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ISSN : 1598-5504(Print)
ISSN : 2383-8272(Online)
Journal of Agriculture & Life Science Vol.51 No.4 pp.65-78
DOI : https://doi.org/10.14397/jals.2017.51.4.65

Photosynthetic Responses and Growth Performances Affected by Organic Compost Level in Seedling of Synurus deltoides (Aiton) Nakai

Lee Kyeong-Cheol
Division of Botanic Research & Management, National Institute of Ecology, Seocheon, 33657, Korea
Corresponding author : Lee Kyeong-Cheol +82-41-950-5837+82-41-950-5949dlrud112@naver.com
20170607 20170716 20170720

Abstract

This study was carried out to investigate the influence of organic compost level on the photosynthetic responses and growth characteristics in seedling of Synurus deltoides. The treatments were regulated with the five different treatments(non-treated, Full Fertilization, Fertilization 3: sandy loam 1, Fertilization 1: sandy loam 1, and Fertilization 1: sandy loam 3). The photosynthetic activity of F 3: 1 treatment showed the highest maximum photosynthesis rate(Pnmax), net apparent quantum yield(Φ) and carboxylation efficiency(Φcarb). And also, F3:1 showed relatively better absorption of nitrogen from soil, leaf area, leaf dry weight, net assimilation rate(NAR), relative growth rate(RGR). Similarly, The F 1: 1 treatment also showed relatively high photosynthetic activity and growth characteristics, and showed a tendency to be opposite to that of the non-treated. However, The F-F treatment showed relatively high photosynthetic activity and growth performances at early growing season, which have been reduced over time. This implies that physiological disturbance may be due to excessive fertilization. As a result of surveying the whole experiment, F3:1 and F1:1 organic compost fertilization increases growth performances and enhances overall quality.


유기질 퇴비수준이 수리취 유묘의 광합성 반응과 생장특성에 미치는 영향

이 경철
국립생태원 식물관리연구실

초록

본 연구는 유기질 시비처리 수준이 수리취 유묘의 광합성 반응 및 생장특성에 미치는 영향을 알아보 기 위하여 수행되었으며, 시비처리는 5가지로 조절하였다(무시비처리구, 퇴비처리구; F-F, 퇴비 3 x 마사토 1; F3:1, 퇴비 1 x 마사토 1; F1:1, 퇴비 1 x 마사토 3; F1:3). F3:1 처리구의 수리취가 가장 높은 최대광합성속도, 순양자수율 및 탄소고정효율을 보여 광합성 활성이 좋은 것으로 나타났으며, F3:1 처리 구의 질소흡수율과 엽 생장, 엽면적, 엽 건중, 순동화율, 상대생장율 역시 비교적 높은 것으로 나타났 다. 이와 유사하게 F1:1 처리구의 수리취 역시 비교적 높은 광합성 활성 및 생장 특성을 보였고 무시비 처리구의 경우 이와 반대되는 경향을 나타냈다. 그러나 F-F 처리구의 경우 초기 생육시기에 생장 및 광합성 반응이 비교적 우수하였으나, 점차 낮은 광합성 반응 및 생장율을 보여 과도한 시비에 따른 생 리적 장애로 의심된다. 위의 결과를 통해 F3:1 및 F1:1 시비처리시 건전한 생육과 품질을 향상시키는 것 을 알 수 있다.


    서론

    일반적인 작물의 재배에서 그동안 많은 화학비료 의 사용과 작물의 병충해 방제를 위한 농약사용이 일반화되어 왔으며, 이로 인한 생태계 파괴와 환경 오염 등의 문제가 대두되어 왔다(Lee et al., 1996). 이러한 문제에 대응하기 위해 최근에는 친환경 유기 농업을 확대하여 자연환경을 건전하게 보전하면서 지속적으로 무공해 농산물을 생산하기 위한 노력이 증가하고 있다(Lee et al., 2012). 특히 산채나 약용 작물과 같이 소비자들에게 청정성, 무공해성이 중요 하게 받아들여지는 경우 친환경적인 재배기술의 개 발은 매우 중요한 과제라 할 수 있다.

    퇴비와 같은 유기질 비료의 사용은 높은 생산성을 기대할 수 있는 친환경적인 재배기술로서 식물의 생 장에 필요로 하는 유기물 및 양분의 공급원으로 작 용하고, 토양의 구조와 수분 함유능을 향상시킬 수 있으며(Lee et al., 1995), 미생물의 영양원이 되어 미생물의 활성을 높이므로 토양 이화학성 개선의 효 과를 기대할 수 있다(Park, 2008). 그러나 산채나 약용작물 등의 비배관리는 주로 농민의 경험에 의해 이루어지기 때문에 생산량 및 그 품질이 균일하지 못한 경향이 있고, 산지에 따라 품질의 지표가 될 수 있는 유효성분 함량에 대한 차이가 매우 심한 것 으로 알려져 있다(Jung et al., 1996; Lee et al., 2010; Lee et al., 2011). 이러한 문제를 해결하기 위해 작약, 목단, 맥문동, 황금, 도라지, 참당귀 등 일부 약용작물을 대상으로 퇴비 등 유기질 시비처리 에 따른 생육 및 생리반응에 관한 연구가 활발히 진 행되고 있으나(Choi et al., 1991; Chung et al., 1993; Lee et al., 2007; Lee et al., 2011; Kim et al., 2014, Lee et al., 2015) 수리취와 같은 산 채를 대상으로 한 연구는 거의 없는 실정으로 지효 성 비료를 이용한 산마늘, 곰취, 곤달비의 생육 및 생리반응(Cho et al., 2010) 및 질소 시비에 따른 참취와 곰취의 수량 및 생육특성(Choi et al., 2009b) 등 주로 화학비료를 이용한 연구가 이루어져 왔다. 따라서 청정성과 무공해성이 요구되는 산채를 대상으로 토양과 양분의 상호반응 및 생육과 양분흡 수 특성에 관한 체계적인 연구를 진행하여 유기질 퇴비 시용기준을 설정하는 것이 필요하며, 본 연구 는 산채의 일종으로 항산화, 항염 등 기능성이 높아 (Jung et al., 2008; Woo et al., 2010; Park et al., 2011) 가공식품 등에 수요가 증대되고 있는 수 리취(Synurus deltoides(Aiton) Nakai)를 대상으로 건전한 유묘의 공급과 품질 및 생산성 향상을 위한 유기질 퇴비 시용효과를 구명하고 체계적인 유기재 배를 위한 기초자료를 얻고자 수행하였다.

    재료 및 방법

    1.실험재료 및 시비처리

    실험에 사용된 재료는 평창군에 소재한 강원도 농 업기술원 특화작물시험소에서 2012년 2월말에 파종 한 수리취를 높이 25cm, 직경 20cm 원형 포트 중 심에 1본씩 이식하여 사용하였으며, 2012년 4월 초 시중에서 판매하는 S사 유기질 퇴비(계분 40%, 버 섯배지 20%, 동·식물성 잔재물 10%, 톱밥 25%, 석회고료 2%, 목초액 3%)와 마사토(sandy loam)의 혼합비율을 조절하여 퇴비처리구(full fertilization, F-F), 퇴비와 마사토 3 : 1(F3:1), 1 : 1(F1:1), 1 : 3 (F1:3), 무시비처리구(N-F)로 구분한 뒤 강원대학교 구내 온실에서 7월 15일까지 생육시키면서 시비수준 에 따른 광합성 반응과 생장 특성을 조사하였다.

    2.토양의 화학성분석 및 식물체 분석

    토양의 pH(토양 1 : H2O 5)와 EC(electrical conductivity; EC)는 초자전극법으로 측정하였고, 유기물 함량은 Walkely-Black법으로 풍건토 0.5g에 1 N-중크롬산칼리용액 10ml와 농황산 20ml를 가한 후 0.2 N-황산 제1철 암모늄용액으로 적정하였다 (Nelson & Sommers, 1982). 유효인산함량은 Bray No. 1법으로 하여 ammonium molybdate를 발색시 켜 파장 660nm에서 UV/VIS spectro photometr로 비색측정 하였고(Olsen & Sommers, 1982), 치환성 양이온(K+, Ca2+, Mg2+)과 C.E.C는 1 N-ammonium acetate 침출법으로 측정하였다. 질소와 탄소함량은 Kjeldahal법과 회화법(Nelson & Sommers, 1996)으 로 각각 측정하였다. 또한 시비처리에 따른 엽과 뿌 리의 질소(N), 탄소(C), C/N ratio, 유기물함량을 분 석하기 위해 질소는 Kjeldahl법, 탄소는 회화법 (Nelson & Sommers, 1996), 그리고 유기물 함량은 Walkely-Black법으로 각각 측정하였으며, 질소 흡 수율(specfic absorption rate of nitrogen; SAR) 은 뿌리건중의 증가와 흡수된 총질소함량을 통해 산 출하였다(Choi et al., 2009a). 측정된 자료를 통해 시비처리에 따른 염기포화도(base saturation; BS)를 구하였다(Zarin & Johnson, 1995).

    3.광합성 반응 측정

    시비처리에 따른 광합성 반응은 건전엽을 대상으로 휴대용 광합성 측정장치(Potrable Photosynthesis system, Li-6400, Li-Cor Inc., USA)를 이용해 5월 부터 7월까지 매월 20일에 측정을 실시하였다. 측정 시 휴대용 광합성 측정장치에 부착된 LED light source를 이용하여 PPFD(Photosynthetic Photon Flux Density)를 0, 50, 100, 200, 400, 800, 1000, 1200, 1400μmol․m-2․s-1의 9단계로 조절하였 으며, 이때 공통된 측정 조건은 챔버로의 유입 공기 유량을 500μmol․s-1, CO2 농도는 400μmol․s-1, 습도 는 60~70%, 온도를 20±2℃로 유지하여 오전 10시 부터 오후 1시까지 3반복으로 광합성을 측정하였다. 측정된 자료를 이용하여 Kume & Ino(1993)식에 의 해 광-광합성곡선을 나타내고 광보상점, 광포화점, 암호흡, 최대광합성량을 구하였다. 엽육내 CO2 농도 (Ci) 변화에 대한 광합성 반응을 측정하여 A-Ci 곡 선을 작성하고 CO2 보상점, 광호흡, 최대광합성량, 탄소 고정효율을 구하였다(Farquhar et al., 1980).

    4.시비처리에 따른 생장특성 조사

    시비처리에 따른 생장특성의 차이를 조사하기 위 해 5월부터 7월까지 매월 15일에 시료의 잎, 줄기, 뿌리를 구분하고 엽의 개수, 엽장, 엽폭, 엽면적, 줄 기길이, 부위별 건중량 등을 측정하였다. 엽면적은 건조시키기 전의 잎을 대상으로 스캔한 뒤 LIA 3.2 progrom(Version 0.377e, copy., Kazukiyo Yamato) 을 이용하여 측정하였으며, 부위별 건중량은 건조기 (Dry-oven)에 48시간동안 80℃로 건조하여 측정하 였다. 측정 결과에 따라 상대생장률(relative growth rate; RGR= 1/W×dw/dt), T/R률(지상부 건중량/ 지하부 건중량), 엽면적비(specific leaf area; SLA= leaf area/leaf dry weight), 총건중량대비 엽면적 비(leaf area ratio; LAR= leaf area/total dry weight), 총건중량대비 엽건중량비(leaf weight ratio; LWR= leaf dry weight/total dry weight), 순동화 율(net assimilation rate; NAR= 1/leaf area × dw/dt)을 계산하였다(Choi et al., 2009a).

    5.통계 분석

    본 실험의 통계분석은 SPSS Statistics Program (Version 19.0)을 이용하였으며, 유기질 시비처리 에 따른 생리반응 결과는 일원분산분석(One-Way ANOVA), 월별생장 분석은 반복측정에 의한 분산 분석(repeated measure ANOVA)을 통해 비교하였 다. 각 처리간의 유의성은 DMRT(duncan's multiple range test) 5% 수준에서 검정하였다.

    결과 및 고찰

    1.토양 화학성 및 염기포화도

    시비량에 따른 토양 화학성을 조사한 결과, 무시 비처리구(N-F)의 경우 유기물 함량이 매우 낮았으 며, 질소함량 및 치환성 양이온, 유효인산 역시 낮 게 나타났다. pH는 일정한 경향을 보이지는 않았으 며, EC와 유기물 함량은 시비량이 증가할수록 크게 증가하는 경향을 나타냈다. 식물의 영양분 흡수에 가장 중요한 질소의 경우 토양 내 총질소 함량이 F-F 처리구에서 1.150mg/kg으로 가장 많았고, F3:1 처리구가 F-F 처리구의 45% 수준인 것으로 나타났 다(Table 1). 무기태 질소 중 식물이 쉽게 흡수할 수 있는 형태의 질소이온인 질산태 질소이온에 비해 균근을 통한 흡수과정을 거치는 암모니아태 질소이 온의 함량이 다소 높은 것으로 나타났다(Kwon et al., 2003).

    토양 화학성의 적정 범위는 대상작물 및 연구자 에 따라 상이하며, 일반적인 작토층에서는 유기물 이 20~30g․kg-1, 유효인산이 300~500mg․kg-1, Ca, Mg, K는 각각 5~6cmolc․kg-1, 1.5~2cmolc․kg-1, 0.5~0.75cmolc․kg-1인 것으로 보고된 바 있다(Chang et al., 1999). 수리취의 유기질 시비에 따른 토양 화학성은 전반적으로 이보다 높았으며, 특히 유효인 산의 경우 차이가 큰 것으로 나타났다. 이는 본 실 험시 야외 재배지가 아닌 포트 실험을 진행하여 양 이온 등의 용탈이 적게 일어났기 때문으로 생각된 다. 이와 같은 예는 Lee et al.(2011)이 보고한 도라 지 액비처리시 유효인산의 함량이 6-10배 증가되었 다는 결과에서도 찾을 수 있다. 인은 용해도가 낮고 토양흡수성이 높아서 식물뿌리에 대한 공급이 낮아 생태계에서 식물 생장에 주요한 제한요인으로 작용 하며, 작물에 중요한 비료성분이라 할 수 있다. 그 러나 인산이 과다하게 축적되면, 생육과 수량이 감 소되고, 염기흡수가 억제되어 생리장해가 발생될 뿐 만 아니라 인산이 Fe, Zn 등과 결합하여 난용성 염 기를 형성하므로 이들의 결핍증세가 발생된다고 한다 (Kim et al., 1999). 유효인산함량은 시비량에 따라 큰 차이를 보였고, 무시비처리구(N-F) 57mg․kg-1 에 비해 F1:3 처리구는 486mg․kg-1, F1:1 처리구는 1053mg․kg-1, F3:1 처리구는 1487mg․kg-1로 순차적으 로 높았으나, F-F 처리구는 3840mg․kg-1로 무시비 처리구(N-F)에 비해 약 67배 높은 값을 나타내었다 (Table 1). 이는 일반적인 작물재배에 있어 유효인 산의 적정수준인 300~500mg․kg-1 범위보다(Chang et al., 1999; Lee et al., 2011) 많은 것으로 특히 F-F 처리구의 경우 적정수준의 6.6배 가량 높은 것 으로 나타나 과량의 인산 집적으로 인한 생리적 장 해가 나타날 수 있다고 보여진다.

    토양 콜로이드는 일반적으로 음전하를 띄고 있으 므로 여러 가지 양이온이 정전기적 인력에 의해 콜 로이드 표면에 흡착되며, 흡착된 양이온들은 토양용 액 중에서 다른 양이온과 당량적으로 상호교환이 일 어난다. 토양이 이온을 흡착하여 교환할 수 있는 능 력을 의미하는 양이온 치환능력(cation exchange capacity; CEC)은 높은 수치를 나타낼수록 대체로 양분보유력이 높아 무기영양소를 뿌리에 많이 공급 하고, 완충작용이 커 생육에 유리하다고 한다. 일반 적으로 시비를 할 경우 15~25cmolc․kg-1 범위를 보 인다고 하며(Kim et al., 1999; Kwon et al., 2003), F3:1와 F1:1 처리구는 거의 차이가 없었고, 무 시비처리구(N-F)의 경우 매우 낮은 CEC를 가진 것 을 알 수 있었다(Table 1).

    토양 중에서 양분 보유력은 염기치환용량(CEC)과 염기포화도(base saturation; BS)에 따라 좌우되는 데 염기치환용량이 작고 포화도가 높은 토양에서는 염기 과포화로 작물 재배시 염류장애가 발생될 수 있다(Kim et al., 1999). 시비처리에 따른 총 염기 포화도(total base saturation; TBS)는 시비처리구 의 경우 약 95% 수준으로 높게 포화되어 있었으나 무시비처리구(N-F)의 경우 54.4%로 상대적으로 낮 은 것을 알 수 있었다. 또한 F1:3 처리구의 경우 CEC는 상대적으로 낮은데 비해 TBS는 높은 편으로 부분적으로 염류장애가 야기될 수 있다고 생각된다 (Table 1, Fig. 1). 각 염기당 염기포화도를 살펴보 면 Ca BS는 F1:3 처리구에서 가장 높았고, Mg BS와 K BS는 F-F 처리구에서 가장 높게 나타났다. Na BS는 F1:1 이상의 시비를 한 처리구의 경우 3% 미만 으로 낮은 비율로 포화되었으나, 무시비처리구(N-F) 및 F1:3 처리구는 10% 내외로 비교적 높게 나타났다 (Fig. 1).

    2.유기질 시비처리 수준에 따른 광합성 반응

    유기질 시비처리에 따른 수리취의 광보상점(Lcomp), 암호흡(Dresp), 최대광합성속도(Pn max), 순양자수율(Φ), CO2 보상점(CO2 comp), 광호흡(Presp)과 탄소고정효율 (Φcarb)을 비교해 보면, 광보상점의 경우 뚜렷한 경 향을 보이지 않았으며, 암호흡은 5월에 유의적인 차 이가 없었고, 6월에는 F1:1 처리구, 7월에는 F1:1과 F-F 처리구에서 높은 값을 나타냈다. 시비처리 수준 에 따른 최대광합성속도는 5월에 F3:1 > F-F > F1:1 > F1:3 처리구, 6월에 F3:1와 F1:1 > F1:3 > F-F 처리구, 7월에 F3:1 > F1:1와 F1:3 > F-F 처리구 순으로 높게 나타났다. 5~7월까지 F3:1 처리구가 가장 높은 최대 광합성 속도를 보였으며, 6월 이후에는 F1:1 처리구 역시 비교적 높은 값을 보였다. F-F 처리구의 경우 5월에 2번째로 높은 경향을 나타냈으나 6월부터는 무시비처리구(N-F)를 제외한 처리구에서 가장 낮은 최대광합성 속도를 보였다. 순양자수율의 경우 5월 에는 시비처리구간의 유의적인 차이가 없었으나, 6월에는 F1:1 처리구가 가장 높게 나타났고, 7월에 는 유의적인 차이를 보이지는 않았지만 F3:1 처리 구가 비교적 높은 것으로 나타났다. 실험기간 전반 에 걸쳐 무시비처리구(N-F)가 암호흡, 최대광합성 속도, 순양자수율에서 가장 낮은 것으로 나타났다 (Fig. 2, Table 2).

    A-Ci 곡선을 통해 시비처리 수준에 따른 CO2 보 상점, 광호흡 및 탄소고정효율을 조사한 결과 전반 적으로 무시비처리구(N-F)에서 탄소고정효율과 광 호흡은 낮고, CO2 보상점은 비교적 높게 나타나 광 합성을 위해 필요한 최소한의 CO2 농도가 비교적 높고, rubisco의 활성이 감소하여 탄소고정에 비효 율적인 경향을 나타내는 것을 알 수 있었다. 광호흡 의 경우 5~7월간 F3:1 처리구에서 비교적 높은 값을 보여 최대광합성속도가 높은 만큼 광호흡으로 인한 에너지 소모도 많을 것으로 생각된다. 탄소고정효율 은 5월과 7월은 F3:1 처리구가 유의적으로 높았고, 6 월은 F1:1 처리구에서 비교적 높은 것으로 나타났다 (Fig. 2, Table 2).

    결과적으로 F3:1 처리구의 경우 가장 높은 최대광 합성속도, 순양자수율 및 탄소고정효율을 나타내어 광합성 반응이 가장 좋은 것을 알 수 있었으며, F1:1 처리구 역시 F3:1 처리구와 비슷한 수준으로 높은 광합성 활성을 가진 것을 알 수 있었다. F-F 처리 구의 경우 무시비처리구(N-F) 보다는 나은 경향을 보였으나, 5월을 제외하면 전반적으로 낮은 광합성 활성을 보여 과도한 시비에 따른 생리적 장애를 의 심할 수 있다. 월별 경향을 비교해 보면 암호흡과 광호흡은 시간이 지속됨에 따라 점차 높아지는 경 향을 나타내어, 생장이 진행되면서 호흡으로 인한 에너지 손실이 커지는 것을 알 수 있었고, 5월이 6월 과 7월에 비해 가장 높은 최대광합성 속도를 나타 내었으며, 호흡으로 소비하는 에너지는 비교적 낮 아 이때가 생육에 매우 중요한 시기인 것을 알 수 있었다.

    3.유기질 시비처리 수준에 따른 생장특성

    시비처리에 따른 엽생장 특성을 살펴보면, 무시비 처리구(N-F)를 제외한 시비처리구에서는 엽폭, 엽 장, 엽면적 및 엽건중 모두 유의적인 증가를 보였 다. 이는 유기물 퇴비 시용시 적절한 유기물 및 미 량원소를 함유하게 되며, 토양의 이화학적 성질이 개선되고, 유효 미생물의 활성도가 높아지므로 결과 적으로 토양양분의 가용화로 인해 작물의 지상부 생 육이 촉진 된다는 보고(Choi et al., 1991; Hur et al., 2007)와 유사한 경향을 나타냈다. 특히 F3:1 처 리구에서 비교적 큰 증가를 보였고, F1:1 처리구 역 시 거의 유사하게 큰 폭의 증가를 보였다. F-F 처 리구와 F1:3 처리구에서는 다른 처리구에 비해 비교 적 적은 폭의 엽생장을 보였으며, 무시비처리구 (N-F)의 경우 거의 생장이 정지되어 있는 것을 알 수 있었다(Fig. 3, Fig. 4).

    식물의 광합성에 의해 생산되는 물질의 분배비율인 T/R율, 엽중비(LWR), 비엽면적(SLA), 엽면적비(LAR) 등 생장관련 모수의 월별 변화를 Fig. 5에 나타냈으 며, 시비처리에 따른 생장에 미치는 효과가 시간이 지남에 따라 유의적으로 인정될 수 있는지 반복측정 에 의한 분산분석(repeated measure ANOVA)을 통 해 조사하였다(Table 3). 시비처리 후 초기단계인 5월의 경우 시비처리에 따른 T/R율, SLA, LAR 및 LWR의 변화가 유의적인 차이를 나타내지는 않 았으나 6월부터는 T/R율과 LAR이 유의미한 차이 를 보였다. 특히 T/R율의 경우 6월과 7월에서 F3:1 와 F1:1 처리구가 비교적 높은 값을 유지하여 시비 를 통해 지하부보다 지상부의 생장이 더 많이 이루 어 진 것을 알 수 있었고, 무시비처리구(N-F)가 가 장 낮은 T/R율 값을 보였다. F-F와 F1:3 처리구의 경우 F3:1와 F1:1 처리구에 비해 상대적으로 낮은 생 장을 나타내었다(Fig. 5). 건중의 증가를 위한 에너 지 분배율을 의미하는 LWR은 6월에 F1:1 처리구의 엽건중비 LWR가 비교적 높게 나타나 엽건중의 증 가를 위한 에너지 분배가 상대적으로 많이 이루어 진 것을 알 수 있었고, F3:1 처리구는 F1:1 처리구 보다 낮지만 이와 비슷한 수준을 나타냈다. 이와 반대로 무시비처리구는 가장 낮은 비율의 에너지를 엽에 투자하는 것으로 나타나 시비처리를 하지 않 은 경우 엽 생장을 위한 에너지 투입이 매우 적은 것을 알 수 있었다(Fig. 5). SLA의 경우 실험기간 전반에 걸쳐 편차가 큰 것으로 나타나 유의성을 인 정받지 못했다(Fig. 5).

    반복측정에 의한 분산분석 결과 엽장, 엽폭, 엽면 적, 엽건중 등 엽생장 특성인자는 시간이 지남에 따 라 시비처리에 따른 효과 역시 지속되는 것으로 나 타났으나 물질분배의 비율을 의미하는 생장관련 모 수들은 T/R율만 유의성이 인정되었다(Table 3). 특 히 엽면적의 증가에 투입하는 에너지의 분배율을 의 미하는 LAR은 시비처리 효과 및 시비처리 수준과 생장 단계의 상호관계 모두 유의성이 인정되지 않았 는데 이는 5월의 자료에서 큰 편차를 나타낸 것이 영향을 미친 것으로 생각된다(Fig. 4). LWR은 시비 처리 수준에 따른 차이는 인정되었지만, 시간의 지 남에 따른 시비처리 효과의 지속성은 유의성이 인정 되지 않았다(Table 3).

    Table 4에 엽의 상대생장율(relative growth rate; RGR)과 순동화율(net assimilation rate; NAR)을 나타냈다. 시비처리 초기인 4~5월에 생장이 가장 큰 것은 F1:3 처리구였으며, F-F, F3:1 및 F1:1 처리 구는 거의 비슷한 값을 보였다. 그러나 5월에서 6월 까지의 생장시기에는 F3:1 처리구가 가장 큰 RGR을 보였고, F1:1 처리구도 이와 유사한 증가를 보인 반 면, F1:3 처리구 및 무시비처리구(N-F)에서는 생장 이 크게 둔화 되고 있는 것을 알 수 있었다. 6월에 서 7월까지 F-F 처리구 및 무시비처리구(N-F)는 RGR이 매우 낮아 엽의 생장이 거의 이루어지지 않 은 것으로 나타났다(Table 4).

    NAR은 엽면적당 단위시간의 건물량 변화 즉 개 체의 물질생산속도를 엽면적으로 나눈 값으로, 잎의 광합성 작용의 능률에 따라 주로 결정된다(Choi et al., 2009b). 무시비처리구(N-F)의 경우 생육기간 전반에 걸쳐 가장 낮은 NAR을 나타낸 것을 알 수 있으며, 4월에서 5월에 F1:1 처리구, 5월에서 6월에 F3:1 처리구가 비교적 높은 NAR을 나타내어 엽에서 광합성 작용을 통해 물질생산 효율이 높은 것을 알 수 있었다(Table 4).

    4.유기질 시비처리 수준에 따른 질소 흡수율 비교

    시비처리 수준에 따른 탄소와 질소의 배분율을 살 펴보면 전반적으로 엽의 질소, 탄소 및 유기물 함량 은 뿌리에 비해 비교적 높은 비율을 가지고 있는 것 을 알 수 있었으며, 이는 엽이 질소 화합물을 저장 하는 주요한 부위라는 것을 의미한다(Titus & Kang, 1982; Kim et al., 2006). C/N율의 경우 엽에 비해 뿌리의 값이 높은데 탄소함량의 차이에 비해 질소함 량의 차이가 더 크기 때문으로 엽이 식물전체의 질소 저장에 큰 부분을 차지함을 알 수 있다. C/N율과 관 련하여 과수와 녹비식물을 대상으로는 일찍부터 연구 되어져 왔으며, 일반적으로 질소시비량이 증가하면 식물체내 질소와 탄소함량이 모두 증가하지만 탄소보 다는 상대적으로 질소의 함량이 더 많이 증가한다고 한다(Lee et al., 2005; Jeon et al., 2009).

    시비처리수준에 따른 엽내 탄소함량은 유의적인 관계를 나타내지 않았으며, 이에 반해 엽내 질소함 량은 F-F 처리구에서 가장 높았고, 무시비처리구 (N-F)에서 비교적 낮은 것을 알 수 있었다. 엽의 C/N율을 비교해 보면 시비처리시 유의적인 차이가 없는 반면, 무시비처리구(N-F)의 경우 낮은 질소함 량으로 인해 C/N율이 높아진 것을 알 수 있었고, 유기물 함량 역시 무시비처리구(N-F)에서 비교적 낮게 나타나 시비처리에 따라 엽내 질소함량 및 유 기물 함량에 영향을 주는 것을 알 수 있었다. 뿌리의 경우 질소함량은 시비처리구가 무시비처리구(N-F)에 비해 1.7~1.9배 많은 것으로 나타났고, 탄소함량은 유의적인 경향을 보이지 않았으나, 엽과 마찬가지로 무시비처리구(N-F)가 높은 C/N율을 보이는 것을 알 수 있었다(Table 5).

    식물 1개체당 총 질소함량은 F3:1 및 F1:1 처리구가 비교적 높게 나타났고, F-F 및 F1:3 처리구가 다음 수준을 보였으며, 무시비처리구(N-F)는 약 3~4배 정도 낮은 질소함량을 나타냈다. 단위시간당 뿌리건 물당 흡수된 질소양을 의미하는 질소흡수비율(Choi et al., 2009a)은 F3:1 처리구가 가장 높았으며, 무시 비처리구(N-F)가 가장 낮게 나타났다. 전반적으로 F3:1 처리구에서 높은 질소흡수비율을 가져 F-F 처 리구에 비해 비교적 적은 질소함량에도 식물체내 높 은 질소함량을 유지할 수 있는 것으로 보이며, 무시 비처리구(N-F)는 양분이 부족하여 생육에 부적합 하다는 것을 알 수 있었다(Table 5).

    수리취의 건전한 생육과 생산성을 증가하기 위해 유기물 퇴비의 시용 효과를 조사한 결과 엽장, 엽폭 등 전반적인 생육은 시비처리를 통해 개선되며, 질 소흡수가 많아지면서 엽에 대한 물질분배로 이어져 T/R율이 높아지게 되고, 엽면적 및 엽건중의 증가 에 크게 기여하는 것으로 생각된다. 특히 F3:1 처리 구에서 비교적 높은 최대광합성속도, 순양자수율 및 탄소고정효율을 나타내어 광합성 반응이 좋은 것을 알 수 있었으며, 질소흡수율이 높아 생장에 필요한 질소 공급에도 유리하였고, 광합성에 필요한 엽의 생장과 상대생장율 및 순동화율이 우수한 것으로 나 타났다. F-F 처리구의 경우 초기에 생장 및 광합성 반응이 비교적 우수하였으나, 점차 낮은 광합성 반 응 및 생장율을 보여 과도한 시비에 따른 생리적 장 애를 의심할 수 있었다. 무시비처리구(N-F)는 양분 이 매우 부족한 상태로 엽 등의 지상부에 투자하는 에너지가 가장 적었고, 전반적인 생육이 가장 불량 한 것으로 나타났다. 결과적으로 F3:1 시비처리시 건 전한 생육 및 생산성 향상에 효과적일 것으로 생각 되며, 경제성을 고려하면 F1:1 시비처리 역시 좋을 것으로 생각된다.

    Figure

    JALS-51-65_F1.gif

    Base saturation(BS) of S. deltoides grown under five different fertilization treatments. F-F is full fertilization, F3:1 is oganic compost 3: sandy loam 1, F1:1 is oganic compost 1: sandy loam 1, F1:3 is oganic compost 1: sandy loam 3, and N-F is non-fertilization.

    JALS-51-65_F2.gif

    Light response curves(left) and A-Ci curves(right) of S. deltoides grown under five different fertilization treatments. F-F is full fertilization, F3:1 is oganic compost 3: sandy loam 1, F1:1 is oganic compost 1: sandy loam 1, F1:3 is oganic compost 1: sandy loam 3, and N-F is non-fertilization.

    JALS-51-65_F3.gif

    The leaf growth patterns of S. deltoides grown under five different fertilization treatments. Each value is expressed as the mean±SD(n = 3). F-F is full fertilization, F3:1 is oganic compost 3: sandy loam 1, F1:1 is oganic compost 1: sandy loam 1, F1:3 is oganic compost 1: sandy loam 3, and N-F is non- fertilization.

    JALS-51-65_F4.gif

    The leaf growth of S. deltoides grown under five different fertilization treatments after 90 day cultivation. F-F is full fertilization, F3:1 is oganic compost 3: sandy loam 1, F1:1 is oganic compost 1: sandy loam 1, F1:3 is oganic compost 1: sandy loam 3, and N-F is non-fertilization.

    JALS-51-65_F5.gif

    The growth analysis factors of S. deltoides grown under five different fertilization treatments. Values in the same column are significantly different by Duncan's multiple range test(p<0.05). Each value is expressed as the mean ± SD(n= 3). F-F is full fertilization, F3:1 is oganic compost 3: sandy loam 1, F1:1 is oganic compost 1: sandy loam 1, F1:3 is oganic compost 1: sandy loam 3, and N-F is non-fertilization.

    Table

    The chemical properties of soil used in the experiment

    aF-F is full fertilization, F3:1 is oganic compost 3: sandy loam 1, F1:1 is oganic compost 1: sandy loam 1, F1:3 is oganic compost 3: sandy loam 1, and N-F is non-fertilization.

    The photosynthetic parameters of S. deltoides grown under five different fertilization treatments

    aF-F is full fertilization, F3:1 is oganic compost 3: sandy loam 1, F1:1 is oganic compost 1: sandy loam 1, F1:3 is oganic compost 1: sandy loam 3, and N-F is non-fertilization.
    bLcomp: light compensation point,
    cDresp,: dark respiration,
    dPn max: maximum photosynthesis rate,
    eΦ: net apparent quantum yield,
    fCO2 comp: CO2 compensation point,
    gPresp: photo respiration rate, and
    hΦcarb: carboxylation efficiency. Each value is expressed as the mean±SD(n= 3).
    Mean separation within column by DMRT at 5% level.
    nsis non-significant.

    Repeated measure analysis of variance of growth characteristic variables by fertilization treatments

    Change of relative leaf growth rate(RGR) and net assimilation rate(NAR) of S. deltoides grown under five different fertilization treatments

    aF-F is full fertilization, F3:1 is oganic compost 3: sandy loam 1, F1:1 is oganic compost 1: sandy loam 1, F1:3 is oganic compost 1: sandy loam 3, and N-F is non-fertilization.

    The nitrogen content and specific absorption rate(SAR) of S. deltoides grown under five different fertilization treatments

    aF-F is full fertilization, F3:1 is oganic compost 3: sandy loam 1, F1:1 is oganic compost 1: sandy loam 1, F1:3 is oganic compost 1: sandy loam 3, and N-F is non-fertilization.
    Each value is expressed as the mean±SD(n=3).
    Mean separation within column by DMRT at 5% level.
    nsis non-significant.

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