Introduction
Materials and Methods
바이오매스 생산성 및 식물체 분석
통계분석
Results and Discussion
시비에 따른 왕질경이 지상부 바이오매스 생산량 및 최적 시비량 산정
시비량에 따른 질경이의 양분 흡수 특성 및 사료 가치 평가
Conclusions
Introduction
최근 사회변화로 1인 가구증가와 핵가족화가 진행되면서 외로움 해소, 정서적 안정 등을 위해 반려동물을 키우는 인구가 지속적으로 증가하고 있다 (Kim, 2014; Jee et al., 2017). 농림축산식품부 통계에 따르면 개와 고양이를 제외한 기타동물의 경우, 2019년 2,282,860마리에서 2022년 7,483,766마리로 증가하여 2019년도 대비 228%의 성장률을 기록하였으며, 앞으로도 지속적인 증가가 예상된다 (MAFRA, 2023). 따라서, 특수동물에 대한 사육 가구가 증가함에 따라 초식사료에 대한 관심 또한 증가하고 있으나 (Green et al., 2023), 이에 적합한 초식 사료에 관한 자료와 재배법에 대한 연구는 여전히 부족한 실정이다 (Holliday, 2014; Hetényi and Andrásofszky, 2022). Optimum Application Level by Quadratic Regression Analysis of Shoot Biomass Productivity in Response to Inorganic Fertilizations in Plantago major L.
다년생 초본 식물인 질경이 (Plantago spp.)는 ‘자전초’로도 알려져 있으며, 국내에는 ‘털질경이 (Plantago depressa Willd)’, ‘창질경이 (Plantago lanceolata)’, ‘질경이 (Plantago asiatica)’, ‘왕질경이 (Plantago major)’, ‘질경이 택사 (Alisma plantago-aquatica)’ 5종이 서식하고 있다. 질경이는 방목지에서 이탈리안 라이그라스와 함께 대체 사료 및 초식동물의 먹이로 활용될 수 있으며 (Jones et al., 2016; Al-Marashdeh et al., 2021), 그중에서도 왕질경이 (Plantago major L.)는 넓은 잎을 가지고 있어 초식동물 사료로 활용할 수 있는 잠재적 가치가 크다 (NIBR, 2023). 현재까지 식용을 목적으로 질경이를 재배하기 위해 질소 시비량에 대한 연구가 일부 수행된 바 있으나 (Choi et al, 1995), 초식동물의 사료로 널리 이용되는 이탈리안 라이그라스, 케나프 등의 타작물에 비해 질경이의 최적생산을 위한 시비 관리 기술을 개발하거나 사료로서의 가치를 평가한 연구는 거의 전무한 실정이다 (Bae et al., 2021; Yoon et al., 2023). 본 연구에서는 초식 사료로서 왕질경이 (Plantago major L.) 최대 생산을 위한 무기질 비료의 최적 시비량을 산정하고, 사료로서 가치를 평가하여, 사료 작물 재배에 필요한 필수 정보를 제공하고자 하였다.
Materials and Methods
본 연구에 사용된 공시토양은 전라남도 순천시에 위치한 국립 순천대학교 주변 밭토양에서 채취되었으며, 토양화학성은 pH 6.98, 전기전도도 0.35 dS m-1, 총 탄소 11.9 g kg-1, 유효인산 329 mg kg-1, 교환성 Ca2+ 7.1, Mg2+ 1.4, K+ 0.5 cmolc kg-1로, 토성은 실트질양토로 각각 조사되었다. 공시토양의 화학성은 일반 밭토양에 비해 유기물이 적고, 다소 척박한 토양이었다 (Kim et al., 2019). 공시작물은 왕질경이 (Plantago major L.)로 선정하였으며, 2024년 3월 29일부터 7월 19일까지 총 112일간 순천대학교 시험포장의 노지에서 포트 재배를 수행하였다. 와그너포트 (15,000 a-1)에 토양 4.7 kg을 넣고, 용적밀도 1.2 g cm-3이 되도록 맞췄으며, 모든 포트에 3립씩 파종한 다음 발아한 1립만을 남기고 솎아주었다. 온도는 인위적인 조절 없이 자연 환경조건에 따랐으며, 물 관리는 포트의 물빠짐용 구멍을 막은 상태에서 토양이 충분히 젖을 때까지 모든 처리구에 동일하게 관수하였다. 모든 처리구는 무작위로 배치하였고, 3반복으로 실시하였다. 시비처리구는 질소 (N), 인산 (P2O5), 칼리 (K2O) 비료의 시비를 달리하였으며, 과거 연구되었던 시비량을 참고하여 각각 150-100-200 kg ha-1를 표준시비량 (100%)으로 하였다 (Choi et al., 1995). 각 포트에 표준시비량의 0%, 100%, 200%, 300%를 처리하였으며, 질소는 질경이 파종 후 77일 이후 50 kg ha-1 수준으로 추비로 시용하였다 (Table 1).
Table 1.
All fertilization conditions used in this study.
바이오매스 생산성 및 식물체 분석
농촌진흥청 농사시험연구 기준에 근거해 수확 후 70°C 건조기에 약 72시간을 건조한 후 지상부 건물중 (dry weight)를 조사하였다 (NIAST, 2012). 총 탄소와 질소함량은 원소분석기 (EA2400II, Perkin Elmer, USA)를 이용하여 측정했으며, 측정된 총질소에 단백질 환산계수인 6.25를 곱하여 단백질량으로 환산하였다 (MFDS, 2024). 조회분 함량은 직접회화법을 이용하였으며, 시료를 항량 된 도가니에 담고 550 - 600°C 회화로 (Daihan Scientific Calcinator, FP-03, Korea)에 3시간 회화시켜 시료전체가 회백색이 되도록 한 다음 데시케이터로 옮겨 방냉하고 항량하여 백분율을 구한다음 g kg-1로 나타내었다. 식물체 내 칼륨, 칼슘, 마그네슘, 인과 같은 무기성분 분석은 국립농업과학기술원 토양 및 식물체 분석법에 따라 HNO3-H2SO4분해법을 이용하여 식물체를 분해하였으며 (NIAST, 2000), ICP-OES (inductively coupled plasma-optical emission spectrophotometer, Perkin Elmer Model OPTIMA 8300, USA)를 이용하여 측정하였다.
통계분석
통계분석은 SAS package (SAS institute Inc., Cary, NC, USA)를 사용하였으며, 일원분산분석 (one-way ANOVA)을 수행하였다. 처리간 차이가 인정될 경우 Duncan test를 이용하여 5% (p < 0.05) 확률의 유의 수준에서 사후 분석을 수행하여 각 처리간 효과를 비교하였다. 최대생산량을 계산하기 위해 시비량과 지상부 건물중의 2차 회귀곡선 (regression curve)을 이용하여 수식을 추정하였다 (Bae et al., 2021; Choi et al., 2006; Yoon et al., 2023).
Results and Discussion
시비에 따른 왕질경이 지상부 바이오매스 생산량 및 최적 시비량 산정
각 무기질 비료 시비량에 따른 왕질경이의 지상부 바이오매스 생산량을 조사한 결과 (Fig. 1), 질소, 인산, 칼리 시비에 따라 무처리 대비 바이오매스가 증가하는 것으로 조사되었다. 단, 성분별 100% 처리에서 가장 높은 수량을 보이다가 과량 처리시 전반적으로 바이오매스가 유의하게 증가하지 않거나 오히려 감소하는 경향을 보였다. 일반적으로 바이오매스 생산량은 “수확체감의 법칙”에 따라 시비량이 증가하면 전반적인 생산은 증가하지만, 증가폭은 점차 줄어들어 한계생산량에 이르게 된다 (Hur et al., 2019). 본 연구에서도 질소, 인산, 칼리 처리구 전체에서 이와 같은 동일한 현상을 보여주었으며, 일정 처리량에서 최대 생산량을 보이고 이후 감소하는 것으로 조사되었다 (Fig. 1).
각 무기질 비료 시비량에 따른 생산량을 이용하여 작성된 추세식은 질소 시비량의 경우 Y = 4.79 + 0.017x - 0.00003x2 (R2 = 0.70**)이며, 2차회귀곡선을 통해 질소비료 320 kg N ha-1에서 바이오매스 생산량이 최대 (7.45 g d.w. per pot)가 되는 것으로 확인되었다. 인산과 칼리의 시비량 추세식은 각각 Y = 4.25 + 0.032x - 0.00009x2 (R2 = 0.67*), Y = 5.64 + 0.010x - 0.00002x2 (R2 = 0.62*)로 확인되었으며, 인산 185 kg P2O5 ha-1 (7.18 g d.w. per pot)에서, 칼리 296 kg ha-1 (7.06 g d.w. per pot)에서 최대 생산량을 보여주었다. 본 연구에서는 질소비료의 경우 기존연구의 추천 시비량인 120 kg N ha-1 (Choi et al., 1995) 보다 과량처리시 최대 지상부 생산성을 확보할 수 있는 것으로 조사되었다. 본 연구에 사용된 토양 비옥도가 일반 농경지에 비해 상대적으로 척박하여 (Kim et al., 2019), 무기질 비료의 공급에 따른 생육 증진 효과가 더 두드러지게 나타난 것으로 판단된다. 또한 본 연구가 수행된 지역인 전라남도 순천이 기존 연구가 수행되었던 전라북도 김제에 비해 연평균 기온이 약 1.2°C 높은 편이며, 최고기온과 최저기온, 강수량, 일조량 또한 더 높아 왕질경이 생육에 보다 적합한 생육 환경을 제공할 수 있었던 것으로 판단된다 (KMA, 2021). 본 연구는 포트실험으로 수행되었기 때문에 바이오매스 생산량을 직접 비교 분석하기는 어려울 것으로 판단된다. 다만, 생육에 필요한 기상조건을 감안할 때 질경이의 바이오매스 생산성이 타 지역에 비해 더욱 증가하면서, 비료 요구량 또한 함께 증가하였던 것으로 판단된다 (KMA, 2021; Lee et al., 2008).
시비량에 따른 질경이의 양분 흡수 특성 및 사료 가치 평가
사료로서 사용하기 위한 왕질경이의 성분분석 결과는 Table 2와 같다. 일반적으로 초식 사료로서의 가치를 평가할 때 조단백함량과 Ca/P 비율이 주요한 지표로 활용되고 있으며, 주로 조단백함량이 높고, Ca/P 비율이 2 이상일 때 품질이 양호한 사료로 평가되고 있다 (Konkol, 2018; Lee et al., 2023). 조단백질의 함량은 질소시비량에 따라 증가하였지만, 인산과 칼리의 경우 유의한 차이를 보이지 않으며, Ca/P비율의 경우 각 비료간에 유의한 차이를 보이지 않았다. 조회분은 칼륨시비량에 따라 증가하다가 300% 이상에서 감소하는 경향을 보여주었다. K의 경우 칼륨시비에 따라 전반적으로 증가하는 경향이었으며, Ca, Mg, P의 경우 시비량 간에 작은 변화는 있었지만 유의한 차이는 보이지 않았다. 무기질비료 처리에 따른 왕질경이의 성분 변화는 크게 차이가 나지 않았고 양서파충류의 권장 성분인 Ca/P 비율이 2이상으로 확인되며, 조단백질 또한 준수하여 초식사료로서 충분한 가치가 있다고 판단된다.
Table 2.
Nutritional compositions of plantain shoot biomass under different fertilization regimes.
| Treatment |
Application level (%) | Total C | Crude protein | Crude ash | K | Ca | Mg | P |
Ca/P ratio |
| (g kg-1) | (g kg-1) | (g kg-1) | (g kg-1) | (g kg-1) | (g kg-1) | (g kg-1) | |||
| N | 0 | 367.7 a1 | 52.8 b | 181.8 a | 37.1 a | 27.9 a | 4.14 a | 4.43 a | 6.40 a |
| 100 | 366.6 a | 63.1 a | 181.7 a | 41.2 a | 26.0 a | 3.92 ab | 4.28 a | 6.14 a | |
| 200 | 341.0 a | 74.2 a | 185.2 a | 39.7 a | 25.9 a | 3.78 b | 4.28 a | 6.07 a | |
| 300 | 352.4 a | 73.4 a | 176.3 a | 38.5 a | 21.0 b | 3.43 c | 3.66 a | 5.77 a | |
| P2O5 | 0 | 333.4 a | 50.8 a | 184.6 a | 38.4 b | 24.9 a | 3.67 b | 3.76 a | 6.63 a |
| 100 | 366.6 a | 63.1 a | 181.7 a | 41.2 a | 26.0 a | 3.92 ab | 4.28 a | 6.14 a | |
| 200 | 344.5 a | 48.2 a | 170.0 a | 37.8 b | 22.9 a | 4.19 a | 3.83 a | 5.99 a | |
| 300 | 358.2 a | 56.9 a | 170.3 a | 40.1 ab | 22.6 a | 4.22 a | 4.58 a | 5.06 a | |
| K2O | 0 | 330.2 a | 51.3 a | 171.8 b | 34.3 b | 28.1 a | 3.94 a | 5.14 a | 6.14 a |
| 100 | 366.6 a | 63.1 a | 181.7 a | 41.2 a | 26.0 a | 3.92 a | 4.28 a | 6.14 a | |
| 200 | 363.8 a | 53.5 a | 189.6 a | 39.7 a | 27.7 a | 4.33 a | 4.09 a | 6.79 a | |
| 300 | 325.1 a | 53.4 a | 177.2 ab | 41.5 a | 25.9 a | 3.89 a | 3.90 a | 6.66 a |
Conclusions
초식사료로 재배하기 위한 왕질경이의 최대생산량을 얻을 수 있는 무기질 비료의 최적 시비량을 산정하기 위해 무기질비료의 시비량에 따른 바이오매스 생산량과 식물체의 성분을 분석하였다. 질소, 인산, 칼리 시비에 따라 무처리 대비 바이오매스가 증가하는 것으로 조사되었으며, 성분별 100% 처리에서 가장 높은 수량을 보였다. 2차 회귀곡선식을 이용하여 최적 시비량을 추정한 결과, 가장 높은 생산량을 나타내는 시비량은 질소 (N) 320 kg ha-1, 인산 (P2O5) 185 kg ha-1, 칼리 (K2O) 296 kg ha-1로 조사되었다. 질경이의 양분 흡수량 및 사료로서의 가치를 평가한 결과, 무처리를 제외하고는 무기 성분 분석 결과상 유의미한 차이는 나타나지 않았다. 또한 시비처리별 초식사료로서의 가치를 평가한 결과, 전체 처리구에서 Ca/P 비율이 5이상으로 기준치인 2를 초과하여 시비량에 관계없이 유용한 사료로 활용될 수 있는 것으로 판단된다. 본 연구는 질경이 최대 생산을 위한 최적시비량을 제시함으로써 농산업과 사료 산업 발전에 유용한 정보를 제공할 수 있을 것으로 기대된다. 다만, 본 연구가 포트 실험으로 진행된 점과 한 지역의 밭 토양을 기준으로 수행된 것을 감안하여 제시된 최적 시비량을 기준으로 보다 정확한 시비량 산정을 위해 비옥도, 재식밀도 등 다양한 현장 조건을 감안한 추가적인 후속 연구가 필요할 것으로 판단된다.
