공시품종

본 시험은 고구마 연작 토양에서 심토파쇄 처리에 의한 고구마의 연작 장해 경감 효과를 구명하기 위하여 전남 무 안군 청계면 소재 국립식량과학원 바이오에너지작물센터 내 고구마 연작 포장에서 2012년부터 2013년까지 2년간 수 행되었다. 시험 품종은 농촌진흥청 국립식량과학원에서 육 성한 신건미를 공시하였다. 시비는 고구마 묘를 본밭에 정 식하기 1개월 전에 퇴비 1,000 kg 10a^-1을 살포하여 로터리 경 운을 하였고, 삽식 전에 N-P₂O₅-K₂O=5.5-6.3-15.6(kg 10a^-1)을 전량 기비로 시용한 후 로터리 경운을 실시하였다. 고구마 묘의 본밭 삽식은 2013년 6월 3일에 휴간거리를 75 cm, 주 간거리를 20 cm 간격으로 하여 시험구당 면적이 6 m²가 되 도록 40주씩 삽식하였으며 고구마의 수확은 2013년 10월 23일에 하였다. 재배기간 동안의 평균기온은 24.1°C, 최고 기온은 28.9°C, 최저기온은 20.1°C였으며, 유효적산온도는 2,028°C, 일조시수는 978시간, 강수량은 667 mm이었다(Table 1). 기타 일반적인 재배방법은 농촌진흥청 표준재배법에 준 하였다.

심토파쇄

토양의 심토파쇄 처리는 퇴비와 비료를 시용하기 전에 로 터리 부착 크랭크형 심토파쇄기(Bivanga, Selvatici사, Italia) 를 이용하여 50 cm 깊이로 경운하였으며, 시험구는 2년간 매년 심토파쇄+로터리, 1년차 심토파쇄+로터리 후 2년차 관행 로터리, 2년간 관행 로터리 경운 세 처리를 분할집구 배치법 3반복으로 배치하였다.

토양 물리화학성

토양의 물리화학성은 농촌진흥청 표준분석법(NIAST, 2000) 에 준하여 분석하였다. 시험구별로 20 지점 이상의 토양을 채취하여 그늘에서 건조시킨 후 곱게 분쇄하여 2 mm 체에 거르고 실온에 보관하면서 토양 물리화학성 분석에 이용하 였다. 토성은 비중계를 이용한 Hydrometer법으로 분석하였 다. 용적밀도는 고구마 수확 전에 고구마가 심겨진 이랑을 1 m² (1×1 m) 넓이로 깊이 50 cm까지 판 후 이랑의 중간 부위 표토 2~3 cm 정도를 걷어낸 후 0~15 cm 깊이의 표토 와 15~30 cm 깊이의 심토 토양의 중간 부위를 100 cc 코어 를 이용하여 채취하였다. 코어는 105°C에서 건조하여 용적 밀도와 공극률, 토양수분함량, 삼상을 구하였다. 토양 경도 는 Push-cone 토양경도계(A-2430, Daiki사, Japan)를 이용 하여 이랑 맨 위로부터 0~15 cm 깊이의 중간부위와 15~30 cm 깊이의 중간 부위를 각각 반복별 3~6 지점을 측정하였 다. pH는 토양을 증류수와 1:5(w/v)로 혼합하여 60분간 진 탕한 현탁액을 pH meter (Docu-pH meter, Sartorius)를 이용 하여 측정하였다. 토양유기물과 총질소는 원소분석기(vario MAX CUBE CN, Elementar사, Germany)를 이용하여 측정 하였으며, 유효인산은 토양 5 g을 칭량하여 Lancaster 침출 액 25 ml를 가한 후 10분간 진탕한 후 여과하여 몰리브덴 청법으로 발색하여 측정하였다. 치환성양이온(K, Ca, Mg) 은 5 g의 토양시료에 50 ml의 1 N-NH₄OAc(pH 7.0)를 가 하여 30분간 진탕한 후, 여과지(Whatman No. 2)로 여과시 킨 액을 ICP (VISTA-MPX, Varian, Australia)로 측정하였다. 전기전도도는 토양과 증류수를 1:5(w/v)로 하여 EC meter로 측정하였다.

지상부 생육

지상부 생육은 주경의 길이, 직경, 마디수와 분지수를 삽 식후 90일에 조사하였고 주경의 직경은 주경의 2/3지점을 측정하였으며 분지수는 주경을 제외한 줄기의 수를 측정하 였다. 지상부 수량은 6 m² 면적의 시험구에 심겨진 고구마 지상부를 수확한 직후 생체중을 측정하여 10a당 kg으로 환 산하였다.

괴근 특성

상품괴근수량은 30 g 이상의 괴근의 무게를 kg 10a^-1으로 환산하였으며, 장폭비는 괴근의 가로와 세로의 비로서 반복 별로 조사하였다. 전분가는 전분가 산출표를 이용하여 측정 하였으며 건물율은 고구마를 잘게 자른 후 100 g을 측량하 고 80°C에서 예비 건조 한 다음 105°C에서 6시간 열풍 건 조한 후 건물 무게를 측량하여 백분율로 나타내었다. 전분수 량은 상품괴근수량에 전분가를 곱한 후 kg 10a^-1으로 환산하 였다. 찐고구마 당도는 찐고구마 20 g에 80 ml의 물을 넣고 분쇄하여 5배 희석한 후 상온에서 굴절당도계(RA-250/KEM, MTH56908, Japan)를 이용하여 측정한 후 희석배수를 곱하여 주었다. 유리당 함량은 동결 건조된 고구마 괴근 분말 1 g을 80% 에탄올(EtOH) 10 ml에 넣고 교반시킨 다음 10분간 초 음파 처리를 한 후 4°C 조건에서 3,500 rpm으로 10분간 원심 분리 하였다. 원심분리 후 상등액을 취하여 0.45 μm의 PVDF (Polyvinylidene Fluoride) syringe filter를 이용하여 필터링한 후 액체 크로마토그래피(HPLC, High Performance Liquid Chromatography, Waters, USA)를 이용하여 분석하였다. 유리당 분석을 위해 fructose, glucose, sucrose, maltose 표 준물질 혼합액을 각각 0.1, 0.25, 0.5, 1 g 100 g^-1의 농도로 만들어 검량선을 작성하였다. 고구마 육질의 색도는 괴근의 단면을 색차계(CM-3500d, Minolta, Japan)를 이용하여 3회 반복 측정하였고 결과는 L, a, b값으로 나타내었다. 기타 조 사방법은 농업과학기술 연구조사분석기준(농촌진흥청, 2012) 에 준하여 조사하였다. 통계분석은 SAS (Statistical Analysis System, Ver. 9.2) package를 이용하여 P < 0.05 수준에서 Duncan의 다중범위 검정으로 시료간의 유의성을 검정하였 고 데이터는 3반복의 평균값으로 나타내었다.

심토파쇄에 따른 토양의 물리화학성 변화

표토의 용적밀도는 1년차 심토파쇄+로터리 토양에서 1.19 g cm^-1으로 낮았으며, 심토의 용적밀도는 2년간 심토파쇄+ 로터리 토양이 1.39 g cm^-1으로 낮아 심토파쇄 경운이 심토 의 물리성 개선에 효과가 있었음을 알 수 있었다(Table 2). 공극률은 표토의 경우 심토파쇄 처리에 따른 차이는 없었으 나 심토의 경우 2년간 심토파쇄+로터리 처리시 47.4%로 관 행 로터리 토양보다 높아 심토파쇄 경운에 의해 심토의 통 기성이 개선되었다. 고상의 비율은 표토에서 2년간 심토파 쇄+로터리 토양, 관행 로터리 토양, 1년차 심토파쇄+로터리 토양 순으로 높았으며, 심토에서는 2년간 심토파쇄+로터리 토양의 고상이 가장 낮았고, 기상은 가장 높았다. Ogbodo (2005)는 토양의 용적밀도는 경운 깊이가 20, 30, 40 cm일 때 무경운에 비해 각각 13, 15, 22%까지 감소하였다고 하 였다. Seo et al. (2012)은 심토파쇄는 심경이 불가능한 40 cm 깊이까지 토양을 파쇄하면서 경반층을 깨고, 파쇄공을 만들어 줄 수 있기 때문에 투수성 및 통기성을 좋게 하여 토양 물리성 개선 효과가 뛰어나다고 하였다. 심토파쇄 처 리에 따른 토양의 pH는 관행 로터리 토양이 pH 6.8, 2년간 심토파쇄+로터리 토양이 pH 7.0으로 심토파쇄에 따른 차이 가 크지 않았다(Table 3). 심토파쇄 깊이가 깊어질수록 EC는 2.9 dS m^-1에서 2.1 dS m^-1로 유기물 함량은 11.4 g kg^-1에서 6.7 g kg^-1으로, 유효인산은 294 mg kg^-1에서 206 mg kg^-1으 로, 총질소는 0.57 g kg^-1에서 0.32 g kg^-1으로 낮아졌으며, 치환성 양이온은 50 cm 깊이의 심토파쇄 토양에서 다소 높 았다. Jun et al. (2002)은 심토반전 후의 pH는 6.5 전후로 차이가 없었으나 유효인산의 함량이 406 mg kg^-1에서 329 mg kg^-1으로 19.0% 줄어들고, 질소 함량과 치환성 염기인 K, Ca, Mg 함량도 줄었다고 하였으며 Song et al. (2012)은 70 cm 깊이로 심토반전을 한 결과 pH, 유기물, 유효인산, 치환성 양이온, 전기전도도가 모두 감소하여, 심토반전 1년 차 토양에는 100%, 2년차 토양은 50% 정도 증비를 하는 것이 적합할 것이라고 하였다. 지하부의 생육은 토양의 입 경조성, 수분함량, 경도, 삼상분포, 통기성 등의 물리적인 면과 pH, 유기물, 무기물 등 토양의 화학적인 면에 많은 영 향을 받는다(Kim et al., 2003; Yang et al., 2001). Kim et al. (2010)은 토양에 좋은 양분이 충분하더라도 토양조건이 단단하거나 물에 잠겨있으면 작물의 생육은 불량해지며 식 물자체에 필요한 성분은 아니면서도 식물생육에 영향을 주 는 요인은 주로 토양물리성에 지배된다고 하여 토양물리성 의 중요성을 강조하였다. 토양물리성을 대표할 수 있는 밀 도, 경도, 수분 보유력 등의 지표들은 토양관리 방법에 따라 충분히 개선될 수 있으며(Kim et al., 2010), 밭토양의 표토심 은 경운 등에 의해서 달라지며 이는 작물의 생육 및 양분의 이용과도 깊은 관계가 있다고 하였는데(Cho et al., 2012), 이 러한 연구 결과들은 경운 방법을 통해 작물의 생육을 좋게 하여 수량을 증대할 수 있음을 보여준다. Park et al. (2007) 은 쟁기작업 후 로터리 작업을 하거나 로터리 작업만을 수 행한 경우, 로터리 작업의 횟수가 증가하면 경운 깊이인 10 cm 이후에는 로타리의 회전에 의해 토양이 다져지게 된다 고 하여 로터리 작업 횟수를 줄이는 것도 토양물리성 개선 의 방법이 될 수 있을 것으로 생각된다.

심토파쇄에 따른 지상부 생육 특성

지상부 무게는 2년간 심토파쇄+로터리 토양에서 5,278 kg 10a^-1으로 많았고, 1년차 심토파쇄+로터리 토양이 5,056 kg 10a^-1, 관행 로터리 토양이 4,750 kg 10a^-1으로 적었으나 유의한 차이는 없었다(Table 4). 주경의 길이와 분지수는 2 년간 심토파쇄+로터리 토양이 관행 로터리 토양보다 각각 약 17 cm, 0.4개 길거나 많았으나 유의한 차이는 없었다. Song et al. (2012)은 고구마 연작지에서 70 cm 깊이로 표 토를 걷어낸 후 심토를 뒤집어 심토반전을 한 토양에서 연 작토양에서보다 정식 30일째의 줄기의 길이는 짧았으나 분 지수와 엽수는 심토반전 토양에서 높았으며, 정식 120일째 에는 줄기 길이, 분지수, 지상부 생체중 등은 심토반전과 연 작토양 간에는 유의한 차이를 보이지 않았다고 하여 본 연 구에서의 삽식 후 90일째의 생육과 비교했을 때 유사한 결 과를 보였다. Ogbodo (2005)는 고구마에서 경운 깊이가 10 cm에서 40 cm로 깊어질수록 건조된 지상부 수량이 무경운 에 비해 16~39%까지 증가하여 유의적인 차이가 있었다고 하였다. 작약에서도 경운 깊이가 깊을수록 생육이 왕성하였 으나(Kim et al., 2005), 넓은잎큰조롱의 경우는 경운 깊이 가 얕을수록 만장이 길었고 엽장, 엽폭, 엽중 역시 양적인 생육을 보였다고 하였다(Nam et al., 2008).

심토파쇄에 따른 수량 및 품질특성

상품괴근수량은 2년간 심토파쇄+로터리 토양과 1년차 심 토파쇄+로터리 토양이 각각 4,694 kg 10a^-1, 4,508 kg 10a^-1 로 비슷하였으며, 심토파쇄 토양이 관행 로터리 토양보다 약 17~20% 정도 증수되었다(Table 5). Ogbodo (2005)는 토양 경운 깊이가 10, 20, 30, 40 cm일 경우 고구마의 괴근 수량은 1.2, 6.1, 6.8, 12.9 t ha^-1이었으며 무경운에 비해 유 의적으로 많았다고 하였다. Nam et al. (2008)은 넓은잎큰 조롱의 경우 근수량은 경운 깊이가 10 cm 일 때 622 kg 10a^-1이었으나 20 cm 이상으로 경운한 경우 7~9% 증수되 어 심경이 근수량 증가에 효과가 있었다고 하였다. 본 결과 에서 2년간 심토파쇄+로터니 토양과 1년차 심토파쇄+로터 리 토양 간 상품괴근수량이 비슷하여 심토파쇄 처리 효과는 2년간 유지되었으며, 심경과 심토파쇄의 효과 잔효기간이 2 년 이상이라는 Jo et al. (1983)과 Chang et al. (1988)의 보 고와 유사하였다. 30 g 이상의 주당 괴근수는 2년간 및 1년 차 심토파쇄+로터리 토양이 주당 3.3개로 거의 같았으며, 관행 로터리 토양에서의 2.5개보다 0.8개가 많았으나 통계 적인 유의성은 인정되지 않았다. 상저 평균중은 관행 로터 리 토양에서 225 g 이었으며, 1년차 및 2년간 심토파쇄+로 터리 토양에서 각각 214 g, 206 g으로 심토파쇄에 의해 상 저 평균중은 낮아지는 경향이었다. Song et al. (2012)은 맛 나미 품종의 농가묘를 연작 토양과 70 cm 깊이로 심토반전 처리한 토양에서 재배한 결과 괴근 수량과 주당 괴근수는 심토반전 토양에서 각각 278 kg 10a^-1, 0.6개 증가하였고, 주당 괴근중은 109 g에서 106 g으로 연작 토양에 비해 감 소하였다고 하였다. 본 연구에서 장폭비는 1년차 심토파쇄+ 로터리 토양에서 2.31로 컸으며, 2년간 심토파쇄+로터리 토 양에서 2.21, 관행 로터리 토양에서 2.17로 작았으나 유의 한 차이는 없었다. 전분수량은 상품괴근수량이 적었던 2년 간 심토파쇄 무처리 토양에서 1,064 kg 10a^-1으로 적었다. 찐고구마 괴근의 당도는 1년차 심토파쇄+로터리 토양에서 28.0 Brix°%로 낮았으나 2년간 심토파쇄+로터리 토양과 관 행 로터리 토양이 30.5 Brix°%로 같아 심토파쇄 처리에 따 른 괴근의 브릭스 당도의 변화는 없었다. 찐고구마 괴근의 총유리당 함량은 2년간 심토파쇄+로터리 토양에서 2.67 g 100 g^-1 (dw)으로 가장 낮았으나 심토파쇄 처리에 따른 유 의성은 인정되지 않았다(Table 6). 유리당 중에서 Fructose 와 Sucrose는 관행 로터리 토양에서 많았으며, 1년차 심토 파쇄+로터리 토양, 2년간 심토파쇄+로터리 토양 순으로 감 소하는 경향이었다(Table 6). 괴근의 표피와 육질의 색을 색 도계로 측정한 결과, 표피의 경우 명도를 나타내는 L값은 관행 로터리 토양에서 46.1으로 가장 높았으며, 1년차 심토 파쇄+로터리 토양에서 45.5, 2년간 심토파쇄+로터리 토양 에서 45.1로 심토파쇄 처리 횟수가 많을수록 L값이 낮아져 표피색이 어두워지는 경향이었다(Table 7). 적색을 나타내 는 a값도 관행 로터리 토양에서 15.6으로 다른 처리구보다 붉은색을 띄었다. Song et al. (2012)은 고구마 표피의 L값 은 심토반전 토양과 연작지 토양 간에 유의한 차이를 보이 지 않았다고 하였다.

이상에서처럼 심토파쇄 경운은 토양물리성 개선 및 상품 괴근수량 증가에 효과가 있었으며, 고구마 연작지에서 심토 파쇄를 통해 고구마 농가의 소득 향상에 기여할 것으로 기 대되었다.