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문제 정의
- 녹비의 효과는 토양, 재배환경, 녹비의 종류, 재배 작물, 작부체계 등에 따라 상이하게 나타남으로1) 본 연구는 노지재배와 다른 환경인 비닐하우스 내에서 유기농 포도를 재배하면서 녹비를 도입할 경우, 토양 미생물의 활력과 다양성에 미치는 효과는 녹비의 종류에 따라 다를 수 있다는 전제하에서, 가을에 세 종류의 콩과 녹비를 파종한 후 포도 생육 초기인 이른 봄에 토양 미생물의 활성과 다양성을 관찰하여 보고코자 한다.
제안 방법
- 모든 색깔 농도 값은 control well의 control값을 빼고, 음의 수가 나오면 0으로 바꾸었다. 그 후 각 well의 값은 평균 well 값(AWCD)으로 나누어 Plate간의 농도차이에 의한 영향을 최소화하였다.16) 인지질 지방산의 추출을 위해서 Peacock 등의17) 방법을 준용하였으며, 간단히 요약하면 전술한 바와 같이 채취된 토양을 -80℃에 보관하면서 분석 직전에 꺼낸 4 g의 토양을 TEFLON 튜브에 넣고 여기에 chloroform : methanol : buffer solution(1 : 2 : 0.
- 추출된 지질은 silicic acid 칼럼으로 neutral, glyco, phospholipid로 분리하였다. 분리된 phospholipid를 메틸화한 다음 MIDI Sherlock Microbial Identification System(MIDI Inc., Newark, DE)으로 분석하였다. 각 인지질 지방산의 값은 각 시료에서 총 인지질 지방산의 퍼센트 비율로 표시하였다.
- 시험구 배치는 녹비를 파종 하지 않는 대조구를 포함하여 무처리, 헤어리 베치, 자운영, 레드 클로버의 4처리 3반복을 난괴법으로 배치하였다. 녹비종자를 9L 10a-1 밀도로 파종한 다음 월동 중에는 보온과 가온으로 관리하였으며, 녹비는 당년에 출아하여 비닐 하우스 내에서 겨울 동안 고사하지 않고 자랐다.
- 이렇게 녹비 작물의 지상부를 토양에 혼입하기 전인 이른 봄에 토양을 채취한 것은 이 시기에 이미 포도가 왕성하게 생육하는 시기로서, 이 시기가 녹비가 다 자라서 지상부를 토양에 혼입하는 후기보다 포도 작물에게는 더 중요하다고 판단했기 때문이다. 채취한 토양을 2 mm 채로 걸러서 식물 뿌리, 자갈, 거친 유기물 등을 제거한 후 토양 미생물의 효소 활력과 기능적 다양성 측정을 위한 시료는 4℃ 냉장고에 보관하면서 1주일 이내에 분석에 이용하였으며, 인지질 지방 (PLFA) 분석을 위한 시료는 -80℃에 보관하였다.
- 제시한 방법에 준하여 측정하였다. 토양 미생물 군락의 기능적 다양성은 Biolg EcoPlateTM(Biolog Inc., Hayward, CA)를 이용하여 측정하였다. 이를 요약하면, 토양 5 g을 0.
- 토양 미생물 활성을 측정하기 위하여 살아 있는 세포에 반드시 존재하는19) 탈수소효소 활성을 조사하였다(Fig. 1A). 그 결과 큰별초 등의 야생초가 많이 자란 대조구에 비해서 녹비 처리구 공히 탈수소 효소의 활성은 유의성 있는 차이를 볼 수 없었다.
대상 데이터
- Biolog EcoPlate에 의한 토양 미생물 분석시 나타나는 배양에 의한 편차를 줄이기 위하여 토양 속의 지질을 직접 추출하여 메틸화된 인지질 지방산을 GC-midi로 분석한 결 과 총 41개의 지방산이 확인되었고, 12개의 샘플 중에서 6개 이하의 샘플에서만 확인되는 8개의 지방산은 제거하고 33개의 지방산을 분석에 이용하였다. 전체 미생물 군락의 처리간 유사도를 보기 위해서 개별 지방산의 비율을 주요인분석으로 분석한 결과 PC1이 총 변이의 54.
- 각 인지질 지방산의 값은 각 시료에서 총 인지질 지방산의 퍼센트 비율로 표시하였다. fatty acid methyl ester 19:0 150 ng ul-1 농도를 내부 표준 물질로 이용하였다. 지방산의 생물학적 분류는 Li 등의18)의 분류 기준을 이용하였다.
- 녹비종자를 9L 10a-1 밀도로 파종한 다음 월동 중에는 보온과 가온으로 관리하였으며, 녹비는 당년에 출아하여 비닐 하우스 내에서 겨울 동안 고사하지 않고 자랐다. 녹비 작물 재배시 토양 미생물의 활성 및 다양성 검정을 위하여 토양 시료는 초봄인 3월 20일 경에 10 cm 내 표층을 시험구 당 세 곳에서 직경 2 cm인 채취기로 채취하였다. 이렇게 녹비 작물의 지상부를 토양에 혼입하기 전인 이른 봄에 토양을 채취한 것은 이 시기에 이미 포도가 왕성하게 생육하는 시기로서, 이 시기가 녹비가 다 자라서 지상부를 토양에 혼입하는 후기보다 포도 작물에게는 더 중요하다고 판단했기 때문이다.
- 조기 출하를 목적으로 2중 비닐 피복 하우스 내에서 포도를 재배하고 있는 경북 상주시 모동의 유기농 인증 포도 농장에서 질소질 유기물 공급원으로서 헤어리 베치, 자운영, 레드 클로버를 2005년 10월 하순에 파종하였다. 이들 녹비 작물들은 대표적인 겨울철 콩과 녹비 작물로서 저온 생육이 왕성하여 이른 봄에 생물량을 확보하여 토양을 덮거나 토양에 혼입하기에 적당한 작물이다.
데이터처리
- 이 계산식에서 H는 다양성 지수이고, PH는 총 기질 활성의 합계에 대한 각 기질 활성의 비율을 의미한다. 통계 처리를 위해서 SAS program version 9.13(SAS Institute, Cary, NC. USA)을 이용하였으며, 효소활성과 다양성 지수 그리고 각 미생물 분류 지표에 대해서는 ANOVA duncan test(P=0.05)를 이용하였고, Biolog의 탄소 기질과 인지질 지방산에 대한 다변량 분석법을 위해서는 주요인 분석법을 이용하였다.
이론/모형
- 그 후 각 well의 값은 평균 well 값(AWCD)으로 나누어 Plate간의 농도차이에 의한 영향을 최소화하였다.16) 인지질 지방산의 추출을 위해서 Peacock 등의17) 방법을 준용하였으며, 간단히 요약하면 전술한 바와 같이 채취된 토양을 -80℃에 보관하면서 분석 직전에 꺼낸 4 g의 토양을 TEFLON 튜브에 넣고 여기에 chloroform : methanol : buffer solution(1 : 2 : 0.8 v/v/v) 혼합 용액을 넣어 지질을 추출하였다. 추출된 지질은 silicic acid 칼럼으로 neutral, glyco, phospholipid로 분리하였다.
- fatty acid methyl ester 19:0 150 ng ul-1 농도를 내부 표준 물질로 이용하였다. 지방산의 생물학적 분류는 Li 등의18)의 분류 기준을 이용하였다.10)
- 탈수소 효소 활성과 fluorescein diacetate (FDA) 수화도는 Pepper 등과10) Bandick 와 Dick이9) 제시한 방법에 준하여 측정하였다. 토양 미생물 군락의 기능적 다양성은 Biolg EcoPlateTM(Biolog Inc.
- 토양 미생물의 기능적 다양성 지수는 Shannon diversity index를 이용하였으며, Biolog EcoPlate의 결과를 다음의 계산식으로 계산하였다.
성능/효과
- 17:1 ISO I. 16:1 20H, and 190 CYCLO ω8c 등의 지방산 들이 PC2에 높은 부의 상관 관계를 가졌고, 15:0 ISO, 16:0, and 18:3 ω6c (6,9,12) 등의 지방산들은 PC2에 높은 정의 상관 관계를 보임에 따라서 이들 지방산들이 각기 반대 방향으로 자운영을 대조구와 구분되게 하였다(Table 2).
- 22) 이른 봄인 3월에 채취한 토양의 토양 미생물 군락 생태 차이를 Biolog EcoPlate에 토양을 접종하여 배양한 후 그 결과 값을 주요인 분석이라는 다변량 분석법으로 조사한 결과 전체 변이의 33.7%, 24.8%, 12.3%를 PC1, PC2, PC3이 각각 설명하였다. 대조구는 PC1에 대하여 다른 녹비 처리구와 분리되는 반면, 다른 녹비 처리구는 서로 겹쳐 있었다.
- 결론적으로 헤어리 베치, 자운영, 레드 클로버 등의 녹비는 녹비를 재배하지 않는 토양과 비교하여 생육 초기인 봄에도 특이적인 미생물 군락을 형성하며, 특히 자운영이 미생물 의 기능적 다양성이나 지방산 구성에 의한 미생물의 다양성 면에서도 다른 녹비와는 다른 미생물 군락을 형성한다고 판단된다. 유기농 포도 시설 재배에서 생육 중인 녹비 작물이 이른 봄의 토양 미생물상에 미치는 효과는 당년의 자라고 있는 녹비 작물의 효과뿐만 아니라 전년도에 혼입된 녹비 작물의 지상부도 영향을 미침으로 누년 효과를 검토하여 결론을 내리는 것이 타당할 것으로 보인다.
- 1A). 그 결과 큰별초 등의 야생초가 많이 자란 대조구에 비해서 녹비 처리구 공히 탈수소 효소의 활성은 유의성 있는 차이를 볼 수 없었다. 지방과 단백질 등의 분해 정도를 보여주고 토양의 병억제성 지표로도 이용되는 FDA 수화도는20) 헤어리베치 처리구가 다른 처리구 보다 현저히 낮았지만 유의성은 없었다(Fig.
- 2). 따라서 녹비가 자라는 토양은 대조구와 기능적으로 완전히 다른 토양 미생물 군락을 형성한다고 보여지며, 자운영이 자라는 토양은 헤어리 베치나 레드 클로버와는 다른 생리적 미생물 군락을 형성한다고 보여진다.
- 16:1 20H, and 190 CYCLO ω8c 등의 지방산 들이 PC2에 높은 부의 상관 관계를 가졌고, 15:0 ISO, 16:0, and 18:3 ω6c (6,9,12) 등의 지방산들은 PC2에 높은 정의 상관 관계를 보임에 따라서 이들 지방산들이 각기 반대 방향으로 자운영을 대조구와 구분되게 하였다(Table 2). 따라서 전체 지방산 구성에 의한 미생물 군락의 차이는 콩과 식물의 종류에 따른 차이보다 녹비 재배구와 녹비를 재배하지 않아서 큰별초 등의 잡초가 자라는 대조구와의 차이가 큼을 보여준다. 이러한 결과는 Bezemer 등이24) 초지에서 식물 종이 토양 미생물 군락에 미치는 유의성 있는 효과와 일치하며, 식물간의 유연관계가 멀수록 그 차이는 커짐을 의미한다.
- PC1에서 높은 Loading factor 값을 가지는 탄소원은 L-asparagine, D-mannitol, L-serine, D-cellobicse, phenylethyl amine 등이었고, PC3에서 높은 loading factor 값을 가지는 탄소원은 D-xylose, i-erythritol, L-phenylalanine, acyclodextrin, glycogen 등이었기 때문에 이들 탄소 기질들이 자운영이 다른 녹비와 구분되게 하는 주요 탄소원이었다(Table 1). 미생물 군락의 기능적 다양성 지수를 Biolog EcoPlate 결과 값으로 계산한 결과, 헤어리 베치 처리구의 미생물의 기능적 나양성 지수가 내조구 보다 높았고, 나는 녹비는 처리간에 유의성 있는 차이가 없었다(Fig. 3). 따라서 자운영과 헤어리 베치는 토양 미생물 군락의 기능적 다양성에 영향을 미치고 그 정도는 이들 두 작물이 레드 클로버보다 큼을 의미한다.
- 결론적으로 헤어리 베치, 자운영, 레드 클로버 등의 녹비는 녹비를 재배하지 않는 토양과 비교하여 생육 초기인 봄에도 특이적인 미생물 군락을 형성하며, 특히 자운영이 미생물 의 기능적 다양성이나 지방산 구성에 의한 미생물의 다양성 면에서도 다른 녹비와는 다른 미생물 군락을 형성한다고 판단된다. 유기농 포도 시설 재배에서 생육 중인 녹비 작물이 이른 봄의 토양 미생물상에 미치는 효과는 당년의 자라고 있는 녹비 작물의 효과뿐만 아니라 전년도에 혼입된 녹비 작물의 지상부도 영향을 미침으로 누년 효과를 검토하여 결론을 내리는 것이 타당할 것으로 보인다.
- Biolog EcoPlate에 의한 토양 미생물 분석시 나타나는 배양에 의한 편차를 줄이기 위하여 토양 속의 지질을 직접 추출하여 메틸화된 인지질 지방산을 GC-midi로 분석한 결 과 총 41개의 지방산이 확인되었고, 12개의 샘플 중에서 6개 이하의 샘플에서만 확인되는 8개의 지방산은 제거하고 33개의 지방산을 분석에 이용하였다. 전체 미생물 군락의 처리간 유사도를 보기 위해서 개별 지방산의 비율을 주요인분석으로 분석한 결과 PC1이 총 변이의 54.80%를, PC2가 13.7%를 각각 설명하였다. PC1은 어떤 처리도 구분하지 못했다.
후속연구
- 한편 다 자란 녹비가 인위적으로 또는 자연적으로 토양에 공급되는 시기의 토양 미생물상도 중요하지만, 녹비가 다 자라기 전인 봄의 생육 초기에도 작물과 녹비가 경합할 수 있기 때문에 이 시기에도 녹비가 토양에 미치는 효과를 검정할 필요가 있다. 재배 관리 방법에 따른 토양 특성 변화 중에서 토양의 물리화학적 특성 변화보다 토양 미생물학적 특성 변화가 조기에 감지 되기 때문에 토양 미생물상은 녹비가 토양에 미치는 효과를 조기에 검정하는 수단이 될 수 있다.
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