세계 7대작물에 속하는 고구마(Ipomoea batatas)는 척박한 토양에서도 잘 자라며, 단위면적당 수량이 높아 전세계적으로 구황작물로 널리 이용되어 왔다. 2018년 농림축산식품부 통계 에 따르면 우리나라 고구마 재배면적은 2만753㏊로 2011년 재 배면적은 1만8천ha 보다 34% 증가하였다(MAFRA, 2019). 우 리나라 고구마 재배지의 토양은 유기물 함량이 낮은 척박한 토 양에서 재배되고 있는 실정이다(Han et al., 2012). 현재 우리 나라 농경지에 연작과 화학비료 위주의 농업으로 토양이 쇠퇴 하는 상태이고 작물생산량 증대가 한계상황에 도달하였다. 토 양을 살리고 경축순환 농업 기술의 접목이 절실히 요구되는 시 점에 가축분뇨 액비에 의한 화학비료 대체 기술의 보급은 지 속농업 발전에 중요한 기술이다.
가축분뇨 액비는 작물 생육에 필요한 성분인 질소, 인산, 칼 륨, 칼슘, 마그네슘 등 다량원소 뿐만아니라 미량원소도 포함 하고 있다. 최근 우리나라에 생산되는 가축분뇨액비는 고액분 리 과정에 고형물이 제거되고 액상물이 주성분으로 되어 칼륨 함량은 높으나 인산, 칼슘, 마그네슘 함량이 불균형한 양분상 태를 나타내어 작물 활용 시에는 부족한 성분의 보충이 요구 된다(Lee et al., 2017).
가축분뇨액비에 부족한 성분을 첨가한 양분조정 맞춤형액비 는 작물의 양분흡수를 감안하여 액비에 부족한 성분을 보강하 여 제조한 비료이다. 양분조정 맞춤액비에 대한 가지 (Ryoo et al., 2018)와 부추 (Lee et al., 2017) 시험에서 화학비료와 대 등한 효과가 있었다. 가축분뇨 맞춤액비는 화학비료를 대체할 비료로 사용이 가능하고, 생육 면에서도 기존의 화학비료와 거 의 비슷한 생육을 보이고 있다(Ryoo et al., 2018).
가축분뇨액비는 질소, 인산, 가리 등 양분을 조절하여 작물 의 성분 요구량에 일치하게 시용하기가 어려운 단점이 있다. 통상 가축분뇨 액비의 N : P :K 성분 함량 비율이 2 : 1 : 3으로 칼륨은 많고 인산은 부족한 비율을 나타내고 있다(Lee and Ryoo, 2015). 그러나 고구마의 질소 : 인산 : 칼륨의 양분 요 구 비율이 3 : 1 : 4로 가축분뇨 액비의 성분 함량과 일치하지 않는다. 고구마의 경우 영양생장기에는 질소의 영향이 크고 비 대기에는 칼륨의 영향이 크다. Sarong et al.(1986)의 연구에 의하면 고구마의 수량은 질소와 칼륨의 비율이 1 : 3일 때 가 장 높았다고 보고하였다.
최근 고구마 품질 증대에 대한 관심과 요구가 증가하면서 많은 종류의 농자재가 개발 보급되고 있다. 고구마의 수량 및 품질 향상을 위해 여러 종류의 비료가 사용되고 있으나 고구 마의 괴근 수량 및 품질과 관련하여 실증 연구는 부족한 실정 이다. 본 연구는 고구마의 시비에서 화학비료를 대체하기 위 하여 돈분액비에 부족한 성분인 인산, 마그네슘 등을 첨가한 양분조정 맞춤액비의 시용이 고구마의 괴근 수량 및 품질특성 에 미치는 영향에 대한 기초자료를 얻고자 수행하였다.
재료 및 방법
시험포장 및 재배관리
본 시험은 돈분액비와 양분조정 맞춤액비의 시용 처리에 의한 고구마의 수량 및 품질에 미치는 효과를 구명하기 위 하여 여주시 농가 포장에서 2018년에 수행하였다. 각 처리 구의 크기는 2.5 × 4 m (10 m2)이었으며 3 반복으로 난괴법 (Randomized complete block design)에 따라 처리구를 배치 하였다. 시험에 사용된 재배작물은 베니하루까 고구마(Ipomoea batatas)로 재식거리는 이랑폭 75 cm × 포기사이 20 cm였으 며, 2018년 5월 24일에 모종을 삽식하였고, 2018년 10월 9 일에 수확하였다.
공시 돈분액비 특성
본 연구에 이용된 돈분액비는 여주시 공동자원화센터의 고 액분리와 부숙과정을 거친 돈분액비를 사용하였다. 본 실험에 사용한 돈분액비의 화학적 특성은 Table 1과 같다. 공시 가축 분뇨액비의 pH는 7.41 이었고, 비료의 3요소인 N-P2O5-K2O 에 있어서 T-N 함량은 0.09%, P2O5는 0.008%이고, K2O 함 량은 0.269%로 칼리의 함량은 높았으나 인산의 함량은 낮은 것으로 나타났다.
처리내용
본 시험의 처리구는 돈분액비(SLM), 돈분액비에 화학비 료를 첨가한 양분조정 맞춤액비(NBSLM)와 화학비료 관행 재배구(대조구)를 두었다. 화학비료 시용구는 시비처방 기준 으로 10a당 화학비료 성분량 질소 5.5 kg, 인산 6.3 kg, 칼 리 15.6 kg를 시용하였다.
양분조정 맞춤액비 조성
맞춤액비 조성비율은 Table 2와 같다. 양분조정 맞춤액비의 조성은 공시 액비에 부족한 성분은 무기질 비료로 보충하여 양분조정 맞춤액비를 제조하였다. 양분조정 맞춤액비 시용구 (NBSLM)는 칼리 기준으로 시비 처방에서 부족한 비료성분을 보충하기 위하여 가축분뇨 액비 1 톤에 일인산암모늄 1.5 kg, 황산마그네슘 0.5 kg, 붕산 0.05 g을 혼합하였다.
화학비료 시용구는 고구마 표준시비기준 (N : P2O5 : K2O= 5.5 : 6.3 : 15.6 kg/10a)를 기준(RDA, 2006)로 시용하였 다. 돈분액비 시용구(SLM)는 고구마 표준시비기준의 질소시 용량에 해당하는 액비 6 ton/10a를 시용하였다.
생육조사
고구마 생육 특성은 농촌진흥청 농업과학기술 연구조사기 준(RDA, 2013)에 준하여 실시하였다. 지상부 생육은 삽식 후 35, 65, 120일에 조사하였고. 지상부 생육은 주경의 길이, 직경, 마디수와 분지수를 조사하였다. 생육특성 및 괴근수량 조사는 반복당 5개체를 조사하였다. 엽록소 측정치(SPAD reading value)는 간이엽록소측정장치(Minolta Japan, SPAD- 502)을 이용하였다. 측정엽은 중상위 엽으로 하였으며 반복 당 5주씩, 1주당 10회씩 측정하여 평균처리 하였다. 괴근 수 량은 10 m2 면적의 시험구에 심겨진 고구마 지상부를 수확 한 직후 50 g이상 괴근의 무게를 측정하여 10a당 kg으로 환 산하였다.
토양 분석
토양 분석은 농촌진흥청의 토양 및 식물체분석법에 준하여 분석하였다(RDA, 2013). 유기물은 Tyurin법, 인산은 Lancaster(2007), 치환성양이온은 1N Ammoniumacetate(pH 7.0)법으로 여과 후 유도결합플라즈마발 광분석계(Varian 730- ES, ICP-OES)로 측정하였다. 식물체 분석 시료는 수확한 식물체를 트레이에 얇게 펴서 80°C에서 1시간정도 숨을 죽 인 후 65°C에서 48시간 건조하였다. 양이온은 AAS(Varian AA240FS)로, T-N은 Kjeldahl 증류법으로, 인산은 Vanadate법 으로 분석하였다. 돈분액비의 pH와 전기전도도(EC)는 다항목 측정기(모델명 HI 98129)를 이용하여 측정하였다.
고구마 성분 조사
일반성분 분석은 A.O.A.C. 방법(2000)에 의하여 분석하였다. 생고구마 및 고구마 전분의 수분함량은 105°C로 상압가열 건 조하여 측정하였고, 고구마 분말 및 전분의 조단백질은 Kjeldahl법, 조지방 함량은 Soxhlet법, 조회분은 건식회화법으 로 측정하였다. 고구마 유리당 함량을 측정하기 위해 고구마 괴근 분말 1 g을 80% 에탄올(EtOH) 10 ml에 넣고 교반시킨 다음 10분간 초음파 처리를 한 후 4°C 조건에서 3,500 rpm으 로 10분간 원심분리 하였다. 원심분리 후 상등액을 취하여 0.45 μm의 PVDF syringe filter를 이용하여 필터링 한 후 HPLC를 이용하여 분석하였다. 유기산 분석은 고구마 5g을 증류수 50 mL로 마쇄 및 추출하여 4°C, 8000 rpm에서 20 분간 원심분리하여 얻은 상등액을 50 mL를 일정량을 여지 및 membrane filter(Milipore 0.45 μm)로 여과한 후 HPLC (Waters Co., USA)로 분석하였다.
고구마 색도는 절단면을 색차계(CM-3500d, Minolta, Tokyo, Japan)를 이용하여 명도를 나타내는 L값(lightness), 적 색도의 정도를 나타내는 a값(redness), 황색도의 정도를 나타 내는 b값(yellowness)으로 나타내었으며, 사용한 표준판의 색 도는 각각 98.90, - 0.10 및 - 0.36이었다.
통계 분석
조사된 수치는 R package Agricolae을 이용하여 Duncan 의 다중범위검정법(Duncan's new multiple rage test)을 통 해 평균제곱오차를 고려하여 평균값을 5% 유의수준에서 비 교하였다.
결과 및 고찰
지상부 생육 특성
정식 35일 후 양분조정 맞춤액비 시용에 따른 지상부 생육 을 조사한 결과는 Table 3과 같다. 줄기길이는 38~42 cm로 액비 시용에 따른 통계적 유의성은 없었다. 고구마의 초기생 육은 괴근형성에 중요한 영향을 미치는데, 정식 35일경까지 대 부분 괴근형성 뿌리가 결정되므로 활착과 초기생육이 중요하 다(Villordon et al., 2009). 정식 후 65일 후 지상부 생육조 사 결과 줄기신장은 맞춤액비구(SLM+CF)에서 가장 크게 나 타났으나 처리간에 유의한 차이를 보이지 않았다.
수확기 지상부 생육
수확기 지상부의 생육특성 중 줄기길이는 양분조정 맞춤액 비구(NBSLM)가 120cm로 길었고 돈분액비구(SLM)는 114 cm 로 다소 낮았으며 줄기무게도 같은 경향을 보였으나 유의성이 없었다(Table 4). 절수는 맞춤액비구가 33개/주로 많았고, 돈분 액비와 화학비료 관행구(CF)와는 유의성이 없었다. 줄기의 생 중량은 양분조정 맞춤액비구(NBSLM)에서 주당 874 g로 높게 나타났으며, 돈분액비 시용구(SLM)과 화학비료 시용구(CF)와 비교하여 주당 각각 42 kg와 34 kg 의 증가된 무게를 보였으 나 통계적으로 유의한 차이를 나타내지 않았다.
괴근 특성 및 수량
맞춤액비를 시용한 결과 고구마 수량특성은 Table 5와 같 다. 처리별 평균 괴근중은 양분조정 맞춤액비구(NBSLM)가 140 g로 다른 처리에 비해 무거웠으나 통계적으로 유의한 차이를 나타내지 않았다. 돈분액비 시용구(SLM)의 괴근수 량은 2,816 kg/10 a로 화학비료 시용구(CF)의 2,966 kg/10 a 보다 동일 면적당 5% 낮은 수치를 보였다. 그러나 양분조 정 맞춤액비구(NBSLM)의 괴근수량은 3,217 kg/10 a로 관행 시비구(CF)와 돈분액비 시용구(SLM)에 비하여 각각 8, 14% 높았다. 고구마 재배에서 양분 불균형은 특정 양분의 흡수를 감소하므로 균형시비가 중요하다(Eghball, 2002). 그 러므로 유기물 비료의 시용은 고구마의 수량과 품질을 개선 한다고 보고하였다(Arisha and Bardisi, 1999). 양분조정 맞춤액비 처리는 질소와 칼리뿐만 아니라 철, 구리, 망간 등 여러 가지 미량원소가 부가적으로 공급되어 나타날 수 있는 결과로 판단되었다.
고구마 괴근의 표피색
고구마 괴근의 표피색 및 괴근 육색은 고구마 모양이나 크 기와 더불어 소비자가 고구마를 구매할 때 외관특성을 평가하 고 구매 여부를 결정하는 매우 중요한 품질특성으로 평가된다. 양분조정 맞춤액비 시용에 따른 고구마 껍질색을 색차계를 이 용하여 측정값은 Table 6에 나타내었다. 밝기의 정도를 나타 내는 L값(명도, lightness)은 화학비료 시용구가 36.2로 돈분액 비(SLM) 및 양분조정 맞춤액비구(NBSLM)의 28.9, 25.8에 비하여 높아 밝은 색을 나타내었다. 고구마 괴근의 적색도의 정도를 나타내는 a값(적색도, redness)은 양분조정 맞춤액비구 (NBSLM)가 43.5를 나타내어 화학비료 처리구의 36.4, 돈분액 비의 38.5 보다 높았다. 황색도의 정도를 나타내는 b값 (yellowness)은 화학비료 시용구가 14.0으로 액비시용구(SLM) 의 7.8 보다 높았으며 유의성을 보였다. 감자 괴경의 자주색 혹은 붉은색 육색은 anthocyanin의 함량과 관련이 있으며 (Jeong et al., 2006), 감자의 anthocyanin 색소 축적은 품종뿐 만 아니라 재배지대의 일장, 생육기간 중 온도에 영향을 받는 것으로 보고되고 있다(Reyes et al., 2004).
괴근의 일반 성분함량
고구마의 조단백질 함량은 양분조정 맞춤액비구(NBSLM)에 서 1.49 g/100 g, 조지방 함량은 돈분액비 시용구(SLM)에서 0.18 g/100 g로 비교적 높은 수치를 보였으나 화학비료 시용구 (CF)와 비교하여 유의한 차이를 보이지 않았다. 조회분 함량 은 돈분액비 시용구(SLM)에서 1.25 g/100 g로 화학비료 시용 구(CF)보다 높은 함량을 보였다. 조섬유 함량은 각 처리에서 0.96 g/100 g부터 1.02 g/100 g까지의 함량을 보였고 통계적으 로 유의한 차이를 보이지 않았다.
양분조정 맞춤액비 시용에 따른 고구마 전분 함량은 처리간 에 약 19%로써 유의한 차이를 나타내지 않았다(Table 8). 양 분조정 맞춤액비 시용구의 탄수화물 함량은 39%로 화학비료 시용구의 42.9%에 비하여 다소 낮았다. An et al.(1998)의 연 구에 의하면 완효성과 속효성 비료의 시용이 전분수량에 미치 는 효과를 비교한 결과 속효성 시용구보다 완효성비료 시용구 가 32% 증가하였다고 보고하였다. Table 7
고구마에서 과당(Fructose)의 함량은 화학비료 시용구(CF)에 서 0.27%의 수치를 보였으며 돈분액비 시용구와 비교하여 유 의한 차이를 나타냈다(Table 9). 또한, 포도당(Glucose) 함량은 화학비료 시용구(CF)에서 0.16%의 높은 수치는 화학비료 시 용구(CF)에서 관찰되었으나 유의성을 차이는 보이지 않았다. 하지만, 고구마의 식감 중 단맛을 좌우하는 자당(sucrose)의 함 량은 돈분 맞춤액비구(SLM+CF)에서 5.87%로 화학비료 시용 구(CF)에서 2.68%보다 약 2.2배 가량 증가되었으며 유의한 차이를 보였다. 돈분액비의 부족성분을 첨가한 양분조정 맞춤 액비구(NBSLM)가 자당(sucrose) 함량을 증가시켜 품질 향상 에 도움이 되는 것으로 판단된다. 자당(sucrose) 함량과 유사 하게 총유리당 함량 역시 양분조정 맞춤액비구(NBSLM)에서 화학비료 시용구(CF) 보다 약 2배가 증가된 6.11%의 수치를 보였다. 생고구마에 함유된 환원당(0.2~1.5%)이나 sucrose 함 량은 1.3~4.1%로 보고하였다(Picha et al, 1985;Lee et al, 1985).
양분조정 맞춤액비 시용에 따른 고구마 유기산 함량를 분석 한 결과 옥살산(Oxalic acid)에서는 각 처리에서 약 29 mg/ 100 g의 함량과, 아크로브산(ascrobic acid) 함량에서는 돈분액 비 시용구(SLM)가 6.1 mg/100 g의 다소 높은 수치를 보였으 나, 이 두 가지 함량 모두 통계적 유의성을 보이지 않았다 (Table 10). 돈분 맞춤액비구(NBSLM)는 아세트산(acetic acid) 과 구연산(citric acid)에서 화학비료 시용구(CF)보다 비교적 높 은 각각 54.0 mg/100 g과 347.9 mg/100 g의 함량을 보였으며 이는 통계적 유의성을 나타냈다. 하지만 타르타르산 (tartaric acid), 말산(malic acid)은 화학비료 시용구(CF)보다 비교적 낮 은 154.8 mg/100 g과 15.5 mg/100 g의 함량을 나타냈으며 이 러한 유의한 차이는 돈분액비 시용구(SLM)에 의한 결과로 나 타났다.
고구마의 무기성분 함량을 분석한 결과는 Table 11과 같다. 모든 처리간에서 인(P)과 칼륨(K) 함량은 통계적으로 유의한 차이를 보이지 않았다. 하지만, 총질소(total nitrogen, T-N)는 돈분액비 시용구(SLM)에서 가장 낮은 3.83%의 함량을 보였 으며 다른 처리들과 비교하여 유의한 차이를 나타냈다. 이와 유사하게도 돈분액비 시용구(SLM)에서 칼슘(Ca)과 마그네슘 (Mg)은 각각 0.78%와 0.41%의 유의하게 낮은 함량을 보였다. 전체적으로 돈분액비 시용구(SLM)에 비하여 양분조정 맞춤액 비구(NBSLM)에서 T-N, 칼슘(Ca), 마그네슘(Mg)의 함량이 유 의한 차이로 증가되었다. Choi(2008)는 토마토 및 오이에서 화학비료와 SCB 액비 처리간에 잎의 무기성분 함량은 차이가 없다고 하였고, Hwang et al. (2004)에 의하면 돈분액비와 화 학비료 시비량이 같을 때 고추는 액비 처리에 의하여 인산과 칼륨은 증가하였으나 질소, 칼슘 및 마그네슘은 감소한다고 하 였으며 배추는 처리간에 차이가 없다고 하여 작물에 따라 차 이가 있음을 시사하였다.
토양의 화학적 성분
각 처리에 대한 토양 화학성 변화를 보면 Table 12와 같다. pH와 전기전도도(electrical conductivity, EC)는 시험 전과 비 교하여 돈분액비 시용구(SLM)와 양분조정 맞춤액비구 (NBSLM)는 유의한 차이가 없었다. 유기물(organic matter, OM)과 유효인산염은 시험 전과 비교하여 유의한 차이를 보이 지 않았다. 반면에, 치환성 칼륨(K)은 시험전과 비교하여 돈분 액비 시용구(SLM)에서만 유의한 차이로 증가하였다. 치환성 칼슘(Ca)은 시험 전과 비교하여 돈분액비 시용구(SLM)에서만 2.2cmolc/kg로 유의하게 감소하였으며 반면에, 치환성 마그네 슘(Mg)은 양분조정 맞춤액비구(NBSLM)에서 1.9cmolc/kg으로 유의하게 증가하였다.
적 요
본 연구는 돈분액비에 화학비료를 첨가한 양분조정 맞춤액 비 시용효과를 평가하기 위하여 기존의 3요소 단비 처리 및 돈분 맞춤액비 시용에 따른 고구마 생육과 수량 그리고 품질 에 미치는 효과 등을 평가하였다.
돈분액비구의 10a당 괴근수량은 관행 화학비료 재배구(2,966 kg/10a)보다 약 5% 감수되었으나, 양분조정 맞춤액비 처리구 (NBSLM)에서는 3,217 kg/10a로 관행시비구(CF)와 돈분액비 시용구(SLM)에 비하여 각각 8, 14% 높았다. 관행시비구에 비 하여 8% 높았다. 고구마 유리당 함량은 양분조정 맞춤액비구 (NBSLM)에서 6,11%로 관행재배구의 3,11% 보다 높았다. 특 히 sucrose 함량이 양분조정 맞춤액비 시용구가 대조구보다 높 았다. 고구마의 색도(Hunter value)를 조사한 결과 적색도의 정도를 나타내는 a값은 양분조정 맞춤액비(NBSLM)가 화학비 료구보다 높았다. 결과적으로 양분조정 맞춤액비 시용 (NBSLM)은 고구마 괴근 수량이 돈분액비 시용구(SLM)에 비 하여 14% 높은 수량 증수와 고구마 유리당 함량 증가, 고구 마의 적색도(a값) 증가에 의한 품질 향상 증대 뿐만아니라 화 학비료를 대체할 수 있을 것으로 판단되었다.
