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문제 정의
- , 2003)에 관한 연구는 있으나 질소와 규산시용에 따른 벼의 형광특성에 관한 보고는 아직 없다. 실제 벼 생육기간에 규산시용에 따른 단위면적당 광합성량 증가가 엽면적의 증가에서 기인하는지 아니면 형광에서 2차적인 대사과정의 효율성에서 기인하는지에 대한 명확한 연구가 없으므로 본 시험에서는 질소와 규산시용에 따른 질소 이용효율과 규산이 광합성과 형광에 미치는 영향을 동시에 규명하고자 한다.
- , 2001) 이에 대한 구체적인 시비수준별 연구는 없다. 이에 본시험에서는 순수규산 powder를 사용하여 규산의 효과를 중질소와 함께 시비하여 규산 단독효과와 질소의 흡수 양상과의 상호 작용을 동시에 구명코자 하였다. 아울러, 광합성량은 규산질비료 시용에 의해 증가한다고 보고되고 있다.
제안 방법
- 벼의 엽면적은 Leaf Area Meter(AMM-7, Japan)를 사용하였으며, 광합성 및 형광 측정은 LI-6400(LICO, USA)를 사용하였다. 건물중은 70℃에서 3일간 건조 후 무게를 측정하였으며, 나머지 토양 등의 분석법은 포장시험과 동일하게 수행하였다.
- 엽면적과 건물중 등의 측정을 위하여 유수형성기, 출수기, 수확기로 구분하여 시료를 채취하였으며, 유수형성기와 출수기에는 3반복으로 하였으며, 수확기에는 6반복으로 수확하였다. 시험 2년차(2003년도)에는 같은 pot 시험장에서 질소(Urea-15N: 10.2 Atom % N) 시비수준만 5수준(0, 25, 50, 75, and 100% : 0, 2.8, 5.7, 8.4, 11.4 N g · m-2)으로 하였으며, 규산 수준은 1차년도와 동일하게 유지하였고 나머지 재배방법은 1년차 시험과 동일하게 하였다. 인산(Calcium super phosphate)과 칼리(Potassium chloride)는 각각 3.
- 9%) 세 수준으로(100, 150, 200% : 0, 520 and 790 g · m-2) 하였다. 엽면적과 건물중 등의 측정을 위하여 유수형성기, 출수기, 수확기로 구분하여 시료를 채취하였으며, 유수형성기와 출수기에는 3반복으로 하였으며, 수확기에는 6반복으로 수확하였다. 시험 2년차(2003년도)에는 같은 pot 시험장에서 질소(Urea-15N: 10.
- 전 시험기간에 Pot는 30 cm × 20 cm 간격으로 배치하였으며, 각 pot당 30일 묘를 1주 2본씩 약 2 ctn 깊이로 손 이앙하였다. Pot 시험장 바닥은 온도의 급격한 변화를 막기 위하여 25 cm 정도 담수상태를 유지 하였다.
- 1 g · m-2으로 기비로 시용하였다. 질소와 칼리의 분시비율은 70% : 30%(기비 : 추비)로 질소 추비는 유수형성기에 1년차에는 17과 34 N g · 으로 하였고, 시험 2년차에는 0.85, 1.7, 2.55, 3.4 g · m-2로 시용하였으며 칼리는 1, 2차년도 공히 0.7 Kg · m-2을 질소와 같은 시기에 시비하였다.
- 출수기에 벼의 뿌리활력을 간접적으로 측정하기 위하여 야간(6 pm to 6 am)에 물관부를 통한 양분과 수분의 이동량을 조사하였다. 이는 지상부 10 cm 위치의 벼 줄기를 절단한 후 2 ml의 솜이 든 3 ml의 플라스틱 튜브를 절단부위에 거꾸로 설치후 채취된 총량을 단위시간당으로 환산하여 표시하였다.
대상 데이터
- 본시험은 시설재배 후작지 토양으로 2002년에서 2003년까지 2개년에 걸쳐서 영남농업연구소 Pot 시험장에서 시행 되었다. 토양은 수박-벼 재배 시험포장에서 0-10 cm와 10-30 cm로 구분하여 운반하였으며, 이를 깊이 35 cm 직경 16 cm의 플라스틱 pot에 30 cm 가량 채우고 가비중은 표토 (0-10 cm)는 1.
- 5 g · cm-3로 조절하여 흙을 채웠다. 시험에 사용된 흙은 사양질(모래, 68.0%; 미사, 27.5%; 점토, 4.5%)이며 pH는 5.9(1:5, soil : water), 인산함량은 350 mg · kg-1, 칼리함량은 1.14 cmol · kg1, 칼슘은 2.6 cmol · kg-1, 마그네슘은 1.1 cmol · kg1, 가용성규산은 75 mg · kg-1 그리고 유기물함량은 23 g kg-1 인 시설재배지 3년차(2002년), 4년차(2003년) 포장이었다. 규산 시용량 결정에 사용된 계산식은 다음과 같다.
- 4 N g · m-2)으로 하였으며, 규산 수준은 1차년도와 동일하게 유지하였고 나머지 재배방법은 1년차 시험과 동일하게 하였다. 인산(Calcium super phosphate)과 칼리(Potassium chloride)는 각각 3.0과 2.1 g · m-2으로 기비로 시용하였다. 질소와 칼리의 분시비율은 70% : 30%(기비 : 추비)로 질소 추비는 유수형성기에 1년차에는 17과 34 N g · 으로 하였고, 시험 2년차에는 0.
성능/효과
- 1b). 1년차 결과와 마찬가지로 규산시용에 따라서 무질소구에서는 초장이 감소하는 경향을 보였다. 그리고 질소 25% 시용구에서는 초기에는 무규산구의 벼 초장이 길었으나, 이앙후 70 일경에는 규산 처리구의 벼 초장이 길었다.
- 6). 광합성효능은 규산시용구에서 현격히 증가하였으며 , PhiPS2(Electron Conductivity Speed : 전자전달속도)에서도 규산시용의 효과가 높게 나타났다. 윗 결과들은 광합성량은 규산처리구에서 불리하지만 순광합성량을 계산하면 오히려 유리하다는 새로운 결과를 제시한 것으로 사료된다.
- 이는 질소 50%에서 75% 사이가 시비효율을 극대화할 수 있는 Critical point로 사료된다. 규산 시용에 따른 건물중 변화는 무질소구의 수확기, 질소 50%구의 출수기, 질소 75%구의 전 생육 시기에서, 그리고 질소 100%구는 출수기에서 무규산 처리구에 비하여 높은 건물중을 나타냈으나, 그 외의 질소시용량과 시용 시기에서는 뚜렷한 차이가 없거나 오히려 무규산구보다 낮았다. 이는 질소시비량이 많은 조건에서 규산시용의 효과가 인정되는 것으로 사료된다.
- 엽신과 줄기의 건물중은 질소시비량이 증가할수록 증가하였다(Table 2). 규산 시용에 따른 엽신의 증가는 질소 0, 25% 시용구에서는 인정되지 않았으나, 질소 50% 시용구 이상에서는 대체로 규산 150%시용구보다 200% 시용구에서 급격히 증가하였다. 줄기 건물중은 무질소구를 제외한 모든 처리구에서 규산 200% 시용구는 높은 경향을 나타냈으나, 규산 150% 시용구에서는 그 효과가 인정되지 않았다.
- 천립중은 질소시비수준이 50% 이하의 경우가 그 이상인 경우보다 높았다. 규산시용에 따라서는 질소 25%시용구에 서는 조금 높았으나, 그 외의 질소시비수준에서는 효과가 없었고 오히려 질소 100%구에서는 무규산구가 규산시용구 보다 높았다. 정조중은 질소시비량이 증가할수록 높아지는 경향이었다.
- 벼 수량 구성요소 중에서 Pot당 이삭수는 질소시비량이 증가함에 따라서 증가하는 경향이었다(Table 3). 규산시용의 효과는 질소 0, 25, 50%구에서는 인정되지 않았고 75와 100% 시용구에서만 인정되었다. 수당립수는 질소시비량에 크게 영향을 받지 않았는데 시비 수준별로 보면, 질소 50, 75%구가 56과 57개로 가장 낮았으며 나머지 질소 시비수 준에서는 60-62개로 비슷한 경향을 나타냈다.
- 규산시용의 효과도 엽신건물중과 비슷한 경향을 나타내어 규산 200% 시용구에서 높은 경향을 나타냈다. 벼엽신중은 질소시비량이 증가할수록 대체로 감소하는 경향이었고, 규산처리에 의한 효과는 인정되지 않았으며 오히려 무 규산구가 규산 200% 시용구보다 높았다.
- 질소 무시용과 25% 시용구에서는 규산 150% 구에서 높아지는 경향이었으나 200%구에서는 그 차이가 없었다. 그리고 질소 50%와 75% 시용구에서는 유의적인 차이가 없었으며, 질소 100% 시용구에서는 규산 시용에 따라 등숙률이 감소하는 경향이었다.
- 1a). 그리고질소 50% 시용구에서는 무규산구와 100% 규산구 간에 비슷한 양상을 나타냈으며, 질소 100% 시용구에서는 이앙후 25일과 50일경에 규산 200% 시용구에서 가장 높았으나 무규산구와 규산 150% 처리구간에는 뚜렷한 차이가 없었다.
- 5b). 또한 질소 100% 시용구에서는 비교적 낮은 광강도(<900 gmol-1 sec-1)까지는 무규산구가 광합성효능이 높았고, 파장 900이상에서는 규산시용간 유의적인 차이는 없었으나 규산 200% 시용구에서 높은 경향을 나타내어 규산 시용량이 많을수록 광합성효능이 높은 것으로 사료되었다.
- 특이할 점은 질소 50% 시비구에 무규산처리가 관행대비 92%의 수량을 나타냈는데 이는 수수와 수당립수가 크게 기여하였다. 무질 소구에서는 수당립수가 수량에 가장 큰 영향을 끼쳤고, 질 소 50%구는 이삭수, 75%구에서는 수당립수가, 100%구에 서는 천립중이 수량에 가장 큰 영향을 끼친 것으로 평가되었다.
- 무질소구에서 형광특성을 규산무시용과 150% 시용으로 구분하여 조사한 결과 Fv/Fm(Optimum Quantum Yield = Chlorophyll Fluorescence Ratio : 최대 광양자 수율)은 비슷하였는데, 모두 0.80-0.83부근에 위치하여 건전한 생육을 하는 것으로 나타났다(UTS, Science web site : Fig. 6). 광합성효능은 규산시용구에서 현격히 증가하였으며 , PhiPS2(Electron Conductivity Speed : 전자전달속도)에서도 규산시용의 효과가 높게 나타났다.
- 4). 무질소구와 질소 100%구에서는 무규산구가 규산구보다 광합성량이 높았으나, 질소50% 시용구에서는 규산구가 무규산구보다 높았다. 이 같은 결과는 Takahashi등(1990)이 제시한 규산 시용에 따른 불필요한 증산량 억제로 광합성량이 증가한다는 보고와는 다른데, 그 원인은 기상환경의 불량으로 인하여 규산시용구에서 옆신의 두께(Table 2)보다는 엽면적이 상대적으로 증가하여 식물체전체의 광합성량은 높으나 단위면적당의 광합성량은 오히려 감소하거나 비슷한 수준을 나타낸 것으로 사료되었다.
- 벼 초장은 질소시비량이 증가할수록 증가하였으며, 무질소구에서는 무규산구가 규산구보다 높았다(Fig. 1a). 그리고질소 50% 시용구에서는 무규산구와 100% 규산구 간에 비슷한 양상을 나타냈으며, 질소 100% 시용구에서는 이앙후 25일과 50일경에 규산 200% 시용구에서 가장 높았으나 무규산구와 규산 150% 처리구간에는 뚜렷한 차이가 없었다.
- 규산시용의 효과도 엽신건물중과 비슷한 경향을 나타내어 규산 200% 시용구에서 높은 경향을 나타냈다. 벼엽신중은 질소시비량이 증가할수록 대체로 감소하는 경향이었고, 규산처리에 의한 효과는 인정되지 않았으며 오히려 무 규산구가 규산 200% 시용구보다 높았다. 이는 단위면적당 광합성능력은 무규산구가 높으나 단위면적당 전체 광합성량과 순광합성량이 규산 시용구에서 높다는 결론을 도출할 수 있었다.
- 벼의 출수기에 단위시간당 야간에 물관부를 통한 수분(Xylem sap)의 이동량은 질소시비량이 증가할수록 각 pot 당 이동량이 증가하는 경향이었다(Fig. 7). 규산시용에 따른 이동량은 무질소구를 제외한 전 질소 시비 수준에서 높게 나타났다.
- 벼엽신중은 질소시비량이 증가할수록 대체로 감소하는 경향이었고, 규산처리에 의한 효과는 인정되지 않았으며 오히려 무 규산구가 규산 200% 시용구보다 높았다. 이는 단위면적당 광합성능력은 무규산구가 높으나 단위면적당 전체 광합성량과 순광합성량이 규산 시용구에서 높다는 결론을 도출할 수 있었다.
- 규산시용에 따른 이동량은 무질소구를 제외한 전 질소 시비 수준에서 높게 나타났다. 이를 각 분얼수당으로 환산하였을 경우의 결과는 질소 각 시비수준간에 뚜렷한 차이가 없었고 질소 50%와 75, 100%구에서만 규산 시용에 따른 Xylem sap의 량이 증가하였다. 이는 상대적으로 뿌리의 활력과도 관계가 깊은데 규산 시용에 따른 뿌리의 활력이 증가되었음(Furubayashi et al.
- 규산 시용에 따른 엽신의 증가는 질소 0, 25% 시용구에서는 인정되지 않았으나, 질소 50% 시용구 이상에서는 대체로 규산 150%시용구보다 200% 시용구에서 급격히 증가하였다. 줄기 건물중은 무질소구를 제외한 모든 처리구에서 규산 200% 시용구는 높은 경향을 나타냈으나, 규산 150% 시용구에서는 그 효과가 인정되지 않았다.
- 중질소를 처리한 시험에서 질소회수율을 비교한 결과 유수형성기 (Panicle Initiation Stage)와 수확기(Harvesting) 모두 질소 시비량이 증가할수록 감소하는 경향이 었으나, 규산시용량이 증가할수록 역으로 높아지는 경향을 나타냈다 (Table 1). 이는 규산시용으로 인한 질소의 시비효율을 크게 증가시키는 유수형성기에서 출수기에 크게 기여한 것(Choand Kobata, 2002; Chun and Lee, 2006)으로 사료되며, 결국 화학비료 시용으로 인한 수질 오염 및 토양오염을 줄이고 고품미를 생산할 수 있는 좋은 방법으로 사료된다.
- 정조중은 질소시비량이 증가할수록 높아지는 경향이었다. 질소 0%와 25%구에서는 규산시용에 따른 수량의 증가가 인정되었으나, 질소 50% 이상 시용구에서는 규산시용구와 무규산구가 비슷하였고 질소 100% 시용구에서는 오히려 무규산구가 더 높았다. 수량지수에서는 모든 처리구에서 관행시비체계의 수량보다 낮았다.
- 형광요소중에서Fv'/Fm'(Photosynthetic Efficiency : 광합성효능) 역시 측정파장 모든 범위에서 무규산구가 규산구보다 높게 나타났다. 질소 100% 시용구에서는 규산 200% 시용구에서 광포화점이 가장 높았으며, 질소 50%시용구와는 다르게 규산 150% 시용구에서는 모든 조사파장에서 가장 낮은 광합성 활성을 나타냈다(Fig. 5b). 또한 질소 100% 시용구에서는 비교적 낮은 광강도(<900 gmol-1 sec-1)까지는 무규산구가 광합성효능이 높았고, 파장 900이상에서는 규산시용간 유의적인 차이는 없었으나 규산 200% 시용구에서 높은 경향을 나타내어 규산 시용량이 많을수록 광합성효능이 높은 것으로 사료되었다.
- 질소 75% 시용구에서는 이앙후 35일경부터 70일까지 규산시용구에서 초장이 길었다. 질소 100% 시용구에서는 이앙후 44일까지는 규산시용량이 증가할수록 초장이 긴 편이었으나 77일째에는 규산 150%구에서 가장 짧았고 무규산구와 200%구에서는 뚜렷한 차이가 없었다.
- 질소 75% 시용구에서는 이앙후 35일경 부터 규산처리구가 무규산구에 비하여 Pot당 분얼수가 약 5개 이상 많았다. 질소 100% 시용구에서도 75% 시용구와 비슷한 경향을 보였으나, 이앙후 118일경에는 150% 시용구와 무규산구간에 뚜렷한 차이가 없었다.
- 질소 25% 시용구에서는 이앙후 44일과 77일경에는 무규산구에 비해 규산시용구가 분얼수가 많았으나, 116일경에는 규산 200% 시용구에서 가장 적었다. 질소 50% 시용구에서는 이앙후 35일 경부터 분얼수에 차이가 나타났으며, 규산 150% 시용구에서 가장 적었고 규산 200% 시용구에서 높게 유지되다가 118일경에는 무규산구에서 가장 많았다.
- 이앙후 12일경에는 무질소구의 경우 무규산구에서 규산시용구보다 분얼수가 많았으며, 이앙후 25 일과 55일경에는 규산시용구가 분얼수가 많았다. 질소 50%와 100% 시용구에서는 전 조사시기에서 규산시용구가 무규산구보다 분얼수가 많았다. 이러한 결과는 질소시비량이 많을수록 규산시용의 효과가 더 높게 나타날 수 있음을 뜻하는 것으로 사료된다.
- 질소 25%, 50% 시용구에서도 비슷한 양상을 나타냈다. 질소 75% 시용구에서는 이앙후 21 일경을 제외하고는 전생육 기간에 걸쳐 규산시용량이 증가할수록 엽색도가 높게 나타났다. 질소 100% 시용구의 경우 규산 200%구에서만 전체적으로 엽색도가 높았으나, 규산 무시용구에서는 생육 후기에 그리고 규산 150% 시용구에서는 초기에 대체로 높은 엽색도를 나타냈다.
- 질소 시비량이 증가할수록 지상부 건물중은 증가하는 경향이었으나, 질소 75%와 100% 시용구간에는 뚜렷한 차이가 없었다(Fig. 8). 이는 질소 50%에서 75% 사이가 시비효율을 극대화할 수 있는 Critical point로 사료된다.
- 수량지수에서는 모든 처리구에서 관행시비체계의 수량보다 낮았다. 특이할 점은 질소 50% 시비구에 무규산처리가 관행대비 92%의 수량을 나타냈는데 이는 수수와 수당립수가 크게 기여하였다. 무질 소구에서는 수당립수가 수량에 가장 큰 영향을 끼쳤고, 질 소 50%구는 이삭수, 75%구에서는 수당립수가, 100%구에 서는 천립중이 수량에 가장 큰 영향을 끼친 것으로 평가되었다.
- 오히려 이앙후 15일 경 질소 50%구와 이앙후 25일경 질소 100% 시용구에서는 무규산구의 벼가 규산구의 벼 보다 높은 엽색도를 나타내었다. 하지만 엽색도계(SPAD-502)의 특성상 유수형성기 20 일전까지는 엽신의 질소함량을 대표하기 어렵기 때문에, 이앙후 55일경에 조사된 성적으로 볼 때 질소 50%구를 제외한 무질소구와 100%구에서 규산시용에 따른 엽색도의 증가가 인정되었다.
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