Korean Journal of Environmental Agriculture Korean J Environ Agric (2013) Online ISSN: 2233-4173 Vol. 32, No. 2, pp. 166-170 http://dx.doi.org/10.5338/kjea.2013.32.2.166 Print ISSN: 1225-3537 Short Communication Open Access 칼륨시비량에따른감나무유목의수체부위별무기원소농도및과실특성 최성태, * 박두상, 손지영, 박여옥, 홍광표 경상남도농업기술원단감연구소 Inorganic Element Concentrations in Different Organs of Young Persimmon Trees Received Different Levels of K Fertilization and Its Influence on the Fruit Characteristics Seong-Tae Choi, * Doo-Sang Park, Ji-Young Son, Yeo-Ok Park and Kwang-Pyo Hong (Sweet Persimmon Research Institute, Gyeongnam Agricultural Research and Extension Services, Gimhae 621-802, Korea) Received: 21 February 2013 / Revised: 29 March 2013 / Accepted: 4 May 2013 c 2013 The Korean Society of Environmental Agriculture This is an Open-Access article distributed under the terms of the Creative Commons Attribution Non-Commercial License (http://creativecommons.org/licenses/by-nc/3.0) which permits unrestricted non-commercial use, distribution, and reproduction in any medium, provided the original work is properly cited. Abstract BACKGROUND: Persimmon growers have often tried various regimens of K fertilization to improve fruit quality. This experiment was conducted to determine the effects of K rates on concentration of inorganic elements in different tree organs and on fruit characteristics. METHODS AND RESULTS: Six-year-old non-astringent Fuyu persimmons, grown in 50-L pots, were used. Total K amounts of 0 (no-application), 12, 25, 37, and 66 g were fertigated to a pot with KCl solution at 3-to 4-day intervals from July to September. The 0 K trees received no K fertilizer for the two previous years. Leaves, fruits, and shoots were sampled in November. K concentrations in leaves and shoots increased significantly by increasing K rate; leaf K, 0.49% for the 0 K, increased to 3.09% for the 37 g and 3.11% for the 66 g trees. Fruit K was notably lower for the 0 K, but there were no significant differences among the trees as long as they were supplied with more than 12-g K. In the trees with 0 K, leaf necrosis in the margin was apparent in June and the symptom progressed toward the * 교신저자 (Corresponding author) Tel: +82-55-254-1564, Fax: +82-55-254-1559; Email: stchoi1234@korea.kr midrib. Some leaves scorch-rolled from the margin in August. The greatest effect of K rates was on fruit size; it significantly increased to 181 g for the 12 g, 203 g for the 37 g, and 206 g for the 66 g compared with 150 g for the 0 K trees. However, K rates did not affect firmness and soluble solids of the fruits. The fruits of the 0 K trees were characterized by better coloration. CONCLUSION(S): The K-rate effect on inorganic elements depended on tree organs and fruit size was the major parameter to be affected by the K rates. Key Words: Inorganic element, Fertigation, Fruit characteristic, K rate, Persimmon 서론 적절한시비량조절은감나무의안정된수체생장과과실품질향상을도모하고환경오염을줄이는측면에서중요하게간주되어왔다. 감과원의시비량은수령및토양분석결과에따라달리하도록제시되어있으나 (NIAST, 1999), 실제로는나무의세력, 착과량, 과실품질에미치는영향을고려하여조절하는것이일반적이다. 단감은떫은감보다과실크기, 착색, 당도등이상품성을크게좌우하므로이와관련된시비관리가매우중요한데, 수확기에서리피해가빈번한만생종 부유 과원에추비로시용하는질소 (N) 와칼륨 (K) 시비 166
Inorganic Element Concentrations in Different Organs of Young Persimmon Trees Received Different Levels of K Fertilization and Its Influence on the Fruit Characteristics 167 량조절에대한재배자들의관심이매우높다. 질소추비의경우시비량이증가하면감과실은성숙이늦어져착색과당도가낮아질수있고, 시비량이적으면과실비대는나쁘나착색과당도는높아지는것으로알려져있다 (Park, 2002; Choi et al., 2012). 칼륨은과실에서가장많은양을차지하는무기원소로서 (Faust, 1989; Choi et al., 2010), 식물체내 ph 조절, 효소활성화, 삼투압조절, 단백질합성, 광합성, 세포신장, 대사물질의수송등중요한역할을한다 (Mengel, 2007). 다른과수에서는과실내의 K 함량이탄수화물및산함량에밀접하게관련되어있어품질에도영향을끼친다고알려져있지만 (Réne, 1995; Tehranifar and Tabar, 2009), K 영양과단감품질의관계에대한연구결과는찾기어렵다. 농촌진흥청에서는 K를 N 비료와비슷한양으로써기비와추비로각각 50% 씩나누어시용할것을권장하고있으나 (NIAST, 1999), 시비효과에대한근거가없어 K 추비를생략하거나품질을높이기위해과다하게시용하는농가가드물지않은실정이다. 본시험의목적은 K 시비량이수체부위별무기원소농도및과실품질에미치는영향을조사하여 K 시비량조절의효과를명확히하고자하였다. 재료및방법 경남김해시의평지시험포장내 50 L 용기의사양토에서재배한 부유 감나무 (Diospyros kaki Thunb. cv. Fuyu) 를본시험에사용하였다. 4-6년생시험수의관행적인 N과 K의주당시비량은 12-25 g 범위였는데, 4년생이었던 2007년부터 2009년까지 K 비료를전혀시용하지않은나무들을일부두었고, 나머지나무들은 2007년과 2008년에염화칼륨을사용하여연간주당각각 12 g과 25 g의 K를공급하였다. 2007 년 7월에 K 비료를정상적으로공급한용기에서채취한토양의화학적특성은 Table 1과같았다. 2007년과 2008년에 K 비료를제외한요소, 인산칼슘, 황산마그네슘, 염화칼슘등을생육기에나무별로균일하게시용하였으며, 2009년에는 5월부터 8월까지요소, 제일인산암모늄, 질산마그네슘, 질산칼슘, 용성인비등을관주또는관수와함께소량씩표토에시용하여주당총 N 17 g, P 4.8 g, Ca 10.8 g, Mg 4.2 g을공급하였다. Table 1. Chemical properties of soil at a depth of 5-10 cm within the experimental pots on 21 st June 2007 ph (1:5) O.M. (g/kg) T-N (g/kg) Av. P 2O 5 (mg/kg) Ex. cation (cmol c/kg) K Ca Mg 7.0 15 1.4 294 0.21 6.8 1.4 *O.M.: organic matter, Av.: available, Ex.: Exchangeable cation. 나무가 6년생이었던 2009년에시험처리를위하여주당 K 시비량을기준으로 0( 무시비구 ), 12, 25, 37, 66 g 시비구로나누고처리당 3반복, 반복당 1주씩을 1.5 1 m 간격으로완전임의로배치하였다. 이때무시비구는 2007년부터 K 시비를하지않은나무를사용하였다. K 시비량처리는 1 L 삼각플라스크에염화칼륨을녹여 3-4일간격으로 7월 1일부터 9월하순까지관수와함께소량씩관주하였다. 이들시험수가과다착과되지않도록관행적으로개화전인 5월중순에길이 30 cm 이상결과지에는꽃봉오리를 2개, 30 cm 미만인결과지에는 1개를남기고솎아주었으며, 생리적낙과가끝난 7월상순에는엽과비 ( 엽수 / 과실수 ) 가 20 정도가되도록과실을솎았다. 4월전엽기부터 11월수확때까지주기적으로자동관수장치로물을공급하되, 전엽기에주당하루 1 L에서개화기이후에는 6 L 정도로늘여수분스트레스를받지않도록하였다. 2009년 11월 2일에주당잎을 15개씩무작위로채취하여엽록소측정기 (SPAD-502, Minolta Co., Tokyo, Japan) 로 SPAD 값을측정하였고건조시킨후비엽중 (SLW) 을구하였다. 또한이날에과실전체를수확하여착과수와수량을조사하여평균과중을구하였고, 주당 10-14개의과실을무작위로취하여과피색, 경도, 당도를측정하였다. 과피색은휴대용색도계 (CM-2500d, Konica Minolta Sensing Inc., Japan) 를사용하여적색도 Hunter a 값을구하였고, 과육의경도는직경 5 mm 탐침을장착한경도계 (TA-XT2, Stable Micro Systems Ltd., Surrey, U.K.) 로측정하였다. 당도는과실의적도부에서과피로부터약 2 cm 깊이까지착즙하여굴절당도계 (PAL-1, Atago Co., Tokyo, Japan) 로측정하였다. 무시비구에대해서는 6월부터잎에나타난 K 부족증상을관찰하였다. K 시비량증가에의한잎, 과실, 신초의무기원소농도변화를파악하기위하여 11월 2일채취하여특성조사를한잎과과피를포함하여과육의일부를취하고낙엽후 11월 19 일에길이 20±5 cm의신초를주당 8개씩을채취하여분석시료로사용하였다. 이들시료는 80 에서 48시간건조시켜 20 mesh를통과하도록분쇄한후 N은시료 0.2 g을농황산으로분해하여 Kjeldahl 증류장치 (Kjeltec 2300, Foss Co., Höganäs, Sweden) 로분석하였고, P, K, Ca, Mg는시료 0.5g에 H 2SO 4 와 HClO 4 분해액을첨가하여 310-340 에서분해후유도결합플라즈마발광분광계 (ICPS-7510, Shimadzu Co., Tokyo, Japan) 로분석하였다. 칼륨시비량에따른부위별무기원소농도는 Sigmaplot(Ver. 8.0, SPSS Inc., Ill., USA) 프로그램을이용하여 2차함수식으로회귀분석을하였고, 11월 2일에채취한잎과과실의생장특성성적은 Duncan 다중검정으로통계분석을하였다. 결과및고찰 7월부터 9월까지의 K 시비량이증가함에따라 11월에채취한잎과신초의 K 농도가증가하였다 (Fig. 1). 잎의 K 농도
168 CHOI et al. 변화가특히두드러져, 무시비구에서 0.49% 였으나 37 g 시비구에서 3.09% 로급격히증가하였고 66 g 시비구에서는 3.11% 로증가폭이작아졌다. 신초의 K 농도는잎이나과실보다낮았으며완만한증가를보였다. 과실의 K는다른원소들보다농도가높은것이특징이었고, 무시비구에서는 1.14% 로현저히낮고 12 g 이상의시비구에서는 1.58-1.76% 의범위로차이가없었다. K 시비량에따른수체의 K 농도차이가다른부위보다잎에서큰것은과실의 K 요구량및수용력 (sink activity) 에따라잎의 K가반응하여, 착과량이적을때는잎에 K 축적이증가하고착과량이많을때는결핍증상이생기기쉽기때문 (Faust, 1989) 으로볼수있다. 사과, 배, 복숭아등에서잎의 K가 0.7% 이하로낮아지면장해가나타나는점 (Forshey, 1969; Faust, 1989) 을감안하면무시비구잎의낮은 K 농도 는부족증상을유발할수있는조건이었다. 반면 K 시비량증가에도불구하고 66 g 시비구에서더이상잎 K 농도가증가하지않았는데, 식물체의흡수조절작용때문에양분흡수가과잉에이르지않은것으로이해된다 (Mengel, 2007). 실제로농촌진흥청에서제시한잎의적정무기원소농도범위 (RDA, 2001) 와비교해보면측정시기는다르나 66 g 시비구에서도 K 농도가과잉이아닌것을알수있다. 반면 12 g 이상시비구에서과실의 K 농도증가가미미한것은과실의생장대사작용에 K가필요이상으로사용되지않기때문 (Mengel, 2007) 으로생각되며, 일부는과실비대와함께단위과실당함량증가로이어졌을것 (Faust, 1989) 으로추측된다. 키위과실에서도어느수준이상의 K 시비량에서는더이상 K 농도가증가하지않은결과 (Pacheco et al., 2010) 가있다. Potassium (% DW) 4.0 3.0 2.0 1.0 R 2 = 0.91 R 2 = 0.94 R 2 = 0.82 Leaf Fruit Shoot y = a + bx + cx 2 Nitrogen (% DW) 2.5 2.0 1.5 1.0 0.5 R 2 = 0.43 R 2 = 0.21 R 2 = 0.39 R 2 = 0.23 R 2 = 1 R 2 = 0.96 1.5 1.2 0.9 0.6 0.3 Calcium (% DW) Phosphorous (% DW) 0.25 0.20 0.15 0.10 5 R 2 = 0.88 R 2 = 0.65 R 2 = 0.54 Leaf Shoot Fruit R 2 = 0.88 R 2 = 0.88 R 2 = 0.75 0.6 0.5 0.4 0.3 0.2 0.1 Magnesium (% DW) 0 0 12 25 37 66 0 12 25 37 66 Application amount of K (g/tree) Fig. 1. Concentrations of inorganic elements in different organs as affected by different amounts of K fertilization applied to young Fuyu persimmon trees. Leaves and fruits were sampled on 2 nd November 2009 and shoots were on 19 th November 2009. Values are mean±standard error.
Inorganic Element Concentrations in Different Organs of Young Persimmon Trees Received Different Levels of K Fertilization and Its Influence on the Fruit Characteristics 169 칼륨시비량에따른다른무기원소들농도를보면, 신초의 P, 잎과신초의 Mg가감소하는경향을제외하면일관된변화가없었다. 가장뚜렷한변화는잎의 Mg 감소로서, 무시비구에서 0.46% 였으나 37 g 시비구에서는 0.26% 로급격히낮아졌다. 이는식물체에 K 공급량이적을때는 Mg 흡수가촉진되므로 (Mengel, 2007), 무시비구에서 Mg 농도가높았다가, K 시비량이증가하면서길항작용으로 Mg 흡수가적어진것으로 (Wilkinson, 1958; Bennett, 1993; Mengel, 2007) 판단된다. K 시비량증가로신초의 Ca 농도가 K 37 g 시비때까지는낮아졌다가 66 g 시비에서는특이하게높아졌다. 과실에서는 N, Ca, Mg의농도가다른부위보다낮고변화도작은것이특징이었다. 2007년부터 3년간 K 비료를공급받지않은나무는 6월부터잎맥이검게변하며괴사하는잎들이나타났고 8월에는일부잎이가장자리부터말라서안쪽으로말리기도하였다 (Fig. 2). 다른낙엽과수에서도 K 부족증상은처음에는엽색이연하다가가장자리부터괴사되어잎안쪽으로진행되면서마르는것으로알려져있다 (Burrell and Boynton, 1943; Forshey, 1969). 이같은현상은 K 농도가낮은잎가장자리부터세포가팽압을잃고수축되면서죽기때문이다 (Mengel, 2007). 본시험의결과도다른과수의 K 부족증상과유사하였지만엽맥에서괴사증상이선명하게나타나는점이특이하였다. 11월에무시비구나무들의잎은유의적인차이는아니나크기가작았으며, SPAD 값이낮아엽록소함량이적음을알수있었다 (Table 2). K 시비구들간에는 K 증가및 Mg 감소 (Fig. 1) 에따른엽면적, SPAD 값, 비엽중의통계적차이를발견할수없었다. K 시비량이과실특성에미친영향은과실크기에서두드러지게나타났다 (Table 2). 과중이무시비구에서 150 g에불과하였으나 12 g 시비구에서 181 g, 37 g 시비구에서 203 g, 66 g 시비구에서는 206 g으로증가하였다. K 공급량에의해과실생장이달라지는결과는다른과수에서도보고되었는데 (Bennett, 1993), 이러한현상은 K가대사물질의수송에관련되어있기때문으로생각된다 (Mengel, 2007). 그러나 66 g 시비구에서확인된바와같이수체내 K가어느수준이상으로증가하면더이상과실이커지지는않는다고한다 (Fisher et al., 1959). 과피의적색도는무시비구에서가장높았으나 12 g 이상시비구들간에는차이가없었다. K가부족할때사과나핵과류에서착색이나빠지나, 감귤류, 석류등에서는좋아질수있어과종에따라착색반응이다를수있다 (Bennett, 1993; Tehranifar and Tabar, 2009). 무시비구에서적색도가높은것은 K 부족보다는잎의부분적인고사와말림으로생리적이상이생겼거나햇빛투과가좋아졌기때문일가능성도배제할수없다. 사과 (Réne, 1995) 나석류 (Tehranifar and Tabar, 2009) 과실의높은 K 농도는경도를감소시키거나당도를높일수있다고하였지만, 본시험에서는그러한차이가없었다. 이와같이 K 시비량효과가과중을제외한다른특성에서뚜렷하지않은것은과실의 K 농도가일정범위이상증가하지않는점 (Fig. 1) 과관련지을수도있을것이다. Fig. 2. Potassium deficient symptoms of Fuyu trees that had received no K for three growing seasons; photos on 2 nd July (A) and 21 st August (B). Table 2. Effect of K fertigation at different levels on leaf and fruit characteristics sampled on 2 nd November 2009 from young Fuyu persimmon trees K amount supplied (g/tree) 0 12 25 37 66 Avg area (cm 2 ) 58 a z 67 a 72 a 65 a 69 a Leaf SPAD value 44.6 b 52.5 a 54.2 a 52.9 a 53.5 a SLW (mg/cm 2 ) 12.9 a 12.2 a 12.4 a 12.1 a 12.0 a Avg weight (g) 150 b 181 ab 182 ab 203 a 206 a Skin color (Hunter a) 29.4 a 24.6 b 23.4 b 23.3 b 24.1 b Fruit Firmness (N) 18.8 a 19.6 a 19.4 a 2 a 19.0 a Soluble solids ( Brix) 14.3 a 14.0 a 14.9 a 14.8 a 14.1 a z Means within a column with the same letter are not significantly different by Duncan s multiple range test at P 5.
170 CHOI et al. 본연구결과를통해 K 시비량이증가하더라도과실내 K 농도는비례적으로증가하지않으며, 품질요소중과실크기에주로영향을주는것으로파악되었다. 실제노지에서 K 시비량조절은적절한과실비대를위해부족하지않도록관리하되, 다른비료성분과균형을고려하여과다시용은피해야할것이다. 잎과과실에나타나는 K 부족증상자료는향후특이토양환경의수체영양진단자료로활용이가능할것으로생각된다. 요약 단감의품질을높이기위한다양한칼륨시비방법이감재배농업인들에의해시도되어왔다. 본시험은칼륨시비량이단감나무의부위별무기원소농도와과실품질에미치는영향을구명하기위해수행되었다. 50 L 용기에서재배한 6년생 부유 감나무에 7월부터 9월까지 3-4일간격으로염화칼륨을사용하여주당 K를 0( 무시비구 ), 12, 25, 37, 66 g씩관주하였는데, 무시비구는시험전 2년간도 K 비료를공급하지않았다. 11월에잎, 과실, 신초시료를채취하여조사하였다. 잎과신초의 K 농도는시비량증가로높아졌으며, 잎에서변화가특히뚜렷하여무시비구에서 0.49% 였으나 37 g과 66 g 시비구에서각각 3.09% 과 3.11% 로높아졌다. 과실의 K 농도는무시비구에서현저히낮았고 12 g 이상의시비구들간에는차이가없었다. 무시비구의나무는 6월부터가장자리부터잎맥이검게괴사하는잎들이나타났고 8월에는일부잎이가장자리부터말라서말리기도하였다. 과실특성에미치는 K 시비량의가장큰효과는과중에서나타났는데, 무시비구에서 150 g이었으나 12 g 시비구에서 181g, 37 g 시비구에서는 203 g, 66 g 시비구에서는 206 g으로증가하였다. 과실의경도, 당도는 K 시비량에따른유의적인변화가없었으며무시비구는적색도가특이하게높았다. 본연구결과로 K 시비량에대한수체부위별반응이다르며, K 시비량은품질요소중과실크기에주로영향을주는것을알수있었다. References Bennett, W.F., 1993. Nutrient deficiencies and toxicities in crop plants, The American Phytopathological Society, St. Paul, MN, USA. pp. 159-183. Burrell, A.B., Boynton, D., 1943. Response of apple trees to potash in the Champlain Valley III, Proc. Amer. Soc. Hort. Sci. 42, 61-64. Choi, S.T., Park, D.S., Kang, S.M., Cho, Y.C., 2010. Effect of fruit-load on the growth, absorption, and partitioning of inorganic nutrients in young Fuyu persimmon trees, Sci. Hort. 126, 408-412. Choi, S.T., Park, D.S., Kang, S.M., Kang, S.K., 2012. Influence of leaf-fruit ratio and nitrogen rate on fruit characteristics, nitrogenous compounds, and nonstructural carbohydrates in young persimmon trees, HortScience 47, 410-413. Faust, M, 1989. Physiology of temperate zone fruit trees, Wiley & Sons Inc., NY, USA, pp. 95-97. Fisher, E.G., Parker, K.G., Luepschen, N.S., Kwong, S.S., 1959. The influence of phosphorus, potassium, mulch, and soil drainage on fruit size, yield and firmness of the Bartlett pear and on development of the fire blight disease, Proc. Amer. Soc. Hort. Sci. 73, 78-90. Forshey, C.G., 1969. Potassium nutrition of deciduous fruits, HortScience 4, 39-41. Mengel, K., 2007. Potassium, in: Barker, A.V., Pilbeam, D.J. (Eds), Handbook of plant nutrition, CRC press, Boca Raton, FL, USA, pp. 91-105. NIAST (National Institute of Agricultural Science and Technology), 1999. Fertilizer application recommendation for crops, NIAST, RDA, Suwon, Korea. p. 113. Pacheco, C., Calouro, F., Santos, F., Vieira, S., Neves, N., Curado, F., Rodrigues, S., 2010. Influence of nitrogen and potassium fertilization on mineral composition of kiwifruit, Acta Hort. 868, 319-325. Park, S.J., 2002. Effect of irrigation and N levels on fruit quality and nutrient distribution in Fuyu persimmon tree parts during the final stages of fruit growth, J. Korean Soc. Hort. Sci. 43, 321-325. RDA (Rural Development Administration), 2001. Standard agricultural manual-persimmon growing, RDA, Suwon, Korea. p. 147. Réne, D., 1995. Mineral nutrition and fruit quality, Acta Hort. 383, 219-226. Tehranifar, A., Tabar, S.M., 2009. Foliar application of potassium and boron during pomegranate (Punica granatum) fruit development can improve fruit quality, Hort. Environ. Biotechnol. 50, 191-196. Wilkinson, B.G., 1958. The effect of the orchard factors on the chemical composition of apples. II. The relationship between potassium and titratable acidity, and between potassium and magnesium, in the fruit, J. Hort. Sci. 33, 49-57.