국민식생활 패턴의 변화로 쌀 수요가 감소하고 수입개방 에 의해 곡류 수입이 증가되면서 국내 쌀 보유량이 증가하 고 있다. 이에 따라 새로 조성되는 간척지에서는 쌀을 제외 한 다른 소득작물의 도입이 요구되는 상황이다. 간척지 토 양은 NaCl을 위주로 한 다량의 염이 함유되어있고, 토양은 유기물 함량이 매우 낮으며, 일부 토양의 pH는 알카리성을 띄고 있어서(Soon et al., 2009) 작물을 재배하게 되면 일반 농경지에서와 다른 생육반응을 나타낸다. 이 중에서도 근 권에 집적된 토양염분의 영향을 크게 받는데, 토양에 함유 된 염분은 삼투압을 낮추는 역할을 하고(Mass and Hoffman, 1977), 낮아진 삼투압에 의해 작물은 흡수장해를(Munns, 2002) 받아 식물체는 생리적인 교란을 받게 되고(Chon and Park, 2003) 발육저해 양상을 나타낸다(Bresler et al., 1982). 따 라서 간척지토양에 작물을 재배하기 위해서는 대상 작물에 따라 생장이 가능한 토양염농도의 구명이 우선적으로 필요 하다. 이같이 염분이 지배적인 환경조건에서 밭작물 재배 가 능성을 확인키 위해 Lee et al. (2000)은 새만금 간척지 토 양을 이용하여 pot에서 9작물을 평가하여 염농도에 따른 적응 정도를 검토하였고, 이후 포장시험을 수행하여(Lee et al., 2003) 6작물의 생장가능 염농도와 밭작물의 수량이 50% 감 소되는 염농도를 제시하였다. 또 Kim et al. (2013)은 토양 염농도에 따른 감자 품종들의 생장 및 수량성의 차이를 확 인하였고, 이어서 간척지 토양에서 옥수수 품종들의 적응 력을 검정하고 일미찰옥수수와 찰옥4호 옥수수를 적응력이 강한 품종으로 추천하여(Kim et al., 2014) 염농도가 낮아 진 간척지에서 밭작물재배가 가능함을 확인하였으며, 내염 력이 있는 작물을 중심으로 재배기술도 개발되고 있다(Ryu et al., 2015). 이와 같이 간척지토양에 작물을 생산하기 위 해서는 우선적으로 해당 작물의 생장이 가능한 토양염농도 의 구명이 선행되어야하고, 작물재배기술 확립과 아울러 염이 있는 토양조건에서 생산된 생산물에 대한 영양학적 특성도 고려되어야 한다.
기장(Panicum miliaceum L.)은 반 건조 사막지대가 기원 인 작물로 생육기간이 짧고 척박한 토양과 다양한 기후조 건에 잘 적응하는 식물로서 종실추출물은 DPPH 라디칼 제 거능력과 동물세포의 돌연변이 억제능력이 뛰어나고(Kwak et al., 2004), 염분이 함유된 간척지에 비교적 강한 적응력 을 나타내는 식물이다(Kim et al., 2013). 우리나라에서는 주 로 미곡 부족분을 대체하는 구황작물(救荒作物)로 이용되 어 왔으나 최근 들어 건강 기능성 잡곡에 대한 소비자의 선 호도가 높아지면서 소비량과 수입량도 증가하는 작물이다(2007년 이후 잡곡 수요량이 69천 톤과 수입량이 50천 톤으로 급격 히 증가). 이에 따라 간척지에 새로운 재배작물로 도입 가 능성을 확인하고자 토양염농도에 따른 생육특성과 식물체 부위별 무기양분 축적특성을 구명하여 종실 및 부산물의 이 용을 위한 자료를 제공코자 시험한 결과를 보고한다.
재료 및 방법
본 시험은 기장(Panicum miliaceum L.)의 간척지 재배기 술을 개발하기 위하여 2014년 서해안의 새만금 간척지 부 안지역 조성된 국립식량과학원 벼맥류부 시험포장에 비가 림 비닐하우스에서 이백찰기장 품종(NICS, 2015)을 이용하여 시험을 수행하였다. 시험은 4반복으로 수행하였으며, 토양 은 새만금 간척지 지역에 분포비율이 높은 세사질 토양인 문포통(NICS, 2009) 토양을 이용하였다(Table 1). 토양은 제염이 많이 이루어진 곳에서 표토를 채취하여 염농도 측정 후 천일염과 혼합하여 토양염농도를 0.8 dS m-1, 1.6 dS m-1, 3.2 dS m-1, 4.8 dS m-1로 교정하였다. 염농도를 교정한 토 양에 무기양분 보충을 위하여 ha당 기장 표준시비량인 퇴비 10,000 kg-1질소 100 kg-1, 인산 70 kg-1, 가리 80 kg-1에 해 당하는 양의 유안, 용성인비, 황산가리를 토양에 고르게 혼 합하였다. 토양은 15일간 자연상태에서 가스를 제거한 후 뿌리 관찰이 가능한 아크릴 포트(높이 50 cm×넓이 40×두 께 14 cm)에 충진 하고, 포트의 바깥면은 검은 부직포를 이 용하여 암막처리 하였다. 묘는 원예용 상토에서 15일 육묘 한 묘를 포트당 1주씩 이식하여 토양습도 20~30 kpa 조건 에서 성숙기까지 생육시켰다.
Table 1
Physico-chemical properties of soil used in the experiment.
| pH | T-N † | OM ‡ | Avail. P2O5 | Exch. cation | Soil | |||
|---|---|---|---|---|---|---|---|---|
| K | Ca | Mg | Na | texture | ||||
| (1:5) | % | g kg -1 | mg kg -1 | ------------------------- cmolc kg -1 ------------------------- | Coarse lomay | |||
| 7.7 | 0.014 | 2.8 | 35 | 0.66 | 0.72 | 3.1 | 0.87 | |
조사는 종실 성숙이 완료됐다고 판단되는 완숙기에 농촌 진흥청 농업과학기술 연구조사 분석기준(2003)에 준하여 실 시하였다. 각 식물체의 지상부 및 지하부 생장 조사는 개체 별로 줄기 및 이삭의 특성을 조사한 후 뿌리 생장박스를 해 체하여 물 분사기를 이용하여 뿌리에 붙은 흙을 제거하고 아크릴판에 붙여 건조시킨 후 뿌리의 무게, 굵은 뿌리의 비 율을 조사하였다. 지상부와 뿌리의 무기양분 분석은 토양 및 식물체 분석법(NAAS, 2010)에 준하여 탈곡한 시료를 세 척하여 70°C에서 건조 및 분쇄한 시료를 H2O2-H2SO4로 습 식분해 하여 무기성분 분석에 활용하였다. 총 질소와 총 탄 소는 원소분석기(Vario Max, Germany)를 이용 정량하였고, 인산은 Ammonium vanadate법으로 비색정량 하였으며, 양 이온 함량은 ICP로 측정하였다. 통계분석은 SAS (ver. 9.2)을 이용하였으며 수량 및 수량구성요소의 평균간 비교는 Duncan’s multiple test를 통해 비교하였다.
결과 및 고찰
토양염농도에 따른 지상부 생육(Table 2)은 조사된 모든 생장요소가 선행연구에서와 같이(Bresler et al., 1982) 염농 도 증가의 영향을 받아 생장이 감소하거나 감소되는 경향 이었으며, 영향 받는 정도는 식물체 부위별로 큰 차이를 보 였다. 염농도 증가에 따라 가장 크게 영향을 받은 순서는 줄기건물 중이 가장 큰 영향을 받아 4.8 dS m-1에서 건물중 이 50.7%가 감소되었고, 다음으로는 간장은 동일 염농도에 서 24.5%가 감소되었으며, 분얼수는 20%, 줄기두께는 17.9% 가 감소되었지만, 이삭길이는 영향을 가장 적게 받아 9.1% 감소에 그쳤다. 재배토양 염농도는 종실 결실량에도 영향 을 미치는데(Kim et al., 2013; Kim et al., 2014) 본 시험에 서도 Control 토양에서 재배된 개체에 비해 토양염농도 1.6 dS m-1에서 재배된 개체의 결실량이 18.9%가 감소되었고 3.2 dS m-1에서는 36.9%, 4.8 dS m-1에서는 50.7%가 감소 되었다.
Table 2
Shoot growth of millet as a function of soil salinity.
| Soil salinity | Culm length (cm) | Panicle length (cm) | Tillers/hill (n) | Culm diameter (mm) | Shoot dry meter/plant (g) | Seed weight/plant (g) |
|---|---|---|---|---|---|---|
| Control (0.8 dS m-1) | 102.1 a | 32.2 | 5.0 | 10.2 | 87.7 a | 22.8 a |
| (100) | (100) | (100) | (100) | (100) | (100) | |
| 1.6 dS m-1 | 92.8 b | 31.9.0 | 4.7 | 9.1 | 68.3 b | 18.5 ab |
| (90.9) | (99) | (93.3) | (89.3) | (77.9) | (81.1) | |
| 3.2 dS m-1 | 82.0 c | 31.3 | 4.7 | 9.1 | 55.2 c | 12.1 b |
| (80.3) | (97.3) | (93.3) | (89.0) | (62.9) | (53.1) | |
| 4.8 dS m-1 | 77.1 c | 29.3 | 4.0 | 8.4 | 43.2 d | 2.7 c |
| (75.5) | (90.9) | (80.0) | (82.1) | (49.3) | (12.1) | |
Fig. 1은 뿌리박스에서 생장한 기장 뿌리에서 토양을 분 리한 후 생장당시의 형태를 유지시켜 건조시킨 그림이며, Table 3은 뿌리의 발달 상태를 조사한 결과다. 토양염농도 증가에 따른 뿌리 생육은 유의하게 감소하는 부의상관을 나타내 긴 뿌리 수는 1% 수준에서 유의성을 나타냈으며, 토 양염농도와 조사항목들의 상관값도 0.8이상으로 높았다. 조 사항목별로는 뿌리건물중의 경우 토양염농도 1.6 dS m-1까 지는 Control (0.8 dS m-1)과 비슷하였으나 3.2 dS m-1에서 는 35.8%가 감소되었으며, 4.8 dS m-1에서는 40.5% 감소되 었다. 직경 1 mm 이상 굵은뿌리수는 1.6 dS m-1 감소가 시작 되었으며, 3.2 dS m-1에서는 Control (0.8 dS m-1)대비 39.7% 가 감소되었고 이후 염농도가 증가함에 따라 더 큰 감소를 나타냈다. 이상의 결과는 토양염농도 증가가 뿌리발달을 크게 억제함을 제시하는 자료로서 뿌리 발달이 저해되지 않는 토양염농도는 1.6 dS m-1 내외임을 확인할 수 있었고, 토양염농도 증가시 감자 덩이줄기의 생육감소에서 나타난 결과(Kim et al., 2013)와 비슷한 경향이었다. 또한 이 결과 는 이제까지는 간척지에서 작물생장의 감소 원인이 높은 삼투압에 따른 수분흡수력 억제의 영향일 것으로 알려져 있었으나 본 시험을 통해 토양염농도가 높은 경우 식물체 는 우선적으로 뿌리발달이 억제되고, 이로 인해 토양과 인 접부위가 적어짐으로서 양·수분 흡수가 감소되는 물리적인 영향이 더해짐이 확인되었다.
Table 3
Root growth of millet as a function of soil salinity.
| Soil salinity | Root dry meter/plant (g) | Above Ø 1.0 mm roots/plant (n) |
|---|---|---|
| Control (0.8 dS m-1) | 42.7(100) a | 87.3(100) a |
| 1.6 dS m-1 | 41.4(96.9) ab | 72.7(83.2) ab |
| 3.2 dS m-1 | 27.4(64.2) bc | 52.7(60.3) bc |
| 4.8 dS m-1 | 16.9(39.5) c | 38.3(43.9) c |
Root박스에서 얻은 식물체를 부위별로 무기양분 함량을 조사하였다(Table 4). T-N의 경우 염농도가 증가됐을 때 지 상부와 뿌리, 종실 모두에서 함량이 증가됐고, 부위별로는 지상부와 지하부 식물체의 경우 1.78~2.12%로 비슷하였으 나 종실은 3.09~3.83%로 크게 높았다. 양분별로는 CaO, P2O5, K2O, MgO는 재배토양의 염농도에 따른 차이를 보이지 않 았다. 반면 Na2O함량은 식물체부위별로 명확한 차이를 나타 내서 뿌리>지상부>종실 순이었으며, 토양염농도 4.8 dS m-1 에서 재배된 뿌리의 경우 Na2O함량은 1.02%까지 높아졌다. 조사된 곡실의 영양성분들 중 Na는 섭식을 통해 체내 흡수 되어 세포내 평행을 유지하는 물질이지만 과잉 섭취시 고 혈압 등 여러 가지 성인병을 유발하는 물질로 알려져 있다. 따라서 염이 함유된 간척지 토양에서 재배된 생산물의 Na 함량에 대한 검토가 필요한 실정이었던바, 본 시험에서는 식용부위인 종실의 Na 함량은 1.6 dS m-1에서 0.006%로 Control (0.8 dS m-1)에서 재배된 것에 비해 차이가 없었으 며, 이 수치는 화산회토지역에서 재배된 옥수수 0.02%와 감자의 0.018에(Kang et al., 2001) 비해 낮기때문에 식용 하는데 문제가 없을 것으로 생각된다.
Table 4
Nutrient content of millet as a function of soil salinity.
| Plant part | Soil salinity | T-N | T-C | CaO | P2O5 | K2O | MgO | Na2O |
|---|---|---|---|---|---|---|---|---|
| ---------------------------------------------------- (%) ---------------------------------------------------- | ||||||||
| Shoot | Control (0.8 dS m-1) | 1.78 a | 40.99 a | 0.37 ns | 0.04 ns | 2.20 ns | 0.48 ns | 0.06 ab |
| 1.6 dS m-1 | 1.83 a | 41.96 a | 0.40 | 0.04 | 2.27 | 0.45 | 0.12 a | |
| 3.2 dS m-1 | 2.11 a | 37.73 ab | 0.39 | 0.06 | 3.40 | 0.47 | 0.12 a | |
| 4.8 dS m-1 | 2.12 a | 38.14 ab | 0.29 | 0.06 | 2.43 | 0.32 | 0.08 a | |
| Root | Control (0.8 dS m-1) | 1.79 a | 34.92 b | 0.42 | 0.08 | 0.75 | 0.44 | 0.50 a |
| 1.6 dS m-1 | 1.87 a | 36.71 b | 0.44 | 0.09 | 0.66 | 0.45 | 0.61 a | |
| 3.2 dS m-1 | 2.00 a | 36.50 b | 0.58 | 0.09 | 0.64 | 0.52 | 0.89 a | |
| 4.8 dS m-1 | 2.06 a | 34.72 b | 0.58 | 0.10 | 0.54 | 0.55 | 1.02 a | |
| Seed | Control (0.8 dS m-1) | 3.09 b | 41.10 a | 0.26 | 0.02 | 0.39 | 0.18 | 0.005 b |
| 1.6 dS m-1 | 3.47 b | 41.09 a | 0.25 | 0.03 | 0.43 | 0.22 | 0.006 b | |
| 3.2 dS m-1 | 3.83 b | 41.20 a | 0.28 | 0.04 | 0.55 | 0.21 | 0.009 b | |
| 4.8 dS m-1 | 3.78 b | 41.38 a | 0.31 | 0.04 | 0.53 | 0.20 | 0.008 b | |
Table 5는 토양염농도가 다른 토양에서 생장한 기장의 생 장요소들 사이에 상관을 나타내고 있다. 토양염농도는 간장, 줄기건물중, 종실중, 지상부건물중, 뿌리건물중, 직경 1 mm 이상된 뿌리수 등과 높은 부의상관을 나타냈다. 또 식물체 부위별로는 간장은 수장, 줄기건물중, 종실중, 지상부건물 중, 뿌리건물중과 정의상관을 보였으며, 지상부 건물중은 종실중과 0.94의 상관값을 보였다.
Table 5
Correlation of growth factors of millet as a function of soil salinity.
적 요
기장의(Panicum miliaceum L.)의 간척지 재배가능성을 확인하기 위해 토양염농도에 따른 기장의 생육 및 개체내 무기영양분의 변이를 새만금 간척지의 대표토양인 문포통 토양(미사 사양질)을 이용하여 시험한 결과는 다음과 같다. 토양염농도 증가시 생육감소정도는 종실> 뿌리건물중> 줄 기건물중> 간장> 분얼수> 줄기두께> 이삭길이 순을 나타 냈다. 종실 결실량은 Control 토양에서 재배된 개체에 비해 토양염농도 1.6 dS m-1에서 재배된 개체의 결실량이 18.9% 가 감소되었고 3.2 dS m-1에서는 46.9%, 4.8 dS m-1에서는 87.9%가 감소되었다. 뿌리건물중은 토양염농도 3.2 dS m-1 에서는 35.8%가 감소되었으며, 4.8 dS m-1에서는 60.5% 감 소되었다. 식물체 부위별 무기양분 함량은, T-N은 염농도 가 증가됐을 때 지상부와 뿌리 종실 모두에서 함량이 증가 되었으나 양이온 중 CaO, P2O5, K2O, MgO는 재배토양의 염농도에 따른 차이를 보이지 않았다. Na2O 축적량은 뿌 리>지상부>종실 순으로 높았으며, 뿌리의 경우 토양염농 도 4.8 dS m-1에서 재배된 Na2O함량은 1.02%까지 높아졌 다. 종실의 Na2O 함량은 1.6 dS m-1까지는 Control (0.8 dS m-1) 에서 재배된 것과 비슷했다. 이 시험이 결과 경제성을 고려 한 기장 재배한계 염농도는 1.6 dS m-1 내외로 생각되며, 간 척지 토양에서 생산된 종실도 식용이 가능함을 제시하였다.
