J. Korean Earth Sci. Soc., v. 38, no. 7, p. 481 495, December 2017 https://doi.org/10.5467/jkess.2017.38.7.481 ISSN 1225-6692 (printed edition) ISSN 2287-4518 (electronic edition) 단양지역아로니아재배품질향상을위한기상및기후학적특성 문윤섭 1, * 강우경 1 정옥진 1,2 김선미 1 김다빈 1 1 한국교원대환경교육과, 28173, 충북청주시흥덕구강내면태성탑연로 250 2 한국환경정책 평가연구원, 30147, 세종특별자치시시청대로 370 Meteorological and Climatic Characteristics for Improving Quality of Cultivation of Aronia in the Danyang area Yun Seob Moon 1, *, Woo Kyeong Kang 1, Okjin Jung 1,2, Sun Mee Kim 1, and Da Bin Kim 1 1 Department of Environmental Education, Korea National University of Education, Chung-buk 281173, Korea 2 Future Environmental Strategy Research Group, Korea Environment Institute, Sejong 30147, Korea 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. Keywords: Aronia, meteorologicalclimatical factors, rain and daylight shielding, saccharinity, antocyanin 요약 : 본연구의목적은 2016 년 5 월에서 8 월기간동안단양지역의아로니아표본재배농가들을대상으로기상 기후학적인자와아로니아과실특성과의관계를조사 분석하는것이다. 이를위해아로니아표본재배농가들로부터기상요소, 과실과토양의물리 화학적특성과조건, 비가림및해가림설치에따른과실의특성변화등을조사한다. 그결과로서, 첫째, 단양지역의최근최고기온, 누적강수량, 상대습도, 일조시간등의기상 기후인자가아로니아재배적지뿐만아니라일정한품질유지및생산량에긍정적인영향을준다. 하지만 4 월과 5 월의강풍은아로니아의개화기및만개기의낙화현상에큰영향을준다. 둘째, 아로니아품질과생산량은일최고기온, 일토양온도, 일토양 ph, 누적강 *Corresponding author: ysmoon@knue.ac.kr *Tel: +82-11-9323-4117 *Fax: +82-43-230-2785 This is an Open-Access article distributed under the terms of the Creative Commons Attribution Non-Commercial License (http:// creativecommons.org/licenses/by-nc/3.0) which permits unrestricted non-commercial use, distribution, and reproduction in any medium, provided the original work is properly cited.
482 문윤섭 강우경 정옥진 김선미 김다빈 수량, 일토양습도등의농업기상 기후인자와 0.9 이상의높은상관을나타낸다. 그리고이들인자들을이용한회귀식을통해그품질과생산량을예측할수있다. 셋째, 강수량이많은경우에아로니아의당도와안토시아닌성분을감소시키기때문에과일변색기이후에는비가림을유지하는것이필요하다. 그리고아로니아표본농가의노지및비가림재배시에당도와안토시아닌성분간회귀분석결과는모두높은상관을나타낸다. 주요어 : 아로니아, 기상 기후요소, 비가림및해가림, 당도, 안토시아닌 서 론 아로니아 (Aronia melanocarpa) 는장미과의다년생과수로블랙초코베리로도알려져있으며, 나무의수명은대략 20 년정도이고, 과실의직경은 6 mm 정도로진보라에서검정색을띄고 8-14 개의과실이과방을이루고있다 (Kawecki and Tomaszewska, 2006). 스웨덴을비롯한폴란드, 체코, 슬로바키아, 우크라이나등에서널리재배되는데우리나라에서는바이킹 (Viking) 과네로 (Nero) 품종이주로재배되고있다. 네로는키가 2m 를넘지않으며, 개화시기가다른품종에비해빠르고떫은맛이강해잼, 젤리, 시럽등의가공에이용하며, 부분적그늘이나약한햇볕아래건조하거나습기가약간있는곳에서잘자란다. 바이킹은 25 m 까지천천히자라며열매는크고검고광택이나며, 약간단맛과상쾌한맛을가지며 8 월까지긴기간에걸쳐수확이가능하다. 떫은맛이적어주스를이용하며수확량이많은품종이다. 부분적그늘이나일사가양호한곳에서거의모든토양에서잘자라며병충해도강하다 (Kulling and Rawel, 2008; Bussires et al., 2008; Skupie et al., 2008). 아로니아열매는평균적으로당도가높으나과실에신맛과떪은맛을가지는폴리페놀을함유하고있어생식보다는주로가공용으로이용되지만, 다량의안토시아닌을함유하고있어활성산소를효과적으로중화시키는항산화효과를촉진하는주스, 차와같은음료뿐만아니라잼, 와인을비롯한식품에첨가되는천연색소로도널리이용된다 (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) 의연구에의하면아로니아과실은안토시안닌과폴리페놀등에의한항산화흡수용량 (ORAC, Oxygen Radical Absorbing Capacity) 이다른과실에비해가장높아과실중의왕이라불리며, 불루베리보다 3배10배높은것으로조사되었다. 그리고 Kuzmanova et al. (2005), Kdzierska et al. (2013), Kim et al. (2013), Sharif et al. (2013) 등의연구에의하면폴리페놀이풍부한아로니아주스는쥐의항산화스트레스를완화하고, 환자의심장, 혈관등의내복조직을완화하거나암의억제또는암세포를죽인다고보고하였다. 이와같이아로니아는그물리적 화학적특성이잘알려져고혈압, 동맥경화, 염산결핍증, 비타민결핍증, 소염등에대한천연약제뿐만아니라다양한건강식품으로서주목받고있지만이들의재배및품질특성과기상 기후와의관계를연구한논문은부족한실정이다. 아로니아는영하 30 o C 이하에서도견디는내한성이강한과실로알려져있지만유럽의주산지와달리우리나라여름의고온다습한기후로인해착색장애가발생한다고한다. 착색장애가주요항산화물질인안토시아닌및폴리페놀함량의감소와관계될경우고품질아로니아생산에큰어려움이예상된다. 아로니아의작황이여러요인에의해결정되겠지만그중에서도기상 기후학적영향은매우중요한요소로간주된다 (Lee et al., 2003; Kim et al., 2006; Park et al., 2006). 무엇보다도최근의급작스런기상 기후의변화가아로니아생산량및품질향상등에미치는농업기상학적연구가절실하다고볼수있다. 따라서본연구에서는단양지역아로니아재배와관련하여단양지역의기상 기후학적특성을조사하고, 아로니아품질향상을위해과실특성과기상요소와의관계를정량적으로조사 분석하는것이다. 자료및방법 자료단양지역은내륙산간지대의분지형태로소백산과소백산맥을따라이지역을북에서남으로남한강이관류 ( 연장 23.7 km) 하여충주호를형성하고있다. 지류로서오대산에서발원한평창강등이소백산에서발원한죽령천, 단양천, 금곡천등과합류하여남한강으로유입된다. 총면적은 780.67 km 2 로, 상당히넓은면적을차지하고있으나산악지대가 83.7% 이고경지면적이 11.2% 에불과하다. 집단취락및도시지
단양지역 아로니아 재배 품질 향상을 위한 기상 및 기후학적 특성 Fig. 1. Aronia sampling points in the Danyang area. 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 483 로 하여 조사하고자 한다. 표본 재배 농가 A는 단양 2 군 적성면으로 재배면적이 4,170 m, 농가 B와 C는 2 2 단성면으로 각각 3,399 m 와 2,644 m, 농가 C는 어 2 상천면으로 1,205 m 이다. 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 o 경우는 하루 중 기온이 30 C 이상으로 아로니아 생 육이 정지되는 시간에 대해 차광막으로 설치하는 것 으로 한다. Fig. 2. Setting for shielding from Rain and sunshine at Aronia sampling points within the Danyang area in 2016.
484 문윤섭 강우경 정옥진 김선미 김다빈 아로니아과실의안토시아닌및총페놀함량분석방법시료의추출은표본재배지에서무작위로 14 곳을지정하여 1 차추출하고, 여기서유사한아로니아과실 14 개를추출하여각과실당함량을 3 번씩추출하여총 42 회의실험을진행한다. 생과 5g 에 99.5% 메탄올 (Methanol) 50mL 를가한후균질화기기를이용하여아로니아생과가충분히분쇄될때까지 5 분간분쇄한다. 그후추출액에마그네틱바를넣고교반기에서 5 분간추출과정을거친다. 추출액전부를 50 ml 튜브에넣고원심분리기에서 1000 rpm 으로 5 분간작동시킨다. 50 ml 튜브에있는원심분리된추출액의상층액을 0.45 µm 필터에걸러약 3mL 의추출액을실험에사용한다. 안토시아닌함량측정은추출액 0.5 ml 에 0.025 M KCl (ph 1.0) 용액 4.5 ml 와 0.4 M CH 3 COONa (ph 4.5) 4.5 ml 를각각첨가한후 520 nm 와 700 nm 에서흡광도를측정하였다. 총안토시아닌함량은다음식으로나타낸다. 안토시아닌함량 (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 4.5 의흡광도, 449.2 는 cyanidin-3-glucoside 의분자량 (g/mol), DF 는희석배수 (=10), 1000 은 g 을 mg 으로의변환인자, 0.05 는추출액부피 (L), 26900 은 cyanidin-3-glucoside 의몰흡수도, 그리고 1 은 cm 로통과길이이다. 총폴리페놀중총페놀함량의측정은 gallic acid 를이용하여 1070 µg/ml 범위의표준용액을만들고아로니아추출액을표준용액의농도범위에들어가도록희석시킨다 (1/30). 희석시킨추출액 1mL 에 Folin- Ciocalteu 0.2 ml 와 2% Na 2 CO 3 용액 2mL 를첨가하여실온에서 30 분반응시킨후 750 nm 에서흡광도를측정하여아래식에의해아로니아생과 5g 당 gallic acid equivalent (mg GAE/5 g) 로나타낸다. 총페놀함량 (mg GAE/5g)=1/30 희석액에있는페놀함량 (µg/ml) DF MeOH 부피 1/1000 여기서 DF 는희석비율 (30, 1/30 으로희석 ), MeOH 부피는 50mL, 그리고 1/100 은 µg 을 mg 으로의변환인자이다. 연구결과및토의 단양지역아로니아재배지의기상 기후학적특성분석단양지역은대부분산지로이루어진내륙성기후로특히물빠짐이양호한사양토와미사질양토로이루어진곳에서아로니아재배가이루어지고있다. 단양지역의지난 5 년간 (2011-2015) 연평균기온은 10.2 o C 이며, 봄철의경우 10.1 o C, 여름철은 23.1 o C, 가을철은 11.6 o C, 겨울철은 3.7 o C 로나타나여름과겨울간이기온차가크다는것을알수있다. 단양지역의월별평균기온은지난 5 년중최고값은 24.5 o C, 최저값은 7.1 o C 로나타났으며, 아로니아생육시기인 4-8 월중, 만개기및착과기인 5 월과수확기인 8 월의평균기온이최근 2 년간증가하는추세를나타내었다. 3 월과 4 월의평균기온이 2013 년이후 23 o C 이상증가한것으로나타났는데이는아로니아의생육시기결정요소인적산온도값에영향을주어생육시기가전반적으로앞당겨졌다고볼수있다. 아로니아생육기간인 4-8 월의월평균기온은 10-24 o C 로, 과실이생육하기에가장적합한온도로나타났다. 여기에단양지역이석회암지대로산지가많다는것을고려하면적적한일교차와일조시간, 토양의물빠짐이좋아아로니아재배에최적임을알수있다. 한편아로니아생육시기인봄철과여름철의최고기온평균은각각 17.4 o C 와 28.6 o C 로과수생육온도인 15-30 o C 를나타내었고, 최저기온의경우봄철과여름철의평균은각각 3 o C 와 18.8 o C 로나타났다. 단양지역에서지난 30 년 (1986-2015 년 ) 기후관련연평균최고기온, 평균기온, 최저기온은전체적으로증가하는추세를나타내었는데, Fig. 3 과같이 1986-2015 년에대한 5 년이동평균하였을경우 30 년간기온변화율을추정하면각각 0.2, 0.3, 0.3 o C 로증가하였다. 그리고이들 5 년이동평균의기온은지난 30 년간대략두번의주기를가지므로 2016 년이후에는증가할것으로예상된다. Fig. 4 는 1986-2015 년의 7 일이동평균기온의변화를 15 년을기준으로구분하였는데, 2001 년이후기온변화가그이전보다아로니아착과기결실기인 5-8 월에더높게나타났다. 하지만상대적으로겨울철인 1 월과꽃샘추위가예상되는봄철 4 월말의경우는더낮은기온을나타내어, 지구온난화로인한전형적인기온패턴이나타나고있음을알수있다.
단양지역아로니아재배품질향상을위한기상및기후학적특성 485 Fig. 3. Moving average of 5 years of maximum (a), mean (b), and minimum (c) air temperature from 1982 to 2015 at Danyang. 단양지역의연누적강수량은최근 5 년간 (2011-2015 년 ) 평균 1352.7 mm 로나타났으며, 2013 년이후에는큰폭으로감소하였다. 2011 년의누적강수량은제 5 호태풍메아리와제 9 호태풍무이파의영향으로높았던것으로판단되지만그이후여름철의강수량은꾸준히감소하는경향을나타내었다. 월별누적강수량의경우에서도아로니아생육시기중수확기인 8 월의강수량이 2013 년부터감소하였으며, 특히 2015 년의경우성장기인 3 월 5 월사이의누적강수량이평균누적강수량보다많았고수확기인 6-8 월에는이보다적은것으로나타나생산량에직접적으로영향을주었을것으로판단된다. Fig. 5a 와같이지난 30 년 (1986-2015 년 ) 연평균누적강수량의 5 년이동평균은전체적으로증가하는추세에있지만, 한번의주기와함께 2007 년이후최근들어서는큰폭으로감소하였다는것을알수있다. 단양지역의최근 5 년간 (2011-2015 년 ) 연평균상대습도는 68.4% 로 2013 년 72.2% 와비교하여최근 2 년간감소하였다. 2013 년이후모든계절에서감소하는추세를보였는데, 특히봄철에 7.7% 로가장많이감소하였다. 월별상대습도의경우에서는 2013 년에비해 3 월과 5 월에특히감소하였으며, 7 월과 9 월또한감소하는추세를나타내었다. Fig. 5b 와같이단양지역의지난 30 년 (1986-2015 년 ) 5 년이동평균의상대습도는한번의주기와함께감소추세에있고, 2010 년이후로감소하는경향을나타내고있다. 단양지역의최근 5 년간 (2011-2015 년 ) 연평균일조시간은 174.8 시간으로 2013 년이후상대적으로증가하는추세를나타내었다. 계절별로는봄철의경우가 Fig. 4. Moving average of 7 days of meanair temperature from 1986 to 2015 at Danyang.
486 문윤섭 강우경 정옥진 김선미 김다빈 Fig. 5. 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. 꾸준히증가하였는데, 봄철의일조시간이 5 년평균 212.4 시간으로여름철과 65.5 시간의차를나타내었다. 한편, 2015 년여름철인 58 월에일조시간이큰폭으로증가하였는데, 8 월에는 188.4 시간으로전년대비 84.6 시간이나증가하였다. Fig. 5c 와같이단양지역 1986-2015 년 5 년이동평균의연평균일조시간은한번의주기와함께증가추세에있다. 2005 년을기준으로큰폭으로증가하였다가그이후 2010 년까지감소하였으며, 최근들어서는다시증가하는경향을나타내었다. 이러한증가추세는아로니아의당도에긍정적영향을줄것으로예상된다. 단양지역의최근 5 년간 (2011-2015 년 ) 연평균풍속은 1.5 m/s 로큰변동은없으나 2013 년부터꾸준히증가하였다. 계절별로는봄철이다른계절보다강한것으로나타났다. 풍속은아로니아의개화기및만개기와관계가깊은데강풍시의낙화피해로인해생산량이감소할수있다. Fig. 6 은단양지역아로니아개화기및만개기인 2011-2016 년의 5 월의바람장미도를나타낸것이다. 풍계는북서풍및남동풍이주로나타났고, 특히 2016 년 5 월의경우에는다른해에비해풍속이강했으므로낙화가있었을것으로 예상되었으며, 실제농가조사에서도염려하였던것으로나타났다. Fig. 5c 와같이단양지역 1986-2015 년 5 년이동평균의연평균풍속은두번의주기와함께증가추세를나타내었다. 차후이러한증가추세에서강풍이유발될경우에는아로니아생산량에부정적영향을줄것으로판단된다. Fig. 7 은 2014-2015 년우리나라의계절별기온범위 ( 일최고값 - 일최저값 ) 분포를나타낸것이다. 단양지역의기온범위는여름 30 o C, 봄 29.5 o C, 가을 26.5 o C, 겨울 26 o C 순으로다른지역보다높게나타났다. 단양지역의북서쪽과남동쪽의산맥을따라기온범위가높게나타났는데, 이를통해일교차도커다는것을알수있다. Fig. 8 은단양지역아로니아 2014-2016 년, 3-8 월에서의최고기온및최저기온, 상대습도, 강수량, 일조시간의월변화를나타낸것이다. 아로니아생육시기동안단양지역월최고기온은 2014 년 7 월, 2015 년 8 월, 2016 년에는 8 월에각각가장높게나타났으며, 2016 년에는 30 o C 를초과하였다. 이들최고값은 2014 에서 2016 년으로갈수록증가하는추세를나타내었다. 월최저기온도 2014 년에서 2016 년으로갈수록
단양지역아로니아재배품질향상을위한기상및기후학적특성 487 Fig. 6. Windrose of wind speedand direction in May from 2011 to 2016 at Danyang. Fig. 7. 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.
488 문윤섭 강우경 정옥진 김선미 김다빈 Fig. 8. Monthly variation of maximum (Max) and minimum (Min) air temperature ( o C), daylight(bbs, h), precipitation (Rain, mm), relative humidity (Rh, %) for the periods of March to August from 2014 to 2016 at Danyang. 증가하는추세를나타내었으며, 7 월과 8 월이매우유사하게약 18 o C 내외를유지하였다. 결과적으로단양지역은월교차 ( 월최고기온 - 월최저기온 ) 가비슷한지역으로이는아로니아과일특성유지에유리함을알수있다. 상대습도의경우아로니아결실기인 7 월과 8 월을살펴보면 2014 에는 7 월보다 8 월이, 2016 년에는 8 월보다 7 월이높게나타났으나큰차이가없는것으로나타났다. 이는아로니아수확시기에공기중수분이일정하게공급되고있음을말해준다. 강수량의경우 2014 에서 2016 년으로갈수록 7 월에는증가하였고, 8 월에는감소하였다. 아로니아수확시기가 8 월초임을고려하면수확기직전에강수에의한수분공급이용이함을알수있다. 동시에일조시간의경우는 2014 년에비해 2015 년과 2016 년에수확시기인 7 월에서 8 월로갈수록증가하고있음을알수있고, 이는아로니아생산량과도비례한다는것을추정할수있다. 결과적으로단양지역은산악내륙지역이면서분지지형이라일교차가크고, 생육하기에적합한최적기온을유지하였으며, 생육기와수확기엔각각누적일사량과일조시간이증가하였고, 주변에강과하천이있는관계로적절한수분을공급받을수있다는장점과함께토양지질이석회암지대로중성이나염기성으로토양의영양분이많기때문에품질좋은아로니아과실재배에적합한것으로조사되었다. 기상 기후인자와아로니아과실특성의상관및회귀분석검토 Table 1 은 2016 년 4 소의표본농가조사일의노지에대한과실특성평균자료로과중 (g), 10 립중 (g), 종경 (mm), 횡경 (mm), 송이당과실수, 색차값, 경도 (g mm 1 Ø), 산도 (ph), 당도 ( o Brix), 안토시아닌 (mg C3G/5g), 총폴리페놀 (mg GAE/ 생과 5g) 과당일기상자료로일평균기온 ( o C), 일최고기온 ( o C), 일최저기온 ( o C), 일강수량 (mm), 일교차 ( o C), 일상대습도 (%), 일토양온도 ( o C), 그리고조사기간동안의누적또는평균기후자료 ( 적산온도 ( o C), 생육평균기온 ( o C), 생육평균최고기온 ( o C), 생육평균최저기온 ( o C), 누적강수량 (mm), 누적일교차 ( o C), 생육평균상대습도 (%) 를나타낸것이다. 단양군아로니아과실특성중에 10 립중, 당도, 안토시아닌과총폴리페놀성분은생산량과밀접한관계가있다. 단양군아로니아재배의평균 10 립중무게는수확시기로갈수록증가하였으며수확시기에약 11.8 g 으로나타났고, 당도는 14-17 o Brix 로수박보다높게나타났으며, 생과 5g 당안토시아닌함량과폴리페놀함량은 5-8 mgc3g/5 g, 45-75 mggae/5 g 으로나타났다. 대체로안토시아닌함량이낮을때폴리페놀함량은높아떫은맛을내는것으로나타났다. Table 1 을이용하여단양군기상 기후인자와아로니아외적및품질특성간상관관계를분석하였
단양지역아로니아재배품질향상을위한기상및기후학적특성 489 다. 상관분석결과, 과중은일평균기온과일최고기온, 일토양온도와상관계수 0.9 이상으로유의하였고, 십립중은일평균기온, 일최고기온, 일토양온도와, 종경은생육최고기온, 일평균기온, 일최저기온과, 횡경은적산온도, 누적강수량, 누적일교차, 일평균기온, 일최고기온, 일토양온도와, 색차값은생육최고기온, 경도는일평균기온, 일최고기온, 일토양온도와, 당도는토양 ph 와, 안토시아닌은누적강수량, 일상대습도, 총폴리페놀은일교차, 일토양습도와각각 5% 유의수준내에서 0.9 이상으로높은상관을나타내었다. 따라서단양군기상 기후인자와아로니아외적및품질특성간상관관계분석에서상관이 0.9 이상높고유의미한자료에대해회귀분석을실시하였고관련회귀식을 Fig. 9 와 Table 2 에제시하였다. Fig, 9 는 Table 2 에서과실특성과기상 기후인자와의회귀 관계중일부를표시한것이다. Table 2 에서과중은일평균기온과일최고기온, 경도중에서다중공선성을고려하면경도가 95% 신뢰수준에서고려되었으나기상인자와의회귀식에서는일최고기온이유의하였다. 십립중은일평균기온, 일최고기온, 일토양온도, 과중, 횡경, 경도, 안토시아닌중일최고기온또는일토양온도가, 종경은일최고기온, 일평균기온, 일최저기온, 색차값중일최고기온이, 횡경은적산온도, 누적강수량, 누적일교차, 일평균기온, 일최고기온, 일토양온도, 10 립중, 경도, 안터시아닌중누적일교차가, 색차값은생육최고기온, 종경중종경과생육최고기온이, 경도는일평균기온, 일최고기온, 일토양온도, 과종, 횡경, 안토시아닌중과중과일토양온도가, 당도는일토양 ph 가, 안토시아닌은누적강수량, 일상대습도, 10 립중, 횡경, 경도중횡경과 Table 1. 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 Measured day Cumulated temp. ( o C) Growing period mean temp. ( o C) Growing period max. temp. ( o C) Growing period min. temp. ( o C) Cumulated precipitation (mm) Cumulated daily temp. range ( o C) Growing period mean humidity (%) 14 July 1405.9 23.58 28.44 19.91 413.4 867.8 79.7 21 July 1529.3 22.63 28.03 18.51 493.9 934.4 77.97 28 July 1676.9 26.09 31.5 21.9 498.9 1001.6 76.3 03 Aug. 1801.6 25.78 31.17 22.23 536.9 1055.2 80.15 12 Aug. 2004.2 27.51 34.54 22.18 536.9 1166.5 72.31 Daily mean temp. ( o C) Daily max. temp. ( o C) Daily min. temp. ( o C) Daily precipitation (mm) Daily temp. range ( o C) Daily humidity (%) Daily soil temp. ( o C) 14 July 22.8 27.2 18.2 6.5 9 78.80 25.20 21 July 24.2 31.2 19.4 0 11.8 73.50 26.55 28 July 26.6 32.5 22.3 1 10.2 74.10 28.31 03 Aug. 26.3 33.7 21.4 24.5 12.3 73.60 28.48 12 Aug. 27.5 35.1 21.6 0 13.5 73.9 - Daily soil humidity (%) Daily soil ph Weight of a fruit (g) Weight of 10 fruits (g) Vertical diameter (mm) Horizontal diameter (mm) Number of a bunch of fruit (ea) 14 July 47.10 7.28 0.61 6.40 11.23 11.68 19.25 21 July 43.88 6.73 1.02 9.58 11.33 12.33 20.50 28 July 47.40 6.75 1.25 11.68 12.15 12.78 19.75 03 Aug. 44.58 7.28 1.17 11.75 11.90 13.10 27.00 12 Aug. - - - - - - - Color index Hardness (g mm -1 Ø) Acidityof a fruit (ph) Saccharinity ( o Brix) Antocyanin (mg C3G/5 g) Total phenol (mg GAE/5 g) 14 July 151.25 0.19 4.00 16.33 4.92 74.55 21 July 149.50 0.13 3.00 13.93 6.72 48.61 28 July 185.50 0.09 4.00 14.75 6.97 70.11 03 Aug. 169.75 0.09 4.00 16.75 7.81 56.76 12 Aug. - - - 15.07 6.86 46.08
490 문윤섭 강우경 정옥진 김선미 김다빈 Fig. 9. The results of regression analyses between agricultural meteorologicalclimatic factors and fruit property data of Aronia. 누적강수량이, 총폴리페놀은일교차, 일토양습도중일토양습도가유의하였으며, 안토시아닌의기상인자를제외한이들결정계수 (R 2 ) 가모두 0.9 이상으로높은설명력을나타내었다. 2016 년통제된실험을통한생산성을저해하는기상조건의검증표본재배농가의조사결과아로니아생산성저해기상요소중의하나가노지에서누적강수량이증가할수록아로니아과실의당도가떨어질수있다고판단되었기때문에이를검증하기위하여노지재배, 비가림재배, 해가림재배를시도하여당도와안토시아닌, 폴리페놀성분등을직접조사하여분석하였다. Table 3 은 2016 년아로니아표본재배농가중비가림과해가림이동시에설치된세농가에대해분석 한평균과실특성을나타낸것이다. 수확기로갈수록토양온도가증가함에따라토양습도는감소하였으며, 그에따라평균당도와안토시아닌성분은증가하였고, 총페놀성분은감소하였다는것을알수있다. 이때평균안토시아닌성분은변색기이후큰변화가없었지만수확기로갈수록총페놀의성분변화폭이큰것으로나타났다. 따라서아로니아과실의변색기이후에는관수를실시하는것보다는충분한일사를통해아로니아생산량및품질증대를하는것이중요하다는것을알수있다. 한편, Table 3 에서비가림과해가림유무에따른아로니아과실특성의차이를통계적으로분석한결과당도를제외하고대부분이통계적으로유의하지않았다. 당도의경우에서도노지보다는비가림을할경우가더증가하는것으로나타났다. 표본세농가
단양지역아로니아재배품질향상을위한기상및기후학적특성 491 Fig. 9. Contined 의비가림과해가림유무에따른아로니아당도에대한통계분석을위해각농가의측정당도를이용하여대응표본 t 검정을하였고, 그평균결과를 Table 4 에나타내었다. 아로니아재배농가의노지에비가림을할경우당도가 14.6 o Brix 에서 15.2 o Brix 로약 0.6 o Brix 증가하는것으로나타났는데, 이는대응표본 t 검정결과유의미한것으로나타났다. 하지만해가림의경우는노지재배나큰차이가없었다. 따라서아로니아변색기이후강수량은아로니아당도뿐만아니라안토시아닌성분에직접적으로영향을미치기때문에비닐하우스를이용한로울러식비가림장치를이용하여비가림을수행할필요가있다. 생육저해온도인평균 30 o C 를초과하는경우에일시적정오해가림의경우당도에미치는영향은노지와큰차이가없는것으로나타났다. 한편, 상기제시된 Table 3 과 4 를근거로아로니아의당도와안토시아닌성분의관계를확인하기위해노지를중심으로상관계수와회귀분석을시도하였다. 이들사이의선형및비선형회귀분석결과는 Fig. 10a 에나타내었다. 단양군아로니아노지재배시변색기이후당도와안토시안의상관계수는 0.76 으로높은상관을나타내었고, 회귀식의결정계수 (R2) 는 0.58 로유의미하였다. 따라서당도를이용하여구한노지아로니아안토시아닌성분은다음과같이선형및비선형회귀식으로나타낼수있다. 단양지역노지아로니아안토시아닌성분 (mg 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) 노지에서아로니아당도가높은경우의안토시아닌
492 문윤섭 강우경 정옥진 김선미 김다빈 Table 2. Regression equations between agricultural meteorological?climatic factors and fruit property data of Aronia Propertyof aronia Weight (g) Weight of 10 fruits (g) Vertical diameter (mm) Regression equations using agricultural meteorologicalclimatic factors = 1,9977+0.0966*daily max. temp. ( o C) (R 2 =0.92) = 1.7578-9627*hardness (gmm-1ø) (R 2 =0.98) = -17.392+0.8746*daily max. temp. ( o C) (R 2 =0.97) = -33.182+1.5859*daily soil temp. ( o C) (R 2 =0.97) = 5.2223+0.0075*cumulated daily temp. range ( o C) (R 2 =0.99) = 6.8262+0.0035*cumulated temp. ( o C) (R 2 =0.97) = 6.4344+0.2971*daily max. temp. ( o C) (R 2 =0.81) Horizontal diameter (mm) = 6.8873+0.2345*daily max. temp. ( o C) (R 2 =0.97) Color index Hardness (g mm -1 Ø) = 103.19+8.9711*growing period max. temp. ( o C) (R 2 =0.90) = 237.16+37.5164*vertical diameter (mm) (R 2 =0.96) = 0.9339-0.0298*daily soil temp. ( o C) (R 2 =0.97) = 0.6366-0.0164*daily max. temp. ( o C) (R 2 =0.96) = 0.2913-0.1642*weight (g) (R 2 =0.98) = 1.0571-0.0747*horizontal diameter (mm) (R 2 =0.95) Saccharinity ( o Brix) = -13.297=4.0994*daily soil ph (R 2 =0.93) Antocyanin (mgc3g/5 g) Total phenol (mggae/5 g) = 38.9262-0.4315*daily humidity (%) (R 2 =0.85) = -3.0734+0.0196*cumulated precipitation (mm/h) (R 2 =0.87) = 17.396+1.9243*horizontal diameter (mm) (R 2 =0.95) = 2.0573+0.4616*weight of 10 fruits (g) (R 2 =0.91) = 9.6628-24.463*hardness (g mm -1 Ø) (R 2 =0.90) = 234.49+6.5369*daily soil humidity (%) (R 2 =0.94) = 135.044-6.6745*daily temp. range ( o C) (R 2 =0.87) 성분분석사례가보다많다면이들사이의관계는선형보다는비선형모형에가깝다고할수있다. Fig. 10b 은비가림에서의아로니아당도와안토시아닌성분사이의회귀분석결과를나타낸것이다. 단양군아로니아비가림재배시당도와안토시안의상관계수는 0.79 로높은상관을나타내었고, 회귀식의결정계수 (R 2 ) 는 0.63 로유의미하였다. 당도를이용하여구한비가림아로니아안토시아닌성분의회귀식은다음과같다. 단양지역비가림아로니아안토시아닌성분 (mg C3G/5 g)= 4.776+0.203* 당도 ( o Brix) (R 2 =0.63) 결과적으로아로니아변색기 ( 또는착색기 ) 이후당도는강수량에의한수분함량이적을수록, 또는비가림을할수록높아진다고할수있다. 한편, 아로니아 10 립중의무게와함께높은당도와안토시아닌함량을유지하기위해서는일최고기온이높아일토양온도를높이고이로인해일교차가커지며, 상대습도는낮지만적절한누적강수량 ( 또는관수 ) 이제공되어야하는것으로조사되었다 (Fig. 9). 결 론 본연구의목적은단양지역아로니아재배관련기상 기후학적인자와아로니아품질향상을위한과실특성과의관계를정량적으로조사 분석하는것이다. 이를위해단양지역내고도가다른아로니아표본재배농가 4 소를중심으로조사시기는 2016 년 5-8 월까지, 조사항목중과실은과립중, 10 립중, 종경, 횡경, 당도, 경도, 산도, 색차값, 안토시아닌과총폴리페놀성분등을, 기상은기상청의일평균기상 기후또는직접측정한기온, 강수량, 일사량, 상대습도, 풍향, 풍속등의자료를, 토양은조사당일의지중상대습도, 지중온도, 지중 ph 를조사하였다. 그리고아로니아재배노지에서비가림과차광막의설치유무에따른아로니아과실특성을분석하기위해포본재배농가중 3 소에대해비가림은상시설치를, 그리고차광막은하루중아로니아생육정지기온인 30 o C 이상일때만설치하는것으로하였다. 참고로아로니아과실의시료추출은표본재배지에서 1 차로 14 곳을지정하여추출하였고, 여기서과실 14 개를
단양지역아로니아재배품질향상을위한기상및기후학적특성 493 Table 3. 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 Date Field Soil temp. ( o C) Soil humidity (%) Soil ph Weight (g) Weight of 10 fruits (g) Vertical diameter (mm) Horizontal diameter (mm) Number of a bunch of fruit (ea) Color index r g b 01 July Normal 0.41 4.2 8.64 8.79 169 63 59 14 July Normal 25.1 47.1 7.1 0.6 6.2 11.1 11.7 19 54 47 51 Rain shielding 25.2 47.2 7.0 0.53 6.8 11.4 11.8 20 55 48 51 21 July Normal 27.3 43.4 6.6 1.06 9.8 11.4 12.4 21 53 47 50 Rain shielding 26.7 40.1 7.0 0.85 9.9 11.6 12.4 20 53 45 49 Normal 28.35 47.8 6.5 1.26 11.87 12.3 12.8 20 65 59 63 28 July Rain shielding 28.9 38.2 6.8 1.23 12.07 12.0 13.0 18 61 56 59 Daylight shielding 27.8 45.5 7.0 1.22 11.9 11.9 13.0 17 59 54 58 Normal 29.37 43.4 7.3 1.20 12.1 12.2 13.2 20 58 55 58 03 Aug. Rain shielding 28.6 40.5 7.1 1.32 12.7 12.3 13.3 21 59 54 57 Daylight shielding 27.7 47.1 7.4 1.14 12.2 12.2 13.5 22 58 54 57 Saccharinity ( o Brix) Hardness (g mm -1 Ø) Acidityof a fruit (%) Antocyanin (mg C3G/5g) Total phenol (mg GAE/ 생과 5g) Date Field Mean Standard Deviation Mean SD 01 July Normal 13.3 0.17 3 Normal 15.8 0.20 4 6.3 73.1 ± 7 14 July Rain shielding 17.8 0.18 4 7.0 67.1 ± 7 21 July 28 July 03 Aug. Normal 14.0 0.14 3 6,6 1.3 47.0 ± 7 1.9 Rain shielding 15.3 0.11 3 6,5 0.9 52.2 ± 7 2.0 Normal 14.9 0.08 4 7.1 0.9 67.9 ± 7 8.3 Rain shielding 14.4 0.08 3 5.5 0.9 62.8 ± 7 2.4 Daylight shielding 14.0 0.08 4 6.4 1.5 68.5 ± 7 4,8 Normal 16.2 0.08 4 7.7 1.5 53.3 ± 7 8.3 Rain shielding 16.0 0.09 3 6,5 3,3 55.8 ± 7 11,3 Daylight shielding 14.9 0.09 4 7.9 2.2 40.2 ± 7 7.1 Table 4. Mean saccharinity of a Aronia fruit from 3 sampling points at Danyang in 2016 Saccharinity ( P Brix) Nomal field Rain shielding field Daylight shielding field Jeoksung A 15.3 15.5 15.2 Dansung B 14.0 14.8 13.6 Dansung C 14.5 15.2 14.6 Average 14.6 15.2 14.6 추출하여각과실당함량을 3 번씩추출하여총 42 회의성분분석을진행하였다. 그결과를요약하면다음과같다. 단양지역아로니아재배지의기상 기후학적특성분석결과, 단양지역의최근최고기온, 누적강수량, 상대습도, 일조시간, 일교차등의기상 기후요소가 아로니아재배적지뿐만아니라일정한특성유지및생산량에긍정적인영향을주었다고판단된다. 하지만풍속의경우는꾸준히증가추세에있고, 4 월과 5 월의강풍이개화기및만개기때낙화현상에영향을줄것으로조사되었다. 봄철과여름철의최고기온평균은각각 17.4 o C 와 28.6 o C 로과수생육온도인 15-30 o C 를나타내었으며, 최근 30 년간의 7 일이동평균기온의변화에서도증가추세와함께아로니아착과기결실기인 5-8 월에더높게나타났고, 기온의월교차 ( 월최고기온 - 월최저기온 ) 도비슷하게나타났다. 연누적강수량은최근 5 년간평균 1352.7 mm 이었고, 2007 년이후최근까지큰폭으로감소하였다. 최근 3 년에는성장기인 3-5 월사이의누적강수량이평균누적강수량보다많았고, 수확기인 6-8 월에는이보다적은것으로나타났다. 최근 5 년간연평균상대습도
494 문윤섭 강우경 정옥진 김선미 김다빈 Fig. 10. Regression analysis between antocyanin and saccharinity components within aronia from normal (a) and rain shielding (b) fields at 3 sampling points in Danyang. 는 68.4% 로, 생육기인 4-8 월에대해평균보다감소하는경향을나타내었다. 반면최근 5 년간연평균일조시간은 174.8 시간으로 2013 년이후상대적으로증가하는추세를나타내었고, 특히 2015 년 5-8 월에일조시간이큰폭으로증가하였는데, 8 월에는 188.4 시간으로전년대비 84.6 시간이나증가하였다. 한편단양지역의북서쪽과남동쪽의산맥을따라내륙산간분지로서일교차가높게나타났다. 단양지역기상 기후인자와아로니아과실의외적및품질특성의상관및회귀분석결과, 이들간의상관계수가 0.9 이상으로높았고, 아로니아품질과생산량을기상 기후요소만으로예측가능한것으로기대되었다. 아로니아의과중은일평균기온과일최고기온, 일토양온도, 10 립중은일평균기온, 일최고기온, 일토양온도, 종경은생육최고기온, 일평균기온, 일최저기온, 횡경은적산온도, 누적강수량, 누적일교차, 일평균기온, 일최고기온, 일토양온도, 색차값은생육최고기온, 경도는평균기온, 최고기온, 토양온도, 당도는토양 ph, 안토시아닌은누적강수량, 일상대습도, 총페놀은일교차, 일토양습도와유의미한관계로 0.9 이상의높은상관을나타내었다. 한편, 아로니아표본재배농가의비가림및해가림통제실험에서과실특성분석결과, 강수량이많은경우당도와안토시아닌성분을감소시키는것으로나타나과일변색기이후에는충분한일사와함께비가림을통해아로니아생산량및품질증대를 유지하는것이중요하였다. 아로니아평균당도의대응표본 t 검정결과, 비가림의경우당도가 14.6 o Brix 에서 15.2 o Brix 로약 0.6 o Brix 증가하였지만해가림의경우는노지재배나큰차이가없었다. 결과적으로아로니아변색기이후당도와안토시안성분은강수량에의한수분함량이적을수록또는비가림을할수록높아지는것으로나타났다. References Bijack, M., Saluk, J., Ponczek, M.B., and Nowak, P., 2013, Antithrombin effect of polyphenol-rich extracts from black chokeberry and grape seeds. Phytotherapy Research, 27, 71-76. Bohkyung, K., Yongki, P., Wegner, C.J., Bolling, B.W., and Jiyoung, L., 2013, Polyphenol-rich black chokeberry (Aronia melanocarpa) extract regulates the expression of genes critical for intestinal cholesterol flux in Caco-2 cells. Journal of Nutrient Biochemistry, 24, 1564-1570. Bussires, J., Boudreau, S., Clment-Mathieu, G., Dansereau, B., and Rochefort, L., 2008, Growing Black Chokeberry (Aronia melanocarpa) in Cut-over Peatlands. Hort Sciences, 43, 494-499. Graversen, H.B., Becker, E.M., Skibsted, L.H., and Andersen, M.L., 2008, Antioxidant synergism between fruit juice and α-tocopherol: A comparison between high phenolic black chokeberry (Aronia melanocarpa) and high ascorbic blackcurrant (Ribes nigrum). European Food Research Technology, 226, 737-743. Kapci, B., Nerdová, E., C i zková, H., Voldřich, M., Rajchl, ê ê
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