휴믹산이 포함된 친환경 제설제가 고추 모종 생장에 미치는 영향
The Effect of Eco-Friendly Deicing Agents Containing Humic Acid on Plant Growth
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Abstract
목적
본 실험은 고추 모종을 대상으로 염화칼슘(CaCl2)과 휴믹산(HA)을 혼합한 친환경 제설제가 염 스트레스를 완화하고, 식물 생장에 미치는 영향을 분석하였다. 기존 염화물계 제설제가 식물 및 토양에 미치는 부정적인 영향을 최소화하기 위한 대안으로서, 휴믹산이 식물의 생리적 반응과 토양의 전기전도도(EC) 개선에 기여하는지 평가하였다.
방법
21일 동안 대조군(Count.), 염화칼슘 처리군(CaCl2), 휴믹산 처리군(HA), 휴믹산과 염화칼슘을 혼합한 혼합 처리군(HUA2, HUA5, HUA10)을 설정하여 고추 모종의 줄기와 뿌리 생장을 측정하였다. 또한, 잎의 고사율 및 토양의 전기전도도(EC) 변화를 측정하여 염 스트레스 완화 효과를 평가하였다.
결과 및 토의
실험 결과, 대조군(Count.), 휴믹산 처리군(HA), 휴믹산과 염화칼슘 혼합 처리군(HUA2, HUA5, HUA10)에서 줄기 길이가 증가하였으며, 특히 혼합 처리군 중 HUA5에서 가장 큰 성장이 관찰되었다. 반면 염화칼슘 처리군(CaCl2)에서는 줄기 성장이 이루어지지 않았으며, 잎의 고사율이 66.7%로 생장에 부정적인 영향을 미쳤다. 토양의 EC 값은 휴믹산 단독 처리군(HA)에서 0.21mS/cm로 가장 낮았고, 염화칼슘 처리군(CaCl2)에서 1.25mS/cm로 가장 높았다. 혼합 처리군에서는 휴믹산 농도가 증가할수록 EC 값이 감소하는 경향을 보였다. 이는 휴믹산이 염류 스트레스를 완화하고 식물의 생장을 촉진하는 역할을 할 수 있음을 나타낸다.
Trans Abstract
Objectives
In this experiment, we used an environmentally friendly snow removal agent containing calcium chloride (CaCl2) and humic acid (HA) to alleviate salt stress on chili pepper seedlings, and analyzed its effect on plant growth. As an alternative to minimize the negative effects of existing chloride-based snow removal agents on plants and soil, we investigated whether humic acids contribute to improving plant physiological responses and soil electrical conductivity (EC). Evaluated.
Methods
For 21 days, we set up a control group (Count.), a calcium chloride treatment group (CaCl2), a humic acid treatment group (HA), and a mixed treatment group (HUA2, HUA5, HUA10) in which humic acid and calcium chloride were mixed. The growth of stems and roots was measured. In addition, the high mortality rate of leaves and changes in soil electrical conductivity (EC) were measured to evaluate the effect of alleviating salt stress.
Results and Discussion
As a result of the experiment, stem length increased in the control group, humic acid treatment group (HA), and humic acid and calcium chloride mixed treatment groups (HUA2, HUA5, HUA10), and the greatest growth was observed in HUA5 among the mixed treatment groups. On the other hand, in the calcium chloride treatment group (CaCl2), stem growth did not occur and the high leaf mortality rate was 66.7%, which had a negative effect on growth. The soil EC value was lowest at 0.21mS/cm in the humic acid only treatment group (HA) and highest at 1.25mS/cm in the calcium chloride treatment group (CaCl2). In the mixed treatment group, the EC value tended to decrease as the humic acid concentration increased. This indicates that humic acid can play a role in reducing salt stress and promoting plant growth.
1. 서 론
겨울철에 눈이 많이 내려 도로 위에 쌓이는 눈을 제거하기 위해 전 세계적으로 널리 사용되는 제설제는 염화나트륨(NaCl)과 염화칼슘(CaCl2)과 같은 염화물계 제설제이다. 그러나 이러한 염화물이 물에 녹아 강이나 호소로 흘러 들어가면 수중 생태계를 파괴하고 음용수를 오염시킬 수 있다. 또한, 염화물이 토양에 녹아 들어가면 식물의 뿌리로 흡수되어 생장에 영향을 미친다[1]. 식물이 과다하게 염분에 노출될 시에는 식물의 특정 부위가 죽거나 심한 경우 식물 자체가 고사하게 된다[2]. 조직 내 높은 Cl-농도는 엽록소 파괴, 세포막 손상, 효소 활성 저해 등의 독성을 유발하게 된다[3]. 염화칼슘의 칼슘(Ca2+)과 염소(Cl-)이온은 식물의 필수영양소임에도 불구하고, 과도한 사용은 가로변 주변의 토양을 염류화시켜 주변 식생과 환경에 악영향을 준다[4]. 이러한 염류 오염을 완화하기 위한 방안 중 하나로 휴믹물질의 사용이 제안되고 있다. 휴믹물질은 휴믹산(humic acid), 풀빅산(fulvic acid) 및 휴민(humin) 등으로 pH에 따른 용해도 차이에 의해 구분된다. 또한, 휴믹물질(Humic Substance, HS)은 자연적으로 생성되는 물질로, 살포가 쉽고 다양한 기작에 의해 식물 생장을 증진한다[5]. 휴믹산 처리는 질소(N), 인(P), 칼륨(K), 칼슘(Ca), 마그네슘(Mg), 나트륨(Na), 철(Fe), 아연(Zn), 망간(Mn) 등의 함량을 증가시키는 것으로 나타났으며, 이는 휴믹산이 세포막의 투과성을 증가시켜 토양에서 식물로의 영양소 이동을 크게 촉진하기 때문이다. 또한, 칼륨(K)은 식물 대부분의 생리적 과정에서 중요한 역할을 하며, 건조한 상태 또는 염류와 같은 스트레스를 완화하는 데 중요한 역할을 한다[6]. 또한, 휴믹산은 토양과 수계에서 발견되는 복합 유기 화합물로, 식물성 유기물의 분해와 화학적 변형 과정에서 생성되며 이는 환경과 농업에서 중요한 역할을 한다. Stevenson (1994)에 따르면, 휴믹산은 토양의 구조 개선, 양분 보유 능력 증진 및 미생물 활동 촉진을 통해 식물 생장에 기여한다[7]. 이는 염류 오염 완화 및 토양 건강 개선에 중요한 역할을 한다. 이러한 이유로 국내 시장에서도 부식성과 식물 유해성이 낮은 친환경 제설제의 사용을 확대하는 추세이다[8]. 휴믹산 및 부식산의 농도 처리가 고추5) 및 토마토[9]의 생육 및 생장에 미치는 영향에 대해 수행된 바 있으며, 제설제 농도처리에 따른 피해 및 내염성 평가를 참억새[4], 산딸나무[10], 구절초[4], 벼과 국화과[11] 등에 대해 수행된 바 있다. 이러한 기존 연구들은 제설제 처리 후 식물의 내염성 평가, 염 스트레스의 영향을 분석하는 데 그치는 한계점을 가진다. 반면, 본 연구는 염화칼슘 제설제에 휴믹산과 같은 유기 화합물을 처리함으로써 염 스트레스 저감에 대해 분석하며, 고추 모종을 대상으로 줄기 및 뿌리의 길이, 잎의 고사율, 전기전도도(EC)를 분석하여 제설제 사용이 불가피한 지역이나 환경에서, 환경친화적인 제설제를 개발하고 적용하는 데 기초 자료를 제공하고자 한다.
2. 재료 및 방법
2.1. 실험 재료
실험에는 고추모종(큰열 모종, 도시농업해담채, Korea)을 사용하였고, 입상 부식산(Enviall Nousbo Co., Ltd, Gyeonggido, Korea)을 구매하여 사용하였다. 본 실험은 (주)제일트레이딩 기업개발연구소에서 21일간 진행하였다. 제설제로 사용되는 순도 74%의 이상의 염화칼슘 사용을 위해 염화칼슘(Jiang Su Suyan Jingshen Co., Ltd, Shanghai, China)을 구매하여 KS M 2502:2019 및 KS M 1812:2008로 화학적 성분 및 체통과율, 물불용분을 시험한 시료를 사용하였다(Table 1). 또한, 입상 부식산의 입자크기를 줄여 혼합물의 균질성을 높이며, 물과의 용해도를 향상하기 위해 1분간 믹서기(SHMF-3250, Hanilelec. Co., Ltd, Kangnam, Korea)로 분쇄하여 사용하였다. Yang et al에 따라 용액의 제조는 물 1,000 mL 기준으로 진행하였다. 휴믹산을 물에 농도(0.05%~1%)별로 희석하여 사용하였고, Kim et al에 따라 염화칼슘(CaCl2)을 0~10 g/L 농도로 수용액을 제조하였다. Table 2와 같이 휴믹산을 물에 농도(0.3%, 0.2%, 0.5%, 1%)로 혼합하였으며, 염화칼슘을 3 g/L 농도로 수용액을 제조하였다. 토양의 염류에 미치는 영향을 파악하기 위해 전기전도도 EC(EC-8801, Yieryi, Shenzhen, China)를 구매하여 사용하였다.
Test report of CaCl2 chemicals ratio and sieve passage rate, water insoluble component.
Concentration of solution.
2.2. 고추 모종의 줄기 및 뿌리의 길이
실험하기 전, 고추 모종 육묘 트레이의 각 격자 25 cm2에 100 mL 물을 7일간 관주 처리하였다. 고추 모종의 길이는 육묘 트레이 격자의 높이 4.5 cm를 제외하고 끝눈의 길이까지 측정하였다(Table 3). 본 실험은 대조군과 처리군으로 나누어 진행하였으며, 각 군에는 4개의 모종을 사용하였다. 토양과 잎 엽면에 5일간 50 mL씩 처리하였고, 처리 후 2일 동안은 물에 관주 처리하여 정상적인 생장을 유지하도록 하였다. 모종의 길이는 7일 간격으로 측정하였으며, 21일간 4번의 길이를 측정하고 길이의 평균치로 나타냈다. 실험이 종료된 후에는 각 대조군과 처리군의 뿌리를 흙과 분리해 뿌리의 길이를 측정하였다.
Before experiment length.
2.3. 잎의 고사율 평가
각 대조군과 처리군의 생장을 파악하기 위해 잎의 고사율은 잎끝이 마르고 줄기에서 탈락한 잎을 실험 전 잎의 전체 개수로 나누어 실험 종료 후 평가를 진행하였다.
2.4. EC 측정
전기전도도(EC)는 2.5~3cm 깊이에서 측정을 진행하였으며, 4개의 모종 EC 값을 4번씩 측정하여 평균으로 나타냈다. 이는 토양 내 염류 농도를 파악하기 위함이며, 식물의 생장과 관련이 깊어, 이를 통해 각 처리군의 영향을 분석할 수 있다.
3. 결과 및 고찰
3.1. 고추 모종의 줄기 및 뿌리 길이
고추 모종의 줄기 길이는 시간 경과에 따라 다양한 변화를 보였다. 7일간 관주처리를 하였으며, 1일 차에 대조군(Count)은 21.125cm, 염화칼슘 처리군(CaCl2)은 18.125cm, 휴믹산 처리군(HA)은 23.75cm, 혼합 처리군(HUA2)은 20.125cm, 혼합 처리군(HUA5)는 24.075cm, 혼합 처리군(HUA10)은 19.75 cm로 측정되었다. 7일 차에는 Count., HA, HUA2, HUA5, HUA10이 각 0.5cm, 0.6cm, 0.375cm, 0.35cm, 0.3cm로 평균 길이가 소폭 증가한 반면, CaCl2 처리군은 변동이 없었다. 14일 차에는 HA와 HUA5가 각각 0.4cm와 0.15cm만큼 더 성장했으며, HUA2와 HUA10도 각각 0.375cm와 0.025cm만큼 성장하였다. 실험 종료 후 Count.는 0.925cm만큼 성장하였으며, CaCl2 처리군의 길이는 변화가 없었다. HA와 HUA2, HUA5, HUA10은 1.375cm, 0.975cm, 0.75cm, 0.325cm만큼 성장을 보였다.
HA의 작용기작은 완전히 확립되지 않았지만, 다른 연구에 따르면, HA가 토양의 물 보유력을 촉진하고, 식물의 물 공급 요구를 줄이는 동시에, 줄기와 뿌리 성장을 자극하고 환경적 스트레스에 대한 저항성을 향상하는 것으로 나타났다[13].
본 실험 결과에서 HA와 HUA2는 다른 처리군에 비해 줄기 길이의 더 큰 성장률을 보였다(Fig. 1).
Average length of pepper seedlings.: (a) Count., (b) CaCl2 (c) HA, (d) HUA2, (e) HUA5, (f) HUA10.
포함된 처리군 중에서도 특히 HUA5가 가장 긴 뿌리 길이를 나타냈다(Fig. 2), 이는 휴믹산과 염화칼슘의 적절한 혼합 비율이 뿌리 성장을 촉진할 수 있음을 나타낸다. 대조군과 휴믹산 처리군 역시 안정적인 뿌리 성장을 보였으나, CaCl2 단독 처리군에서는 줄기와 뿌리의 성장이 저조하거나 큰 변동이 없는 것으로 나타났다. 이는 처리 방법에 따른 뿌리 성장의 차이를 잘 보여준다(Table 4).
Root images represent the roots under different treatment concentrations, taken on day 21. A is the control with no treatment, B is treated with 3 g/L of CaCl2, C with 3g/L of HA, D with CaCl2 + HA (3 g/L + 2g/L), E with CaCl2 + HA (3g/L + 5g/L), and F with CaCl2 + HA (3g/L + 10g/L).
Root Length of Control and Treatment groups.
3.2. 잎의 고사율
줄기에서 탈락한 잎의 개수를 잎의 전체 개수로 나누어 계산하였다. Count.와 HUA5에서 13.33% 낮은 고사율을 보였다. 반면, CaCl2 처리군에서 66.67%로 높은 고사율을 보였다. 각 HA, HUA2, HUA10은 20%, 40%, 26.67%로 나타났으며, HUA2에서 비교적 높은 고사율을 나타냈다. 염화칼슘이 잎의 고사율을 높이며, 휴믹산의 처리가 잎의 고사율을 낮추는 데 효과적일 수 있음을 나타낸다(Fig. 3).
The left image shows the chili pepper seedlings before the experiment, and the right image shows the seedlings after 21 days of the experiment. A is the control with no treatment, B is treated with 3g/L of CaCl2, C with 3g/L of HA, D with CaCl2 + HA (3g/L + 2g/L), E with CaCl2 + HA (3g/L + 5g/L), and F with CaCl2 + HA (3g/L + 10g/L).
3.3. EC
실험 종료 후 Count.의 EC 평균 값은 0.41mS/cm 이며, CaCl2 처리군은 1.25mS/cm로 가장 높은 값을 나타내었다. 반면, HA에서 EC 평균 값은 0.21mS/cm로 가장 낮은 값을 나타내었다. HUA2, HUA5, HUA10의 평균 EC 값은 0.65mS/cm, 0.54mS/cm, 0.49mS/cm로 나타났다. 선행 연구에 따르면, HA 처리가 없는 경우 토양의 EC값 증가율이 가장 높게 나타났으며, HA가 0.05%와 0.1% 농도로 적용된 경우, HA 처리가 없는 경우에 비해 토양의 EC 값이 낮다는 결과가 나타났다[1,12]. 이러한 결과를 바탕으로, CaCl2 처리군의 토양 EC 값이 비교적 높게 나타났음을 알 수 있으며, 휴믹산의 적절한 처리가 토양의 EC 값의 영향을 미치는 것을 알 수 있다(Table 5).
Electrical Conductivity (EC) Values of Pepper Seedlings Used in Each Experiment.
4. 결론
휴믹산이 포함된 친환경 제설제가 고추모종 생장에 영향을 파악하기 위해 대조군과 처리군으로 나누어 실험을 진행하여 분석하였다. 실험에서 대조군(Count.)은 물만을 이용하였고, 염화칼슘 처리군(CaCl2) 물 1,000 mL에 염화칼슘 3 g으로 제조하였다. 휴믹산 처리군(HA)는 물 1,000 mL에 휴믹산 3 g 으로 제조하였다. 혼합 처리군(HUA2, HUA5, HUA10)은 각 물 1,000 mL에 염화칼슘 3 g을 기준으로 휴믹산 2 g, 5 g, 10 g을 혼합 제조하였다. 염화칼슘 처리군에 비하여 HUA5에서 고추 모종의 생장이 크다는 것을 확인할 수 있었다. 또한 휴믹산의 농도가 증가함에 따라 EC(mS/cm)가 감소하는 것으로 보아 휴믹산 처리가 토양의 EC를 낮춰주어 긍정적인 영향을 미치는 것으로 평가되었다.
또한 실험 결과를 바탕으로 염화물계 제설제에 적절한 휴믹산 처리가 식물 생장에 영향과 직접적인 토양 염류 오염 완화를 나타낸다. 향후 다양한 농도의 휴믹산 처리와 높은 농도의 염화칼슘을 사용한 추가 연구가 필요하다.
Notes
Declaration of Competing Interest
The authors declare that they have no known competing interests or personal relationships that could have appeared to influence the work reported in this paper.