Korean J. Soil Sci. Fert. Vol.51, No.4, pp.339-352, 2018 Korean Journal of Soil Science and Fertilizer Article https://doi.org/10.7745/kjssf.2018.51.4.339 pissn : 0367-6315 eissn : 2288-2162 Water Use Efficiency of Soybean, Sorghum, Sesame with Different Groundwater Levels Using Lysimeter Dong Hyun Kim, Jin Young Choi, Soon Hong Kwon, Jung Duck So 1, Soon Goo Kwon, Ki Yeol Chung 2, Sang Hun Lee 2, and Jong Soon Kim* Bio-Industrial Machinery Engineering, Pusan National University, Miryang 50463, Korea 1 Department of Manufacturing and Design Engineering, Jeonju University, Jeonju 55069, Korea 2 Crop Production Technology Research Division, National Institute of Crop Science, RDA, Miryang 50424, Korea *Corresponding author: jongsoon-kim@pusan.ac.kr A B S T R A C T Received: April 20, 2018 Revised: November 21, 2018 Accepted: November 28, 2018 In South Korea, the area of agricultural land has steadily decreased and the overall food self-sufficiency rates have consistently dropped with a decrease in farm population since 2000. This study aimed to evaluate water requirements of crops soybean, sorghum, and sesame using lysimeter. Using the lysimeter with different groundwater levels, 20 cm and 40 cm, and different types of soils, sandy loam and clay loam, the evapotranspiration for crops was measured to determine the water requirement and the water use efficiency. The results showed that the maximum evapotranspiration of soybean and sesame was at the blooming stage, and that of sorghum was at the panicle formation stage. In water use efficiency, the optimal soil texture (groundwater level) for soybean was clay loam (40 cm), for sorghum was sandy loam (20 cm), and for sesame was sandy loam (40 cm). The water requirement of soybean and sesame was lowest at sandy loam (40 cm), while sorghum had the lowest at sandy loam (20 cm). The 100-kernel weight of soybean was found to be higher under the groundwater level 40 cm than 20 cm regardless of soil types, and 1,000-kernel weight of sorghum and sesame was found to be the highest under the sandy loam (40 cm). In consideration of these results, sandy loam (40 cm) was more suitable for cultivating soybean and sesame, and so was sandy loam (20 cm) for sorghum. The results of this study are expected to provide useful data for the development of an irrigation system which is possible to set the groundwater level as desired. Keywords: Water Requirement, Lysimeter, Soybean, Sorghum, Sesame Evapotranspiration of soybean and precipitation at sandy loam. C The Korean Society of Soil Science and Fertilizer. This is an Open Access article distributed under the terms of the Creative Commons Attribution Non- Commercial License (http://creativecommons.org/licenses/by-nc/4.0) which permits unrestricted non-commercial use, distribution, and reproduction in any medium, provided the original work is properly cited.
340 Korean Journal of Soil Science and Fertilizer Vol. 51, No. 4, 2018 Introduction 농경지는농작물을파종, 재배, 수확하는경작가능한토지이며생산기반임과동시에예로부터중요한삶의터전이다. 그러나 2000년대에들어서우리나라의농경지면적은지속적으로감소하고있으며또한도시화및공업화로과거에비해우리나라총인구는증가한반면농가인구는계속적으로감소하고있어우리나라의식량자급률을악화시키고있다. 따라서국내생산량으로는수요를감당할수없어수입에의한식량의존도가높은편이다. 2013년기준경제협력개발기구 (OECD) 34개회원국중에서우리나라의곡물자급률은 32위로최하위에해당한다. 자급률이 100% 를넘는쌀을제외하면특히주요밭작물인보리는전체소비량의 19.9%, 밀 0.5%, 옥수수 1.0%, 콩 9.7% 만우리나라에서생산되고있어수입에의존해야하는실정이다 (MAFRA, 2017). 농경지의비율을살펴보면우리나라의경우논의면적이밭의면적보다넓으나농경지의면적은 2010년대비 2017 년전체 94.5 천 ha가줄었다. 논의면적은 119.3 천 ha가줄었으나밭의면적은오히려 24.8 천 ha가늘었다 (MAFRA, 2017). 논의면적감소원인은논밭전환, 공공시설, 건물건축, 유휴지순이며밭면적의증가사유로는논밭전환, 개간, 복구순이다. 이를보면논을밭으로전용및사용하여밭작물의자급률을상승시키고수익성또한높일수있다 (Hyun et al., 2012). 논을전용하여밭작물을재배시배수의불량, 토양물리성, 도복발생이증가하여논에서의수확량이밭에비해낮다 (Seo et al., 2012). 그중가장큰문제점은토양의과습으로인한산소공급의부족이다 (Lee and Ku, 1995). 특히장마철의경우질소영양면에서악조건에처해수량감소를초래할수있다 (Lee et al., 2011). 논토양은대부분수분을많이머금고있는점질로서수직배수가잘되지않기때문에논에서밭작물의재배시습해가수량을좌우할수있다. 밭의경우초기에흡습하고있는수분의양이논에비해작기때문에과습의경우논에서그피해가더크다고볼수있다 (Griffin and Saxton,1988). 토양의과습으로인한문제점외에도우리나라는기상여건상밭작물재배시파종기및종실비대기에만성적인한발피해가크다. 그로인해농작물의피해, 하천수의감소, 지하수및토양의수분고갈을야기하기때문에한발에의한감수피해경감을위한기술과안정적밭작물생산을위한토양정밀종합관리및자동화시스템개발이요구된다 (Condon et al., 2004). 수분은작물의반이상을구성하고, 광합성과호흡등대사활동에필요한원료이다. 작물은수분을통해토양내양분을흡수및이동시킨다. 따라서토양수분은작물의생육에영향을미치는중요한요인중하나이다 (Kim et al., 2011). 대표적인밭작물인콩, 수수, 참깨는토양수분변동이심한환경에서생육하기때문에증발산량, 요수량, 광합성, 기타관련형질에따라영향을받는다 (Lee et al., 1999). Jung et al. (2011) 의연구에서배수가불량한농경지에토양이과습할경우작물은수분과잉에인해수분스트레스가증가하고수량의변화차이가크다고보고되었다. 이러한연구를통하여논에서밭작물의안정적인생산을위해서는토양수분이중요하다고밝혀졌으며, Kim et al. (2008) 의연구에서는지하수위 (0, 25, 50, 75, 100 cm) 에따른수분이용효율특성을연구하였다. 하지만사양질과식양질에서의수분이용효율특성을비교하는연구는되어있지않다. 본연구의목적은라이시미터를이용하여사양질, 식양질두가지토양조건에서지하수위를조절하여주요밭작물인콩, 수수, 참깨의증발산량을측정하고생육시기별요수량, 수분이용효율을산정하는데있다. 이연구결과는수분의변화로인한밭작물의생장및생육환경에미치는영향을추정하고안정적인생산을위한생육단계별필요수량을예측하는데좋은자료가될것이다.
Water Use Efficiency of Soybean, Sorghum, Sesame with Different Groundwater Levels Using Lysimeter 341 Materials and Methods 시험작물시험작물은콩, 수수, 참깨를선택하였으며토양의성질과지하수위를달리하여증발산량을산정하였다. 품종은콩은대원콩, 수수는남풍찰, 참깨는건백으로하였다. 대원콩은양질다수성이면서장류용콩으로가공적성이높으며도복과콩모자이크병에강하고제주및산간고랭지를제외한전국에서적응성있는품종이다. 따라서이번연구에적합한품종으로선택하였다 (RDA). 남풍찰은키가작고줄기가굵어쓰러짐에강하며이삭형태가뭉쳐있지않아이삭곰팡이병으로피해를입을위험이낮다. 고온에잘적응하여넓은범위의기후조건에서재배가가능하며콩과작물, 유지작물, 옥수수보다물이용효율이높아마름견딜성 ( 내건성 ) 이강하다. 또한배수가잘되는찰흙토양에서잘자라지만사양토에서식양토에이르기까지넓은범위의다양한흙에서도잘자라기때문에이번연구에적합한품종으로선택하였다 (RDA). 건백은일반참깨보다지방이 50.2%, 리그난이 6.52 mg/g 더높다. 또한키가크지만쓰러짐에강하고생육후기에많이발생하는역병과도복에강한품종이다. 강원도를제외한전국각지에서재배하며토양적응성이높아여러가지토양에비교적잘자라기때문에이번연구에적합한품종으로선택하였다 (RDA). 세작물모두 2017년 6월 5일에파종하여콩, 수수, 참깨는각각 2017년 10월 27일, 2017년 10월 11일, 2017년 9월 18일에수확하였다. 토양시험토양은점토성분이많아점착력과보수력이큰식양질와모래성분이많아배수가좋은사양토로하였다. 시험토양의이화학적특성은 Table 1에나타내었다. 시험전토양의수분을포화시킨다음자연배수를하여토양의용적밀도가균일하게되도록하였다. 라이시미터를이용한수분공급을제외하고추가적인수분공급을막기위하여유리온실에서재배하였으며, 유리온실의측면을개방하여온도와습도는외부조건과같게하였다. 라이시미터라이시미터는증발산량을측정하기위하여만들어진현장실험장치로통제된조건하에토양으로부터유출되는물량을측정할수있다. 본연구에사용된라이시미터는가로 2 m, 세로 2 m, 높이 2 m로 Fig. 1과같이수분공급구를통해수분공급을할수있게제작하였으며지하수위센서와유량센서를이용하여지하수위를조절하였다. 지하수위깊이는 20 cm, 40 cm 2가지조건으로처리하였으며, 지하수위센서를사용하여지하수위가낮아지면수분을공급하였다. 증발산량및강수량증발산량은지면에서대기로증발되는증발량과식물의잎에서대기로증산되는증산량의합이다. 토양이포화상태일때최대가되고기온에크게좌우되며본연구에서는증발산량을구하기위하여투입되는 Table 1. Physio-chemical properties of soil. Soil texture PH EC T-N O.M. Avail. Exch. cation Particle size distribution P 2 O 5 K Ca Mg Sand Silt Clay (1:5) ds m -1 % g kg -1 mg kg -1 -------- (cmol c kg -1 ) -------- ------------ (%) ------------ Clay loam 6.85 0.71 0.27 25.9 248.1 1.34 21.03 6.04 33.2 31.4 35.4 Sandy loam 6.44 0.43 0.27 26.5 264.8 1.75 14.91 4.5 61.5 30.5 8.0
342 Korean Journal of Soil Science and Fertilizer Vol. 51, No. 4, 2018 물의양을유량센서를사용하여매 30분마다측정하였다. 또한강수량은농촌진흥청농업기상정보서비스의데이터를이용하였다. 수분이용효율과요수량작물수확후측정한각작물의지상부건물중과라이시미터에서측정한증발산량으로부터수분이용효율 (Water use efficiency) 을평가하였다 (Eq. 1). 또한수확후수량과건물중을조사하여작물의건물 1g을생산하는데소비된수분량 (g) 을의미하는요수량을구하였다 (Eq. 2). 수분이용효율과요수량의계산식은아래와같다. 수분이용효율 (Water use efficiency) = [ 건물중 (g) / 총증발산량 (ml)] 100 (Eq. 1) 요수량 (water requirement) = [ 총증발산량 (g) / 건물중 (g)] (Eq. 2) 생육단계생육단계별증발산량을구하기위하여콩과참깨는생육단계를유묘 신장기, 개화기, 성숙기로나누었으며수수는유묘기, 신장기, 유수형성기, 출수기, 등숙기로나누었다 (Fig. 2). 유묘기는종자가발아하여이유기를지나본엽이 2-4엽정도출현하는시기이다. 이후신장기에주로키가자라고유수형성기에는이삭이 3-5 cm 정도자라 Fig. 1. Lysimeter used in this study. Fig. 2. Growth stages of soybean, sorghum, and sesame.
Water Use Efficiency of Soybean, Sorghum, Sesame with Different Groundwater Levels Using Lysimeter 343 꽃밥속에생식세포가나타나며출수기에이삭이나오고꽃이피는개화기를지나성숙기이후수확한다. 콩은파종후 55일까지유묘 신장기, 56일부터 91일까지개화기, 92일부터 144일까지성숙기로나누었다. 수수는파종후 30일까지유묘기, 31일부터 52일까지신장기, 53일부터 86일까지유수형성기, 86일부터 106일까지출수기, 107일부터 131일까지등숙기로나누었으며참깨는파종후 51일까지유묘 신장기, 52일부터 90일까지개화기, 91일부터 107일까지등숙기로나누어생육단계별증발산량과증발량을산정하였다. 데이터분석 ( 통계처리 ) 실험데이터는 Origin (OriginLab, Northampton, MA) 를이용하여통계처리하였다. 데이터평균값의비교는일원배치분산분석법 (one-way ANOVA) 을사용하였고, 평균간의상호비교는 Tukey 검정을이용하였다. Results and Discussion 콩의증발산량및수분이용효율사양질과식양질에서의증발산량및강수량을각각 Fig. 3와 Fig. 4에나타내었다. 대기의증기압이식물과토양표면에서의증기압보다낮을때증발산이일어나므로대기의상대습도가높을수록증발산량이작다. 그결과강수량이많은날의경우증발산량이줄어드는것을볼수있다. 또한작물의생육단계별평균증발산량을도식화하여 Fig. 5에나타내었다. 두토양조건에서증발산량은유묘 신장기에증가하다개화기에최대값이되며, 성숙기에다시감소하는경향을보였다. 사양질에서증발산량은지하수위 20 cm 처리가 40 cm 처리보다유묘 신장기와개화기에대부분컸으며성숙기로갈수록비슷한경향을보였다. 20 cm 처리에서는지하수위와토양표면과의수리구배가커서수분의이동이 40 cm 처리보다활발히일어난다. 하지만성숙기에는작물의수분이동이적어서큰차이가나지않는다 (Lee et al., 2017). 식양질에서의증발산량은생육단계에관계없이 20 cm 처리와 40 cm 처리가비슷한값으로나타났다 (P>0.05). 식양질의경우배수가원활하지않아토양의과습으로증발산량이지하수위에관계없이비슷하게측정됨으로판단된다. 사양질과식양질에서의생육단계별증발산량과수분이용효율을 Table 2에나타내었다. 지하수위에따른증발산 Fig. 3. Evapotranspiration of soybean and precipitation at sandy loam.
344 Korean Journal of Soil Science and Fertilizer Vol. 51, No. 4, 2018 Fig. 4. Evapotranspiration of soybean and precipitation at clay loam. Fig. 5. Evapotranspiration of soybean at different crop growth stage. 량의차이가크게없는식양질에비해사양질의지하수위 20 cm 처리에서증발산량은 40 cm 처리일때의약 1.67배높게나타나고있다. 하지만건물중은식양질 40 cm 처리에서가장크다. 건물을생산하기위한토양의증발과식물의증산등을포함한물요구량인수분이용효율또한식양질 40 cm 처리에서가장크게나타나고있다. 식양질 20 cm 처리에서는습해에의해수분이용효율이가장낮다. 사양질의경우는모래성분이많아작물의생육에좋지않다. 하지만식양질에는점토입자를많이포함하고있어서수분과양분이오래보존된다. 따라서식양질 40 cm 처리가콩의재배조건으로적합해보인다. 콩의요수량산정사양질과식양질에서의생육단계별요수량을 Table 3에나타내었다. 요수량은작물의건물 1 g을생산하는데소비된수분량 (g) 으로콩의경우유묘 신장기에가장작고개화기와성숙기로갈수록증가하였으며사양질에서보다식양질에서높게나았다. 두토양조건에서사양질의경우지하수위 20 cm 처리가지하수위 40 cm 처리보다약 1.62배, 식양질의경우 1.89배로지하수위 20 cm 처리가지하수위 40 cm 처리보다총요수량이더크게
Water Use Efficiency of Soybean, Sorghum, Sesame with Different Groundwater Levels Using Lysimeter 345 측정되었다. 요수량이높을수록한발에대한저항성이약하기때문에콩재배시, 요수량이가장낮은사양질의지하수위 40 cm 처리조건에서한발에대한저항성이강하다고추정할수있다 (Kang, 2012). 지하수위별콩의생육조사콩의생육조사결과를 Table 4에나타내었다. 콩은사양질에서보다식양질에서생육이활발한것으로보이며특히, 경장과착협고가크게나타났다. 낟알 100개의총무게인백립중의경우, 지하수위 40 cm 처리에서재배된콩의백립중이지하수위 20 cm 처리보다사양질의경우 5.01 g, 식양질의경우 8.08 g 만큼더크게나타났다. 이는지하수위 10 cm 처리와 20 cm에서는과습피해로인해생육이떨어졌으며, 지하수위 30 cm 이 Table 2. Evapotranspiration and water use efficiency of soybean at sandy loam and clay loam. Growth stage Seeding Elongation stage 5.70b 4.28a 5.00ab 5.17ab Evapotranspiration (mm day -1 Blooming stage 7.90c 3.24a 6.93bc 5.56b ) Ripening period 2.96a 2.18a 2.53a 2.87a Dry weight (g) 504.6c 427.9d 314.3a 682.2b Water use efficiency (g ml -1 ) 0.081b 0.115c 0.058a 0.131d Table 3. Water requirement of soybean at sandy loam and clay loam. Growth stage Seeding Elongation stage 396.80c 244.61a 486.24d 256.81b Water requirement (g g -1 Blooming stage 408.48c 251.80a 500.54d 264.37b ) Ripening period 606.88b 394.10a 743.67c 392.77a Total Water requirement (g g -1 ) 1412.16c 870.51a 1730.45d 913.95b Table 4. Growth parameters of soybean at sandy loam and clay loam. Stem length (cm) 57.23ab 55.05a 61.45b 61.45b Height of the first pod (cm) 10.51a 6.10a 15.05b 15.05b Width of the first pod (cm) 53.33ab 52.70a 58.65b 58.65b Stem diameter (mm) 9.42b 8.14a 9.69b 9.69b Number of branches (ea) 5.50a 5.90a 5.95a 5.95a Number of pod (ea) 129.78a 105.95a 105.65a 105.65a 100-kernel weight (g) 24.984b 29.989c 22.157a 30.238c
346 Korean Journal of Soil Science and Fertilizer Vol. 51, No. 4, 2018 상에서는비슷한생육을나타냈다는 Kim et al. (2003) 의보고와유사한경향으로보인다. 수수의증발산량및수분이용효율사양질과식양질에서의증발산량및강수량을각각 Fig. 6과 Fig. 7에나타내었으며, 생육단계별평균증발산량을도식화하여 Fig. 8에나타내었다. 두토양조건에서증발산량은유묘기에서신장기로갈수록증가하다유수형성기에최대값이되며, 출수기와등숙기를지나며다시감소하는경향을보였다. 수수의증발산량의경우도콩과동일하게강수량이많은날의경우증발산량이줄어드는것을볼수있었다. 사양질과식양질에서의생육단계별증발산량과수분이용효율을 Table 5에나타내었다. 수수의경우두토양조건에서의증발산량은대부분의생육단계에서지하수위 20 cm 처리가 40 cm 처리보다높게나타났다. 지하수위 20 cm 처리에서증발산량은 40 cm 처리에비해사양질은약 1.44배, 식양질은약 1.66배높게나타나고있다. 수분이용효율의경우식양질보다사양질에서더높게나타났으며지하수위 40 cm 처리보다 20 cm 처리에서사양질은약 1.9배, 식양질은약 1.9배높게나타났다. 사양질 20 cm 처리에서가장높게나타났는데, 이는수수 ( 남풍찰 ) 가높은수분이용 Fig. 6. Evapotranspiration of sorghum and precipitation at clay loam. Fig. 7. Evapotranspiration of sorghum and precipitation at sandy loam.
Water Use Efficiency of Soybean, Sorghum, Sesame with Different Groundwater Levels Using Lysimeter 347 Fig. 8. Evapotranspiration of sorghum at different crop growth stage. Table 5. Evapotranspiration and water use efficiency of sorghum at sandy loam and clay loam. Growth stage Seeding stage 2.08bc 1.27a 2.46c 1.38ab Elongation stage 3.03b 2.44ab 4.29c 2.10a Evapotranspiration (mm day -1 Panicle formation stage 4.44bc 3.65ab 5.19c 3.05a ) Heading stage 3.95b 4.38b 3.74ab 2.54a Ripening stage 2.20a 1.85a 2.05a 1.53a Dry weight (g) 355.1d 163b 216.8c 95.5a Water use efficiency (g ml -1 ) 0.099c 0.052b 0.054b 0.039a 효율과다양한토양조건에서잘자라는특징을가지고있어과습조건에강하기때문에, 토양수분이충분한 20 cm 처리에서건물중이높게나타난것으로판단된다. 수수의요수량산정사양질과식양질에서의생육단계별요수량을 Table 6에나타내었다. 요수량의경우유묘기에서신장기로갈수록증가하고유수형성기에가장높은값을보이며출수기와등숙기로갈수록감소한다. 요수량은사양질에서보다식양질에서높게나왔으며두토양조건에서지하수위 40 cm 처리가지하수위 20 cm 처리보다생육단계별요수량이더크게측정되었다. 그에따라총요수량의경우도지하수위 40 cm 처리가지하수위 20 cm 처리에서보다더높았다. 총요수량이가장낮은조건은사양질의지하수위 20 cm 처리였으며가장높은조건은식양질의지하수위 40 cm 처리이다. 시험조건중사양질의지하수위 20 cm 처리조건이수수가자라기좋은조건임을추정할수있다. 지하수위별수수의생육조사 수수의생육조사결과를 Table 7 에나타내었다. 수수의생육조사결과사양질에
348 Korean Journal of Soil Science and Fertilizer Vol. 51, No. 4, 2018 Table 6. Water requirement of sorghum at sandy loam and clay loam. Growth stage Seeding stage 100.65a 130.40b 126.16b 172.14c Elongation stage 301.95a 391.18c 378.50b 516.43d Water requirement (g g -1 Panicle formation stage 474.50a 614.71c 594.77b 811.53d ) Heading stage 287.57a 372.55c 360.47b 491.83d Ripening stage 316.33a 409.81b 396.52b 541.02c Total Water requirement (g g -1 ) 1481a 1918.65b 1856.42c 2532.95d Table 7. Growth parameters of sorghum at sandy loam and clay loam. Stem length (cm) 84.0a 83.3a 80.3a 81.2a Ear length (cm) 28.5a 27.9a 28.9a 29.3a Stem diameter (mm) 26.2b 24.8b 22.1a 24.9b 1000-kernel weight (g) 27.9ab 28.2b 27.0ab 26.3a 서낟알 1,000개의총무게인천립중은식양질보다조금높게나타났으나큰차이는보이지않았다 (P>0.05). 경장, 수장과경태의경우도지하수위에관계없이거의비슷한값을보였다. 이에따라수수의경우지하수위의영향이거의나타나지않음을알수있다. 이또한수수 ( 남풍찰 ) 가높은물이용효율과다양한토양조건에서잘자라기때문인것으로판단된다. 참깨의증발산량및수분이용효율사양질과식양질에서의증발산량및강수량을각각 Fig. 9와 Fig. 10에나타내었으며, 각토양및지하수위조건에따른평균증발산량을도식화하여 Fig. 11에나타내었다. 참깨의증발산량은콩과동일하게두토양조건에서유묘 신장기에증가하다개화기에최댓값이되며, 성숙기에다시감소하는경향을보였으며강수량이많은날에증발산량이줄어드는모습을보였다. 사양질에서증발산량은생육단계에관계없이지하수위 20 cm 처리가 40 cm 처리보다대부분높은값을보였으며, 식양질에서증발산량은대부분지하수위에관계없이비슷한값으로나타났으나개화기후반에지하수위 40 cm 처리가 20 cm 처리보다높은값을보였다. 또한 8월중순증발산량이낮아진이유는장마의영향으로추정된다. 사양질과식양질에서의생육단계별증발산량과수분이용효율을 Table 8에나타내었다. 유묘 신장기와등숙기에서는큰차이를보이지않지만, 개화기에서는식양질의증발산량이사양질보다약 1.2배높은것으로나타났다. 수분이용효율은사양질의지하수위 40 cm 조건에서가장높게나타났다. 특히, 지하수위 40 cm 조건에서사양질의수분이용효율은식양질의약 1.5배정도높은것으로나타났으나, 지하수위 20 cm 처리에서식양질의수분이용효율은사양질의약 1.7배정도높은것으로나타났다. 수분이용효율은사양질에서지하수위 40 cm 처리일때가장높았으며
Water Use Efficiency of Soybean, Sorghum, Sesame with Different Groundwater Levels Using Lysimeter 349 Fig. 9. Evapotranspiration of sesame and precipitation at sandy loam. Fig. 10. Evapotranspiration of sesame and precipitation at clay loam. Fig. 11. Evapotranspiration of sesame at different crop growth stage.
350 Korean Journal of Soil Science and Fertilizer Vol. 51, No. 4, 2018 사양질에서지하수위 20 cm 처리일때가장낮았다. 참깨는과습을받을경우수량감소가커진다는 Jeon et al. (2017) 의연구결과와유사하게과습조건인지하수위 20 cm 처리의참깨의수량이감소하여지하수위 20 cm 처리에서수분이용효율이낮게나타난것으로보인다. 참깨의요수량산정사양질과식양질에서의생육단계별요수량을 Table 9에나타내었다. 요수량의경우다른작물과동일하게유묘 신장기에서증가하고개화기에가장높은값을보이며성숙기로갈수록감소한다. 요수량은사양질의경우지하수위 20 cm 처리, 식양질의경우지하수위 40 cm 처리에서더크게측정되었다. 총요수량이가장높은사양질의지하수위 20 cm 처리조건의경우수분이용효율이가장낮았다. 이와반대로총요수량이가장낮은사양질의지하수위 40 cm 처리조건에서수분이용효율이가장높게측정되었다. 이에따라수분이용효율이높은성장환경이작물이자라는데필요한요수량이작아작물이자라기좋은조건임을추정할수있다. 지하수위별참깨의생육조사참깨의생육조사결과를 Table 10에나타내었다. 참깨의생육조사결과사양질토양의경우지하수위 20 cm 처리와 40 cm 처리는거의차이가없었으나 40 cm 처리에서천립중이더크게나타났다. 이는지하수위가높아질수록생장량이감소되었던 Kim et al. (2008) 의실험과유사한경향을보였다. 식양질토양의경우사양질보다지하수위의영향이더크게나타났다. 지하수위 20 cm 처리에서재배된참깨는지하수위 40 cm 처리에서의참깨보다경태, 초삭절수, 주당삭수가큰값을보이고있다. 천립중은사양질의지하수위 40 cm 처리에서가장크고식양질의지하수위 40 cm 처리에서가장작게측정되었다. Table 8. Evapotranspiration and water use efficiency of sesame at sandy loam and clay loam. Growth stage Seeding Elongation stage 3.12b 3.03b 3.16b 2.27a Evapotranspiration (mm day -1 Blooming stage 5.42ab 4.77a 6.62c 6.15bc ) Ripening period 4.07a 3.87a 4.03a 4.00a Dry weight (g) 69.4a 137.7c 134.5c 87.1b Water use efficiency (g ml -1 ) 0.019a 0.042d 0.033c 0.024b Table 9. Water requirement of sesame at sandy loam and clay loam. Growth stage Seeding Elongation stage 1763.05d 813.01a 1003b 1416.22c Water requirement (g g -1 Blooming stage 2392.72d 1103.38a 1361.20b 1922.01c ) Ripening period 1007.46d 464.58a 573.14b 809.27c Total Water requirement (g g -1 ) 5163.23d 2380.97a 2937.34b 4147.50c
Water Use Efficiency of Soybean, Sorghum, Sesame with Different Groundwater Levels Using Lysimeter 351 Table 10. Growth parameters of sesame at sandy loam and clay loam. Stem length (cm) 165.9b 186.7ab 183.2a 184.1ab Stem diameter (mm) 13.8ab 13.6ab 14.0a 12.1b Nodes of first flower cluster set 4.3ab 4.5ab 3.9b 6.0a Height of the first ovary (cm) 26.4a 41.1a 27.6a 43.1a Ovary length (mm) 27.4a 28.7a 29.4a 27.7a Ovary width (mm) 8.5ab 8.2a 8.5ab 8.0b Capsule number (ea) 126.8ab 118.1ab 131.9a 90.9b 1000-kernel weight (g) 2.873ab 3.016c 3.0bc 2.858a Conclusions 밭작물생산성향상을위한자동물관리기반기술개발에활용하기위해라이시미터를이용하여사양질과식양질두가지의토양과지하수위를 20 cm 처리와 40 cm 처리로변화를주어주요밭작물인콩, 수수와참깨의증발산량및수분이용효율, 생육단계별요수량을산정하고생육을조사하였다. 콩과참깨의경우증발산량은유묘 신장기에서점차증가하다개화기에가장높은값이되었으며성숙기에다시감소하는경향을보였으며수수의경우증발산량은유묘기에서신장기로갈수록증가하다유수형성기에최댓값이되며, 출수기와등숙기를지나며다시감소하는경향을보였다. 관개된수분중식물이흡수하여증발산에이용한수분의비율인수분이용효율의경우콩은식양질의지하수위 40 cm 처리 (0.115), 수수는사양질의지하수위 20 cm 처리 (0.099), 참깨는사양질의지하수위 40 cm 처리 (0.042) 에서가장높았다. 건물 1g을생산하는데필요한수분양인요수량의경우콩은사양질의지하수위 40 cm 처리 (871), 수수는사양질의지하수위 20 cm 처리 (1481), 참깨는사양질의지하수위 40 cm 처리 (2381) 에서요수량이가장낮은값으로나타났다. 요수량이작은조건에서작물은건조한토양과한발에대한저항성이강하기때문에콩과수수, 참깨는식양질보다사양질에서저항성이우수하다는것을알수있었다. 콩의백립중은지하수위 20 cm 처리에서사양질의경우 24.90 g, 식양질은 22.16 g, 지하수위 40 cm 처리에서사양질은 29.99 g, 식양질은 30.24 g로측정되었으며토양에관계없이지하수위 20 cm 처리보다 40 cm 처리에서더높게나타났다, 수수와참깨의천립중은사양질의지하수위 40 cm 처리에서각각 28.20 g과 3.01 g으로가장높게측정되었다. 증발산량, 수분이용효율, 요수량, 백립중및천립중을고려해봤을때, 사양질이식양질보다콩과수수, 참깨의재배에적합하였으며, 콩과참깨는지하수위 40 cm 처리, 수수는지하수위 20 cm 처리가작물을재배하는데적합하다는것을알수있었다. 본연구를통하여토양과지하수위, 증발산량, 수분이용효율, 요수량의관계에대하여알수있었으며이번연구의결과가안정적인생산과생산량을극대화할수있는최적화모델을개발하고배수및관수기능을겸비하고자유로운지하수위설정이가능한농지범용화기반기술개발에도움이될것으로기대된다.
352 Korean Journal of Soil Science and Fertilizer Vol. 51, No. 4, 2018 Acknowledgement 본연구는농촌진흥청어젠다사업 ( 과제번호 : PJ01228705) 의지원에의해이루어진것임. References Condon, A.G., R.A. Richards, G.J. Rebetzke, and G.D. Farquhar. 2004. Breeding for high water-use efficiency. J. Exp. Bot. 55(407):2447-2460. Griffin, J.L. and A.M. Saxton. 1988. Response of solid seeded soybean to flood irrigation. II. Flood duration. Agron. J. 80:885-888. Hyun, B.K., Y.K. Soon, C.W. Park, K.C. Song, H.C. Chun, S.Y. Hong, Y.H. Moon, D.C. Noh, and S.Y. Jung. 2012. Study on soil survey results of rapid change in land use. Korean J. Soil. Sci. Fert. 45(4):475-483. Jeon, H.J., W.Y. Han, and Y.N. Yoon. 2017. Analyses of sesame epidemic occurrence in paddy field and selection of protective system to epidemic occurrence. Annual Research Report of National Institute of Crop Science. pp. 429-491. Jung, K.Y., E.S. Yun, C.Y. Park, J.B. Hwang, Y.D. Choi, and K.D. Park. 2011. Stress day index to predict soybean yield response by subsurface drainage in poorly drained sloping paddy fields. Korean J. Soil. Sci. Fert. 44(5):702-708. Kang, B. 2012. Korea s plant resources used as medicine and foods. Korean Studies Information (KSI) Publishing. Kim, B.K., H.Y. Gong, J.S. Shim, and S.D. Hong. 2010. Water use efficiency of barley, wheat and millet affected by groundwater table under lysimeter. Korean J. Soil. Sci. Fert. 43(3):253-259. Kim, B.K., J.S. Shim, J.H. Hwan, H.J. Jeong, and S.D. Hong. 2008. Efficiency of water use for sorghum, beans, and sesame affected by ground water table. Proceedings of Korean Soil. Sci. Fert. Conference, 2008.5, 171-172. (Abstr.) Kim, H.L., Y.B. Kwack, H.D. Kim, J.G. Kim, and Y.H. Choi. 2011. Effect of different soil water potentials on growth properties of northern-highbush blueberry. Korean J. Soil. Sci. Fert. 44:161-167. Kim, M.T., S.B. Pae, C.D. Hwang, S.G. Lim, and J.T. Kim. 2003. The effect of soil moisture on soybean growth and yield. Annual Research Report of Yeoungnam Agricultural Research Institute. pp. 157-162. Lee, C.Y., S.M. Kim, Y.C. Kim, I.S. Choi, and H.C. Park. 1999. Ecophysiological studies on the matter production of soybean to the environmental stress. Korean J. Life Sci. 9(4):368-374. Lee, H.S. and J.H. Ku. 1995. Effect of water table depth in different soil texture on quality of barley and wheat grain. Korean J. Crop Sci. 40(3):278-284. Lee, J.E., H.S. Kim, Y.U. Kwon, G.H. Jung, and S.L. Kim. 2011. Changes of leaf nitrogen and petiole ureide content in soybean [Glycine max (L.) Merrill] under water logging condition. Korean J. Crop Sci. 56(4):385-393. Lee, Y.J., K.H. Han, S.B. Lee, J.K. Sung, Y.S. Song, and D.B. Lee. 2017. Nutrient leaching and crop uptake in weighing lysimeter planted with soybean as affected by water management. Korean J Environ Agric. 36(3):147-153. MAFRA (Ministry of Agriculture, Food and Rural Affairs). 2017. https://www.mafra.go.kr. RDA (Rural Development Administration). http://www.nongsaro.go.kr. Seo, J.H., S.B. Back, Y.U. Kwon, C.G. Kim, K.H. Jung, G.H. Jung, J.E. Lee, and S.J. Kim. 2012. Effect of subsoiling on silage maize yield in paddy field converted to upland condition. Korean J. Crop Sci. 57(4):430-435.