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문제 정의
- 따라서 본 연구에서는 최근 그 수요가 증가하고 있는 산마늘, 곰취, 곤달비를 대상으로 전광 및 피음 조건에서 시비처리에 따른 광합성 특성, 엽록소 형광반응, 엽록소 함량변화 등을 조사·분석하여 광도 조건에 따른 공시식물의 적정 시비 기술을 구명하고자 연구를 실시하였으며, 본 연구 결과는 고품질의 산채류를 지속적으로 생산할 수 있는 임간 재배기술 개발에 필요한 정보를 제공해 줄 것으로 기대된다.
제안 방법
- 각 시험구별로 지효성 비료인 Osmocote(N : P : K = 14 : 14 : 14, USA, Scotts)를 이용하여 시비량을 무시비, 2.5g·ℓ−1 , 5g·ℓ−1,10g·ℓ−1으로 달리하여 시비하였다.
- 광도를 임의로 조절할 수 있는 LED light source(LI-6400-02, LI-COR Inc., USA)를 이용하여 PPFD(Photosynthetic Photon Flux Density)를 0, 25, 50, 100, 200, 500, 800, 1000, 1500, 2000µmol·m−2·s−1의 10수준으로 차이를 두어 오전 10시부터 오후 2시까지 광합성 반응을 측정하였다.
- , USA)을 부착하여 CO2 농도를 400 ± 2µmol· mol−1범위 내에서 안정된 상태를 유지하도록 하였다(Kim 등, 2001; Lim 등, 2006; Choi, 2001). 광도별광합성 속도를 측정하여 광-광합성곡선을 작성(Sigmaplot, 2000)하고, 이 곡선에서 순양자수율(apparent quantum yield), 광보상점, 광포화점 및 이때의 광합성 능력(photosynthetic capacity) 등을 산출하였다(Kim과 Lee, 2001; Barker 등, 1997).
- 광합성 측정기의 leaf chamber에 유입되는 공기의 유량은 400µmol·s −1 , 온도는 25oC로 설정하여 외기의 환경변화로 인한 영향이 없도록 하였다.
- 본 연구에서는 산마늘(Allium victorialis var. platyphyllum)과 곰취(Ligularia fischeri), 곤달비(Ligularia stenocephala)를 대상으로 시비처리에 따른 광합성 특성, 엽록소 형광반응, 엽록소 함량변화 등을 조사·분석하여 시비처리에 따른 공시식물의 영향을 분석한 결과 다음과 같은 결론을 얻을 수 있었다.
- 시비처리에 따른 광합성 차이를 조사하기 위하여 식물별처리별 생장속도가 비슷하고, 평균적인 생육상태를 유지하고 있는 개체의 건전엽을 대상으로 2008년 5~8월까지 월별로 휴대용 광합성 측정장치(Portable photosynthesis system, Li-6400, LI-COR Inc., USA)를 이용하여 측정하였다. 광도를 임의로 조절할 수 있는 LED light source(LI-6400-02, LI-COR Inc.
- 시비처리에 따른 엽록소 함량의 변화를 조사하기 위하여 월별에 따른 엽록소 함량을 분석하였다. 엽록소의 추출은 Hiscox와 Israelstam(1978)의 방법에 따라 DMSO(dimethylsulfoxide)를 추출 용매로 이용하여 엽록소를 추출하였다.
- 시험지는 대전광역시 유성구 궁동에 위치한 충남대학교 농업생명과학대학 묘포장으로 2008년 4월에 마사토와 펄라이트(1 : 1)를 고르게 섞이도록 조제한 토양을 이용하여 2ℓ의 포트 중심에 1개체씩 이식하여 식물별, 처리별 12개체씩 3반복으로 총 36개체씩 식재하였다. 시험구는 전광 처리구(full sun)와 검정색 차광망을 이용한 피음 처리구(35~42% of full sun)로 하는 두개의 시험구로 나누어 설치하였다. 각 시험구별로 지효성 비료인 Osmocote(N : P : K = 14 : 14 : 14, USA, Scotts)를 이용하여 시비량을 무시비, 2.
- 시험지의 주요 환경인자를 알아보기 위하여 휴대용 광량측정기(Li-250, LI-COR Inc., USA)와 온습도계(HM34C, Vaisala, Finland)를 이용하여 7월의 맑은 날과 흐린 날에 차광망 하부에서 2시간 간격으로 매회 20번 이상 반복 측정하였다. 차광망 하부의 광량은 지면과 수평으로 측정하였다(Fig.
- 식물별 시비변화에 따른 엽록소 형광반응을 조사하기 위하여 5~8월까지 월별로 엽록소 형광반응 측정기(Continuous source chlorophyll fluorometer, OSI 30P, ADC, UK)를 이용하여 측정하였다. 형광반응 측정은 광합성 측정과 동일한 잎을 대상으로 sample clip으로 광을 차단하여 측정 전 약 20분간 측정 대상잎을 암 조건에 적응시킨 후 측정하였다.
- , USA)와 온습도계(HM34C, Vaisala, Finland)를 이용하여 7월의 맑은 날과 흐린 날에 차광망 하부에서 2시간 간격으로 매회 20번 이상 반복 측정하였다. 차광망 하부의 광량은 지면과 수평으로 측정하였다(Fig. 1).
- 초기 형광반응(Fo), 최대 형광반응(Fm), 형광반응 최대 변화치 (Fv = Fm-Fo) 및 광화학반응 효율(Fv/Fm)의 변수를 측정하여 비교·분석하였다.
- 엽록소의 추출은 Hiscox와 Israelstam(1978)의 방법에 따라 DMSO(dimethylsulfoxide)를 추출 용매로 이용하여 엽록소를 추출하였다. 추출액을 UV-Visible spectrophotometer(Nicolet Evolution 100, Thermo Electron Co., USA)를 이용하여 663nm(A663)와 645nm(A645)의 파장에서 흡광도를 측정하여 아래와 같은 식으로 엽록소 a와 b의 함량을 구하였다(Arnon, 1949; Mackinney, 1941).
- 식물별 시비변화에 따른 엽록소 형광반응을 조사하기 위하여 5~8월까지 월별로 엽록소 형광반응 측정기(Continuous source chlorophyll fluorometer, OSI 30P, ADC, UK)를 이용하여 측정하였다. 형광반응 측정은 광합성 측정과 동일한 잎을 대상으로 sample clip으로 광을 차단하여 측정 전 약 20분간 측정 대상잎을 암 조건에 적응시킨 후 측정하였다. 측정할 때는 2000µmol·m−2s−1의 광선을 조사하였다(Choi와 Kim, 1995; Demmig와 Björkman, 1987).
대상 데이터
- 본 연구를 실시하기 위해 사용된 식물은 충남 금산군에서 재배중인 울릉도산 산마늘(Allium victorialis var. platyphyllum)과 강원도산 곰취(Ligularia fischeri), 곤달비(Ligularia stenocephala) 식물을 분양받아 이용하였다.
- 시험지는 대전광역시 유성구 궁동에 위치한 충남대학교 농업생명과학대학 묘포장으로 2008년 4월에 마사토와 펄라이트(1 : 1)를 고르게 섞이도록 조제한 토양을 이용하여 2ℓ의 포트 중심에 1개체씩 이식하여 식물별, 처리별 12개체씩 3반복으로 총 36개체씩 식재하였다. 시험구는 전광 처리구(full sun)와 검정색 차광망을 이용한 피음 처리구(35~42% of full sun)로 하는 두개의 시험구로 나누어 설치하였다.
데이터처리
- 1 Different letters within the columns indicate statistical differences at the 5% levels by Duncan’s multiple range test.
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이론/모형
- 시비처리에 따른 엽록소 함량의 변화를 조사하기 위하여 월별에 따른 엽록소 함량을 분석하였다. 엽록소의 추출은 Hiscox와 Israelstam(1978)의 방법에 따라 DMSO(dimethylsulfoxide)를 추출 용매로 이용하여 엽록소를 추출하였다. 추출액을 UV-Visible spectrophotometer(Nicolet Evolution 100, Thermo Electron Co.
성능/효과
- 5g·ℓ−1시비에서 곰취는 전광, 피음 처리구에서 각각 0.80, 0.78 곤달비는 각각 0.81, 0.79로 두 식물 모두 가장 우수한 광화학 효율을 보였다.
- 곤달비도 5g·ℓ−1시비에서 전광, 피음 처리구 각각 12.7, 13.1µmolCO2·m−2·s−1로 위의 두 식물과 같이 전광, 피음 처리구 모두 가장 우수한 광합성 능력을 보였으며, 순양자수율도 같은 경향을 나타냈다.
- 곰취는 전광, 피음 처리구 각각 16.1, 13.4µmolCO2· m−2·s−1로 모두 5g·ℓ−1시비에서 가장 우수한 광합성 능력을 보였으며, 산마늘과 같이 10g·ℓ−1시비에서는 오히려 감소하였다.
- 곰취와 곤달비의 엽록소 함량은 전광 처리구보다 피음 처리구에서 무시비와 시비처리간의 차이가 크게 나타났으며, 10g·ℓ−1시비에서 다시 감소하는 폭이 작음을 알 수 있다.
- 공시식물의 총 엽록소 함량은 5g·ℓ−1시비에서11.70~24.36mg·g−1의 범위 내로 가장 많았으며, 무처리구보다 피음 처리구에서 더 많은 함량을 보였다.
- 특히 곤달비는 전광 처리구에서 유의적인 차이를 보이며 무시비가 가장 낮은 광화학 효율을 보였다. 그러나 산마늘과는 다르게 곰취와 곤달비는 전광 처리구에서 피음 처리구보다 높은 광화학 효율을 보였다. 이는 산마늘은 전광 대비 35~42% 조건에서, 곰취와 곤달비는 전광 조건에서 우수한 광합성 및 엽록소 형광반응 특성을 보인 결과(Kwon 등, 2009)와 유사한 경향을 보인 것이다.
- 에서 감소하는 과량시비 피해가 일어났는데, 이는 배추의 엽면 시비량이 증가함에 따라 광합성률이 높아지다가, 엽면 시비량이 지나치게 많으면 오히려 광합성률이 감소한다는 연구(Jeong 등, 2006)와 유사한 경향을 보인 것이다. 또한 곰취와 곤달비는 산마늘과 달리 같은 시비 처리구내에서 대부분 전광 처리구가 피음 처리구보다 더 높은 광합성률을 보였다. 이는, 곰취와 곤달비는 산마늘보다 양지성 식물에 가깝기 때문에 차광 조건보다 전광 조건에서 시비에 대한 영향을 더 많이 받는 것으로, 식물별 적정광도 조건에서 최대의 시비 효과를 얻을 수 있을 것으로 판단된다.
- 시비에서는 과량 시비로 인한 생육저하 현상으로 오히려 감소하는 경향을 나타냈다. 또한 산마늘은 피음 처리구에서, 곰취와 곤달비는 무 처리구에서 더 우수한 광합성 특성 및 광화학 효율을 보였는데 이는 각 식물이 적정 광 환경에서 시비에 대한 영향을 더 많이 받는 것으로, 식물별 적정 광도 조건에서 최대의 시비 효과를 얻을 수 있을 것으로 판단된다.
- 또한 전광, 피음 처리구 모두 5g·ℓ−1시비에서 유의적인 차이를 보이며 가장 많은 함량을 보였다 (Table 4).
- 산마늘의 광합성 능력은 5g·ℓ−1시비에서 전광, 피음 처리구 각각 6.6, 10.9µmolCO2·m−2·s−1로 가장 높았으며, 광보상점은 시비처리에 대한 일정한 경향이 없었다.
- 산마늘의 광화학 효율은 5g·ℓ−1시비에서 전광, 피음 처리구 각각 0.81, 0.85로 가장 높았으며 전광 처리구보다 피음 처리구에서 더 높은 광화학 효율을 보였다.
- 산마늘의 총 엽록소 함량은 전광 처리구에서 6.77~12.87, 피음 처리구에서 11.43~16.44mg·g−1범위 내에서 피음 처리구가 전광 처리구보다 더 많은 값을 보였다.
- 이는 산마늘은 전광 대비 35~42% 조건에서, 곰취와 곤달비는 전광 조건에서 우수한 광합성 및 엽록소 형광반응 특성을 보인 결과(Kwon 등, 2009)와 유사한 경향을 보인 것이다. 세 수종 모두 내음성 수준에 따라 적정광도 조건에서 우수한 광화학 효율을 나타내는 것으로 판단된다.
- 세 식물의 광합성 능력은 대부분 모든 처리구에서 산마늘은 6월, 곰취와 곤달비는 7월에 가장 우수하였으며, 산마늘은 6월, 곰취와 곤달비는 7월까지 꾸준히 증가하다가 다시 감소하는 경향을 보였다.
- 세 식물의 월별 광화학 효율에서 산마늘은 5월 < 7월 < 6월 순으로 높았으며, 곰취와 곤달비는 5월 < 6월< 7월 < 8월 순으로 높았지만, 월별에 따른 큰 차이는 없었다.
- 세 식물의 총 엽록소 함량은 모든 시비 처리구에서 산마늘은 6월, 곰취와 곤달비는 7월에 가장 많았다. 이는 세 식물의 생육최성기에는 광합성뿐만 아니라 엽록소 함량도 우수하다는 것을 알 수 있는 결과이다.
- 4µmolCO2· m−2·s−1로 모두 5g·ℓ−1시비에서 가장 우수한 광합성 능력을 보였으며, 산마늘과 같이 10g·ℓ−1시비에서는 오히려 감소하였다. 순양자수율도 광합성 능력과 같은 경향을 나타냈지만, 산마늘과 달리 전광 처리구가 피음 처리구보다 우수한 광합성 능력을 보였다(Fig. 3).
- 순양자수율도 전광, 피음 처리구 각각 33.3, 54.8mmolCO2·mol−1로 5g·ℓ−1시비에서 가장 높았다(Fig. 2).
- 시비수준이 증가할수록 광화학 효율은 높은 값을 나타냈지만, 10g·ℓ−1시비에서는 광화학 효율이 오히려 감소하였다.
- 시비처리에 따른 곰취와 곤달비의 총 엽록소 함량분석에서 곰취는 전광 처리구에서 15.63~17.83mg·g−1 ,피음 처리구에서 12.84~23.48mg·g−1 , 곤달비는 전광 처리구에서 14.08~18.81mg·g−1 , 피음 처리구에서 10.34~24.36mg·g−1의 범위 내에서 산마늘과 같이 5g·ℓ−1시비구에서 유의적인 차이를 보이며 가장 많은 함량을 나타냈으며, 시비량이 증가할수록 엽록소 함량이 증가하다가 10g·ℓ−1시비에서 다시 감소하였다(Table 5, 6).
- 시비처리에 따른 광합성 능력 및 광화학 효율은 공시식물 모두 5g·ℓ−1시비에서 가장 우수하였으며, 10g·ℓ−1시비에서는 과량 시비로 인한 생육저하 현상으로 오히려 감소하는 경향을 나타냈다.
- 온도변화도 광량과 같은 경향으로 12시까지 증가하다가 점차 감소하였으며, 상대습도는 12시까지 광량이 증가함에 따라 낮아지다 다시 증가하는 상반되는 결과를 보였다. 흐린 날 역시 맑은 날과 같이 광량, 온도, 습도의 일 변화 및 피음 처리에 따른 변화는 같았지만 그 값은 낮았으며, 습도는 맑은 날에 비해 흐린 날이 약 15~25% 더 높았다.
- 세 식물의 총 엽록소 함량은 모든 시비 처리구에서 산마늘은 6월, 곰취와 곤달비는 7월에 가장 많았다. 이는 세 식물의 생육최성기에는 광합성뿐만 아니라 엽록소 함량도 우수하다는 것을 알 수 있는 결과이다.
- 또한 곰취와 곤달비는 산마늘과 달리 같은 시비 처리구내에서 대부분 전광 처리구가 피음 처리구보다 더 높은 광합성률을 보였다. 이는, 곰취와 곤달비는 산마늘보다 양지성 식물에 가깝기 때문에 차광 조건보다 전광 조건에서 시비에 대한 영향을 더 많이 받는 것으로, 식물별 적정광도 조건에서 최대의 시비 효과를 얻을 수 있을 것으로 판단된다.
- 이상의 결과를 종합해 보면 공시식물 모두 지효성 비료인 Osmocote 이용 시 5g·ℓ−1시비가 본 시험지와 같은 환경조건에서 가장 유용한 시비처리로 생각된다.
- 전광 조건에서 생육한 실험대상 식물들 간의 광합성 능력 비교에서는 곰취, 곤달비, 산마늘 순으로 곰취가 가장 우수한 능력을 보였다. 특히 곰취는 산마늘에 비해 약 3배 이상의 차이를 보이며 높은 광합성 능력을 나타냈다.
- 전광, 피음 처리구 모두 시비량이 증가할수록 광합성 능력이 증가하다가 10g·ℓ−1시비에서 감소하였는데 이는 산마늘의 적정 양분요구량을 넘는 과량시비로 인한 스트레스로 광합성 능력이 떨어지는 것으로 판단된다.
- 79로 두 식물 모두 가장 우수한 광화학 효율을 보였다. 특히 곤달비는 전광 처리구에서 유의적인 차이를 보이며 무시비가 가장 낮은 광화학 효율을 보였다. 그러나 산마늘과는 다르게 곰취와 곤달비는 전광 처리구에서 피음 처리구보다 높은 광화학 효율을 보였다.
- 을 보였으며, 일중 시간대별 변화는 12시까지 광량이 증가하다가 점차 감소하는 경향을 나타냈다. 피음 수준에 따른 광 환경 변화는 전광 처리구를 상대 투광율 100%로 보았을 때, 피음 처리구는 상대 투광율 35~42%를 보였다.
- 온도변화도 광량과 같은 경향으로 12시까지 증가하다가 점차 감소하였으며, 상대습도는 12시까지 광량이 증가함에 따라 낮아지다 다시 증가하는 상반되는 결과를 보였다. 흐린 날 역시 맑은 날과 같이 광량, 온도, 습도의 일 변화 및 피음 처리에 따른 변화는 같았지만 그 값은 낮았으며, 습도는 맑은 날에 비해 흐린 날이 약 15~25% 더 높았다.
후속연구
- 시비가 본 시험지와 같은 환경조건에서 가장 유용한 시비처리로 생각된다. 그러나 시비뿐만 아니라 각 산채류의 적정 광도 조건에 의해 생육이 달라지는 결과를 보였는데, 이는 산채류 재배 시 시비처리, 수확방법 등의 재배기술과 함께 각 식물별 적정 생육환경을 구명하는 연구가 보다 많이 이루어져야 할 것으로 판단된다.
- 이는 양수성인 두 수종 모두 광도 조건이 불량한 피음 처리구에서 시비에 대한 효과가 더 크게 나타나는 것으로, 시비처리에 의해 불량한 생육환경에 대한 보상 효과가 있음을 판단할 수 있다. 즉, 수종별 적정 생육환경이 아닌 지역에서 재배 시 적정 생육환경을 크게 벗어나지 않는다면 시비처리에 의해 불량한 생육환경 조건을 만회할 수 있을 것이며, 특히 광도, 수분, 양분 등이 알맞지 않는 지역에서는 시비처리가 반드시 필요할 것으로 판단된다.
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