서 론

최근 급격한 도시화로 인한 도시 내 녹지 공간이 부족하여 인공지반 녹화에 대한 중요성이 부각되고 있다, 컨테이너를 이용한 조경수 재배는 인공지반 녹화에 기여할 수 있고 묘목의 효율적 육성이 가능한 재배방법이다. 이에 따라 조경수 컨테이너 재배에 대한 필요성은 인지되고 있지만 현장에서 활용할 수 있는 기술 개발은 미흡한 실정이다. 특히, 상토는 컨테이너 재배를 위한 핵심 요소로, 다양한 연구에서 상토의 이화학성에 따라 생산성에 영향을 받는 것으로 보고되었다(Choi 등, 2011; Shim 등, 2016). 조경수 컨테이너 재배에서 요구되는 상토의 양은 원예작물과 비교하여 월등히 많아 농가의 경제적 부담을 가중시킬 수 있다. 관행의 상토의 원료인 피트모스, 펄라이트, 암면 등은 생태적 발자국(Ecological Footprint)이 크다는 단점이 있으며(Abad 등, 2001), 코코넛 코이어는 미국, 중국 등 거대 농업시장에서 활용률이 높아져 유통단가가 급격히 상승하여 수급에 불안정하다. 따라서 친환경적이고, 경제적으로 안정적인 수급이 가능한 대체 원료 개발에 대한 연구가 매우 중요함에도, 국내 유기 상토에 대한 연구는 원료의 혼합 비율, 관리 등에 집중되어 있다. 참나무 수피는 유기 상토 대체 원료로 활용 가능한 재료 중 하나이다. 참나무 수피는 주로 목재 가공과정에서 발생하는 부산물로(Jung 등, 2015) 폐기물로 처리되어왔으나, 일부 연구를 통하여 상토 재료로 활용 가능한 물리, 화학적 특성을 가지고 있다고 보고되었다(Hernández-Apaolaza 등, 2005). 특히, 참나무 수피는 통기성과 배수성이 양호하고, 토양 내 유기물 함량을 증가시킬 수 있다(Gruda와 Schnitzler, 2004). 또한, 참나무류는 고온에서 생장이 촉진되어 지구 온난화에 따른 기온상승에서도 안정적이고 경제적인 수급이 가능할 것으로 기대할 수 있다(Choi 등 2014).

본 연구는 참나무 수피 및 폐배지를 활용한 배지의 물리성 및 화학성을 분석하고 편백나무 등 현장에서 다용되고 있는 3종의 조경수의 컨테이너 묘목 생육 실증을 통하여 최적의 활용비율을 도출하여 향후 컨테이너 묘목 육성을 위한 기초자료로 활용하고자 수행되었다.

재료 및 방법

1. 시험개요

본 연구는 원광대학교 원예산업학과 실습 포장 내 플라스틱 필름 하우스에서 수행되었으며, 별도의 환경제어 없이 측창 개폐수준으로 관리되었다. 배지는 부피를 기준으로 혼합되었으며, 활용된 재료는 원예용 상토(Sanlimyangmyo, Sung Hwa Co., Bosung, Korea), 참나무 부산물, 마사토이다. 처리별 혼합비율은 Table 1과 같다.

2. 조사 방법

2.1 혼합비율에 따른 배지의 물리성

(가) 총 공극률, 용적밀도, 용적수분함량 및 기상률

Choi 등(1997)이 제시한 방법에 의해 목표 가비중이 되도록 상토를 채워 넣은 다음 증류수로 시료의 모든 공극을 물로 포화시키고 15분 후 배수량을 측정하였다. 배수 후 습윤상태의 무게를 측정하였으며, 이후 105℃의 건조기에서 24시간 건조시킨 후 건물중을 측정하였다. 상기의 시험으로부터 배지의 용적수분함량(Volumetric Water Content, VWC), 기상률(Air Porosity, AP), 총 공극률(Total porosity, TP), 용적밀도(Bulk Density, BD)를 다음의 공식으로 산출하였다.

∙Container Capacity(CC) = [(Wet soil weight – Dry soil weight) / Volume of sample] × 100

∙Air Porosity(AP) = [(Volume of water drainage) / Volume of sample] × 100

∙Total Porosity(TP) = CC + AP

∙Bulk Density, BD) = Dry weight / Volume of sample

(나)유효수분 및 완충수분

배지시료를 105℃ 건조기에서 24시간 건조시킨 후 농촌진흥청에서 제시한 상토표준법(RDA, 2002)에 준하여 －1~－5kPa의 장력 하에 존재하는 유효수분(Easily available water, EAW)과 －5~－10kPa의 장력 하에 존재하는 완충수분(Water buffering capacity WBC), 용적밀도(Bulk density), 수분보유곡선, 기상확보곡선, Optimal matric potential를 sand box(Model pF 0-2.0,Eijekelkamp Agrisearch Equipment, Giesbeek, the Netherlands)를 이용하여 분석하였다.

(다) 입자밀도

시료를 105℃ 건조기에서 완전히 건조시킨 후 시료 5g을 삼각 플라스크에 넣고 증류수를 2/3 가량 채워서 핫 플레이트(hot plate) 위에서 30분간 서서히 가열한 다음 실온에서 냉각시킨 후 표선까지 증류수를 채운 후 무게를 평량한 후 플라스크 내용물의 온도를 측정하였다(RDA, 2002). 상기의 실험으로부터 배지의 입자밀도를 산출하였다.

∙Particle Density(PD) = Dry weight / Dry volume

2.2 혼합비율에 따른 화학성

(가) pH 및 EC 측정

건조한 시료 10ml를 증류수 50ml에 부어 교반 후 pH meter(Orion Star A211, Thermo Fisher Scientific, Waltham, MA, USA)를 이용하여 측정하였으며, EC는 pH와 동일한 방법으로 여과지로 여과하여 EC meter(Orion Star A212, Thermo Fisher Scientific, Waltham, MA, USA)를 이용하여 측정하였다(GARES, 2009).

(나) 유기물 분석

건조 시료 5g을 600 ± 5℃로 조절된 전기로에서 6시간 동안 완전 연소시켰다(RDA, 2002). 연소 후 데시케이터에서 무게를 측정한 후 연소시킨 시료의 무게를 측정하여 유기물 함량을 분석하였다.

(다) 유효인산 분석

유효인산 분석은 Lancaster법을 이용하여 인산과 결합하고 있는 금속을 산 또는 NH₄F로 용해하여 착화합물을 형성시킴에 따라 분리시키는 방법으로 분석하였다. 건조 시료 20g에 침출액 40ml를 넣고 10분간 진탕하여 여과 후 분광광도계(Jasco V-560, UV/VIS Spectrophotometer, Japan)를 이용하여 720nm에서 측정하였다(RDA, 2002).

(라) 치환성 양이온(K, Ca, Na, Mg) 함량 및 염기치환용량

치환성 양이온은 건조시킨 시료 5g을 100ml를 NH₄OAc(pH 7.0) 50ml를 넣어 30분간 진탕하고 여과한 후 유도결합플라즈마(Integra 6000, ICP, Gbc scientific equipment, AU)를 이용하여 측정하였다(RDA, 2002).

2.3 수목의 관리 및 생육조사

편백(Chamaecyparis obtusa), 이팝(Chionanthus retusus), 느티(Zelkova serrata) 등 3종의 조경수는 35L 컨테이너에 식재하였으며, 비가림 하우스에서 별도의 환경제어 없이 육성하였다. 수분관리는 시간제어법을 이용하여 토양수분함량이 50% 미만으로 떨어지지 않도록 1주간격으로 4L의 수분을 점적관수방식으로 관리하였으다. 생육조사는 수고 및 근원경을 컨테이너 이식 후(5월)부터 30일 간격으로 10월까지 측정하였으며, 생육상태를 가장 직관적으로 판단할 수 있는 수고와 근원경을 조사하였다.수고는 지제부부터 가장 긴 가지를 기준으로 줄자를 이용하였고, 근원경은 버니어 캘리퍼스(500－182, Mitutoyo Co., Kawasaki, Japan)를 이용하여 측정하였다.

3. 통계분석

조사된 데이터는 SPSS 통계프로그램(12.0Version, IBM Co., USA)과 엑셀 소프트웨어(MS OFFICE 2019, Microsoft Co., USA)를 사용하여 분석되었다. 처리 간 유의차는 95% 신뢰수준에서 Duncan 다중 검정(Duncan’s multiple range test)를 이용하여 분석하였다.

결과 및 고찰

1. 참나무 수피 혼합비율에 따른 배지의 물리성

혼합 비율에 따른 배지의 물리성을 살펴보면(Table 2), 용적밀도는 모든 처리에서 유의한 차이를 나타내지 않았다. 입자밀도는 대조구 및 T1처리에서 나머지 처리와 비교하여 유의하게 낮은 경향을 나타내었다. 이는 참나무 부산물의 입자밀도가 입자의 질량이 상대적으로 가벼운 펄라이트가 포함되어있는 원예용 상토보다 다소 높기 때문으로 생각된다. 공극률도 동일한 경향이었는데 참나무 수피가 포함된 T2－5처리에서 87.0－87.8%범위로 참나무 수피가 포함되지 않은 대조구 및 T1처리와 비교하여 1.1－3.8%정도 유의하게 높았다. 이는 상토 혼합 비율을 고려하였을 때, 참나무 수피가 원예용 상토보다 다소 높은 공극률을 갖고 있다는 것을 의미한다. 식물의 생육에 적합한 공극률이 85% 수준(De Boodt와 Verdonck, 1972; Jeong 등, 2022)임을 고려하였을 때, 참나무 수피는 작물의 배지로 사용할 수 있는 충분한 공극을 갖추고 있는 것으로 판단된다. 유효수분은 원예용 상토의 비율이 높은 대조구, T1 및 T2처리에서 27.5－28.9%수준으로 나머지 처리보다 유의하게 높았으며, 완충수분은 참나무 수피의 혼합비율이 낮은 T4 및 5처리에서 0.88－1.11%범위로 나머지 처리보다 유의하게 낮은 경향이었다. 원예용 상토의 비율이 높은 처리에서 유효수분 다소 높았던 것은 원예용 상토에 포함되어 있는 코코넛 코이어의 보수성이 높기 때문으로 생각되며, 완충수분의 결과를 고려할 때, 참나무 수피의 배수성이 원예용상토와 비교하여 좋은 것으로 판단된다. 하지만, 모든 처리의 유효수분 범위가 23－29% 수준으로 식물 재배에 적정 범위 내에 포함된 것으로 보여진다(Gooley 등, 2014). 또한 본 연구는 참나무 수피의 적정 비율을 구명하기 위하여 수목의 생육 실증 연구에서 다른 배지 원료와 혼합된 배지를 대상으로 도출된 결과이기 때문에 참나무 수피만의 물리·화학적 특성을 제시하지 못하였다. 따라서 향후 참나무수피의 기반의 상토의 상용화를 위해서는 참나무 수피만을 대상으로 물리 화학성에 대한 세밀한 연구가 추가적으로 수행되어야 할 것으로 생각된다. 용적수분함량(Volumetric Water Content, VWC)과 기상률(Air Porosity, AP)을 살펴보면(Fig. 1) 참나무 수피의 비율이 높은 처리일수록 낮은 토양수분장력에서 용적수분함량은 급격하게 낮아지고 기상률은 급격하게 증가하는 경향을 나타내었다. 최적수분함량은 0.94－2.45pF 범위로 참나무 수피 비율이 높을수록 낮은 경향이었다, 따라서 참나무 수피의 혼합비율이 높을수록 수분과 배지의 결합력이 낮아져 작물의 수분이용이 원활할 것으로 생각된다(Kim 등, 2002).

Fig. 1.

Characteristics of volumetric water content (VWC) and air porosity (AP) of soil according to the mixing ratio of quercus bark. Vertical bars represent the standard error of the mean (n = 5). A: Con, B: T1, C: T2, D: T3, E: T4, F: T5.

2. 참나무 수피 혼합비율에 따른 배지의 화학성

혼합비율에 따른 배지의 화학성을 살펴보면, 우선 pH는 4.7－5.7범위로 참나무 수피의 비율이 높을수록 높은 경향을 나타내었다(Fig. 2A). 본 연구에서 사용된 원예용상토는 피트모스가 포함된 상토로 대조구의 pH가 다소 낮아 상토의 종류에 따라 다른 결과를 나타낼 수 있을 것으로 판단된다. 또한, 참나무 수피의 비율과 pH간 정의 상관의 관계성을 나타낸 것과 도출된 pH의 결과를 고려하였을 때, 참나무 수피의 pH는 약 5.5－6.0수준일 것으로 예측되어 작물 재배에서 적정 pH 수준인 5.5－6.5범위에 부합하여(Gediminas 등, 2023) 별도의 처리 없이 상토의 원료로 이용할 수 있을 것으로 판단된다. 혼합비율에 따른 배지의 EC는(Fig. 2B), 0.6－3.6dS·m^-1 수준이었으며, 참나무 수피의 비율이 낮아질수록 EC값이 낮은 경향이었다. 이는 참나무 수피는 초기 0.5－1.5dS·m^-1범위의 낮은 값의 EC를 갖고 있기 때문으로 생각되며(Andrea 등, 2020), 작물재배에는 적합하지 않는 것으로 생각된다. 따라서 참나무 수피를 이용한 작물 재배 시 적절한 양분 관리가 필요할 것으로 생각된다. T1처리에서 EC가 대조구보다 높았던 것은 처리의 특성보다는 측정과정에서 발생한 오류로 생각된다. 혼합비율에 따른 유기물함량 및 유효인산 함량을 살펴보면, 유기물 함량은(Fig. 3A) 참나무 수피의 함량과 정의 관계성을 나타내었다. 특히, 참나무 수피의 함량이 60% 및 80%인 T4, T5처리는 유기물 함량이 각각 77.6%, 79.1%로 대조구보다 2배 이상 높았다. 이러한 결과를 고려할 때, 참나무 수피는 현재 다용되고 있는 원예상토의 원료보다도 유기물 함량이 높은 것으로 보여진다. 이는 참나무 수피가 높은 함량의 유기물을 갖고 있는것에 기인한 것으로 생각된다(Mohammadzadeh 등, 2021). 유효인산함량은 참나무 수피의 비율이 높을수록 낮아지는 경향을 나타내었다. 특히, 참나무 수피의 비율이 높았던 T4 및 T5처리에서 각각 0.87 및 0.89gᆞL^-1로 T1처리와 비교하여 약40% 수준으로 뚜렷하게 낮았다. 이는 참나무 수피의 유효인산 함량이 낮은 것을 의미하며 인(P)는 식물 생육에서 비생물적 스트레스를 완화하는 매우 중요한 요소이기 때문에(Fahad 등, 2023) 적절한 관리가 필요할 것으로 생각된다. 참나무 수피 혼합비율에 따른 치환성 양이온함량 및 염기치환 용량을 살펴보면(Table 3), 염기치환용량(CEC)가 참나무 수피 비율이 높을수록 낮은 경향을 나타내었으며, 이에 따라 Ca이온을 제외한 나머지 치환성 양이온(K, Na, Mg)은 참나무 수피의 비율이 높을수록 유의하게 낮은 경향을 나타내었다. Emily 등(2020)은 유기물 함량이 높을수록 치환성 양이온 함량과 염기치환 용량이 높아진다고 보고하였으나, 본 연구에서는 반대의 결과가 도출되었다. 따라서 유기물 함량과 염기치환용량 간 관계성에 대하여 보다 세밀한 분석이 수행되어야 할 것으로 생각된다.

Fig. 2.

Characteristics of pH (A) and electrical conductivity (EC) (B) of soil according to the mixing ratio of quercus bark. Vertical bars represent standard error of the mean (n = 5).

Fig. 3.

Organic Matter Content (A) and available phosphorus content (B) of soil according to the mixing ratio of quercus bark. Vertical bar represents error of the mean (n = 5).

3. 참나무 수피 혼합비율에 따른 조경수 3종의 생육특성

컨테이너 재배에서 참나무 수피 혼합비율에 따른 편백나무의 수고 변화를 살펴보면(Fig. 4A), 참나무 수피 비율이 낮았던 처리에서 긴 경향을 나타내었으며, T2 > Con. > T1으로 길었다. 참나무 수피 함량이 높았던 나머지 처리에서는 수고 증가가 뚜렷하게 낮았다. 특히, T4와 T5는 정식 초기 구간을 제외하고 수고의 증가가 거의 없었다. 두 처리간 유의한 차이는 나타나지 않았다. 느티나무 수고변화는(Fig. 4B), 대조구, T1 및 T3처리에서 가장 길었다. 처리간 유의한 차이가 나타나지 않았다. 참나무 수피 비율이 높았던 T4와 T5처리에서 가장 짧았다. 특히, 정식 후 2개월부터는 수고 변화가 거의 나타나지 않았다, 이팝나무 수고 변화는(Fig. 4C) 참나무 수피 비율과 수고 증가량 간 더 뚜렷한 부의 상관관계를 나타내었다. 참나무 수피가 전혀 포함되지 않은 대조구에서 가장 길었고, T5에서 가장 짧았다. 특히, 대조구 및 T1처리와 나머지 처리간 차이가 뚜렷하게 나타났다. 연구에 이용된 모든 수종에서 참나무 수피의 비율이 가장 높은 T4 및 T5의 수고가 가장 짧았던 것은 참나무 수피이 혼합비율이 높을수록 낮은 토양수분장력에서도 용적수분함량이 저하되어(Fig. 1) 일정수준 이상 수고의 신장 후 뿌리에서부터 양·수분의 공급이 원활하지 않았기 때문으로 생각된다. 편백나무의 경우 나머지 나무와 비교하여 수고가 짧은 수종으로 이러한 경향이 다소 적게 나타난 것으로 판단된다. 따라서 참나무 수피를 상토의 원료로 이용할 시 작물의 특성을 고려하여 적절한 비율로 혼합해야 할 것으로 생각된다.

Fig. 4.

Changes in tree height of Chamaecyparis obtusa. (A), Zelkova serrata (B), and Chionanthus retusus (C) according to mixing ratio of quercus bark using container culture. Vertical bars represent the standard error of the mean (n = 10).

컨테이너 재배에서 참나무 수피 혼합비율에 따른 편백나무 근원경 변화를 살펴보면(Fig. 5A), 대조구 > T1 및 T2 > T3, T4 및 T5 순으로 굵었다. 수고변화는 참나무 수피가 다소 혼합된 처리에서 가장 길었으나, 근원경은 전혀 포함되지 않는 대조구에서 유의하게 굵었다. 참나무 수피 혼합비율이 높은 처리에서는 동일한 경향을 나타내었다. 느티나무 근원경 변화는(Fig. 5B), 대조구 및 T1 > T2 > T3 > T4 및 T5 순으로 굵었다. 대조구와 T1 간에는 유의한 차이를 나타내지 않았다. 이후 참나무 수피 비율이 높을수록 가늘어지는 경향이 뚜렷하였으며, T4와 T5간에는 유의한 차이를 나타내지 않았다. 이팝나무 근원경 변화는 Fig. 4C와 같다. 대조구 > T1 > 나머지 순으로 굵었으며, T2 – T5간에는 유의한 차이를 나타내지 않았다. 이는 참나무 수피의 비율이 높은 처리에서 치환성양이온함량과 염기치환용량이 낮아(Table 3), 생육에 충분한 영양분 공급을 받지 못한 것으로 판단된다(Tiessen 등, 1994). 결과를 종합하면 참나무 수피를 이용한 조경수 컨테이너 육성 시 작물의 특성에 부합하는 적정 수준(20－40% 범위)의 참나무 수피를 혼합해야 하며, 적절한 양·수분관리가 필요할 것으로 생각된다. 또한, 본 연구는 생 참나무 수피를 이용하였으나, 부숙시켜 물리·화학성이 개선된(Ebenezer 등, 2022) 참나무 수피를 이용한다면 더 좋은 수준의 생육이 가능할 것으로 생각되며, 농가의 경제성 향상, 환경 개선 등 다양한 측면에서 기여할 수 있을 것으로 생각된다.

Fig. 5.

Changes in root diameter of Chamaecyparis obtusa (A), Zelkova serrata (B), and Chionanthus retusus (C) according to mixing ratio of quercus bark using container culture. Vertical bars represent the standard error of the mean (n = 10).