Ⅰ. 서론

세계 3대 작물 중 하나인 옥수수(Zea mays L.)는 풋옥수수 또는 가공식품으로서 식용으로 이용할 뿐만 아니라 가축의 배합사료 및 조사료로 이용 가치도 매우 높은 작물이다. 우리나라의 사료용옥수 수 재배면적은 12,600 ha 정도이며 종자자급률은 22%이다(Son et al., 2022). 현재 우리나라의 사료용옥수수 재배는 증가하는 추세 에 있으며, 대부분 부족한 경지면적 탓에 논에서 재배가 이루어지 고 있다(Ji et al., 2011;Kim et al., 2017). 우수한 사료용옥수수, 특히 조사료용(사일리지) 옥수수는 단위면적당 건물수량과 TDN 수량 및 함량(%)이 높아야 한다. 국립식량과학원에서 육성된 주요 사료용 품종은 광평옥, 다청옥, 신황옥 등이며, 현재 광평옥, 다청옥 과 같은 우수한 품종의 국내 재배가 점차 늘어나고 있는 추세이다. 광평옥은 내재해성이 강한 품종으로2000년에 출원되었고, 다청옥 (2017년 출원)은 건물 및 TDN 수량이 매우 높다(Moon et al., 2001;Son et al., 2018). 2002년부터 2019년까지 개발된 품종은 청안옥(2002), 장다옥(2003), 강다옥(2005), 평안옥(2008), 다평옥 및 청다옥(2010), 평강옥 및 안다옥(2011), 양안옥 및 신광옥 (2012), 다안옥(2013), 신황옥(2015), 황다옥 (2016), 신황옥2호 (2019) 등 14개 품종이며, 이들 품종은 조숙, 내재해성(도복 등), 내병충성(흑조위축병 등) 및 수량성(건물중 및 종실중) 증대를 목적 으로 개발되었다(Son et al., 2009;Son et al., 2012;Son et al., 2013a;Son et al., 2013b;Son et al., 2014;Son et al., 2017;Son et al., 2022).

북한은 전체인구 중 72%가 극심한 식량난을 겪고 있으며, 특 히 성장기에 있는 어린이와 청소년은 동물성 단백질 섭취하기가 매우 어려운 실정이라고 보고되고 있다(UN report, 2019). 북한 은 1990년대 이후 식량부족 위기 수준에서 벗어났을 뿐 현재까지 도 식량난을 겪고 있다. 최근 2019~2021년까지 평균 생산은 4,570천톤으로 2000년대 초보다 오히려 감소하여 식량부족 규모 는 더욱 늘어났다(KREI, 2022). 북한은 쌀보다 생산량이 높은 옥 수수를 2021년 기준 식용 1,954천톤, 사료용 137천톤으로 각각 수급하고 있다. 이러한 상황에서 현재 극심한 식량난과 더불어 성 장기 청소년의 동물성 단백질 공급을 위한 축산물 생산성 향상 또한 매우 중요하게 되었다.

최근 기후변화는 농업뿐만 아니라 가축의 수정이나 출산, 산란 등 가축의 생식 현상에 직접적인 변화를 유발할 정도로 영향을 끼치고 있다. 또한 사료용 작물의 생산성 또한 가축 생산과 밀접 한 관계에 있기 때문에 기후변화에 대한 대응이 매우 중요하게 되었다(KREI, 2022). 기후변화는 장기간 또는 단기적인 이상기 후로 폭염, 폭우, 가뭄, 태풍 등 기상재해를 동반하여 생산물을 저 하시킬 수도 있다(KREI, 2022).

따라서 본 연구는 북한의 식량난 해소 및 미래 통일을 대비하 여 북한 기후에 적합한 국산 옥수수 품종 선발을 위해 수행되었 다. 그러나 북한 지역에서 시험을 수행할 수 없기 때문에, 현지 기후와 유사한 국내 지역에서 재배 시험을 통해 적합한 품종과 재배 방법에 대한 정보를 축적하고자 하였다. 북한 해주의 수양산 이남지역은 우리나라의 경기도 수원에서, 수양산 이북지역은 강 원도 철원에서 시험을 수행하여 북한 지역에 적합한 품종을 선발 하고자 하였다.

Ⅱ. 재료 및 방법

1. 시험재료 및 방법

시험은 북한의 수양산(38°06'N, 125°42'E) 이남지역과 기후대 가 비슷한 수원의 국립식량과학원 중부작물부 밭작물시험포장(수 원, 37°13'N, 126°55'E)에서 2년(2021~2022년) 간 수행되었다 (Fig. 1.). 시험품종은 국내에서 개발된 광평옥, 장다옥, 청다옥, 평 강옥, 양안옥, 다안옥, 신황옥, 다청옥, 황다옥, 신황옥2호와 외국품 종 P1543을 포함하여 11개 품종을 이용하였다. 파종은 4월 중순 (2021년 4월 22일, 2022년 4월 26일)에 각각 파종하였고, 수확은 출사 후 40일에 수확하였다. 시험구 배치는 난괴법(Randomized block design)으로 3반복 하였고(재배면적 8.4 m²), 재식거리는 60×30cm로 주당 2립 파종 후에 4~5엽기에 1주만 남기고 제거했 다. 시비량은 N-P₂O₅-K₂O = 200-150-150 kg/ha으로 인(P)과 칼륨 (K)은 전량 기비로 하였고, 질소(N)는 절반은 기비로 주고, 나머지 절반은 7~8엽기에 추비로 주었다. 조사항목으로는 간장, 착수고, 출사일수, 이삭길이, 이삭무게 등 생육 및 수량특성은 농촌진흥청 농업과학기술연구조사분석기준에 따라 조사하였다(RDA, 2012).

2. 옥수수 사료가치 분석

TDN 건물수량은 Pioneer Hi-Bred사가 제시한 공식 TDN(Total Digestible Nutrients) 수량 = (경엽 건물수량 × 0.582) + (암이삭 건물수량 × 0.85)에 의하여 계산하였다(Holland et al., 1990). 그 중 일부를 취하여 믹서기로 분쇄한 후 사료가치 분석을 수행하였다. 시료의 Crude protein (CP)은 A.O.A.C법(1995)에 의해 분석하였 고 Neutral detergent fiber (NDF) 및 Acid detergent fiber (ADF) 함량은 Van Soest 세제법으로 분석하였다(Van Soest et al., 1991). 전분 함량은 Megazyme사에서 개발한 Total Starch Assay Kit를 사용하여 측정하였다.

3. 통계 분석

모든 데이터는 평균과 표준편차로 나타내었고, 통계 분석은 R 통계 프로그램을 사용하였다. 조사 항목 간 통계적 검증은 paired two tailed Student’s t-test를 수행하여 p값이 0.05미만인 경우를 유의한 차이가 있는 것으로 판단하였다.

Ⅲ. 결과 및 고찰

1. 사료용 옥수수 생육 기간 동안 기상 및 일반 생육 특성

2021~2022년 기상청 자료로부터 옥수수 파종부터 9월 30일까 지 평균 기온은 각각 22.6℃와 23.0℃으로 비슷하였다. 그리고 생 육기간 동안 강수량은 2021년 4.4 mm, 2022년 9.8 mm로 두배 차이가 났고, 2021년은 파종 후 6월 3일까지 평균 강수량을 나타 냈지만, 봄철 가뭄이 매우 심하게 나타났다. 2022년또한 봄가뭄 이 있었고, 6월 15일 이후 비가 오기 시작했다(Fig. 2.). 파종 후 생육 초기(5월10일)까지 강수는 거의 없었고(2021: 4.7 mm, 2022: 1.7 mm), 개화기 전후 강수량(6월20일∼7월10일)은 2021 년 4.1 mm, 2022, 21.1 mm로 나타나 강수량의 차이가 출사일수 에 영향을 미친 것으로 생각된다.

각 품종의 생육특성은 Table 1에서 보는 바와 같다. 연차간 변 이는 출사일수, 줄기두께, 종실중에서만 유의미한 차이를 보였다 (Table 1; Table 3). 출사일수는 2021년에 비해 2022년 평균 12 일 빨라졌고, 신황옥과 다청옥이 15일로 가장 많이 빨라진 것을 확인하였다. 평균 출사일수는 신황옥2호가 평균 72일로 가장 빨 랐고, 다청옥과 광평옥이 각각 82일과 81일로 80일 이상으로 느 린 것을 확인하였다. 출사 이후 수확까지 걸린 기간은 품종간 유 의미한 차이가 없는 것으로 보아 수확일수를 결정짓는 것은 출사 기의 빠름과 늦음에 의해 결정될 수 있을 것으로 생각된다. 간장 은 광평옥, 장다옥, 청다옥, 평강옥, 양안옥, 다청옥의 간장이 230 cm 이상으로 컸으며 그 중 광평옥의 간장이 가장 길다. 착수고율 은 대부분 50% 이하였고, P1543이 37%로 가장 낮았다. 줄기직 경은 다청옥이 평균 25.6 mm (2021; 24.3, 2022; 26.9 mm)로 가장 두꺼웠다.

2. 사료용 옥수수의 후기 녹체성과 도복 및 병해충 피해

수확기 식물체의 녹체성과 도복은 사일리지용 옥수수의 중요 한 요소 중 하나이다. 수확기 동안 이삭 아래 녹체성이 유지되어 야 영양분의 손실이 적고, 사일리지 제조 시 호흡에 따른 혐기성 조건으로 빠르게 도달할 수 있다(Son et al., 2010). 품종 중에서 수확기 동안 유지되는 녹체 잎수는 평강옥, 다청옥, 광평옥, 청다 옥, 양안옥이 12개 정도로 많았으며, 수확기 녹체성은 청다옥을 제외하고 3이하로 녹체성이 어느정도 유지되었다(Table 2). 생육 기간 동안 도복의 피해는 없었고, 출사기까지는 해충이나 병에 의 한 피해 증상이 거의 나타나지 않았지만, 수확기에 조사한 조명나 방 등 해충이 줄기를 가해한 해충 피해주율은 15.8~55.9% 높았 고, 병해 정도는 청다옥을 제외하고는 모두 5 미만으로 심하지 않 았다(Table 2). 그러나 병 또는 해충에 의한 피해는 실제 생육이 나 수량특성에 유의미한 영향을 끼치지 않았다.

3. 사료용 옥수수의 수량성

국내에서 개발한 10개 사료용 옥수수 품종들의 수량성은 Table 3과 같다. 2년간 평균 전체 건물수량은 다청옥이 26,370 kg/ha로 가장 많았다. 그 다음으로 평강옥, 신황옥, 광평옥, 장다 옥이 각각 22,000, 21,490, 20,750, 20,550 kg/ha으로 확인되었 다. 종실중은 신황옥이 9,940 kg/ha으로 가장 많았고, 그 다음으 로 다청옥, P1543, 평강옥이 각각 9,260, 8,700, 8,840 kg/ha으로 로 수량이 많았다. TDN 수량은 다청옥이 12,900 kg/ha으로 가장 많았고, 평강옥, 신황옥이 각각 15,510, 15,350 kg/ha으로 확인되 었다(Table 3). 다청옥은 이삭 및 종실, 경엽 건물수량이 모두 높 아 전체 건물수량도 가장 높게 확인되었다. 다청옥은 품종육성 시 출사일수가 평균 80일이고 도복은 1.5 정도로 강했다. 건물수량 은 2,369kg/10a였고, 깨씨무늬명과 그을음무늬병 저항성 등 특성 도 현재와 비슷하였다(Son et al., 2018). 수량특성을 종합적으로 분석하였을 때, 건물수량, 종실수량, TDN 수량에서 모두 다청옥 이 가장 우수하였고, 그 다음으로 평강옥이었다(Table 3). 이들 품종을 특성별로 분석하였을 때, 다청옥은 다른 품종에 비해 수량 뿐만 아니라 사료가치 측면에서도 다른 품종들과 뚜렷하게 구분 이 되었고, 한편으로 평강옥, P1543, 신황옥, 광평옥이 서로 비슷 한 특성을 나타냈다(Fig. 3). 이와 같은 결과를 통해서 일반적인 생육의 차이가 없다면, 수량적인 측면에서 우수한 다청옥이 북한 의 수양산 이남 지역에서 재배가 가장 적합할 것으로 생각된다.

4. 사료용 옥수수 사료가치

옥수수의 사일리지 사료 가치를 평가하기 위하여 조단백질, ADF 및 NDF를 분석하였다. 수확된 옥수수 수분함량은 66~71% 정도로 큰 차이는 없었다. 조단백질 함량은 다청옥, 양안옥, 평강 옥이 평균 6.0% 이상으로 높게 확인되었다. 세부적으로 조단백질 함량은 장다옥이 8.57%로 가장 높았고, 황다옥, 다안옥, P1543, 청다옥, 광평옥, 신황옥은 7.5~8.3% 이었으며, 평강옥, 신황옥2호 는 7.0~7.3%이었다(Table 4). 조단백질 함량은 품종별로 차이가 나타날 수 있지만, 재배 조건에 따라 함량의 차이는 거의 발생하 지 않는 것으로 보고되고 있기 때문에 품종의 고유특성이라고 할 수 있다(Kim et al., 2020;Go et al., 2022). 중성세제불용섬유 (NDF) 함량은 39~47% 범위이었고, 다청옥이 47.0%로 NDF 함 량이 가장 높았으며, 다안옥, P1543, 신황옥2호, 황다옥, 장다옥 이 39.3~40.7%로 낮은 편이었다. 산성세제불용섬유(ADF) 함량 은 21.0~25.7% 범위이었고, NDF와 마찬가지로 다청옥이 가장 ADF가 높았고 P1543, 신황옥2호, 장다옥, 다안옥, 황다옥이 21.0~21.0%로 낮았다. 가소화양분총량(TDN)은 70~73%로 품종 간 큰 차이는 없었으며, 황다옥, 다안옥, 장다옥, 신황옥2호, P1543이 TDN이 73% 정도로 높았다(Table 4).

ADF 및 NDF 함량은 잎이 잎과 줄기보다 월등히 높게 나타났 다. 품종간 이삭의 NDF 함량 차이는 양안옥과 신황옥, 청다옥, 광평옥이 각각 21.9, 21.9, 20.9, 19.7로 다른 품종들보다 높았다. 이삭의 ADF 또한 다청옥과 양안옥, 청다옥이 각각 8.9, 8.5, 8.4 로 높게 확인되었다. 경엽의 ADF와 NDF는 광평옥이 다른품종 보다 높게 나타났지만, 전체적으로 통계적인 유의성을 나타내지 는 않았고, 이와 같은 결과는 전체 TDN함량에도 큰 영향을 미치 지 않는 것으로 나타났다. 조단백질 함량 또한 전체 식물체보다 이삭이 높게 나타났다(Table 4). 옥수수 전체에서 이삭의 비율은 총 사료가치에서 매우 중요한 역할을 하기 때문에 이삭이 큰 계 통 육성이 중요하게 대두되고 있다(Kim et al., 1996). 따라서 종 실의 70% 이상이 전분으로 구성되어 있는 옥수수의 경우 우수한 사일리지 옥수수 품종의 개발은 종실 수량과 더불어 잎과 줄기의 조섬유 함량을 낮추는 방향으로 하는 것이 바람직할 것으로 요구 되고 있다(Go et al., 2022).

5. 옥수수 수량특성 간 상관 및 주성분 분석

옥수수의 각 특성 간 상관분석을 수행한 결과 옥수수의 수량특 성과 사료가치는 매우 밀접한 관계에 있는 것으로 확인되었다 (Fig. 4A). 그러나 사료가치 특성 중 이삭과 잎의 조단백질 함량 은 수량특성과 음의 상관으로 나타났다. TDN과 이삭의 조단백질 함량은 28% 음의 상관을 보였지만, 다른 수량요소와는 10% 정 도였다. 그리고, 잎의 조단백질 함량은 다른 수량요소와의 연관이 거의 없는 것으로 나타났다. 옥수수 전체 수량 중 조단백질 함량 은 종실을 포함한 이삭에 가장 많이 포함되어 있기 때문으로 생 각된다. 또한 전체 수량이 증가하더라도 이삭크기 또는 잎의 개수 및 크기에 따라 전체 수량의 변동이 발생하지만, 이삭과 잎의 조 단백질 함량의 변화는 거의 없었기 때문에 수량요소와 상관이 없 는 것으로 생각된다. 조단백질은 생초수량과 상관이 높은 것으로 보고되고 있기 때문에 이와 관련된 후기녹체성이 우수한 옥수수 계통 선발이 육종 과정에서 중요하게 고려되어야 한다고 생각된 다(Na et al., 2017). 옥수수 부위별 수량특성은 높은 정의 상관을 나타냈고, 조단백질 함량을 제외한 사료가치 특성 간 상관 또한 정의 상관을 나타냈다. 이삭의ADF와 NDF, 전체건물수량(TDW) 과 잎의 건조중(DWL)이 95%이상 정의 상관으로 높게 나타났다. 잎의 ADF와 NDF 또한 99% 이상 정의 상관을 나타냈다. 주성분 분석을 통해 조단백질 함량은 이삭과 잎의 조단백질 함량이 같은 성분으로 확인되었고(PC1, 64.4%), 수량 및 사료가치 요소들의 주요 성분이 동일한 방향으로 확인되었다(PC2, 16.4%). 이와 같 은 결과를 통하여 건물중과 TDN은 수량구성요소의 주요 성분으 로 확인되었고, 이와 함께 ADF와 NDF는 옥수수 사일리지의 사 료가치의 중요 요인으로 확인되었다(Fig. 4B). 그리고, 수량과 조 단백질 함량은 항상 정의 상관을 갖는 것이 아님을 확인하였기 때문에 앞으로 육종은 수량을 증가시키는 동시에 가축의 영양이 용적인 측면의 효율성도 고려되어야 한다고 생각된다.

Ⅳ. 요 약

사료용옥수수(사일리지)의 가장 중요한 요소는 병해충 저항성, 후기녹체성과 같은 재배안정성과 수량성이다. 위도는 일장과 온 도 등 기후와 매우 밀접하게 연관되어 있다. 본 연구는 38˚ 이상 고위도 기후대, 특히 북한의 수양산 이남지역에서 재배하여 사료 용으로서 가치가 높은 국산 품종을 선발하기 위해 옥수수의 생육 특성, 수량성 및 사료가치를 분석하기 위해 수행되었다. 그 이유 는 현재 또는 미래의 북한 식량문제를 해결하기 위한 것이다. 특 히 북한의 청소년들의 단백질 공급원이 매우 부족한 실정이기 때 문에 육류뿐만 아니라 우유 등 축산물 생산량 향상을 위해 가축 의 조사료로서 가치가 매우 높은 옥수수의 재배 시험을 수행하였 다. 시험은 북한의 수양산 이남지역과 기후 특성이 유사한 수원에 서 국산품종 등 11개 품종을 시험하였다. 그 결과 수량 및 사료가 치 특성에서 우수한 품종들이 확인되었지만, 그 중에서도 다청옥 이 가장 재배에 적합할 것으로 판단되었다. 다청옥은 건물과 TDN 수량은 각각 26.37 ton/ha과 12.9 ton/ha로 다른 품종보다 많았고, 다음으로 평강옥, 신황옥, 광평옥 등이 많았다. 또한 다청 옥은 후기 녹체성이 우수하기 때문에 수량뿐만 아니라 사료가치 측면에서도 매우 우수하다. 따라서 이들 결과와 함께 앞으로 북한 의 수양산 이남지역 현장에서 직접 재배시험을 수행하여 다청옥 에 대한 재배기술을 추가로 확립한다면 앞으로 북한의 식량문제 를 해결하는데 큰 도움이 될 것으로 기대된다.