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문제 정의
- 본 연구는 관행재배와 녹비 토양환원 방법 간 양분 수지량 변화 및 주작물인 토마토 생육과 생산성에 미치는 영향을 조사하기 위하여 실시하였다. 그러한 목적을 위하여 겨울과 여름 휴한기 동안 두과 및 화본과 녹비를 조합하여 교호적으로 재배하였으며, 겨울 휴한기 동안 두과 및 화본과 녹비작물로서는 헤어리베치와 호밀을, 그리고 여름 휴한기 동안 두과 및 화본과 녹비작물로서는 콩과 수단그라스를 재배한 후 모든 녹비작물은 절단 후 토양에 환원하였으며, 녹비 투입에 따른 토마토 재배효과는 화학비료를 시용한 관행 재배와 비교하였다.
제안 방법
- 여름 휴한기 녹비작물인 콩은 6월말에 200 kg ha-1, 수단그라스는 100 kg ha-1 비율로 포장 전체에 걸쳐 골고루 산파한 다음 8월 중순에 예취하여 5 cm 길이로 절단 후 비가림 하우스 토양에 환원하였다. 가을재배는 파종후 60일된 토마토 묘목을 8월말에 정식하였으며, 토양관수는 봄 토마토 재배시와 동일하게 실시하였으며, 시험 처리는 3반복 난괴법으로 배치하였다. 관행구에 시용한 3요소의 시용량은 년간 N-P-K를 기준으로 408-90-202 kg ha-1 비율 (2 작기)로 RDA7) 표준시비처리방법에 준하여 실시하였다.
- 여름과 겨울의 휴한기 동안 재배된 녹비작물들과 주작물인 토마토 간 작부체계는 Table 2와 같다. 겨울철 휴한기 녹비재배를 위하여 겨울철 두과 녹비작물로서 헤어리베치 종자 100 kg ha-1과 화본과 녹비작물인 호밀 100 kg ha-1를 12월말에 포장 전체에 걸쳐 골고루 산파한 다음 각각의 녹비작물들은 2월 중순까지 재배 후 수확하고, 절단하여 토양에 환원하였다. 파종 후 60일된 봄 토마토 육묘는 익년 3월초에 처리구별 3 m × 4 m 크기의 하우스 내에 40 cm × 90 cm 간격으로 정식하여 6월말까지 재배하였으며, 재배기간 동안 작물관수를 위하여 정식한 토마토 옆에 점적관수시설을 설치하고, 관수점은 텐시오메터를 사용하여 -20 kPa 토양수분장력 하에서 제어하였다.
- 본 연구는 관행재배와 녹비 토양환원 방법 간 양분 수지량 변화 및 주작물인 토마토 생육과 생산성에 미치는 영향을 조사하기 위하여 실시하였다. 그러한 목적을 위하여 겨울과 여름 휴한기 동안 두과 및 화본과 녹비를 조합하여 교호적으로 재배하였으며, 겨울 휴한기 동안 두과 및 화본과 녹비작물로서는 헤어리베치와 호밀을, 그리고 여름 휴한기 동안 두과 및 화본과 녹비작물로서는 콩과 수단그라스를 재배한 후 모든 녹비작물은 절단 후 토양에 환원하였으며, 녹비 투입에 따른 토마토 재배효과는 화학비료를 시용한 관행 재배와 비교하였다.
- 시설재배 토마토(To) 생산에 미치는 녹비 토양투입 효과와 양분 수지량을 조사하기 위하여 겨울과 여름 휴한기 동안 헤어리베치(Hv), 호밀(Ry), 콩(Sb) 수단그라스(Sd)를 녹비로 재배하였으며, 녹비와 토마토를 조합한 작부체계로서 두과 녹비작물을 활용한 Hv-To-Sb-To, 화본과 녹비작물로 구성된 Ry-To-Sb-To, 그리고 두과와 화본과 녹비를 교호 재배하는 Ry-To-Sb-To로 구분하여, 화학비료 를 처리하는 Cf-To-Cf-To 작부체계와 비교하였다.
- 토마토 정식 후 90일째 토마토의 초장 및 경경을 조사하였으며, 수확기에 토마토 생육량 및 식물체 질소, 인, 칼륨을 분석함으로써 녹비에 의해 투입된 양분량 대비 후작물 토마토에 의해 흡수된 양분을 제외함으로써 녹비처리별 양분 수지량을 계산하였다.
- 토양 pH는 토양과 증류수의 비를 1:5로 혼합하여 진탕 후 pH meter (ORION Model 720A, USA)로 측정하였고, 토양 EC는 1:5법으로 침출한 다음 Conductance meter(YSImodel 35, USA)로 조사하였다.
- 파종 후 60일된 봄 토마토 육묘는 익년 3월초에 처리구별 3 m × 4 m 크기의 하우스 내에 40 cm × 90 cm 간격으로 정식하여 6월말까지 재배하였으며, 재배기간 동안 작물관수를 위하여 정식한 토마토 옆에 점적관수시설을 설치하고, 관수점은 텐시오메터를 사용하여 -20 kPa 토양수분장력 하에서 제어하였다.
대상 데이터
- 실험은 수원 소재 원예특작과학원 탑동 포장에서 수행되었다. 여름과 겨울의 휴한기 동안 재배된 녹비작물들과 주작물인 토마토 간 작부체계는 Table 2와 같다.
이론/모형
- 관행구에 시용한 3요소의 시용량은 년간 N-P-K를 기준으로 408-90-202 kg ha-1 비율 (2 작기)로 RDA7) 표준시비처리방법에 준하여 실시하였다.
- 0) 추출 후 Inductively coupled plasma atomic emission spectroscopy(ICP, GBC Integra XM2 model,Australia)로 분석하였다. 녹비작물 및 토마토 부위별 질소 함량은 황산분해 후 Kjeldahl법으로 결정하였다. 식물체 P와 K를 분석하기 위하여 Zhao 등9)의 방법에 따라 1g의 식물체에 25ml 질산-과염소산 혼합산(85:15, v/v)을 가하고 60℃에서 3시간, 100℃에서 1시간, 120℃에서 1시간 190℃에서 2시간 동안 분해하였다.
- 분해 후 20% HCL 5 ml를 가하고 80℃에서 30분간 가온 한 다음 증류수를 가하여 100ml로 정용하여 인 함량은 Ammonium Vanadate법으로, 그리고 칼륨 함량은 ICP (GBC Integra XM2 model, Australia)로 정량하였다.
- 식물체 P와 K를 분석하기 위하여 Zhao 등9)의 방법에 따라 1g의 식물체에 25ml 질산-과염소산 혼합산(85:15, v/v)을 가하고 60℃에서 3시간, 100℃에서 1시간, 120℃에서 1시간 190℃에서 2시간 동안 분해하였다.
- 식물체 탄소함량은 Carter10)의 방법에 따라 회화로 (Dasol Scientific Co., DS-84E-1 model, Korea)를 이용하여 강열감량법으로 정량하였다.
- 토양 및 식물체 화학성은 RDA8)의 방법에 준하여 분석하였다. 토양 pH는 토양과 증류수의 비를 1:5로 혼합하여 진탕 후 pH meter (ORION Model 720A, USA)로 측정하였고, 토양 EC는 1:5법으로 침출한 다음 Conductance meter(YSImodel 35, USA)로 조사하였다.
- 토양 유기물은 Tyurin법, KCl-추출성 질산이온은 Kjeldahl법으로 정량하였고, 유효인산은 Lancaster법, 그리고 치환성 K, Ca, Mg은 NH4OAc(pH 7.0) 추출 후 Inductively coupled plasma atomic emission spectroscopy(ICP, GBC Integra XM2 model,Australia)로 분석하였다.
성능/효과
- 2작기 동안 녹비작물 토양환원 후, 후작물 토마토의 수량을 조사한 결과, 두과-두과 녹비작물 연속재배 시 9.0 Mg ha-1 yr-1, 화본과-두과 녹비작물 교호 재배구에서는 6.1 Mg ha-1 yr-1, 그리고 화본과-화본과 녹비 연속 재배구에서는 4.1 Mg ha-1 yr-1로서 화본과 작물에 비하여 두과작물을 녹비로 활용시 토마토 수량은 두 배 이상 증가하였다.
- 겨울철 휴한기 동안의 재배된 두과 녹비작물인 헤어리베치의 건중량은 3.4 Mg ha-1, 화본과 녹비인 호밀은 3.7~3.8 Mg ha-1로서 두과와 화본과 녹비 간 건중량의 현저한 차이가 없었으나, 여름철 녹비작물의 경우 두과작물인 콩의 4 Mg ha-1에 비교하여 화본과작물인 수단그라스의 건물중은 8.7 Mg ha-1로서 두과 작물과 화본과 작물 간에 큰 차이가 있었다(Table 3).
- 반면에 두과녹비 토양환원 처리구의 토마토 생육량은 관행수준의 생육량을 보여 두과작물 연속재배구의 질소흡수량은 331 kg ha-1 yr-1로서 비교적 높았으나, 화본과 작물 녹비환원시 토마토 생육량은 무비구 이하로서 크게 낮았을 뿐 아니라 토마토의 질소흡수량 또한 현저하게 낮아 화본과 녹비작물 연속처리구의 질소흡수량은 102 kg ha-1 yr-1 수준에 머물렀다. 그 결과 두과작물 연속재배구의 질소 수지량은 -80 kg ha-1 yr-1로서 상당량의 질소가 부족한 것으로 나타났고, 화본과 녹비작물을 연속재배한 처리구의 질소 수지량은 43 kg ha-1 yr-1로서 양분수지상 질소는 양의 값을 보였다. 전술한 바와 같이 두과작물연속재배구의 질소 수지량이 현저히 부족한 것은 두과작물 토양환원으로 토마토의 생장이 크게 자극받아 생육량이 증가한데에 기인하며, 화본과 작물 연속재배구에서 질소 수지량이 양의 값을 보인 것으로 화본과 작물 자체의 낮은 질소함량과 높은 C/N율로 인하여 후작물 토마토에 대한 질소공급 부족으로 작물생장이 현저하 게 억제되었던 현상과 밀접한 관계가 있는 것으로 판단된다.
- 그러나 심한 칼륨 수지량의 불균형에도 불구하고 토마토 재배기간 중 칼륨결핍 증상은 관찰되지 않았으며, 이는 토양 모재로부터 부족한 칼륨을 충분히 공급할 수 있음을 암시하는 결과로 판단된다.
- 녹비 수량은 겨울 휴한기에 비해 여름 휴한기 동안 높았던 반면, 녹비의 질소 고정량은 화본과에 비해 두과 녹비작물에서 현저히 높아 두과 녹비작물의 경우 토마토 재배를 위한 질소량의 62%를 고정하였다.
- 녹비 토양 환원 후 재배된 후작물은 '슈퍼도태랑' 토마토(Lycoperiscon esculentum Mill) 품종이었다.
- 여름철과 겨울철 휴한기 동안 재배한 녹비작물 토양환원에 따른 양분 투입량 대비, 후작물 토마토에 의해 흡수된 양분함량을 제외함으로써 계산된 토양 양분수지량 조사 결과는 Table 6과 같다. 녹비생산량은 두과작물에 비해 화본과 작물에서 높았으나 녹비작물중 질소함량은 두과작물에서 현저히 높아 두과작물 연속재배구의 질소투입량은 251 kg ha-1 yr-1로서 화본과 작물 연속재배구의 투입량인 145 kg ha-1 yr-1 보다 현저하게 높았다. 반면에 두과녹비 토양환원 처리구의 토마토 생육량은 관행수준의 생육량을 보여 두과작물 연속재배구의 질소흡수량은 331 kg ha-1 yr-1로서 비교적 높았으나, 화본과 작물 녹비환원시 토마토 생육량은 무비구 이하로서 크게 낮았을 뿐 아니라 토마토의 질소흡수량 또한 현저하게 낮아 화본과 녹비작물 연속처리구의 질소흡수량은 102 kg ha-1 yr-1 수준에 머물렀다.
- 녹비작물의 토양 환원에 따른 토마토 부위별 무기질 양분함량을 봄 작기와 가을 작기 간 비교할 때, 대체로 질소, 인, 칼륨 함량 간 현저한 차이는 없는 경향이었다(Table 5).
- 녹비처리별 토마토의 초장 및 경경 변화를 살펴보면, 화본과 녹비에 비해 두과작물을 녹비로 활용 시 초장 및 경경은 증가하는 경향이었다.
- 두과 녹비작물로 구성된 작부체계(Hv-To-Sb-To)의 토마토 수량은 관행 (Cf-To-Cf-To)과 유사하였으나, 화본과 녹비로 구성된 처리구 (Ry-To-Sb-To)의 수량은 두과 녹비작물 처리구 수량의 40% 수준으로서 현저한 수량 감소가 나타났다.
- 7 Mg ha-1로서 두과 작물과 화본과 작물 간에 큰 차이가 있었다(Table 3). 반면에 두과 녹비작물인 헤어리베치와 콩의 질소함량은 각각 37 g kg-1과 32 g kg-1로서 화본과 녹비인 호밀과 수단그라스의 13 g kg-1과 11 g kg-1에 비해 현저히 높았다. 이와 같이 두과작물은 다량의 질소를 고정하여 후작물에게 효율적으로 질소를 공급할 수 있다는 점에서 두과 녹비작믈을 작부체계에 도입하는 것은 효율적인 작물생산과 양분순환 측면에서 유리할 것으로 판단된다11-14).
- 즉, 봄 작기와 가을 작기 중 과일과 줄기+엽에서의 질소 함량은 관행과 비교할 때 다소 낮았으나, 화본과 녹비에 비해 두과작물을 녹비로 활용했을 때 토마토 부위별 질소함량은 높은 경향을 보였으며, 이는 Lee 등4)의 결과와 유사하다. 반면에 토마토 부위별 인 함량은 질소가 충분히 흡수된 관행처리구 및 두과녹비 환원구에서 낮았던 반면, 상대적으로 질소 함량이 낮았던 화본과 및 무처리구에서 인의 함량은 높았다. 그러나 토마토의 칼륨 함량은 토마토 부위별, 그리고 녹비환원 처리별 특별한 경향이 없었다.
- 관행구와 화본과 녹비 연속재배구는 인 수지량이 -1 kg ha-1 yr-1로서 과부족이 거의 없는 수준이었고, 두과녹비작물 연속재배구와 두과-화본과 녹비 교호재배구의 인 수지량은 각각 -59와 -42 kg ha-1 yr-1로서 질소 수지량과 비교 할 때 부족의 정도가 덜하였는데, 이러한 결과는 질소에 비해 인의 작물 흡수량이 적었기 때문이다. 반면에 화본과 녹비작물 연속재배구를 제외한 관행 및 두과-두과 녹비작물 연속재배구와 두과-화본과 녹비작물 교호재배구의 칼륨 수지량은-333 ~ -527 kg ha-1 yr-1 범위를 보여 관행재배를 비롯한 두과 녹비작물 처리구 모두에서 심각한 불균형 현상이 나타났다. 그러나 심한 칼륨 수지량의 불균형에도 불구하고 토마토 재배기간 중 칼륨결핍 증상은 관찰되지 않았으며, 이는 토양 모재로부터 부족한 칼륨을 충분히 공급할 수 있음을 암시하는 결과로 판단된다.
- 여름 휴한기 동안 재배된 두과 녹비작물은 신팔달콩(Glycine max L.), 화본과 녹비작물은 수단그라스(Sorghum bicolor L.) 이었으며, 겨울 휴한기 동안 재배된 두과 녹비작물은 헤어리베치(Vicia villosa Roth), 화본과 작물은 호밀(Secale cereale L.) 이었다.
- 역으로 화본과 녹비로 구성된 Ry-To-Sb-To 작부체계의 N:P:K 수지량은 43:1:130 kg ha-1 yr-1로서 양분수지상 3요소 모두 양의 값을 보였으나, 이는 화본과 녹비작물의 낮은 질소 고정량과 높은 C/N율로 인해 후작물 토마토의 생육이 부진하였던 결과로 판단된다.
- 토마토의 초장은 녹비처리와 무관하게 가을 작기에 비해 봄 작기 동안 활발한 생육을 보였고, 경경은 역으로 봄 작기에 비해 가을 작기에서 현저한 증가를 나타내었다(Table 4).
- 한편 생산된 녹비의 건중량과 녹비의 양분함량으로부터 질소 고정량을 환산해 보면, 헤어리베치와 콩의 경우 토마토 재배에 요구되는 표준 질소량의 62%와 61%에 해당되는 각각 126 kg ha-1과 125 kg ha-1의 질소를 고정하여 화본과 녹비인 호밀과 수단그라스에 의해 고정된 질소량인 50 kg ha-1과 96 kg ha-1과 비교할 때 현저히 높은 질소 고정능을 나타냈다.
- 녹비처리별 토마토의 초장 및 경경 변화를 살펴보면, 화본과 녹비에 비해 두과작물을 녹비로 활용 시 초장 및 경경은 증가하는 경향이었다. 후작물 토마토의 수량 또한 녹비작물 종류에 따라 현저한 차이를 보였다. 2작기 동안 녹비작물 토양환원 후, 후작물 토마토의 수량을 조사한 결과, 두과-두과 녹비작물 연속재배 시 9.
후속연구
- 역으로 화본과 녹비로 구성된 Ry-To-Sb-To 작부체계의 N:P:K 수지량은 43:1:130 kg ha-1 yr-1로서 양분수지상 3요소 모두 양의 값을 보였으나, 이는 화본과 녹비작물의 낮은 질소 고정량과 높은 C/N율로 인해 후작물 토마토의 생육이 부진하였던 결과로 판단된다. 결론적으로 두과 녹비작물 토양 환원시 양분 수지량에서 큰 음의 값을 보였을지라도 관행수준의 토마토 수량을 얻을 수 있다는 관점에서 두과녹비는 화학비료 없이 유기농 재배를 위한 양분공급 및 토양지력 증진 방안으로서 활용 가능하고, 일반 토마토 재배 시에도 다소의 부족한 양분 수지량만 조정한다면 균형된 작부체계로 이용할 수 있을 것으로 판단된다.
- 한편 토마토는 수익성이 높아 우리나라 전역의 시설환경 하에서 연중 재배되나, 하우스 내에 온도환경이 열악한 여름 고온기와 추위로 인해 작물 생육이 부진한 겨울 동안 각각 2개월씩 작물을 재배하지 않는다. 이러한 휴한기 동안 활용 유망한 녹비를 선발하여 재배할 경우 후작물 토마토의 안정적인 생산과 더불어 녹비 토양 투입에 따른 비료 절감 및 토양비옥도 증진을 동시에 해결할 수 있을 것으로 판단된다. Lee 등4)은 시설재배지 여름 녹비작물로서 콩과 수단그라스를 주목했다 이들은 녹비 생산량과 양분 고정량이 많기 때문이다.
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