The Correlation between Growth Characteristics and Location Environment of Wild-simulated Ginseng (Panax ginseng C.A. Meyer)

산양삼 생육특성과 입지환경 간의 상관관계

Abstract

Wild-simulated ginseng is requires standard establishment on location environment for long-term and eco-friendly cultivation. The this study was carried out to investigate the correlation between growth characteristics and location environment of wild-simulated ginseng for selection of suitable cultivation area. Samples were collected from a 9 site of wild-simulated cultivation area and examined growth characteristics and location environment. Correlation coefficient between growth characteristics and location environment was analyzed using Spearman's rank correlation. The growth of wild-simulated ginseng was shown significantly higher in Geochang and Hamyang cultivation area. The results of correlation analysis was shown significantly correlation with percentage of conifer, total diameter at breast height, soil pH, K, Ca and Mg. The results of this study was clearly investigated the correlation between growth characteristics and location environment of wild-simulated ginseng, which is considered to will provide understanding for selection suitable cultivation area of wild-simulated ginseng.

본 연구는 고품질 산양삼 생산을 위한 표준재배기술 개발을 위해 산양삼의 생육특성과 재배지의 입지환경 간의 상관관계를 구명하고자 하였다. 전국 9지역의 산양삼 재배지를 선정하여 13년생 산양삼의 생육특성을 조사하고, 각 재배지의 임상 및 토양 이화학성을 분석하여 입지환경과 산양삼 생육특성과의 상관관계를 확인하였다. 총9개의 재배지 중에서 산양삼의 생육특성은 거창과 함양 재배지에서 다른 재배지에 비해 유의적으로 높은 것으로 나타났다. 임산과의 상관관계를 확인한 결과, 산양삼의 부피는 재배지 임상의 흉고직경과 유의적인 정의 상관관계를 보였고, 활엽수의 비율과 유의적인 부의 상관관계, 침엽수의 비율과는 유의적인 정의 상관관계를 보였다. 침엽수의 비율이 100%로 확인된 영월 재배지의 산양삼 생육특성이 다른 재배지에 비해 유의적으로 높지 않은 것으로 확인되어, 이러한 결과는 침활혼효림에서 침엽수의 비율과 상관관계가 있는 것으로 판단된다. 토양 특성과의 상관관계 분석에서는 재배지 토양의 pH, K, Ca, Mg과 생육특성 간의 유의적인 부의 상관관계를 확인할 수 있었다. 이와 같이 산양삼의 생육특성과 입지환경 간의 상관관계를 분석한 결과, 산양삼의 생육은 재배지 임상의 흉고직경이 크고, 침활혼효림에서 침엽수의 비율이 높으며, 토양의 pH, K, Ca, Mg 함량이 높지 않은 재배지에서 적합하다는 것을 확인할 수 있었다. 본 연구의 결과를 통해 산양삼 재배에 적합한 재배적지의 입지환경 조건을 확인할 수 있었고, 산양삼은 7~20년 동안 무농약, 무비료의 청정환경에서 생산하는 것이 원칙이기 때문에 본 연구의 결과를 활용하여 향후 산양삼의 예상재배지를 선정하는데 있어 도움을 줄 수 있을 것으로 사료된다.

서 언

산양삼(Wild-simulated ginseng)이란 식물학적으로 두릅나무(Araliaceae)과 인삼속(Panax)에 속하는 식물로 학명은 Panax ginseng C.A. Meyer로 표기한다. 산양삼은 [임업 및 산촌진흥 촉진에 관한 법률]에 의거 재배지 선정부터 종자, 종묘, 식재, 재배관리, 품질검사, 유통 등이 ‘특별관리 임산물’로 관리 및 감독되고 있고, 산지에서 파종 또는 이식하여 인위적 시설 없이 재배한 삼(Cultivated ginseng)을 말한다(Jeon et al., 2018). 최근 친환경 임산물에 대한 관심과 수요가 급증하면서 산양삼의 생산을 위한 재배면적 및 임가가 지속적으로 증가하고 있다. 2017년 [산양삼 종자･종묘 유통관리방안 연구]에서 조사한 연구결과에서 산양삼 재배면적은 2014년 8,477 ㏊에서 2017년 10,104 ㏊로 19.2% 증가하였으며, 생산임가는 2014년 2,205호에서 2017년 2,713호로 23% 증가하였다고 보고하였다(KFS, 2019). 그러나 우리나라 산양삼의 재배는 거래특성상 개별 농가중심으로 이루어지는 것이 대부분이고, 재배･관리에 대한 정보와 기술의 보급 없이 농민 개개인의 경험에 의존하는 것이 실정이다. 최근 Kim et al. (2019)의 연구를 통해 재배유형에 따른 산양삼의 생육특성을 비교분석하여 산양삼 재배･관리 기술을 확립에 대한 연구가 수행되었으나, 산양삼 재배에 적합한 입지환경 및 적지 선정과 관련된 국내 연구는 미흡한 실정이다(Han et al., 2011; Kwon et al., 2011). 실제 1962년부터 2013년까지 한국임학회지에 게재된 산림특용자원식물에 대한 연구 논문 중 입지환경에 대한 연구 논문은 전체의 1.4%로 매우 적은 수준이었다(Lee et al., 2015). 임업에서 임지의 생산력은 자연적인 입지조건과 토양환경에 따라 결정된다(Won et al., 2005). 그러므로 산림내의 입지환경에 대한 명확한 조사는 산양삼의 생산성을 증대시키는데 매우 중요하다고 할 수 있다. 인삼의 경우, [인삼 재배적지 기준설정 연구]를 수행하여 토양환경, 인삼수확량, 기후 등을 고려하여 인삼 재배적지 기준을 설정하고, 재배적지에 대한 정보를 경작자에게 제공할 수 있는 기반을 조성하고 있다(Hyeon et al., 2009). 이 밖에도 최근에는 오미자(Lim et al., 2010), 개병풍(Yoon et al., 2015), 참당귀(Park et al., 2019)와 같은 약용식물 자생지의 입지환경 특성에 대한 연구를 활발히 수행하고 있다. 산양삼은 임간에서 7년 이상의 장기적인 재배와 무농약, 무비료를 원칙으로 하여 생산하기 때문에 노지에서 재배하는 인삼보다 토양 및 입지환경에 대한 명확한 기준설정이 필요하다. 나아가 재배지의 입지환경과 산양삼 생육특성 간의 상관관계를 구명할 수 있다면 보다 명확한 산양삼의 최적 재배를 위한 입지환경 조건의 확립이 가능할 것이다. 따라서 본 연구에서는 산양삼 재배에 적합한 최적 재배지를 선정하기 위해 산양삼 재배지의 입지환경을 조사하여 산양삼 생육특성과의 상관관계를 구명하고자 하였다.

재료 및 방법

산양삼 및 토양시료 채취

본 연구의 공시작물인 산양삼 시료는 전국 권역별(북부, 중부, 남부)에서 각각 3지역 9개 산양삼 재배지(평창, 영월, 단양, 문경, 무주, 영주, 산청, 거창, 함양)를 선정한 후 각 재배지에서 13년생 산양삼 시료를 5본 씩 채취하였다(Fig. 1). 공시토양 시료는 각 재배지에서 표토를 제거하고 토심 10~30 ㎝에서 근권 토양 100 g을 채취하였다. 산양삼 및 토양 시료의 채취는 2018년 7월부터 9월까지 수행하였다. 채취한 산양삼 시료는 [산양삼 표준재배지침]의 수확 후 관리방법에 따라 수태(Sphagnum moss)를 위아래로 덮은 후 4℃의 저온장소에 보관하였다(Jeon et al., 2018). 토양 시료는 서늘하고 건조한 곳에서 풍건한 다음 2 ㎜ sieve를 이용하여 거른 후 실온에서 보관하였다.

Fig. 1. Sample collected cultivation area of wild-simulated ginseng.

산양삼 재배지의 입지환경 및 토양 이화학성 조사

산양삼 시료를 채취한 9개지 지역의 입지환경 조사를 실시하였다. 입지환경 조사는 산양삼 샘플을 채취한 구역으로부터 10 × 10 m 구획을 선정하고, 구획안의 임상별 수종, 수고, 흉고직경과 지형(사면방향, 사면경사, 해발고도)을 측정하였다. 토양의 이화학적 특성은 농촌진흥청 [종합검정실 분석 매뉴얼]을 참고하여 분석하였다(RDA, 2013). 산도(pH)와 전기전도도(Electric conductivity, EC)는 풍건토와 증류수를 1:5로 희석하고 30분 동안 진탕하여 pH meter와 EC meter를 이용하여 각각 측정하였다. 유기물(Organic matter, OM)은 Walkley-Black 법을 이용하였고, 유효인산(Available phosphate, P₂O₅)은 Lancaster 침출법에 준하여 1-amino-2-naphtol-4-sulfanic acid에 의한 흡광도법을 이용하였다. 양이온치환용량(Cation exchange capacity, CEC)은 1 N-NH₄OAc으로 침출 후 토양에 치환된 ⁺를 Kjeldhal 증류법으로 측정하였고, 전질소(Total nitrogen, NH₄TN) 함량은 토양 1 g에 진한 황산(H₂SO₄) 5 mL을 넣고 Block digester를 이용하여 분해 한 후 마찬가지로 Kjeldhal 증류법으로 측정하였다. 치환성 양이온(Exchangeable cation)은 토양을 1 N-NH₄OAc으로 침출 후 Inductively Coupled Plasma Optical Emission Spectrometry (ICP-OES)를 이용하여 측정하였다.

산양삼 형태 및 생육특성

산양삼 시료의 형태적 특성을 분석하기 위해, 채취한 13년생 산양삼 지하부 샘플의 표면을 증류수로 세척하고 EPSON scanner (Expression 12,000XL)를 이용하여 스캔하였다. 스캔한 파일은 WinRHIZO^TM Pro software (ver. 2017, Regent Instruments, Inc)를 이용하여 산양삼 지하부를 픽셀(Pixel) 단위로 측정한 후, 넓이 단위로 변환하여 단면적(Cross-section area), 표면적(Surface area), 부피(Volume)를 측정하였다(Wisam et al., 2018). 산양삼의 생육특성 조사는 국립종자원의 (cid:2)인삼(cid:3)작물별 특성조사요령을 준수하여 뇌두길이(Rhizome length), 주근직경(Root diameter), 주근길이(Root length), 주근 생중량(Root fresh weight)을 측정하였다(KSVS, 2014).

통계 및 상관관계 분석

분석된 데이터 값은 평균 ± 표준오차(means ± standard error, S.E.) 값으로 나타냈고, 실험값의 통계처리 및 유의성 검정은 SAS (Statistical analysis system, ver. 9.4) software를 이용하여 산양삼 재배지간 생육특성에 대한 통계분석은 Tukey’s로 유의성을 검증하였으며 각 처리구간의 최소유의차(Minimum significant difference, MSD)는 P < 0.05 수준에서 통계처리 하였다. 산양삼의 생육특성과 입지환경 간의 상관관계 분석(Correlation analysis)은 STATISTICA software (ver. 7.1)를 사용하여 Spearman’s rank correlation 상관계수(R)와 유의성 (P < 0.05)을 확인하였다.

결과 및 고찰

산양삼 재배지의 입지환경 및 토양 이화학성

전국 산양삼 재배지 9지역의 입지환경을 조사한 결과, 지형은 모두 사면지형으로 경사는 9~35°이었고, 방향은 동향, 북동향, 북서향, 남동향, 남서향으로 다양하였으며, 해발고도는 347~886 m로 확인되었다(Table 1). 임상의 경우는 영월 재배지는 침엽림이었고, 영주 재배지는 활엽림이었으며, 이외의 재배지는 침활혼효림으로 나타났다. 전체 재배지의 평균 흉고직경은 23.5 ㎝이고 함양 재배지의 평균 흉고직경이 28.0 ㎝로 가장 컸고, 수고는 전체 재배지의 평균 수고는 17.7 m에 문경 재배지의 평균 수고가 21.7 m로 가장 높았다. 산양삼 재배지의 토양 이화학성을 조사한 결과, 모든 재배지의 토성은 양질사토이고, pH는 3.84~5.20으로 산성 또는 약산성토양으로 나타났다(Table 2). 유기물 함량은 4.2~21.4%였고, 유효인산은 41.9~292.1 ㎎g/㎏, 전질소 함량은 0.12~0.69%, potassium (K)는 0.06~0.54 cmol⁺/㎏, calcium (Ca)는 0.9~12.0 cmol⁺/㎏, magnesium (Mg)는 0.17~5.57 cmol⁺/㎏, sodium (Na)는 0.04~0.08 cmol⁺/㎏, 양이온치환용량은 14.4~35.9 cmol⁺/㎏로 나타났다. 임업진흥원에서 조사한 전국 산양삼 재배지의 입지특성을 살펴보면, 사면의 방향은 북사면과 북동사면이 주를 이루고 있고 경사도는 9~29°, 임상은 조사지별로 다양하게 나타났으며 평균 흉고직경은 19.5 ㎝, 수고는 15.6 m로 나타났다(KOFPI, 2013). 전국 산양삼 재배지의 토양특성은 pH 4.0~6.0, 전질소 0.15~0.8%, 유기물 2.0~7.0%, K 0.3~0.7 cmol⁺/㎏, Ca 1.2~4.1 cmol⁺/㎏, Mg 1.0~1.5 cmol⁺/㎏으로 조사되었다. Lee (2010)의 연구에서는 일반적으로 산양삼 재배는 일조조건에 따라 북향 또는 동북향이 좋고, 사면경사는 5~15°가 적당하며, 토양은 배수가 양호한 사양토와 양토가 적당하고 하였다. 이와 같은 자료를 바탕으로 본 연구에서 선정한 9개의 산양삼 재배지는 전국 산양삼 재배지의 입지특성과 매우 유사한 것으로 확인되었다.

Table 1. Location environment of wild-simulated ginseng cultivation area

Table 2. Soil chemical properties of wild-simulated ginseng cultivation area

재배지별 산양삼 생육특성

9지역의 재배지로부터 채취한 13년생 산양삼의 생육특성을 분석한 결과, 뇌두길이를 제외한 모든 산양삼 생육특성에서 재배지간의 유의적인 차이가 있음을 확인하였다(Table 3). 거창 재배지에서 산양삼의 지하부 생중량(10.9 g, P ≤ 0.0002), 주근길이(33.2 ㎝, P ≤ 0.0003), 단면적(556.1 ㎝², P < 0.0001), 표면적(1747.0 ㎝², P < 0.0001), 부피(126.0 ㎝³, P ≤ 0.0003)가 다른 재배지의 산양삼에 비해 유의적으로 가장 높았고, 주근직경(15.3 ㎜, P ≤ 0.0002)은 함양 재배지에서 재배한 산양삼이 유의적으로 높은 것을 확인하였다.

Table 3. Growth characteristics of wild-simulated ginseng in 9 different cultivation area

산양삼의 생육특성과 임상 간의 상관관계 분석

Spearman’s rank 상관관계 분석을 이용하여 산양삼 재배지의 생육특성과 임상 간의 상관관계를 분석한 결과, 전체 평균수고, 활엽수와 침엽수의 비율에서 산양삼의 생육특성과 유의적인 상관관계를 확인하였다(Table 4). 산양삼의 부피는 재배지 수종의 평균수고(R=0.667, P ≤ 0.050)와 유의적인 정의 상관관계를 보였다. 재배지 수종과 산양삼 생육특성 간의 상관관계를 분석한 결과 침･활엽수의 비율에 따라 대조적인 상관관계를 확인하였다. 산양삼의 지하부 생중량(P ≤ 0.050), 단면적과 표면적(P ≤ 0.042), 부피(P ≤ 0.01)가 활엽수림에서는 유의적인 부의 상관관계, 침엽수림에서는 유의적인 정의 상관관계를 보였다. 해발고도는 산양삼의 생육특성과 정의 상관관계를 보였고, 사면경사는 부의 상관관계를 보였으나 유의적인 상관관계는 확인되지 않았다. 이러한 결과는 산양삼을 재배하는데 있어 재배지 수종의 평균수고가 높고, 활엽수보다는 침엽수의 비율이 높으며, 해발고도가 높고 사면경사가 낮을수록 산양삼의 생육이 증가한다고 할 수 있다. 그러나 침엽수의 비율이 100%로 확인된 영월 재배지의 산양삼 생육특성이 다른 지역에 비해 유의적으로 높지 않은 것으로 보아 침활혼효림 중에서 침엽수의 비율이 높은 재배지가 산양삼의 생육에 적합하다는 것으로 판단된다. 실제로 9개의 산양삼 재배지 중 생육특성이 유의적으로 높았던 거창과 함양 재배지는 침엽수의 비율이 높은 침활혼효림이었고, 다른 재배지에 비해 평균수고와 해발고도가 높은 것으로 확인되었다. 한국임업진흥원에서 발간한 [산양삼과 재배환경]에서는 산양삼 재배지의 해발고도가 300 m 이상, 수고는 10 m 이상, 흉고는 15 ㎝ 이상이 재배적지라고 보고하였다. Jeon et al. (2018)이 보고한 [산양삼 표준재배지침]에서도 해발고도는 기후가 서늘하고 통풍이 잘되는 고지대가 산양삼 재배에 적합하고, 임상은 상층목의 흉고직경은 15 ㎝ 이상, 수고는 10 m 이상이며, 침엽수림, 활엽수림, 혼효림의 모든 임상에서 가능하나 그 중 침활혼효림이 재배적지라 하였다. 인삼의 산지재배에 대한 선행연구에서도 본 연구와 유사한 결과를 확인할 수 있었다. Nam et al. (1980)은 묘삼의 임상별 이식재배 시 침엽수림에서 출현율이 가장 좋았고, 조기낙엽율도 침엽수림에서 가장 늦었다고 보고하였다. Lim et al. (2003)은 임간재배 인삼의 재배유형별 생육을 조사한 결과, 인삼의 생존율은 침엽수림에서 활엽수림에 비해 높았고, 지상 및 지하부 생육은 임상별 유의적인 차이는 없었지만 활엽수림에서 생육이 좋지 않았다고 보고하였다.

Table 4. Correlation between forest physiognomy and growth of wild-simulated ginseng using Spearman’s rank correlation analysis

산양삼의 생육특성과 토양 이화학성 간의 상관관계

Spearman’s 상관관계 분석을 통해 산양삼 생육특성과 토양이화학성 간의 상관관계를 분석한 결과, pH, K, Ca, Mg은 산양삼의 지하부 생중량과 면적, 부피에 대해 유의적인 부의 상관관계를 가지는 것으로 확인되었다(Table 5). 이러한 결과는 재배지 내 토양의 pH, K, Ca, Mg 함량이 낮을수록 산양삼의 지하부 생중량, 면적, 부피가 증가하는 것을 의미한다. 우리나라 산림토양의 pH는 5.48로 비교적 낮은 편이고(Kwon et al., 2011), 산양삼 재배에 적합한 토양 산도는 pH 5.5. 내외의 토양으로 알려져 있다(Jeon et al., 2018). 산양삼 재배적지의 토양이화학성에 대한 기준은 아직까지 미비한 실정이지만 농촌진흥청에서 발간한 [인삼 예정관리지 표준지침]에서는 인삼 재배적지의 토양이화학적 특성은 pH 5.0~6.0, 유기물 10~20 g/㎏, 유효인산 100~250 ㎎/㎏, K 0.3~0.7 cmol⁺/㎏, Ca 3.0~5.0 cmol⁺/㎏, Mg 1.0~2.0 cmol⁺/㎏으로 기준을 선정하고 있다(NIHHS, 2009). 본 연구에서 확인한 재배지들의 평균 pH는 4.56으로 낮은 pH에서도 산양삼의 재배가 가능한 것으로 판단되고, 유효인산 (165.3 ㎎/㎏), K (0.2 cmol⁺/㎏), Ca (4.8 cmol⁺/㎏), Mg (1.3 cmol⁺/㎏)은 우리나라 일반적인 산양삼 재배지와 유사한 토양특성을 가지는 것으로 나타났다. Chung and Choi (2003)는 인삼재배에 있어 토양성분이 부족한 것 보다는 특정성분이 과다하여 생리장애가 발생하는 경우가 많다고 하였고, Hyun et al., (2009)도 K, Ca, Mg의 함량이 높은 재배지는 인삼의 생육과정에 있어서 생리장애가 복합적으로 나타나는 현상으로 보인다고 보고하였다. 비료학 관점에서 K의 과잉은 Ca와 Mg의 길항관관계로 이들의 흡수를 억제하여 결핍을 유발할 수 있고, 토양 내 Ca이 과다하면 토양의 알칼리화와 더불어 인산과 미량원소의 유효도가 낮아져 결핍을 유발할 수 있다(Lim, 2005). 이와 같은 결과는 본 연구에서 산양삼의 생육과 K, Ca, Mg 함량과의 부의 상관관계에 대한 연구결과를 뒷받침 한다.

Table 5. Correlation between soil chemical properties and growth of wild-simulated ginseng using Spearman’s rank correlation analysis

적 요

본 연구는 고품질 산양삼 생산을 위한 표준재배기술 개발을 위해 산양삼의 생육특성과 재배지의 입지환경 간의 상관관계를 구명하고자 하였다. 전국 9지역의 산양삼 재배지를 선정하여 13년생 산양삼의 생육특성을 조사하고, 각 재배지의 임상 및 토양 이화학성을 분석하여 입지환경과 산양삼 생육특성과의 상관관계를 확인하였다. 총 9개의 재배지 중에서 산양삼의 생육특성은 거창과 함양 재배지에서 다른 재배지에 비해 유의적으로 높은 것으로 나타났다. 임산과의 상관관계를 확인한 결과, 산양삼의 부피는 재배지 임상의 흉고직경과 유의적인 정의 상관관계를 보였고, 활엽수의 비율과 유의적인 부의 상관관계, 침엽수의 비율과는 유의적인 정의 상관관계를 보였다. 침엽수의 비율이 100%로 확인된 영월 재배지의 산양삼 생육특성이 다른 재배지에 비해 유의적으로 높지 않은 것으로 확인되어, 이러한 결과는 침활혼효림에서 침엽수의 비율과 상관관계가 있는 것으로 판단된다. 토양 특성과의 상관관계 분석에서는 재배지 토양의 pH, K, Ca, Mg과 생육특성 간의 유의적인 부의 상관관계를 확인할 수 있었다. 이와 같이 산양삼의 생육특성과 입지환경 간의 상관관계를 분석한 결과, 산양삼의 생육은 재배지 임상의 흉고직경이 크고, 침활혼효림에서 침엽수의 비율이 높으며, 토양의 pH, K, Ca, Mg 함량이 높지 않은 재배지에서 적합하다는 것을 확인할 수 있었다. 본 연구의 결과를 통해 산양삼 재배에 적합한 재배적지의 입지환경 조건을 확인할 수 있었고, 산양삼은 7~20년 동안 무농약, 무비료의 청정환경에서 생산하는 것이 원칙이기 때문에 본 연구의 결과를 활용하여 향후 산양삼의 예상재배지를 선정하는데 있어 도움을 줄 수 있을 것으로 사료된다.

사 사

본 연구는 국립산림과학원 일반연구사업 “고품질 산양삼 생산을 위한 친환경 재배기술 개발(Project No. FP0802-2017-01)과 임업･산림분야 기후변화 영향･취약성 평가 및 적응 연구(Project No. FE0100-2018-05)”의 지원에 의해 수행된 결과로서 이에 감사드립니다.