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문제 정의
- 1954년부터 운영해온 장기 연용 포장은 벼를 경작하는 체계에서 토양의 비옥도를 향상하기 위한 방안을 모색하고자 수행되었다. 59년 동안의 시험에서 볏짚퇴비의 시용은 토양의 유기탄소 함량을 41년 이후에 최대 19∼20 g kg-1까지 도달하게 하였고, 볏짚퇴비를 시용하지 않은 것보다 표토에서는 1.
- 이처럼 장기연용 포장에서 토양유기물의 관한 시비영향 평가는 매우 중요하며 토양유기물의 중요한 인자로 토양유기탄소와 수용성탄소가 있다. 따라서, 본 연구는 논토양에 유기물 보전에 대한 합리적인 시비관리 방안을 모색하고자 장기시험포장에서 시비에 따른 유기탄소의 변동과 수용성탄소의 특성을 평가하고자 수행하였다.
- 2 g kg-1으로 볏짚퇴비가 투입된 구인 퇴비구와 종합개량구에 비해 유기탄소 함량이 크게 증가하지는 않았지만, 크게 감소하지 않고 일정한 수준을 유지하였다. 이것은 벼의 뿌리와 그루터기로 투입된 유기물질의 영향으로 논토양에 처리구별 벼의 그루터기와 뿌리로 투입되는 유기물질의 양을 살펴보았다. 벼의 뿌리와 그루터기의 양은 무비구와 유안구, 3요소구는 각각 801 kg ha-1, 1,409 kg ha-1, 2,469 kg ha-1, 퇴비구와 종합개량구는 각각 2,530 kg ha-1, 2,056 kg ha-1로 유안구와 무비구는 3요소구의 32∼57%정도에 해당하는 양이 토양에 환원되었고, 이것은 논토양의 유기탄소 함량을 일정하게 유지하는데 기여하였다고 판단된다 (Jonhston, 1986).
제안 방법
- 토양 화학성의 장기적인 변동을 모니터링하기 위한 분석용 시료는 해마다 4월 초에서 중순사이에 처리구당 0～15 cm 깊이로 3∼7군데를 채취하고 혼합하여 사용하였다. 그리고 토양 깊이별 양분함량의 분포를 조사하기 위한 시료는 2009년 5월부터 8월까지 3회에 걸쳐 core sampler로 0～30 cm 깊이별 토양을 채취하여 5 cm 간격으로 끊어서 각각 분석하였다. 볏짚의 그루터기는 2011년 벼를 수확 후 처리구당 5포기씩 채취한 후 건조하여 무게를 조사하였고, 특히 뿌리는 직경과 깊이가 15 cm인 원통형의 core를 박아 채취하였다.
- 볏짚퇴비는 벼 수확기에 시험연구포장으로부터 볏짚을 3 ton 정도 수거하여 절단하고 물을 뿌렸으며 비닐을 덮어 후숙하였고 요소비료를 4∼6 kg 더 첨가하여 부숙 후 사용하였다.
- 볏짚퇴비는 벼 수확기에 시험연구포장으로부터 볏짚을 3 ton 정도 수거하여 절단하고 물을 뿌렸으며 비닐을 덮어 후숙하였고 요소비료를 4∼6 kg 더 첨가하여 부숙 후 사용하였다. 비료는 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. 토양개량제인 규산질비료와 소석회 그리고 퇴비는 토양과 충분하게 반응하도록 4월 중순에 미리 각각의 처리구에 살포하고 경운하였으며, 화학비료는 5월 하순에 담수하면서 시용하고 벼를 이앙하였다.
- 0) 완충용액으로 추출하여 유도결합 플라즈마 발광광도계 (ICP-OES, GBC)으로 측정하였다 (NIAST, 2000). 수용성유기탄소는 유기탄소 분석기 (Sievers 5310C, GE)로, 수용성 무기탄소는 Jung and Kim (2006)이 제안한 방법을 변형하여 토양용액을 2 mL를 넣어서 분석하였다.
- 08 cmolc kg-1으로 유효인산 함량을 제외한 성분은 벼 생육을 위한 논토양 적정 비옥도에 기준 (NIAST, 2006)에 미치지 못하였다. 처리구는 완전 임의 배치법으로 배치되었고 모두 32개의 처리구로 구성되어 있으나, 본 연구에서는 무비구 (contol), 유안구 (N), 3요소구 (NPK), 퇴비구 (NPK+C), 종합개량구 (NPK+CLS)를 분석에 이용하였다. 벼의 품종과 비료와 개량제를 시용한 내력은 Fig.
- 비료는 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. 토양개량제인 규산질비료와 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 환원하였다.
대상 데이터
- 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 약간양호이며, 토성은 사양질인 강서통 (Coarse loamy, Fluvaquentic Eutrudepts)이다. 1954년 당시의 토양 화학성은 pH 5.
- 토양 화학성의 장기적인 변동을 모니터링하기 위한 분석용 시료는 해마다 4월 초에서 중순사이에 처리구당 0～15 cm 깊이로 3∼7군데를 채취하고 혼합하여 사용하였다.
- 볏짚의 그루터기는 2011년 벼를 수확 후 처리구당 5포기씩 채취한 후 건조하여 무게를 조사하였고, 특히 뿌리는 직경과 깊이가 15 cm인 원통형의 core를 박아 채취하였다. 토양용액의 수용성탄소함량을 분석하기 위해 시료는 2012년 5월 30일부터 8월 4일까지 10회에 걸쳐 polyethylene porous cup (pore size 35～75 ㎛)로 10 kPa의 일정한 압력을 가하여 100 mL의 양이 되도록 채취하였다. 토양의 pH는 토양과 증류수의 비율을 1:5로 추출하여 측정하였고, 토양유기물은 Tyurin법, 유효인산은 Lancaster 법으로 추출하여 720 nm에서, 유효규산은 1 M NaOAc (pH 4.
이론/모형
- 토양용액의 수용성탄소함량을 분석하기 위해 시료는 2012년 5월 30일부터 8월 4일까지 10회에 걸쳐 polyethylene porous cup (pore size 35～75 ㎛)로 10 kPa의 일정한 압력을 가하여 100 mL의 양이 되도록 채취하였다. 토양의 pH는 토양과 증류수의 비율을 1:5로 추출하여 측정하였고, 토양유기물은 Tyurin법, 유효인산은 Lancaster 법으로 추출하여 720 nm에서, 유효규산은 1 M NaOAc (pH 4.0)용액으로 추출하여 700 nm에서 비색계 (U-3000, Hitachi)로, 치환성 양이온은 1M NH4OAc (pH 7.0) 완충용액으로 추출하여 유도결합 플라즈마 발광광도계 (ICP-OES, GBC)으로 측정하였다 (NIAST, 2000). 수용성유기탄소는 유기탄소 분석기 (Sievers 5310C, GE)로, 수용성 무기탄소는 Jung and Kim (2006)이 제안한 방법을 변형하여 토양용액을 2 mL를 넣어서 분석하였다.
성능/효과
- 59년 동안의 시험에서 볏짚퇴비의 시용은 토양의 유기탄소 함량을 41년 이후에 최대 19∼20 g kg-1까지 도달하게 하였고, 볏짚퇴비를 시용하지 않은 것보다 표토에서는 1.4배, 심토에서는 2배까지 높아지게 하였다.
- 근권 (0∼15 cm)에서 유기탄소 함량은 종합개량구가 가장 높았고, 그 다음으로는 퇴비구, 3요소구, 유안구, 무비구 순이었으며 이러한 순서는 볏짚퇴비의 투입 여부와 앞에서 서술한 토양으로 환원되는 벼의 그루터기 및 뿌리의 양과 매우 유사한 양상을 나타냈다. 그리고 볏짚퇴비를 투입한 구가 볏짚퇴비를 투입하지 않은 구보다 유기탄소 함량이 표토에서는 1.4배 심토에서는 2배 가량 높았다. Katoh et al(2005)는 논토양에 볏짚 잔재물 등 유기물질의 환원은 침투수 중 수용성 탄소의 함량을 높여 심토로 용탈되기 때문에 심토의 유기탄소 함량을 높인다고 하였다.
- 그리고 표토용액 중 수용성 유기탄소 함량이 종합개량구보다 평균적으로 2.3배 가량 높았는데, 종합개량구와 퇴비구의 처리간 차이는 퇴비구보다 '94년 이전에는 소석회와 규산질비료, '94년 이후에는 규산질비료가 더 투입되었으며, 이로 인해 토양의 pH가 상승되고 토양미생물의 유기물질 분해작용에 영향을 주어 수용성탄소의 함량에 차이가 발생하였다고 추정된다.
- 화학비료와 볏짚퇴비, 그리고 토양개량제인 규산질비료를 59년 동안 시용하였을 때, 토양의 pH, 유효인산, 치환성 양이온, 유효규산 함량 모두 증가하였다. 따라서, 무기질 비료와 유기질비료, 그리고 토양개량제인 규산질비료를 혼용하는 것은 토양의 탄소축적을 증대시키고, 환경으로 유출될 수 있는 수용성탄소의 함량을 감소시키며, 토양비옥도의 질을 향상시켜 작물을 안정적으로 생산할 수 있는 가장 적합한 방법이라 생각된다.
- 4배, 심토에서는 2배까지 높아지게 하였다. 또한 처리구별로 토양용액중의 수용성유기탄소의 함량도 달라졌는데, 퇴비구에서 가장 높았고, 종합개량구에서는 퇴비구의 1/2 수준으로 환경으로 유출되는 수용성 유기탄소의 양이 감소하였다. 화학비료와 볏짚퇴비, 그리고 토양개량제인 규산질비료를 59년 동안 시용하였을 때, 토양의 pH, 유효인산, 치환성 양이온, 유효규산 함량 모두 증가하였다.
- Katoh et al(2005)는 논토양에 볏짚 잔재물 등 유기물질의 환원은 침투수 중 수용성 탄소의 함량을 높여 심토로 용탈되기 때문에 심토의 유기탄소 함량을 높인다고 하였다. 또한, 심토의 유기탄소 함량은 표토에서와 달리 퇴비구가 종합개량구보다 높았다.
- 수용성 총탄소 중 수용성 유기탄소의 함량의 비율 (DOC/DTC)은 유안구, 3요소구, 퇴비구에서 0.6∼0.7로 높았으나, 무비구와 종합개량구에서 0.4로 낮았다 (Table 2).
- 유효인산 함량은 무비구에서 20 mg kg-1, 유안구에서 11 mg kg-1, 3요소구에서 136 mg kg-1, 퇴비구에서 167 mg kg-1, 종합개량구에서 169 mg kg-1으로 유안구에서 가장 낮았고, 퇴비구와 종합개량구에서 적정비옥도 함량 (80∼120 mg kg-1)보다 1.7배 정도 높았으며, 3요소구는 적정 비옥도 함량 (80∼120 mg kg-1)보다 1.4배 정도 높았다.
- 3요소구도 퇴비구와 비슷한 경향이었으나, 평균농도는 퇴비구의 1/2 수준으로 낮았다. 종합개량구는 다른처리구의 변화양상과 달리 5월 30일부터 6월 17일까지 3요소구보다 높았으나, 6월 30일 이후부터는 3요소구보다 낮았으며 7월 22일경에는 무비구, 유안구와 비슷한 수준으로 감소하였다. 표토용액 중 수용성 유기탄소 함량은 퇴비구, 3요소구, 종합개량구, 유안구, 무비구 순으로 퇴비구가 가장 높았고, 무비구가 가장 낮았다.
- 처리 구별 수용성 유기탄소함량 변화를 살펴본 결과 퇴비구에서 수용성유기탄소 함량은 5월 30일부터 급격하게 증가하여 6월 30일에 최고 농도인 5.9 mmol L-1에 도달하였고, 그 이후에는 감소하였다(Fig. 3). 3요소구도 퇴비구와 비슷한 경향이었으나, 평균농도는 퇴비구의 1/2 수준으로 낮았다.
- 치환성 칼륨은 종합개량구와퇴비구에서 각각 0.15 cmolc kg-1, 0.09 cmolc kg-1로 높았으나, 무비구, 유안구, 3요소구에서는 0.05∼0.08 cmolc kg-1으로 낮았고, 볏짚퇴비의 투입은 유효인산 함량에서와 마찬가지로 토양에 치환성 칼륨 함량의 증대에도 기여하였다.
- 08 cmolc kg-1으로 낮았고, 볏짚퇴비의 투입은 유효인산 함량에서와 마찬가지로 토양에 치환성 칼륨 함량의 증대에도 기여하였다. 치환성 칼슘은 종합개량구에서 11.7 cmolc kg-1, 유안구는 7.6 cmolc kg-1, 퇴비구와 3요소구는 각각 6.4 cmolc kg-1, 7.1 cmolc kg-1으로 종합개량구가 다른 처리구에 2배 정도 높았고, 치환성 마그네슘은 종합개량구가 1.7 cmolc kg-1, 퇴비구가 1.0 cmolc kg-1, 3요소구, 유안구, 무비구는 0.9 cmolc kg-1으로 치환성 칼슘함량과 비슷한 경향을 나타내었으며, 이것은 59년 동안 규산질비료와 소석회가 투입되었기 때문으로 판단된다. 유효규산 함량은 종합개량구를 제외한 구 (무비구, 유안구, 3요소구, 퇴비구)에서 35∼69 mg kg-1로 유사하였으나, 종합개량구는 261 mg kg-1로 다른처리구보다 4∼7배 가량 많았다.
- 토양유기탄소 함량은 모든 처리구에서 표토 5 cm에서 가장 높았고 심토 (25∼30 cm)에서 가장 낮았으며, 처리구 간에 토양유기탄소 함량의 차이는 0∼15 cm 깊이에서 가장 컸다.
- 처리구별 pH, 유효인산, 치환성양이온, 유효규산 함량은 Table 3과 같다. 토양의 pH는 평균적으로 무비구에서 6.6, 유안구에서 6.3, 3요소구와 퇴비구에서 각각 5.8, 5.9, 종합 개량구에서 7.5로 3요소구와 퇴비구에서 가장 낮았고, 종합 개량구에서 가장 높았다. 그러나, 시험포장 조성 당시 (’54)의 토양의 pH (5.
- 6이었다고보고하였으며, 본 연구의 유안구, 3요소구, 퇴비구의 DOC/DTC와 비슷하였다. 퇴비구와 종합개량구의 총탄소함량은 4.9 mmol L-1, 4.5 mmol L-1로 비슷하였고, 3요소구는 2.8 mmol L-1, 유안구와 무비구는 각각 1.2 mmol L-1, 1.3 mmol L-1로 유사하여 크게 3가지 유형으로 분류되었으며, 비료 및 개량제를 장기연용하는 것은 토양의 수용성탄소 함량에 커다란 영향을 주는 것으로 나타났다.
- 종합개량구는 다른처리구의 변화양상과 달리 5월 30일부터 6월 17일까지 3요소구보다 높았으나, 6월 30일 이후부터는 3요소구보다 낮았으며 7월 22일경에는 무비구, 유안구와 비슷한 수준으로 감소하였다. 표토용액 중 수용성 유기탄소 함량은 퇴비구, 3요소구, 종합개량구, 유안구, 무비구 순으로 퇴비구가 가장 높았고, 무비구가 가장 낮았다. 퇴비구에서는 표토용액과 심토의 유기탄소 함량이 모두 높았는데, 이것은 표토의 수용성 유기탄소가 하부로 용탈되어 심토의 유기탄소 함량에 영향을 주었기 때문이다.
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