Effects of Soil Type and Light Condition on Seedling Quality of Rare and Endemic Plants Orostachys iwarenge and Orostachys iwarenge for. magnus

토양 종류와 광 조건이 희귀특산식물 연화바위솔 및 울릉연화바위솔 규격묘 특성에 미치는 영향

Abstract

This study was carried out to investigated the effects of soil type and light condition on seedling quality of rare and endemic plants Orostachys iwarenge and Orostachys iwarenge for. magnus. The best seedling quality of O. iwarenge and O. iwarenge for. magnus seedling were shown in Klasmann soil at non-shading or LED (Red+Blue) condition, 50% shading or LED (Red+Blue) condition, respectively. Survival of O. iwarenge seedling was not influenced by the period of experiment but survival of O. iwarenge for. magnus seedling in sandy soil conditions decreased significantly. Results of correlation analysis of seedling quality and survival rate, indicated that O. iwarenge showed a correlation of 0.8 or more at plant height, leaf length and fresh weight. O. iwarenge for. magnus showed a correlation of 0.8 or more at plant height, leaf width and leaf length. Especially, seedling survival of O. iwarenge and O. iwarenge for. magnus showed a correlation of 0.8 or more at first seedling survival and second seedling survival. It was important to manage the early seedling stages of O. iwarenge and O. iwarenge for. magnus. Therefore, seedlings with plant height (over 2.5~4 cm) and root length (over 3~5 cm) were grown vigorously at 35 days after the seedling was transplanted in mid-April in Klasmann soil of 72 plug cell tray at LED (Red+Blue) conditions.

본 연구는 희귀식물 연화바위솔과 희귀특산식물 울릉연화바위솔의 종 보존을 위해 양질의 규격묘 생산방법을 구명하고자 토양종류와 광 조건이 규격묘 생산에 미치는 영향을 살펴보았다. 그 결과 연화바위솔과 울릉연화바위솔 모두 클라스만 토양에서 우수한 생육특성을 나타냈다. 광 조건에 따른 연화바위솔의 생육특성은 무차광 처리와 적색과 청색 LED 혼합처리조건에서 우수한 생육특성을 보였으며, 울릉연화바위솔은 LED 혼합처리조건과 50% 차광처리조건에서 우수한 생육특성을 나타냈다. 울릉연화바위솔은 기간이 경과함에 따라 마사토에서 생존율이 통계적으로 유의성 있게 감소하였다. 각각의 생육특성과 생존율간의 상관분석 결과 연화바위솔은 초장과 엽장, 지상부생체중 사이에 0.8 이상의 상관관계를 나타냈다. 울릉연화바위솔도 초장과 엽폭, 엽장 사이에 0.8 이상의 상관관계를 보였으며, 초장과 지상부 생체중 사이에 0.65 이상의 상관관계를 나타내 초장이 지상부 생육특성을 대표한다는 것을 알 수 있었다. 특히 연화바위솔과 울릉연화바위솔 모두 1차 측정 생존율과 2차 측정 생존율 사이에 0.8 이상의 상관관계를 보여 초기 유묘 초장과 생존율 관리가 양질의 규격묘 획득에 가장 높은 영향을 미치는 것으로 나타났다. 따라서 연화바위솔과 울릉연화바위솔을 3월 중순에 파종하여 30일 후 지상부 2 mm, 지하부 3 mm 이상 되는 유묘를 클라스만 상토가 충진된 72구 트레이에 이식하고 적색과 청색의 LED 혼합처리조건에 35일 간 육묘하면 초장과 근장이 각각 2.5~4 cm, 3~5 cm 이상 되고 엽수가 11매 이상 되는 규격묘를 생산할 수 있는 것으로 나타났다.

서 언

돌나물과(Crassulaceae)에 속하는 바위솔속(Orostachys) 식물은 국내에 12종이 분포하며(Lee, 2006), 독특한 형태와 다양한 약리 효능 및 강한 생명력 때문에 여러 분야에 사용 가능한 유용 자원식물이다. 바위솔속 식물 중에서도 연화바위솔(Orostachys iwarenge)과 울릉연화바위솔(O. iwarenge for. magnus)은 꽃이 연꽃을 닮아 연화바위솔이라 불리며 울릉연화바위솔은 울릉도에서만 자생하는 특산식물로 잎이 넓은 타원형이고 수술이 주황색인 점이 연화바위솔과의 차이점이다(Lee, 2006).

연화바위솔은 산림청(Korea National Arboretum, 2009)에서 국제단위의 취약종(vulnerable, VU)으로 지정되어 있으나, 특산식물 울릉연화바위솔은 아직까지 제대로 평가되지 못하고 있는 실정이다. 게다가 연화바위솔과 울릉연화바위솔은 주로 암벽에 드물게 자생하지만 관상 가치와 약리효능 때문에 무분별하게 채취되고 있다.

바위솔속 식물은 약용, 지피조경 및 실내분화용으로 수요가 급증함에 따라 증식 및 재배와 관련된 연구가 주를 이루어 현재까지 차광이 생육에 미치는 영향(Lee and Bang, 1998; Kim et al., 2003; Hong et al., 2006)과 분화재배를 위한 연구(Chon et al., 2011; Jeong et al., 2012) 등이 진행된 바 있다. 하지만 대량 생산을 위한 기초 단계인 규격묘 생산과 그 특징을 구명한 연구는 아직까지 진행된 바 없이 농가에서 경험에 의해 수행되고 있는 실정이다. 유용자원식물의 종자발아 및 규격묘 생산 연구는 산업화를 위해서 반드시 선행되어야 하는 필수 조건이다(Park et al., 2004). 특히 규격묘 생산을 위해서는 적절한 배양토와 환경(광량, 온도 및 습도) 조건 등이 규격묘 특성 조사를 바탕으로 밝혀져야 한다(Choi et al., 1997). 희귀특산식물인 연화바위솔과 울릉연화바위솔의 종 보존을 위한 효율적인 대량증식방법과 고부가 실생묘 개발을 위한 규격묘 생산연구가 필요한 시점이다.

따라서 본 연구는 토양 종류와 광 조건이 연화바위솔과 울릉연화바위솔 규격묘 특성에 미치는 영향을 조사하기 위해 수행되었다.

 

재료 및 방법

공시재료

본 연구에 사용된 종자는 국립수목원 유용식물증식센터(경기도 양평 소재)에 식재된 연화바위솔(2009년도 제주도 채집)과 울릉연화바위솔(2009년도 울릉도 채집)로 부터 2013년 2월 1일에 채취하여 정선한 뒤 사용하기 전까지 2℃ 냉장 보관하였다. 연화바위솔과 울릉연화바위솔 종자는 크기 1 ㎜ 이하의 미립종자로(Kang et al., 2010) 상토(바로커, 서울바이오, 한국)를 4 ㎝ 높이로 채운 육묘상자(33 ×48 ×8.5 ㎝)에 3월 12일 흩뿌림 파종하였고 복토는 하지 않았다. 파종 30일 후인 4월 12일에 지상부 2 ㎜, 지하부 3 ㎜ 이상으로 발아한 건전한 유묘를 본 연구의 공시재료로 사용하였으며, 토양 종류를 달리한 트레이에 이식하여 차광정도와 LED 광질의 광 조건에 따른 생육반응을 조사하였다.

토양 종류 및 광 조건에 따른 규격묘 특성

토양 종류는 클라스만(potgrond H, Klasmann-Deilmann, Germany), 클라스만+마사토(2:1, v/v), 마사토 등 3조건으로 처리하였으며, 유묘는 토양이 충진된 72구 트레이의 각 셀마다 한 개체씩 이식하여 24 묘씩 3반복으로 처리하였다.

광 조건은 차광과 LED (light emitting diode)를 달리하여 처리하였으며, 차광처리는 농업용 차광망(50%, 80%)을 설치하여 온실내 대조구(46,000∼53,000 ㏓, 920∼1,150 μ㏖․m−2․s−1, 실외 66,000∼86,000 ㏓, 1,500 μ㏖․m−2․s−1), 50% 차광(19,000∼23,000 ㏓, 440∼590 μ㏖․m−2․s−1), 80% 차광(10,000∼14,000 ㏓, 130∼270 μ㏖․m−2․s−1) 등 3조건으로 실시하였다. LED처리는 비닐온실내 무차광처리조건에 LED 조명기기(16h:8h, 명:암)를 설치하여 적색과 청색의 혼합처리(Red+Blue, 1:1, 7,500 ㏓, 110 μ㏖․m−2․s−1), 적색(Red, 660 ㎚, 8,500 ㏓, 55 μ㏖․m−2․s−1), 청색(Blue, 450 ㎚, 5,000 ㏓, 55 μ㏖․m−2․s−1) 등 3조건으로 실시 하였다.

광량(lux, quantity of light)은 조도계(INS Digital Lux Meter, Dx-100, Taipei)와 휴대용 광합성 측정 장치(LCi Portable Photosynthesis System, ADC, UK)를 이용하여 구름 없는 맑은 날 오전 8시에서 10시 사이 5반복으로 측정하였다.

관수는 1일 2회(08:00시, 17:00시)를 원칙으로 하였으며, 실험기간 중 따로 시비는 않았다. 각 처리당 생육조사는 초장, 엽수, 엽폭, 엽장, 근장, 지상부 및 지하부 생체중(㎎) 등에 대하여 각 처리당 3개체씩 3반복으로 5월 16일(파종 64일 후, 이식 34일 후)에 측정하였다. 연화바위솔과 울릉연화바위솔의 처리별 생존율은 5월 16일(파종 64일 후, 이식 34일 후)과 6월 3일(파종 82일 후, 이식 52일 후) 2회에 걸쳐 조사하였다. 모든 실험은 경기도 양평군 용문면에 위치한 국립수목원 유용식물증식센터 온실 내에서 진행되었다.

통계처리

연화바위솔, 울릉연화바위솔의 생육특성(초장, 엽수, 엽폭, 엽장, 근장, 지상부 및 지하부 생체중)과 생존율(5월 16일, 6월 3일)의 상관관계는 Pearson의 상관계수를 이용하여 분석하였다

모든 통계처리는 SPSS (ver. 12.0 Kor) 프로그램을 사용하였다. 집단 간 변이분석은 이원배치 변량분석(two-way ANOVA) 을 통해 실시하였으며, 유의성이 있는 경우 Duncan multiple range test (P=0.05)로 2차 검증을 실시하였다. Pearson의 상관계수는 상관분석의 이변량 상관계수를 각각 이용하였다.

 

결과 및 고찰

토양 종류 및 광 조건에 따른 규격묘 특성

연화바위솔의 규격묘 생육특성에 토양 종류와 광 조건이 미치는 영향을 알아보기 위해 34일간 양묘하여 생육특성을 조사한 결과는 다음과 같다(Table 1, Fig. 1). 초장의 생육은 클라스만 상토의 무차광처리조건에서 42 ㎜로 가장 높게 나타났으며, 엽장, 지상부 생중량도 비슷한 경향을 보였다. 엽수는 클라스만 상토의 80% 차광처리조건에서 13매로 가장 많았으며, 그 다음으로 클라스만 상토의 LED 청색 및 혼합처리조건에서 12매 정도로 나타났다. 엽폭은 마사토의 LED 혼합처리조건에서 14 ㎜로 나타났으며, 그 다음으로 클라스만 상토의 무차광처리조건에서 12 ㎜로 나타났다. 엽장과 지상부 생중량은 클라스만 상토의 무차광처리조건에서 각각 34 ㎜와 2,832 ㎎으로 가장 우수하였고, 다른 처리조건에 비해 뚜렷한 차이를 보였다. 지하부 생중량은 클라스만 상토의 LED 혼합처리조건에서 133 ㎎으로 가장 우수하였으며, 그 다음으로 LED 적색처리조건에서 121 ㎎으로 나타났다. 이러한 결과로부터 연화바위솔 규격묘 생산을 위한 상토는 클라스만 상토, 광 조건은 무차광처리 혹은 LED 혼합 처리가 가장 적합한 것으로 판단된다.

Table 1.z Mean separation within columns by Duncan’s multiple range test at P = 0.05. ns Non significant. * Significant at the 5% level. ** Significant at the 1% level. *** Significant at the 0.1% level.

울릉연화바위솔의 규격묘 생육특성에 토양 종류와 광 조건이 미치는 영향을 알아보기 위해 34일간 양묘하여 생육특성을 조사한 결과는 다음과 같다(Table 2, Fig. 2). 초장의 생육은 클 상토의 무차광처리조건에서 31 ㎜로 가장 높게 나타났으며, 엽폭과 엽장도 비슷한 경향을 보였다. 엽수는 LED 혼합처리조건에서 13매로 가장 많았으며, 그 다음으로 클라스만 상토의 무차광처리조건에서 12매 정도로 나타났다. 엽폭과 엽장은 클라스만 상토의 무차광처리조건에서 각각 15 ㎜와 24 ㎜로 가 장 우수하였으며, 다른 처리구에 비해 뚜렷한 차이를 보였다. 근장은 클라스만+마사토의 무차광처리조건에서 39 ㎜로 가장 길었으며, 그 다음으로 클라스만 상토의 LED 청색처리조건에서 31 ㎜로 나타났다. 지상부 및 지하부 생중량은 클라스만 상토의 LED 혼합처리조건에서 각각 659 ㎎과 36 ㎎으로 가장 우수하였으며, 다른 조건에 비해 뚜렷한 차이를 보였다. 그 다음으로 클라스만 상토의 50% 차광처리와 LED 청색처리조건에서 각각 552 ㎎과 11 ㎎ 그리고 477 ㎎과 26 ㎎으로 나타났다. 이러한 결과로부터 울릉연화바위솔 규격묘 생산을 위한 상토는 클라스만 상토, 광 조건은 LED 혼합처리가 가장 적합한 것으로 판단된다.

연화바위솔과 울릉연화바위솔은 돌나물과 바위솔속 내의 근연관계에 있기 때문에 동일한 환경요인(토양 : 클라스만, 광 조건 : LED 혼합)에서 우수한 생육특성을 보였으나 규격묘 생육특징은 종에 따라 큰 차이를 보였다(Table 1, 2). 이는 연화바위솔과 울릉연화바위솔이 근연관계에 있더라도 모수가 적응한 자생지의 지리·환경차이(Sinjushin and Akopian, 2011) 때문인 것으로 사료된다.

Table 2.z Mean separation within columns by Duncan’s multiple range test at P = 0.05. ns Non significant. * Significant at the 5% level. ** Significant at the 1% level. *** Significant at the 0.1% level.

토양 종류와 광 조건에 따른 연화바위솔 생육특성의 ANOVA 분석 결과, 토양 종류는 엽폭을 제외한 대부분의 생육특성에서 고도의 유의성이 인정되었으며 광 조건 및 토양과 광 조건의 상호 작용 또한 엽수와 엽폭을 제외한 대부분의 생육특성에서 유의성이 인정되었다(Table 1). 그리고 토양 종류와 광 조건에 따른 울릉연화바위솔 생육특성의 ANOVA 분석 결과, 토양 종류는 모든 생육특성에서 고도의 유의성이 인정되었으며 광 조건은 엽수와 지상부를 제외한 생육특성에서 유의성이 인정되었다 (Table 2). 토양종류와 광 조건의 상호 작용 또한 엽수와 엽폭을 제외한 대부분의 생육특성에서 유의성이 인정되었다

연화바위솔과 울릉연화바위솔은 주로 절벽바위의 척박한 토양(주로 마사토)에 자생하는 것으로 알려져 있으나 초기 생육특성을 조사한 결과, 두 종 모두 마사토 보다 클라스만 상토에서 월등히 우수한 경향을 보였다(Table 1, 2). 클라스만 상토는 ㏗ 6.0의 유묘육성용 상토로 구조적 안정성이 있으며, 통기성, 배수력과 보수력이 우수하여 표면이 쉽게 마르지 않는 장점(Klasmann-Deilmann GmbH, 2013)으로 전문 실험용으로 단용 및 혼용하여 사용되고 있다(Park et al., 2007; Son et al., 2011). 특히 연화바위솔과 울릉연화바위솔처럼 암석지에서 자생하는 가시오갈피의 유묘 출현율과 생육 특성이 클라스만 상토에서 가장 우수하다는 보고(Li et al., 2003)와 본 연구결과가 일치하였다.

Fig. 1.Effects of soil type and shading, LED light quality on the seedling growth of O. iwarenge.

Fig. 2.Effects of soil type and shading, LED light quality on the seedling growth of O. iwarenge for. magnus.

광 조건 중 차광조건에 따른 실험결과 연화바위솔은 무차광 처리조건에서 생육특성이 우수하였고, 울릉연화바위솔은 50% 차광처리조건에서 지상부 생중량이 우수하였다. 한편, 울릉연화바위솔 분화재배시 52% 차광처리조건에서 지상부 생육특성인 초장, 유묘 폭 및 런너 개수가 우수한 결과를 보고하여(Jeong et al., 2012), 본 연구결과와 유사한 경향을 나타내어 울릉연화바위솔은 연화바위솔과는 달리 반음지식물의 특성을 가졌기 때문으로 판단된다.

광 조건 중 LED 처리에 따른 실험결과 연화바위솔과 울릉연화바위솔 모두 LED 혼합처리조건에서 가장 우수한 지하부 생중량을 나타내었고, 지상부 생육특성 또한 양호한 결과를 나타냈다. 이러한 결과는 다육식물인 월토이(Kalanchoe tomentosa), 미니 염좌(Crassula portulacea), 청솔(Sedum corynephyllum)에서도 적색과 청색 LED 혼합처리조건에서 우수한 생육을 보고한 결과(Song and Song, 2012)와 본 연구결과가 일치하였다. 인공 광원으로서 LED 처리는 과거에 사용했던 백열등에 비해 수명이 10∼30배 길고, 열이 발생하지 않으며, 전기에너지로부터 광전환 효율이 90%로 효율적이며, 식물생산량과 상품성을 향상시킬 수 있는 특징 때문에 널리 이용되고 있다(Bang and Kim, 2012). 특히 LED 처리시 유효성분 함량이 향상되는 것과 같이 (Son et al., 2012) 향후 연화바위솔과 울릉연화바위솔을 대상으로 LED 처리에 따른 유효성분 함량을 분석하는 연구도 필요한 것으로 사료된다.

Table 3.z Mean separation within columns by Duncan’s multiple range test at P = 0.05. ns Non significant. * Significant at the 5% level. ** Significant at the 1% level. *** Significant at the 0.1% level.

본 연구에서는 클라스만 상토와 LED 혼합처리조건에서 생육시킨 연화바위솔과 울릉연화바위솔 규격묘의 생육특성 표준편차가 다른 조건과 비슷하거나 적게 나타나 실험 조건 중에서 가장 균일한 규격묘를 생산한 것으로 판단된다(Table 1, 2; Fig. 1, 2). 묘 균일도는 규격묘의 우수한 생육특성과 함께 산업화의 필수단계로 균일한 묘를 생산하여야 생산단가가 높아지고, 정식이 용이하며 기계화작업이 가능하다(Kim et al., 1999). 현재 균일한 규격묘 생산을 위해 플러그 셀 트레이 육묘가 적극 활용되고 있으며 공간 활용도가 높고 묘목의 뿌리피해를 최소화하며 빠른 이식이 가능하기 때문이다(Kumar et al., 2009; Park et al., 2012). 이에 비해 전통적으로 사용되는 양묘판에 뿌려 발아 시킨 후 하나씩 뽑아서 이식하는 방식은 뿌리피해가 많아 그 만큼 성장도 느리고 병충해에 취약해져 결국 양질의 규격묘를 생산하는 데 단점으로 작용된다(Kumar et al., 2009). 따라서 LED 혼합 처리는 연화바위솔과 울릉연화바위솔 뿐만 아니라 기타 바위솔속 식물의 우수 규격묘 생산에 적극 활용될 수 있을 것으로 기대된다.

연화바위솔의 각 조건별 생존율은 5월 16일(파종 64일 후, 이식 34일 후)과 6월 3일(파종 82일 후, 이식 52일 후)에 95∼100% 의 생존율로 각 조건에 따른 유의성을 보이지 않았으나 울릉연화바위솔의 각 조건별 생존율은 36∼94%로 통계적으로 유의적인 차이를 나타냈다(Table 3). 특히 육묘 기간이 50일이 지나면서 마사토에서 육묘한 울릉연화바위솔의 생존율이 급격히 감소하였다. 하지만 클라스만 토양의 무차광처리, LED 적색과 청색 혼합 및 청색 조건에서 90% 이상의 우수한 생존율을 보여 본 조건이 규격묘 생산에 최적 조건으로 판단되었으며 추후 재배를 위한 기초 정보로의 활용도 가능할 것으로 생각된다.

연화바위솔과 울릉연화바위솔의 생육특성과 생존율 모두 정의 상관관계를 보였다(Table 4, 5). 연화바위솔 초장은 엽장 및 생체중(지상부)과의 상관관계가 0.8 이상으로 나타났으며, 엽장 또한 생체중(지상부)과 상관관계가 0.8 이상으로 나타났다 (Table 4). 특히 유묘 이식 34일 후 초기생존율(5월 16일 생존율)은 이식 52일 후 생존율(6월 3일 생존율)과의 상관관계가 0.8 이상으로 높게 나타났다.

Table 4.* Significant at the 5% level. ** Significant at the 1% level.

Table 5** Significant at the 1% level.

울릉연화바위솔의 초장은 엽폭, 엽장과의 상관관계가 0.8 이상으로 나타났으며, 특히 초장은 엽장과의 상관관계가 0.95 가까이 나타나 매우 높은 상관관계를 보였다(Table 5). 엽폭 또한 엽장과의 상관관계가 0.8 이상으로 나타났다. 유묘 이식 34일 후 초기생존율(5월 16일 생존율)은 연화바위솔과 마찬가지로 이식 52일 후 생존율(6월 3일 생존율)과의 상관관계가 0.8 이상으로 높게 나타났다. 또한 유묘 이식 52일 후 생존율은 초장, 엽수, 엽폭, 엽장 및 생체중(지상부) 등과의 상관관계가 0.5에 가까워 지상부와 어느 정도 상관이 있는 것으로 나타났다. 따라서 울릉연화바위솔은 초기 생존율 관리가 규격묘 증식에 가장 중요한 요소로 작용하고 있음을 확인 할 수 있었으며, 지상부 생육 특성 또한 생존율에 영향을 미치는 것으로 나타났다.

지금까지 연화바위솔과 울릉연화바위솔의 재배 연구(Lee and Bang, 1998; Jeong et al., 2012)는 실험 전 유묘 크기와 특성이 구체적으로 제시되지 않아 어느 조건에서 얼마나 성장하였는지 분석이 불가능하였다. 다만 바위솔의 경우 Jeon (2006) 이 유묘의 조건을 엽수로 계산하여 ‘대’ 18매, ‘중’ 13매, ‘소’ 8매로 제시하였고, 본 연구에서도 연화바위솔과 울릉연화바위솔의 엽수는 지상부 생육특성에 0.6의 상관관계를 보여 어느 정도 상관이 있는 것으로 인정되었다. 하지만 엽수는 지하부 생육특성에 연화바위솔 0.3∼0.4, 울릉연화바위솔은 0.2∼0.5의 상관 관계를 보여 거의 상관이 없는 것으로 인정되어 연화바위솔과 울릉연화바위솔의 엽수가 유묘의 전체 생육특성을 대표한다고 볼 수 어렵다고 판단된다(Table 4, 5).