서 언

클로렐라 농법(Chlorella Farming Technique)이란 담수 녹 조류인 클로렐라를 배양하여 농작물에 살포하고 관주하여 농 작물의 생육촉진, 병해충 발생경감, 저장성 향상 등 다양한 효 과로 작물의 품질향상에 클로렐라를 활용하는 영농방식을 말 한다. 클로렐라는 담수식물이면서 미세조류로 담수, 해수, 공 기, 토양 등 다양한 생태계에서 생존하며, 엽록소(chlorophyll) 가 있어 햇빛으로부터 광합성에 필요한 에너지를 얻고 이산화 탄소와 같은 무기물로부터 탄소원을 얻어 독립적으로 성장이 가능한 생물이다(Ichimi et al., 2003;Kim et al., 2014;Safi et al., 2014;Ann et al., 2020). 클로렐라는 형태적으로 직경 10 μm 이하의 구형 단세포 생물이다(Kim et al., 2014). 클로 렐라 세포 내에 엽록 색소인 chlorophyll a, b를 다량 함유하 고 있어 광합성을 통해 독립적으로 생활할 수 있다. 또한, 무 성생식을 하기 때문에 체내에 2개 이상의 낭세포(daughter cell)를 생성하고 매 10~30시간에 1회씩 4개의 낭세포로 분열 할 수 있어 1일 4~16배로 증식속도가 빠른 것으로 보고되었 다(Takeda, 1991;Benson, 2002). 클로렐라의 주요 구성성분 은 조단백질 50~60%, 탄수화물 15~20%, 조지질 12~18% 이며, 특히 지질의 30% 정도가 리놀레인, 15% 정도가 팔미 틴산이며, 헤미셀룰로오스를 다량 함유하고 있다(Choi, 2004;Kang et al., 2004). 또한, 클로렐라는 식물과 비교하여 5~20 배 정도의 엽록소를 함유하고 있다. 엽록소의 주 기능은 광합 성을 위한 태양광을 흡수하는 것이며, 광합성 외에도 질소대 사, 아미노산, 지질, 색소 등을 합성하는 기능을 수행하고 있 다(Lee, 2017). 따라서 다양한 작물에 클로렐라 시비를 시도하 여 질소 고정능력과 식물생육 촉진능력이 증진된다는 결과가 보고되고 있다(Kang et al., 2004;Hernandez et al., 2009). 또한, 클로렐라와 길항 미생물인 Serratia proteomaculans나 Stenotrophomonas maltophilia와 혼합하고 캡슐화하여 토양개 량제로 제조하여 레드클로버의 근권에 처리하였을 때 식물 근 권 미생물과 상호작용하여 뿌리와 지상부 신장을 증진한다고 보고하였다(Raposo and De Morais, 2011).

클로렐라는 생물비료(bio-fertilizer), 항산화성 증진, 농약 및 중금속 해독작용 등 다양한 기능을 가지고 있어 유기농업 자 재로써 활용 가능성이 매우 높다. 현재 지속가능한 농업 실현 을 위한 유기 비료에 대한 연구가 활발이 이루어지고 있다 (Nguyen et al., 2019). 따라서 가격 경쟁력이 있는 천연자원 이용 기술을 개발하고 과학적인 선행 연구에 기반을 둔 효과 적인 클로렐라의 농법이 개발된다면 친환경 농산물 생산의 고 비용 구조를 개선할 수 있을 것으로 사료된다. 지역 적응시험 을 통한 클로렐라의 농업적 활용성이 제고된다면 농가의 소득 창출로 연결될 수 있도록 현장적용 기술로 발전될 수 있을 것 이다.

따라서 본 연구는 목적은 클로렐라 배양액을 고구마에 시비 하였을 때 고구마의 생육과 수확 후 품질 관리에 미치는 영향 을 조사하여 농가에 직접 적용할 수 있는 기술을 개발하고자 하였다. 또한, 본 연구의 결과를 농업현장에 직접 적용하기 위 하여 농가 현장 실증 실험을 진행하였으며 그 결과를 토대로 클로렐라와 농작물 생육과의 관계 및 경제적 효과를 구명하고 자 하였다.

재료 및 방법

클로렐라 배양 및 농도

본 실험에 사용된 클로렐라 배양액은 국립농업과학원 농업 환경부로부터 분양받아 사용하였다. 균주(Chlorella vulgaris)는 28~30°C에서 기포발생기를 이용하여 산소를 공급하면서 배양 하였다. 이렇게 배양된 균밀도 1 × 10^6∼7의 클로렐라 배양액을 농가에 보급하여 250배로 희석하여 엽면시비하였다.

재배 및 생육조사

전남 영암군 도포면 성산리 산 6-1에 위치한 고구마 농장에 서 실험을 진행하였다. 실험재료로 사용된 고구마는 영암군에 서 많은 농가들이 재배하고 있는 것으로 아직 품종으로 등록 되지 않고 “황금호박”이라 불리고 있는 지방종을 사용하였다. 2019년 4월 25일에 정식한 식물체를 실험재료로 이용하였다. 클로렐라 ‘불가리스(Chlorella vulgaris)’를 이용하여 05월 20 일부터 08월 24일까지 20일 간격으로 총 6회 엽면시비하 였다. 엽면시비는 배양원액을 250배액으로 희석하여 사용하였 다. 클로렐라 엽면시비를 제외한 비료, 농약 등의 살포 및 기 타 재배방법은 기존 농가에서 진행하던 관행농법으로 진행하 였다. 검은색 비닐로 이랑을 전면 멀칭하였고, 이랑 폭 1 m, 이랑 간격은 70 cm, 재직 거리는 30 cm 간격으로 정식한 후 재배하였다. 클로렐라 처리구와 무처리구를 각각 10개의 구역 (1.0 × 1.2 m)으로 무작위 선정하여 실험을 진행하였다.

고구마 수확은 10월 13일에 진행하였으며 각 처리구당 10 개의 구역에서 수확된 고구마의 수확수량, 크기, 1개의 평균 무게, 생체중 및 건물중 그리고 상품성 비율을 조사하였다. 상 품성 비율은 농산물유통공사 자료 ‘고구마 등급기준’에 의거 하여 80 g 이하, 80~150 g, 150~250 g, 250 g 이상 총 4단계 로 분류하였다(Table 1).

클로렐라 무처리구, 처리구 각각 10구역을 선정하여 재배한 후 각 구역 경계 부분의 고구마 4주를 제외한 후, 경계 내의 고구마 10주를 선정하여 수확하여 생육조사를 진행하였다. 그 래프는 SigmaPlot프로그램(Sigma Plot 12.0, Systat Software Inc., USA)를 이용하여 나타내었다. 통계분석은 SPSS 통계분 석 프로그램(Ver. 20, IBM, USA)을 이용하였다. 시험 처리별 유의성은 T-test 분석법을 활용하여 5% 수준에서 검정하였다.

결과 및 고찰

클로렐라가 고구마 생육에 미치는 영향을 알아보기 위해 클 로렐라 엽면시비구와 무처리구에서 재배한 고구마 1개 식물체 에서 수확한 수확량을 조사한 결과, 수확 개수는 클로렐라 무 시비구는 60.0개, 클로렐라 시비구는 71.2개로 클로렐라 엽면 시비구가 무시비구에 비교하여 19% 정도 더 수확하였다(Fig. 1), 하지만 수확한 고구마의 1개의 평균 무게는 무처리구 104.6 g, 클로렐라 시비구 105.7 g으로 클로렐라를 엽면시비하 였을 때 다소 높은 경향을 보였으나 큰 차이를 보이지 않았다 (Fig. 2). 고구마의 평균 길이와 폭을 조사한 결과 무처리구의 길이 16.6 cm, 폭 4.54 cm이며, 클로렐라 시비구의 길이 15.6 cm, 폭 4.47 cm로 무처리구의 고구마의 길이가 1 cm 정 도 길었으나 평균무게가 비슷하여 클로렐라를 시비하였을 경 우 부피 증가보다는 광합성 산물의 축적으로 인해 무게가 더 증가한 결과로 해석된다(Fig. 3). 들깻잎의 경우 클로렐라를 시 비하였을 때 초장, 마디수, 마디길이, 줄기 직경, 생체중 및 건 물중이 증가하였다는 연구결과가 보고된바 있다(Ann et al., 2020). 본 연구에서는 지상부의 생육조사를 실시하지 않아 정 확한 결과 비교는 불가능하지만 생체중은 비슷한 경향을 나타 내었다.

고구마 1.2 m² 구역 내 10개 식물체에서 수확한 고구마의 총 무게는 무처리구 6.3 kg, 클로렐라 엽면시비구 7,5 kg로 20% 정도의 증수 효과를 확인하였다. 본 연구 결과는 유기농 콩나 물 재배에 클로렐라를 시비할 경우 관행의 콩나물에 비교하여 생체중과 길이 및 두께가 증가하였다는 보고와 일치하였다 (Kim et al., 2015).

농수산물유통공사의 자료에 의거하여 고구마의 상품성을 80 g 이하, 80~150 g, 150~250 g, 250 g 이상으로 분류하여 비율을 조사한 결과, 무처리구는 각각 50.8%, 26.8%, 16.2%, 6.2%였 으며 클로렐라 시비구는 각각 49.2%, 28.5%, 18.3%, 4.1%였 다. 또한, 소비자들이 가장 선호하는 등급인 80~150 g은 클로 렐라 엽면시비하였을 때 무처리구보다 1.7% 더 높은 결과를 보였으며 80~250 g의 비율은 무처리구 43% 클로렐라 엽면시 비구 46.8였다(Fig. 5, 6). 따라서 클로렐라 엽면시비구의 경우 1개 식물체에서 수확한 개수 및 무게가 증가할 뿐 아니라 고 구마의 품질도 함께 증가한 것을 확인하였다. 이는 사과 과원 에 클로렐라를 처리한 후 수확량과 상품과 비율을 조사한 결 과 무처리구와 처리구 간의 수확량은 유의한 차이가 없었으나, 처리구에서 상품과 비율이 약 30% 증가하였다는 보고와 비슷 한 결과를 나타내었다(Ha, 2015).

미세조류 중 하나인 클로렐라는 엽록소(Chlorophyll)를 함유 하고 있어 햇빛을 통해 광합성에 필요한 에너지를 받아 탄소 원을 얻어 스스로 성장이 가능한 독립적 생물이다(Ichimi et al., 2003;Bileva, 2013;Kim et al., 2014). 따라서 식량, 사 료 작물과 경쟁하지 않은 바이오매스로 평가되면서 세계적으 로 상용화가 진행되고 있으며 국내에서도 유기농업 뿐 아니라 관행농업에서도 미생물 비료로 널리 활용되고 있다(Kim et al., 2015;Lee et al., 2016;Lee, 2017;Choi et al., 2018). 또 한 딸기의 당도를 향상시키고 부패율을 감소시킨다는 연구결 과가 보고되었으며 엽채류 저장 연구에서도 부패율 감소와 저 장성 향상으로 인해 채소의 수확 후 품질향상에 효과가 있는 연구결과가 보고된 바 있다(Kim et al., 2014). 클로렐라는 엽 록소 외에 조단백질, 탄수화물, 조지질, 헤미셀룰로오스 등을 다량 함유하고 있을 뿐 아니라 식물생장조절제인 내생옥신과 사이토키닌을 함유하고 있는 것으로 보고되고 있다(Kim et al., 2014). 따라서 엽록소로 인한 광합성 효율 증대뿐 아니라 구성성분으로 인한 시비효과가 함께 영향을 주어 생육을 촉진 시켰을 것으로 판단된다. 농촌진흥청에서는 미생물 배양기 대 신 클로렐라 배양기를 이용했을 때 미생물 활용 농가 대비 77%의 비용절감 효과가 있어 매년 1ha당 3,248,000원의 절감 이 가능하다고 보고하였다(농촌진흥청, 2015). 또한, 본 실험의 결과 수확량 증가 비율이 19.9%로 1ha에서 약 5,085,000원 이상의 수익 증가를 기대할 수 있어 농가의 소득 증대에 크게 도움이 될 것으로 판단된다.

적 요

본 연구는 클로렐라 엽면시비가 고구마의 생육 및 수확에 미치는 영향을 조사하기 위하여 수행되었다. 클로렐라 엽면시 비구와 무시비구의 생육 비교를 실시한 결과는 다음과 같다.