KR20110070626A - 억새의 대량 증식 방법 - Google Patents

Abstract

본 발명은 국내외에서 차세대 에너지작물로 주목받고 있는 억새의 대량증식방법 및 이를 이용한 억새밭 조성방법에 관한 것이다.

Description

억새의 대량 증식 방법{Method for mass production of miscanthus seedling}

본 발명은 국내외에서 차세대 에너지작물로 주목받고 있는 억새의 대량증식방법 및 이를 이용한 억새밭 조성방법에 관한 것이다.

억새는 우리나라를 포함한 동아시아가 원산지인 C4작물로서 광합성 효율이 높기 때문에 연간 마른 줄기 생산량이 30톤/㏊ 이상으로 스위치그래스 등 다른 비식량 에너지작물에 비해 많다. 또한 영년생 작물이기 때문에 재식 이후 경운 및 파종작업을 하지 않고 15~20년간 수확할 수 있을 뿐만 아니라 줄기가 성숙하여 고사되기 시작하는 가을에 줄기의 양분이 땅속줄기로 이행한 후 수확하게 되면 토양비옥도는 대부분 유지되어 비료 요구도가 낮다. 자연상태에서 병해충 발생도 거의 없어 농약을 살포할 필요가 없으므로 친환경 작물이기도 하다.

기존의 억새의 번식법에는 씨앗으로 번식시키는 "종자번식법"과 재식 2~3년된 포장에서 땅속줄기를 절단, 굴취하여 본포장에 파종하는 "땅속줄기 절단법"이 있다. 종자번식법은 가을에 다량의 종자를 채취할 수 있어 묘 생산이 비용이 적게 드는 장점이 있으나 억새는 종자의 발아율이 낮고 타식성 식물이면서 바람에 의해 꽃가루가 매개되는 풍매화이기 때문에 종자의 유전자형이 각각 달라 종자를 직파 또는 묘상에 파종, 육묘하여 조성한 포장은 생육이 불균일하다. 더구나 억새의 종 중에서 개량억새(M. X giganteus)는 2배체 참억새(Miscanthus sinensis)와 4배체 물억새(M. sacchariflorus)를 교잡한 3배체이기 때문에 종자번식이 불가능하다.

이러한 이유로 외국에서는 영양번식법인 땅속줄기 절단법으로 묘를 생산하여 억새밭을 만들려는 연구가 진행 중이다. 땅속줄기 절단법은 덴마크에서 개발한 기술로 억새의 양분 저장기관인 땅속줄기를 굴취하여 이용하는 방법이다. 도 1과 같이 회전경운기로 땅속줄기를 절단하여 감자수확기로 절단된 땅속 줄기를 수집한 후 신규포장에 재식하여 억새밭을 조성하는 방법이다.

도 1은 2007년 덴마크에서 개발한 기술로, 억새 땅속줄기 절단에 의한 번식 및 신규 억새밭을 조성한 사진이다. A는 회전 경운기로 땅속줄기를 절단하는 사진이며, B는 절단된 땅속 줄기의 사진이다. 또한, C는 감자 수집기를 이용하여 땅속 줄기를 수집하는 사진이며, D는 땅속 줄기를 파종하는 사진이고, E는 파종 후 조성된 신규 억세밭의 사진이다.

그러나, 땅속줄기 절단법은 2~3년 간격으로 땅속줄기를 수확하기 때문에 증식포장 면적대비 50배 정도의 재배면적을 늘릴 수 있을 정도로 증식률이 낮다. 또한 자갈이나 점토함량이 많은 포장에 증식포를 설치하면 회전경운기 작업이 어려워 수확작업의 효율성을 위해 반드시 사질토양의 포장을 선택해야만 한다. 회전 경운기로 땅속줄기를 절단하면서 새싹으로 발육할 땅속줄기의 눈을 많이 손상시키기 때문에 파종 후 새싹 발생량이 적고 결주가 많이 발생하는 단점도 간과하기 어렵다.

억새가 유망한 비식량 에너지작물임에도 현재까지 재배면적이 크게 늘어나지 않는 이유는 상용화가 가능한 저비용 대량증식 기술이 개발되지 않았기 때문이다. 본 발명자들은 줄기 상단부를 절단하여 마디의 눈에서 신초신장을 유도한 후 줄기를 잘라 억새 삽목묘를 생산하는 방법을 개발함으로서 발근율이 높고 묘 소질이 좋은 억새 유묘를 대량생산할 수 있게 되어 억새 재배면적을 단기간에 크게 증가시키고 바이오에너지 생산에도 기여할 것이다.

본 발명은 삽수 유형별 삽목시 발근율과 묘 소질이 가장 좋은 삽수 형성조건 구명, 발근율과 묘 소질이 좋은 삽수 대량 생산, 그리고 억새 삽목방법의 다양한 억새 종에 대한 적용 가능성을 구명하고자 한다.

본 발명은 억새의 줄기 상단부를 절단하여 절단부위 아래의 각 마디에서 신초 신장을 유도하는 단계; 상기 신초신장이 유도된 마디로 삽수를 조제하는 단계; 및 상기 삽수를 삽목하여 묘를 생산하는 단계;를 포함하는 억새의 대량증식방법을 제공한다.

이때, 상기 줄기 상단부 절단 전의 억새는 10마디 이상 성장한 억새일 수 있다.

또한, 상기 신초신장이 유도된 마디는 마디 눈에서 새싹이 신장했으나 새잎이 전개되지 않은 상태일 수 있다.

또한, 상기 신초신장이 유도된 마디는 마디 눈에서 새싹이 신장하고 새잎이 전개된 상태일 수 있다.

본 발명의 다른 측면은 상기에서 생산한 삽수를 포장에 직접 삽식하여 억새밭을 조성하는 방법을 제공할 수 있다.

억새의 종 중 3배체 개량억새는 단위면적당 마른 줄기 수량이 가장 많은 작물중의 하나로 유럽과 미국에서는 고밀도 펠릿으로 제조하여 열 에너지를 생산하고 있다. 또한 억새는 차세대 수송연료인 셀룰로오스계 에탄올 원료작물로 전 세계적인 주목을 받고 있어 억새를 이용한 에탄올 생산에 관한 연구가 활발하게 진행되고 있다. 그러나 억새 재배면적을 확대하기 위해서는 증식이 쉽지 않다는 단점을 극복해야 한다. 종래의 억새 증식방법인 땅속줄기 절단법은 증식효율이 낮고 묘 생산비가 많이 소요되어 억새가 스위치그래스 등 다른 에너지 작물에 비해 재배면적이 많이 증가하지 않는 실정이다.

본 발명은 종래 방법에 비해 증식효율이 높고 묘 생산비용이 적게 소요되므로 신규 억새밭 조성시 소요되는 종묘비 비중을 낮출 수 있고 묘 가격이 낮아짐에 따라 재식밀도를 증가시켜 경제적 수확 가능연한을 단축시킬 수 있다. 포장의 토양조건이 적합하면 신초가 신장된 삽수의 직접 삽식으로 쉽게 신규 억새밭 조성이 가능하다. 또한 새로운 유망품종이 개발되었을 때 신속히 증식·보급할 수 있으므로 산업상 이용 가능성이 매우 높을 것으로 판단된다.

이하, 실시예를 통해 본 발명을 상세히 설명한다.

[실시예 1] 묘로 사용가능한 삽수의 조건

본 실시예에서 사용된 재료는 농진청 국립식량과학원 바이오에너지작물센터 에서 수집한 억새 유전자원인 물억새, 도입 3배체 억새, 거대억새 1호(수탁번호 KCTC 11580BP) 등을 사용하였다.

각 억새가 10마디 이상 자랐을 때 잎집이 벗겨진 마디 중 가장 윗부분을 절단해 두면 절단 부위 아래 각 마디에서 신초가 신장된다. 줄기의 상단부를 절단하는 것은 정단우세성 제거로 마디의 신초신장을 유도하기 위함이다.

억새는 각 마디에 신초로 발육할 수 있는 눈이 1개씩 있다. 따라서 줄기를 베어 마디마다 1개씩 삽수를 조제하였는데 마디 위와 아래를 각각 10~15㎝, 3~5㎝ 남기고 절단하여 삽수 전체의 길이가 13~15㎝가 되도록 하였다. 조제한 삽수는 도 2와 같이 어린 삽수, 성숙 삽수, 신초신장 초기 및 후기 삽수로 분류하였다.

마디에 신선한 잎집이 남아 있는 것을 어린 삽수로, 잎집이 고사되었거나 소멸된 것을 성숙삽수로, 마디의 눈에서 새싹이 신장하였으나 새잎이 완전히 전개되지 않은 것을 신초신장 초기 삽수로, 마디의 눈에서 새싹이 신장하여 새잎이 전개된 것을 신초신장 후기 삽수로 하였다.

상기와 같이 조제하여 유형별로 분류한 삽수는 모래와 황토를 1:3 비율로 혼합한 상토로 조성한 묘상에 눈 또는 신초가 부착된 마디가 땅 속으로 3~5㎝ 들어가도록 10×10㎝ 밀도로 삽목하였다. 삽목 후 1일 1회 상토가 충분히 적실 정도로 물을 주어 관리한 후 14일 후에 삽수 유형별로 20개씩 굴취하여 발근율과 근수 및 근장 등 묘 소질을 조사하였다. 발근율은 조사 개체중의 뿌리가 1㎜ 이상 나온 개체의 백분율로 하였고 근수 및 근장은 조사 개체 전체의 뿌리 수 및 길이를 조사개체수로 나눈 값으로 하였다. 지상부 생육 특성인 신초 수와 길이도 조사 개체 전체의 신초 수와 길이를 조사개체수로 나눈 값으로 하였다.

어린 삽수, 성숙 삽수, 신초신장 초기 및 후기 삽수를 묘상에 삽목하여 14일 후에 발근 양상을 조사한 결과는 하기 표 1 및 도 2와 같다.

도 2는 어린 삽수, 성숙 삽수, 신초신장 초기 및 후기 삽수의 삽목하여 14일 후의 삽수를 비교한 것이다.

[표 1] 유형별 발근 및 지상부 생육 양상(14일 삽목)

삽수 유형	발근율(%)	발근 수(개)	근장(㎝)	신초수(개)	신초장(㎝)
어린 삽수	47	1.9	0.4	1.0	6.5
성숙 삽수	70	2.9	0.6	1.0	8.7
신초신장 초기삽수	94	5.5	2.4	1.0	20.3
신초신장 후기삽수	100	10.0	5.2	1.5	25.0

상기 표 1에서 보는 바와 같이 발근율은 어린 삽수 및 성숙 삽수에서 각각 47%, 70%이었으나 신초신장 초기 및 후기 삽수에서는 각각 94%, 100%로 높았다. 어린 삽수 및 성숙 삽수에서 발근수가 각각 1.9개, 2.9개이었고, 근장도 0.4㎝, 0.6㎝로 나타나 발근양상이 좋지 않았으나, 신초신장 초기 및 후기 삽수에서는 발근수가 각각 5.5개, 10개로 많았고, 근장도 2.4㎝, 5.2㎝로 뿌리 생육이 양호하였다. 신초장은 어린 삽수 및 성숙 삽수에서 각각 6.5㎝, 8.7㎝이었으나, 신초신장 초기 및 후기 삽수에서는 각각 20.3㎝, 25.0㎝로 묘 소질이 좋았다.

[실시예 2] 신초신장 조장 방법

발근율과 묘 소질이 좋은 신초신장 삽수를 많이 얻기 위해 줄기 상단부를 절단하는 것이 마디의 신초 신장에 미치는 영향을 검토하였다. 억새가 10마디 이상 자랐을 때 보면 억새 각 마디의 잎집이 자연적으로 벗겨져 있게 되는데 잎집이 벗겨져 있는 제일 윗마디 상단부를 절단해둔다. 2주 후에 상단부 절단 줄기 및 자연상태의 줄기를 각각 20개씩 베어 신초신장 초기 및 후기 삽수의 수를 조사하였다.

억새 줄기 삽목시 발근율이 높고 묘 소질이 좋은 신초신장 삽수를 얻기 위해 잎집이 소멸된 마디 중 윗부분을 절단하여 14일 후에 신초신장 삽수 수를 절단하지 않은 줄기와 비교한 결과는 도 3, 4 및 표 2와 같다.

도 3은 줄기 상단부 절단 여부에 따른 눈의 신초신장을 비교한 것이다. 또한, 도 4a는 무처리 줄기에서 수확한 삽수의 사진이며, 도 4b는 상단부를 절단한 후 수확한 삽수의 사진이다.

[표 2] 상단부 절단 여부에 따른 신초신장 삽수 수(개/주)

처리내용	신초신장 초기삽수	신초신장 후기삽수	계
무처리	1	0	1
상단부 절단	2	4	6

상기 표 2에서 보는 바와 같이, 상단부를 절단하지 않은 무처리 줄기에서는 신초신장 삽수를 1개만 얻을 수 있었으나 상단부를 절단한 줄기에서는 6개로 나타나 윗부분 절단으로 신초신장 삽수가 증가됨을 확인하였다.

[실시예 3] 억새 종별 삽목에 대한 반응

다양한 억새 종에 발명자 등에 의해 확립된 삽목기술의 적용 가능성을 구명하기 위해 우리나라 습지에서 자생하는 물억새( Miscanthus sacchariflorus, 4배체)와 외국에서 에너지작물로 재배하는 도입 개량억새(Miscanthus X giganteus, 3배체), 거대억새 1호의 신초신장 후기 삽수를 실시예 2와 같은 방법으로 40일 동안 삽목하여 발근양상을 조사하였다.

물억새, 개량억새 및 거대억새 1호의 신초신장 후기삽수를 40일 동안 삽목하여 발근 및 지상부 생육양상을 비교한 결과는 도 5 및 표 3과 같다.

[표 3] 억새 종별 신초신장 후기 삽수의 발근 및 지상부 생육 양상(40일 삽목)

억새 종	발근율(%)	발근 수(개)	근장(㎝)	신초수(개)	신초장(㎝)
거대억새 1호(4배체)	100	16	11.7	5	54
개량억새(3배체)	100	14	12.1	5	51
물억새(4배체)	100	13	13.9	5	41

상기 표 2에서 보는 바와 같이, 도입 개량억새와 물억새 모두 발근율이 100% 이고 발근수, 발근장 등 발근양상도 양호하며 신초장이 길고 신초수도 많은 점에서 거대억새 1호와 차이가 없었다.

따라서 본 발명의 억새 대량 증식을 위한 줄기 삽목방법은 거대억새 1호, 물억새뿐만 아니라 마른 줄기 생산량은 많지만 종자번식이 불가능한 개량억새 증식에 도 이용할 수 있을 것으로 판단된다.

본 발명인 억새 줄기 삽목에 의한 대량증식 기술은 하기 표 4와 같이 증식포장 면적당 생산가능한 묘 수가 1,020개/㎡로 땅속줄기 절단법의 50-100개/㎡에 비해 월등히 높다. 현재 미국 등 외국에서는 신규 억새밭을 조성할 때 묘의 재식밀도가 100×100㎝ 이다. 그러므로 땅속줄기 절단법으로는 증식포장에서 1㎡에서 얻은 묘로 신규포장 50~100㎡을 조성할 수 있지만 본 발명을 이용하여 삽목법으로 증식한다면 1,020㎡로 훨씬 넓은 면적의 신규포장을 조성할 수 있다.

[표 4] 억새 줄기 삽목에 의한 대량증식 기술(본 발명)과 땅속줄기 절단법(종래 기술)의 증식 효율 비교

번식법	증식포장 면적당 생산가능한 묘 수(개/㎡)	재식가능 면적 (㎡)	비고
땅속줄기 절단법	50-100	50~100	2-3년 1회 생산
삽목법	1,020	1,020	매년 생산

※ 번식효율 산출 근거

☞ 땅속줄기 절단법 : Lewandowski 등(2000). Miscanthus: European experience with a novel energy crop. Biomass and Bioenergy 19:209-227

☞ 삽목법 : 170주/㎡(자생지 줄기 밀도 조사성적) × 6본/주(표 2 참조) = 1,020

☞ 재식가능 면적 : 재식밀도 100×100㎝ 기준

또한 땅속줄기 절단법은 수확작업의 효율을 높이기 위해 사질토양의 포장에 증식하지만 본 발명으로는 자갈이 섞인 토양이나 점질토양의 포장을 삽수채취 포장으로 이용할 수 있고 땅위 줄기를 이용하기 때문에 매년 삽수를 수확하여 증식할 수 있다. 땅속줄기 절단법은 묘 수확시 땅속줄기를 절단하기 위해 회전경운기를 사용하기 때문에 새싹으로 발육할 땅속줄기의 눈이 많이 손상되지만 본 발명은 회전경운기를 사용할 필요가 없어 눈이 손상되지 않는 장점도 기대할 수 있다.

땅속줄기 절단법으로는 증식효율이 낮아 신규포장 조성시 묘를 절약하기 위해 재식밀도를 적게 할 수밖에 없기 때문에 조성 초기에 발생하는 줄기 수가 적어 경제적 수확가능 연한이 3년 정도 길다. 그러나 본 발명의 억새 줄기 삽목에 의한 대량증식 기술은 증식효율이 높아 재식밀도를 증가시킬 수 있어 조성 초기에도 많은 줄기가 발생하므로 경제적 수확가능연한을 단축하는 것도 기대할 수 있다.

도 1은 2007년 덴마크에서 개발한 기술로, 억새 땅속줄기 절단에 의한 번식 및 신규 억새밭을 조성한 사진이다.

도 2a는 어린 삽수, 성숙 삽수, 신초신장 초기 및 후기 삽수를 분류하여 비교한 것이다.

도 2b는 어린 삽수, 성숙 삽수, 신초신장 초기 및 후기 삽수의 삽목하여 14일 후의 삽수를 비교한 것이다.

도 3은 줄기 상단부 절단 여부에 따른 눈의 신초신장을 비교한 것이다.

도 4a는 무처리 줄기에서 수확한 삽수의 사진이며, 도 4b는 상단부를 절단한 후 수확한 삽수의 사진이다.

도 5는 물억새, 개량억새 및 거대억새 1호의 신초신장 후기삽수를 40일 동안 삽목하여 발근 및 지상부 생육양상을 비교한 사진이다.

도 6은 본 발명의 억새 대량증식방법을 도식화한 것이다.

Claims (5)

1. 억새의 줄기 상단부를 절단하여 절단부위 아래의 각 마디에서 신초 신장을 유도하는 단계;

   상기 신초신장이 유도된 마디로 삽수를 조제하는 단계; 및

   상기 삽수를 삽목하여 묘를 생산하는 단계;를 포함하는, 억새의 대량증식방법.
2. 제1항에 있어서,

   상기 줄기 상단부 절단 전의 억새는 10마디 이상 성장한 억새인, 억새의 대량증식방법.
3. 제1항에 있어서,

   상기 신초신장이 유도된 마디는 마디 눈에서 새싹이 신장했으나 새잎이 전개되지 않은 상태인, 억새의 대량증식방법.
4. 제1항에 있어서,

   상기 신초신장이 유도된 마디는 마디 눈에서 새싹이 신장하고 새잎이 전개된 상태인, 억새의 대량증식방법.
5. 제1항에서 생산한 삽수를 포장에 직접 삽식하여 억새밭을 조성하는 방법.

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