Research Article

Horticultural Science and Technology. August 2020. 487-498
https://doi.org/10.7235/HORT.20200046


ABSTRACT


MAIN

  • 서 언

  • 재료 및 방법

  •   연구 진행 과정

  •   실험재료의 수집

  •   상토의 물리성 교정을 위한 펄라이트 혼합비율 조절

  •   상토의 입경분포 조사

  •   상토의 3상 비율 측정

  •   토양수분장력 차이에 따른 함수량 변화

  •   상토 수세 및 소독

  •   인삼 재배 실험

  •   통계분석

  • 결과 및 고찰

서 언

국내의 묘삼 생산은 고설 베드 또는 지면과 맞닿은 베드에 상토를 충전한 후, 3월경 개갑된 종자를 파종하고 11월까지 육묘한다. 육묘 중간에는 식물 생장을 촉진하기 위해 비료의 농도와 시비 횟수를 적절하게 조절하여 관비하고 있다(Hyun et al., 2013). 묘삼 생산을 위한 전체 비용 중 상토 가격이 차지하는 비중이 높아 대부분의 재배 농가는 사용한 상토를 폐기하지 않고 재사용하고 있다.

베드재배를 위한 상토는 피트모스 또는 코코피트에 펄라이트 등 직경이 비교적 큰 물질을 혼합하여 물리성을 조절한 후 작물재배에 이용하며, 노지재배를 위한 사양토가 대략 50%의 고상률과 50%의 공극률을 보유하는 데 비하여 혼합상토는 약 20% 미만의 고상률과 80% 이상의 공극률을 갖도록 물리성을 조절한다(Milks et al., 1989; Raviv and Lieth, 2008; Choi et al., 2012). 이러한 이유는 공극률이 낮은 상토에 관수할 경우 베드 아랫부분에 가상지하수(perched water table)가 형성되어 중력이 약하게 작용하며, 배수가 불량하고 작물 재배 중 상토의 과습과 가스 확산 불량에 따른 피해가 발생하기 때문이다(Nemali and van Iersel, 2008; Nelson, 2012).

혼합 상토는 파종 또는 정식 전 재배에 적합하도록 혼합하는 물질의 종류와 비율을 조절하여 보수성과 토양 통기성이 적절한 비율을 갖도록 조제한다. 이와 같이 작물 재배 전 물리성을 조절하여도 재배 중 미생물에 의한 유기 물질의 분해와 무기질 재료의 물리적인 부서짐에 의해 점차 작은 입자의 비율이 증가한다(Raviv and Lieth, 2008; Grunert et al., 2016). 단위 용적당 작은 입자의 비율이 높아지면 큰 입자보다 표면적이 증가하며, 상토의 입자를 둘러싼 물의 양이 증가하여 보수성이 높아지면서 상토 내 가스 확산이 불량해진다(Sonneveld and Voogt, 2009). 또한 재배 중 미생물 분해 또는 물리적인 부서짐에 의해 생성된 작은 입자는 관수 시 점차 아래쪽으로 이동하여 큰 입자 사이에 형성된 공극을 점유하고, 이는 가상지하수층이 두껍게 형성되는 원인이 된다(Nelson, 2012). 따라서 중력이 약하게 작용하는 상황으로 변하여 배수가 불량해지고 가스 확산 저해를 통한 생장 억제의 중요한 원인이 된다(Raviv and Lieth, 2008). 이를 개선하기 위해서는 상토의 큰 입자 비율을 높여 대공극의 양을 늘려야 한다.

국내의 묘삼 생산 농가가 상토를 수년 간 재사용하는 점을 감안할 때 물리성 개선에 대한 기준이 마련되어야 피해를 줄일 수 있으나 관련 연구가 수행되지 않아 재배 농가가 참고할 자료가 부족한 상황이다. 이와 같은 점을 고려하여, 묘삼 생산을 위해 사용한 상토를 수집하여 물리성을 측정하고, 직경이 큰 혼합물에 의한 물리성 개선이 묘삼 생장에 미치는 효과를 구명하기 위하여 본 연구를 수행하였다.

재료 및 방법

연구 진행 과정

묘삼 전용 상토와 묘삼 재배에 사용된 3종류의 상토를 수집하고 각 상토의 물리성을 측정하였다. 토양 3상 비율에 가장 큰 영향을 미치는 요인이 상토 구성물질의 입경분포(Savvas and Gruda, 2018)임을 고려하여 사용 전 상토와 유사한 수준으로 물리성을 조절하기 위해 사용한 상토에 입경이 다른 2종류 펄라이트의 첨가 비율을 조절하였다. 다시 조절된 상토의 입경분포, 토양 3상 비율, 그리고 토양수분장력변화에 따른 함수량 변화를 측정함으로써 사용 전 상토와 유사한 수준으로 토양 물리성이 조절되었는지 확인하였다(Fig. 1). 물리성을 개선한 상토 중 사용 전 상토와 유사한 수준으로 토양 물리성이 조절된 상토를 선발하여 묘삼을 재배하면서 개선 효과를 구명하였다.

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Fig. 1.

The schematic diagram of overall procedure of the experiment.

실험재료의 수집

국내에서 인삼 육묘용으로 가장 많이 사용되는 황금뿌리 혼합상토[피트모스 70% + 펄라이트 30%(v/v); Nongkyung Co., Ltd., Jincheon, Korea]를 확보하였다. 또한 동일한 상토에 ‘청풍’ 종자를 파종하여 재배하였던 1, 2 및 3년간 사용된 상토를 확보하였다. 1년 사용 상토는 국립원예특작과학원 음성인삼특작부, 2년 사용 상토는 경기도 양주시 은현면, 그리고 3년 사용 상토는 충북 음성군 금왕읍의 묘삼 재배농가에서 수집하였다. 각 연차별 사용 상토는 기후조건을 제외한 하우스 내의 다른 재배조건이 유사함을 확인한 후 수집하였다. 물리성 개선을 위해서는 2종류의 펄라이트를 확보한 후 사용된 상토에 다양한 비율로 혼합하였다. 수집한 펄라이트(Misung Co., Ltd., Yesan, Korea)의 규격은 직경 1 ‑ 3mm와 3 ‑ 5mm였으며, 중국산 원석을 가공한 제품이었다.

상토의 물리성 교정을 위한 펄라이트 혼합비율 조절

사용된 상토를 수집한 후 토양 물리성을 측정하였으며, 이중 입경 분석 조사 결과를 기초로 사용 전 상토에 비해 가장 많이 감소된 입자의 크기를 판단하였고, 감소 정도가 큰 입경분포를 갖는 펄라이트를 다양한 비율로 사용한 상토에 혼합하였다. 2년 사용된 상토는 묘삼 재배과정에서 유기질 비료를 과도하게 사용한 것을 확인하여 물리성 교정을 위한 대상에서 제외하였다. 사용 전 상토, 재사용 상토 및 교정 상토 전체 9처리를 두고 3반복으로 실험하였으며 구체적인 내용은 다음과 같다(New: 사용 전 상토, 1: 1년 사용 상토, 3: 3년 사용 상토, 1+2:7: 1년 사용 상토 100g에 펄라이트 3 ‑ 5mm와 1 ‑ 3mm를 각각 2g 및 7g 첨가, 1+4:9: 1년 사용 상토 100g에 펄라이트 3 ‑ 5mm와 1 ‑ 3mm을 각각 4g 및 9g 첨가, 1+6:11: 1년 사용 상토에 펄라이트 3 ‑ 5mm와 1 ‑ 3mm를 각각 6g 및 11g 첨가, 3: 3년 사용한 상토, 3+2:7: 3년 사용 상토에 펄라이트 3 ‑ 5mm와 1 ‑ 3mm를 각각 2g 및 7g 첨가, 3+4:9: 3년 사용 상토에 펄라이트 3 ‑ 5mm과 1 ‑ 3mm를 각각 4g 및 9g 첨가, 3+6:11: 3년 사용 상토에 펄라이트 3 ‑ 5mm와 1 ‑ 3mm를 각각 6g 및 11g 첨가하여 교정한 상토).

상토의 입경분포 조사

각 혼합상토의 입경분포는 체진동기(Model JI-401, Jeil Precision IND. INS., Co., Ltd., Seoul, Korea)로 조사하였다. 사용된 체(sieve)는 미국 표준규격(American standard) 번호 3.5, 7, 14, 25, 45, 100 및 140이었으며, 각 체의 mesh 크기인 >5.6mm, 2.8 ‑ 5.6mm, 1.4 ‑ 2.8mm, 710µm ‑ 1.4mm, 355 ‑ 710µm, 150 ‑ 355µm, 106 ‑ 150µm, 그리고 <106µm의 8등급으로 구분하였다. 유기물질인 피트모스가 혼합상토의 주요 구성물질임을 고려하여 무기질 토양(mineral soil)의 입경분포 시 적용하는 산처리 과정을 생략한 채 농촌진흥청 분석방법(NIAST, 2000)을 따랐으며, 3반복으로 수행하였다.

상토의 3상 비율 측정

토양습윤제인 AquaPro(Shinsung Mineral Co., Ltd., Goesan, Korea)를 물 1L 기준 0.4g의 비율로 용해시킨 후 건조된 각각의 혼합 상토에 함수율이 50 ‑ 65%가 되도록 첨가하였다. 물이 첨가된 상토는 밀봉 상태로 24시간을 기다렸다가 토양 3상 비율 및 토양수분장력 변화에 따른 함수량 변화 측정에 이용하였다.

상토의 3상 비율은 Bilderback et al.(1982)의 방법에 의해 측정하였으며, 용적 345mL(내경 7.6cm, 높이 7.6cm)의 알루미늄 core를 사용하였다. 목표용적밀도(target bulk density)가 되도록 상토를 core에 채워 넣은 후 물리성을 측정하였고, 측정 항목은 용기용수량(container capacity, CC), 기상률(air-filled porosity, AFP), 공극률(total porosity, TP) 및 용적비중(bulk density, BD)이었다. 각 상토를 5반복으로 측정하였고, Karlovich and Fonteno(1986)의 방법을 따라 측정 후의 계산을 하였다.

토양수분장력 차이에 따른 함수량 변화

토양수분장력 증가에 따른 함수량 변화는 앞에서 설명한 바와 동일한 함수량 조건으로 상토에 수분을 첨가하고 목표용적밀도에 도달하도록 core에 충전한 후 pF 측정용 sand box(Model pF 0 ‑ 2.0, Eijkelkamp, Netherlands)로 측정하였다. Milks et al.(1989)Wallach et al.(1992)의 방법으로 측정하였으며, Raviv and Lieth(2008)의 보고내용을 적용하여 쉽게 흡수할 수 있는 수분(EAW, easily available water)과 완충수분(WBC, water buffering capacity)의 비율을 산출하였다.

상토 수세 및 소독

상토를 세척하기 위해 7일간 지하수를 이용 50회 점적관수(매 점적관수 시간은 30분으로 조절)하여 상토에 잔존하는 무기염을 용탈시켰다. 세척 전 상토의 EC가 1년 사용 상토는 0.5dS·m-1,그리고 3년 사용 상토는 0.9dS·m-1였지만, 세척 후 모든 상토가 0.1dS·m-1 이하로 낮아졌다.

세척 후 쏘일킹(Metam Sodium 42%, Taminco BVBA, Belgium)을 지하수를 첨가하여 50배로 희석한 후 모든 상토에 관주하였고, 백색 비닐로 멀칭한 상태로 7일간 경과시켜 소독 효과를 높였다. 멀칭 제거 후 3주간 약제를 휘산시켰고, 이후 묘삼을 정식하였다.

인삼 재배 실험

실험은 청백차광필름(차광률 90%)으로 피복된 플라스틱하우스에서 진행하였다. 전·후면에 차광막이 설치되고, 측창 개폐장치가 설치되어 있었으며, 차광비닐 상부에는 추가로 차광률 50%의 차광막이 설치되어 혹서기에 추가적인 차광과 온도조절이 가능한 시설하우스였다. 시설하우스 내부에는 지면과 맞닿은 상태로 520mm × 360mm × 320mm(L × W × H)의 베드를 설치하였으며, 상토를 300mm 높이로 충전하고 50mm × 60mm 간격으로 묘삼을 정식하였다. 재배실험을 위한 상토는 사용 전 상토를 대조구로 삼고, 1년 사용 상토, 교정된 1년 사용 상토, 3년 사용 상토, 그리고 교정된 3년 사용 상토의 5처리였으며 3반복으로 수행하였다.

재배 실험을 위해 정식한 1년근 인삼은 2018년 3월 9일 개갑된 ‘청풍’ 종자를 파종하여 11월 15일까지 재배한 식물체였다. 11월 수확 후 ClO2 1,000배액으로 소독하고 밀봉하여 ‑ 4°C의 냉동실에 2019년 3월까지 저장하였으며, 정식 7일 전부터 5°C에서 순화시키고 재배 실험을 위해 정식하였다. 정식된 인삼은 평균 근중 1g의 갑삼을 기준으로 선별되었으며 처리구 별 동일 무게로 배분되었다.

2019년 5월 8일 평균 근중 1g의 묘삼을 정식하였다. 각 처리의 반복 별 30주를 5 × 6cm 간격으로 정식하였고, 각 반복 별 정식된 인삼의 총 근중이 30 ‑ 31g이 되도록 조절하였다. 75일간 재배 후 2019년 7월 21일 수확하여 생육조사 및 분석에 이용하였다. 양액은 다량원소(mM 기준)의 농도를 NO3--N 12, NH4+-N 1, H2PO4- 1, K+ 8, Ca2+ 2, Mg2+ 1, 그리고 SO42- 1로 포함하도록 조성하고, 미량원소인 Amino combi micronutrient mix[㈜ Dof, Pyeongtaek, Korea]를 다량원소를 포함한 양액 100L당 1g을 첨가한 후 관비하였다. 양액은 EC 1.0dS·m-1, pH는 5.8±0.2로 조절하여 공급하였다. 정식 후 재배과정에서 EC5 토양수분센서(Decagon Devices, Pullman, WA, USA.) 및 CR1000(Campbell Scientific Inc., Logan, UT, USA.)을 사용하여 자동적으로 양액이 공급되도록 설치하였다. 상토의 함수량 조절을 위해 Rhie and Kim(2017) 방법에 의한 사용 전 상토 함수량과 토양수분 센서 측정값의 상관관계 판단 및 보정(calibration) 과정을 거쳤다. 그리고 사용 전 상토에 설치한 토양수분 센서 측정값이 관수 후 점차 낮아져 31%에 도달하였을 때 실험 대상인 모든 처리에 동시에 양액을 공급하였고, 매 관수 시 20분간 30L(총 상토량의 6.5%)의 양액을 공급하였다.

통계분석

물리성 측정결과는 Costat 프로그램(Monterey, California, USA)을 사용하여 Duncan의 다중검정에 의한 p ≤ 0.05 수준에서의 처리평균 간 차이를 비교하였다.

결과 및 고찰

본 실험의 대상으로 삼은 혼합상토는 사용기간이 길어짐에 따라 큰 입자의 비율이 줄어들고 작은 입자의 비율이 증가하였으며, 특히 1.4 ‑ 2.8mm와 150 ‑ 355µm 크기의 입자가 변화 폭이 컸다(Fig. 2). 1.4 ‑ 5.6mm 범위의 입자비율 감소는 펄라이트의 물리적인 부서짐이 원인이 되고, 150 ‑ 355µm 크기의 입자비율 증가는 피트모스의 물리적인 부서짐과 미생물에 의한 분해가 원인이 되었다고 생각한다. 이와 같이 판단하는 이유는 1년 사용 상토의 입경분포실험에서 150µm보다 작은 직경을 가진 체(sieve)에서는 펄라이트가 발견되지 않았으며(data는 제시하지 않음) 대부분의 펄라이트가 710µm보다 큰 크기의 체에서 발견되었기 때문이다. 150 ‑ 355µm 크기의 직경을 갖는 입자의 비율은 사용 전 상토가 16.1%였지만 1년 사용 상토 19.5%, 2년 사용 상토 23.7%, 그리고 3년 사용 상토 25.7%로 유의하게 증가하였다. 이는 피트모스 중 비교적 큰 입자들이 물리적인 부서짐 또는 미생물에 의한 분해로 인해 작은 입자로 변화된 것이 주요한 원인이 되었다고 생각한다. Grunert et al.(2016)은 유기물과 무기물 재료에 따라 상토 내에서 증식되는 미생물의 종류와 증식속도가 다름을 보고한 바 있으며 미생물 종류에 따라 상토 구성물질의 물리·화학적 특성이 변화됨을 보고하였다. Caron et al.(2015)Raviv and Lieth(2008)도 작물 재배에 이용할 경우 상토의 물리성이 변화됨을 보고한 바 있으며, 묘삼 재배기간이 길어짐에 따라 물리성이 변화된 본 연구의 결과를 뒷받침하고 있다. 상토를 수집하는 과정에서 관리방법을 조사한 결과 2년 사용 상토는 재배농가에서 2년차 묘삼재배를 위한 상토의 물리성 개선을 위해 부숙퇴비와 볏짚을 첨가한 사실을 확인하였다. 또한 다른 상토보다 1.4 ‑ 2.8mm의 입자 비율이 상대적으로 높았으며, 토양 3상 비율이 다른 양상으로 변화된 원인이 되었다고 판단한다.

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Fig. 2.

Particle size distribution of root media as influenced by the number of years of root medium usage in successive hydroponic cultivation for raising of Ginseng seedlings. Different alphabetical letters within each particle size range indicate significant differences by Duncan’s multiple range test at p ≤ 0.05.

상토의 사용 기간이 길어질수록 작은 입자의 비율이 증가한 것은 상토의 보수성이 뚜렷하게 증가하는 원인이 되었다(Table 1). 사용 전 상토의 용기용수량이 73.9%였지만 1년 사용 상토 75.5%, 3년 사용 상토 77.0%로 측정되었다. 상토의 통기성 판단 지표로 활용되는 기상률의 경우 사용 전 상토가 8.8%였지만 3년 사용 상토가 7.8%로 유의하게 감소하였다. 또한 사용기간이 길어질수록 고상률도 통계적으로 유의하게 낮아지는 경향을 보였다. 재배연수에 따른 토양 3상의 변화는 Savvas and Gruda(2018)의 보고내용을 통해 이해할 수 있다. 그들은 입경이 다른 펄라이트로 양액재배할 때 입경이 작은 물질의 비율이 높을수록 상토의 보수성이 뚜렷하게 증가함을 보고하였으며, 본 연구에서도 재배연수가 길어질수록 작은 입자의 비율이 증가하고 이는 보수성 증가의 원인이 되었다고 생각한다. 2년 사용 상토는 다른 상토보다 고상률이 낮았음에도 용적밀도(bulk density)가 0.13g·cm-3으로 무거웠으며, 이는 물리성 개선을 위해 재배농가가 첨가한 부숙퇴비에 영향을 받았기 때문이라고 생각한다. 이러한 원인으로 2년 사용 상토는 교정에 적합하지 않다고 판단하였고 이후의 재배실험에서 배제하였다.

Table 1.

Soil physical properties of root media as influenced by the number of years of root medium usage (NYRMU) in successive hydroponic cultivation for raising of Ginseng seedlings

NYRMU Volume (%) Total porosity (%) Bulk density (g∙cm-3)
Container capacity Air-filled capacity Solid phase
New 73.9 cz 8.8 a 17.3 a 82.7 c 0.12 b
1 year 75.5 bc 8.0 b 16.6 ab 83.4 bc 0.12 b
2 years 78.2 a 7.3 c 14.5 c 85.5 a 0.13 a
3 years 77.0 ab 7.8 b 15.2 bc 84.8 ab 0.12 b

zDifferent letters within columns indicate significantly different by Duncan's multiple range test at p ≤ 0.05.

실험에 사용한 4종류의 상토는 토양수분장력이 증가함에 따라 유사한 경향을 보이며 함수량이 감소하였다(Fig. 3). 또한 묘삼재배를 위한 사용 기간이 길어질수록 상토의 쉽게 흡수할 수 있는 수분(easily available water, EAW) 양이 증가하는 경향을 보였고, 3년 사용 상토의 경우 통계적으로 유의하게 그 양이 증가하였다(Table 2). 완충수분(water buffering capacity, WBC)의 양도 3년 사용 상토가 1년 사용 상토보다 유의하게 많았다. 이는 Raviv and Leith(2008)Savvas and Gruda(2018)가 보고한 바와 같이 작은 입자의 비율이 증가하면 단위 용적당 상토 구성재료의 표면적이 증가하면서 높은 장력으로 상토 입자에 흡착된 물의 비율이 늘어나고, 이를 통한 쉽게 이용할 수 있는 수분과 완충수분의 양이 늘어났다고 생각한다.

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Fig. 3.

Changes in volumetric water contents of root media in response to the elevation of soil moisture tension as influenced by number of years of root medium usage in successive hydroponic cultivation of Ginseng seedlings.

Table 2.

Percentage of easily available water (EAW, water retained in the tension of container capacity to 4.9 kPa) and water buffering capacity (WBC, water retained in the tension of 4.9 to 9.8 kPa) of root media as influenced by the number of years of root medium usage (NYRMU) in successive hydroponic cultivation for raising of Ginseng seedlings

NYRMU EAW (%) WBC (%)
New 27.4 bz 7.5 ab
1 year 26.9 b 7.2 b
2 years 27.2 b 7.6 ab
3 years 32.0 a 7.8 a

zDifferent letters within columns indicate significantly different by Duncan's multiple range test at p ≤ 0.05.

1년과 3년 사용 상토의 입경분포를 사용 전 상토와 유사한 수준으로 변화시키기 위해 입자 크기가 다른 두 종류 펄라이트를 다양한 비율로 혼합한 후 다시 입경분포를 조사하여 Fig. 4에 나타내었다. 1년 사용 상토는 3 ‑ 5mm와 1 ‑ 3mm 규격의 펄라이트를 각각 4g과 9g을 첨가한 1+4:9 처리가 사용 전 상토와 유사한 입경분포를 나타내었다. 3년 사용 상토의 경우 3 ‑ 5mm와 1 ‑ 3mm 규격의 펄라이트를 각각 2g과 7g 또는 4g과 9g을 첨가한 3+2:7 또는 3+4:9 처리가 기준 상토와 유사한 입경분포를 나타내었다. 그러나 유사한 입경분포를 보이더라도 각각의 입도분포 범위 내에서의 입자 분포양상과 큰 입자와 작은 입자의 비율 차이에 따라 상토의 물리성이 달라질 수 있으며, 비록 각각의 입도분포 범위 내에서 상토 간 통계적인 차이가 인정되지 않아도 상토의 3상 비율은 달라질 수 있다고 생각한다(Raviv and Lieth, 2008; Rhie and Kim, 2017; Savvas and Gruda, 2018).

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Fig. 4.

Particle size distribution of root media as influenced by the number of years of root medium usage in successive hydroponic cultivation for raising of Ginseng seedlings and remediation with different sizes of perlite (New, fresh root medium; 1+2:7, one year used medium amended with 2 g of 3 ‑ 5 mm and 7 g of 1 ‑ 3 mm perlite; 1+4:9, one year used medium amended with 4 g of 3 ‑ 5 mm and 9 g of 1 ‑ 3 mm perlite; 1+6:11, one year used medium amended with 6 g of 3 ‑ 5 mm and 11 g of 1 ‑ 3 mm perlite; 1+2:7, three years used medium amended with 2 g of 3 ‑ 5 mm and 7 g of 1 ‑ 3 mm perlite; 1+4:9, three years used medium amended with 4 g of 3 ‑ 5 mm and 9 g of 1 ‑ 3 mm perlite; 1+6:11, three years used medium amended with 6 g of 3 ‑ 5 mm and 11 g of 1 ‑ 3 mm perlite per 100 g of used medium). Different alphabetical letters within each particle size range indicate significant differences by Duncan’s multiple range test at p ≤ 0.05.

1년과 3년 사용 상토에 입경이 다른 펄라이트를 첨가한 후 측정한 토양 3상의 비율 변화는 Table 3과 같다. 배수성이 양호한 펄라이트를 혼합함으로써 전반적으로 액상률이 저하되고, 기상률과 고상률이 증가하는 경향을 보였으며, 공극률은 3+4:9 처리를 제외한 다른 처리들 간에 통계적인 차이가 인정되지 않았다. 1년 사용한 상토에 3 ‑ 5mm와 1 ‑ 3mm의 펄라이트를 2g 및 7g 혼합한 1+2:7 처리는 사용 전 상토에 비해 통계적으로 유의하게 액상률이 감소하고 기상률이증가하였다. 한편 펄라이트를 4g 및 9g 혼합한 1+4:9 처리는 사용 전 상토에 비해 산술적으로 계산한 액상률이 다소 낮고 기상률이 높았지만 사용 전 상토와 통계적으로 유의한 차이를 보이지 않았다. 이는 1+2:7 처리에서 사용 전 상토에 규격이 다른 2종류의 펄라이트를 첨가해 줌으로써 액상률과 기상률에 변화가 있었으나, 1+4:9 처리에서는 3 ‑ 5mm 규격의 펄라이트의 함량이 1+2:7 처리보다 상대적으로 많았고 2 처리 간 기상률에서 유의차가 생긴 것이라고 판단된다. 한편, 총 공극률에서는 사용 전 상토와 교정 상토 모두 유의한 차이가 없었다. 또한 Fig. 4에서 제시한 입도분포와 유사한 결과를 나타냈다고 생각한다. 3년 사용 상토는 3+2:7과 3+4:9 처리가 기준 상토보다 액상률이 낮고, 기상률이 높았으며, 두 조사항목 모두 통계적으로 유사한 차이를 보였다.

Table 3.

Soil physical properties of root media as influenced by the number of years of root medium usage in successive hydroponic cultivation for raising of Ginseng seedlings and remediation with different sizes of perlite

Treatmentz Volume (%) Total porosity (%) Bulk density (g∙cm-3)
Container capacity Air-filled capacity Solid phase
New 73.9 ay 8.8 d 17.3 b 82.7 a 0.12 a
1+2:7 67.9 bcd 14.9 a 17.2 b 82.8 a 0.12 a
1+4:9 70.1 ab 11.3 bcd 18.5 ab 81.5 ab 0.12 a
1+6:11 69.6 bc 10.9 cd 19.5 ab 80.5 ab 0.12 a
3+2:7 67.5 bcd 14.6 a 17.9 ab 82.1 ab 0.12 a
3+4:9 65.9 cd 13.4 ab 20.7 a 79.3 b 0.12 a
3+6:11 65.2 d 14.3 ab 20.5 ab 79.5 ab 0.12 a

zNew, fresh medium; 1+2:7, one year used medium amended with 2 g of 3 ‑ 5 mm and 7 g of 1 ‑ 3 mm perlite; 1+4:9, one year used medium amended with 4 g of 3 ‑ 5 mm and 9 g of 1 ‑ 3 mm perlite; 1+6:11, one year used medium amended with 6 g of 3 ‑ 5 mm and 11 g of 1 ‑ 3 mm perlite; 1+2:7, three years used medium amended with 2 g of 3 ‑ 5 mm and 7 g of 1 ‑ 3 mm perlite; 1+4:9, three years used medium amended with 4 g of 3 ‑ 5 mm and 9 g of 1 ‑ 3 mm perlite; 1+6:11, three years used medium amended with 6 g of 3 ‑ 5 mm and 11 g of 1 ‑ 3 mm perlite per 100 g of used medium).

yDifferent alphabetical letters within each column indicate significant differences by Duncan's multiple range test at p ≤ 0.05.

수분장력에 따른 상토의 함수량 변화를 측정한 결과, 기준 상토 및 교정 상토 모두 비슷한 수분변화 경향을 나타내었다(Fig. 5). 그러나 3상 비율 결과에서처럼(Table 3) 펄라이트를 첨가하여 입경분포를 조사한 모든 상토가 액상률이 저하하였고, 기준 상토보다 조사한 각각의 수분장력 조건에서 함수량이 낮게 측정되었다. 이러한 결과는 Table 4에 나타낸 EAW와 WBC에서도 유사한 경향으로 나타났다. 기준 상토의 EAW가 27.4%였던 것에 비해 3+2:7 처리를 제외하고 펄라이트가 첨가된 모든 상토의 EAW가 유의하게 낮아졌다. WBC의 경우 펄라이트가 첨가된 모든 상토가 기준 상토보다 낮았으며 그 차이가 통계적으로도 유의하였다.

http://static.apub.kr/journalsite/sites/kshs/2020-038-04/N0130380407/images/HST_38_04_07_F5.jpg
Fig. 5.

Changes in volumetric water contents of root media in response to the elevation of soil moisture tension as influenced by number of years of root medium usage in successive hydroponic cultivation of Ginseng seedlings (New medium, fresh root medium; 1+2:7, one year used medium amended with 2 g of 3 ‑ 5 mm and 7 g of 1 ‑ 3 mm perlite; 1+4:9, one year used medium amended with 4 g of 3 ‑ 5 mm and 9 g of 1 ‑ 3 mm perlite; 1+6:11, one year used medium amended with 6 g of 3 ‑ 5 mm and 11 g of 1 ‑ 3 mm perlite; 1+2:7, three years used medium amended with 2 g of 3 ‑ 5 mm and 7 g of 1 ‑ 3 mm perlite; 1+4:9, three years used medium amended with 4 g of 3 ‑ 5 mm and 9 g of 1 ‑ 3 mm perlite; 1+6:11, three years used medium amended with 6 g of 3 ‑ 5 mm and 11 g of 1 ‑ 3 mm perlite).

Table 4.

Percentage of easily available water (EAW, water retained in the tension of container capacity to 4.9 kPa) and water buffering capacity (WBC, water retained in the tension of 4.9 to 9.8 kPa) of root media as influenced by the number of years of root medium usage in successive hydroponic cultivation for raising of Ginseng seedlings and remediation with different sizes of perlite

Treatmentz EAW (%) WBC (%)
New 27.4 ay 7.5 a
1+2:7 20.2 bc 5.6 c
1+4:9 19.0 c 5.9 c
1+6:11 18.5 c 6.0 c
3+2:7 28.3 a 6.6 b
3+4:9 22.6 b 6.6 b
3+6:11 23.5 b 6.7 b

zPlease refer to Table 3 for details about treatment.

yDifferent alphabetical letters within each particle size range indicate significant differences by Duncan's multiple range test at p ≤ 0.05.

사용 전 상토, 연용 상토 및 교정 상토 별 인삼의 재배 결과를 Table 5에 나타내었다. 1년 사용 상토는 사용 전 상토나 1+4:9(1년 교정 상토) 상토와 모든 생육 조사항목에서 차이가 뚜렷하지 않았다. 그러나 3년 사용 상토는 사용 전 상토에 비해 생장이 저조하였으며, 3+4:9(3년 교정 상토)은 3년 사용 상토에 비해 잎의 크기와 근중이 통계적으로 유의한 개선 효과를 나타냈고, 사용 전 상토나 1년 사용 상토와 유사한 생장을 보였다.

Table 5.

Influence of root media on the growth of one-year old Panax ginseng 75 days after transplant

Treatmentz Shoot Root
SFW (g) SL (cm) LL (cm) LW (cm) SDW (g) RD (mm) RFW (g) RDW (g)
New 1.68 ay 12.0 a 6.4 a 3.2 a 0.28 a 7.82 ab 2.57 ab 0.61 ab
1 year 1.63 ab 11.1 ab 6.4 a 3.3 a 0.26 ab 8.09 a 2.92 a 0.71 a
1 year+4:9 1.52 ab 11.2 ab 5.8 b 3.1 ab 0.25 ab 7.99 a 2.89 a 0.70 a
3 years 1.43 b 10.5 b 5.8 b 2.9 b 0.23 b 7.34 b 2.41 b 0.58 b
3 years+4:9 1.63 ab 10.7 ab 6.2 a 3.1 a 0.27 a 7.99 a 2.90 a 0.70 a

Abbreviations: SFW, shoot fresh weight; SL, stem length; LL, leaf length; LW, leaf width; SDW, shoot dry weight; RD, root diameter; RFW, root fresh weight; RDW, root dry weight

zNew, fresh root medium; 1 year, one year used medium; 1 year+4:9, one year used medium amended with 4 g of 3 ‑ 5 mm and 9 g of 1 ‑ 3 mm perlite; 3 years, three years used medium; 3 years+4:9, three years used medium amended with 4 g of 3 ‑ 5 mm and 9 g of 1 ‑ 3 mm perlite per 100 g of used medium.

yDifferent alphabetical letters within each column indicate significant differences by Duncan's multiple range test at p ≤ 0.05.

3년 사용 상토는 엽장과 엽폭에서 사용 전 상토, 1년 사용 상토, 3+4:9 상토보다 통계적으로 유의하게 작았다. 이러한 조사 결과는 영양생장기에 습해를 받으면 엽면적이 감소한다고 Bishnoi and Krishnamoorthy(1992)가 보고한 내용과 유사한 결과라고 판단한다. 또한 3년 사용 상토의 지상부 건물중은 다른 모든 처리보다 가벼웠으며, 지상부 생체중도 사용 전 상토나 1년 사용 상토보다 통계적으로 유의하게 가벼웠다. 이것은 상토의 연용연수가 길어질수록 작은 입자의 비율이 증가하고, 상토의 보수성 증가를 통한 과습을 유발하여 뿌리의 호흡 저해, 양·수분의 흡수 및 이동 억제, 그리고 양분 부족 등의 원인이 되어 작물의 생장량이 감소하였다고 판단한다(Boru et al., 2003). 지상부 생장뿐만 아니라 인삼 재배에서 중요한 뿌리 생장에서도 유사한 경향을 보여주었다.

3년 사용 상토는 뿌리 생체중과 뿌리 건물중에서 다른 모든 처리에 비해 가벼웠으나 3+4:9(3년 교정 상토) 처리는 3년 사용 상토보다 통계적으로 유의하게 우수하였다. 이는 상토의 교정을 통하여 물리성이 개선되고 토양 통기성 증가가 원인이 된 뿌리 생장량 증가로 귀결되었다고 생각한다. 각 처리별로 수확한 인삼의 생장을 비교한 사진(Fig. 6)에서도 perlite를 추가하여 교정한 상토에서 뿌리발달이 우수한 것을 확인할 수 있었다.

http://static.apub.kr/journalsite/sites/kshs/2020-038-04/N0130380407/images/HST_38_04_07_F6.jpg
Fig. 6.

Comparison in growth of above- and below-ground tissue as influenced by used years of root medium usage and their remediation (See Materials and Methods for treatment descriptions). A, Above-ground tissue; B, below-ground tissue of Ginseng seedlings.

이상의 결과를 요약하면 동일한 상토를 연속하여 묘삼 재배에 사용할 때 상토 물리성이 훼손되고, 물리성 훼손이 3년 사용 상토에서 재배한 묘삼의 지상부 및 지하부 생장 저하의 원인이 되었다. 물리성 훼손의 주요 원인이 미생물 분해 또는 물리적 부서짐을 통해 유·무기 상토 구성 재료의 입경이 작아진 것이며, 입경이 큰 물질을 도입하므로써 상토의 토양 물리성 개선과 묘삼 생장에 대한 긍정적인 효과를 확인할 수 있었다.

Acknowledgements

본 연구는 농촌진흥청 농업과학기술 연구개발사업(과제명: 인삼 수출 기반조성을 위한 공정육묘 관리시스템 개발, 과제번호: PJ01352602)의 지원으로 수행되었음.

References

1

Bilderback TE, Fonteno WC, Johnson DR (1982) Physical properties of media composed of peanut hulls, pine bark, and peatmoss and their effects on azalea growth. J Am Soc Hortic Sci 107:522-525

2

Bishnoi NR, Krishnamoorthy HN (1992) Effect of waterlogging and gibberellic acid on leaf gas exchange in peanut (Arachis hypogaea L.). J Plant Physiol 139:503-505. doi:10.1016/S0176-1617(11)80502-X

10.1016/S0176-1617(11)80502-X
3

Boru G, Vantoai T, Alves J, Hua D, Knee M (2003) Response of soybean to oxygen deficiency and elevated root-zone carbon dioxide concentration. Ann Bot 91:447-453. doi:10.1093/aob/mcg040

10.1093/aob/mcg04012588724PMC4241062
4

Caron J, Heinse R, Charpentier S (2015) Organic materials used in agriculture, horticulture, reconstructed soils, and filtering applications. Vadose Zone J 14:1-6. doi:10.2136/vzj2015.04.0057

10.2136/vzj2015.04.0057
5

Choi JM, Lee CW, Chun JP (2012) Optimization of substrate formulation and mineral nutrition during the production of vegetable seedling grafts. Hortic Environ Biotechnol 53:212-221. doi:10.1007/s13580-012-0108-1

10.1007/s13580-012-0108-1
6

Grunert O, Hernandez-Sanabria E, Vilchez-Vargas R, Jauregui R, Pieper DH, Perneel M, Van Labeke MC, Reheul D, Boon N (2016) Mineral and organic growing media have distinct community structure, stability and functionality in soilless culture systems. Sci Rep 6:1-14. doi:10.1038/srep18837

10.1038/srep1883726728128PMC4700413
7

Hyun DY, Kang SW, Kim DH, Kim YC, Kim OT, Kim YB, Kim JW, Park KC, Park HW, et al. (2013) A handbook of raising seedling technique for high quality ginseng seedling production. NIHHS, RDA, Korea

8

Karlovich PT, Fonteno WC (1986) Effect of soil moisture tension and soil water content on the growth of chrysanthemum in 3 container media. J Am Soc Hortic Sci 111:191-195

9

Milks RR, Fonteno WC, Larson RA (1989) Hydrology of horticultural substrates: I. Mathematical models for moisture characteristics of horticultural container media. J Am Soc Hortic Sci 114:48-52

10

National Institute of Agricultural Science and Technology (NIAST) (2000) Analysis methods of soil and plant. National Institute of Agricultural Science and Technology. Rural Development Administration, Suwon, Korea

11

Nelson PV (2012) Greenhouse operation and management, 7th ed. Prentice Hall, Englewood Cliffs, NJ, USA

12

Nemali KS, van Iersel MW (2008) Physiological responses to different substrate water contents: Screening for high water-use efficiency in bedding plants. J Am Soc Hortic Sci 133:333-340. doi:10.21273/JASHS.133.3.333

10.21273/JASHS.133.3.333
13

Raviv M, Lieth JH (2008) Soilless culture; Theory and practice. Elsevier, NY, USA

14

Rhie YH, Kim JY (2017) Changes in physical properties of various coir dust and perlite mixes and their capacitance sensor volumetric water content calibrations. HortScience 52:162-166. doi:10.21273/HORTSCI11362-16

10.21273/HORTSCI11362-16
15

Savvas D, Gruda N (2018) Application of soilless culture technologies in the modern greenhouse industry - A review. Eur J Hortic Sci 83:280-293. doi:10.17660/eJHS.2018/83.5.2

10.17660/eJHS.2018/83.5.2
16

Sonneveld C, Voogt W (2009) Plant nutrition of greenhouse crops. Springer, NY, USA. doi:10.1007/978-90-481-2532-6

10.1007/978-90-481-2532-6
17

Wallach R, da Silva FF, Chen Y (1992) Hydraulic characteristics of tuff (Scoria) used as a container medium. J Am Soc Hortic Sci 117:415-421. doi:10.21273/JASHS.117.3.415

10.21273/JASHS.117.3.415
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