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 배양토는 오래전부터 농가에서 산흙 등을 채취하여 직접 제조하여 사용하는 방식의 초보적인 자가상토 개념으로 이용되어지다가 1980년대부터 외국에서 제조한 상토가 수입되어 판매되면서 상업화단계로 접어들었고 우리나라도 1990년대부터 도입된 육묘기술과 더불어 원예용 상토의 시장이 급격하게 발전하고 있는 실정이다(Korea Customs Service, 2000). 그러나 원예용상토의 주재료인 피트모스 등은 외국에서 전량 수입하고 있는 실정으로 외국의 시장 변동이나 기후변화 등에 따라 공급의 문제점이 발생할 소지가 높은데 이러한 문제점은 단순히 외화낭비의 문제점만이 아니라 상토의 원자재를 공급하는 수출국의 정치적, 경제적인 문제로 수입에 차질이 생길 경우에는 국내상토 제조업체들의 생산에 차질이 생기고 이는 종묘산업에 영향을 미쳐 원예농가의 생산에 막대한 차질을 입힐 수가 있다. 그래서 국내에서 조달이 가능한 자재를 이용하여 상토를 제조하는 여러 연구가 진행되어 왔고 현재에는 왕겨 및 부엽토 등을 이용한 상토에 대한 연구가 이루어지고 있으나 왕겨의 경우에는 경제적인 측면과 수급이 원활한 장점이 있으나 온탕이나 화학약품을 이용하여 가공하는 과정이 복잡하고 환경오염을 유발할 소지가 있다(Song et al., 1996). 부엽토의 경우에는 노동력 투입에 따른 비용적인 측면과 산림환경측면에서 제한이 되고 있는 실정이다.

 버섯산업은 버섯이 지닌 약리작용으로 인하여 소비량이 증가하고 있으며 그에 따라 생산량도 증가하는 추세로 버섯의 소비량은 세계적으로 매년 약 12% 늘어나고 있으며 우리나라도 국민소득 증대와 함께 버섯 생산량 및 소비량이 꾸준히 증가하고 있는 추세이다. 현재 우리나라의 버섯재배농가는 8000농가가 넘으며 생산액은 약1조원으로 농림업 총생산액의 2.1%차지하고 있다(MFAFF, 2006).

 버섯 재배 후 부산물에는 버섯종류에 따라 차이가 있지만 미분해양분을 다량 함유하고 있어 이들에 대한 활용성을 증대시키는 것이 시급한 실정이다. 현재 원예용 상토 원료로 사용하는 피트모스나 코이어 등은 대부분 외국에서 수입하여 사용하고 있는데 버섯재배 후 발생되는 부산물을 원예용상토의 원재료로 사용할 시에는 경제적인 효과 및 안정적인 상토재료수급 그리고 버섯부산물의 재활용이라는 여러 장점이 발생한다.

 이에 본 연구는 원예용 상토의 원자재로써 버섯부산물의 화학적 특성과 원예작물의 유묘생육효과를 검정하여 상토의 원료로써 이용가능성에 대한 실험을 하였고 그 결과를 보고하고자 한다.

재료 및 방법

팽이버섯 폐배지의 안정화과정 및 작물별 발아시험

 본 실험은 2011년 3월24일 충남 예산군 신암면에 위치한 버섯재배영농조합에서 팽이버섯을 재배 후 발생한 버섯배지 부산물을 200 kg수거하여 노상에서 5일간 야적하여 1차 수분을 제거 한 후 3월29일 사각 통에 넣은 후 1일 12시간씩 공기를 공급하는 발효과정을 30일간 진행한 후에 노상에서 일주일간 야적하여 안정화과정을 종료한 후에 물리성과 화학성을 고려하여 아래의 Table 1과 같은 혼합비율로 원예용 상토를 제조하여 작물의 발아 및 생육실험을 진행하였으며 비료의 경우에는 21-17-17(N-P-K)의 제품을 충남 예산군에 위치한 농자재상에 구입하여 이용하였다.

 제조과정은 상기와 같은 부피비율로 원통형 혼합기에 투입하고 약 20분간 혼합하여 입자의 균일 도를 높였다.

 상기와 Table 1과 같이 설정된 상토의 발아능력을 검증하기 위하여 시험작물은 오이, 상추, 배추, 참외 4개 작물을 공시품종으로 정하고 각 처리구별로 32공 육묘포트에 3반복하여 파종한 후에 발아능력을 검증하였는데 발아특성은 농촌진흥청 농사실험연구조사기준에 의거하여 발아율과 평균발아일수를 조사하였으며 발아가 완료된 시점에서 식물생장시스템에 넣어 1일 2회 관수를 하였으며 관수 시에는 일체의 비효성분을 투입하지 않았다.

Table 1. Mixing ratio of mushroom-media and nursery bed soil used in the artificial medium

 생육조사는 공시품종들의 초장, 간장, 간경, 엽수, 엽면적 및 생체중과 건물중을 조사하였으며 간경은 지상부로부터 1 cm되는 지점을 기준으로 측정하였다.

조사항목 측정

 팽이버섯 폐배지의 안정화과정 중 온도와 수분의 측정은 5일에 1회 실시하였으며 측정기기로는 이동형 수분측정기인 HM-1110을 사용하였고 pH와 EC는 증류수 1 : 5 비율로 희석하여 측정하였다. 총탄소량은 dry-ashing법으로 총질소는 환원철법으로 분석하여 C/N율을 산출하였으며 인산은 Lancancaster법으로. 1 : 10(w/v)추출하여 분광기(UV-2100, Shmadzu)로 분석하였다. 중금속은 부산물비료 비료분석법에 준하여 분석하였으며 물리성은 농촌진흥청의 상토분석법기준에 의하여 분석하였다.

발아지수

 발아지수 측정은 비료분석법의 퇴비의 종자실험 발아지수법을 준하여 공시시료를 70℃에서 2시간 환류추출한 후 여과지를 이용하여 여과한 후에 petridish에 5를 넣고 무종자 30개씩 파종하였다. 파종 후 5일이 경과 뒤에 발아율과 뿌리의 길이를 측정하였고 아래의 식으로 발아지수를 산출하였다.

 Germination rate = (발아율/control 발아율) × 100
 Relative = (뿌리길이/control 뿌리길이) × 100
 Germination index = Germination rate× Relative / 100

통계 분석

 시료별 통계분석은 SAS(ver 8.0)을 이용하여 유기산과 발아지수, 수분, pH, EC, 온도의 상관관계 및 변화량을 분산분석하여 5%수준에서 유의성을 검증하였다.

결과 및 고찰

팽이버섯 폐배지의 화학적 특성

 본 실험에 사용된 팽이버섯 폐배지의 화학적 특성은 Table 2와 같다. 팽이버섯 폐배지의 질소함량은 1.93%이고 가리함량은 1.14%이었으며 유기물함량은 67.78%로써 일반적으로 사용되고 있는 퇴비의 25 ~ 30%보다 높은 수준으로 확인되었으며 인산함량도 3.86%로 나타나고 있다.

Table 2. Chemical properties of Mushroom-media.

 팽이버섯 폐배지의 인산함량 수준은 시중에서 유통되고 있는 퇴비의 일반적인 인산함량이 1%미만인 것과 비교하면 높은 수준으로 그 이유는 버섯배지를 제조할 때 미강 등 인산함량이 높은 유기물원이 원료로 사용되어지는 것으로 사료되는데 이는 팽이버섯 폐배지가 고급유기물원의 부산물로써 작물재배에 활용가능성은 높다고 사료된다. pH는 7.2로 중성수준으로 작물의 발아 및 생육에 적합한 수준이었으며 EC의 경우에는 1.46 dS/m으로 일반적인 상토보다 높은 수준으로 나타났다. 상토에서 EC수준이 높을 경우에는 근권용액의 삼투압이 높아져 뿌리를 통한 흡수능력이 불량하여 생육장해를 입는다고 알려져 있다. 상토의 공정규격에서도 작물의 생육에 알맞은 EC수치는 2.0 dS/m으로 알려져 있고 Nelson(1991)이 제시한 EC수준≤ 2.0 dS/m기준에서 볼 때 생육상에 장애요인으로 EC가 작용할 가능성은 없다고 판단된다.

안정화기간중에 발아지수 및 특성변화

 팽이버섯 폐배지를 수거하여 안정화과정중에서 조사한 발아지수와 온도 그리고 pH의 변화는 Table 3과 같다. 팽이버섯 폐배지는 수거직후에는 pH가 7.2수준이었으나 안정화가 시작됨에 하강되었다가 상승하기 시작하여 25일이 경과후에는 8.1 수준에서 안정화가 되었다.

Table 3. Change of characteristics within the Mushroom-media during composting

 pH의 변화는 유기물의 분해과정 중에서 발생하는 중간대사물인 유기산으로 인하여 낮아졌다가 안정된 것으로 판단된다. 이러한 pH의 변화는 온도변화와 다른 경향을 보이고 있는데 온도의 변화는 안정화과정 5일째에는 28이었다가 15일째에는 최고 64까지 상승한 후에 점차적으로 안정화 되어 발효과정 종료시점에는 38로 조사되었는데 온도의 하강은 유기물이 상당부분 분해된 것으로 판단하며 발효과정이 완료되는 시점을 나타내는 것으로 알려져 있다(Chang et al., 1995).

 팽이버섯 폐배지의 발아지수의 변화를 살펴보면 수거 후 안정화과정 5일 이후에는 69이었으며 지속적으로 상승하여 안정화종료일인 30일에는 122로 나타났는데 유기물원이 함유된 물질의 추출물에서 발아지수가 80이상일 경우 식물에 미치는 독성은 없다고 하였으며(Zucconi et al.,1981), 또한 팽이버섯 폐배지가 가장 많이 재활용되고 있는 부숙비료의 경우에도 공정규격상의 발아지수를 70이상으로 규정하고 있으므로 팽이버섯 폐배지의 경우에는 공기를 공급할시 에는 15일이상 안정화과정을 진행하면 사용상에 문제가 없을 것으로 판단되며 이러한 발아지수의 결과는 pH와 온도의 변화에서도 확인되고 있다.

공시 재료 상토의 이화학적 특성

 상토는 식물의 생육에 미치는 영향이 높기 때문에 물리적 특성과 화학적 특성에 대한 많은 연구가 이루어지고 있다. Boodle(1998)와 Verdonk et al.(1938)은 물리성이 식물의 생육에 미치는 영향이 크다고 보고하였다. Gabriels et al.(1986)은 pH, EC 및 무기성분이 식물생육에 적합한 근권 환경의 양분을 결정하는 중요한 요인이기 때문에 상토의 적절한 화학성분이 중요하다고 하였다.

 상기와 같이 수거된 팽이버섯 폐배지를 일정용기에 담아 공기를 공급하는 안정화단계를 거친 후에 최종적으로 다른 재료와 혼합하여 제조한 상태의 이화학성 특성은 아래의 Table 4와 같다. pH의 경우에는 처리구들이 전체적으로 5.88에서 6.03수준으로 약산성 수준이며 EC경우에는 다른 재료와 혼합되므로 0.64 ds/m수준까지 낮아져 현재 유통되고 있는 일반적인 원예용 상토와 차이가 없다고 판단된다. 특히 양분적 측면에서는 질소와 유효인산 등이 시중에서 유통되는 상토인 대조구에 비해서 높게 나타고 있으며 작물의 직접적으로 흡수하는 질산태 질소의 경우에는 팽이버섯 폐배지의 혼합비율이 증가함에 따라 78%이상 높았으며 처리구 4의 경우에는 269 mg/L로 대조구에 비교하여 102%이상 높은 수준이었다. 유효인산의 경우에도 대조구가 211 mg/L인데 처리구 1의 경우에는 321 mg/L로 65%높게 나타나 양분적인 측면에서는 활용가치가 높다고 판단된다. 그러나 보수력과 용적밀도의 경우에는 팽이버섯 폐배지의 혼합비율이 증가할수록 보수력은 감소하고 용적밀도는 증가하는 경향을 보이고 있다. 특히 보수성의 경우에는 원예용상토의 경우에는 보수력에 따라 육묘기간 및 관리상의 문제가 발생할 소지가 높으므로 사용상에 주의가 필요할 것으로 판단된다.

Table 4. Chemical characteristics of control media and flammulina velutipes-media.

발아특성 및 초기생육

 팽이버섯 폐배지의 혼합비율에 따른 작물별 발아특성은 Table 5와 같다. 팽이버섯 폐배지의 혼합비율이 증가함에 따라 발아특성은 불량해지는 경향이 나타나고 있는데 발아율은 팽이버섯 폐배지의 혼합비율이 10%이내에서는 큰 차이를 보이고 있지 않으나 팽이버섯 폐배지의 혼합비율이 30%부터는 발아율이 통계적으로 유의차가 인정되고 있으며 발아세도 발아율과 같은 경향을 나타내고 있다. 오이의 발아율은 혼합비율이 20%까지는 일반 시중에서 판매되는 원예용상토와 비교해서 통계적으로 큰 차이가 없으나 팽이버섯 폐배지의 혼합비율이 증가함에 따라 발아특성이 불량한 것이 통계적으로도 확인되고 있다. 오이, 참외, 배추, 상추 4개 원예작물의 발아시험의 결과를 종합하여 보면 오이와 참외는 팽이버섯 폐배지의 혼합비율이 20%이내, 상추와 배추는 10%이내의 경우일 때는 발아특성이 대조구와 비교하여 통계적으로 차이가 없는 것으로 조사되었다. 그러나 팽이버섯 폐배지의 혼합비율이 30%이상인 처리구 3과 4는 모든 작물에서 불량한 발아특성이 조사되었고 배추와 상추는 발아자체가 이루어지지 않고 있는데 이러한 결과는 팽이버섯 폐배지와 발아특성간에 상관관계를 분석한 Table 6과 같이 통계적으로 확인되고 있다.

Table 5. Chemical characteristics of control media and flammulina velutipes-media.

Table 6. The germination characteristics of crop according to treatment.

 발아율은 팽이버섯 폐배지의 혼합비율이 증가할수록 모든 작물에서 음의상관관계를 보이고 있으며 참외 이외의 모든 작물에서 통계적으로 유의차가 확인되었으며 평균발아일수의 경우에도 오이의 경우에는 상관관계가 분석되지 않았으나 전체적으로 음의상관관계를 보이고 있디. 발아세의 경우에도 오이이외의 모든 작물에서 통계적으로 유의차가 인정되고 있는데 이러한 결과는 팽이버섯 폐배지의 혼합비율이 증가함에 따라 고추 및 배추 등의 발아율이 낮아진다는 Lee et al.(2009)의 연구결과와 일치하며 이러한 발아특성은 화학적 특성보다는 보수력 등의 물리적 특성에 따른 차이가 원인으로 판단된다.

 Lee et al.(2006)의 연구에서도 부재료를 혼합하여 물리성을 개량한 상토에서의 작물의 묘소질이 양호하였다는 결과로 볼때 팽이버섯 폐배지의 혼합비율을 증가시킬 경우에는 물리성을 개선시킬 수 있는 다른 재료의 혼합비율을 증가시키거나 20%이내에서만 팽이버섯 폐배지를 혼합하여 사용하여야 할 것으로 판단된다.

작물별 묘소질

 작물파종 후 20일 경과 후 대조구와 처리구들의 생육특성은 아래 Table 7과 같다. 대조구가 팽이버섯 폐배지가 혼합된 처리구들에 비해서는 높은 생육특성을 나타내고 있으나 오이의 경우에는 팽이버섯 폐배지 혼합비율이 10%이내인 처리구1은 생체중은 통계적인 유의성이 없으며 작물의 건전도를 판단할 수 있는 건물중의 경우에는 대조구에 비하여 양호한 특성이확인되고 있다. 참외도 오이와 비슷한 경향으로 처리구1은 간경,간장,엽수,엽면적은 대조구와 비교하여 통계적인 유의성이 큰 차이가 나타나고 있지 않아 배양토의 혼합재료로써 활용가능성이 높다고 판단되었다. 배추의 경우에도 간경은 대조구에 비하여 낮은 수준이었으나 엽면적은 31.44으로 대조구에 비하여 높은 수준이었으며 생체중과 건물중도 대조구와 통계적 유의차가 없게 나타나고 있으나 상추의 경우에는 팽이버섯 폐배지의 혼합비율에 상관없이 대조구에 비하여 모든 생육특성이 낮은 수준으로 확인되었다.

Table 7. Correlation cofficient between germination characteristics and flammulina velutipes-media of a treatment.

 상기와 같이 팽이버섯 폐배지의 혼합비율에 따른 오이, 참외, 배추, 상추의 파종 후 20일 경과 후 각 작물별 묘소질을 보면 오이와 참외는 팽이버섯 폐배지의 혼합비율 20%, 배추는 10%이내의 경우에는 활용이 가능하다고 판단되나 팽이버섯 폐배지의 혼합비율이 증가할수록 불량한 생육특성을 보이고 있으며 이러한 결과는 Cho(2003)의 연구결과에서도 팽이버섯 폐배지의 경우 오이의 묘소질이 대조구보다 양호한 것으로 조사한 결과와 일치한다는 내용이 본 실험에서도 확인되었고 본 연구에서는 혼합비율에 대한 정확한 자료를 규명하였다고 판단한다. 그러나 상추의 경우에는 팽이버섯 폐배지의 혼합비율에 관계없이 묘소질이 불량한 것으로 확인되었다.