서언
골프코스에서 잔디는 경기의 질과 플레이어의 만족도를 결정하는 중요한 요인이 된다(Kwon et al., 2011). 고품질의 잔디를 유지하기 위해서 양분관리(Park et al., 2005), 토양관리(Kim and Shearman, 1998), 수분관리(Lee, 2012) 및 병해충관리(Choo et al., 2000; Shim et al., 1994) 등 잔디를 관리하는 것은 매우 중요한 일이다. 시비관리는 입상비료나 관비로 이뤄지며, 잔디 생육에 필요한 양분을 공급하는 것으로 잔디 생육과 품질 관리 매우 중요하다(Kim et al., 2019). 잔디 재배에서 양분 공급 외에 양분 이용의 효율성을 높이고, 저항성을 높이며 품질을 개선하는 다양한 기능성 비료를 이용하기도 한다(Kim et al., 2012; Yoon and Kim, 2007). 비록 기능성 비료는 잔디의 생육에 기여하는 정도는 낮으나 잔디의 생육과 품질 관리 시 기여하는 바가 높다고 할 수 있다(Kim et al., 2012). 그 중에서도 미생물은 생육 특성에 따라 다양한 기능성을 나타낸다(Kim et al., 2011).
잔디가 식재된 포장에서 잔디의 품질을 개선하고, 생육을 향상시키기 위해 미생물을 사용하고 있다(Ma et al., 2013). 미생물은 토양에 처리되어 토양의 유기물을 분해(Huh et al., 2009)하거나 불용성 인산을 가용화하여 토양의 특성을 개선하고(Song et al., 2001) 양분을 공급함으로써 잔디 생육을 촉진하기도 하고, 잔디 병원균에 대한 항진균 물질을 발생하거나 균사의 생장을 억제함으로써 잔디 병해 발생을 억제하기도 한다(Kim et al., 2022b). 이외에도 식물 생육에 필요한 생장촉진 호르몬을 대사물질로 분비하여 잔디의 생육을 촉진하기도 한다(Jung et al., 2007). 이러한 미생물을 잔디 관리에 이용하기 위해서는 다양한 특성을 나타내는 유용미생물을 선발하고, 이를 제형화하여야 한다 (Choi et al., 2006; Park et al., 2018).
미생물을 비료로 이용하기 위해서는 다양한 특성을 나타내는 미생물을 선발(Kim et al., 2011)하거나 유용한 미생물을 혼합하여 처리할 수 있다(Choi et al., 1996). 다양한 특성을 나타내는 미생물은 선발에 어려움이 있어 많은 노력이 필요한 반면에 유용한 미생물은 각 특성별 우수한 미생물을 선발하여 혼합할 수 있다. 유용미생물의 분리는 퇴비(Jeong et al., 2017), 토양(Kim et al., 2011), 식품(Ko et al., 2004) 등에서 수행되고 있으며, 미생물의 배양 특성을 고려하여 개발 배양 후 혼합하여 사용하고 있다(Choi et al., 1996).
잔디 재배 시 단종의 미생물을 이용하는 경우가 많으나 미생물을 혼합하여 사용하는 경우도 있다. Kim et al. (2008)은 유산균과 효모균이 혼합된 미생물 비료를 한지형 잔디에 처리한 경우 잔디의 생육과 품질이 개선된다고 보고한 바 있다. 다양한 미생물이 혼합된 BM-S-1 미생물 복합체(BMS)는 불량한 환경조건에서 우수한 미생물들이 작용하여 유기물을 분해하고, 질소와 인의 제거효율이 높아 해양 오염 퇴적물이나 난분해성 폐수의 정화 효율 개선에 대한 연구가 진행되기도 하였다(Kim et al., 2015). 잔디가 식재된 토양은 주로 모래로 조성되어 있으나(Lee et al., 1998) 조성 후 시간이 경과할수록 유기물이 증가하면서 토양의 물리성이 변화하고, 생육환경에 따라 잔디 생육과 품질은 악화된다(Huh et al., 2009). BMS는 다양한 미생물군을 함유하고 있어 잔디의 생육과정에서 발생할 수 있는 다양한 토양 환경요인에 대해 생물학적인 대처가 가능할 것으로 생각된다. 따라서 본 연구는 미생물 복합체 BMS를 크리핑 벤트그래스(Agrostis palustris) ʻPenn A-1’ 품종에 처리한 후 잔디의 생육과 품질을 조사하여 BMS의 잔디 생육에서의 적용 여부를 평가하기 위해 수행되었다.
재료 및 방법
시험 기간 및 공시 재료
본 연구는 2021년 9월부터 2022년 4월까지 8개월동안 경상북도 경산시 소재의 대구대학교 유리온실에서 수행되었고, 실험에 사용된 모래의 입경 분포는 미국골프협회(United Sates Golf Association, USGA)에서 제시한 그린 규격에 적합하였고, 모래 상토에는 토양개량제를 혼합하지 않았다(Table 1). 공시 토양의 이화학성 조사결과, 토양산도(pH), 전기전도도(electrical conductivity, EC), 유기물(organic matter, OM), 전질소(total nitrogen, T-N), 유효인산(available phosphate, Av-P2O5), 치환성 칼륨(exchangeable potassium, Ex-K), 치환성 칼슘(exchangeable calcium, Ex-Ca), 치환성 마그네슘(exchangeable magnesium, Ex-Mg), 치환성 나트륨(exchangeable sodium, Ex-Na) 및 양이온치환용량(cation exchangeable capacity, CEC)은 각각 8.19, 0.24 dS m-1, 0.27 g kg-1, 0.52 g kg-1, 9.1 mg kg-1, 0.22 cmolc kg-1, 3.79 cmolc kg-1, 1.03 cmolc kg-1, 0.56 cmolc kg-1및 1.66 cmolc kg-1을 나타내어 잔디 식재 전 모래 토양과 유사한 토양 이화학성을 나타냈다(Table 2). 공시 비료는 잔디 생육을 위해 복합비료(N-P2O5-K2O=21-17-17, Namhae Chemical Co., Ltd., Yeosu, Korea)를 이용하였고, 미생물은 미생물 복합체(miocrobial consortium BM-S-1; BMS, BM Co. Ltd., Gyeongsangbuk-do, Korea)를 사용하였다. BMS는 수용제 형태로 백색의 분말로 제형화 되어 있었다. 공시 식물은 크리핑 벤트그래스(A. palustris H.) ʻPenn A1’ 품종 종자를 A사로부터 공여받아 사용하였다.
시험 포트 조성 및 처리
공시 모래를 시험용 포트(diameter 10 cm, depth 10 cm)에 충전한 후 수돗물을 이용하여 6 시간 동안 물다짐 후 사용하였다. 2021년 09월 02일에 A사로부터 공여 받은 크리핑 벤트그래스 종자 10 g m-2을 파종하였다.
처리구는 BMS의 처리량에 따라 무처리구(No-fertilizer, NF; 0 N g m-2 month-1), 대조구(Control; 3 N g m-2 month-1), BMS1 처리구(Control + BMS 1 g m-2 month -1), BMS-2 처리구(Control + BMS 2 g m-2 month-1) 및 BMS-3 처리구(Control + BMS 4 g m-2 month-1)로 구분하였고, 각 처리구는 완전임의배치법으로 배치하여 5반복으로 수행하였다. 복합미생물의 처리량은 제조사의 권장 처리량을 기준으로 BMS 2 g m-2 month-1을 기준량으로 설정하였다. 재배 시험 기간 중 잔디 생육에 필요한 양분을 공급하기 위해 복합비료는 10월 2일, 11월 3일, 12월 6일 및 3월 15일에 총 4회 처리하였다. 잔디 종자 파종 시 비료를 시비하지 않아 종자 발아 후 무처리구는 잔디 종자에 함유된 양분을 모두 소진하여 잔디 생육이 불량해졌고, 이후 재배 시험 연구를 수행할 수 없어 처리구별 비교를 위해 2021년 10월 2일은 모든 처리구에 복합비료를 시비하였다. Kim et al. (2003)의 연구에서 잔디 파종 시 질소 순성분량으로 5 g m-2를 시비한 후 파종하여 잔디 생육을 비교한 바 있어 무처리구의 시험기간동의 비교를 위해 파종 후 생육 초기 1회 복합비료를 시비하였다. 공시비료의 비효 및 기능성을 평가하기 위해 BMS를 수돗물에 희석하여 10월 19일부터 7일 간격으로 총 25회 관주 시비하였다. 시험 기간 중 수분의 공급은 주 2-3회 물조리개를 이용하여 공급하였고, 위조가 발생하지 않도록 관리하였다. 시험 기간 중 병해충은 발생하지 않아 작물보호제는 살포하지 않았고, 통기작업과 배토 등과 같은 토양 갱신 작업은 실시하지 않았다.
잔디 생육 조사
잔디 생육 조사는 처리구별 가시적 품질, 엽록소 함량 및 예지물 함량 등을 조사하였다. 가시적 품질은 10월 19일부터 7-10일간격으로 2명의 시험자가 총 22회 조사하였고, 조사결과는 월별로 평균하여 잔디의 시각적 품질의 변화를 조사하였다. 가시적 품질은 National Turfgrass Evaluation Program (NTEP)에서 제시한 방법을 이용하여 잔디 잎의 녹색 정도에 따라 달관조사하였다(1=worst, 9=best and 6=acceptable).
잔디의 생육은 예지물로 평가하였으며, 11월 3일, 12월 6일 및 3월 15일에 총 3회 조사하였고, 잔디 예초는 30 mm의 높이로 수행하였다. 잔디 예지물의 채취는 70% 에탄올로 잘 소독된 가위를 이용하여 채취한 후 70℃ 건조기(OF-W155, Daihan Scientific, Daegu, Korea)에서 24시간 건조하여 건물중을 측정하였다.
잔디 예지물을 위해 채취된 시료 중 일부는 잔디 예지물량 외에 엽록소 함량을 조사하여 시비량에 따른 잔디의 생육과 품질을 평가하였다. 잔디의 엽록소 함량은 11월 3일과 12월 6일에 채취된 잔디 시료(생물중) 0.1 g을 정확히 칭량한 후 95% 에탄올(Samchun, Seoul, Korea)을 10 mL를 가하고, -4℃의 냉암소에서 48시간 동안 추출하여 UVspectrophotometer (Genesys 2PC, Thermo Fisher Scientific Korea, Seoul, Korea)를 이용하여 648 nm (A648)와 664 nm (A664)에서 흡광도를 측정하여 아래와 같은 식으로 엽록소 a와 b 및 총엽록소 함량을 계산하였다(Miazek and Ledakowicz, 2013).
Chlorophyll a = 13.36A664 – 5.19A648
Chlorophyll b = 27.45A648 – 8.12A664
Total chlorophyll (a+b) = 5.24A648 + 22.24A664
공시 비료의 처리 후 토양의 변화를 조사하기 위해 시험 전(2021년 9월 1일)과 시험 종료 후(2022년 4월 6일) 총 2회 실시하였다. 시험 종료 후 토양의 이화학성을 분석하기 위해 포트에서 금잔디와 토양을 분리하여 토양 시료를 골고루 채취하였다. 채취한 토양 시료는 음지에서 풍건한 후 2 mm 체를 통과한 시료를 분석에 이용하였고, 분석 항목은 pH, EC, OM, T-N, Av-P2O5, 치환성 양이온(K, Ca, Mg, Na) 및 CEC 등으로 토양화학분석법에 준하여 분석하였다. pH와 EC는 1:5법으로, OM은 Tyurin법으로, T-N은 Kjeldahl 증류법으로, Av-P2O5는 Bray No. 1법으로, 치환성 양이온(K, Ca, Mg, Na)와 CEC는 1N-NH4 OAc 침출법으로 각각 분석하였다(NIAST, 1998).
식물체 분석은 3월 15일 채취된 예지물 시료를 건물중 조사 후 분석 시료로 이용하였고, 잔디의 주요 구성성분인 질소, 인, 칼륨, 칼슘 및 마그네슘을 분석하였다. 잔디 식물체 분석법은 토양화학분석법 중 식물체 분석법에 준하여 실시하였고, 질소는 Kjeldahl 증류법으로, 인은 UV-spectrophotometer를 이용하여 바나도몰리브덴산법으로, 칼륨, 칼슘 및 마그네슘은 유도결합플라즈마 (inductively coupled plasma; Varian 720-ES, Varian, Califonia, USA)를 이용하여 각각 분석하였다(NIAST, 1998). 시험 중 수거된 총 잔디 예지물의 건물중과 잔디 경엽의 성분 함량을 이용하여 아래의 식과 같이 잔디의 양분 흡수량을 계산하였다(Kim et al., 2022a).
양분 흡수량(g m-2) = 잔디 경엽 중 성분 함량(%) × 잔디 예지물의 건물중(g m-2)
통계처리는 SPSS (Statistical Package for the Social Sciences; ver. 12.1.1, IBM, New York, USA)를 이용하여 처리구간 ANOVA 분석을 실시하였다. 비료 처리량별 처리구간 평균값을 비교하기 위해 Duncan 다중검정을 통해 처리구간 평균값의 유의차를 검정하였고, Pearson상관분석을 통해 시비량별 잔디의 생육 변화에 대해 상관관계를 검정하였다.
결과 및 고찰
토양화학성 변화
공시 비료 처리 후 토양의 변화를 조사하였다(Table 2). 시험 종료 후 pH는 6.59-6.63를, EC는 0.11-0.13 dS m-1, OM은 0.41-0.86 g kg-1, T-N은 0.48-0.78 g kg-1, Av-P2O5는 18.9-71.5 mg kg-1, Ex-K는 0.07-0.12 cmolc kg-1, Ex-Ca는 2.00-2.04 cmolc kg-1, Ex-Mg는 0.69-0.75 cmolc kg-1, Ex-Na는 0.30-0.33 cmolc kg-1, 그리고 CEC는 1.32-1.46 cmolc kg-1의 범위를 나타냈다. 무처리구(NF)나 대조구(control)와 비교할 때, 토양 중에서 BMS 처리구의 T-N 함량은 감소하였고, Av-P2O5 함량은 증가하였으며 다른 항목에서는 통계적으로 유의적인 차이를 나타내지 않았다(Table 2). 이는 BMS 중 함유한 미생물의 작용에 의해 토양의 화학적 특성 변화에 영향을 미치지 않는다는 것을 나타낸다. 다만 토양 중에서 질소와 인산의 변화가 나타났던 점을 고려할 때, BMS에 함유된 미생물에 다양한 기능성 미생물이 함유된 것으로 판단된다. BMS는 세균류와 방선균류 등 다양한 미생물이 혼합된 복합체이며(Sul et al., 2016), BMS에 함유된 주요 세균 중에서 Bacillus, Pseudomonas, Mirononospora, Cellulomonas, Paenibacillus 등은 토양 중에서 불용화된 인산을 가용화 할 수 있는 대표적인 미생물이고(Lee et al, 2012), 이외에도 일부 방선균이 인산 가용화 활성을 나타내기도 하였다(Lim et al., 2007).
잔디 생육 및 품질
시험 기간 중 가시적 잔디 품질을 조사하여 잔디의 엽색을 조사하였다(Table 3).
시험 기간 동안 조사된 가시적 잔디 품질의 평균값으로 처리구별 특성을 비교할 때, BMS 처리구에서 무처리구와 대조구보다 증가하였다. 조사 기간별 조사에서 무처리구와 비교 시 BMS 처리구는 10월을 제외한 전 조사 기간 동안 잔디 품질이 향상되었는데 11월, 1월 및 3월 조사에서는 잔디 품질이 향상되었으며, 10월, 12월 및 2월에는 통계적으로 유의적인 차이를 나타내지 않았다. 미생물 비료 처리량에 따른 잔디의 가시적 품질은 11월과 3월 조사에서 정의 상관성(p≤0.01)을 나타내었으나 시험기간 중 평균값으로 비교할 때, BMS 처리량에 따른 잔디 품질 향상은 미미하였다. 10월에는 모든 처리구에 복합비료가 처리되어 모든 처리구에 양분이 공급되어 복합비료에 의한 생장이 이뤄졌기 때문으로 판단된다.
잔디의 가시적 품질은 일반적으로 잔디의 엽색과 엽록소지수 및 밀도 등으로 측정하고 있으며(Lee et al., 2007), 주로 비료 성분 중 질소 공급량에 의해 영향을 받는다(Kim et al., 2022a). 주로 기능성 미생물 비료의 원료인 미생물은 잔디 생육에 필요한 기능성 물질을 식물에 공급함으로써 잔디의 생육을 촉진하고 근권 환경을 개선하기 때문으로 판단된다(Choi et al., 2000; Lee et al., 2009).
Table 3
Changes of visual turfgrass quality in creeping bentgrass after applying microbial fertilizer.
미생물 비료 처리 후 잔디 생육 시기 별 잔디 잎의 엽록소 함량을 조사하였다(Table 4). 11월 3일 조사에서 엽록소 a, 엽록소 b 및 엽록소 a+b의 함량은 각각 694-962, 412-609, 1,106-1,553 μg mL-1의 범위를 나타냈고, 무처리구나 대조구와 비교 시 BMS-1과 BMS-2 처리구는 엽록소 a와 엽록소 b에서 통계적으로 유의적인 차이를 나타내지 않았으며, BMS-3 처리구는 엽록소 a, 엽록소 b 및 엽록소 a+b의 함량에서 모두 감소하였다. 12월 6일 조사에서 엽록소 a, 엽록소 b 및 엽록소 a+b의 함량은 각각 752-1,872, 343-1,349, 1,095-3,150 μg mL-1의 범위를 나타냈고, BMS 처리구는 무처리구보다 증대되었으나 대조구나 멸균구와는 통계적으로 유의적인 차이를 나타내지 않았다. BMS 처리량과 엽록소 함량의 상관관계조사에서 11월 3일에는 부의 상관성(R=-0.521*; p≤0.05)을 나타냈으나 12월 6일 조사에서는 통계적으로 유의적인 차이를 나타내지 않았다. 11월 3일 조사와 12월 6일 조사는 각각 10월의 잔디 생육과 11월의 잔디 생육을 나타낸다는 점을 고려할 때, 이는 잔디의 질소 흡수량과 밀접한 관계가 있을 것으로 생각된다(Lee et al., 2015). 기상청 자료에 따르면 대구대학교 농장이 위치한 경북 영천지역의 10월과 11월 한달의 평균 기온이 각각 21.8℃와 15.5℃를 나타내어 기온의 감소에 따라 미생물의 활성이 감소했기 때문으로 판단된다. 일반적으로 식물세균의 배양온도는 20-25℃의 범위를 나타내며, 낮은 온도에서는 미생물의 활성이 감소하는 것으로 알려져 있다(Han and Choi, 1998). 미생물의 밀도가 증가 시 토양의 유기물을 분해하여 작물 생육에 필요한 질소 및 양분을 공급하기도 하지만 유기물이나 질소가 부족한 경우에는 미생물과 식물 간의 양분경합으로 식물의 질소흡수가 감소되기 때문으로 생각된다(Yoo et al., 2000).
BMS 처리 후 잔디의 예지물을 조사하여 지상부 생육 정도를 평가하였다(Table 5). 각 처리구별 시험 기간 중 채취된 예지물량은 36.4-105.5 g m-2을 나타냈고, BMS 처리구(BMS-1, BMS-2, BMS-3)들은 무처리구보다 84-190%정도 증대되었다. BMS-1 처리구는 대조구보다 예지물이 증가하였고, 다른 처리구는 통계적으로 유의적인 차이를 나타내지 않았다. BMS 처리량과 잔디 예지물의 상관관계는 대조구를 포함하여 비교할 때 통계적으로 유의적인 차이를 나타내지 않았으나 BMS 처리구(BMS-1, BMS-2, BMS-3)들만 비교할 때는 부의 상관관계(R=-0.879**, p≤0.01)를 나타내어 BMS 처리량이 증가할수록 잔디 예지물이 감소하였다.
잔디 예지물은 질소 흡수량과 정의 상관관계를 나타내므로 BMS 처리량의 증가로 미생물 공급이 증가하여 잔디와 질소 경합이 발생한 것으로 판단된다(Kim et al., 2022a). 하지만 BMS-1 처리구는 대조구보다 생육이 증가하였으므로 BMS의 처리량을 고려하여 처리하는 경우 잔디의 생육을 촉진할 수 있을 것으로 기대된다.
양분 함량 및 흡수량
크리핑 벤트그래스의 BMS 처리 시 잔디의 양분 함량 및 흡수량을 조사하였다(Table 6). 잔디 잎에서 질소, 인 및 칼륨의 함량은 각각 23.1-30.1, 1.14-2.09, 8.76-2.09 g kg-1를 나타냈다. 무처리구와 비교할 때, BMS 처리구의 질소, 인과 칼륨은 증대되었고, 대조구와 비교 시 질소와 인은 통계적으로 유의적인 차이를 나타내지 않았으나 칼륨은 BMS 처리구에서 감소하였다.
시험 종료 후 처리구의 질소, 인 및 칼륨 흡수량은 각각 8.6-31.7 g m-2, 0.42-2.07g m-2, 3.1-13.0 g m-2의 범위를 나타냈다. 무처리구와 비교할 때, BMS 처리구는 질소, 인 및 칼륨의 흡수량은 증대되었고, 대조구와 비교 시 BMS 처리구에서 질소와 인은 통계적으로 유의적인 차이를 나타내지 않았고, 칼륨은 BMS-3 처리구에서 감소하였다. BMS 처리량과 양분 흡수량의 상관관계 조사에서 대조구와 BMS처리구를 함께 비교할 경우에는 단지 칼륨 흡수량만이 부의 상관관계를 나타냈고(R=-0.661**, p≤0.01), BMS처리구(BMS-1, BMS-2, BMS-3)만 비교할 경우에는 질소, 인 및 칼리의 흡수량이 BMS 처리량과 부의 상관관계를 나타냈다(RN-uptake=-0.581**, p≤0.05; RP-uptake=-0.548**, p≤0.05; RK-uptake=-0.598**, p≤0.05). 잔디 생육에서 질소 흡수는 인과 칼륨의 흡수를 유도하는 것으로 알려져 있으므로 BMS 처리구에서 질소 흡수량의 감소는 인과 칼륨의 흡수량 감소에 영향을 미친 것으로 판단되었다(Kussow et al., 2012).
BMS 처리는 잔디 품질을 개선하고, 적정량의 처리 시 잔디의 생육이 증대되어 화학비료만을 사용하는 것보다 잔디 생육과 질소의 흡수를 증대시켰고, 최적 처리량은 BMS-1 처리구로 BMS 1 g m-2이었다. 따라서 적정량의 BMS을 처리하는 것은 잔디 생육과 품질 개선에 효과가 있을 것으로 기대되었다. 하지만 BMS를 비료로 사용하기 위해서는 미생물에 대한 정확한 동정이 필요하며, 복합체 미생물 중 유효 균주가 선발되어야 하고, 선발된 균주가 비료공정규격에서 허용가능한 미생물인지 반드시 확인하여야 한다. Sul et al. (2016)은 다양한 미생물 군에 대해 설명하고 있으나 다양한 균주가 복합적으로 혼합되어 있어 비료로서 활용하기 위해서는 유효 균주와 유효 균주의 보정균수(생균수) 지정 등 여러 작업이 필요한 것으로 판단된다.
요 약
본 연구에서는 미생물 복합체인 BM-S-1 (BMS)의 처리 후 크리핑 벤트그래스의 생육과 품질의 변화를 확인하기 위해 가시적 품질, 엽록소 함량, 예지물량, 양분 함량 및 흡수량을 조사하였다. 처리구는 무처리구(NF), 대조구(control; 3N g m-2 month-1), BMS-1 처리구(control+BMS 1 g m-2 month-1), BMS-2 처리구(control+BMS 2 g m-2 month-1), BMS-3 처리구(control+BMS 4 g m-2 month-1)로 구분하였다. 토양분석결과 대조구보다 BMS-2와 BMS-3처리구에서 전질소는 감소하였고, BMS-1, BMS-2 및 BMS-3처리구에서 유효인산은 증가하였다. 대조구와 비교 시 BMS-1 처리구는 가시적 품질, 잔디 예지물량, 잔디 양분 함량 및 흡수량이 증가되었다. BMS의 처리량과 잔디 생육과의 상관관계에서 잔디 예지물량, 질소, 인 및 칼륨의 함량은 부의 상관관계를 나타냈다(p≤0.05). 상기 결과들을 종합할 때, BMS의 처리는 크리핑 벤트그래스의 질소 흡수를 증대시켜 잔디의 생육을 촉진하는 것으로 확인되었다. BMS를 미생물 비료로 이용하기 위해서는 유효균주를 선정하고, 보정균수를 결정하는 것이 필요하였다.히 학교운동장 잔디의 지상부 밀도가 높은 경우에는 봄방학 토양 살포형 제초제 살포 + 매월 1회 예초도 효과적일 것으로 판단된다.
