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White plastic mulch in high and low trellis improves light microclimate, growth, ecophysiological and biomass parameters, and production in hops under tropical conditions climate

본 연구는 고정식 및 저정식 트렐리스 시스템 모두에서 백색 플라스틱 멀칭을 사용하는 것이 열대 기후에서 재배되는 홉의 빛 반사, 생리적 성능 및 생물량 생산을 유의미하게 향상시켜, 본래의 온대 지역 이외의 지역에서도 해당 작물의 생존 가능성을 높인다는 것을 입증한다.

원저자: Rosana Maria dos Santos Nani de Miranda, Larissa Crisostomo de Souza Barcellos, Diesily de Andrade Neves, Amanda Lúcia Pereira Machado da Silva, Claudio Martins de Almeida, Guilherme Augusto Rodrigues

게시일 2026-08-27

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CC BY 4.0

원저자: Rosana Maria dos Santos Nani de Miranda, Larissa Crisostomo de Souza Barcellos, Diesily de Andrade Neves, Amanda Lúcia Pereira Machado da Silva, Claudio Martins de Almeida, Guilherme Augusto Rodrigues de Souza, Miroslava Rakocevic, Eliemar Campostrini

원본 논문은 CC BY 4.0 (https://creativecommons.org/licenses/by/4.0/) 라이선스로 제공됩니다. ✨ 이것은 아래 논문에 대한 AI 생성 설명입니다. 저자가 작성하거나 승인한 것이 아닙니다. 기술적 정확성을 위해서는 원본 논문을 참조하세요. 전체 면책 조항 읽기

홉은 맥주에 특유의 쓴맛과 향을 부여하는 꽃으로, 양조장에서 대체할 수 없는 매우 중요한 성분입니다. 수 세기 동안 이 식물들은 자연적으로 그들의 필요를 충족시키는 북반구의 서늘하고 온화한 기후에서 재배되어 왔습니다. 그러나 전 세계적인 맥주 수요가 증가함에 따라, 과학자들과 농부들은 이 온대 식물들이 더 뜨거운 열대 지역에서도 잘 자랄 수 있을지 질문을 던지고 있습니다. 문제는 빛에 있습니다. 홉은 높이 자라고 꽃을 피우기 위해 많은 햇빛이 필요한 덩굴 식물이지만, 열대 지방에서는 태양이 강렬하여 식물에 스트레스를 줄 수 있는 열기가 존재합니다. 게다가 식물의 아랫부분은 종종 그늘에 놓여 성장에 필요한 에너지를 놓치기도 합니다. 현재 연구자들은 지면을 덮는 방식이나 덩굴을 지지하는 방식을 간단히 변경함으로써, 이 식물들에게 더 나은 환경을 만들어 줄 수 있는지 탐구하고 있습니다.

최근 브라질의 열대 지역인 리우데자네이루에서 수행된 한 연구에서, 과학자 팀은 구체적인 아이디어를 테스트했습니다. 바로 햇빛을 다시 위로 반사시켜 홉 식물의 하단부에 전달하는 것이 식물의 성장에 도움이 될 수 있는가 하는 점이었습니다. 연구진은 '야키마 골드(Yakima Gold)'라는 인기 품종에 집중하였으며, 토양 관리와 덩굴 관리의 두 가지 서로 다른 방식이 식물의 건강에 어떤 영향을 미치는지 확인하기 위해 실험을 설계했습니다. 연구진은 덩굴을 위한 두 가지 유형의 격자 구조(trellis), 즉 전통적인 높은 수직형 구조와 낮은 수평형 구조를 비교했습니다. 또한 두 가지 유형의 지면 피복 방식도 비교했는데, 토양을 빈 상태로 두는 것과 흰색 플라스로 덮는 것을 비교했습니다. 이 흰색 플라스는 거울처럼 작용하여, 어두운 흙에 흡수될 뻔한 햇빛을 다시 위쪽의 잎들을 향해 튕겨 올려줍니다.

연구팀은 하루 동안 실제로 얼마나 많은 빛이 식물의 하단 가지에 도달하는지를 측정했습니다. 그 결과, 흰색 플라스 덮개가 극적인 차이를 만든다는 것을 발견했습니다. 흰색 플라스가 설치된 구역에서는 맨 토양 구역에 비해 하단 캐노피(canopy)로 반사되는 빛의 양이 66%나 증가했습니다. 이 추가된 빛은 단순히 머물러 있는 것에 그치지 않고, 식물은 이에 즉각적으로 반응했습니다. 흰색 플라스와 반사된 빛 속에서 자란 홉은 훨씬 더 높게 자랐고 훨씬 더 많은 전체 식물 질량을 생산했습니다. 구체적으로, 흰색 플라스를 사용한 식물은 맨 토양 위의 식물보다 전체 생물량(biomass)이 40% 더 무거웠습니다. 귀중한 작물인 꽃, 즉 콘(cones) 또한 생산량이 증가하여, 흰색 플라스 처리구에서 34%의 생산량 증가를 보였습니다.

단순히 크기가 커지는 것을 넘어, 식물들은 일상적인 작업의 효율성도 높아졌습니다. 연구진은 잎이 어떻게 숨을 쉬고 에너지를 처리하는지, 즉 이산가스(이산화탄소)를 얼마나 흡수하고 물을 얼마나 배출하는지를 측정했습니다. 흰색 플라스 덮개를 사용한 홉은 더 많은 이산화탄소를 흡수했고, 성장에 필수적인 이 가스를 받아들이기 위해 잎의 기공을 더 넓게 열었습니다. 또한 이들은 더 많은 수증기를 배출했는데, 이는 식물이 스스로를 냉각시키고 영양분을 이동시키고 있다는 신호입니다. 이러한 활동의 증가는 식물이 스트레스를 받기 쉬운 뜨거운 열대 기후 속에서도 일어났습니다. 이 연구는 지면 피복을 바꾸는 것만으로도 연구자들이 식물에게 더 나은 미세 기후를 조성하여, 식물이 본래의 서늘한 지역에서처럼 기능할 수 있게 했음을 보여주었습니다.

또한 연구는 특수 센서를 사용하여 빛이 식물 표면에 어떻게 반사되는지를 통해 잎의 색상과 건강 상태를 조사했습니다. 흰색 플라스 덮개를 사용한 식물은 잎이 더 푸른색을 띠었는데, 이는 햇빛을 포착하는 녹색 색소인 엽록소가 더 많음을 의미합니다. 이 추가적인 녹색 기운 덕분에 식물은 반사된 빛을 성장의 연료로 사용하는 데 더 적합한 상태가 되었습니다. 흥로도, 덩굴이 격자 구조에 배치되는 방식은 지면 피복 방식보다 덜 중요했습니다. 높은 수직 지지대와 낮은 수평 지지대 모두 흰색 플라스와 결합했을 때 잘 작동했으므로, 열대 지역에서의 성공 열쇠는 구조물의 높이가 아니라 빛의 반사에 있다는 점을 시사했습니다.

식물이 더 빠르게 자라고 더 많이 생산하는 동안, 연구진은 물과 관련된 상충 관계(trade-off)도 주목했습니다. 흰색 플라스를 사용한 식물은 빠른 성장과 냉각을 지원하기 위해 잎을 통해 더 자유롭게 물을 사용했습니다. 반면, 맨 토양 위의 식물들은 물을 좀 더 아껴 쓰며 보수적인 태도를 보였으나, 이러한 주의 깊은 태도는 성장이 느려지고 꽃이 적게 피는 대가를 치르게 했습니다. 이는 물을 사용할 수 있는 열대 환경에서 홉에게 가장 좋은 전략은 물 한 방울을 아끼는 것이 아니라 빛과 성장을 극대화하는 것임을 시사합니다. 연구는 흰색 플라스 멀칭(mulch)을 사용하는 것이 홉이 열대 기후에 적응하도록 돕는 실용적이고 효과적인 방법이며, 이 온대 작물을 더 따뜻한 새로운 지역에서 재배할 수 있는 유망한 길을 제시한다고 결론지었습니다.

기술 요약: 열대 지역 홉 재배에서의 백색 플라스틱 멀칭 및 격자 관리

문제 제기
Humulus lupulus L. (홉)은 온대 기후가 원산지이며, 전 세계 생산량의 약 98%가 양조 산업에 소비된다. 브라질과 같은 열대 지역에서 홉을 재배하는 것은 빛 강도 분포, 온도 및 토양 조건의 차이로 인해 상당한 어려움을 수반한다. 작물 관리에 있어서 기술적 혁신이 온대 작물을 열대 및 아열대 지역에 적응시키는 데 유망한 결과를 보여왔으나, 열대 기후에서 백색 플라스틱 멀칭(WM)과 저층(수평) 대 고층(수직) 격자 시스템이 홉의 하부 캐노피 층에 미치는 구체적인 영향에 대해서는 과학적으로 탐구되지 않은 상태이다. 특히, 백색 플라스틱 멀칭(WM)과 저층(수평) 대 고층(수직) 격자 시스템이 광합성 유효 광양자 밀도(PPFD) 분포, 잎의 가스 교환, 분광 특성 및 최종 생체량에 어떻게 영향을 미치는지에 대한 데이터가 부족하다.

연구 방법
본 연구는 2021년 3월부터 7월 사이 브라질 캄포스 도스 고야타카제스에 위치한 북부 플루미넨세 주립대학교(UENF)에서 수행되었다. 실험에는 '야키마 골드(Yakima Gold)' 홉 품종이 사용되었으며, 반건조 열대 기후(쾨펜-가이거 분류 Aw) 조건에서 진행되었다.

실험 설계는 두 가지 격자 시스템과 두 가지 토양 피복 유형을 교차시킨 네 가지 관리 처리를 사용하는 무작위 블록 설계를 채택하였다:

격자 시스템:
- 수직 격자 (Vt): 식물을 5m 높이까지 수직으로 유인함.
- 수평 격자 (Ht): 식물을 2m 높이까지 비스듬히 유인한 후 수평으로 배치하여, 주축 길이를 5m에 이르게 함.
토양 피복:
- 나지 (BS): 식생을 제거한 토양.
- 백색 플라스틱 멀칭 (WM): 흰색 면이 위를 향하도록 배치한 양면 백색/흑색 플라스틱(25 마이크론).

측정 및 분석:

광 환경: 캐노피 외부의 입사광($PPFDoc $), 캐노피 내부의 입사광($ PPFDic $), 캐노피 내부의 반사광($ PPFDref$)을 평가하기 위해 퀀텀 라이트 바 양자계(quantum light bar quantometer)를 사용하여 2m 높이(기부 캐노피)에서 PPFD를 측정하였다.
성장 역학: 식물 높이와 잎 길이를 각각 매주 및 3일 간격으로 모니터링하였다.
생리 현상: 휴대용 적외선 가스 분석기를 사용하여 잎의 가스 교환(순 광합성률 $A$ , 기공 전도도 $gs $, 증산량$ E$, 내적 및 순간적 수분 이용 효율)을 측정하였다.
분광 특성: SPAD 지수(엽록소 함량)와 잎 분광 반사 지수(광화학 반사 지수 - PRI, 누적 정규 차분 식생 지수 - CNDVI, 잎 수분 균형 지수 - WBI)를 기록하였다.
생체량 및 생산량: 최종 측정 항목에는 잎 면적, 가지 및 잎의 건조 중량, 신선한 꽃차례 질량( $Pc$ )이 포함되었다.
통계 분석: 데이터는 R에서 두 방향 고정 요인 분산 분석(two-way fixed-factor ANOVA)을 통해 분석되었으며, 다중 비교를 위해 Tukey의 사후 검정을 실시하였다.

주요 결과

빛 분포: 백색 플라스틱 멀칭의 사용은 나지(BS)와 비교했을 때 저층 캐노피 내의 반사 PPFD($PPFDref$)를 66% 증가시켰다. 이러한 증가는 두 격자 시스템 모두에서 오전과 정오 측정 시 모두 관찰되었다.
성장 및 생체량: WM 처리는 식물 높이와 총 생체량을 유의미하게 개선하였다. WM 처리 하의 식물은 높이가 약 3.77 m(Vt/WM) 및 2.14 m(Ht/WM)에 도달하였으며, 식물당 총 건조 중량 65.40 g을 축적하여 나지 처리 대비 40%의 증가를 나타냈다.
생리적 성능:
- 광합성: WM 적용 시 순 잎 광합성률( $A$ )이 13% 증가하였다.
- 가스 교환: WM 처리 시 기공 전도도($gs $)는 **37%**, 증산량($ E$)은 21% 증가하였다(BS 대비).
- 수분 이용 효율: 흥미롭게도, 오전 시간대에는 낮은 증산율로 인해 나지 처리에서 내적 및 순간적 수분 이용 효율(iWUE 및 WUE)이 더 높게 나타났다. 그러나 탄소 동화 및 수분 손실의 절대적인 비율은 WM에서 더 높았는데, 이는 물을 보존하기보다는 물이 가용할 때 광합성을 극대화하는 전략을 나타낸다.
분광 지수: WM 처리는 더 높은 SPAD 지수와 개선된 잎 분광 지수(CNDVI, WBI)를 나타냈으며, 이는 엽록소 함량 증가와 더 나은 잎 수분 상태를 의미한다. Ht 시스템은 Vt 시스템보다 일관되게 높은 SPAD 지수를 보였으며, 또한 일반적으로 더 높은 PRI 값을 보여 효율적인 에너지 소산을 시사하였다.
생산량: WM 사용 시 꽃차례 생산량( $Pc$ )이 34% 증가하였다. 가장 높은 생산량은 Vt/WM 처리(385 g plant⁻¹)에서 관찰되었고, 그다음은 Ht/WM(231 g plant⁻¹)이었다.

의의 및 주장
저자들은 본 연구가 백색 플라스틱 멀칭과 격자 관리가 열대 조건에서 홉의 하부 캐노피 미기후에 미치는 영향에 대한 첫 번째 과학적 근거를 제공한다고 주장한다. 주요 의의는 지속 가능한 농업 관행이 열대 기후에서 홉 재배의 전통적인 한계를 극복할 수 있음을 입증했다는 점에 있다.

본 논문은 다음과 같이 결론짓는다:

백색 플라스틱 멀칭은 덩굴 식물인 홉의 조밀한 캐노피 발달에 중요한 저층 캐노피 내 반사광($PPFDref$)을 효과적으로 증가시킨다.
이러한 강화된 광 환경은 엽록소 합성을 자극하고, 잎의 가스 교환을 개선하며, 생체량 축적과 꽃차례 생산을 크게 증대시킨다.
수직 격자가 일반적으로 더 큰 영양 성장과 생산을 촉진했지만, 수평 격자는 일관되게 높은 SPAD 지수를 보여, 두 시스템 모두 반사 멀칭과 결합될 때 유효하지만 서로 다른 분광 반응을 보인다는 것을 시사한다.
WM을 두 격자 시스템(Vt 또는 Ht)과 결합하는 것은 열대 지역으로 홉 재배를 확장할 수 있는 실행 가능한 경로를 제공하며, 이를 통해 템퍼레이트(온대) 작물을 브라질 및 유사한 기후에서 상업적으로 유망한 옵스로 변화시킨다.

본 연구는 WM 처리에서 수분 이용 효율 지수가 낮게 나타난 점(높은 증산량 때문)에 대해, 이것이 결핍 반응이라기보다 유리한 수분 가용성 조건에서 탄소 획득을 극대화하려는 생리적 전략을 반영한다고 겸허히 언급하였다. 연구 결과는 지면 높이의 빛 반사를 관리하는 것이 열대 환경에서 홉 생산을 최적화하는 결정적인 요소임을 시사한다.

기술 요약: 열대 지역 홉 재배에서의 백색 플라스틱 멀칭 및 격자 관리

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