서 론

국내 마늘 재배면적은 2000년 44.9천ha, 생산액은 1조 원 이었으나 수입증가와 고령화 등으로 2010년에는 22.4천ha로 감소되었다가 건강식품으로 인식되면서 소비 가 늘어나 2013년에는 29.3천ha가 재배되고 있다 (MAFRA, 2014). 마늘 생산비를 분석한 결과에 따르면 노력비 52.4%, 종묘비 29.1%, 비료비 10.4%로서 노력비 가 차지하는 비중이 매우 크며 경작규모가 1ha 이상 되 는 농가는 적고 대부분 10a 미만으로 농작업을 소형농 기구 및 인력에 의존하고 있다. 국내 마늘 재배형태는 추운 지역에 적응한 한지형과 따뜻한 기후에 적응한 난 지형으로 구분된다. 마늘은 내한성이 비교적 강하고 내 서성은 약한 작물로 생육적온은 18~20°C이며, 25°C이상 의 고온에서는 잎이 마르고 생육이 정지되며, 10°C이하 에서는 엽 생장이 둔화되지만 뿌리는 1°C내외의 저온에 서도 신장이 이루어진다.

국내 난지형 마늘은 9월 중순에 파종하여 5월 중순에 서 6월 중순까지 수확하는데 재배가 용이하고 작황이 비교적 안정되어 마늘 재배면적의 80%이상을 점유하고 있다. 일반적으로 마늘 멀칭재배는 인편 파종 후 본엽이 발생하였을 때 PE(Polyethylene) 필름으로 멀칭하거나, 토양 경운을 한 후에 유공 PE 필름으로 멀칭을 한다. PE 필름 멀칭재배는 마늘 등 노지작물 뿐만 아니라 시 설재배에서도 생육촉진, 수량증가, 재배기간 확대를 통해 서 농가소득 증대에 크게 기여하는 등 장점이 있지만 농기계로 수확하거나 경운을 할 경우 인력으로 비닐을 제거해야 한다. 특히 농가에서 많이 사용하는 PE 필름 은 분해가 되지 않고 장기간 토양 및 환경을 오염시키 며 농경지 주변에 방치되어 농촌경관을 훼손하고 있다. 우리나라의 경우 2013년 한 해 동안 농촌 폐비닐 발생 량은 332천톤에 이르지만 수거 실적은 189천톤으로 약 59%가 수거되고 나머지는 농경지나 주변에 버려져 있다 (KEC, 2014). 이러한 상황에서 독일, 일본 등 선진국을 중심으로 분해성 플라스틱의 실용화 연구 및 산업화가 활발히 진행되고 있다(Lee 등, 2001; Jung 등, 1999; Naroyan, R, 1993; Alberttton 등, 1992; Scott, 1990). 농업용 PE 필름의 장점은 가지고 토양 미생물, 태양광 등에 의해서 짧은 기간에 분해되는 친환경 필름개발은 많은 관심을 가지게 한다. 국내·외에서도 광분해성 필름 개발 등 다양한 연구가 진행되었으나 완전히 분해되지 않고 조각난 필름이 비산되어 2차 환경오염을 일으킬 수 있다고 평가하고 있다(Narayan, 1993; Doane 1992; Scott, 1990). 최근에 이러한 문제를 해결하고자 전분 등 천연소재를 주성분으로 제조하여 자연에 존재하는 미생 물에 의해 저분자화합물로 되었다가 최종적으로 물, 이 산화탄소, 메탄가스 등으로 분해되는 필름이 개발되고 있다(Ruy and Kim, 1998; Bloembergen 등, 1993). 본 연구는 농업용 PE 필름의 수거 노동력을 절감하고, 농 촌환경을 오염시키는 폐비닐처리 문제를 해결하기 위하 여 생분해성 비닐 피복재 이용 가능성을 검토하고자 수 행하였다.

재료 및 방법

본 시험은 2012년에서 2014년 까지 국립원예특작과학 원 남해출장소 노지포장에서 수행하였다. 시험작물은 ‘남 도’ 마늘을 공시하여 인편무게가 평균 5g정도로 균일한 것을 20×10cm 간격으로 ’12년, ’13년 각각 9월에 파종 하였으며 이듬해 6월에 수확하였다. 처리내용은 두께가 0.02mm인 투명, 녹색, 흑색 PE 필름구, 두께가 0.015mm인 생분해성 필름구, 무멀칭구로 두었다. 시험 구는 구당 1,000인편을 완전임의 배치 3반복하였고, 기 타 재배관리는 난지형 마늘 표준재배법(RDA, 2001)에 준하여 실시하였다. 멀칭시기는 마늘 본엽이 3~4매 출현 하는 11월 상순에 하였다. 조사내용에 있어 생육은 초장, 엽수, 엽초경, 생체중, 건물중, 뿌리수를 2월 13일부터 4 월 16일 까지 약 20일 간격으로 4회, 수확직전인 6월 상순에 1회 실시하였고, 생육조사는 시험구별로 각각 20 주씩 3반복하였다. 수량을 조사하기 위하여 마늘 인경을 6월 상순에 수확하여 30일간 마늘 건조용 창고에서 자연 건조 후 7월 상순에 구당 100개씩 3반복하여 구중, 구고, 구경 등 기본적인 구 특성을 조사하였다. 멀칭재료의 투광 률은 휴대용 조도계(ANA-F12, TOKYO PHOTOELECTRIC ) 를 사용하여 외부 광도에 대한 내부 광도의 비율 로 산정하였다. 지온은 재배기간 동안 자동온도기록계 (HOBO, ONSET)를 이용하여 지표에서 5~7cm 깊이의 온도를 측정하였다. 멀칭재료의 인장력, 신장률, 인장강 도 등 물리적 특성은 한국화학융합시험연구원에 분석의 뢰하여 한국산업규격에서 고시된 시험 방법(KS M 3001)으로 측정한 결과를 사용하였다. 시험결과는 SAS 프로그램을 이용 Ducan의 다중검정으로 통계 분석하여 처리 간 평균값을 비교하였다.

결과 및 고찰

시험에 사용한 멀칭재료의 투광률을 조사한 결과는 Table 1과 같다. 투광률은 흑색 PE 필름이 1.1%, 녹색 PE 필름 26.1% 투명 PE필름 86.1%, 생분해성 필름은 75.4%로 나타났다. 흑색 PE 필름은 대부분의 광이 투과 되지 못하였고 녹색 PE 필름은 일부 광이 투과 되었고 생분해성 필름과 투명 PE 필름의 투광률이 비교적 높게 나타났다.

생분해성 필름은 한경친화성, 기능성, 편리성 등의 재 질 특성을 가지고 있어서 유럽 등 선진국에서 사용량이 증가되고 있다. 그러나 이러한 생분해성 필름이 농업용 으로 사용되기 위해서 농작업에 적당한 물리적 특성을 지니고 있어야 한다. Table 2는 멀칭재료별 시험 전·후 인장강도, 신장률, 인열강도 등 물리성 특성을 분석한 결과이다. 멀칭용으로 갖추어야 할 특성을 비교해 볼 때 사용하기 전 생분해성 필름의 인장강도, 신장률, 인열강 도는 PE 필름보다는 낮거나 비슷한 편이었고 실제 멀칭 작업에서 갈라지거나 찢어지는 등의 문제는 발생되지 않 았다. 사용하기 전과 사용 후를 비교하였을 때 당겼을 때 늘어나지 않고 버티는 인장강도는 흑색, 녹색 및 투명 PE 필름은 각각 8%, 19%, 2% 감소, 생분해성 필름은 47% 감소되었다. 신장률은 투명 PE 필름과 흑 색 PE 필름은 각각 20%, 5% 감소, 녹색 PE 필름과 생분해성 필름은 각각 63%, 98% 감소하였다. 찢어짐 에 견디는 인열강도에서도 흑색, 녹색 및 투명 PE 필 름에서 각각 2%, 10%, 4% 감소하였는데 생분해 필름 에서는 67% 감소하였다. 이 결과는 Kijchavengkul 등 (2008)이 인장강도, 신장률은 PE 필름은 3개월 경과하 여도 완만히 감소하였지만 생분해성 필름은 2개월 이 후 현저히 감소되었다는 결과와 같은 경향이었다. 특히 본 시험에서 PE 필름은 멀칭 후 7개월이 경과한 경우 에도 물리적인 특성 완만히 감소한 반면에 생분해성 필름은 분해가 진행되면서 신축성이 현저히 떨어지고 외부의 충격에 쉽게 찢어지는 것을 확인할 수 있었고 특히 토양과 접촉한 부분은 분해되어 소실되는 것으로 나타났다.

Fig. 1은 재배기간 중 3월과 5월의 지온변화를 나타낸 결과이다. 3월 2일 외기온이 -6.5°C일 때 지온은 무멀칭 1.2°C, 녹색 PE필름 2.5°C, 흑색 PE 필름 2.3°C, 생분해 성 필름 3.3°C, 투명 PE 필름이 3.4°C이었고, 5월 12일 에는 외기온이 31.8°C일 때 지온은 무멀칭 28.5°C, 녹색 PE 필름 28.6°C, 흑색 PE 필름 27.7°C, 생분해성 필름 29.9°C, 투명 PE 필름 30.5°C로 조사되었다. 성적을 제 시하지 않았지만 무멀칭구에 비해 멀칭구에서 3월에는 야간 0.5°C, 주간 2~3°C 더 높았고, 외기온이 상승한 5 월에는 야간 2°C, 주간 3~5°C 더 높았다. 이러한 결과는 Chio 등(2009) 남도마늘의 지온에 따른 생리장해 연구와 Yun 등(2012)이 노지배추에서 멀칭비닐의 색상에 따른 지온변화를 조사한 결과에서 지온은 무멀칭이 가장 낮았 고, 흑색필름, 녹색필름, 투명필름 순으로 높았으며 외부 기온이 높아질수록 지온차이가 컸다는 결과와 일치하였 다. 멀칭필름의 색상에 따른 지온은 태양복사 에너지의 흡수율 차이로 기인한다는 Kasoerbauerd와 Hunt(1998) 의 연구결과를 미루어 볼 때 투광율이 가장 높았던 투 명 PE 필름이 지온상승에 더 많은 영향을 주었다고 사 료된다.

Fig. 1.

Changes in soil temperature during the garlic cultivation as affected by various mulching materials.

Fig. 2는 멀칭 3개월 후에 20여일 간격으로 생육을 조 사한 결과이다. 생체중, 건물중, 초장, 엽초경, 엽수에 있 어 3월 5일 조사한 결과는 2월 13일에 비해서 생육이 감소하였는데, 이것은 저온기를 경과하면서 생육초기에 발생된 엽이 노화되거나 소실된 것으로 사료된다. 3월 이후에는 기온 및 지온이 상승하여 생육적온을 유지할 수 있어 모든 처리구에서 지상부 생육이 진전되는 것으 로 나타났다. 처리별로는 투명 PE 필름이 가장 생육이 왕성하였고, 생분해성 필름, 녹색필름, 흑색필름, 무멀칭 순으로 무멀칭구가 가장 생육이 부진하였다. 근권부 온 도는 최저 1°C 이상을 유지할 수 있어서 저온에 의한 장해는 볼 수 없었고, 재배일수가 경과함에 따라 뿌리수 는 모든 처리구에서 완만하게 늘어났다.

Fig. 2.

Growth characteristics of garlic as affected by the application of various mulching films.

Table 3은 마늘 수확 시 생육과 수확 30일 후 구 특 성을 조사한 결과이다. 초장의 경우 2013년에는 투명 PE 필름이 100.2cm 가장 높았고, 녹색 PE 필름 99.2cm, 생분해필름 98.9cm, 흑색 PE 필름 97.6cm, 무 멀칭은 90.9cm이었고, 2014년에는 투명 PE 필름이 112.6cm, 생분해필름 108.6cm, 녹색 PE 필름 107.3cm, 흑색 PE 필름 105.5cm, 무멀칭은 99.5cm로 나타났다. 엽수와 엽초경에서도 초장과 비슷한 경향이었다. 년차 간에 일부에서 상이한 결과가 있었지만 필름을 이용한 멀칭구는 무멀칭구에 비해서 초장은 6~11%, 엽수는 2~13%, 엽초경은 2~7% 높아서 차이가 있었으나, 멀칭 재료간에 차이가 적었다. 이러한 결과는 무멀칭구의 경 우 재배기간 지온 확보가 곤란하여 생육이 부진하였고 멀칭처리에서는 멀칭재료간 지온 차이가 적어 생육이 비 슷한 경향을 나타내었다. Lim 등(1988)과 Aguyoh 등 (1999)은 멀칭재배는 저온기에 지온 확보에 유리하고 수 분증발을 감소시킨다고 보고하였는데 본 시험에서도 이 러한 요인들이 복합적으로 작용한 것으로 판단된다.

2013년도에 비해 2014년도에서 생육 및 수량이 다소 높았지만 년차 간에 상이한 결과는 없었다. 수확한 마늘 의 구 특성에 있어 구중은 2013년에는 투명 PE 필름이 43.9g 가장 높았고, 생분해 필름 42.5g, 녹색 PE 필름 39.9g, 흑색 PE 필름 36.5g, 무멀칭 35.1g 순이었고, 2014년에는 투명 PE 필름이 46.1g 가장 높았고, 생분해 필름 45.3g, 녹색 PE 필름 44.8g, 흑색 PE 필름 39.8g, 무멀칭 37.0g 순이었다. 구고와 구폭에서도 구중과 비슷 한 경향이었다. 통계적 유의성은 구중의 경우 투명 PE 필름, 생분해성 필름, 녹색 PE 필름 간에는 차이가 없었 고 흑색 PE 필름, 무멀칭 간에는 차이가 있었다. 그리고 구고과 구폭에서는 차이가 없었다. Kwon 등(1984)과 Her 등(1989)이 멀칭재배가 저온기 지온을 높일 수 있어 뿌리생장을 촉진시키고 강우에 의한 양분의 유실을 줄일 수 있어 수량이 높았다고 하였는데 본 시험에서도 이러 한 요인이 영향을 준 것으로 짐작할 수 있다. 외기온이 높은 시기에는 멀칭이 토양온도를 지나치게 상승시켜 호 흡량 증가로 작물 수량을 저하시킬 수도 있지만, 본 시험 에서는 지온이 본격적으로 상승되기 전에 마늘 수확이 이루어져 지온상승에 의한 수량감소는 파악할 수 없었다.

멀칭재료별 잡초제거에 소요된 노동력을 조사한(’12. 11. 1 ~ ’13. 5. 10)결과는 Fig. 3과 같다. 잡초제거에 소요된 노동력(hr/10a)은 무멀칭이 148시간, 투명 PE 필 름 56시간, 생분해성 필름 42시간, 녹색 PE 필름 17시 간이었으나, 흑색 PE 필름은 4시간이 소요되었다. 제초 노력 절감률은 무멀칭에 비해서 흑색 PE 필름, 녹색 PE 필름은 각각 97%, 88% 투명 PE필름, 생분해성 필름은 각각 62%, 72% 절감되었다. 이러한 결과는 Pyon(1985) 이 흑색 PE 필름, 녹색 PE 필름 멀칭은 광 차단에 의해 서 잡초의 발아가 억제되고 출아된 잡초라도 광합성을 할 수 없어서 고사된다는 보고를 미루어 볼 때 무멀칭 구는 잡초발생이 많아서 제초노력이 가장 많이 소요되었 지만 멀칭처리구는 잡초종자의 유입 차단, 광 부족 등에 의해서 잡초발생이 억제된 것으로 판단된다.

Fig. 3.

Effect of different mulching materials on the labor requirement for weed removal in garlic cultivation.

Fig. 4는 투명 PE 필름과 생분해 필름을 사용하여 멀 칭한 후 소실상태를 나타낸 결과이다. 멀칭 후 수확까지 약 7개월 경과 후 투명 PE 필름은 외관상 크게 소실되 는 것이 없었으나, 생분해 필름은 멀칭 후 5개월 정도 경과하면서 필름표면에 가로로 미세한 줄이 나타났고 쉽 게 찢어지는 것을 볼 수 있었다. 생분해성 필름에 대한 연구에 있어서 Bloembergen 등(1993), Ruy와 Kim(1998) 등은 단순히 매립에 의해서 수개월 ~ 2년만에 완전히 분해되며, Lee 등(2009)은 멀칭 후 불과 120일이 경과한 시점에 95%이상 분해되고 주변환경에 의해서 분해속도 가 달라질 수 있다고 하였다. 그리고 수확작업 과정에서 소요시간을 조사한 결과 PE 필름의 비닐제거 시간이 50%를 차지하는데 생분해성 필름은 비닐 수거작업이 필 요하지 않기 때문에 수확작업이 노동력을 줄일 수 있다 고 하였다. 앞서 Table 2에서 언급한 시험 전 후의 멀칭 재료의 인강강도, 신축률, 인열강도 등 물리적인 특성이 PE 필름은 감소가 심하지 않았지만 생분해성 필름은 현 저히 저하되는 것을 확인할 수 있었다. 마늘 수확시 작 업과정을 제시하지 않았지만 PE 필름 멀칭구는 비닐을 수거하는 작업이 필요한 반면에 생분해성 필름은 수거작 업 없이 마늘 굴취작업을 할 수 있었다. 이상의 결과로 볼 때 마늘재배에생분해성 필름을 이용한다면 멀칭재배 의 장점인 잡초억제, 지온상승, 수량증대 효과뿐만 아니 라 폐비닐 수거노력이 소요되지 않아 노동력 절감 및 수확작업의 기계화에도 기여할 수 있어 농업현장에 활용 가치가 매우 높을 것으로 판단되었다.

Fig. 4.

PE and Biodegradable mulching films before and after field application.