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문제 정의
- 따라서 본 연구는 황증이 발생된 농가포장과 황증이 발생되지 않은 농가포장에서 토양과 식물체 (잎) 시료를 채취하여 토양화학성과 식물체 무기성분 함량을 상호 비교함으로서 황증발생 환경과 원인을 구명하기 위해 수행하였다.
제안 방법
- 질소는 CFA (Auto analyzer 3, Germany)을 이용하여 665nm에서 흡광도를 측정하였고, 인산은 UV-Spectrometer (Hitachi, Japan)를 이용하여 880 ㎚에서 흡광도를 측정하였다. K, Ca, Mg, Fe, Cu, Mn 및 Zn의 함량은 ICP-OES (Intergra XMP, GBC, Australia)를 이용하여 측정하였다.
- Table 2에서와 같이 인삼 논재배 농가포장에서 황증 발생이 심한 포장 (황증 발생 포장)과 황증 발생이 거의 없는 정상적인 포장 (건전 포장)을 선택하여 토양의 화학성을 비교분석한 결과는 다음과 같다. 토양 pH는 황증 발생 포장이 5.
- 토양시료를 풍건하여 분쇄 후 20 mesh (2 ㎜)체를 통과한 다음 유발에 미세하게 갈아 분석용으로 사용했다. 시료 10 g을 100 ㎖ 삼각플라스크에 평량하고 침출액 (0.1N HCl) 50 ㎖ 첨가 후 항온 수조 30℃에서 1시간 진탕 후 Toyo No. 5B로 여과하여 ICP-OES (Intergra XMP, GBC, Australia)로 측정했다.
- 식물체 잎의 무기성분 분석을 위하여 건조된 시료 0.3 g을 평량하여 100 ㎖ volumetric flask에 넣고 H2SO4-Salicylic acid 3.3 ㎖로 습식 분해하여 여과 (Whatman No. 6)한 다음 증류수로 10배 희석하였다. 질소는 CFA (Auto analyzer 3, Germany)을 이용하여 665nm에서 흡광도를 측정하였고, 인산은 UV-Spectrometer (Hitachi, Japan)를 이용하여 880 ㎚에서 흡광도를 측정하였다.
- 인삼 잎에 생기는 생리장해의 일종인 황증의 발생 원인을 구명하기 위해 비교적 황증이 심하게 발생된 논재배 농가포장 7개소 (황증 발생 포장)와 황증 발생이 거의 없는 정상적인 논재배 농가포장 7개소 (건전 포장)를 선정하여 토양화학성 및 식물체 잎의 무기성분 함량 특성을 비교 분석하였다.
- 토양과 식물체 (잎) 시료의 채취는 2012년 7~8월 사이에 실시하였는데, 표토를 걷어내고 지하 5 ~ 15 ㎝ 지점의 토양을 채취하였다. 인삼 잎은 채취한 다음 80℃에서 48시간 열풍건조 후 마쇄하여 식물체 분석시료로 이용하였다.
- 6)한 다음 증류수로 10배 희석하였다. 질소는 CFA (Auto analyzer 3, Germany)을 이용하여 665nm에서 흡광도를 측정하였고, 인산은 UV-Spectrometer (Hitachi, Japan)를 이용하여 880 ㎚에서 흡광도를 측정하였다. K, Ca, Mg, Fe, Cu, Mn 및 Zn의 함량은 ICP-OES (Intergra XMP, GBC, Australia)를 이용하여 측정하였다.
- 토양화학성분 중 pH, EC, 유기물, 유효인산 및 치환성 양이 온인 K, Ca, Mg은 농촌진흥청 토양화학분석법 (National Institute of Agricultural Science and Technology, NIAST, 2000)에 따랐으며, Fe, Mn, Zn 및 Cu의 분석방법은 다음과 같다. 토양시료를 풍건하여 분쇄 후 20 mesh (2 ㎜)체를 통과한 다음 유발에 미세하게 갈아 분석용으로 사용했다. 시료 10 g을 100 ㎖ 삼각플라스크에 평량하고 침출액 (0.
- 황증 발생률은 단위면적당 황증이 발생한 주를 조사하여 백분률로 나타냈다. 토양과 식물체 시료는 3반복으로 채취하여 분석하였으며, SAS (9.
대상 데이터
- 토양과 식물체 (잎) 시료의 채취는 2012년 7~8월 사이에 실시하였는데, 표토를 걷어내고 지하 5 ~ 15 ㎝ 지점의 토양을 채취하였다. 인삼 잎은 채취한 다음 80℃에서 48시간 열풍건조 후 마쇄하여 식물체 분석시료로 이용하였다.
데이터처리
- 황증 발생률은 단위면적당 황증이 발생한 주를 조사하여 백분률로 나타냈다. 토양과 식물체 시료는 3반복으로 채취하여 분석하였으며, SAS (9.2 version) 통계프로그램을 이용하여 통계 분석하였다.
이론/모형
- 토양화학성분 중 pH, EC, 유기물, 유효인산 및 치환성 양이 온인 K, Ca, Mg은 농촌진흥청 토양화학분석법 (National Institute of Agricultural Science and Technology, NIAST, 2000)에 따랐으며, Fe, Mn, Zn 및 Cu의 분석방법은 다음과 같다. 토양시료를 풍건하여 분쇄 후 20 mesh (2 ㎜)체를 통과한 다음 유발에 미세하게 갈아 분석용으로 사용했다.
성능/효과
- 먼저 황증 발생률과 잎의 무기성분들 간 상관관계를 보면 황증 발생률은 칼슘과 고도로 유의한 부의 상관을 보였으며, 철 함량과 고도로 유의한 정의 상관을 보였다. 따라서 인삼 잎의 황증 발생률이 증가될수록 칼슘의 함량이 감소하고 철의 함량이 증가되었다. Olsen 등 (1981)은 토양의 칼슘이 감소하면 pH가 감소하여 철의 흡수가 촉진된다고 하였으며, Kim 등 (2012)은 칼슘의 시비는 철의 흡수를 억제하여 적변 등 생리장해의 발생을 줄였다고 하였다.
- 먼저 황증 발생률과 토양화학성들 간의 상관을 보면 황증 발생률은 토양 pH와 유의한 부의 상관을 보였으며, 철 함량과 유의한 정의 상관을 보였다. 따라서 황증 발생은 토양 pH가 낮을수록 증가하고 토양의 철 함량이 많을수록 증가하였다. Kim과 Guerinot (2007)에 의하면 식물은 그 종류에 따라 산화철과 환원철 형태의 철을 흡수하는데, 완두콩, 오이, 토마토 등과 같은 작물은 뿌리로부터 양성자 (H+) 방출 (protonATPases), 3가철 킬레이트 환원효소 [Fe(Ⅲ) chelate reductase]의 활성, 2가철 수송 유전자 [Fe(Ⅱ) transport gene]를 통해 토양으로부터 철을 흡수한다.
- Table 5에서와 같이 인삼 논재배 농가포장에서 황증 발생정도와 인삼 잎의 무기성분들 간의 상관관계를 분석한 결과는 다음과 같다. 먼저 황증 발생률과 잎의 무기성분들 간 상관관계를 보면 황증 발생률은 칼슘과 고도로 유의한 부의 상관을 보였으며, 철 함량과 고도로 유의한 정의 상관을 보였다. 따라서 인삼 잎의 황증 발생률이 증가될수록 칼슘의 함량이 감소하고 철의 함량이 증가되었다.
- Table 4에서와 같이 인삼 논재배 농가포장에서 황증 발생정도와 토양화학성분들 간의 상관관계를 분석한 결과는 다음과 같다. 먼저 황증 발생률과 토양화학성들 간의 상관을 보면 황증 발생률은 토양 pH와 유의한 부의 상관을 보였으며, 철 함량과 유의한 정의 상관을 보였다. 따라서 황증 발생은 토양 pH가 낮을수록 증가하고 토양의 철 함량이 많을수록 증가하였다.
- 식물에 필요한 미량금속 이온의 함량을 비교해 보면 황증발생 포장은 철과 구리의 함량이 높고 망간과 아연의 함량이 낮았는데, 특히 철 함량은 황증 발생 포장이 178.7 mg/kg으로 건전 포장의 92.2 ㎎/㎏보다 뚜렷이 높은 특징을 보였다. 논 토양과 같은 배수불량조건에서는 토양의 산소결핍으로 인해 철의 환원 (Fe3+→ Fe2+)이 일어나 용해도가 증가하므로 철 과잉 장해가 쉽게 나타나는데 (Ryu, 2000; Ishimaru et al.
- 유기물 함량은 칼륨 함량과 고도로 유의한 정의 상관을 보였으며, 인산은 마그네슘 함량과 유의한 정의 상관을 보였다. 칼슘은 마그네슘과 고도로 유의한 정의 상관을 보였고 마그네슘은 철과 고도로 유의한 부의 상관을 보였다.
- 유기물 함량은 황증 발생 포장이 1.57 g/㎏로 건전 포장의 1.79보다 다소 낮았으며, 인산 함량도 황증 발생 포장이 104.3 ㎎/㎏으로 건전 포장의 132.2보다 다소 낮았다. 일반적으로 pH가 낮거나 유기물 함량이 적을 때 인산의 고정량이 증가하여 결핍증상을 보일수 있는데 (Lee et al.
- 이상의 결과를 종합해 보면 논토양에서 황증 발생이 심한 인삼 잎은 건전한 잎보다 칼륨과 철의 흡수가 현저히 많았고 칼슘, 마그네슘 및 망간의 흡수가 상대적으로 적은 특징을 보였다. 따라서 칼륨과 철의 과잉흡수와 이로 인한 칼슘, 마그네슘 및 망간의 흡수 억제가 황증 발생의 주요한 원인이 된 것으로 생각된다.
- 이상의 결과를 종합해 보면 인삼 논재배 토양은 pH, 유기물, 인산, 칼슘, 마그네슘, 망간 및 아연 함량이 낮고 EC, 칼륨, 철 및 구리 함량이 높은 경우 황증이 발생되는 것으로 생각된다. 따라서 예정지 관리시 pH가 5.
- 이상의 결과를 종합해 보면 황증 발생이 심한 토양일수록 pH가 낮고 철 함량이 많은 특징을 보였는데, pH가 낮아질수록 마그네슘 함량이 낮아지고 철 함량이 높아져 이로 인한 마그네슘 결핍과 철 과잉 흡수로 황증 발생이 촉진되었다고 생각된다.
- 이상의 결과를 종합해 보면 황증 발생이 심해질수록 칼슘 흡수가 적어지고 철 흡수가 많아지는 특징을 보였는데, 질소, 칼륨 및 철 흡수가 많아지면 칼슘의 흡수가 억제되어 철 과잉과 칼슘 결핍으로 황증 발생이 촉진되었다고 생각된다.
- Table 3에서와 같이 인삼 논재배 농가포장에서 황증 발생 포장과 황증 발생이 거의 없는 건전 포장에서 재배되고 있는 인삼 잎의 무기성분 함량을 비교한 결과는 다음과 같다. 전질소 함량은 황증 발생 인삼이 2.79%로 건전 인삼의 2.73% 보다 약간 더 높았으나 그 차이는 뚜렷하지 않았다. 인산 함량은 황증 발생 인삼이 0.
- 질소는 칼슘과 유의한 부의 상관을 보였고, 인산은 마그네슘과 유의한 정의 상관을, 아연, 구리와 유의한 부의 상관을 보였다. 칼륨은 칼슘과 유의한 부의 상관을, 마그네슘과 고도로 유의한 부의 상관을 보였으며, 아연, 구리와 유의한 정의 상관을 보였다.
- 질소는 칼슘과 유의한 부의 상관을 보였고, 인산은 마그네슘과 유의한 정의 상관을, 아연, 구리와 유의한 부의 상관을 보였다. 칼륨은 칼슘과 유의한 부의 상관을, 마그네슘과 고도로 유의한 부의 상관을 보였으며, 아연, 구리와 유의한 정의 상관을 보였다.
- 33과 비교할 때 약간 높았으나 그 차이는 매우 적었다. 칼슘 함량은 황증 발생 포장이 5.29 cmol+/㎏으로 건전 포장의 6.00 보다 낮았으며, 마그네슘 함량도 황증 발생 토양이 1.45(cmol+/㎏)로 무발생 토양 2.10 보다 뚜렷이 낮았다
- 유기물 함량은 칼륨 함량과 고도로 유의한 정의 상관을 보였으며, 인산은 마그네슘 함량과 유의한 정의 상관을 보였다. 칼슘은 마그네슘과 고도로 유의한 정의 상관을 보였고 마그네슘은 철과 고도로 유의한 부의 상관을 보였다. 망간은 아연과 고도로 유의한 정의 상관을 보였다.
- 칼슘은 철과 유의한 부의 상관을 보였고 마그네슘은 아연과 고도로 유의한 보의 상관을, 구리와 유의한 부의 상관을 보였다. 아연은 구리와 고도로 유의한 정의 상관을 보였다.
- 토양 pH는 인산과 유의한 정의상관이 있었고 마그네슘과 고도로 유의한 정의 상관이 있으며, 철과는 고도로 유의한 부의 상관이 있었다. 따라서 pH가 높아지면 인산과 마그네슘의 함량이 높아지고 철 함량은 감소하였다.
- 토양 pH는 황증 발생 포장이 5.51 (강한 산성토양)로 건전 포장의 6.42 (미산성 토양)보다 매우 낮았는데, 건전 포장의 pH는 ‘음성 1’ 포장을 제외하고 모두 6.0 이상으로 미산성 토양이었다.
후속연구
- 또한, 황증과 같은 생리장해가 발생된 인삼은 칼륨의 흡수가 증가되고 마그네슘의 흡수가 억제되어 K/Mg비가 높아지는 특징을 보여 무기양분의 함량에 불균형을 초래하므로 (Hyun et al., 2009) 생리장해 발생정도와 무기양분 함량과의 관계를 구명하는 것도 생리장해 억제방법 개발에 반드시 필요할 것으로 보인다.
- 인삼 잎의 미량금속 이온 함량을 보면 황증 발생 인삼은 건전 인삼보다 철과 아연의 함량이 높고 망간과 구리의 함량이 낮았는데, 특히 철 함량은 황증 발생 인삼이 610 ㎎/㎏으로 건전 인삼의 201 ㎎/㎏ 보다 현저히 높은 특징을 보여 철 과잉 흡수가 황증 발생의 주요 원인이 되었다고 생각한다 (Halliwell and Gutteride, 1992). 본 실험에서 조사한 인삼 잎은 2~6년생으로 연생이 다양하여 동일한 연생에서 철 함량을 비교하지 못한 아쉬움이 있다. 그러나 Park 등 (2012)에 보고에 의하면 1~6년생 인삼 잎의 철 함량을 분석한 결과 1년생이 961 ㎎/㎏으로 가장 높고 4년생이 292 ㎎/㎏으로 가장 낮았는데, 2, 3, 5, 6년생들 중에서는 400 ~ 500 ㎎/㎏ 수준으로 연생 간 유의적인 차이를 보이지 않았다고 하였다.
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