Ⅰ서 론

경지면적이 협소하여 조사료 및 사료용 작물의 생산이 부족한 우리나라 현실 속에서는 생산성, 이용성 및 TDN 함량이 높고 파종에서 수확까지 기계화가 가능하여 노동력 을 줄일 수 있는 사료용 작물 중 가장 권장할 만한 작물은 사일리지용 옥수수이다(Lee et al., 2004; Son et al., 2009). 사일리지용 옥수수 재배는 대부분 밭 토양에서 이루어져 왔으나 최근 들어서 농가의 고소득 작물 재배 선호도에 따 라 밭 토양에서 사일리지용 옥수수의 재배면적을 확대하기 가 어렵지만, 벼 재배 중심 논은 쌀값하락으로 휴경농지가 증가하고 있어서 이를 활용하는 방안으로 국가 보조 사업 을 통하여 사료작물 재배지로 전환하는 것을 적극 권장하 고 있는 실정이다. 이러한 이유로 국내에서는 많은 연구자 들이 논 토양에서 사일리지용 옥수수의 생산성에 관한 연 구를 진행하였다(Lee and Lee, 2010; Kim et al., 2012a,b; Ji et al., 2009a, b). 한편 국내 조사료가 부족한 현실을 감 안 할 때, 옥수수 재배 시 가장 중요한 요인 중 하나가 생 산성을 높이는 것이다. 논 토양에서 생산성을 높이기 위한 방법으로는 지역 적응성에 잘 맞는 다수확 품종 선발과 이 에 따른 재배관리이다. 재배관리는 파종시기, 시비관리, 재 식밀도, 수확시기, 병충해 예방, 배토작업 등을 들 수 있다 (Lee, 2012). 특히 논 토양에서 사료작물 생산성을 높이기 위해서는 무엇보다 중요한 것이 논 토양을 사료작물이 잘 자랄 수 있는 밭 토양 조건으로 농경지 생산기반을 조성해 주는 것이다(Jung et al., 2012). 사료작물 재배를 위한 논 토양 생산기반 조성에 중요한 요인 중 하나가 배수로 여건 이라고 할 수 있다(Koo, et al., 2007). 논 토양에서 배수로 의 역할은 작물재배 시 뿌리 둘레에 과잉수분을 배제시킴 으로서 토양의 통기성을 양호하게 하여, 토양산소 부족에 의한 토양환원을 막아 작물에게 수분 스트레스를 최소화 시켜 줌으로서 생산성을 높여준다(Skaggs et al., 1982; Jung et al., 2012). 배수가 잘되는 논 토양은 통기성, 투수 력, 마찰저항, 전단저항이 증가하고 토양수분 함량, 용적밀 도, 토양경도 등이 감소하여 밭과 같은 효과를 나타내며, 이러한 논 토양은 표토의 집적된 염류를 용탈시켜 토양의 EC가 낮아져 작물의 생육과 수량을 증가시키는 효과가 있 다고 보고되고 있다 (Doh et al., 1994; Kim et al., 2006). Ji (1981)는 논에서 밭작물 재배를 위한 지하배수 목표량을 50 mm day^－1, 지표 잔류수 허용일수를 1일 이내, 지하수위 는 지표면 아래 0.5~0.6 m 깊이까지 저하시켜야 한다고 보 고하였다. 따라서 본 연구는 저지대 논 토양에 있어서 사 료용 옥수수 재배시 배수로 깊이가 생육특성, 생산성 및 사료가치에 미치는 영향을 검토하여, 저지대 논 토양에서 사일리지용 옥수수 수량 확보를 위한 기초 방안을 제공하 고자 실시하였다.

Ⅱ재료 및 방법

1.실험포장

본 실험포장은 경북 서북쪽 내륙에 소재한 상주 지역 논 토양에서 수행하였다. 특히 실험 논 토양은 저지대로서 장 마철에는 침수 피해를 받는 곳이었다. 그리고 실험포장 조 건은 Table 1에서 보는 바와 같이 일반적인 밭 토양에 비 하여 유기물 및 질소 함량은 높고 인산함량은 떨어지는 논 토양 이었다.

2.실험설계

실험설계는 배수로 폭을 50 cm로 고정하고 깊이를 0, 20, 40, 50 cm로 각각 달리한, 4처리 3반복 난괴법으로 배치를 하였다(Table 2, 참조). 이때 공시 품종은 만생종 옥수수인 P31N27로 하였고 파종일은 5월 1일, 수확은 8월 24일에 하였다. 파종 시 재식거리는 75 cm × 20 cm로 시험구당 면 적은 3 m × 5 m = 15 m²으로 하고 2립 점파 후 4∼5엽기에 1주 만 남겨 두고 솎아주었다. 그리고 잡초제거는 중경작 업을 통해 실시하였다.

3.시비방법

시비량은 질소, 인산, 가리를 각각 200, 150, 200 kg/ha 시용하였으며, 이중 인산은 기비로 전량 시비하였다. 질소 와 가리는 기비로 60%, 추비 40%로 하여 분할 시비하였으 며 추비는 옥수수가 8엽기 때 실시하였다.

4.조사항목 및 조사방법

생육특성은 예취 전 중앙 2열에서 각 반복별 10주씩 선 발하여 조사하였으며 당도측정은 PR-101 당도계를, 경경도 는 KM 스프링 경도계를 이용하여 예취 된 부위로부터 10 cm 지점에서 측정하였다. 수량조사는 중앙 2열을 각각 예 취하여 생초수량을 조사한 후 각 구마다 2주씩 선발하여 55℃ 통풍건조기 속에서 5일간 건조 후 평량하여 건물율을 구하고 분쇄하여 분석시료로 사용하였다. 그리고 TDN 수 량은 Pioneer Hi-Bred사가 제시한 공식 TDN 건물수량 = (경엽 건물수량× 0.582) + (암이삭 건물수량× 0.85)에 의하 여 계산하였다(Holland et al., 1990). 일반분석은 AOAC법 (1995)에 의하여 분석하였으며 ADF와 NDF는 Goering과 Van Soest (1970)의 방법으로 분석하였다. 무기물 성분은 시료를 전처리한 후 Ca, Co, Cu, Fe, K, Mg, Mn, Mo, Na, Zn, As, Cd, Cr, Ni, Pb 등은 ICP (Inductively Coupled Plasma, IRis Intrepid, Thermo Elemental Co., UK)를 이용 하여 A_393.366, A_228.616, A_324.754, A_259.940, A_766.491, A_285.213, A_257.610, A_202.030, A_588.995, A_213.856, A_189.042, A_226.502, A_283.563, A_231.604, A_220.353에서 각각 분석하였다. 분석조건은 approximate RF power가 1,150 w이며, analysis pump rate는 100 rpm, nebulizer pressure와 observation height는 각각 30 psi 및 15 mm로 하였다. 구성 아미노산의 분석은 분쇄한 시료 1 g을 정밀히 취하여 시험관에 넣고 6N-HCl 10 mL를 가하 여 감압 밀봉한 후 110℃의 dry oven에서 24시간 이상 동 안 가수분해 시킨 후, Glass filter로 분해액을 여과하고 얻 은 여액을 55℃에서 감압 농축하여 염산과 물을 완전히 증 발시킨 다음, 농축된 시료를 sodium citrate buffer (pH 2.20) 로 25 mL 정용플라스크에 정용하여 0.45 μm membrane filter로 여과한 시료액을 아미노산 자동 분석기(Biochrom 30, Biochrom Ltd., Cambridge, England)로 분석하였다. 분 석을 위해 Cation separation column (oxidised feedstuff column, 4.6 mm × 200 mm)을 사용하였고, 0.2 M sodium citrate buffer (pH 3.20, 4.25)와 1.2 M sodium citrate buffer (pH 6.45) 및 0.4 M sodium hydroxide solution을 이동상으 로 사용하였다. 이동상의 유속은 0.42 mL/min, ninhydrin 용 액의 유속은 0.33 mL/min, column 온도는 48∼95℃, 반응온 도는 135℃로 하였다. 유리당 함량은 시료를 전처리한 후, HPLC (Waters Co., USA)로 분석하였으며, 이때 column은 carbohydrate column (ID 3.96 × 300 mm, Waters CO., USA) 을 사용하였으며, column oven 온도는 30℃, mobile phase 는 85% acetonitrile, flow rate는 2.0 mL/min, 시료주입량은 20 μL의 조건으로 Refractive Index (RI) detector(Waters 2414, Waters Co., USA)에서 검출하였다. 표준품은 xylose, fructose, glucose, sucrose, maltose 및 lactose (Sigma, U.S.A) 를 일정량씩 혼합하여 증류수에 녹여 표준용액으로 사용하 였다. 표준품과 시료의 당 성분은 머무른 시간(t_R)을 직접 비교하여 확인하였고 각 표준품의 검량곡선을 작성하여 peak의 면적으로 개별 당 성분의 함량을 산출하였다.

5.통계처리

실험결과의 평균값 및 표준오차는 SAS (Statistics analytical System, USA) Program (2002)을 사용하여 구하였고 Duncan 의 다중검정 방법으로 5% 수준에서 유의성 검정을 실시하 였다.

Ⅲ결과 및 고찰

1.생육특성 및 건물수량

배수로 깊이에 따른 생육특성 및 생산성은 Table 2에 나 타내었다. 초장, 엽장, 엽폭, 착수고 및 고사엽 수는 처리구 에 따라 유의적인 차이가 인정되지 않았다.

알곡충실도, 암이삭 길이, 암이삭 둘레는 배수로 깊이가 깊은 50 cm구에서 유의적으로 높게 나타났다(p<0.05). 옥 수수의 경의 굵기 및 경의 경도는 배수로 깊이에 따라 유 의적인 차이가 나타나지 않았다. 경의 당도는 배수로 40, 50 cm로 처리한 구에 비하여 무처리구(0 cm) 및 20 cm 처 리구가 유의적으로 높게 나타났으며(p<0.05), 특히 20 cm 구에서 높게 나타났다. 이와 같은 결과는 논에서 배수조건 이 불량한 곳과 양호 곳에서 옥수수 6품종을 실험한 결과 모든 품종에서 당도는 배수가 양호한 곳에서 떨어졌다는 Ji et al. (2009a)이 보고한 내용과 일치하였다. 생초수량은 50 cm 구가 69,935 kg/ha로 가장 높았던 반면 무처리구에서 가장 낮은 생산성(54,984 kg/ha)을 보였다(p<0.05). 건물수 량은 50 cm구가 다른 구에 비하여 유의적으로 높은 수량을 나타냈지만(p<0.05), 0, 20, 30 cm 처리구 사이에는 유의적 인 차이가 나타나지 않았다. TDN 수량은 50 cm (18,382 kg/ha) > 30 cm (15,795 kg/ha) > 20 cm (15,362 kg/ha) > 0 cm 구(14,282 kg/ha) 순으로 높게 나타났다(p<0.05). Jung et al. (2012)은 논에서 밭작물을 안정적으로 재배하기 위해서 는 기본적으로 배수가 매우 중요하다고 하였다. Skagges et al. (1982)은 배수불량 논 토양에 배수 조건을 양호하게 하 면 뿌리 둘레에서 과잉 수분을 배제시킴으로서 토양의 통 기성을 양호하게 하여, 토양 산소 부족에 의한 토양 환원 을 막아 수분 스트레스를 최소화하여 작물의 생산성을 높 여 준다고 하였다. Prasad et al. (2001)은 배수 처리가 안된 침수조건 토양에서는 대부분 mineral N이 ammoniacal-N으 로 존재하고, 배수가 잘 된 토양은 nitrate-N 상태로 존재한 다고 하였다. 또한 배수 효과는 토양의 수분함량, 용적밀 도, 토양 경도를 감소시켜 밭 토양으로 전환시켜 줌으로서 (Doh et al. 1994; Zucker and Brown, 1998) 토양의 물리성 이 개량되어 작물의 생육을 양호하게 하고 수량을 증가시 키는 효과가 있다고 보고하였다(Cannell and Jackson, 1981; Kim et al., 2003; Kim et al., 2006). 따라서 본 연구 에서 배수로 깊이가 깊은 처리구에서 생육특성 및 생산성 이 좋았던 것은 여러 연구자들이 보고한 바와 같이 배수 불량한 논에 배수를 원활히 해줌으로서 토양의 통기성 및 토양온도가 높아지고 이에 따른 양분 흡수 유효도가 증가 됨으로 작물의 생산성이 증가 된 것으로 생각한다.

2.일반성분

배수로 깊이에 따른 생육특성 및 생산성은 Table 3에 나 타내었다. 조단백질함량은 배수구를 설치하지 않았던 구에 비하여 50 cm로 배수구를 설치한 구가 유의적으로 높은 함 량을(p<0.05) 나타난 반면, 20 cm, 30 cm 및 50 cm구들 사 이에는 유의적인 차이를 나타내지 않았다. Prasad et al. (2001)은 배수 처리가 안 된 침수조건 토양에서는 대부분 mineral N이 ammoniacal-N으로 존재하고, 배수가 잘 된 토 양은 nitrate-N 상태로 존재한다고 하였다. 따라서 배수가 용이함에 따라 식물체가 흡수할 수 있는 nitrate-N 이용율 이 증가하였기 때문에 50 cm 구에서 높은 조단백질함량을 나타낸 것으로 판단된다. 그러나 Ji et al. (2009a)은 배수조 건에 따라서 차이가 없었다고 보고하였다. 조지방 함량에 있어서는 배수로 깊이에 따른 유의적인 차이는 나타나지 않았다. 조회분 함량은 50 cm > 0 cm > 30 cm > 20 cm 처 리구 순으로 높게 나타났다(p<0.05). 처리구별로 NDF 함 량은 40.9~43.0%, ADF 은 23.1∼26.0% 및 조섬유 18.7∼ 19.6% 함량은 보였지만 상호 처리구간 유의적인 차이는 인정되지 않았다. Ji et al. (2009a)은 배수조건에 따라 ADF 함량은 배수가 불량한 논에서 평균 6.2% 감소를 보인 반 면 NDF 함량은 오히려 7% 증가하였다는 보고와는 차이를 나타냈다.

3.무기물성분

배수로 깊이가 사일리지용 옥수수의 무기물 성분에 미치 는 영향은 Table 4에서 보는 바와 같다. 옥수수의 무기물 함량은 처리구별로 K > Ca > Mg 순으로 높게 나타났으며 이들 세 성분이 전체 무기물함량의 98% 이상을 차지하는 것으로 나타났다. 이와 같은 결과는 Lee and Lee (2010), Lee (2012)의 보고한 선행 연구 결과와 유사하였다. B, Cr, Cu, Fe, Ni, Se 함량은 처리구별로 0.27∼7.16 mg/100g 범 위로서 아주 미량으로 나타났다. 그리고 처리구별로 Mn 함량은 31.23∼45.72 mg/100g, Na은 9.82∼13.60 mg/100 g, Zn은 11.69∼15.63 mg/100 g 차이를 각각 나타냈다. 총 무 기물 함량은 0 cm구가 5,690.14 mg/100 g으로 가장 높았던 반면 50 cm 처리구가 4,660.18 mg/100g으로 가장 낮게 나 타났다(p<0.05). 이와 같은 결과는 Lee and Lee (2010)가 보고한 함량 보다는 높고, Kim et al. (2012b)이 보고한 함 량 보다는 낮은 수치였다. 따라서 식물체의 무기물 함량은 품종, 기상조건, 토양조건, 시비조건, 재배기간, 수확시기 등의 다양한 요인에 의하여 영향을 받을 수 있는(Reith, 1965; Reid et al., 1970; Nuttall, 1985; Kim, 1991) 것으로 여겨진다.

4.유리당 함량

배수로 깊이가 사일리지용 옥수수의 유리당 성분에 미치 는 영향은 Table 5에서 보는 바와 같다. 옥수수의 Fructose 함량은 배수로 깊이가 20 cm > 0 cm > 50 cm > 30 cm 처 리구 순으로 높게 나타났다(p<0.05). Glucose 함량은 20 cm > 50 cm > 0 cm > 30 cm 처리구 순으로 높게 나타났다 (p<0.05). Sucrose 함량 역시 20 cm구가 2.81 mg/100 g으로 가장 높게, 50 cm 구가 1.22 mg/100 g 가장 낮게 나타났다 (p<0.05). 그리고 총유리당 함량은 20 cm > 0 cm > 30 cm > 50 cm구 순으로 높게 나타났다(p<0.05). 유리당 함량이 0 cm 및 20 cm구에서 높게 나타난 원인은 Table 3에 나타 난 바와 같이 당 함량이 0 cm 및 20 cm 구에 높았던 것에 원인이 있는 것으로 판단된다. Ji et al. (2009a)도 논 토양 에 옥수수를 재배한 결과 배수가 불량한 논에서는 10.0 brix, 배수가 양호한 논에서는 8.2 brix로서 배수가 불량한 논 토양에서 재배한 사일리지용 옥수수가 높았다고 보고한 내용과 유사하였다.

특히, 작물의 유리당은 토착 미생물 박테리아에 의하여 유산으로 전환(Danner et al. 2003) 되기 때문에 양질의 사 일리지를 만들기 위해서 매우 중요하다. McDonald (1982) 는 식물체에 있어서 중요한 발효 매체는 glucose, fructose, sucrose 및 raffinose 라고 하였다. Davies et al. (2002)는 높 은 당 함량을 가진 목초는 사일리지화하면 수용성 탄수화 물(WSC)이 오랫동안 잔류할 수 있는 양질의 사일리지가 된다고 하였다.

5.구성아미노산 조성

배수로 깊이가 사일리지용 옥수수의 구성아미노산 성분 에 미치는 영향은 Table 6에서 보는 바와 같다. 배수로 깊 이에 따른 사일리지용 옥수수의 구성아미노산 중 필수아미 노산은 Leucine 함량이 가장 많이 함유하고 있고, Methionine 함량이 매우 낮은 것으로 나타났다. 특히 Threonine, Valine 및 Methionine 함량은 배수로 깊이에 따라 유의적인 차이 (p<0.05)를 보였지만, Isoleucine, Leucine, Phenylalanine, Histidine, Lysine 및 Arginine 함량은 유의적인 차이를 보이 지 않았다. 총 필수아미노산의 함량은 50 cm > 20 cm > 30 cm > 0 cm 구순으로 높게 나타났으며(p<0.05), 배수구 처 리구(20, 30, 50 cm구)들이 무처리 구(0 cm)에 비하여 유의 적으로 모두 높게 나타났다. 비필수아미노산에 있어서 Serine, Glutamic acid, Proline, Alanine 함량은 50 cm구가 다른 처리구에 비하여 유의적으로 높은 함량을 보였지만 (p<0.05), Glycine 함량은 처리구 사이에 유의적인 차이를 보이지 않았다. 총 구성아미노산(필수+비필수아미노산) 함량은 필수아미노산과 비필수 아미노산의 함량이 높았던 50 cm구가 다른 처리구에 비하여 유의적으로 높게 나타났 다 (p<0.05). 그러나 0 cm, 20 cm 및 30 cm 처리구들 사이 에는 유의적인 차이를 보이지 않았다. Kim et al. (2012a)은 청보리 종류별, 대두박, 옥수수의 구성아미노산을 분석한 결과 단백질 함량이 높은 것이 아미노산 함량이 높게 나타 난다고 하였으며, Chiang et al. (1992)도 옥수수 등 농후사 료 수종의 아미노산 함량을 분석한 결과에서도 조단백질함 량이 높은 것이 아미노산함량이 높게 나타났다는 연구 보 고와 비교 시 본 연구에서도 조단백질함량이 가장 높았던 50 cm구가 높게 나타난 것은 이들의 보고와 유사하였다.

Ⅳ요 약

본 연구는 사일리지용 옥수수를 파종 한 후 배수로 깊이 를 0 cm, 20 cm, 30 cm 그리고 50 cm로 처리하고 이에 따 른 생육특성, 생산성 및 화학적 특성을 비교 검토하였다. 초장, 엽장, 엽폭, 착수고 및 하고엽은 배수로 깊이에 따라 유의적인 차이를 보이지 않았다. 알곡 충실도, 암이삭 길이 및 암이삭 둘레는 배수로 깊이가 깊을수록 유의적으로 커 지는 것으로 나타났다(p<0.05). 그러나 경의 굵기 및 경경 도는 처리구들 사이에 차이를 보이지 않았다. 당도에 있어 서는 0 cm > 20 cm > 30 cm > 50 cm 구순으로 배수로 깊 이가 낮을수록 높은 수치를 보였다(p<0.05). 생초수량, 건 물수량 및 TDN 수량은 배수로 깊이가 깊을수록 증가하는 것으로 나타났다 (p<0.05). 조단백질함량은 50 cm구가 가장 높게 나타난 반면 0 cm 처리구가 가장 낮게 나타났다. 그 러나 조지방, NDF, ADF 및 조섬유 함량은 처리구들간 유 의적인 차이를 보이지 않았다. 조회분 함량은 50 cm 구에 서 높게 나타났다(p<0.05). 총무기물함량은 0 cm (5,690.14) > 30 cm(5,397.02) > 20 cm (4,853.21) > 50 cm구(4,660.18 mg / 100 g) 순으로 높게 나타났다(p<0.05). 그리고 유리당 함량은 20 cm구에서 가장 높게 나타났다(p<0.05). 구성아 미노산 함량은 50 cm구가 다른 처리구 보다 높게 나타났지 만(p<0.05), 0 cm, 20 cm 및 30 cm 처리구 사이에는 유의적 인 차가 없었다. 이상의 결과를 종합해 볼 때, 저지대 논 토양에서 수량을 확보하기 위해서는 최소한 배수로 깊이를 30 cm 이상을 확보 하는 것이 바람직한 것으로 판단된다.