Introduction

국내에서 고추(Capsicum annuum L.)는 생식용인 풋고추와 김장용인 건고추의 형태로 생산되며, 건고추의 생산 비중이 높다. 2023년 기준 건고추의 재배면적과 생산량은 각각 27,132 ha와 61,665톤으로 보고되었으며, 전체 조미채소 재배면적의 약 30%를 점유하는 중요한 작물이다(KOSIS, 2024).

국내의 건고추 생산에서 최대 위협요인은 여름철 과습한 고온기에 발병하면서 큰 피해를 유발하는 고추 탄저병이다(Yoon and Park, 2001), 피해 발생을 경감하기 위해 종자회사는 탄저병 저항성 품종을 육성하여 농가에 보급하고 있다. 그러나 대부분 원예작물이 각 작물 별로, 또 각 작물 내의 품종 별로 흡비 특성의 큰 차이를 보이지만, 보편적으로 관련 연구가 미진한 상태로 농가에 보급되고 있으며, 이로 인해 재배 중 시행착오를 겪고, 생장량이나 수확량이 감소하는 원인이 된다.

육묘한 고추묘를 정식한 후 본포에서의 홍고추 생산량은 정식 시점의 묘소질에 큰 영향을 받는다. 국내에 정착된 육묘 방법이며 좁은 면적에서 대량의 묘를 생산하는 방법인 플러그 육묘 방법은 개별 식물체당 상토의 양이 적은 이유로 물리화학적 완충력이 낮다. 그러므로 육묘 기간 동안의 시비방법이 묘 생장에 영향을 미치고 적절한 시비농도가 묘의 품질에 큰 영향을 미친다(An et al., 2021). 특히 고추는 다른 과채류에 비해 육묘 기간이 8 - 10주로 비교적 길고, 긴 육묘 기간을 고려한 트레이 종류, 상토 종류 및 시비에 관한 다양한 연구가 수행되었다(Shin et al., 2000; Lee et al., 2001; 2007; Choi et al., 2006; An et al., 2021). 그러나 탄저병 저항성으로 육종된 신품종들의 육묘 중 시비관리에 관한 연구는 수행되지 않았으며, 본포 재배농가에 보급하는 묘의 품질 저하와 본포 수확량 감소의 원인이 되고 있다.

한편, 작물의 생육 과정에서 건조 스트레스(Lee et al., 2024)나 팁번(Kumaratenna and Cho, 2024) 등 생장에 관한 다양한 이미지 영상자료를 획득하고 이를 작물 생산을 위한 AI 기술에 적용하려는 연구가 국내에서 시도되고 있다(Yoon et al., 2024). 육묘과정의 채소묘에도 이러한 기술을 적용할 수 있지만 영상자료를 기반으로 생육을 판단하기 위해서는 많은 연구 결과가 축적되어야 이를 근거로 정확한 생육 진단이 가능할 수 있고, 환경조절과 시비조절 등의 적절한 조치가 가능해진다. 그러나 홍고추 플러그 묘 생육과 관련한 영상자료에 관한 연구결과가 국내에서 보고된 바 없다.

상기한 내용을 고려하여 생리적 중성비료를 선정하고 플러그 육묘 중 시비농도를 변화시킨 다수의 처리를 두어 재배하였을 때 묘 생장에 미치는 영향을 구명하고자 본 연구를 수행하였다. 또한 작물 재배 중 영상자료를 기반으로 온실환경 조절을 자동화하려는 스마트팜 기술이 확산되는 점을 고려하여 생육에 관한 영상자료도 확보하여 제시하였다.

Materials and Methods

식물재료 및 육묘 환경

식물재료는 탄저병 저항성이며 건고추용으로 육성된 ‘AT 신호탄’ (Asia Seed Co., Ltd., Korea), ‘올복합’ (Dana Co., Ltd., Korea) 및 ‘칼라탄’ (Sakata Korea Co., Ltd., Korea)이었다. 72셀 트레이에 전기전도도(electrical conductivity, EC) 0.3 dS·m^-1 (1 : 10, w/w) 이하인 한아름 상토(Shinsung Mineral Co., Ltd., Korea)를 충진하고, 종자를 파종한 후 28℃ 암상태에서 발아시켰다. 발아 후 LED (H22P, Apack Inc., Korea)를 사용하여 광합성유효광량자속은 160 µmol·m^-2·s^-1 전후, 일장은 16시간으로, 그리고 온도는 25℃ 전후로 조절한 생장상에서 육묘하였다. 파종 후 8주간 육묘하면서 2회(파종 후 39, 56일)에 걸쳐 생육을 조사하고 영상촬영을 하였다. 실험은 중성비료의 질소(N) 농도를 기준으로 4 수준(50, 100, 150 및 200 mg·L^-1)으로 조절한 처리를 두어 실험하였으며(Table 1), 비료용액은 두상관수방법으로 공급하였다. 시비횟수는 파종 후 11일째부터 주 1회, 파종 후 5주째부터 주 2회로 조절하였다.

생육조사 및 분석

식물체의 생육조사는 트레이 별로 파종 후 39일과 56일째 수행하였으며, 각각 5개체씩 3반복으로 처리당 15개체씩이었다. 2회에 걸친 생육조사에서 식물체의 초장, 경경, 엽수, 엽면적, 엽록소 함량, 개화수, 그리고 지상부의 생체중과 건물중을 측정하였다. 초장은 상토 표면부터 생장점까지 그리고 마디수는 지제부부터 생장점까지의 마디 수를 조사하였다. 경경은 버니어 캘리퍼스(CD-15APX, Mitutoyo Corp., Japan)를 사용하여 자엽 1 cm 아래 부분을 측정하였다. 수확한 식물체의 생체중을 측정한 후 75℃ 건조기에서 24시간 건조시킨 후 무게를 측정하여 건물중으로 측정하였다. 자엽을 제외한 모든 전개된 잎을 조사하여 엽수로 삼았고, 발생한 잎들 중 가장 큰 잎의 엽장과 엽폭을 측정하였다. 엽면적은 각 개체의 모든 엽을 엽면적계(LI-3100C, LI-COR, USA)를 사용하여 측정하였다. 엽록소 함량과 엽색은 엽장과 엽폭을 측정했던 동일한 엽을 사용하여 각각 휴대용 측정기(special products analysis division [SPAD]; SPAD-502, Minolta, Japan)와 색도색차계(CR-400, Minolta, Japan)를 사용하여 Kang 등(2005)의 방법으로 측정하였다. 개화수는 식물체당 개화한 꽃의 숫자만 세었으며 화뢰는 계산에 넣지 않았다.

처리 별 식물체 잎의 무기원소 함량 분석에서 Kjeldahl method (Eastin, 1978)로 전질소(T-N) 함량을, Chapman과 Pratt (1961)의 방법으로 분광광도계(UV spectrophotometer; UV Mini-1240, Shimadzu, Japan)를 사용하여 470 nm에서 비색법으로 인(P) 함량을 측정하였다. Ca, K, Mg, Fe, Mn, Zn 및 Cu 함량 분석은 원자흡광분광광도계(atomic absorption spectrophotometer; AA-7000, Shimazu, Japan)를 사용하여 Park 등(2020)과 동일한 방법으로 수행하였다.

육묘 중인 식물체의 영상은 다분광 카메라, 특수 제작된 LED, 그리고 LiDAR 센서(RPLiDAR A3M1, Slamtec Co., Ltd., China)가 부착된 챔버(100 cm [W] × 70 cm [D] × 150 cm [H]) 내에서 파종 후 39일과 56일째 RGB (450 - 650 nm)과 근적외선(near-infrared spectroscopy, NIR) NIR1 (750 nm)과 NIR2 (830 nm) 영역에서 촬영하였다(Jang et al., 2024).

통계분석

통계분석은 SPSS Statistics (IBM, 2023)을 이용하여 ANOVA 변량분석하였으며, 처리 간 평균은 CoStat 프로그램(CoHort, 2005)을 이용하여 Duncan의 다중검정법으로 p ≤ 0.05 수준에서 비교하였다.

Results and Discussion

1차 플러그 묘 생장(파종 후 39일)

추비의 수준을 N 농도 기준 50 mg·L^-1에서 200 mg·L^-1로 높임에 따라 파종 39일 후(1차 조사) 식물체의 초장, 경경, 마디 수, 생체중 및 건물중이 증가하였고, 시비수준에 따라 p ≤ 0.001 수준에서 생장 차이가 뚜렷하였다. 또한 초장, 경경 및 건물중은 품종간 차이가 인정되었지만 생체중은 차이가 인정되지 않았다(Table 2). 100 mg·L^-1 이상 시비구에서 ‘AT 신호탄’이 다른 2품종보다 초장이 길었고 품종 간 차이가 뚜렷하였지만, 경경은 시비농도 150과 200 mg·L^-1 처리구에서 ‘칼라탄’이 ‘AT 신호탄’ 고추 보다 더 굵었다. 마디수는 200 mg·L^-1 처리구가 품종에 관계없이 7.6개 전후로 50 mg·L^-1 처리구 보다 2.6 - 3.5개 더 많았다. 생체중과 건물중은 모든 품종에서 200 mg·L^-1 처리구가 50, 100 및 150 mg·L^-1 처리들 보다 무거웠지만 시비농도가 높아질수록 낮은 시비농도 보다 각 시비수준 내의 품종별 차이가 뚜렷하지 않았다.

파종 39일 후 시비농도가 높아질수록 고추 묘의 엽수가 많아졌지만 고농도 시비구인 200 mg·L^-1 처리구의 품종간 차이는 뚜렷하지 않았다. 또한 시비농도가 높아질수록 잎의 크기가 커져 200 mg·L^-1 처리의 엽장 및 엽면적이 그 보다 낮은 시비농도 보다 통계적으로 유의하게 컸으며, 세 품종 중 ‘AT 신호탄’의 엽장이 큰 경향이었다(Table 2; Fig. 1).

Fig. 1.

Photos of ‘AT Sinhotan’ hot pepper seedlings in the treatment of 200 mg·L^-1 fertilizer solution taken with different light at 39 and 56 days after sowing. RGB: red-green-blue light, 450 - 650 nm; NIR1: near-infrared1, 750 nm; NIR2: near-infrared2, 830 nm. The length of white reference is 15 cm.

시비수준이 증가할수록 SPAD 값(간접적 엽록소 함량 측정 수치)은 높아지는 경향이었고, 이는 Kang 등(2005)이 시비수준이 높을수록 케일의 엽록소 함량이 증가하였다는 보고와 유사한 경향이었다. 시비수준을 200 mg·L^-1으로 조절한 처리구에서 ‘올복합’의 SPAD 값이 가장 높았지만 동일한 농도 내의 ‘칼라탄’ 고추의 값과는 통계적인 차이가 인정되지 않았다. 엽색의 밝기 비교에서 추비농도가 증가할수록 Hunter’s L (lightness) 값이 낮아져 명도가 낮아지는 경향이었다. 적색과 녹색의 정도를 나타내는 a 값은 50 mg·L^-1 시비구에서 시비농도가 높은 처리들 보다 다소 높은 경향이었다. 황색과 청색의 정도를 나타내는 b 값은 SPAD 값이 가장 컸던 처리구(200 mg·L^-1)에서 낮은 경향이었고 Kang 등(2005)도 케일에서 이들 2개의 값이 부(-)의 상관관계를 띠었다고 보고한 바 있으며 본 연구 결과도 유사한 경향을 보였다.

2차 플러그 묘 생육(파종 후 56일)

파종 56일 후의 2차 생육조사에서 추비의 농도가 증가함에 따라 세 품종 모두 초장, 경경, 지상부 생체중과 건물중 등이 각각 커지고 무거워졌다(Table 3). 이러한 결과는 묘령이 많아지거나 시비농도가 증가할수록 착색 단고추의 생육이 증가하였다는 Lee 등(2001)의 연구 결과와 유사하였다. 묘의 초장은 각각의 시비수준 내에서 ‘AT 신호탄’이 ‘올복합’과 ‘칼라탄’ 고추보다 더 컸고 품종 간 차이가 인정되었다. 경경은 200 mg·L^-1 시비구에서 ‘AT 신호탄’이 3.24 mm로 가장 굵었지만 동일한 농도 내에서 ‘올복합’품종과는 통계적 차이가 없었다. 시비농도가 100 mg·L^-1부터 200 mg·L^-1까지 높아질 때 ‘AT 신호탄’ 고추의 마디수가 ‘올복합’이나 ‘칼라탄’ 고추 보다 많았고, 각 시비수준 내에서 품종간 차이가 인정되었다. 지상부 생체중은 200 mg·L^-1 시비구에서 ‘AT 신호탄’이 5.59 g으로 가장 무거웠지만 50 및 150 mg·L^-1 시비농도에서 ‘올복합’ 고추가 가장 무거웠고 시비수준 별로 생장이 가장 우수하였던 품종이 달랐다. 전반적으로 고추 육묘 과정의 생장에 미치는 추비농도의 영향이 품종에 의한 영향 보다 훨씬 컸던 것으로 나타났다.

2차 생육조사에서 잎의 특성은 시비농도에 의한 영향이 컸지만 각 시비수준 내에서 품종별 차이는 크지 않았다(Table 3). 시비농도가 증가할수록 엽수가 많아졌으며 200 mg·L^-1 처리구에서 ‘칼라탄’과 ‘AT신호탄’ 고추가 ‘올복합’ 고추 보다 유의하게 많았다. 그러나 50 mg·L^-1의 저농도 시비구에서는 세 품종간 통계적 차이가 인정되지 않았다. 본포에 고추 묘를 정식하는 농가들이 화뢰가 형성되거나 첫 꽃이 핀 묘를 정식하는 점을 고려하여 화뢰형성 유무를 조사한 결과 파종 56일 후 150 mg·L^-1 이상의 시비구에서 화뢰 형성수가 많아졌으며, 200 mg·L^-1 시비구의 ‘칼라탄’ 고추에서 식물체당 0.5개로 다른 품종 보다 유의하게 많았다.

엽 생장 역시 시비수준이 높아질수록 엽장 및 엽면적이 길거나 많아졌고 0.1% 수준에서 시비수준별 차이가 인정되었다. 200 mg·L^-1 시비구에서는 ‘AT 신호탄’ 고추의 엽생장이 가장 컸고, ‘칼라탄’ 고추의 엽생장이 가장 적었다. 또한 엽면적의 경우 50 mg·L^-1 처리구를 제외한 모든 시비구에서 1차 생육조사와 비교한 2차 생육조사에서 2배 이상 증가하였다(Fig. 1). 시비농도가 높아질수록 SPAD 값이 높아졌으며, 동일한 시비농도 내에서는 엽면적이 작았던 ‘올복합’과 ‘칼라탄’ 고추의 SPAD 값이 높았고, 엽면적이 컸던 ‘AT 신호탄’이 낮았다. 시비농도가 증가할수록 잎의 Hunter’s L과 b 값은 감소하고 a 값은 증가하는 경향이었다. 이와 같은 결과는 케일 잎의 비파괴 품질 평가를 위한 실험의 SPAD 값과 Hunter 값을 비교했을 때 SPAD 값과 L 및 b 값의 관계는 부(-)의 상관, 그러나 a 값과는 정(+)의 상관을 띤다고 Kang 등(2005)이 보고한 바 있고, 본 연구 결과 역시 유사한 결과가 나타났다. 또한 시비농도가 낮을수록 Hunter’s L 값이 증가한 결과는 Kwack 등(2015)이 로메인 등 어린잎채소에 양액 대신 수돗물만 공급하였을 때 엽색이 밝아졌다는 보고와 유사하였다.

본 실험의 1, 2차 생육 이미지 영상은 금후 초장과 엽면적 측정을 위한 기초자료로서 활용하기 위한 것이었다(Fig. 1). Jang 등(2024)은 오이 접목묘를 대상으로 개체 및 플러그 트레이 단위로 초장과 엽면적의 영상값과 실측값을 비교하였고, Madhavi 등(2022)은 아이스플랜트의 개체 단위 별 엽의 중첩 면적을 10% 미만으로 줄여 영상분석기술의 실용가능성을 제시하였다.

잎의 무기원소 함량

시비수준이 파종 56일 후의 식물체 무기원소 함량에 미치는 영향에서 시비농도가 높아질수록 Fe을 제외하고 분석한 모든 원소의 함량이 증가하는 경향이었다(Table 4). Oh 등(2009)도 고추 접목묘를 생산할 때 공급 양액의 EC를 높이면 식물체 무기성분 중 전질소와 인 함량이 증가하였다고 보고하여 본 실험결과와 유사하였다. 엽록소 구성원소인 Mg 함량은 SPAD 값과 정의 상관관계를 나타내었다고 보고된 바 있으며(Kang et al., 2005) 본 연구에서도 비료농도가 높았던 200 mg·L^-1 처리구의 엽 내 Mg 함량이 높은 경향이었다. 이상의 결과를 고려하여 육묘과정의 생장과 개화 정도를 판단할 때 시비농도가 N 기준 150 mg·L^-1 이상이 요구된다고 판단한다.

Conclusion

기비로 혼합된 비료 양이 EC 기준 0.3 dS·m^-1 이하로 조절된 상토를 이용하여 세 품종 고추를 육묘할 때 적정 추비 농도를 구명하고자 본 연구를 수행하였다. 72셀 트레이에 상토를 충진한 후 종자를 파종하였다. 파종 11일 후부터 질소(N) 기준 50, 100, 150 및 200 mg·L^-1로 조절한 4처리를 두어 시비를 시작하였고, 파종 39일과 56일 후에 생육을 조사하였다. 추비농도가 높아질수록 세 품종의 초장 등 모든 생육 조사 항목에서 생장이 통계적으로 유의미하게 증가하였다. 품종 간 비교에서 1차 조사에서는 지상부의 생체중과 엽수에 차이가 없었으나, 2차 조사에서는 각각의 조사항목에서 0.1% 또는 5% 수준에서 통계적 차이가 인정되었다. 엽면적의 경우 50 mg·L^-1 처리구를 제외한 고농도 시비구들의 2차 생육조사에서 1차 조사 대비 2배 이상 증가하였으며, ‘AT 신호탄’이 다른 품종보다 엽면적이 더 넓었다. 파종 56일 후 추비농도가 150 mg·L^-1 이상인 처리구에서 화뢰 형성수가 많았고 개화된 꽃이 관찰되었지만, 100 mg·L^-1 이하의 처리구에서는 화뢰만 관찰되었다. 또한 시비농도가 높아짐에 따라 전질소 등 식물체의 무기원소 함량이 증가하는 경향이었다. 이상의 결과로부터 EC가 0.3 dS·m^-1 이하인 상토를 이용하여 고추를 플러그 육묘할 경우 추비농도를 150 mg·L^-1 이상으로 조절하는 것이 생육이 우수하고 육묘 기간을 단축시키는데 유리할 것으로 판단한다.