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문제 정의
- 본 연구에서는 경제림 육성 수종이면서 시비량과 원소비율에 반응이 다른 물푸레나무, 들메나무, 잣나무, 전나무 묘목을 대상으로 단일원소비료인 질소, 인, 칼륨 처리와 NPK 복합비료 처리량에 따른 생장 및 양분변화를 양분벡터분석을 통해 정량적으로 비교하여, 수종에 맞는 적절한 시비방법을 제시하고자 하였다.
제안 방법
- 묘목 식재 2주 후에 묘고와 근원경을 측정하였다. 근원경은 지상으로부터 1 cm 높이에서 측정하였으며, 측정한 자리에 흰 페인트로 표시하여 이후에도 같은 위치를 측정할 수 있도록 하였다.
- 기존에 묘포장으로 이용된 포지를 깊게(45 cm) 경운한 후에 1 m×20 m의 묘상을 동서로 배치하였다.
- 실험 기간 동안 연 3회 잡초를 제거하였다. 묘목 식재 2주 후에 묘고와 근원경을 측정하였다. 근원경은 지상으로부터 1 cm 높이에서 측정하였으며, 측정한 자리에 흰 페인트로 표시하여 이후에도 같은 위치를 측정할 수 있도록 하였다.
- 묘목 식재 4주 후에 비료를 주지 않은 대조구를 포함하여 일곱 가지 비료를 처리하였다(Table 2). 주요 원소의 효과를 알아보기 위하여 질소(N), 인(P), 칼륨(K)이 주성분인 단일비료 3가지 처리와 처리량의 효과를 알아보기 위하여 복합비료인 NPK 혼합비료를 기존 시비(2x)를 기준으로 50% 처리(1x), 2배 처리(4x) 하였다.
- 묘상 위에는 1 m×1 m 크기의 조사구를 만들고, 조사구 사이에는 100 cm 이상 거리를 두어 완충역할과 동시에 작업로로 이용하였다. 묘목 식재 전 토양의 토성과 화학성을 분석하기 위해 무작위로 2 지점을 선정하고 0~10 cm와 10~30 cm 깊이의 토양 시료를 채취하여 아래의 토양분석 방법으로 분석하였다.
- 비료를 묘목과 묘목 사이에 흩어뿌림 방식으로 처리하였고 모든 처리는 3회 반복을 포지에 무작위로 배치하였다(4수종×7 비료처리×3 반복=84시험구).
- 비료주기 처리에 따른 생장반응을 측정하기 위해 비료 주기 처리 20주 후에 4수종을 대상으로 묘고와 근원경을 측정하였다. 지상부와 지하부의 물질량 생장 측정은 물푸레나무와 들메나무를 대상으로 하였으며, 가장자리 효과를 제거하기 위하여 시험구의 가장자리 2줄을 제외하고 안쪽 중심부에서 임의로 6본을 선정하여 굴취하였다.
- 굴취된 묘목은 흐르는 물로 3번 이상 씻어 뿌리 표면의 흙을 제거하였다. 씻은 묘목을 잎, 줄기, 뿌리로 나누어 65℃의 항온기에서 1주일간 건조시킨 후 부위별 건중량을 측정하였다.
- 양분 N, P, K 농도를 측정하기 위해 건조한 식물체를 부위별로 나누어 Wiley mill로 곱게 간 후, H2SO4와 HClO4혼합용액을 이용하여 Block digestor(BD-46, Lachat INS., USA) 방법으로 유기물을 분해하였다. 전처리를 마친 시료는 Automated Ion Anlyzer(Quik Chem AE, Lachat Ins.
- , USA) 방법으로 유기물을 분해하였다. 전처리를 마친 시료는 Automated Ion Anlyzer(Quik Chem AE, Lachat Ins., USA)를 이용해 식물체 N, P 농도를 측정하였고, Atomic Absorption Spectrometer를 이용해 식물체 K 농도를 측정하였다.
- 묘목 식재 4주 후에 비료를 주지 않은 대조구를 포함하여 일곱 가지 비료를 처리하였다(Table 2). 주요 원소의 효과를 알아보기 위하여 질소(N), 인(P), 칼륨(K)이 주성분인 단일비료 3가지 처리와 처리량의 효과를 알아보기 위하여 복합비료인 NPK 혼합비료를 기존 시비(2x)를 기준으로 50% 처리(1x), 2배 처리(4x) 하였다.
- 전질소는 1 g의 토양시료를 Micro-Kjeldahl 법으로 측정하였고, 유효인산(P2O5)은 Lancaster 법을 이용하였다. 치환성 양이온 K+, Ca2+, Mg2+, Na+은 1 N의 NH4OAc을 이용해 추출한 뒤 Atomic Absorption Spectrometer(AA280FS, Varian, USA)를 사용해 측정하였다. 양이온치환능력(CEC)은 1 N의 HN4OAc와 CH3COOH용액으로 양이온을 추출한 후 Brown 법으로 측정하였다.
- 토성 및 양분분석을 위해 묘목 굴취 전에 토양시료를 채취하였다. 처리당 모든 시험구의 0~10 cm 깊이에서 토양 100 g씩을 채취한 뒤 섞어 하나의 시료를 만들었다.
대상 데이터
- 들메나무 묘목은 강원도 정선의 정선 양묘사업소, 잣나무 묘목은 강원도 양구의 사설 묘포장에서 생산되었다. 물푸레나무와 들메나무는 2006년 봄에 파종한 1년생 묘목, 잣나무는 2005년 봄에 파종한 2년생 묘목을 이용하였다. 전나무는 2004년 봄에 파종한 후, 2년생이 되는 2006년에 옮겨 심은 2-1년생 묘목을 이용하였다.
- 물푸레나무와 전나무의 묘목은 경기도 양평의 용문묘 포장에서 생산되었다. 들메나무 묘목은 강원도 정선의 정선 양묘사업소, 잣나무 묘목은 강원도 양구의 사설 묘포장에서 생산되었다.
- 본 연구는 경기도 양평에 위치한 산림청 용문양묘사업소(경기도 양평군 용문면 어수길 91)에서 이루어졌다. 이 지역의 평균기온은 11.
- 물푸레나무와 들메나무는 2006년 봄에 파종한 1년생 묘목, 잣나무는 2005년 봄에 파종한 2년생 묘목을 이용하였다. 전나무는 2004년 봄에 파종한 후, 2년생이 되는 2006년에 옮겨 심은 2-1년생 묘목을 이용하였다.
- 비료주기 처리에 따른 생장반응을 측정하기 위해 비료 주기 처리 20주 후에 4수종을 대상으로 묘고와 근원경을 측정하였다. 지상부와 지하부의 물질량 생장 측정은 물푸레나무와 들메나무를 대상으로 하였으며, 가장자리 효과를 제거하기 위하여 시험구의 가장자리 2줄을 제외하고 안쪽 중심부에서 임의로 6본을 선정하여 굴취하였다. 굴취된 묘목은 흐르는 물로 3번 이상 씻어 뿌리 표면의 흙을 제거하였다.
데이터처리
- 수종별 처리에 따른 수고와 근원경, 지상부와 지하부의 바이오매스 생장은 Tukey의 다중비교검정(Tukey’s multiple comparison tests)을 이용하여 유의수준 5%에서 통계 분석하였다.
이론/모형
- 치환성 양이온 K+, Ca2+, Mg2+, Na+은 1 N의 NH4OAc을 이용해 추출한 뒤 Atomic Absorption Spectrometer(AA280FS, Varian, USA)를 사용해 측정하였다. 양이온치환능력(CEC)은 1 N의 HN4OAc와 CH3COOH용액으로 양이온을 추출한 후 Brown 법으로 측정하였다.
- 토성은 30℃에서 hydrometer 법을 사용하여 측정하였다. 유기물 함량은 Tyurin 법으로 측정하였으며, 토양산도(pH)는 10 g의 토양을 증류수에 1:5 비율로 희석하여 측정하였다. 전질소는 1 g의 토양시료를 Micro-Kjeldahl 법으로 측정하였고, 유효인산(P2O5)은 Lancaster 법을 이용하였다.
- 유기물 함량은 Tyurin 법으로 측정하였으며, 토양산도(pH)는 10 g의 토양을 증류수에 1:5 비율로 희석하여 측정하였다. 전질소는 1 g의 토양시료를 Micro-Kjeldahl 법으로 측정하였고, 유효인산(P2O5)은 Lancaster 법을 이용하였다. 치환성 양이온 K+, Ca2+, Mg2+, Na+은 1 N의 NH4OAc을 이용해 추출한 뒤 Atomic Absorption Spectrometer(AA280FS, Varian, USA)를 사용해 측정하였다.
- 처리에 따른 생장과 양분변화를 설명하기 위해 물질량을 측정한 물푸레나무와 들메나무을 대상으로 수정된 양분벡터분석(Haase and Rose, 1995; Timmer, 1996)을 적용하였다(Figure 1). 양분벡터분석에 대한 해석은 다음과 같다.
- 토성은 30℃에서 hydrometer 법을 사용하여 측정하였다. 유기물 함량은 Tyurin 법으로 측정하였으며, 토양산도(pH)는 10 g의 토양을 증류수에 1:5 비율로 희석하여 측정하였다.
성능/효과
- 들메나무는 복합비료 처리량이 증가함에 따라 지상부 물질량이 유의하게 증가하였고(P=0.01), 단일원소비료 처리 중 질소 시비 처리에서 높은 생장량을 보였다(Figure 3(b)). 지하부 물질 생장량은 대조에 비해 4x처리에서 1.
- 02)를 제외하고 다른 수종에서 유의한 차이가 없었다(Figure 2). 들메나무의 근원경 생장은 4x처리에서 가장 높았고, 인 처리에서 낮은 생장을 보였다. 수고와 근원경의 비율은 잣나무가 높고 다른 수종이 낮았지만, 비료 종류와 복합비료 처리량에 따른 경향이 없었다(Figure 2).
- 단일원소비료 처리에서는 질소에 대한 반응이 가장 높았다. 들메나무의 수고생장은 복합비료 처리량이 증가할수록 유의한 증가를 보였으며, 물푸레나무처럼 단일원소비료 처리에서는 질소에 대한 반응이 가장 높았다. 시비 처리에 따른 근원경 생장은 들메나무(P=0.
- 들메나무의 질소, 인, 칼륨 농도는 처리에 따라 다양한 반응을 보였는데, 질소, 인, 칼륨의 단일비료 처리는 건중량의 증가 없이 질소 함량을 감소시키는 “체내이동” 현상을 보였고, 이것은 인 처리에서 크게 나타났다.
- 이는 물푸레나무와 들메나무가 같은 속(family)으로 비슷한 생리 · 생태적 특징을 보이지만 주요 양분을 흡수하는 정도가 다름을 나타내며, 이것은 수종에 따른 정밀한 시비기준 정립이 필요함을 시사한다. 물푸레나무 식물체 내 질소의 경우, 흡수한 양분보다 생장이 더 증가하여 기존의 시비량보다 많은 양의 시비도 가능할 것으로 보인다. 들메나무는 단일원소비료보다는 복합비료 시비량이 증가할수록 생장이 뚜렷하게 증가하였으므로, 복합비료의 사용량 증가도 가능한 것으로 판단된다.
- 본 연구는 식물체의 생장과 같은 형태적 특성과 함께 양분벡터분석을 실시하여 수종에 따라 비료 종류와 시비량을 다르게 적용해야 함을 보여주고 있다. 물푸레나무와 들메나무는 단일원소비료보다는 기존 시비량보다 많은 양의 NPK복합비료를 시비하는 것이 요구되지만 잣나무와 전나무는 시비량과 시비 비율에 큰 영향을 받지 않았다. 이는 토양조건과 수종에 적합한 비료종류와 시비량 기준 정립을 통해 우량한 묘목을 생산할 수 있을 뿐만 아니라 적합하지 않은 시비에 의해 발생할 수 있는 토양 및 주변지역 수질 저하를 방지하면서 조림비용을 절감시킬 수 있음을 보여주고 있다.
- 42)의 수고 생장에는 영향을 주지 못했다(Figure 2). 물푸레나무의 수고생장은 복합비료 2x와 4x처리에서 가장 높았으며, 무처리에서 가장 낮았다. 단일원소비료 처리에서는 질소에 대한 반응이 가장 높았다.
- 수목은 농작물에 비해 비료시비에 대한 반응이 느리지만, 초기 생장 단계에서는 수목의 반응이 빠르다. 본 연구에서 활엽수종인 물푸레나무와 들메나무는 단일비료 및 복합비료 처리에 따른 반응을 보였으나, 잣나무와 전나무는 유의한 반응을 보이지 않았다. Park et al.
- 묘목 식재는 하루 안에 이루어졌고, 식재 후 충분히 관수하였다. 시험지 토양은 사양토이며, pH는 5.3으로 일반적인 묘포토양의 특성을 보였다(Table 1).
- 식물체내 질소와 인의 벡터분석 결과처럼 칼륨의 경우에도 단일원소비료 질소와 인 처리는 약한 “체내이동” 현상을 보였으며, 1x처리는 강한 “양분희석” 현상을 보였다.
- 비료를 묘목과 묘목 사이에 흩어뿌림 방식으로 처리하였고 모든 처리는 3회 반복을 포지에 무작위로 배치하였다(4수종×7 비료처리×3 반복=84시험구). 식재 후 4주 동안 3일 간격으로 관수하였고, 그 후 건조 시에 충분히 관수하였다. 실험 기간 동안 연 3회 잡초를 제거하였다.
- 38). 처리에 따른 지상부와 지하부 물질량 분배는 대조구, 칼륨, 인 처리에서 22% 높고, 나머지 처리에서 12% 낮은 경향을 보였다(P=0.10).
- 55; Figure 3(a)). 처리에 따른 지상부와 지하부 물질량 분배는 유의적인 차이가 없었지만(P= 0.15), 대조구와 1x처리에서 11% 높고, 2x처리에서 25% 낮은 경향을 보였다.
- 2 범위였고, 대체로 시비량이 증가할수록 pH는 감소하는 경향을 보였다. 총질소량과 치환성 칼륨은 수종과 시비처리에 따른 차이가 적었고, 가용성 인은 전나무를 제외하고 대조구에 비해 복합비료 처리에 의해 증가하는 경향을 보였다. 치환성 칼슘과 마그네슘은 질소처리 또는 복합비료 처리(2x 또는 4x)에서 가장 낮은 값을 보였다(Table 4).
- 이 연구에서는 수종, 비료종류, 시비량 조합 조사구별로 3반복 토양 샘플링 후에 혼합하여 하나의 샘플을 분석하였기 때문에 통계적인 분석은 할 수 없었다. 토양 pH는 5.5~6.2 범위였고, 대체로 시비량이 증가할수록 pH는 감소하는 경향을 보였다. 총질소량과 치환성 칼륨은 수종과 시비처리에 따른 차이가 적었고, 가용성 인은 전나무를 제외하고 대조구에 비해 복합비료 처리에 의해 증가하는 경향을 보였다.
- 토양 특성은 수종에 따른 차이보다는 비료종류와 시비수준에 따른 변화를 보였다(Table 4). 이 연구에서는 수종, 비료종류, 시비량 조합 조사구별로 3반복 토양 샘플링 후에 혼합하여 하나의 샘플을 분석하였기 때문에 통계적인 분석은 할 수 없었다.
후속연구
- 본 연구는 식물체의 생장과 같은 형태적 특성과 함께 양분벡터분석을 실시하여 수종에 따라 비료 종류와 시비량을 다르게 적용해야 함을 보여주고 있다. 물푸레나무와 들메나무는 단일원소비료보다는 기존 시비량보다 많은 양의 NPK복합비료를 시비하는 것이 요구되지만 잣나무와 전나무는 시비량과 시비 비율에 큰 영향을 받지 않았다.
- 토양 특성은 수종에 따른 차이보다는 비료종류와 시비수준에 따른 변화를 보였다(Table 4). 이 연구에서는 수종, 비료종류, 시비량 조합 조사구별로 3반복 토양 샘플링 후에 혼합하여 하나의 샘플을 분석하였기 때문에 통계적인 분석은 할 수 없었다. 토양 pH는 5.
- (2013)은 물푸레나무는 식물생장과 식물체양분함량은 증가하였지만 양분농도는 증가하지 않는 “양분결핍” 현상을, 들메나무는 본 연구와 동일한 “양분희석” 현상을 보였다고 보고하였다. 이처럼 양분벡터분석은 식물체의 건중량, 양분 농도, 흡수 양분량 변화를 동시에 분석할 수 있어 수종에 따른 비료의 종류와 시비량을 규명할 때 유용하게 활용될 수 있을 것이다.
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