포경은 대기온도보다 고온조건에서 재배하였을 때 좀 더 빠르게 생장하여 두께가 굵어졌다. 그러나 생육 후기(255일, 5월 초순)에는 재배온도 간에 유의한 차이를 보이지 않았다(Fig. 3C).

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Fig. 3.

Shoot growth (pseudo-stem diameter, leaf number per plant, and involucre diameter) characteristics of southern- type garlic (Allium sativum L.) grown under different culture temperatures during the experimental period. Data are the means ± SE of 5 replicates. * and ** show significance at p < 0.05 and p < 0.01 by using ANOVA, respectively.

인경의 발달 및 생육 특성

인경의 생육은 대기온도(터널 입구)에서 재배하였을 때 전반적으로 양호하였다(Fig. 4). 인경경은 대기온도에서 좀 더 두꺼웠으며 4월경에 40mm 이상으로 발달하여 생육 후기에는 약 60mm로 굵어졌다. 그러나 생육 후기에는 재배온도 간에 유의한 차이를 보이지 않았다(Fig. 4A). 인경고도 대기온도에서 재배하였을 때 좀 더 크게 자랐다(Fig. 4B). 인경의 발달과 관련이 있는 인경형성지수(BI)와 구형지수(BSI)는 재배온도 간에 큰 차이가 없었으며, 재배기간이 길어짐에 따라 서로 다른 양상을 보였다(Fig. 5). 즉, 인경형성지수(BI)는 생육 중기까지 모든 온도에서 2.0 이하로 낮았으나 생육 후기에는 2.0 이상으로 증가하여 수확기에는 4.0 이상으로 크게 증가하였다(Fig. 5A). 그리고 구형지수(BSI)는 재배기간이 길어짐에 따라 1.8에서 1.4 이하로 낮아졌다(Fig. 5B).

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Fig. 4.

Bulb growth (bulb diameter and bulb height) characteristics of southern-type garlic (Allium sativum L.) grown under different culture temperatures during the experimental period. Data are the means ± SE of 5 replicates. * and ** show significance at p < 0.05 and p < 0.01 by using ANOVA, respectively.

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Fig. 5.

Bulb development (bulbing index and bulb shape index) characteristics of southern-type garlic (Allium sativum L.) grown under different culture temperatures during the experimental period. Data are the means ± SE of 5 replicates. * and ** show significance at p < 0.05 and p < 0.01 by using ANOVA, respectively.

수확기 마늘의 외형적 특성

수확기(265일, 5월 중순)의 재배온도별 마늘의 외형적 특성을 살펴보면, 엽초경과 총포경은 재배온도 간에 유의한 차이를 보이지 않았다. 인경경과 인경고는 대기온도 + 6°C에서 재배하였을 때 발달이 저조하였으며, 인경 무게도 51.3g으로 크게 낮았다(Table 1). 그러나 대기온도와 대기온도 + 3°C에서는 인경이 잘 발달하여 인경경과 인경고는 각각 5.3cm와 4.5cm 이상으로 컸으며, 인경 무게도 대기온도 + 6°C에서 보다 65 ‑ 78% 더 무겁고, 인경 내 인편의 크기가 균일한 상태를 유지하였다. 인경당 인편 수는 모든 처리에서 7 ‑ 8개이며, 통계적으로 대기온도와 대기온도 + 3°C에서 재배하였을 때 다소 많은 것으로 나타났다. 그러나 인경을 횡으로 절단하였을 때 대기온도 + 3°C와 대기온도 + 6°C에서 재배한 마늘은 인편 내부에서 이차생장으로 인한 소인편의 분화가 일부 관찰되었으며, 특히 대기온도 + 6°C에서는 80%로 많았다. 인경형성지수(BI)는 3.68 ‑ 4.53으로 대기온도 + 3°C에서 높았다. 그리고 구형지수(BSI)는 1.13 ‑ 1.21로 재배온도 간에 큰 차이는 없었다.

Table 1.

Growth characteristics of southern-type garlic (Allium sativum L.) grown for 265 days in different culture temperatures in a temperature gradient tunnel

Culture
temperature
Pseudo stem
diameter
(cm)
Involucre
diameter
(cm)
Bulb
diameter
(cm)
Bulb
height
(cm)
Bulb
weight
(g)
Number of
cloves
(no./bulb)
Bulbing index
(BI)
Bulb shap
e index
(BSI)
Occurrence of
secondary
cloves
(%)
Ambient 1.39z ay 3.16 a 5.33 a 4.50 a 84.7 a 7.9 ab 3.86 b 1.19 a -
Ambient + 3°C 1.25 a 3.16 a 5.56 a 4.60 a 91.6 a 8.4 a 4.53 a 1.21 a 30
Ambient + 6°C 1.23 a 3.47 a 4.37 b 3.88 b 51.3 b 7.1 b 3.68 b 1.13 a 80

zValues are expressed as means of 10 replicates.

yDifferent letters within each column indicate significant differences between treatments (p < 0.05) by Duncan's multiple range test.

인편의 색상, 경도 및 당도

인편을 감싸고 있는 겉표면은 재배온도가 높을수록 자색의 정도가 더 뚜렷하게 나타나 진한 색깔을 보였다. 색도를 나타내는 변수들 중에 Hunter L값은 대기온도에서 높아 가장 밝았으며, Hunter a값은 대기온도보다 대기온도 + 3°C와 + 6°C에서 1.8배 높게 나타났다. 그리고 Hunter b값은 대기온도 + 3°C에서 높았다. 인편의 경도와 가용성 고형물 함량(SSC)은 온도가 높아졌을 때 다소 높지만 재배온도 간에 유의한 차이를 보이지는 않았다(Table 2).

Table 2.

Qualitative characteristics in the cloves of southern-type garlic (Allium sativum L.) grown for 265 days in different culture temperatures in a temperature gradient tunnel

Culture temperature Chromaticity of clove skin Hardness (N) Soluble solids content (SSC, %Brix)
L a b
Ambient 74.8z ay 3.3 b 18.9 ab 28.2 a 40.7 a
Ambient + 3°C 67.5 b 6.1 a 20.8 a 31.6 a 40.4 a
Ambient + 6°C 69.4 b 5.9 a 17.4 b 32.1 a 41.3 a

zValues are expressed as means of 10 replicates.

yDifferent letters within each column indicate significant differences between treatments (p < 0.05) by Duncan's multiple range test.

인편의 무기성분 조성

마늘의 무기성분은 재배온도에 관계없이 T-N이 가장 많았으며, K과 P 또한 많이 함유되어 있었다. 인편 내 K과 Fe 함량은 대기온도에서보다 대기온도 + 3°C와 대기온도 + 6°C 조건에서 재배하였을 때 더 높은 데 반하여, Ca과 Zn 함량은 오히려 감소하였다. 그리고 T-N, P, Mg, Na, Mn, Cu 함량은 재배온도 간에 유의한 차이를 보이지 않았다(Table 3).

Table 3.

Mineral nutrient content in the bulbs of southern-type garlic (Allium sativum L.) grown for 265 days in different culture temperatures in a temperature gradient tunnel

Culture temperature Macronutrients (mg∙g-1 DW) Micronutrients (μg∙g-1 DW)
T-N P K Ca Mg Na Fe Mn Zn Cu
Ambient 58.6z ay 10.0 a 27.1 b 0.52 a 1.38 a 0.02 a 90.0 b 14.8 a 104.1 a 5.37 a
Ambient + 3°C 61.2 a 10.1 a 30.3 a 0.45 b 1.43 a 0.02 a 94.7 b 15.2 a 85.5 b 6.06 a
Ambient + 6°C 59.4 a 9.2 a 28.6 ab 0.47 ab 1.45 a 0.02 a 146.4 a 15.8 a 66.9 c 6.13 a

zValues are expressed as means of 6 replicates.

yDifferent letters within each column indicate significant differences between treatments (p < 0.05) by Duncan's multiple range test.

고 찰

마늘의 인경 발달은 인편에서 맹아의 출현, 잎의 발달과 같은 초기 영양생장, 인경의 형성과 발달, 그리고 성숙 단계로 구분되며(del Pozo and González, 2005), 각 단계에는 온도가 중요하게 작용한다. 인편으로부터 맹아의 출현은 온도에 민감하여 10°C에서는 100% 출현하는 데 반해 고온으로 갈수록 출현율이 저조하여 30°C에서는 75%로 감소하고, 출현율이 50%에 도달하는 데 소요되는 시간도 온도가 증가할수록 늦어지는 것으로 보고된 바 있다(Moon et al., 2014). 또한, 마늘 재배 시 기후변화 시나리오 RCP 4.5와 RCP 8.5를 적용하였을 때 기온이 상승하면 마늘의 파종 적기는 늦어지고 수확 적기는 빨라져 추후 100년 동안 재배기간이 50 ‑ 90일 정도 짧아질 수 있다고 한다(Park et al., 2018).

본 연구에서도 Fig. 2에서 살펴본 바와 같이 대기온도에서보다 대기온도 + 3°C와 + 6°C에서 재배하였을 때 인편으로부터 맹아의 출현이 지연되고 출현율도 낮았는데, 이는 Fig. 1에서 본 바와 같이 터널 입구에 비해 중앙부와 후미부의 온도가 높아져 인편 발아에 최적인 15 ‑ 20°C보다 높았기 때문인 것으로 보인다(Hwang and Lee, 1990). 특히 생육기간 터널 후미부의 온도인 대기온도 + 6°C는 기후변화 시나리오 RCP 8.5에서 제시한 온도 범위에 해당하는데, 향후 기후변화 시나리오 RCP 8.5에 의한 온도 상승은 짧은 구비대 기간으로 인한 인경 크기 감소나 인편 내부에서의 이차생장에 의한 소인편의 분화 등을 초래하여 마늘의 상품성 하락 및 생산량 감소 등의 부정적인 영향을 끼칠 것으로 예상된다(Oh et al., 2019). 마늘과 같은 속 식물인 양파(Allium cepa L.)의 경우도 온도구배터널에서 재배하였을 때, 고온 지역에서 자란 식물체의 초장, 생체중과 건물중, 총 엽수, 구 비대 및 구 생체중과 건물중이 중온 및 저온 구역의 식물에 비해 현저하게 감소되는 것으로 보고된 바 있다(Ikeda et al., 2019). 따라서 Fig. 3과 Fig. 4에서 살펴본 바와 같이 대기온도 + 6°C인 고온 지역의 적은 엽수는 인경 크기와 관련이 있을 수 있으며, 이로 인해 인경 발달 및 크기에 영향을 미친 것으로 보인다. 이전 연구에서도 엽수는 10 ‑ 25°C 범위에서 재배하였을 때 7개 정도로 유사하나 30°C에서는 5개 이하로 적었으며, 온도가 높아졌을 때 잎의 발생 시기가 늦어지고 노화가 빨라져 인경의 건물중이 크게 감소하는 것으로 보고된 바 있다(Oh et al., 2015). 그리고 온도가 높아졌을 때 추대가 일찍 형성되고 지상부의 생체중도 3월 이후에 급격하게 감소하는 것으로 보고된 바 있는데(Oh et al., 2019), 이는 Fig. 1에서 본 바와 같이 터널 후미부의 일평균 대기온도가 3월 이후 20°C 이상의 온도로 높아진 결과로 보인다. 또한 인편을 감싸고 있는 겉표면은 Table 2에서 살펴본 바와 같이 재배온도가 높을수록 자색의 정도가 더 뚜렷하게 나타나 고온에서 착색이 빨리 이루어져 일찍 성숙됨을 알 수 있다. 이에 반해 기후변화 시나리오 RCP 4.5에 의한 온도상승은 마늘 재배에 있어서 크게 우려할 수준은 아닌 것으로 판단된다. 터널 중앙부의 온도인 대기온도 + 3°C는 기후변화 시나리오 RCP 4.5에서 제시한 온도 범위에 해당하는데, Table 1에서 본 바와 같이 수확한 마늘의 인편 내부에서 이차생장으로 인한 소인편의 분화가 일부 관찰되기는 하였지만 크기가 크고 상품성이 높은 인경이 형성되었으며, 인경 내 인편의 크기도 균일한 상태를 유지하고 있었다.

한편, 마늘의 시장성에 요구되는 품질 요소는 인경 크기, 견고성, 모양의 균일성, 인경당 인편의 수, 이차생장 및 소인편 발생과 같은 결함의 부재 등을 포함한다. 마늘 인경은 보통 10개 내외의 인편들이 화경을 중심으로 둥글게 배열된 형태이며, 각각의 인편들은 분화 및 비대가 진행된 후 성숙함에 따라 뚜렷하게 분리된다. 특히 인경 크기는 마늘의 생산성을 결정하는 중요한 요소이며, 적당한 크기의 인경 생산은 재배농가의 최우선 목표라고 할 수 있다. 이전 연구에서 인경 발달이 온도 및 광주기에 의해 영향을 받으며(Wu et al., 2016), 마늘의 재배기간 중 생육 초·중기에는 온도가 높아지면 지상부의 생장과 광합성에는 유리하게 작용할 수 있으나 생육 후기에는 인경의 크기가 작아지고 소인편들이 많아져서 상품성이 떨어질 수 있으며, 이에 대한 대책으로 기온이 상승하였을 때에는 이차생장으로 인하여 소인편으로 분화되기 전에 수확할 필요성을 제시하였다(Oh et al., 2017, 2019). 본 연구에서 Table 1의 수확기(265일, 5월 중순)에 재배온도별로 수확한 마늘의 인경 두께와 인경 길이는 대기온도와 대기온도 + 3°C에서 재배하였을 때 크기가 크고 인경 내 인편의 크기가 균일한 상태를 유지한 반면에, 대기온도 + 6°C에서는 인경의 크기가 감소하여 생산량 감소로 이어질 수 있다. 특히 터널의 후미부와 같이 고온 지역에서 재배한 마늘에서는 인편 내부에서 이차생장에 의한 소인편의 분화가 이루어지고 있음을 확인할 수 있어서 상품성 하락의 원인이 될 수 있다(Oh et al., 2019).

한편, 무기질은 체내에서 열량원으로 작용하지는 않지만 신체조직을 구성할 뿐만 아니라 다양한 생리적 기능 조절, 생리활성물질의 구성성분으로 기능을 수행한다(Sathiyavani et al., 2017). 식품소재로써의 영양적 가치를 평가하는데 있어 이들 무기성분에 대한 정보도 또한 의의가 크다고 할 수 있다(KNS, 2005). Table 3에서 본 바와 같이 온도가 높아졌을 때 인편 내 Ca과 Zn 함량은 감소하고, K, Fe 함량은 오히려 증가하는 것으로 나타났다. 겨울철 월동무 재배에 있어서도 대기온도보다 높은 온도조건에서 재배하였을 때 지하부 내 K과 Fe 함량이 증가한 것으로 보고된 바 있다(Oh et al., 2017). 또한 마늘과 같은 속 식물인 양파(Allium cepa L.)에서도 수확기인 5월에 1개월간 온도가 급상승하여 대기온도보다 + 5°C 높아지면 인경 내 Ca과 K 함량이 감소하였다고 한다(Lee et al., 2014).

기후 변화에 의한 마늘의 수확량 향상과 기능성을 가미한 고품질의 농산물을 생산하기 위해서는 재배환경의 변화에 의한 작물의 생육 및 품질 특성을 파악하고, 이에 맞춰 적절한 재배관리, 시비기준, 파종 및 수확시기 등을 재정립할 필요가 있다. 본 연구에서는 온도구배터널을 이용하여 인편에서 맹아의 출현과 인경 발달에 있어서 대기온도보다 높은 온도의 유해한 영향을 부분적으로 밝힐 수 있었다. 즉, 인편 발아는 대기온도에서 재배되었을 때 빠르고 온도가 높아졌을 때 늦어졌지만 인경 발달은 대기온도 및 대기온도 + 3°C에서 더 왕성하여 크기가 크고 인편의 크기도 균일한 상태를 유지하여 상품성이 높은 인경을 수확할 수 있었다. 그러나 대기온도 + 6°C에서는 발아율도 낮고 수확 시 인경의 크기가 작고 소인편들이 생겨서 상품성이 떨어졌다. 최근 기후 변화에 의한 이상 기상 현상이 빈번히 발생하고 있고, 미래에는 더욱 심해질 것으로 예측되는 바, 상품성이 좋은 마늘을 수확하기 위해서는 생육단계별로 온도의 영향을 최소화할 수 있는 방안을 모색할 필요가 있다. 마늘 재배에 있어서 대기기온이 3.4°C까지 상승할 것으로 예측되는 RCP 4.5에서는 크게 우려되지 않으나, RCP 8.5 조건이 되면 대기기온이 6°C까지 상승하므로 피해를 줄이기 위해서는 고온에서 인편분화 및 비상품이 적은 신품종을 개발하고 계절 변동성에 맞게 적정 파종 및 수확 시기를 제시하는 등 고온을 극복하여 정상적인 인경 비대 및 인편 분화를 유도할 수 있는 실용적 대응기술 개발이 시급하다. 우선 맹아 출현을 위해 인편 발아에 필요한 저온 요구도를 충족시킬 수 있도록 적절한 품종을 선택하여 파종 전에 저온 처리를 하거나 파종 시기를 늦출 필요가 있다. 그리고 인경 발달 단계에 있어서 고온의 영향을 최소화하기 위해서는 수확량이 적더라도 이차생장으로 인한 소인편이 분화되기 전에 수확시기를 앞당기는 등 농가소득 안정을 위해 다각적인 방안이 필요할 것으로 본다.

Acknowledgements

본 연구는 농촌진흥청 공동연구사업 "배추, 양파 주산지 농업기상 및 작물 생육정보제공기술 개발(과제번호: PJ012033032020)"의 지원에 의해 수행하였습니다.

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