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요소분해 저해에 미치는 목초액의 영향 평가
Effect of pyroligneous acids on urease inhibition 원문보기

Journal of applied biological chemistry, v.60 no.2, 2017년, pp.173 - 178  

박현준 (Soil research institute, Purumbio Co. Ltd.) ,  박진희 (School of Crop Science and Agricultural Chemistry, Chungbuk National University)

초록
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본 연구는 요소비료를 처리할 때 가수분해가 일어나 암모니아로 휘산되어 손실되는 것을 억제하기 위한 목적으로 목초액이 요소분해에 미치는 영향을 규명하고자 하였다. 기존에 수많은 요소분해 합성억제제들이 개발 또는 탐색되어 왔으나, 토양 또는 환경 별로 효과가 일정치 않고 합성물질의 경우 환경에 미치는 영향을 고려해야 한다는 점 등 때문에 그 사용이 제한되고 있는 실정이다. 본 연구에서는 친환경 농업자재인 목초액이 토양 중 요소분해에 미치는 영향을 요소분해효소(urease)활성 억제효과를 통해 평가하였다. 목초액은 식물 urease와 미생물 urease 활성저해 효과뿐만 아니라 다양한 urease complex가 존재하는 토양 urease에도 저해효과를 보였다. 이러한 요소분해효소의 저해는 jack bean urease 반응속도를 측정한 결과 non-competitive inhibition으로 판단된다. 또한 목초액을 요소와 함께 토양에 처리하였을 경우 토양 내 요소분해작용을 억제하였다. 이를 통해 목초액을 요소 비료와 같이 처리할 경우 식물에 공급되는 질소의 효율을 증진시킴과 동시에 토양에 공급되는 질소비료의 총량을 절감하여 친환경 농업에 도움이 될 것으로 판단된다.

Abstract AI-Helper 아이콘AI-Helper

This study was conducted to investigate the effect of pyroligneous acids on urea hydrolysis for the purpose of inhibiting ammonia volatilization during urea fertilizer application. Different types of synthetic urease inhibitors have been searched and developed, but their use is limited due to varyin...

주제어

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문제 정의

  • 045%의 낮은 농도에서도 사용가능하나 우리나라에서는 아직까지 사용된 실적이 없다. 따라서 본 연구에서는 목초액의 요소분해 억제 효과를 평가하여 NBPT와 같이 실제적으로 농업에 사용할 수 있는 친환경 천연 urease inhibitor 개발에 보탬이 되고자 한다. 목초액의 urease 억제효과를 발표한 바 있으나(Kim 등, 2000) 암모니아 분석을 Kjeldahl 증류법으로 하였기 때문에 정확하나 많은 시간과 노력이 소모되어 재검증과 목초액 내 성분을 탐색할 때 어려움이 있었다.
  • 요소비료와 함께 목초액을 사용하면 암모니아휘산으로 인한 손실을 줄일 수 있어 식물에 공급되는 질소의 효율을 증진시킴과 동시에 토양에 공급되는 질소비료의 총량을 절감하여 친환경 농업에 도움이 될 것으로 판단된다. 본 연구에서는 천연물질인 목초액의 토양 중 urease 활성 저해, 반응속도 측정 및 저해 기작과 토양 내 요소가수분해 억제에 대한 효과를 종합적으로 평가하였다.
  • 이번 연구는 이러한 시대적 요구에 부응하여 우리나라에서 가장 많이 사용하고 있는 요소비료의 효율성을 높이고자 하는 것이다. 요소비료는 45% 이상의 질소성분으로 질소비료 중 가장 질소성분이 높지만 살포시 각종 식물 및 토양미생물에서 분비되는 요소 가수분해 효소인 urease에 의해 가수분해되어 탄산암모늄을 거쳐 이산화탄소와 암모니아로 분해된다.
  • 이번 연구에서는 indophenol blue법을 활용하여 정확하면서도 쉽고 빠른 측정방법을 확립하여 urease 저해효과를 갖는 목초액 내 성분뿐만 아니라 다양한 천연물질을 탐색하는데 도움이 되고자 하였다. 요소비료와 함께 목초액을 사용하면 암모니아휘산으로 인한 손실을 줄일 수 있어 식물에 공급되는 질소의 효율을 증진시킴과 동시에 토양에 공급되는 질소비료의 총량을 절감하여 친환경 농업에 도움이 될 것으로 판단된다.
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질의응답

핵심어 질문 논문에서 추출한 답변
요소비료의 특징은 무엇인가? 이번 연구는 이러한 시대적 요구에 부응하여 우리나라에서 가장 많이 사용하고 있는 요소비료의 효율성을 높이고자 하는 것이다. 요소비료는 45% 이상의 질소성분으로 질소비료 중 가장 질소성분이 높지만 살포시 각종 식물 및 토양미생물에서 분비되는 요소 가수분해 효소인 urease에 의해 가수분해되어 탄산암모늄을 거쳐 이산화탄소와 암모니아로 분해된다. 특히 첨가된 질소 중 약 40%가 특정 환경 조건하에서 NH3로 손실되며 합성 비료에서 약 10-14%의 질소가 휘발을 통해 손실된다.
현재 개발된 urease 활성 저해제의 종류는 어떠한 것들이 있는가? 토양에시용되는 다양한 토양 개량제, 비료, 농약류, 중금속 등에 의해서도 그 활성이 증가 또는 억제 되는 것으로 알려져 있다(Kiss와 Stefan 2013). 현재까지 개발된 urease 활성 저해제로는 pbenzoquinone류, hydroxyquinone, heterocyclic sulfur 화합물류, substituted urea herbicide 류, phosphoroamide류 등이 있다(Xu 등, 2000; Zaborska 등, 2002; Krajewska와 Zaborska 2007; Dominguez 등, 2008; McKenzie 등, 2010). 또한 결명, 쑥, 목재타르 추출물 등 천연물에서 urease 활성 저해제를 찾고자 하는 연구도 있었다(Lim 등, 1998; Kim 등, 2000).
요소비료가 암모니아로 분해되는 이유로 토양에서 발생할 수 있는 문제점은 무엇인가? 이와 같은 질소의 손실은 경제적으로 문제가 될 뿐만 아니라 N2O의 발생으로 이어져 온실효과를 일으키기도 한다(Pan 등, 2016). 토양에서 암모니아의 방출은 부영양화를 일으킬 수 있으며 작물의 발아와 성장에 대하여 저해 작용을 유발하며 아질산태와 암모니아에 의한 독성을 나타내게 한다(Esteban 등, 2016).
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