PAA(Polyaspartic Acid) 함유 복합비료가 벼 생육 및 벼 재배 논에서의 메탄 발생에 미치는 영향 연구 Effects of PAA (Polyaspartic Acid) Contained Complex Fertilizer on Rice Growth and CH4 emission from Rice Cultivation원문보기
This study was carried out to investigate the effects of the complex fertilizers containing polyaspartic acid (PAA) on growth and $CH_4$ emission in rice field and optimum application rate of the fertilizer compared to the standard recommended application rate (control). The PAA-containin...
This study was carried out to investigate the effects of the complex fertilizers containing polyaspartic acid (PAA) on growth and $CH_4$ emission in rice field and optimum application rate of the fertilizer compared to the standard recommended application rate (control). The PAA-containing complex fertilizers (PCF) were applied at 55, 65 and 75% levels of standard recommended application rate (control). The application rate of PAA in the plot of every PCF treatment was 150g ai/10a. The PCF was applied as a basal dressing without topdressing at tillering stage. The growth parameters of rice and its nitrogen use efficiency treated with PCF at a 65 to 75% level were not different compared with those of control, and the rice yield was also not significantly different between PCF at a 65 to 75% level and control during 2 years(2010~2011) field experiment. And the $NH_4$-N content in soil was not affected by 65% to 75% level of PCF treatment. Considering overall research results such as rice yield and growth parameters PCF is not significantly different with the control and the optimum application rate of the PCF as a basal fertilization was determined to be 65~75% of the standard application rate based on the result in rice cultivation. Moreover, $CH_4$ emission rate was significantly reduced by PCF treatments, showing 216 kg and 229 kg $CH_4/ha$ at 65% and 75% PCF treatment level, respectively, compared to 266 kg $CH_4/ha$ of the control.
This study was carried out to investigate the effects of the complex fertilizers containing polyaspartic acid (PAA) on growth and $CH_4$ emission in rice field and optimum application rate of the fertilizer compared to the standard recommended application rate (control). The PAA-containing complex fertilizers (PCF) were applied at 55, 65 and 75% levels of standard recommended application rate (control). The application rate of PAA in the plot of every PCF treatment was 150g ai/10a. The PCF was applied as a basal dressing without topdressing at tillering stage. The growth parameters of rice and its nitrogen use efficiency treated with PCF at a 65 to 75% level were not different compared with those of control, and the rice yield was also not significantly different between PCF at a 65 to 75% level and control during 2 years(2010~2011) field experiment. And the $NH_4$-N content in soil was not affected by 65% to 75% level of PCF treatment. Considering overall research results such as rice yield and growth parameters PCF is not significantly different with the control and the optimum application rate of the PCF as a basal fertilization was determined to be 65~75% of the standard application rate based on the result in rice cultivation. Moreover, $CH_4$ emission rate was significantly reduced by PCF treatments, showing 216 kg and 229 kg $CH_4/ha$ at 65% and 75% PCF treatment level, respectively, compared to 266 kg $CH_4/ha$ of the control.
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문제 정의
본 연구는 논토양에서 벼 재배시 PAA(Polyaspartic acid)가 함유된 복합비료의 시용효과를 살펴보고자 2010년부터 2011년까지 고시히카리를 시험품종으로 재배시험하여 벼 생육 및 메탄 배출량으로 검토하였으며, 적정 시용수준을 설정하였다.
본 연구는 벼 재배 시 PAA가 함유된 비료에 대해 시비수준별 벼 생육 및 벼 재배 논에서의 메탄 배출량의 변화를 검토하고자, 경기도 화성시 기산동에 위치한 경기도농업기술원 논포장에서 재배시험을 수행하였다. 시험포장은 지산통으로 2011년 경기도 논토양의 평균에 비해 유기물과 유효인산 함량이 다소 낮은 토양이었다(Table 1).
따라서 고시히카리에 적합한 전용 복합비료의 개발이 요구되고 있는 실정이다. 본 연구에서는 벼 재배 논에서의 화학비료 절감과 온실가스 배출 경감효과를 검토하고자 생분해성 친환경 고분자물질인 폴리아스파르트산(PAA : Polyaspartic acid)이 함유된 비료를 고시히카리 전용 복합비료로 개발하여 2년 동안(2010년~2011년) 포장시험을 수행하였다.
제안 방법
개발된 PAA 함유 복합비료의 벼 생육 및 논에서의 메탄 발생량에 미치는 영향을 살펴보기 위하여 질소 표준시비 0%, 55%, 65%, 75% 해당량을 전용복비 처리하여 2년 동안(2010~2011년) 벼 재배 시험을 하였다. 처리에 따른 벼 식물체의 질소함량과 질소흡수량을 생육단계별로 살펴보고자 이앙 후(DAT; Days after transplanting) 15일, 30일, 60일로 살펴 본 결과는 Table 3과 같다.
채취방법은 챔버의 윗 뚜껑을 닫자마자 1차로 채취하고 다시 30분경과 후 2차로 채취하였다. 그리고 시료 채취시 마다 온도와 논 물로부터 챔버 상단까지의 유효높이를 조사하였다. 메탄분석은 6개 포트 가스 채취 밸브(6 port gas sampling valve)가 장착된 GC-FID(450GC, Varian)로 분석하였으며, 컬럼은 porapack N(80/100 mesh)이 충전된 1/8〃×2 m 의 stainless steel tubing column 이었고 운반기체(carrier gas)는 N2로 유속을 분당 30 ml로 조절하였다(Table 2).
메탄 채취용 챔버는 Acryl로 제작된 가로, 세로, 높이가 각각 60 cm, 60 cm, 120 cm 이었으며 챔버 내에는 묘가 정확히 3본씩 8주가 식재되도록 조절하였다. 메탄시료는 주 2회, 매회 오전 10시 30분부터 11시까지 Mininert valve가 장착된 60ml Polypropylene syringe로 채취하였다.
메탄분석은 6개 포트 가스 채취 밸브(6 port gas sampling valve)가 장착된 GC-FID(450GC, Varian)로 분석하였으며, 컬럼은 porapack N(80/100 mesh)이 충전된 1/8〃×2 m 의 stainless steel tubing column 이었고 운반기체(carrier gas)는 N2로 유속을 분당 30 ml로 조절하였다(Table 2).
메탄 채취용 챔버는 Acryl로 제작된 가로, 세로, 높이가 각각 60 cm, 60 cm, 120 cm 이었으며 챔버 내에는 묘가 정확히 3본씩 8주가 식재되도록 조절하였다. 메탄시료는 주 2회, 매회 오전 10시 30분부터 11시까지 Mininert valve가 장착된 60ml Polypropylene syringe로 채취하였다. 채취방법은 챔버의 윗 뚜껑을 닫자마자 1차로 채취하고 다시 30분경과 후 2차로 채취하였다.
쌀품질과 관련된 형질로서 완전미율은 RN-500(Kett, Japan), 단백질 함량은 AN-700(Kett, Japan), 식미치는 쌀을 일정한 조건에서 호화시켜 밥알 표면의 보수막 특성을 근적외선으로 측정하여 밥맛을 간접 측정하는 미도메타(MA-30A, Japan)을 이용하여 분석하였다.
메탄시료는 주 2회, 매회 오전 10시 30분부터 11시까지 Mininert valve가 장착된 60ml Polypropylene syringe로 채취하였다. 채취방법은 챔버의 윗 뚜껑을 닫자마자 1차로 채취하고 다시 30분경과 후 2차로 채취하였다. 그리고 시료 채취시 마다 온도와 논 물로부터 챔버 상단까지의 유효높이를 조사하였다.
처리내용은 표준시비 N 100%(Control; N-P2O5-K2O=7.5-4.5-5.7 kg/10a)을 대조로 무질소(N0; N-P2O5-K2O = 0-4.5-5.7 kg/10a), 표준시비 N 55% 해당량 PAA 복비(N55; N-P2O5-K2O = 4.1-3.4-4.7 kg/10a), 표준시비 N 65% 해당량 PAA 복비(N65; N-P2O5-K2O = 4.9-3.4-4.7 kg/10a) 및 표준시비 N 75% 해당량 PAA 복비(N75; N-P2O5-K2O=5.6-3.4-4.7 kg/10a) 등 5처리를 두었다. 표준시비(대조구)의 분시비율(기비:분얼비:수비)은 질소(요소)는 3회 분시(56:22:22)하였고, 인산(용과린)은 전량기비, 칼리(염화가리)는 2회 분시(70:0:30)하였다.
7 kg/10a) 등 5처리를 두었다. 표준시비(대조구)의 분시비율(기비:분얼비:수비)은 질소(요소)는 3회 분시(56:22:22)하였고, 인산(용과린)은 전량기비, 칼리(염화가리)는 2회 분시(70:0:30)하였다. 개발된 전용복비는 기비에 분얼비가 포함된 비료로 질소 78%, 인산 100%, 칼리 70%을 함유하고 있으며, 수비는 질소(요소)와 칼리(염화가리)을 각각 22%, 30% 분시하였다.
대상 데이터
고시히카리를 재배하는 농가를 대상으로 2011년에 PAA 함유 개발비료(표준시비 N 75% 전용복비 시용; N75) 농가실증시험을 김포시 양촌읍 누산리와 안성시 공도읍 만정리 2개소에서 수행하였다. 관행 비료시비량은 김포 N-P2O5-K2O=6.
본 연구는 벼 재배 시 PAA가 함유된 비료에 대해 시비수준별 벼 생육 및 벼 재배 논에서의 메탄 배출량의 변화를 검토하고자, 경기도 화성시 기산동에 위치한 경기도농업기술원 논포장에서 재배시험을 수행하였다. 시험포장은 지산통으로 2011년 경기도 논토양의 평균에 비해 유기물과 유효인산 함량이 다소 낮은 토양이었다(Table 1).
시험품종은 고시히카리로 2010년, 2011년 공히 5월 17일에 중묘를 30×14 cm 재식거리로 기계 이앙하였으며, 기타 재배관리는 경기도농업기술원 벼 표준 재배법(2011)에 준 하였다.
토양과 벼 식물체 분석은 토양 및 식물체 분석법(국립농업과학원, 2000)에 의거 토양분석용 시료는 오가를 이용 토양을 채취한 후 음건하여 2 mm 체를 통과시킨 것을 사용하였다. 토양 pH는 초자전극법에 의거 pH meter(ATI orion 370)로 측정하였으며, 유기 물 (OM)은 Tyurin법 , 유 효 인 산 (Av.P2O5)은 Lancaster법으로 분석하였다. 토양의 치환성 양이온 (Exchangeable cations)은 1N-NH4OAC(pH 7.
토양과 벼 식물체 분석은 토양 및 식물체 분석법(국립농업과학원, 2000)에 의거 토양분석용 시료는 오가를 이용 토양을 채취한 후 음건하여 2 mm 체를 통과시킨 것을 사용하였다. 토양 pH는 초자전극법에 의거 pH meter(ATI orion 370)로 측정하였으며, 유기 물 (OM)은 Tyurin법 , 유 효 인 산 (Av.
성능/효과
1. 벼 식물체중 질소함량은 표준시비구와 전용복비 N 65%, N 75% 해당량 처리구와 대등하였고, 초장 및 분얼수 등 생육상황도 같은 경향이었다.
2. 전용복비 N 65%와 75% 해당량 처리구의 토양 중 NH4-N 함량은 표준시비구와 대등하였다.
3. CH4 배출량은 표준시비구 266 kg CH4/ha에 비해 전용복비 N 65% PAA 시용구에서는 19% , N 75% PAA 복비 시용구에서는 14% 감축되었다.
5. 농가실증 2개소 모두 관행비료와 개발비료(관행 N 75% 해당량)의 생육, 수량 및 미질 조사결과 대등하였다.
표준시비(대조구)의 분시비율(기비:분얼비:수비)은 질소(요소)는 3회 분시(56:22:22)하였고, 인산(용과린)은 전량기비, 칼리(염화가리)는 2회 분시(70:0:30)하였다. 개발된 전용복비는 기비에 분얼비가 포함된 비료로 질소 78%, 인산 100%, 칼리 70%을 함유하고 있으며, 수비는 질소(요소)와 칼리(염화가리)을 각각 22%, 30% 분시하였다. 시험품종은 고시히카리로 2010년, 2011년 공히 5월 17일에 중묘를 30×14 cm 재식거리로 기계 이앙하였으며, 기타 재배관리는 경기도농업기술원 벼 표준 재배법(2011)에 준 하였다.
고시히카리 생육, 수량 및 미질 시험결과는 Table 9와 같다. 김포농가, 안성농가 모두 관행비료에 비해 질소성분량 기준으로 75% 해당량을 시용한 개발비료처리의 분얼수, 단백질함량, 완전립비율, 수량에서 대등한 경향을 보였다.
벼 재배기간(6월 1일~9월 3일) 중 논에서 배출되는 메탄(CH4)을 Close chamber를 이용하여 주 2회 분석한 결과는 Table 6과 같다. 대조구(control) 266kg CH4/ha에 비해 전용복비 N 55% 시용구(N55)에서는 228kg CH4/ha로 14% 저감되었으며, N 65%(N65)와 N 75%(N75) 시용구에서는 각각 메탄 배출량이 216, 229kg CH4/ha로 19%, 14% 감축되어 PAA가 함유된 전용복비에 의한 메탄배출 경감효과는 14~19%로 나타났으며, 추후 PAA에 의한 비료절감이 메탄배출에 미치는 영향은 향후 검토되어야 할 것으로 판단된다.
따라서 수량, 쌀 품질과 재배안정성 및 논에서의 메탄 발생량 측면을 고려할 때 PAA를 함유한 복합비료 시용수준은 표준시비 N 65∼75%에 해당하는 양이 적정하다고 판단된다.
벼의 수량구성요소는 대조구에 비해 표준시비 N 55% 전용복비 시용구(N55)는 수수, 수당립수가 적어 쌀수량이 9 % 감소하였으나 N 65%(N65)와 N 75% 시용구(N75)는 각각 425kg/10a, 458kg/10a으로 나타나 대조구 440kg/10a에 비해 큰 차이를 보이지 않았다(Table 7). 단백질 함량과 완전미비율 등 쌀 미질 특성은 대조구와 전용복비 시용구간에 통계적인 유의차가 없었다(Table 8).
처리에 따른 벼 식물체의 질소함량과 질소흡수량을 생육단계별로 살펴보고자 이앙 후(DAT; Days after transplanting) 15일, 30일, 60일로 살펴 본 결과는 Table 3과 같다. 이앙 후 15일에서 벼 식물체의 질소함량은 대조구와 전용복비 N 65% 이상 시용구간에 95% 신뢰수준에서 유의한 차이를 보이지 않았으며, 질소를 무시용한 N0 처리에서는 대조구와 유의한 차이를 나타냈다. 이앙 후 30일과 60일의 경우에는 각 처리별 대조구와 통계적으로 유의차를 보이지 않았다.
질의응답
핵심어
질문
논문에서 추출한 답변
질소가 환경에 미치는 이유는?
비료의 주요 성분 중 하나인 질소는 온실가스인 아산화질소 및 메탄 발생에 영향을 미치며 이들 온실가스가 지구온난화에 미치는 영향은 단위체적당 이산화탄소에 비해 메탄은 21배, 아산화질소는 310배이다(IPCC, 2007). 농업부문의 온실가스 배출량은 지구 전체 온실가스 배출량의 10~14%를 차지하며, 농업부문에서 배출되는 메탄 배출량이 전체 메탄 발생량 중 40%로 농업이 가장 큰 배출원으로 평가되고 있다(농촌진흥청, 2010).
비료의 주요 성분 하나를 적으시오.
비료의 주요 성분 중 하나인 질소는 온실가스인 아산화질소 및 메탄 발생에 영향을 미치며 이들 온실가스가 지구온난화에 미치는 영향은 단위체적당 이산화탄소에 비해 메탄은 21배, 아산화질소는 310배이다(IPCC, 2007). 농업부문의 온실가스 배출량은 지구 전체 온실가스 배출량의 10~14%를 차지하며, 농업부문에서 배출되는 메탄 배출량이 전체 메탄 발생량 중 40%로 농업이 가장 큰 배출원으로 평가되고 있다(농촌진흥청, 2010).
벼의 비료사용량을 줄일 수 있는 방법은?
벼는 재배면적이 넓고 시비량이 많아 비료사용량 감축 잠재력이 많다. 이에 농경지에서 유래되는 온실가스를 감축시키며 비료사용량을 줄일 수 있는 방법으로는 시비효율 증진비료 개발, 작물 및 품종별 시비법 개발, 시비법 개선, 경운방법 개선, 관개법 개선 등의 연구가 진행되고 있다(이충근 외, 2010; 이기상·김완진, 2009; 나홍식 외, 2012). 특히, 식물의 무기원소 흡수를 조장할 수 있는 킬레이팅 수단으로서 몇몇 유기산, 저중합체(Oligomers)등의 이용에 관한 연구도 수행되고 있다(서장선 등, 2008; 이호진 등, 2013; 최종명·이기환, 2004).
참고문헌 (21)
경기도농업기술원, 2011, 일반농경지 토양변동조사.
국내특허 제10-080186호, 2008
국립농업과학원, 2000, 토양 및 식물체 분석법.
국립농업과학원, 2006, 작물별 시비처방 기준.
나홍식, 경태현, 조창우, 김창균, 이승빈, 이현일, 정영상, 2012, 수도용 확산성 정제형 규산질 비료의 개발 및 확산성 실험, 한국토양비료학회 2012년 학술발표회 초록집, 114-115.
최종명, 이기환, 2004, 질소의 시비농도가 오리엔탈 나리 'Casa Blanca'의 생장 및 무기원소 흡수에 미치는 영향, 한국원예학회 원예과학기술지 22(1), 82-88.
한국비료공업협회, 2012, 비료연감.
IPCC, 2007, A report of Working Group 1 of the intergovermental Panel on Climate Change, Summary for policymakers
Lindau. C.W., P.K. Bollich, R.D. Delaune, W.H. and V.J. Law., 1991, Effect of urea fertilizer and environmental factors on CH4 emission from a Louisiana, USA rice field, Plant and Soil 136: 195-203.
Minami, K., 1993, Methane from rice production, Res. Rep. Div. Environ. Planning 9:243-258.
Neue, H.U. and R.L.Sass, 1994, Rice Cultivation and Trace Gas Exchange, In R.G. Prinn, ed. Global Atmospheric-Biospheric Chemistry, Plenum Press, New York.
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