마는 백합목 마과식물(Dioscoreacea)로 한국, 일본, 중국 지역과 열대, 아열대 지역에 널리 분포하고 있는 다년생 덩 굴식물이며, 전 세계적으로 장마, 단마, 환마, 참마, 산마, 부 채마, 단풍마 등 650 여종이 알려져 있다(Onwueme, 1978). 국내에서 식용하는 마는 D. opposita로 분류되고 식약청이 식품원료로 지정한 한약제이며, 주로 생식으로 소비되고 있 다. 설사, 당뇨병, 대하증, 식욕부진, 유정의 치료 작용(Kim & Lim, 1998; Kwon et al., 2001), 간과 신장의 보호(Lee et al., 2002), 소장의 기능개선(Chen et al., 2003), 혈액의 콜레스테롤 저하(Kwon et al., 1999; Chen et al., 2003), 항 산화효과(Araghiniknam et al., 1996) 등의 기능성이 밝혀지 면서 마에 대한 관심이 증가하고 있고, 또한 lectins(Pusztai & Bardocz, 1996), dioscorins(Hou et al., 2001) 등 영양적 인 관점에서 중요한 기능을 하는 단백질, 신경세포의 상호 작용에 관련하는 glycans(Kleene & Schachner, 2004)이 함 유되어 있어 기능성 식품재료로 부각되고 있다. 마의 생리 활성성분으로 비교적 많은 양이 함유된 allantoin함량분석 에 대한 연구로는 1989년 Sagara 등이 액체크로마토그래피 법으로 시판 마 분말 제품에 함유된 allantoin함량을 분석한 결과, 0.11~0.72%로 함량 차이가 크다고 보고한 바 있다. 본 연구에서는 질소시비량과 생육시기에 따른 마 allantoin 함량변화를 분석하였다.
마는 다비성 작물로 관행 시비량을 10a 당 질소 43 kg, 인산 28 kg, 칼리 32 kg와 퇴비 3,600 kg을 추천하고 있으 나 지상부 과번무에 따른 병발생과 도복의 피해가 발생하는 경향을 보이고 비료의 과용으로 인한 토양 중 인산을 비롯 한 유효양분의 과다한 집적 문제가 논의되기 시작한 지 오 래다. 마와 마 재배 후 작물 재배를 위해 토양 중 양분햠량 을 적절히 고려한 현실적인 시비 추천량이 요구되는 실정이 다. 마의 수량과 상품성을 향상시키기 위해서는 심경에 의 한 토양물리성 개선(Park et al., 1999)과 적당한 크기의 씨 마 선정, 비료의 적정한 시비 등이 필요하다. 여러 토성이 마의 수량과 품질에 미치는 영향을 검토한 결과 양토와 사 양토에서 분지 발생이 적고, 모양이 양호하고 수량성이 높 다(Park et al., 1999)고 보고된 바 있다. 마의 뿌리는 깊게 자라는 특성이 있어서 경운 깊이가 깊고 토양이 부드러울수 록 마의 뿌리 생육이 유리하다. 이러한 마의 특성과 수확시 마의 크기 등을 고려하여 경운 방법을 결정한다. 산약의 원 료로 이용되는 마는 쟁기 경운과 쇄토 후 이랑을 높게 만들 어 배수가 잘 되도록 하고 조밀하게 파종하여 비교적 가늘 고 짧게 자라도록 재배하고 있으며, 생식용으로 이용하는 마는 대부분 굵고 길게 자라도록 재배하기 위해 120 cm 까 지 심경이 가능한 회전식 트렌쳐(일명 물레쟁기)로 경운한 다(Park et al., 1999). 일본에서도 트랜쳐를 이용한 심경 재 배로 괴경의 비대를 좋게 하고 기형마의 발생을 줄여 마의 상품성을 높이고 있으며, 일본과 토양조건은 다르지만 우리 나라 토양에서 트랜쳐를 이용한 마의 심경재배효과와 트랜 치 깊이에 따른 마 괴경의 형태적 특성 및 수량성의 변화를 검토한 결과(Park et al., 1999)를 보고한 바 있다. 작물생산 성을 유지하는 동시에 환경오염을 경감시키기 위한 시비관 리 방안으로는 토양 중 적정 양분 상태를 유지하는 방법 또 는 작물자체의 양분상태를 기준으로 시비량과 시비시기를 결정하는 방안이 논의 되고 있다(Roppongi, 1998). 따라서 본 연구에서는 화학비료의 투입을 줄이기 위한 재배법으로 적정 유기물시용과 비료 시용량을 검토하였다.
재료 및 방법
마 재배시 유기물 시용효과
본시험은 경북농업기술원 생물자원연구소의 사양토 포장 에서 2년간 단마 주아씨마를 이용하여 재배한 연구결과이 다. 마 재배시 시용되는 질소질 비료량을 줄이기 위한 적정 유기물 시용과 감비 처리효과를 검토하기 위하여 3월 상순 경 본포에 우분과 수피를 주성분으로 하는 퇴비를 10a당 3 톤 시용하고 관행 시비량인 N-P2O5-K2O = 42-28-32 kg/10a 로 처리된 시험구를 대조로 하여 퇴비 5톤 처리 후 비료량 은 관행의 50%, 72%로 줄여 시용하거나, 화학비료 시용없 이 퇴비 10톤 단독처리, 유기물 시용 없이 화학비료만 반량, 관행시비량, 배량 시용한 처리 등으로 구분하여 살포 하였 다. 단마 주아씨마를 3월 하순에서 4월 상순에 1.2 m 간격 으로 작휴된 휴상에 주간을 20 cm로 3열로 정식하고 지상 부가 출현할 때 철재지주와 오이망을 이용하여 줄기를 유인 하여 재배하였다. 지상부가 고사한 후 10월 하순정도에 수 확하여 지하부 수량을 조사하였다.
유기물 시용과 경운방법에 따른 생육과 수량 비교
유기물 시용과 경운 방법이 마의 수량에 미치는 영향을 조사하기 위하여 유기물을 10a당 0~10 톤으로 비료 없이 단용처리하고 10a당 3톤의 유기물을 처리하고 관행의 N-P-K=43-28-32 kg/10a로 비료 시용한 구를 대조구로 하 여 경운 방법을 트렌쳐 경운(폭 16 cm, 깊이 120 cm로 경 운 쇄토)과 로타리 경운으로 하여 실험하였으며, 시험구 배 치는 난괴법 3반복으로 실시하였다. 단마 주아씨마를 재료 로 3월 하순에서 4월 초순경에 트렌쳐 경운구의 0.8 m 휴 상에 주간 15 cm로 정식하고 로타리 경운구의 1.2 m휴상에 주간 20 cm 로 3열로 정식하고 지상부가 출현할 때 상기 실험과 동일한 방법으로 지상부를 유인 재배하였으며, 10월 하순에 수확된 지하부의 수량을 조사하여 유기물 시용량과 경운 방법에 따른 지하부 특성과의 상관관계를 분석하였다.
질소와 칼리비료 시비량 개선
질소 및 칼리비료 시비량이 마 지상부 및 지하부 생육에 미치는 영향을 조사하기 위하여 별도의 유기물 시용을 하지 않고 질소시비량을 0, 15, 20, 25, 30, 45 kg/10a로 처리하 였다. 인산과 칼리는 각각 20 kg/10a 시용 하여 질소시비량 에 따른 출아정도, 엽록소 함량, 지하부 수량 등을 조사하였 다. 장마와 단마의 노두를 재료로 1.2 m로 작휴된 휴상에 주간 20 cm 3열로 정식하여 네트망 지주를 설치하여 지상 부를 유인하였으며, 정식 후 77일 경과한 시기에서 엽록소 함량(SPAD값)을 측정하였다. 칼리 비료의 경우도 0, 10, 20, 30, 40 kg/10a로 한 처리에 질소는 30 kg/10a, 인산은 20 kg/10a로 고정하여 처리한 후 질소처리와 동일한 방법 으로 재배, 수확 후 지하부 괴경의 특성을 조사 하였으며, 시험구 배치는 난괴법 3반복으로 DMRT 5% 수준에서 처 리간 유의성을 검정하였다. 질소시비량에 따른 단마와 장마 의 수량은 2년간의 수량을 분석하여 적정 시용량을 추정하 였다.
마의 생장변화와 식물체내 무기성분 변화
마 생육 기간 중 식물체의 N, P, K 흡수량 측정을 통하여 마의 시비량을 개선하기 위한 실험으로 경운전 유기물 3톤 과 N-P2O5-K2O=28-20-20 kg/10a 처리한 토양에 1.2 cm의 휴상을 만들고 단마 주아씨마를 20×30cm로 정식하여 철재 지주와 네트망을 설치하여 지상부를 유인 재배하였다. 지상 부가 출아하여 식물 시료의 채취가 가능한 시기부터 20일 간격으로식물체 시료를 채취하여 지상부, 지하부로 구분하 여 생육변화정도를 측정하였으며 마 생육기간 중 식물체내 N, P, K, Ca, Mg, Fe, Mn 흡수량을 조사 하였다.
생육기간 중 allantoin 함량 변화
3월 하순에 정식한 단마의 지상부와 지하부를 6월부터 10월까지 20일 간격으로 채취하여 건조분말 0.2 g에 25 ml 의 인산완충용액을 첨가하여 allantoin을 추출하였다. 검량 선 작성을 위하여 150 ppm allantoin 표준물질을 단계적으 로 희석하여 사용하였다. HPLC(spectra system. THERMO) 용 양이온 흡착 칼럼(TSK/gel-scs, 7.8×300 mm, TOSOH) 을 이용하여 인산완충액을 이동상으로 하였고 PDA 검출기 로 210 nm에서 모니터링하였다. PDA 검출기를 사용해 머 무름시간과 흡광스펙트럼을 비교하여 시료에 대한 allantoin 피크를 확인하고 면적을 구하여 검량식으로 함량을 계산하 였다. 질소 시비량에 따른 마 allantoin 함량변화를 알아보 기위하여 10a당 퇴비를 3톤, 인산과 칼리를 각각 20 kg을 시비하고 질소는 0, 15, 20, 25, 30, 45 kg로 조절하여 처리 하였다. 10월 중순에 수확한 마괴경 건조분말을 allantoin 함량 분석용 시료로 사용하였다.
결과 및 고찰
마 재배시 유기물시용 효과
단마의 괴경 수량은 화학비료를 시용을 줄일수록 감소하 였는데, 질소시비량이 높은 관행재배(43-28-32 kg/10a, 퇴 비 3톤)에서 2,058 kg/10a의 수량을 보인데 비해 화학비료를 시용하지 않고 10톤의 유기물만 시용한 시험구와 유기물 없 이 관행시비량의 반량(22-14-16 kg/10a)을 시비한 시험구는 각각 1,322 kg, 1,404 kg/10a로 수량이 감소하였다(Table 1). 5톤의 유기물을 시용하고 비료량을 관행대비의 50%또는 72%로 줄여 시용한 경우와 유기물 없이 관행시비를 할 경 우 수량의 유의성이 없었으며, 비료를 배량 증시할 경우 시 비량 증가에 따른 수량증수 효과가 나타나지 않았다.
Table 1.
Effect of organic matter and fertilizer level on tuber growth in D. opposita cv. Dan-ma (short type tuber).
| Organic matter, Ton/10a (N-P2O5-K2O, kg/10a) | Tuber length (cm) | Tuber diameter (mm) | Tuber weight (g/tuber) | Tuber yield (kg/10a) | Marketable tuber rate† (%) |
|---|---|---|---|---|---|
| 3 43-28-32) | 26 | 54 | 204 | 2,058a‡ | 24.2 |
| 5 (22-14-16) | 23 | 57 | 158 | 1,587ab | 20.7 |
| 5 (31-20-23) | 24 | 65 | 191 | 1,795ab | 24.1 |
| 10 (0-0-0) | 24 | 50 | 156 | 1,322b | 10.9 |
| 0 (22-14-16) | 23 | 56 | 143 | 1,404b | 10.9 |
| 0 (43-28-32) | 29 | 66 | 174 | 1,794ab | 25.8 |
| 0 (86-56-64) | 26 | 60 | 186 | 1,797ab | 27.2 |
유기물 시용량과 경운방법에 따른 생육과 수량 비교
유기물만을 시용하여 단마를 재배할 경우 일반적인 쟁기 경운에서는 10 ton/10a 이상을 사용하여야 기준시비량 처리 구의 86%의 수량을 확보할 수 있었으며, 트렌쳐심경 재배 에서는 유기물 처리량간의 유의성은 없었으나 유기물 10 ton/ 10a 처리에서 기준시비량 처리구의 95%의 수량을 확보하 는 효과가 있었다(Table 2, Fig. 1). 마 수량과 관계된 형질 인 괴경 길이, 두께, 평균 괴경 무게, 상품마(평균 괴경 무게 260g 이상) 생산비율 등은 유기물 시용과 경운방법에 의해 유의한 영향을 받는 것으로 분석되었으며 유기물 처리와 경 운방법 교차 효과는 괴경 길이를 제외한 다른 형질에 미치 는 영향이 미미한 것으로 나타났다(Table 3).
Table 2.
Effect of organic matter and plowing method for D. opposita cv. Dan-ma (short type tuber) tuber growth.
질소와 칼리비료 시비량 개선
마 밭 질소 시비량이 마 지상부 생육 특성에 미치는 영향 을 조사한 바, 질소시비량이 많아질수록 출아일수가 길어지 는 경향을 보였으며(Table 4) 엽록소 함량은 시비량이 증가 할수록 높아지는 경향이었다(Table 5).
Table 4.
Effect of Nitrogen level on sprouting from yam (D. opposita) seed tubers.
| N level (kg/10a) | 0 | 15 | 20 | 25 | 30 | 45 |
|---|---|---|---|---|---|---|
| Requested time for sprouting(days) | 49c† | 52bc | 59abc | 61ab | 62ab | 69a |
Table 5.
Effect of Nitrogen level on SPAD value of yam (D. opposita) leaves
| N level (kg/10a) | 0 | 15 | 20 | 25 | 30 | 45 |
|---|---|---|---|---|---|---|
| SPAD value† | 33.1c‡ | 39.4b | 39.4b | 41.5ab | 41.1ab | 42.6a |
질소 시비량에 따른 마 지하부 특성 및 수량은 년차별 차 이를 보이기는 했지만 장마와 단마에서 질소시비량 32 kg/ 10a에서 최고를 보여(Fig. 2), 마밭의 적정 질소시비 수준은 최대수량을 보이는 시비수준의 85%인 27 kg/10a로 판단되 었다. 질소의 시비량이 장마와 단마의 수량에 영향을 비치 는 것과는 달리 칼리 비료의 시비량은 마의 수량에 유의적 인 영향을 미치지 않았다(Table 6).
Table 6.
Effect of applied potassium (K) level on tuber yield in different yam cultivars.
| Potassium level (Kg/10a) | Tuber yield (kg/10a) | |
|---|---|---|
| D. D. opposita cv. Dan-ma | D. opposita cv. Jang-ma | |
| 0 | 1,612† | 2,194ns |
| 10 | 1,638 | 2,088 |
| 20 | 1,539 | 2,057 |
| 30 | 1,458 | 2,112 |
| 40 | 1,524 | 2,052 |
Fig. 2.
Tuber yield with applied N levels in diferent yam cultivars, D. opposita cv. Dan-ma (A; short type tuber) and cv. Jang-ma (B; long type tuber)(A; ●, 2004, ▲, 2006, B; ●, 2005, ▲, 2006). Regression equations are y=-0.3235x2+20.461x +1166.2, r2=0.708*(A), y=-0.4526x2+28.744x+1413.6, r2=0.566ns(B).마의 생장변화와 식물체내 무기성분 변화
마 생육기간 중 지상부와 지하부의 생육은 지하부의 경우 정식 후 3개월 정도 경과 한 시점에서 괴경 비대가 급속히 이루어 졌으며(Fig. 3), 생육 기간 중 식물체내에 흡수되는 영양분의 요소별 흡수정도는(Fig. 4), 괴경 비대가 시작되는 7월 중순경부터 대량요소와 미량요소의 흡수량이 생체 및 건물 중의 증가와 동시에 증가하는 경향이었다. 질소, 인산 과 칼리는 생육이 진행됨에 따라 식물체내 함량이 증가하는 경향이었으며, 미량원소 중에는 철과 망간의 함량이 생육 경과에 따라 높아졌다.
생육기간 중 allantoin 함량변화
allantoin은 식물체내에서는 질소원으로 사용되고 인체에 대한 기능성으로는 세포재생 효과가 있어 상처치료제로서 이용된다(Durmus et al., 2012). 마에는 비교적 많은 양의 allantoin이 함유되어 있으며 이들 함량은 지상부와 지하부 에서 생육시기별로 차이가 난다. 지상부의 경우 allantoin함 량은 6월부터 8월까지 건물 중의 0.6% 정도의 함량을 보이 다가 9월 이후 지상부고사와 함께 급격히 감소하였다. 지하 부 allantoin함량 괴경 형성기인 6월 하순(정식후 100일)부 터 증가하여 괴경의 급속한 비대와 함께 단위 무게당 함량 이 감소하였지만 식물체 전체에 함량은 증가하였다(Fig. 5). 마 괴경 수량은 9월이 되면 최종수량의 90% 이상이 되고 마 가격도 이시기가 가장높게 형성되기 때문에 조기에 수확 하는 경향이 있다. 그러나 9월말까지 아직 괴경의 성숙이 완성되지 않은 시기이며 또한 allantoin 축적도 충분히 이루 어 지지 않아 괴경의 품질이 떨어지는 결과를 초래한다. 수 확시기가 빠를수록 마의 저장성도 낮아져 장기저장을 위해 선 11월 이후 수확하는 것이 유리하다. 마의 수확시기는 10 월 이후가 좋으며 땅이 얼기 전까지 수확이 가능하고 월동 도 가능한 작물이다.
마는 다비성 작물로 알려져 질소 시비량이 10a당 43 kg 으로 매우 높은 실정이다. 생물자원연구소에서 마 적정 질 소 시비량을 연구한 결과, 10a당 질소시비량을 27kg까지 감 비하여도 수량에 큰 차이가 없음을 확인하였다. 그러나 괴 경에 함유된 allantoin은 질소를 구성성분으로 합성되는 물 질로 질소감비에 따라 allantoin함량에 미치는 영향이 있을 것으로 생각되어 질소수준별로 allantoin 함량을 분석하였 다(Fig. 6). allantoin함량은 질소시용을 하지 않은 시험구에 서 수확한 마의 경우 0.39% 정도로 낮았으나 질소시비량 15 kg/10a에서 45 kg/10a로 처리한 시험구에서 수확한 마 괴경에서는 0.47~0.53%로 큰 차이를 보이지 않았다. 이러 한 결과는 마괴경내에서 allantoin이 질소대사(purine catabolism) 물질로 작용함으로 변화의 폭이 적은 것으로 생각된다. 질 소시비량에 따른 괴경수량과 allantoin 함량을 고려할 경우 에도 적정 질소시비량을 27 kg/10a로 감비할 경우 문제가 없는 것으로 판단되었다.
마 재배시 유기물시용 효과
단마의 괴경 수량은 화학비료를 줄여 시용할 경우 감소하 였는데, 질소시비량이 높은 관행재배(43-28-32 kg/10a, 퇴 비 3톤)에서 2,058 kg/10a의 수량을 보인데 비해 화학비료 를 시용하지 않고 10톤의 유기물만 시용한 시험구와 유기 물 없이 관행시비량의 반량(22-14-16 kg/10a)을 시비한 시 험구는 각각 1,322 kg, 1,404 kg/10a로 수량이 감소하였다. 비료를 배량 증시할 경우 시비량 증가에 따른 수량증수 효 과가 나타나지 않았다.
유기물 시용과 경운방법에 따른 생육과 수량 비교
유기물만을 시용하여 단마를 재배할 경우 일반적인 쟁기 경운에서는 10톤/10a 이상을 사용하여야 기준시비량 처리 구의 86%의 수량을 확보할 수 있었으며, 트렌쳐심경 재배 에서는 유기물 10톤/10a 처리에서 기준시비량 처리구의 95%의 수량을 확보하는 효과가 있었다.
질소와 칼리비료 시비량 개선 시험
질소 시비량에 따른 마 지하부 특성 및 수량은 단마와 장 마 모두 질소 32kg/10a에서 최고를 보였으며, 마 밭의 적정 질소시비 수준은 최대수량을 보이는 시비수준의 85%인 27kg/10a로 판단되었다. 칼리 비료의 시비량은 마의 수량에 유의적인 영향을 미치지 않았다.
