유기질비료 시용이 삽주의 생육 및 성분에 미치는 영향

1. 유기질 비료의 종류에 따른 삽주의 생육 및 수량 특성

종류를 달리한 유기질 비료의 시비가 삽주 (Atractylodes macrocephala Koidzumi)의 생육과 수량에 미치는 영향을 보 기 위하여 다음과 같이 시험을 수행하였다. 시험재료는 국립 원예특작과학원 인삼특작부 약용작물과에서 보유하고 있는 삽 주 종자를 이용하였다. 종자는 2월 하순에 200공 연결육묘상 자 (Bumnong Co., Ltd., Jeongeup, Korea)에 파종하고 온실 에서 2개월 동안 육묘하여 5월 상순에 정식하였다. 정식은 이 랑 90㎝와 고랑 60㎝ 시험구에, 재식밀도 30 × 15㎝ 간격으 로 식재하였다. 시험포장의 관행시비는 성분량으로 N : P₂O₅: K₂O 성분이 7 : 4 : 3㎏/10 a의 양을 정식하기 2주 전에 시험포장에 시용하고 경운 정지 하였다. 기타 재배법은 농촌 진흥청 삽주 표준재배법에 준하였다. 시험에 사용된 유기질 비 료는 농촌진흥청에서 친환경 농자재로 인증한 입상혼합유박 (CU, 참조아유박, DongbuHitek, Bucheon, Korea), 혼합유기질 (HA, 황금지대, Korea Bio Co., Ltd., Hwaseong, Korea), 식 물성유박 (TG, 토토그린, Pungnong Co., Ltd., Seoul, Korea), 아주까리유박 (HG, 흙살골드, KG Chemical, Ulsan, Korea)와 균배양체 (CG, 균배양체그린, Heuksalim Institute Co., Goesan, Korea)을 사용하였으며, 대조구로 관행시비 (CF) 와 무시비 (NF) 시험구를 두어 비교하였다. 친환경 유기질비 료에 함유되어 있는 N : P₂O₅: K₂O의 성분량은 다음과 같다 (Table 1).

Table 1

Concentration of N, P2O5 and K2 among organic fertilizer types.

초장, 엽수, 경경, 생체중, 건물중 등 지상부와 근장, 근경, 근중 등 지하부 생육 특성과 수량을 조사하였다. 유기질비료 의 시비 전 토양은 pH가 6.8로 약산성 토양이었으며 질산태 질소, 유효인산, 치환성양이온과 유기물함량을 제시하였다 (Table 2).

Table 2

Physicochemical properties and chemical components of the soil on test nursery.

2. 삽주 재배 시 유기질 비료의 기비 시용량 설정

삽주 재배 시 유기질 비료의 적정 시비량을 알아보기 위하 여 시험을 수행하였다. 시험에 사용된 종자, 식재시기, 재식밀 도와 포장의 관행시비는 ‘유기질비료의 종류에 따른 삽주의 생 육 및 수량 특성’에 제시한 조건과 동일하게 수행되었다. 유 기질 비료는 혼합유기물과 균배양체를 각각 유기질비료의 질 소함량을 환산하여 삽주의 질소 적정시비량의 적량 (N100), 1.5 배 (N150), 2.0배 (N200)를 처리하였다. 대조구로는 관행시비구 와 무시비구를 두어 비교하였다. 초장, 엽수, 경경, 생체중, 건 물중 등 지상부와 근장, 근경, 근중 등 지하부 생육 특성과 수량을 당해년도 10월 말에 조사하였다.

3. 유효 약리 성분 함량 분석

유기질 비료의 종류와 시비량을 달리한 삽주의 뿌리에 함 유된 유효 약리성분 atractylenolide I의 함량을 분석하였다. 수확한 뿌리를 건조한 후 분쇄기 (WF2211214, Warning Commercial, Torrington, CT, USA)로 균질하게 파쇄하여 80 mesh 체를 통과시켜 사용하였다. 시료 0.5 g을 취하여 50% methanol 50㎖을 넣고 60분간 초음파 추출기 (CPX 5800, Branson Co., CT, USA)하여 여과하였다. 여과액을 모아 100㎖ 플라스크에 담고 methanol로 채워 정확히 100㎖로 맞 추었다. 이 액을 0.45㎛ 필터로 여과하고 20㎕을 취하여 검 액으로 하였다. 표준액 제조는 표준품 (atractylenolide I) 10㎎을 취하여 100㎖ 플라스크에 ethanol 100㎖로 채워 용 해하였다. 이 액을 5, 10, 20, 40, 80㎖을 정확히 취하여 각 각의 100㎖ 플라스크에 넣고 ethanol로 100㎖를 채웠다. 다 음 이 용액을 0.45㎛ 필터로 여과하고 20㎕를 취하여 표준 액으로 사용하였다. 함량 분석은 2998 Photodiode array (PDA) detector for alliance HPLC system (Waters, Milford, MA, USA)을 이용하였다. 컬럼은 Sun fire C18 (3.5㎛, 4.6 × 150㎜, Waters, Milford, MA, USA)을 이용하였으며, 검 출기는 UV 230㎚를 사용하였다. 이동상은 물 (solvent A)과 아세토나이트릴 (solvent B)을 각각 20%와 80%로 되도록 조 절하여 구배용매 조건 (gradient mode)으로 분석을 수행하였다. 유속은 1.0㎖• min⁻¹로 고정하였으며, 주입 부피는 20㎕로 하였다.

4. 토양의 이화학적 특성 분석

유기질 비료 시용 전후의 토양의 이화학성을 분석은 풍건 후 2㎜ 체를 통과한 시료를 사용하였다. pH는 토양과 물을 1 : 5 (w/v)의 비율로 진탕교반 후 pH meter (S20 sevenEasy^™, Mettler Toledo, Columbus, OH, USA)로 측정하였다. 질산태 질소는 2M potassium chloride (KCI)로 침출 후 자동질소분 석장치를 이용하여 증류한 후 0.01 N 황산으로 적정하여 산출 하였다. 유효인산은 Kuo (1996)의 방법에 의해 분석하였다. 치 환성 칼륨, 마그네슘, 나트륨과 칼슘은 1 N ammonium acetate (CH₃COONH₄, pH 7.0) 완충액으로 침출하여 유도결합플라즈 마 분석기 (ICP, MX2, GBC Scientific Eequipment, Braeside, Australia)를 사용하여 분석하였다. 유기물 함량은 Tyurin (Schollenberger, 1927)법에 의하여 분석하였다.

5. 통계분석

통계분석은 SAS program (SAS Enterprise Guide 4.3, SAS Institute Inc., Cary, NC, USA)을 이용하여 난괴법 실험 에 대한 분산분석을 수행하였다. 처리구 간 유의성 분석을 위 하여 Duncan’s Multiple Range Test (DMRT, p < 0.05) 분석 을 실시하였다.

1. 유기질 비료의 종류에 따른 삽주의 생육 및 수량 특성

유기질 비료의 종류를 입상혼합유박 (CU), 혼합유기질 (HA), 식물성유박 (TG), 아주까리유박 (HG)과 균배양체 (GG) 를 각각 시비하여 관행시비 (CF)와 무시비 (NF) 대비 삽주의 생육 및 수량 특성을 조사하였다 (Table 3). 지상부 생육은 혼 합유기질 시용 시 초장, 경수, 분지수, 엽수와 지상부 건중이 가장 높은 수준의 값으로 조사되었다. 다만 경경은 관행시비 와 무시비가 19.8과 19.9㎜로 유기질 비료의 시비에 비하여 유의적으로 높은 값으로 조사되었다. 입상혼합유박 (CU), 혼 합유기질 (HA)과 식물성유박 (TG) 처리시 초장 77.2 - 80.1㎝, 엽수 24.8 - 25.5개와 건근중 34.2 - 35.9 g으로 유의적 으로 높은 수준으로 나타내었다. 반면에 아주까리유박 (HG)과 균배양체 (GG)는 다른 유기질 비료의 시용에 비하여 지상부 생육이 낮은 수준으로 조사되었다.

Table 3

Effects of organic fertilizer types on the aerial part growth of Atractylodes macrocephala Koidzumi.

혼합유기질 (HA) 시용 시 수량이 184.6㎏/10 a으로 가장 높은 것으로 조사되었다 (Table 4). 다음으로는 균배양체 (GG), 관행시비 (CF) >입상혼합유박 (CU), 식물성유박 (TG)) >아주까리유박 (HG) >무시비 (NF) 순으로 수량이 조 사되었다. 관행시비대비 유기질 비료의 시용은 혼합유기질 (HA) 시용 시 증수되었으며 균배양체 (GG) 시용 시 같은 수 준을 조사되었다. 이외에 입상혼합유박 (CU), 식물성유박 (TG), 아주까리유박 (HG)의 시용은 무시비 (NF) 대비 수량이 증수되었지만, 관행시비 (CF)와 비교하였을 때 수량이 낮은 것 으로 조사되었다. 수량이 가장 높은 것으로 조사된 혼합유기질 (HA) 시용 시 근장과 생근중이 유의적으로 높게 나타났다. 수 량이 다음으로 높게 나타난 균배양체 (GG) 시비시 근장, 생근 중, 생세근중, 건근중이 가장 높은 수준으로 나타났다.

Table 4

Effect of organic fertilizer types on the root growth of Atractylodes macrocephala Koidzumi.

약용식물 중 뿌리를 이용하는 작물인 맥문동은 유기물함량 이 많은 사양토나 양토가 적합하지만, 너무 비옥한 땅에 심거 나 질소질 비료의 과용은 잎만 무성하게 자라고 괴근에 비대 생장에 좋지 않다고 알려져 있다 (Kim et al., 2007). 이와 같이 뿌리 작물의 생육촉진을 위하여 적정수준의 시비가 이루 어져야 할 것이다.

유기질 비료의 종류를 달리하여 시용하였을 때 유효성분인 atractylenolide I의 함량을 측정하였다 (Fig. 1). 혼합유기질 (HA)의 시용 시 0.036%로 유의적으로 높은 함량을 나타내었 다. 다음으로는 균배양체에서 0.034%로 무시비 (NF)와 관행 시비 (CF)에 비하여 높은 수준으로 나타났다. 이외에 입상혼 합유박 (CU), 식물성유박 (TG)과 아주까리유박 (HG)의 시용 은 관행시비 (CF)와 무시비 (NF) 대비 낮은 수준으로 조사되 었다. 유기질 비료의 시용 시 수량이 가장 높은 것으로 나타 난 혼합유기질 (HA) 시비는 유효성분의 함량도 높아 삽주 재 배 시 시용에 적절한 것으로 보여진다. 수량이 관행시비와 같 은 수준으로 나타난 균배양체 (GG) 시비의 경우 유효성분의 함량이 관행대비 높게 나타났기 때문에 유기재배 시 함께 고 려될 수 있을 것이다.

Fig. 1

Effects of organic fertilizer types on the atractylenolide I concentration of Atractylodes macrocephala Koidzumi.Mean values from trip-licate separated experiments are shown. *Means within a column followed by the same letter are not significantly different based on the DMRT (p < 0.05).

약용작물의 유기질 비료 시용에 관한 연구에서 황금, 패모, 작약, 쇠무릎, 맥문동재배에서 무기질 비료 보다 유기질 비료 시용에서 건근중 및 상품 수량이 11 - 34% 증수되는 경향을 보였다 (Chang et al., 1990; Choi et al., 1989; Chung et al., 1993; Kim et al., 1998; Kim et al., 2007). 그리고 유 기물 시용을 통해 지상부 생육과 지하부 생장량의 증대로 질 소, 인산, 가리 등 무기 성분 함량과 뿌리의 약효성분이 높아 져 뿌리 수량성과 품질을 향상시키는 것으로 보고하였다 (Chang et al., 1990; Chung et al., 1993; Kim et al., 1997). 또한 뿌리를 약용으로 이용하는 약용작물인 도라지 재 배 시 유기질 비료의 시용은 세근의 발달이 촉진되고 사포닌 함량이 높아져서 수확량과 약리효능이 증가된 결과가 보고된 바 있다 (Jeon et al., 2016). 이상의 결과에서 각 작물 재배 에 적합한 유기질 비료 시용은 지상부 및 지하부 생장을 유리 하게 하여 수량과 유효 성분을 증가시킨다고 판단된다.

3. 삽주 기비용 유기질 비료 시용량 설정

유기재배 시 기비용 유기질비료의 시용량을 설정하기 위하 여 혼합유기질 단용처리와 혼합유기질과 균배양체 혼용처리를 정량 (1배), 1.5배와 2배로 각각 시비하여 생장특성, 수량과 함량변이를 조사하였다 (Table 5). 시용량 설정은 유기질 비료 의 종류를 달리하여 시비하였을 때 수량과 유효성분의 함량이 높은 것으로 조사된 혼합유기질 (HA)을 단용 혹은 균배양체 (GG)와 혼용하여 사용하였다. 혼합유기질 단용 혹은 균배양체 를 혼용하여 농도를 달리하여 시비하였을 때 지상부 건근중은 관행시비 및 무시비구와 유의적인 차이를 나타내지 않았다. 혼 합유기질을 2배로 시용 시 초장, 경경과 분지수가 유의적으로 높아지는 것을 확인하였으나, 지상부 건근중의 차이는 나타나 지 않았다. 혼합유기질 단용처리시 시용량을 증대시켰을 때 초 장이 증가하는 것을 확인하였다. 반면에 혼합유기질과 균배양 체 병용처리시 시용량 증가와 초장간에는 유의적인 차이가 나 타나지 않았으며, 관행시비 대비 초장이 낮게 조사되었다.

Table 5

Effect of amount of applied fertilizer on the aerial part of Atractylodes macrocephala Koidzumi.

혼합유기질을 단용하여 2배로 시용하였을 때 수량은 203㎏/ 10 a로 다른 시비구와 비교하여 가장 높은 것으로 조사되었다. 다음으로는 혼합유기질 정량과 1.5배 단용시비와 혼합유기질 과 균배양체 혼용처리구 1.5배 시비구로 조사되었다 (Table 6). 혼합유기질 단용과 병용처리는 관행시비 대비 수량 증수가 조 사되었으나, 무시비 대비하여 혼합유기질과 균배양체를 병용 하여 정량시비시는 수량이 다소 낮은 것으로 조사되었다. 수 량이 높게 나타난 혼합유기질 2배 시용 시 근장과 건근경중이 기질 비료의 시비는 근장, 건근경중과 수량을 증가시키는 것 으로 조사되었다.

Table 6

Effect of amount of applied fertilizer on roots of Atractylodes macrocephala Koidzumi.

삽주의 주요 성분인 atractylenolide I의 함량은 수량이 가장 높게 조사된 혼합유기질 2배 시용처리구에서 가장 높은 함량 을 나타내었다 (Fig. 2). 혼합유기질 단용시비 시 균배양체와 혼용에 비하여 높은 함량을 나타내었다. 단용 혹은 혼용처리 는 관행시비와 무시비구와 비교하였을 때 모두 함량이 높은 것으로 조사되었다.

Fig. 2

Effects of amout of organic fertilizer on the root yield of Atractylodes macrocephala Koidzumi.Mean values from triplicate separated experiments are shown. *Means within a column followed by the same letter are not significantly different based on the DMRT (p < 0.05).

4. 유기질 비료의 시용에 따른 토양의 이화학적 특성

유기질 비료의 종류를 달리하였을 때 토양의 이화학적 특성 을 조사하였다 (Table 7). 유기질 비료를 시비하였을 때 생산 량이 높은 것으로 조사된 혼합유기질 (HA)와 균배양체 (GC) 시용 시 토양 pH는 각각 6.5와 7.1로 나타났다. 균배양체 (GC) 시용 시에는 무처리구와 같은 수준인 pH 7.1로 조사되 어 중성토양으로 조사되었다. 유기질 비료의 시용은 식물성유 박 (TG)을 제외한 모든 시비처리구에서 유기물함량이 무시비 구에 비하여 높은 것으로 조사되었다. 기존의 관행시비 (CF) 는 유기질 비료에 비하여 칼륨와 인의 함량이 2배 정도 높게 시비되었으며, 이는 시비 후 토양의 치환성 인과 칼륨의 함량 을 높이는 것으로 볼 수 있다. 다만 질산태질소의 경우 질산 의 시비량과 시비 후 토양의 함량과의 연관관계는 나타나지 않았다.

Table 7

Physicochemical properties and chemical components of the soil by the organic fertilizer types.