친환경 유기질 비료 시용이 참당귀의 생육과 수량에 미치는 영향

1. 유기질비료의 양분가용화 속도 분석

본시험은 국립원예특작과학원 약용작물과 시험포장에서 유 기질비료를 이용하여 당귀 재배시 유기질비료의 부숙 및 양분 가용화 속도를 분석하기 위하여 석회처리비료, 균배양체를 공 시하여 시험을 수행하였다. 유기질비료의 질소함량은 균배양 체가 3.1%로 석회처리비료의 1.8% 보다 많이 함유되었고, 인 산, 칼리, 칼슘, 마그네슘 함량도 석회처리비료 보다 더 많이 함유되었다 (Table 1). 유기질비료의 처리 시기는 당귀를 정식 하기 2주 전인 4월 상순에 처리를 하였고, 석회처리 비료와 균배양체를 처리별로 각각 20 g 씩 망사자루에 담아 토양 10cm 깊이로 처리하였다. 망사자루는 300目/mesh를 가로 10cm, 세로 20cm 크기로 만들어서 이용하였다. 토양에 처리 후 10일 간격으로 각 처리별 5회, 20일 간격으로 3회 채취하 여 유기물의 부숙화 및 분해율을 조사하였다.

2. 친환경 유기질 비료 시용

유기질비료 시용이 당귀의 생육과 수량에 미치는 영향을 알 아보기 위하여 시험 1과 같이 석회처리비료와 균배양체를 이 용하여 시험을 수행하였다. 유기질비료 처리 시기는 당귀를 정 식하기 2 주전에 시용하였으며, 처리내용은 무비구, 관행구, 석 회처리비료, 균배양체를 각각 N1.0배 (적량), N1.5배, N2.0배 를 처리하였다. 유기질비료구의 N1.0, N1.5, N2.0은 유기질비 료의 질소함량을 환산하여 당귀의 질소 적정 시비량의 1.0, 1.5, 2.0배로 처리하였다. 당귀의 묘는 노지에 4월 하순에 파 종하여 1년 동안 육묘한 묘를 3월 하순에 채취하여 근의 굵기 가 0.7 ~ 0.9cm 되는 묘를 4월 상순에 본밭에 정식하였다. 재 식밀도는 90cm 이랑에 50 × 25cm로 정식하였으며 고랑은 60cm로 하였다. 기타 재배법은 농촌진흥청 당귀 표준재배법 에 준하였다. 조사내용은 초장, 엽수, 경경, 생체중, 건물중 등 지상부 생육특성을 조사하고 근장, 근경, 근중 등 지하부 생육 특성과 수량을 조사하였다. 통계분석은 SPSS 10.0 program을 이용하여 기본적 통계처리와 처리간유의성 분석은 Duncan’s Multiple Range Test (DMRT) (p < 0.05) 로 실시하였다.

3. 당귀의 주요 성분 분석

유기질비료시용이 당귀의 주요 약효성분 함량 변이에 미치 는 영향을 알아보기 위하여 시험 2에서 처리한 석회처리비료 와 균배양체로 재배하여 수확한 시료를 이용하여 시험을 수행 하였다. 당귀 뿌리의 주요 약효성분인 decursin과 decursinol angelate를 분석하기 위하여 각 처리별 3반복으로 수확한 뿌리 를 이용하여 열풍건조 후 주근과 세근으로 나누어 HPLC 분 석을 위한 전처리를 하였다. 전처리 과정은 건조한 주근과 세 근을 분쇄하여 20mg씩 튜브에 평량하여 담고, 1㎖ 80% MeOH을 첨가한 후 뚜껑을 닫고 ultrasonic bath (Power sonic) 넣은 후 20분 동안 초음파 추출을 하였고, 추출한 후 원심분리 (4000 rpm, 10분)하였고, 잔사에 다시 1㎖ 80% MeOH을 첨가한 후 초음파 추출 후 원심분리로 얻은 추출물 을 합쳐서 0.45µm membrane filter로 여과하였다. Decursin 및 decrusinol angelate를 정량하기 위해 사용한 분석기기는 HPLC (HP1100, Agilent Technologies, U.S.A.)를 사용하였으 며, 실험에 이용된 시약은 HPLC Grade 용매를 사용하였다. HPLC의 시스템은 G1379A Degasser 분리모듈을 사용하였고, pump는 G1311A QuatPump, 검출기 (detector)는 G1314A VWD, column은 Zorbax SB-C₁₈를 사용하였다. HPLC의 이 동상은 acetonitrile (solvent B)과 H₂O (solvent C)를 사용하 였으며, solvent B의 비율은 60 ~ 85% (0 ~ 20분), 85 ~ 100% (20 ~ 25분), 100% (25 ~ 29분), 100 ~ 60% (29 ~ 30분) 및 60% (30 ~ 35분)로 순차적으로 조절하였다. 시료주입은 주입기 에 20µl씩 주입하였으며, 검출 (detection)은 280㎚ 파장에서 하였고, 유속은 분당 0.8㎖로 하였다. Column 온도는 35℃에 서 하였고, 잔류 시간에 따라 나타나는 HPLC 상의 peak를 조사하여 정량하였다. 표준물질에 대한 정량선 작성을 위하여 표준용액은 decrusin과 decursinol angelate 모두 2.5mg과 0.5mg을 정량하여 10㎖의 100% MeOH에 녹여 조제하여 각 각 250, 187.5, 125, 62.5, 50, 37.5, 25, 및 12.5 ppm의 농 도가 되도록 희석하여 조제하였다. 표준 검량선은 각 성분의 희석 조제액 20µl씩 HPLC에 주입하여 얻어진 chromatogram 상의 peak height를 기준으로 작성하였다. 통계분석은 SAS program을 이용하여 decursin과 decursinol angelate 함량의 처리간 유의성 분석은 Duncan’s Multiple Range Test (DMRT) (p < 0.05) 로 실시하였다.

1. 당귀 재배시 유기질비료의 부숙화

유기질비료별 토양처리 후 일수에 따른 유기질비료의 건물 중의 변화는 Fig. 1에서 보는 바와 같이 석회처리비료는 20 g 을 토양에 처리 후 10일 경과 후에 18.85 g으로 감소되었 고, 20일에는 17.68 g, 30일에는 16.56 g, 50일 경과 후에는 15.82 g, 110일 경과 후에는 15.01 g으로 감소되어 완만한 변 화를 보였다. 반면, 균배양체는 처리 후 10일 경과했을 때 17.79 g으로 감소되었고, 20일 경과 후에는 14.23 g으로 감소 되었으며, 50일 경과 후에는 12.24 g으로 감소되었으며, 처리 후 110일 경에는 11.14 g으로 감소되어 석회처리비료보다 균 배양체에서 더 많이 감소되었다.

유기질 비료의 부숙화율 변화도 마찬가지로 균배양체는 처 리 후 10일 경에 11.1%에서 20일 경과 후 28.9%로 초기에 빠른 부숙화율을 보이다가 처리 20일 이후부터 완만한 부숙화 속도를 보였으며 처리 후 110일 경과 후에는 부숙화율이 44.3%였다. 석회처리비료는 처리 후 10일 경과 후 5.8%에서 20일경 11.6%로 초기부터 완만한 부숙화 속도를 보였으며 처 리 후 50일 경과 후에는 20.9%였고 처리 후 110일 경과 후 에는 부숙화율이 25.0%였다.

Kim 등 (2010)은 시용 후 10일 경과시 헤어리베치는 논토 양에서 41.5%, 밭 토양에서 52.0%의 부숙화율을 보였고, 녹비 보리는 논토양에서 35.1%, 밭 토양에서 38.2%의 부숙화를 보 였으며, 보리와 헤어리베치 혼합물은 논토양에서 39.2%, 밭 토 양에서 40.3%의 부숙화율을 보여 헤어리베치와 헤어리베치 혼 합물은 습토와 건토 모든 토양조건에서 부숙화가 빠르게 진행 됨을 알 수 있었다고 하였다.

2. 유기질 비료 이용 당귀 재배시 생육 및 수량 특성

당귀 재배에서 친환경 유기질비료를 밑거름으로 시용한 결 과 당귀의 지상부 생육은 Table 2에서 보는바와 같다. 초장은 무시비구에서 45.0cm로 가장 적었고 관행시비구는 52.0cm 였 다. 석회처리비료구는 N1.0 수준에서 50.3cm, N1.5배 수준에 서 50.8cm, N2.0배에서 51.7cm로 길어지는 경향이었으나 관 행시비구 보다는 작았다. 균배양체 처리구는 N1.0 수준에서 53.5cm, N1.5배 수준에서 52.9cm, N2.0배에서 53.7cm로 관 행 시비구와 큰 차이가 없었으며 통계처리 결과도 각 처리간 유의성이 없었다. 엽수는 무시비구와 관행구에서 3.1로 같았고 석회처리 비료구는 N1.0 수준에서 2.8개, N1.5배 수준에서 3.3개, N2.0배에서 3.6개로 나타났다. 균배양체 처리구는 N1.0 수준에서 3.0개, N1.5배 수준에서 3.2개, N2.0배에서 3.8개로 통계처리 결과 각 처리 간에는 유의성이 없었다. 지상부의 생 체중은 무시비구에서 66.9 g으로 가장 적었고 관행 시비구는 82.9 g이었다. 석회처리 비료구는 N1.0 수준에서 74.9 g, N1.5 배 수준에서 86.1 g, N2.0배에서 116.4 g으로 증가되는 경향이 었으나 관행시비구와는 큰 차이가 없었다. 균배양체 처리구는 N1.0 수준에서 88.3 g, N1.5배 수준에서 102.0 g, N2.0배에서 115.7 g으로 N시용량이 증가할수록 증가되는 경향으로 석회처 리비료구, 균배양체 처리구 모두 N 2.0배에서 가장 많았으며 각처리간 통계적인 유의성이 인정되었다. 지상부의 건물중도 생체중과 마찬가지로 무시비구에서 11.7 g으로 가장 적었고 관 행 시비구는 13.8 g이었다. 석회처리비료구는 N1.0 수준에서 10.2 g, N1.5배 수준에서 11.3 g, N2.0배에서 16.8 g으로 질소 수준이 증가될수록 건물중도 증가되는 경향이었다. 균배양 체 처리구는 N1.0 수준에서 12.3 g, N1.5배 수준에서 16.8 g, N2.0배에서 17.6 g으로 N시용량이 증가할수록 증가되는 경향 으로 석회처리 비료구, 균배양체 처리구 모두 N2.0배에서 가 장 많았으며 각처리간 통계적인 유의성이 인정되어 생체중과 같은 경향이었다.

Kim 등 (2010)은 황금 재배시 혼합 유기질 퇴비를 처리한 결과 경장, 주당 분지수 및 생경엽중 등 지상부 생장량이 증 가되었다고 하였고, 지황, 야콘에서도 생육이 촉진 된다고 하 였다.

당귀의 지하부 생육은 Table 3에서 보는바와 같이 근장은 무시비구에서 34.1cm로 관행시비구의 35.6cm와 비슷하였다. 석회처리 비료구는 N1.0 수준에서 46.9cm, N1.5배 수준에서 31.5cm, N2.0배에서 33.6cm로 관행시비구와 큰 차이 없었다. 유기질비료2 처리구는 N1.0 수준에서 34.7cm, N1.5배 수준에 서 33.6cm, N2.0배에서 37.0cm로 관행 시비구와 큰 차이가 없었으며 통계처리 결과도 각 처리간 유의성이 없었다. 근경 은 무시비구에서 30.3mm로 관행시비구의 43.0mm와 통계적인 유의성이 없었다. 석회처리 비료구는 N1.0 수준에서 33.2mm, N1.5배 수준에서 33.8mm, N2.0배에서 34.2mm로 관행시비구 와 큰 차이 없었다. 균배양체 처리구는 N1.0 수준에서 34.1mm, N1.5배 수준에서 33.9mm, N2.0배에서 35.5mm로 관행 시비구 와 큰 차이가 없었으며 통계처리 결과도 각 처리간 유의성이 없었다. 지하부의 생근중은 관행시비구에서는 181.3 g으로 무 시비구의 149.0 g보다 많았으며 통계적인 유의성이 있었다. 석 회처리비료구는 N1.0 수준에서 173.0 g, N1.5배 수준에서 180.7 g, N2.0배에서 183.4 g로 관행시비구와 큰 차이 없었고 무시비구보다는 많았다. 균배양체 처리구는 N1.0 수준에서 177.8 g, N1.5배 수준에서 186.7 g, N2.0배에서 190.1 g로 관 행 시비구와 큰 차이가 없었으나, 무시비구와는 통계적인 유 의성이 있었다. 지하부의 건근중은 관행 시비구에서는 54.0 g 으로 무시비구의 43.3 g보다 많았으며 통계적인 유의성이 있 었다. 석회처리비료구는 N1.0 수준에서 50.9 g으로 무시비구보 다는 많았으나 관행구보다는 적게 나타났고 통계적인 유의성 이 있었다. N1.5배 수준에서 53.0 g, N2.0배에서 53.7 g로 관 행시비구와 큰 차이 없었고 무시비구보다는 많았다. 균배양체 처리구는 N1.0 수준에서 51.9 g, N1.5배 수준에서 54.7 g, N2.0배에서 55.5 g로 균배양체 처리구의 N 처리 수준과 무시 비구와는 통계적인 유의성이 있었다.

근 수량은 관행 시비구에서는 277.6kg으로 가장 많았고 무 시비구에서 224.2kg으로 가장 적어 통계적인 유의성이 있었 다. 석회처리 비료구는 N1.0 수준에서 260.3kg으로 무시비구 보다는 많았으나 관행구보다는 적게 나타났고 통계적인 유의 성이 있었다. N1.5배 수준에서 270.2kg, N2.0배에서 272.0kg로 관행시비구와 큰 차이 없었고 무시비구보다는 많 았다. 균배양체 처리구는 N1.0 수준에서 269.6kg, N1.5배 수 준에서 277.7kg, N2.0배에서 280.5kg로 관행구와는 차이가 없었으나 무시비구와는 통계적인 유의성이 있었다. 석회처리 비료구와 균배양체 처리구의 1.5배와 2.0배에서는 관행 277.6kg/10a과 통계적으로 차이가 없는 것으로 나타났다.

Choi 등 (1989)과 Kim 등 (1993, 1997)은 지황과 토천궁, 시호 재배에서 계분과 퇴비를 시용할 경우 수량이 증수된다고 보고하였고, Chung 등 (1993)과 Choi 등 (1991)은 작약과 목 단 재배에서 유기질 퇴비를 시용할 경우 수량이 11%, 50% 증수되었다고 하였다. Kim 등 (1998)은 우슬 재배에서 혼합유 박, 발효볏짚퇴비 등을 시용하여 각각 20%, 26% 증수되었으 며, Lee 등 (2007)은 맥문동 재배에서 두엄, 유박, 계분, 초목 회 등을 복합적으로 시용하여 수량이 증수되었다고 보고하였다.

이상의 결과에서 유기질 비료를 이용하여 당귀를 재배할 경 우 유기질 비료 시용량을 조절해서 재배를 하면 화학비료를 처리하여 재배하는 것과 같거나 비슷한 수량을 수확할 수 있 을 것으로 판단된다.

3. 유기질 비료 시용에 따른 decursin 성분 함량 변이

유기질 비료를 이용하여 재배한 당귀의 뿌리에 함유되어 있 는 decursin과 decursinol angelate 성분을 분석한 결과 Fig. 2와 같이 나타났다. Decursin 함량은 당귀의 주근에서 석회처 리비료구의 1.0배처리구 (적량)에서 5.39%와 균배양체 처리구 의 1.5배 처리구에서 5.16%로 가장 많았고, 균배양체 처리구 의 2.0배 처리구에서 4.82%였고, 무시비구의 3.72%와 석회처 리비료구의 1.5배처리구에서 3.55%, 2.0배 처리구에서 3.63% 로 차이가 없었으나, 관행 시비구의 3.0%와 균배양체 처리구 의 1,0배 처리구 (적량)에서 2.89%로 가장 적어 통계적인 유 의성이 있었다. 당귀의 세근에서는 석회처리 비료구의 2.0배 처리구에서 6.66%를 함유하여 균배양체 처리구의 1.0, 1.5, 2.0배 처리구의 6.22%, 5.82%, 5.66%로 같은 경향이었고 무 시비구의 6.12%와도 차이가 없었으나, 석회처리 비료구의 1.5 처리구에서 8.57%으로 가장 많았고, 1.0배 처리구 (적량)에서 6.90%, 관행시비구에서 6.82%를 함유하였으며 통계적인 유의 성이 인정되었다. 당귀의 세근에서 평균 6.60%를 함유하여 주 근의 평균 함량 4.02%보다는 2% 이상 많게 나타났다.

Decrusinol angelate 함량은 당귀의 주근에서 균배양체 처리 구의 2.0배 처리구에서 2.71%로 가장 높았고 석회처리비료구 의 1.0 (적량) 처리구에서 2.20%, 1.5배 처리구에서 1.60%, 균배양체 처리구의 1.5배 처리구에서 2.07%로 무시비구의 1.87%와 차이가 없었나, 관행시비구는 1.37%, 석회처리 비료 구의 2.0배 처리구 1.49%, 균배양체 1.0배 (적량)처리구의 1.15%와 같이 가장 적게 함유되었고 통계적인 유의성이 있 었다. 당귀의 세근에서는 decursinol angelate 함량이 석회처리 비료구의 1.5배 처리구에서 4.42%로 가장 많이 함유되었고, 석회처리비료구의 1.0배 (적량) 처리구에서 3.67%로 관행시비 구의 3.42%와 차이가 없었으나 다른 처리구와는 통계적인 유 의성이 있었다. 무시비구는 2.95%를 함유하여 석회처리비료구 의 2.0배 처리구의 2.95%와 같았고 균배양체 1.0, 1.5, 2.0배 처리구에서 각각 3.26%, 2.82%, 3.05%로 같은 경향이었다. decursin과 마찬가지로 decursinol angelate 함량도 당귀의 세 근에서 평균 3.32%를 함유하여 주근의 평균 함량 1.81%보다 는 1.5% 이상 많게 나타났다.

Choi 등 (1989)과 Kim 등 (1998)도 유기물과 자연 광석, 미생물 등 천연 자재를 사용하여 약초의 약리 성분이 높아진 다고 하였다. Kim 등 (2010)은 혼합유기질비료 및 계분 시용 시 강화약쑥의 Eupatilin 함량에 있어 계분 시용이 좋았다고 하였으며, Kim 등 (1998)도 계분톱밥 시비에서 시호 뿌리의 정유 함량이 높았다고 하였다. 또한, Lee 등 (1998)은 유기물 종류에 따른 더덕 뿌리의 정유함량 및 향기성분인 1-hexanol 등의 함량이 침엽수/이끼 시비에서 좋다고 하였다.

이상의 결과에서 당귀의 성분함량은 무비구, 관행, 석회처리 비료구에서는 성분함량이 높았으나 균배양체 처리구에서는 큰 차이가 없었으며 처리 간 비교에 있어서 무비구와 관행구에 비해 유기물 처리구가 성분함량이 높았으며 주근보다는 세근 에서 많았다. 따라서 당귀는 유기질비료를 이용하여 재배할 경 우 decursin 함량이 높은 고품질 당귀를 생산할 수 있다고 생 각된다.