녹비작물 토양환원이 백수오 생육 및 품질에 미치는 영향
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Abstract
The study aimed to obtain data on the effects of cultivation and soil reduction of green manure crop on the quantity and quality of organically cultivated Cynanchum wilfordii Hemsley.
The experiment comprised four treatments: control, hairy vetch, barley, and hairy vetch + barley (3 : 2). The plant height in the hairy vetch treatment (86.3㎝) was significantly different from that in the other treatments, whereas the stem diameter leaf area, and special product analysis division (SPAD) value did not differ across the treatments. The largest soil reduction of green manure crop was recorded in the barley treatment (440 ㎏/10 a), whereas the smallest was recorded in the single treatment with hairy vetch (80 ㎏/10 a). The hairy vetch + barley (60 : 40) treatment showed 63% more soil microorganisms than control. Radical scavenging activity estimation revealed that the total polyphenol content was highest (1,740 ㎎/㎏), and the 2,2-diphenyl-1-picrylhydrazyl (DPPH) was 92.6% in the barley treatment. The 2,2’-azino-bis-(3-ethylbenzothiazoline-6-sulfonic acid) (ABTS) activation was highest in the control (51.1%), and the root yield was the highest in the barley treatment (310 ㎏/10 a).
The root yield, total polyphenol content, and antioxidant activity of Cynanchum wilfordii (Maxim.) Hemsley increased in presence of the green manure crop barley.
Keywords:
Cynanchum wilfordii Hemsley, Green Manure Crop, Root Yield서 언
박주가리 과에 속하는 백수오 (Cynanchum wilfordii Hemsley)는 다년생 덩굴성 식물로, 2 - 3 년 재배한 덩이뿌리 (肥大根)가 한방에서 생약재로 이용되며 주요 주요성분은 cynandione A, 2,5-dihydroxyacetophenone, cynanchone A 등 이 있다 (Lee et al., 2008).
잘 알려진 백수오의 효과로는 주요성분인 cynandione A에 의한 골감소를 포함한 골질환 예방효과 (Hwang et al., 2015), 백수오와 속단 복합추출물이 뼈 골격성장 및 인슐린 유 사 성장인자의 생성을 유도 한다는 보고가 있으며 (Kang and Hong, 2014), 백수오 효소발효액이 고지혈증 지질 대사개선에 효능을 나타낸다는 보고가 있다 (Feng et al., 2015).
형태적 측면을 살펴보면 지하부 형태는 불규칙 다육근형으 로 저장조직이 발달하여 비후되어 있으며, 절단 시 흰 유액이 나온다. 중기생육 습성은 덩굴 형으로 직립하다가 위쪽에서 덩 굴이 지고, 단분지형 (줄기가 1 회의 분지로 끝남), 엽형은 난 상-심장형 (달걀모양, 엽저부분이 넓으면서 심장형의 형태를 나타내는 잎), 화관열편은 피침형, 부화관열편 원형, 화서는 산 형화서이며 (Hwang, 2006), 염색체 수는 22개 (Kwon, 2013) 이다.
백수오 덩굴의 생육 형태는 시계방향이며 (Kim et al., 2014), 번식 및 재배방법으로는 직파 또는 1 년간 육묘하거나 (Choi, 1998), 육묘 후 27 주/㎡로 밀식하는 것이 수량을 높이는 방법 으로 알려져 있다 (Kim et al., 2002; Choi et al., 1996).
녹비 작물의 이용에 관한 연구에서 Jeong (2002)은 유기벼 재배의 기본규약의 기준을 북부지역에서는 쌀과 녹비작물 윤 작을 실시하는 것으로 정하였고, 간척지에서 두과 녹비작물 헤 어리베치와 밀의 혼파로 높은 질소 생산성 및 낮은 탈질률로 녹비효과 증진과 혼파재배로 농업생태계 다양화 및 유휴 농경 지 녹색경관 조성 (Yang et al., 2014), 녹비작물 처리에 의한 운광벼 감마 오리자놀 함량 증대 (Kim et al., 2015a), 비닐 하우스에서 녹비작물 토양환원과 태양열 소독에 의한 인삼뿌 리썩음병 억제 (Lee et al, 2016a) 등의 효과가 있다.
뿌리를 이용하는 약용작물은 대부분 2 - 3 년 후에 수확하는 경우가 대부분이며 황기의 경우 유기재배 기술개발의 목적으 로 자연에너지 순환농법 중에 하나로 녹비작물을 이용하는 작 부체계와 유기질비료의 활용방법을 모색하는 연구가 수행되어 유기질비료와 화본과의 호밀과 두과의 헤어리베치를 녹비작물 로 활용하는 작부체계로 황기를 재배하면서 생장반응, 수량성 및 유기농자재의 효과를 비교 분석되었으나 (Song et al., 2010), 백수오의 유기재배를 위한 녹비작물 재배체계는 밝혀 지지 않은 상태이다. 본 연구는 녹비작물의 토양 환원이 백수 오의 생육과 수량, 생리활성 물질에 미치는 영향을 구명하고 자 실시하였다.
재료 및 방법
1. 녹비작물 환원에 따른 백수오의 생육 및 수량 특성
시험재료는 충청북도농업기술원에서 재배하고 수확한 재래 종 백수오 (Cynanchum wilfordii Hemsley) 종자를 사용하여 파종 시기는 4월 10일에 하였고 참깨용 유공배색 비닐을 피 복한 다음, 조간 거리 30㎝, 주간거리 10㎝로 2열씩 뚫린 구 멍에 종자를 3 - 5립씩 파종한 후 2㎝ 정도로 복토하였으며, 출현 후 잎이 4 - 5매 발생하였을 때 1주 1본으로 솎아주었다. 지주는 6월 10일에 직경 22㎜, 높이 2 m의 파이프를 열과 열 사이에 1 m 간격으로 세우고, 나일론끈을 상단과 하단에 각각 배열한 다음, 오이 재배용 그물 네트를 부착시켜 덩굴을 유인하였다.
녹비작물은 백수오 파종 전년 10월 15일에 헤어리베치, 청 보리, 헤어리베치 +청보리 (60 : 40)를 산파하여 처리하였으며 이듬해 3월 하순에 전량 토양에 환원하였다. 시비는 유기질 퇴 비 (Heuksalim, Goesan, Korea) 2,000㎏/10 a를 전량 기비로 시용하였으며, 시험 전 토양의 이화학적 특성은 Table 4와 같다. 시험구당 면적은 8.0㎡이었고, 시험구 배치는 난괴법으 로 3 반복 하였다.
지상부 생육은 8월 30일에 시험구당 5개체의 덩굴을 잘 풀 어낸 다음에 조사하였다. 만장은 주경 덩굴을 일직선상으로 늘 인 후 지면에서 줄기 최선단까지 길이를 측정하였고, 경태는 개체당 가장 굵은 원줄기의 둘째 마디와 셋째 마디 사이를 버 니어캘리퍼스 (CD-20CP, Mitutoyo, Kawasaki, Japan)로 측정 하였다. 주당 분지수는 원줄기에 발생한 10 ㎝ 이상의 분지수 를 조사하였다.
엽면적은 주당 30매의 잎을 5 주에서 채취하여 엽면적 측 정기 (LI-1600, Li-COR Co., Lincoln, NE, USA)를 이용하 여 측정하였고, 엽록소 함량은 색차계 (SPAD 501, Minolta Co., Ltd., Osaka, Japan)를 이용하여 처리 당 5 주를 대상으 로 상, 중, 하엽 각 10매씩 30매를 조사하였다. 지하부 생육은 10월 30일에 지제부에서 10㎝ 정도 덩굴을 남기고 제거한 후 1㎡에서 뿌리가 끊기지 않도록 굴취하여 물에 씻어 물기를 제거한 다음 조사하였다. 지근수는 시험구당 5개체의 주근에 발생한 지근의 총수를 조사하였고, 근장은 주근과 지근의 길 이를 각각 측정하였으며, 근태는 주근과 지근의 가장 굵은 부 분을 각각 버니어캘리퍼스로 측정하였다. 수량은 각 처리 별 3.3㎡를 수확하여 생근중을 측정한 다음 건조 후 10 a당 수 량으로 환산하였다.
2. 녹비작물 시용에 따른 백수오 생리활성 분석
생리활성 분석은 1㎏의 백수오를 건조한 다음 분쇄하고 시 료 10 g을 채취하여 80% ethylalcohol 100 ㎖를 첨가한 후 shaking incubator (Vision, Seoul, Korea)를 이용하여 25℃, 100 rpm에서 24 시간 진탕하고 Whatman glass micro fibre filter 47㎜ ∅ (Whatman Co., Maidstone, England)를 이용 하여 감압 여과한 후 진공농축기 (EYELA, Tokyo Rikakikai Co., Ltd., Tokyo, Japan)를 이용하여 농축한 다음 10㎖ 증류 수에 녹인 시료를 원심분리기 (Centifuge 5810, Eppendorf, Hamburg, Germany)를 이용하여 4,000 rpm에 5 분간 원심분 리한 용액을 이용하였다.
총 페놀성 화합물의 측정은 Folins-Dienis 방법 (AOAC, 1984)을 이용하여 시료액 2 ㎖에 Folin-Ciocalteu’s phenol reagent (Sigma-Aldrich Co., St. Louis, MO, USA) 0.2㎖를 가하고 3 분 후에 Na2CO3 (Sigma-Aldrich Co., St. Louis, MO, USA) 포화용액 0.4 ㎖를 가하여 혼합 증류수를 첨가하 여 4㎖로 만든 후 실온에서 1 시간 방치하여 발생 시켰다. 측정은 분광광도계 (UV-2501, Shimadzu, Kyoto, Japan)를 이 용 725 ㎚에서 흡광도를 측정하였고, galic acid를 이용하여 작성한 표준 검량곡선으로부터 총 페놀성화합물 함량을 구하 였다.
DPPH (2,2- diphenyl- 1- picrylhydrazyl) radical 소거능 측정은 추출 시료 200㎕에 DPPH 0.4 mM (Sigma-Aldrich Co., St. Louis, MO, USA) 용액 800㎕를 혼합하여 10 초 동안 voltex mixer로 진탕한 다음 10 분 동안 반응시킨 후 분광광 도계 (UV-2501, Shimadzu, Kyoto, Japan)를 이용하여 517㎚ 에서 흡광도를 측정하였다. DPPH free radical 활성은 시료를 첨가하지 않은 대조구와 시료 첨가구의 흡광도 차를 백분율로 표시하였다.
- Ab; 무처리구의 흡광도,
- As; 시료 첨가구의 흡광도
ABTS [2,2′-azino-bis-(3-ethylbenzothiazoline-6-sulfonic acid)] radical 소거능 측정은 7mM ABTS (Sigma-Aldrich Co., St. Louis, MO, USA) 용액과 2.4mM의 potassium persulfate (Sigma-Aldrich Co., St. Louis, MO, USA)을 혼합하여 실온 암상태에서 24 시간 방치한 후 ABTS+을 형성시킨 후 흡광도 값이 734㎚에서 흡광도 값이 0.70 (± 0.02)이 되게 100% ethanol로 희석하여 radical이 형성된 용액 1,000㎕에 추출액 50㎕를 가하여 3 분 동안 방치 후 흡광도를 측정하였다.
3. 녹비작물 시용에 따른 토양화학성 및 미생물 활성
토양화학성 분석은 녹비작물 시용전과 백수오 수확 직후에 시료를 채취하여 분석하였다. 농촌진흥청 토양 분석법에 따라 실시하였다 (RDA, 2012). pH와 EC는 풍건토양과 증류수를 1 : 5 (W/V)의 비율로 혼합하여 30 분간 진탕한 후, pH는 pH meter (Orion 3 Star Thermo, Thermo Fisher Scientific Inc., Waltham, MA, USA)로 측정하였고, EC는 conductivity meter (YSI-3200, YSI Incorporated, Yellow Springs, OH, USA)로 측 정하여 5 배 한 값으로 나타내었으며, 유효 인산은 Lancaster 법 으로 비색측정 하였다 (UV-2501, Shimadzu, Kyoto, Japan). 양 이온인 K, Ca, Mg는 원자흡광광도계 (AU/AA240, Agilent Technologies Inc., Santa Clara, CA, USA)로 분석하였다.
토양 미생물 활성은 백수오 생육 중 채취하여 탈수소효소활 성 (DHA) 측정법을 이용하였다 (RDA, 2012). 즉 풍건한 토 양시료 6 g씩을 토양 3 g에 3% TTC (2,3,5-triphenyl tetrazolium chloride, Sigma-Aldrich Co., St. Louis, MO, USA) 1㎖와 멸균수 2.5㎖을 첨가한 후 광분해를 막기 위 해 은박지로 덮은 후 37℃ 항온기에 넣고 24 시간 배양 한 배양액에 메탄올을 첨가 한 후 1 시간 반 동안 계속 하여 (20 분마다 한번 정도) 흔들어 추출한다. 추출한 메탄올 용액속 의 TPF의 양을 485㎚에서 분광광도계 (UV-2501, Shimadzu, Kyoto, Japan)를 사용하여 측정하였다.
4. 통계처리
모든 처리는 3 반복 측정하였으며 시험 결과의 분석은 PC 용 통계패키지인 MYSTAT (Systat software Inc., Chicago, IL, USA)를 이용하여 분산분석 (ANOVA)을 실시한 후 Duncan’s Multiple Range Test (DMRT)로 유의성을 p < 0.05 수준에서 검정하였다.
결과 및 고찰
1. 녹비작물 환원에 따른 백수오의 생육 및 수량 특성
녹비작물별 백수오 (Cynanchum wilfordii Hemsley)의 출현을 보면 대조구 (무시용구)에서는 초기부터 출현율이 높았던 반면 녹비작물 시용구에서는 3월 말에 50 - 55% 정도의 출현율을 보 이다가 지온이 충분히 상승한 5월 상순에는 청보리 시용구와 대조구가 비슷한 출현율을 보였으며, 헤어리베치 시용구와 헤 어리베치 +청보리 (60 : 40) 시용구에서는 출현율이 낮은 경향 을 보였다 (Fig. 1). Song 등 (2010)은 녹비 투입 후 건물로는 5 일, 생체로는 10 일 이후에 파종하면 초기생육 억제를 많이 해소할 수 있다고 하였으나, 본 연구에서 백수오의 재생기 조 사 시기가 백수오 파종 이듬해에 조사가 이루어졌기 때문에 토 양 환경 또는 다른 요인이 월동 후 재생기 초기에 어떤 영향을 주었는지에 관한 추가적인 조사가 필요할 것으로 보인다.
Effect of green manure crop application on seasonal sprout in Cynanchum wilfordii Hemsely.
생육 성기 백수오 지상부 생육을 조사한 결과 만장은 헤어 리베치 시용구에서 86.3㎝ 로 가장 길었던 반면 청보리 시용 구에서는 56.1㎝로 적은 경향을 보였으며, 줄기 굵기, 엽면적, SPAD 등의 전반적인 생육은 녹비작물 간 일정한 경향이 없었 고, 개화기는 7월 20일로 같았다 (Table 1).
Effect of green manure crop application on plant growth in Cynanchum wilfordii Hemsely.
녹비작물의 토양 환원량은 청보리 시용구에서 440㎏/10 a로 많았고, 헤어리베치 +청보리 (60 : 40) 시용구는 280㎏/10 a, 헤어리베치 시용구는 80㎏/10 a로 낮았다 (Fig. 2). 녹비작물 의 재배적지와 관련하여 Kim 등 (2015b)은 헤어리베치와 트 리티케일의 재배안전지대는 –8℃ 이상, 호밀의 재배가능 및 재 배안전지대 온도는 –20℃ 이상 이라고 하였다. 본 연구를 수 행한 청주지역의 최저기온과 관련하여 헤어리베치는 재배 적 지가 아닌 것으로 보여 중부지역에서 토양환원량이 높은 녹비 작물을 선택할 경우 헤어리베치보다는 청보리가 유리할 것으 로 판단되었다.T2
Yields of soil reduction by green manure crops.Means values from triplicate separated experiments are shown. *Different letters are significantly different at p < 0.05 by Duncan’s Multiple Range Test (DMRT).
Effect of green manure crop application on root growth and yields in Cynanchum wilfordii Hemsely.
녹비작물 환원에 따른 백수오 지하부 생육을 조사한 결과 근장, 근경, 지근장, 지근경은 처리 간 차이를 보이지 않으나 생근중은 청보리 시용구에서 88.5 g로 가장 무거운 경향을 나 타내었다. 수량 또한 청보리 시용구에서 310㎏/10 a로 가장 많았다 (Table 4). Song 등 (2011)은 황기재배 시 헤어리베치 +유기물, 호밀 +유기질비료 를 시용할 경우 관행보다 수량이 많았다고 하였으며, Ryoo (2003)는 헤어리베치 녹비 및 액상 분뇨를 시용할 경우 황기의 근경, 근장, 분지수 등이 증가하고 건물 비율이 재배 1 년 차 보다 2 년 차에 증가한다고 한 보고와 비슷한 결과를 보여 백수오 재배 시 녹비작물의 토양 환원이 수량증가에 영향을 준 것으로 판단되었다.
2. 녹비작물 시용에 따른 백수오 생리활성 성분
생리활성 물질 변화를 측정한 결과 총 폴리페놀함량은 대조 구에서 1,615㎎/㎏, 청보리 시용구는 1,740㎎/㎏로 높았고, 헤어리베치 시용구와 헤어리베치 +청보리 (60 : 40) 시용구에 서는 낮은 경향을 보였다. 항산화활성 조사결과 DPPH는 청보 리 시용구에서, ABTS는 대조구에서 높은 경향을 보여 녹비작 물 환원에 의한 항산화 활성은 일정한 경향을 나타내지 않았 다 (Table 3).
Effect of green manure crop application on total polyphenol and radical scavenging activity in Cynanchum wilfordii Hemsely.
Seong 등 (2014)은 녹비재배로 인삼 지상부의 황증이 상대 적으로 적게 발생되어 사포닌 생합성량의 증가로 진세노사이 드 함량이 증가된다고 하였고, Kim 등 (2015a)도 벼에 녹비 작물을 시용 할 경우 헤어리베치의 질소 고정으로 oryzanol의 함량이 무처리구에 비해 증가한다고 하여 백수오 생리활성 물 질 함량을 증대시키고자 할 경우 녹비작물을 재배하는 것이 좋을 것으로 판단되었다.
3. 녹비작물 시용에 따른 토양화학성 및 미생물 활성
녹비작물 시용 전 (Table 4) 및 백수오 수확 후 (Table 5) 토양 화학성 조사결과 헤어리베치 시용구 및 헤어리베치 +청 보리 (60 : 40) 시용구에서 pH가 높아졌고 유기물의 함량은 모 든 처리에서 높아지는 경향을 보였다. 인산함량은 녹비작물 시 용구에서 낮아져 녹비작물 시용이 토양 내 가용성 인산을 유 효화 시키는 것으로 판단되었으며, 토양 내 양이온 함량도 낮 아져 식물에 흡수되었음을 알 수 있었다.
Physico-chemical properties of the soil before this experiment.
Changes in chemical properties of Cynanchum wilfordii Hemsely after harvesting with application of green crops.
Lim 등 (2014)은 배 과원에서 녹비작물의 파종시기가 빠를 수록 화학비료를 대체하는 효과를 보였다고 하였으며, Yang 등 (2014)은 간척지에서 헤어리베치와 밀 혼파재배를 할 경우 벼 식물체 내 질소, 인산, 가리 함량이 증가한다고 하였고, Son 등 (2014)은 작부체계별 녹비작물 시용으로 투입양분을 절감시킬 수 있다고 하였다. 또한 Lee 등 (2016a)은 인삼 연 작 하우스에 수단그라스를 토양환원 후 석회질소나 요소처리 를 하면 인삼 생육에 효과가 있다고 하였다. 본 연구에서도 백수오 재배 포장의 녹비작물 시용 전후 토양 내 양분 함량이 변화된 것은 녹비작물 시용에 의한 양분의 가용화 및 원활한 식물체 흡수에 의한 것으로 생각되었다.
토양 미생물의 활성은 대조구보다 헤어리베치 +청보리 (60 : 40) 시용구에서 토양 미생물의 활성이 높았고 헤어리베치 시 용구 및 청보리 시용구에서도 토양미생물 활성이 높았다. Lee 등 (2016b)은 6 년근 인삼 수확 후 1 년간 윤작물을 재배한 다음 토양의 미생물 함량을 분석한 결과 토양의 그램 음성균 과 그램 양성균의 비율은 윤작물 재배 구에서 모두 무처리 보 다 유의적으로 증가한다고 하였는데 본 연구는 미생물의 활성 을 측정한 결과로 토양미생물의 증가와 관련해서 비슷한 결과 를 보였다 (Fig. 3).
Effect of green manure crops application on soil microorganism.Means values from triplicate separated experiments are shown. *Different letters are significantly different at p < 0.05 by Duncan’s Multiple Range Test (DMRT).
감사의 글
본 연구는 농촌진흥청 연구사업(과제번호: PJ0109302016)의 지원에 의해 이루어진 것으로 이에 감사드립니다.
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