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ISSN : 1225-4517(Print)
ISSN : 2287-3503(Online)
Journal of Environmental Science International Vol.28 No.12 pp.1061-1069
DOI : https://doi.org/10.5322/JESI.2019.28.12.1061

Decomposition Characteristics and Seedling Growth of Common Reed (Phragmites australis) by Salt Concentration in Saemangeum Reclaimed Land

Yang-Yeol Oh*, Sun-Kim, Jin-Hee-Ryu, Su-Hwan-Lee, Jung-Tae Lee, Hui-Su-Bae, Young-Joo Kim1), Kil-Young Kim2)
Division of Crop Foundation, National Institute of Crop Science, Rural Development Administration, Wanju 55365, Korea
1)Department of cadastre & Civil engineering, Vision College of Jeonju, Jeonju 55069, Korea
2)Institute of Environmentally-Friendly Agriculture, Chonnam National University, Gwangju 61186, Korea
Corresponding author: Yang Yeol Oh, Division of Crop Foundation, National Institute of Crop Science, Rural Development Administration, Wanju 55365, Korea Phone : +82-63-238-5317 E-mail : nubira7777@korea.kr
04/07/2019 26/10/2019 18/11/2019

Abstract


Common reed (Phragmites australis) is widespread in reclaimed land and wetland habitats. Every year, the common reed produces extensive colonies by means of underground rhizomes and ground-surface stolons. From an agricultural point of view, the common reed’s large biomass is a good material for supplying organic matter. However, it has not yet been studied in terms of seedling production, transplanting conditions, and decomposition characteristics in reclaimed land. Seeds were harvested from the native common reed in Saemangeum, South Korea, the previous year and stored on an open field. The seeds were sowed in the greenhouse at the beginning of April. Common reed decomposition was studied from June to September, with the use of coarse mesh (5 mm) stem litterbags, on three samping dates and with five replicate packs per sample. These packs were dug in five soil condition (low-salinity topsoil, subsoil, high-salinity topsoil, subsoil, paddy topsoil) to 0.2 m and 0.4 m depth. The highest germination rate of common reed seeds was observed in non-salt solution, but the exhibited germination rate was 70% at 9.38 dS m-1. The plant height of young reed decreased steadily with increasing salinity, but leaf number did not decrease by 9.38 dS m-1. The survival rate of the two-year-old reed was 83.3%, which was 35% higher than that of the one-year reed. The transplant success rate was 0% in the no vinyl mulching in the soil, but the first year and second year seedlings survived rates were 63% and 83.3%, respectively, in vinyl mulching. Common reed decomposition rates were faster low salinity than high salinity. All nutrient contents were found to fluctuate significantly with time by soil conditions. We also need to study the growth rate of reed transplanting seedlings by soil moisture contents and the comparison of degradation in common reed tissues.



새만금 간척지에서 염농도에 따른 갈대(Phragmites australis) 유묘 생장 및 분해 특성

오 양열*, 김 선, 류 진희, 이 수환, 이 정, 배 희수, 김 영주1), 김 길용2)
농촌진흥청 국립식량과학원
1)전주비전대학교 지적토목학과
2)전남대학교 농화학과

    1. 서 론

    새로 조성된 간척지는 제염이 된 이후에도 토양유기 물 함량이 4.5 ~ 10.8 g kg-1의 범위로 일반 농경지에 비 해 매우 낮다(Lee et al., 2008) 또한 알칼리도가 높고, 토양 삼상 중 고상비율이 높은 미성숙된 토양특성(Yoo et al., 2007)을 나타내며, 작물 재배시 생산성이 떨어진 다(Jung et al., 1987) 토양 유기물은 토양의 입단형성과 같은 물리적 개량뿐만 아니라 토양의 지력을 가장 대표 할 수 있는 인자 중 하나로써, 분해되면서 작물에 필요한 양분을 공급하는 동시에 저장하는 역할을 한다(Yoo et al., 2001).

    특히, 간척지는 유기물을 토양에 지속적으로 넣어 줌 으로써 개량이 가능한데(Son and Cho, 2009; Baek et al., 2010) 대규모 간척지에서 유기물원 구입 및 운반, 살 포 등 경제성을 고려하면 간척지에 자생하는 식생자원의 이용이 유리할 것으로 판단된다.

    갈대는 다양한 조건의 pH, 염, 비옥도, 토성 등에서도 잘 생장한다(Eid et al., 2010). 특히 습지나 해변 염습지 에 등에 자생하는 다년초로써(Kim and Min. 1983;Lee and Yang. 1993) 염농도 0.5% 까지 생장이 증가하고, 1.0%까지 내염성을 가지고 있어(Lee and Yang, 1993) 주로 간척지가 제염이 되는 과정에서 나타난다.

    우리나라 대호 등 4개 간척지를 조사한 결과 갈대는 상대발생빈도 및 토양피복도가 가장 높은 그룹에 속하는 식물로써 상대피복도 15.6, 상대발생빈도 12.2(Lee et al., 2003)였고, 또한 유기물 자원의 원천으로써(Ozimek, 2006), 우점 군락의 지상부 바이오메스는 700 kg 10a-1 로 높은 편이다(Kim et al., 2012).

    이와 같이 갈대의 내염성과 높은 바이오매스 등은 간 척지 토양에 유기물을 공급해줄 수 있는 순환자원으로써 유망할 것으로 판단된다. 그러나 갈대를 효율적으로 활 용하기 위해서는 부분적으로 분포하는 미발생지에 양성 된 묘의 이식을 통해 균일한 군락형성을 유도해야하며, 용해된 유기물생산에 중요한 미생물들이 이용할 수 있는 여러 양분요소(Eid, 2014) 중 갈대를 간척지 토양에 환 원하였을 때 양분 분해 양상을 살펴보아야 한다.

    그러나 현재 우리나라 간척지에서 갈대 이용성 확대 를 위해서는 염분을 함유하고 있는 토양에서 갈대 군락 을 유도하는데 필요한 묘 양성과 이식 조건구명, 그리고 이식 후 경제적인 생장이 가능한 토양염농도 범위 등에 대한 검토가 필요하며, 간척지에서 갈대가 환원되었을 때 다양한 토양 조건에서 갈대 분해 특성에 대한 연구도 필요로 할 것으로 판단된다. 이 연구의 목적은 갈대 유묘 생장에 미치는 관수액 염농도와 간척지 토양에 이식방법 구명하고, 갈대를 간척지 토양에 환원하였을 때 건물중 등 양분 분해 특성을 알아보고자 본 연구를 수행하였다.

    2. 재료 및 방법

    2.1. 갈대 유묘생장에 미치는 관수액 염농도와 이식방법 구명

    본 실험은 갈대 유묘생장에 미치는 관수액 염농도와 미발생지 군락형성 촉진을 위한 묘 양성과 이식조건 등 을 구명하고자 2014년 ~ 2016년까지 전라북도 부안군 새만금간척지 내 국립식량과학원 간척지연구시험포장 (35°46′N, 126°37′E)에서 수행하였다. 관수액 염농도 별 발아율 시험은 전년도 성숙기에 채종한 갈대를 무가 온 온실에서 월동시킨 후 건실한 종자를 선별하였다. 선 별한 종자는 지름 7cm 육묘용 pp pot에 토양 Electrical Conductivity (EC)가 1 dS m-1 내외인 간척지 토양을 채취, 건조, 마쇄 후 1 mm 체로 쳐 토양을 pot에 80%를 채우고 갈대 종자를 pot 당 30립을 파종한 후 동일토양 을 0.5 cm 복토하였다. pot (100 cm×40 cm×60 cm)는 제우 온실에 배치한 후 NaCl 염 용액을 제조하여(0 ~ 31.25 dS m-1), 저면관수를 통하여 토양의 수분이 70 ~ 80%로 유지되도록 하였으며, 20일차에 갈대 입모상황 을 조사하였다. 갈대 유묘의 염 농도별 생장은 동일 시료 를 40일까지 생육시켜 초장과 입모수를 조사하였다. 묘 령별 염농도에 따른 생존율은 1년생과 2년생 묘를 토양 염농도 0.8 dS m-1, 1.5 dS m-1, 3.13 dS m-1, 4.63 dS m-1, 6.25 dS m-1, 9.38 dS m-1에 10주씩 4반복으로 이 식하였다. 이식 후 4월 25일부터 9월 30일까지 생장시킨 후 생존율과 생장량을 각각 조사하였다. 이식 조건에 따 른 생존율 중 이식묘 경화처리가 생존율에 미치는 영향 은 정식 전 1주일 간격으로 0.2% 염 용액을 3회 관주하 여 염 용액에 대한 적응력을 키운 유묘들과 무염용액을 관주한 묘들을 토양 염농도 0.2%인 토양에 이식하여 흑 색비닐을 피복한 구와 피복을 하지 않은 구를 두어 생존 율을 각각 조사하였다.

    2.2. 새만금 간척지에서 갈대 환원시 토양 조건에 따른 분해 특성 비교

    본 실험은 2015년 6월 22일부터 70일 동안 새만금 간 척지에서 자생갈대 환원시 토양조건에 따른 분해특성 비 교를 위하여 전라북도 부안군 새만금간척지 내 국립식량 과학원 간척지연구시험포장(N 35°46′370″, E 126°3 7′454″)에서 수행하였다. 갈대는 새만금 간척지에서 자 생하는 갈대를 이용하였으며, 예취한 후 지상부를 10 cm 간격으로 절단 하여 litterbags (30 × 20 cm)에 40 g 씩 칭량하였다. 토양은 저염, 고염, 벼 재배 담수 등 총 3조 건으로써 시료는 5반복이었으며, 저염, 고염은 litterbags 을 표토(0 ~ 20 cm), 심토(20 ~ 40 cm)에, 벼 재배 담수 조건은 표토(0 ~ 20 cm)에만 매립 후 15, 35, 70일 후에 수집 하여 수돗물로 세척한 후 105℃ 오븐에서 건조하여 건물중 및 탄소, 질소, 유효인산, 양이온 등을 분석하였 다. 토양조건에 따른 토양 특성은 Table 1과 같다.

    2.3. 토양 및 식물체 조사

    토양 분석은 농촌진흥청 국립식량과학원 식량작물환 경 분석법 핸드북(2014)에 의거하여 조사 및 분석하였 다. 토양 pH, Electrical Conductivity (EC)는 1:5 침출법 (토양:증류수 = 1:5,w/w)으로 pH-EC 미터기(Orion Star A215, Thermo, Indonesia)로 분석하였고, 유기물 및 탄 소, 질소는 원소분석기(Vario Max, elementar, Germany) 로, 유효인산은 비색정량법(Libra S80, Biochrom, England), 치환성양이온은 침출 후 ICP-OES (Varian Vista-MPX, USA)로 분석하였다. 또한 갈대 매립지의 토양 온도 및 Electrical Conductivity (EC)는 EM50 data logger (Decagon)을 이용하여 5TE (±3%/±1℃ /±10%, Decagon)센서를 이용하여 측정하였다.

    2.4. 통계분석

    통계분석 프로그램 R (Ver. 3.1.1)을 이용하여 분산분 석(ANOVA)을 P < 0.01 or 0.05 수준으로 수행하였으 며, Duncan test를 통한 다중검정을 실시하였다.

    3. 결과 및 고찰

    3.1. 갈대 유묘생장에 미치는 관수액 염농도와 이식방법 구명

    염농도별 갈대 입모 및 생장을 구명하기 위하여 관수 액 염농도에 따른 갈대 발아율 및 생장을 조사한 결과 Table 2와 같다. 관수액 염농도가 높아질수록 발아율은 낮아지는 경향을 보였으나, 12.5 dS m-1 용액을 관수하 여도 약 50% 이상의 발아율을 보였으며, 31.25 dS m-1 에서도 6.5%가 발아되어 갈대 종자가 염에 비교적 높은 적응력을 가지고 있음을 확인하였다. 이는 갈대가 내염 성작물이며, 특히 뛰어난 Na+ 배출 능력을 가지고 있다 고 하였다(Matoh, 1988).

    관수액 염농도별 엽수는 9.38 dS m-1까지 영향을 받 지 않았으나 12.5 dS m-1에서부터 감소하기 시작하였으 며, 28.13 dS m-1부터는 감소폭이 더 커지는 경향을 보 였다.

    초장은 3.13 dS m-1에서부터 감소하였으며, 12.5 dS m-1에서부터 0.8 dS m-1 대비 48%가 감소되었고, 28.13 dS m-1에서는 0.8 dS m-1 관수에 비해 약 88% 감소되었 다. 이 같은 결과는 Lee(2007) 등이 간척지 토양개량을 위해서 염용액에 따른 유모 생산에 적합한 내염성 식물 선발시 저염용액에서 생장량이 높았다는 결과와 같았다.

    갈대 유묘 이식 조건별 활착률 및 생장을 검토하기 위하여 육묘된 갈대묘를 간척지토양에 이식 후 1년생 과 2년생 묘를 염농도 0.80 ~ 9.38 dS m-1 의 조건에서 검토한 결과 Fig. 1과 같다. 1년생 묘는 3.13 dS m-1 까 지는 2년생과 비슷한 생존율을 나타냈으나, 4.69 dS m-1 에서는 42%가 고사하였고, 9.38 dS m-1 에서는 50%가 고사하였다. 2년생의 경우 9.38 dS m-1 에서도 69.5% 의 생존율을 나타냈다. 이러한 결과는 염농도 4.69 dS m-1가 넘는 토양에 갈대를 이식할 때는 2년생 묘를 이용 하는 것이 활착률 향상에 유리할 것으로 판단된다.

    염용액 관주에 의한 경화처리가 갈대 활착률에 영향 을 주는 효과를 Table 3에 나타내었다. 3.13 dS m-1의 NaCl용액을 이식 30일 전부터 7일 간격으로 3회 관주한 후 염농도 3.13 dS m-1 ~ 4.63 dS m-1의 토양에 이식하 여 생육시킨 결과 1, 2년생 모두 경화처리 효과가 없는 것으로 나타났다.

    갈대 유묘를 이식할 경우 비닐 피복이 활착률에 미치 는 영향을 검토한 결과 Table 4와 같다. 무피복의 경우 전체가 활착하지 못하였으나, 흑색비닐 피복을 한 경우 1 년생 묘는 63.3%, 2년생 묘는 88.3%가 활착하였다. 이 같은 활착율의 차이는 비닐피복이 토양수분 증발을 차단 하여 이식 묘에 근권 수분의 이용률을 높여주고, 증산수 분과 함께 이동하는 염분의 상승을 억제하여(Bresler et al., 1982) 토양의 염분상승을 억제하는 효과 때문으로 판단된다.

    Fig. 21년생과 2년생 묘의 토양 염농도별 생장량을 비교하였다. 염농도 3.12 dS m-1 까지는 처리구간 생장 량에 차이가 없었으나, 염농도 4.69 dS m-1 부터는 1년 생 묘의 생장이 2년생 묘의 생장보다 크게 감소되었다. 묘령에 따른 1년생과 2년생의 활착율과 생장량의 차이 는, 매년 가을 지상부가 고사되고 신초가 발생되는 갈대 가, 1년생보다 2년생의 뿌리/지상부 비율이 크기 때문에 전년도 저장했던 양분량이 많고, 뿌리가 넓게 분포하여 양분흡수에 유리하기 때문으로 판단된다.

    3.2. 새만금 간척지에서 갈대 환원시 토양 조건에 따른 분해 특성 비교

    새만금 간척지에서 갈대 환원시 토양조건에 따른 분 해 특성을 알아보기 위하여 시험기간 동안 갈대 매립지 의 토양 온도 및 EC 변화를 Fig. 3에 나타내었다. 표토에 서 염농도와 토양온도가 부의 상관관계를 나타내는 경향 을 보였는데, 염농도가 낮은 곳의 표토(0 ~ 20 cm) 토양 최저온도는 19.2℃, 최고온도는 32.0℃였으며, 심토(20 ~ 40 cm)는 최저온도가 20.8, 최고 온도가 30.7℃ 이었다. 토양 EC는 표토(0 ~ 20 cm) 최저 EC는 0.03 dS m-1, 최고 0.10 dS m-1 이었으며, 심토(20 ~ 40 cm)는 최저 EC가 0.10 dS m-1, 최고 0.20 dS m-1 이었다.

    염농도가 높은 곳의 표토(0 ~ 20 cm) 토양 최저온도 는 20.2℃, 최고온도는 36.9℃ 였으며, 심토(20 ~ 40 cm) 는 최저온도가 23.5℃, 최고 온도가 32.7℃ 이었다. 토양 EC는 표토(0 ~ 20 cm) 최저 EC는 10.8 dS m-1, 최고 20.8 dS m-1 이었으며, 심토 (20 ~ 40 cm)는 최저 EC가 8.1 dS m-1, 최고 15.0 dS m-1 이었다.

    새만금 간척지에서 토양 조건에 따른 갈대 환원 후 70 일 동안 건물중 및 양분 분해 특성을 비교한 결과 Fig. 4 와 같다. 갈대 건물중은 염농도가 낮은 곳의 표토에서 환 원기간이 길어질수록 분해가 가장 빨랐으며, 70일까지 초기 건물중의 약 30%가 분해되었다. 반면 염농도가 높 은 곳의 표토에서는 초기 건물중의 11%가 분해되어 가 장 느린 경향을 보였다. 갈대 분해율은 양분이용성이 클 수록 식물 조직 자체 영향보다 빠르다고 하였으며 (Webster and Benfield, 1986), 우호적인 온도 및 호기 조건은 높은 분해율을 보인다고 하였다(Hanson et al., 1984). 또한 샘플의 건조 상태와(Gessner, 1991), 채취 시기가 갈대 분해율의 변이에 영향을 줄 수 있다고 하였 다(Pinna and Basseet, 2004).

    갈대 식물체의 탄소함량은 15일차 벼 재배 담수조건 을 제외한 모든 처리구에서 감소하는 경향을 보이다가 환원기간이 길어질수록 함량이 증가하는 경향을 보였다.

    질소함량은 환원기간이 길어질수록 증가하는 경향을 보였으며, 이는 미생물에 활동에 의한 수분이나, 공기 중 질소 고정 때문에 증가된 것으로 판단된다(Mason, 1976).

    인산함량은 15일까지 증가하였다가 35일차에 줄어들 고 다시 70일차에 증가하는 경향을 보였다. 칼슘함량은 처리구들 간에 큰 차이를 보이지 않았으며, 칼륨함량은 염농도가 낮은 곳에서는 70일차에 증가하였지만, 염농도 가 높은 곳에서는 감소하였다. 이는 갈대에서 인산과 칼 륨함량의 증가는 주위로부터 미생물에 의한 흡수가 영향 을 미친 것으로 판단된다고 하였는데(Mason and Bryant, 1975), 본 실험에서는 인산과 칼륨함량이 염농 도가 높은 곳에서는 증가하지 않은 것은 염농도가 높은 곳은 미생물 수 및 활동이 제한적이기 때문인 것으로 판 단된다.

    마그네슘함량은 염농도가 낮은 곳에서는 큰 변화를 보이지 않았지만, 염농도가 높은 곳, 특히 표토에서 0.06 cmol/kg에서 70일차에 0.45 cmol/kg까지 증가하였다.

    나트륨 역시 염농도가 높은 곳의 표토에서 0.05 cmol/kg에서 70일차에 2.08 cmol/kg까지 증가하는 경 향을 보였다. 나트륨은 염농도와 상관관계를 나타내기 때문에 갈대에 영향을 미친 것으로 판단되어, 갈대와 염 농도에 따른 나트륨 흡수기작에 대한 연구가 필요로 할 것으로 보인다.

    갈대 분해 특성에 대한 결과는 Eid(2014)의 갈대 양 분 중 N, P, Na, K 함량이 시간에 따라 상당히 변동적이 었다라는 실험결과와 유사한 결과도 있었다. 하지만 Eid (2014)는 모든 양분이 30일까지는 감소했다고 하였지만, Mg, Na, P 함량은 증가하는 경향을 보인 본 실험과는 다 른 결과도 있었으며, 특히 토양 염농도에 따라 그 함량 및 분해 패턴 차이가 큰 것으로 나타났다.

    4. 결 론

    갈대 유묘를 양성하여 무발생지에 군락형성을 촉진하 고 유묘생산과 이식에 적정한 조건 및 간척지에서 갈대 환원시 분해 특성 구명을 위해 조사 분석한 결과는 다음 과 같다.

    첫째, 갈대 발아시 관주 용액은 0.2%까지 87.3%의 발아율을 나타냈으며, 입모 후 염농도가 증가되면 초장 은 감소되는 경향을 보였고, 엽수는 0.6%까지는 영향이 없었다.

    둘째, 갈대 1, 2년생 묘를 대상으로 이식토양 염농도 별 생존율을 검토한 결과 2년생 묘의 경우 토양 염농도 0.4%까지는 활착율이 낮아지지 않았으며, 활착율을 높 이기 위한 이식 전 염용액 관주에 의한 경화처리 효과는 없었으나, 흑색비닐 피복은 효과가 있었으며, 특히 2년생 묘를 이식한 경우 약 88.3%의 활착율을 보였다.

    셋째, 간척지 토양 조건에 따른 갈대의 분해에서 건물 중은 염농도가 낮은 곳이 높은 곳과 담수조건보다 최대 19% 빨랐으며, 갈대 양분 중 N, P, Na, K 함량이 시간 에 따라 변동적이었는데, 특히 염농도가 낮은 곳은 C, N P, K 함량이 증가하였으며, 염농도가 높은 곳은 Na, Mg 함량이 증가하는 경향을 보였다.

    이상의 결과를 종합해보면 갈대 이식묘의 묘령에 따 라서는 1년생 묘보다 2년생 묘를 사용하는 것이 생존율 을 향상시킬 수 있으며, 비닐멀칭의 효과는 이식 성공률 향상에 가장 크게 도움이 되므로 유묘를 간척지에 이식 할 경우 식재할 장소에 멀칭 Cap을 설치하여주는 것이 꼭 필요할 것으로 생각된다.

    또한 극한의 한발상황이 발생하여 이식묘에 건조장해 발생시 토양수분 보유율에 따른 생존율과 생장량에 미치 는 영향과 갈대 환원시 토양 조건에 따라 갈대의 분해 양 상이 다르므로 조건에 맞는 갈대환원방법이 고려되어야 하며, 추후 갈대 줄기 외에도 근경과 잎 등의 분해 양상에 대해서도 연구가 필요로 할 것으로 판단된다.

    감사의 글

    본 성과물은(논문)은 농촌진흥청 연구사업 (세부과제 번호: PJ013460012019)의 지원에 의해 이루어진 것임.

    Figure

    JESI-28-12-1061_F1.gif

    Survival rate after transplantation of Phragmites Australis according to soil EC concentration. a-b means with different letters on the bars are significantly different (P < 0.01) according to Duncan`s multiple range test. Error bars indicate standard deviation of the mean.

    JESI-28-12-1061_F2.gif

    Comparison of dry weight of above ground part according to soil EC concentration.

    a-d means with different letters on the bars are significantly different (P < 0.05) according to Duncan`s multiple range test.

    Error bars indicate standard deviation of the mean.

    JESI-28-12-1061_F3.gif

    Daily soil temperature (℃) and electrical conductivity (dS m-1) during study period.

    JESI-28-12-1061_F4.gif

    Dry weight and nutrient of Phragmites Australis by soil conditions during 70 days. : Error bars indicate standard deviation of the mean.

    Table

    Soil properties by soil condition before the study began

    Germination rate and growth of Phragmites Australis seeds with EC concentration

    Effect of rehardening treatment on Phragmites Australis survival rate

    Effect of soil black vinyl mulching on survival rate of transplant Phragmites Australis

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