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문제 정의
- 우리나라에서는 그동안 간척지인 토양을 대상으로 하여 수확량 확보를 목적으로 염분 농도와 벼 생육에 대한 연구가 지속되어 왔다. 그러나 염분 농도가 높은 물을 관개용수로 이용 시 벼 생육과 수량, 미질 등에 미치는 영향 등에 대한 연구는 소수에 불과하여 기초자료 확보 차원에서 본 연구가 시도되었다.
- 우리나라에서는 이미 오래전부터 작물과 염분에 관한 연구가 활발히 진행되어 왔다(최 드 1983; 유 드 1987; 최 등, 1994; 정 등, 2002; 이 등 2002 등 다수). 그러나 이러한 연구들은 주로 내염성이 강한 벼 품종 개발과 염분에 의한 생육시기별 피해 정도 등을 규명하여 수확량 증가를 위한 목적으로 연구되었다.
- 본 연구는 우리나라 관개용수 수질 기준 설정 시에 활용될 수 있는 기초자료 확보 차원에서 수행되었다. 관개용 수의 염류도(Salinity)에 따른 벼의 생육 및 수량 미질 등에 대하여 조사•분석하였다.
제안 방법
- 본 연구는 우리나라 관개용수 수질 기준 설정 시에 활용될 수 있는 기초자료 확보 차원에서 수행되었다. 관개용 수의 염류도(Salinity)에 따른 벼의 생육 및 수량 미질 등에 대하여 조사•분석하였다.
- 관개용수의 염분농도가 벼 생육, 수량, 미질 등에 미치는 영향에 관한 과학적인 기초자료를 확보하기 위하여 관개용수의 평균 염분농도를 1,000, 2,000, 3,000, 5,000, 7,000 3 cm-1 의 처리하여 2003년 4월부터 9월까지 벼 재배 포트 실험을 수행하였다. 실험에서 얻은 주요 결과는 다음과 같다
- 실험을 위해서 5처리구와 대조구를 두었으며, 각 시험구당 4반복으로 실험하였다. 대조구(원수)의 관개수는 지하수를 이용하였고, 처리구는 지하수에 염화나트륨(NaCl) 을 주입하여 염도를 조절하였다. 이앙 후부터 수확기까지 포트수심 약 2~3cm 내외가 되도록 관개하였으며, 관개한 총용수량은 포트당 37.
- 따라서 처리구를 각각 EC 1000, EC 2000, EC 3000, EC 5000, EC 7000으로 구분하였다. 대조구에 대해 2003년 5월부터 9월까지 총 6회 수질조사를 하였으며, 그 평균값은 Table 2와 같다. 기타 관개 및 물관리 방법은 농촌진흥청작물 시험장의 표준재배법에 준하였다.
- 8L(1,890mm)이었다. 대조구와 처리구에 대한 염도는 종합수질측정장비 (Quanta-G)를 이용하여 ECw (Electrical Conductivity)를 측정하였으며 , 대조구는 평균 3203 cm-1(0.02%), 처리구는 각각 1,000µs cm-1 (0.06%), 2,050 µs 3 cm-1 (0.1%), 3,000µs cm-1 (0.2%), 5,000 µs 3 cm-1 (0.3%), 6,900 µs 3 cm-1(0.5%) 이었다. 따라서 처리구를 각각 EC 1000, EC 2000, EC 3000, EC 5000, EC 7000으로 구분하였다.
- 5%) 이었다. 따라서 처리구를 각각 EC 1000, EC 2000, EC 3000, EC 5000, EC 7000으로 구분하였다. 대조구에 대해 2003년 5월부터 9월까지 총 6회 수질조사를 하였으며, 그 평균값은 Table 2와 같다.
- 생육조사는 초장, 분얼수, 엽색도(SPAD value), 건물중 (dry weight) 에 대해 조사하였다. 초장과 분얼수는 이앙후부터 2주간격으로 조사하였고, 엽색도와 건물 중은 이앙시, 이앙후 14일•28일 •42일, 유수분화기, 출수기, 출수 후 20일•40일에 각각 조사하였다.
- 식물체의 무기 성분 분석은 건물 중을 칭량한 시료를 40mesh로 분쇄한 후에 N, P, K, Si에 대해서 분석하였다 질소는 Kjeldahl 자동분석 기계 (Kjeltec 2035, Foss社) 를 사용하였고, 인산, 칼륨, 규산은 진한 황산과 분해 촉매제 (Na2SO4±Se)를 사용하여 습식분해(420℃) 시킨 후 전처리 과정을 거쳐 ICP를 사용하여 정량 분석하였다
- 실험을 위해서 5처리구와 대조구를 두었으며, 각 시험구당 4반복으로 실험하였다. 대조구(원수)의 관개수는 지하수를 이용하였고, 처리구는 지하수에 염화나트륨(NaCl) 을 주입하여 염도를 조절하였다.
- 초장과 분얼수는 이앙후부터 2주간격으로 조사하였고, 엽색도와 건물 중은 이앙시, 이앙후 14일•28일 •42일, 유수분화기, 출수기, 출수 후 20일•40일에 각각 조사하였다. 엽색도는 SPAD 502 (Minolta社)를 사용하여 최상위 완전 전개엽 (Y-leaf)을 측정하였고, 건물 중은 경엽과 이삭으로 나눈 후 80℃에서 48시간 건조 후에 건물 중을 칭량하였다.
- 생육조사는 초장, 분얼수, 엽색도(SPAD value), 건물중 (dry weight) 에 대해 조사하였다. 초장과 분얼수는 이앙후부터 2주간격으로 조사하였고, 엽색도와 건물 중은 이앙시, 이앙후 14일•28일 •42일, 유수분화기, 출수기, 출수 후 20일•40일에 각각 조사하였다. 엽색도는 SPAD 502 (Minolta社)를 사용하여 최상위 완전 전개엽 (Y-leaf)을 측정하였고, 건물 중은 경엽과 이삭으로 나눈 후 80℃에서 48시간 건조 후에 건물 중을 칭량하였다.
대상 데이터
- 서울대학교 농업생명과학대학 부속농장(경기도 수원시 권선구 서둔동 소재) 내 비닐하우스에서 2003년 5월부터 10월까지 포트실험으로 수행하였다. 실험에는 와그너 포트(5,000-1a)를 이용하였고 포트 내 평균 용적 밀도 (bulk density)는 실험 전에 1.
- 토양은 부속농장 내 논토양을 이용하였고, 토성은 양토(Loam)이고 토양통은 석천통이며, 기타 이화학적 특성은 Table 1과 같다. 시비량은 토양검정 후 시비처방에 따라 포트당 N, P2O5, K2O를 각각 0.28, 0.6, 0.18g씩 사용하였다.
- 실험에 사용된 공시 품종은 화성벼 (중생 종, Japonica) 이고 2003년 5월 20일에 포트당 1주 (3본)씩 이앙하였다. 토양은 부속농장 내 논토양을 이용하였고, 토성은 양토(Loam)이고 토양통은 석천통이며, 기타 이화학적 특성은 Table 1과 같다.
- 서울대학교 농업생명과학대학 부속농장(경기도 수원시 권선구 서둔동 소재) 내 비닐하우스에서 2003년 5월부터 10월까지 포트실험으로 수행하였다. 실험에는 와그너 포트(5,000-1a)를 이용하였고 포트 내 평균 용적 밀도 (bulk density)는 실험 전에 1.35 g cm-3으로 맞추어 준비하였다.
- 실험에 사용된 공시 품종은 화성벼 (중생 종, Japonica) 이고 2003년 5월 20일에 포트당 1주 (3본)씩 이앙하였다. 토양은 부속농장 내 논토양을 이용하였고, 토성은 양토(Loam)이고 토양통은 석천통이며, 기타 이화학적 특성은 Table 1과 같다. 시비량은 토양검정 후 시비처방에 따라 포트당 N, P2O5, K2O를 각각 0.
데이터처리
- Table 4. ANOVA analysis for yield component and yield. *: significant at 0.
- 수량구성 요소 (이삭수, 이삭당 영화수, 등숙률, 천립중) 및 수량조사는 9월 28일 수확하여 조사하였고, 조사방법은 농촌진흥청의 표준조사방법에 준하였다. 자료분석은 시험구당 4반복 실험 값에 대한 평균값을 구하여 SPSS 통계 프로그램 (11.2 버젼)을 이용하였다.
이론/모형
- 대조구에 대해 2003년 5월부터 9월까지 총 6회 수질조사를 하였으며, 그 평균값은 Table 2와 같다. 기타 관개 및 물관리 방법은 농촌진흥청작물 시험장의 표준재배법에 준하였다.
- 수량구성 요소 (이삭수, 이삭당 영화수, 등숙률, 천립중) 및 수량조사는 9월 28일 수확하여 조사하였고, 조사방법은 농촌진흥청의 표준조사방법에 준하였다. 자료분석은 시험구당 4반복 실험 값에 대한 평균값을 구하여 SPSS 통계 프로그램 (11.
성능/효과
- K 함량은 이삭보다 경엽에 많이 함유되어 있으며, 식물체 전체 함량은 EC 1000 처리구에서는 대조구에 비해 유의하게 높은 반면에 EC 3000처리구에서는 대조구에 비해 유의하게 낮았다.
- P 함량은 경엽보다는 이삭에 많이 함유되어 있으며, 경엽에서는 처리농도가 증가할수록 증가하는 경향을 보였고 EC 2000와 EC 3000에서는 대조구에 비해 유의하게 높았다. 이삭에서와 전체 인산함량은 처리농도가 높을수록 감소하는 경향으로 모든 처리구에서 대조구에 비해 유의하게 낮았다.
- Si 함량은 경엽에 80% 이상 함유되어 있으며, 경엽에서는 염도가 높을수록 증가하였으나, 유의적인 차이는 없었고 이삭에서는 EC3000처리구에서 대조구에 비해 유의하게 낮았다. 식물체 전체 Si 함량은 시험구간에 따른 유의적인 차이는 없었다.
- 건물 중은 경엽(Straw)과 이삭(Spike) 모두에서 관개수의 염도가 높을수록 감소하는 경향을 보였다 (Fig. 5). 경엽에서는 염도 3,000 3 cm-1 에서 LSD (0.
- 또한 생육시기별 초장과 최종 수량과의 관계를 분석한 결과분얼기 (r = 0.57)와 출수기 (r = 0.72)의 초장이 최종 수량과 가장 밀접한 관계가 있는 것으로 나타났다.
- 미질평가 요소인 단백질 함량은 관개수의 염도와 높은 상관관계(r= -0.726, p<0.01)가 성립하여 염도가 증가할수록 감소하는 경향을 보였으며, 특히 EC3000 처리구에서는 대조구에 비해 유의하게 낮았다.
- 본 실험 결과로부터 관개수의 염도가 높을수록 쌀의 외관적품위와 미질은 향상되는 것으로 보이나, 단백질 함량이 6.55~6.79%로 대조구에 비해 최대 0.24% 정도 감소하여 실질적으로 미질과 밥맛에 영향을 줄 정도는 아니라고 판단된다.
- 본 실험의 결과로 볼 때 관개용 수중의 과도한 염분농도는 작물의 영양물질인 N, P, K 등의 흡수를 저해하여 궁극적으로 벼의 생육에 부정적인 영향을 미치는 것으로 판단된다.
- 본 연구의 결과를 종합해 볼 때, 관개수의 염분농도가 1,000 3 cm-1 이상에서는 수량 감소를 가져오고, 특히 3,000 3 cm-1 이상에서는 절대적인 벼 생육 피해뿐만 아니라 식물체고사까지 초래하고 있다. 따라서 염도가 높은 물을 관개용수로 이용 시 사용 전에 충분한 제염이 이루어져야 할 것으로 사료되며, 염분 농도에 대한 허용한 계농도 수질기준이나 관개용수 수질 기준 마련이 시급하다 하겠다.
- 분얼수는 관개수중의 염도가 높을수록 크게 감소하는 경향이었으며, 유수 형성기 이후부터는 EC 3000 처리구는 다른 시험구에 비해 유의하게 적었다 (Fig. 3).
- 수량구성 요소와 수량과의 상관관계를 분석한 결과는 Table 5와 같다. 수량구성 요소 모두는 수량과 정 (+)의 상관관계를 보이고 있으며 특히, 등숙률과 천립중은 수량과 90% 이상의 높은 상관관계가 있었다. 따라서 수량을 확보하기 위해서는 등숙률, 천립 중과 상관관계가 높은 이삭수의 확보가 가장 중요하며, 유수 형성기와 감수 분열기의 물 관리가 중요할 것으로 판단된다.
- 처리구에서 대조구에 비해 유의하게 낮았다. 수량을 결정하는 이삭당 영화수, 등숙률 및 천립 중은 염분 농도가 증가함에 따라 감소하였고, 수량 역시 큰 폭으로 감소하여 처리 구 모두에서 유의하게 감소하였다.
- 이삭에서는 염도가 증가함에 따라 감소하는 경향으로 처리 구 모두에서 대조구에 비해 유의하게 낮았다. 식물체 N 함량은 염도가 증가함에 따라 크게 감소하는 경향으로 EC2000과 EC3000 처리구에서 대조구에 비해 유의하게 낮았다.
- 식물체의 무기 성분 (N, P, K) 함량은 관개수의 염도가 증가함에 따라 크게 감소하는 경향으로 질소는 2,000 3 cm-1와 3,000 3 cm-1 처리구에서, 인 함량은 모든 처리구에서, 칼륨함량은 3,000 3 cm-1 처리구에서 대조구에 비해 유의하게 낮았다. 수량을 결정하는 이삭당 영화수, 등숙률 및 천립 중은 염분 농도가 증가함에 따라 감소하였고, 수량 역시 큰 폭으로 감소하여 처리 구 모두에서 유의하게 감소하였다.
- 쌀의 외관적품위와 단백질 함량에 대한 조사 결과는 Table 6과 같다. 완전 미율과 염분과의 상관관계는 r = 0.529 (p<0.05)으로 관개수의 염도가 증가할수록 증가하는 경향이었다. 반면에 청미는 관개수의 염분농도와 r = -0.
- 완전 미율은 염도가 높아짐에 따라 증가하였고, 청미는 감소하였으며, 단백질 함량은 염분 농도가 증가할수록 감소하는 경향으로 3,000 3 cm-1 처리구에서 대조구에 비해 유의하게 낮았다.
- 포트당이삭수는 EC 3000 처리구에서 대조구에 비해 다소 감소하였으나 유의성은 없었다. 이삭당 영화수는 처리구 EC 3000에서, 등숙률은 EC 2000과 EC 3000에서, 천립중과 수량은 처리구 모두에서 대조구에 비해 유의하게 감소하였다.
- P 함량은 경엽보다는 이삭에 많이 함유되어 있으며, 경엽에서는 처리농도가 증가할수록 증가하는 경향을 보였고 EC 2000와 EC 3000에서는 대조구에 비해 유의하게 높았다. 이삭에서와 전체 인산함량은 처리농도가 높을수록 감소하는 경향으로 모든 처리구에서 대조구에 비해 유의하게 낮았다.
- 초장, 분얼수, 엽색도 (SPAD value), 건물 중은 관개수의 염분농도가 높을수록 감소하는 경향을 보였으며, 염도 5,000 3 cm-1 와 7,000 3 cm-1 처리구의 식물체는 유수형성기 이전에 고사하였다. 특히, 유수 형성기 이후부터 3,000 3 cm-1 처리구에서는 초장, 분얼수, 식물체 건물 중 모두가 대조구에 비해 유의하게 감소하였다.
- 1~5와 같다. 초장은 관개수의 염도가 증가할수록 작아지는 경향으로 생육초기부터 EC 5000고과 EC 7000 처리구에서는 눈에 띄게 초장이 감소하였으며 , 유수 형성기 이후부터는 EC 3000 처리구가 다른 시험구에 비해 초장이 유의하게 작았다 (Fig. 1). 유수 형성기 이전인 이앙 후 40일 정도 지난 7월 중순경에 EC 5000고고 EC 7000 처리구에서는 식물체가 고사하였다 (Fig.
- 총 건물 중 역시 관개수의 염도가 증가함에 따라 감소하는 경향으로 EC 2000 고과 EC 3000 처리구에서 LSD (0.05) = 24.42 g (F-value : 38.72, p< 0.001) 유의하게 감소하였다.
- 특히, 수량은 관개수의 염분농도와 높은 부(-)의 상관관계(r= -0.966, p<0.001)과 성립하였으며, 염분농도 2,000 3 cm-1 에서는 대조구보다 약 50%, 3,0003 cm-1 에서는 대조구보다 약 80% 정도의 수량 감소를 보였다.
- 처리구의 식물체는 유수형성기 이전에 고사하였다. 특히, 유수 형성기 이후부터 3,000 3 cm-1 처리구에서는 초장, 분얼수, 식물체 건물 중 모두가 대조구에 비해 유의하게 감소하였다.
후속연구
- 이상에서는 절대적인 벼 생육 피해뿐만 아니라 식물체고사까지 초래하고 있다. 따라서 염도가 높은 물을 관개용수로 이용 시 사용 전에 충분한 제염이 이루어져야 할 것으로 사료되며, 염분 농도에 대한 허용한 계농도 수질기준이나 관개용수 수질 기준 마련이 시급하다 하겠다.
- 본 연구는 단지 1년간의 포트 실험의 결과이므로 자연환경에서의 재배실험과는 상당히 다를 수가 있다. 따라서 자료에 대한 신뢰성 확보를 위해서는 포장실험을 비롯하여 향후 지속적인 생육실험으로 자료를 축적하는 것이 바람직하다고 판단된다.
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