Burcucumber(
Burcucmber plants only including stem, leaves, and petiole were collected from the Sky Park in Seoul and divided in to three categories based on the length of stem of burcucumber; 10-30 cm, 30-100 cm, and 100-200 cm. And they were input into soil with 20 kg-N/10 a. After 4 weeks aging, chemical properties of treated soils and the productivity of lettuce(
The C/N ratio of burcucumber was low, indicating fast decomposition and nitrogen supplying rate, resulting in the increase in lettuce growth. Burcucumber could be a good substitute for nitrogen organic fertilizer.
가시박(
가시박을 제거 하는 작업은 크게 인력을 동원한 예취와 어린 시기의 식물(유묘)을 물리적으로 제거하는 방법과 제초제를 이용한 화학적인 제거 방법으로 나눌 수 있다. Moon 등(2008)의 국내 가시박 분포에 대한 연구에 따르면 가시박의 주된 발생지와 군락지는 대부분 강이나 하천변으로 2차 오염에 따른 상수원 오염 등의 이유로 제초제의 사용에 어려움이 있는 실정이다(Choi
따라서 본 연구는 가시박의 높은 질소 요구도와 질소함량이 높은 것에 기초하여 질소 비료 대체재로써의 가시박 바이오매스의 이용가능성을 확인하기 위해 수행되었으며, 동시에 가시박 생장 시기에 따른 질소 공급 영향도 확인하였다.
본 실험에 사용된 가시박(
실험에 사용한 공시 토양은 충청북도 단양군 적성면 하원곡리에 위치한 야산에서 오염물질에 의해 오염되지 않은 토양으로, 채취한 토양은 풍건 후 2 mm 체로 걸러서 실험에 사용하였다.
질소비료 대체재로써의 가시박의 이용 가능성을 확인하기 위하여 가시박의 유효 질소공급 효과와 그에 따른 작물의 생장량을 비교하기 위한 실내 실험을 진행하였다. 앞서 준비한 세 종류 생장시기의 가시박 시료를 공시 토양에 대조구를 포함하여 처리한 후 증류수를 이용하여 포장용수량의 60%를 유지하면서 4 주간 aging 하였다. 가시박 시료의 처리 농도는 농촌진흥청에서 제시하는 엽경채류 대상 표준 질소 시비량인 20 kg/10a에 근거하여(RDA, 2013) 세 종류 각각의 가시박 시료 내 총 질소의 함량을 고려하여 동일 당량의 총 질소량이 투입될 수 있게 계산하여 처리하였다(0.1-0.125%). Aging 이 종료된 토양 시료는 풍건 후 2 mm 체로 거른 후 Petri-dish(50 mm × 10 mm)에 각각 30 g 씩 넣고 상추(Lactuca sativa L.) 종자를 10개 씩 일정한 간격으로 심었다. 토양 포장용수량의 60%에 해당하는 증류수를 넣고 암실 20℃의 저온 배양기에(Low temperature incubator)에서 발아 시킨 후 배양실로 옮겨 3 주간 재배하였다. 배양실에서의 상추의 재배는 140±5 umol/m2/s 광도와 주간(16 시간, 24±1℃), 야간(8시간, 18±1℃)의 광주기 조건에서 실시되었다. 재배가 완료된 상추는 지상부만을 대상으로 전량 수확하여 생중량을 측정하고 증류수로 세척한 후 60℃ dry-oven에서 48시간 건조시킨 후 0.5 mm 이하로 분쇄하였다.
Aging 이후 토양 시료의 pH와 전기전도도(Electrical conductivity, EC)는 증류수를 1:5 비율로 한 시간 교반한 후 측정하였다(Thermo Orion 920A, USA). 토양 내 총 질소(Total nitrogen, T-N)의 함량은 105℃에서 24시간 건조 후 원소분석기(Flash EA 1112 Series ,CE Instruments, UK)를 이용하여 정량하였다. 토양 무기태 질소(NH4++NO2-+NO3-)는 농업과학기술원의 토양 및 식물체 분석법(NIAST, 2000)에 따라 킬달증류법(Kjeldahl distillation)을 이용하여 분석하였다.
건조 후 분쇄한 가시박 시료와 상추 시료는 105℃에서 24시간 건조 후 원소분석기(Flash EA 1112 Series ,CE Instruments, UK)를 이용하여 총 탄소와 총 질소 함량을 정량하였다.
모든 실험은 3반복으로 수행하였으며 실험 결과는 3반복의 평균값으로 나타내었다. 처리별 유의성 분석은 SAS 프로그램(SAS 9.2, USA)의 PROC GLM: general linear model 검정으로 실시하였다(SAS Institute, 1990).
국내에서 가시박 종자가 5월부터 발아가 시작하는 것을 고려해 볼 때, 본 연구에서 채취한 7월은 다양한 생장 시기의 가시박이 분포하는 시기이므로 생장단계를 줄기의 길이로 구분하였다. 10-30 cm의 가시박의 경우 3-5 매의 작은 잎으로 구성되어 있었으며 덩굴손은 발달하지 않았으며, 30-100 cm의 가시박 시료는 줄기 하부에는 큰 잎이, 줄기 상부에는 작은 잎이 혼재하였으며 짧은 덩굴손은 존재하는 상태였다. 100-200 cm의 가시박 시료는 줄기 하단부에서는 목질화가 진행되는 것이 관찰되었으며 매우 다양한 크기의 잎이 존재하였으며 덩굴손도 매우 길게 존재하였다.
본 실험에 사용한 가시박 시료의 총 탄소와 총 질소의 함량을 정량분석 하였다(Table 1). 가시박 시료 구분 시 줄기길이가 짧을수록 어린 식물체를 의미하며, 어릴수록 질소의 함량이 높아지면서 동시에 C/N율은 낮아지는 경향성(10.5 → 8.6 → 7.4)을 보였다. Kim 등(2014)은 질소 고정능력이 있는 대표적인 콩과(Leguminosae) 작물인 헤어리베치, 레드클로버, 그리고 알팔파의 C/N율 각각 10.4, 9.4, 8.9로 보고한 바 있다. 본 연구에 사용한 가시박은 박과(Cucurbitaceae)임에도 불구하고 가시박의 높은 질소 요구도와 그에 따른 질소의 흡수 및 축적으로 콩과작물에 준할 만큼의 낮은 C/N율을 나타내었다(Asaeda
[Table 1.] Total carbon and total nitrogen contents of burcucumber (Sicyos angulatus L.)
Total carbon and total nitrogen contents of burcucumber (Sicyos angulatus L.)
대조구 및 세 종류의 가시박 시료 환원 그리고 aging 이후 토양 화학성을 확인하였다(Table 2). 대조구 토양의 pH는 7.98로 중성이었으며 유기물과 무기태질소의 함량도 적은 것으로 나타났다. 가시박이 환원된 토양의 경우 토양 pH는 증가하는 경향이 나타났으나 유의한 수준은 아니었으며 EC에 소폭의 변화가 나타났다. T-N의 경우 대조구 대비 가시박 처리구에서 유의한 증가가 나타나지 않았는데, 이는 가시박 식물체 내 탄소(37-39%)에 비해 상대적으로 낮은 질소(4-5%) 함량과 더불어 매우 적은 가시박 투입량(토양 무게에 대비하여 0.1-0.125% 수준으로 투입) 때문에 질소 공급효과가 약하게 나타난 것으로 판단된다. 반면 무기태질소는 모든 가시박 처리구에서 유의하게 증가하였다. 토양 미생물에 의한 유기질소의 무기화작용은 C/N율이 낮을 때 빠르게 진행되는데, 본 연구에 사용한 세 종류의 생장 시기별로 채취한 가시박 시료는 모두 낮은 C/N율(7.4-10.5)을 나타내어 이들이 토양에 환원된 후 미생물에 의해 빠르게 분해되어 토양 무기태질소의 함량을 유의하게 증가시킨 것으로 판단된다(Lee
Chemical properties of soils treated with three types of burcucumber (Sicyos angulatus L.) after 4 weeks*
질소함량이 상대적으로 높은 콩과작물을 이용하여 화학비료 사용량을 저감하는 연구는 활발히 진행되어왔다. 헤어리베치를 밭에 환원함으로써 콩과 옥수수의 생산량이 증대한 연구 결과도 보고된 바 있으며(Seo and Lee, 2003; Kim
앞선 결과에서 가시박의 생육 시기에 따른 차이는 있었지만 가시박의 토양 환원은 무기태질소를 유의하게 증가시켰으며, 이러한 증가는 후속 상추 재배 시 상추의 생장에도 유의한 영향을 주었다(Table 3). 추가적인 질소의 투입이 없었던 대조구(Control)에서 상추가 평균 1,478 mg/dish(생중량 기준)로 생장하였고, 가시박 환원을 통한 질소가 공급된 모든 처리구에서는 상추의 생장량이 유의하게 증가하였다. 특히, 식물이 쉽게 이용할 수 있는 무기태질소의 함량이 가장 높았던 10-30 cm 가시박 처리구에서 상추 생장량이 2,465 mg/dish로 가장 높게 나타났으며 이 값은 대조구와 비교 시 167% 증가한 것이다. 30-100 cm와 100-200 cm 의 가시박시료가 처리되었을 때에도 각각 144%와 120% 이상 상추 생장량이 증가하였으며, 위 실험 결과를 이용하여 토양 내 무기태질소의 함량과 상추의 생장량 사이의 관계도 확인하였다(Fig. 1). 대조구 대비 토양 무기태 질소의 함량 분포와 그에따른 상추의 생장량은 양의 상관관계를 보여주었으며 (
Effects of treatment of burcucumber (Sicyos angulatus L.) on productivity, carbon and nitrogen contents, and nitrogen use efficiency of lettuce
농경지에서 투입된 질소를 작물이 효율적으로 흡수·이용하지 못하거나 또는 식물이 이용가능하지 못한 형태로 남아있는 질소는 질소 유실에 의한 수계오염부하 증대 또는 대기로의 방출로 지구온난화에도 영향을 줄 수 있다(Jin