[논문]사과 유기재배 시 무기성분 함량과 수체생장과 피해에 미치는 영향

최현석; 정석규

doi:10.11625/kjoa.2017.25.3.587

[국내논문] 사과 유기재배 시 무기성분 함량과 수체생장과 피해에 미치는 영향
Effect of Mineral Nutrient Contents and Growth on the Damages of Organic Apple Trees 원문보기

韓國有機農業學會誌 = Korean journal of organic agriculture, v.25 no.3, 2017년, pp.587 - 602

최현석 (대구가톨릭대학교 원예학과) , 정석규 (대구가톨릭대학교 원예학과)

초록
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온난다습 한 기후대의 미국 남부지방에서 2008년에 유기인증을 받은 '엔터프라이즈' 사과나무(Malus${\times}$domestica Borkh.)를 대상으로 수체피해[왜콩풍뎅이(Popillia japonica Newman), 설치류, 고사율, 잡초밀도]에 대한 잎과 토양의 무기성분 및 수체생장과의 상관관계를 분석하였다. 과원은 유기질 멀칭 4종류와 비료 3종류를 복합으로 처리하였고, 멀칭은 초생, 종이, 우드칩, 식물성퇴비를 포함하였고, 비료는 무비료, 계분, 상업용 유기질비료를 매년 4월에 수체 주위에 시용하였다. 수체피해인 설치류와 잡초밀도는 무기성분이나 수체생장과는 별다른 상관관계가 관찰되지 않았다. 왜콩풍뎅이에 의한 잎 피해는 식물성퇴비 멀칭구에서 높았고(26.5%), 고사율은 초생멀칭구에서 가장 높았다. 주당 바이오매스 생산량은 우드칩과 식물성퇴비 멀칭구에서 약 3,700 g으로 나머지 처리보다 2배 이상 높게 나타났다. 상관관계분석을 통한 잎의 왜콩풍뎅이 피해율은 토양과 잎의 무기성분이 증가하면 심해지는 경향을 보였고, 영양생장 지표인 주간 단면적과 강한 정의 상관관계($r^2=0.585$)가 관찰되었다. 수체 고사율은 토양 내 무기성분보다는 수체의 무기성분 함량과 수체생장과 부의 상관관계가 관찰되었다. 이에 미국 남부지방 과원에서 시용된 우드칩은 유기물함량을 증가시키고 유목의 건전성을 확보하는 동시에 토양 내의 풍뎅이류 등의 해충과 설치류의 피해 정도를 최소화할 수 있는 지역 맞춤형 피복자재로 판단되었다.

Abstract ▼ AI-Helper

Correlations of soil and leaf nutrients and growth of young 'Enterprise' apple (Malus ${\times}$ domestica Borkh.) trees were analyzed with tree damage, such as Japanese beetle (JB; Popillia japonica Newman)-damaged leaves, vole damage to trunk, tree mortality, and weed density in a certified organic orchard in warm and humid environment of Southern USA. Interaction treatments of four mulch and three fertilizers were applied around trees as follows: mow-and-blow (MB), shredded paper (SP), wood chips (WC), and green compost (GC) as a mulch, with no fertilizer (NF), poultry litter (PL), and commercial organic fertilizer (CF) as a fertilizer applied in April. Vole damage to trunk and weed density were little correlated with mineral nutrients and tree growth. JB-damaged leaves were highly stimulated to 26.5% in GC-treated plots while tree mortality were increased by MB treatments. Biomass production per tree was approximately 3,700 g on the WC- and GC-treated plots, which was two times higher than those values observed on the other two mulch plots. JB-damaged leaves tended to get worse when nutrients in soil and leaf increased through the correlation analysis, with a strong positive relationship ($r^2=0.585$) observed between JB-damaged leaves and trunk cross sectional area, a vegetative indicator. Tree mortality was more negatively associated with nutrient contents and growth of trees than those of soil nutrients. Wood chips was considered for a local organic mulch materials to increase organic matter contents and to produce healthy young trees in Southern USA, with control insect, such as beetle, and vole density in an orchard habitat.

주제어

AI 본문요약
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문제 정의

본 시험은 미국 남부지방의 유기 사과 과원 초기관리를 위하여 기존에 조사된 무기성분과 수체생장 자료를 바탕으로(Choi et al., 2011; McAfee and Rom, 2009) 왜콩풍뎅이와 설치류 피해율 및 고사율, 그리고 잡초 발생율과 상관관계를 분석하여 건전한 수체생장을 위한 최적의 무기성분 함량과 수체상태를 결정하고, 이에 따른 적절한 멀칭재료를 선택하기 위하여 수행되었다.

제안 방법

주요 조사내용은 토양과 식물체의 무기성분 농도 및 함량과 식물체 생장에 따른 잎의 왜콩풍뎅이 피해율, 설치류에 의한 주간 피해율, 수체 고사율, 잡초밀도와의 상관관계를 통계 분석하였다. 잎의 왜콩풍뎅이 피해율, 설치류 피해율, 수체 고사율은 McAfee와 Rom (2009)의 결과를 변형하여 제시하였고, 잡초밀도는 Choi 등(2011)의 결과를 변형하여 제시하였다.
왜콩풍뎅이 피해율은 풍뎅이 활동량이 가장 활발하였던 2008년 8월 중순에 시험수의 30~50 cm 길이의 곁가지를 10개 무작위로 선정하여 왜콩풍뎅이에 의한 잎의 피해가 조금이라도 관찰되면 피해율로 간주하였다. 잡초밀도(%)는 디지털카메라와 소프트 프로그램(SigmaScan Pro, Systat Software Inc.
, 2001). 2009년 1월 26~28일에 빙설폭풍(ice storm, -1℃ 전후)이 발생하였고, 설치류 발생이 확연하게 증가하여 2월 중순에 주간 밑동 부위를 육안으로 확인하여 설치류에 의한 주간 피해율을 조사하였고, 이에 따른 수체 고사율도 조사하였다.
수체피해와 상관관계 분석을 위한 토양화학성 변이 중 유기물함량과 pH 및 EC (electrical conductivity)는 토양 0~10 cm와 10~30 cm 깊이에서 채취한 토양샘플로 분석하였고, 질산태 질소, 인산, 칼륨, 칼슘, 마그네슘 분석은 0~30 cm 깊이에서 채취한 토양을 이용하였다. 토양수분장력은 토양수분장력계를 토양 30 cm 깊이에 삽입하여 6~8월까지 측정한 수치를 이용하였다.

대상 데이터

시험포장은 온난 다습한 기후대에 속한 미국 남부 아칸소대학교 부속농장(위도 36.1 N; 경도 94.1 W; 고도 427 m)에 위치한 곳으로 시험당시 평균 1,269 mm의 누적강수량과 평균 온도는 14℃로 관찰되었다. 재식 전 5년 동안 작물이 심어져 있지 않았던 신규 개간지로 배수가 잘되는 미사질양토이었고, 2005년 봄과 여름에 토양 정지작업과 경운을 실시하였다.
1). 유기질 멀칭은 초생(MB; 탄소 34.5%, 질소 1.7%, 탄질율 20.3), 종이(SP; 탄소 35.5%, 질소 0.2%, 탄질율 177.5), 우드칩(WC; 탄소 28.7%, 질소 0.7%, 탄질율 41.0), 식물성퇴비(GC; 탄소 17.0 %, 질소 1.2%, 탄질율 14.2) 자재를 이용하였다. 시험처리에 이용된 종이는 대학 내의 재활용 종이센터에서 공급받았고, 우드칩과 식물성퇴비는 시청 산하기관에서 무료로 공급받아 시용하였다.
2) 자재를 이용하였다. 시험처리에 이용된 종이는 대학 내의 재활용 종이센터에서 공급받았고, 우드칩과 식물성퇴비는 시청 산하기관에서 무료로 공급받아 시용하였다. 우드칩은 잘게 쪼개진(<10 cm) 다양한 나무 종류로 구성되었고, 식물성 퇴비는 이러한 우드칩을 5개월간 자연적으로 부숙시켜 만들어진 완숙퇴비였다.
멀칭을 한 후에 멀칭표면 위의 수체 주위에 비료를 시용하였다. 비료원은 무비료(NF), 계분(PL; 탄소 27.8%, 질소 1.2%, 탄질율 23.2), 상업용 유기질비료(CF, Nature Safe^Ⓡ, USA; 탄소 33.4%, 질소 5.0%, 탄질율 6.7)로 양분을 공급하였다. 주당 실제 질소 시용량이 50 g이 되도록 계분과 유기질비료를 매년 4월에 시용하였다.
상관관계 분석에 이용된 영양생장 변이는 잎의 무기성분 함량, 수고, 주간 단면적, 바이 오매스 생산량, 평균 엽면적, 비엽중(specific leaf area; SLA), 총 엽수, 총 엽면적, 총 엽건물 중, 꽃 수, 가지 총길이를 포함하였다. 잎의 무기성분 함량은 무기성분 농도×건물중으로 구하였다.
온난다습 한 기후대의 미국 남부지방에서 2008년에 유기인증을 받은 ‘엔터프라이즈’ 사과나무(Malus×domestica Borkh.)를 대상으로 수체피해[왜콩풍뎅이(Popillia japonica Newman), 설치류, 고사율, 잡초밀도]에 대한 잎과 토양의 무기성분 및 수체생장과의 상관관계를 분석하였다. 과원은 유기질 멀칭 4종류와 비료 3종류를 복합으로 처리하였고, 멀칭은 초생, 종이, 우드칩, 식물성퇴비를 포함하였고, 비료는 무비료, 계분, 상업용 유기질비료를 매년 4월에 수체 주위에 시용하였다.

데이터처리

왜콩풍뎅이 피해율은 풍뎅이 활동량이 가장 활발하였던 2008년 8월 중순에 시험수의 30~50 cm 길이의 곁가지를 10개 무작위로 선정하여 왜콩풍뎅이에 의한 잎의 피해가 조금이라도 관찰되면 피해율로 간주하였다. 잡초밀도(%)는 디지털카메라와 소프트 프로그램(SigmaScan Pro, Systat Software Inc., USA)을 이용하여 녹색 수준이 증가하면 잡초밀도가 높아진 것으로 수치화한 결과를 이용하였다(Richardson et al., 2001). 2009년 1월 26~28일에 빙설폭풍(ice storm, -1℃ 전후)이 발생하였고, 설치류 발생이 확연하게 증가하여 2월 중순에 주간 밑동 부위를 육안으로 확인하여 설치류에 의한 주간 피해율을 조사하였고, 이에 따른 수체 고사율도 조사하였다.
각 시험구는 3주로 구성되었고, 1구를 1반복으로 하여 처리 당 6반복을 두어서[1구(3주)×6 반복×12처리=216주] 평균과 표준편차를 산출하였다. 자료 분석은 SAS 프로그램(SAS version 8/2, USA, 2001)을 이용하여 95% 수준에서 Duncan’s New Multiple Range Test로 평균간 유의성 검증을 하였다.
각 시험구는 3주로 구성되었고, 1구를 1반복으로 하여 처리 당 6반복을 두어서[1구(3주)×6 반복×12처리=216주] 평균과 표준편차를 산출하였다. 자료 분석은 SAS 프로그램(SAS version 8/2, USA, 2001)을 이용하여 95% 수준에서 Duncan’s New Multiple Range Test로 평균간 유의성 검증을 하였다. 회귀 분석은 PROC REG (SAS)를 이용하여 선형 회귀와 2차 회귀 분석을 95% 수준에서 유의성 검증을 하였다.
자료 분석은 SAS 프로그램(SAS version 8/2, USA, 2001)을 이용하여 95% 수준에서 Duncan’s New Multiple Range Test로 평균간 유의성 검증을 하였다. 회귀 분석은 PROC REG (SAS)를 이용하여 선형 회귀와 2차 회귀 분석을 95% 수준에서 유의성 검증을 하였다.

이론/모형

토양과 식물체 무기성분은 아칸소 대학교 토양분석센터(University of Arkansas Cooperative Extension Service)에 의뢰하여 분석하였다. 토양 pH와 전기전도도(EC)는 1(시료) : 5(증류수)법으로 측정하였고 유기물 함량은 작열감량방법으로 측정하였다(Schulte and Hopkins, 1996).
토양과 식물체 무기성분은 아칸소 대학교 토양분석센터(University of Arkansas Cooperative Extension Service)에 의뢰하여 분석하였다. 토양 pH와 전기전도도(EC)는 1(시료) : 5(증류수)법으로 측정하였고 유기물 함량은 작열감량방법으로 측정하였다(Schulte and Hopkins, 1996). 질산태 질소는 비색(SKALAR Ltd.
토양 pH와 전기전도도(EC)는 1(시료) : 5(증류수)법으로 측정하였고 유기물 함량은 작열감량방법으로 측정하였다(Schulte and Hopkins, 1996). 질산태 질소는 비색(SKALAR Ltd., Norcross, USA)으로 정량하였고, 인산은 Lancaster법, 치환성양이온은 1 N ammonium acetate법 등으로 침출한 후 ICP (Inductively Coupled Plasma Spectrometry) 기기를 이용하여 분석하였다(Mehlich, 1984). 잎의 전질소는 micro-Kjeldahl 방법으로 LECO FP 428 Nitrogen Analyzer (LECO Corp.

성능/효과

왜콩풍뎅이에 의한 잎 피해율은 식물성퇴비+유기질비료(28.6%)>식물성퇴비+계분(26.9%) >식물성퇴비+무비료(24.1%) 순으로 높게 나타났고, 종이+무비료(SPNF), 종이+계분(SPPL), 종이+유기질비료(SPCF) 처리구는 1%대 이하로 피해율이 미미하였다(Table 1). 이에 따라 멀칭재료에 따른 왜콩풍뎅이 발생률은 통계적으로 유의성 있는 차이가 관찰되었고(P< 0.
, 1999). 설치류에 의한 주간피해 는 고사율에도 일부 영향을 끼쳤을 것으로 판단되며, 초생멀칭구에서 35.2%의 높은 고사율이 관찰되었다(Table 1). 잡초 밀도는 초생+무비료(MBNF)>초생+계분(MBPL), 초생+유기질 비료(MBCF) 순으로 높게 나타났다(Table 1).
왜콩풍뎅이에 의한 잎의 피해율은 잎의 무기성분 농도와 함량, 그리고 가지의 전질소 함량과 대부분 정의 상관관계가 관찰되었다(Table 3). 토양 무기성분에서 관찰된 바와 같이 수체 내의 무기성분이 풍부하면 성충인 왜콩풍뎅이의 서식과 활동이 활발하여 잎의 피해가 심해진 것으로 판단되었다.
본 시험에서 유기사과의 수체생장이 왕성하면 왜콩풍뎅이는 증가하였지만 고사율은 감소하는 경향이 관찰되어서 이러한 두 가지 부분을 효과적으로 제어할 수 있는 멀칭자재의 선정이 요구되었다. 결과적으로 탄질(탄소와 질소)비가 비교적 높아서(41) 분해가 서서히 이루어지는 우드칩은 토양 유기물 함량을 지속적으로 증가시킬 수 있고 입자크기가 고르지 않고 거칠어서 해충 등의 서식지뿐만 아니라 해충발생을 미연에 방지할 수 있어서 온난다습한 지역에서 재배된 사과 유목의 건전성 확보에 기여하였던 것으로 평가되었다. 초생이나 종이 멀칭구는 잡초관리(weed biomass)가 꾸준히 이루어져서 왜콩풍뎅이 발생률이 현저하게 감소되었지만 유목의 빈약한 영양상태가 고사율에 일부 기인하였던 것으로 생각되었다.

후속연구

초생이나 종이 멀칭구는 잡초관리(weed biomass)가 꾸준히 이루어져서 왜콩풍뎅이 발생률이 현저하게 감소되었지만 유목의 빈약한 영양상태가 고사율에 일부 기인하였던 것으로 생각되었다. 따라서 이러한 피해들을 최소화하기 위하여 유기물함량을 증가시키고 토양과 엽분석을 통한 지속적인 비배관리 모니터링이 필요할 것으로 판단되었다. 결론적으로 지역 자원순환형 피복자재를 선정하기 위해서는 품종, 과원의 기후 및 재배적인 환경뿐만 아니라 유기자재의 경제성 분석 등을 고려하여야 하며 이에 대한 지역별 시험 연구가 선행적으로 이루어져야 할 것으로 판단된다.
따라서 이러한 피해들을 최소화하기 위하여 유기물함량을 증가시키고 토양과 엽분석을 통한 지속적인 비배관리 모니터링이 필요할 것으로 판단되었다. 결론적으로 지역 자원순환형 피복자재를 선정하기 위해서는 품종, 과원의 기후 및 재배적인 환경뿐만 아니라 유기자재의 경제성 분석 등을 고려하여야 하며 이에 대한 지역별 시험 연구가 선행적으로 이루어져야 할 것으로 판단된다.

질의응답

핵심어	질문	논문에서 추출한 답변
	왜콩풍뎅이는 어떤 해충인가?	왜콩풍뎅이(Japanese beetle; Popillia japonica Newman)는 미국 서부를 제외한 전 지역에서 작물 종류에 상관없이 잎, 꽃, 과실 등을 가해하는 해충으로 발생 빈도가 가장 높은 것으로 알려져 있다(Potter and Held, 2002). 왜콩풍뎅이 방제를 위한 다양한 경종적 방법이 개발되고 있지만 관행과 유기 농업을 하는 수많은 국가에서 여전히 수체를 가해하는 위협적인 해충으로 보고되고 있다.
	상관관계 분석에 이용된 잎의 무기성분은 무엇을 포함하는 가?	상관관계 분석에 이용된 잎의 무기성분은 전질소, 인산, 칼륨, 칼슘, 마그네슘 원소를 포함하였다. 상관관계 분석에 이용된 영양생장 변이는 잎의 무기성분 함량, 수고, 주간 단면적, 바이 오매스 생산량, 평균 엽면적, 비엽중(specific leaf area; SLA), 총 엽수, 총 엽면적, 총 엽건물 중, 꽃 수, 가지 총길이를 포함하였다.
	유기농업 육성정책이 강화됨에 따라 어떤 의식이 생겨났는 가?	1990년대 중반 이후 화학비료와 농약 오남용으로 인한 자연생태계의 급격한 변화를 막기 위하여 유럽과 오세아니아, 그리고 북미와 아시아 일부 국가 등에서 저탄소 녹색농업을 실천하기 위한 유기농업 육성정책이 강화되어 왔다(Lotter, 2003). 유기인증 농산물에 대한 가격 프리미엄과 농업생태계 보존이라는 생산자의 책임의식이 생겨났고, 삶의 질 향상과 농산물 안전성에 대한 소비자 인식이 확산되면서 유기 농산물 생산량은 매년 20% 이상 증 가하는 추세를 보여 왔다. 하지만 2000년대 중후반 이후로 유기 농산물 공급 증가에 따른 가격하락과 기후변화로 급격히 증가하는 해충 및 잡초, 그리고 월동기 동해에 따른 과실생 산성 저하 등의 근본적인 원인을 구명하기 위한 기술개발이 요구되고 있다.

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표제어: PCR

동의어: Packet Collision Rate

용어 설명 출처 목록 (6)

용어 설명: PCR은 세균 특이성이 있는 primer를 이용하여 적은 수의 세균이 있을지라도 쉽게 검출할 수 있는 유용한 방법이며, 이를 이용하여 구강 내 치면세균막이나 타액에서 직접 세균을 검출할 수 있게 되었다[8].

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