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문제 정의
- 따라서 본 연구는 유기질 자원으로서 가치가 높은 수수 부산물의 자연 순환형 관리기술을 개발하고 시용방법에 따른 토양의 물리성 개선효과를 비교 분석하기위하여 2010년부터 2012년까지 3년간 현지 시험하였다.
- 유기질 자원으로서 가치가 높은 수수 부산물의 효율적인 환원기술을 개발하고 토양의 질 향상을 통한 고품질 농산물을 생산하기 위한 자연 순환형 관리기술을 개발하기 위하여 수수 부산물의 퇴비화 특성과 수수 부산물 발효퇴비의 시용에 따른 토양의 물리적 특성변화를 비교 분석한 결과 다음과 같은 결론을 얻었다.
제안 방법
- NR)를 이용하여 처리별로 10반복 조사하였다. 내수성입단은 지름 2 ~ 4 mm 풍건 입단을 이용하여 내수성 입단분석기(Eijkelkamp, Wet sievingart. NR)를 이용하여 분석하였다. 토양의 투수력은 내경 30 cm, 외경 55 cm, 높이 25 cm인 금속원판으로된 Double ring method (Black, 1965)로 측정하였고, 단위 면적, 단위 시간에 토양에 침투하는 물의 량을 측정하여 Darcy's 법칙 (1856)에 따라 계산하였다.
- 규모의 보온용 플라스틱 Chamber를 이용하여 퇴비화를실시하였으며, Chamber내 균일한 퇴비화를 위해 퇴비화과정 전 기간 동안 5회의 뒤집기 (각각 7, 14, 21, 28, 35일째) 를 행하였다. 또한 퇴비화 과정 동안 1일 20분간 1회씩 강제 송풍을 실시하였다. 퇴비의 부숙화 온도를 측정하기 위해 온도측정 센서가 장착된 데이터로거 (WatchDog 100 series Spectrum, Inc.
- 수수 부산물 퇴비시용시 토양의 물리적 특성 변화에 미치는 영향을 평가하기 위해 무비구, 화학비료 처리구 (NPK), 수수 부산물퇴비 처리구, 수수부산물 환원 처리구, 톱밥퇴비 처리구 등 5개 수준으로 처리하여 시험 3년차 수수 수확 후에 조사하였다. 토양 물리성 분석은 용적밀도, 포화수리전도도, 원추관입저항, 보수력, 내수성 입단 등을 분석하였다.
- 처리내용은 무비구, 화학비료 처리구 (NPK), 돈분 수수 부산물 혼합 발효퇴비 처리구(이하 수수 부산물 퇴비 처리구), 수수 부산물 환원 처리구, 돈분 톱밥 혼합 발효퇴비 처리구 (이하 톱밥퇴비 처리구) 등 5개 수준으로 난괴법 (Randomized complete block design, RCBD) 3반복으로 수행하였다. 수수 부산물, 수수 부산물 퇴비 및 톱밥퇴비는 파종 30일 전에 화학비료 없이 각각 10 Mg ha-1을 시용하였고, 화학비료(NPK)는 파종 전에 질소, 인산과 칼리 비료를 각각 100 kg ha-1, 70 kg ha-1과 80 kg ha-1 전량 기비로 시용하였다.
- 용적밀도 (BD), 고상 (Vs), 액상 (Vw) 등은 직경 5 × 30 cm 실린더 코어 (Cylinder Core)를 이용하여 수수 수확 후 처리방법 별로 3반복 채취하여 5 cm 길이로 절단하여 토양을 105℃ 에서 24시간 건조시켜 흡착된 수분을 제거한 후 건조토양의 무게를 대상으로 고체가 차지하는 부피를 고상 (Vs), 물이 차지하는 부피를 액상 (Vw), 100%에서 액상과 고상을 제한 값을 기상 (Va)으로 하여 계산하였으며, 토양 및 식물체분석법 (NIAST, 2000)에 준하여 분석하였다.
- 시험 작물은 강원도농업기술원에서 육성한 황금찰수수 (Hwanggeumchalsusu)를 공시하여 수행하였다. 재배법은 처리 후 휴립복토기를 이용하여 폭 60 cm의 두둑을 짓고 동시에 주간간격 20 cm에 구멍크기 5 cm 크기로 천공된 흑색유공비닐을 피복하고 6월 15일에 파종하였고, 유묘가 정착한 후 1주 1본을 남기고 솎음을 하였다. 수량조사 조사는 농촌진흥청 농업과학기술 연구조사분석기준 (농촌진흥청, 2012)에 의해 생육이 일정한지점에서 3반복 예취한 다음 ha당 수량으로 환산하였다.
- 처리내용은 무비구, 화학비료 처리구 (NPK), 돈분 수수 부산물 혼합 발효퇴비 처리구(이하 수수 부산물 퇴비 처리구), 수수 부산물 환원 처리구, 돈분 톱밥 혼합 발효퇴비 처리구 (이하 톱밥퇴비 처리구) 등 5개 수준으로 난괴법 (Randomized complete block design, RCBD) 3반복으로 수행하였다. 수수 부산물, 수수 부산물 퇴비 및 톱밥퇴비는 파종 30일 전에 화학비료 없이 각각 10 Mg ha-1을 시용하였고, 화학비료(NPK)는 파종 전에 질소, 인산과 칼리 비료를 각각 100 kg ha-1, 70 kg ha-1과 80 kg ha-1 전량 기비로 시용하였다.
- 수수 부산물 퇴비시용시 토양의 물리적 특성 변화에 미치는 영향을 평가하기 위해 무비구, 화학비료 처리구 (NPK), 수수 부산물퇴비 처리구, 수수부산물 환원 처리구, 톱밥퇴비 처리구 등 5개 수준으로 처리하여 시험 3년차 수수 수확 후에 조사하였다. 토양 물리성 분석은 용적밀도, 포화수리전도도, 원추관입저항, 보수력, 내수성 입단 등을 분석하였다. 용적밀도 (BD), 고상 (Vs), 액상 (Vw) 등은 직경 5 × 30 cm 실린더 코어 (Cylinder Core)를 이용하여 수수 수확 후 처리방법 별로 3반복 채취하여 5 cm 길이로 절단하여 토양을 105℃ 에서 24시간 건조시켜 흡착된 수분을 제거한 후 건조토양의 무게를 대상으로 고체가 차지하는 부피를 고상 (Vs), 물이 차지하는 부피를 액상 (Vw), 100%에서 액상과 고상을 제한 값을 기상 (Va)으로 하여 계산하였으며, 토양 및 식물체분석법 (NIAST, 2000)에 준하여 분석하였다.
- 또한 퇴비화 과정 동안 1일 20분간 1회씩 강제 송풍을 실시하였다. 퇴비의 부숙화 온도를 측정하기 위해 온도측정 센서가 장착된 데이터로거 (WatchDog 100 series Spectrum, Inc.)를 퇴비더미 중간 부위에 설치하여 한 시간 단위로 온도를 측정하였다. 시료는 퇴적물 더미의 중간 깊이에서 채취하였고, Wood chip은 수작업으로 선별하여 제거하였다.
- 퇴비화 방법은 수수부산물, 톱밥 및 돈분 혼합물을 약 1 m2규모의 보온용 플라스틱 Chamber를 이용하여 퇴비화를실시하였으며, Chamber내 균일한 퇴비화를 위해 퇴비화과정 전 기간 동안 5회의 뒤집기 (각각 7, 14, 21, 28, 35일째) 를 행하였다. 또한 퇴비화 과정 동안 1일 20분간 1회씩 강제 송풍을 실시하였다.
- 26% 이었으며, 수숫대의 탄질률 (C/N율)은 31:1로 톱밥 920:1에 비해 월등히 낮은 특성을 보였다. 퇴비화는 건물중 기준으로 수수 부산 물과 톱밥 100 kg을 각각 고액 돈분과 혼합하였고 퇴비의 수분을 50%로 조절하였다.
대상 데이터
- 본 시험은 농촌진흥청 국립식량과학원 기능성작물부내에 소재한 시험포장에서 수행하였으며 토양특성은 홍적층을 모재로 한 토양으로 식질계 적황색토로 덕평통 (fine, mesic family of Typic Hapludults)으로 2009년 밭으로 전환한 토양이었다. 시험 포장의 이화학적 특성은 Table 2에서와 같이 모래 31.
- )를 퇴비더미 중간 부위에 설치하여 한 시간 단위로 온도를 측정하였다. 시료는 퇴적물 더미의 중간 깊이에서 채취하였고, Wood chip은 수작업으로 선별하여 제거하였다. 퇴비 수분 함량 측정을 위한 시료는 채취 후 분석 전까지 -20℃에 냉동 보관하였으며, 화학 분석을 위한 시료는 음지에서 풍건한 후 0.
- 시험 작물은 강원도농업기술원에서 육성한 황금찰수수 (Hwanggeumchalsusu)를 공시하여 수행하였다. 재배법은 처리 후 휴립복토기를 이용하여 폭 60 cm의 두둑을 짓고 동시에 주간간격 20 cm에 구멍크기 5 cm 크기로 천공된 흑색유공비닐을 피복하고 6월 15일에 파종하였고, 유묘가 정착한 후 1주 1본을 남기고 솎음을 하였다.
- 퇴비화를 위하여 사용된 수수 부산물의 원료는 농촌진흥청 국립식량과학원 기능성작물부 시험포장에서 수확 후 부산물을 수거하여 사용하였으며, 톱밥은 목재소에서 생산된 톱밥을 사용하였다. 수수 부산물은 수거 즉시 잔가지 파쇄기로 약 5 mm 크기로 분쇄하여 사용하였다.
이론/모형
- 용적밀도 (BD), 고상 (Vs), 액상 (Vw) 등은 직경 5 × 30 cm 실린더 코어 (Cylinder Core)를 이용하여 수수 수확 후 처리방법 별로 3반복 채취하여 5 cm 길이로 절단하여 토양을 105℃ 에서 24시간 건조시켜 흡착된 수분을 제거한 후 건조토양의 무게를 대상으로 고체가 차지하는 부피를 고상 (Vs), 물이 차지하는 부피를 액상 (Vw), 100%에서 액상과 고상을 제한 값을 기상 (Va)으로 하여 계산하였으며, 토양 및 식물체분석법 (NIAST, 2000)에 준하여 분석하였다. 또한 토성분석은 미농무성의 피펫분석법 (USDA, 1996)을 기준으로 분석하였으며, 원추관입저항은 관입식 저항측정계 (Penetrolgger art. NR)를 이용하여 처리별로 10반복 조사하였다. 내수성입단은 지름 2 ~ 4 mm 풍건 입단을 이용하여 내수성 입단분석기(Eijkelkamp, Wet sievingart.
- 재배법은 처리 후 휴립복토기를 이용하여 폭 60 cm의 두둑을 짓고 동시에 주간간격 20 cm에 구멍크기 5 cm 크기로 천공된 흑색유공비닐을 피복하고 6월 15일에 파종하였고, 유묘가 정착한 후 1주 1본을 남기고 솎음을 하였다. 수량조사 조사는 농촌진흥청 농업과학기술 연구조사분석기준 (농촌진흥청, 2012)에 의해 생육이 일정한지점에서 3반복 예취한 다음 ha당 수량으로 환산하였다.
- 토양의 투수력은 내경 30 cm, 외경 55 cm, 높이 25 cm인 금속원판으로된 Double ring method (Black, 1965)로 측정하였고, 단위 면적, 단위 시간에 토양에 침투하는 물의 량을 측정하여 Darcy's 법칙 (1856)에 따라 계산하였다.
성능/효과
- 결론적으로 수숫대 발효퇴비는 수수 부산물 환원과 톱밥 퇴비에 비해 토양 물리적 개선효과가 높았으며. 유기물 자원으로써 재활용이 가능하였으며, 작물 생산성을 고려한다면 수수대의 퇴비화 과정을 거친 후 사용하는 것이 더 좋은 재활용 방안으로 평가되었다.
- 수수 부산물 처리에 따른 작토층 (10~20 cm)의 용적밀도, 삼상분포, 공극률 등의 특성은 Table 4에서와 같다. 공극률은 유기물 처리구 (수수 부산물 환원 처리구, 톱밥퇴비 처리구)에서 무비구와 화학비료 처리구 (NPK)에 비해 수분함량이 낮아 통기성이 증가하는 것으로 나타났다. 또한 공극률은 화학비료 처리구 (NPK)에 비해 수수 부산물 퇴비 처리구 8.
- 내수성 입단은 화학비료 처리구 (NPK)에 비해 부산물 퇴비 처리구가 18.2%로 가장 높았으며, 수수 부산물 환원 처리구와 톱밥퇴비 처리구가 각각 10.4%, 8.0% 이상 증가 되 었다. 토양강도는 화학비료 (NPK)처리구 1.
- 이러한 결과는 수수 부산물 환원에 의해 상대적으로 용적밀도, 고상, 공극률, 함수율, 액상, 기상 등의 물리성이 개선된 결과로 보였다. 따라서 수수 부산물 토양환원이 토양의 강도를 크게 낮추어 토양의 물리성 개선효과가 높을 것으로 판단되었다.
- 특히 수수 부산물퇴비 처리구는 화학비료 (NPK) 처리구에 비해 수량이 다소 낮았으나 유의적인 차이가 없는 것으로 나타났다. 따라서 이러한 결과로 볼 때 수수 부산물을 토양에 환원시 퇴비화하여 환원하는 것이 수수의 생육에 효과가 있는 것으로 판단되었다.
- 공극률은 유기물 처리구 (수수 부산물 환원 처리구, 톱밥퇴비 처리구)에서 무비구와 화학비료 처리구 (NPK)에 비해 수분함량이 낮아 통기성이 증가하는 것으로 나타났다. 또한 공극률은 화학비료 처리구 (NPK)에 비해 수수 부산물 퇴비 처리구 8.7%, 수수 부산물 환원 처리구 6.2%, 톱밥퇴비 처리구 4.2% 정도 증가하는 것으로 나타났다. 톱밥퇴비 처리구의 수분함량이 30.
- 5%로 낮은 경향을 보였다. 또한 기상은 액상과 정반대로 양상을 보였는데 톱밥퇴비 처리구의 기상은 22.3% 내외로 수수 부산물 퇴비 처리구 25.2% 보다 상대적으로 월등히 낮아 공극률이 감소하는 것으로 나타났다. 수수 부산물 퇴비 처리구의 용적밀도는 1.
- 보수력은 화학비료 (NPK)에 비해 수수 부산물 퇴비 처리 구가 12.7%, 톱밥퇴비 처리구가 3.9%, 수수 부산물 환원 처리구가 4.5% 증가하였다.
- 수수 부산물은 수거 즉시 잔가지 파쇄기로 약 5 mm 크기로 분쇄하여 사용하였다. 본 시험에 사용된 수수 부산 물의 화학적 특성은 Table 1에서와 같이 질소 1.35%, 탄소 42.8%, 인산 0.40%, 칼륨 1.0% 이었으며 톱밥은 질소 0.06%, 탄소 52.2%, 인산 0.03%, 칼륨 0.26% 이었으며, 수숫대의 탄질률 (C/N율)은 31:1로 톱밥 920:1에 비해 월등히 낮은 특성을 보였다. 퇴비화는 건물중 기준으로 수수 부산 물과 톱밥 100 kg을 각각 고액 돈분과 혼합하였고 퇴비의 수분을 50%로 조절하였다.
- 3에서와 같다. 수수 부산물 등 유기물 처리에 의해 토양의 강도가 크게 낮아지는 결과를 보였으며, 화학비료 (NPK), 톱밥퇴비, 수수 부산물 퇴비, 수수 부산물 환원 처리구 순으로 낮아지는 경향을 보였다. 표토 층 (0~10 cm)과 심토 (50 cm 이상) 에서는 처리 간에 토양강도의 차이가 적 었으나, 작토층 (10~40 cm) 까지는 처리 간에 뚜렷한 차이를 보였다.
- 수수 부산물 처리에 따른 1mm 이상의 내수성 입단은 화학비료 처리구 (NPK)에 비해 부산물 퇴비 처리구가 18.2%로 가장 높았으며, 수수 부산물 환원 처리구와 톱밥퇴비 처리구가 각각 10.4%, 8.0% 이상 증가되는 것으로 나타났다.
- 수수 부산물 퇴비 시용에 따른 보수력은 화학비료 처리구 (NPK)에 비해 수수 부산물 퇴비 처리구가 12.7%, 톱밥퇴비 처리구가 3.9%, 수수 부산물 환원 처리구가 4.5% 증가하는 것으로 나타났으며, 수수 부산물 환원 처리구와는 차이는 존재하였지만 통계적 유의성은 없었다. Badanur et al.
- 18 MPa로 순으로 낮았다. 수수 부산물 퇴비 시용에 따른 수수의 수량은 화학비료 (NPK)에 비해 약 10%정도 낮았으나 통계적 유의성이 없었으며, 부산물 환원과 톱밥퇴비에 비해 각각 7.1%, 9.5% 증수되었다.
- 수수 부산물 퇴비 시용에 따른 용적밀도는 1.20 Mg m-3으로 화학비료 (NPK) 1.31 Mg m-3, 톱밥퇴비 1.26 Mg m-3에 비해 낮았으며, 공극률은 화학비료 (NPK), 수수 부산물 환원, 톱밥퇴비에 비해 각각 8.7%, 6.2%, 4.2% 증가하였다.
- 수수 부산물 퇴비 처리구의 용적밀도는 1.20 Mg m-3으로 화학비료 처리구 (NPK) 1.31 Mg m-3, 톱밥퇴비 처리구 1.26 Mg m-3 비해 감소하는 경향을 보였다.
- 수수 부산물 퇴비는 발효 후 약 3 개월 간 후숙과정을 거치면 부피는 약 30% 감소하고 유기물은 30~40%가 분해되어 탄질률은 각각 42.8에서 20.4로 감소하고, 전 질소 함량은 1.35%에서 2.01% 높아졌다.
- 퇴비화 후 수수 부산물 퇴비와 톱밥퇴비의 화학적 특성을 조사한 결과는 Table 3과 같았다. 수수 부산물 퇴비의 탄소와 질소 함량은 각각 41.07, 2.01% 로 조사되었고, 작물 생육에 필요한 인산과 칼리의 함량은 증가되는 경향을 나타내었다. 인산 0.
- 수수 부산물과 돈분을 70:30 wt/wt 혼합하여 퇴비화 한결과 톱밥퇴비에 비해 퇴비화 처리 약 5일 후 60℃이상까지 상승하였으며, 처리 후 35일 까지 약 10일간 40℃ 이상 고온이 유지되었고 톱밥퇴비에 비해 10일 빠른 35일이 걸려 퇴비화 기간을 크게 단축할 수가 있었다. 수수 부산물퇴비 처리구의 탄소와 질소 함량은 각각 41.
- 수수 부산물과 돈분을 70:30 wt/wt 혼합하여 퇴비화 한결과 톱밥퇴비에 비해 퇴비화 처리 약 5일 후 60℃이상까지 상승하였으며, 처리 후 35일 까지 약 10일간 40℃ 이상 고온이 유지되었고 톱밥퇴비에 비해 10일 빠른 35일이 걸려 퇴비화 기간을 크게 단축할 수가 있었다. 수수 부산물퇴비 처리구의 탄소와 질소 함량은 각각 41.07, 2.01%이었고, 인산 0.99%, 칼리, 칼슘과 고토 함량은 각각 3.41, 0.70, 0.35%으로 톱밥퇴비에 비해 높았다.
- )의 수량성을 조사한 결과는 Fig 4와 같았다. 수수의 수량성은 화학비료 (NPK) 처리구에서 가장 높았으며, 수수 부산물퇴비 처리구, 수수 부산물 환원 처리구, 톱밥퇴비 처리구 순으로 수량 반응을 보였다. 특히 수수 부산물퇴비 처리구는 화학비료 (NPK) 처리구에 비해 수량이 다소 낮았으나 유의적인 차이가 없는 것으로 나타났다.
- 본 시험은 농촌진흥청 국립식량과학원 기능성작물부내에 소재한 시험포장에서 수행하였으며 토양특성은 홍적층을 모재로 한 토양으로 식질계 적황색토로 덕평통 (fine, mesic family of Typic Hapludults)으로 2009년 밭으로 전환한 토양이었다. 시험 포장의 이화학적 특성은 Table 2에서와 같이 모래 31.7%, 미사 51.1%, 점토 17.2%의 미사질양토로 pH 6.82는 중성으로 생육에 적합한 범위에 있었으며, 유기물함량도 21.9 g kg-1로 적정범위 (20~30 g kg-1)내에 있었으며, 유효인산은 102.7 mg kg-1이 었다.
- 결론적으로 수숫대 발효퇴비는 수수 부산물 환원과 톱밥 퇴비에 비해 토양 물리적 개선효과가 높았으며. 유기물 자원으로써 재활용이 가능하였으며, 작물 생산성을 고려한다면 수수대의 퇴비화 과정을 거친 후 사용하는 것이 더 좋은 재활용 방안으로 평가되었다.
- 또한 Verma and Sngh (1974)은 밀짚을 토양에 시용하여 시험한 결과 화학비료에 비해 보수력이 크게 증가한다고 보고하였다. 이러한 결과는 수수 부산물 시용으로 토양의 유기물 함량이 증가하여 보수력이 높아진 결과로 판단되었다.
- 18 MPa로 강도가 급격하게 낮아지는 경향을 보였다. 이러한 결과는 수수 부산물 환원에 의해 상대적으로 용적밀도, 고상, 공극률, 함수율, 액상, 기상 등의 물리성이 개선된 결과로 보였다. 따라서 수수 부산물 토양환원이 토양의 강도를 크게 낮추어 토양의 물리성 개선효과가 높을 것으로 판단되었다.
- 표토 층 (0~10 cm)과 심토 (50 cm 이상) 에서는 처리 간에 토양강도의 차이가 적 었으나, 작토층 (10~40 cm) 까지는 처리 간에 뚜렷한 차이를 보였다. 토양 20 cm 깊이에서의 토양강도를 비교하면 화학비료 (NPK) 처리구 1.98 MPa에 비해 톱밥퇴비 1.56 MPa, 수수 부산물 퇴비 1.32 MPa, 수수 부산물 환원 처리구 1.18 MPa로 강도가 급격하게 낮아지는 경향을 보였다. 이러한 결과는 수수 부산물 환원에 의해 상대적으로 용적밀도, 고상, 공극률, 함수율, 액상, 기상 등의 물리성이 개선된 결과로 보였다.
- 수수 부산물 및 톱밥퇴비는 퇴비화 처리 직후 온도가 상승하기 시작하여 약 5일을 전후하여 60℃이상까지 상승하였으며, 약 10일 동안 50~60℃ 이상 고온을 유지하였다. 톱밥퇴비가 수수부산물 퇴비에 비해 퇴비화 과정 중 온도상승이 빨랐으며 처리 후 약 5일 후 70℃ 이상까지 상승한 반면 수수 부산물 퇴비는 처리 후 약 9 일경에 최고온도에 도달하였다. 이는 수수 부산물 퇴비가 조직이 거칠고 통기가 잘되기 때문에 톱밥퇴비에 비해 온도가 낮고 서서히 상승하는 것으로 판단되었다.
- 투수력은 수수 부산물 환원 처리구가 무비와 화학비료 처리구 (NPK)에 비해 크게 높아지는 경향을 보였으며, 부산물퇴비 처리구와 톱밥퇴비 처리구에 비해서도 높은 결과를 보였다. 이는 수수 부산물환원으로 토양의 공극률 증가에 기인한 것으로 판단되었다.
- 수수의 수량성은 화학비료 (NPK) 처리구에서 가장 높았으며, 수수 부산물퇴비 처리구, 수수 부산물 환원 처리구, 톱밥퇴비 처리구 순으로 수량 반응을 보였다. 특히 수수 부산물퇴비 처리구는 화학비료 (NPK) 처리구에 비해 수량이 다소 낮았으나 유의적인 차이가 없는 것으로 나타났다. 따라서 이러한 결과로 볼 때 수수 부산물을 토양에 환원시 퇴비화하여 환원하는 것이 수수의 생육에 효과가 있는 것으로 판단되었다.
- 26 Mg m-3 비해 감소하는 경향을 보였다. 특히, 유기성 물질의 종류에 따라 차이가 존재 했는데 수수 부산물 퇴비 처리구가 수수 부산물 환원 처리구와 톱밥퇴비 처리구에 비해 물리성 개선효과가 높은 경향을 보였다. 이러한 결과는 Badanur et al.
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