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문제 정의
- 시설재배지의 경우 휴작기간 동안 녹비작물의 활용가능성이 높을 것으로 판단된다. 본 연구는 녹비작물이 시설재배지에서의 양분공급 및 토양질 개선에 미치는 영향을 평가하고자 두과 (헤어리베치, 크림손클로버) 및 화본과 (호밀, 수수, 수단그라스) 녹비작물을 재배 후 토양과 혼합하였으며, 무기질소 공급능과 생물적 지표로써 토양 탄수화물, 미생물활성 및 부식함량의 경시적 변화를 측정하였다. 관행구의 무기태 질소함량은 전 기간 비슷한 수준을 유지하였으나 녹비작물을 처리한 토양에서는 토양처리 후 4주까지 무기태질소 함량이 지속적으로 증가하였고, 특히 수단그라스에서 무기태질소 함량이 두드러지게 증가하였다.
- 본 연구는 휴작기 시설재배지에서 녹비작물에 의한 양분공급 및 토양 건전성 개선에 대한 활용가능성을 알아보기 위하여, 다양한 녹비작물을 두 달간 재배한 후 토양처리하여, 무기질소 공급능력과 생물적 지표로써 토양 탄수화물, 미생물활성 및 부식함량의 경시적인 변화를 알아보기 위하여 수행하였다.
제안 방법
- 녹비작물별 특성을 알아보기 위하여 토양에 처리한 재료를 두과와 화본과로 구분하였고 이에 따른 토양 내 무기태질소 함량의 경시적인 변화를 조사하였다. 녹비작물 처리구에서 토양 내 무기태질소 함량은 두과 및 화본과 작물의 처리간 차이가 나타나지 않았으나 무처리구와 비교하여 토양처리 후 7주까지 30% 이상 증가하였다 (Fig.
- 녹비작물의 분해 및 토양의 미생물 활성 등을 알아보기 위하여 토양이 혼합된 포트는 항온· 항습 조절장치 (25℃, 24시간-암조건, 60% 상대습도)로 옮겼으며, 토양의 수분조절을 위하여 매일 20 mL의 수분을 공급하였다.
- H2SO4 1 mL를 가하여 산성화시키고 30분 동안 방치하면 침전물은 humic acid이며 추출액은 fulvic acid가 된다. 둘째, combined-form humic acid와 fulvic acid를 분획하기 위하여 0.1 M Na4P2O7 30 mL를 사용하여 플라스크에 토양잔사를 옮겨놓고 0.1 M Na4P2O7 30 mL을 가한 후 30분간 끓인 후 나머지는 위의 방법과 동일하게 추출하였다. 산성화된 각각의 추출액을 100 mL volumetric 플라스크에 첨가하였고, H2SO4 (1:100)으로 침전물 (humic acid)을 세척한 후 H2SO4 (1:100)로 여액 (fulvic acid)을 100 mL로 조절하였다.
- 1 N NaOH로 humic acid를 녹여 100 mL로 조절하여 2시간 이내에 220-700 nm의 범위에서 흡광곡선을 얻었다. 또한 400 nm와 600 nm에서의 흡광도 (logK400, logK600)를 측정하여 △logK 및 RF값을 다음과 같이 계산하였다.
- , 1987)을 이용하여 분석하였다. 비훈증시료는 습윤토양 15 g에 0.5 M K2SO4 60 mL를 첨가하여 30분간 진탕하여 추출하였고, 훈증시료는 습윤토양 15 g을 클로로포름 하에서 24시간 훈증시킨 후, 0.5 M K2SO4 60 mL를 첨가하여 30분간 진탕하여 추출하였다. 미생물 탄소량은 TOC 분석기 (TOC-5050, Shimadzu, Japan)로 측정하였고, 미생물 질소량은 ninhydrin법을 이용하여 측정하였다 (Carter, 1991).
- 녹비작물은 두과 (헤어리베치, 크림손 클로버)와 화본과 (호밀, 수수, 수단그라스) 5종으로 2008년 3월 15일에 재배용 포트 (60×25×25 cm)에 각각의 종자를 파종하여 재배한 후 영양생장이 왕성한 시기인 6월 15일에 지상부를 예취하여 토양처리를 위한 재료로 사용하였다. 수확한 녹비작물의 포트 당 처리량은 C/N 자동분석기(Variomax CN, ELEMENTAR, Germany)를 이용하여 측정한 탄소와 질소함량 및 수분함량 등을 바탕으로 결정하였다 (Table 2).
- 토양의 pH와 EC는 토양시료를 증류수와 1:5의 비율로 혼합하여 pH meter와 EC meter (Orion 3 start, Thermo, USA)로 측정하였다. 총 질소와 탄소 함량은 음건토양 (0.5 g)을 C/N 자동분석기로 측정하였으며, 유기물 함량은 측정된 총 탄소 함량에 계수 (1.724)를 곱하여 환산하였다. 유효인산은 Lancaster법으로 UV-Spectrophotometer (UV-2450, Shimadzu, Japan)를 이용하여 720 nm에서 측정하였다.
- 유효인산은 Lancaster법으로 UV-Spectrophotometer (UV-2450, Shimadzu, Japan)를 이용하여 720 nm에서 측정하였다. 치환성 양이온 (K, Ca, Mg 및 Na)은 단일침출액(1 N CH3COONH4, pH 7.0) 추출 후 ICP (GBC, Australia)로 분석하였다.
- 토양 중 무기태질소, 수용성 당, 미생물 활성의 경시적 변화를 알아보기 위하여 녹비작물을 토양에 처리한 후 1, 2, 4, 7 및 11주에 토양시료를 채취하여 분석시료로 사용하였다. 토양 내 무기태질소 중 NH4-N(Kopp and McKee, 1978)와 NO3-N (Keeney and Nelson, 1982)의 함량은 2 M KCl로 추출하여 CFA(BLAN+LUEBBE, Germany)로 440 nm에서 측정한 후 수분함량을 보정하여 계산하였다.
- 토양 중 무기태질소, 수용성 당, 미생물 활성의 경시적 변화를 알아보기 위하여 녹비작물을 토양에 처리한 후 1, 2, 4, 7 및 11주에 토양시료를 채취하여 분석시료로 사용하였다. 토양 내 무기태질소 중 NH4-N(Kopp and McKee, 1978)와 NO3-N (Keeney and Nelson, 1982)의 함량은 2 M KCl로 추출하여 CFA(BLAN+LUEBBE, Germany)로 440 nm에서 측정한 후 수분함량을 보정하여 계산하였다.
- 토양 및 식물체의 특성은 국립농업과학원의 토양 및 식물체 분석법 (RDA, 1988)에 준하여 분석하였다. 토양의 pH와 EC는 토양시료를 증류수와 1:5의 비율로 혼합하여 pH meter와 EC meter (Orion 3 start, Thermo, USA)로 측정하였다. 총 질소와 탄소 함량은 음건토양 (0.
대상 데이터
- 녹비작물은 두과 (헤어리베치, 크림손 클로버)와 화본과 (호밀, 수수, 수단그라스) 5종으로 2008년 3월 15일에 재배용 포트 (60×25×25 cm)에 각각의 종자를 파종하여 재배한 후 영양생장이 왕성한 시기인 6월 15일에 지상부를 예취하여 토양처리를 위한 재료로 사용하였다.
- 본 연구는 농촌진흥청 국립농업과학원 시험포장에서 채취한 토양 (사질양토, 고평통)을 이용하여 국립농업과학원 유리온실에서 수행하였으며, 토양의 이화학적 특성은 Table 1과 같다.
데이터처리
- 시험구 배치는 완전임의배치 3반복으로 하였고, 각 분석항목에 따른 실험결과는 EXCEL 프로그램을 이용하여 평균치와 표준편차를 산출하였고, 처리간의 유의성을 검정하기 위하여 SAS 프로그램 (SAS. ver. 9.1)을 이용하여 ANOVA test 후 최소유의차 검정 (LSD)을 하였다.
이론/모형
- Humic acid, fulvic acid 및 총 부식함량은 Simon과 Speichermann (1938)이 제시한 0.1 N KMnO4를 이용한 산화환원 적정법으로 측정하였다. 분리된 용액 10 mL을 취해 0.
- Changes in soil microbial-C (A) and -N (B) activities after the incorporation of green manure crops. Soil was collected from each treatment at 4 and 11 weeks after incorporation and microbial-C and -N were measured using the fumigation method. The same letter in each graph is not significantly different at the 5% level as determined by LSD (n=3).
- 5 M K2SO4 60 mL를 첨가하여 30분간 진탕하여 추출하였다. 미생물 탄소량은 TOC 분석기 (TOC-5050, Shimadzu, Japan)로 측정하였고, 미생물 질소량은 ninhydrin법을 이용하여 측정하였다 (Carter, 1991). 미생물체량은 훈증된 분석값에서 비훈증된 분석값을 감하는 것으로 계산하였다.
- 724)를 곱하여 환산하였다. 유효인산은 Lancaster법으로 UV-Spectrophotometer (UV-2450, Shimadzu, Japan)를 이용하여 720 nm에서 측정하였다. 치환성 양이온 (K, Ca, Mg 및 Na)은 단일침출액(1 N CH3COONH4, pH 7.
- 토양 미생물체량 (Microbial biomass C, N)은 훈증 추출법 (Vance et al., 1987)을 이용하여 분석하였다. 비훈증시료는 습윤토양 15 g에 0.
- 토양 및 식물체의 특성은 국립농업과학원의 토양 및 식물체 분석법 (RDA, 1988)에 준하여 분석하였다. 토양의 pH와 EC는 토양시료를 증류수와 1:5의 비율로 혼합하여 pH meter와 EC meter (Orion 3 start, Thermo, USA)로 측정하였다.
- 토양 중 수용성 당 분석은 Roe (1955) 방법에 의거하여 음건토양 20 g에 80% Ethanol 100 mL를 첨가한 후 항온수조 (85℃)에서 30분간 진탕· 추출한 후 상등액을 취하였다.
성능/효과
- 또한 부식은 수분 보유력이 커서 가뭄에 의한 피해를 줄일 수 있고, 입단구조를 형성하여 토양의 물리성을 개선시키는 기능을 가지고 있다. 결과적으로 탄질률이 낮은 녹비작물의 토양처리는 토양 내 유기물을 공급해 줌으로써 미생물의 활성을 촉진시키고 이로 인한 부식 함량의 증가는 토양 내 양이온치환용량을 향상시키고 토양의 산성화를 방지시키는 역할을 하여 작물의 생육을 이롭게 한다. 그러므로 시설재배지에서 녹비작물과의 윤작체계 도입은 녹비작물의 재배 및 처리에 의한 토양 건전성을 개선시켜줌과 동시에 지속적인 유기물 공급에 의한 부식함량을 유지시켜 지속농업의 기반을 마련할 것이다.
- 본 연구는 녹비작물이 시설재배지에서의 양분공급 및 토양질 개선에 미치는 영향을 평가하고자 두과 (헤어리베치, 크림손클로버) 및 화본과 (호밀, 수수, 수단그라스) 녹비작물을 재배 후 토양과 혼합하였으며, 무기질소 공급능과 생물적 지표로써 토양 탄수화물, 미생물활성 및 부식함량의 경시적 변화를 측정하였다. 관행구의 무기태 질소함량은 전 기간 비슷한 수준을 유지하였으나 녹비작물을 처리한 토양에서는 토양처리 후 4주까지 무기태질소 함량이 지속적으로 증가하였고, 특히 수단그라스에서 무기태질소 함량이 두드러지게 증가하였다. 녹비작물 처리 후 토양 중 수용성 당은 두과 녹비작물 처리 후 서서히 증가하기 시작하여 7주 경에 가장 높았으며 이후 서서히 감소하는 경향이 나타났다.
- 관행구의 무기태 질소함량은 전 기간 비슷한 수준을 유지하였으나 녹비작물을 처리한 토양에서는 토양처리 후 4주까지 무기태질소 함량이 지속적으로 증가하였고, 특히 수단그라스에서 무기태질소 함량이 두드러지게 증가하였다. 녹비작물 처리 후 토양 중 수용성 당은 두과 녹비작물 처리 후 서서히 증가하기 시작하여 7주 경에 가장 높았으며 이후 서서히 감소하는 경향이 나타났다. 반면 화본과 녹비작물 처리 후 수용성 당이 빠르게 증가하여 처리 후 4주 경에 최대치에 도달한 후 감소하는 양상이 나타났다.
- 2와 같다. 두과 녹비작물 처리구는 수용성 당 함량이 토양처리 초기에 서서히 증가하기 시작하여 녹비처리 후 7주경에 가장 높았고 이후 서서히 감소하는 경향이 나타났다. 반면 호밀을 제외한 화본과 녹비작물 처리구는 토양처리 후 빠르게 증가하여 4주경에 최대치에 도달한 후 감소하는 양상을 보였다.
- 무기태 질소함량은 무처리구에서 전 기간 (11주)동안 비슷한 수준을 유지하였으나 녹비작물을 처리한 토양에서는 토양처리 후 4주까지 무기태질소 함량이 증가하는 경향이 나타났으며 그 값은 수단그라스에서 현저하게 증가하였다 (Table 3). 이러한 무기태질소 함량의 변화는 녹비처리 후 7주까지 비슷한 수준을 유지하였으며, 무처리구보다 녹비처리구에서 30~32 mg kg-1 증가한 것으로 나타났다.
- 녹비작물 처리 후 토양 중 수용성 당은 두과 녹비작물 처리 후 서서히 증가하기 시작하여 7주 경에 가장 높았으며 이후 서서히 감소하는 경향이 나타났다. 반면 화본과 녹비작물 처리 후 수용성 당이 빠르게 증가하여 처리 후 4주 경에 최대치에 도달한 후 감소하는 양상이 나타났다. 토양 내의 부식산 (humic acid)은 아무것도 첨가하지 않은 관행구와 녹비처리 초기에는 비슷한 수준으로 낮았으나 녹비처리 후 4주 정도 시간이 경과하면서 녹비작물의 부숙에 의해 형성된 부식산이 점점 증가하는 것을 확인할 수 있었다.
- 무기태 질소함량은 무처리구에서 전 기간 (11주)동안 비슷한 수준을 유지하였으나 녹비작물을 처리한 토양에서는 토양처리 후 4주까지 무기태질소 함량이 증가하는 경향이 나타났으며 그 값은 수단그라스에서 현저하게 증가하였다 (Table 3). 이러한 무기태질소 함량의 변화는 녹비처리 후 7주까지 비슷한 수준을 유지하였으며, 무처리구보다 녹비처리구에서 30~32 mg kg-1 증가한 것으로 나타났다.
- 반면 화본과 녹비작물 처리 후 수용성 당이 빠르게 증가하여 처리 후 4주 경에 최대치에 도달한 후 감소하는 양상이 나타났다. 토양 내의 부식산 (humic acid)은 아무것도 첨가하지 않은 관행구와 녹비처리 초기에는 비슷한 수준으로 낮았으나 녹비처리 후 4주 정도 시간이 경과하면서 녹비작물의 부숙에 의해 형성된 부식산이 점점 증가하는 것을 확인할 수 있었다. 또한 양이온과 결합하여 물에 잘 용해되는 염을 만드는 fulvic 산에서도 작물 간 차이는 있었지만 부식산의 함량 변화와 비슷한 경향이었다.
- 3에서 보는 바와 같다. 토양 미생물 탄소량은 녹비작물의 토양처리 4주 후에 관행구에 비하여 현저히 증가하였으며, 두과 작물보다 화본과 작물의 토양처리구에서 그 차이가 크게 나타났다. 시간 경과에 따라 녹비처리 11주 후에도 토양 미생물 탄소량은 낮았지만 녹비처리 4주 후에 조사한 결과와 비슷한 경향이 나타났다.
- 토양 산도는 6.6, 전기전도도는 1.48 dS m-1, 총 질소함량은 0.07%, 유기물 함량은 13.6 g kg-1, 유효인산은 113 mg kg-1, K, Ca, Mg 및 Na 등 양이온 함량은 각각 0.50, 4.26, 0.89 및 0.22 cmol+ kg-1이었다.
- , 2001). 토양에 유기물로서 미부숙 물질인 녹비작물의 토양처리로 토양 내의 부식산은 초기에 아무것도 첨가하지 않은 관행구와 같은 수준으로 낮았으나 녹비처리 후 4주의 시간이 경과하면서 탄질률이 낮은 녹비작물의 부숙에 의해 형성된 부식산이 증가하는 것을 확인할 수 있었다 (Fig. 4). 부식화는 질소의 가용화와 깊은 관련이 있으며, 무기화 과정에서 손실되는 질소는 부식화 및 부식산물의 질에 영향을 미친다고 하였으며 (Lin et al.
- 한편 무처리에 대한 두과와 화본과 녹비작물로부터 토양으로 용출된 수용성 당의 상대적 비율은 조사 시기별로 녹비처리와 동시에 1.5∼2.6배의 큰 차이가 나타났다.
후속연구
- 결과적으로 탄질률이 낮은 녹비작물의 토양처리는 토양 내 유기물을 공급해 줌으로써 미생물의 활성을 촉진시키고 이로 인한 부식 함량의 증가는 토양 내 양이온치환용량을 향상시키고 토양의 산성화를 방지시키는 역할을 하여 작물의 생육을 이롭게 한다. 그러므로 시설재배지에서 녹비작물과의 윤작체계 도입은 녹비작물의 재배 및 처리에 의한 토양 건전성을 개선시켜줌과 동시에 지속적인 유기물 공급에 의한 부식함량을 유지시켜 지속농업의 기반을 마련할 것이다.
- , 2008). 이처럼 왕성한 생육을 하는 영양생장기에 녹비작물의 처리는 낮은 탄질률로 질소무기화를 촉진시키기 때문에 하절기 짧은 휴작기의 시설재배지 활용이 가능할 것으로 판단된다.
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