녹비작물 재배가 토양화학성 및 인삼뿌리썩음병 발생에 미치는 영향

1. 시험 토양

본 실험은 국립원예특작과학원 인삼특작부의 시험포장 (충 북 음성 소재)에서 2015년 3월부터 2016년 11월까지 수행되 었다. 시험토양은 사양토 (사촌통)인 논재배 포장의 연작지 토 양을 이용하였는데, 2014년 10월 하순경 6년근 인삼을 수확한 포장이었으며, 이때 뿌리썩음병 발생율은 38.6%이었다.

2014년 11월 상순경 토양시료를 원형 플라스틱 포트 (직경 30㎝, 높이 40㎝)에 옮겨 담았다. 녹비작물을 파종하기 전에 인삼전용 유기질퇴비 (Samhyup Nongsan Co., Ltd., Goesan, Korea)를 포트당 1ℓ씩 섞어주어 녹비작물이 잘 자랄 수 있 도록 양분을 공급해 주었다. 시험토양의 이화학성은 pH 5.45, EC 1.77 dS/m, OM 15.6 g/㎏, NO3 137.6㎎/g, P2O5 183㎎/ g, K 0.38 c㏖⁺/㎏, Ca 4.47 c㏖⁺/㎏, Mg 1.38 c㏖⁺/㎏이었다.

2. 녹비작물 종류

인삼 연작토양을 담은 포트에 녹비작물을 2015년 4월 중순 에 파종하여 각 작물별 개화최성기까지 재배하였다. 녹비작물 은 수단그라스 (Sorghum sudanense Staff), 겉보리 (Hordeum vulgare L.), 호밀 (Secale cereale subsp. cereals), 이탈리안 라이그라스 (Lolium multiflorum Lam.), 무 (Raphanus sativus L.), 쑥갓 (Chrysanthemum coronarium L.), 해바라기 (Helianthus annuus L.), 아주까리 (Ricinus communis sp. L.), 네마장황 (Crotalaria juncea L.), 상추-1 (Lactuca sativa cv. Cheongchukmyon), 상추-2 (Lactuca sativa cv. Jeokchima), 상추-3 (Lactuca sativa cv. Jeokchukmyon), 상 추-4 (Lactuca sativa cv. Cheongchima), 결명자 (Cassia tora L.), 뚱딴지 (Helianthus tuberosus L.), 쑥국화 (Tanacetum vulgare L.), 청치커리 (Cichorium intybus L. var. sativus), 적치커리 (Cichorium intybus L. var. foliosum cv. Rosaitaliana), 국화 (Chrysanthemum morifolium Ram.), 작약 (Paeonia lactiflora Pall.), 강황 (Curcuma longa L.), 백 출 (Atractylodes macrocephala Koidzumi), 야콘 (Smallanthus sonchifolius H. Robinson) 등 총 23종이었다. 수단그라스, 겉 보리, 호밀, 이탈리안 라이그라스, 네마장황, 쑥갓, 결명자, 치 커리 등은 산파하였고 무, 해바라기, 아주까리 상추, 뚱딴지, 쑥국화, 국화, 작약, 강황, 백출, 야콘 등은 점파한 다음 포트 당 5주씩 재배하였는데, 작약, 강황, 백출, 야콘, 국화 등은 종 근을 정식하였다.

3. 녹비작물 생육특성 조사

개화기는 40% 이상 개화했을 때를 기준으로 조사하였고 지 상부 생체중은 개화기 때 지상부를 예취하여 조사하였으며, 지 상부 건조중은 식물체 수분함량을 측정한 다음 생체중에서 건 조중을 환산하여 조사하였다. 백출, 야콘, 강황, 작약 등은 뿌 리를 굴취하여 지하부 생체중과 건물중을 조사하였다. 무는 지 하부가 지상으로 노출되어 식물체 전체를 대상으로 생체중과 건물중을 조사하였다.

4. 녹비작물 토양혼화

각각의 녹비작물 개화기에 식물체를 예취하여 3㎝ 이하로 잘게 자른 다음 예취한 포트에 넣어 주어 토양 전체에 골고루 섞이도록 하였다. 적당량의 물을 관주한 다음 흑색 2중직 차 광망으로 피복하여 토양이 건조되지 않도록 하였으며, 이듬해 3월 하순까지 보존하였다. 예외적으로 작약은 다른 작물보다 개화기가 빨라 다른 구근작물과 비슷하게 9월 중순경에 식물 체를 토양에 환원시켜주었다.

5. 토양이화학성 분석

녹비작물을 토양에 환원하기 전과 후에 각각 토양시료를 채 취하여 녹비작물 환원전후의 변화양상을 분석하였다. 녹비작 물 환원전에는 각각 녹비작물들의 개화기에 토양시료를 채취 하였고, 녹비작물 환원후에는 묘삼 이식전인 2016년 3월 하순 에 토양시료를 채취하였다. 토양시료를 풍건하여 분쇄 후 20 mesh (2㎜)체를 통과한 다음 유발에 미세하게 갈아 분석용으 로 사용했다. 토양화학성분 중 pH, EC, 유기물, 유효인산 및 치환성 양이온인 K, Ca, Mg은 농촌진흥청 토양화학분석법 (NIAST, 2000)에 준하였다. 시료 10 g을 100㎖ 삼각플라스 크에 평량하고 침출액 (0.1 N HCl) 50㎖ 첨가 후 항온 수 조 30℃에서 1시간 진탕 후 Toyo No. 5B (Tokyo Rikakikai Co., Ltd., Tokyo, Japan)로 여과하여 ICP-OES (Intergra XMP, GBC Scientific Equipment, Braeside, Australia)로 치 환성 양이온을 측정했다.

6. 인삼 생육특성 및 뿌리썩음병 발생량 조사

2016년 4월 상순에 2년생 묘삼을 포트에 이식하여 인삼의 생육 및 뿌리썩음병 발생율을 분석하였다. 개체중 0.77 g의 묘 삼을 포트당 20주 이식하였다. 처리당 20포트를 재배하였으며, 5포트씩 총 4반복으로 조사하여 통계분석하였다.

2년생 인삼의 지상부 생육은 7월 하순경 초장, 경장, 엽장, 엽폭 등을 조사하였으며, 지하부 생육 및 뿌리썩음병 발생율 은 10월 하순에 전체 수확하여 조사하였다. 이병주율은 뿌리 썩음병에 이병된 개체의 비율로 나타내었고, 무병주율은 뿌리 썩음병 발생이 전혀 없는 개체의 비율을 말하며, 무병주율/재 식주수 × 100으로 계산하였다. 뿌리썩음병 발생정도는 0 (무발 생), 1 (발병초기, 작은 반점 형성), 2 (뿌리전체에서 부패 증 상 50% 이하), 3 (뿌리전체에서 부패 증상 70% 이하), 4 (완 전 부패)로 구분하여 아래와 같은 방법으로 조사하였다. 즉, 뿌리썩음병 발병지수 구하는 공식은 (X0×0) + (X1×1)+(X2× 2) + (X3 × 3) + (X4 × 4) / (X0 +X1 +X2 +X3 + X4)이고, X0: 무 병징, X1: 병반 면적 10% 이하, X2: 병반 면적 50% 이하 X3: 병반 면적 70% 이하, X4: 완전부패로 구분하였다.

7. 통계처리

통계프로그램 (SAS 9.2 version, SAS Institute Inc., Cary, NC, USA)을 이용하여 5% 유의수준에서 최소유의차검정 (least significant difference test, LSD)으로 처리간 유의차를 검정하였고 단순상관분석을 하였다. 지하부 생존율과 이병주 율은 arcsin 값으로 변환한 다음 분산분석하고 원래의 평균값 에 대하여 처리간 유의차 검정을 하였다.

1. 녹비작물의 생육특성 및 건물 생산량

Table 1에서와 같이 비가림 하우스 시설에서 인삼 연작지 토양을 포트에 담은 다음 녹비작물을 재배하여 생육특성과 건 물 생산량을 조사하였다. 녹비작물 재배후 지상부 식물체를 토 양에 환원하여 녹비효과 (토양이화학성 및 미생물상 개선, 발 효열에 의한 지온상승)를 높이기 위해서는 건물생산량이 많은 녹비작물의 선택이 필요하다 (Oh et al., 2012;Yang et al., 2009). 개화기에 조사한 생체중은 수단그라스, 무, 해바라기, 상추 (적치마), 뚱딴지 등이 많았으며, 건물중은 수단그라스, 해바라기, 뚱딴지 등이 많았다. 무는 생체중이 많으나 수분함 량이 높아 건물중은 낮았다. 수단그라스와 해바라기는 개화기 가 빨라 7월 중순까지는 개화하였고 이 때 지상부 생체중이 최고에 도달하므로 여름철 식물체를 토양에 환원시켜 태양열 소독을 할 경우에 유리할 것으로 보이는데 (Lee et al., 2016a), 뚱딴지는 건물생산량이 많아 과잉양분 흡착, 유기물 공급 등 토양개량에는 효과가 높을 것으로 보이나 생체중이 최고에 도달하는 개화기가 9월 상순으로 늦어 여름철 태양열 소독에 적용하기에는 다소 불리할 것으로 보인다.

Table 1

Growth characteristics and biomass of green manure crops cultivated in field harvested 6-year-old ginseng.

2. 녹비작물 환원전의 토양이화학성 변화

Table 2에서와 같이 인삼 연작지에서 재배한 녹비작물을 토 양에 넣어주기 전 토양화학성의 변화정도를 조사한 결과는 다 음과 같다. 인삼은 양분과다에 의해 염류장해 발생이 많으므 로 예정지관리 때 토양에 축적된 과잉의 양분을 제거해주는 것이 좋다 (Hyun et al., 2009;Kim et al., 2015). 녹비작물 재배후 식물체를 수확하고 토양에 환원해주지 않으면 탈비에 효과적이므로 (Lee et al., 2016a) 식물체 환원전의 토양화학 성 변화를 분석하여 탈비에 효과적인 작물의 선발이 필요하다. 토양산도는 녹비작물의 종류에 따라 증감되어 평균 4% 증가 율을 보였는데, 야콘과 수단그라스의 증가율이 각각 14%, 12%로 가장 컸으며, 기타 녹비작물은 약간 증감되거나 큰 변 화가 없었다.

Table 2

Changes of soil chemical properties by the cultivation of green manure crops before incorporating the plants into soil in field harvested 6-year-old ginseng.

염류농도는 모든 녹비작물에서 큰 폭으로 감소되어 평균 79%의 감소율을 보였는데, 강황의 감소율이 88%로 가장 크 게 감소되었다. 유기물 함량을 보면 평균 10%의 감소율을 보 였는데, 수단그라스, 겉보리, 뚱딴지, 강황 등은 4 - 8%로 약간 증가되었으나 대다수 작물은 감소되었다. 질산태 질소는 모든 녹비작물에서 큰 폭으로 감소되어 평균 95%의 감소율을 보였 으며, 모든 무기양분 중 감소폭이 가장 컸다. 유효인산은 강황 을 제외하고 모든 녹비작물에서 감소되어 평균 23%의 감소율 을 보였는데, 쑥국화의 감소율이 50%로 가장 컸다.

칼륨은 모든 녹비작물에서 크게 감소되어 평균 65%의 감소 율을 보였는데, 해바라기의 감소폭이 89%로 가장 컸다. 칼륨 은 양이온 중에서 가장 큰 감소폭을 보였다. 칼슘은 모든 녹 비작물에서 감소되어 평균 27%의 감소율을 보였는데, 적축면 상추의 감소율이 39%로 가장 컸다. 마그네슘은 모든 녹비작 물에서 감소되어 평균 29%의 감소율을 보였는데, 청축면 상 추의 감소율이 40%로 가장 컸다. 나트륨은 녹비작물 종류에 따라 증감되었는데, 백출, 아주까리의 증가율이 각각 63%, 47%로 가장 높았으며, 적치커리의 감소율이 53%로 가장 높 았다.

이와 같이 녹비작물을 재배하고 식물체를 토양에 환원해주 지 않으면 질산태 질소 >염류농도 >칼륨 >마그네슘 >칼 슘 >인산 >유기물 >나트륨 함량 순으로 감소되었는데, Lee 등 (2016b)도 들깨 재배에 의해 질산태 질소, 염류농도, 칼륨 순으로 가장 크게 감소되었다고 하였다. 양분이 과잉 축적된 포장에서는 식물체를 환원해주지 않는 방법이 생리장해 발생 억제에 효과가 있을 것으로 생각된다.

3. 녹비작물 환원후의 토양이화학성 변화

Table 3에서와 같이 인삼 연작지에 녹비작물을 재배한 다음 개화성기에 식물체를 예취하여 토양에 넣어주고 묘삼 정식전 인 이듬해 3월 하순경 토양화학성의 변화정도를 분석한 결과 는 다음과 같다. 대조구 (무처리) 토양은 녹비작물 재배구와 비 슷한 토양환경을 조성하고 토양수분을 유지하기 위해 월 2회 각각 3ℓ씩 관수하여 주었다.

Table 3

Changes of soil chemical properties by the cultivation of green manure crops after incorporating the plants into soil in field harvested 6-year-old ginseng.

토양산도는 녹비작물에 따라 약간의 증감이 있었으나 큰 변 화는 없었다. 염류농도는 녹비작물에 따라 뚜렷한 변화를 보 였으며, 평균 9%의 증가율을 보였는데, 무, 쑥국화, 네마장황 은 각각 144%, 83%, 68% 증가되어 가장 큰 증가율을 보였 으며, 백출, 강황, 야콘은 각각 55%, 52%, 45% 감소되어 가 장 큰 감소율을 보였다. 인삼은 염류에 약한 작물이므로 (Kim et al., 2015) 예정지 토양의 염류제거를 위해서는 이와 같은 구근류 작물의 도입이 필요할 것으로 생각된다.

유기물 함량은 거의 대부분 감소되어 평균 11%의 감소율을 보였다. 야콘과 수단그라스의 증가율은 각각 17%, 8%로 가장 큰 증가율을 보였는데, 나머지 대부분은 변화가 없거나 감소 하였다. Oh (1978)에 의하면 밭토양에 1톤의 볏짚을 시용했을 때 3년까지 유기물 함량의 변화는 없고 4년차부터 서서히 증 가되어 유기물의 생성에는 오랜 시간이 걸린다고 하였다.

질산태 질소는 일부 작물을 제외하고 대부분 감소되어 평균 25%의 감소율을 보였다. 무, 네마장황, 쑥국화는 각각 153%, 60%, 46% 증가되어 가장 큰 증가율을 보였으며, 강황, 백출, 뚱딴지는 각각 92%, 90%, 89% 감소되어 가장 큰 감소율을 보였다.

유효인산은 모든 녹비작물에서 감소되었으며, 평균 41% 감 소율을 보였는데, 녹비작물의 종류에 따라 감소율의 변이가 크 지 않았다.

칼륨은 녹비작물에 따라 증감되었는데, 무, 상추 (청치마), 뚱딴지, 적치커리는 각각 140%, 45%, 33%, 33% 증가되어 가장 큰 증가율을 보였으며, 백출과 강황은 각각 38%, 24% 감소되어 가장 큰 감소율을 보였다.

칼슘은 거의 대부분 약간씩 감소되었으며, 평균 10%의 감 소율을 보였다. 마그네슘은 무, 뚱딴지, 야콘에서 증가되고 나 머지 작물은 변화가 적거나 약간 감소되는 특징을 보였다. 나 트륨은 모든 녹비작물에서 크게 증가되었는데 (평균 110% 증 가), 토양무기성분 중 가장 큰 증가율을 보였다.

이와 같이 다양한 작물을 녹비로 이용하여 토양에 환원하면 유효인산과 질산태 질소의 감소가 상대적으로 커 인산과 질산 태 질소의 과잉에 의해 생기는 생리장해 억제에 유리할 수 있 으나 (Hyun et al., 2009) 유기물 함량이 오히려 감소하고 나 트륨 농도가 크게 증가하여 인삼생육에 불리할 수 있다 (Kim et al., 2015). 인삼재배에 적합한 유기물 함량은 2 - 3% 수준 으로 토양수분 유지와 근수량 증가에 중요한 역할을 하는데 (Park et al., 1982), 대부분의 농가에서는 유기물이 부족한 실 정이므로 화본과 작물의 재배와 볏짚 시용 등과 같은 추가적 인 조치가 필요하다. 나트륨 허용범위는 0.15 - 0.20 c㏖⁺/㎏로 그 이상에서는 염류장해 발생이 우려되는데 (Kim et al., 2015), 가축분 과다 시용 등으로 나트륨 농도가 높은 포장에 서는 녹비작물 선정과 재배에 주의할 필요가 있다.

4. 녹비작물 환원후 인삼 생육 및 뿌리썩음병 발생특성

Table 4에서와 같이 인삼 연작지에서 녹비작물을 토양에 환 원한 다음 묘삼을 정식하여 7월 하순경 지상부 생육특성을 비 교한 결과는 다음과 같다. 초장은 이탈리안라이그라스, 아주까 리, 호밀, 상추 (청치마) 등이 양호하였으며, 경장은 강황, 뚱 딴지, 이탈리안라이그라스, 호밀 등이 양호하였다. 엽장은 이 탈리안라이그라스, 아주까리, 호밀 등이 양호하였고 엽폭은 수 단그라스, 이탈리안라이그라스, 호밀 등이 양호하였다. 이와 같 이 전반적으로 지상부 생육은 이탈리안라이그라스, 아주까리, 호밀 등이 양호한 특성을 보였다. 입모율은 아주까리, 결명자, 국화, 강황, 호밀, 해바라기 등이 양호하였다.

Table 4

Growth characteristics of aerial pa rt of 2-year-old ginseng by incorporating of green manure crops into soil in field harvested 6-year-old ginseng.

Table 5에서와 같이 인삼 연작지에서 녹비작물 재배후 토양 에 환원한 다음 2년생 인삼의 지하부 생육과 뿌리썩음병 발생 율을 조사한 결과는 다음과 같다. 주당근중은 강황과 수단그 라스에서 각각 66%, 42%로 뚜렷이 증가되었고 호밀, 뚱딴지, 해바라기 등에서 유의적인 증가를 보였다. 수량성은 수단그라 스와 강황에서 각각 273%, 187%로 뚜렷이 증가되었고 뚱딴 지, 아주까리, 호밀, 야콘 등에서 유의적인 증가를 보였다.

Table 5

Root growth and root rot disease of 2-year-old ginseng by incorporating of green manure crops into soil in field harvested 6-year-old ginseng.

지하부 생존율은 수단그라스, 아주까리, 뚱딴지에서 각각 56.2%, 47.5%, 47.3%로 뚜렷이 증가되었으며, 그 외 겉보리, 호밀, 해바라기, 국화, 강황, 백출, 야콘 등도 무처리에 비해 유의적으로 증가되었다. 무, 쑥갓, 상추, 치커리, 네마장황, 작 약, 이탈리안라이그라스 등은 지하부 생존율 향상에 효과가 없 었다. 이병주율은 수단그라스, 뚱딴지, 아주까리에서 뚜렷이 감 소하였고 나머지 작물은 무처리와 유의적인 차이를 보이지 않 았다. 뿌리썩음병 발병정도는 수단그라스, 아주까리, 뚱딴지에 서 뚜렷한 감소를 보였고 백출, 야콘, 국화, 호밀 등에서 유의 적인 감소를 보였다.

이와 같이 지하부 생존율 증가나 뿌리썩음병 억제에는 수단 그라스와 호밀 같은 화본과 식물과 뚱딴지, 백출, 야콘처럼 뿌 리를 주로 이용하는 국화과 식물에서 유의적인 효과를 보였으 며, 쑥갓, 상추, 치커리처럼 채소로 이용되는 국화과 식물은 효 과가 없었다. 무에는 glucosinolates라는 배당체 성분이 들어있 어 가수분해시 isothiocyante라는 가스를 방출하여 항균, 살충 작용을 나타내기 때문에 토양소독에 이용되기도 하는데 (Cohen et al., 2005), 본 시험에서는 무 식물체 토양환원시 염류농도 및 무기양분 함량이 크게 증가되어 뿌리썩음병 억제 효과가 떨어진 것으로 판단된다.

네마장황은 두과작물로 염류농도와 질소함량이 너무 높아 뿌리썩음병 억제효과가 떨어진 것으로 보이는데, Lee 등 (2015)에 의하면 두과작물인 콩, 황기, 감초, 땅콩재배는 인삼 뿌리썩음병 발생을 증가시켰다고 하였으며, Larkin과 Honeycutt (2006)은 유채, 보리, 옥수수 3년간 재배는 감자에 서 Rhizoctonia solani에 의한 잘록병 발생을 억제하였으나 클 로버, 콩 재배는 병 발생을 증가시켰다고 하였다. Oh 등 (2012)도 두과작물인 헤어리벳치를 재배하면 화본과 작물인 호 밀에 비해 토양의 질소함량이 증가하고 병원성 곰팡이 밀도가 높아져 뿌리썩음병 발생이 증가된다고 하였다.

작약은 인삼뿌리썩음병 (Cylindrocarpon destructans)의 기주 식물로 알려져 있어 뿌리썩음병 억제효과가 떨어진 것으로 보 인다 (Choi et al., 2004). 대부분의 농가에서는 수단그라스를 재배하여 7 - 8월에 토양에 환원해주고 있는데, 본 시험에서 대 부분의 녹비작물은 8월 중순 이전에 토양에 환원하였으나 개 화기가 늦은 일부 작물은 9월 중순경에 토양에 환원하여 식물 체의 미부숙으로 인한 장해가 발생할 수 있으므로 가급적 8월 이전에 환원하고 여러 번 경운하여 부숙을 촉진시켜야 한다. Yang 등 (2000a)은 미부숙 퇴비는 분해과정 중 가스가 발생하 여 뿌리에 피해를 줄 수 있으며, 부숙퇴비에 비해 사상균과 Fusarium oxysporum의 밀도가 높고 방선균과 세균의 밀도가 낮아 오이의 뿌리썩음병 발생이 더 많다고 하였다.

5. 토양화학성과 인삼뿌리썩음병 발생과의 상관관계

Table 6에서와 같이 연작지에서 23종의 녹비작물을 재배한 다음 묘삼을 정식하여 토양화학성과 뿌리썩음병 발생율과의 상관관계를 분석한 결과는 다음과 같다. 인삼의 지하부 생존 율은 토양산도와 고도의 유의한 정의상관을 보이고 질산태질 소와는 고도의 유의한 부의상관을 보였으며, 토양염류농도와 도 유의한 부의상관을 보였다. 즉, 지하부 생존율은 토양산도 가 올라갈수록 증가하였으나 질산태질소가 증가할수록 지하부 생존율은 감소하였다. 또한 염류농도가 증가할수록 지하부 생 존율도 감소하였다. 따라서 토양산도가 올라갈수록 뿌리썩음 병 발생이 적어지며, 질산태질소와 염류농도가가 높아질수록 뿌리썩음병 발생이 많아지는 특성을 보였다.

Table 6

Correlation coefficients between soil chemical properties and the ratio of survived root by the cultivation of green manure crops in 2-year-old ginseng.

Rahman과 Punja (2005)에 의하면 인삼뿌리썩음병 (C. destructans) 균사체의 생장은 pH 5.0보다 pH 7.0에서 유의적 으로 낮았으며, 병징은 pH 7.0과 비교하여 pH 5.0에서 유의 적으로 커 뿌리썩음병 발생은 pH에 따라 차이를 보인다고 하 였다. Lee 등 (1985)에 의하면 질산태질소는 인삼의 결주율을 증가시켰고 Lee 등 (1989a)도 인삼 결주율과 질소함량은 부의 상관을 보인다고 하였으며, 염류농도의 증가는 작물의 양분흡 수를 억제하고 뿌리의 갈변과 상처를 유발하여 뿌리썩음병 발 생을 촉진시킨다고 하였다 (Uhm et al., 2001;Yang et al., 2000b).