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ISSN : 1598-5504(Print)
ISSN : 2383-8272(Online)
Journal of Agriculture & Life Science Vol.48 No.1 pp.41-48
DOI : https://doi.org/10.14397/jals.2014.48.1.41

Influence of the Rice Bran Formulation Treatment on Yield, Physiochemical Property, Microbial Community and Wilt Disease Suppression in Upland Soil Cultivated Pepper

Jung Han Lee1, Guen-hye Gang2, Kyungmi Park3, Yong Bok Lee4, Youn-Sig Kwak4*
1Daejung Golf Engineering Co. Ltd, Yongin, 449-881, Korea
2Division of Applied Life Science, Gyeongsang National University, Jinju, 660-701, Korea
3Goseong Agricultural Development/Technology Center, Goseong, 638-800, Korea
4Institute of Agriculture and Life Science, Gyeongsang National University, Jinju 660-701, Korea
Corresponding author: Youn-Sig Kwak, Tel: +82-55-772-1922; Fax: +82-55-772-1920; E-mail: kwak@gnu.ac.kr
November 7, 2013 December 2, 2013 December 20, 2013

Abstract

This study was conducted to investigate that effect of eco-friendly rice bran formulation treatment on soil physiochemical property and microbial community of upland soil. Additionally, wilt disease suppression effectivity and pepper fruit yield were investigated. Nitrogen, phosphoric acid and potassium content the rice bran formulation were higher than those of RDA standard eco-friendly formulation. Hazardous component of the rice bran formulation was detected under acceptable level. Content of available phosphorus in the rice bran formulation treated upland soil was significantly higher than non-treated control soil until after harvesting the pepper crop. Soil microbial community of upland soils were not different between the treatment group and non-treated control. However, total microbial biomass was high at the treatment group campare to non-treated control. Pepper wilt disease, caused by Fusarium oxysporum, was significantly suppressed by the rice bran formulation treatment and pepper fruit yield were increased 2.7 times higher than non-treated soil.


미강제제 처리가 밭재배 고추의 생육, 이화학적 특성, 미생물 군집 및 시들음병 방제에 미치는 영향

이 정한1, 강 근혜2, 박 경미3, 이 용복4, 곽 연식4*
1(주)대정골프엔지니어링
2경상대학교 응용생명과학부
3경상남도 고성군 농업기술센터
4경상대학교 농업생명과학연구원

초록

본 연구는 친환경제제인 미강제제를 처리하였을 때 고추 생육기간에 따른 토양의 이화학적 특성과 밭 토양의 미생물 군집을 조사하였으며, 시들음병과 수확량에 미치는 영향을 조사하기 위하여 수행되었다. 제조된 미강제제의 이화학적 특성과 유해성분을 조사한 결과 농촌진흥청에서 제시한 기준인 비료공정규 격보다 질소, 인산, 칼륨의 최소함량이 높은 것으로 나타났다. 또한 유해성분 함량도 기준치 이하로 나타 났다. 미강제제 처리 후 밭토양의 이화학적 특성은 고추생육이 끝난 시점에도 유효인산의 함량이 대조구 에 비하여 높게 유지되는 것으로 나타났다. Phospholipid fatty acid (PLFA) 분석에 의한 토양내의 미 생물 군집을 조사한 결과 토양내 미생물 군집변화는 큰 차이가 없었으나 전체적인 미생물 생체량이 높게 나타났다. 미강제제 시용은 고추시들음병 방제에 효과가 있었으며 이로 인해 고추수확량이 약 2.7배 높 게 증수되었다.


    Rural Development Administration
    PJ009839

    I.서론

    현재 소비자들은 안전한 먹거리와 친환경 농산물 에 대한 관심을 가지고 있다(Seo et al., 2009). 여러 가지 유기물 자원을 이용하여 작물에 양분을 공급하여 재배하는 농법인 유기농으로 재배하는 농 가도 증가하고 있는 실정이다. 화학비료는 그 구성 성분이 일정하여 퇴비나 녹비보다 토양에 일정하게 시비할 수 있는 장점이 있는데 반해 농가에서 활용 하는 유기농자재들은 사용양이 일정하지 않고 실제 작물이 이용하는 양분의 양과 종류에 대해서도 정 보가 부족한 실정이다(Cho et al., 2012). 또한 친 환경제제를 이용하였을 때 토양건전성에 지표가 되 는 토양의 이화학적 특성과 식물병과 관련하여 토 양의 미생물상 분포에 대한 연구는 거의 없으며 길 항미생물을 단독으로 처리하여 식물병을 방제한 연 구가 주로이루어지고 있다. 그 예로 Bacillus sp., Pseudomonas sp.와 Trichoderma sp.를 이용하 여 배추뿌리혹병을 방제하는 연구(Yeoung et al., 2003), Bacillus sp.가 고추역병균에 가지는 항진균활성에 관한 연구(Lee et al., 2007), Bacillus spp.를 이용하여 마늘 잎집썩음병과 마 른썩음병 방제에 적용한 연구(Jeong et al., 2010) 등 다양하게 이루어지고 있다.

    길항미생물을 단독으로 처리하여 식물병원균에 대 한 길항효과를 검증한 연구로 토양환경과 관련하여 길항미생물과 병원균과의 상호작용이나 병발생 척도 가 될 수 있는 토양내 미생물 군집을 연구하는 방향 과는 다르다고 할 수 있다. 실제 작물재배 중요한 요소를 평가하기 위해서는 토양의 이화학적특성 및 토양내 미생물 군집연구가 동시에 진행되어야 한다. Fusarium oxysporum은 토마토, 멜론, 무 그리고 오 이 등에 감염되어 병을 일으키는 병원균으로 기주 범위가 넓고 소형분생포자(microconidia), 대형분생포 자(macroconidia) 그리고 후막포자(chlamydospore) 의 세 가지 형태의 포자를 형성하는 것으로 알려 져 있는 토양전염성 병원균이다(Larkin et al., 1996; Mandeel and Baker, 1991; Yang and Kim, 1996). 시설 재배시 주로 문제가 되는 병으로 25°C 이상이 되면 발병하고 물관을 막기 때문에 하 엽부터 시들기 시작하여 병이 진행되면 포기전체가 시들어 고사하는 특징이 있다. 시들음병을 방제하기 위하여 농가에서는 해마다 화학농약을 사용하고 있 는 실정이다. 토양전염성 병원균에 의한 병발생은 토양의 건전성이 병의 발생과 많은 관련이 있다. 그 럼에도 불구하고 친환경제제를 시용함으로서 달라지 는 토양의 이화학적 특성과 토양의 건전성을 평가하 는데 기초자료가 되는 미생물 군집과 관련된 연구는 보고되어 있지 않다. 이에 따라 본 연구는 친환경제 제인 미강제제를 처리하였을 때 고추 생육기간에 따 른 토양의 이화학적 특성과 밭토양의 미생물 군집을 조사하였으며, 제제처리가 고추시들음병과 수확량에 미치는 영향을 조사하기 위하여 수행되었다.

    II.재료 및 방법

    2.1.미강제제의 제조

    미강 제제는 Gang 등(2012)이 보고한 방법으로 제조되었다. 1차로 나무 상자에 고두밥을 넣고 한지 를 씌워 부엽토를 덮어 4일간 배양하였다. 배양된 고두밥과 흑설탕을 1:1비율로 섞어 항아리 채우고 2 주간 배양하였으며, 배양액(1):미강(1,000)으로 혼합 하여 65-75%의 수분을 유지하며 7일간 배양하여 시 험포에 처리하였다. 미강제제의 이화학적 특성과 유 해성분 검사를 위하여 제제를 일부 채취하였다.

    2.2.시험포조성 및 미강제제의 처리

    시험포는 경상대학교 부속농장의 비가림 하우 스에 조성되었다. 미강제재는 450 kg/ha 처리구, 900 kg/ha 처리구, 멸균 처리한 미강제재 450 kg/ha 처리구와 멸균 처리한 미강제제에 Bacillus methylotrophicus (Gang et al. , 2012)배양액을 2L/kg 첨가한 제제 450 kg/ha을 처리한 구로 나누 어 처리하였고 무처리구을 대조구로 비교하였다. 제 제처리 후 처리구별로 6주씩 5반복으로 고추를 정식 하였다. 고추품종은 녹광을 사용하였으며 잡초방제 를 위하여 비닐을 피복하였다.

    2.3.미강과 토양의 이화학적 특성조사 토양의 이화 학적 특성 조사

    토양시료는 미강제제 처리전, 생육 초기 (6월 21 일), 생육중기 (7월 24일)와 수확이 완전히 끝난 시 점(9월 14일)으로 나누어 총 4회에 걸쳐 토양을 수 집하여 분석하였다. 본 시험에 이용된 미강과 토양 의 이화학적 특성은 국립농업과학원에서 발간한 토 양 및 식물체 분석법(NIAST, 2000)에 준하여 다음 과 같이 분석하였다. 채취된 미강시료의 전질소 (T-N)는 황산(conc. H2SO4)으로 분해 시킨 다음 Kjeldahl 증류법을 이용하여 측정하였다. 그리고 미 강 시료는 산(H2SO4-HClO4) 분해 후 filter paper로 여과 후 인산은 Vanadate 법, 칼륨 및 중금속은 ICP-OES (Perkinelmer 4300, USA)로 분석하였으 며, 수은은 AAS (SpectrAA 220FS, Varian, USA) 로 분석하였다. 토양의 pH와 EC는 토양과 물을 1:5 로 혼합하여 30분간 진탕한 다음 측정하였고, 유기 물은 Tyurin 법, 전질소는 황산으로 분해한 다음 Kjeldahl 증류법으로 측정하였으며, Lancaster 법으 로 유효인산을 측정하였다. 1 N ammonium acetate (pH 7.0)로 침출한 후 AAS (SpectrAA 220FS, Varian, USA)로 치환성 Ca, K, Mg을 분석하였다.

    2.4.미생물 군집 분석

    미생물 군집 분석은 생육 초기 (6월 21일), 생육 중기 (7월 24일)와 수확이 완전히 끝난 시점(9월 14일)으로 3회 토양시료를 수집하여 분석하였다. 토양에서 군집분석을 위하여 Phospholipid fatty acid(PLFA)를 추출하였으며, 추출한 PLFA를 GC와 microbial analysis software (Sherlock MIS 4.5 System, MIDI, USA)를 이용하여 분석하였다. 미생 물 군집 분석을 위해 이용된 PLFA의 미생물 지표는 세균의 경우 PLFAs: i15:0, a15:0, 15:0 3OH, i16:0, a16:0, 16:12OH, 16:1ω 5c, 10Me 16:0, 16:1 ω 7c, i17:0, a17:0, 10Me 17:0, 18:1ω 7c, cy19:0ω 8c (Frostegä rd et al. 1993; Frostegä rd and Bääth 1996)였고 세균 중 그람양성균 PLFAs i15:0, a15:0, i16:0, i17:0, a17:0, 10Me 16:0, 10Me 17:0 였다. 그람음성균은 16:1ω5c, 16:1ω7c, 18:1ω7c, cy19:0ω8c (Frostegä rd et al. 1993; Frostegä rd and Bääth 1996)였으며 진균의 경우 18:2ω6,9, 18:1ω9c and 18:3ω6c (Frostegä rd and Bääth 1996; Karliński et al. 2007)였고 방선균은 10Me 18:0 (Frostegä rd and Bääth 1996)였다.

    2.5.고추시들음병 및 수확량조사

    각 처리구별로 6주씩 5반복으로 증식하여 조성한 포장에서 고추시들음병 증상을 보이는 개체를 한 주 당 발병도 1로 정하였다. 조사는 7월 3일과 7월 31 일 2회 조사하였으며 조사방법으로는 처리구 식물체 발병된 식물의 수를 평균하여 발병도를 조사하였다. 미강제제처리별 고추수확량은 7월 3일, 7월 31일과 9월 15일 3회에 걸쳐 수확하였으며 한 주당 고추의 무게를 재어 수확량을 조사하였고 상품성이 있는 고 추만을 수확하여 조사하였다.

    III.결과 및 고찰

    3.1.제조된 미강제제의 이화학적 특성

    본 연구에서 제조된 미강제제의 이화학적 특성과 유해성분을 조사한 결과 비료성분인질소가 2.6%, 인 산이 4.6%와 산화칼륨이 1.5%로 나타났다. 이는 농 촌진흥청에서 제시한 기준인 비료공정규격(농촌진흥 청 고시 제2009-29호) 중 미강유박의 질소, 인산, 칼륨 최소함량인 2%, 4%, 1% 이상과 비교할 때 보 다 약 0.5%정도 높은 것으로 나타났다(Table 1). 유 해성분의 함량은 카드늄, 수은, 납, 크롬, 니켈과 비 소는 전혀 검출되지 않았다. 중금속 중 구리가 11 mg/kg 검출되었고 아연이 77 mg/kg으로 검출되었 으나 미강유박 유해성분 기준함량보다 적게 검출되 었다. 이 결과는 실험에 사용한 미강제제가 주성분 및 유해성분 함량 기준에 모두 적합한 것으로 나타 났고 제조법을 표준화 한다면 유기질 비료로도 등록 이 가능할 것으로 판단된다.

    3.2.미강제제 처리가 토양의 이화학적 특성변화에 미치는 영향

    미강제제 처리 전 밭토양의 이화학적 특성은 Table. 2와 같으며, 고추 생육시기별로 pH 의 경 우 대조구와 모든 처리구가 pH 6.0-6.4로 차이가 나타나지 않았다. EC의 경우에도 제제처리에 의한 차이는 나타나지 않았다. 각 시기별로 질소와 탄소 함량은 대조구와 미강제제 처리구와 유의차가 나타 나지 않았으나 유효인산 함량의 경우 6월 21일 조 사에서 대조구와 비교하여 미강제제 처리구는 31.7%, 살균된 미강처리구는 25.8%, 미강제제와 Bacillus 혼합제는 27.7% 증가한 것으로 나타났다. 7월 24일 조사에서는 세 처리구 모두 차이가 줄어들 었고 9월 14일 마지막 조사에서 대조구와 비교하여 미강제제 처리구는 20.7%, 살균된 미강처리구는 27.8%, 미강제제와 Bacillus 혼합제는 13.2% 높게 나타나 인산의 함량이 유지되는 것으로 나타났다. 치환성 칼륨, 칼슘 및 마그네슘은 대조구와 비교하 여 유의차가 나타나지 않았다(Table. 2). 유효인산의 함량이 미강제제 처리구에서 높게 나타난 이유는 미 생물을 이용하여 배양하는 방법이 미강제제를 제조 할 때 포함 되었기 때문으로 판단된다.

    3.3.미강제제 처리가 미생물 군집 변화 미치는 영향

    Phospholipid fatty acid (PLFA) 분석은 토양내 의 미생물 군집의 구성 분석에 유용하게 이용된다 (Green and Scow. 2000). 고추 생육시기에 따라 채취한 토양에서 PLFA 분석을 이용하여 미생물 군 집을 조사한 결과 6월 21일 조사에서 대조구와 비 교하여 미생물 생체량이 미강제제 처리구는 9.2%, 살균된 미강처리구는 20.3%, 미강제제와 Bacillus 혼합제는 9.2% 높은 것으로 나타났다. 또한 7월과 9월 조사에서도 미생물의 밀도가 유지되는 것으로 나타났다(Table 3). 토양시료내의 세균과 곰팡이 및 고초균의 경우 대조구와 미강제제 처리구와 비 교하였을 때 전체적인 미생물 군집변화는 큰 차이 가 없었다. 대조구와 비교하여 미강제제 처리구에 서 전체적으로 미생물 생체량이 증가한 것은 본 연 구와 병행한 실험에서 미강제제에는 세균 36종과 진균 15종의 미생물이 분리되었다고 보고하였으며 (Gang et al., 2012) 이런 다양한 미생물이 토양 내에 존재하면서 토양의 건전성에 영향을 줄 것으 로 기대된다.

    3.4.미강제제 처리의 고추시들음병 억제효과

    토착 미생물을 이용한 미강제제의 고추 시들음병 억제효과를 조사한 결과 1차 조사(7월 3일)에서 무처 리구는 발병도가 2로 조사 되었고 미강제제 처리구 에서는 시들음병 증상이 보이지 않았으며 살균된 미 강제제 처리구는 발병도가 1로 나타났다. 미강제제와 Bacillus 혼합된 미강제제는 발병도가 1로 나타났다 (Fig. 1A). 2차 조사(7월 31일)에서는 무처리구 식물 체가 모두 고사하였으나 미강제제, 살균한 미강 및 미생물이 혼합된 미강제제 처리구에서는 발병도가 1 이하로 낮게 유지되는 것으로 나타났다(Fig. 1B). 특 히 미강제재 처리구에서는 병이 전혀 나타나지 않아 병 발생 억제 효과가 높은 것으로 나타났다(Fig. 1B). 미강제재 처리구에서 병발생이 거의 나타나지 않은 결과로 보아 미강제제에 있는 미생물의 활동으 로 병원균의 밀도가 억제되어 병발생을 감소시킨 것 으로 판단된다. 본 연구에서 시용한 미강제제에는 토양전염성 병원균에 길항력을 가지는 Bacillus methylotrophicus, Bacillus subtilis, Asperqillus niqerAsperqillus oryzae 등의 미생물이 다수 검 출되었다고 보고되어있으며 (Gang et al., 2012) 이 러한 길항미생물의 항균활성에 의해 시들음병균에의 한 병발생이 감소한 것으로 사료된다.

    3.5.미강제제 처리의 고추수확량 증수효과

    미강제제 처리에 의한 고추의 수확량은 1차 조사 (7월 3일)에서 무처리구가 106g, 미강제재 처리구가 103g, 살균한 미강제재 처리구가 119g, 미강제재와 B. methylotrophicus를 혼합한 제제가 101g으로 수 확량에 큰 차이가 나지 않았다. 이후 2, 3차 조사(7 월 31일, 9월15일)에서는 무처리(control)구와 비교 하여 미강제제 처리구((RB, SRB, SRB+Bacillus)에 서 고추의 수확량이 2차 조사에서 약 6.5배 3차 조 사에서 약 4배 정도 증수되는 것으로 나타났다. 미 강제제 처리구간에는 총 수확량이 약 500g으로 차이 가 나지 않은 것으로 조사되었다(Table 4). 이는 고 추시들음병에 의한 것으로 정상고추에 비하여 병에 걸린 고추는 생육이 불량하여 수확이 적었던 것으로 판단된다.

    미강제제를 이용하여 고추의 시들음병 방제효과와 고추의 증수효과를 검정한 결과 미강제제를 처리한 구에서 시들음병 방제효과가 높은 것으로 나타났으 며 대조구에 시들음병이 발생한 결과로 고추수확량 이 약 2.7배 높게 증수되는 효과가 나타났다. 최근 수입개방화에 대응하여 안정적인 생산과 품질고급화 를 위하여 친환경재배가 권장되고 있는 실정에서 화 학비료를 줄이는 노력이 필요하다. 본 연구에서는 미강제제 사용으로 고추의 병 발생을 억제하는 효과 와 이로 인한 증수효과를 확인하였고 이는 친환경제 제로서의 이용가능성이 높다고 사료된다.

    Figure

    JALS-48-41_F1.gif

    Suppression effect of Fusarium wilt disease on pepper by the rice bran formulation treatment. Disease was investigated twice on July 3 (A) and July 24 (B). aCK: non- treatment, bRB: rice bran formulation, cSRB: sterilized rice bran formulation. Error bars indicate standard deviation and different letter indicates significant difference at P=0.05 level according to DMRT.

    Table

    Chemical components of eco-friendly rice bran formulation

    1)ND, not detect.2)Concentration limits established through RDA regulation for rice barn fertilizer.

    Physiochemical property of upland soil at each stage on pepper growth before and after the rice bran formulation treatment

    aNT: non-treatment,bRB: rice bran formulation,cSRB: sterilized rice bran formulation.

    Microbial community profiles of upland soil at each stage on pepper growth after rice bran formulation treatment

    aNT: non-treatment,bRB: rice bran formulation,cSRB: sterilized rice bran formulation.

    Fruit yield of pepper with or without the rice bran formulation treatment

    aNT: non-treatment,bRB: rice bran formulation,cSRB: sterilized rice bran formulation.

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