서 언
피트모스는 pH가 3-4 범위로 강산성이며, 염기포화도 가 매우 낮고, 일반적으로 식물이 흡수해야 할 무기원소 를 충분히 보유하지 못한 물질이다(Argo, 1998; Nelson, 2003). 그러므로 피트모스 또는 피트모스가 혼합된 상토를 이용하여 육묘할 경우 pH 조절과 함께 식물 생장의 필수 원소들을 포함한 비료들을 기비(pre-planting fertilizers, 밑 거름)로 혼합하여야 파종된 종자의 발아 후 초기 생장을 촉진할 수 있다. 기비를 혼합하여 상토의 양이온치환부 위에 흡착된 K, Ca 및 Mg의 양이 상토 전체 양이온치 환용량의 60-80%에 도달하면 pH가 적절한 수준으로 상 승할 뿐만 아니라, 식물의 초기 생장을 위해 필요한 양 의 무기원소를 상토가 보유할 수 있게 된다. 만약 염기 포화도가 낮은 상토에 파종하고 작물 육묘 중 추비 (post-planting fertilizer)를 하여도 염기포화도가 일정한 수준에 도달하기 전까지 무기원소가 일차적으로 상토의 양이온치환부위에 흡착하며 작물이 이용되지 못하는 상 태로 존재한다. 그 결과 초기생장이 불량해지고, 초기 생장이 불량할 경우 육묘 후기까지 그 영향이 지속된다. 코이어더스트도 염기포화도가 어느 수준에 도달하여 약 산성의 토양 반응을 보이지만 K이나 Na 등 일부 알칼 리성 염류의 농도가 과도하게 높아 전체 필수원소 상호 간 비율이 부적절한 상태이며 Ca 이나 Mg 등 다른 알 칼리성 원소의 농도를 조절하여 시비함으로써 무기원소 상호간의 비율을 조절해야 한다(Nelson, 2003).
Argo(1998)는 pH 조절을 위한 석회석 외에 과린산석 회, 석고(gypsum), Ca(NO3)2 및 KNO3 등이 기비로 혼 합되도록 보편적으로 추천되는 물질이라고 보고하였다. 그는 플러그 육묘에서 파종 후 초기 생장을 위해 반드 시 기비가 혼합된 상토를 이용해야 하지만 기비의 수준 을 낮게 조절하여야 생리장해 현상이 발생하지 않는다고 하였다. Nelson(2003)도 육묘를 위한 상토는 분화용 상 토보다 기비 수준을 1/2-1/3 수준으로 낮추어야 함을 보 고한 바 있다. 기비가 혼합된 상토를 이용하여도 파종 후 육묘기간이 길어지고 관수시 용탈 또는 식물체의 무 기원소 흡수를 통해 상토의 비료농도가 적절한 수준 보 다 낮아지면 추비를 통해 근권부의 무기원소 농도를 적 절한 수준으로 조절한다.
과거에는 근채류인 무를 플러그 육묘하지 않았지만 정 식시 기계화를 통한 생력화가 추구되면서 무의 플러그 육묘 양이 늘어나는 추세이다(미발표된 자료). 그러나 뿌 리의 근단부가 파괴되는 것을 막기 위해 아주 짧은 기 간 육묘한 후 본포에 정식한다. 육묘기간이 짧으므로 식 물체가 상토의 비료 수준에 매우 민감하게 반응하고, 기 비로 혼합된 비료의 양이 많을 경우 생리장해와 생장억 제 현상이 발생할 가능성이 매우 높다. 기비 및 추비로 공급되는 비료 중 가장 많은 부분을 차지하는 것이 질 소이며, 유묘의 생장이 질소 시비수준에 큰 영향을 받는 다(Styer와 Koranski, 1997).
그러나 무 육묘를 위한 기비 수준에 관하여 연구 결과 가 없으며, 적절한 시비수준을 설정하는데 어려움이 있 고, 이는 과도한 기비 수준으로 인해 고사하거나 생장이 불량한 묘를 보식해야 하는 등 육묘 농가의 소득 감소 원인이 되고 있다. 따라서 기비로 혼합된 질소 수준이 무 의 플러그 묘 생장에 미치는 영향에 관하여 자료를 확보 하고 그 결과를 제시하기 위해 본 연구를 수행하였다.
재료 및 방법
펄라이트, 코이어더스트 및 피트모스를 용적 기준 30:35:35%의 비율로 혼합한 상토를 조제하였고, 조제 후 측정한 토양 물리성이 용기용수량 62.7%, 기상률 19.7%, 그리고 공극률 82.4%로 측정되었다. 또한 조제 된 상토는 흡수하기 쉬운 수분(0.49 kPa 이하의 토양수 분장력 하에 존재하는 수분)이 약 46%, 완충수(0.49- 0.98 kPa 장력에 존재하는 수분)가 약 36%의 범위였다.
상토 조제를 위해 구성재료의 혼합 과정에서 기비를 첨가하였다. 기비 중 질소는 0, 100, 250, 500, 750, 1,000 및 1,500 mg·L-1으로 수준을 조절한 7처리를 두고, 질소를 제외한 다른 필수원소는 모든 처리용 상토에 동 일한 양을 첨가하였다. 첨가된 비료는 고토석회, 용과린, KNO3, NH4NO3, CaCl2·2H2O, KCl, MgSO4·7H2O 그리 고 미량원소복합제(Nutrichem Kombi-F, Belgium) 였다 (Table 1). 기비가 포함된 상태의 상토를 72구 플러그 트레 이에 충전하고 ‘속성대형봄무’(주, 동부팜흥농) 종자를 파 종하였고, 28°C로 온도를 조절한 발아실에서 발아시켰다.
Table 1. Kinds and amounts of pre-planting nutrient charge fertilizers incorporated during formulation of the perlite:coir dust:peatmoss (30:35:35%, v/v/v) medium.
자엽이 발생하는 시점에 플러그 트레이를 온실로 옮겨 육묘하였다. 육묘 기간 중 시설하우스는 평균 주/야간 온도가 28/16°C였고, 평균 광도(오후 두 시를 기준)가 약 370μmol·m-2·s-1였다. 작물에 따라 차이가 있지만 전 문 육묘장들이 파종 2-3주 후부터 추비를 시작함을 고려 하여 파종 20일과 27일 후에 추비하였다. 20일째에는 13- 2-13 비료를, 27일째에는 20-9-20(Sunshine Technigro, USA) 비료를 추비하였으며, 추비시 두 종류 비료는 N 기준 100mg·L-1로 농도를 조절하여 두상관비하였고, 추 비 중간에는 지하수를 관수하였다.
파종 2주와 4주 후에 72공 트레이에서 처리별로 각각 무작위로 수집한 15식물체의 생장을 조사하였으며, 조사 의 전반적인 방법은 Choi 등(2012, 2015)의 방법에 준 하였다.
상토의 화학성 분석을 위해 육묘 중인 묘로부터 매주 혼합상토를 채취하여 풍건한 뒤 증류수와 풍건상토를 1:10(w/w)의 비율로 혼합하여 반죽을 만들고, 실온에서 2시간이 지난 후 거즈로 짜서 용액을 채취하였다. 이 용 액의 pH와 EC를 측정하였고, ICP로 K, Ca, Mg 및 Na 농도의 분석, 그리고 질소분석장치로 NH4 및 NO3 농도 분석을 하였다.
무 파종 4주 후의 지상부 전체를 수확하여 식물체 분 석을 위한 시료로 삼았다. 식물체 시료 0.5g을 삼각플라 스크에 취하고, 10mL의 혼합분해액[증류수:95% H2SO4 :60% HClO4(5:1:9)]을 첨가하였다. 이 후 240°C에서 분 해한 후 Whatman No. 2 여과지로 여과하고, ICP(Intergra XL, GBC, Australia)로 여과용액의 무기원소 농도를 분 석하였다. 상토 및 식물체 분석의 전반적인 과정은 국립 농업과학원표준법(NIAST, 2000)에 준하였다.
식물 생육 조사결과는 CoStat 프로그램(Monterey, California, USA)으로 p≤0.05 수준의 처리간 평균을 비 교하였다. 또한 질소 시비수준에 따른 무기물함량 변화, 토양 화학성 변화 그리고 묘 생장반응에 대하여 회귀분 석을 하여 경향을 파악하였다.
결과 및 고찰
파종부터 파종 4주 후까지 매주 상토시료를 채취하여 추출용액의 pH 및 EC의 변화를 측정하고, 그 결과를 Fig. 1 및 2에 나타내었다. 질소를 시비하지 않은 무처 리의 파종 전 상토 pH가 6.23이었지만 질소 시비수준이 높을수록 pH가 낮아졌고, 1,000mg·L-1 처리에서 5.87로 다른 처리보다 유의하게 낮았다. 작물이 생장함에 따라 모든 처리의 상토 pH가 점차 높아지는 경향을 보였지만 파종 4주 후에 1,000mg·L-1 처리에서 6.64로 가장 낮았 고, 100mg·L-1 처리에서 6.98로 가장 높았다. 그러나 파 종 전에 비해 파종 4주 후 처리간 차이가 줄어들었다.
작물 파종 전 EC는 무처리구의 2.58dS·m-1에 비해 질 소 시비수준이 높아질수록 점점 높아져 1,500mg·L-1에서 는 7.88dS·m-1로 가장 높았고, 처리간 차이가 뚜렷하였 다. 이는 토양수에 용해되어 이온상태로 존재하는 여러 원소 중 질소가 EC에 가장 큰 영향을 미침을 의미한다 고 판단하며 Bunt(1998)와 Argo와 Biernbaum(1996)도 유 사한 보고를 한 바 있다. 그러나 파종 후 생장이 진행됨 에 따라 모든 처리의 EC가 낮아지는 경향을 보였으며, 파종 2주 후부터는 시비수준이 높은 처리에서 더욱 뚜 렷하게 EC가 낮아졌고 파종 4주 후에는 처리간 차이가 없었다. 이와 같이 육묘 중 모든 질소 시비수준 처리에서 EC가 낮아진 것은 관수과정에서 잉여수의 배수를 통한 무 기원소의 용탈 그리고 작물이 생장하면서 무기원소를 흡 수한 것이 원인이 되었다고 생각한다(Nelson 등, 1996).
무 육묘기간 동안 질소 시비수준에 영향을 받은 상토 의 NH4-N과 NO3-N 농도 변화를 분석하여 Fig. 3에 나 타내었다. 파종 3주 후까지는 질소 시비수준이 높아짐에 따라 뚜렷한 차이를 보이며 상토의 NH4-N과 NO3-N 농 도가 높았으며 파종 전과 비교하여 유사한 농도를 유지 하였다. 그러나, 파종 3주 후부터 모든 처리에서 두 종 류 질소 농도가 급격히 낮아졌으며 파종 4주 후에는 모 든 처리에서 두 종류 질소가 매우 낮은 농도로 분석되 었을 뿐만 아니라 처리간 차이도 분명하지 않았다. 파종 부터 2주 후까지 각 처리별로 두 종류 질소농도가 유사 한 수준을 유지한 것은 아직 식물체가 어려 질소 흡수 량이 적었고, 관수를 자주하지 않아 용탈량이 적었기 때 문으로 판단한다. 그러나 파종 3주 후부터 지상부 생장 량이 많아지면서 무기원소 흡수량이 증가하였을 뿐만 아 니라 관수빈도가 증가함으로써 배수공을 통한 용탈량도 늘어나 두 종류 질소의 농도가 낮아지고 처리간 차이가 줄어든 원인이 되었다고 생각한다. Choi 등(2012, 2015) 도 본 연구 결과와 유사하게 작물 재배 중 EC의 변화를 보고한 바 있다.
무 육묘기간 동안 질소 시비수준에 영향을 받은 상토 의 다량원소 농도 변화를 분석한 결과는 Fig. 4와 같다. 질소 시비수준을 변화시켜도 상토의 K 농도는 처리별 차이가 크지 않았고 파종 1주 후부터 급격히 농도가 낮 아지는 경향을 보였으며, 파종 2주 후 질소 시비수준이 높은 처리에서 높은 농도로 분석되었지만 4주 후 다시 모든 처리의 농도가 유사하게 분석되었을 뿐만 아니라 매우 낮은 농도로 분석되었다. 파종 전과 재배 2주 후까 지 질소 시비수준이 높을수록 상토의 Ca과 Mg 농도가 높았고, 1,500mg·L-1 처리에서 가장 높게 분석되었다. 그 러나 두 원소의 상토 중 농도 역시 4주 후에는 급격히 낮아졌고 처리간 차이를 찾을 수 없었다. 상토의 P 농도 는 파종 전에는 250mg·L-1 처리에서 가장 높았으나, 파종 후 모든 처리에서 점차 낮아졌고, 다른 원소와 마찬가지로 파종 4주 후에는 처리간 차이가 인정되지 않았다.
기비로 혼합된 질소 시비수준이 무 플러그 묘 생장에 미치는 영향을 파종 2주와 4주 후에 조사하여 각각 Table 2와 Table 3에 나타내었다. 파종 2주 후의 생장을 조사한 결과 기비로 질소를 250mg·L-1으로 조절하여 혼 합한 처리가 대부분의 생육조사 항목에서 가장 우수하였 다. 그러나 파종 4주 후에는 질소를 500mg·L-1으로 조절 한 처리에서 지상부 생체중 및 건물중이 가장 크거나 무거웠다. 그러나 질소를 1,500mg·L-1으로 혼합한 처리는 대부분의 생육 조사 항목에서 가장 저조하였으며(Table 2와 3; Fig. 5와 6), 파종 2주 후 생장이 가장 우수하였 던 250mg·L-1 처리의 지상부 생체중 1.19g과 비교할 때 1,500mg·L-1 처리는 약 21% 수준인 0.25g의 생체중을 생산하였고, 파종 4주 후에는 500mg·L-1 처리의 지상부 생체중 8.89g의 약 57% 수준인 5.07g의 생체중을 생산 하였다. 아울러 파종 2주 후에는 250mg·L-1 처리의 생장 이 가장 우수하고 이보다 높거나 낮은 질소 시비수준에 서 생장이 저조해지는 2차곡선회귀(생체중과 건물중 모 두 p≤0.001)가 성립하여 뚜렷한 경향을 보였고, 파종 4 주 후에는 생장이 가장 우수한 500mg·L-1 처리보다 높거 나 낮은 질소 수준에서 생장이 저조해지는 2차곡선회귀( 생체중 p≤0.001, 건물중 p≤0.01)가 성립하여 경향이 뚜렷함을 알 수 있었다.
Table 2. Growth characteristics of radish plug seedlings 2 weeks after sowing in 72-plug trays as influenced by various amounts of nitrogen incorporated as pre-planting nutrient charge fertilizer in the perlite:coir dust:peatmoss (30:35:35%, v/v/v) medium.
| N (mg·L-1) | Plant height (cm) | Plant width (cm) | Leaf length (cm) | Leaf width (cm) | No. of leaves | SPAD value | Fresh weight (g) | Dry weight (g) |
|---|---|---|---|---|---|---|---|---|
| 0 | 8.59 | 8.67 | 4.58 | 2.19 | 2.27 | 37.8 | 1.02 | 0.07 |
| 100 | 9.85 | 8.75 | 5.07 | 2.39 | 2.87 | 38.4 | 1.07 | 0.08 |
| 250 | 10.63 | 9.05 | 5.81 | 2.75 | 3.00 | 39.0 | 1.19 | 0.08 |
| 500 | 8.97 | 7.47 | 4.94 | 2.37 | 3.00 | 43.9 | 0.83 | 0.07 |
| 750 | 8.60 | 6.71 | 4.52 | 2.16 | 2.67 | 43.5 | 0.68 | 0.06 |
| 1,000 | 7.23 | 5.66 | 3.69 | 1.90 | 2.07 | 47.1 | 0.51 | 0.05 |
| 1,500 | 4.57 | 4.36 | 2.11 | 1.14 | 2.00 | 50.5 | 0.25 | 0.03 |
| F-significance | *** | *** | *** | *** | *** | *** | *** | *** |
| Linear | *** | *** | *** | *** | *** | *** | *** | *** |
| Quadratic | *** | *** | *** | *** | *** | *** | *** | *** |
Table 3. Growth characteristics of radish plug seedlings 4 weeks after sowing in 72-plug trays as influenced by various amounts of nitrogen incorporated as pre-planting nutrient charge fertilizer in the perlite:coir dust:peatmoss (30:35:35%. v/v/v) medium.
| N (mg·L-1) | Plant height (cm) | Plant width (cm) | Leaf length (cm) | Leaf width (cm) | No. of leaves | SPAD value | Fresh weight (g) | Dry weight (g) |
|---|---|---|---|---|---|---|---|---|
| 0 | 21.1 | 19.5 | 10.1 | 4.18 | 4.73 | 32.2 | 5.28 | 0.34 |
| 100 | 22.3 | 24.1 | 10.7 | 4.38 | 4.93 | 32.4 | 6.15 | 0.40 |
| 250 | 24.1 | 27.8 | 11.5 | 4.63 | 5.33 | 33.4 | 7.53 | 0.49 |
| 500 | 24.8 | 26.1 | 12.7 | 5.17 | 5.53 | 36.7 | 8.89 | 0.57 |
| 750 | 24.0 | 26.9 | 11.6 | 4.86 | 5.40 | 35.9 | 7.67 | 0.41 |
| 1,000 | 22.0 | 23.8 | 10.9 | 4.85 | 5.13 | 36.9 | 6.73 | 0.38 |
| 1,500 | 21.3 | 21.4 | 10.7 | 4.68 | 4.87 | 40.0 | 5.07 | 0.29 |
| F-significance | *** | *** | *** | *** | *** | *** | *** | * |
| Linear | NS | NS | NS | *** | NS | *** | NS | NS |
| Quadratic | *** | *** | *** | *** | *** | *** | *** | ** |
파종 4주 후 기비로 혼합된 질소 시비수준에 따른 지 상부 식물체의 무기물 함량을 분석하여 Table 4에 나타 내었다. 질소 시비수준이 높아질수록 식물체 지상부의 질소 함량이 높았으며, 파종 4주 후 지상부 생장이 가장 많았던 500mg·L-1처리에서 건물중 기준 5.74%로 분석되 었다. 식물체내 인산 함량은 생장이 우수하였던 질소 250 또는 500mg·L-1 시비구에서 식물체내 함량이 낮고, 생장이 저조하였던 무처리나 100mg·L-1 처리에서 식물체 내 함량이 높았고, 질소 시비수준이 높아질수록 알칼리 성 원소인 K, Ca 및 Mg의 식물체내 함량이 낮아지는 경향을 보였다. 질소를 제외한 모든 필수원소를 동일하 게 시비하였음에도 불구하고 식물체내 인산함량에 차이 가 발생한 것은 지상부 생장량이 증가하면서 희석효과 (dilution effect)가 발생하였기 때문이라고 판단한다(Choi 와 Lee, 2012; Marschner, 2012). 그러나 질소 시비수준 이 높아질수록 알칼리성 원소의 식물체내 함량이 감소하 는 경향을 보인 것은 상토의 양이온치환부위에서 양이온 간 길항작용이 발생하였기 때문이라고 판단한다. Table 1에 나타낸 바와 같이 질소 시비수준이 높았던 처리들에 서는 질소 농도를 조절하기 위해 NH4NO3의 혼합량을 증가시켰으며 이로 인해 상토에 양이온인 NH4가 증가하 고 양이온치환부위에 흡착량이 증가함으로써, 흡착되지 못한 K, Ca 및 Mg가 관수시 배수되는 물과 함께 용탈 되어 상토내 농도가 낮아지고 식물체내 함량이 낮아지는 결과로 나타났다고 판단한다(Nelson, 2003).
이상의 내용을 종합하여 요약하면 다음과 같다. 기비 로 질소를 250 또는 500mg·L-1으로 혼합한 처리에서 각 각 파종 2주 후와 4주 후 지상부 생장이 가장 우수하였 으며, 250과 500mg·L-1 시비구의 파종 4주 후 식물체내 질소함량이 각각 4.96% 및 5.74%였다. 식물이 어린 시 기에 고농도 질소에 의한 생장이 억제되므로 안전한 무 육묘를 위해서는 기비로 혼합된 질소를 250mg·L-1 이하 로 조절해야 하며, 식물체내 질소함량도 5% 이하를 유 지하여야 할 것으로 판단하였다.
Table 4. Influence of various amounts of nitrogen incorporated as pre-planting nutrient charge fertilizer on the tissue nutrient contents of radish plug seedlings based on the dry weight of whole above ground plant tissue 4 weeks after sowing in 72-plug trays.
| N (mg·L-1) | T-N | P | K | Ca | Mg | Na | Fe | Cu | Mn | Zn |
|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|
| ------------------------------------(%)------------------------------------ | -------------------(mg·kg-1)--------------------- | |||||||||
| 0 | 4.52 | 0.51 | 10.40 | 1.69 | 0.74 | 1.03 | 211.2 | 11.16 | 146.5 | 172.3 |
| 100 | 5.18 | 0.52 | 10.90 | 1.48 | 0.79 | 1.62 | 281.0 | 16.23 | 139.9 | 187.5 |
| 250 | 4.96 | 0.41 | 8.60 | 1.57 | 0.72 | 1.69 | 239.8 | 9.81 | 175.3 | 156.4 |
| 500 | 5.74 | 0.35 | 7.18 | 1.19 | 0.54 | 1.48 | 201.9 | 7.63 | 124.1 | 139.1 |
| 750 | 7.38 | 0.39 | 7.99 | 1.42 | 0.70 | 1.77 | 294.4 | 14.76 | 175.1 | 215.3 |
| 1,000 | 6.32 | 0.40 | 6.75 | 1.36 | 0.63 | 1.55 | 300.0 | 12.09 | 199.7 | 192.3 |
| 1,500 | 7.35 | 0.44 | 6.39 | 0.97 | 0.48 | 1.15 | 232.5 | 8.11 | 166.2 | 180.9 |
| F-significance | * | ** | *** | *** | ** | *** | NS | ** | *** | NS |
| Linear | *** | * | *** | *** | ** | NS | NS | NS | * | NS |
| Quadratic | ** | *** | *** | ** | ** | *** | NS | NS | NS | NS |
