Ⅰ. 서론
국내산 조사료 자급률은 최근 10년간 80% 내외로 정체된 상 황으로 조사료 재배면적은 과거에 비하여 증가하였으나, 반추동 물의 사육두수 증가, 자급 조사료 생산의 한계성, 수입 조사료 선 호 현상 및 국제 시장 환경의 변화로 인하여 조사료 확보를 위한 경제적 부담이 증가하고 있다(MAFRA, 2021). 한우 농가의 경우 수입품과 국내산 조사료 비율이 3:7 정도로 국내산 조사료 사용 이 높으나, 볏짚 50.5%, 국내산 건초 15%, 수입산 건초 12.5% 및 TMR 10.7% 순으로 볏짚의 사용 비중이 높고 양질 조사료의 자급률은 매우 낮은 수준이다(Lee et al., 2022). 따라서 국내산 양질 조사료의 생산 증대를 위하여 사료작물 종류의 다각화를 위 한 노력이 필요하다.
또한 한반도의 최고 기온도 지난 100년 동안 연평균 0.12℃씩 상승하였으며 열대야 일수도 10년 단위로 0.9일씩 증가하였다 (NIMS, 2018). 이러한 기후변화는 더욱 심화될 것으로 전망되며, 이상기온 현상도 증가하고 있다(Cha et al., 2016;Shim et al., 2018). 그리고 최근 기상이변 현상으로 전 세계적으로 조사료 수 급이 불안정한 상황이 자주 발생하고 있다(Park et al., 2022). 이 러한 조사료 수급의 어려운 여건 및 국내 기온이 상승하는 기후 환경 조건에서 국내 자급 조사료 생산 확대를 위하여 지역 환경 에 적합한 새로운 국내 토착 사료작물의 발굴이 필요하다.
국내 생산 단수수는 1965년부터 부족한 당분을 해결하기 위해 당원료 작물로 단수수 육종 및 재배 연구가 수년간 연구된 바 있 으며, 바이오에탄올 발효생산을 위한 중요한 원료작물로 부각되 면서 2008년부터 정부는 녹색성장을 위한 기술 개발을 목적으로 농촌진흥청 국립식량과학원 바이오에너지작물센터를 중심으로 연구가 재차 추진된 바 있다(Ahn et al., 2012). 단수수[Sorghum bicolor (L.)]는 화본과에 속하는 1년생 C4작물로서 광합성 효율 이 매우 높고, 내건성과 지역 적응성이 높은 작물이다(Billa et al., 1997). 사탕수수가 브라질 등 열대지방에서 1년 내내 재배되나, 단수수는 우리나라 기후에서도 재배할 수 있으며, 생육기간도 4 개월로 짧아 2기작 또는 동계작물과 연계한 이모작이 가능하고, 옥수수에 비하여 재생력이 왕성하여 2∼3회 가능하다. 또한 단수 수는 초장이 4 m 정도 자라 조사료로서 수량도 풍부하고, 줄기는 사탕수수와 비슷한 당도를 함유하고 있어 사료작물로서 이용성이 높을 것으로 사료된다. 따라서 본 연구에서는 새로운 사료작물로 서 국내 재래종 단수수의 반추동물용 사료 가치를 평가하기 위하 여 생육 특성, 영양 성분, 당도 및 반추위 in vitro 소화율 분석을 통하여 활용성을 제시하고자 수행하였다.
Ⅱ. 재료 및 방법
1. 시험 품종 및 실험 설계
본 연구는 상지대학교 조사료연구시험포장 및 Eco-스마트팜 유리온실에서 2021년 5월 1일부터 10월 22일까지 수행되었다. 재래종 단수수는 국립식량과학원 바이오에너지작물연구소에서 국내 품종 무안재래종을 분양받아 사용하였다. 단수수 재배를 위 한 시험포장은 3개 실험구로 처리구별 2.3 × 2.6 m 면적으로 난 괴법 3반복으로 포장을 준비하였다. 각 실험포장의 토양성분 분 석은 횡성군농업기술센터에 의뢰하여 토양검정결과(pH 6.5∼7.0, 유기물 20∼30 g/kg, 유효인산 150∼250 mg/kg, 칼륨 0.45∼0.55 cmol+/kg, 칼슘 6.0∼7.0 cmol+/kg, 마그네슘 2.0∼2.5 cmol+/kg, 전기전도도 2 이하 dS/m)를 받았다. 지역 농가에서는 사료작물 재배시 토양검정결과에 따른 밑거름 권장량보다 1.5∼2.0배 사용 하고 있는 실정이다. 따라서 본 연구에서 시험구는 유박비료를 처 리하지 않은 무처리구(Con), 유박비료(질소 4%, 인산 2%, 칼리 1%, 유기물 70% 이상)를 0.25 kg/m2 처리한 권장량구(RD), 유 박비료를 0.50 kg/m2을 처리한 권장량의 2배 처리구(Double RD)를 두어 단수수 재배를 수행하였다. 단수수 씨앗을 파종하여 (5월 1일) 발아 새싹이 평균 20 cm 정도 자랐을 때(5월 28일) 50 × 25 cm 간격으로 이식하였다. 그리고 재래종 단수수의 영양가 는 횡성군 농가에서 실제로 재배한 사료작물, 옥수수(광평옥) 및 수단그라스 교잡종(그린스타)과 비교하였다.
2. 생육 조사 항목 및 방법
단수수의 생육 조사를 위하여 모종을 실험포장에 이식 후 일주 일 간격으로 12주 동안 처리구별로 초장(cm)과 분지수를 측정하 였다. 그리고 이식 후 21주차(10월 22일)에 수확하여 포기당 씨 앗 수량을 측정하였다.
3. 사료 영양 성분 및 당도 조사
단수수의 사료가치 평가를 위하여 출수기 무렵부터 3번, 각 처리구 별 포장에 모종을 이식 후 7, 9 및 11주가 지났을 때 예취하였다. 채취한 샘플은 풍건 후 분쇄하여 수분, 회분, 조단백질, 조지방, 조섬유, ADF, NDF 및 당도를 측정하였다. 수분, 회분, 조단백질, 조지방 및 조섬유는 AOAC (1990) 방법으로 분석하였고, NDF와 ADF 함량은 Van Soest 방법(Van Soest et al., 1991;Goering and Van Soest, 1970)으로 분석하였다. 그리고 당도는 각 처리구별 샘플를 채취 직 후 즙을 내어 당도계(SUGAR-1 PLUS, CAS, China) 를 이용하여 측정하였다.
4. 반추위 in situ 건물 소화율 분석
In situ 실험은 반추위에 캐놀라가 설치된 550 kg 거세 한우를 사용하였다. 실험동물을 이용한 모든 실험 절차는 대한민국 상지 대학교 동물실험연구위원회(SJU-IACUC)의 동물 실험 지침에 따라 수행하였다. 실험 프로토콜은 SJU-IACUC(승인 번호: SJU IACUC-2022-20)에 의해 검토 및 승인받었다.
단수수의 in situ DM(dry matter) 소화율 평가를 위하여 출수기 무렵부터 3번, 각 처리구별 포장에 모종을 이식 후 7, 9 및 11주가 되었을 때 예취하여 분쇄하였다. In situ 소화율 시험은 nylon bag technicque (Mehrez and Orskov, 1977)을 개량하여 100 mesh (0.149 mm) 나일론 천을 9 × 15 cm 크기로 제작한 nylon bag에 4.0 g 정도의 시료를 넣고 입구를 봉하여 준비하였다. 그리고 준비된 nylon bag 시료는 공시축의 rumen fistula를 통하여 반추위 후부 깊숙이 넣어 24까지 방치 후 회수하였다. 회수한 nylon bag은 흐르는 멸균 증류수에 맑은 물이 나올 때까지 가볍게 세척 후 55℃에서 48시간 건조하였다. 그리고 단수수의 in situ DM (dry matter) 소화율은 반추위 in situ 전과 후의 건물 감량의 백분율로 나타내었다.
5. 통계처리
본 실험에서 얻어진 모든 자료에 대한 통계분석은 Statistical Package for the Social Sciences (SPSS, 2017)를 이용하였고, 처 리 평균치 간의 유의성 분석은 one-way ANOVA에 의거하여 5% 수준에서 검정하였다.
Ⅲ. 결과 및 고찰
1. 재래종 단수수의 생육 특성
재래종 단수수의 성장과 분지 발달은 Fig. 1 및 2와 같다. 단수 수의 줄기 성장은 이식 후 0∼2 주차에는 천천히 성장하였고, 2∼ 3 주차에 성장 폭이 커졌으며, 6∼7 주차에는 가장 빠른 성장을 보였고, 8∼9 주차 이후에는 두화 및 정체를 나타내었다(Fig. 1). 실험 시작 후 2 주차부터 권장량 2배구(58.43 ± 3.16cm), 권장량 구(46.85 ± 7.41cm) 및 무처리구(44.90 ± 5.06cm) 순으로 성장 이 빠른 경향을 보였고, 7주차에도 권장량 2배구(295.00 ± 18.92cm), 권장량구(273.33 ± 18.04cm) 및 무처리구(229.17 ± 16.34cm) 순으로 큰 차이를 보였다(p<0.05). 그리고 시험 종료 12 주차에도 권장량 2배구가 335.17 ± 9.62cm로 권장량구 (298.33 ± 7.39cm) 및 무처리구(292.83 ± 7.90cm)에 비하여 큰 차이를 유지하였다(p<0.05). 전체적으로 단수수 성장은 권장량 2 배구>권장량구>무처리구 순으로 좋은 성장을 나타내었다. 단수 수의 분지수는 3∼6주 사이에 발달하는 경향이었고, 분지수는 권 장량 2배구, 무처리구 및 권장량구 순으로 빨리 발달하는 경향을 나타내었다. 그리고 분지수는 7주차 이후에는 모든 실험구가 3.00 ± 0.00개로 동일하였다(Fig 2). 단수수를 이식 후 21 주차 (10월 22일)에 수확하여 종실 수량을 측정한 결과는 Fig 3과 같 다. 단수수 한 송이당 종자수 및 채종량(g)은 권장량구(3,710.75 ± 159.21, 106.75 ± 18.88)가 가장 많았다(p<0.05). 다음으로 권 장량 2배구이었고, 무처리구가 가장 낮았으나, 두 처리간 유의성 은 발견되지 않았다. 그리고 수확한 씨앗은 권장량 2배구, 권장량 구 및 무처리구 순으로 외관상 더 실하고 색도 더 진하였다.
Choi 등(2019b)은 전북지역에서 파종 시기(4∼7월)에 따른 연 구에서 모든 처리구의 평균 파종 후 50∼60일경부터 생육이 완만 해졌으며 평균 236.6 ± 16.6cm 성장하였고, 4월 파종은 224.4∼ 241.0cm 보다 6 및 7월 파종이 각각 249.5 cm 및 264.5 cm로 좀 더 성장을 보였다. 강원도 원주 지역에서 실시한 본 연구는 권 장량 2배, 권장량 및 무처리구 실험 8, 7및 9주차에 각각 323.33, 273.33 및 273.33 ± 5.45 cm의 성장을 보인 후 생육이 완만해졌 으나, 각각 335.17, 298.33 및 292.83 cm까지 성장하였다. 그리 고 Hwang 등(2015)의 연구에서 중부지역에서 성장한 케냐프(홍 마 300), 옥수수 (광평옥) 및 수수 × 수단그라스 교잡종(점보)의 초장이 각각 410, 285 및 296 cm이었다. 이상의 결과들을 비교 하였을 때 단수수도 강원 지역에서 다른 사료작물 못지않은 성장 특성을 확인할 수 있었다.
2. 재래종 단수수의 영양 성분 및 당도 평가
재래종 단수수의 사료적 영양 가치 평가는 이식 후 7, 9 및 11주 차에 수확하여 분석한 결과(건물함량)는 Table 1과 같다. 유박비료 처리와 단수수의 성장에 따른 조단백질 함량은 7 및 9주차에 권장 량 2배구(8.91 ± 0.11%, 5.74 ± 0.22%)가 다른 실험구보다 높은 수준을 나타내었고(p<0.05), 11주차에는 무처리구(4.96 ± 0.21%) 와 권장량 2배구(4.73 ± 0.16%)가 권장량구(4.44 ± 0.16%)보다 높았다(p<0.05). 조지방 함량은 9주차에는 권장량 2배구(1.38 ± 0.10%)가 다른 실험구보다 높았고(p<0.05), 11주차는 모든 실험구 가 0.99∼1.05% 수준에 있었다. 조섬유 함량은 7 및 9주차는 권장 량 두배구가 각각 31.84 ± 1.12% 및 22.28 ± 0.06%으로 가장 높았고(p<0.05), 11주차는 무처리구 및 권장량 2배구(20.62 ± 0.04 및 20.82 ± 0.18%)가 권장량구보다 높았다(p<0.05). 조회분 함량 은 7, 9 및 11주차에 무처리구가 가장 높은 수준을 나타내었다 (p<0.05). 샘플 수확 시기에 따른 조단백, 조지방, 조섬유 및 조회분 함량은 모든 처리구에서 7주차 이후에는 감소하였으며, 7주차가 9 및 10주 차보다 높은 함량을 나타내었다(p<0.05). ADF는 7, 9 및 11주차에 권장량 2배구가 각각 36.14 ± 0.04, 25.48 ± 0.74 및 23.74 ± 0.59%로 가장 높게 나타났다(p<0.05). NDF도 권장량 2배구가 7 및 9주차(47.55 ± 0.34 및 43.78 ± 0.27%)에서 가장 높았고, 11주차에는 무처리구와 권장량 두배구가 권장량구보다 높 았다(p<0.05). 샘플 수확 시기에 따른 ADF는 무처리구에서 7 및 9주차가 11주차보다 높았고, 권장량구와 권장량 2배구에서는 7추 차가 가장 높았다(p<0.05). 그리고 NDF는 모든 처리구에서 7주차 수확한 샘플이 9 및 11주차 보다 높았다(p<0.05). Ko 등(1997)은 단수수(Ramiki sorgo)를 경남(4월∼9월)에서 재배하였을 때 출수 기, 유숙기 및 호숙기의 단백질 함량은 각각 8.78. 8.61 및 7.91%이 었고, ADF는 각각 40.84, 40.00 및 37.01%이었으며, NDF는 74.24, 70.29 및 7.91%이었다. 이러한 출수기 이후 단백질 함량, ADF 및 NDF 모두 감소하는 경향은 본 연구의 7주차 이후 성장 기간이 지남에 따라 감소하는 경향과 같았다. 단백질 함량은 본 연구의 7주차의 권장량 2배구와 Ko 등(1997)의 연구 결과가 유사 한 수준이었다. 그리고 ADF 및 NDF는 본 연구의 결과가 Ko 등 (1997)의 연구 결과보다 낮은 수준으로 나타났다.
또한 재래종 단수수의 영양 성분을 횡성군 농가에서 실제로 재 배한 사료작물, 옥수수(광평옥) 및 수단그라스 교잡종(그린스타) 과 비교하였을 때 Table 2와 같이 조단백질 함량은 수단그라스, 옥수수 및 단수수 순으로 높았다(p<0.05). 조지방 함량은 단수수 와 수단그라스가 옥수수에 비하여 높게 나타났다(p<0.05). 그리 고 조섬유, ADF 및 NDF는 단수수가 옥수수 및 수단그라스에 비 하여 높았다(p<0.05). Hwang 등(2015)은 옥수수(광평옥) 및 수 수 x 수단그라스교자종(점보)을 충남지역에서 90일 재배한 연구 에서 단백질은 각각 7.7 및 9.8%, ADF는 각각 25.8 및 43.3%, 그리고 NDF는 각각 45.9 및 63.8% 수준이었다고 보고하였다. 이상의 결과를 볼 때, 국내 재래종 단수수도 단백질 함량은 옥수 수나 단수수에 비하여 낮았지만, 조사료로서 충분한 활용성을 갖 고 있다고 사료된다.
단수수의 당도는 7, 9, 11주차로 성장함에 따라 모든 실험구 가 증가하는 경향을 나타내었다(Fig. 4). 7주차에는 무처리구가 5.50 ± 0.10 brix로 권장량구(4.60 ± 0.17 brix) 및 권장량 2배구 (4.13 ± 0.15 brix)에 비하여 높았다(p<0.05). 9 및 11주차는 무 처리구(6.13 ± 0.21및 7.63 ± 0.21 brix) 및 권장량구(6.17 ± 0.12 및 7.27 ± 0.12 brix)가 권장량 2배구(4.07 ± 0.12 및 4.67 ± 0.06 brix)보다 높게 나타났다(p<0.05). Atokple 등(2014)는 가나에서 sweet sorghum(Sorghum bicolor)재배 연구에서 성장단계에 따 른 줄기 착즙 당도가 6.2∼21.4 brix 수준임을 보고하였고, Choi 등(2019a)의 단수수(초롱) 재배 연구에서 sucrose 함량이 7.18∼ 9.59% 및 glucose가 1.69∼2.16% 수준이었다.
재래종 단수수의 당도를 농가에서 재배한 사료작물, 옥수수(광 평옥) 및 수단그라스 교잡종(그린스타)과 비교한 결과는 Fig. 5와 같다. 당도는 단수수가 4.74 ± 0.04 brix로 가장 높았고, 다음으로 옥수수가 3.43 ± 0.03 brix으로 높았으며, 수단그라스가 0.90 ± 0.09 brix로 가장 낮았다(p<0.05). Hwang 등(2015)은 케냐프(홍 마 300), 옥수수(광평옥) 및 숫수x수단그라스(점보)의 당도가 각 각 5.0∼5.8, 4.0∼4.7 및 2.3∼2.7 brix 수준이었다고 보고하였다. 이상의 연구 결과를 통하여 국내 재래종 단수수의 당도가 다른 사료작물보다 우수함을 확인할 수 있었다. 당도의 우수성은 기호 성 증진에 좋은 영향을 줌으로써 한우의 성장에 도움을 줄 뿐만 아니라 TMR 제조시 품질 향상에 유익할 것으로 사료된다.
3. 재래종 단수수의 반추위 in situ 소화율
반추위 in situ 소화율은 실험구 모두에서 7주차의 11.12∼ 12.99% 수준에서 9주차 및 11주차에서 30.73∼38.13% 수준 범 위로 증가하는 경향을 나타내었다(Fig. 6). 실험 9주차에 무처리 구(38.13 ± 0.21%) 및 권장량구(37.45 ± 0.22%)가 권장량 2배구 (30.73 ± 0.26%)에 비하여 높았다(p<0.05). 샘플 수확시기에 따 른 in situ 소화율은 모든 실험구에서 7주차 보다 9 및 11주차에 많이 증가하였고(p<0.05), 9주차 보다 11주차가 다소 감소 경향 을 나타내었다. 이러한 수확시기에 따른 in situ 소화율 변화는 소 화율에 부정적 영향을 주는 조회분, 조섬유 및 NDF 함량 변화의 영향으로 사료된다(Table 1). Fig. 7과 같이 횡성군 농가에서 재 배한 사료작물, 옥수수(광평옥) 및 수단그라스 교잡종(그린스타) 과 단수수의 반추위 in situ 소화율을 비교하였다. 단수수는 생산 량과 소화율를 고려하여 성장이 정점에 이르는 시기이면서 소화 율이 양호한 9주차의 결과를 사용하여 비교하였다. 반추위 in situ 소화율은 단수수가 35.43 ± 1.36%로 가장 높았고, 다음으로 옥수수가 27.79 ± 1.11%이었으며, 수단그라스가 23.91 ± 0.21% 로 가장 낮았다(p<0.05).
Adewakune 등(1989)은 단수수 사일리지, 옥수수 사일리지 및 페스큐 건초를 비육우에게 급여하였을 때 외관상 건물 소화율에 큰 차이를 발견하지 못하였으나(p> 0.05), 유기물소화율(organic matter digestibilities)은 단수수 사일리지 > 옥수수 사일리 > 페 스큐 건초 순으로 큰 차이를 보였다(p<0.05). 그러나 Ko 등 (1997)의 연구에서 옥수수(수원 19, 광안옥) 사일리지와 단수수 (라미끼솔고, 사일리지솔고) 사일리지의 효소제를 이용한 in vitro 소화율에서 작물간 유의적 차이가 있었으며, 옥수수 사일리지의 소화율이 단수수의 소화율보다 높았다(p<0.05). Madibela 등(2002) 는 단수수 12종의 평균 INDMD(in vitro dry matter digestibility)가 78.0 ± 3.2% 수준임을 보고하였고, Choi 등(2017)은 수수 x 수단 그라스 교잡종(SX-17, Jumbo, Revolution)의 in vitro 소화율이 66.8∼70.2% , 그리고 수단그라스 교잡종(Choice, Sunstar, Piper) 은 66.0∼69.8% 수준이었다고 보고하였다. 따라서 이상의 연구 결과에서 국내 재래종 단수수도 소화율이 높고, 옥수수나 수단그 라스와 같이 양질의 조사료로 활용될 수 있을 것으로 사료된다.
Ⅳ. 요 약
본 연구에서는 새로운 사료작물로서 국내 재래종 단수수의 반추 동물용 사료가치를 평가하기 위하여 무안재래종(국립식량과학원 바이오에너지작물연구소)을 공시하여 실험을 실시하였다. 단수수 재배는 유박비료를 정량 처리한 권장량구(RD), 권장량의 2배 처리 구(Double RD) 및 무처리구(Con)를 두어 상지대학교 (강원도 원 주시)에서 2021년 5월부터 10월까지 재배하였다. 단수수 모종을 포장에 이식 후 일주일 간격으로 12주간 초장 및 분지수를 조사하 였고, 영양 성분, 당도 및 반추위 in vitro 소화율을 7, 9 및 11주에 측정하였다. 단수수는 초기에는 완만한 성장을 하다가 6∼7 주차에 성장이 가장 빨랐고, 이후에는 정체를 나타내었다. 7주차 초장은 권장량 2배구가(295.00 ± 18.92cm), 권장량(273.33 ± 18.04cm) 및 무처리(229.17 ± 16.34cm) 순으로 큰 차이를 보였다(p<0.05). 조단백질은 7 및 9주차에 권장량 2배구(8.91 ± 0.11%, 5.74 ± 0.22%)가 다른 실험구보다 높은 수준을 나타내었고(p<0.05), 조지 방은 9주차에는 권장량 2배구(1.38 ± 0.10%)가 다른 실험구보다 높았 다(p<0.05). ADF는 7, 9 및 11주차에 권장량 2배구가 각각 36.14 ± 0.04, 25.48 ± 0.74 및 23.74 ± 0.59%로 가장 높게 나타났으며 (p<0.05), NDF도 권장량 2배구가 7 및 9주차(47.55 ± 0.34 및 43.78 ± 0.27%)로 가장 높았다(p<0.05). 농가에서 재배한 옥수수 (광평옥) 및 수단그라스 교잡종(그린스타)과 비교하였을 때 조단백 질 함량은 단수수가 낮았고(p<0.05), 조지방 함량은 단수수가 옥수 수에 비하여 높게 나타났다(p<0.05). 그리고 조섬유 함량, ADF 및 NDF는 단수수가 옥수수 및 수단그라스에 비하여 높았다 (p<0.05). 단수수의 당도는 9 및 11주차에는 무처리구(6.13 ± 0.21 및 7.63 ± 0.21 brix) 및 권장량구(6.17 ± 0.12 및 7.27 ± 0.12 brix)가 권장량 2배구(4.07 ± 0.12 및 4.67 ± 0.06 brix)보다 높게 나타났고(p<0.05), 농가 재배 옥수수 및 수단그라스 교잡종보다 높게 나타났다(p<0.05). 반추위 in situ 소화율은 9주차 및 11주차 에서 30.73∼38.13% 수준이었으며, 농가 재배 옥수수 및 수단그라 스 교잡종보다 높았다(p<0.05). 따라서 이상의 연구 결과를 볼 때 재래종 단수수는 조사료 작물로서 충분한 가치를 보유하고 있고, 초장이 273.33∼332.50cm(9주차)일 때 사료작물로서 생산량, 소화 율 및 영양가 등 양호할 것으로 사료된다. 또한 우수한 당도는 조사 료로써 활용 측면에서 큰 장점으로 작용할 것이다.