Agronomic Productivity and In Vitro Fermentation Kinetics of Maize-Sorghum Replacement Intercropping

기술 요약: 옥수수-수수 대체 간작의 농학적 생산성 및 인비트로(In Vitro) 발효 역학

문제 제기
기후 변화와 건조 및 반건조 지역의 수자원 부족 심화는 농업의 지속 가능성, 특히 반추동물 사료 생산에 위협이 되고 있다. 사료용 옥수수(Zea mays)는 고생산성 젖소에게 우수한 영양 품질을 제공하지만, 물 소비량이 많고 가뭄 스트레스 하에서 수확량 감소에 취약하다. 반면, 사료용 수수(Sorghum bicolor)는 탁월한 내건성과 물 이용 효율을 보이지만, 단일 작물로 재배될 경우 낮은 조단백질(CP)과 높은 중성 세제 불용성 섬유소(NDF)와 같은 차순위의 영양 특성을 나타내는 경우가 많다. 간작은 자원 활용도를 높이기 위한 생태학적으로 건전한 전략으로 알려져 있으나, 특정 대체 열 패턴(공간적 배치)이 형태생리적 특성, 생물량 분배, 그리고 그에 따른 사료의 화학적 조성 및 반추위 발효 역학에 미치는 연쇄적인 영향에 대해서는 여전히 상당한 지식 공백이 존재한다.

연구 방법
본 연구는 이란 골레스탄 주(고르간 및 알리-아바드)의 두 지역에서 여름 성장기를 대상으로 대규모 무복제 띠 시험(un-replicated strip trial)을 수행하였다. 실험 설계는 세 가지 재배 패턴을 비교하였다:

1. 단일 옥수수 (1M): 순수 옥수수 재배.
2. 간작 1M:1S: 옥수수 1열과 사료용 수수 1열의 교차 재배.
3. 간작 1M:2S: 옥수수 1열과 사료용 수수 2열의 교차 재배.

각 처리구 스트립은 2,100 m²(40개 열, 75 m 길이)를 차지하였다. 농학적 관리는 상업적 표준을 따랐으며, 기계 파종, 시비, 반숙기(dough/hard-dough stage)에서의 수확을 실시하였다.

데이터 수집 항목은 다음과 같다:

• 형태생리학적 특성: 초장, 줄기 직경, 분얼 수, 잎 수, 잎-줄기 비율.
• 수확 구성 요소: 신선 및 건조 생물량 분할(줄기 및 잎)과 총 사료 수확량.
• 생태적 효율성: 토지 등가비(Land Equivalent Ratio, LER) 계산.
• 화학적 분석: 건물(DM), 회분, 조단백질(CP), 조섬유(CF), 중성 세제 불용성 섬유소(NDF) 결정.
• 인비트로(In vitro) 발효: 피하 카테터가 삽입된 양의 반추위액을 사용하여 Menke 및 Steingass(1988) 프로토콜에 따라 가스 생성 역학을 평가하였다. 매개변수로는 24시간 및 48시간 가스 생성량, 역학적 분획($a, b, c$), 인비트로 건물 소화율(IVDMD), 대사 에너지(ME), 총 단쇄 지방산(SCFA)이 포함된다.

통계 분석은 30개의 무작위 하위 샘플을 사용한 완전 임의 배치법(CRD)을 적용하였으며, ANOVA와 사후 검정으로 Duncan 및 Tukey 테스트를 실시하였다.

주요 결과

• 형태 및 생물량: 1M:2S 패턴은 캐노피 구조를 유의미하게 변화시켜 가장 많은 분얼 수(2.85)와 잎 수(19.60)를 생산했으나, 종간 경쟁으로 인해 가장 짧은 초장(131.7 cm)과 가장 작은 줄기 직경(9.56 mm)을 기록했다. 단일 옥수수는 가장 큰 줄기 직경(17.47 mm)과 가장 높은 잎-줄기 비율(0.47)을 유지했다.
• 수확량 및 효율성: 1M:2S 처리는 단일 옥수수(6.54 ton/ha) 대비 18.55% 증가한 7.77 ton/ha의 최고 총 건물 수확량을 달로성했다. 이 패턴은 1.18의 토지 등가비(LER)를 기록하여 단일 재배보다 18%의 생물학적 우위를 나타냈다. 1M:1S 패턴 역시 1.12의 LER를 기록하며 단일 옥수수를 능가했다.
• 영양 조성: 1M:2S 패턴은 단일 옥수수(6.55%)에 비해 조단백질(9.75%)이 49% 대폭 증가했다. 그러나 이 패턴은 가장 높은 NDF 함량(61.59%)을 보인 반면, 1M:1S 패턴은 가장 낮은 NDF(55.36%)를 나타냈다.
• 발효 역학: 수확량/품질과 소화율 사이의 뚜렷한 차이가 관찰되었다. 1M:1S 패턴은 우수한 인비트로 건물 소화율(IVD_MD = 78.8%)과 대사 에너지(10.52 MJ/kg DM)를 입증했다. 반면, 1M:2S 패턴은 높은 단백질과 수확량에도 불구하고, 높은 섬유소 함량과 더 리그닌화된 구조로 인해 더 낮은 IVDMD(69.2%)와 ME를 보였으나, 가장 높은 분획 가스 생성률($c = 0.068 h^{-1}$)을 나타냈다.

의의 및 주장
본 논문은 옥수수-수수 대체 간작이 수자원이 제한된 환경에서 지속 가능한 사료 생산을 위한 실행 가능한 농업 생태적 프레임워크임을 주장한다. 연구는 서로 다른 식재 비율을 통해 반추동물의 특정 요구에 맞춰 사료 특성을 조정할 수 있다고 결론짓는다:

• 1M:2S 패턴은 생물량 수확량과 조단백질 함량을 극대화하는 데 최적화된 전략으로 식별되었다. 이는 높은 NDF 수준이 체조건을 관리하고 대사 질환을 예방하는 데 도움이 될 수 있는 건유우(dry cows) 및 교체용 암송아지(replacement heifers)를 위한 고수율, 건강 증진 기초 사료로서 적합하다.
• 1M:1S 패턴은 우수한 소화율과 에너지 밀도를 갖춘 동기화된 영양 균형을 제공하는 것으로 제시되며, 이는 에너지 섭취가 주요 병목 구간인 고생산성 젖소에게 이상적인 사료원이 된다.

내건성이 강한 수수를 옥수수 기반 시스템에 통합함으로써, 생산자는 기후 변화로 인한 수확량 위험을 완화하는 동시에 고품질 영양 공급원을 확보하여 건조 및 반건조 지역의 낙농업의 경제적 생존 가능성과 지속 가능성을 뒷받침할 수 있다고 저자들은 단언한다.