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사과는 겨울 전정, 적화, 적과, 수확 등 재배기간 전반에 걸쳐 많은 노동력이 투입되고 있다. 특히, 적과 작업은 수체 내 불필요한 양분의 소모를 줄이고 수체 생육과 고품질 과실을 생산하는 데 큰 영향을 미치기 때문에 많은 노동력이 투입된다(Childers et al., 1995; Dennis, 2000; Wertheim, 2000; Kook et al., 2009; Greene and Costa, 2013; McArtney et al., 2013; Yoo et al., 2014; Milić et al., 2016; Fruk et al., 2017). 또한 농작업에 필요한 노동력이 적기에 수행되지 않을 경우 생산물의 질적, 양적 저하를 가져와 소득 감소로 나타나게 된다(Makeham and Malcolm, 1993; Kay and Edwards, 1994). 현재 우리나라 농촌현실을 보면, 농가인구는 1970년 14,422,000명에 비해 2017년 2,422,000명으로 83.2% 급감하였고, 총 인구 대비 농가인구 구성비는 1970년 44.7%와 비교하여 2017년 4.7%로 40.0% 급감한 것으로 나타났다. 특히, 농가인구 중 65세 이상 인구가 1970년 4.9%에 비해 2017년에 42.5%로 37.6% 증가하여 심각한 농촌 고령화와 함께 노동력이 부족한 현실이며, 이는 농촌의 노동력 부족과 인건비의 급격한 상승을 초래하고 있다(Statistics Korea, 2017).
사과는 2010년 기준으로 연간 노동시간은 146.3시간이었고, 그 중 적화 및 적과 작업의 경우 31.1시간(21.3%)으로 가장 큰 비율을 차지하던 수확 작업(29.4시간, 20.1%)보다 많은 노동력이 투입되면서 최근 화학적 약제 적용을 통한 적화‧적과제의 생력화 기술 개발이 반드시 필요한 실정이다(Jang et al., 1998; Yoo et al., 2016).
현재 적화제로 등록되어 있는 석회유황합제(lime sulfur)는 꽃이 개화하였을 때 암술의 주두를 태워 수분을 방해하는 기작으로 적화제로 이용되고 있다(Edwards, 1998; Guak et al., 2004; Chun et al., 2012). 그러나 석회유황합제는 개화정도와 처리시기에 따라 그 효과에 많은 차이를 보이며(Yoo et al., 2016), 또한 처리농도가 높아지거나 처리횟수가 증가할수록 과실의 동녹 발생과 함께 엽소장해가 발생할 수 있어 사용에 주의를 기해야 한다고 하였다(Jang et al., 1998). 또한 적화제의 부적절한 사용은 수확량 감소(Stopar and Lokar, 2003; Esitken et al., 2009; Milić et al., 2012), 과실 생장 저해와 동녹 발생(Stopar et al., 2007; Milić et al., 2012; Weibel et al., 2012; Keserović et al., 2016), 수확기 과피 착색 저해(Byers and Carbaugh, 1991; Wertheim, 2000) 등 품종에 따라 반응이 다르게 나타난다고 하였다. 그동안 국내에서 사용하고 있는 석회유황합제는 처리시기, 농도, 횟수 등에 따라 그 효과에 많은 차이를 보이는 문제점이 있어 실용화가 가능한 적화제 개발이 필요한 실정이다. 최근 octyl alcohol[CH3(CH2)7OH]은 식물조직에 처리되면 가수분해되어 에틸렌 방출을 유도함으로써 이층형성에 의한 탈리를 촉진하는 기작(Dennis, 2000)으로 적화제로서의 가능성이 검토되고 있으나 그 효과에 대한 연구는 없는 실정이다.
따라서 본 연구는 ‘후지’ 품종을 대상으로 octyl alcohol 처리가 과실의 착과 및 과실품질에 미치는 영향을 구명함으로써 적화제로서의 실용화 가능성을 검토하고자 실시되었다.
재료 및 방법
실험재료
본 실험은 2018년 경상북도 상주시 화서면 소재의 과원에 재식되어 있는 7년생 ‘후지’(/M.9) 품종을 대상으로 수세가 안정되고 균일한 나무를 선정하여 실험재료로 사용하였다.
약제처리
적화제는 대조구로 석회유황합제(Lime sulfur, Bé 22°) 120배액을 정화아의 중심화 만개 2일과 3일 후에 2회(4월 26, 27일) 살포하였고, octyl alcohol(81%, 장유산업, 청주, 대한민국) 수용제는 선행연구 결과(자료 미제시) 에 따라 500배액을 중심화 만개 1일 후(1D, 4월 25일), 2일 후(2D, 4월 26일), 3일 후(3D, 4월 27일)에 각각 1회 살포하였다. 약제처리는 20L 고압분무기로 오전 8-9시경 약액이 흘러내릴 정도로 충분히 살포하였다.
착과율
착과율은 1주 1반복으로 하여 총 5주에 대하여 개화량이 충분한 곁가지 3개(가지당 약 20개 과총)를 선정한 뒤 정화아와 액화아를 구분하여 약 300개 정도에 해당되는 과총당 착과수를 조사하여 평균값으로 나타내었다. 과총 내 착과 정도는 중심과 착과 여부, 무착과, 1, 2, 3 및 4과 이상 착과된 정도를 각각 조사하였다. 착과율 조사는 농가에서 관행적 적과 실시 전 약제에 의해 낙과가 충분히 이루어 졌다고 판단되는 5월 11일에 조사하여 백분율로 환산하였다. 익년 꽃눈분화율은 꽃눈의 발육형태를 명확하게 판단할 수 있는 2019년 2월 21일에 조사하여 백분율로 환산하였다.
수확 시 과실 특성
과실 특성은 10월 31일에 과실을 수확하여 과중, 과형지수, 종자수, 경도, 가용성 고형물 및 산 함량, 내생 에틸렌 발생량, 왁스 발생 정도 및 과피 적색도 등을 조사하였고, 반복당 10개 과실로 하여 처리당 50개 과실을 측정하여 평균값으로 나타내었다. 과실의 경도는 직경 11mm plunger를 장착한 rheometer(Compac-100Ⅱ, Sun Scientific Co., Tokyo, Japan)를 사용하여 과실 적도부의 과피를 제거한 다음 과실 당 3회 측정한 값을 평균하여 Newton(N)으로 나타내었다. 가용성 고형물 함량은 디지털당도계(PR-201α, Atago Co., Ltd., Tokyo, Japan)를 이용하여 측정하였고, 산 함량은 전위차 적정기(DL-15, Mettler Toledo Co., Greifensee, Switzerland)를 사용하여 과즙 5mL에 증류수 45mL을 추가한 뒤 0.1N NaOH로 pH 8.1까지 적정한 후 사과산으로 환산하였다. 내생 에틸렌 발생량은 1mL 주사기를 꽃받침 부위에 삽입하여 과심 내 gas 1mL를 채취한 뒤 FID(flame ionization detector)를 장착한 gas chromatography(GC2010, Shimadzu, Kyoto, Japan)를 이용하여 측정하였다. Gas chromatography의 분석조건은 Porapak Q(80/100 2m, Youngin Frontier, Korea) column을 이용하였으며, injector temperature 200°C, oven temperature 90°C, detector temperature 200°C로 설정하였고, carrier gas는 He, flow rate는 분당 25mL로 하였다. 과피 왁스 발생 정도는 무발생 0, 매우 약한 미끌거림 1, 약간 미끌거림 2, 미끌거림 3, 많이 미끌거림 4, 매우 많이 미끌거림 5로 구분하여 관능적으로 평가하였다(Dadzie et al., 1995). 그리고, 과피의 색도는 색차계(CR-210, Konica Minolta, Osaka, Japan)를 이용하여 측정하였다.
통계분석
시험구 배치는 1주를 1반복으로 완전임의배치 5반복으로 하였고, 통계분석은 SPSS 프로그램(IBM SPSS Statistics 20, SPSS Inc., Armonk, NY, USA)을 이용하여 ANOVA 결과 분석 후 Duncan 다중검정으로 분석하였다.
결과 및 고찰
착과량 및 꽃눈 분화율
적화제 처리가 ‘후지’ 사과의 착과에 미치는 영향을 보면 Table 1과 같다. 정화아의 화총당 착과수를 보면 무처리구는 3.71개였고, octyl alcohol 2D(중심화 만개 2일 후) 처리구의 경우 1.85개로 가장 낮은 착과수를 보여 우수한 적화 효과를 보였으며, lime sulfur, octyl alcohol 1D(중심화 만개 1일 후) 및 3D(중심화 만개 3일 후) 처리구는 각각 2.71, 2.87, 2.50개로 무처리구와 비교하여 낮은 착과수를 보였다. 액화아의 화총당 착과수는 무처리구는 3.27개였고, octyl alcohol 2D, 3D 처리구는 각각 0.96개와 1.01개로 가장 낮은 착과수를, lime sulfur와 octyl alcohol 1D 처리구 역시 각각 2.29개와 1.95개로 무처리구에 비하여 낮은 착과수를 보였다. 그리고 중심과 착과율을 보면 정화아의 경우 octyl alcohol 2D 처리구가 60.6%, 무처리구가 82.3%를 보였고, 액화아의 경우 octyl alcohol 2D, 3D 처리구가 각각 33.9%와 27.6%로 무처리구 63.8%와 비교하여 낮은 중심과 착과율을 보였다
Table 1. Effects of flower thinning agents on the fruit set of flowers in 'Fuji' apples
yMeans separated within columns by Duncan's multiple range test, p = 0.05.
각 처리별 정화아의 과총당 착과수에 따른 착과율을 조사한 결과(Fig. 1), 무착과율은 무처리구는 0.7%로 대부분 착과가 되었고, lime sulfur와 octyl alcohol 3D 처리구는 각각 9.8%와 7.5%였으며, octyl alcohol 2D 처리구의 경우 19.7%로 무착과율 이 가장 높았다(Fig. 1A). 또한 이상적인 적화 형태인 1과만 착과된 비율은 무처리구는 2.0%로 매우 낮았지만 모든 적화제 처리구들은 15.5 - 23.6%로 높은 착과율을 보였다(Fig. 1B). 그리고 2과만 착과된 비율은 무처리구의 경우 17.0%이었지만, lime sulfur와 octyl alcohol 1D, 2D, 3D 처리구은 각각 22.7, 21.2, 25.1, 27.8%로 무처리구와 비교하여 다소 높은 착과율을 보였지만 통계적 유의성은 없었다(Fig. 1C). 그리고 3과와 4과 이상의 착과율을 보면 무처리구는 80.3%였지만 octyl alcohol 2D 처리구는 31.5%로 가장 낮은 착과율을 보였다(Fig. 1D, E). 따라서 무착과와 1과 착과율을 종합해 보면 무처리구는 2.7%로서 착과율이 97.3%로 매우 높은 반면 octyl alcohol 2D 처리구는 43.3%로서 착과율이 56.7%로 낮아 가장 우수한 적화 효과를 보였다. 이는 octyl alcohol 처리 시 화총의 에틸렌 방출을 유도하여 이층형성에 의한 탈리를 촉진하는(Dennis, 2000) 적정한 살포시기라고 판단되었다.
Fig. 1.
Effects of flower thinning agents on the fruit set of terminal flowers in ‘Fuji’ apples. Lime sulfur (Bé 22°) was sprayed twice at 2 days (April 26) and 3 days (April 27) after the central flower’s full bloom (CFFB). Octyl alcohol (81%) was sprayed at 1 day (1D: April 25), 2 days (2D: April 26), or 3 days (3D: April 27) after the CFFB. A, non-fruit set(FS); B, single FS; C, double FS; D, triple FS; E, more than quadruple FS. Error bars represent the standard error of the mean (n = 300). Means with the same letters are not significantly different (p = 0.05).
사과의 경우 액화아는 결실시키지 않고 모두 제거하는 것을 원칙으로 하고 있기 때문에 착과율이 떨어질수록 품질이 좋은 과실 생산에 유리하고 또한 적과 노동력을 줄일 수 있다. 그러므로 각 처리별 액화아의 과총당 착과수에 따른 착과율을 조사한 결과(Fig. 2), 무착과율이 무처리구는 4.3%인 반면 lime sulfur와 octyl alcohol 1D, 3D 처리구는 각각 19.8, 19.1, 39.5%였고, octyl alcohol 2D 처리구는 51.3%로 매우 높은 적화 효과를 보였다(Fig. 2A). 그리고 1과만 착과된 비율은 무처리구는 5.3%였고, 적화제 처리구들은 13.5 - 31.6%였다(Fig. 2B). 또한, 3과와 4과 이상의 착과율을 보면 무처리구는 74.4%로 매우 높았지만, lime sulfur는 45.9%, octyl alcohol 2D, 3D 처리구는 각각 13.9%와 9.2%로 매우 낮은 착과율을 보여(Fig. 2D, E) 매우 우수한 효과를 보였다. 적화제 처리 후 익년 꽃눈 분화율에 미치는 영향을 조사한 결과(Fig. 3), 무처리구와 적화제 처리구들 모두에서 꽃눈 분화율이 60% 이상으로 꽃눈 형성에 문제가 없음을 확인하였다. 따라서 ‘후지’ 품종의 적화를 위하여 octyl alcohol을 중심화 만개 2일 후(Octyl alcohol 2D)에 처리하였을 때 과총당 착과수는 정화아는 1.85개, 액화아는 0.96개로 가장 우수한 적화효과를 보였다. 또한 중심과 착과율과 꽃눈 분화율이 60% 정도로 무처리구와 비교하여 다소 낮은 착과율을 보였으나 사과에서 정상적으로 개화하는 나무의 경우 전체 꽃 수의 6 - 8% 정도 과실을 남기고 적과를 하는 것이 격년결실을 예방하며 안정적으로 상품성이 있는 과실을 생산할 수 있다고 하여(Moon, 1986; Bhusal et al., 2017) 60% 정도의 착과율은 인력적과를 실시해야 하는 수준으로 문제가 없는 것으로 판단되었다. 그리고 Yoo et al.(2016)은 국내 사과의 경우 상품과 생산을 위하여 과실은 정화아에 착과시키고 액화아는 제거하고 있으므로 적화제를 처리하였을 때 정화아에 1 - 2개의 적과 수준을 보이며, 액화아의 경우 무착과율이 높을수록 적화제로서 효과가 우수하다고 평가하고 있다.
Fig. 2.
Effects of flower thinning agents on the fruit set of lateral flowers in ‘Fuji’ apples. Lime sulfur (Bé 22°) was sprayed twice at 2 days (April 26) and 3 days (April 27) after the central flower’s full bloom (CFFB). Octyl alcohol (81%) was sprayed at 1 day (1D: April 25), 2 days (2D: April 26), or 3 days (3D: April 27) after the CFFB. (A) non-fruit set(FS), (B) single FS (C) double FS, (D) triple FS, (E) more than quadruple FS. Error bars represent the standard error of the mean (n=300). Means with the same letters are not significantly different (p =0.05).
Fig. 3.
Effects of flower thinning agents on flower bud differentiation rate in ‘Fuji’ apples. Lime sulfur (Bé 22°) was sprayed twice at 2 days (April 26) and 3 days (April 27) after the central flower’s full bloom (CFFB). Octyl alcohol (81%) was sprayed at 1 day (1D: April 25), 2 days (2D: April 26), or 3 days (3D: April 27) after the CFFB. Error bars represent the standard error of the mean (n=300). Means with the same letters are not significantly different (p =0.05).
Lime sulfur는 강한 부식성(caustic) 물질로서 사과 개화 시 처리는 주두와 수술 및 화분에 피해를 주어 수분을 저해함으로써 ‘홍로’, ‘후지’ 및 ‘감홍’ 사과에서 착과수를 감소시키는 효과가 있다고 하였다(Chun et al., 2012; Yoo et al., 2016). 그리고 에테폰은 가수분해 시 에틸렌의 방출을 유도하며 적화제로 살포하였을 때 식물체 조직으로 침투한 에틸렌이 옥신의 전류를 방해하여 이층 형성에 따른 꽃과 과실의 탈리를 유도한다고 하였다(Dennis, 2000).
본 연구결과에서 적화제 처리에 따른 적화 효과에 차이를 보인 것은 lime sulfur 경우는 약제살포 시 이미 개화되어 수분이 이루어진 꽃에는 그 작용이 적용되지 않아 그 효과가 부족하였다고 판단되었고(Yoo et al., 2016), octyl alcohol 1D와 3D 처리구는 살포시기가 다소 빠르거나 늦게 되면 옥신의 전류를 방해하므로서 이층형성을 유도하는데(Dennis, 2000) 적합하지 않았던 것으로 추정할 수 있어 추후 octyl alcohol에 대한 정확한 작용 메커니즘 연구가 필요하다고 생각된다.
과실 품질 특성
적화제 처리가 ‘후지’ 사과의 수확 시 과실 품질에 미치는 영향을 보면 Table 2와 같다. 과중은 무처리구가 257.8g인 반면 lime sulfur와 octyl alcohol 2D 처리구는 각각 292.8g과 287.0g으로 과중이 증가하였으며, 과형지수와 종자수는 처리 간 차이를 보이지 않았다. 과실들은 적화를 실시할 경우 남아있는 과실의 수가 감소함에 따라 분배되는 저장 양분의 증가로 인하여 세포의 분열과 비대를 촉진함으로서 과실의 비대가 향상될 가능성이 높다고 하였다(Quinlan and Preston, 1968; Milić et al., 2016). 그러나 본 결과에서 적화제 처리에 의한 착과수가 감소함에 따라 남은 과실에 세포 분열과 비대가 촉진되어 과중이 증가한 이유도 있겠지만, 약제 처리에 의한 차이가 아닌 수체 간의 수세 및 결실 과실 수 차이와 인력적과 시기 및 방법 등에 의한 결과(Guak et al., 2009; Yoo et al., 2014, Yoo et al., 2016)로 추정할 수 있었다. 그리고 과실 경도, 가용성 고형물 및 산 함량, 내생 에틸렌 발생량, 왁스 발생 정도, 적색도(a*) 등은 무처리구와 적화제 처리구 간에 뚜렷한 경향을 보이지 않아 적화제 처리에 의한 과실 품질의 차이는 없는 것으로 판단되었다(Guak et al., 2009; Yoo et al., 2016). Jang et al.(1998)과 Weibel et al.(2012)은 lime sulfur 처리 농도와 횟수가 많을 때 과실의 과피 동녹 발생 및 잎이 타는 장해가 발생할 수 있다고 하였으나 본 시험에서는 모든 적화제 처리에 따른 이상현상은 관찰되지 않았다(자료 미제시).
Table 2. Effects of flower thinning agents on fruit quality attributes in 'Fuji' apples at harvest
yMeans separated within columns by Duncan's multiple range test, p = 0.05.
따라서 본 연구결과를 종합해 보면 국내에 적화제로 등록되어 있는 lime sulfur는 적화제로서 효과는 인정되지만 살포시기를 정확히 설정하지 못할 경우 효과가 미미하게 나타나지만, octyl alcohol 처리의 경우 처리시기에 따라 다소 차이는 있으나 정화아와 액화아의 착과율을 감소시키고, 익년 꽃눈 분화율에도 문제가 없을 뿐 아니라 과실 품질에도 차이를 보이지 않아 사과 적화제로서 실용화 가능성이 매우 높다고 판단되었다.
