분해성 피복자재의 멀칭처리가 벼 생육 및 지렁이 생태에 미치는 영향 Effect of Mulching with Easily-Decomposable Organic Materials on the Rice Growth and Earthworm Ecology Characteristics in Paddy Fields원문보기
본 연구는 벼 재배에서 유기물함유 피복자재의 멀칭처리가 벼 생육 및 수량과 논 환경에 미치는 영향을 구명하기 위해 수행하였다. 피복 자재의 원료 및 색상에 따라 쌀함유, 전분함유(투명색과 검정색), 광물질함유, 일반 비닐의 멀칭 처리구와 무피복(관행 및 유기재배) 대조구를 설정하였다. 처리구에 따라 벼의 생육과 수량이 상이하였는데, 벼의 수량은 쌀함유 피복($6.51ton\;ha^{-1}$)과 일반 비닐($6.47ton\;ha^{-1}$)이 가장 높았고, 전분함유 투명 피복($6.25ton\;ha^{-1}$)와 광물질 함유 피복($6.20ton\;ha^{-1}$)이 관행 제초구($6.15ton\;ha^{-1}$)과 유사하였으며, 전분함유 검정 피복($4.93ton\;ha^{-1}$)은 관행 제초구 보다 낮았다. 벼 재배 기간 중 토양의 평균 온도는 $23.6{\sim}24.1^{\circ}C$로 쌀함유 피복에서 가장 높았으며, 토양의 누적온도 역시 쌀함유 피복에서 다른 처리보다 높았다. 토양 이화학성 중 전기전도도, 유기물 함량, 인산 함량 등도 처리간 차이가 있었다. 쌀함유 피복구에서 지렁이에 의한 분변토 생성량($17.7kg\;m^{-2}$)이 다른 처리구($5.5{\sim}9.8kg\;m^{-2}$) 보다 많은 특성을 보였다. 따라서, 벼 수량과 논 토양의 지렁이 활동 측면에서 쌀함유 피복의 효과가 가장 큰 것으로 판단되었다.
본 연구는 벼 재배에서 유기물함유 피복자재의 멀칭처리가 벼 생육 및 수량과 논 환경에 미치는 영향을 구명하기 위해 수행하였다. 피복 자재의 원료 및 색상에 따라 쌀함유, 전분함유(투명색과 검정색), 광물질함유, 일반 비닐의 멀칭 처리구와 무피복(관행 및 유기재배) 대조구를 설정하였다. 처리구에 따라 벼의 생육과 수량이 상이하였는데, 벼의 수량은 쌀함유 피복($6.51ton\;ha^{-1}$)과 일반 비닐($6.47ton\;ha^{-1}$)이 가장 높았고, 전분함유 투명 피복($6.25ton\;ha^{-1}$)와 광물질 함유 피복($6.20ton\;ha^{-1}$)이 관행 제초구($6.15ton\;ha^{-1}$)과 유사하였으며, 전분함유 검정 피복($4.93ton\;ha^{-1}$)은 관행 제초구 보다 낮았다. 벼 재배 기간 중 토양의 평균 온도는 $23.6{\sim}24.1^{\circ}C$로 쌀함유 피복에서 가장 높았으며, 토양의 누적온도 역시 쌀함유 피복에서 다른 처리보다 높았다. 토양 이화학성 중 전기전도도, 유기물 함량, 인산 함량 등도 처리간 차이가 있었다. 쌀함유 피복구에서 지렁이에 의한 분변토 생성량($17.7kg\;m^{-2}$)이 다른 처리구($5.5{\sim}9.8kg\;m^{-2}$) 보다 많은 특성을 보였다. 따라서, 벼 수량과 논 토양의 지렁이 활동 측면에서 쌀함유 피복의 효과가 가장 큰 것으로 판단되었다.
This study was conducted to investigate the effects of mulching of easily-decomposable organic materials including rice powder and corn starch on rice paddy fields. The treatments were including seven mulching materials each consisted of rice powder [Rice], starch with black color [Starch-B] and tra...
This study was conducted to investigate the effects of mulching of easily-decomposable organic materials including rice powder and corn starch on rice paddy fields. The treatments were including seven mulching materials each consisted of rice powder [Rice], starch with black color [Starch-B] and transparent [Starch-T] and stone powder [Stone], and conventional vinyl [Conventional], no-mulching without herbicide [Control-O] and no-mulching with herbicide [Control-C]. Rice growth and yield were different among the treatments; the highest yields were observed for [Rice] ($6.51ton\;ha^{-1}$) and [Conventional] ($6.47ton\;ha^{-1}$) followed by [Starch-T] ($6.25ton\;ha^{-1}$) and [Stone] ($6.20ton\;ha^{-1}$) which is comparable to the [Control-C] ($6.15ton\;ha^{-1}$). However, [Starch-B] showed lower rice yield ($4.93ton\;ha^{-1}$) than the [Conventional] or [Control-C]. Mean soil temperature ranged form 23.6 to $24.1^{\circ}C$ with the highest temperature for [Rice] treatment, and cumulative soil temperature was also significantly higher in the [Rice] treatment. Among the soil parameters, electrical conductivity, organic matter content, and phosphorus concentration were also different among the treatments. The amount of earthworm casting was higher for [Rice] treatment ($17.7kg\;m^{-2}$) compared to the others ($5.5{\sim}9.8kg\;m^{-2}$). It was suggested that mulching of rice fields with organic materials containing rice powder is better than others in respected to rice yield and earthworm activity.
This study was conducted to investigate the effects of mulching of easily-decomposable organic materials including rice powder and corn starch on rice paddy fields. The treatments were including seven mulching materials each consisted of rice powder [Rice], starch with black color [Starch-B] and transparent [Starch-T] and stone powder [Stone], and conventional vinyl [Conventional], no-mulching without herbicide [Control-O] and no-mulching with herbicide [Control-C]. Rice growth and yield were different among the treatments; the highest yields were observed for [Rice] ($6.51ton\;ha^{-1}$) and [Conventional] ($6.47ton\;ha^{-1}$) followed by [Starch-T] ($6.25ton\;ha^{-1}$) and [Stone] ($6.20ton\;ha^{-1}$) which is comparable to the [Control-C] ($6.15ton\;ha^{-1}$). However, [Starch-B] showed lower rice yield ($4.93ton\;ha^{-1}$) than the [Conventional] or [Control-C]. Mean soil temperature ranged form 23.6 to $24.1^{\circ}C$ with the highest temperature for [Rice] treatment, and cumulative soil temperature was also significantly higher in the [Rice] treatment. Among the soil parameters, electrical conductivity, organic matter content, and phosphorus concentration were also different among the treatments. The amount of earthworm casting was higher for [Rice] treatment ($17.7kg\;m^{-2}$) compared to the others ($5.5{\sim}9.8kg\;m^{-2}$). It was suggested that mulching of rice fields with organic materials containing rice powder is better than others in respected to rice yield and earthworm activity.
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문제 정의
따라서 본 연구에서는 전분 및 쌀 등의 유기물을 함유한 피복재의 멀칭처리를 하였을 때 벼 생육과 처리별 논 환경에 미치는 영향을 구명하고자 관련 조사를 수행하였다.
따라서 본 연구의 목적은 벼 재배에서 식물성 분해비닐 원료로 쓰이는 전분 및 쌀 등 유기물을 함유한 피복재의 종류별로 멀칭처리를 하였을 때 벼 생육과 처리별 논에서 지렁이 활동에 미치는 영향을 구명하고자 수행하였다.
연구 수행 중 논 환경에서 아가미지렁이의 특이한 군집특성이 발견되어 이에 대한 조사를 추가하였다. 아가미지렁이는 환형동물문>빈모강>물지렁이목>실지렁이과의 담수성 저서생물로 특히 연못, 물웅덩이, 하천, 논 등에서 우점도가 높은 것으로 알려져 있다10).
체장은 8〜15㎝, 폭 1〜2㎜, 체절 100〜200개 이상으로 각 절에 4속의 강모가 있으며 등쪽은 모상강모이고 후반부 체절에는 등과 배 쪽에 줄치상으로 배열한 사상의 아가미돌기가 있으며 꼬리를 밖으로 내어놓고 흔드는 특성이 있다11). 피복재 처리별 논 생물에 미치는 영향을 파악하고자 연구수행 중 군집특성의 차이를 보인 아가미지렁이의 조사하였다.
제안 방법
벼의 생육은 조사시기에 따라 초장, 엽면적, 엽색도, 줄기수, 잎줄기 무게와 뿌리길이 및 무게를 조사하였고, 수확시 수량구성요소를 조사비교 하였다. 논의 토양환경에 미치는 영향으로 토양의 온도, 수분, 전기전도도와 일반성분 등을 조사 및 분석 하였고, 논 표면에 특이적으로 나타난 아가미지렁이에 대해 개체수와 영향요인으로 분변토를 조사하였으며 피복에 따른 환경 조건의 변화와 벼 생육 등을 비교 하였다.
1], 유기농 재배관리로 종자소독은 온탕침법으로 55℃ 10분간 침지하였고 최아 후 유기농 상토 육묘 및 이앙 후 본답에서 유기농업자재로 목록공시된 자재를 활용하여 양분관리 및 필요에 따라 병해충관리를 병행하였다. 무피복 대조구는 육묘는 피복구와 동일하게 하고 이앙 후 본답에서의 관리는 무제초 방임관리를 하였으며 관행 제초구는 이앙 후 제초제를 살포하고, 병해충 발생에 따라 화학농약을 투입하여 재배관리 하였다[Fig. 2].
처리구 조성은 논 표면 피복여부에 따른 무피복 대조구와 관행 대조구, 피복재의 종류별 처리구를 조성하여 벼 재배방식에 따라 유기재배와 관행재배 등으로 구분하여 설정 배치하였다[Table 1]. 벼의 생육은 조사시기에 따라 초장, 엽면적, 엽색도, 줄기수, 잎줄기 무게와 뿌리길이 및 무게를 조사하였고, 수확시 수량구성요소를 조사비교 하였다. 논의 토양환경에 미치는 영향으로 토양의 온도, 수분, 전기전도도와 일반성분 등을 조사 및 분석 하였고, 논 표면에 특이적으로 나타난 아가미지렁이에 대해 개체수와 영향요인으로 분변토를 조사하였으며 피복에 따른 환경 조건의 변화와 벼 생육 등을 비교 하였다.
유기물 함유 피복재 처리구는 승용멀칭이앙기를 활용하여 멀칭동시이앙을 하였고[Fig. 1], 유기농 재배관리로 종자소독은 온탕침법으로 55℃ 10분간 침지하였고 최아 후 유기농 상토 육묘 및 이앙 후 본답에서 유기농업자재로 목록공시된 자재를 활용하여 양분관리 및 필요에 따라 병해충관리를 병행하였다. 무피복 대조구는 육묘는 피복구와 동일하게 하고 이앙 후 본답에서의 관리는 무제초 방임관리를 하였으며 관행 제초구는 이앙 후 제초제를 살포하고, 병해충 발생에 따라 화학농약을 투입하여 재배관리 하였다[Fig.
처리구 조성은 논 표면 피복여부에 따른 무피복 대조구와 관행 대조구, 피복재의 종류별 처리구를 조성하여 벼 재배방식에 따라 유기재배와 관행재배 등으로 구분하여 설정 배치하였다[Table 1]. 벼의 생육은 조사시기에 따라 초장, 엽면적, 엽색도, 줄기수, 잎줄기 무게와 뿌리길이 및 무게를 조사하였고, 수확시 수량구성요소를 조사비교 하였다.
토양센서를 이용하여 온도, 전기전도도를 측정하고, 주기적으로 토양을 채취하여 일반성분 함량을 분석하였고 아가미지렁이는 지름 15㎝ 원통관으로 벼 포기를 중심으로 작토층 내 개체를 조사하였다[Fig. 3].
성능/효과
벼 이앙 후 7월 20일부터 10월 20일까지의 토양깊이 10 ㎝에서 무피복 대조구에 대한 피복구의 평균적산 온도의 차는 18.9~41.0 ℃ 누적되는 양상을 보였으며 처리구별로 쌀함유 피복>일반 검정피복>전분함유 검정피복>전분함유 투명 피복 순으로 나타났다.
유기물 함유 피복재 멀칭처리에서 벼의 생육은 무피복에 비하여 우수하였고 초장, 잎줄기 건물중, 줄기수, 엽색도, 엽면적지수, 뿌리길이, 뿌리 무게에서 높은 특성을 보였다. 이앙 후 초기 뿌리활착이 중요한 시기에 피복에 의한 보습 및 보온효과로 뿌리발육과 잎과 줄기의 생육이 왕성하였다.
1 이하로 낮았으며 피복자재 종류에 관계없이 비슷한 경향을 보였다. 유기물함량은 무피복구에서 7월 2일에 28 g kg-1으로 낮고 7월 26일, 8월 19일에 각각 41, 37 g kg-1으로 피복구 31~36 g kg-1보다 높았으며 피복구에서는 검정색 전분함유 피복구에서 7월 26일 36 g kg-1로 높았으나 대체로 낮게 유지되었다. 총탄소 함량은 유기물함량과 비슷한 경향을 보였다.
1이하로 낮았으며 피복자재 종류에 관계없이 비슷한 경향을 보였다. 유기물함량은 무피복에서 7월 2일에 28 g kg-1으로 낮고 7월 26일, 8월 19일에 각각 41, 37 g kg-1으로 피복구 31~36 g kg-1 보다 높았으며 피복에서는 검정 전분함유 피복에서 7월 26일 36 g kg-1로 높았으나 대체로 낮게 유지되었으며 총 탄소 함량은 유기물 함량과 비슷한 경향을 보였다. 총 질소 함량은 처리구별로 비슷한 경향이었는데 이삭 거름 시용 후 0.
이때 피복구에서 대조 구인 무피복구에 비하여 최고온도는 0.6~0.8℃, 평균온도는 0.2~0.4℃, 최저온도는 –0.1~0.2℃로 경미하게 높았지만 이 기간동안에 대조구에 대한 평균 적산온도의 차는 18.9~41.0℃ 로 높은 양상을 보였으며 처리구별로는 쌀함유 흑색피복>일반 흑색피복>전분함유 흑색피복>전분함유 투명피복 순으로 나타났다[Fig. 5].
이앙 후 초기부터 피복자재 멀칭구에서 아가미지렁이가 벼 포기주위로 군생하여 꼬리를 흔드는 양상이 발견되었으며 이는 벼 뿌리에 산소를 공급하는 효과와 분변토를 포기주위로 높게 형성하여 복토효과, 유기물 분해에 따른 양분공급 효과를 기대할 수 있었다. 점차 벼 포기에서 주변으로 분변토가 허물어지며 피복표면으로 이동하여 아가미지렁이의 군집이 넓어지고 분변토에 의한 토양 복토층을 형성하여 수서생물의 서식공간을 확대 제공하는 효과를 기대할 수 있었다.
4]. 일반적으로 벼 유기재배가 비료, 농약을 사용하는 관행재배보다 생육이 저조하고 종이멀칭에서 초장이나 경수가 관행에 비해 떨어진다12)는 보고가 있으나 본 연구에서는 피복재 멀칭 유기재배에서 제초제 처리 관행 재배보다 초장, 잎줄기 건물중, 줄기수, 엽색도, 엽면적지수, 뿌리길이, 뿌리무게 등의 생육이 높은 특성으로 보였다[Table 2]. 이것은 피복재의 멀칭효과에 의한 온도상승으로 벼의 생육환경이 개선되었기 때문으로 판단된다.
전기전도도(EC)는 7월 20일 무피복구에서 0.110 Sᆞm-1로 높고 피복구에서 0.069-0.091 Sᆞm-1로 낮았는데 점차 무피복구에서는 감소추세로 10월 9일에 0.063 Sᆞm -1까지 낮아졌고 피복구는 0.068-0.086 Sᆞm-1로 초기에는 무피복구보다 낮았지만 10월 9일까지 0.07-0.09 S ᆞm-1로 일정수준을 유지하는 경향이었고 수확기 논토양이 건조하였을 때 0.01-0.03 Sᆞm-1로 급격하게 낮아졌다[Fig. 7].
이앙 후 초기부터 피복자재 멀칭구에서 아가미지렁이가 벼 포기주위로 군생하여 꼬리를 흔드는 양상이 발견되었으며 이는 벼 뿌리에 산소를 공급하는 효과와 분변토를 포기주위로 높게 형성하여 복토효과, 유기물 분해에 따른 양분공급 효과를 기대할 수 있었다. 점차 벼 포기에서 주변으로 분변토가 허물어지며 피복표면으로 이동하여 아가미지렁이의 군집이 넓어지고 분변토에 의한 토양 복토층을 형성하여 수서생물의 서식공간을 확대 제공하는 효과를 기대할 수 있었다.
. 점차 벼 포기주변으로 분변토가 허물어지며 피복표면으로 이동하여 아가미지렁이의 군집이 넓어지며 분변토 복토층이 형성되어 수서생물의 활동공간을 확대 제공하는 효과를 보였다[Fig. 9].
5]. 토양온도가 높을수록 이앙 후 뿌리의 조기 활착에 유리하고 이에 따른 양분흡수가 원활하여 벼의 엽색도가 높게 유지되는 것으로 조사되었다. 또한 벼의 생육단계에서 중요한 분얼기 및 감수분열기와 수잉기에서 토양의 온도상승 및 유지로 저온에 의한 피해를 경감하여 벼 재배조건이 개선되었다고 판단된다15).
피복자재 분해정도와 토양특성에서 유기물함유 피복자재의 분해가 빠른 곳일수록 논토양의 pH, EC, OM, T-C, P2O5, K2O, CaO의 값이 높은 경향이었다[Table 5]. 이는 분해에 관련된 요인으로 이들 요소가 깊이 관여하고 있음을 보이는 것으로 미생물 및 수서생물 발생양상과 관개방식 등과의 상호관계에서도 영향을 미칠 것으로 판단 된다.
피복층 위로 많은 양의 토양이 축적되는 양상을 관개수의 유입에 따른 부유토양의 축적이라는 의견이 있었으나 벼의 관개지점에서 거리별로 복토토양의 분포를 조사하였을 때 관개지점에서 가까운 곳에만 집중적으로 쌓이지 않고 조사지점에 관계없이 고르게 나타남으로 보아 아가미지렁이에 의한 토양입자의 이동이었음을 확인할 수 있었다. 또한 피복층 아래에 큰 입자의 모래가 많이 분포한다는 것도 아가미지렁이의 유기물 섭식에서 입의 크기가 작아 모래와 같은 큰 입자는 섭식할 수 없어 포기 밑에 남겨지고 작은 입자의 토양과 유기물이 아가미지렁이의 체내를 통해 분변토로써 이동하였음으로 추론할 수 있었다17)[Table 6].
후속연구
연구결과를 통해 벼 생육 및 수량 증가뿐만 아니라 각종 환경위협에 처해있는 농업경관의 환경보전에 이바지 하는 한편, 국가 생물다양성의 중요한 역할을 수행하는 논 생태계의 지속가능한 이용 및 관리에 이바지 할 수 있을 것으로 기대한다.
질의응답
핵심어
질문
논문에서 추출한 답변
농업분야에서 비닐피복의 활용의 효과는 무엇인가?
농업분야에서 비닐피복의 활용은 보온 및 보습, 잡초억제 등의 다양한 효과를 가지고 있다. 주로 값싸고 편리한 폴리에틸렌을 사용하고 있는데 사용 후 회수하여 재활용하여야 바람직하나1), 폐기물로 소각하였을 때 유해물질이 발생하고, 방치 하였을 때 차후 농작업이 곤란하고, 경관을 해치는 등 단점이 있다2).
식물성 분해비닐이 대두되고 있는 배경은 무엇인가?
주로 값싸고 편리한 폴리에틸렌을 사용하고 있는데 사용 후 회수하여 재활용하여야 바람직하나1), 폐기물로 소각하였을 때 유해물질이 발생하고, 방치 하였을 때 차후 농작업이 곤란하고, 경관을 해치는 등 단점이 있다2). 한국환경공단이 조사한 결과에 의하면 전국에서 발생하는 폐비닐은 연평균 330,000 ton 정도이며, 이중 약 23%가 방치되고 있어 토양을 비롯한 환경오염에 대한 우려가 거론되었다3). 이를 극복하고자 분해되는 자재개발에 대한 연구로 식물성 분해비닐이 대두되고 있는데 식물성 원료로 옥수수 전분, 쌀 등의 유기물을 함유하고 있는 특성은 가지고 있다4).
폴리에틸렌은 값싸고 편리하지만 단점을 갖는다, 단점은 무엇인가?
농업분야에서 비닐피복의 활용은 보온 및 보습, 잡초억제 등의 다양한 효과를 가지고 있다. 주로 값싸고 편리한 폴리에틸렌을 사용하고 있는데 사용 후 회수하여 재활용하여야 바람직하나1), 폐기물로 소각하였을 때 유해물질이 발생하고, 방치 하였을 때 차후 농작업이 곤란하고, 경관을 해치는 등 단점이 있다2). 한국환경공단이 조사한 결과에 의하면 전국에서 발생하는 폐비닐은 연평균 330,000 ton 정도이며, 이중 약 23%가 방치되고 있어 토양을 비롯한 환경오염에 대한 우려가 거론되었다3).
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