온도 및 생육시기에 따른 수경재배 인삼의 생장특성과 수량에 관한 연구
이경아*·장윤기*·박성용*·김경애**·김선호**·송범헌*†
*충북대학교 농업생명환경대학 식물자원학과, **충북 증평군 농업기술센터
Studies on Growth Responses and Yields of Panax ginseng C. A. Meyer Grown under Hydroponic Culture with different Temperatures and Growth Stages
Gyeong A Lee*, Yoon Kee Chang*, Seong Yong Park*, Gyeong Ae Kim**, Sun Ho Kim**
and Beom Heon Song*†
*Department. of Plant Science, College of Agriculture, Life & Environment Sciences, Chungbuk National University, Cheongju 361-763, Korea.
**Jeungpyeong Agricultural Technology Center, Jeungpyeong 368-901, Korea.
ABSTRACT: This study was carried out to have the basic and applied informations relating to increase the productivity and quality of ginseng. 2 years-old ginseng was cultivated under hydroponic culture with the controlled environment condi- tions in a greenhouse. Major growth characters and yields were investigated with two different temperatures and several growth stages. The plant height and stem diameter were higher at low temperature than those at high temperature. They were not clearly different with six different growth stages. The root length was not clearly different between two tempera- tures; however it was continuously grown from June until August. The root diameter was higher at low temperature than that at high temperature. It was rapidly increased from June until August. The length, width, and area of leaf were higher at low temperature than those at high temperature. The fresh and dry weights of different plant tissues were also heavier at low temperature than those at high temperature. The moisture content of ginseng root was continuously decreased from June until August. The yield of ginseng was higher at low temperature compared to that at high temperature. The cultivating con- ditions in hydroponic culture of ginseng, especially temperature, would be an important factor to have better growth and production.
Key Words : Panax ginseng C. A. Meyer, Hydroponics. Growth Response, Yield, Temperature
서 언
인삼 (Panax ginseng C.A. Meyer)은 한의학적으로 기허 (氣 虛)에 사용하는 가장 중요한 보기약 (補氣藥)으로 알려져 있으 며, 중국을 비롯한 우리나라의 많은 한방의서에 수록되어 체 력증강 및 피로회복을 돕고, 소화기계, 신경계, 대사계, 순환계 등의 기능 조절을 위해 단독 또는 복합처방하는 생약으로 활 용되어 왔다 (Nam, 1996). 최근 현대인의 생활수준이 향상되 고 고령인구가 증가하는 추세에 따라 건강에 대한 소비자의 관심이 증가하여 인삼에 대한 관심도 커지고 있으며, 이에 따 라 동아시아는 물론 세계 각 지역에서 인삼의 소비가 크게 증 가하고 있다.
인삼은 다년생 작물로서 수확이 가능하기까지 최소 4년의 재배기간이 소요되며, 보통 밭 재배에서 인삼의 수확 후 휴작
기간이 10년 이상으로 길어 타 작물에 비하여 토지 생산성이 매우 낮고, 생육기간 동안 동일한 위치에서 자라기 때문에 타 작물에 비하여 토양 특성에 따른 영향을 더 많이 받는다 (Jin et al., 2009). 또한 인삼 재배에는 모잘록병과 뿌리 썩음병 같은 토양전염병과, 호우나 생육기간 동안의 온도변화와 같은 불리 한 기상 조건 등 극복해야하는 장애가 많다 (Li et al., 2005).
최근 수경재배 방법을 이용한 인삼 재배가 시도되고 있음이 보고 (Li et al., 2005; Kim et al., 2010)되고 있는데, 이 방 법으로 인삼을 재배할 경우 생육기간이 단축되고, 휴작기간이 없으며, 단위면적당 생산성이 높아질 것으로 판단된다. 인삼은 주로 뿌리를 한약재 또는 건강기능식품 원료로 이용하고 있는 데, 수경재배로 재배된 인삼의 경우, 쌈 채소, 잎차 등 인삼 잎 의 이용가능성이 증대된다는 점에서 많은 관심이 모아지고 있 다. 인삼의 잎은 뿌리에 비하여 주요 약리성분인 사포닌 함량
†Corresponding author: (Phone) +82-43-261-2511 (E-mail) [email protected]
Received 2012 May 11 / 1st Revised 2012 May 29 / 2nd Revised 2012 June 4 / Accepted 2012 June 12
이 높다고 보고 (Kim et al., 1987)되었고, 뿌리에는 함유되어 있지 않은 ginsenoside-F1, ginsenoside-F2 및 ginsenoside-F3 등과 같은 성분이 소량 함유되어 있음이 보고되었다 (Yahara et al., 1976). 또 인삼의 식물체 부위별 linoleic acid의 자동산화 반응은 잎, 줄기, 뿌리의 순으로 항산화작용을 나타내었고, 총 페놀 화합물도 잎, 줄기, 뿌리 순으로 높게 보고 (Lee et al., 2004)되어 인삼 지상부의 이용에 대한 기대는 더욱 커지고 있다.
본 연구는 2년생 인삼을 수경재배하면서 재배환경과 생육시 기에 따른 초장, 경직경, 근장, 근직경, 엽면적과 생체·건물 중의 생육특성을 조사 분석하여, 수경재배 인삼의 생산성 및 품질성 향상을 위한 기초 및 응용자료를 얻고자 수행하였다.
재료 및 방법
1. 공시재료 및 재배방법
본 시험에 이용된 수경재배 인삼은 충청북도 증평군 농업기 술센터에서 재배관리된 것으로, 자경종 묘삼을 농가로부터 구입 하여, 0.7~1.0 g의 무게로 선별한 후, 재식밀도를 8 ㎝× 10 ㎝로 하여, 수경재배 시설에 2010년 3월 1일 이식하였다.
2. 수경재배 조건
인삼 수경재배의 배지는 원예용 상토 (흥농, 한국)와 펄라이 트 3호 (경동세라텍, 한국)를 3 : 5 비율로 혼합하여 사용하였으 며, 조제된 양액은 Kim 등 (2010)의 방법을 참고하여 농도를 조정하여 이용하였다. 본 시험에 이용된 양액의 농도는 NO3-N 3.5 me/L, NH4-N 0.25 me/L, PO4-P 0.75 me/L, K 2.0 me/L, Ca 2.0 me/L, mg 1.0 me/L, SO4-S 1.0 me/L, Fe-EDTA 0.55 ppm, Mn 0.16 ppm, B 0.11 ppm, Cu 0.01 ppm, Mo 0.01 ppm, Zn 0.01 ppm으로 조제하여 사용하였다. 양액의 pH는 6.5, EC는 1.0 mS/cm으로 조절하였으며, 양액공급횟수는 1주일 에 2일, 1일에 2회 처리하여 1주일에 총 4회 처리하였다. 수경
재배의 재배상은 2단으로써 하단은 14~20℃ (저온), 상단은 18~23℃ (고온)로 온도가 유지되었고, 내부습도는 60~70%가 되 도록 관리하였으며, 광도는 저온조건인 하단은 2,300 lux, 고온 인 상단은 5,000 lux이었다 (6월 초순 맑은 날 12시에 측정).
3. 시료채취
묘삼 이식 후 3개월 뒤인 2010년 6월 7일부터 8월 16일까 지 2주 간격으로 총 6회 시료를 채취하였으며, 10개체를 1반 복으로 하여 총 3반복으로 생육조사 하였다.
4. 생육조사 방법
생육조사는 초장, 경직경, 근장, 근직경, 엽 생장과 식물체 부위별 생체중과 건물중을 조사하였다. 초장은 뇌두 바로 위부 터 인삼 잎 끝까지의 길이를 측정하였고, 경직경은 뇌두로부터 1.5㎝ 위에서 버니어캘리퍼스 (Mitutoyo Inc, Japan)를 이용해 측정하였다. 지하부의 근장은 뇌두 바로 아래부터 인삼 뿌리의 가장 긴 부분까지 측정하였고, 근직경은 뇌두 바로 아래부터 1㎝ 밑 위치에서 버니어캘리퍼스로 측정하였다. 엽면적은 엽 면적측정기 (CI-202, CID Inc. USA)를 이용하여 측정하였다.
지상부와 지하부의 생체중과 건물중은 잎, 줄기와 뿌리로 분리 하여 각각의 무게를 평량 하였는데, 생체중은 시료를 채취하여 신선한 상태로 유지하면서 식물체 부위별로 분리한 후 곧바로 평량하였고, 건물중은 78℃로 유지되는 열풍건조기에서 48시 간 동안 시료를 건조시킨 후 평량하였다. 인삼의 식물체 부위 별 수분함량은 생체중과 건물중의 차이로 산출하였으며, 수량 은 생체중의 결과를 가지고 10a당 수량으로 환산하였다.
결과 및 고찰
수경재배 방법을 이용한 2년생 자경종의 생육시기별 주요 생 육특성을 조사한 결과는 Table 1과 같다. 지상부의 생육특성 중 Table 1. Changes of growth characteristics such as plant height, stem diameter, root length, and root diameter of 2-year-old ginseng grown
under hydroponic culture with two different temperatures and six different growth stages.
Treatment Date Plant height
(㎝) Stem diameter
(㎜) Root length
(㎝) Root diameter (㎜)
Low Temp.
07-Jun 13.90 ± 1.43 2.24 ± 0.14 13.20 ± 1.99 4.48 ± 0.35
21-Jun 13.99 ± 2.00 2.34 ± 0.21 13.50 ± 1.99 5.70 ± 0.45
05-Jul 13.33 ± 1.59 2.12 ± 0.14 13.73 ± 1.69 5.67 ± 0.47
19-Jul 13.06 ± 0.87 2.13 ± 0.11 13.74 ± 1.56 6.52 ± 0.61
02-Aug 13.71 ± 1.40 2.11 ± 0.38 14.36 ± 2.54 7.06 ± 1.37
16-Aug 13.54 ± 1.38 2.20 ± 0.17 15.33 ± 1.96 7.08 ± 0.87
High Temp.
07-Jun 8.95 ± 1.18 1.93 ± 0.19 13.60 ± 1.83 3.88 ± 0.56
21-Jun 8.73 ± 1.86 1.92 ± 0.14 13.58 ± 1.39 4.82 ± 0.83
05-Jul 8.85 ± 1.65 1.95 ± 0.11 13.65 ± 2.74 5.30 ± 0.70
19-Jul 9.15 ± 2.35 1.94 ± 0.16 14.56 ± 1.38 6.00 ± 0.46
02-Aug 9.13 ± 1.28 1.95 ± 0.33 14.33 ± 2.35 6.05 ± 0.27
16-Aug 9.17 ± 1.22 1.98 ± 0.17 15.37 ± 1.72 6.07 ± 0.46
초장은 저온에서 재배된 인삼이 고온에서 재배된 인삼보다 약 0.4~0.5㎝ 정도 큰 경향을 보였다. 저온에서 재배된 인삼의 경 우 6월 7일에서 8월 16일까지 초장의 변화는 크게 나타나지 않았지만, 고온에서 재배된 인삼은 6월 7일 8.95 ㎝에서 8월 16일 9.17 ㎝로 약간 커지는 것으로 조사되었다. 경직경의 경 우도 저온에서 재배된 인삼이 고온에서 재배된 인삼보다 0.3 ㎝ 정도 큰 경향을 보였으며, 저온과 고온 모두 생육 시기에 따른 경직경의 변화는 나타나지 않았다. 관행재배 4년생 인삼의 경 우, 8월 18일에 최대 경장을 나타내지만, 통계적 차이가 인정 되지 않았고, 경직경은 5월 15일에서 9월 18일까지 6.2~7.1 ㎜ 으로 전 생육기간 중 큰 차이가 없었다는 보고 (An et al., 2002)와 마찬가지로 인삼의 재배조건과 연근이 다르지만 일단 잎이 전개된 이후 인삼의 경직경은 크게 생장되지 않는 것으로 보인다. 그러나 다년간 재배되어야하는 인삼의 특성 때문에 재 배년수가 경과되면 생육특성의 차이가 확연하게 나타나므로 다 년간의 인삼생육에 관한 연구가 필요할 것으로 판단된다.
지하부의 생육특성 중 근장은 저온에서 재배한 인삼과 고온 에서 재배한 인삼간의 차이가 거의 없었다. 저온에서 재배한 인삼은 6월 7일 13.20 ㎝에서 8월 16일 15.33 ㎝으로, 고온에 서 재배한 인삼은 6월 7일 13.60 ㎝에서 8월 16일 15.37 ㎝ 로 증가되었다. 근직경은 저온에서 재배한 인삼이 고온에서 재 배한 인삼보다 큰 경향을 보였다. 저온은 6월 7일 4.48 ㎜에 서 8월 16일 7.03 ㎜으로, 고온은 6월 7일 3.88 ㎜에서 8월 16일 6.07 ㎜으로 두 처리 모두 급격히 증가하였다. Kim 등 (2010)의 보고에 의하면 3월 25일에 이식하고 7월 25일까지 수경재배한 인삼은 배지조성에 따라 근장이 14.3~17.5 ㎝, 근 직경은 10.1~10.9 ㎜라 하여 본 실험의 7월에 조사한 결과 보 다 높은 수치를 보였는데, 이는 수경재배시 환경조건 및 양액 의 조성, 그리고 인삼품종 등에 기인된 결과로 사료되어 다양 한 환경조건과 인삼품종에 대한 연구가 이루어져야 할 것이다.
수경재배 방법으로 재배된 인삼의 생육시기별 중앙소엽의 엽 생장을 비교한 결과는 Fig. 1과 같다. 엽장은 저온에서 재배된 인삼이 고온에서 재배된 인삼보다 큰 경향을 보였다. 저온에서 재배된 인삼은 생육조사 기간 동안 엽장의 생장이 큰 변화를 보이지 않았지만, 고온에서 재배된 인삼은 8월 2일까지 약간씩
커지는 것으로 조사되었다. 엽폭도 저온에서 재배된 인삼이 고 온에서 재배된 인삼보다 약간 큰 경향을 보였으며, 저온에서 재배된 인삼은 생육조사 기간 동안 큰 변화를 보이지 않았으 나, 고온에서 재배된 인삼은 6월 7일부터 7월 19일까지는 약 간씩 증가하다가 7월 19일 이후 감소되는 경향을 보였다. 논 토양에서 재배된 2년생 천풍과 황숙종의 7월 초순에 조사된 엽장이 각각 6.3~7.0 ㎝, 5.4~5.7 ㎝, 엽폭이 3.0~3.4 ㎝, 2.7~2.8㎝ 인 것 (Lee et al., 2008)과 비교하여 보면 본 시험 에 이용된 인삼과는 품종과 재배조건이 다르지만 엽장이 저온 은 6.7~7.1 ㎝, 고온은 5.4~6.0 ㎝, 엽폭이 저온은 3.5~3.8 ㎝, 고온은 3.0~3.5 ㎝로 조사되어 저온에서 재배된 인삼의 경우 관행재배와 비교하여 엽 생장이 양호한 것으로 사료된다.
수경재배 인삼의 생육시기별 중앙소엽의 엽면적을 비교한 결과는 Fig. 2와 같다. 엽면적도 엽 생장과 마찬가지로 저온에 서 재배된 인삼이 고온에서 재배된 인삼보다 컸다. 비교적 낮 은 온도가 유지되는 저온에서 재배된 인삼은 6월 7일 14.64㎠ 에서 8월 16일 15.92 ㎠으로 증가되었고, 고온에서 재배된 인삼은 6월 7일 10.16 ㎠에서 8월 16일 11.72 ㎠로 증가되었지만 증가되는 정도는 상당히 미미한 것으로 조사되 었다. 서양삼의 경우, 엽면적의 급속한 증가는 약 150일 (5월 29일) 상배축이 출현할 때부터 약 190일 (6월 9일) 전엽기가 완료되어 엽면적이 대략 20 ㎠가 될 때까지 발생되었지만 그 이후에는 엽면적의 변화가 거의 없는 것 (Proctor et al., 2010)으로 보고되어 본 시험과 유사한 양상을 나타내었다. 인 삼은 기존에 알려진 바와 같이 생육초기 잎이 완전히 전개한 Fig. 1. Changes of leaf length and width of 2-year-old ginseng grown under hydroponic culture with two different temperatures
and six different growth stages. The bars represent the standard deviation.
Fig. 2. Changes of leaf area of 2-year-old ginseng grown under hydroponic culture with two different temperatures and six different growth stages. The bars represent the standard deviation.
이후에는 더 이상 생장하지 않는데 인공적으로 환경이 조절되 는 수경재배에서도 동일한 엽생장 반응이 조사되었다.
수경재배 인삼의 생육시기와 식물체 부위별 생체중 변화는 Fig. 3과 같다. 잎 부위의 생체중은 저온에서 재배된 인삼이 고온에서 재배된 인삼보다 많았다. 저온에서 재배된 인삼의 잎 생체중은 6월에서 8월이 될 때까지 0.9~1.1 g 사이에서 유지 되었으며, 고온에서 재배된 인삼은 6월 7일 0.71 g에서 7월 19일 0.76 g으로 미세하게 증가되다가 8월 16일에는 0.54 g으 로 감소되는 경향을 보였다. 줄기의 생체중은 6월 7일에 저온 에서 재배된 인삼이 0.88 g으로 고온에서 재배된 인삼의 0.46 g 보다 약 2배 정도 많았지만 저온과 고온에서 재배된 인삼 모두 6월 7일에서 8월 16일까지 감소하는 경향을 보였 다. 뿌리의 생체중의 경우, 저온에서 재배된 인삼은 6월 7일
0.95 g에서 8월 16일 2.07 g으로, 고온에서 재배된 인삼은 6월 7일 0.65 g에서 8월 16일 1.66 g으로 급격히 증가하였으며, 저 온에서 재배된 인삼이 고온에서 재배된 인삼보다 생체중이 많 은 것으로 보이나, 7월에서는 고온에서 재배된 인삼이 저온에 서 재배된 인삼보다 약간 많거나 비슷한 경향을 보였다. 3년 근 인삼의 경우, 비닐하우스 시설재배시 주당근중이 관행에 비 해 증수되었는데, 비닐하우스에서 강우가 차단되어 잎에 발생 하는 점무늬병과 탄저병의 발생이 현저히 감소되었고, 잎의 생 존기간이 길어 근 비대가 양호해졌기 때문이라고 보고 (Lee et al., 2011)하였다. 수경재배 인삼은 온도조건에 따라 생체중의 차이가 보이기는 하지만 온도, 광도 및 물 관리 등 재배환경이 조절이 용이하며, 관행재배에 비해 병해충 발생이 적어 관행재 배에 비해 인삼의 생체중 증가에 유리할 것으로 생각된다.
Fig. 4. Changes of dry weight of 2-year-old ginseng grown under hydroponic culture with two different temperatures and six different growth stages. The bars represent the standard deviation.
Fig. 3. Changes of fresh weight of 2-year-old ginseng grown under hydroponic culture with two different temperatures and six different growth stages. The bars represent the standard deviation.
수경재배 인삼의 생육시기와 식물체 부위별 건물중 변화는 Fig. 4와 같다. 잎 부위의 건물중은 7월 19일을 제외한 생육 시기에서 저온에서 재배한 인삼이 고온에서 재배한 인삼보다 많은 경향을 보였고, 저온과 고온 모두 생육기간동안 변화되 는 양상이 비슷하였다. 줄기의 건물중은 저온에서 재배한 인 삼이 고온에서 재배한 인삼보다 많았으며, 저온과 고온 모두 6월 7일에서 6월 21일까지는 증가하다가 그 이후 감소하는 경 향을 보였다. 뿌리의 건물중은 생체중과 마찬가지로 6월 7일 에서 8월 16일까지 꾸준히 증가하는 양상을 보였으며, 저온에 서 재배한 인삼은 0.16 g에서 0.59 g으로, 고온에서 재배한 인 삼은 0.14 g에서 0.54 g으로 건물중이 증가하여 저온에서 재배 한 인삼이 고온에서 재배한 인삼보다 약간 많은 경향을 보였 지만, 7월에는 고온에서 재배된 인삼이 저온에서 재배된 인삼 보다 많았다. 서양삼의 경우, 잎과 줄기의 건물중은 엽면적 증
가에 따라 약 200일까지 매우 급격하게 증가하고, 그 이후에 는 매우 느리게 증가하였으나, 뿌리의 건물중은 약 205일부터 증가하기 시작하여 약 260일까지 직선적으로 증가하였다고 보 고 (Proctor et al., 2010)되었으며, Bailey 등 (1991)은 1, 2 년생 인삼의 잎과 줄기의 건물중은 6월까지는 급속히 증가하 고 그 이후에는 거의 변함없이 유지되었으나, 뿌리는 4월과 5 월에는 거의 생장하지 않다가 6월 초 뿌리의 생장이 시작되어 9월초까지 지속적으로 건물중이 증가하였다고 하였다.
수경재배 인삼의 생육시기와 식물체 부위별 수분함량 변화 는 Fig. 5와 같다. 수경재배 인삼은 가공되지 않고 이용될 가 능성이 높기 때문에 수분함량은 인삼의 조직 및 식미와 관련 하여 매우 중요한 요소이다. 잎 부위의 수분함량은 저온에서 재배된 인삼이 고온에서 재배된 인삼보다 많았으며 두 처리 모두 6월 7일에서 6월 21까지 급격히 감소하였다가 7월 5일 에는 약간 증가하는 경향을 보였다. 그러나 고온에서 재배된 인삼은 7월 5일 이후 점점 감소하였으며, 저온에서 재배된 인 삼은 약간 증가되는 경향을 보였다. 줄기 부위도 잎과 마찬가 지로 저온에서 재배된 인삼이 고온에서 재배된 인삼보다 많았 으며, 두 처리 모두 6월 7일에서 6월 21일까지 급격히 감소하 였다가 7월 5일에는 증가하였다. 고온에서 재배된 인삼은 잎 과 마찬가지로 7월 5일 이후 계속 감소하는 경향을 보였으나, 저온에서 재배된 인삼은 7월 19일까지 증가되다가 그 이후 감 소하는 경향을 보였다. 뿌리의 수분함량도 역시 저온에서 재 배된 인삼이 고온에서 재배된 인삼보다 많았으며, 저온에서 재 배된 인삼은 82.56%에서 69.68%로, 고온에서 재배된 인삼은 78.60%에서 64.85%로 감소되는 것으로 조사되었다. 인삼의 수 분함량은 잎과 줄기는 생육이 진전됨에 따라 감소되었고, 동체 는 생육이 진전됨에 따라 수분함량이 유의성 있게 증가되며, 세 근은 수분함량이 감소하다 수확기에 다시 증가하는 것으로 조 사된 보고 (Song et al., 2011)와는 뿌리 부위에서 결과가 다 르게 나타났지만 인삼 뿌리 전체의 수분함량은 논재배가 75%
로 밭재배 72.4% 보다 높아 토성에 따라 차이를 보이는 보고 (Lee et al., 2004)와 같이 재배환경의 영향에 따라 수분함량
Fig. 5. Changes of moisture content of 2-year-old ginseng grown under hydroponic culture with two different temperatures and six different growth stages. The bars represent the standard deviation.
Fig. 6. Yields of different plant tissues of 2-year-old ginseng grown under hydroponic culture with two different temperatures, and three different growth stages after transplanting. The bars represent the standard deviation (MAT: Months After Transplanting).
이 차이가 나타난 것으로 사료된다.
앞에서 조사된 생체중으로 인삼의 수량을 산출해 본 결과는 Fig. 6과 같다. 수경재배 인삼은 뿌리뿐만 아니라 지상부인 잎 과 줄기를 이용할 수 있다는 장점이 있어 지상부의 수량도 중 요한데 잎, 줄기와 뿌리의 모든 부위를 합산한 수경재배 인삼 의 수량은 저온에서 재배된 인삼이 고온에서 재배된 인삼보다 수량이 많았으며, 재배기간이 길어질수록 그 차이는 더 커졌 다. 저온에서 재배된 인삼은 이식 후 3개월 후에는 341 ㎏ 에 서 5개월에는 489 ㎏으로 증가하였고, 고온에서 재배된 인삼 은 223 ㎏에서 317 ㎏으로 증가하여 저온에서 재배된 인삼이 월등히 수량이 많은 것으로 조사되었다. 수경재배 인삼의 쌈 채소나 잎차 등과 같이 새로운 이용가능성과 관련하여 수경재 배 인삼의 사포닌 함량뿐만 아니라 다른 여러 가지 성분들을 조사 분석하여 이에 더 뒷받침해야 할 필요성이 있는 것으로 판단된다.
감사의 글
본 연구는 농촌진흥청 국책기술개발사업 중 유기농 인삼 안 전생산 모델 개발 연구지원에 의해 이루어진 결과로 이에 감 사를 드립니다.
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