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ISSN : 1225-6692(Print)
ISSN : 2287-4518(Online)
Journal of the Korean earth science society Vol.38 No.7 pp.481-495
DOI : https://doi.org/10.5467/JKESS.2017.38.7.481

Meteorological and Climatic Characteristics for Improving Quality of Cultivation of Aronia in the Danyang area

Yun Seob Moon1*, Woo Kyeong Kang1, Okjin Jung1,2, Sun Mee Kim1, Da Bin Kim1
1Department of Environmental Education, Korea National University of Education, Chung-buk 281173, Korea
2Future Environmental Strategy Research Group, Korea Environment Institute, Sejong 30147, Korea
Corresponding Author: ysmoon@knue.ac.kr+82-11-9323-4117+82-43-230-2785
20171128 20171217 20171221

Abstract

The purpose of this study is to investigate and analyze the relationship between meteorologicalclimatic factors and fruit property data from Aronia sampling points during May to August 2016 in the Danyang area. For this purpose, we investigated the meteorological factor, the physicalchemical property of fruit and soil, and the property change of fruit according to the setting of rain and daylight shielding from Aronia sampling points. The result indicate that first, meteorologicalclimatic factors such as the maximum air temperature, the accumulated precipitation, the relative humidity, and daylight hours are a positive influence on products and maintenance of quality of Aronia as well as a suitable field for cultivating Aronia in the Danyang. However, a strong wind in April and May deeply affects the falling phenomenon of the flowering and blooming season. Second, the quality and products of Aronia show the high correlation coefficients of more than 0.9 with agricultural meteorologicalclimatic factors such as daily maximum temperature, daily soil temp, daily soil pH, cumulated precipitation, and daily soil humidity. Also, they can be predicted by the regression equations using these factors. Third, it is necessary to maintain the rain shielding in these fields because antocyanin and saccharinity components within Aronia decreased in case of heavy rainfalls. And, the result of regression analysis saccharinity and antocyanin within aronia from normal fields and rain shieldingfields at Aronia sampling points show a high correlation, respectively.


단양지역 아로니아 재배 품질 향상을 위한 기상 및 기후학적 특성

문 윤섭1*, 강 우경1, 정 옥진1,2, 김 선미1, 김 다빈1
1한국교원대 환경교육과, 28173, 충북 청주시 흥덕구 강내면 태성탑연로 250
2한국환경정책·평가연구원, 30147, 세종특별자치시 시청대로 370

초록

본 연구의 목적은 2016년 5월에서 8월 기간 동안 단양지역의 아로니아 표본 재배 농가들을 대상으로 기상·기 후학적 인자와 아로니아 과실 특성과의 관계를 조사·분석하는 것이다. 이를 위해 아로니아 표본 재배 농가들로부터 기 상 요소, 과실과 토양의 물리·화학적 특성과 조건, 비가림 및 해가림 설치에 따른 과실의 특성 변화 등을 조사한다. 그 결과로서, 첫째, 단양지역의 최근 최고기온, 누적강수량, 상대습도, 일조시간 등의 기상·기후 인자가 아로니아 재배 적 지뿐만 아니라 일정한 품질 유지 및 생산량에 긍정적인 영향을 준다. 하지만 4월과 5월의 강풍은 아로니아의 개화기 및 만개기의 낙화현상에 큰 영향을 준다. 둘째, 아로니아 품질과 생산량은 일최고기온, 일토양온도, 일토양 pH, 누적강 수량, 일토양습도 등의 농업 기상·기후 인자와 0.9 이상의 높은 상관을 나타낸다. 그리고 이들 인자들을 이용한 회귀식 을 통해 그 품질과 생산량을 예측할 수 있다. 셋째, 강수량이 많은 경우에 아로니아의 당도와 안토시아닌 성분을 감소 시키기 때문에 과일 변색기 이후에는 비가림을 유지하는 것이 필요하다. 그리고 아로니아 표본 농가의 노지 및 비가림 재배 시에 당도와 안토시아닌 성분 간 회귀분석 결과는 모두 높은 상관을 나타낸다.


    서 론

    아로니아(Aronia melanocarpa)는 장미과의 다 년생 과수로 블랙초코베리로도 알려져 있으며, 나무의 수 명은 대략 20년 정도이고, 과실의 직경은 6 mm 정도 로 진보라에서 검정색을 띄고 8-14개의 과실이 과방 을 이루고 있다(Kawecki and Tomaszewska, 2006). 스웨덴을 비롯한 폴란드, 체코, 슬로바키아, 우크라이 나 등에서 널리 재배되는데 우리나라에서는 바이킹 (Viking)과 네로(Nero) 품종이 주로 재배되고 있다. 네로는 키가 2 m를 넘지 않으며, 개화시기가 다른 품 종에 비해 빠르고 떫은맛이 강해 잼, 젤리, 시럽 등 의 가공에 이용하며, 부분적 그늘이나 약한 햇볕 아 래 건조하거나 습기가 약간 있는 곳에서 잘 자란다. 바이킹은 25 m까지 천천히 자라며 열매는 크고 검고 광택이 나며, 약간 단맛과 상쾌한 맛을 가지며 8월까 지 긴 기간에 걸쳐 수확이 가능하다. 떫은맛이 적어 주스를 이용하며 수확량이 많은 품종이다. 부분적 그 늘이나 일사가 양호한 곳에서 거의 모든 토양에서 잘 자라며 병충해도 강하다(Kulling and Rawel, 2008; Bussires et al., 2008; Skupie et al., 2008).

    아로니아 열매는 평균적으로 당도가 높으나 과실에 신맛과 떪은 맛을 가지는 폴리페놀을 함유하고 있어 생식보다는 주로 가공용으로 이용되지만, 다량의 안 토시아닌을 함유하고 있어 활성 산소를 효과적으로 중화시키는 항산화 효과를 촉진하는 주스, 차와 같은 음료뿐만 아니라 잼, 와인을 비롯한 식품에 첨가되는 천연 색소로도 널리 이용된다(Olas et al, 2008; Graversen et al., 2008; Kokotkiewicz et al., 2010; Bijack et al., 2013; Bohkyung et al., 2013; Lee et al., 2014). Kulling and Rawel (2008)의 연구에 의하 면 아로니아 과실은 안토시안닌과 폴리페놀 등에 의 한 항산화흡수용량(ORAC, Oxygen Radical Absorbing Capacity)이 다른 과실에 비해 가장 높아 과실 중의 왕이라 불리며, 불루베리보다 3배10배 높은 것으로 조사되었다. 그리고 Kuzmanova et al. (2005), Kdzierska et al. (2013), Kim et al. (2013), Sharif et al. (2013) 등의 연구에 의하면 폴리페놀이 풍부한 아로니아 주 스는 쥐의 항산화 스트레스를 완화하고, 환자의 심장, 혈관 등의 내복조직을 완화하거나 암의 억제 또는 암세포를 죽인다고 보고하였다. 이와 같이 아로니아 는 그 물리적·화학적 특성이 잘 알려져 고혈압, 동맥 경화, 염산결핍증, 비타민결핍증, 소염 등에 대한 천 연 약제뿐만 아니라 다양한 건강식품으로서 주목받고 있지만 이들의 재배 및 품질 특성과 기상·기후와의 관계를 연구한 논문은 부족한 실정이다. 아로니아는 영하 30 °C 이하에서도 견디는 내한성이 강한 과실로 알려져 있지만 유럽의 주산지와 달리 우리나라 여름 의 고온다습한 기후로 인해 착색 장애가 발생한다고 한다. 착색 장애가 주요 항산화 물질인 안토시아닌 및 폴리페놀 함량의 감소와 관계 될 경우 고품질 아 로니아 생산에 큰 어려움이 예상된다. 아로니아의 작 황이 여러 요인에 의해 결정되겠지만 그 중에서도 기상·기후학적 영향은 매우 중요한 요소로 간주된다 (Lee et al., 2003; Kim et al., 2006; Park et al., 2006). 무엇보다도 최근의 급작스런 기상·기후의 변 화가 아로니아 생산량 및 품질 향상 등에 미치는 농 업기상학적 연구가 절실하다고 볼 수 있다.

    따라서 본 연구에서는 단양지역 아로니아 재배와 관련하여 단양지역의 기상·기후학적 특성을 조사하 고, 아로니아 품질 향상을 위해 과실 특성과 기상 요 소와의 관계를 정량적으로 조사·분석하는 것이다.

    자료 및 방법

    자료

    단양지역은 내륙산간지대의 분지형태로 소백산과 소백산맥을 따라 이 지역을 북에서 남으로 남한강이 관류(연장 23.7 km)하여 충주호를 형성하고 있다. 지 류로서 오대산에서 발원한 평창강 등이 소백산에서 발원한 죽령천, 단양천, 금곡천 등과 합류하여 남한 강으로 유입된다. 총면적은 780.67 km2로, 상당히 넓 은 면적을 차지하고 있으나 산악지대가 83.7%이고 경지면적이 11.2%에 불과하다. 집단취락 및 도시지 역만 일부 분지와 구릉으로 형성되었을 뿐 대부분이 험준한 산세를 형성한다. 충청북도 동북단에 위치하 고 있으며 고생대 초에 퇴적되어 생겨난 석회암층인 조선누층군의 지질 특성을 반영하고 있다. 토지피복 의 경우 밭 주변 일부에서 과수원이, 그리고 그 주위 에는 침엽수림과 혼합림이 분포한다. 토양은 아로니 아 재배에 적합한 미사질 양토와 식양토가 주를 이 루며 염기성 내지 중성의 토양으로 배수가 원할 한 것으로 조사되고 있다(Fig. 1). 아로니아 재배는 2006 년 처음 우리나라에 소개되어 묘목 판매가 시작되었 으며, 2015넌 단양군 특화 농산물 조사 보고서에 의 하면 2014년 기준 단양군의 아로니아 재배 농가수는 335가구이며, 재배면적은 1,144,547 m2 , 아로니아 총 생산량은 54,771 kg으로 생과 54,346 kg과 가공 425 kg으로 조사되었다.

    본 연구에서는 기상·기후 인자와 아로니아의 생육 특성 간 회귀 분석을 위해 Fig. 1과 같이 단양지역 내 고도가 다른 아로니아 재배지 4소를 표본 지점으 로 하여 조사하고자 한다. 표본 재배 농가 A는 단양 군 적성면으로 재배면적이 4,170 m2 , 농가 B와 C는 단성면으로 각각 3,399 m2와 2,644 m2 , 농가 C는 어 상천면으로 1,205 m2이다. 이들 표본 재배 농가들은 연구 기관동안 집중관리 되며 날씨, 생육시기, 병충 해 유무, 거름시기 및 횟수 등 상세 재배일지를 기록 한다. 또한 문자서비스를 통해 표본 재배 농가에 날 씨 및 병충해 등의 정보 자료가 제공된다. 참고로 단 양지역 아로니아 과실 성분 비교를 위해 대조군으로 수확기에 한해 몇 곳을 조사하여 비교한다.

    조사 시기는 2016년 5-8월까지이며, 생육 시기는 개화기, 착과기, 착색기, 변색기, 수확기로 나누어 조 사를 실시한다. 이때 생육 시기는 표본 재배 농가의 재배일지 및 현지 조사로부터 적산온도를 근거로 구 분한다. 조사 항목은 과실, 기상, 토양 항목으로 과실 은 과립중, 10립중, 종경, 횡경, 당도, 경도, 산도, 색 차값, 안토시아닌과 총폴리페놀 성분 등을 조사한다. 기상은 기상청의 일평균 기상자료 및 직접관측을 통 해 기온, 강수량, 일사량, 상대습도, 풍향, 풍속 등의 데이터를 수집하여 재배지의 기상과 생육상태를 검토 한다. 또한 단양지역의 기상·기후 시계열 분석을 위 해 기상청의 1986-2015년 및 2011-2015년의 기후자 료를 사용한다. 토양 조사항목은 조사 당일의 지중상 대습도, 지중온도, 지중 pH로 한다. 그리고 아로니아 과실 특성 중에서 비가림과 차광막의 영향을 분석하 기 위해 포본 재배농가 중 A, B, C에 대해 Fig 2와 같이 비가림(비닐하우스)과 차광막을 설치한다. 비가 림의 경우는 상시 설치를 기본으로 하고, 차광막의 경우는 하루 중 기온이 30 °C 이상으로 아로니아 생 육이 정지되는 시간에 대해 차광막으로 설치하는 것 으로 한다.

    아로니아 과실의 안토시아닌 및 총 페놀 함량 분 석 방법

    시료의 추출은 표본 재배지에서 무작위로 14곳을 지정하여 1차 추출하고, 여기서 유사한 아로니아 과 실 14개를 추출하여 각 과실당 함량을 3번씩 추출하 여 총 42회의 실험을 진행한다. 생과 5 g에 99.5% 메탄올(Methanol) 50mL를 가한 후 균질화기기를 이 용하여 아로니아 생과가 충분히 분쇄될 때까지 5분 간 분쇄한다. 그 후 추출액에 마그네틱바를 넣고 교 반기에서 5분간 추출과정을 거친다. 추출액 전부를 50 mL 튜브에 넣고 원심분리기에서 1000 rpm으로 5 분간 작동시킨다. 50 mL 튜브에 있는 원심 분리된 추출액의 상층액을 0.45 μm 필터에 걸러 약 3 mL의 추출액을 실험에 사용한다.

    안토시아닌 함량 측정은 추출액 0.5 mL에 0.025M KCl (pH 1.0) 용액 4.5 mL와 0.4M CH3COONa (pH 4.5) 4.5 mL를 각각 첨가한 후 520 nm와 700 nm에서 흡광도를 측정하였다. 총 안토시아닌 함 량은 다음 식으로 나타낸다.

    안토시아닌 함량(mg C3G/5 g) = ( A×449.2×DF×10×1000×0.05 ) ÷ ( 26900×1 )

    여기서 A (Absorbance)는 (A520 nm-A700 nm) pH 1.0~(A520 nm-A700 nm) pH 4.5의 흡광도, 449.2는 cyanidin-3-glucoside의 분자량(g/mol), DF는 희석배수 (=10), 1000은 g을 mg으로의 변환 인자, 0.05는 추출 액 부피(L), 26900은 cyanidin-3-glucoside의 몰 흡수 도, 그리고 1은 cm로 통과길이이다.

    총 폴리페놀 중 총 페놀 함량의 측정은 gallic acid 를 이용하여 1070 μg/mL 범위의 표준용액을 만들고 아로니아 추출액을 표준용액의 농도범위에 들어가도 록 희석시킨다(1/30). 희석시킨 추출액 1 mL에 Folin- Ciocalteu 0.2 mL와 2% Na2CO3 용액 2 mL를 첨가하 여 실온에서 30분 반응시킨 후 750 nm에서 흡광도를 측정하여 아래 식에 의해 아로니아 생과 5 g당 gallic acid equivalent (mg GAE/5 g)로 나타낸다.

    총 페놀 함량(mg GAE/5g)=1/30 희석액에 있는 페 놀 함량 ( μ g / mL ) ×DF×MeOH 부피×1/1000

    여기서 DF는 희석 비율(30, 1/30으로 희석), MeOH 부피는 50mL, 그리고 1/100은 μg을 mg으로 의 변환 인자이다.

    연구 결과 및 토의

    단양지역 아로니아 재배지의 기상·기후학적 특성 분석

    단양지역은 대부분 산지로 이루어진 내륙성 기후로 특히 물빠짐이 양호한 사양토와 미사질 양토로 이루 어진 곳에서 아로니아 재배가 이루어지고 있다. 단양 지역의 지난 5년간(2011-2015) 연 평균 기온은 10.2 °C이며, 봄철의 경우 10.1 °C, 여름철은 23.1 °C, 가을 철은 11.6 °C, 겨울철은 −3.7 °C로 나타나 여름과 겨울 간이 기온 차가 크다는 것을 알 수 있다. 단양지역의 월별 평균기온은 지난 5년 중 최고값은 24.5 °C, 최저 값은 −7.1 °C로 나타났으며, 아로니아 생육시기인 4-8 월 중, 만개기 및 착과기인 5월과 수확기인 8월의 평 균기온이 최근 2년간 증가하는 추세를 나타내었다. 3 월과 4월의 평균기온이 2013년 이후 23 °C 이상 증가 한 것으로 나타났는데 이는 아로니아의 생육시기 결 정요소인 적산온도 값에 영향을 주어 생육시기가 전 반적으로 앞당겨졌다고 볼 수 있다. 아로니아 생육 기간인 4-8월의 월평균기온은 10-24 °C로, 과실이 생 육하기에 가장 적합한 온도로 나타났다. 여기에 단양 지역이 석회암 지대로 산지가 많다는 것을 고려하면 적적한 일교차와 일조시간, 토양의 물빠짐이 좋아 아 로니아 재배에 최적임을 알 수 있다. 한편 아로니아 생육시기인 봄철과 여름철의 최고기온 평균은 각각 17.4 °C와 28.6 °C로 과수 생육 온도인 15-30 °C를 나타 내었고, 최저기온의 경우 봄철과 여름철의 평균은 각 각 3 °C와 18.8 °C로 나타났다.

    단양지역에서 지난 30년(1986-2015년) 기후관련 연평균 최고기온, 평균기온, 최저기온은 전체적으로 증가하는 추세를 나타내었는데, Fig. 3과 같이 1986- 2015년에 대한 5년 이동평균 하였을 경우 30년간 기 온 변화율을 추정하면 각각 0.2, 0.3, 0.3 °C로 증가하 였다. 그리고 이들 5년 이동평균의 기온은 지난 30년 간 대략 두 번의 주기를 가지므로 2016년 이후에는 증가할 것으로 예상된다. Fig. 4는 1986-2015년의 7 일 이동평균기온의 변화를 15년을 기준으로 구분하 였는데, 2001년 이후 기온변화가 그 이전보다 아로니 아 착과기결실기인 5-8월에 더 높게 나타났다. 하지 만 상대적으로 겨울철인 1월과 꽃샘추위가 예상되는 봄철 4월 말의 경우는 더 낮은 기온을 나타내어, 지 구온난화로 인한 전형적인 기온 패턴이 나타나고 있 음을 알 수 있다.

    단양지역의 연누적 강수량은 최근 5년간(2011-2015 년) 평균 1352.7 mm로 나타났으며, 2013년 이후 에 는 큰 폭으로 감소하였다. 2011년의 누적강수량은 제 5호 태풍 메아리와 제9호 태풍 무이파의 영향으로 높았던 것으로 판단되지만 그 이후 여름철의 강수량 은 꾸준히 감소하는 경향을 나타내었다. 월별 누적강 수량의 경우에서도 아로니아 생육시기 중 수확기인 8월의 강수량이 2013년부터 감소하였으며, 특히 2015년의 경우 성장기인 3월5월 사이의 누적강수량 이 평균 누적강수량 보다 많았고 수확기인 6-8월에는 이보다 적은 것으로 나타나 생산량에 직접적으로 영 향을 주었을 것으로 판단된다. Fig. 5a와 같이 지난 30년(1986-2015년) 연평균 누적강수량의 5년 이동평 균은 전체적으로 증가하는 추세에 있지만, 한 번의 주기와 함께 2007년 이후 최근 들어서는 큰 폭으로 감소하였다는 것을 알 수 있다.

    단양지역의 최근 5년간(2011-2015년) 연평균 상대 습도는 68.4%로 2013년 72.2%와 비교하여 최근 2년 간 감소하였다. 2013년 이후 모든 계절에서 감소하는 추세를 보였는데, 특히 봄철에 7.7%로 가장 많이 감 소하였다. 월별 상대습도의 경우에서는 2013년에 비 해 3월과 5월에 특히 감소하였으며, 7월과 9월 또한 감소하는 추세를 나타내었다. Fig. 5b와 같이 단양지 역의 지난 30년(1986-2015년) 5년 이동평균의 상대 습도는 한 번의 주기와 함께 감소 추세에 있고, 2010 년 이후로 감소하는 경향을 나타내고 있다.

    단양지역의 최근 5년간(2011-2015년) 연평균 일조 시간은 174.8시간으로 2013년 이후 상대적으로 증가 하는 추세를 나타내었다. 계절별로는 봄철의 경우가 꾸준히 증가하였는데, 봄철의 일조시간이 5년 평균 212.4시간으로 여름철과 65.5시간의 차를 나타내었다. 한편, 2015년 여름철인 58월에 일조시간이 큰 폭으 로 증가하였는데, 8월에는 188.4시간으로 전년대비 84.6시간이나 증가하였다. Fig. 5c와 같이 단양지역 1986-2015년 5년 이동평균의 연평균 일조시간은 한 번의 주기와 함께 증가 추세에 있다. 2005년을 기준 으로 큰 폭으로 증가하였다가 그 이후 2010년까지 감소하였으며, 최근 들어서는 다시 증가하는 경향을 나타내었다. 이러한 증가 추세는 아로니아의 당도에 긍정적 영향을 줄 것으로 예상된다.

    단양지역의 최근 5년간(2011-2015년) 연 평균 풍속 은 1.5 m/s로 큰 변동은 없으나 2013년부터 꾸준히 증가하였다. 계절별로는 봄철이 다른 계절보다 강한 것으로 나타났다. 풍속은 아로니아의 개화기 및 만개 기와 관계가 깊은데 강풍 시의 낙화 피해로 인해 생 산량이 감소할 수 있다. Fig. 6은 단양지역 아로니아 개화기 및 만개기인 2011-2016년의 5월의 바람장미 도를 나타낸 것이다. 풍계는 북서풍 및 남동풍이 주 로 나타났고, 특히 2016년 5월의 경우에는 다른 해 에 비해 풍속이 강했으므로 낙화가 있었을 것으로 예상되었으며, 실제 농가 조사에서도 염려하였던 것 으로 나타났다. Fig. 5c와 같이 단양지역 1986-2015 년 5년 이동평균의 연평균 풍속은 두 번의 주기와 함께 증가추세를 나타내었다. 차후 이러한 증가 추세 에서 강풍이 유발될 경우에는 아로니아 생산량에 부 정적 영향을 줄 것으로 판단된다.

    Fig. 7은 2014-2015년 우리나라의 계절별 기온범위 (일 최고값-일 최저값) 분포를 나타낸 것이다. 단양지 역의 기온범위는 여름 30 °C, 봄 29.5 °C, 가을 26.5 °C, 겨울 26 °C 순으로 다른 지역보다 높게 나타났다. 단양지역의 북서쪽과 남동쪽의 산맥을 따라 기온범위 가 높게 나타났는데, 이를 통해 일교차도 커다는 것 을 알 수 있다.

    Fig. 8은 단양지역 아로니아 2014-2016년, 3-8월에 서의 최고기온 및 최저기온, 상대습도, 강수량, 일조 시간의 월 변화를 나타낸 것이다. 아로니아 생육시기 동안 단양지역 월 최고기온은 2014년 7월, 2015년 8 월, 2016년에는 8월에 각각 가장 높게 나타났으며, 2016년에는 30 °C를 초과하였다. 이들 최고값은 2014 에서 2016년으로 갈수록 증가하는 추세를 나타내었 다. 월 최저기온도 2014년에서 2016년으로 갈수록 증가하는 추세를 나타내었으며, 7월과 8월이 매우 유 사하게 약 18 °C 내외를 유지하였다. 결과적으로 단양 지역은 월교차(월 최고기온-월 최저기온)가 비슷한 지역으로 이는 아로니아 과일 특성 유지에 유리함을 알 수 있다. 상대습도의 경우 아로니아 결실기인 7월 과 8월을 살펴보면 2014에는 7월보다 8월이, 2016년 에는 8월보다 7월이 높게 나타났으나 큰 차이가 없 는 것으로 나타났다. 이는 아로니아 수확시기에 공기 중 수분이 일정하게 공급되고 있음을 말해준다. 강수 량의 경우 2014에서 2016년으로 갈수록 7월에는 증 가하였고, 8월에는 감소하였다. 아로니아 수확시기가 8월 초임을 고려하면 수확기 직전에 강수에 의한 수 분 공급이 용이함을 알 수 있다. 동시에 일조 시간의 경우는 2014년에 비해 2015년과 2016년에 수확시기 인 7월에서 8월로 갈수록 증가하고 있음을 알 수 있 고, 이는 아로니아 생산량과도 비례한다는 것을 추정 할 수 있다.

    결과적으로 단양지역은 산악 내륙 지역이면서 분지 지형이라 일교차가 크고, 생육하기에 적합한 최적 기 온을 유지하였으며, 생육기와 수확기엔 각각 누적 일 사량과 일조시간이 증가하였고, 주변에 강과 하천이 있는 관계로 적절한 수분을 공급받을 수 있다는 장 점과 함께 토양 지질이 석회암 지대로 중성이나 염 기성으로 토양의 영양분이 많기 때문에 품질 좋은 아로니아 과실 재배에 적합한 것으로 조사되었다.

    기상·기후 인자와 아로니아 과실 특성의 상관 및 회귀 분석 검토

    Table 1은 2016년 4소의 표본 농가 조사 일의 노 지에 대한 과실특성 평균 자료로 과중(g), 10립중(g), 종경(mm), 횡경(mm), 송이당 과실수, 색차값, 경도 (g·mm−1Ø), 산도(pH), 당도( °Brix), 안토시아닌(mg C3G/5g), 총폴리페놀(mg GAE/생과 5g)과 당일 기상 자료로 일평균기온( °C), 일최고기온( °C), 일최저기온 ( °C), 일강수량(mm), 일교차( °C), 일상대습도(%), 일 토양온도( °C), 그리고 조사 기간 동안의 누적 또는 평균 기후자료(적산온도( °C), 생육평균기온( °C), 생육 평균최고기온( °C), 생육평균최저기온( °C), 누적강수량 (mm), 누적일교차( °C), 생육평균상대습도(%)를 나타 낸 것이다.

    단양군 아로니아 과실 특성 중에 10립중, 당도, 안 토시아닌과 총폴리페놀 성분은 생산량과 밀접한 관계 가 있다. 단양군 아로니아 재배의 평균 10립중 무게 는 수확시기로 갈수록 증가하였으며 수확시기에 약 11.8 g으로 나타났고, 당도는 14-17 °Brix로 수박보다 높게 나타났으며, 생과 5 g당 안토시아닌 함량과 폴 리페놀 함량은 5-8 mgC3G/5 g, 45-75 mgGAE/5 g으 로 나타났다. 대체로 안토시아닌 함량이 낮을 때 폴리 페놀 함량은 높아 떫은 맛을 내는 것으로 나타났다.

    Table 1을 이용하여 단양군 기상·기후 인자와 아 로니아 외적 및 품질 특성간 상관관계를 분석 하였 다. 상관분석 결과, 과중은 일평균기온과 일최고기온, 일토양온도와 상관계수 0.9 이상으로 유의하였고, 십 립중은 일평균기온, 일최고기온, 일토양온도와, 종경 은 생육최고기온, 일평균기온, 일최저기온과, 횡경은 적산온도, 누적강수량, 누적일교차, 일평균기온, 일최 고기온, 일토양온도와, 색차값은 생육최고기온, 경도 는 일평균기온, 일최고기온, 일토양온도와, 당도는 토 양 pH와, 안토시아닌은 누적강수량, 일상대습도, 총 폴리페놀은 일교차, 일토양습도와 각각 5% 유의수준 내에서 0.9 이상으로 높은 상관을 나타내었다. 따라 서 단양군 기상·기후 인자와 아로니아 외적 및 품질 특성간 상관관계 분석에서 상관이 0.9 이상 높고 유 의미한 자료에 대해 회귀 분석을 실시하였고 관련 회귀식을 Fig. 9와 Table 2에 제시하였다. Fig, 9는 Table 2에서 과실 특성과 기상·기후 인자와의 회귀 관계 중 일부를 표시한 것이다.

    Table 2에서 과중은 일평균기온과 일최고기온, 경 도 중에서 다중공선성을 고려하면 경도가 95% 신뢰 수준에서 고려되었으나 기상인자와의 회귀식에서는 일최고기온이 유의하였다. 십립중은 일평균기온, 일최 고기온, 일토양온도, 과중, 횡경, 경도, 안토시아닌 중 일최고기온 또는 일토양온도가, 종경은 일최고기온, 일평균기온, 일최저기온, 색차값 중 일최고기온이, 횡 경은 적산온도, 누적강수량, 누적일교차, 일평균기온, 일최고기온, 일토양온도, 10립중, 경도, 안터시아닌 중 누적일교차가, 색차값은 생육최고기온, 종경 중 종경과 생육최고기온이, 경도는 일평균기온, 일최고기 온, 일토양온도, 과종, 횡경, 안토시아닌 중 과중과 일토양온도가, 당도는 일토양 pH가, 안토시아닌은 누 적강수량, 일상대습도, 10립중, 횡경, 경도 중 횡경과 누적강수량이, 총폴리페놀은 일교차, 일토양습도 중 일토양습도가 유의하였으며, 안토시아닌의 기상인자 를 제외한 이들 결정계수(R2 )가 모두 0.9 이상으로 높은 설명력을 나타내었다.

    2016년 통제된 실험을 통한 생산성을 저해하는 기상 조건의 검증

    표본 재배 농가의 조사결과 아로니아 생산성 저해 기상요소 중의 하나가 노지에서 누적 강수량이 증가 할수록 아로니아 과실의 당도가 떨어질 수 있다고 판단되었기 때문에 이를 검증하기 위하여 노지 재배, 비가림 재배, 해가림 재배를 시도하여 당도와 안토시 아닌, 폴리페놀 성분 등을 직접 조사하여 분석하였다. Table 3은 2016년 아로니아 표본 재배 농가중 비가 림과 해가림이 동시에 설치된 세 농가에 대해 분석 한 평균 과실 특성을 나타낸 것이다. 수확기로 갈수 록 토양온도가 증가함에 따라 토양습도는 감소하였으 며, 그에 따라 평균 당도와 안토시아닌 성분은 증가 하였고, 총 페놀 성분은 감소하였다는 것을 알 수 있 다. 이 때 평균 안토시아닌 성분은 변색기 이후 큰 변화가 없었지만 수확기로 갈수록 총 페놀의 성분 변화폭이 큰 것으로 나타났다. 따라서 아로니아 과실 의 변색기 이후에는 관수를 실시하는 것보다는 충분 한 일사를 통해 아로니아 생산량 및 품질 증대를 하 는 것이 중요하다는 것을 알 수 있다.

    한편, Table 3에서 비가림과 해가림 유무에 따른 아로니아 과실 특성의 차이를 통계적으로 분석한 결 과 당도를 제외하고 대부분이 통계적으로 유의하지 않았다. 당도의 경우에서도 노지보다는 비가림을 할 경우가 더 증가하는 것으로 나타났다. 표본 세 농가 의 비가림과 해가림 유무에 따른 아로니아 당도에 대한 통계 분석을 위해 각 농가의 측정 당도를 이용 하여 대응 표본 t검정을 하였고, 그 평균 결과를 Table 4에 나타내었다. 아로니아 재배 농가의 노지에 비가림을 할 경우 당도가 14.6 °Brix에서 15.2 °Brix로 약 0.6 °Brix 증가하는 것으로 나타났는데, 이는 대응 표본 t검정 결과 유의미한 것으로 나타났다. 하지만 해가림의 경우는 노지 재배나 큰 차이가 없었다. 따 라서 아로니아 변색기 이후 강수량은 아로니아 당도 뿐만 아니라 안토시아닌 성분에 직접적으로 영향을 미치기 때문에 비닐하우스를 이용한 로울러식 비가림 장치를 이용하여 비가림을 수행할 필요가 있다. 생육 저해 온도인 평균 30 °C를 초과하는 경우에 일시적 정오 해가림의 경우 당도에 미치는 영향은 노지와 큰 차이가 없는 것으로 나타났다.

    한편, 상기 제시된 Table 34를 근거로 아로니아 의 당도와 안토시아닌 성분의 관계를 확인하기 위해 노지를 중심으로 상관계수와 회귀 분석을 시도하였다. 이들 사이의 선형 및 비선형 회귀분석 결과는 Fig. 10a에 나타내었다. 단양군 아로니아 노지 재배 시 변 색기 이후 당도와 안토시안의 상관계수는 0.76으로 높은 상관을 나타내었고, 회귀식의 결정계수(R2)는 0.58로 유의미 하였다. 따라서 당도를 이용하여 구한 노지 아로니아 안토시아닌 성분은 다음과 같이 선형 및 비선형 회귀식으로 나타낼 수 있다.

    단양지역 노지 아로니아 안토시아닌 성분 C3G/5 g)=0.782+0.410*당도 ( o Brix ) ( R 2 =0.58 ) =-14.19+2.32*당도 -0.06 당도*당도 ( R 2 =0.60 )

    노지에서 아로니아 당도가 높은 경우의 안토시아닌 성분 분석 사례가 보다 많다면 이들 사이의 관계는 선형보다는 비선형 모형에 가깝다고 할 수 있다. Fig. 10b은 비가림에서의 아로니아 당도와 안토시아 닌 성분 사이의 회귀 분석 결과를 나타낸 것이다. 단 양군 아로니아 비가림 재배 시 당도와 안토시안의 상관계수는 0.79로 높은 상관을 나타내었고, 회귀식 의 결정계수(R2 )는 0.63로 유의미 하였다. 당도를 이 용하여 구한 비가림 아로니아 안토시아닌 성분의 회 귀식은 다음과 같다.

    단양지역 비가림 아로니아 안토시아닌 성분(mg C3G/5 g)= -4.776+0.203*당도 ( o Brix ) ( R 2 =0.63 )

    결과적으로 아로니아 변색기(또는 착색기) 이후 당 도는 강수량에 의한 수분 함량이 적을수록, 또는 비 가림을 할수록 높아진다고 할 수 있다. 한편, 아로니 아 10립중의 무게와 함께 높은 당도와 안토시아닌 함량을 유지하기 위해서는 일최고기온이 높아 일토양 온도를 높이고 이로 인해 일교차가 커지며, 상대습도 는 낮지만 적절한 누적강수량(또는 관수)이 제공되어 야 하는 것으로 조사되었다(Fig. 9).

    결 론

    본 연구의 목적은 단양지역 아로니아 재배 관련 기상·기후학적 인자와 아로니아 품질 향상을 위한 과실 특성과의 관계를 정량적으로 조사·분석하는 것 이다. 이를 위해 단양지역 내 고도가 다른 아로니아 표본 재배농가 4소를 중심으로 조사 시기는 2016년 5-8월까지, 조사 항목 중 과실은 과립중, 10립중, 종 경, 횡경, 당도, 경도, 산도, 색차값, 안토시아닌과 총 폴리페놀 성분 등을, 기상은 기상청의 일평균 기상· 기후 또는 직접 측정한 기온, 강수량, 일사량, 상대습 도, 풍향, 풍속 등의 자료를, 토양은 조사 당일의 지 중상대습도, 지중온도, 지중 pH를 조사하였다. 그리 고 아로니아 재배 노지에서 비가림과 차광막의 설치 유무에 따른 아로니아 과실 특성을 분석하기 위해 포본 재배농가 중 3소에 대해 비가림은 상시 설치를, 그리고 차광막은 하루 중 아로니아 생육 정지기온인 30 °C 이상일 때만 설치하는 것으로 하였다. 참고로 아로니아 과실의 시료 추출은 표본 재배지에서 1차 로 14곳을 지정하여 추출하였고, 여기서 과실 14개를 추출하여 각 과실 당 함량을 3번씩 추출하여 총 42 회의 성분 분석을 진행하였다. 그 결과를 요약하면 다음과 같다.

    단양지역 아로니아 재배지의 기상·기후학적 특성 분석 결과, 단양지역의 최근 최고기온, 누적강수량, 상대습도, 일조시간, 일교차 등의 기상·기후 요소가 아로니아 재배 적지뿐만 아니라 일정한 특성 유지 및 생산량에 긍정적인 영향을 주었다고 판단된다. 하 지만 풍속의 경우는 꾸준히 증가 추세에 있고, 4월과 5월의 강풍이 개화기 및 만개기 때 낙화현상에 영향 을 줄 것으로 조사되었다. 봄철과 여름철의 최고기온 평균은 각각 17.4 °C와 28.6 °C로 과수 생육 온도인 15-30 °C를 나타내었으며, 최근 30년간의 7일 이동평 균기온의 변화에서도 증가 추세와 함께 아로니아 착 과기결실기인 5-8월에 더 높게 나타났고, 기온의 월 교차(월 최고기온-월 최저기온)도 비슷하게 나타났다. 연누적 강수량은 최근 5년간 평균 1352.7 mm이었고, 2007년 이후 최근까지 큰 폭으로 감소하였다. 최근 3 년에는 성장기인 3-5월 사이의 누적강수량이 평균 누 적강수량 보다 많았고, 수확기인 6-8월에는 이보다 적은 것으로 나타났다. 최근 5년간 연평균 상대습도 는 68.4%로, 생육기인 4-8월에 대해 평균보다 감소 하는 경향을 나타내었다. 반면 최근 5년간 연평균 일 조시간은 174.8시간으로 2013년 이후 상대적으로 증 가하는 추세를 나타내었고, 특히 2015년 5-8월에 일 조시간이 큰 폭으로 증가하였는데, 8월에는 188.4시 간으로 전년대비 84.6시간이나 증가하였다. 한편 단 양 지역의 북서쪽과 남동쪽의 산맥을 따라 내륙산간 분지로서 일교차가 높게 나타났다.

    단양지역 기상·기후 인자와 아로니아 과실의 외적 및 품질 특성의 상관 및 회귀 분석 결과, 이들 간의 상관계수가 0.9 이상으로 높았고, 아로니아 품질과 생산량을 기상·기후 요소 만으로 예측 가능한 것으 로 기대되었다. 아로니아의 과중은 일평균기온과 일 최고기온, 일토양온도, 10립중은 일평균기온, 일최고 기온, 일토양온도, 종경은 생육최고기온, 일평균기온, 일최저기온, 횡경은 적산온도, 누적강수량, 누적일교 차, 일평균기온, 일최고기온, 일토양온도, 색차값은 생육최고기온, 경도는 평균기온, 최고기온, 토양온도, 당도는 토양 pH, 안토시아닌은 누적강수량, 일상대습 도, 총 페놀은 일교차, 일토양습도와 유의미한 관계 로 0.9 이상의 높은 상관을 나타내었다.

    한편, 아로니아 표본 재배 농가의 비가림 및 해가 림 통제 실험에서 과실 특성 분석 결과, 강수량이 많 은 경우 당도와 안토시아닌 성분을 감소시키는 것으 로 나타나 과일 변색기 이후에는 충분한 일사와 함 께 비가림을 통해 아로니아 생산량 및 품질 증대를 유지하는 것이 중요하였다. 아로니아 평균 당도의 대 응 표본 t검정 결과, 비가림의 경우 당도가 14.6 °Brix 에서 15.2 °Brix로 약 0.6 °Brix 증가하였지만 해가림의 경우는 노지 재배나 큰 차이가 없었다. 결과적으로 아로니아 변색기 이후 당도와 안토시안 성분은 강수 량에 의한 수분 함량이 적을수록 또는 비가림을 할 수록 높아지는 것으로 나타났다.

    Figure

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    Aronia sampling points in the Danyang area.

    JKESS-38-481_F2.gif

    Setting for shielding from Rain and sunshine at Aronia sampling points within the Danyang area in 2016.

    JKESS-38-481_F3.gif

    Moving average of 5 years of maximum (a), mean (b), and minimum (c) air temperature from 1982 to 2015 at Danyang.

    JKESS-38-481_F4.gif

    Moving average of 7 days of meanair temperature from 1986 to 2015 at Danyang.

    JKESS-38-481_F5.gif

    Moving Average of 5 years of accumulated precipitation (a), relative humidity (b), daylight hours (c), and wind speed (d) from 1982 to 2015 at Danyang.

    JKESS-38-481_F6.gif

    Windrose of wind speedand direction in May from2011 to 2016 at Danyang.

    JKESS-38-481_F7.gif

    Spatial distribution of seasonal mean of difference between maximum and minimum air temperature (daily temperature range) for a day in winter in 2014 (a), spring (b), summer (c), and fall (d) in 2015.

    JKESS-38-481_F8.gif

    Monthly variation of maximum (Max) and minimum (Min) air temperature (oC), daylight(BBS, h), precipitation (Rain, mm), relative humidity (Rh, %) for the periods of March to August from2014 to 2016 at Danyang.

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    The results of regression analyses between agricultural meteorologicalclimatic factors and fruit property data of Aronia.

    JKESS-38-481_F10.gif

    Regression analysis between antocyanin and saccharinity components within aronia from normal (a) and rain shielding (b) fields at 3 sampling points in Danyang.

    Table

    Agricultural meteorological · climatic data and Aronia fruit property data measured from 4 sampling points at Danyang in 2016. Cumulated data began on 8 May 2016, which was the formation day of fruit, and fruit data were average

    Regression equations between agricultural meteorological?climatic factors and fruit property data of Aronia

    Property of soil and Aronia measured from 3 sampling points (Jeoksung A, Danyang B and C) under the control condition such as normal fields, and rain and daylight shielding fields at Danyang in 2016

    Mean saccharinity of a Aronia fruit from 3 sampling points at Danyang in 2016

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