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ISSN : 1225-8504(Print)
ISSN : 2287-8165(Online)
Journal of the Korean Society of International Agricultue Vol.26 No.4 pp.353-359
DOI : https://doi.org/10.12719/KSIA.2014.26.4.353

Comparison of Rice Grain Yield and Quality of Different Maturity Groups by Cultivating in Korea and Japan

Jae-Kwon Ko, Hong-Kyu Park†, Shin-Gu Kang, Hiroshi Kato*, Takuro Ishii**, Hiroshi Nemoto*, Makoto Sakai***, Kiroyuki Satou***, Ikuo Ando**, Bo-Kyeong Kim****
Department of Rice and Winter Cereal Crop, NICS, RDA, Iksan 570-080, Korea
*National Institute of Agrobiological Sciences, Tsukuba 305-8602, Japan
**Institute of Crop Science, Tsukuba 305-8518, Japan
***Kyushu Okinawa Agricultural Research Center, NARO, Chikugo 833-0041, Japan
****National Institute of Crop Science, RDA, Suwon 441-857, Korea
Corresponding Author : (Phone) +82-63-840-2109 parkhok@korea.kr
September 29, 2014 November 3, 2014 November 7, 2014

Abstract

Field experiments were conducted to identify the effect of high temperature in rice yield and grain quality by comparing the three different maturity groups cultivated in Iksan (Korea), Tsukuba, and Hainuzuka (Japan). Two varieties were selected for each maturity group of early, mid, and mid-late maturing from Korea, and those six varieties were cultivated under the standard methods of the three experiment stations. The average grain yields of the early maturing, mid-maturing, and mid-late maturing groups in Iksan were 495 kg/10a, 510 kg/10a, and 540 kg/10a, respectively. In Hainuzuka, The average grain yields of the early maturing, mid-maturing, and mid-late maturing groups in Iksan were 485 kg/10a, 477 kg/10a, and 510 kg/10a, respectively. In contrast, head rice yield of early maturing group in Hainuzuka (423 kg/10a) was higher than mid-late maturing group (400 kg/10a) in Hainuzuka, and also than that of the early maruing group in Iksan (366 kg/10a). According to the above results, grain yield would be decreased by 2 - 6% as temperature increases to the current level in Hainuzuka. However, head rice yield can be increased or decreased according to the maturity and variety. These results will be helpful for rice breeders to consider the using early maturing germplasm, and for agronomist to select adaptable early maturing rice varieties to mitigate the adverse effect of climate warming.


한국과 일본의 지역간 생태형별 주요 벼 품종의 수량과 품질

고 재권, 박 홍규†, 강 신구, 加 藤浩*, 石井 卓朗**, 根 本博*, 坂 井眞***, 佐藤 宏之***, 安東 郁男**, 김 보경****
농촌진흥청 국립식량과학원 벼맥류부
*일본(독)농업 생물자원연구소
**일본(독) 농연기구 작물연구소
***일본(독) 농연기구 구주오끼나와 농업연구센터
****농촌진흥청 국립식량과학원

초록


    Rural Development Administration
    PJ00927503

    IPCC

    (Intergovernmental Panel on Climate Change, 2007) 는 2005년까지 지난 100년간 세계 평균기온이 0.74℃ 상승하 였고, 향후 지속적으로 상승하여 이로 인한 온난화의 문제가 세계적으로 대두될 것으로 보고하였다. 벼 재배에 있어 이러한 온난화는 쌀 수량의 증감은 물론 등숙기 고온에 의해 외관상 품질을 떨어뜨리는 요인으로 작용하고 있다.

    일본에서는 2010년 1등미 비율이 전국평균 62%로 지난 10 년간 평균치인 77%에 비해 크게 낮아져 온난화가 큰 문제로 인식되고 있다. 특히, 고품질 쌀을 가장 많이 생산하는 니이가 따현의 2010년 1등미 비율은 63%로 2009년 86%에 비해 23%가 낮아지는 등 등숙기 고온으로 인한 품질저하가 심각하 였다(2010. 11. 23, 일본농업신문). 반면에, 일본 곡물검정협회 에서 발표하는 식미 통계를 보면 북해도에서는 2010년부터 나 나쓰보시, 2011년부터 유메삐리카 품종으로 특A쌀을 생산하여 고품질 쌀 생산 지역이 점차 북상하고 있음을 알 수 있다.

    고온 등숙으로 인해 외관 품위가 저하하는 현미는 완전미를 제외하고 미숙립, 피해립, 사미 등으로 분류되고 있다. 또한, 미 숙립은 심복백, 유백미, 기부미숙립을 포함하는 것을 말한다. 이 와 같이 현미의 상태에 따라 배백, 기백미의 품종간 차이에 대해 보고되었고(Nagata et al., 1961), 현미와 고온과의 관련 성 등이 보고되었다(Nagata & Ebata, 1965).

    최근에는, 고온에서 유백미 발생(Kobata et al., 2004), 유백 미와 동할미 발생(Nagahata et al., 2005), 현미 충실도와 식 미형질의 관계(Morita et al., 2010) 등이 보고되었고, 벼 등숙 기에 출수 후 20일간의 일평균기온이 26℃를 기준으로 1℃ 초과하면 미숙립이 약 10% 증가하였으며(Morita, 2005), 동할 립은 등숙초기의 고온에 의해 증가되는 것이 보고된 바 있다 (Nagata et al., 2004). 또한, 복백미 발생의 원인으로 등숙 초기 의 기온이 아니라 등숙 중기 이후의 동화산물의 공급부족, 공급 능력의 저하가 주요 원인이라는 보고도 있다(Niita et al., 2012).

    이처럼 등숙기간 동안의 고온은 미질에 다양한 피해를 주는 데, 이를 줄이기 위해서 고온내성 품종을 육성하거나 재배적 인 방법으로 회피할 수 있는 방법 등을 모색하고 있다. 일본 의 품종육성 기관에서는 고온에서도 쌀 수량 및 미질 저하가 적은 유망품종으로 니꼬마루(Makoto et al., 2010), 유메미즈 호, 후사오도메 등을 육성하여 보급하고 있으며, 고온 등숙 특 성검정방법을 개발하여 비닐하우스검정, 온수검정 등을 실시 하고 있다. 또한, 재배적인 방법으로는 미숙립 발생경감대책 (Takahashi, 2006), 질소시비량의 영향(Wakamatsu et al., 2008), 고온 등숙에 대한 재배적인 대책(Morita, 2011)등이 발 표된바 있다.

    일본에서 다양하게 나타나고 있는 쌀의 외관상 미질저하의 현상을 보면, 향후 우리나라에도 발생할 고온 등숙 문제를 예 상할 수 있다. 따라서 고온 등숙에 대비하여 우리나라 남부지 역 품종배치의 변화가능성과 선발기준에 대한 기초자료로 제 공하고자 본 시험을 실시하였다.

    재료 및 방법

    본 시험은 우리나라 남부지역에서 주로 재배되고 있는 벼 품종을 생태형별로 선정하여 우리나라보다 고온 조건에 있는 일본 서남 지역에서의 벼 생육 및 미질의 차이를 분석하고자 2012년에 비교시험을 수행하였다. 공시품종으로는 조생종으로 운광과 조평, 중생종으로 소비와 수안, 중만생종으로 호품과 미품 등 생태형별로 2품종씩 6품종을 사용하였다.

    시험지역은 총 3개소로, 우리나라는 국립식량과학원 벼맥류 부 익산 포장에서 수행하였고, 일본에서는 농업·식품산업기술 총합연구기구 작물연구소의 쓰꾸바 벼 시험포장(Tsukuba)과 규 슈오끼나와 농업연구센터의 하이누즈까(Hainuzuka) 벼 시험포 장에서 실시하였다. 시험을 실시한 3개 지역의 위치정보는 Table 1과 같으며, 쓰꾸바는 익산과 위도가 비슷하나 하이누즈 까는 익산보다 남쪽에 위치하고 있다.

    파종 및 이앙 시기는 각 지역별 적정 이앙 시기에 준하였으 며, 기타 재배법은 각 연구소의 표준재배법에 따라 난괴법 3 반복으로 실시하였다(Table 1). 수량조사는 출수 후 적산온도 1,100℃ 내외가 되는 날에 시험구당 3.7 m2씩 예취하였으며, 수분이 15 ~ 16% 정도가 되도록 자연 건조한 후 도정하여 쌀 수량, 품질 등을 조사하였다. 쌀 품위조사는 미립판별기(RN- 500, Kett, Japan)로 측정하였다. 단백질 및 아밀로스 성분분석 은 근적외선분광분석 방식인 성분분석계(AN-700, Kett, Japan) 를 이용하여 기계적 방법으로 측정하였다. 통계분석은 SAS 9.1 통계분석 프로그램(SAS Institute Inc., 2013)을 이용하여 분산분석 및 던컨다중검정을 실시하였다.

    결과 및 고찰

    기상 분석

    A이앙기 기상

    쓰꾸바의 위도는 익산과 비슷하지만 태평양의 해양성 기후 로 인해 온화한 편이다. 익산과 쓰꾸바의 이앙 가능한 시기의 평균온도를 보면, 쓰꾸바는 익산에 비해 4월 중순에 1.0℃, 4 월 하순에는 1.8℃가 높아 영농 준비가 빠른 경향이다 (Table 2). 그러나 5월 상순 이후에는 익산과 비슷하거나 익산 의 온도가 높았다.

    한편, Table 3에서 보면 각 시험지별 이앙 시기의 평균기온 은 쓰꾸바는 17℃ 부근에서, 익산은 20℃ 내외 부근에서, 하이 누즈까에서는 23℃ 내외였다. 쓰꾸바는 익산보다 이앙시기가 빠 르므로 보다 낮은 기온에서 이앙을 하고 있음을 알 수 있다.

    B재배 기간 중 기상

    벼 재배 기간 중에 평년의 평균기온을 보면 익산이 쓰꾸바 보다 0.2℃ 높았고, 하이누즈까는 익산보다 1.6℃ 높았다 (Table 4). 2012년 평균기온도 비슷한 양상으로 익산이 쓰꾸바 보다 0.3℃ 높았고, 하이누즈까는 익산보다 2.2℃가 높았다. 익산은 쓰꾸바에 비해 5 ~ 7월까지는 높은 편이고, 8월은 비 슷하였으며, 9월에는 평년에는 0.7℃, 2012년에는 3.8℃ 낮게 경과하여, 이앙 초기에는 익산이 높으나 등숙기에는 쓰꾸바가 높음을 알 수 있었다.

    등숙에 영향을 미치는 26℃ 이상의 기온이 출현하는 시기(평 년 기준)는 익산이 7월 하순, 쓰꾸바가 8월 상순, 하이누즈까 가 7월 중순이였다. 2012년에도 익산은 7월 하순, 하이누즈까 는 7월 중순이였지만, 쓰꾸바는 7월 하순이였다. 한편, 26℃를 경과한 일수는 2012년에 익산은 34일, 쓰꾸바는 49일, 하이누 즈까는 66일로, 익산에 비해 쓰꾸바와 하이누즈까가 온도가 높 아 등숙에는 불리할 것으로 생각할 수 있다.

    본 시험 중(2012년) 각 생태형별로 출수 후 등숙 기간 동안 평균기온이 26℃를 넘는 일수를 보면, 익산에서는 8월 초순 출 수되어 조생종은 거의 20일간, 중생종은 8월 중순 출수되어 약 10일간, 중만생종은 8월 하순 출수되어 약 4일간을 경과하였다.

    쓰꾸바에서는 조생종은 7월 하순 출수되어 16일간, 중생종 은 8월 중순 출수되어 약 15일간, 중만생종은 8월 중순 출수 되어 약 15일간을 경과하였다. 하이누즈까에서는 조생종은 8 월 중순 출수되어 거의 20일간, 중생종은 8월 중순 출수되어 약 20일간, 중만생종은 8월 하순 출수되어 약 16일간을 경과 하였다.

    일반적으로 쓰꾸바에서 재배하는 고시히까리의 경우 대부분 7월초에 출수하여 26℃가 출현하기 전에 등숙 전반기를 경과 해왔다. 그런데 2012년에는 출수 초기부터 26℃ 이상의 고온 을 경과하는 등 최근 일본에서도 기후 온난화에 따른 고온 등 숙 발생에 의한 품질저하가 문제가 되고 있다.

    2출수기 및 간장

    파종에서 출수까지의 일수는 익산에서 조생종이 8월 1일로 71일, 중생종은 8월 12일로 82일, 중만생종은 8월 19일로 89 일이 소요되었다(Table 5). 한편, 쓰꾸바에서는 조생종이 7월 27일로 98일, 중생종은 8월 8일로 110일, 중만생종은 8월 14 일로 116일이 소요되었다. 익산에 비해서 출수기가 조생종은 27일, 중생종은 28일, 중만생종은 27일 늦게 출수되었다. 이는 이앙기가 익산에 비해 빨랐던 반면 출수기는 비슷하여 영양생 장 기간이 길었기 때문으로 보인다. 쓰꾸바에서 모든 품종의 영양생장이 익산보다 길었으나, 하이누즈까에서 영양생장 기 간은 조생종이 80일, 중생종이 81일, 중만생종이 86일로, 조생 종은 익산보다 9일이 길었지만, 중생종과 중만생종은 1 ~ 3일 이 짧았다.

    벼의 키는 익산에서 조생종은 70 cm, 중생종은 78 cm, 중만 생종은 74 cm이었다. 쓰꾸바에서는 모든 품종에서 키가 익산 보다 2 ~ 7 cm가 작게 나타났다. 한편, 하이누즈까에서 조생종 은 익산보다 키가 3 cm 정도 컸으나, 중생종과 중만생종은 익 산보다 작은 경향을 보였으며, 특히 중만생종의 간장이 크게 감소하였다.

    3수량성 및 외관상 품질

    A쌀 수량성

    쌀 수량성은 익산에서 조생종은 10 a당 495 kg, 중생종은 510 kg, 중만생종은 540 kg의 수량성을 보였고, 쓰꾸바에서 조 생종은 481 kg, 중생종은 464 kg으로 익산보다 낮았으나, 중 만생종은 535 kg으로 익산과 비슷하였다(Table 6). 하이누즈까 에서 조생종은 485 kg, 중생종은 477 kg, 중만생종은 518 kg이 었으며, 조생종의 경우 익산과 통계적으로 유의한 차이가 없 었으나 중생종과 중만생종 모두 익산보다 낮았다. 본 결과로 보아 익산지역에서 하이누즈까와 같은 기후 정도로 기온이 상 승한다면 현재와 같은 품종을 재배할 경우 쌀 수량이 조생종 은 10 kg, 중생종은 33 kg, 중만생종은 22 kg 정도로 약 2 ~ 6% 감소할 것으로 보인다. 한편, 조생종 품종인 운광과 조평 의 쌀 수량은 쓰꾸바와 하이누즈까에서 크게 차이가 났는데, 같 은 생태형이라 하더라도 품종에 따라 지역과 기후에 대한 적응 성이 다르기 때문에 향후 온난화에 적응하는 적절한 품종 선 정도 필요할 것으로 사료된다.

    B현미 천립중

    현미천립중은 익산에서 조생중은 20.2 g, 중생종은 23.6 g, 중 만생종은 21.0 g으로 중생종이 가장 무겁게 나타났다(Table 7). 쓰 꾸바에서 조생종은 21.1 g, 중생종은 24.8 g, 중만생종은 22.2 g 으로 각 생태형 모두 익산보다 무거웠으며, 중생종 > 중만생종 > 조생종 순으로 무거운 경향은 익산과 같았다. 하이누즈까에 서 조생중은 22.8 g, 중생종 25.3 g, 중만생종 23.0 g이었다. 하 이누즈까에서의 현미천립중이 익산과 쓰꾸바보다 높게 나타난 주요 이유는 수량구성요소 중 주당수수나 수당립수가 적어 상 대적으로 천립중이 증가한 것으로 추정된다.

    C백미 완전미율

    백미 완전미율은 익산에서 조생종은 74.0%, 중생종은 77.6%, 중만생종은 83.1%로 중만생종으로 갈수록 완전미율이 높아지는 경향을 보였다(Table 8). 쓰꾸바에서 조생종은 86.7%, 중생종은 73.9%, 중만생종은 79.6%이었고, 하이누즈까 에서는 조생종이 87.2%, 중생종 82.4%, 중만생종 77.3%로 조생종 >중생종 >중만생종 순으로 완전미율이 높았다. 조생 종과 중생종의 경우 하이누즈까에서 완전미율이 높았으며, 반 대로 중만생종은 익산에서 가장 높게 나타났다. 싸라기, 착색 립, 피해립, 불완전립 등 미숙립의 비율이 생태형별로 다른 경 향을 나타낸 이유로는 주요 생육시기에 따른 재배관리 방법과 기상 조건 등 여러 복합적인 인자가 작용하기 때문으로 보이 며, 구체적인 원인 구명을 위해서는 추가적인 연구가 필요할 것으로 생각된다.

    D백미 완전미 수량

    외관상 미질을 고려한 백미 완전미 수량은 Table 9와 같다. 익산에서 조생종은 10 a당 366 kg, 중생종 395 kg, 중만생종 448 kg의 수량성을 보여, 조생종 보다는 중만생종에서 완전미 수량이 많았다. 쓰꾸바에서 조생종은 10 a당 415 kg, 중생종은 343 kg, 중만생종은 427 kg을 보여, 중만생종의 수량이 가장 많았던 반면 중생종의 완전미 수량이 크게 낮았다. 하이누즈 까에서는 익산과 반대로 조생종은 10 a당 423 kg, 중생종 393 kg, 중만생종 400 kg으로 조생종에서 중만생종보다는 완 전미 수량이 많았다. 이는 온도가 높은 지역인 하이누즈까에 서 감광성인 중만생종 보다는 감온성인 조생종 품종의 적응 성이 더 높음을 알 수 있다. 따라서, 익산지역에서는 기후온난 화에 대비한 품종을 육성할 때 현재의 감광성 유전자원의 이 용보다는 새로운 유전자원을 탐색하는 것이 중요할 것이며, 향 후 남부지역에 적응하는 품종을 선정할 때 현재의 중만생종 위주에서 이모작 등 작부체계를 함께 고려한 조생종을 늘려나 갈 필요가 있을 것으로 사료된다.

    4이화학성의 변화

    현미 단백질 함량을 보면 익산에서는 조생종이 7.8%, 중생 종 8.2%, 중만생종 7.4%이었으나, 쓰꾸바는 조생종이 5.9%, 중생종 5.7%, 중만생종 5.9%로 전반적으로 익산보다 단백질 함량이 낮았다(Table 10). 반면에, 하이누즈까에서는 단백질 함 량이 7.5 ~ 7.6%로 생태형간 유의한 차이를 보이지 않았으며, 익산과 비교하면 중생종의 단백질 함량이 낮았던 반면 조생종 과 중만생종은 통계적인 유의차가 나타나지 않았다.

    아미로스 함량은 익산에서는 조생종이 15.9%, 중생종이 16.1%, 중만생종이 18.1%였다(Table 11). 쓰꾸바에서는 조생종 이 14.1%, 중생종이 14.6%, 중만생종이 15.1%로 익산보다는 낮은 경향이었다. 그러나, 하이누즈까에서는 조생종이 15.7%, 중생종이 16.1%, 중만생종이 17.0%로, 조생종과 중생종은 익 산과 유의차가 없었으나, 중만생종은 익산보다 낮은 결과를 보 였다. 쓰꾸바에서 단백질과 아미로스가 낮은 이유에 대해서는 이앙 시기 등 재배방법과 생육기간 동안의 기상환경에 대해 추가적인 검토가 필요할 것으로 생각된다.

    적 요

    기후 온난화가 우리나라 남부지역에서 쌀 수량 및 미질에 미치는 영향을 예측하기 위해 우리나라와 일본 사이의 지역간 비교시험을 수행한 결과를 요약하면 다음과 같다.

    1. 쌀 수량은 익산에서 조생종은 10 a당 495 kg, 중생종은 510 kg, 중만생종은 540 kg이었으며, 하이누즈까에서 조생종은 485 kg, 중생종은 477 kg, 중만생종은 518 kg으로, 익산에 비해 하이누즈까에서 모든 생태형의 수량이 낮았다.

    2. 천립중은 익산에서 조생중은 20.2 g, 중생종은 23.6 g, 중 만생종은 21.0 g이었다. 쓰꾸바에서 모든 생태형별 천립중은 익산보다 약간 무거웠고, 하이누즈까에서는 조생중 22.8 g, 중 생종 25.3 g, 중만생종 23.0 g으로 세 지역 중 천립중이 가장 무거웠으며, 생태형별로는 세 지역 모두 중생종>중만생종>조 생종 순으로 무거운 경향을 보였다.

    3. 외관상 미질을 고려한 완전미 쌀 수량은 익산에서 10 a당 조생종 366 kg, 중생종 395 kg, 중만생종 448 kg으로 조생종 보다 중만생종의 완전미 수량이 많았다. 반면에, 하이누즈까에 서는 조생종 423 kg, 중생종 393 kg, 중만생종 400 kg으로 조 생종이 중만생종보다 완전미 수량이 많았다.

    이상의 결과를 종합하면, 익산지역이 하이누즈까와 비슷한 수준으로 온난화가 진행된다면 쌀 수량은 2 ~ 6% 정도 감소할 것으로 보이나, 완전미 수량의 경우 생태형 및 품종에 따라서 증가하거나 감소할 수도 있는 것으로 나타났다. 따라서 기후 온난화에 대비하여 남부지역에 적응하는 품종을 육성하기 위 해서는 감광성보다는 감온성 유전자원을 탐색하여 이용하는 것이 중요하다고 생각되며, 중만생종 중심에서 조생종의 품종 비율을 높이는 방안도 필요할 것으로 사료된다.

    Figure

    Table

    Location of experimental site and cultivation practice.

    Distribution of average temperature at which rice is sowing and transplanting in Iksan and Tsukuba.

    Comparison of average, maximum, and minimum temperature of 10 days at around transplanting date in the experimental locations in 2012.

    Temperature and sunshine hour during rice growing period in Iksan, Tsukuba, and hainuzuka in 2012.

    *E: the first 10 days of a month, M: the middle 10 days of a month, L: the last part of a month, T. Avr: Average temperature, and T. Max: Maximum temperature.
    **The numbers inside the ( ) show the count of days in average temperature above 26°C.

    Heading date, days from sowing to heading, and the comparison of culm length according to the maturity and location.

    Milled rice yield of different rice maturity groups cultivated in Iksan, Tsukuba, and Hainuzuka in 2012.

    *Same letters in a column are not significantly different by DMRT at p = 0.05 level.

    Thousand grain weight of different rice maturity groups cultivated in Iksan, Tsukuba, and Hainuzuka in 2012.

    *Same letters in a column are not significantly different by DMRT at p = 0.05 level.

    The head rice ratio of different rice varieties cultivated in Iksan, Tsukuba, and Hainuzuka in 2012.

    *Same letters in a column are not significantly different by DMRT at p = 0.05 level.

    The head rice yield of different rice maturity groups cultivated in Iksan, Tsukuba, and Hainuzuka in 2012.

    *Same letters in a column are not significantly different by DMRT at p = 0.05 level.

    Protein content in brown rice of different rice maturity groups cultivated in Iksan, Tsukuba, and Hainuzuka in 2012.

    *Same letters in a column are not significantly different by DMRT at p = 0.05 level.

    Amylose content in brown rice of different rice maturity groups cultivated in Iksan, Tsukuba, and Hainuzuka in 2012.

    *Same letters in a column are not significantly different by DMRT at p = 0.05 level.

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