서 론
한국을 대표하는 자생 수종인 소나무(Pinus densiflora Sieb. et Zucc.)는 우리나라의 대표적인 조림수종으로 그 동안 주로 노지묘 형태로 생산되어 식재 되었으나, 최근 에 와서는 시설양묘에 의한 용기묘로 생산되어 식재되고 있다. 소나무 용기묘의 도입계기는 1996년에 발생한 강 원도 고성 산불피해지 복구를 위하여 소나무 1년생 용 기묘를 대량생산하기 시작하면서부터이다. 이 때 우리나 라 최초로 시설양묘 대량생산체계가 들어섰다(Kim, 2003). 이후 2000년에 강원도 동해안에 대규모 산불 피 해가 발생하였을 때부터 2005년까지 소나무 1년생 용 기묘가 생산되어 식재되었다. 이 때 식재된 소나무 1년 생 용기묘가 뛰어난 현지 활착력과 생장을 보여주면서 소나무에서도 용기묘를 선호하게 되었으며, 소나무가 국내에서 시설양묘의 주력 수종이 되었다(Kim과 Yoon, 2006).
시설양묘는 인위적으로 생육환경을 조절하여 묘목을 생산하기 때문에 노지양묘와 달리 묘목의 생산체계 수립 과 생육환경 제어가 중요한 요소들이다(Edwards와 Huber, 1982). 따라서 건전한 용기묘 생산을 위해서는 용기 선택, 상토 선택, 파종방법 및 시비기술 등 합리적 인 생산체계의 수립은 물론 광선, 수분, 온도조절, 경화 처리 등 생육환경의 조절을 필수로 한다(Kwon 등, 2009; Landis 등, 1989, 1992, 1995).
수분의 중요성은 일찍부터 강조되어 왔으며, 수분은 온실과 같은 인위적인 환경에서 생장하는 식물에 있어서 는 중요한 생장 제한요인으로서 거의 모든 식물이 직접 적으로나 간접적으로나 그 영향을 받는다. 수분은 살아 있는 식물에서 생체중량의 80~90% 정도를 차지하는 주 요 성분이고, 식물 안에서 물질의 용매 역할을 한다. 또 한 광합성을 포함한 많은 식물대사 과정의 생화학 반응 물이고 식물 생장을 촉진하며, 식물 세포의 확장에 영향 을 미친다(Kramer, 1983). 따라서 식물이 수분 스트레스 를 받으면 잎의 크기가 작아지고 줄기생장이 저조하여 엽면적이 감소함으로써 증산량이 줄고 물질대사의 최종 산물인 광합성을 할 수 있는 능력도 줄어들게 된다. 이 에 따라 용기묘 생산 대상 수종과 규격에 적합한 수분 의 조절에 관한 많은 연구가 수행되어 왔으나 수목의 생리를 고려하여 생육단계별 적정 관수 수준을 구명하는 것은 쉽지 않은 과정으로 더 세밀한 실험설계가 요구되 고 있다.
따라서 본 연구는 소나무 1년생 용기묘를 생산하는 데 필요한 기본적인 생육 환경요인들 중 관수 수준에 따른 생육반응 특성을 조사하여 적정 관수 수준을 구명하고자 하였다. 이를 통하여 대표적인 시설양묘 수종인 소나무 용기묘의 생육상태를 우량하게 하여 식재 후 활착률과 생장을 향상시킬 방안을 찾고자 한다. 특히, 현재 우리 나라 산림에 많은 소나무 용기묘가 식재되고 있지만 아 직도 생산현장에서는 적정한 관수체계가 도입되지 못하 고 있는 실정이기 때문에 본 실험을 통해 나타난 결과 들을 소나무 용기묘 생산시업체계 수립의 기초자료로 활 용하고자 본 연구를 수행하였다.
재료 및 방법
1. 공시재료
본 실험의 공시수종은 소나무(Pinus densiflora Sieb. et Zucc.)로 본 시험에 사용된 종자는 2010년에 충청남 도 안면도 채종원에서 채집·관리된 종자이다. 파종 전까 지 건국대학교 산림환경복원학연구실 내의 5°C 저온저 장고에 보관하였으며, 종자파종 전에는 48시간동안 수침 처리하였다.
공시용기로 104구인 플라스틱 트레이 용기(신일사이언 스, 한국)를 사용하였다(Table 1). 실험에 사용된 상토는 시중에서 주문생산(토비테크, 한국)하여 사용하였으며, 생육상토의 조성은 코코피트, 펄라이트, 질석 및 제오라 이트로 이루어졌고 그 혼합비는 70:15:10:5(v/v)이다.
2. 시설 내 기온변화
실험은 서울시 광진구 소재 건국대학교 내 유리온실에 서 실시되었으며, 2011년 4월 1일부터 2011년 9월 22일 까지 매일 2시간 간격으로 Watch Dog Data Loggers Model 425 (Spectrum Technologies, USA)를 사용하여 매일 2시간 간격으로 측정하였다. 시설 내부의 월별 최 저 온도, 최고 온도, 평균 온도를 측정한 결과는 Table 2와 같다.
3. 파종, 관수 및 시비 처리
3.1. 파종
소나무 종자는 2011년 3월 22일 상기 생육상토를 담 은 용기의 구(cavity)당 2립씩 파종하였다. 종자는 파종 2주 후부터 발아가 시작되었으며, 유묘의 간인 및 보식 작업은 전체 파종용기의 90%가 발아된 후인 4월 24일 에 실시하였다.
3.2. 관수처리
관수처리 실험은 7월 7일부터 9월 4일까지 약 8주간 진행되었다. 관수는 대조구(무관수)를 포함하여 1일, 2일, 3일, 5일, 7일, 10일, 15일 간격으로 실시하였다. 각 처 리구에 용기를 6개씩 배치하였으며, 물조리개를 이용해 용기별 10L씩 처리하여 처리구별 총 60L를 용기 유묘 의 상부에서부터 직접 관수하였으며, 관수량은 묘목 1본 당 약 96.2mL가 처리되었다.
3.3. 시비처리
시비처리는 간인 및 보식작업이 끝난 뒤 1주일째부터 관수처리 실험이 시작되기 전까지만 주 1회씩 수용성 복합비료인 Multifeed 19 (N:P:K, 19:19:19, Haifa Chemical Co., Israel)를 500mg·L-1로 조절하여 실시하였 다. 시비 처리량은 희석액 10L를 물조리개에 담아 관수 처리구당 6개 용기 유묘의 상부에서부터 실시하였는데, 묘목 1본당 약 16mL의 희석 양액이 처리되었다. 이를 성분별 농도로 계산하면 주 1회 처리 시 묘목 1본당 N, P, K는 각각 1.5mg이었다. 관수처리 실험이 진행되는 동 안에는 시비처리를 하지 않았다.
4. 실험결과 조사
4.1. 생장 및 건물생산량 조사
관수처리 후 각 처리구에 대한 생육조사는 처리 2주 후인 7월 21일부터 8주 후 고사된 대조구(0일), 10일, 15일 간격의 관수처리구를 제외하고 각 처리구에서 78 본씩(6용기×13본)을 지정하여 동일한 묘목을 대상으로 간장 및 근원경을 측정하였다. 건물생산량은 관수처리 후 9월 22일에 각 처리구별로 6본씩을 무작위로 채집하 여 75°C에서 72시간 건조시킨 후 잎, 줄기 및 뿌리로 구분하여 측정하였다.
또한, 본 실험에서 관수 처리 후 측정된 간장, 근원경, 건물생산량 등의 값을 활용하여 H/D율, T/R율, 엽건중 비(LWR, leaf dry weight ratio), 줄기건중비(SWR, stem dry weight ratio), 뿌리건중비(RWR, root dry weight ratio) 및 묘목품질지수(QI, quality index, Dickson 등, 1960)를 구하였다.
4.2. 뿌리의 형태적 특성 조사
차광별 뿌리의 영상 분석(root image analysis) 및 전 체길이(total root length), 투영단면적(total projected root area), 표면적(total root surface area), 전체부피(total root volume), 평균직경(average root diameter) 등을 조 사하기 위해서 Kim 등(2010)과 동일한 방법으로 WinRhizo program (version 2009, Regent Instrument Inc., Canada)을 사용하였다.
결과 및 고찰
1. 생장
1.1. 지상부
소나무 1년생 용기묘를 8주 동안 1, 2, 3, 5, 7, 10, 15일 간격으로 관수처리한 결과 고사한 대조구, 10일, 15일 간격의 관수처리구를 제외한 8주차의 간장과 근원 경 생장의 경우 1일 간격에서 각각 11.6cm와 1.93mm로 가장 높게 조사되었으며, 그 다음은 2일, 3일, 5일, 7일 간격 순으로 관수주기가 길어질수록 생장이 저조한 경향 을 보이는 것으로 나타났다(Table 3).
Table 3. Plant height, root collar diameter, and the relative growth rate of P. densiflora seedlings in container by irrigation treatments.
| Irrigation cycle (day) | Plant height (cm) | Root collar diameter (mm) | H/D ratio (8 weeks) | ||||
|---|---|---|---|---|---|---|---|
| Jul. | Sept. (8 weeks) | RGRz (%) | Jul. | Sept. (8 weeks) | RGR (%) | ||
| 0 | - | - | - | - | - | - | - |
| 1 | 7.5±0.3y ax | 11.6±0.4 a | 34.7 | 1.29±0.03 a | 1.93±0.03 a | 32.4 | 6.0±0.2 a |
| 2 | 7.7±0.3 a | 10.9±0.3 ab | 29.3 | 1.36±0.04 a | 1.87±0.04 ab | 27.2 | 5.9±0.2 a |
| 3 | 7.5±0.2 a | 10.4±0.3 b | 27.5 | 1.31±0.06 a | 1.78±0.04 b | 24.1 | 5.9±0.2 a |
| 5 | 7.6±0.3 a | 9.1±0.4 c | 20.3 | 1.31±0.04 a | 1.50±0.04 c | 16.6 | 6.1±0.2 a |
| 7 | 7.1±0.3 a | 8.9±0.4 c | 19.7 | 1.25±0.04 a | 1.41±0.03 c | 16.6 | 6.4±0.2 a |
| 10 | - | - | - | - | - | - | - |
| 15 | - | - | - | - | - | - | - |
상대생장률의 경우에도 1일 간격에서 간장과 근원경 생장이 각각 34.7%와 32.4%로 가장 높게 조사되었으며, 가장 낮은 상대생장률을 보인 7일 간격보다 각각 15.0% 와 15.8% 높게 나타났다. 관수주기가 길어질수록 간장 과 근원경의 상대생장률이 낮아지는 경향을 보이며, 간 장 및 근원경 생장과 동일한 경향을 보였는데 이렇게 관수주기가 짧을수록 소나무의 생장 및 생장률이 높게 나타난 결과는 소나무의 생장이 관수주기에 따른 수분의 함량에 영향을 받기 때문으로 사료된다.
일반적으로 수목의 생장은 생육상토 내 수분함량에 많 은 영향을 받으며, 수목의 생장률과 토양수분 함량률은 비례관계에 있고 수분 조건이 불량하면 묘목의 생장률은 낮아지고 수분이 충분할 경우 생장률은 높아진다고 알려 져 있다(Downes 등, 1999; Wright 등, 2001). 초본 또한 식물체의 수분흡수량, 즉 관수량에 따라 줄기의 생장에 차이가 나타나는 것으로 보고되었다(Hwang 등, 2010; Min 등, 2004; Rhee 등, 2008).
한편, 열대수종인 Eucalyptus pellita와 Acacia mangium 을 대상으로 1~3일의 관수주기로 실험한 결과를 보면 1 일마다 관수를 실시한 처리구의 간장과 근원경이 가장 높은 생장률을 보였으며, 관수주기가 길어질수록 생육이 저조한 경향을 보였다고 하였다(Lee 등, 2010). 백합나 무의 경우도 간장과 근원경 생장은 1회/1일의 관수 처리 구에서 가장 우수한 것으로 보고되었다(Cho 등, 2012). 이는 본 실험과 동일한 결과로, 이러한 결과들을 통해 관수주기가 수목의 생장에 영향을 미친다는 것을 알 수 있다.
묘목의 건전도를 판단할 수 있는 지수인 H/D율은 전 체가 5.9~6.4였으며, 생장이 가장 저조한 7일 간격에서 가장 높게 나타났다. 하지만, 모든 처리구간 유의적 차 이는 보이지 않았다(Table 3).
1.2. 지하부
관수처리에 따른 소나무 용기묘 뿌리의 형태적 특성은 Table 4와 같다. 전체뿌리길이는 3일 간격에서 544.5cm 로 가장 길었고 그 다음은 2일, 1일 간격 순으로 길게 조사되었으며, 이들 처리구간의 차이는 10.7cm로 유의성 을 보이지 않았다. 투영단면적, 표면적, 뿌리직경 및 뿌 리부피도 3일 간격에서 16.1cm2, 50.5cm2, 0.299mm, 0.38cm3 로 가장 높았고 그 다음은 1일, 2일 간격 순으 로 높았으며, 이들 처리구간에는 유의적 차이를 보이지 않는 것으로 나타났다.
Table 4. Root morphological responses of P. densiflora seedlings in container by various irrigation treatments.
| Irrigation cycle (day) | Total root length (cm) | Root project area (cm2) | Root surface area (cm2) | Root diameter (mm) | Root volume (cm3) |
|---|---|---|---|---|---|
| 0 | - | - | - | - | - |
| 1 | 533.8±35.7z ay | 15.6±0.8 a | 48.9±2.6 a | 0.295±0.013 a | 0.36±0.02 a |
| 2 | 542.2±49.0 a | 15.1±1.1 a | 47.4±3.3 a | 0.283±0.008 ab | 0.33±0.02 a |
| 3 | 544.5±33.2 a | 16.1±0.7 a | 50.5±2.1 a | 0.299±0.016 a | 0.38±0.02 a |
| 5 | 488.8±30.9 ab | 12.5±0.7 b | 39.2±2.1 b | 0.260±0.006 b | 0.25±0.01 b |
| 7 | 408.3±12.8 b | 10.7±0.4 b | 33.5±1.2 b | 0.266±0.004 ab | 0.22±0.01 b |
| 10 | - | - | - | - | - |
| 15 | - | - | - | - | - |
전체적으로 관수처리에 의한 소나무 용기묘의 전체뿌 리길이, 투영단면적, 표면적 및 뿌리부피는 고사한 처리 구를 제외하고 상대적으로 관수간격이 긴 5일과 7일 간 격에서 관수주기가 짧은 1일, 2일, 3일 간격보다 상대 적으로 뿌리발달이 저조한 것으로 나타났는데 이는 간 장과 근원경 생장과도 밀접한 관련이 있는 것으로 사료 된다. 즉, 건강하고 활발한 뿌리생장은 물과 양분의 흡 수 능력을 발달시켜 지상부 생장 증가에도 영향을 주게 되는데 이러한 건강한 뿌리는 결국 묘목품질 평가의 좋 은 지표가 되고 있다(Fox 등, 1990). 따라서 용기묘 생 산에서 중요하게 다루어지는 용기 내 뿌리발달 문제에 있어서 이러한 관수처리의 긍정적인 효과는 시설 내 침 엽수류 용기묘 생산에 적극적으로 적용이 필요한 처리 로 판단된다.
Table 5. Dry weight and T/R ratio of P. densiflora seedlings in container by various irrigation treatments.
| Irrigation cycle (day) | Dry weight (g) | T/R ratio | |||
|---|---|---|---|---|---|
| Leaves | Stem | Root | Total | ||
| 0 | - | - | - | - | - |
| 1 | 0.235±0.016z ay | 0.157±0.009 a | 0.189±0.005 a | 0.580±0.027 a | 2.1±0.1 a |
| 2 | 0.154±0.015 b | 0.142±0.009 ab | 0.193±0.002 a | 0.489±0.023 b | 1.5±0.1 b |
| 3 | 0.141±0.013 b | 0.132±0.010 abc | 0.197±0.008 a | 0.469±0.028 b | 1.4±0.1 b |
| 5 | 0.132±0.015 b | 0.119±0.011 bc | 0.105±0.008 b | 0.357±0.030 c | 2.4±0.2 a |
| 7 | 0.123±0.008 b | 0.105±0.006 c | 0.103±0.007 b | 0.331±0.010 c | 2.3±0.2 a |
| 10 | - | - | - | - | - |
| 15 | - | - | - | - | - |
2. 건물생산량
잎, 줄기, 전체 건물생산량의 경우 1일 간격에서 각각 0.235g, 0.157g, 0.580g으로 가장 높았으며, 건물생산량 이 가장 낮은 7일 간격보다 각각 약 1.9배, 1.5배, 1.8배 높은 생장을 보이는 것으로 조사되었다. 잎, 줄기, 전체 건물생산량은 관수주기가 길어질수록 건물생산량이 낮아 지는 경향을 보여 간장생장과 동일한 결과를 보인 것으 로 나타났다. 뿌리의 건물생산량의 경우에는 3일, 2일, 1 일 간격에서 각각 0.197g, 0.193g, 0.189g 순으로 높았 는데 이러한 결과는 3일 간격에서 뿌리 생장이 가장 좋 은 것으로 조사된 결과와 부합되는 결과로 사료된다.
한편, 5일, 7일 간격에서는 잎, 줄기, 뿌리 및 전체 건 물생산량이 유의적 차이를 보이며 낮았는데 이는 지상부 와 지하부의 생장 결과와 부합되는 결과로 묘목의 건전 한 생장에 필요한 수분이 결핍되어 뿌리로 분배되는 광 합성 산물의 비율이 상대적으로 낮아졌기 때문으로 판단 된다(Kim, 2000).
용기묘의 형태적 품질평가의 중요한 지표인 지상부와 지하부 생장의 균형을 평가하는 T/R율은 전체가 1.4~2.4 였으며, 3일 간격에서 1.4로 가장 낮았다. 5일과 7일 간 격에서 2.4와 2.3으로 높게 나타났는데 이는 수분부족으 로 줄기의 생장이 뿌리의 생장보다 수분스트레스에 대한 영향을 더 많이 받았기 때문으로 사료된다(Kozlowski, 1982; Kramer, 1983; Seiler, 1985; Seiler와 Johnson, 1984).
3. 건중비(LWR, SWR, RWR) 및 QI
LWR은 1일 간격에서 0.40으로 가장 높았고 그 다음 은 7일과 5일 간격에서 높았다. SWR은 5일, 7일 간격 에서 0.33과 0.32로 가장 컸으며, 1일 간격에서 가장 낮 게 나타났다.
RWR의 1일, 2일, 3일 간격의 경우에는 관수주기가 길 어질수록 커지는 경향을 보였는데 이러한 결과는 근원경 생장, 전체뿌리길이, 뿌리의 건물생산량과 동일한 경향을 보이는 것으로 나타났다(Fig. 1).
묘목품질 평가요소인 H/D율과 T/R율, 그리고 묘목 전 체 건물생산량을 주요 요소로 나타내는 값인 QI는 묘목 이 정상적인 생장을 하였을 경우 묘목품질지수(QI)가 높 을수록 건전한 묘목으로 평가받는다(Bayala 등, 2009; Mattsson, 1996; Thompson, 1985).
본 실험에서 QI는 상대적으로 생장이 좋은 것으로 나 타난 1일, 2일, 3일 간격에서 각각 0.071, 0.067, 0.065 로 1일 간격에서 가장 높고 관수주기가 길어질수록 낮 아지는 경향을 보이는 것으로 나타났으며, 1일, 2일, 3일 간격의 처리구에서는 유의적 차이를 보이지 않았다. Lee 등(2010)이 Eucalyptus pellita와 Acacia mangium을 대 상으로 1~3일 간격으로 관수주기를 적용한 실험에서 두 수종 모두 QI가 1일 간격에서 가장 높게 나타났는데 이 에 대해 관수주기 처리별 물질생산량에서 큰 차이가 나 타났기 때문으로 분석하였다.
4. 가시적 피해
관수주기에 따른 묘목의 피해를 관찰한 결과 대조구, 10일, 15일 간격에서는 묘목이 고사하였다(Fig. 2). 대조 구는 관수를 실시한 후 14일차부터 잎이 시들기 시작하 였으며, 32일차에 100% 고사하였다. 10일 간격은 25일 차부터 시들기 시작하여 51일차에 약 50%가 고사하고, 74일차에 100% 고사하였다. 15일 간격의 경우에는 실험 18일차부터 고사하기 시작하여 60일차에 100% 고사하 였다.
용기에서의 묘목 피해는 전체적으로 용기 가장자리에 서 보다 심한 것으로 관찰되었으며, 관수주기가 길어짐 에 따라 전체 가장자리의 묘목이 먼저 고사한 개체수 또한 많았다.
한편, Kim 등(2008)은 소나무 2년생 용기묘를 생산하 기 위한 1년생 용기묘의 월동 시 관수의 경우 무관수를 포함하여 매 1, 2, 3, 4주마다 실시한 결과 최소한 2주 주기의 정기적인 관수가 필요한 것으로 보고하여 시기에 따라 관수주기가 달라지는 것을 알 수 있다. 이와 마찬 가지로 1년생 용기묘 생산 목적의 본 실험의 결과에서 적정 관수 주기가 1일 간격으로 나타났지만, 2년생 용기 묘 생산, 또는 4년생 용기대묘 생산 목적 등 용기묘 생 산 묘령의 차이에 따른 적정 관수체계는 1년생 용기묘 때와는 달라질 것으로 판단되므로 추후 이와 관련된 실 험이 반드시 필요할 것으로 사료된다.
시설양묘에 있어 관수는 묘목의 품질과 생장에 직접 적인 영향을 미치는 매우 중요한 요소이다. 앞으로 시 설양묘 확대정책이 계획되어지고 있는 현시점에서 우 리나라의 대표적인 시설양묘 대상수종인 소나무 1년생 묘목을 대상으로 생육단계별 적정한 관수체계를 확립 하여 소나무 용기묘를 생육한다면 관리의 용이함, 비용 절감 등 보다 효율적으로 높은 품질의 묘목 생산이 가 능할 것으로 사료된다. 뿐만 아니라 소나무의 생장균형 이 양호해 조림과정에서도 높은 활착과 생장을 유도할 수 있어 우수한 조림성과를 기대할 수 있을 것으로 판 단된다.
