친환경 옥상 도시농업 활성화를 위한 배식모형에 따른 가지(Solanum melongena)와 메리골드(Tagetes erecta) 식재효과

1. 서 론

도시농업에서 옥상농업의 중요성은 식량 공급 증진과 환경에 미치는 긍정적인 영향으로 인해 점점 더 인식되고 있다. 최근 연구에서는 옥상농업을 도시농업 확장의 실질적인 방안으로 보고 있으며, 이를 도시 계획에 통합할 필요성을 강조하였다(Harada and Whitlow, 2020). 또한, Huang and Chang(2021)은 옥상농업이 물과 에너지의 지속 가능한 관리를 통해 도시 내 물-에너지-식량 순환을 촉진할 수 있다고 밝혔다. Appolloni et al.(2021)과 Choudhary and Rawat(2021)을 포함한 연구들은 옥상농업이 도시 환경과 사회에 제공할 수 있는 다양한 이점들을 조명하며, 그 실행 가능성과 긍정적인 영향을 강조하고 있다.

옥상농업 공간의 재배 환경을 개선하기 위한 다양한 방법 중에서 공영식재를 활용한 방법이 제안되고 있다 (Thapa et al., 2021). 이는 친환경적 해충 관리 방법으로서 작물의 수확량을 증진시킨다(Wan et al., 2018). 또한, 다양한 작물 간의 상호작용은 영양분 흡수와 작물 품질 향상 등을 통해 환경 개선에 기여하는 역할을 한다(Iqbal et al., 2018; Xia et al., 2019; Gajbe, 2020).

옥상농업 식물로써 가지(Solanum melongena)는 다양한 환경에 적응하고 높은 온도 및 수분 조건에 내성이 있어, 옥상농업에 적합한 과채류이다(Sanyè-Mengual et al., 2015). 하지만 가지는 병해충에 취약하여 수확량과 품질에 영향을 미칠 수 있으므로, 병해충 관리가 중요하다(Kashyap et al., 2003). 공영식물로써 메리골드(Tagetes erecta)는 다양한 색상과 특성으로 관상용, 식품, 화장품, 향수 등의 제조에도 활용되며(Ravi et al., 2017; Tamut et al., 2019), α-terthienyl과 같은 화합물을 생성하여 작물 보호 역할을 한다(Hooks et al., 2010). 선행 연구에 따르면, 메리골드를 토마토와 같은 과채류에서 공영식물로 사용할 때 해충 손상과 유충 밀도가 감소함으로써 효과적인 해충 관리가 가능하다는 것을 보여준다(Srinivasan, Moorthy, & Raviprasad, 1994; Kumar V, Prakash, & Mishra, 2023; Pathan et al., 2023).

따라서, 본 연구는 메리골드를 이용한 공영식재 방식과 배식 모형이 가지와 같은 병해충에 취약한 작물의 보호에 어떻게 기여하며, 공영식물로서의 상호작용 효과를 나타내는지를 연구하고자 한다.

2. 재료 및 방법

2.1. 실험구

본 실험구는 다양한 배식 모형을 통해 공영식물(초화류-과채류)의 식재 효과를 검증하고, 식재종 간 상호 영향력이 시간 경과와 함께 식재 비율 및 형태에 따라 어떻게 변화하는지 조사하기 위해 설치하였다. 이 연구는 5월부터 8월까지 충청북도 충주시에 위치한 복합실습동 옥상(36°58' 14.2" N, 127°55' 57.6" E)에서 수행되었다. 실험구는 가로 1 m, 세로 1 m, 높이 0.25 m 크기로 조성되었으며, 배수관 설치 후 토양 유실 방지를 위해 여과층 부직포를 깔고 인공배합토와 유기질 비료를 혼합하여 토심 약 20 cm 높이로 15개 실험구에 포설하였다. 유형별로 4가지 배식 모형을 3반복 처리하여 조성한 실험구는 중앙에 가지 공영식재와 가장자리에 메리골드 공영식재(SET), 가지 단일식재 후 물리적 방제를 위한 방충망 설치(SIC), 중앙에 메리골드 공영식재와 가장자리에 가지 공영식재(TES), 그리고 가지만 단일식재한 대조구(CON S) 등으로 구성되었다(Fig. 1).

Fig. 1.

Experimental layout according to the planting model of Solanum melongena and Tagetes erecta; SET: Square Tagetes erecta + Clustered Solanum melongena; SIC: Single Solanum melongena + Insect-proof net, TES: Square Solanum melongena + Clustered Tagetes erecta; Con S: Single Solanum melongena.

3. 결과 및 고찰

3.1. 토양환경

배식모형에 따른 토양의 특성을 분석하였다(Table 1). 실험구별 토양 온도, 토양 수분, 토양 전기 전도도는 각각 다른 경향을 보였다. 토양 온도의 경우, SIC 실험구가 5월 22.2℃, 6월 27.9℃, 7월 37.9℃로 평균 29.3℃를 기록하며 가장 높았고, SET 실험구는 5월 21.5℃, 6월 29.2℃, 7월 32.5℃로 평균 27.7℃로 가장 낮은 평균값을 나타냈다. 토양 수분은 SET 실험구에서 5월 27.8%, 6월 31.8%, 7월 33.9%로 평균 31.0%를 기록하여 가장 높은 수치를 보였으며, 반면 CONS 실험구는 5월 22.5%, 6월 35.1%, 7월 24.2%로 평균 24.0%로 가장 낮았다. 토양 전기 전도도는 SET 실험구가 5월 0.10 ds/m, 6월 0.07 ds/m, 7월 0.41 ds/m로 평균 0.19 ds/m을 기록하며 가장 높은 전기 전도도를 보인 반면, SIC 실험구는 5월 0.03 ds/m, 6월 0.01 ds/m, 7월 0.21 ds/m로 평균 0.08 ds/m으로 가장 낮은 값을 보였다. 메리골드를 공영식재할 경우, 토양 온도가 낮아지고 토양 수분 및 전기 전도도가 증가하는 경향이 관찰된다. 반면, 방충망 사용은 토양 온도를 높이고, 수분 및 전기 전도도를 감소시키는 효과가 있다. Li et al.(2020)의 연구에 따르면 메리골드를 공영식재함으로써 토양의 물리화학성이 개선된다고 하며, 이는 배식 모형에 따라 토양 조건이 달라질 수 있음을 보여준다.

Table 1.

Characteristics of soil in mixed cultivation according to the designed plant model

3.2. 가지 생육 특성

배치 모형에 따른 가지 생육 항목별 3개월간 월 성장률 분석하였으며(Fig. 2), 통계적 비교 분석하였다(Table 2). 초장은 CON S(-12.34 cm) > TES (-12.09 cm) > SIC(-7.08 cm) = SET(-6.44 cm) 순으로 감소하였다(p < 0.05). 생장지수는 SIC(+0.75 cm) = SET(+0.51 cm) > TES(-5.05 cm) > CON S(-9.01 cm) 순으로 증감하였다(p < 0.05). 엽장은 CON S (+1.36 cm) > SIC(+0.39 cm) = TES(+0.06 cm) = SET(+0.04 cm) 순으로 증가하였다(p < 0.05). 엽폭은 CON S(+1.03 cm) > SIC(+0.45 cm) = SET(+0.13 cm) = TES(+0.02 cm) 순으로 증가하였다(p < 0.05). 결실수는 SET(+1.14 ea) > SIC(+0.01 ea) > TES (-0.79 ea) > CON S(-1.31 ea) 순으로 증감하였다(p < 0.05). 또한, 시각적 평가 점수는 SIC(4.0) >　SET(3.6) > TES(3.0) = CONS(2.9) 순으로 높았다(p < 0.05). 결과적으로 메리골드를 외곽에 배치하고 가지를 보호함으로써 초장 및 생장지수가 향상되었으며, 병충해 방지 효과와 결실량도 증가하였다. 메리골드는 병충해 발생을 감소시키고 수확량을 높이는 공영식물로서의 역할을 수행한다(Ploeg 2002, Gomez-Rodriguez et al., 2003, Tibugari et al., 2012). 또한, 식물의 낮은 높이가 광환경을 개선하여 작물 생장을 촉진한다는 선행 연구(Kim et al., 2008; Hong et al., 2022)와 일치하며, 메리골드의 외곽 배치가 해충 피해 감소와 수확량 증가에 효과적임을 보여준다(Xie et al., 2016). 하지만 엽장 및 엽폭의 생장은 가지를 단일 식재한 대조구 비하여 낮은 성장을 나타냈다.

Fig. 2.

Solanum melongena growth characteristics and variation by planting model; Plant length (A), Growth index (B), Leaf length (C), Leaf width (D), Fruiting tree (E) Visual assessment (F); Con S: Single Solanum melongena, SET: Square Tagetes erecta + Clustered Solanum melongena, SIC: Single Solanum melongena + Insect-proof net, TES: Square Solanum melongena + Clustered Tagetes erecta; The analysis indicated that all measured variables showed significant changes over time (p < 0.05) and significant interactions between time and treatment groups (p < 0.05), with corrections for sphericity violations applied as necessary, ensuring the findings' statistical significance.

Table 2.

Post-hoc analysis of Solanum melongena growth characteristics dased on repeated measures ANOVA results

3.3. 가지 생리 특성

3.3.1. 상대엽록소함량

배치 모형에 따른 가지의 상대엽록소 함량을 3개월간 월 변화율을 분석하였으며(Fig. 3), 통계적 비교 분석하였다(Table 3). 변화값은 TES(+1.49 SPAD-VALE) = SIC(+1.01 SPAD-VALE) = SET(+0.83 SPAD-VALE) = CON S(+0.72 SPAD-VALE) 순으로 증가하였다(p > 0.05). 이 연구 결과는 공영식재 및 배치 모형에도 불구하고 가지의 상대엽록소 함량에 유의미한 차이가 없음을 보여준다. 이는 특정 배치나 식재 방식이 가지의 광합성 능력에 미치는 영향이 제한적일 수 있음을 시사한다(Aminifard et al., 2010; Pan et al., 2020).

Fig. 3.

Relative Chlorophyll Content of Solanum melongena by Planting Model; Con S: Single Solanum melongena, SET: Square Tagetes erecta + Clustered Solanum melongena, SIC: Single Solanum melongena + Insect-proof net, TES: Square Solanum melongena + Clustered Tagetes erecta; The analysis indicated that all measured variables showed significant changes over time (p < 0.05) and significant interactions between time and treatment groups (p < 0.05), with corrections for sphericity violations applied as necessary, ensuring the findings' statistical significance.

Table 3.

Post-hoc Analysis of Relative Chlorophyll Content in Solanum melongena Based on Repeated Measures ANOVA Results

3.3.2. 생중량 및 건중량

가지의 생체중과 건조중 측정 결과는 가지의 식재 위치가 생육에 미치는 영향을 분명히 보여준다(Fig. 4). 생체중 측정에서는 중앙부에 심은 SET 실험구의 가지가 12.7 g으로 가장 높은 값을 나타내었으며, 이는 가지가 메리골드와 함께 중앙부에 식재될 때 가장 우수한 생육을 보임을 의미한다. SIC 실험구의 가지 생체중은 9.9 g으로 두 번째로 높았고, TES 실험구는 9.4 g으로 그 다음이었다. 단일로 식재된 CON S 실험구에서의 가지 생체중은 7.3 g으로 가장 낮았다. 건조중 측정에서도 유사한 경향이 관찰되어, SET 실험구가 5 g으로 가장 높은 무게를 기록했으며, 이어서 TES가 4.8 g, SIC가 4.5 g, CON S가 3.6 g 순이었다. 선행 연구에서는 여름철 고온의 토양 온도(Rylski et al., 1976) 및 수분 결핍(Wakchaure et al., 2020)이 가지의 생육과 품질을 저하시킨다고 하였다. 이에 대한 앞선 토양 환경 분석에서는 메리골드가 토양 온도 저감과 수분 함량 증가에 영향을 미친다고 하였으며, 이는 배치 모형에 따라 달라질 수 있다고 하였다. 이러한 결과가 가지의 생육에 영향을 미친 것으로 사료된다.

Fig. 4.

Comparison of fresh weight and dry of Solanum melongena according to planting patterns.

4. 결 론

본 연구에서는 친환경 옥상 도시농업 활성화를 위한 다양한 배식모형에 따른 가지와 메리골드의 공영식재 효과를 분석하였다. 실험 결과는 배식 모형이 가지의 생육 및 생리 특성에 유의미한 영향을 미치며, 특히 메리골드와 함께 중앙에 식재된 SET 실험구에서 가장 우수한 생육 결과를 나타냈다. 이는 메리골드가 해충 방지 및 토양 온도와 수분 함량 조절에 긍정적인 역할을 함으로써, 가지의 생육 조건을 효과적으로 개선하는 것으로 나타났다. 또한, 실험을 통해 메리골드가 토양의 물리화학적 조건을 개선하며, 이는 가지의 생육에 유리한 환경을 제공하는 것으로 확인되었다. 메리골드의 공영식재는 토양 온도를 낮추고, 수분함량 및 전기 전도도를 증가시키는 등의 효과가 있어, 병해충 관리뿐만 아니라 토양 환경 개선에도 중요한 역할을 한다는 점을 확인하였다. 이러한 결과는 옥상농업의 다양한 식물 간 공영식재의 활용 가능성을 시사한다. 특히, 도시 옥상과 같이 제한된 공간에서의 농업 활동에 있어서 공영식물을 활용한 친환경 재배 방법이 농작물의 생육뿐만 아니라 환경적 지속 가능성에 기여할 수 있다. 본 연구는 옥상 도시농업의 가능성을 확장하며, 친환경 도시 농업을 촉진하는 데 중요한 기초 자료를 제공할 것이다. 더 나아가, 향후 연구에서는 다양한 종류의 공영식물과 그 배식모형에 따른 심층적인 분석이 이루어져야 할 필요가 있다.

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