Comparative Effects of Partial Rootzone Drying and Deficit Irrigation on Water Use Efficiency, Economic Water Productivity, and Productive Traits of Mature Apricot Trees in a Semi-Arid Region

기술 요약: 성숙한 살구 나무에 대한 부분 근권 건조(PRD) 및 결핍 관수가 미치는 비교 효과

문제 제기
이란의 우르미아 지역과 같은 반건조 지역에서 물 부족은 농업 생산의 결정적인 제약 요인이며, 이는 우르미 호수의 생태적 퇴보를 초 de 가속화하고 있다. 살구(Prunus armeniaca L.)는 이 지역의 주요 작물이지만, 그 생산은 관수에 크게 의존하고 있다. 전통적인 결핍 관수(DI) 전략은 물을 보존하는 것을 목표로 하지만, 종종 상당한 수확량 감소를 초래한다. 부분 근권 건조(PRD)는 다른 과수(예: 포도, 배, 석류)에서 수확량을 심하게 저해하지 않으면서 수분 생산성을 높이는 것으로 입증된 수정된 결핍 관수 기법이다. 그러나 성숙한 살구 과수원에 PRD를 적용함에 있어, 특히 일반적인 DI와 비교했을 때의 생리적 영향, 경제적 타당성 및 다양한 수분 스트레스 수준에서의 성능에 관한 연구는 제한적이다.

연구 방법
본 연구는 2015~2016년 두 성장 시즌 동안 이란 우르미아의 카흐리즈 농업 연구소에서 수행되었다. 실험에는 12년생의 균일한 살구 나무(품종 'Asgar-Abad') 30그루를 사용하였으며, 무작위 블록 설계(randomized complete block design)를 적용하였다. 다섯 가지 관수 처리가 적용되었다:

1. 100%WW: 증발산량(ET)의 100%에 해당하는 전 근권 관수.
2. 75%DI: ET의 75%에 해당하는 전 근권 관수.
3. 75%PRD: 두 개의 반원형 근권을 교대로 적시는 75% ET 관수.
4. 50%DI: ET의 50%에 해당하는 전 근권 관수.
5. 50%PRD: 두 개의 반원형 근권을 교대로 적시는 50% ET 관수.

PRD 처리에서는 베이슨(basin)을 두 개의 동일한 구역으로 나누고 두 구역 사이를 교대로 관수하였다. 주요 측정 항목에는 영양적 특성(잎의 길이, 너비, 면적, 상대 수분 함량), 생산적 특성(수확량, 과실 무게, 크기), 과실 품질(적정 산도, 총 가용성 고형물, pH), 그리고 경제적 지표가 포함되었다.

본 연구는 네 가지 지표인 투입 수량(W), 수분 이용 효율(WUE), 총 이익(GM), 경제적 수분 생산성(EWP)을 기반으로 한 **경제적 결핍 관수(EDI)**라는 순위 시스템을 도입하였다. GM 및 EWP 계산에는 물, 전기, 노동력(특히 PRD 처리를 위한 버블러 이동 비용)에 대한 가변 비용과 세 가지 수확량 가격 시나리오가 포함되었다.

주요 결과

• 영양 및 생리적 특성: 가뭄 스트레스는 잎의 상대 수분 함량(RWC), 잎 면적 및 치수를 유의하게 감소시켰다. 100%WW 처리는 일관되게 가장 높은 RWC(약 6063%)를 보였으며, 50%PRD는 가장 낮은 RWC(약 4346%)를 보였다. RWC는 수확량 및 잎 면적과 양(+)의 상관관계를 보였으나, 본 연구에서 동일한 수분 결핍 수준에서 PRD와 DI 처리 간의 잎 특성에는 유의미한 차이가 없음을 발견하였으며, 이는 PRD가 기존 DI와 비교하여 영양 성장에 큰 변화를 주지 않았음을 시사한다.
• 수확량 및 과실 품질: 완전 관수(100%WW)는 가장 높은 수확량(2015년 및 2016년에 각각 16.17 및 16.80 Mg ha⁻¹)과 가장 높은 총 이익($11,890 ha⁻¹)을 기록했다. DI 및 PRD 전략 모두 완전 관수 대비 수확량을 감소시켰다. 특히 심한 스트레스(50% ET) 상황에서, PRD 방식(50%PRD)은 두 번째 해에 DI 방식(50%DI)보다 유의하게 낮은 수확량을 기록하여 모든 처리 중 가장 낮은 총 이익($6,529 ha⁻¹)을 냈다. 품질 측면에서, 수분 스트레스는 총 가용성 고형물(TSS)과 TSS/TA 비율을 증가시켰으나 과실 크기는 감소시켰다. 다른 작물의 결과와 달리, PRD 처리는 DI 처리보다 낮은 TSS 값을 나타냈으며, 이는 이 특정 맥락에서 PRD가 과실 품질을 개선하지 못했음을 의미한다.
• 수분 이용 효율(WUE): 수량 투입량이 감소함에 따라 WUE는 증가하였다. 50%PRD 처리는 가장 높은 WUE(2016년 기준 4.03 kg m⁻³)를 달밀했다. 경미한 스트레스(75% ET) 조건에서 PRD(75%PRD)는 첫해에 유의미한 수확량 손실 없이 DI(75%DI)보다 높은 WUE를 보여주었다. 그러나 심한 스트레스(50% ET) 하에서 PRD는 DI보다 WUE를 개선하지 못했으며 수확량에 부정적인 영향을 미쳤다.
• 경제적 분석: EDI 순위 시스템 결과, 50%PRD가 전체 1위를 차지하였고, 이어서 50%DI, 75%PRD 순이었으며, 75%DI가 가장 낮은 순위를 받았다. 50%PRD는 우수한 수분 효율 덕분에 가장 높은 경제적 수분 생산성(EWP)과 최상위 EDI 순위를 달성했지만, 가장 낮은 총 이익($6,529 ha⁻¹)을 창출했다. 완전 관수 처리($11,890 ha⁻$)와 비교했을 때의 결과이다. 분석 결과, 50%PRD가 최고의 경제적 수분 생산성을 제공하긴 하지만, 총 이익 측면에서의 생존 여부는 물과 전기 비용에 달려 있다. 현재 시장 가격 기준으로 완전 관수 처리(100%WW)가 가장 높은 총 이익을 냈다.

의의 및 주장
본 논문은 PRD가 특히 경미하거나 중간 정도의 수분 스트레스 조건(75% ET)에서 수분 이용 효율과 경제적 수분 생산성을 향상시킬 수 있음을 보여줌으로써, 반건조 지역의 관수 관리자들에게 실행 가능한 지침을 제공한다고 주장한다. 연구는 DI와 PRD가 수분 부족 지역에서 WUE를 개선하기 위해 권장될 수 있지만, 이러한 결핍 체제 하에서 고품질 과실(크기 및 당도 측면)을 기대해서는 안 된다고 결론짓는다. 본 연구는 PRD의 효과가 수분 스트레스의 심각도와 앱시스산(ABA) 신호 전달 및 기공 조절의 차이로 인한 성숙한 살구 나무의 특정한 생리적 반응에 따라 달라진다는 점을 강조하며, 이는 다른 과수 종과 다를 수 있다.

저자들은 농업적 성과와 경제적 수익 사이의 균형을 맞추는 최적의 관수 전략을 선택하기 위한 새로운 도구로서 경제적 결핍 관수(EDI) 지수를 도입하였다. 본 연구는 DI와 PRD가 수분 부족 지역에서 WUE를 개선하기 위해 권장될 수 있으나, 농민들이 이러한 결핍 체제 하에서 고품질의 과실(크기 및 당도 측면)을 얻기는 어려울 것이라고 조심스럽게 결론 내렸다.