비료와 토양개량제가 장기 연용된 논토양에서의 유효규산 변동과 벼 수량 Rice Yield and Changes of Available Silicate in Paddy Soils from Long-term Application of Chemical Fertilizers and Soil Amendments원문보기
비료 및 토양개량제를 장기간 시용한 벼 재배포장에서 토양 중 유효규산 함량 분포 특성과 벼 생육량 차이를 구명하고자 수행하였다. 42년 동안의 실험에서 규산질 비료의 시용은 토양의 유효규산 함량을 최대 $333mg\;kg^{-1}$까지 증가시켰고, 표토뿐만 아니라 심토에까지 영향을 주어 규산이 축적되었다. 또한, 벼의 규산 흡수량은 3요소구에 비해 볏짚퇴비를 시용한 구에서는 64%, 볏짚퇴비와 규산질비료를 병용하여 시용한 구에서는 98%를 더 흡수하였다. 벼의 수량도 규산질비료를 시용한 구에서는 37~47% 정도 크게 증가하는 것으로 나타났다. 본 연구결과를 통해서 볼 때 무기질 비료와 더불어 유기질비료 및 규산질비료를 혼용하는 것은 토양비옥도를 향상시키고, 비료의 이용 효율을 향상시키는 방법 중에 하나로 생각되었다.
비료 및 토양개량제를 장기간 시용한 벼 재배포장에서 토양 중 유효규산 함량 분포 특성과 벼 생육량 차이를 구명하고자 수행하였다. 42년 동안의 실험에서 규산질 비료의 시용은 토양의 유효규산 함량을 최대 $333mg\;kg^{-1}$까지 증가시켰고, 표토뿐만 아니라 심토에까지 영향을 주어 규산이 축적되었다. 또한, 벼의 규산 흡수량은 3요소구에 비해 볏짚퇴비를 시용한 구에서는 64%, 볏짚퇴비와 규산질비료를 병용하여 시용한 구에서는 98%를 더 흡수하였다. 벼의 수량도 규산질비료를 시용한 구에서는 37~47% 정도 크게 증가하는 것으로 나타났다. 본 연구결과를 통해서 볼 때 무기질 비료와 더불어 유기질비료 및 규산질비료를 혼용하는 것은 토양비옥도를 향상시키고, 비료의 이용 효율을 향상시키는 방법 중에 하나로 생각되었다.
The changes of available silicate (Avail. $SiO_2$) contents in paddy soils (sandy loam) were assessed from data of the 41 years fertilization plots in which the continuous rice cropping experiment started in 1954 at the National Academy of Agricultural Science. The treatments were no fert...
The changes of available silicate (Avail. $SiO_2$) contents in paddy soils (sandy loam) were assessed from data of the 41 years fertilization plots in which the continuous rice cropping experiment started in 1954 at the National Academy of Agricultural Science. The treatments were no fertilization (O), inorganic fertilization (NPK), inorganic fertilizer plus rice straw compost (NPK+C), inorganic fertilizer plus silicate fertilizer as a soil amendment (NPK+S), inorganic fertilizer plus rice straw compost and silicate fertilizer (NPK+CS) and inorganic fertilizer plus rice straw compost, silicate fertilizer and lime (NPK+CSL). Available silicate contents in NPK+S, NPK+CS and NPK in surface soil reached at the highest content ($255{\sim}330mg\;kg^{-1}$) after 41 years and then levelled off. Available silicate contents in subsurface soil (25~30 cm) were higher in NPK+C and NPK+S treatments than those in other treatments. Continuous application of silicate fertilizer affected significantly on the levels of available silicate in surface and subsurface soils. Silicate uptake of top rice was more increased by 98% in NPK+CS and NPK+CSL over NPK. Grain yield also increased by 37~47% in NPK+CS and NPK+CSL as compared to NPK. The combined applications of inorganic fertilizers with silicate as a soil amendment are recommended as the best fertilization practice for fertilizer use efficiency, enhancement of soil fertility status in the continuous rice cropping system in Korea.
The changes of available silicate (Avail. $SiO_2$) contents in paddy soils (sandy loam) were assessed from data of the 41 years fertilization plots in which the continuous rice cropping experiment started in 1954 at the National Academy of Agricultural Science. The treatments were no fertilization (O), inorganic fertilization (NPK), inorganic fertilizer plus rice straw compost (NPK+C), inorganic fertilizer plus silicate fertilizer as a soil amendment (NPK+S), inorganic fertilizer plus rice straw compost and silicate fertilizer (NPK+CS) and inorganic fertilizer plus rice straw compost, silicate fertilizer and lime (NPK+CSL). Available silicate contents in NPK+S, NPK+CS and NPK in surface soil reached at the highest content ($255{\sim}330mg\;kg^{-1}$) after 41 years and then levelled off. Available silicate contents in subsurface soil (25~30 cm) were higher in NPK+C and NPK+S treatments than those in other treatments. Continuous application of silicate fertilizer affected significantly on the levels of available silicate in surface and subsurface soils. Silicate uptake of top rice was more increased by 98% in NPK+CS and NPK+CSL over NPK. Grain yield also increased by 37~47% in NPK+CS and NPK+CSL as compared to NPK. The combined applications of inorganic fertilizers with silicate as a soil amendment are recommended as the best fertilization practice for fertilizer use efficiency, enhancement of soil fertility status in the continuous rice cropping system in Korea.
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문제 정의
본 연구는 논토양의 건전한 질을 유지하면서 지속적인 작물생산성을 유지하기 위해 비료와 토양개량제를 장기적으로 시용한 논토양에서의 유효규산 함량의 변동과 벼 수량의 영향을 평가하고자 수행하였다.
비료 및 토양개량제를 장기간 시용한 벼 재배포장에서 토양 중 유효규산 함량 분포 특성과 벼 생육량 차이를 구명하고자 수행하였다. 42년 동안의 실험에서 규산질 비료의 시용은 토양의 유효규산 함량을 최대 333 mg kg-1까지 증가시켰고, 표토뿐만 아니라 심토에까지 영향을 주어 규산이 축적되었다.
제안 방법
5 g 칭량하고 conc. H2SO4을 10 mL와 50%의 HClO4 10 mL를 가하여 분해한 후 여과지에 남아있는 분해 잔사물을 600℃의 전기로에서 6시간 동안 회화시키는 중량법으로 정량하였고 (NIAST, 20000), Figure 4에서 식물체 흡수량은 1987년부터 2009년까지의 흡수량을 평균한 값으로 표시하였다. 정조수량은 해마다 10월에 처리구 당 70주씩 3반복으로 채취하여 탈곡한 후에 자연상태에서 건조한 후 수분함량 15% 전후일때를 기준하여 무게를 달아 조사하였고, Table 2에서의 수량은 1954년부터 2009년까지의 수량을 평균한 값으로 나타내었다.
규소는 지각에서 두 번째로 많은 원소로 토양의 50% 이상을 구성하고 있으며, 이러한 이유로 처음에는 관개수와 토양, 그리고 볏짚으로 공급하는 규산의 양만으로 벼가 필요로 하는 규산을 충분히 흡수한다고 여겨졌다 (Jian and Eiichi, 2002). 그러나, 논에 볏짚퇴비의 투입량이 감소하고 쌀의 생산량을 더욱 증대시키기 위해 토양 중 규산의 함량이 높아져야 했고, 이로 말미암아 철강산업의 부산물인 광재 (slag)를 규산질비료로 투입하게 되었다. 이때부터 논 토양에서 규산질비료의 장기연용 효과에 관한 연구가 시작하게 되었다 (Jian and Eiichi, 2002).
5 Mg ha-1을 각각 시용하였다. 그리고 기비-분얼비-수비-실비의 분시비율은 질소는 50-20-20-10%, 가리는 70-0-30-0%로 2회, 인산, 퇴비, 석회, 그리고 규산은 전량 기비로 시용하였다 (Fig. 1). 토양개량제인 규산질 비료와 소석회 그리고 퇴비는 토양과 충분하게 반응하도록 4월 중순에 미리 각각의 처리구에 살포하고 경운하였으며, 화학비료는 5월 하순에 담수하면서 시용하고 벼를 이앙하였다.
토양 화학성의 장기적인 변동을 모니터링하기 위한 분석용 시료는 해마다 4월 초에서 중순사이에 처리구당 0~15 cm 깊이로 3∼7군데를 채취하고 혼합 하여 분석하였다. 그리고 토양 깊이별 양분함량의 분포를 조사하기 위한 시료는 2009년 5월부터 8월까지 3회에 걸쳐 Core sampler로 0~30 cm 깊이까지 5 cm 간격으로 채토하여 각각 분석하였다.
개량제 처리구는 표준 3요소+볏짚퇴비(NPK+C, 볏짚퇴비구), 표준 3요소+볏짚퇴비+ 규산 (NPK+CS, 규산+퇴비구), 특히 규산질비료는 1954∼1989년도에는 규회석을 1990~2009년에는 규산질비료를 각각 시용하였다. 그리고 표준 3요소+볏짚퇴비+규산+소석회 (NPK+CSL, 종합개량구)를 처리하였다. 시비량은 벼 재배품종과 그에 따른 표준시비량이 달라짐에 따라서 질소는 75～170 kg ha-1, 인산은 70～86 kg ha-1, 가리는 75～86 kg ha-1, 볏짚퇴비는 7.
그리고 표준 3요소+볏짚퇴비+규산+소석회 (NPK+CSL, 종합개량구)를 처리하였다. 시비량은 벼 재배품종과 그에 따른 표준시비량이 달라짐에 따라서 질소는 75～170 kg ha-1, 인산은 70～86 kg ha-1, 가리는 75～86 kg ha-1, 볏짚퇴비는 7.5 Mg ha-1을 각각 시용하였다. 그리고 기비-분얼비-수비-실비의 분시비율은 질소는 50-20-20-10%, 가리는 70-0-30-0%로 2회, 인산, 퇴비, 석회, 그리고 규산은 전량 기비로 시용하였다 (Fig.
H2SO4을 10 mL와 50%의 HClO4 10 mL를 가하여 분해한 후 여과지에 남아있는 분해 잔사물을 600℃의 전기로에서 6시간 동안 회화시키는 중량법으로 정량하였고 (NIAST, 20000), Figure 4에서 식물체 흡수량은 1987년부터 2009년까지의 흡수량을 평균한 값으로 표시하였다. 정조수량은 해마다 10월에 처리구 당 70주씩 3반복으로 채취하여 탈곡한 후에 자연상태에서 건조한 후 수분함량 15% 전후일때를 기준하여 무게를 달아 조사하였고, Table 2에서의 수량은 1954년부터 2009년까지의 수량을 평균한 값으로 나타내었다.
토양 화학성의 장기적인 변동을 모니터링하기 위한 분석용 시료는 해마다 4월 초에서 중순사이에 처리구당 0~15 cm 깊이로 3∼7군데를 채취하고 혼합 하여 분석하였다.
1). 토양개량제인 규산질 비료와 소석회 그리고 퇴비는 토양과 충분하게 반응하도록 4월 중순에 미리 각각의 처리구에 살포하고 경운하였으며, 화학비료는 5월 하순에 담수하면서 시용하고 벼를 이앙하였다. 전년도에 수확 후 남아있는 벼의 그루터기와 뿌리는 경운 시 써레질 할 때 토양에 그대로 환원되었다.
대상 데이터
개량제 처리구는 표준 3요소+볏짚퇴비(NPK+C, 볏짚퇴비구), 표준 3요소+볏짚퇴비+ 규산 (NPK+CS, 규산+퇴비구), 특히 규산질비료는 1954∼1989년도에는 규회석을 1990~2009년에는 규산질비료를 각각 시용하였다.
본 연구에 사용된 논토양은 1954년도에 경기도 수원시 권선구 서둔동 소재 국립작물과학원 (현 국립식량과학원) 포장 내에 조성된 것으로, 하성평탄지에 위치하며 유효토심은 보통으로 투수성이 빠르며 배수가 약간 양호하고, 토성은 사양질인 강서통이다. 1954년 당시의 토양 화학성은 pH 5.
비료를 시용하지 않은 무비구 (No fert.), 표준 3요소구 (NPK, 3요소구)는 질소질 비료는 유안으로, 인산질 비료는 중과린산석회 (1954∼1988), 과린산석회 (1989∼1993), 용과린 (1994∼2009)을 각각 시용하였으며, 칼리질 비료는 염화가리를 시용하였다.
이론/모형
P2O5 함량을 제외한 성분은 벼 생육을 위한 논토양 적정 비옥도에 기준 (NIAST, 2006)에 미치지 못하였다. 처리구는 완전 임의 배치법으로 모두 32개의 처리구로 구성되어 있고 (Yeon, 2007), 이 중에서 본 연구에서는 6개의 처리구를 분석에 이용하였다.
토양 pH는 토양과 증류수의 비율을 1:5로 추출하여 측정 하였고, 토양유기물은 Tyurin법, 유효인산은 Lancaster법으로 720 nm에서, 유효규산은 1 M NaOAc (pH 4.0)용액으로 추출하여 700 nm에서 비색계 (U-3000, Hitachi)로 측정하였다. 치환성 양이온은 1 M NH4OAc (pH 7.
성능/효과
3요소구에 비해 볏짚퇴비구는 50%, 규산구는 71%, 퇴비·규산구와 종합개량구는 97∼98%를 더 흡수하는 것으로 나타났다.
벼가 흡수하는 규산의 흡수량은 수량에 커다란 영향을 미친다. Table 2에서과 같이 3요소구의 수량을 100으로 기준하여 처리구별로 상대지수를 평가한 결과 무비구는 76, 볏짚퇴비구는 125, 규산구는 137, 규산+퇴비구는 145, 종합 개량구는 147로 나타났으며, 수량의 증가정도는 종합개량구와 규산+퇴비구에서 가장 높았고, 그 다음으로는 규산구, 볏짚퇴비구, 3요소구, 무비구 순이었다. 논토양에 규산비료를 시용할 경우 재배조건에 따라 차이는 있지만 3요소구에 비해 평균적으로 7∼12% 정도의 수량이 증가한다고 보고하였으나 (Lee and Park, 2010), 규산비료의 장기시용 처리구에서의 수량은 37∼45%로 훨씬 높은 수준이었다.
처리구의 시기별 pH, 유기물, 유효인산, 치환성양이온 함량은 Table 1과 같다. pH와 치환성 칼슘 함량은 모든 처리구에서 증가하는 경향이었다. 25∼36 년차에 일시적으로 pH가 감소하였는데, 이는 24년차 이전까지 사용해오던 포장 근처의 서호수 (K+Ca+Mg+Na, 3.
규산구와 종합개량구의 표토 (0∼20 cm)에서 유효규산 함량은 각각 309, 314 mg kg-1으로 가장 높았고, 그 다음으로 무비구 (108 mg kg-1)였으며 3요소구와 볏짚퇴비구에서 60, 59 mg kg-1으로 가장 낮았다.
규산질 비료를 투입한 구 (규산구와 종합개량구)와 규산 비료를 투입하지 않은 구 (무비구, 3요소구, 볏짚퇴비구)에서 유효규산 함량은 토양깊이가 0∼20 cm까지 깊어질수록 증가하는 경향이었다.
42년 동안의 실험에서 규산질 비료의 시용은 토양의 유효규산 함량을 최대 333 mg kg-1까지 증가시켰고, 표토뿐만 아니라 심토에까지 영향을 주어 규산이 축적되었다. 또한, 벼의 규산 흡수량은 3요소구에 비해 볏짚 퇴비를 시용한 구에서는 64%, 볏짚퇴비와 규산질비료를 병용하여 시용한 구에서는 98%를 더 흡수하였다. 벼의 수량도 규산질비료를 시용한 구에서는 37∼47% 정도 크게 증가하는 것으로 나타났다.
벼의 수량도 규산질비료를 시용한 구에서는 37∼47% 정도 크게 증가하는 것으로 나타났다.
벼의 수량도 규산질비료를 시용한 구에서는 37∼47% 정도 크게 증가하는 것으로 나타났다. 본 연구결과를 통해서 볼 때 무기질 비료와 더불어 유기질비료 및 규산질비료를 혼용하는 것은 토양비옥도를 향상시키고, 비료의 이용 효율을 향상시키는 방법 중에 하나로 생각되었다.
7 cmolc kg-1)로 변경하였기 때문이라 생각되며, 추후 검토가 더 필요하다고 본다. 유효인산은 인산비료가 투입되지 않은 무비구에서는 지속적으로 감소하였고, 무비구를 제외한 모든 처리구에서는 시험 시작 48년차까지 지속적으로 증가하다가 그 이후에는 점차적으로 감소하는 경향이었다. 그리고 치환성 마그네슘 함량은 규산질비료와 소석회를 시용한 구인 규산구, 규산+퇴비구, 종합개량구에서 증가하는 경향을 나타냈고, 이것은 규산질비료와 소석회에 부성분으로 포함되어 논에 투입되었기 때문으로 추정된다.
의 범위에 있었다. 이 값은 유효규산 함량을 최초로 분석한 1968년 당시 유효규산 함량보다 무비구에서는 1.1배 상승한 양이었고, 3요소구에서는 차이가 없었으며, 볏짚퇴비구는 오히려 0.8배 감소한 양이었다. Yang et al.
이렇게 토양의 규산함량이 현저하게 증가하는 이유는 1968년부터 1989년까지 규산함량이 10%인 규회석을 시용하였으나, 1990년 이후에는 25%인 규산질 비료로 대체되 었기 때문이다. 종합개량구의 유효규산 함량은 규산+퇴비구와 규산구에서의 유효규산 함량보다 무려 1.5배 더 높았으며, 이것은 규산질비료 이외에 더 투입되는 유기물과 소석회에 규산성분이 각각 4.5%, 0.7%로 더 함유되어 있기 때문으로 판단된다. 그리고 이러한 수치는 국립농업과학원 (NIAST, 2006) 작물별 시비처방기준에 제시된 유효규산의 적정범위 (157∼180 mg kg-1) 보다 1.
후속연구
0배 많은 함량에 해당된다. 1984년과 1989년 사이에 토양 중 유효규산 함량은 급격하게 감소하였다가 다시 증가하였는데, 이것에 대한 원인은 추후 검토가 더 필요하다.
25∼36 년차에 일시적으로 pH가 감소하였는데, 이는 24년차 이전까지 사용해오던 포장 근처의 서호수 (K+Ca+Mg+Na, 3.1 cmolc kg-1) 에서 양이온 함량이 낮은 관정수 (K+Ca+Mg+Na, 1.7 cmolc kg-1)로 변경하였기 때문이라 생각되며, 추후 검토가 더 필요하다고 본다.
질의응답
핵심어
질문
논문에서 추출한 답변
규소의 특징은?
규소는 지각에서 두 번째로 많은 원소로 토양의 50% 이상을 구성하고 있으며, 이러한 이유로 처음에는 관개수와 토양, 그리고 볏짚으로 공급하는 규산의 양만으로 벼가 필요로 하는 규산을 충분히 흡수한다고 여겨졌다 (Jian and Eiichi, 2002). 그러나, 논에 볏짚퇴비의 투입량이 감소하고 쌀의 생산량을 더욱 증대시키기 위해 토양 중 규산의 함량이 높아져야 했고, 이로 말미암아 철강산업의 부산물인 광재 (slag)를 규산질비료로 투입하게 되었다.
논 토양에서 유효규산 함량은 어떠한 지표인가
논 토양에서 유효규산 함량은 토양의 비옥도 및 건전성을 나타내는 토양의 질 (quality)에 중요한 지표이다 (Yoon et al, 2004). 규산은 silicic acid를 생성하는 벼, 사탕수수와 같은 화본과 작물에겐 많이 필요한 물질로 작물의 수량을 크게 증대시키며 (Epstein, 1994), 특히 벼에 있어서는 도열병 저항성을 향상시킨다고 알려져 있다 (Gang, 2001; Jian et al.
pH와 치환성 칼슘 함량은 모든 처리구에서 증가하는 경향이지만 25 ~ 36년차에선 어떠했는가?
pH와 치환성 칼슘 함량은 모든 처리구에서 증가하는 경향이었다. 25∼36 년차에 일시적으로 pH가 감소하였는데, 이는 24년차 이전까지 사용해오던 포장 근처의 서호수 (K+Ca+Mg+Na, 3.1 cmolc kg-1) 에서 양이온 함량이 낮은 관정수 (K+Ca+Mg+Na, 1.
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