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ISSN : 1598-5504(Print)
ISSN : 2383-8272(Online)
Journal of Agriculture & Life Science Vol.48 No.4 pp.47-53
DOI : https://doi.org/10.14397/jals.2014.48.4.47

Influence of the Eco-friendly Formulation on Microbial Community and Rice Sheath Blight Suppression

Geun-hye Gang1, Jung Han Lee2, Kyungmi Park3, Yong Bok Lee4, Youn-sig Kwak4*
1Division of Applied Life Science, Gyeongsang National University, Jinju, 660-701, Korea
2Daejung Golf Engineering Co. Ltd, Yongin, 449-881, Korea
3Goseong Agricultural Development/Technology Center, Goseong, 638-800, Korea
4Institute of Agriculture and Life Science, Gyeongsang National University, Jinju 660-701, Korea

† These two authors contributed equally

Corresponding Author: Youn-sig Kwak, Tel: +82-55-772-1922, Fax: +82-55-772-1929, E-mail: kwak@gnu.ac.kr
May 1, 2014 May 28, 2014 August 4, 2014

Abstract

Eco-friendly organic production for crop and food safety are currently important issues. For those reasons, developing of Eco-friendly formulation and application protocols have been challenging with various strategies. In this study, the effects of soil physiochemical property, microbial community and a disease suppression effectivity by Eco-friendly formulation treatment were investigated. The Eco-friendly formulation treated paddy soil showed increasing of available phosphorus content; before planting (27%), ripening (37%) and harvesting stage(5%). Also, hydrogen exponent was 0.5 higher than non-treated control soil. Eco-friendly formulation treatment contributed to increasing concentration of exchangeable calcium in soil. Total soil microbial biomass were increased as two-fold by the Eco-friendly formulation treatment. Rice sheath blight disease incidence also declined 75% by the treatment. These results suggest that the eco-friendly formulation treatment might be useful for organic rice production.


친환경제제 처리에 의한 토양미생물 군집 변화 및 벼잎집무늬마름병 (Rhizoctonia solani) 억제효과

강 근혜1, 이 정한2, 박 경미3, 이 용복4, 곽 연식4*
1경상대학교 응용생명과학부
2(주)대정골프엔지니어링
3경상남도 고성군 농업기술센터
4경상대학교 농업생명과학연구원

초록

친환경 유기농산물과 식품에 대한 안정성이 소비자들에게 중요한 관심이 되고 있는 시점에서 친환경제 제의 개발과 적용이 다양하게 이루어지고 있다. 최근 지구온난화의 영향으로 인하여, 벼 재배지의 주요 병으로 잎집무늬마름병의 발생이 크게 증가하고 있다. 벼 잎집무늬마름병의 친환경방제 방법에 대한 선 행 연구가 미미한 실증으로, 본 연구에서는 친환경제제 처리에 의해 변화하는 논토양의 화학적 특성, 미 생물 군집 및 벼잎집무늬마름병의 발생정도를 조사하였다. 토양의 화학적 특성은 관행구가 약 pH 5.0로 나타났으며 친환경제제 처리구는 평균 약 pH 5.5로 높아지는 경향으로 나타났다. 유효인산의 함량의 경 우 이앙전에는 27%, 등숙기에는 37%와 수확기에는 5% 높게 나타났다. 치환성 칼슘의 경우 친환경제제 처리구에서 높게 나타났으며 미생물 생체량도 관행구에 비하여 친환경제제 처리구에서 2배 높은 것으로 나타났다. 그람 양성균과 그람 음성균이 각각 친환경제제 처리구에서 69와 43%로 증가하는 것으로 나타 났다. 진균의 경우에도 30%, 고초균도 105%가 친환경제제 처리구에서 증가하였다. 벼잎집무늬마름병 발 생 억제 효과는 관행구에 비하여 친환경제제 처리구에서 약 75% 발병이 억제되는 효과가 나타났으며, 이 러한 결과로 친환경제제의 처리는 식품안정성과 유기농산물 생산 기여할 것으로 기대된다.


    Rural Development Administration
    PJ009660

    I.서론

    유기농은 화학비료를 사용하지 않고 퇴비나 녹비 등 여러 가지 유기물 자원을 이용하여 토양에 양분 을 공급하여 작물을 재배하는 농법이다. 현재 국내 소비자들의 안전한 먹거리에 대한 인식과 함께 친환 경 유기농산물에 대한 관심이 높아지고 있다(Seo et al., 2009). 농가에서 활용하는 유기농자재들은 관 행농업에서 화학비료 사용 기준에 비하여 사용양이 일정하지 않고 실제 작물이 이용하는 양분의 양과 종류에 대해서도 정보가 부족한 실정이다(Cho et al., 2012). 또한 화학비료 사용과 비교하여 친환경 제제를 이용하였을 때 토양건전성에 지표가 되는 토 양의 화학적 특성 및 식물병과 관련하여 토양의 미 생물상 분포에 대한 연구는 거의 이루어지지 않고 있다. 친환경 유기농자제와 관련하여 토착길항미생 물을 이용하여 마늘 잎집썩음병과 마른썩음병 방제 에 적용한 연구와 잿빛곰팡이병 병원균의 생장 억제 효과 등 다양한 연구가 활발하게 진행되고 있다 (Jeong et al., 2010; Kwak et al., 2012). 이들 연구는 길항미생물을 분리하여 식물병원균에 대한 길항효과를 검증한 연구들로 토양의 건전성, 토양의 화학적특성 및 토양내 미생물 군집과 같은 실제 작 물재배에 중요한 요소를 평가하기에는 연구의 방향 이 다르다고 할 수 있다. 잎집무늬마름병의 병원균 은 Rizoctonia solani로 담자포자를 형성하며 균사 및 균핵으로 월동한다. 발병은 고온다습한 조건에서 6~7월에 발생하여 벼의 잎집 아래부터 발병하고 수 확기에 걸쳐 식물체 위쪽으로 병이 진전된다 (Lee & Rush, 1983). 잎집무늬마름병을 방제하기 위해서 농가에서는 해마다 화학농약을 사용하고 있는 실정 이다. Rizoctonia solani는 토양전염성 병원균으로 토양내 질소성분과 토양 건전성이 병의 발생과 많은 관련이 있는데 (Lee & Rush, 1983) 반해 친환경제 제를 시용하고 토양의 특성과 건전성을 평가하는데 활용할 수 있는 미생물 군집과 관련한 연구는 보고 되어 있지 않다. 본 연구는 친환경제제를 처리하였 을 때 재배기간에 따른 토양의 화학적 특성, 토양에 분포하고 다양한 미생물 군집 및 벼잎짚무늬마름병 의 발생정도를 조사하기 위하여 수행되었다.

    II.재료 및 방법

    2.1.친환경제제의 제조

    친환경제제는 Gang et al., (2012)이 보고한 방법 으로 제조되었다. 1차로 고두밥을 나무 상자에 넣고 한지를 씌워 부엽토를 덮어 4일간 배양하였다. 배양 된 고두밥과 흑설탕을 1:1비율로 섞어 항아리에 채 우고 2 주간 배양하였으며 미강과 배양액을 1:1,000 으로 다시 혼합하여 65-75%의 수분을 유지하며 7 일간 배양하였다. 이후 황토와 1:1 비율로 혼합하고 수분을 65-75%로 조절하여 5일간 배양하여 제제를 제조하였다(Fig. 1).

    2.2.시험포조성 및 친환경제제의 처리

    시험포는 고성군 생명환경농업연구소에 위치한 논 토양에 조성하였다. 조성된 포장은 총 1200 m2였으 며 친환경제제를 처리한 시험구와 관행구를 600 m2 로 나누어 시험하였다. 각 처리구는 3 반복(블럭당 면적: 200 m2)으로 구성하였다. 친환경제제 처리구 는 비료를 처리하지 않았으며 친환경제제 처리양은 300 kg/10a였고, 관행구는 화학비료N-P2O5-K2O : 8-4.4-6 kg/10a를 이양 7일전에 시비하였다. 친환 경제제 및 관행구 화학비료 처리는 동일 일시에 실 시하였다. 이후 6월 7일에 호농벼를 이앙하여 벼를 생육시키며 벼잎집무늬마름병 억제효과, 시용시 논 토양의 화학적 특성과 미생물 군집을 분석 하였다.

    2.3.토양의 화학적 특성 조사

    화학적 특성 조사를 위하여 친환경제제 처리전, 이앙전, 등숙기와 수확기로 나누어 토양을 수집하였 다. 수집방법은 샘플의 편향성을 줄이기 위하여 전 체포장에서 10군데를 임의로 채취하여 혼합하는 방 법으로 수행하였다. 수집된 토양의 화학적 특성은 국립농업과학원에서 발간한 토양 및 식물체 분석법 (NIAST, 2000)에 준하여 분석하였다. pH는 토양(1) 과 물(5) 혼합하여 30분간 진탕하고 pH meter (720P, Istek, Korea)를 이용하여 수소이온 농도를 측정하였다. Tyurin 법을 이용하여 유기물을 측정하 였고 Kjeldahl 증류법을 이용하여 전질소를 측정하 였으며 Lancaster 법으로 유효인산을 측정하였다. 1 N ammonium acetate로 침출한 후 AAS(SpectrAA 220FS, Varian, USA)로 치환성 Ca, K, Mg을 분석 하였다.

    2.4.미생물 군집 분석

    미생물 군집은 처리전 (2012년 5월 22일), 이앙전 (6월 4일), 등숙기 (8월 31일)와 수확기 (10월 5일) 에 수집된 토양 시료로부터 Phospholipid fatty acid(PLFA)를 추출하여 분석하였다. 토양 채취기를 이용하여 각 구획별 6 지점에서 토양을 채취하였으 며, 각 반복별로 시료봉투에 채취후 분석을 위하여 실험실로 이송하였다. 시료는 냉장 보관 (4°C)에서 보관하였으며, 모든 시료는 채집 후 7일 이내에 분 석을 실시하였다. 추출한 PLFA sms GC와 microbial analysis software (Sherlock MIS 4.5 System, MIDI, USA)를 이용하여 peak를 분석하였다. 미생물 군집 분석을 위해 이용된 PLFA의 생물지표는 다음과 같다. 세균 PLFAs: i15:0, a15:0, 15:0 3OH, i16:0, a16:0, 16:12OH, 16:1ω5c, 10Me 16:0, 16:1ω7c, i17:0, a17:0, 10Me 17:0, 18:1ω7c, cy19:0ω8c (Frostegard et al., 1993; Frostegard and Baath 1996). 그람양성균 PLFAs i15:0, a15:0, i16:0, i17:0, a17:0, 10Me 16:0, 10Me 17:0, 그람음성균 16:1ω5c, 16:1ω7c, 18:1ω7c, cy19:0ω8c (Frostegard et al., 1993; Frostegard & Baath 1996). 진균 18:2ω6,9, 18:1ω9c and 18:3ω6c (Frostegård & Bååth 1996; Karliński et al., 2007). 방선균 10Me 18:0 (Frostegärd & Bääth 1996).

    2.5.벼잎집무늬마름병 조사

    벼잎집무늬마름병 조사는 7월과 8월 중순에 실시 하였으며 조사 방법으로 벼 한포기에 발생한 병반 수가 1-3개는 발병지수 1, 4-7은 발병지수 2, 8-11은 발병지수 3, 12-15는 발병지수 4, 병반 수 15개 이상은 발병지수 5로 index화하여 조사하였 다. 각 처리구 및 각 반복별로 50포기를 기준으로 조사하였다.

    III.결과 및 고찰

    3.1.친환경제제 처리가 토양의 화학적 특성변화에 미치는 영향

    친환경제제 처리 전 논토양의 화학적 특성은 표 1 과 같으며, 시기별로 pH 의 경우 관행구는 약 pH 5.0으로 시기에 따른 변화가 없었으며, 친환경제제 처리구는 이앙전 pH 5.7에서 등숙기에는 pH 5.6로 수확기에는 pH 5.4로 관행구에 비하여 높게 나타났 다(Table 1). 토양의 산도가 낮아지게 되면 가용성 알루미늄과 망간의 농도가 높아져 작물의 피해가 나 타나고 병충해 발생이 많아지는 현상이 발생한다 (Marschner, 1991; Sanchez, 1976). 본시험에서 도 출된 결과로 친환경제제 처리는 논토양을 알칼리성 으로 개량하는 효과가 있다고 사료된다. 유효인산의 함량의 경우 관행구에 비하여 친환경 처리구에서, 이앙전에는 27%, 등숙기에는 37%와 수확기에는 5% 높게 나타났다(Table 2).

    친환경제제 처리구와 관행구에서 치환성 칼륨과 마그네슘은 유의성 있는 차이가 나타나지 않은 반면 이앙전, 등숙기 및 수확기에서 치환성 칼슘은 관행 구에 비해 친환경제제 처리구가 약 70% 높게 나타 났으며 벼의 생육기간동안 함량이 유지되는 것으로 나타났다. 칼슘의 함량이 높게 측정된 것은 친환경 제제 처리구의 pH가 높게 나타나는 이유와 일치하 며 이로 인해 토양을 알칼리화 시키는 개량효과가 나타난다고 판단된다.

    3.2.친환경제제 처리가 미생물 군집 변화에 미치는 영향

    Phospholipid fatty aicd (PLFA) 분석은 다양한 미생물학적 특징, 예를 들어 미생물 생체량, 독소와 기능분석뿐만 아니라 미생물 군집의 구성 분석에 이 용된다(Green & Scow. 2000). 이런 분석기법을 이 용하여 본 연구에서 이앙전, 등숙기 및 수확기의 토 양샘플에서 친환경제제 처리에 따른 미생물 군집을 조사한 결과 제제 처리직후인 이앙기에 미생물 생체 량이 관행구가 9.2 nmol/kg, 친환경제제 처리구가 18.3 nmol/kg로 약 2배 높은 것으로 조사되었다. 이후 등숙기와 수확기에는 생체량이 유사하게 나타 났다. PLFA biomarker에 의한 미생물 군집 변화는 이앙전 전체적으로 미생물이 증가하는 경향이었다. 그람 양성균과 그람 음성균이 각각 친환경제제 처리 구에서 69%와 43%로 증가하는 것으로 나타났다. 또한 진균의 경우에도 30% 증가하였으며, 고초균도 105% 증가하였다. 미생물의 밀도가 증가한 이유는 본 시험에서 시용한 친환경제제에 포함된 미생물 영 향인 것으로 보인다. 등숙기와 수확기에 군집 변화 는 관행구와 유사하게 나타났다. 이는 적응하지 못 한 미생물이 사멸하고 다시 증식하는 종류가 관행구 와는 차이가 있으나 세균, 진균 및 고초균의 군집은 유사하게 분포하는 것으로 유추된다. 고초균의 증가 는 토양전염성 병해를 억제하는데 효과가 있다고 알 려져 있다. 초균은 그람양성균으로 생장속도가 느리 고 다양한 이차대사산물을 생산한다(Sahilah et al., 2010). 이차대사산물 중 70% 정도가 균체외 효소로 항균력이 있는 물질로 알려져 있다(O’Donnell 1988). 또한 고초균은 항균활성이 있는 이차대사산 물을 분비하기 때문에 식물 병원성 세균, 곰팡이 및 선충에 대하여 생물적 방제 인자로 사용된다 (Crawford et al. 1993; Dicklow et al. 1993; Hodges et al. 1993). 본 시험에서 시용한 친환경제 제는 토양에 다양한 미생물상을 제공하고 항균활성 이 있는 고초균 또한 높은 밀도로 존재하기 때문에 병발생을 억제시키는 효과가 있다고 사료된다.

    3.3.친환경제제 처리의 벼잎집무늬마름병 억제효과

    친환경제제 처리에 의한 벼잎집무늬마름병 발생 억제 효과를 조사한 결과 친환경제제 처리구와 관 행구의 벼 잎집무늬마름병의 발생정도는 7월 중순 관행구의 경우 발병지수가 약 0.8이었으며 8월 중 순에는 병이 진전되어 2.0로 나타났다. 이에 반해 친환경제제 처리구에서는 병발생이 7월 중순에 발 병지수가 0.1이었으며 8월 중순에는 0.5로 나타났 다(Fig. 1). 관행구에 비하여 친환경제제 처리구에 서 약 75% 발병이 억제되는 효과가 나타났으며 육 안으로도 확실하게 구분이 가능하였다(Fig. 2). 벼 잎집무늬마름병은 Rhizoctonia solani 에 의해 발 생하는 병으로 고온다습하고 질소비료를 많이 사 용하면 발생하는 병으로 알려져 있다(Lee & Rush, 1983). 또한 토양으로부터 전염되는 병으로 토양에 병원균의 밀도가 높을 경우 발생할 확률이 높아진다. 본 연구에서 제조한 친환경제제에는 Trichoderma , BacillusStreptomyces와 같은 항균활성이 있는 균이 다양하게 포함되어 있다고 보고하였으며(Gang et al ., 2012) 이로 인한 영향 으로 다른 복합적인 원인이 있겠지만 관행구에 비 하여 잎집무늬마름병 발생이 현저하게 낮게 조사 된 것으로 판단된다.

    Figure

    JALS-48-47_F1.gif

    Control efficacy of the eco-friendly formulation treatment on rice sheath blight. Disease was investigated at middle July (A) August (B) Error bars represents the standard deviation. Letters represent differences between treatment means separated by DMRT at p < 0.05

    JALS-48-47_F2.gif

    Disease suppression effect of the eco-friendly formulation treatment on rice sheath blight of rice. A: eco-friendly formulation treatment, B: conventional management

    Table

    Physiochemical property of conventional management (CM) paddy soil and before eco-friendly formulation treatment (EFFT) and in transplanting, ripening and harvesting stage after formulation treatment.

    Microbial Community of conventional management (CM) and eco-friendly formulation treatment (EFFT) paddy soil in transplanting, ripening and harvesting stage after formulation treatment

    Reference

    1. Cho J. L , Choi H. S , Lee Y , Lee S. M , Jung S.K (2012) Effect of organic materials on growth and nitrogen use efficiency of rice in paddy , Korean j. Organic Agri, Vol.20; pp.211-220
    2. Crawford D. L , Lynch J. M , Whipps J. M , Ously M. A (1993) Isolation and characterization of actinomycetes antagonists of a fungal root pathogen , Appl. Environ. Microbiol, Vol.59; pp.3899-3905
    3. Dicklow M. B , Acosta N , Zuckerman B. M (1993) A novel Streptomyces species for controlling plant-parasitic nematodes , J. Chem. Ecol, Vol.19; pp.159-173
    4. Frostegard A , Bääth E (1996) The use of phosphoslipid fatty acid analysis to estimate bacterial and fungal biomass in soil , Biol. Fert. Soils, Vol.22; pp.59-65
    5. Frostegard A , Bääth E , Tunlid A (1993) Shifts in the structure of soil microbial community in limed forests as revealed by phospholipid fatty acid analysis , Soil Biol. Biochem, Vol.25; pp.723-730
    6. Gang G.H , Cha J. Y , Heo B. N , Yi O. S , Lee Y. B , Kwak Y. S (2012) Selection of antagonistic microorganisms against plant pathogens from eco-friendly formulations , Kor. J. Environ. Agric, Vol.31; pp.68-74
    7. Green C.T , Scow K. M (2000) Analysis of phospholipid fatty acids (PLFA) to characterize microbial communities in aquifers , Hydrogeology J, Vol.8; pp.126-141
    8. Hodges C.F , Campbell D. A , Christians N (1993) Evaluation of Streptomyces for biocontrol of Bipolaris sorokiniana and Sclerotinia homoeocarpa on the phylloplane of Poa pratensis , J. Phytopathol, Vol.139; pp.103-109
    9. Jeong H. Y , Lim J. H , Kim B. K , Lee J. J , Kim. S. D (2010 ) Selection and mechanisms of indigenous antagonistic microorganisms against sheath rot and dry rot disease of garlic , Kor. J. Microbiol. Biotechnol, Vol.38; pp.295-301
    10. Karlinski L , Ravnskov S , Kieliszewska-Rokicka B , Larsen J (2007) Fatty acid composition of various ectomycorrhizal fungi and ectomycorrhizas of Norway spruce , Soil Biol. Biochem, Vol.39; pp.854-866
    11. Kwak Y. K , Kim I. S , Cho M. H , Lee S. C , Kim. S (2012) Growth inhibition effect of environment-friendly agricultural materials in Botrytis cinerea In vitro , J. Bio-Environment Control, Vol.21; pp.134-139
    12. Lee F. N , Rush M. C (1983 ) Rice sheath blight : a major rice disease , Plant dis, Vol.67; pp.829-832
    13. Marschner H Wright R. J , Baligar V. C , Moorman R. P (1991) Mechanisms of adaptation of plants to acid soils. In Plant-soil interactions at low pH. Proceedings of the Second International Symposium on Plant-Soil Interactions at Low pH, Kluwer Academic Publisher, Beckley, pp.683-702
    14. NIAST(National Institute of Agricultural Science and Technology) (2000 ) Analytical methods of soil and plant. NIAST, Rural Development Administration (RDA),
    15. O'Donnell A. G Goofellow M , Williams S. T , Mordarski M (1988) Recognition of novel actinomycetes, In Actinomycetes in biotechnology, Academic Press, pp.69-88
    16. Sahilah A.M , Tang S. Y , Zaimawati M. N , Rosnah H , Umi Kalsum M. S , Son R (2010) Identification and characterization of actinomycetes for biological control of bacterial wilt of Ralstonia solanacearum isolated from tomato , J. Trop. Agric. and Food. Sci, Vol.38; pp.103-114
    17. Sanchez P. A (1976) Properties and Management of Soils in the Tropics, Wiley,
    18. Seo Y , Cho B , Coi J , Kang A , Jeoun B (2009) Control of diseases and insects for pesticide-free cultivation of leafy vegetables , Korean j Organic Agri, Vol.17; pp.253-264
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