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문제 정의
- destructans와 식물과의 관계에 대한 연구결과는 거의 없는 실정이다. 따라서 본 연구에서는 인삼 연작장해가 발생한 재작지 토양에서 18종의 윤작물을 재배한 다음 인삼의 뿌리썩음병 발생율을 조사하여 윤작물 재배에 따른 인삼의 뿌리썩음병 발생에 미치는 효과를 구명하고자 하였다.
제안 방법
- 2년생 인삼의 지상부 생육은 7월 하순에 조사하였고 지하부생육 및 뿌리썩음병 이병주율은 10월 하순에 조사하였다. 통계처리는 SAS (Statistical Analysis System 9.
- rDNA의 증폭을 위해 ITS1 (5'-TTCGTAGGTGAACCTGCGG-3'), ITS4 (5'-AACATGCGTGAGATTGTAAGT-3') primer set을 사용하였고 전기영동으로 확인 후 염기서열을 분석하였다.
- 치상한 이병 조직에서 자라난 균사의 선단 부분을 떼어서 PDA 배지에 재배양하였다. 분리된 균은 water agar, V8 agar 배지 등을 이용해 단포자 분리를 하여 생리 및 형태가 동일한 균주를 선별하였다.
- 분리된 균주의 분자생물학적 동정을 위해 complete media agar 배지에서 7일간 배양한 후 CTAB buffer (Proctor et al., 1995)를 이용해 genomic DNA를 추출하였다. rDNA의 증폭을 위해 ITS1 (5'-TTCGTAGGTGAACCTGCGG-3'), ITS4 (5'-AACATGCGTGAGATTGTAAGT-3') primer set을 사용하였고 전기영동으로 확인 후 염기서열을 분석하였다.
- 0)로 침출 여과 후 ICP-OES(Intergra XMP, GBC, Braeside, Australia)를 이용하여 분석하였다. 유기물 분석은 토양 0.25 g을 취해 900℃에서 태워 Automatic Carbon/Nitrogen Analyzer (Vario MAX CN, Hanau, Germany)로 분석하였다.
- 인삼 재작지의 뿌리썩음 병원균의 오염 정도를 조사하기 위해 2013년 5월 상순경 토양시료 채취 농가포장에서 생육중인 4년생 인삼을 채취하여 병원균의 감염 여부를 조사하였다. 채집한 인삼을 멸균증류수로 깨끗이 씻은 후 이병 조직을 잘라 1% sodium hypochlorite에서 2분간 표면 살균하였다.
- 5 m, 폭 4 m)로 옮긴 다음 윤작물별 표준재배법에 따라 5월 중순부터 파종 또는 육묘한 묘를 이식하여 2013년 10월까지 재배하였으며, 시험포트는 6반복이었다. 재작지 토양에서 뿌리썩음병 발생을 증가시키고 윤작물의 생육을 촉진하기 위해 무기성분 함량이 높은 가축분퇴비 (돈분 30%, 톱밥 40%, 수피 30%)를 추비하였는데, 6월 하순경 가축분퇴비를 모든 윤작물에 포트당 1 ℓ씩 추비로 시용하였으며, 퇴비의 무기성분 함량은 Table 1과 같다. 모든 윤작물은 개화기 때 예취하여 3 ㎝ 미만으로 잘게 자른 다음 토양에 다시 섞어 주었다.
- 인삼 재작지의 뿌리썩음 병원균의 오염 정도를 조사하기 위해 2013년 5월 상순경 토양시료 채취 농가포장에서 생육중인 4년생 인삼을 채취하여 병원균의 감염 여부를 조사하였다. 채집한 인삼을 멸균증류수로 깨끗이 씻은 후 이병 조직을 잘라 1% sodium hypochlorite에서 2분간 표면 살균하였다. 표면 살균한 이병 조직은 멸균수로 3회 세척하고 멸균된 여과지 (Whatman No.
대상 데이터
- 충북 충주시 살미면에서 연작장해 발생이 심한 농가포장을 선정하고 2013년 5월 상순에 토양시료를 채취하여 본 시험에 사용하였다. 선정된 농가포장은 10년 주기로 총 3회 인삼을 재배한 포장으로 토양시료 채취 당시 농가포장에는 4년생 인삼이 재배되고 있었는데, 결주율이 75%로 매우 높아 연작장해 발생이 심하였다. 토양시료를 이용하여 시험포트를 제작하였는데, 포트는 직경 25 ㎝, 높이 30 ㎝의 원형 플라스틱 포트를 이용하였다.
- 인삼 재작지 토양으로 제작한 시험포트를 비닐하우스 (높이 3.5 m, 폭 4 m)로 옮긴 다음 윤작물별 표준재배법에 따라 5월 중순부터 파종 또는 육묘한 묘를 이식하여 2013년 10월까지 재배하였으며, 시험포트는 6반복이었다. 재작지 토양에서 뿌리썩음병 발생을 증가시키고 윤작물의 생육을 촉진하기 위해 무기성분 함량이 높은 가축분퇴비 (돈분 30%, 톱밥 40%, 수피 30%)를 추비하였는데, 6월 하순경 가축분퇴비를 모든 윤작물에 포트당 1 ℓ씩 추비로 시용하였으며, 퇴비의 무기성분 함량은 Table 1과 같다.
- 충북 충주시 살미면에서 연작장해 발생이 심한 농가포장을 선정하고 2013년 5월 상순에 토양시료를 채취하여 본 시험에 사용하였다. 선정된 농가포장은 10년 주기로 총 3회 인삼을 재배한 포장으로 토양시료 채취 당시 농가포장에는 4년생 인삼이 재배되고 있었는데, 결주율이 75%로 매우 높아 연작장해 발생이 심하였다.
- 선정된 농가포장은 10년 주기로 총 3회 인삼을 재배한 포장으로 토양시료 채취 당시 농가포장에는 4년생 인삼이 재배되고 있었는데, 결주율이 75%로 매우 높아 연작장해 발생이 심하였다. 토양시료를 이용하여 시험포트를 제작하였는데, 포트는 직경 25 ㎝, 높이 30 ㎝의 원형 플라스틱 포트를 이용하였다.
데이터처리
- 2년생 인삼의 지상부 생육은 7월 하순에 조사하였고 지하부생육 및 뿌리썩음병 이병주율은 10월 하순에 조사하였다. 통계처리는 SAS (Statistical Analysis System 9.2, SAS Institute Inc., Cary, NC, USA) 통계 프로그램을 이용하여 처리간의 평균값을 5% 유의수준에서 최소유의차검정 (Least Significant Difference) 방법으로 비교 분석하였다.
이론/모형
- 음건한 토양을 2 ㎜ 체로 쳐서 분석시료로 사용하였다. pH와 EC는 초자전극법으로 분석하였다. 질산태질소는 2M KCl에 침출여과 후 Auto analyzer (CFA, Norderstedt, Germany)로 분석하였고 유효인산은 Lancaster법 (NIAST, 2000), 치환성 양이온은 1-N NH4OAc (pH 7.
- pH와 EC는 초자전극법으로 분석하였다. 질산태질소는 2M KCl에 침출여과 후 Auto analyzer (CFA, Norderstedt, Germany)로 분석하였고 유효인산은 Lancaster법 (NIAST, 2000), 치환성 양이온은 1-N NH4OAc (pH 7.0)로 침출 여과 후 ICP-OES(Intergra XMP, GBC, Braeside, Australia)를 이용하여 분석하였다. 유기물 분석은 토양 0.
성능/효과
- 초장은 윤작물 재배에 따라 증가되거나 감소되었는데, 들깨, 고구마, 파, 옥수수, 수단그라스, 네마장황, 적겨자에서 증가되었고 황기, 청갓, 더덕, 도라지에서 감소되었다. 경장은 들깨, 고구마, 무, 적겨자, 치커리에서 증가되었고 감초, 청갓, 황기, 콩에서 감소되었다. 엽장과 엽폭은 파, 감초, 들깨, 콩, 수단그라스에서 증가하였고 황기, 도덕, 도라지, 무에서 감소하였다.
- 마그네슘 함량은 적겨자, 청갓, 무, 도라지에서는 약간 감소되고 나머지 윤작물은 모두 증가되었는데, 수단그라스, 들깨, 치커리 등에서 증가폭이 컸다. 나트륨 함량은 청갓, 적겨자, 땅콩, 파에서 약간 감소되고 도라지, 네마장황, 무에서는 큰 변화가 없었으며, 나머지 윤작물은 모두 증가되었는데, 특히 치커리, 들깨, 수단그라스, 고구마 등에서 증가폭이 컸다.
- 칼슘 함량은 적겨자, 무를 제외하고 나머지 윤작물 모두에서 증가되었는데, 수단그라스, 들깨, 콩 등에서 증가폭이 컸으나 칼륨보다 그 증가폭이 크지 않았다. 마그네슘 함량은 적겨자, 청갓, 무, 도라지에서는 약간 감소되고 나머지 윤작물은 모두 증가되었는데, 수단그라스, 들깨, 치커리 등에서 증가폭이 컸다. 나트륨 함량은 청갓, 적겨자, 땅콩, 파에서 약간 감소되고 도라지, 네마장황, 무에서는 큰 변화가 없었으며, 나머지 윤작물은 모두 증가되었는데, 특히 치커리, 들깨, 수단그라스, 고구마 등에서 증가폭이 컸다.
- 인삼 재작지 토양에서 윤작물 1년 재배 후 묘삼을 이식하여 2년생 인삼의 생육특성을 조사한 결과 (Table 4) 지상부 생존율, 경장, 주당근중은 윤작물 재배에 따라 변이폭이 컸으나 초장, 엽장, 엽폭은 상대적으로 변이폭이 작았다. 뿌리썩음병에 유의적인 효과를 보인 네마장황, 상추, 파, 열무, 치커리의 경우 초장, 엽장, 엽폭은 무처리와 비교하여 모두 유의성이 인정되지 않았는데, 경장은 열무에서, 근중은 치커리에서, 지상부 생존율은 네마장황에서만 무처리와 비교하여 유의성이 인정되었다.
- 뿌리썩음병에 이병된 인삼에서 병원균을 분리 동정한 결과(Table 2) Fusarium solani 53.2%, Cylindrocarpon destructans 37.7%, 기타 동정할 수 없는 곰팡이 10.1%가 감염되어 있었다. 인삼의 연작장해를 일으키는 주원인이 되는 뿌리썩음병 병원균은 C.
- 시험포트에 재배한 윤작물은 수단그라스 (Sorghum sudanense Staff), 고구마 (Ipomoea batatas L.), 땅콩(Arachis hypogaea L.), 콩 (Glycine max L.), 들깨 (Perilla frutescens var. japonica Hara), 황기 (Astragalus mongholicus Bunge), 더덕 (Codonopsis lanceolata Siebold), 도라지(Platycodon grandiflorum A. DC.), 감초 (Glycyrrhiza uralensis Fisch), 네마장황 (Crotalaria juncea L.), 적겨자(Brassica juncea L.), 청갓 (Brassica juncea Czern), 고추(Capsicum annuum L.), 상추 (Lactuca sativa L.), 옥수수(Zea mays L.), 파 (Allium fistulosum L.), 열무 (Raphanus sativus L.), 치커리 (Cichorium intybus L.) 등 18종 이었다.
- 토양산도는 윤작물 재배에 따라 변이폭이 작았는데, 땅콩과 콩을 제외하고 대체로 무처리와 비슷하거나 약간 증가되는 특징을 보였다. 염류농도는 윤작물 재배에 따라 변이폭이 상당히 컸는데, 적겨자에서만 감소를 보였고 나머지 윤작물에서는 모두 뚜렷이 증가되었으며, 특히 콩, 네마장황, 땅콩, 수단그라스, 고추에서 증가폭이 컸다. 일반적으로 윤작물을 재배하면 토양의 염류농도는 감소하는데 (Lee et al.
- 경장은 들깨, 고구마, 무, 적겨자, 치커리에서 증가되었고 감초, 청갓, 황기, 콩에서 감소되었다. 엽장과 엽폭은 파, 감초, 들깨, 콩, 수단그라스에서 증가하였고 황기, 도덕, 도라지, 무에서 감소하였다. 지상부 생존율은 들깨, 고구마, 수단그라스, 네마장황, 옥수수에서 뚜렷이 증가하였고 감초, 황기, 파에서 감소되었다.
- 위 결과를 요약해 보면 윤작물 재배로 인한 가축분퇴비의 시용과 윤작물의 토양 혼입으로 토양의 무기성분 함량은 증가되었는데, 과용 시 인삼 생육에 부정적인 영향을 미치는 EC, NO3, P2O5, K 함량은 수단그라스, 땅콩, 콩, 네마장황, 고추 재배 시 크게 증가되었으므로 예정지 관리시 윤작물 선정에 주의가 필요할 것으로 생각된다.
- , 1989), 본 실험에서는 식물체를 다시 토양에 혼입하여 환원시켰기 때문에 염류농도가 증가된 것으로 생각된다. 유기물 함량도 적겨자를 제외하고 모든 윤작물에서 증가되었는데, 수단그라스, 들깨, 콩 등에서 증가폭이 매우 컸다.
- 윤작물 재배후 토양화학성과 인삼 뿌리썩음병 발생율과의 상관관계를 분석해 보면 (Table 5) 인삼의 건전주 비율은 질산태질소와 부의 상관을 보였고 나트륨 함량과 정의 상관을 보여 대체로 질산태질소 함량이 많으면 건전주 비율이 낮아져 뿌리썩음병 발생이 많아지고, 나트륨 함량이 많으면 건전주 비율은 높아져 뿌리썩음병 발생이 적어지는 특징을 보였으나 모두 유의성은 인정되지 않았다. Cho 등 (1997)는 질소원의 첨가는 인삼 뿌리썩음병 생장을 촉진한다고 하였고 Lee 등(1985)도 질산태질소는 인삼의 결주율을 증가시켰다고 하여 본실험과 비슷한 결과를 보고하였다.
- 인삼 재작지 토양에서 윤작물 1년 재배 후 묘삼을 이식하여 2년생 인삼의 뿌리썩음병 발생 정도를 조사한 결과 (Fig. 1) 뿌리썩음병에 감염되지 않은 건전주 비율은 무처리가 7.8%로 낮은 반면 치커리 40.0%, 상추 31.1%, 열무 31.1%, 네마장황 24.4%, 파 22.2% 로 높아 인삼의 뿌리썩음병 발생 억제에 효과가 있었다.
- 인삼 재작지 토양에서 윤작물 1년 재배 후 묘삼을 이식하여 2년생 인삼의 생육특성을 조사한 결과 (Table 4) 지상부 생존율, 경장, 주당근중은 윤작물 재배에 따라 변이폭이 컸으나 초장, 엽장, 엽폭은 상대적으로 변이폭이 작았다. 뿌리썩음병에 유의적인 효과를 보인 네마장황, 상추, 파, 열무, 치커리의 경우 초장, 엽장, 엽폭은 무처리와 비교하여 모두 유의성이 인정되지 않았는데, 경장은 열무에서, 근중은 치커리에서, 지상부 생존율은 네마장황에서만 무처리와 비교하여 유의성이 인정되었다.
- 지상부 생존율은 들깨, 고구마, 수단그라스, 네마장황, 옥수수에서 뚜렷이 증가하였고 감초, 황기, 파에서 감소되었다. 주당근중은 수단그라스와 고구마에서 증가되었고 나머지 윤작물에서는 모두 감소되었는데, 특히 감초, 도라지, 치커리, 더덕에서 뚜렷이 감소하였다. 인삼에서 지상부 생존율이 높으면 광합성을 할 수 있는 잎을 오랫동안 유지할 수 있어 근중비대에 유리한데 (Kim et al.
- 엽장과 엽폭은 파, 감초, 들깨, 콩, 수단그라스에서 증가하였고 황기, 도덕, 도라지, 무에서 감소하였다. 지상부 생존율은 들깨, 고구마, 수단그라스, 네마장황, 옥수수에서 뚜렷이 증가하였고 감초, 황기, 파에서 감소되었다. 주당근중은 수단그라스와 고구마에서 증가되었고 나머지 윤작물에서는 모두 감소되었는데, 특히 감초, 도라지, 치커리, 더덕에서 뚜렷이 감소하였다.
- 질산태질소 함량은 윤작물 재배에 따라 변이폭이 가장 컸는데, 모든 윤작물에서 증가되었다. 특히 네마장황, 콩, 땅콩 등 두과작물에서 크게 증가되었는데, 이는 식물체의 질소함량이 높기 때문으로 생각된다 (Seo and Lee, 2005).
- 초장은 윤작물 재배에 따라 증가되거나 감소되었는데, 들깨, 고구마, 파, 옥수수, 수단그라스, 네마장황, 적겨자에서 증가되었고 황기, 청갓, 더덕, 도라지에서 감소되었다. 경장은 들깨, 고구마, 무, 적겨자, 치커리에서 증가되었고 감초, 청갓, 황기, 콩에서 감소되었다.
- 치환성 양이온 중에서 칼륨 함량은 윤작물 재배에 따라 크게 증가되었는데, 치커리, 콩, 수단그라스, 네마장황 등에서 증가폭이 매우 컸다. 칼륨은 가축분 퇴비에 많이 함유되어 있으며, 칼륨 함량이 높으면 K/Mg의 균형이 깨져 인삼에서 황증 발생의 원인이 되므로 사용량 등에 주의가 필요하다 (Lee et al.
- , 2013). 칼슘 함량은 적겨자, 무를 제외하고 나머지 윤작물 모두에서 증가되었는데, 수단그라스, 들깨, 콩 등에서 증가폭이 컸으나 칼륨보다 그 증가폭이 크지 않았다. 마그네슘 함량은 적겨자, 청갓, 무, 도라지에서는 약간 감소되고 나머지 윤작물은 모두 증가되었는데, 수단그라스, 들깨, 치커리 등에서 증가폭이 컸다.
- 토양화학성분 중에서 질산태질소, 나트륨, 인산의 함량은 변이계수가 매우 커 윤작물 재배에 따라 큰 변화를 보였으나 토양산도, 칼슘, 마그네슘은 변이 계수가 작아 함량의 변화가 크지 않았다. 토양 pH는 처리 간에 유의성이 없었으며, 뿌리썩음병에 유의적인 효과를 보인 네마장황, 상추, 파, 열무, 치커리의 경우 EC, OM, NO3, P2O5, K, Ca는 무처리와 비교하여 모두 유의성이 인정되었으나 Mg은 네마장황과 치커리에서만 유의성이 인정되었고 Na은 상추와 파에서만 유의성이 인정되었다. 토양산도는 윤작물 재배에 따라 변이폭이 작았는데, 땅콩과 콩을 제외하고 대체로 무처리와 비슷하거나 약간 증가되는 특징을 보였다.
- 토양 pH는 처리 간에 유의성이 없었으며, 뿌리썩음병에 유의적인 효과를 보인 네마장황, 상추, 파, 열무, 치커리의 경우 EC, OM, NO3, P2O5, K, Ca는 무처리와 비교하여 모두 유의성이 인정되었으나 Mg은 네마장황과 치커리에서만 유의성이 인정되었고 Na은 상추와 파에서만 유의성이 인정되었다. 토양산도는 윤작물 재배에 따라 변이폭이 작았는데, 땅콩과 콩을 제외하고 대체로 무처리와 비슷하거나 약간 증가되는 특징을 보였다. 염류농도는 윤작물 재배에 따라 변이폭이 상당히 컸는데, 적겨자에서만 감소를 보였고 나머지 윤작물에서는 모두 뚜렷이 증가되었으며, 특히 콩, 네마장황, 땅콩, 수단그라스, 고추에서 증가폭이 컸다.
- 일반적으로 나트륨 함량이 높아지면 토양염류농도가 상승하여 인삼뿌리썩음병 발생이 증가할 것으로 예상되었으나 본 실험에서는 정반대의 결과를 보였으므로 금후 나트륨 함량과 인삼 뿌리썩음병 발생과의 관계에 대해서는 더 자세한 검토가 요망된다. 토양의 이화학성 중에서 질산태질소는 칼륨과 고도로 유의한 정의 상관을 보였고 나트륨은 마그네슘과 고도로 유의한 정의 상관을 보였다.
- 인삼 재작지 토양에서 윤작물 재배 후 토양에 혼입하여 토양화학성의 변화를 조사한 결과는 Table 3과 같다. 토양화학성분 중에서 질산태질소, 나트륨, 인산의 함량은 변이계수가 매우 커 윤작물 재배에 따라 큰 변화를 보였으나 토양산도, 칼슘, 마그네슘은 변이 계수가 작아 함량의 변화가 크지 않았다. 토양 pH는 처리 간에 유의성이 없었으며, 뿌리썩음병에 유의적인 효과를 보인 네마장황, 상추, 파, 열무, 치커리의 경우 EC, OM, NO3, P2O5, K, Ca는 무처리와 비교하여 모두 유의성이 인정되었으나 Mg은 네마장황과 치커리에서만 유의성이 인정되었고 Na은 상추와 파에서만 유의성이 인정되었다.
후속연구
- 위 결과를 종합해 보면 재작지에서 윤작물 재배에 따라 들깨, 고구마, 수단그라스, 파 등은 인삼 생육을 촉진하였고 황기, 더덕, 도라지, 감초, 콩 등은 인삼 생육을 억제하였는데, 향후 이와 같은 작물의 재배에 따른 토양이화학성의 변화와 생육억제물질 (alleochemicals)에 대한 자세한 연구가 필요할 것으로 생각된다.
- Cho 등 (1997)는 질소원의 첨가는 인삼 뿌리썩음병 생장을 촉진한다고 하였고 Lee 등(1985)도 질산태질소는 인삼의 결주율을 증가시켰다고 하여 본실험과 비슷한 결과를 보고하였다. 일반적으로 나트륨 함량이 높아지면 토양염류농도가 상승하여 인삼뿌리썩음병 발생이 증가할 것으로 예상되었으나 본 실험에서는 정반대의 결과를 보였으므로 금후 나트륨 함량과 인삼 뿌리썩음병 발생과의 관계에 대해서는 더 자세한 검토가 요망된다. 토양의 이화학성 중에서 질산태질소는 칼륨과 고도로 유의한 정의 상관을 보였고 나트륨은 마그네슘과 고도로 유의한 정의 상관을 보였다.
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