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ISSN : 1229-3571(Print)
ISSN : 2287-819X(Online)
Korean Journal of Organic Agricultue Vol.24 No.3 pp.413-425
DOI : https://doi.org/10.11625/KJOA.2016.24.3.413

Effect of Potash Feldspar on the Growth ofOrganic Radish and Beet

Chang-Ki Shim**, Min-Jeong Kim****, Yong-Ki Kim**, Sung-Jun Hong**, Jong-Ho Park**, Eun-Jung Han**, Seuk-Chul Kim**, Sung-Buk Lee****
**Corresponding author, 국립농업과학원 유기농업과(kjs0308@korea.kr)
April 4, 2016 May 20, 2016 June 30, 2016

Abstract

Potassium (K) is an element essential for plant growth. This study was aimed to examine the effects of three formulations of potash feldspar, powder, sand, and granule type on the growth of radish and beet in organic farming. 0.1% three formulations of potash feldspar were treated on the soil before transplanting 15 days-old seedlings of radish and beet in greenhouse. The results showed that all kinds of potash feldspar significantly increased shoot and root growth, and soluble solid contents excepted for root hardness in radish and beet. Among them, the powder type of potash feldspar was the most effective on foliage and root growth of radish and beet. Based on the results, it was confirmed that 0.1% potash feldspar treated in the rhizosphere of radish and beet can promote the growth of them.


카리장석의 유기농 무와 비트 생육촉진효과

심창기**, 김민정****, 김용기**, 홍성준**, 박종호**, 한은정**, 김석철**, 이승복****
**농촌진흥청 국립농업과학원 유기농업과
***국립농업과학원 유기농업과(kjs0308@korea.kr)
****홍성군 농업기술센터

초록


    Rural Development Administration
    PJ00999701

    Ⅰ. 서 론

    유기농업은 화학비료와 농약의 사용을 금하고 있는데 작물에 양분을 공급하기 위해 다양한 유기물 퇴비를 만들어 토양에 투입하는 방법을 취하고 있어 작물의 양분관리가 매우 어렵다(Askegaard et al., 2003). 유기농업에서 퇴비의 시용은 작물에 대한 유기물이나 양분공급뿐만 아니라 토양 미생물 개체군의 활성 및 다양성을 증가 시키고, 아물러 토양의 물리성과 화학성의 변화에도 영향을 주지만, 균형 있는 시비를 위해서 추가적인 유기농업자재의 투입이 필요하다(Tu et al., 2006).

    칼륨(K)은 모든 식물이 필요로 하는 무기양분 중의 하나이며, 식물 기공의 개폐나 광합성 작용(Weber, 1985)에서 CO2의 고정을 촉진시키며 여러 종류의 효소반응계(Carrow et al., 2001)를 활성화시켜 식물체 내에서 이동이 원활하도록 도와준다(Marschner, 1995).

    식물체내 칼륨은 다른 필수원소보다 함량이 비교적 높아 질소(N) 함량과 비슷하거나 약간 적은 수준이다. 칼륨의 결핍증상은 식물체의 하위엽 쪽에서 발생하는 것으로 알려져 있으며, 생장이 감소되고 후기에는 잎의 가장자리가 황화현상과 백화현상이 나타난다. Bould 등(1983)은 겨자나 콩에서 칼륨이 결핍될 경우 줄기의 절간이 짧아진다고 하였다. 화훼식물에서 칼륨 시비량 부족으로 식물에서 생육억제가 발생하는 최저 한계점을 장미, 카네이션, 국화, 포인세티아, 제라니움 및 베고니아에서 각각 1.8, 3.0, 3.5, 1.0, 0.6 및 0.95%로 보고하였으며(Nelson, 2003), 상추와 토마토는 각각 2.0%와 1.5% 이하의 칼륨 함량일 때 생육이 억제된다고 보고하였다(Hanan, 1998). Park (2002)은 잎들깨의 경우 최대 생육을 보인 처리의 생채즙액 내 칼륨농도가 1.2%였고 0.7%를 생장억제를 방지할 수 있는 최저 한계점으로 설정하였으며, Choi와 Park (2007)은 칼륨시비 농도를 8 mM까지 높일 경우 잎들깨의 엽장과 줄기직경이 길거나 굵어졌으며, 생체중 및 건물중이 무거워지나 엽록소 함량은 감소하는 것으로 나타났다. 딸기의 경우 다양한 보고들이 있는데, Bould 등(1983)은 딸기의 지상부 건물중을 기준으로 칼륨함량이 1.0~2.0%일 때 정상적인 생육을 하였고, 0.2~0.7% 이하일 때는 결핍증상이 발생한다고 하였다. Choi 등(2009)은 매향딸기의 경우 건물중을 기준으로 칼륨함량이 1.9~2.8%일 경우 생장억제를 방지할 수 있다고 보고하였다.

    그러나 Lee 등(2011)은 배추에 칼륨처리 농도가 높을수록 식물체내 N, P, K 함량은 증가하지만, 오히려 Ca, Mg, Na 함량은 감소하였으며, 칼륨을 과다하게 처리하면 배추 세포내에 삼투압 스트레스가 발생하고 기공이 퇴화되어 CO2 동화능력과 밀접한 관계가 있는 것을 형태학적으로 조사하여 보고하였다.

    장석류는 XAl(1-2)Si(3-2) O형태의 화학식을 가지는 광물로써 X에 해당하는 고용체를 이루고 있는 것이 K, Na 또는 Ca이며 상업적으로 이용되는 장석은 K와 Na를 주로 포함하는 알칼리장석과 Na이 풍부하여 회조장석(oligoclase)로 알려진 사정석이 있다(Ko, 2005). 카리장석의 농업적 이용에 대한 연구는 가축영양에서 미량 광물질의 첨가가 가축 생산성에 필수적이고 국내에서는 보조사료로 zeolite, kaolin, bentonite, illite 등이 알려져 있으며, 농업, 수산, 환경정화 등에 널리 사용되고 있다(Um et al., 1993).

    이상과 같이 식물에 대한 칼륨의 효과는 보고자, 작물, 그리고 분석부위에 따라 식물체내 칼륨 함량의 차이가 있지만, 식물체의 원형질을 유지하고 세포내 pH와 삼투압을 조절하여 물질대사가 원활하도록 유지하는 역할을 가장 중요한 양이온 중의 하나이다. 따라서 본 연구는 유기농업에서 광물성 카리장석의 형상에 따라 토양의 양분관리용 유기농업자재로서 효과가 있는지를 구명하고자 무와 비트의 생육에 미치는 영향을 조사 분석하였다.

    Ⅱ. 재료 및 방법

    1. 식물 및 재배

    본 시험에 공시한 무와 비트 품종은 농우바이오에서 육성한 서호(Raphanus sativus L.)와 ㈜다농에서 판매하는 유니오비트(Beta vulgaris L.)이며 파종 전 70% 에탄올에 3분간 세척 후 증류수에 1시간 침지하여 종자표면에 분의된 농약을 최대한 제거하고 시험에 사용하였다. 무와 비트 종자를 105공 플러그트레이에 시판용 경량상토(바로커, 서울바이오)를 채우고 1셀당 2립씩 파종한 후 유리온실에서 15~25°C로 육묘관리하였다. 1립 이상이 발아된 셀은 솎음작업을 통해 1셀당 1주씩 남겨 25일간 육묘하였다. 식물체의 본엽이 2~3매 출현했을 때, 국립농업과학원 유기농 격리포장에서 채취하여 200 mesh 채로 친 미사질 토양에 제형별로 0.1% (w/v) 카리장석을 처리한 용량이 800 ml 되는 원형포트(직경 11 cm)에 이식하여 재배하였다.

    2. 광물성 카리장석의 제형별 이화학성

    시험에 공시한 카리장석은 우리나라의 주요 커리장석 광산이 위치하고 있는 충북 단양 소재 카리장석 광산으로부터 카리장석을 제조하는 기업으로부터 원재료만을 사상, 분상, 입상의 3종의 제형별로 구입하여 사용하였다(Fig. 1). 카리장석의 제형별 입자의 크기는 입자크기분석기(Delsa Nano C, Beckman Coulter, Inc.)를 이용하여 마이크로분말의 크기를 분석하였다(Nair et al., 2012). 카리장석의 이화학성은 농촌진흥청 토양 화학분석법(NIAST, 2000)에 준하여 AAS(Varian SF-200, Mulgrave, Australia)를 이용하여 정량하였다. 공시재료의 입자크기는 광학현미경을 통하여 실측하였다.

    3. 카리장석의 처리 및 생육조사

    유기농 무와 비트의 시험구는 기본적으로 유박거름(㈜효성오앤비, 유박골드)을 350 kg/10 a 투여하였으며 난각칼슘을 200 kg/10 a로 석회 대신에 처리하였다. 사상, 분상, 입상의 3종의 제형을 각각 처리하고자 하는 토양의 평균체적을 계산하여 0.1% (w/v)로 토양에 골고루 혼화 처리한 후, 15일 육묘한 무와 비트를 정식하였다. 시설하우스내 환경조건은 밤낮으로 15~25℃ 온도조건에서 별도의 보광등 설치 없이 자연광에 의존하여 재배하였으며 수분은 토양자동수분측정장치를 설치하여 45% 미만으로 조절되도록 설정하였다. 무와 비트의 생육조사는 정식 30일 후 엽장, 엽폭, 엽수(2 cm 이상인 잎), 생체중 등을 조사하였다. 무와 비트의 고형물함량(Soluble solid contents, Brix)은 간이당도계(ATAGO PR-301a, Japan)를 이용하여 무와 비트를 착즙을 낸 후 측정하였다. 경도는 무와 비트 뿌리를 3등분하여 각각의 경도(Hardness, N)는 물성측정기(Stable Micro Systems, TA-XT2, UK)를 이용하였고 지름 5 mm probe로 50 mm/min 속도로 측정하였다.

    4. 카리장석이 무의 뿌리발달에 미치는 영향

    시험에 공시한 3종의 카리장석 제형에 따라 무의 뿌리 발달에 미치는 영향을 조사하고자 수확기에 처리구의 토양단면을 절단하여 해부현미경(DM-750M, Leica, Japan)으로 무의 측근의 발달 정도를 비교 분석하였다.

    5. 통계분석

    실험구 배치는 완전임의배치 3반복으로 하였고, 반보당 10포트씩 정식하였다. 수집된 자료의 정리와 통계는 SAS프로그램(SAS 9.2, SAS Institute, USA)를 이용하여, 분산분석을 실시하였다. 처리 평균간 비교는 DUNCAN 다중검정을 하여 유의확률 p<0.05인 경우 통계적으로 유의하다고 인정하였다.

    Ⅲ. 결과 및 고찰

    1. 광물성 카리장석의 이화학성

    시험에 공시한 3종의 카리장석 제형별 입자의 크기를 조사하였더니, 분상 카리장석의 입자는 74 µm 이하로 가장 입자의 크기가 작았으나 균일하였다. 사상 카리장석은 입자의 크기가 6 mm 이하로 장타원형이었다. 입상 카리장석은 분상을 입자의 형태로 가공한 것으로 입자의 크기가 1~5 mm로 불규칙적이었다(Table 1).

    분상과 사상 카리장석의 pH는 각각 pH 6.9, pH 6.7이었으며, 입상 카리장석은 pH 10.2로 강한 염기성을 나타내었다. 3종의 카리장석 제형별 평균 EC는 제형별로 매우 넓은 범위를 보였는데, 분상의 경우 4,418 dS/m으로 가장 높은 수치를 나타내었으며 사상과 입상은 각각 17 dS/m과 217 dS/m을 나타내었다(Table 1).

    3종의 카리장석 제형별 K, Mg, Na, Ca의 양이온 함량을 조사한 결과 입상 카리장석의 4종의 양이온 함량이 사상과 분상 카리장석에 비해 유의적으로 매우 높게 나타났으며, 사상 카리장석의 양이온 함량이 가장 낮은 것으로 조사되었다. 4종의 양이온 중 Na의 함량(2.8~84.5 cmol/kg)이 상대적으로 높았으나 사상의 경우 2.8 cmol/kg으로 가장 낮은 값을 나타내었다. 3종의 카리장석의 양이온 함량 중 K 함량은 0.12~2.76 cmol/kg으로 조사되었으며 입상이 2.76 cmol/kg로 가장 높은 수치를 나타내었다. Mg의 함량은 0.03~1.96 cmol/kg으로 조사되었으며 사상이 0.03 cmol/kg로 매우 낮은 수치를 나타내었다. Ca의 함량은 0.1~4.2 cmol/kg으로 조사되었으며 사상이 0.1 cmol/kg로 매우 낮은 수치를 나타내었다(Table 1).

    Aisha와 Taalab (2008)에 의하면 미네랄 카리장석의 카리 함량은 10~13%이며 화학적으로 KAlSi3O8의 형태로 되어 있어 쉽게 용해되지 않는 특성을 가지는 것으로 보고하였다. Ko (2005)에 의하면 석류는 무기염류 중 K, Na 또는 Ca이 포함된 광물이며, 특히 장석은 K와 Na를 주로 포함하는 알칼리장석과 Na이 풍부한 회조장석으로 알려진 사정석이 있는 것으로 보고하였다. Oh 등(2001)은 유기농 자재를 동일하게 연용한 토양에서 인산, 칼슘, 마그네슘 등의 함량이 증가하는 경향이 있어 시용하려는 유기물 자원의 화학성과 재배토양의 화학성을 분석하여 과부족한 성분이 없도록 적당한 유기물을 선택하여 시용량을 결정하여야 할 것을 보고하였다.

    본 시험에서 공시한 3종의 카리장석은 각각의 형태적인 특성은 다르지만 유기농자재 중 K 공급으로 토양에 시용하기에 적절할 것으로 생각된다. 다만 각각의 카리장석 제형에 따라 K, Mg, Na, Ca의 양이온 함량이 차이가 다르며 사상의 경우 양이온 함량이 대부분 낮은 값을 보였으며 입상의 경우 pH가 강한 염기성이므로 농가에서 사용시 적정한 처리량의 조절이 필요할 것으로 생각된다.

    2. 카리장석이 비트와 무의 생육에 미치는 영향

    0.1% 카리장석을 제형(분상, 사상, 입상)별로 비트의 지상부와 지하부 생육에 미치는 영향을 조사한 결과, 3종류의 카리장석 처리에서 비트 뿌리의 생체중은 무처리에 비해 카리장석 분상>사상>입상의 순서대로 유의하게 증가하였으며, 분상 카리장석 처리구의 비트 무게가 174.8 g으로 무처리(68.0 g)에 비해 157.1% 이상 증대한 것으로 조사되었다(Table 2). 카리장석 제형별 비트 지상부의 생육에 미치는 영향은 비트의 엽수를 제외하고는 무처리에 비해 비트의 엽장과 엽폭이 증가하였으며, 분상 카리장석 처리가 무처리에 비해 비트의 지상부와 지하부 생육이 모두 증가하는 것으로 나타났다(Table 2). 그러나 사상 카리장석의 경우 오히려 무처리에 비해 엽장이 –12.6%만큼 감소하는 것으로 조사되었다. 3종류의 카리장석 제형 처리가 뿌리의 당도를 조사하였더니 무처리에 비해 3종류의 카리장석 제형 처리 모두 유의적으로 높은 당도(12.2~14.5 Brix)를 나타냈으며, 분상 카리장석의 경우 14.5 Brix로 가장 높은 당도를 나타내었다(Table 2).

    또한 3종의 카리장석 제형 처리가 무의 생육에 미치는 영향을 조사하였더니 생체중은 무처리에 비해 분상>사상>입상의 순서대로 유의하게 증가하였으며, 비트와 마찬가지로 분상 카리장석 처리구의 무 무게가 507.3 g으로 무처리(300.0 g)에 비해 69.1% 이상 증가하였다(Table 3). 카리장석 제형별 무의 지상부의 생육에 미치는 영향은 무의 엽수를 제외하고는 무처리에 비해 무의 엽장과 엽폭이 증가하였으며, 분상 카리장석 처리가 무처리에 비해 비트의 지상부와 지하부 생육이 모두 증가하는 것으로 나타났다(Table 3). 그러나 사상 카리장석의 경우 오히려 무처리에 비해 엽장이 -1.7%만큼 감소하는 것으로 조사되었다. 또한 무의 당도를 조사하였더니 무처리(3.7 Brix)에 비해 3종류의 카리장석 제형 처리 모두 유의적으로 높은 당도(4.3~5.9 Brix)을 나타냈으며, 특히 분상 카리장석의 경우 5.9 Brix로 가장 높은 당도를 나타내었다(Table 3).

    Jun et al. (2011)은 톱밥배지, 펄라이트, 코코비트, 입상암면 등의 고체배지 중에서 칼륨의 흡수농도는 펄라이트 배지에서 딸기 생육초반에 높은 흡수농도를 나타내는 것으로 보고하였다. 특히, Friutz 등(1989)에 의하면 ha당 30 t의 비트를 수확할 경우, N 140 kg, P2O4 50 kg, K2O 230 kg, CaO 60 kg, 그리고 MgO는 22 kg의 양분이 필요한 것으로 보고하였다. Baiea 등(2015)에 의하면 식물체 당 8 kg 카리장석과 10 ml 칼륨을 공급해 줄 경우 식물의 초장과 측지의 발생이 증진되는 것으로 보고하였다. 또한 Dutta (2011)에 의하면 카리비료를 작물에 처리할 경우 과실의 고형물함량, 당도, 색깔 등의 과실의 품질을 향상시키는 것으로 보고하였다. 본 연구결과에서도 0.1% 카리장석을 비트와 무에 처리할 경우 초장, 엽폭, 생체중, 당도는 무처리에 비해 증가하였으나 엽수는 감소하는 것으로 나타났다. 카리장석의 제형 중에서 분상이 가장 비트와 무의 생육촉진에 효과적인 것으로 조사되었다.

    3. 카리장석이 무와 비트 뿌리의 경도 향상에 미치는 영향

    본 연구 결과에서는 0.1% 분상, 사상, 입상 카리장석 처리구 모두에서 비트와 무의 지상부와 지하부 생육증진 효과뿐만 아니라 당도의 향상에도 효과가 있는 것으로 나타났다.

    0.1% 분상, 사상, 입상 카리장석이 비트와 무 뿌리의 경도에 미치는 영향을 조사하였더니, 3종의 카리장석 중 사상 카리장석 처리구의 경도가 가장 높게 나타났으나 무처리에 비해 무와 비트의 뿌리 부위별 모두에서 경도가 낮은 것으로 조사되었다. 특히, 분상과 입상 카리장석 처리구가 무처리에 비트의 경도는 23.6% 무의 뿌리 경도는 26.3% 유의적으로 낮은 것으로 조사되었다(Fig. 2).

    또한 대부분의 식물체내에서 칼륨(K)은 당의 전이, 기공개폐, 삼투압 조절, 효소작용에 관여하며, 건물중의 약 3~5%일 때 식물의 원활한 생육을 돕는 것으로 알려져 있다(Marschner, 1995). Bennett (1993)와 Bould 등(1983)은 대부분의 작물의 정상생육을 위해 각각 1.0~5.0% 및 1.0~6.0%의 식물체 내 칼륨 함량을 가져야 한다고 보고하였다.

    본 연구 결과에서는 비트와 무의 생육결과와 상반되는 것으로 0.1% 카리장석 처리구의 지상부와 지하부 생육이 무처리에 비해 좋아 상대적으로 무처리구의 비트와 무의 크기가 작아 뿌리의 경도를 조사하였을 때, 무처리에 비해 0.1% 카리장석 처리구의 경도가 낮게 나타난 것으로 생각된다.

    4. 카리장석이 무의 뿌리 발달에 미치는 영향

    0.1% 카리장석을 제형(분상, 사상, 입상)별로 무 재배 토양에 처리하였을 때 무의 뿌리 발달에 미치는 영향을 광학현미경을 통하여 조사하였더니, 3종류의 카리장석 중, 분상과 사상 카리장석을 처리한 무의 측근(root hair)과 주근(primary root)이 모두 무처리에 비해 왕성하게 자란 것을 확인할 수 있었으며 입상 카리장석의 경우 무처리에 비해 주근의 생육은 왕성하였지만 측근은 차이가 없는 것으로 나타났다(Fig. 3).

    Cakmark (2005)에 의하면 미네랄 카리비료를 식물에 투여할 경우 식물의 생육, 수량, 품질이 향상될 뿐만 아니라 환경 스트레스에 대한 식물의 저항성을 증진시켜주는 역할을 하는 것으로 보고하였다. 유기농업에서는 식물에 양분을 공급하기 위해 녹비, 윤작재배, 유기자원의 활용 및 토양에 축적된 유기물로부터 양분 공급을 원칙으로 하며, 양분이 강우 등으로 인해 유출되었을 때나 식물생장에 따라 토양에 추가적으로 양분을 보충해 주어야 한다는 연구가 진행되고 있다(Choi et al., 2008; Joo et al., 2001). 카리장석은 천연의 광물로 알루미늄 실리케이트와 카리가 결합된 구조로 되어 있어 토양에 투여하여도 매우 천천히 토양속에 방출되는 특성을 가지므로 지효성으로 유기농 작물재배에 매우 적합하다(Barker et al., 1997; Aisha and Taalab, 2008).

    이상의 결과를 종합하면, 0.1% 카리장석을 비트와 무 재배 토양에 투여할 경우 비트와 무의 생육을 촉진시켜 작물의 생산성이 향상되어 농가소득에 기여할 수 있을 것으로 생각한다.

    Ⅳ. 적 요

    칼륨(K)은 식물의 생육에 필요한 기본 요소 중의 하나이다. 본 연구는 분상, 입상, 사상의 카리장석 제형별로 유기농 무와 비트의 생육에 미치는 영향을 구명하고자 수행하였다. 시설하우스에서 15일 육묘한 무와 비트 묘를 정식하기 전에 3종의 0.1% 카리장석을 토양에 혼화 처리하였다. 처리한 모든 종류의 카리장석은 무와 비트의 뿌리 경도를 제외하고 무처리에 비해 유의적으로 무와 비트의 뿌리, 줄기생육 및 당도를 향상시켰다. 특히, 분상 카리장석이 가장 효과적으로 무와 비트의 생육을 촉진하였다. 농가에서 유기농 비트와 무의 근권에 카리장석을 시용할 경우 지상부와 지하부의 생육을 촉진할 수 있을 것으로 판단한다.

    Figure

    734_F1.jpg

    Active ingredient 0.1% of three formulations of potash feldspar treatments, granule, sand, and powder type were incorporated with 5 kg of sandy loam soil in 800 ml plastic pots.

    734_F2.jpg

    Effect of 0.1% Potash Feldspar on hardness and soluble sugar content of beet (A) and radish (B) root at 30 days after transplanting in greenhouse Means followed by different letters are significantly different at 5% level according to Ducan’s multiple range tests.

    734_F3.jpg

    Microscopic observation of primary root (PR) and root hair (RH) development of radish treated with 0.1% powder (A), sand (B), and granule (C) potash feldspar and non-treated (D) in sand-loam soil at 30 days after transplanting in greenhouse.

    Table

    Physico-chemical properties of three formulations of potash feldspar, powder, sand, and granule

    1)Means within a column followed by the same letter are not significantly different at the 5% level by Duncan’s multiple range tests.2)Investigated for 30 days after transplanting in greenhouse

    Effect of 0.1% potash feldspar on shoot and root growth promotion and soluble solid content of beet at 30 days after transplanting in greenhouse

    1) Means followed by different letters are significantly different at 5% level according to Ducan’s multiple range tests.

    Effect of 0.1% potash feldspar on root and shoot growth promotion and soluble solid content of radish at 30 days after transplanting in greenhouse

    1) Means followed by different letters are significantly different at 5% level according to Ducan’s multiple range tests.

    Reference

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