최근까지 우리나라 간척지는 주로 쌀을 생산하기 위하여 논으로 이용되어 왔다. 2000년대에 들어서 산업화가 진전되 면서 쌀 수요가 급격히 줄어들고 식량수급의 불균형이 심화 되면서 간척지의 토지이용 형태도 변화가 요구되고 있다. 최근 물막이 공사가 완공된 새만금간척지는 사양토로써 밭 으로의 이용가능성이 제기되고 있다. 국가적으로 토지 이용 의 다변화가 요구되고 있는데, 토지이용은 단순한 밭작물 재배보다는 소득작물 재배로 전환될 수 있는 토양관리법이 필요할 뿐 아니라 생산을 위한 농업과 함께 관광, 레저산업 으로의 요구도가 증대되고 있다.
우리나라의 간척지 토양은 심토에 염분이 많이 집적되어있 기 때문에 약알칼리토양이 상당히 발달되어 있다(Ben-Hur, 1991). 일반 농경지와는 다르게 간척 농경지는 치환성 K, Mg, Na 등의 함량이 높게 나타나고 이에 반해 칼슘 함량이 상대적 으로 낮게 나타나 이온의 불균형이 초래된다. 염 농도가 높 기에 일반적으로 pH가 높게 나타나 식물이 생육하기에 매 우 불리한 환경조건을 가지고 있지만(Jung and Ryu, 2005) 경작년수가 증가함에 따라 관배수에 의한 K, Mg, Na 등이 감소하여 제염화가 이루어지면서 지하수위가 낮게 나타나 고 수직배수가 양호해져 토양물리화학성이 개선되게 된다 (Back et al., 1984; Yoo et al., 2007). 간척지에 작물을 도 입할 때 가장 큰 제한요인은 토양염분으로 간척지토양의 뿌 리주변에 집적되어있는 염분은 삼투압을 낮추는 역할을 한 다(Mass and Hoffman, 1977). 낮아진 삼투압에 의하여 작 물은 흡수장해를 받게 되어 한발과 같은 증상을 나타나게 되고 식물의 생장은 전반적으로 발육저해 현상을 나타낸다 (Bresler et al., 1982).
간척지에서 농가 소득증대를 향상시키기 위하여 소득작 물 개발은 필수적인데, 간척지는 지반이 연약하기 때문에 중량시설을 도입하기에는 무리가 따른다. 따라서 시설비가 비교적 적게 들어가면서, 가벼운 비닐하우스를 이용하여 재 배가 가능한 소득작물 개발이 필요한 실정이다.
감자는 안데스산맥 지역이 원산지인 가지과 식물로서 온 대지방에서 재배되며 세계4대 작물 중의 하나이다. 감자는 비교적 장기간 저장이 가능하며 맛이 좋으면서 포만감을 주 기 때문에 주식으로도 세계 다양한 나라에서 이용되고 있 다. 감자는 수분이 많아 곡류에 비하여 저칼로리 식품으로 서 단백질, 칼륨, 인 등의 무기질과 비타민과 식이섬유 등을 다량 함유하기 때문에 우수한 식량작물이다(Friedman, 1996; McCay et al., 1987; Kolasa, 1993).
작물을 재배할 때 비닐피복을 하면 토양의 온도를 높게 하 고 뿌리의 활착을 도와 초기 생육을 좋게하고 수분을 유지 보 존하여 발아와 생육을 촉진해서 수량을 증가시킨다(Awan, 1964). 비닐피복 종류 중에서도 폴리에틸렌은 피복재료로 가 장 많이 사용되고 있고 다양한 색상으로 생산되고 있다(Oh et al., 1994). 또한 감자 재배시 투명 혹은 흑색 PE멀칭이 무처리구에 비해서 각각 16%, 8% 증수되고 평균 서중도 증가한다고 보고된 바 있다(Kang et al., 2003). 일반적으로 염을 포함한 다양한 환경스트레스는 식물의 광합성 능력을 감소시키고 탄소동화율의 감소로 인하여 산소(O2)로의 광합 성적 전자의 흐름을 증가시켜 활성산소 종(Reactive oxygen species; ROS)의 생성을 촉진(Asada, 1994)함으로써 식물체 의 산화적 스트레스를 유발시켜 장해를 일으키는 것으로 알려 져 있다(Bartosz, 1997; Holmberg and Bulow, 1998). 이러한 활성산소 종을 소거시키는 능력이 있는 작물은 염스트레스 에 상대적으로 적응력이 우수하다고 여겨지며(Baier and Dietz, 1998; Fridovich, 1986) 홍영과 자영같은 유색감자는 안토 시아닌 함량도 높고 라디칼 소거능력 즉 항산화 효과도 높 은 것으로 알려져 있다(Hong et al., 2013).
따라서 본 연구는 새만금 간척지 사양토에서 감자 재배 가능성을 확인하고 겨울철에 비닐 멀칭별 생육 및 수량성과 항산화활성 차이를 알아보고자 시험을 수행하였다.
재료 및 방법
본 연구는 새만금 지역에 조성된 간척지에 임시로 조성하 여 경작하고 있는 사양토(문포통)인 새만금 계화시험포장 (벼맥류부)내에 있는 비닐하우스 단동(240 m2/동, 8 m×30 m) 내에서 수행하였다. 감자는 고령지농업연구센터에서 수미 (Superior) 품종을 분양받아 12월 초순에 종서의 절편 무게 를 40 g 정도로 절단하여 재식거리 60×25 cm 간격으로 12 월 17일 정식하였다. 보온을 위하여 하우스는 2중비닐하우 스를 설치하였으며, 감자 정식 후 비닐을 피복하였다. 피복 비닐 종류는 4종류(흑색, 배색, 투명, 녹색)로 하였고, 물관 리 방법은 1주당 1회 점적관수와 2주당 1회 점적관수 처리 를 두었는데 1회 관수량은 4.5 kl/10a 이었다. 시비량은 10a 당 N-P2O5-K2O를 10-8.8-13 kg을 전량 기비로 시용하였다.
시험 전·후 토양 화학적 특성은 조사지점 식생하부 15-20 cm에 분포하는 토양을 채취하여 105°C 건조기에서 72시간 건 조 마쇄 후 농촌진흥청 토양 및 식물체분석법(NIAST, 2000)에 준하여 분석하였다. 토양염농도는 토양시료를 채취하여 EC meter로 토양과 증류수를 1:5로 하여 측정하여 이 측정값을 5배로 희석하여 토양의 EC로 환산하였다. pH는 pH meter로 측정하였고, 토양유기물은 Tyurin법, 유효인산은 Lancaster 법, 치환성양이온은 1N-NH4OAc (pH7.0)으로 침출하여 ICP (Liberty 110, Germany)로 측정하였다.
항산화활성의 추출조건은 환류냉각법으로 동결건조분말 10 g에 80% ethanol 100 mL를 가한 후 80°C에서 3시간 추 출한 다음 여과지(Whatman No. 2)로 감압 여과 하였다. 남 은 잔사에 다시 추출용매를 가하여 얻은 여액을 모두 모아 서 감압농축 한 후 동결건조하여 분말 형태로 사용하였다. 총 페놀 함량은 Folin-Ciocalteu‘s법(Richard-Forget et al., 1992)을 96-well plate에 맞게 변형하여 측정하였다. 추출물 25 μl에 Folin-Ciocalteu‘s phenol reagent 500μl를 첨가하여 5분 동안 반응시킨 다음 7.5% Na2CO3 500 μL를 첨가하였 다. 30°C에서 90분 동안 반응시켜 725 nm에서 흡광도를 측 정하였으며 표준물질로는 tannic acid (Sigma Chemical Co. Germany)를 이용하였다. DPPH radical assay는 Blois의 방 법(Blois, 1958)을 응용하였다. 추출물 20 μL에 0.2 mM DPPH 용액 180 μL를 첨가하여 암소에서 30분 동안 반응시켜 517 nm에서 측정하였으며 대조구는 ascorbic acid (Sigma Chemical Co. Germany)를 사용하였다.
기타 재배 및 생육조사 등은 농촌진흥청 농업과학기술 연 구조사 분석 기준(RDA, 2012)에 의하여 수행하였다.
결과 및 고찰
시험 전·후 토양 염 농도를 알아보기 위하여 조사한 결과 는 Table 1과 같다. 감자 정식 전 토양 염 농도는 0.42% 이 었고 pH는 7.63으로 알카리성이었으며, 토양 중 유기물함 량과 질소함량이 매우 낮은 토양이었다. 감자 수확 후 토양 염 농도는 1주 간격 점적관수에서는 0.1% 인데 비해 2주 간격 점적관수에서는 0.2%로 관수횟수가 많을수록 염 농도 가 낮았다. 이는 시험장소인 새만금 계화포장 위치가 사양 토로써 관수만 자주 해 주더라도 토양에 흡착되어 있는 염 이 어느 정도 이탈하여 제염이 되는 결과로 생각되었다.
Table 1.
Chemical properties of soil before and after potato planting.
간척지 겨울감자 재배 시 2중 비닐하우스에서 피복비닐 종류별 감자의 출현속도는 Fig. 1과 같다. 정식 후 42일부터 감자 싹이 지상부로 출현하기 시작하여 약 20일간 지속되 었는데 피복비닐 종류 간에 출현속도 차이를 보면, 흑색과 배색비닐에서 출현이 빨랐고 투명은 약간 늦었으나 비슷하 였는데 녹색비닐은 출현속도가 상당히 더디었다. 따라서 간 척지에서 겨울감자 재배 시 피복비닐은 흑색, 배색, 투명이 적당할 것으로 판단되었다.
Fig. 1.
Emergence speed of different colored mulching vinyl type in winter potato cultivation under double vinyl house of reclaimed tidal land.간척지 사양토에서 피복비닐 종류별 3월 20일과 3월 21 일(2일간, 맑음) 조사한 1일중 지온의 변화는 Fig. 2와 같다. 피복비닐 종류 간 오전 9시 온도는 8°C 내외로 비슷하다가 햇빛이 비춤에 따라 피복비닐 종류 간에 차이가 나기 시작 했는데 18시에 조사한 결과를 보면, 투명 13.8°C, 배색 12. 5°C, 녹색 11.6°C, 흑색 10.7°C로 조사되었다. 이는 비닐이 투명할수록 빛을 흡수하여 지온을 상승시키는 결과를 보여 주는 것으로, Lee et al. (1992)은 한지형 마늘 피복재료 시 험연구에서 겨울의 지온은 투명 P.E. 필름이 무피복에 비해 1~2°C 정도 높게 나타나 생육과 수량이 우수하다고 보고하 였다. 이와 같이 겨울철에는 투명비닐이 지온상승에 우수하 게 나타난 결과로 보아 지온을 높여주기 위해서는 투명한 비닐을 사용하는 것이 유리할 것으로 판단되며, 반대로 지 온을 낮춰주기 위해서는 흑색비닐을 사용하는 것이 적합할 것으로 판단되었다.
Fig. 2.
Change of soil temperature during 1 day under different colored mulching vinyl type in reclaimed tidal land.간척지 사양토에서 겨울감자 재배 시 물관리 방법별 토양 염농도 변화는 Fig. 3과 같다. 감자 정식 당시 토양염농도는 0.42%로 높았는데 감자를 재배하여 관수를 시작하면서부 터 염농도는 낮아져 정식 후 58일째에는 0.14%까지 낮아졌 고 그 후 0.1% 전후로 유지되다가 수확기에는 1주 간격 점 적관수가 0.1%, 2주 간격 점적관수가 0.2%이었다. 전반적 으로 1주 간격 점적관수가 2주 간격 점적관수보다 토양 염 농도가 낮았는데 이는 토양 중 염분은 물에 잘 녹는 특성을 가지고 있어 관수량이 많아짐에 따라 토양 중 염분함량을 낮추었기 때문으로 생각된다.
Fig. 3.
Changes of soil salinity according to water management method in winter potato cultivation of reclaimed tidal land.간척지 사양토에서 겨울감자 재배시 물관리방법 및 피복 비닐종류별 수확당시 지상부 생육을 보면 Table 2와 같다. 초장은 1주 간격 점적관수가 2주 간격 점적관수보다 2~3 cm 컸고, 경수와 엽수도 많아 전체적으로 지상부 생육량이 많 았다. 따라서 물관리방법별 생육활성이 1주 간격 점적관수 가 우수하게 나타난 것으로 보아 물관리는 1주 간격 점적관 수가 2주 간격 점적관수보다 더 유리할 것으로 판단된다. 피복비닐 종류 간 초장은 1주 간격 점적관수에서는 투명> 흑색>배색>녹색 순으로 컸으나, 2주 간격 점적관수에서는 흑색>녹색>배색>투명 순으로 나타났고, 경수, 엽수, 지상부 건물중 모두 비슷한 경향을 보였으나 피복비닐 종류 간에 지상부 생육은 뚜렷한 차이를 볼 수는 없었다.
Table 2.
Growth characteristics of winter potato above-aerial part at harvesting stage on reclaimed tidal land.
| Division | Plant length (cm) | No. of tiller (ea/hill) | Leaf number (ea./hill) | Top fresh weight (g/hill) | |
|---|---|---|---|---|---|
| Water management | Mulch colors | ||||
| Drip irrigation with 1 week interval | Green | 48.5 | 3.0 | 26.8 | 78.0ab |
| Black | 55.7 | 3.6 | 28.4 | 83.5a | |
| Coloration | 51.1 | 3.8 | 26.8 | 59.1bc | |
| Transparent | 58.9 | 4.2 | 26.2 | 80.4a | |
| Mean | 53.6 | 3.7 | 27.1 | 75.3 | |
| Drip irrigation with 2 weeks interval | Green | 54.1 | 1.0 | 16.6 | 56.5c |
| Black | 55.8 | 3.2 | 27.0 | 63.7b | |
| Coloration | 50.5 | 2.0 | 15.6 | 65.0b | |
| Transparent | 43.2 | 0.9 | 13.1 | 58.8bc | |
| Mean | 50.9 | 1.8 | 18.1 | 61.0 | |
| Mean | 52.2 | 2.7 | 22.6 | 68.1 | |
간척지 사양토에서 재배한 겨울감자의 물관리방법 및 피 복비닐종류간 감자 수량은 Table 3과 같다. 물관리방법간 감자수량은 1주 간격 점적관수가 2,917 kg 10a-1으로 2주 간격 점적관수 2,504 kg 10a-1 보다 14% 증수되어 간척지 사양토에서 겨울감자 재배시에는 1주 간격 점적관수가 유 리할 것으로 판단되었으며, 상품화율은 91%로 같았다. 피 복비닐종류간 1주 간격 점적관수에서 감자 수량은 투명≥ 흑색≥배색>녹색 순으로 나타났고 상품화율은 녹색≥투명 ≥배색>흑색 순으로 나타났다. 피복비닐종류간 2주 간격 점적관수에서 감자 수량은 흑색>녹색≥투명≥배색 순 이 었고 상품화율도 비슷한 경향을 보여 1주 간격 점적관수와 약간 다른 경향을 보였다. 따라서 간척지 사양토에서 겨울 감자를 재배할 경우에는 1주 간격 점적관수로 피복비닐은 투명, 흑색, 배색 비닐이 좋을 것으로 판단되었다. Jang et al. (2004)은 겨울철 시설재배에 적합한 감자 품종선발 시험에 서 수미가 37ton ha-1이 생산되었다고 했는데 본 연구결과 는 27ton ha-1를 보여 일반 농경지 대비 73%수준으로 간척 지에서 겨울철 감자생산 가능성을 확인하였다.
Table 3.
Potato yield different water management method and mulching vinyl type in winter potato cultivation under double vinyl house of reclaimed land.
| Division | Potato Yield (kg 10a-1) | Marketability† (%) | |||||
|---|---|---|---|---|---|---|---|
| Water management | Mulch colors | Tuber | Total | Yield index | |||
| Large | Medium | Small | |||||
| Drip irrigation with 1 week interval | Green | 1,774 | 708 | 160 | 2,642b | 109 | 94 |
| Black | 1,632 | 979 | 392 | 3,003a | 124 | 87 | |
| Coloration | 2,003 | 656 | 253 | 2,913a | 120 | 91 | |
| Transparent | 2,177 | 670 | 263 | 3,110a | 128 | 92 | |
| Mean | 1,897 | 753 | 267 | 2,917 | - | 91 | |
| Drip irrigation with 2 weeks interval | Green | 1,365 | 809 | 271 | 2,444c | 101 | 89 |
| Black | 1,736 | 833 | 208 | 2,778ab | 114 | 93 | |
| Coloration | 1,229 | 910 | 226 | 2,365c | 97 | 90 | |
| Transparent | 1,319 | 903 | 208 | 2,431c | 100 | 91 | |
| Mean | 1,412 | 864 | 228 | 2,504 | - | 91 | |
| Mean | 1,655 | 809 | 248 | 2,711 | - | 91 | |
간척지 사양토에서 겨울감자 재배 시 피복비닐 종류별 항 산화 활성은 Fig. 4와 같다. 비닐멀칭 처리별 총 페놀 함량 은 배색>녹색>흑색>투명 순으로 나타났으며, 배색비닐피복 에서 423.9 mg/100 g으로 가장 높은 함량을 나타냈다. 감자 중 페놀 화합물은 생체기능 조절작용을 가지고 있는 것으로 밝혀졌고, 체내에서 생성된 활성 산소 및 과잉으로 발생하 는 일산화질소 라디칼을 제거하는 것으로 알려져 있으며 감 자를 비롯한 식물계에 널리 분포하고 있는 것으로 알려지고 있다(Cha and Cho 1999; Cha and Cho 2000). Jang and Yoon (2012)은 충북 증평에서 재배된 유색감자와 수미의 폴리페놀함량을 측정한 결과 수미가 120 mg 100 g-1의 함 량을 보였고 Im and Suh (2009)는 한국산 감자 5종 중 총페 놀 함량을 분석한 결과 53.8~102.6 mg 100 g-1의 함량을 보 였으며 그 중 수미는 75.1 mg 100 g-1의 함량을 보였다고 보고하였는데 본 연구결과보다는 낮은 경향이었다. 총 페놀 은 항산화 효과가 매우 높아 유익한 기능을 나타내지만 반 면에 Jung and Lee (1995)는 수미감자의 슬라이스 냉장보 관 중 갈변정도가 총페놀 함량과 밀접한 영향을 끼친다고 보고한 바 있다. 따라서 감자를 목적에 맞게 취반용과 가공 용으로 나누어 비닐을 선택하고 재배 시 활용해야 할 것으 로 생각된다. DPPH 라디칼 소거능은 라디칼을 갖는 물질 중에서도 비교적 안정한 반응을 나타내는 화합물로 항산화 활성 물질이 DPPH 라디칼을 소거시켜 탈색되는 반응을 통 한 간단한 측정방법으로 항산화 효과를 나타낼 수 있다(Jung et al., 2004). DPPH 소거활성은 배색>흑색>녹색>투명 순 으로 나타났고 배색비닐이 39.65%로 가장 높은 소거능을 나타내었다. Jang and Yoon (2012)은 수미의 DPPH 전자공 여능을 측정한 결과 2000 ppm추출물에서 약 21.5%의 소거 능을 보였다고 했고 Im and Suh (2009)는 12.0%의 소거능 을 보여 본 연구보다는 낮은 효과를 보였다. 간척지에서 겨 울 감자를 재배할 경우 일반농경지에서 재배한 감자의 결과 와 비교하여 항산화 활성이 증진되는 효과를 보였는데 이는 염스트레스에 대한 작물의 생존전략으로 생각되며 좀 더 정 밀한 연구가 필요할 것으로 생각된다.
Fig. 4.
이상의 결과로 볼 때 새로 간척된 새만금간척지 사양토에 서 비닐하우스를 이용하여 겨울감자 재배 가능성을 보였으 며, 안정적인 수량 확보를 위해서는 토양염분함량 저하, 유 기물함량 증진과 함께 신간척지에 알맞은 재배법이 확립되 어야 할 것으로 생각된다.
적 요
본 연구는 현재 방조제는 완공되었으나 지반이 약한 간척 지에서 비닐하우스를 활용한 겨울감자 재배 가능성을 검토 하고자 피복비닐 및 물관리 방법을 달리하여 시험한 결과를 요약하면 다음과 같다.
시험토양은 사양토(문포통) 이었으며, 정식 당시 토양 염농도는 0.42% 이었다.
피복비닐종류별 출현속도는 흑색>배색>투명>녹색 순 으로 흑색비닐에서 초기 출현속도가 빨랐고, 1일중 온 도변화는 투명>배색>녹색>흑색 순으로 높았다.
물관리방법별 토양중 염농도는 1주간격 점적관수가 2 주간격 점적관수보다 낮았다.
수확당시 지상부 생육은 1주간격 점적관수처리가 2주 간격 점적관수처리보다 초장이 컸고 경수와 엽수가 많 았으며 지상부 건물중도 무거웠다.
물관리방법간 감자수량은 1주간격 점적관수가 2주간 격 점적관수보다 많았고, 1주간격 점적관수에서 피복 비닐종류간에는 투명≥흑색≥배색>녹색 순 이었다.
항산화분석결과, 배색피복비닐 처리에서 총페놀과 DPPH 함량이 우수하게 나타났다.
