Introduction

대추 (Ziziphus jujuba Mill.)는 갈매나무과 (Rhamnaceae)에 속하며 우리나와 중국을 비롯한 아시아 동남부와 유럽 동남부에 널리 재배되는 낙엽활엽 교목으로 우리나라에서 예로부터 한방 약재 또는 건대추로 소비되어 왔다. 최근에는 대추 주산지인 보은 지역을 중심으로 신선한 과실 형태로 생대추 소비량이 증가하고 있다. 대추는 단기 고소득 임산물 중 하나로 2022년 전국의 대추 재배면적은 2017년 대비 20% 가량 증가한 6,184 ha 정도이다 (AgriX, 2022).

대추는 당년에 발생한 줄기의 엽액에서 꽃눈 분화가 이루어지며 묵은 가지와 새 가지의 결과지에서 착과되는데 묵은 가지의 결과지 개화기는 6월 상순부터 하순까지이고 새 가지의 개화기는 7월 상순부터 7월 하순까지로 대추의 전체 개화기간은 40 - 50일 정도이다 (Lee et al., 2017).

대추 재배 과정에서 자연 강수량의 이용 효율은 매우 낮으며 주로 관수에 의존하므로 관수 기술과 관리 방법은 대추나무의 수확량과 물 사용에 영향을 미친다 (Wang et al., 2021). 대부분의 핵과류와 마찬가지로 대추는 건조에는 강한 편이지만 신초생장기, 과실 비대기에는 충분히 관수하여야 고품질의 대추를 수확할 수 있다.

생육 증진, 병 발생 감소 및 열과, 위조과 등 생리장해 발생을 낮추기 위해 대추 시설재배 면적은 지속적으로 증가하고 있다 (Lee et al., 2018). 시설하우스 내부는 강우가 차단되고 노지에 비해 온도가 높아 증산량이 많으며 기온이 지온보다 높게 유지되어 지상부의 생육에 비해 뿌리 발달이 잘 이루어지지 않는다. 또한 토양 수분이 부족한 경우에도 뿌리의 생장이 제한을 받게 되며 잎의 증산량을 뿌리에서 흡수되는 수분량으로 충족시키지 못하여 과실에서 타 부위로 수분이 유출된다 (Tromp, 1979).

모양, 당도, 착색 등 과실 특성은 대추의 상품성에 중요한 요소이며 과실의 품질에 관여하는 요인은 여러 가지이나 뿌리에 의해 물과 함께 흡수되는 무기성분들의 영향이 가장 크다. 성숙기의 토양수분 상태는 과실 품질에 큰 영향을 주는데 수분이 과잉 공급되면 질소 흡수량이 높아지거나 착색이 불량하게 되며, 부족하면 과실 크기가 작아지는데 착과량이 적거나 적당할 경우에는 그 영향이 적다 (Li et al., 1989).

부적절한 관수 방법은 물 자원을 낭비하게 되고 대추 품질에도 안 좋은 영향을 주게 되며 (Cui et al., 2008) 토양 수분의 과다와 급격한 변화는 생리적 낙과, 열과, 연부과 등 생리장해의 발생을 초래하므로 안정적인 과실 생산과 품질 향상에는 올바른 관수 방법 및 적정 관수량 설정이 중요하다 (Lee et al., 2017). 그러나 대추에 대한 물 관리 기준이 아직 설정되어 있지 않아 재배농가별 관행적 방법에 의한 관수를 실시하고 있어 안정적인 과실 생산을 위해서는 이에 대한 기준 설정이 요구된다.

이에 따라 본 연구는 ‘복조’ 대추의 시설 재배 시 관수개시점 조절이 수체 생육 및 과실 품질에 미치는 영향을 분석하여 적정 토양수분 기준을 설정하고자 수행하였다.

Materials and Methods

시험 처리

시험에 사용된 대추나무[Ziziphus jujuba var. inermis (Bunge) Rehder)]는 우리나라에서 많이 재배되고 있는 품종인 ‘복조’ 품종 (5년생)으로, 시험 장소는 충청북도 보은군에 위치한 충청북도농업기술원 대추연구소 소재 밀폐형하우스에서 수행하였다. 시험토양의 토성과 화학성은 Table 1에서 보는 바와 같이 pH는 적정 수준인 6.0 - 6.5보다 다소 높은 경향이었으며 유기물 함량은 낮은 수준이었다 (Kim et al., 2017). 토양수분 처리는 토양 20 cm 깊이에서 수분장력을 측정하여 4월 중순부터 대추 토양수분 선행연구결과를 바탕으로 -10 kPa과 -30 kPa, 두 개의 관수개시점을 처리하였는데 모든 처리구는 3반복으로 반복당 3주씩 처리하였다. 각 수준별 토양수분제어는 자동관수제어장치 (CR-1000, Campbell Scientific, Inc., USA)와 전자식 토양수분장력센서 (Dik-8333, Daiki, Japan)를 이용하여 주당 압력보상형 점적단추와 연결된 두 개의 점적 핀을 대추나무 주간으로부터 30 cm 떨어진 곳에 설치하여 관수개시점 이하 도달 시 10분 관수 후 50분 휴지되도록 조절하였으며 이때 1개의 점적 핀을 통해 10분간 1.2리터의 물이 공급되었다. 토양수분함량은 층위별수분센서 (EP100EL-08, EnviroPro, Australia)를 이용하여 20 cm 깊이에서 측정하였다. 시비량은 토양검정 후 질소 (요소)와 칼륨 (황산칼륨)은 전량의 60%, 인산 (용성인비)은 전량을 기비하였으며 시비의 영향을 최소화 하기 위해 퇴비나 추비는 시비하지 않았다. 투입된 비료량은 시험포장 (3.5. × 60 m)에 요소 4 kg, 용성인비 7 kg, 황산칼륨 2 kg이다.

생육 및 과실 특성 조사

주요 조사내용은 농업과학기술 연구조사분석기준 (RDA, 2012)에 준하여 조사하였다. 처리구별 수체 생육 조사를 위해 10월 상순경 수고 및 수관폭, 경경을 측정하였다. 수고는 줄기 지제부에서 선단까지의 길이를, 수폭은 주간을 중심으로 신초가 자란 최대 폭을, 경경은 지제부 10 cm 상단의 두께를 캘리퍼스 (CD-15CPX, Mitutoyo, Kawasaki, Japan)로 측정하였다. 10월 초순 과실 수확 후 횡경을 기준으로 크기별 수량을 측정하였으며 무작위로 처리구별 270개의 과실 특성을 조사하였다. 과실의 크기는 버니어 캘리퍼스를 이용하여 종경과 횡경을 측정하였고, 과중은 전자저울 (XT 4200C, Precisa, Dietikon, Switzerland)을 이용하여 측정하였다. 과실 가용성 고형물 함량 (soluble solids contents, SSC (Brix%))은 휴대용 디지털당도계 (PAL-1, ATAGO Co., Ltd., Tokyo, Japan)를, 경도는 경도계 (KM-5, Fujiwara, Tokyo, Japan)를 이용하여 측정하였다. 과실 색도는 chroma meter (Minolta mode CR-400, Japan)를 이용하여 Hunter scale 백색도 (L), 적색도 (a), 황색도 (b) 값으로 측정하였다.

토양 및 식물체 분석

토양 pH, 유기물함량, Av. P₂O₅, NO₃-N, NH₄-N 그리고 치환성 양이온 등은 농촌진흥청 토양화학분석법 (NAIST, 2000)에 준하여 실시하였고, pH는 초자전극법, 유효인산은 Lancaster법, 유기물함량은 Tyurin법, NO₃-N과 NH₄-N은 Kjeldahl법, 양이온은 원자흡광광도계 (AA240, Agilent Tech., Australia)를 이용하여 분석하였다. 식물체의 총 질소는 Kjeldahl법으로, 인산은 Vanadate법으로, 치환성 양이온인 K, Ca, Mg는 1 N ammonium acetate로 침출하여 원자흡광광도계 (AA240)로 분석하였다 (NIAST, 2000).

통계 분석

모든 데이터는 SPSS 프로그램 (SPSS Inc., Chicago, IL, USA)을 활용하여 독립표본 t-test로 검정하였다.

Results and Discussion

대추의 생장 시기는 중부지방을 기준으로 발아 ‧ 신초생장기 (싹이 터지고 잎이 나는 시기, 4월 중 - 5월 중), 개화 ‧ 착과기 (개화 및 결실기, 5월 말 - 7월 말), 과실 비대기 (열매 성장 시기, 8월 초 - 8월 말), 착색기 (과실 성숙 시기, 9월 초 - 9월 말) 및 수확 후 휴면기 (10월 - 다음 3월)로 크게 구분할 수 있으며 이는 기상 상황, 재배 형태, 재배 환경에 따라 달라질 수 있다. 6월 초 개화기부터 9월 말 수확 전까지의 대추과원 토양수분포텐셜의 변화를 조사하였다 (Fig. 1). 토양수분포텐셜 -10 kPa 처리구는 최고 -3 kPa, 최저 -13 kPa, 그리고 평균 -9 kPa로 나타나 토양수분포텐셜 -9 kPa 내외로 유지가 잘 되었다. 토양수분포텐셜 -30 kPa 처리구는 최고 -2 kPa, 최저 -46 kPa, 그리고 평균 -27 kPa로 나타나 토양수분포텐셜 -10 kPa 보다 -30 kPa 처리에서 변동 값이 더 큰 것으로 조사되었다. 토양수분장력 설정에 따른 토양 20 cm 깊이의 토양수분함량의 변동은 Fig. 2와 같다. -10 kPa 처리에서의 토양수분함량은 대체로 40 - 50% 범위에 측정되었으며 -30 kPa 처리의 경우에는 6월 35 - 40%, 7월 40 - 50%, 8월 30 - 40%, 9월 25 - 30%로 월 10% 범위 내에서 변동을 보여 수분 공급에 따른 급격한 변화를 나타내지는 않았다.

Fig. 1.

Changes of soil moisture potential (kPa) at 20 cm depth by the different irrigation starting point.

Fig. 2.

Changes of soil water content (%) at 20 cm depth by the different irrigation starting point.

토양수분처리에 따른 관수 횟수는 -10 kPa 298회, -30 kPa 173회로 관수개시점이 높을수록 더 많은 양의 물이 공급되었다 (Table 2). 이는 대추 생육기간 동안 소량의 물이 지속적으로 공급되어 수분 스트레스를 방지하고 뿌리계의 토양과 수분 환경의 균형이 유지되는데 기여하였을 것으로 판단된다. 7월의 관수 횟수는 -10 kPa와 -30 kPa에서 각각 98회, 71회로 묵은가지 개화기인 6월, 과실 비대기인 8월과 착색기인 9월보다 더 많았다. 다른 시기보다 묵은가지 착과와 새가지 개화가 동시에 이루어지는 이 시기에는 같은 토양수분을 유지하는 조건일 때 더 많은 양의 물 공급이 필요한 것으로 분석된다. Ma et al. (2007) 또한 토양 수분은 이후보다 대추 초기 결실 단계에서 더 빨리 고갈되었으며, 이는 이 단계에서 더 많은 물 소비를 시사한다고 하였다. -30 kPa 처리에서 8월 한 달간 관수 횟수는 단 5회이지만 토양수분포텐셜은 -30 kPa 부근에서 대체로 유지되었는데 이는 8월 중순과 하순에 걸쳐 내린, 바람을 동반한 강우로 인해 하우스 내 습도 조절을 위해 개방된 측창으로 유입된 빗물의 영향을 받은 것으로 생각된다.

토양수분처리에 따른 수체 생육 크기를 측정한 결과 -10 kPa 처리에서 수고 및 수관폭 그리고 경경이 더 큰 것으로 나타났다 (Fig. 3). Cui et al. (2009) 또한 발아 ‧ 신초생장기에 물을 적게 주었을 때 대추나무의 영양생장을 명백히 억제하였다고 하였으며 복숭아에서도 수분 결핍으로 신초 직경 생장을 억제한다고 하였다 (Li et al., 1989).

토양수분함량에 따른 과실 비대기인 8월 중순 대추 엽과 과실의 무기성분 함량은 Table 3과 같다. 엽중 질소와 인산 그리고 칼슘 함량은 처리구 간 유의차가 없었으나 칼륨은 -10 kPa 처리 구간에서 더 높게 나타났다. 과실의 경우 -10 kPa에서 질소와 인산 그리고 칼슘의 함량이 더 높았으며 칼륨과 마그네슘은 -30 kPa에서 더 높았으나 유의성은 없었다. Choi and Choi (1999) 또한 사과에서 관수 처리로 과육의 칼슘 함량이 증가한다고 하였다. 과수의 엽내 칼륨의 수준은 착과량에 많은 영향을 받는다고 알려져 있는데 착과량이 적거나 유목일 때는 수체 내 함량이 높지만 성목이 되거나 착과량이 증가하면 칼륨 함량이 낮아진다 (Kang et al., 2011). 다른 무기성분과 마찬가지로 칼륨의 이동과 흡수는 토양 내 수분의 함량에 많은 영향을 받으므로 적절한 관수는 수분 스트레스를 감소시켜 칼륨의 흡수를 높인다. 반대로 침수되었을 때는 칼륨의 흡수가 강하게 억제되는데 (Lawton and Cook, 1954) 이는 혐기상태가 되어 뿌리 흡수기작이 영향을 받기 때문이며 (Hammond et al., 1955), Kozlowski and Pallardy (1984)는 27종의 식물 중 25종에서 흡수가 감소하였다고 보고하였다. 칼륨 비료는 과실에 가장 많이 들어 있어 실비라고도 하는데 고농도의 칼륨 공급은 당 함량을 높인다고 알려져 있다 (Martin et al., 2004; Abd et al., 2011). 그러나 과다한 칼륨 시비는 칼슘과 마그네슘의 흡수를 억제할 수 있으므로 균형 시비가 필요하다 (Peterson et al., 1994).

Fig. 3.

Tree height (cm), tree width (cm) and cane diameter of root (cm) of jujube tree by soil water treatment. ^†Error bars indicated standard error (n = 9). ^‡Mean within columns by independent t-test at *P < 0.05, **P < 0.005.

Table 4는 처리에 따른 대추의 수량구성 요소 및 수량을 나타낸 것이다. 총 수량은 -10 kPa 처리에서 9.6 kg, -30 kPa 처리는 7.2 kg이었으며 횡경 30 mm 이상의 대과 수량은 -10 kPa 1.6 kg, -30 kPa 0.9 kg으로 토양수분함량이 높은 처리구에서 더 많았다. 기존 대추 연구에서도 관수량이 합리적인 범위 내에서는 관수량이 증가함에 따라 수확량이 점차 증가한다고 하였으며 물 부족으로 인해 수확량이 감소한다고 하였다 (Sezenet et al., 2011; Galindo et al., 2016; Dai et al., 2019). 대추 생육 단계별로는 개화 ‧ 착과기의 수분 부족은 과실과 나머지 기관 사이에서의 영양분과 수분, 기타 에너지 기질에 대한 경쟁으로 낙화수가 증가되어 착과량이 감소한다고 하였으며 (Cui et al., 2009) 과실 비대 기간 동안 관수량을 줄였을 때 작물 증산량이 감소되어 수확량이 줄었다고 하였다 (Feng et al., 2017). 그러나 Cui et al. (2008)은 발아 ‧ 신초생장기에 적당한 수분 부족은 영양생장을 억제하여 착과수를 증가시킨다고 하였으며 Caspari et al. (1994)과 Li (1993) 또한 과실 세포 분열단계에서 수분 결핍 처리하였을 때 이후 생육 단계에서의 수분 공급은 과실 발달에 보상 효과를 가져오며 이로써 더 많은 광합성 산물을 과실로 전달될 수 있다고 하였다. 복숭아와 배에서도 생육 초기의 수분 부족은 수화량을 약간 증가시킨다고 하였다 (Li, 1993). 한편 Girona et al. (2003)은 과실 성장 및 성숙 단계의 수분 부족은 과실의 건물량 축적에는 큰 영향을 미치지 않는다고 하여 생육기별로 토양 수분 부족이 과실 수량과 품질에 미치는 영향이 다를 것으로 판단된다. 비상품과인 열과와 위조과 수량은 -30 kPa에서 더 많았지만 처리에 따른 유의한 차이를 보이지 않았는데 열과의 경우 주기적인 수분 공급으로 열과 발생의 주요인인 과실 내 급격한 수분 흡수가 발생되지는 않아 그 발생량이 적었던 것으로 생각되며 위조과는 주당 착과량이 적어 영양분과 수분의 부족이 발생하지 않은 것이 그 원인으로 판단된다.

과실의 맛과 색깔은 대추 과실의 품질에 결정적인 영향을 미치는데 생대추의 맛은 주로 과실에 함유된 수용성 당분과 유기산의 함량과 비율에 의해 결정된다. 토양수분포텐셜에 따른 대추 과실의 품질 특성을 조사한 결과는 Table 5와 같다. -10 kPa에서 과실의 종경과 횡경 그리고 과중이 증가하였으며 가용성 고형물 함량은 -30 kPa에서 높았으나 경도는 처리 간 차이가 없었다. Cui et al. (2008) 또한 관수량이 적당히 줄어들면 대추의 당도와 당산비가 증가한다고 하였으며 포도의 경우에도 관수량을 적절히 줄이면 과실의 품질이 더 높아진다는 연구 결과가 있다 (Yang et al., 2020). Mitchell et al. (1991)은 관수량을 줄이거나 NaCl, 해수 등 삼투조절물질을 이용하여 토양수분 흡수를 억제시키면 과실의 수분 함량 감소로 인하여 환원당이 축적되어 당도가 증가하지만 수량은 감소한다고 하였다.

대추 과실은 성숙 단계에 따라 물리적 성질과 화학적 조성이 크게 변화하는데 과실의 크기와 무게가 증가하고 과피색이 변한다 (Tepe et al., 2022). 대추 과실의 색 변화는 주로 과피에 들어 있는 엽록소, 카로티노이드, 플라보노이드, 안토시아닌의 함량과 비율에 따라 달라지는데 색소의 종류와 함량에 따라 대추 과실의 색이 결정된다. 대추 과실은 성숙이 진행됨에 따라 녹색, 노란색, 반붉은색, 붉은색으로 변한다. 과피의 녹색과 노란색은 엽록소와 카로티노이드에서 유래하는 반면, 붉은색과 붉은 보라색은 주로 항산화 활성과 관련된 페놀산, 플라보노이드, 플라바놀 및 안토시아닌의 함량과 비율에 따라 결정된다. 토양수분 처리에 따른 Hunter color values를 조사한 결과 -10 kPa 처리에서 L (명도)과 b (황색도)가 더 컸으나 a (적색도)는 -30 kPa 처리와 차이가 없었다 (Table 6). 과실의 착색은 질소와 토양수분 함량이 과다할 때 늦어지고 반대로 관수량이 부족할 때는 안토시아닌의 축적이 증가하여 착색이 빨라지는데 안토시아닌 축적의 증가는 가뭄 스트레스와 관련된 유전자의 상향 조절에 의해 유도된다 (Jiang et al., 2020). 포도 (Calderan et al., 2021), 사과 (An et al., 2020), 딸기 (Cheng et al., 2014)와 같은 다른 작물에서도 관수량이 부족할 때 안토시아닌 함량이 증가하는 것으로 보고되었다. 그러나 가뭄 스트레스로 인해 광합성이 감소하여 과실 착색이 저하되며 심각한 수분 제한으로 안토시아닌 함량이 감소한다는 부정적인 연구 결과도 있다 (Bhardwaj et al., 2014). 이번 실험에서는 대추 과피색에 가장 큰 영향을 주는 적색도에서 차이를 보이지 않았는데 -10 kPa와 -30 kpa 처리가 토양 건조 및 침수를 유발하는 수준은 아니었기 때문으로 여겨지며 생대추 상태의 과실 수량 및 품질 조사를 위해 반붉은색 과피 상태에서 과실을 수확하였기 때문으로 판단된다.

Conclusions

본 연구는 대추 생육기간 동안 토양수분 관수개시점 -10 kPa과 -30 kPa의 처리에 따른 생육 및 수량, 과실 품질을 분석하여 안정적인 대추 생육 및 과실 생산을 위한 생육기별 토양수분 조건을 설정하기 위해 수행하였다. 대추는 천근적인 뿌리 특성을 가지므로 토양수분함량은 생육과 과실 발달에 중요한 영향을 미친다. 따라서 대추의 안정적인 생육 및 지속적인 과실 생산을 위해서는 토양수분에 대한 연구가 필요하다. 대추나무의 수고, 수관폭, 경경은 토양수분함량이 높은 처리에서 더 큰 것으로 나타났다. 과실 비대기의 엽과 수확 후 과실의 무기성분 함량 분석 결과 -10 kPa 처리에서 엽 내 칼륨 함량과 과실의 질소, 인산, 칼슘 함량이 -30 kPa보다 더 높았다. 또한 토양수분 -10 kPa 처리에서 총 과실 수량과 상품 수량 그리고 횡경 30 mm 이상의 큰 과실 수량이 더 많았다. 또한 과실의 종경, 횡경 및 개당 과중은 -10 kPa에서 높게 나타났으며, 수용성 고형물 함량은 -30 kPa에서 높게 나타났다. 따라서 본 연구를 통해 대추의 안정적인 과실 생산을 위해서는 개화 착과기와 과실 비대기간 중 -10 kPa로 관수개시점을 설정하고 당도가 높은 대추를 생산하기 위해서는 수확 전 착색기에는 토양수분 -30 kPa로 관수개시점을 낮추는 것이 필요함을 알 수 있었다.