질소 시비량이 삼백초 생육 및 성분함량에 미치는 영향

1. 비료처리 및 파종

시험에 사용한 삼백초 (Saururus chinensis Baill.)는 전북농 업기술원 약용자원연구소에서 재배하고 있는 재래종 (E127.31.39.26, N35.24.44.34)을 전북 남원시 운봉읍 공안리 610번지 포장에 40 × 15cm 간격으로 2014년 4월 24일 삼백 초 종근을 3절씩 잘라 정식하였다.

시비량은 농가관행으로 사용하고 있는 70 : 30 : 60 (N: P₂O₅: K₂O) kg/ha을 기준량으로 하였다. 처리구는 농가관행 질 소 시비량의 0 (N 0%), 0.5 (N 50%), 1.0 (N 100%), 1.5 (N 150%), 2.0배 (N 200%) 처리구 (이때 인산과 칼리는 각 각 30, 60kg/ha), 무처리 (control), 농가관행 시비량에 퇴비 10Mg (megagram)/ha를 혼합한 처리구를 포함하여 총 7처리 를 두었다. 시비방법은 질소의 경우 요소, 인산은 용성인비, 칼 리는 염화칼리, 퇴비는 부숙 유기질 비료인 가축분퇴비 시판 품 (N 1.71%, 우분 50%, 돈분 15%, 계분 15%, 톱밥 20%) 을 처리량에 따라 정식 전에 전량 밑거름으로 시비하였다. 각 처리구 면적은 20m²였고, 3반복 난괴법으로 배치하였고, 포 장관리는 농가관행에 준하여 실시하였다.

2. 생육조사 및 토양분석

지상부 생육과 수량을 비교하기 위해 10월 15일 지상부를 수확하면서 초장, 경경, 분얼수, 생체중 등을 조사하였고, 처리 구별로 토양을 채취하였다.

토양은 시험전과 지상부 수확기에 auger를 이용하여 처리구 별로 채취하였고, 채취한 토양은 실험실에서 풍건하고 2mm체 를 통과한 것을 국립농업과학원의 토양화학분석법 (NAAS, 2010b)과 국립농업과학기술원의 토양 및 식물체 분석법 (NIAST, 2000)에 따라 실시하였다. 토성은 micropipette법 (Miller and Miller, 1987)으로 분석하였으며, 판정은 미국농무 부 분류기준을 따랐다 (Gee and Bauder, 1986). 토양 화학성 조사는 pH와 EC는 풍건토양과 증류수를 1 : 5 (w/v)로 혼합하 고 30분 진탕 후 pH meter (Orion3 star, Thermo Scientific, Chelmsford, MA, USA)와 EC meter (EcoMet C75, Istek, Seoul, Korea)로 각각 측정하였다. 유기물 함량은 Tyurin법 (Tyurin, 1931), 유효인산은 Lancaster법 (Cox, 2001), 치환성 양이온 (K⁺, Ca²⁺, Mg²⁺, Na⁺)은 1 N CH₃COONH₄ (pH 7.0) 으로 치환 추출하여 원자흡광분광광도계 (Atomic Absorption Spectrophotometer, GBC Avanta PM, Dandenong, Victoria, Australia)를 이용하여 분석하였다.

3. 식물체 무기성분 및 약효성분 분석

식물체 시료는 수확기에 채취하여 생육과 수량조사를 실시 하고 증류수로 세척 후 70°C에서 72시간 건조 후 분쇄기 (Pulverisette, Fritsch GmbH, ldar-Oberstein, Germany)로 분 쇄하여 분석용 시료로 사용하였다. 식물체 시료를 흑연블록 산 순환포집분해장치 (ECO-PRE, ODLAB, Seoul, Korea)를 이 용하여 전처리하고, 인산은 ammonium vanadate법에 의한 비 색정량, K, Ca, Mg는 원자흡광분광광도계 (Atomic Absorption Spectrophotometer, GBC Avanta PM, Dandenong, Victoria, Australia)을 이용하여 분석하였고, 탄소 와 질소 함량은 CN 원소분석기 (Elementar Variomax CN, Hanau, Germany)을 사용하여 분석하였고, S는 원소분석기 (LECO elemental CNS-2000, LECO Instruments, St. Joseph, MI, USA)를 사용하여 분석하였다.

삼백초의 유효성분을 평가하기 위해 quercetin, quercitrin, isoquercetin, tannin을 조사하였다. Quercetin, quercitrin, isoquercetin은 건조한 시료 1 g을 75% ethanol 50mℓ로 24시 간 추출 여과하고 HCl으로 2.5 N이 되도록 조절하고 80°C에 서 40분간 가수분해한 다음, Kim 등 (2006)의 방법을 변형하 여 HPLC (Alliance 2695 System, Waters, Milford, MA, USA)를 이용하여 분석 하였고, 분석 조건은 Table 1과 같다. Tannin은 Lee 등 (2002)이 사용한 방법을 이용하여 분석하였 다. 건조한 시료 1 g을 뜨거운 증류수 100mℓ를 넣고 80°C에 서 30분 추출 여과한 다음 여액 5mℓ에 ferrous tartarate 5mℓ, Sorensen’s phosphate 15mℓ를 가하고 540㎚에서 측정 하였다. 이때 표준물질은 ethyl gallate를 사용하였다.

Table 1.

Analytical conditions of HPLC for determining quercetin, quercitrin, and isoquercetin.

4. 통계분석

조사한 자료의 통계분석은 SPSS (Statistical Package for the Social Science, 19.0 K, SPSS Inc., Chicago, IL, USA) 를 사용하여 실시하였다.

1. 농가포장의 토양화학적 특성

삼백초 (Saururus chinensis Baill.) 재배지 토양특성을 파악 하기 위해 2014년 6 - 7월에 전국적으로 삼백초를 재배하고 있 는 37농가의 토양을 채취하여 조사하였다 (Table 2). 삼백초는 작물별 시비처방 기준 (NAAS, 2010a)이 마련되어 있지 않아 이미 제시된 약용작물 기준 (pH 6.0 - 6.5, OM 25 - 35 g/kg, Avail. P₂O₅ 150 - 250mg/kg, Exch. K⁺ 0.45 - 55 cmol_c/kg, Ca²⁺ 5.0 - 6.0 cmol_c/kg, Mg²⁺ 1.5 - 2.0 cmol_c/kg)과 비교해보면 pH, 토 양유기물함량, 치환성 K⁺은 낮았고, 나머지 성분들은 적정범위 에 분포하고 있었다. 특히 토양유기물 함량, 유효인산, 치환성 양이온 등은 조사포장에 따라 편차가 크게 나타나 삼백초 재 배지의 토양과 양분관리가 체계적으로 이루어지고 있지 않음 을 알 수 있었다.

Table 2.

Average values of soil chemical properties in 37 cultivation sites of Saururus chinensis Baill studied.

2. 질소 수준별 토양화학성의 변화

삼백초 재배에 적합한 시비기준을 마련하기 위해 N 양을 달리하여 사질식양토 (Table 3)에서 삼백초를 재배하였다. 시 험포장은 시험 2년 전에 시설하우스를 철거하고, 수단그라스 를 재배한 다음 2013년 10월 7일 재투입하여 토양을 개량하 였고, 토양시료는 2014년 4월 7일 채취 분석하였다. 시험에 사 용한 토양은 농촌진흥청에서 제시한 일반 약용작물의 적정범위 보다 유효인산, 치환성 K⁺, Ca²⁺ 이온이 다소 높은 토양이었다. 시비기준량은 그동안 진행된 연구 (Park et al., 1998; Nam et al., 2006b, 2012)와 현지 농가 비료사용량을 토대로 70 : 30 : 60 (N : P₂O₅: K₂O) kg/ha을 기준으로 삼아 기준량으로 하였다.

Table 3.

Selected physical and chemical properties of soils in the experimental field before transplanting Saururus chinensis Baill.

삼백초 지상부를 수확 (2014년 10월 15일)하면서 조사한 토 양특성 변화는 Table 4와 같다. 토양화학성은 질소시비량에 따 라 대체로 N 100% 처리량까지 증가하다 이후에는 감소하는 경향을 보였다. 각 조사한 성분별로 보면 토양 pH는 정식전에 비해 모든 처리구에서 감소하였다. 특히 질소 150% 처리구에 서 감소폭이 가장 컸고, 질소 100%에 퇴비를 혼합사용한 처 리구에서 감소폭이 가장 적었다. 이는 2014년 집중강우에 의 해 토양 중 Ca²⁺과 Mg²⁺ 이온이 용탈되어 pH가 낮아진 것으 로 판단된다 (Kim, 2008).

Table 4.

Changes of soil chemical properties at harvesting stage of Saururus chinensis Baill as influenced by different amounts of nitrogen application.

EC는 정식전에 비해 대부분 50% 이하로 감소하였고, N 무 처리와 200% 처리구가 가장 낮은 수준이었다. EC는 토양 중 NO₃ – 이온과 밀접한 관계가 있는데, 여기서는 노지형태로 재 배되어 삼백초의 N 이용량 보다 빗물에 의해 NO₃ – 이온이 용 탈되어 EC에 미치는 영향이 적었던 것으로 판단된다. 토양 유 기물함량은 정식전에 비해 질소 0%와 150% 처리구에서 증가 하였고, 나머지는 감소하였다. 토양 유기물함량과 비료처리량 과는 연관성이 없었던 것으로 나타났는데, 이는 시험을 실시 한 포장이 전년도에 녹비작물을 재배하고 재투입하여 토양 중 에서 유기물의 부식화정도 차이에 의한 결과로 해석된다. 유 효인산은 모든 처리구에서 감소하였다. 농촌진흥청에서 제시 하는 일반적인 약용작물의 작물별 시비처방 기준 (NAAS, 2010a)에서 유효인산함량은 150 - 250mg/kg이다. N 100%와 N 100%에 퇴비를 혼합처리한 구를 제외하고 124 - 146mg/kg 으로 적정범위보다 낮은 수준으로 나타났다. 이는 토양 pH가 산성화되면서 토양 중 유효인산이 불용성 형태로 전환되어 수 확기 토양 중에서 유효인산 함량 감소가 컸을 것으로 판단 된다. 치환성 K⁺ 이온은 N 100%와 N 100%에 퇴비를 혼합 처리한 구를 제외하고 감소하였고, 치환성 Ca²⁺, Mg²⁺, Na⁺ 이온은 모든 처리구에서 정식전보다 감소하였으며, 그 중에 Ca²⁺과 Mg²⁺ 이온은 N 100%와 N 100%에 퇴비를 혼합처리 한 구의 감소폭이 다른 처리구에 비해 낮았다.

3. 질소수준별 생육 및 수량

지상부를 수확하면서 조사한 초장, 줄기직경, 분얼수는 Table 5에서 보는바와 같다. 전체적으로 질소 처리량에 따라 초장과 분얼수는 차이가 없었지만, 줄기 직경과 지상부 수량은 N 100% 수준까지는 증가하다, 그 이후 처리량에서는 감소한 결 과를 보였다.

Table 5.

Growth parameters of Saururus chinensis Baill as influenced by different amounts of nitrogen application.

초장은 23.7 - 28.0cm 수준이었고, 처리간에 통계적인 유의 성은 없었다. 질소 처리량에 따른 영향보다 정식전에 공급된 신선한 유기물 등에 의해서 처리구 간에 생육상황이 균일하지 못하여 나타난 결과로 보인다. 줄기직경은 무처리와 N 100% 처리구에서 가장 굵었고, 질소 0% 처리구에서 가장 가늘었다. 처리구별로 조사한 분얼수는 m²당 5.8 - 8.0개로 나타났지만, 처 리간에 통계적인 유의성은 없었다.

수확한 지상부의 생체중은 N 100% 처리구 (492.5 kg/10a)까 지는 질소시비량과 비례관계를 보였지만, N 100% 이상에서는 점점 감소하는 경향을 보였다. 또한 질소 100%에 퇴비를 혼 합 사용했을 경우 다소 생체량이 감소하는 것으로 나타났다. 지상부 생체량을 바탕으로 질소시비량과 삼백초 생체수량간 의 관계는 Fig. 1에서 보는 바와 같이 Y=–2.1609X²+ 30.082X + 344.12 (R²= 0.7113)의 관계식을 얻을 수 있었다. 이 회귀곡선식에서 최고수량을 얻을 수 있는 질소시비량은 6.96kg/ 10a이고, 이때 수량은 448.8kg/10이었다. Kwak 등 (2001)에 따르면 작물재배에 적절한 질소시비량을 산출하기 위해서는 최고수량보다 경제적인 이윤을 고려하여 시비가 이루어져 하 는데, 경제적인 적정 시비량은 최고 수량의 95%에 해당하는 시비량이라고 하였다. 따라서 본 연구에서 최고 수량의 95% 수준을 얻을 수 있는 질소시비량은 6.6 kg/10a으로 계산되 었다.

Fig. 1.

Relationship between yield of Saururus chinensis Baill and nitrogen levels applied.

4. 질소 수준별 식물체 무기성분 함량

수확한 삼백초 잎과 줄기를 건조 후 분쇄하여 무기성분을 조사한 결과 (Table 6) C와 Mg함량은 질소 처리량과 관계가 없는 것으로 나타났다. 하지만 N 함량은 N 100% +퇴비를 혼합 처리한 구에서는 가장 높았고, 무처리구를 제외하고 통 계적인 유의성은 비슷하게 나타났지만, 단순히 평균값을 비교 해보면 N 100% 처리구까지는 비례관계를 보이다가 이후에는 감소하는 경향을 보였다. 이는 과량을 시비할 경우 전량 흡수 되는 게 아니고, 일부만 흡수이용 되고, 나머지는 토양에 남거 나 휘산, 용탈, 탈질 등에 의해 손실된다는 보고 (Park, 2000) 처럼 본 시험에서도 과도한 시비가 행해지면 함량이 감소하 였다. P함량은 N 100% 처리구에서 가장 높았고, N 100%와 퇴비를 혼합한 처리구에서 가장 낮은 0.11%를 보였다. K는 질소 처리량과 관계가 없는 것으로 나타났지만, 질소 100%와 퇴비를 혼합처리한 구에서 가장 높았으며, 무처리구에서 가장 낮은 것으로 나타났다. Ca은 N 200% 처리구에서 가장 높았 고, N 100% 처리구에서 가장 낮았지만, N 0과 150%은 같 은 수준을 보여 질소 시비량보다는 N-P₂O₅-K₂O의 시비 비율 에 의한 영향이 클 것으로 보인다. S 함유량도 N 100% 처 리구를 제외하고 Ca의 경우와 비슷한 경향을 보였다.

Table 6.

Selected nutrient contents in leaves and stems of Saururus chinensis Baill as influenced by different amounts of nitrogen application.

5. 질소 수준별 유효성분 함량

삼백초의 주요 약효성분으로 알려져 있는 flavonoid 화합물 인 quercetin, quercitrin, isoquercetin과 phenol기를 다량 함유 하고 있는 tannin 성분량이 질소처리량에 따라 영향을 받는지 조사하였다 (Table 7). Quercetin은 N 150%까지는 처리량과 비례관계를 보였고, N 200% 처리구에서는 함량이 0.484%로 처리구 가운데 가장 낮은 수준을 보였다. N 100% 처리구에 퇴비를 사용한 경우와 사용하지 않는 경우 quercetin 함량은 차이가 없는 것으로 나타났다. Quercitrin의 경우 질소 시비량 과의 관계는 quercetin의 경우와 같은 경향을 보였다. 단지 퇴 비를 사용할 경우 0.530%로 가장 높은 값을 보여 quercetin과 는 다른 결과를 보였다. Lee 등 (2001)도 퇴비시용량이 증가 하면 생육이 좋아지고, quercetin, quercitrin, tannin 함량이 증 가하다가 일정량 이상에서는 감소한다고 하였다. 이는 퇴비 시 용량이 일정량 이상이면 식물전체의 비율중 잎보다 줄기의 비 율이 많아져 유효성분함량을 감소시킨다고 할 수 있다.

Table 7.

Concentrations of quercetin-glycoside and tannin in leaves and stems of Saururus chinensis Baill as influenced by different amounts of nitrogen application.

Isoquercetin은 무처리와 N 100% 이상을 처리하거나 퇴비를 사용할 경우 같은 수준을 보여, 질소를 기준량으로 처리할 경 우 함량차이는 없을 것으로 판단된다. Tannin은 N 100%를 단 독으로 처리하거나 퇴비를 혼합했을 때 가장 높았으며 (0.294 - 0.300%), 나머지는 무처리를 제외하고 같은 수준을 보였다. Lee 등 (2000)의 연구에서는 삼백초 전체의 tannin 함량을 1.5% 내외로 보고하였는데 본 연구에서의 잎과 줄기에 함유 되어 있는 양이 0.294 - 0.300% 수준을 보여 tannin은 부위별로 함유량 차이가 크다는 것을 알 수 있다. 한편 Kim 등 (2006) 은 조사한 약효성분의 총량이 2년생일 때 1년생일 때 보다 21.2% 증가하지만, 3년생일 때는 1년생일 때 보다 오히려 낮아 져 재배년차에 따라 약효성분량이 차이가 있음을 알 수 있다.

따라서 삼백초의 유효성분 함량을 높이기 위해서는 N 100 - 150% 처리구에 퇴비를 혼합처리하면 가장 효과적일 것으로 판단된다.