Research Article

Horticultural Science and Technology. February 2020. 56-65
https://doi.org/10.7235/HORT.20200006


ABSTRACT


MAIN

  • 서 언

  • 재료 및 방법

  •   식물재료 및 재배조건

  •   토양의 물리화학성 특성 분석

  •   생육특성 조사

  •   식물체 내 무기성분 함량의 분석

  •   통계분석

  • 결 과

  •   기상 환경요인의 변화

  •   토양유형별 물리화학적 특성

  •   토양유형별 마늘 지상부의 외형적 특성

  •   토양유형별 마늘의 생산성과 품질

  •   토양유형별 마늘의 무기물 함량

  • 고 찰

서 언

제주도는 섬 전체가 화산의 분출로 이루어져서 돌이 많고 농경지가 적은 편이고, 토양은 흑색 화산회토양(21%), 농암갈색 화산회토양(41%), 암갈색 비화산회토양(17%), 산악지 토양(21%)으로 구분되며(Song et al., 2005; Hyun et al., 2009; NAAS, 2014), 농경지의 대부분에는 과수작물인 온주밀감(Citrus unshiu Marc.)이 주로 재배되고 있다. 화산회토양은 이미 생성된 토양 위에 화산재가 퇴적이 되어 생성된 토양으로 흑색이나 농암갈색을 띄며, 유기물 함량은 높으나 유기입자 또는 토양입자와의 강한 결합력으로 인해 분해가 어려워 식물이 이용하기 어렵고, 토양 비옥도가 낮은 것으로 알려져 있다(Song et al., 2010). 이에 반해 비화산회토양은 암석의 풍화작용으로 형성되어 암갈색을 띄며 제주도의 북부와 서부 지역에 주로 분포하고 있으며, 화산회토양에 비해 비료 요구도가 상대적으로 낮고 작물 생산성이 높은 편이다(Hyun, 2011).

제주에서 재배되고 있는 주요 채소작물은 마늘(Allium sativum L.), 양파(A. cepa L.), 양배추(Brassica oleracea L. var. capitata L.), 브로콜리(B. oleracea L. var. italica L.), 무(Raphanus sativus L. var. hortensis Backer), 당근(Docus carota L.) 등이며, 이들 작물들은 육지부 생산 작형과는 차별화된 월동 재배가 주로 이루어지고 있다. 제주지역은 아열대기후대로 겨울철 온도가 높아 육지부와는 달리 노지에서도 채소작물의 월동 재배가 가능하다. 특히, 마늘은 추운 겨울을 나는 대표적인 월동작물로 우리나라에서는 중부와 남부 지역에서 널리 재배되고 있다(Hwang and Lee, 1990; Hwang et al., 2009). 마늘은 생태형에 따라 한지형 마늘과 난지형 마늘로 구분하며, 제주에서 재배되는 품종들은 주로 난지형 마늘이다. 난지형 마늘은 한지형 마늘에 비하여 휴면기간이 짧고 파종 후 어느 정도 자란 상태에서 월동하며, 단위면적당 수확량이 많은 것이 특징이다. 제주에서 생산되는 마늘은 우리나라 총생산량(연간 약 30만 톤)의 약 33.4%에 해당되며(RDA, 2017), 제주 전역에 걸쳐 재배되지만 주로 서부지역을 중심으로 많이 재배되고 있다. 마늘은 품종뿐만 아니라 토양과 기후, 여러 재배환경에 따라 생육특성 뿐만 아니라 그 무기성분, 유기산, 유리당, 그리고 allicin 등 생리활성 물질의 함량에 있어서도 차이가 난다(Argüello et al., 2006; Volk and Stern, 2009; Vadalà et al., 2016; Petropoulos et al., 2018). 마늘 주산지인 의성과 예천에서도 토양의 화학적 특성에 따라 마늘의 지상부 생장과 인경 발달이 달라졌으며, 논토양보다는 밭토양에서 생육이 더 좋고 품질이 우수한 것으로 보고된 바 있다(Kim et al., 2000). 그리고 밭토양에서 재배된 마늘은 수분 함량이 낮고, 조회분, 조지방, 조단백, 탄수화물 함량이 높을 뿐만 아니라 allicin 함량도 더 높다(Oh et al., 2012). 인경의 생장도 산지별로 달라서 합천산과 남해산이 무안산, 함평산과 제주산보다 월등히 좋을 뿐만 아니라 향기성분의 총 함량도 합천산과 남해산이 높고, 특히 남해산 마늘은 항균활성도 높은 것으로 보고된 바 있다(Shin et al., 2011). 제주도의 겨울철 대표적인 채소작물인 월동무(Raphanus sativus L. var. hortensis Backer)인 경우도 가식부인 지하부의 크기와 무게가 농암갈색 화산회토양에서 월등히 좋지만, 미량원소를 포함한 무기성분 함량은 암갈색 비화산회토양에서 오히려 높은 것으로 보고한 바 있어(Oh et al., 2019), 마늘도 제주도 내 토양유형별로 재배하였을 때 생육특성, 생산성이나 무기성분 함량에 있어서 토양유형별로 차이가 있을 것으로 보인다. 따라서 제주지역에 분포하고 있는 농경지 토양유형별 마늘의 수확량과 품질에 미치는 영향을 이해하는 것은 마늘 재배의 지속 가능성을 위해서 중요하다. 그리고 안정적인 생산을 위해서는 토성 및 경작지 환경 특성을 고려한 재배기준을 확립할 필요성이 있다.

본 연구에서는 마늘의 생산성과 품질 향상을 위한 토양 개선과 작물 재배 시 관리 방법을 평가하기 위한 일환으로 제주지역의 토양유형별로 난지형 마늘을 재배하였을 때 생장과 무기성분 함량의 변화를 살펴보았다.

재료 및 방법

식물재료 및 재배조건

본 실험에 사용한 마늘(Allium sativum L.)은 난지형인 “남도(Namdo)”이며, 5 ‑ 6g 정도 되는 중간 크기의 건전한 인편을 흑색 화산회토양(BS), 농암갈색 화산회토양(VDBS) 또는 암갈색 비화산회토양(DBS)이 채워진 라이시미터에 파종하여 사용하였다. 라이시미터는 농촌진흥청 온난화대응농업연구소(N33°28' E126°31', 200m above sea level, Jeju, Korea)의 시설을 이용하였으며, 라이시미터(1.8 × 1.8 × 0.8m) 내 토양은 20cm 깊이로 경운한 후 바닥을 평평하게 고르고 20 × 10cm 간격으로 인편을 직파하여 재배하였으며, 토양유형별로 각각 6반복하여 수행하였다. 토양수분은 재배기간 동안 3 ‑ 4일 간격으로 관수하고, 진딧물 등 병충해 방제를 위하여 저독성 약제인 이미다클로프리드 수화제(0.5g·L-1, Farm Hannong Co., Seoul, Korea), 테부코나졸 유제(0.5g·L-1, Farm Hannong Co., Seoul, Korea), 에마멕틴벤조에이트 유제(0.5g·L-1, Syngenta Co., Seoul, Korea)와 이미녹타딘트리스-알베실레이트 수화제(1.0g·L-1, Kyung Nong Co., Seoul, Korea)를 재배기간 중에 각각 1회씩 살포하였다. 온도와 일사량은 지상부로부터 2.5m 높이에 설치한 온도센서(1400-101, LI-COR Inc., Lincoln, USA)와 광센서(LI200X, LI-COR Inc., USA)를 이용하여 측정하였으며, 데이터로거(CR1000, Campbell Scientific Inc., Logan, USA)에 연결하여 1시간 간격으로 기록하였다.

토양의 물리화학성 특성 분석

토양시료는 인편을 파종하기 전인 8월 하순에 라이시미터에 채워진 흑색 화산회토양, 농암갈색 화산회토양, 암갈색 비화산회토양의 표토층(0 ‑ 20cm)을 각각 6반복으로 채취하여 수행하였다. 채취한 토양시료는 풍건시킨 후에 2mm 체를 통과시키고, 농촌진흥청 농업과학기술원 표준분석법에 준하여 분석하였다(NIAST, 2000). 토양의 입경은 micro-pipette 법을 이용하여 점토, 미사, 모래 함량을 측정하였다. 토양산도(pH)와 전기전도도(electrical conductivity: EC)는 토양과 증류수의 비를 1:5로 하여 1시간 동안 진탕시킨 후 각각 pH 미터(Five Easy Plus FP20, Mettler Toledo, Greifensee, Switzerland)와 전기전도도계(InoLab Cond Level 1, Wissenschafilich Technishe Werkstatten, Weiheim, Germany)를 이용하여 측정하였다. 토양 유기물(organic matter: OM) 함량은 Tyurin 법, 전질소(total nitrogen: T-N) 함량은 Kjeldahl 법, 유효인산(available phosphate: Av. P2O5)은 Lancaster 법에 의해 분석하였으며, 토양 내 다량원소는 유도결합플라즈마 발광광도계(Inductively Coupled Plasma Spectrophotometry-Mass, ICP-Integra XL, GBC Scientific Equipment Pty Ltd., Victoria, Australia)를 이용하여 분석하였다.

생육특성 조사

마늘 지상부의 외형적 특성은 파종 후 30일(가을, 9월 하순)부터 270일(늦은 봄, 5월 하순)까지 일정 간격으로 토양유형별로 각각 30개체를 무작위로 선발하여 지상부 길이, 엽초경, 엽수, 그리고 총포의 두께와 무게 등을 조사하였다. 지상부의 길이는 잎을 길게 늘어뜨렸을 때 인경 바로 윗부분에서부터 잎의 끝부분까지의 길이를, 엽초경은 맹아엽 하단부의 직경을 측정하였다. 엽수는 맹아엽을 제외한 주당 모든 녹색 상태의 엽수로 나타내었다. 그리고 총포는 화경의 기부에 형성된 볼록한 부분의 두께와 무게를 측정하였다. 인경(인경경, 인경고, 무게, 인편수 등)과 인편(인편의 너비, 길이, 무게 등)의 특성은 수확기(270일, 5월 하순)에 토양유형별로 각각 11개체를 무작위로 선발하여 조사하였다. 그리고, 인경형성지수(BI)와 구형지수(BSI)는 각각 엽초경에 대한 인경경과 인경고에 대한 인경경으로 산출하였다.

식물체 내 무기성분 함량의 분석

식물체내 전질소와 무기성분 함량은 파종 후 270일에 수확한 시료를 대상으로 농촌진흥청 농업과학기술원 표준분석법에 준하여 분석하였다(NIAST, 2000). 수확한 인경을 70°C 항온건조기에서 5일간 건조하고 식용부위인 인편을 분리하여 소형파쇄기(HR2860, Philps, China)로 균일하게 마쇄한 후 분석시료로 사용하였다. 전질소 함량은 Kjeldahl 법에 의해 분석하였으며, 인, 치환성 양이온(K, Ca, Mg, Na)과 미량원소(Fe, Mn, Zn, Cu)는 분해용액(HN03 : H2SO4 : HClO4 = 10 : 1 : 4)을 첨가하여 전처리 및 여과과정을 거친 후 유도결합플라즈마 발광광도계(Inductively Coupled Plasma Spectrophotometry-Mass, ICP-Integra XL, GBC Scientific Equipment Pty Ltd., Victoria, Australia)를 이용하여 분석하였으며, 건물중 1g당 함량으로 제시하였다.

통계분석

모든 통계분석은 SPSS 통계 패키지 18.0(SPSS, Chicago, IL, USA)을 이용하여 수행하였으며, ANOVA에 이은 Duncan의 다중검정(p < 0.05)으로 평균치 간의 차이에 대한 유의성을 검정하였다.

결 과

기상 환경요인의 변화

실험기간 동안 라이시미터 내 대기 환경요인으로 일일적산일사량, 상대습도, 대기온도의 변화를 조사하였다(Fig. 1). 일일적산일사량은 생육기간 동안 내내 기복이 심하였으며, 10월 중순부터 점차 감소하다가 이듬해 2월을 기점으로 다시 증가하는 양상을 보였다(Fig. 1A). 특히, 일일적산일사량은 1월에 가장 낮았으며 10MJ·m-2 이하인 날이 12월과 이듬해 1월에 많았고 3월 이후에는 20MJ·m-2를 상회하였다. 상대습도는 파종 후 이듬해 2월까지는 50%를 상회하였으며, 3월부터 수확기까지는 40% 이하로 낮은 때도 간혹 있었다(Fig. 1B). 일평균 대기 온도는 14.0°C (일최저평균 11.2°C, 일최고평균 17.2°C)를 나타내었다. 그리고 11월 하순부터 3월 하순까지 일평균 10°C 이하의 온도에 노출된 기간이 83일이며, 5°C 이하의 온도에 노출된 기간도 19일이나 되었다(Fig. 1C).

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Fig. 1.

Changes in daily mean solar radiation (A), daily mean relative humidity (B), and daily air temperature (C) in field lysimeters filled with different types of soils for garlic (Allium sativum L.) cultivation during the experimental period (September 2016 - May 2017). The arrows in A indicate the days when garlic clove seeds were sown and experimental measurements were carried out in situ.

토양유형별 물리화학적 특성

토양유형별 모래(2.0 ‑ 0.05mm), 미사(0.05 ‑ 0.002mm), 점토(< 0.002mm)의 함량은 각각 11 ‑ 24%, 53 ‑ 64%, 12 ‑ 36% 범위에 있으며, 화산회토양은 미사의 함량이 많은 미사질양토이고, 비화산회토양은 미사와 점토의 함량이 많은 미사질식양토로 나타났다(Table 1). 토양 pH는 5.07 ‑ 5.77로 화산회토양과 비화산회토양 모두 약산성을 나타냈고, 전기전도도는 0.19 ‑ 0.64dS·m-1로 화산회토양이 비화산토양보다 1.8 ‑ 3.4배 높았다. 유기물과 전질소 함량은 화산회토양이 비화산회토양보다 높았고, 유효인산(Av. P2O5)과 칼슘(Ca) 함량은 농암갈색 화산회토양(VDBS)에서 가장 높았으며, 마그네슘(Mg) 함량은 암갈색 비화산회토양(DBS)이 화산회토양보다 더 높았다(Table 2). 흑색 화산회토양(BS)에서는 pH가 5.07, 유효인산은 11.5mg·kg-1, Ca과 Mg은 각각 1.62cmol·kg-1과 0.50cmol·kg-1로 가장 낮은 데 반하여 전기전도도는 0.64dS·m-1, 유기물과 전질소 함량은 각각 107.5g·kg-1, 5.6g·kg-1로 가장 높았다. 농암갈색 화산회토양은 pH가 5.77, 유기물 함량은 94.3g·kg-1, 유효인산은 29.0mg·kg-1, Ca은 5.98cmol·kg-1으로 가장 높았으며, 전기전도도, 전질소 함량과 Mg 함량도 비교적 높았다. 암갈색 비화산회토양은 전기전도도는 0.19dS·m-1, 유기물과 전질소 함량은 19.0g·kg-1, 1.1g·kg-1로 가장 낮았으며, 유효인산은 24.6mg·kg-1, Mg은 1.47cmol·kg-1로 높았다. 우리나라 마늘 경작지 밭토양의 적정기준(NAAS, 2010)과 비교할 때, Ca 함량은 농암갈색 화산회토양에서는 적정 범위를 보였으며, 흑색 화산회토양과 암갈색 비화산회토양에서는 크게 낮았다. 그리고 유기물 함량은 암갈색 비화산회토양에서는 적정기준 범위 내에 있으나 흑색 및 농암갈색 화산회토양은 매우 높은 함량을 보였다. 전기전도도는 적정기준 범위 내에 있는 것으로 나타났으며, 토양 pH, 유효인산과 Mg 함량은 모든 토양에서 낮았으며, K 함량은 오히려 높았다.

Table 1. Particle-size distribution of soils used for garlic (Allium sativum L.) cultivation

Soil types Sand (%) Silt (%) Clay (%) Texture class
Volcanic ash Black soil (BS) 24.2 ± 0.66z ay 63.9 ± 2.01 a 12.0 ± 2.00 b SiL
Very dark-brown soil (VDBS) 22.3 ± 0.61 b 63.8 ± 2.62 a 14.0 ± 2.45 b SiL
Nonvolcanic ash Dark-brown soil (DBS) 11.3 ± 0.40 c 52.8 ± 3.70 b 36.0 ± 4.00 a SiCL

zValues are expressed as means ± SE of 6 biological replicates.
ySignificant differences between treatments are indicated by the different letters within each column (p < 0.05).

Table 2. Chemical propertiesz of soils used for garlic (Allium sativum L.) cultivation

Soil types pH
(1:5)
EC
(dS·m-1)
OM
(g·kg-1)
T-N
(g·kg-1)
Av. P2O5
(mg·kg-1)
K
(cmol·kg-1)
Ca
(cmol·kg-1)
Mg
(cmol·kg-1)
Volcanic
ash
Black
soil (BS)
5.07 ± 0.97y cx 0.64 ± 0.12 a 107.5 ± 8.32 a 5.6 ± 0.09 a 11.5 ± 3.31 b 1.01 ± 0.13 a 1.62 ± 0.18 c 0.50 ± 0.05 c
Very
dark-
brown
soil (VDBS)
5.77 ± 0.05 a 0.34 ± 0.06 b 94.3 ± 8.97 a 4.3 ± 0.07 b 29.0 ± 0.66 a 1.00 ± 0.05 a 5.98 ± 0.19 a 1.11 ± 0.04 b
Nonvolcanic
ash
Dark-
brown
soil (DBS)
5.50 ± 0.01 b 0.19 ± 0.01 b 19.0 ± 0.81 b 1.1 ± 0.05 c 24.6 ± 1.15 a 1.20 ± 0.06 a 2.97 ± 0.12 b 1.47 ± 0.06 a
Optimal ranges of
field soils for garlic
cultivationw
6.5 ‑ 7.0 < 2.0 25 ‑ 35 - 300 ‑ 400 0.7 ‑ 0.8 6.0 ‑ 7.0 2.0 ‑ 2.5

zEC: electrical conductivity, OM: organic matter, T-N: total nitrogen, Av. P2O5: available P2O5.
yValues are expressed as means ± SE of 6 biological replicates.
xSignificant differences between treatments are indicated by the different letters within each column (p < 0.05).
wOptimal ranges of chemical characteristics of field soils for garlic cultivation were cited from National Academy of Agricultural Science (2010).

토양유형별 마늘 지상부의 외형적 특성

지상부의 길이, 엽초경과 엽수는 농암갈색 화산회토양과 암갈색 비화산회토양에서 재배하였을 때 더 빠르게 발달하였으며, 흑색 화산회토양에서는 저조하였다(Fig. 2). 생육 초기( ‑ 60일)에는 토양유형별로 큰 차이를 보이지 않았으나 암갈색 비화산회토양에서 다소 빠른 생장을 보였다. 생육 중기(60 ‑ 180일)에는 농암갈색 화산회토양과 암갈색 비화산회토양에서 엽초경 생장과 엽수 증가가 원활하게 이루어진데 반해 흑색 화산회토양에서는 잘 이루어지지 않았다. 생육 후기(180일 이후)에 초장이 길어질 뿐만 아니라, 엽초경이 더 굵어지고 엽수가 증가하였으며, 수확기(270일)에는 지상부 생장이 거의 멈추고 엽초경이 점차 가늘어지고 녹색 상태의 엽수도 급격하게 감소하였다. 수확기에 지상부는 농암갈색 화산회토양과 암갈색 비화산회토양에서 재배한 경우에는 길게 신장하고 엽초경도 더 굵게 생장하였으며, 흑색 화산회토양에서는 지상부의 길이와 엽초경의 생장이 전반적으로 저조하였다. 그리고 녹색 상태의 엽수는 농암갈색 화산회토양과 암갈색 비화산회토양에서 각각 4개이나 흑색 화산회토양에서는 2개였다(Table 3). 화경의 기부에 형성된 총포의 두께와 무게는 농암갈색 화산회토양과 암갈색 비화산회토양에서 더 빠르게 발달하여 두께가 굵어졌으며 생체량도 높았다. 즉, 농암갈색 화산회토양과 암갈색 비화산회토양에서는 수확기에 성숙한 상태의 총포를 관찰할 수 있었으나, 흑색 화산회토양에서는 지상부 생장의 저조로 다소 미숙한 상태였다.

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Fig. 2.

Shoot growth (plant height, pseudo-stem diameter, and leaf number per plant) characteristics of garlic (Allium sativum L.) grown in different types of soils during the experimental period. Data are the means ± SE of 30 biological replicates.

Table 3. Growth characteristics of aerial part in garlic (Allium sativum L.) grown for 270 days in different types of soils

Growth parameters Soil types
Black soil (BS) Very dark-brown soil (VDBS) Dark-brown soil (DBS)
Plant height (cm) 81.6 ± 3.18z by 109.7 ± 2.66 a 111.0 ± 2.18 a
Pseudo stem diameter (cm) 0.63 ± 0.04 b 1.05 ± 0.03 a 1.00 ± 0.04 a
Number of leaves (no./plant) 2.1 ± 0.46 b 4.4 ± 0.36 a 4.5 ± 0.28 a
Involucrel diameter (cm) 2.24 ± 0.11 b 3.10 ± 0.07 a 2.93 ± 0.08 a
Fresh weight of involucre (g) 5.3 ± 1.00 b 13.5 ± 0.96 a 11.2 ± 1.50 a

zValues are expressed as means ± SE of 11 biological replicates.
yDifferent letters within each column indicate significant differences between treatments (p < 0.05) by Duncan's multirange test.

토양유형별 마늘의 생산성과 품질

수확기에 토양유형별 인경과 인편의 외형적 특성을 살펴보면(Table 4), 인경 두께와 길이가 농암갈색 화산회토양과 암갈색 비화산회토양에서는 잘 발달하여 크기가 크고 상품성이 높았으며 인편의 크기가 균일한 상태를 유지하였다. 이에 반해 흑색 화산회토양에서는 인경 발달이 잘 이루어지지 않아 크기가 작고 인편의 크기도 작아 소인편이 형성되었다. 인경 당 인편 수는 농암갈색 화산회토양과 암갈색 비화산회토양에서 각각 7개와 6개로 많고, 흑색 화산회토양에서는 4개에 불과하였으며, 인편무게도 농암갈색 화산회토양과 암갈색 비화산회토양에서 수확한 마늘이 9 ‑ 10g으로 더 무거웠다. 그러나 흑색 화산회토양에서는 지상부의 생장뿐만 아니라 인편 분화 및 비대가 정상적으로 이루어지지 않았다. 인경형성지수(BI)는 흑색화산회토양에서 다소 높았다. 그리고 구형지수(BSI)는 흑색화산회토양에서는 1.08로 인경경과 인경고의 크기가 비슷하여 거의 구형으로 보였으며, 농암갈색 화산회토양과 암갈색 비화산회토양에서는 0.81 ‑ 0.86으로 인경경이 더 발달하여 타원형으로 나타났다.

Table 4. Characteristics of bulb and clove in garlic (Allium sativum L.) grown for 270 days in different types of soils

Growth parameters Soil types
Black soil (BS) Very dark-brown soil (VDBS) Dark-brown soil (DBS)
Bulb height (cm) 2.83 ± 0.11z by 4.19 ± 0.14 a 3.91 ± 0.11 a
Bulb diameter (cm) 2.73 ±0.19 c 5.17 ± 0.14 a 4.59 ± 0.18 b
Bulb weight (g) 18.5 ± 2.42 c 83.4 ± 5.52 a 63.5 ± 6.88 b
Number of cloves (no./bulb) 3.9 ± 0.37 b 6.6 ± 0.34 a 5.8 ± 0.30 a
Mean clove weight (g) 4.2 ± 0.54 b 10.4 ± 0.55 a 9.7 ± 0.67 a
Bulbing index (BI) 0.24 ± 0.016 a 0.20 ± 0.004 b 0.22 ± 0.006 ab
Bulb shape index (BSI) 1.08 ± 0.08 a 0.81 ± 0.03 b 0.86 ± 0.02 b

zValues are expressed as means ± SE of 11 biological replicates.
yDifferent letters within each column indicate significant differences between treatments (p < 0.05) by Duncan's multirange test.

토양유형별 마늘의 무기물 함량

암갈색 비화산회토양에서 재배된 마늘은 T-N, P, K, Ca, Fe, Mn, Zn 함량이 높았으며, 농암갈색 화산회토양에서도 T-N, P, Ca, Fe 함량이 높은데 반하여 흑색 화산회토양에서는 대체로 낮았다(Table 5). 반면에 Mg, Na과 Cu 함량은 토양유형에 관계없이 유사하였다.

Table 5. Mineral composition of garlic (Allium sativum L.) grown for 270 days in different types of soils

Soil types Macronutrients (mg·g-1 DW) Micronutrients (𝜇g·g-1 DW)
T-Nz P K Ca Mg Na Fe Mn Zn Cu
Black soil (BS) 110.0 ±
12.9y bx
9.5 ±
0.8 b
52.0 ±
2.7 b
0.8 ±
0.04 b
3.0 ±
0.15 a
0.6 ±
0.06 a
96.2 ±
4.8 b
27.7 ±
1.6 b
18.0 ±
0.8 c
21.3 ±
1.9 a
Very dark-brown soil (VDBS) 136.5 ±
2.7 a
15.4 ±
0.8 a
57.7 ±
2.5 b
1.1 ±
0.05 a
3.0 ±
0.10 a
0.6 ±
0.10 a
126.7 ±
6.6 a
26.2 ±
1.1 b
25.3 ±
1.9 b
20.7 ±
1.5 a
Dark-brown soil (DBS) 138.2 ±
3.4 a
15.0 ±
0.8 a
67.0 ±
2.1 a
1.2 ±
0.08 a
3.2 ±
0.11 a
0.7 ±
0.06 a
134.4 ±
6.4 a
37.2 ±
2.6 a
33.7 ±
1.6 a
22.6 ±
1.6 a

zT-N: total nitrogen.
yValues are expressed as means ± SE of 11 replicates.
xDifferent letters within each column indicate significant differences between treatments (p < 0.05).

고 찰

마늘은 토심이 깊고 배수가 양호하며 부식질이 많은 양토나 사양토에서 생육이 양호하며, 적정 토양 pH는 6.5 ‑ 7.0이며 산성이 강하면 생육이 불량하고 인경 비대가 잘 이루어지지 않는다. 우리나라 마늘 주산지 토양은 양토와 사양토가 전체의 60% 이상을 차지하고 있다(Sohn et al., 1999). 양토에서 자란 마늘은 인경이 단단하고 열구가 적으며 품질이 좋은데 반하여 사질토에서 자란 마늘은 인경이 잘 갈라지고 충실하지 못할 뿐만 아니라 저장성도 떨어진다. 또한 배수가 불량한 토양에서는 마늘의 품질이 나빠지고 병해충에 의한 피해도 많아진다. 우리나라 마늘 경작지 밭토양의 적정기준과 비교할 때(NAAS, 2010), 제주도 토양은 Table 2에서 보는 바와 같이 전기전도도가 적정기준 범위 내에 있는 것으로 나타났으며, 토양 pH, 유효인산과 Mg 함량은 모든 토양에서 낮았으며 K 함량은 오히려 높았다. 그리고 Ca 함량은 농암갈색 화산회토양에서는 적정 범위에 있으나 흑색 화산회토양과 암갈색 비화산회토양에서는 크게 낮았으며, 유기물 함량은 비화산회토양에서는 다소 낮았으나 화산회토양에서 매우 높은 함량을 보였다. 또한 우리나라 마늘 주산지 토양의 화학성분 함량과 비교하면 제주지역 화산회토양과 비화산회토양은 pH와 마그네슘 함량은 주산지의 pH 6.3과 2.17cmol·kg-1 보다 낮았으나 유기물과 칼륨 함량은 주산지의 2.8g·kg-1과 0.27cmol·kg-1 보다 월등히 높았고 유효인산 및 칼슘 함량은 주산지의 687mg·kg-1과 9.11cmol·kg-1 보다 매우 낮았다(Sohn et al., 1999). 토양 유효인산의 적정 함량은 300 ‑ 400mg·kg-1 임을 감안하였을 때 제주지역의 화산회토양과 비화산회토양은 모두 유효인산 함량이 크게 낮아 퇴구비 시용에 의한 토양 내 유효인산과 칼슘 함량의 증대가 뒤따라야 함을 나타내주고 있다(NAAS, 2010; RDA, 2001). 또한 토양의 전기전도도가 기술된 2.0dS·m-1 보다 낮기 때문에 제주지역의 화산회토양과 비화산회토양 모두 작물 재배에 있어서 염분에 의한 영향은 무시할 수 있을 것이다.

그리고 화산회토양은 Table 1과 Table 2에서 살펴본 바와 같이 비화산회토양에 비해 모래와 미사 함량이 높고 유기물 함량도 높아 토양공극이 커지고 수분보유능이 높아져서 작물생육에 유리할 수 있다. 이는 화산회토양이 비화산회토양에 비해 내수성입단율이 높고 용적 밀도가 낮다는 사실로도 유추해볼 수 있다(Park and Kang, 2019). 그러나, 실제 제주지역의 토양유형별로 마늘을 재배하였을 때 지상부와 지하부 모두 농암갈색 화산회토양과 암갈색 비화산회토양에서 더 빠르게 생장하였으며, 인경 형성도 양호하여 생산성과 상품성이 더 높은 것으로 나타났다(Tables 3 and 4). 이는 농암갈색 화산회토양과 암갈색 비화산회토양의 pH가 5.50 ‑ 5.77로 약산성(pH 5.5 ‑ 5.9)으로 중산성(pH 5.0 ‑ 5.4)보다 높아 마늘 생육에 더 적합한 것으로 보인다. 실제 제주지역 마늘 주산지인 서부지역의 토양은 암갈색 비화산회토양과 농암갈색 화산회토양이 대부분을 차지하고 있다.

한편, 암갈색 비화산회토양과 농암갈색 화산회토양에서 재배된 마늘은 흑색 화산회토양에서 재배된 마늘에 비하여 미량원소를 포함한 무기성분 함량이 높았으며, 특히, K, Ca, Fe, Mn, Zn 함량이 Table 5에서 살펴본 바와 같이 암갈색 비화산회토양에서 재배된 마늘에서 높게 검출되어 식품 영양학적 측면에서 비화산회토양에서 재배하는 것이 바람직하다고 볼 수 있다. 월동무의 경우도 암갈색 비화산회토양에서 재배했을 때 가식부인 지하부에서 미량원소를 포함한 대부분의 무기성분 함량이 높았다고 보고된 바 있다(Oh et al., 2019). 무기질은 체내에서 열량원으로 작용하지는 않지만 신체조직을 구성할 뿐만 아니라 다양한 생리적 기능 조절, 생리활성물질의 구성성분으로 기능을 수행한다(Sathiyavani et al., 2017). 식품소재로서의 영양적 가치를 평가함에 있어 이들 무기질에 대한 정보는 식품영양학적 의의가 크다고 할 수 있다(KNS, 2005). 식물체 내의 무기성분 조성은 작물의 영양 상태뿐만 아니라 잠재적인 수확량을 나타내는 특성으로도 볼 수 있다. 우리나라에서 재배되고 있는 난지 또는 한지형 마늘의 무기물함량과 비교하였을 때(Lee et al., 2016), 제주지역의 화산회토양과 비화산회토양에서 재배된 마늘의 무기물 함량이 월등히 더 높았다. 특히, Table 5에서 살펴본 바와 같이 암갈색 비화산회토양에서 재배된 마늘은 미량원소를 포함한 무기성분 함량이 높았다. 제주지역 농가에서 재배한 마늘의 건체량당 무기물 총량은 농암갈색 화산회토양에서 25.93g·kg-1, 암갈색 비화산회토양에서 23.31g·kg-1으로, 농암갈색 화산회토양에서 생산한 마늘이 다소 높은 것으로 보고된 바 있으나(Kim and Ra, 2016), 그 차이는 재배환경, 토양성분, 농가별 재배기술 및 품종 등에 따라 발생할 수 있는 정도였다. 월동무의 경우에도 가식부인 지하부의 크기와 상품성은 미사질양토인 농암갈색 화산회토양에서 월등히 좋지만, 미량원소를 포함한 무기성분 함량은 미사질식양토인 암갈색 비화산회토양에서 오히려 높은 것으로 보고되었다(Oh et al., 2019). 그리고 로즈마리(Rosmarinus officinalis L.)는 사질식토와 사질양토에서 각각 재배하였을 때 사질양토에서는 빠른 생장과 더불어 정유(essential oil) 함량도 높아 토양 종류가 작물의 생산성과 품질을 제어하는 중요한 관리 요소임을 밝힌 바 있다(Gharib et al., 2016).

이상의 결과를 종합해 보았을 때, 농암갈색 화산회토양과 암갈색 비화산회토양에서 재배된 난지형 마늘은 지상부의 생장뿐만 아니라 인편 분화 및 비대가 정상적으로 이루어져 인경의 크기가 클 뿐만 아니라 무기물 함량이 높아 상품성이 높을 것으로 보이며, 특히 암갈색 비화산회토양에서 재배된 난지형 마늘은 무기물 함량이 월등히 높아 영양적 가치가 높을 것으로 보인다. 그리고 가식부인 인경과 인편의 상품성을 높이면서 기능성을 가미한 고품질의 마늘을 생산하기 위해서는 생육에 최적인 농암갈색 화산회토양이나 암갈색 비화산회토양을 기준으로 시비기준을 달리할 필요가 있다. 이러한 재배지 토양유형별 작물의 특성은 높은 수확량과 고품질의 마늘을 생산하고자 하는 재배농가들에게 유용한 정보로 활용될 수 있을 것으로 보인다.

Acknowledgements

본 논문은 2018학년도 제주대학교 학술진흥연구비 지원사업에 의하여 연구되었습니다.

References

1

Argüello JA, Ledesma A, Núñez SB, Rodríguez CH, Goldfarb MDCD (2006) Vermicompost effects on bulbing dynamics, nonstructural carbohydrate content, yield, and quality of 'Rosado Paraguayo' garlic bulbs. HortScience 41:589-592. doi:10.21273/HORTSCI.41.3.589

10.21273/HORTSCI.41.3.589
2

Gharib F, Ghazi S, Aly H, El-Araby M, Moustafa S (2016) Effect of soil type and water content on rosemary growth and essential oil yield. Int J Sci Eng Res 7:183-189

3

Hwang JM, Ha HT, Choi HS (2009) Field performance of seed gallic on cultivars collected from the different growing regions. Korean J Hortic Sci Technol 27:567-571

4

Hwang JM, Lee BY (1990) The effect of temperature and humidity conditions on rooting and sprouting of garlic. J Kor Soc Hortic Sci 31:15-21

5

Hyun BK, Jug YT, Hyun GS, Moon KH, Song KC, Sonn YK, Zhang YS, Park CW, Hong SY, et al. (2009) A study on the lava terraces with different elevation in Jeju. Korean J Soil Sci Fert 42:88-97

6

Hyun HN (2011) Soil environment, a key to open up Jeju society and culture. Proceedings of 30th Anniversary International Symposium for the Korean Society of Environmental Agriculture. Jeju, Korea, 7-9 July, 2011, p 3-20

7

Kim CB, Kim CY, Park M, Lee DH, Choi J (2000) Effect of chemical properties of cultivation soils on the plant growth and the quality of garlic. Korean J Soil Sci Fert 33:333-339

8

Kim JS, Ra JH (2016) Comparison of the chemical properties of soil and the main components of the southern ecotype garlic cultivar cultivated in the volcanic or non-volcanic ash soil of Jeju Island. Korean J Hortic Sci Technol 34:549-556. doi:10.12972/kjhst.20160056

10.12972/kjhst.20160056
9

Lee JH, Lee J, Shang J, Nam JS, Lee J, Kim SM, Han HK, Choi Y, Kim SN, et al. (2016) Changes in nutritional components of the northern and southern types garlic by different heat treatments. Korean J Food Cook Sci 32:245-252. doi:10.9724/kfcs.2016.32.3.245

10.9724/kfcs.2016.32.3.245
10

National Academy of Agricultural Science (NAAS) (2010) Fertilization standard on crops. NAAS, Suwon, Korea

11

National Academy of Agricultural Science (NAAS) (2014) Taxonomical Classification of Korean Soils. NAAS, Suwon, Korea

12

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

13

Oh HL, Kim NY, Sohn CW, Ryu BR, Yoon JH, Kim MR (2012) Analyses of pungency-related factors of field and rice paddy garlic. J Korean Soc Food Sci Nutr 41:655-660. doi:10.3746/jkfn.2012.41.5.655

10.3746/jkfn.2012.41.5.655
14

Oh S, Moon KH, Song EY, Wi SH, Koh SC (2019) Photosynthesis, productivity, and mineral content of winter radishes by soil type on Jeju Island. Hortic Sci Technol 37:167-177. doi:10.12972/kjhst.20190017

10.12972/kjhst.20190017
15

Park WP, Kang HJ (2019) Study on soil erosion and physical characteristics of Jeju volcanic ash soils under a rainfall simulator condition. Korean J Soil Sci Fert 52:60-69. doi:10.7745/KJSSF.2019.52.1.060

16

Petropoulos SA, Fernandes Â, Ntatsi G, Petrotos K, Barros L, Ferreira ICFR (2018) Nutritional value, chemical characterization and bulb morphology of Greek garlic landraces. Molecules 23:319. doi:10.3390/molecules23020319

10.3390/molecules2302031929393882PMC6017064
17

Rural Development Administration (RDA) (2001) Garlic cultivation technique. Standard farming textbook-117. Sammi Publishing Co., Suwon, Korea, p 207

18

Rural Development Administration (RDA) (2017) Garlic cultivation technique. Standard farming textbook-117(revision). RDA, Jeonju, Korea, p 181

19

Sathiyavani E, Prabaharan NK, Surendar KK (2017) Role of mineral nutrition on root growth of crop plants. Int J Curr Microbiol App Sci 6:2810-2837. doi:10.20546/ijcmas.2017.604.324

10.20546/ijcmas.2017.604.324
20

Shin JB, Kim RJ, Lee SJ, Kang MJ, Seo JK, Sung NJ (2011) Aroma compounds and antimicrobial effect of garlic from different areas in Korea. Korean J Food Preserv 18:199-207. doi:10.11002/kjfp.2011.18.2.199

10.11002/kjfp.2011.18.2.199
21

Sohn BK, Cho JS, Kang JG, Cho JY, Kim KY, Kim HW, Kim HL (1999) Physico-chemical properties of soils at red pepper, garlic and onion cultivation areas in Korea. J Korean Soc Soil Sci Fert 32:123-131

22

Song KC, Hyun BG, Moon KH, Jeon SJ, Lim HC, Lee SH (2010) Taxonomical classification and genesis of Jeju series in Jeju Island. Korean J Soil Sci Fert 43:230-236. doi:10.5338/KJEA.2010.29.1.020

10.5338/KJEA.2010.29.1.020
23

Song KC, Jung SJ, Hyun BK, Sonn YK, Kwak HK (2005) Classification and properties of Korean soils. In NIAST. Fruits and future prospects for soil survey in Korea. Suwon, Korea, pp 35-107

24

The Korean Nutrition Society (KNS) (2005) Dietary Reference Intakes for Koreans. Seoul, Korea, pp 199-311

25

Vadalà R, Mottese AF, Bua GD, Salvo A, Mallamace D, Corsaro C, Vasi S, Fiofrè SV, Alfa M, et al. (2016) Statistical analysis of mineral concentration for the geographic identification of garlic samples from Sicily (Italy), Tunisia and Spain. Foods 5:20. doi:10.3390/foods5010020

10.3390/foods501002028231115PMC5224572
26

Volk GM, Stern D (2009) Phenotypic characteristics of ten garlic cultivars grown at different North American locations. HortScience 44:1238-1247. doi:10.21273/HORTSCI.44.5.1238

10.21273/HORTSCI.44.5.1238
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