관행농업에서는

비료를 식물이 직접 이용이 가능한 무기 태 양분 형태로 공급하지만(Kramer et al., 2002), 유기농업에 서는 유기질비료 형태의 지효성 양분에 의존한다(Cavero et al., 1996). 인삼을 비롯하여 대부분의 작물은 관행재배에서 유 기농 재배로 전환 할 때 수량감소가 발생하는데 수량감소의 중 요한 원인은 양분공급 부족이라고 보고하였다(Clark et al., 1999). 유기농 재배에서 작물의 수량을 올리지 못하는 원인은 작물이 시기별로 요구하는 양분요구량를 충족하지 못하는 원 인으로 인한 수량감소라고 보고하였다(Pang and Letey, 2000).

유기농 재배농가는 기비로 퇴비를 시용하고 작물재배 기간 중에는 추비로 퇴비를 시용하기 어려워 액비를 시용하고 있는 상황이다. 유기물 위주의 지효성 양분은 작물의 비료요구량에 일치하게 양분을 공급하기 어려운 문제점이 있어서(Pasakdee et al., 2006) 유기농 인삼재배에 적합한 추비용 농자재의 개발 이 필요한 실정이다.

최근 유기농업의 발전과 더불어 퇴비차에 대한 과학적인 연 구가 이루어지고 있다(Litterick et al., 2004). 퇴비차는 잘 부 숙된 퇴비를 물에 넣고 산소를 공급하여 이를 발효시켜 만든 미생물 배양액이다(Ingham, 2002). 퇴비차는 다양한 양분과 다 양한 종류의 미생물을 함유하고 있어서 뿌리 생육 촉진, 작물 의 품질 향상, 수량증대에 효과가 있다고 보고되었다(Haggag and Saber, 2007). 또한 퇴비차는 토양 양분의 가용화, 보비력 증진, 토양입단화 촉진, 유해물질 분해에도 효과가 있다고 보 고하였다(Sanwal et al., 2006). 인삼은 일반작물과는 달리 과 습이나 고온에 약하고 해가림 아래 즉 반음지에서 재배되기 때문에 식물체가 연약하고 병충해에 의한 피해가 크다. 인삼 은 고년근으로 갈수록 여러 가지 병해발생과 생리장해, 조기 낙엽, 줄기고사, 뿌리썩음 등으로 수량감소와 질적저하가 일어 난다(RDA, 2004; Bae et al., 2005).

유기농 인삼은 채종이 끝나면서 8월 초순부터 낙엽이 떨어 지는 것이 수량감소의 한가지 원인이라고 보고하였다(Lim, 2011). 양분부족 등의 원인으로 인한 인삼의 조기낙엽은 생육 기간을 단축시켜 인삼 수량감소의 원인이 된다. 따라서 본 연 구에서는 유기농 인삼재배에서 추비용 농자재로 퇴비차의 적 용를 검토하였다. 관행적인 방법의 퇴비차 제조는 물을 추출 용액으로 사용하고 있으나 물을 사용하여 제조한 퇴비차의 경 우 비료 성분 함량이 낮아서 추가적인 유기질 비료를 공급하 기 위한 목적으로 추비용 유기비료로 이용하고 있는 SCB액비 를 물 대신 퇴비차 추출용액으로 검토하였다.

SCB (slurry composting biofiltration) 액비는 분뇨가 퇴비단 을 통과하는 동안 생물학적 여과와 발효 과정을 거침으로써 냄새가 거의 없고 균질해지므로 추비용 유기비료 자원으로서 이용이 가능하다는 장점을 가지고 있다. SCB액비의 벼, 원예 작물, 수목, 잔디에 대한 작물의 시용효과와 관련된 연구가 이 루어 졌으나 SCB 액비를 퇴비차 추출용액으로 활용한 연구는 이루어지지 않았다.

본 연구는 인삼 유기재배의 새로운 추비용 농자재를 개발하 기 위하여 퇴비차의 원료인 퇴비(폐버섯퇴비, 우분퇴비)와 추 출용액(물, SCB액비)를 달리하여 제조한 퇴비차의 미생물 밀 도와 화학적 특성를 조사 분석하고, 퇴비차 시용이 유기농 인 삼의 지상부 및 지하부 생육 그리고 잎의 노화 정도에 미치는 영향을 조사하였다.

재료 및 방법

퇴비차 원료 및 제조방법

본 연구에 사용된 공시 폐버섯 및 가축분뇨 퇴비의 화학적 특성는 Table 1과 같이 가축분뇨 퇴비의 pH는 7.4를 타내 었으며, 폐버섯퇴비의 pH는 7.0로 중성를 나타내었다. 가축분 뇨 퇴비의 질소 함량은 1.78%로 폐버섯퇴비 보다 높았다. 종 자발아법에 의한 부숙도 평가 결과 가축분뇨 퇴비의 발아지수 는 78.4, 폐버섯퇴비는 82.6를 나타내어 부숙이 완료된 퇴비로 판단되었다. 종자발아법은 발아지수에 따라 부숙도를 측정하 게 되며 발아지수 70이상 일때 부숙완료로 판정한다(Chang et al., 2008).

공시 퇴비의 부숙도 평가는 종자발아법(Ryoo, 2011)으로 실 시하였다. 퇴비 추출은 100 mL 증류수에 평량한 퇴비 시료 5 g를 넣고 70±1°C에서 2시간 환류냉각 추출 후 No. 2 여과 지로 여과하여 시료로 활용하였다. 발아시험은 직경 85 mm 패 트리디쉬에 No. 2 여과지를 2겹 깔고 시험구에는 5 mL의 시 료를 넣고, 대조구에는 증류수를 5 ml를 넣고 무종자를 각각 30립 씩 3반복으로 치상한 후 페트리디쉬를 파라필름으로 감 아 항온기에 넣었다. 생육상의 온도는 25±1°C로 하고 인공적 인 빛은 조사하지 않았다. 치상 72시간 후에 시료 3 mL를 보 충하고 파라필름으로 감았다. 종자 치상 후 125시간에 발아율 과 뿌리길이를 측정하였다. 발아지수(GI)는 GR(germination rate)에 뿌리길이를 곱하여 구하였다.

본 연구에서는 퇴비차 제조시 추출용액으로 관행적으로 사 용하는 물을 대체하여 SCB 퇴비단여과액비를 사용하였다. SCB액비를 물에 10배 희석하여 사용하였으며 희석액의 화학 적 특성은 Table 2와 같다. SCB액비 희석액은 질소 및 칼륨 함량이 각각 60.2, 135mg· L^-1으로 질소와 칼륨 함량이 높았다.

본 연구에서는 호기성 방법으로 퇴비차를 제조하였다. 퇴비 차 제조장치는 1 m³ 플라스틱 용기 하부에 0.5 마력 펌프를 3 개 설치하여 산소를 공급하였다. 퇴비차 제조시 퇴비와 추출 용액의 비율은 1 : 20 즉 추출용액 1 m³에 50 kg의 퇴비를 투 입하였다. 퇴비차 추출시간은 다른 연구자(Scheuerell and Mahaffee, 2002)가 제시한 호기 퇴비차의 적정추출시간인 24 ~ 32시간의 범위인 32시간으로 설정하였다. 퇴비차 추출기 간 중 용존산소(DO)는 5.5 ppm이상으로 유지하였다.

처리내용

본 연구에서는 4종류의 퇴비차를 제조하였다. 퇴비차의 공 시 원료인 폐버섯퇴비와 우분퇴비에 추출용액으로 물을 사용 하여 제조한 2종류의 퇴비차와, 폐버섯퇴비와 우분퇴비에 물 을 대신하여 SCB액비 10배 희석액을 추출용액으로 사용하여 제조한 2종류의 퇴비차 처리구를 두었다(Table 3). 퇴비차 살 포량은 10 a 당 3 m³을 엽면시비 하였다. 퇴비차의 살포농도는 EC 함량을 0.3 mS·m^-1를 기준으로하여 물로 희석하여 분무기 로 7월 1일부터 9월 중순까지 2주 간격으로 5회 엽면 살포하 였다.

퇴비차의 미생물 밀도 조사

퇴비차중의 생균수 측정은 희석평판법(NCCLS, 1992)을 사 용하였다. 이때 사용된 배지종류로는 세균의 분리배지는 yeast glucose 한천배지, 방선균은 starch-case 한천배지, 사상균은 streptomycin이 함유된 rose bengal 한천배지를 사용하였다. 배 양조건은 세균과 방선균은 28°C, 사상균은 25°C에서 7일 배 양 한 후 계수하였다.

인삼 재배와 생육 조사

본 시험에 공시한 유기농 인삼 재료는 자경종의 혼계종으로 종자를 직파하여 표준인삼경작법(RDA, 2009)에 준해서 유기 농으로 재배하였다. 퇴비차 시용 시험은 4년근 유기농인증(인 증번호: 제11-02-1-25호)을 받은 강원도 원주시 신림면 농가에 서 2012년 5월부터 11월 까지 실시하였다.

인삼 잎의 엽록소함량은 SPAD-502(Minolta)을 사용하여 제 1엽이 완전히 전개된 엽으로부터 반복당 3주씩, 1주당 5회 측 정하였다. 인삼의 지하부 생육조사는 동직경, 동장, 지근수, 근 장, 근중 등 5개 항목을 조사하였다. 인삼 지하부 조사는 인삼 20개체를 채굴하여 사용하였다. 인삼의 낙엽율은 가로, 세로 0.5 m² 반경에 고사된 인삼잎의 비율을 조사하였다. 기타 생육 특성은 농사시험연구조사기준(RDA, 2013)에 의거하여 조사하 였다. 인삼의 포장시험 시험구는 난괴법 3반복으로 배치하였 다. 통계처리는 모든 자료들에 대하여 SAS package의 GLM procedure로 분산분석을 실시하였으며, Duncan’s new multiple test를 이용하여 95% 수준에서 유의성을 검정하였다.

퇴비차와 토양 성분 분석

퇴비차의 화학성 분석은 농촌진흥청에서 발간한 식물체 및 토양화학 분석법(NIAST, 2000)에 준하여 실시하였다. 제조된 시료의 pH와 전기전도도는 pH/EC meter (HI 9932, Hanna) 로 측정하였고, 유효인산 함량은 흡광광도계(Cintra 40, GBC Sciencetific Equipment, Ltd), 치환성 양이온과 미량원소는 ICP(Integra XL Dual, Sciencetific Equipment, Ltd), 질소함 량은 원소분석기(US/Vario Max CN, Elementar Analyse system GmbH)를 이용하여 분석하였다. 공시토양의 pH와 EC 는 토양과 증류수를 1 : 5의 비율로 혼합 한 후 pH는 pH meter (Orion 900A)로 EC는 EC meter (Orion 162A)로 측 정하였다. 유기물 함량은 작열감량방법으로 측정하였다(Schulte and Hopkins, 1996). 유효인산은 Lancaster법(Lancaster, 1980)으 로, 치환성양이온은 1 N ammonium acetate법으로 침출한 후 ICP를 이용하여 분석하였다.

결과 및 고찰

퇴비차의 화학적 성분함량

퇴비차의 발효 시작과 종료시점의 pH와 EC 함량의 변화는 Table 4와 같이 가축분뇨를 원료로 제조한 퇴비차의 pH는 6.6 이었고, 폐버섯퇴비를 원료로 제조한 퇴비차의 pH는 6.4이었 다. 퇴비차의 pH는 발효 1시간 후 6.4 ~ 6.7를 보였으나, 발효 종료시점인 36시간에는 7.1 ~ 7.6로 높아졌다. 퇴비차 제조과정 에서 발효 종료시 pH가 상승하였는데 미생물의 증식 및 대사 반응에 따른 생산물의 영향으로 보인다(Ryoo, 2011). 퇴비차 의제조 중 EC의 변화는 물을 추출용액으로 제조한 퇴비차의 경우 0.5 ~ 1.2mS M^-1로 낮았으나, SCB액비 희석액을 추출용 액으로 제조한 퇴비차에서는 3.5 ~ 4.1mS·M^-1로 높았다. 또한 퇴비차의 EC는 발효 처리 후 1시간 보다 발효 종료시점에 높 아졌다.

퇴비의 원료와 추출용액을 달리하여 제조한 퇴비차의 화학 적 성분은 Table 5와 같이 퇴비차의 질소함량은 물에서 추출 한 퇴비차의 20 ~ 22mg·L^-1에 비하여 SCB액비를 추출용액으 로 사용한 퇴비차에서 72 ~ 75 mg·L^-1로 약 3배 이상 높아졌 다. 또한 SCB액비 추출용액 퇴비차는 인산, 칼륨 함량이 물 기반 퇴비차 보다 약 2배, 7배 높아 질소외에도 칼륨 함량이 높았다. 퇴비차의 조제시 질소성분 함량을 높이기 위하여 두 과작물이나 가축분뇨를 원료로 사용하면 질소함량를 증가 시 킬 수 있다고 보고 되었는데(Ingham, 2002) 퇴비차의 질소 함량 증가는 퇴비 원료 뿐만아니라 추출용액으로 SCB액비를 사용하므로 가능 할 것으로 보인다.

퇴비차의 미생물 밀도

퇴비의 종류와 추출용액을 달리하여 제조한 퇴비차의 미생 물 밀도는 Table 6과 같이 퇴비차의 세균, 방선균, 사상균의 밀도는 각각 10⁷~ 10⁸, 10¹~ 10⁴, 10¹~ 10² 로 세 의 밀도가 가장 높고 방선균과 사상균의 밀도는 낮았다. 본 연구에서의 제조한 모든 처리구의 퇴비차는 세균이 우점하는 퇴비차의 특 성를 나타내었다. 퇴비차의 미생물 밀도는 토양양분의 가용화 (Sanwal et al., 2006)와 식물병원균을 억제하는 것과 관련이 있다고 보고되었다(Al-Dahmani et al., 2003). 퇴비차는 유용 한 미생물의 밀도가 높을 때 잎, 줄기, 뿌리에서 병을 유발하 는 미생물과의 경합력이 높아져 방제효과를 나타낸다고 보고 하였다(Ingham, 2002). 퇴비차에 균의 밀도가 높으면 엽면 살포시 병원성 미생물이 억제된다는 보고가 있다(Al-Dahmani et al., 2003).

퇴비차의 방선균 밀도는 폐버섯 퇴비차에서 1.3 × 10³, 가축 분뇨 퇴비차에서 1.3 × 10¹를 나타내어 폐버섯 퇴비차에서 방 선균의 밀도가 높았다. 또한 사상균의 밀도도 폐버섯 퇴비차 에서 1.4 × 10²로 가축분뇨 퇴비차의 8.6 × 10¹ 보다 높았는데 버섯에 남아 있는 버섯균이 추가되었을 가능성를 배제 할 수 없었다.

인삼의 지상부 생육

퇴비차 시용이 인삼 지상부 생육에 미치는 효과는 Table 7 과 같이 인삼의 엽장, 엽폭은 SCB액비를 추출용액으로 조제 한 퇴비차 시용구에서 관행의 물을 추출용액으로 제조한 가축 분뇨 퇴비차 시용구 보다 컸다. 이러한 생장 증가는 SCB퇴비 차에 존재하는 무기태 양분의 공급이 원인인 것으로 보인다 (Table 5).

퇴비차의 시용이 인삼의 경장, 경직경에 미치는 효과를 조 사한 결과는 Table 8과 같이 인삼의 경장, 경직경은 8월 조사 에서는 처리구별 유의적인 차이가 관찰되지 않았으나 9월 조 사에서는 SCB액비를 추출용액으로 제조한 퇴비차 시용구에서 경장과 경직경이 높았다. 퇴비차의 효과는 퇴비차의 제조방법 (공기주입, 퇴비형태, 양분첨가, 발효기간 등)에 따라 상이하다 고 보고되었다(Scheuerell and Mahaffee, 2006). 따라서 물을 대체하여 SCB액비 희석액을 추출용액의 사용한 퇴비차는 관 행 퇴비차 보다 지상부 생육에 효과가 높을 것으로 기대되어 인삼재배에서 추비용 농자재로 활용이 가능 할 것으로 보인다.

엽록소 측정치와 낙엽율

퇴비차 시용에 따른 인삼 잎의 SPAD 값(엽록소 함량의 간 접적 측정)은 Table 9와 같았다. 엽록소 측정치는 식물체 질소 영양상태를 나타내는 지표로 활용이 가능하다고 보고하였다 (Shaobing, 1995). 인삼 잎의 SPAD 값은 8월14일 조사에서 SCB액비를 추출용액으로 사용한 퇴비차에서 32.4로 무처리구 의 28.1 보다 더 높았다. 인삼의 SPAD값은 10월 1일 측정에 서 물 기반 퇴비차 시용구에서 17.5 ~ 18.3 범위로 무처리구의 14.7 보다 높았다. 이러한 결과는 퇴비차의 시용이 인삼 잎의 엽색 유지기간을 연장하여 노화를 연기시킬 수 있다는 것을 나타내준다. 또한 SCB액비 기반 퇴비차 시용구의 엽록소측정 치는 대조구 보다 높은 수치를 보여 양호한 질소 영양상태를 나타내었다. SCB액비를 추출용액으로 제조한 퇴비차는 인삼 지상부 엽색도 유지에 보다 효과적인 농자재로 보인다.

본 시험포장의 인삼은 채종이 끝나면서 인삼의 활력이 떨어 지기 시작하여 대조구는 8월 초순부터 조기낙엽이 발생하였다. 인삼은 고온, 고광도, 병의 발생 등에 의하여 조기낙엽이 발생 되고 이로 인하여 수량감소, 품질저하를 가져온다. 따라서 낙 엽 시기를 늦추어 광합성 기간을 연장함으로서 인삼근중의 증 대를 꾀할 수 있는 방법이 필요하다(Lim, 2011).

퇴비차 시용에 따른 인삼잎의 낙엽율은 8월 20일 1차 조사 에서는 처리구 사이에 유의한 차이를 나타내지 않았다(Table 10). 그러나 10월 13일 조사시 낙엽율은 SCB액비 기반 퇴비차 시 용구에서 33.8%로 무처리구의 52.5% 보다 낮아져 퇴비차 시 용이 조기낙엽 억제 효과를 나타내었다. 인삼 조기낙엽의 원 인은 명확하게 규명되지 않았지만 호흡량 증가에 의한 생리장 해와 유기농 인삼의 재배 특성상 유기질 비료의 시용에 따른 생육 후기 양분 공급 부족 현상으로 보여진다(Lim, 2011). 생 육시기별 광량조절이 인삼의 지상부 생육에 미치는 영향의 연 구에서(Cheon et al, 2003) 생육 후기인 9월 30일 조사에서 인삼의 낙엽율은 광량조절구가 15.7%로 대조구의 50%에 비 하여 높았다는 보고하였다. 따라서 인삼의 생육 시기별 생육 은 광량조절에 의한 환경요인(Cheon et al, 2003)과 영양상태 (Lim, 2011) 등의 요인에 의하여 낙엽율의 차이를 보이는 것 으로 보인다.

인삼 지하부 생육

퇴비차 시용에 따른 인삼의 지하부 생육 특성을 비교한 결 과는 Table 11과 같이 인삼의 뇌두장, 뇌두폭, 동직경은 퇴비 차 시용구와 무처리구 사이에 유의적인 차이가 없었다. 인삼 의 근장은 무처리구의 25.4 cm에 비하여 SCB액비 기반 퇴비 차 처리구에서 26.7 ~ 26.9 cm로 다소 높아졌다. 또한 주당 근 중도 무처리구의 14.5 g 보다 SCB액비 기반 퇴비차 시용구에 서 15.5 ~ 15.9 g으로 높아졌다. 퇴비차 시용이 조기낙엽 방지 에 의한 생육기간 연장으로 근중이 증가된 것으로 예측되지만 추후 정밀 검토가 필요 할 것으로 보인다.

시험 후 토양의 화학성 변화

인삼의 퇴비차 시용 100일 후 측정한 토양화학성의 변화는 Table 12와 같이 퇴비차 처리후 토양의 pH, EC, 유기물, 유 효인산 함량은 처리구 간에는 뚜렷한 차이를 보이지 않았으나 치환성 칼륨 함량은 다소 증가하였다.

적 요

본 연구는 인삼 유기재배에서 생육후기 양분 부족으로 인한 조기낙엽 발생과 이로 인한 수량감소의 문제를 해결하기 위하 여 추비용으로 활용이 가능한 농자재로 퇴비차의 적용 가능성 를 검토하기 위하여 수행하였다. 퇴비차 제조는 호기성 발효 방법으로 하였으며 퇴비원료(폐버섯퇴비, 우분퇴비)와 추출용 액(물, SCB액비)을 달리하여 제조한 퇴비차의 양분함량과 미 생물 밀도를 조사하고, 인삼을 대상으로 퇴비차 시용 효과 시 험를 실시하였다. 4년근 유기농 재배농가 포장에서 퇴비차 시 용이 인삼의 지상부 생육, 지하부 생육, 엽색도 유지와 조기낙 엽 방지에 미치는 영향에 대하여 조사한 결과는 다음과 같다.