피트모스의 혼합비율이 토양환경에 미치는 영향

 

                   유기자재 종류별 혼합비율이 2년생 하이부시 블루베리의

                               유목 생육과 토양환경에 미치는 영향

 

 

 

 

 

김홍림*·김형득·김진국1·곽용범·최영하

농촌진흥청 국립원예특작과학원 남해출장소, 1농촌진흥청 국립원예특작과학원 과수과

 

서 언

블루베리는 Ericaceae과에 속하는 Vaccinium속 식물로서, V. corymbosum과 V. australe 이라는 두 야생종에서 발달한 개화식물이며, 원산지는 북아메리카이다(Gough, 1994). 블루베리는 크게 낙엽성과 상록성으로 구분한다. 낙엽성 블루베리는 수관크기에 따라 하이부시 블루베리와 로우부시 블루베리로 나뉘며, 하이부시 블루베리는 저온 요구도에 따라 다시 북부형과 남부형으로 나뉜다. 상록성 블루베리는 레빗아이 블루베리로, 남부 온대와 아열대 지방에서 주로 재배되고 있다. 블루베리는 시력, 항산화물질 그리고 폴리페놀 등 다양한 기능성을 가진 과수로서 식용은 물론 와인과 제빵 첨가물 등 다양한 종류로 가공되어 전 세계적으로 널리 소비되는 기능성 건강식품이다 (Schmidt et al., 2004; Sellappan et al., 2002). 주요 블루베리 재배 국가는 미국과 캐나다를 중심으로 유럽과 일본 등 이며, 국내에서는 2000년대 초반에 도입되어 2010년 현재 약 600ha에 이르는 것으로 추정되고 있다 (한국블루베리협회, 2010).

 

블루베리는 국내에서 재배되는 주요 원예작물과 달리 pH 4.5-5.2내외의 산성 토양 조건과 유기물함량이 40g kg-1이상, 모래가 80%이상인 양질사토에서 잘 자란다(Coville, 1910; Haynes and Swift, 1985; Korcak,1989). 그러나 국내 작물 재배토양은 유기물 함량과 토양 pH 조건이 블루베리를 재배하는데 부적합할 뿐 아니라 (Ha et al., 2010; Lee et al., 2010), 토성 역시 양토 (L), 사양토 (SL) 그리고 미사질 양토 (SiL)가 전체토양의 약 80%를 차지하고 있어 개선할 필요성이 있다(Kim et al., 2003; Sohn et al., 1999). 현재 대부분의 블루베리 재배농가들은 이와 같은 불리한 토양환경을 개선하기 위하여 블루베리 재식 전 피트모스를 혼합하여 토양환경 개선을 꾀하고 있다.

 

그러나 피트모스는 전량 수입에 의존하는 고가의 원예 자재로서, 묘목과 함께 개원비용 증가의 가장 큰 부분을 차지하고 있고, 과량의 사용은 양․수분 관리에 큰 장애를 준다. 이와 같은 문제점을 해소하기 위하여 작물생육과 경제성을 고려한 적정 혼합율 구명이 요구되며, 피트모스와 비교하여 상대적으로 저렴하면서, 배수성과 보비력이 높은 코코피트와 톱밥 등의 유기자재 사용가능성 또한 필요한 연구라 판단된다 (Beardsell et al., 1979; Horisawa et al.,1999; Kreij and Leeuwen, 2001). 따라서 본 연구는 2년생 블루베리 유목을 이용하여 피트모스와 코코피트 그리고 톱밥의 혼합비율에 따른 블루베리의 생육특성과 토양환경의 변화를 구명하여 블루베리 재배토양 개선에 적합한 유기자재와 적정 혼합기준을 마련하고자 한다.

 

재료 및 방법

공시품종 및 처리수준 공시품종은 북부형 하이부시 블루베리인 Duke (V. corymbosum L.)2년생을 이용하였으며, 실험장소는 경남 남해에 위치한 국립원예특작과학원 남해출장소 소재 유리온실에서 수행하였다. 실험처리에 사용된 유기물 종류는 피트모스, 코코피트 그리고 부숙되지 않은 톱밥이며, 각각의 유기물은 부피 비율로 100%, 50%, 12.5% 그리고 0%까지 총 4단계로 토양과 혼합한 후 wagner pot (1/2000are)에 재식 하였으며, 각각의 처리는 3반복으로 수행하였다. 각 처리별 시비량은 미시간 주립대학에서 제공하는 시비량을 바탕으로 질소 (유안, 1.1 kg 10a-1)와 칼리 (황산칼리(kg 10a-1)=-0.275x + 49.35)는 기비 60%, 추비40%로 분할하여 시비하였으며, 인산 (용과린(kg 10a-1)= -0.1686x + 29.114)은 전량 기비 하였다 (Hanson and Hancock, 1996).

 

블루베리 생육조사 시험 후 블루베리의 생육특성은 초장, 경경, 건물중 그리고 T/R율을 조사하였다. 초장은 줄기의 지재부에서 선단 끝까지의 길이를, 경경은 지재부 10 cm상단의 두께를 켈리퍼스로 측정하였다. 건물중은 잎과 줄기 그리고 뿌리를 각각 분리하여 건조후 조사하였다. 토양 및 식물체 분석 시험 전, 후 토양 pH, 유기물함량, Av.P2O5, NO3-N, NH4-N 그리고 치환성 양이온 등은 농촌진흥청 토양화학분석법에 준하여, pH는 초자전극법, 유효인산은 Lancaster법, 유기물함량은 Tyurin법, NO3-N와 NH4-N는 Kjeldahl법, 양이온은 ICP를 이용하여 분석하였다. 식물체의 총 질소는 Kjeldahl법으로, 인산은 Vanadate법으로, 칼슘 등 무기성분은 습식분해후 ICP로 분석하였다 (RDA, 2000).

 

결과 및 고찰

시험 전 토양과 유기자재의 화학적 특성은 Table 1과같다. 본 시험에 사용된 기본 토양의 화학적 특성은 국내 밭 토양 평균 화학성 (Ha et al., 2010)과 비교하여 유효인산과 치환성 양이온함량이 다소 낮은 수준이었으나, 토양 pH와 유기물 함량은 각각 6.04, 30.1 g kg-1 로 비슷한 수준이었다. 시험에 사용된 유기자재의 pH는 톱밥과 피트모스 그리고 코코피트가 각각 4.96, 4.90 그리고 6.11이었으며, 유효인산함량과 전기전도도는 피트모스가 낮았고, 치환성 칼슘과 마그네슘 함량은 코코피트가 높았다. 그 외 유기물 함량과 무기태 질소 함량은 유기자재 간 큰 차이가 없었다.

 

Table 1. Selected properties of soil and organic substrates.

Materials pH EC OM Av.P2O5

Ex. cation

NH4-N NO3-N

K Ca Mg Na

1:5 dS m-1 g kg-1 mg kg-1 --------------- cmolc kg-1 --------------- ---- mg kg-1 ----

Soil 6.04 0.63 30.1 383.5 0.23 4.94 1.73 0.24 10.5 24.5

Sawdust 4.96 0.49 55.3 18.7 0.13 0.43 0.33 0.15 19.3 18.2

Cocopeat 6.11 0.53 48.7 15.5 0.15 2.83 1.32 0.27 27.3 25.2

Peatmoss 4.90 0.14 55.2 4.0 0.02 1.30 0.93 0.20 19.6 18.6

Table 2. Selected properties of mixture soils after experiment.

Treatment

Mixture

ratio

pH EC OM Av.P2O5

Ex.cation

NH4-N NO3-N

K Ca Mg Na

% (1:5) dS m-1 g kg-1 mg kg-1 -------------- cmolc kg-1 -------------- ---- mg kg-1 ----

Saw dust

0 6.32ab† 3.34a 28de 1,063a 0.17b 4.44a 1.83ab 0.31c 26.5ab 57.4a

12.5 6.42ab 2.97a 35cd 966ab 0.16bc 4.23ab 2.13a 0.29c 23.6ab 18.4cd

50 6.02abc 2.55a 47ab 838abc 0.13d 2.96c 1.44b 0.28c 10.0c 11.1d

100 3.73d 1.94a 53ab 246d 0.05f 0.69e 0.46c 0.27c 16.3bc 15.8cd

Coco peat

12.5 6.40ab 3.20a 27e 982ab 0.17b 4.33ab 2.10a 0.34bc 16.8bc 31.3bc

50 6.58a 2.52a 47ab 763bc 0.18b 3.70b 1.75ab 0.40b 18.6abc 15.9cd

100 5.62bc 2.08a 47ab 225d 0.26a 1.32d 1.70ab 0.54a 15.9bc 11.1d

Peat moss

12.5 6.59a 2.91a 38c 926ab 0.13cd 4.08ab 1.86ab 0.29c 25.8ab 42.6ab

50 5.30c 2.25a 54a 661c 0.10e 3.69b 2.18a 0.32c 22.8ab 16.7cd

100 3.67d 2.55a 53ab 101d 0.05f 1.60d 1.26b 0.33c 27.9a 14.5cd

†Mean separation within columns by Duncan’ multiple range test at p=0.05.

 

유기자재별, 혼합비율이 상이한 토양의 시험 후 화학성 변화는 Table 2와 같다. 토양이 혼합되지 않은 톱밥(100%)과 피트모스 (100%) 처리의 pH는 각각 3.73, 3.67로 매우 강한 산성을 나타냈으나, 자재의 혼합비율이 50%로 감소함에 따라 pH는 크게 상승하여 각각 6.02, 5.30으로 높아졌으며, 12.5%에서는 두 자재 모두 유기자재와 혼합되지 않은 토양과 비슷한 수준을 나타냈다. 반면, 코코피트에 의한 pH변화는 톱밥과 피트모스 보다 미미한 수준으로, 코코피트가 100%인 처리구의 pH는 5.62이었으며, 50%, 12.5%가 혼합된 처리구의 pH는 각각 6.58, 6.40로 유기자재가 혼합되지 않은 토양과의 비슷하였다.

 

처리별 전기 전도도는 자재종류별 혼합비율별 통계적 유의차가 나타나지 않았다. 유기물 함량은 피트모스가 50% 혼합된 처리가 54 g kg-1로 가장 높았으며, 코코피트 12.5%처리가 27 g kg-1으로 가장 낮은 수준을 나타냈다. 톱밥을 혼합한 처리는 혼합비율과 유기물 함량이 같은 경향으로, 100%처리가 가장 높은 유기물 함량을 나타냈으나, 코코피트와 피트모스는 50% 혼합비율에서 가장 높은 유기물 함량을 나타냈다.

 

블루베리를 재배하는데 토양 유기물 함량은 매우 중요한 요인으로 알려져 있다 (Coville, 1910; Haynes and Swift, 1985; Korcak, 1989). 따라서 Table 2의 결과에 따르면 토양 유기물 함량을 적정 수준으로 높이는 데에는 시험에 사용된 모든 자재가 충분한 능력을 가진 것으로 판단되며, 시험에 사용된 모든 자재가 12.5-50% 범위에서 유효하다고 볼 수 있다. 그 밖의 화학성 중 코코피트가 100%인 처리구의 칼륨을 제외한 치환성 양이온과 유효인산함량은 혼합비율이 증가할수록 낮아지는 경향이었으며, NH4-N함량은 모든 처리에서 비슷한 수준이었다.

 

유기자재별 혼합비율에 따른 블루베리 엽중 무기성분 함량은 Table 3과 같다. 처리별 엽중 질소함량은 코코피트의 경우 12.5%혼합한 처리가 17.6 g kg-1로 가장 높았으나, 혼합비율이 증가할수록 낮아지는 경향 이었다. 피트모스 혼합처리구는 통계적 유의차 없이 약 15.4-16.5g kg-1수준을 나타냈으며, 톱밥 혼합구는 혼합비율과 상관없이 유기자재가 혼합되지 않은 토양보다 낮은 수준이었다. 엽중 인산함량은 모든 처리에서 혼합비율이 증가할수록 감소하는 경향을 나타냈으며, 자재별로는 코코피트 혼합토양이 높았고, 톱밥과 피트모스는 비슷한 수준이었다. 칼리 흡수량은 톱밥과 코코피트의 혼합비율이 증가할수록 높아지는 경향을 나타냈으나, 피트모스 혼합처리구는 감소하는 경향을 나타냈다. 칼슘은 톱밥혼합구가 높았으며, 마그네슘은 유기자재간, 혼합비율간 일정한 경향이 나타나지 않았다.

 

유기자재별 혼합비율에 따른 블루베리 생육은 Table 4와 같다. 유기자재별 전체 생육특성은 피트모스 혼합처리가 가장 뛰어났으며, 혼합비율별로는 50%혼합처리구가 가장 높았고, 12.5%가 뒤를 이었다. 톱밥 혼합처리구의 초장은 혼합비율 간 차이 없이 무 혼합구보다 낮은 수준이었고, 코코피트는 혼합비율이 증가할수록 초장이 낮아지는 경향을 나타냈다.

 

피트모스 혼합 처리의 초장신장은 50% 까지는 증가하는 경향이었으나, 100%처리구는 크게 낮아졌다. 이와 같은 특성은 경경에서도 비슷한 경향이었다. 유기자재별 혼합비율에 따른 블루베리의 지상부와 지하부의 생육비율은 모든 처리에서 유의성있는 차이를 보이지 않았다. 블루베리의 엽, 줄기 그리고 뿌리의 건물중은 피트모스 50%> 피트모스 12.5%> 코코피트 12.5% 순 이었으며, 톱밥 혼합토양의 엽과 줄기 건물중은 무 혼합토양 보다 낮았다.

 

유기자재 종류별 혼합비율이 2년생 하이부시 블루베리의 유목 생육과 토양환경에 미치는 영향 861

Table 3. The effect of mixture ratio in organic substrates on the macro-nutrient content of blueberry leaves.

Treatment Mixture ratio N P K Ca Mg

% ------------------------------------------------ g kg-1 ------------------------------------------------

Saw dust

0 14.0bcd† 0.67c 4.95abc 6.84ab 4.69ab

12.5 11.3de 0.74abc 3.69c 6.81ab 3.17b

100 11.1e 0.44d 7.24a 8.74a 6.21a

Coco peat

12.5 17.6a 0.95a 3.05c 4.78b 2.53b

50.0 14.4bc 0.92ab 5.35abc 6.08ab 3.66b

100 12.0cde 0.61cd 6.97ab 5.28ab 3.53b

Peat moss

12.5 16.5ab 0.74abc 5.36abc 5.73ab 2.87b

50.0 16.0ab 0.75abc 4.77abc 8.13ab 3.42b

100 15.4ab 0.66c 4.18c 4.49b 2.65b

†Mean separation within columns by Duncan’ multiple range test at p=0.05.

Table 4. The effect of mixture ratio in organic substrates on the growth and development of blueberry.

Treatment Mixture ratio

Plant

height

Stem Diameter T/R Ratio

plant dry weight

Leaf stem root

% cm mm % ------------------- g plant-1 -------------------

Saw dust

0 40.0bc† 6.40bc 4.31a 1.62de 5.69cd 1.73c

12.5 36.1c 5.10c 3.04a 1.25de 4.00d 1.94c

50.0 32.1c 5.86bc 3.06a 0.99de 4.34d 1.82c

100 36.2c 5.79bc 4.21a 0.52e 3.72d 1.40c

Coco peat

12.5 57.5ab 7.00b 3.96a 4.17c 8.46c 3.33bc

50.0 45.7bc 6.10bc 3.74a 2.43cde 5.49cd 2.03c

100 39.0bc 6.57bc 2.56a 1.29de 5.61cd 2.87bc

Peat moss

12.5 58.5ab 7.23b 4.31a 6.35b 13.5b 4.66b

50.0 68.7a 9.88a 4.12a 11.6a 18.6a 7.44a

100 46.2bc 6.57bc 3.12a 3.09cd 6.36cd 3.18bc

†Mean separation within columns by Duncan’ multiple range test at p=0.05.

 

유기자재별 혼합비율에 따른 블루베리의 총 건물중 변화는 Fig. 1과 같다. 피트모스 혼합구의 혼합비율별 건물중 변화는 y = -0.0109x2 + 1.1063x + 10.369 (R² =0.9867)로 50%혼합비율까지 생육량이 증가하다 이후 크게 감소하는 경향을 나타냈다. 그러나 코코피트 (y= -0.0005x2+ 0.024x + 11.693, R² = 0.1387)와 톱밥 (y= 0.0001x2- 0.0404x + 8.4991, R² = 0.8085)혼합구의 건물중은 혼합 비율에 따른 차이가 미미하였다. 피트모스와 코코피트는 블루베리 토양 개선자재로서 각각 건조 후 습윤이 어려운 점과 pH가 상대적으로 높다는 단점을 가지고 있지만, 양이온 교환능력과 보비력 등이 우수한 유기성자재이며, 톱밥 역시 pH가 낮고 공극량과 용적밀도가 피트모스와 비슷한 수준이어서 블루베리 재배를 위한 토양개량 자재로서 물리 화학적 특성이 적합하다고 볼 수 있다 (Argo, 1998; Beardsell et al.,1979). 그러나 피트모스는 혼합비율에 따른 블루베리 생육반응이 뚜렷한 반면, 코코피트와 톱밥은 생육증감에 큰 영향을 주지않았다. 따라서 기계적인 물리, 화학적 특성보다는 부숙의 유무 또는 정도의 차이가 상당부분 블루베리의 생육에 영향을 미치는 것으로 판단된다.

 

톱밥과 같이 부숙되지 않아 목질화가 높은 신선한 유기자재를 토양 표면에 멀칭하면 작물의 생육이 증대되는 효과를 나타내지만, 토양에 혼합될 경우 토양 미생물 증가, 질소 고정화반응 등으로 인하여 작물과의 양분경합과 이에 따른 생육하락 과정을 맞이한다 (Epstein et al., 1977; Olayinka and Adebayo,1985; White et al., 1934). 또한 블루베리를 재배하는데 주요한 요인인 토양 pH가 코코피트와 같이 높을 경우 Fe, Mn, Zn 또는 구리와 같은 미량성분들의 결핍으로 인하여 생장이 제한 받게 된다 (Brown and Draper, 1980; Haynes and Swift, 1985, Holmes, 1960). 이와 같은 이유로 톱밥과 코코피트가 원예작물의 배양토로서 널리 사용되고 있지만 (Abad et al., 2002; Lee et al., 2007; Shinohara et al., 1999), 블루베리에 있어서는 거론되지 않고 있었으며, 본 연구에서도 같은 평가로 유추될 결과를 보여줬다. 한편, 코코피트와 피트모스의 유효수분 영역은 -1.0~-5.0 kPa이며, 톱밥은 -0.5~-1.0 kPa 범위 이고, 특히 피트모스의 수리전도도 변화가 급격한 영역은 0~-2.5 kPa로 보고되고 있다 (da Silva et al., 1993; Kang et al., 2004). 862 김홍림·김형득·김진국·곽용범·최영하

Fig. 1. The effect of mixture ratio in organic substrates on the total dry weight of blueberry.

 

따라서 우수한 물리적 특성에도 불구하고, 토양이 혼합되지 않았던 피트모스 100% 처리구의 작물생육은 좁은 유효수분 영역으로 인하여 건조와 과습의 반복, 그리고 이 같은 조건에 따라 수반되는 빈번한 관수로 인하여 Table 2와 같은 양분의 용탈로 이어져 생육이 저하된 것으로 판단되며, 이와 같은 결과는 톱밥과 코코피트에 서도 해당된다. 반면 피트모스 혼합비율이 50%이하에서는 혼합비율이 증가함에 따라 생육량이 증가하는 경향을 나타냈다. 따라서 블루베리의 안정생육을 위한 토양개선 자재는 피트모스가 합당하며, 과량의 사용은 생육저하를 유도하기 때문에 작물생육과 경제성을 고려하면 25-50% 범위의 혼합비율이 타당하다 보겠다.

 

요 약

블루베리는 유기물 함량이 높고 물리성이 양호한 산성토양에서 안정적인 생육을 기대할 수 있다. 그러나 국내 작물 재배토양은 배수가 불량하고 유기물 함량이 낮은 알칼리 토양이 대부분이다. 따라서 블루베리 재배 농가들은 적합한 토양으로 개량하기 위하여 피트모스에 크게 의존하고 있으나, 작물생육과 경제성이 고려된 혼합비율의 정보가 미흡한 실정이다. 본 연구는 경제성과 안정생육을 고려한 적정 피트모스 혼합비율 구명과 이와 비슷한 물리 화학적 특성을 가진 톱밥과 코코피트의 적용 가능성을 검토하고자 본 연구를 수행하였다. 본 연구에 사용된 유기자재는 피트모스, 코코피트 그리고 신선한 톱밥이며, 각각의 유기자재는 토양에 부피비율로 0%, 12.5%, 50% 그리고 100%로 혼합하여 처리하였다.

 

시험 후 유기자재별 혼합비율에 따른 토양 pH는 피트모스와 톱밥이 각각 100%인 처리구가 3.67과 3.73으로 가장 낮았으며, 피트모스 50% 혼합구가 5.30으로 뒤를 이었다. 유기물 함량은 모든 자재가 혼합비율과 같은 경향을 나타냈으며, 이와 같은 경향은 코코피트 혼합구의 치환성 칼리 함량에서도 동일하였다. 그러나 유효인산과 치환성 칼슘과 마그네슘 함량은 혼합비율이 증가할수록 감소하는 경향이었다. 처리별 엽중 질소함량은 피트모스와 코코피트 처리에서 혼합비율이 증가할수록 감소하는 경향을 나타냈으며, 톱밥 처리는 혼합비율에 따른 경향이 나타나지 않았다. 인산 함량은 톱밥과 코코피트 처리에서 혼합비율이 증가할수록 감소하는 경향을 나타냈으나, 칼리 함량은 증가하는 경향이었고, 칼슘과 마그네슘함량은 유기자재간 혼합비율간 차이가 없었다.

 

유기자재별 혼합비율에 따른 블루베리의 초장, 경경, 건물중 등의 생육은 피트모스 50%> 피트모스 12.5%> 코코피트 12.5% 순 이었으며, 피트모스 100% 처리구의 생육은 매우 저조하였다. 따라서 블루베리의 토양환경 개선과 우량한 생육을 위한 토양 개선자재로서는 피트모스가 가장 효과적이었음을 확인하였으며, 경제성을 고려한 혼합비율은 25-50% 범위가 타당하다 보겠다.