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문제 정의
- 본 실험은 기능성 고 품질 과실을 생산하기 위한 수단으로 무기 게르마늄을 배 ‘신고’ 과원에 여러 방법으로 살포함으로서 처리방법에 따른 토양과 엽의 무기성분 함량과 엽의 특성 및 배 과실에 천연 유기 게르마늄의 함량을 증대 시킬 수 있는지를 구명하기 위해서 수행되었다.
- 본 연구는 기능성 성분으로 알려져 있는 게르마늄을 ‘신고’ 배 과원에 처리 방법을 달리했을 때 토양과 엽내 무기성분과 엽 특성에 어떠한 영향을 미치는지에 대해서 2004년에 조사하였다.
제안 방법
- 6을 사용하여 여과하여 3차 증류수를 이용하여 100mL로 정용하였다. K, Ca, Mg는 ICP를 이용하여 분석하였고 엽내 게르마늄 함량은 ICP-MS로 측정하였다.
- 토양 화학성 조사는 국립농업 과학원 토양 분석법(RDA, 2000)에 준하여 조사하였다. pH는 토양과 물을 1:5로 혼합하여 30분간 진탕한 후 pH meter(702P, Its teK Inc., Korea)로 측정하였고, 전기전도도(EC)는 pH를 측정한 위의 토양액을 전기전도계(Consort C533, Cole-Parmer Inc., USA)를 이용하여 측정하였다.
- 게르마늄 처리는 대조구에 비해 토양 중 질산태질소와 칼륨과 칼슘 농도를 오히려 감소시켰다. 게르마늄 처리는 대조구에 비해 토양 중 게르마늄을 약 50배 이상 증가시켰으며, 엽면적, 엽건물중, 그리고 엽비중을 통계적으로 유의성 있게 증가시켰다. 대조구는 게르마늄 처리구에 비해서 엽내 칼륨농도를 유의성 있게 증가시켰고, 반대로 칼슘은 게르마늄 처리구에서 높은 경향이 나타났다.
- 본 연구는 기능성 성분으로 알려져 있는 게르마늄을 ‘신고’ 배 과원에 처리 방법을 달리했을 때 토양과 엽내 무기성분과 엽 특성에 어떠한 영향을 미치는지에 대해서 2004년에 조사하였다. 게르마늄 처리는 엽면살포, 토양 내 관주, 수간주입, 그리고 앞의 세 가지 처리를 혼용한 복합처리를 포함하였다. 게르마늄 처리는 대조구에 비해 토양 중 질산태질소와 칼륨과 칼슘 농도를 오히려 감소시켰다.
- 각 처리농도는 6mg·L-1으로 하였고 혼용한 복합처리는 18mg·L-1의 게르마늄 수용액이 시용되었다. 과실은 9월 23일에 수확하여 주당 10개의 과실을 선정하여 과실의 게르마늄 함량을 조사하였다.
- 과원 토양에 시기별로 3회 게르마늄 GeO2를 관주 처리한 후 9월에 토양화학성을 조사하였다(Table 1). Lee와 NamKoong 등(1997)은 벼의 게르마늄 처리로 인하여 토양 pH가 감소하는 경향을 보였다고 하였으나 본 실험에서는 처리 간에 통계적으로 유의성 있는 차이가 나타나지 않았다.
- 시험구 배치는 난괴법으로 1주 1반복으로 구당 10주 배치하였다. 자료분석은 SPSS 통계분석을 이용하여 분산 분석하였고, 평균간 유의차 검증은 Duncan(duncan's multiple rage test, ɑ=0.
- 1)은 6월 중순부터 1달 간격으로 3회 처리하였다. 시험은 대조구(Control), 엽면시비(FA), 토양관주(FG), 수간주입(TI), 그리고 위의 세 가지를 혼용한 복합처리(FA+FG+TI)를 포함하였다. 각 처리농도는 6mg·L-1으로 하였고 혼용한 복합처리는 18mg·L-1의 게르마늄 수용액이 시용되었다.
- 2004년 9월 23일에 수확한 과실을 70-80℃의 건조기에서 3일간 건조시킨 후 마쇄시켜 시료로 사용하였다. 식물체 분해는 앞에서 언급하였던 습식분해법으로 분해하고 정량한 후 ICP-MS를 이용하여 분석하였다.
- 엽면적은 엽면적 측정기(LI-3000C, LI-COR Inc., U.S.A.)를 이용하여 측정하였고 중량은 전자저울을 이용하였으며, #10번의 cork borer를 이용하여 엽비중(g·cm-2)을 측정하였다.
- 처리제는 광주 과학기술원에 소재한 (주)캐러스 에서 생산하고 있는 엽면시비용 수용성 무기 게르마늄 액상인 ‘G+-Alpha’(3,000mg·L-1 게르마늄)와 토양관주용 수용성 무기 게르마늄 액상인 ‘G+-Mineral’(3,000mg·L-1 게르마늄)을 사용하였다. 처리시기는 2004년 5월 중순부터 엽면시비(Foliar application=FA)와 토양관주(Fertigation=FG) 처리는 약 1달 간격으로 3회, 수간주입(Trunk injection=TI) (Fig. 1)은 6월 중순부터 1달 간격으로 3회 처리하였다. 시험은 대조구(Control), 엽면시비(FA), 토양관주(FG), 수간주입(TI), 그리고 위의 세 가지를 혼용한 복합처리(FA+FG+TI)를 포함하였다.
- 유기물(OM)은 Turin법(Kononova, 1966)으로 조사하였는데 토양 중 탄소함량을 구한 후 계산식에 따라서 유기물함량을 구하였다. 치환성양이온(Cation exchange capacity)은 풍건토양 5g과 침출액 1N-NH4OAc(pH 7.0) 50mL를 100mL 플라스크에 취하여 30분간 진탕한 뒤 No. 2 여과지를 이용하여 여과한 뒤에 1mL를 취하여 증류수 24mL와 함께 잘 섞은 용액을 가지고 치환성 양이온인 칼슘, 마그네슘 그리고 칼륨을 ICP(Inductively Coupled Plasma Atomic Emission Spectrometer; IRIS Argon plasma spectrometer; Thermo Jarrell Ash, USA)로 측정하였다. Ge는 ICP-MS를 이용하여 측정하였다.
대상 데이터
- 2004년 9월 23일에 수확한 과실을 70-80℃의 건조기에서 3일간 건조시킨 후 마쇄시켜 시료로 사용하였다. 식물체 분해는 앞에서 언급하였던 습식분해법으로 분해하고 정량한 후 ICP-MS를 이용하여 분석하였다.
- 게르마늄 처리가 끝난 후인 9월에 표토 0-30cm 깊이에서 토양을 채취하였고, 음지에서 자연 건조 후 2mm 체를 통과한 토양을 시료로 이용하였다. 토양 화학성 조사는 국립농업 과학원 토양 분석법(RDA, 2000)에 준하여 조사하였다.
- 엽은 무기양분의 이동이 적은 2004년 7월 중순에 1년생 도장지에서 처리당 100매 정도의 엽을 채취하여 물기가 마르지 않게 실험실로 옮겨와 비이온성 세제를 이용하여 각각의 엽을 세척한 후 물기를 제거하였다. 엽면적은 엽면적 측정기(LI-3000C, LI-COR Inc.
- Ge는 ICP-MS를 이용하여 측정하였다. 유효태 인산은 SnCl2와 몰리브덴산 암모늄을 이용하여 720nm에서 비색정량 하였다.
- 전라남도 영암군 덕진면 감배농원에 식재된 12년생 ‘신고’ 품종을 이용하였다.
- 처리제는 광주 과학기술원에 소재한 (주)캐러스 에서 생산하고 있는 엽면시비용 수용성 무기 게르마늄 액상인 ‘G+-Alpha’(3,000mg·L-1 게르마늄)와 토양관주용 수용성 무기 게르마늄 액상인 ‘G+-Mineral’(3,000mg·L-1 게르마늄)을 사용하였다.
데이터처리
- 자료분석은 SPSS 통계분석을 이용하여 분산 분석하였고, 평균간 유의차 검증은 Duncan(duncan's multiple rage test, ɑ=0.05)을 활용하였다.
이론/모형
- 유기물(OM)은 Turin법(Kononova, 1966)으로 조사하였는데 토양 중 탄소함량을 구한 후 계산식에 따라서 유기물함량을 구하였다. 치환성양이온(Cation exchange capacity)은 풍건토양 5g과 침출액 1N-NH4OAc(pH 7.
- 게르마늄 처리가 끝난 후인 9월에 표토 0-30cm 깊이에서 토양을 채취하였고, 음지에서 자연 건조 후 2mm 체를 통과한 토양을 시료로 이용하였다. 토양 화학성 조사는 국립농업 과학원 토양 분석법(RDA, 2000)에 준하여 조사하였다. pH는 토양과 물을 1:5로 혼합하여 30분간 진탕한 후 pH meter(702P, Its teK Inc.
성능/효과
- 게르마늄 처리는 대조구에 비해 토양 중 게르마늄을 약 50배 이상 증가시켰으며, 엽면적, 엽건물중, 그리고 엽비중을 통계적으로 유의성 있게 증가시켰다. 대조구는 게르마늄 처리구에 비해서 엽내 칼륨농도를 유의성 있게 증가시켰고, 반대로 칼슘은 게르마늄 처리구에서 높은 경향이 나타났다. 엽내 게르마늄은 게르마늄 관주처리를 제외하고 대조구보다 현저히 높게 나타났고, 과실 내 게르마늄은 모든 처리구에서 대조구 보다 높게 나타났다.
- 94%의 함량을 나타내었다(Table 3). 대조구는 처리구에 비해서 토양내 칼륨이 가장 높게 나타났는데(Table 1), 이러한 칼륨농도가 식물체 흡수에 영향을 주었을 것으로 판단되었다. 하지만 인산과 칼슘 그리고 마그네슘은 토양과 엽내 성분함량이 별다른 관련이 없는 것처럼 보이는데, 이전의 보고에서도 사과과원의 토양과 엽의 상관관계에서 칼륨을 제외하고는 유의 상관관계가 나타나지 않았다고 하였다(Pinamonti et al.
- Lee 등(2005)은 우리나라 농작물중 게르마늄 함량은 전반적으로 곡류>채소류>과일류 순으로 높았다고 보고하였다. 본 실험에서 게르마늄 처리로 상당부분 과실 내 게르마늄을 증가시켰지만 위에서 보고된 자료와 비교하면 약용작물에 비해서는 상당히 적은 양이 있는 것으로 판단되었다.
- 본 실험에서도 저농도(6mg·L-1)의 단용처리인 엽면살포(FA=foliar application), 관주처리, 수간주입(TI=trunk injection)처리가 고농도(18mg·L-1)의 복합처리보다 통계적으로 유의성은 없었으나 다소 높은 엽면적과 엽중을 생산한 것으로 관찰되었다.
- 수확 후 과실의 게르마늄 농도는 대조구는 0.6ng·kg-1으로 현저히 낮았으며 엽면살포, 관주, 수간주입 처리는 각각 23.7ng·kg-1, 8.2ng·kg-1, 3.3ng·kg-1으로 대조구보다 높았으며 복합처리구는 44.5ng·kg-1로 대조구보다 현저히 높은 수치를 나타내었다(P<0.05) (Fig. 4).
- 대조구는 게르마늄 처리구에 비해서 엽내 칼륨농도를 유의성 있게 증가시켰고, 반대로 칼슘은 게르마늄 처리구에서 높은 경향이 나타났다. 엽내 게르마늄은 게르마늄 관주처리를 제외하고 대조구보다 현저히 높게 나타났고, 과실 내 게르마늄은 모든 처리구에서 대조구 보다 높게 나타났다.
- 엽면적, 엽중량, 엽비중의 세 가지 조사에서 게르마늄 처리구에서 대조구보다 통계적으로 유의성 있게 높게 나타났거나(P<0.05) 유의성은 없었지만 높은 경향을 보였다.
- 엽중 게르마늄 함량을 분석한 결과 복합처리가 대조구에 비해 통계적으로 유의성 있게 높게 나타났으며(P<0.05) 엽면살포와 수간주입도 높은 농도를 보였다(Fig. 3).
- 엽내 인산은 처리구간에 별다른 영향이 나타나지 않았다. 엽중 칼륨 함량은 대조구가 2.88%로 현저히 높았으며 수간주입 1.94%, 관주 2.35%, 복합처리 2.24%로 대조구보다 현저히 낮은 함량을 나타내었고 엽면살포에서 가장 낮은 1.94%의 함량을 나타내었다(Table 3). 대조구는 처리구에 비해서 토양내 칼륨이 가장 높게 나타났는데(Table 1), 이러한 칼륨농도가 식물체 흡수에 영향을 주었을 것으로 판단되었다.
- 5) (RDA, 2010)에 속하였다. 토양 유기물과 전기전도도 또한 게르마늄 처리에 의해 영향을 받지 않은 것으로 나타났다. 토양 질산태 질소는 대조구(Control)에 비해 관주처리구(FG=fertigation)와 복합처리구(FA+FG+TI)에서 현저히 낮아지는 경향을 보였다(P<0.
- 토양 유효인산은 모두 439-507mg·kg-1으로 처리간에 약간의 차이가 있었으나 통계적으로 유의성은 없었으며 전반적으로 배 재배 토양에 적합한 범위인 200-300mg·kg-1(RDA, 2010) 보다 2배 정도 높게 나타나서 토양 중 과다한 인산에 대한 주의가 요구되었다.
- 토양 중 게르마늄 함량을 분석한 결과 대조구(0.33ng·kg-1)에서 우리나라 일반 토양에서 관찰되는 극미량의 게르마늄이 검출되었고 관주 처리(18.07ng·kg-1)와 복합 처리(17.63ng·kg-1) 에서는 대조구보다 50배 이상 높게 나타나서 통계적으로 유의성 있게 높은 함량을 나타내었다(Fig. 2).
- 토양 질산태 질소는 대조구(Control)에 비해 관주처리구(FG=fertigation)와 복합처리구(FA+FG+TI)에서 현저히 낮아지는 경향을 보였다(P<0.05).
후속연구
- 하지만 처리구간에 약간의 차이는 있었으나 통계적으로 유의성 있는 차이는 인정되지 않았다. 무기성분의 용탈이나 온도나 강우등과 같은 환경적인 다양한 요인 때문에 9월의 단 한번의 토양 조사로 해석을 하기에는 다소 무리가 따르므로 게르마늄 처리에 따른 토양의 계절적인 무기성분의 변화를 관찰하는 연구가 필요하다고 하겠다.
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