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문제 정의
- 이에 본 연구는 원예용 상토의 원자재로써 버섯부 산물의 화학적 특성과 원예작물의 유묘생육효과를 검정하여 상토의 원료로써 이용가능성에 대한 실험을 하였고 그 결과를 보고하고자 한다.
제안 방법
- 총탄소량은 dry-ashing 법으로 총질소는 환원철법으로 분석하여 C/N율을 산출하였으며 인산은 Lancancaster법으로. 1 : 10(w/v) 추출하여 분광기(UV-2100, Shmadzu)로 분석하였다. 중금속은 부산물비료 비료분석법에 준하여 분석하였으며 상토의 물리성은 농촌진흥청의 상토분석법기준에 의하여 분석하였다.
- 발아세는 파종 후 가장 높은 발아율이 관측된 날을 기준으로 하였으며 생육조사는 공시품종들의 초장, 간장, 간경, 엽수, 엽면적 및 생체 중과 건물중을 조사하였으며 간경은 지상부로부터 1cm되는 지점을 기준으로 측정하였다.
- 발아지수 측정은 비료분석법의 퇴비의 종자실험 발아지수법에 준하여 공시시료를 70℃에서 2시간 환류추출한 후 여과지를 이용하여 여과한 후에 petridish 에 5 ㎖를 넣고 무종자 30개씩 파종하였다. 파종 후 5 일이 경과한 뒤에 발아율과 뿌리의 길이를 측정하였고 아래의 식으로 발아지수를 산출하였다.
- 버섯폐배지의 안정화과정 중 온도와 수분의 측정은 5일에 1회 실시하였으며 측정기기로는 이동형 수분 측 정기인 HM-1110을 사용하였고 pH와 EC는 증류수 1 :5 비율로 희석하여 측정하였다. 총탄소량은 dry-ashing 법으로 총질소는 환원철법으로 분석하여 C/N율을 산출하였으며 인산은 Lancancaster법으로.
- 상기와 Table 1과 같이 설정된 상토의 발아능력을 검증하기 위하여 시험작물은 오이, 상추, 배추, 참외 4개 작물을 공시품종으로 정하고 각 처리구별로 32공 육묘포트에 3반복하여 파종한 후에 발아능력을 검증 하였는데 발아는 공시품종들의 발아세, 발아율, 평균 발아일수를 조사하였다. 발아세는 파종 후 가장 높은 발아율이 관측된 날을 기준으로 하였으며 생육조사는 공시품종들의 초장, 간장, 간경, 엽수, 엽면적 및 생체 중과 건물중을 조사하였으며 간경은 지상부로부터 1cm되는 지점을 기준으로 측정하였다.
- 제조과정은 상기와 같은 부피비율로 원통형 혼합 기에 투입하고 약 20분간 혼합하여 입자의 균일도를 높였다.
- 추출한 용액을 농축기를 이용 하여 농축한 다음 HPLC용 메탄올로 100 ppm으로 만들어 4.6ID×150 mm 5C18-AR-Ⅱ 칼럼이 달린 HPLC(Waters 2690 alliance system)를 이용하여 측정하였으며, 분석을 위한 용리액(eluent)은 HPLC용 Methanol을 사용하였고, 유속은 1.0 mL/min으로 고정하여 분석하였다.
대상 데이터
- 본 실험은 2011년 3월24일 충남 예산군 신암면에 위치한 버섯재배영농조합에서 팽이버섯을 재배 후 발생한 버섯배지 부산물을 200 kg 수거하여 노상에서 5 일간 야적하여 1차 수분을 제거한 후 3월29일 6 ㎥의 사각 통에 넣은 후 1일 12시간씩 공기를 공급하는 발효과정을 30일간 진행한 후에 노상에서 일주일간 야적하여 안정화과정을 종료한 후에 물리성과 화학성을 고려하여 아래의 Table 1과 같은 혼합비율로 원예용 상토를 제조하여 작물의 발아 및 생육실험을 진행하였으며 비료의 경우에는 21-17-17(N-P-K)의 제품을 충남 예산군에 위치한 농자재상에서 구입하여 이용하였다.
- 유기산 분석의 공시시료는 실험 시작일인 2011년 4 월 5일부터 5일 간격으로 뒤집기를 시행한 후 채취하여 각각 50 g에 250 ㎖의 메탄올을 첨가한 후 진탕하여 20℃의 실온에서 24시간 추출한 후에 유기산 측정용 시료로 활용하였다. 추출한 용액을 농축기를 이용 하여 농축한 다음 HPLC용 메탄올로 100 ppm으로 만들어 4.
데이터처리
- 시료별 통계분석은 SAS(ver 8.0)을 이용하여 유기산과 발아지수, 수분, pH, EC, 온도의 상관관계 및 변화량을 분산분석 하여 5%수준에서 유의성을 검증하였다.
이론/모형
- 1 : 10(w/v) 추출하여 분광기(UV-2100, Shmadzu)로 분석하였다. 중금속은 부산물비료 비료분석법에 준하여 분석하였으며 상토의 물리성은 농촌진흥청의 상토분석법기준에 의하여 분석하였다.
- 버섯폐배지의 안정화과정 중 온도와 수분의 측정은 5일에 1회 실시하였으며 측정기기로는 이동형 수분 측 정기인 HM-1110을 사용하였고 pH와 EC는 증류수 1 :5 비율로 희석하여 측정하였다. 총탄소량은 dry-ashing 법으로 총질소는 환원철법으로 분석하여 C/N율을 산출하였으며 인산은 Lancancaster법으로. 1 : 10(w/v) 추출하여 분광기(UV-2100, Shmadzu)로 분석하였다.
성능/효과
- Acetic acid의 경우에는 안정화 초기에는 18.08 mg/kg이었으나 안정화기간이 증가함에 따라 발생량이 점차적으로 감소하는 r= 0.91로 높은 음의 상관관계를 나타내고 있으며 5%유의수준에서 통계적인 유의성도 인정되고 있으며 안정화 30일 이후에는 0.35 mg/kg만 확인되었다.
- 버섯폐배지의 안정화 과정 중 발생되는 유기산을 조사한 결과 Citric acid과 Oxalic acid 그리고 Acetic acid 및 Fumaric acid가 검출되었으며 가장 높은 수치가 확인된 것은 Acetic acid로 확인되었다. Citric acid 와 Oxalic acid 그리고 Fumaric acid, 상기 3가지 유기산의 경우에는 발생한 합계량이 3 mg/kg으로 발생량이 적어 pH변화 등에 미치는 영향은 적을 것으로 판단되었다.
- 버섯폐배지의 인산함량 수준은 시중에서 유통되고 있는 퇴비의 일반적인 인산함량이 1%미만인 것과 비교하면 높은 수준으로 그 이유는 버섯배지를 제조할 때 미강 등 인산함량이 높은 유기물원이 원료로 사용 되어지는 것으로 사료되는데 이는 버섯폐배지가 고급 유기물원의 부산물로써 작물재배에 활용가능성은 높다고 사료된다. pH는 7.2로 중성수준으로 작물의 발아 및 생육에 적합한 수준이었으며 EC의 경우에는 1.46 dS/m으로 일반적인 상토보다 높은 수준으로 나타났다. 상토에서 EC수준이 높을 경우에는 근권용액의 삼투압이 높아져 뿌리를 통한 흡수능력이 불량 하여 생육장해를 입는다고 알려져 있으며 상토의 공정규격에서도 EC수치는 2.
- pH의 변화는 유기물의 분해과정 중에서 발생하는 중간대사물인 유기산으로 인하여 낮아졌다가 안정된 것으로 나타났다. pH의 변화는 온도변화와 다른 경향을 보이고 있다.
- 발아율은 버섯폐배지의 혼합비율이 증가할수록 모든 작물에서 음의상관관계를 보이고 있으며 참외 이외의 모든 작물에서 통계적으로 유의차가 확인되었으며 평균발아일수의 경우에도 오이의 경우에는 상관관계가 분석되지 않았으나 전체적으로 음의상관관계를 보이고 있다. 발아세의 경우에도 오이 이외의 모든 작물에서 통계적으로 유의차가 확인되었다.
- 참외도 오이와 비슷한 경향으로 처리구 1은 간경, 간장, 엽수, 엽면적은 대조구와 비교하여 통계적인 유의성이 큰 차이가 나타나고 있지 않아 배양토의 혼합재료로써 활용가능성이 높다고 판단되었다. 배추의 경우에도 간경은 대조구에 비하여 낮은 수준이었으나 엽면적은 31.44 ㎠로 대조구에 비하여 높은 수준이었으며 생체중과 건물중도 대조구와 통계적 유의차가 없게 나타나고 있으나 상추의 경우에는 버섯폐배지의 혼합비율에 상관없이 대조구에 비하여 모든 생육특성이 낮은 수준으로 확인되었다.
- 버섯폐배지의 안정화 과정 중 발생되는 유기산을 조사한 결과 Citric acid과 Oxalic acid 그리고 Acetic acid 및 Fumaric acid가 검출되었으며 가장 높은 수치가 확인된 것은 Acetic acid로 확인되었다. Citric acid 와 Oxalic acid 그리고 Fumaric acid, 상기 3가지 유기산의 경우에는 발생한 합계량이 3 mg/kg으로 발생량이 적어 pH변화 등에 미치는 영향은 적을 것으로 판단되었다.
- 46 ds/m이었으며 안정화과정 중에 발생되는 유기산의 종류는 Citric acid, Oxalic acid, Fumaric acid, Acetic acid가 확인되었고 Acetic acid의 발생량이 가장 많이 조사되었다. 버섯폐배지의 안정화 과정 중에 15일 경과시점에서 온도의 하강과 pH 의 상승이 이루어졌으며 안정화 15일 경과 후에 발아지수의 경우에도 88로 조사되어 버섯폐배지를 작물의 생육자재로 활용 시에는 15일 이상의 안정화과정이 필요한 것으로 조사되었다.
- 버섯폐배지의 질소함량은 1.93%이고 가리함량은 1.14%이었으며 유기물함량은 67.78%로써 일반적으로 사용되고 있는 퇴비의 25∼30%보다 높은 수준으로 확인되었으며 인산함량도 3.86%로 나타나고 있다.
- 버섯폐배지의 화학적 특성은 질소, 인산, 가리의 총 함량은 6.93%이었으며 유기물함량은 67.78%이었고 pH와 EC는 7.20과 1.46 ds/m이었으며 안정화과정 중에 발생되는 유기산의 종류는 Citric acid, Oxalic acid, Fumaric acid, Acetic acid가 확인되었고 Acetic acid의 발생량이 가장 많이 조사되었다. 버섯폐배지의 안정화 과정 중에 15일 경과시점에서 온도의 하강과 pH 의 상승이 이루어졌으며 안정화 15일 경과 후에 발아지수의 경우에도 88로 조사되어 버섯폐배지를 작물의 생육자재로 활용 시에는 15일 이상의 안정화과정이 필요한 것으로 조사되었다.
- 상기와 같은 오이, 참외, 배추, 상추 4개 원예작물의 발아시험의 결과를 종합하여 보면 오이와 참외는 버섯폐배지의 혼합비율이 20%이내, 상추와 배추는 10%이내의 경우일 때는 발아특성이 대조구와 비교하여 통계적으로 차이가 없는 것으로 조사되었다. 그러나 버섯폐배지의 혼합비율이 30%이상인 처리구 3과 4는 모든 작물에서 불량한 발아특성이 조사되었고 이러한 결과는 버섯폐배지와 발아특성간에 상관관계를 분석한 Table 5와 같이 통계적으로 확인되고 있다.
- 상기와 같이 버섯폐배지의 혼합비율에 따른 오이, 참외, 배추, 상추의 파종 후 20일 경과 후 각 작물별 묘소질을 보면 오이와 참외는 버섯폐배지의 혼합비율 20%, 배추는 10%이내의 경우에는 활용이 가능하다고 판단되나 버섯폐배지의 혼합비율이 증가할수록 불량한 생육특성을 보이고 있으며 이러한 결과는 Cho (2003)의 연구결과에서도 버섯폐배지의 경우 오이의 묘소질이 대조구보다 양호한 것으로 조사한 결과와 일치한다는 내용이 본 실험에서도 확인되었고 본 연구에서는 혼합비율에 대한 정확한 자료를 규명하였다고 판단한다. 그러나 상추 경우에는 버섯폐배지의 혼합비율에 관계없이 묘소질이 불량한 것으로 확인되었다.
- 그러나 혼합비율이 증가함에 따라 불량한 것이 통계적으로도 확인되고 있다. 오이의 경우에는 혼합비율이 10%인 처리구 1의 경우에는 발아율은 100%로 대조구와 큰 차이가 없었고 평균발아일수와 발아세의 경우에도 대조구와 처리구 1과 2의 경우에는 차이가 없었으나 혼합비율이 증가할수록 발아율이 낮아지는 경향을 보여 혼합비율이 30%이상인 처리구 3의 경우에는 80%로 통계적인 유의차가 확인되었다. 참외의 경우에도 버섯폐배지의 혼합비율이 10%인 처리구1과 2의 경우에는 대조구와 발아율과 평균발아일수면에서 차이가 없으나 버섯폐배지의 혼합비율이 30%인 처리구 3부터는 발아율이 60%이하로 급격하게 저하되며 평균발아일수도 1일 이상 늦은 것이 확인되었으며 상추와 배추의 경우에는 처리구 1만이 대조구와 비교하여 차이가 없었으나 처리구 3과 4의 경우에는 발아자체가 이루어지지 않는 것이 확인되었다.
- 오이의 경우에는 혼합비율이 10%인 처리구 1의 경우에는 발아율은 100%로 대조구와 큰 차이가 없었고 평균발아일수와 발아세의 경우에도 대조구와 처리구 1과 2의 경우에는 차이가 없었으나 혼합비율이 증가할수록 발아율이 낮아지는 경향을 보여 혼합비율이 30%이상인 처리구 3의 경우에는 80%로 통계적인 유의차가 확인되었다. 참외의 경우에도 버섯폐배지의 혼합비율이 10%인 처리구1과 2의 경우에는 대조구와 발아율과 평균발아일수면에서 차이가 없으나 버섯폐배지의 혼합비율이 30%인 처리구 3부터는 발아율이 60%이하로 급격하게 저하되며 평균발아일수도 1일 이상 늦은 것이 확인되었으며 상추와 배추의 경우에는 처리구 1만이 대조구와 비교하여 차이가 없었으나 처리구 3과 4의 경우에는 발아자체가 이루어지지 않는 것이 확인되었다.
- 64 ds/m수준까지 낮아져 현재 유통되고 있는 일반적인 원예용 상토와 차이가 없다고 판단된다. 특히 양분적 측면에서는 질소와 유효인산 등이 시중에서 유통되는 상토인 대조구에 비해서 높게 나타나고 있으며 작물의 직접적으로 흡수하는 질산태 질소의 경우에는 버섯폐배지의 혼합비율이 증가함에 따라 78%이상 높았으며 처리구 4의 경우에는 269 mg/L로 대조구에 비교 하여 102%이상 높은 수준이었다. 유효인산의 경우에도 대조구가 211 mg/L인데 처리구 1의 경우에는 321 mg/L로 65%높게 나타나 양분적인 측면에서는 활용 가치가 높다고 판단된다.
- 한편 발아특성의 경우에는 오이와 참외의 경우에는 버섯폐배지의 혼합비율이 20%이하의 경우에는 발아율 등이 대조구와 비교하여 차이가 없이 양호하였으며 상추와 배추의 경우에는 10%이내일 경우에는 대조구와 통계적 유의차가 없는 것으로 확인되었으나 파종 20일후 묘소질의 경우에는 오이와 참외 그리고 배추는 버섯폐배지의 혼합비율이 10%이내의 경우에 서만 양호한 생육을 보였고 상추의 경우에는 혼합비 율에 상관없이 대조구에 비하여 낮은 생육특성이 나타나 버섯폐배지의 경우에는 오이와 참외 그리고 배추는 활용가능성이 높다고 판단되나 상추의 경우에는 활용가능성이 낮은 것으로 판단된다.
후속연구
- 버섯폐배지의 인산함량 수준은 시중에서 유통되고 있는 퇴비의 일반적인 인산함량이 1%미만인 것과 비교하면 높은 수준으로 그 이유는 버섯배지를 제조할 때 미강 등 인산함량이 높은 유기물원이 원료로 사용 되어지는 것으로 사료되는데 이는 버섯폐배지가 고급 유기물원의 부산물로써 작물재배에 활용가능성은 높다고 사료된다. pH는 7.
- 이러한 버섯폐배지의 발아지수와 pH, 온도변화를 볼 때 버섯폐배지는 수거한 후 안정화기간을 15일만 진행하면 작물에 유기물원투입자재로 사용이 가능할 것으로 판단된다.
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