본 연구는 충청남도농업기술원 인삼약초연구소의 폴리에틸렌 (polyethylene, PE) 플라스틱 온실에서 가로 90 ㎝ × 세로 90 ㎝ × 높이 30 ㎝의 플라스틱 박스를 사용하여 실시하였다. 지황의 근경 수확 후 토양에 남게 되는 근경 잔류물이 지황의 연작에 미치는 영향을 조사하기 위하여 수확 시 토양에 잔류하는 6 ㎜ 이하의 근경을 믹서기에 곱게 분쇄한 후 토양에 투입하였다. 근경 잔류물은 육안으로 건전한 근경과 뿌리썩음병이 발생된 근경으로 구분하고, 각각을 신선한 토양에 분쇄된 근경을 400 g, 800 g, 1,600 g의 수준으로 첨가한 후 혼합하였다.

박스에 투입된 토양은 지황을 재배하지 않았던 초작지 토양으로, 토양 살균을 위해 토양을 PP 마대자루에 담아 고압증기멸균기 (LAC-5060SD, DAIHAN LABTECH Co., Ltd., Namyangju, Korea)로 121℃에서 1 시간 동안 멸균한 후 박스 당 200 ℓ를 투입하였다.

5월 12일에 종근을 2 ㎝ 길이로 절단하여 처리구 당 18 개씩 그리고 식재 간격은 30 ㎝ × 15 ㎝으로 박스에 식재하였고, 실험구는 난괴법 (randomized block design) 3 반복으로 배치하였다. 토양 수분은 점적 관수시설을 이용하여 수분함량이 15%가 되도록 관리하였고, 기타 재배관리는 농촌진흥청 약용작물 농업기술길잡이에 준하여 실시하였다 (RDA, 2019).

전년에 지황을 재배하였던 연작지를 시험장소로 사용하였으며, 훈증을 위한 약제는 다조멧 입제 (basamid, Farm Hannong Co., Ltd., Seoul, Korea)로써 2019년 5월 상순에 Fu 등 (2012)의 방법에 따라 처리하였다.

특별히 토양 수분을 18% 내외가 되도록 관수하여 다조멧입제가 토양에서 수분과 반응하여 가스로 분해가 될 수 있도록 하였다. 다조멧 입제를 10 a 당 0 ㎏, 30 ㎏, 40 ㎏, 50 ㎏ 의 비율로 토양에 혼합하고, 토양 표면에 0.15 ㎜ 두께의 PE 투명 비닐 (Ilshin Chemical Co. Ltd., Ansan, Korea)을 2 주간 피복하여 가스가 휘산되지 않도록 하였다.

2 주간의 피복 후 비닐을 제거하고 2 일 간격으로 3 회 경운하여 잔류가스를 빼주었다. 훈증처리 시 평균 지온은 19.6℃로 가스 발생 최소 온도인 15℃를 상회하여 가스 발생 조건을 충족하였다. 실험구는 난괴법 (RCBD) 3 반복으로 배치하였고, 2 ㎝로 절단된 종근을 처리 당 30 ㎝ × 15 ㎝ 간격으로 총 399 개를 식재하였다. 기타 재배관리는 위 실험과 동일하게 수행하였다.

지상부 생육은 출아율과 초장, 엽수, 엽장, 엽폭, 생체중, 시들음 증상 발생률 등을 조사하였고, 지하부 생육, 수량성 및 뿌리썩음병 발생률은 재식 후 180 일이 경과하였을 때 수확하여 조사하였다. 근경의 굵기가 12 ㎜ 이상은 상근, 6 ㎜ – 12 ㎜는 종근으로 구분하였다.

뿌리썩음병 발생률은 이병된 부위를 절단하여 개체당 무게의 비율로 나타내었으며 방제가는 지상부 시들음 증상이 발생된 개체수를 계수하여 전체 주수의 비율로 나타내었다.

통계분석은 SAS EG (SAS Institute Inc., Cary, NC, USA) 프로그램을 이용하여 분산분석 (ANOVA)을 실시하였다. 각 측정군의 평균을 산출하고, 평균 간 유의성 비교는 5% 수준에서 Duncan’s Multiple Range Test (DMRT)로 실행하였다 (p ≤ 0.05).

지황 ‘토강’의 건전한 근경과 뿌리썩음병이 발생하여 부패한 근경을 각각 분쇄하여 멸균 토양에 혼합한 후 생육 180 일차 지상부 생육 특성을 조사한 결과, 건전 근경을 첨가하였을 때 초장은 평균 33.9 ㎝로 이병 근경 첨가구인 25.1 ㎝보다 유의하게 길었으며, 건전 근경 처리구내에서는 처리량이 증가할수록 초장이 작아지는 경향을 보였다 (Table 1).

이병 근경 첨가구 내에서 처리량 간에 유의한 차이를 보여 1,600 g 첨가시 23.6 ㎝로 생육이 크게 억제되었으며, 무처리구에 비하여 12.2 ㎝가 작아졌다. 엽수는 건전한 근경 처리구가 33.3 개/주로 이병 근경 처리구 23.1 개/주보다 10.2 개/주 많았다. 건전 근경 첨가 시에도 첨가량이 증가할수록 엽수가 유의하게 감소하였는데 (p ≤ 0.05), 이러한 감소는 Xu 등 (2016)의 연구에서 인삼 뿌리 추출물은 Cylindrocarpon destructans 균의 영양 공급원이 되고 병원균 포자 발아를 유도하는 화학적 유인 물질을 함유하고 있어 재배 과정 중에 분비된 아미노산, 페놀 화합물이 생육과 병 발생에 큰 영향을 미쳤다는 보고와 같이 본 실험에서도 지황의 잔사물이 지상부 생육에 영향을 미친 것으로 판단된다.

엽장은 건전 근경 첨가구는 평균 28.9 ㎝로 이병 근경 첨가구인 21.9 ㎝보다 길었으나 유의성은 보이지 않았다. 엽폭도 이병 근경 첨가 처리가 무처리구보다 2.5 ㎝ 정도 작았으나 첨가량에 따른 유의적 차이는 관찰되지 않았다.

근경의 수는 건전 근경 첨가 시 평균 7.3 개, 이병 근경 첨가 시 평균 6.5 개로 두 처리 모두 근경 무처리구의 8.8 개 보다 유의하게 감소하였고, 특히 이병 근경의 첨가량이 증가할수록 감소하여 1,600 g 처리 시 주당 6.1 개로 가장 적었다 (Table 2).

근장 역시 유사한 경향으로 이병 근경 첨가량이 1,600 g으로 하였을 경우, 31.1 ㎝로 가장 짧았는데, 무처리구의 40.9 ㎝ 보다 9.8 ㎝가 짧았다. 건전한 근경 첨가 시에 근장은 평균 36.8 ㎝로 무처리구 대비 감소하는 경향을 보였다. 근경의 굵기는 이병 근경 첨가 시에 평균 굵기가 13.3 ㎜로 무처리구 대비 약 6.5 ㎜ 감소하였고, 첨가량이 증가할수록 감소의 폭은 더 커졌다.

생근중은 이병 근경 첨가 시에 상당히 감소하였는데, 예를 들면 1,600 g 첨가 시 근중은 주 당 86.8 g으로 무처리의 약 1/4 수준으로 감소하였다. 건전 근경 첨가 시에도 유의하게 감소하였는데, 특히 1,600 g 첨가 시 생근중은 주당 206.9 g으로 무처리구 대비 약 12.5% 감소하였다 (p ≤ 0.05).

부패근의 중량과 수를 조사했을 때 건전 근경 처리구에서는 처리량과 상관없이 부패근이 발생하지 않았지만, 이병 근경 처리 시 처리량에 비례해서 부패근의 중량과 수는 유의적으로 증가하였다. 예를 들어 이병 근경을 1,600 g 첨가 시 부패근의 생근중은 수확된 총 생근중의 58.8%를 차지하였다. 이러한 결과는 수확 후 남겨진 근경 잔사물이, 특히 뿌리썩음병이 존재하는 이병 종근일 경우, 당해 연도 지황의 종근 생산에 매우 심각한 부정적 영향을 초래할 수 있다는 것을 보여준다.

지황을 연속 재배할 경우 축적된 독성물질이 증가하여 근경의 부패가 증가하는 것으로 알려져 있다 (Li et al., 2017). Li 등 (2012)은 지황의 근경 삼출물 첨가 시 자가독성 화합물에 의해 근경의 생육이 억제되었다고 보고하였다. 인삼에서도 세근 분말을 연작지 토양에 혼화처리 시 지하부 생존율이 감소하고 뿌리썩음병이 유의적으로 증가되었다 (Lee et al., 2018b).

결론적으로 본 실험에서 지황 ‘토강’의 잔사물 중 건전한 근경을 첨가하였을 때 지상부 및 지하부의 생육은 처리량이 증가함에 따라 감소하는 경향을 보였는데, 이는 근경 분해시 발생하는 페놀화합물에 의해 생육이 저하된 것으로 보인다.

이병 근경을 첨가 시에 식물의 생육은 지상부와 지하부 모두에서 유의적으로 큰 폭으로 감소되었는데, 첨가량이 증가할수록 감소폭은 증가하였다. 또한 이병 근경 첨가구에서 뿌리썩음병의 발생도 유의적으로 증가하였는데, 이는 투입된 근경에서 유래한 높은 밀도의 병원균이 원인으로 추정되며, 또한 지황 근경 분해 시 발생하는 페놀 화합물이 뿌리썩음병균의 병원성을 증가시켜 (Sun et al., 2013) 뿌리썩음병 발생이 증가된 것으로 판단된다.

이와 같은 결과로 지황 수확 시 토양에 남아 있는 근경 잔사물은 지황의 생육에 부정적인 영향을 미치고 뿌리썩음병을 유발하여 수량이 감소하고, 결국 소득 감소로 이어지게 되므로 잔사물은 수확 시 최대한 제거할 수 있도록 하여야 한다.

연작지 토양에 다조멧 입제로 훈증 처리 후 ‘토강’ 종근을 재식하여 120 일차에 지상부 생육 특성을 조사하였다 (Table 3).

무처리구에 비하여 훈증 처리시 지상부 생육이 양호하였는데, 재식 후 40 일차 출아율은 무처리 시 연작 피해로 인해 83.2%로 가장 낮게 나타났다. 훈증제 처리시 처리량이 많을수록 출아율도 높아지는 경향을 보여 50 ㎏ 처리구가 98.3%로 가장 높았다. 초장도 무처리구의 21.8 ㎝에 비하여 훈증제 처리 시 약 5.1 ㎝ – 6.0 ㎝ 가량 증가하였고 처리량 간에는 유의한 차이는 없었다. 엽수와 엽장, 엽폭의 생육도 훈증제를 처리하였을 때 증가하였고 처리량이 증가할수록 생육은 소폭 증가하는 경향을 보였다. 지상부 생체중은 무처리구에서 주당 52.4 g일 때, 훈증제 처리는 11.3 g – 16.4 g 가량 증가시켰다. 그러나 재식 90 일차에 조사하였을 때 지상부 생육에는 훈증제 처리가 크게 영향을 미치지 않았는데 (data not shown) 이는 연작지에서 시들음병 발생 시기가 8 월 중순부터 시작되기 때문으로 생각된다.

토양 훈증제 처리량별 수확기 지하부 생육 특성을 조사한 결과 (Table 4) 근경의 수는 무처리 7.8 개에 비해 40 ㎏ – 50 ㎏ 훈증제 처리구에서 약 9.2 개로 가장 높았다. 근경의 길이는 무처리보다 훈증제 처리구가 4.2 ㎝ – 6.3 ㎝ 가량 길었고, 처리량이 증가할수록 근경의 길이도 증가하는 경향이었으며 특히 40 ㎏ 이상 처리 시 32.8 ㎝로 가장 길었다. 무처리 시 근경의 굵기는 16.0 ㎜로 가장 작았고, 10 a 당 40 ㎏ 처리하였을 때 18.4 ㎜로 가장 굵었다. 생근중도 처리 간 차이가 크게 나타나 무처리는 주당 136.7 g이었던 반면 훈증제 처리구에서는 30 ㎏ 처리 시, 153.3 g, 50 ㎏을 처리한 경우, 214.7 g, 40 ㎏을 처리한 경우, 220.0 g의 순으로 나타나 40 ㎏ 이상 처리 시 주당 생근 수량은 크게 증가하였다. 근경에 발생된 뿌리썩음병 발생률은 무처리 시 56.4%로 높았지만 훈증제 30, 40, 50 ㎏ 처리 시 각각 11.4, 4.3, 1.1%로 현저히 낮아졌다.

Fig. 1.  Yield characteristics as a function of soil fumigation treatment in Rehmannia glutinosa ‘Togang’. Vertical bars represent standard deviation of the means (n = 3). Yield index means total rhizome yield of treatments versus total yield of control.

연작장해의 주요 원인 중 하나는 단일 작물 재배에 따른 병해충에 의한 피해 증가인데 이를 해결하기 위한 방법으로 토양 훈증이 사용되고 있다. Hwang 등 (2017)은 배추 무사마귀병과 유식물체 잘록병 방제에 다조멧 입제를 10 a 당 40 ㎏ 사용 시 생육 및 병 방제에 효과적이라고 보고하였다. 또한 다조멧은 딸기 재배 시 선충, 토양 병해, 잡초 등을 방제하기 위해 39 년 장기간 사용되고 있으며 (Dangi et al., 2017), 다조멧 훈증처리는 인산 성분을 광물화시켜 작물의 흡수를 촉진시킨다는 보고도 있다 (Huang et al., 2020). 따라서 본 실험의 결과는 지황 뿌리썩음병의 방제에 다조멧 입제가 효율적으로 사용될 수 있음을 보여준다.

지황 연작지 토양 훈증제 처리량에 따른 뿌리썩음병 발생주율은 무처리 시 26.7% 발생하였으나, 훈증 시 모든 처리구에서 뿌리썩음병이 감소하여 30 ㎏ 처리 시 7.6%, 40 ㎏ 처리 시 3.1%로 낮아졌고 50 ㎏ 처리 시 1.1%로 가장 낮은 이병주율을 보였다 (Table 5). 뿌리썩음병 방제가는 훈증제 30 ㎏ 처리 시 71.5%, 40 ㎏ 처리시 88.4 %로 높아졌으며, 50 ㎏ 을 처리한 경우, 95.9%로 가장 높은 방제가를 보였다.

따라서 지황 연작지에서 토양 훈증제 처리가 뿌리썩음병 방제에 효과적이며, 경제성을 고려한 적정 처리량은 10 a에 다조멧 입제 40 ㎏이 적합한 것으로 나타났다. 또한 토양 훈증제 처리 시 토양 병해 뿐만 아니라 선충, 잡초까지 방제가 가능하여 (Hamm et al., 2003; Lee et al., 2018a; Boz, 2009) 지황 재배에 유용하게 사용될 것으로 생각된다.

지황의 건전한 근경과 병든 근경을 멸균된 토양에 첨가 후 재배 시 무처리 대비 근경 첨가 시 생육과 수량이 감소하였고, 특히 이병 근경을 1,600 g 첨가하였을 때 수량이 63.3% 감소하였다. 또한 첨가량이 많을수록 뿌리썩음병 발생이 58.8%로 증가하였다. 지황 연작지 토양훈증제 다조멧 입제 처리시 시들음병을 방제할 수 있었으며 10 a 당 40 ㎏ 이상 처리시 88% 이상의 방제 효과를 보였다.

따라서 지황 연작장해 원인균을 동정하고 뿌리썩음병 발병조건에 따른 생장, 근경 수량과 토양 훈증 처리 효과를 고려했을 때, 지황 ‘토강’ 연작재배지 다조멧 입제의 적정 처리량은 40 ㎏/10a로 판단된다.