서언
한지형 잔디인 크리핑 벤트그래스(Agrostis palustris L.)는 고온 다습한 우리나라의 여름철 기온에서 잔디 밀도 및 품질이 떨어져 골프장 이미지에 부정적인 영향을 미친다(Lee et al., 2008). 극심한 온도 스트레스를 받은 크리핑 벤트그래스는 고온기에 병원균 번식이 증가하여 병해가 발생하며(Hong et al., 2009) 장마기로 인한 일조량 부족현상은 잔디의 기공을 통한 이산화탄소 유입을 감소시켜 증산작용 효율을 저하시키고, 세포의 수분 함량을 높여 엽이 가늘고 연약해짐과 동시에 병 저항성도 약화된다. 또한 혐기성 미생물이 급증하여 메탄가스(CH4)와 황화수소(H2S) 등 유해가스가 발생하여 크리핑 벤트그래스의 뿌리를 3-10cm 이내로 감소시키는 현상이 나타난다(Batten, 1986; Douglas et al., 1998). 이러한 현상들은 장기적으로 잔디의 생육을 불량하게 만들고, 크리핑 벤트그래스의 생육 및 품질을 저하시킨다. 이러한 환경으로부터 크리핑 벤트그래스의 생육을 개선하기 위해 식물생장촉진 미생물 처리하는 경우 잔디의 지하부 뿌리 기능의 회복되어 잔디 생육, 품질 및 밀도 등을 향상시키고(Kim et al., 2010), 잔디 병 예방 효과를 증가시켜야 한다(Shim and Kim, 1999).
Bacillus amyloliquefaciens는 그람양성 간균으로서 토양 중에 서식하며 쉽게 분리 될 수 있을 뿐만 아니라 유기물을 분해하는 능력을 갖는 미생물이다(Ok et al., 2001). 토양에 유기물과 함께 공급했을 때, 효소들의 활성 증대로 토양 비옥도를 증가시켜 생육을 증가시키는 것으로 알려져 있으며, 여러 분해효소를 이용해 토양내의 염류집적 현상을 해소하는 장점을 가지고 있다(Ok et al., 2001). Jamal et al. (2019)의 연구에 의하면 Bacillus sp.는 밀(Triticum aestivum)의 뿌리썩음병 병원균에 대한 생물학적 방제제로 이용하였으며, Maung et al. (2017)은 연구에서 시들음병을 방제하고 식물 생장을 증진하는데 효과적이었다고 보고하였다.
해조추출물에는 다량원소 뿐만 아니라 미량원소와 옥신, 사이토키닌, 지베렐린 등 식물생장촉진 호르몬을 포함하고 있어 잔디 관리에서 기능성 비료로 사용되고 있다(Crouch and van Staden, 1993; Schmidt, 1990; Senn, 1987). 켄터키 블루그래스(Poa pratensis) 생육에서 해조추출물 처리는 잔디 지하부 생육을 개선하여 활착을 촉진하고(Zhang et al., 2003), 양분 흡수를 증대시켜 잔디 품질을 향상시킨다(Yan et al., 1993). 해조추출물에는 식물의 생장을 촉진하는 호르몬 전구물질 외에도 생육에 필요한 다량원소 및 미량원소를 포함하고 있기 때문에 잔디의 스트레스 경감 및 성장에 효과를 나타내는 것으로 알려져 있다(Durand et al., 2003; Stirk et al., 2003).
현재 국내의 잔디재배에서 Bacillus sp. 또는 해조추출물을 이용하여 잔디 생육 및 잔디 품질 변화에 대한 연구가 진행되어왔으나(Chang and Yoon, 2011; Lee, 2022)
해조추출물과 미생물의 혼용처리에 의한 기능성 비료의 잔디 생육 및 품질 평가에 대한 연구는 부족한 실정이다.따라서 본 연구는 미생물과 해조추출물이 혼합되어 액상으로 제형화한 혼용비료를 크리핑 벤트그래스에 시비하였을 때, 잔디의 생육과 품질에 미치는 영향에 대해 조사하고 비료의 특성을 비교하고자 수행되었다.
재료 및 방법
시험기간 및 공시재료
본 실험은 강원특별자치도 소재의 한국골프과학기술대학 증식포장에서 2023년 5월부터 2023년 10월까지 수행하였다. 공시 잔디는 크리핑 벤트그래스 (A. palustris L.)로 품종은 ’Penn-A1’를 이용하였다. 시험 포장의 토양은 미국 골프협회(United State Golf Association; USGA)의 규격에 따라 적합한 입경 분포를 갖는 모래로 조성되어 있었다. 시험 전 토양은 pH와 EC가 각각 6.10과 0.08 dSm-1로 잔디재배가 가능한 토양이었다(Table 1). 잔디의 생육과 양분 공급을 위해 사용된 공시 비료는 속효성 비료 (Control; N-P2O5-K2O=10-5-30, C&L Chemical Co., Ltd., Seoul, Korea)와 미생물과 해조추출물이 함유된 제 4종복합비료(Liquid fertilizer containing B. amyloliquefaciens R6-CDX 1.0 × 109 cfu mL-1 and seaweed extracts; LFBS; N-P2O5-K2O-B2O3-Mn-Fe-Mo-Zn=5-0-5-0.5-0.4-0.6-0.025-0.4, C&L Chemical Co., Ltd., Seoul, Korea)를 사용하였다.
처리구 설정
처리구는 비료의 종류 및 시비량에 따라 무처리구 [NF; no fertilizer], 대조구 [Control; N-P2O5-K2O=10-5-30], LFBS를 1000배 희석한 처리구 [LFBS; control+ LFBS 1 mL m-2 time-1], 500배 희석한 처리구 [2LFBS; control+ LFBS 2 mL m-2 time-1], 250배 희석한 처리구 [4LFBS; control+LFBS 4 mL m-2 time-1], 멸균 처리구 [SLFBS; control+ sterilized LFBS 2 mL m-2 time-1]로 구분하였다.
실험 포장의 실험구 단위는 1 m2 (1 m×1 m)크기로 전체 포장은 18 m2 였고, 실험구 배치는 난괴법(3반복)으로 배치하였다. 공시비료 중 수용성비료는 질소 순성분량 기준으로 3.0 g N g active ingredient (a.i.) m-2씩 2023년 5월 9일, 6월 13일, 7월 20일, 8월 22일, 9월 21일에 총 5회 시비하였다. LFBS는 LFBS (1.0 mL m-2 LFBS), 2 LFBS (2.0 mL m-2 LFBS), 4LFBS (4.0 mL m-2 LFBS)를 1,000 mL의 수돗물에 희석하여 2023년 5월, 6월, 7월, 8월 및 9월에 2주 간격으로 총 10회 관주시비(희석액 1,000 mL m-2)하였다.
조사 내용 및 식물체 분석
잔디 생육 조사는 처리구별 엽색 지수, 엽록소 지수, 초장 길이, 잔디 밀도 및 뿌리 길이를 조사하였다. 잔디의 엽색 지수와 엽록소 지수는 각각 Turf color meter (TCM 500, Spectrum Technologies, Inc., Plainfield , IL, USA)를 이용하여 Grass index(1-9) 모드로 3반복 측정하였으며, 엽록소 지수는 Chlorophyll meter (CM 1000, Spectrum Technologies Inc., Plainfield, IL, USA)를 이용하여 각 실험구(1 m2)내 120~130cm 높이에서 3회 반복 측정하고 그 평균값을 사용하여 분석하였다. 5월 18일, 6월 5일, 6월 26일, 7월 10일, 7월 24일, 8월 11일, 8월 25일, 9월 14일, 9월 28일, 10월 16일에 총 10회 조사하였다.
잔디의 생육을 평가하기 위해 예고는 매달 2주 간격으로 150 mm 자를 이용하여 토양 표면으로부터 경엽의 길이를 5월 9일, 6월 13일, 7월 20일, 8월 22일, 9월 21일에 총 5회 조사하였다. 잔디 밀도와 뿌리는 시험 초기(5월 20일)과 시험 종료 후(10월 20일) 총 2회 실시하였다. 잔디 밀도는 제작한 밀도측정용 코어(10 mm×10 mm)를 이용하여 조사하였고, 잔디의 뿌리 길이는 제작한 코어(직경 20 mm, 깊이 100 mm)를 이용하여 조사하였다.
포장시험에서 공시비료 처리에 의한 토양의 변화를 조사하기 위해 시험 전(5월 20일)과 시험 종료 후(10월 20일) 총 2회 실시하였다. 토양시료는 자체 제작된 토양 시료채취용 코어 (지름 20 mm, 깊이 100 mm)를 이용하여 각 처리구별 4개씩 토양시료를 채취하였고, 분석을 위해 음지에서 풍건하였다. 분석 항목은 pH, 전기전도도(electrical conductivity; EC), 유기물(organic matter; OM) 함량, 전질소(total nitrogen; T-N), 유효 인산(available phosphate; Av-P2O5)및 치환성 칼륨(exchangeable potassium; Ex-K)이었고, 토양 화학 분석법(NIAST, 1998) 에 준하여 분석하였다. pH와 EC는 pH meter (Orion 720, Thermo, USA)와 EC meter (Orion 3 star, Themo, USA)를 이용하여 1:5법으로, O.M은 Tyurin법으로, T-N은 Distillation unit Kjeldahl (UDK 129, Velp scientifica, Italia)을 이용하여 Kjeldahl 증류법으로, Av-P2O5는 UV-spectrophotometer (Genesys 2PC, Thermo scientific, USA)를 이용하여 Bray No.1법으로, 치환성 칼륨은 Flame photometer (PFP7, Jenway, Staffordshire, UK)을 이용하여 1N-NH4OAc 침출법으로 각각 분석하였다.
통계분석
통계처리는 SPSS (ver. 27, IBM, New York, USA)을 이용하여 Duncan 다중검정을 통해 처리구간 평균값의 유의차를 검정하였다.
결과 및 고찰
토양의 무기 성분 함량
시험 전과 후의 토양 화학적 특성 중 pH는 시험 전보다 감소하였고, EC, OM, T-N, Av-P2O5 및 Ex-K 에서 시험 전보다 증가하였다(Table 1). 시험 종료 후 미생물 비료 처리구별 토양 분석 결과 무처리구, 대조구, LFBS 처리구(LFBS, 2LFBS, 4LFBS) 및 멸균구(SLFBS) 사이에서 통계적으로 유의적인 차이를 나타내지 않아 미생물비료의 처리에 따른 토양 화학성의 변화는 확인할 수 없었다.
잔디 품질 및 생육 조사
시험 전인 5월의 엽색 지수의 범위는 7.40-7.53으로 각 처리구들 사이에서 통계적으로 유의적인 차이를 나타내지 않아 미생물 비료 처리 후 잔디 생육 및 품질 평가에 적합하였다(Table 2). 무처리구와 비교할 때, 한지형 잔디의 생육 적온인 6월, 9월 및 10월에는 미생물 비료 처리구에서 엽색 지수가 높았으나, 잔디의 생육 적온보다 높은 여름철인 7월과 8에는 통계적으로 유의적인 차이를 나타내지 않았다. 또한 무처리구와 비교할 때, LFBS의 엽색 지수는 8-9월에 감소하였고, 생육기간의 평균 값도 낮았다. 이는 하절기에 한지형 잔디의 생육 적온보다 기온이 높고, 강우가 잦았기 때문으로 판단된다(Tae et al., 2006). 대조구와 비교할 때, 대체적으로 LFBS 처리구 및 멸균구는 통계적으로 유의적인 차이를 나타내지 않았으나 8월과 9월에서 LFBS 처리구 및 멸균구의 엽색 지수가 대조구보다 감소하였고, 이로 인해 생육기간 중 평균 엽색 지수가 대조구보다 낮았다. 멸균구와 비교할 때, 대조구의 엽색 지수는 통계적으로 유의적인 차이를 나타내지 않아 미생물 비료에 의한 잔디 엽색 지수 향상 효과는 나타나지 않았고, LFBS 처리구와도 통계적으로 유의적인 차이를 나타내지 않아 효과를 확인하기 어려웠다. Chang and Yoon (2011)은 해조추출물의 엽면 처리 시 잔디 엽색의 변화는 미미하다고 보고하였으며 본 연구 결과와 유사하였다.
Table 2
The change of turfgrass color index in the creeping bentgrass applying liquid fertilizer containing B. amyloliquefaciens and seaweed extracts (LFBS).
미생물 비료 처리 후 잔디의 비해를 조사하기 위해 엽록소 지수을 조사하였다(Table 3). LFBS 시비 후 잔디의 엽록소는 생육 적온인 5월, 6월, 9월 및 10월의 조사에서 높았고 생육 적온보다 높았던 7월과 8월에 감소하는 경향을 나타냈다. 무처리구와 비교할 때, 5월, 6월, 9월 및 10월에서 LFBS 처리구 및 멸균구의 엽록소 지수는 증가했지만 대조구와 비교할 때, 통계적으로 유의적인 차이를 나타내지 않았고, 고온기인 7월과 8월에 LFBS 처리구 중 일부 처리구에서 엽록소 지수는 감소하기도 하였다. 이들 결과를 종합해 볼 때, 생육기간 동안 LFBS 처리구의 엽록소 지수는 무처리구보다 증가하였고, 대조구와는 통계적으로 유의적인 차이를 나타내지 않았다. Jeon et al. (2018)은 해조추출물이 함유된 액상비료 처리 시 크리핑 벤트그래스의 엽록소 지수는 미미하다고 보고하여 본 연구와 유사한 결과를 나타냈다.
Table 3
The change of chlorophyll index in the creeping bentgrass applying liquid fertilizer containing B. amyloliquefaciens and seaweed extracts (LFBS).
비료 처리 후 잔디의 생육 정도를 비교하기 위해 잔디 예고를 조사하였다(Table 4). 잔디 예고는 잔디의 생육시기별 차이가 다르게 나타났고, 생육기간 중 조사된 평균값으로 처리구별 생육을 비교할 때, LFBS처리구의 잔디 예고는 9월과 10월에 무처리구보다 증가하였고, 대조구와는 통계적으로 유의적인 차이를 나타내지 않았다. 기온이 높고 잦은 강우가 있어 크리핑 벤트그래스의 생육이 낮았던 8월을 제외하고는 멸균구의 잔디 예고는 무처리구보다 증가하였으나, 대조구 및 LFBS 처리구와 비교했을 때는 통계적으로 유의적인 차이를 나타내지 않아 LFBS에 함유된 식물 생장 촉진 물질이나 효소에 의한 잔디 생육 증진 효과는 미미했다. 미생물이 함유된 기능성 비료는 잔디의 근권 생육을 개선하여 양분흡수를 개선시키기 때문으로 알려져 있다(Kim et al., 2010). 이는 일반적으로 잔디 생육 및 품질이 미생물의 활성에 의한 것보다는 양분으로 공급되는 비료성분의 흡수가 잔디의 생육과 품질에 미치는 영향이 크기 때문이다(Lee et al., 2015). Kim et al. (2021)은 유기물 분해능이 우수한 B. amyloliquefaciens를 유기물과 함께 처리 시 상추(Lactuca sativa)에서 생육이 개선되지만 육기물을 공급하지 않는 경우 생육이 증대된다고 보고하였다. 그러나 골프장의 그린은 유기물 함량이 농경지에 비해 부족하고(Kim et al., 2021; Table 1), 갱신작업을 통해 토양 중 유기물을 분해하고, 환원성 물질을 배출시키기 때문에 B. amyloliquefaciens의 유기물 분해에 의한 양분 공급 효과가 미미하기 때문이다(Lee et al., 2015). 또한, B. amyloliquefaciens을 골프장에서 이용하는 것은 토양 중 유기물 분해에 의한 잔디의 생장 촉진 보다는 항균물질을 발생하여 잔디 병해 방제 효과를 나타내기 때문이다(Jeong et al., 2017).
Table 4
The change of shoot height in the creeping bentgrass applying liquid fertilizer containing B. amyloliquefaciens and seaweed extracts (LFBS).
LFBS 시비 초기(5월 20일)와 종료 후(10월 20일)의 잔디 줄기 밀도 및 뿌리의 길이 변화는 Table 5와 같다. 5월 20일과 10월 20일 조사에서 잔디 줄기 밀도는 각각 17.0-19.3 ea cm-2와 17.7-24.7 ea cm-2의 범위로 조사되었고, 시험 시작 시기인 5월 20일 조사에서 처리구간 줄기 밀도는 통계적으로 유의적인 차이를 나타내지 않아 실험에 들어가기 적합했다. 시험 종료 후인 10월 20일 조사에서 줄기 밀도는 처리구간에 통계적으로 유의적인 차이를 나타내지 않았다.
또한 잔디 뿌리 길이의 변화는 5월 20일과 10월 20일 조사에서 각각 120-128 mm와 93-122 mm의 범위로 조사되었고, 시험시작 시기인 5월 20일 조사에서 처리구간 뿌리 길이는 통계적으로 유의적인 차이를 나타내지 않아 실험에 들어가기 적합했다(Table 5). 10월 20일 조사에서 뿌리 길이는 무처리구와 비교할 때, LFBS, 2LFBS 및 SLFBS 처리구에서 통계적으로 유의적인 차이를 나타내지 않았고, 대조구와 비교에서도 통계적인 유의차를 나타내지 않았다. 식물의 생장에서 indole-3-acetic acid (IAA)와 같은 auxin은 식물의 뿌리와 지상부의 생장에 관여하는 식물생장호로몬이다(Bangerth et al.,2000). IAA를 생산하는 Bacillus cereus A‐139를 처리한 종자에서 뿌리 신장 및 발근을 촉진시키는 것으로 알려져 있다(So et al., 2009). Kim et al. (2011)은 한라산 지역에서 분리한 기능성 미생물 중 B. amyloliquefaciens는 IAA 생성능력이 상대적으로 낮아 본 연구에서 B. amyloliquefaciens를 포함하는 미생물비료의 처리 시 잔디의 뿌리 생장 및 줄기 밀도 개선 효과가 미미했던 것으로 판단된다.
요약
본 연구는 B. amyloliquefaciens 과 해조추출물 함유 액비(LFBS; liquid fertilizer containing B. amyloliquefaciencs and seaweed extracts)의 시비에 따른 잔디의 생육과 품질의 변화를 평가하기 위해 수행되었다. 처리구는 무처리구 (NF; no fertilizer), 대조구 (Control; N-P2O5-K2O=10-5-30), LFBS를 1000배 희석한 처리구 (LFBS; control+ LFBS 1 mL m-2 time-1), 500배 희석한 처리구 (2LFBS; control+ LFBS 2 mL m-2 time-1), 250배 희석한 처리구 (4 LFBS; control+ LFBS 4 mL m-2 time-1), 멸균 처리구 (SLFBS; control+ sterilized LFBS 2 mL m-2 time-1)로 구분되었다. LFBS 처리 전후에 토양 화학성은 pH를 제외하고는 EC, OM, T-N, Av-P2O5 및 Ex-K에서 시험 전보다 증가하는 경향을 보였다. 대조구와 비교할 때, LFBS 및 SLFBS 처리구의 엽색 지수, 엽록소 지수, 잔디예고, 잔디 줄기 밀도, 뿌리 길이 등은 통계적으로 유의적인 차이를 나타내지 않았다. 이 결과들을 종합해 볼 때, LFBS의 처리는 크리핑 벤트그래스의 잔디 줄기 밀도가 증가되는 경향을 나타내어 지속적인 사용 시 잔디 품질과 생육을 개선할 수 있을 것으로 판단된다
