[논문]신규 유기농 옥수수 재배 시 가축분 퇴비, 경운방법 및 작부체계가 토양 환경에 미치는 영향

안난희; 이상민; 조정래; 남홍식; 정정아; 공민재

doi:10.17137/korrae.2018.26.4.31

신규 유기농 옥수수 재배 시 가축분 퇴비, 경운방법 및 작부체계가 토양 환경에 미치는 영향
Effects of Animal Manure Compost, Tillage Method and Crop System on Soil Properties in Newly Organic Corn Cultivation Field 원문보기

유기물자원화 = Journal of the Korea Organic Resources Recycling Association, v.26 no.4, 2018년, pp.31 - 43

안난희 (국립농업과학원 유기농업과) , 이상민 (국립농업과학원 유기농업과) , 조정래 (국립농업과학원 유기농업과) , 남홍식 (국립농업과학원 유기농업과) , 정정아 (국립농업과학원 유기농업과) , 공민재 (국립농업과학원 유기농업과)

초록
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본 연구는 유기 농경지의 토양 및 양분관리 방법으로 가축분과 풋거름(헤어리베치)공급, 윤작 시스템. 그리고 경운 및 무경운 처리가 토양환경에 미치는 영향을 구명하고자 수행하였다. 신규 옥수수 재배 토양의 양분공급원으로 가축분 퇴비, 헤어리베치와 같은 유기물 공급이 화학비료 처리에 비해 토양 유기물 함량을 높이며 토양의 미생물 밀도와 미생물체량 C함량을 증가시키는 것을 알 수 있었다. 또한 토양 미생물 군집의 기능적 다양성이 증가하는 것을 확인하였다. 윤작재배 효과로 토양 화학성은 처리간의 차이가 뚜렷하게 나타나지 않았지만 옥수수-밀, 옥수수-헤어리베치 윤작 처리구가 옥수수 단작 처리구보다 토양의 미생물체량 C 함량과 종 다양성 지수가 높은 경향을 보였다. 경운 여부에 따른 토양 화학성은 처리간의 뚜렷한 차이를 나타내지 않았다. 토양 미생물 군집의 기질 이용에서 무경운이 경운처리 보다 다소 높게 나타났지만 통계적인 유의차는 없었다. 처리에 따른 토양의 화학성과 미생물상간의 요인간 상관관계 분석 결과, 토양 유기물 함량과 치환성 칼륨 함량은 기질 이용도, 기질 풍부도와 양의 상관관계를 보였다. 이러한 결과로부터 가축분 퇴비, 헤어리베치와 같은 유기물 시용으로 옥수수 재배 토양의 화학성 및 미생물상에 긍정적인 효과를 나타낸 것으로 판단되었다.

Abstract ▼ AI-Helper

This study was conducted to investigate the effects of organic farmland soil and nutrient management on soil properties depending on organic (animal manure compost and green manure [hairy vetch]) and chemical fertilization, tillage and no-tillage, and crop rotation (corn-wheat, corn-.hairy vetch). It was found that the application of organic matter such as animal manure compost and hairy vetch, increased the soil organic matter content, the soil microbial density and microbial biomass C content as compared with the chemical fertilizer treatment. It was also confirmed that the functional diversity of soil microbial community was increased. As a result of the comparison with the crop rotation and single cropping, the soil chemistry showed no significant difference between the treatments, but the corn-wheat and corn-hairy vetch rotation treatments tended to have higher microbial biomass C content and shannon's diversity index than the single cropping. Soil chemical properties of tillage and no-tillage treatments showed no significant difference between treatments. There was no statistically significant difference in substrate utilization of soil microbial community between tillage and no-tillage treatment. Correlation analysis between soil chemical properties and soil microbial activity revealed that soil organic matter content and exchangeable potassium content were positively correlated, with statistical significance, with substrate utilization, and substrate richness. To conclude, organic fertilization had positive effects on the short-term improvement of soil chemical properties and diversity of microbial communities.

주제어

표/그림 (13)

그림 Fig. 1. Treatment contents and application rate of organic resources and chemical fertilizer used for the organic corn cultivation in this study.
표 Table 1. Chemical Properties of Soil (0~15cm) used in the Experiment
그림 Fig. 2. Changes of microbial populations and soil microbial biomass C in upland soil with application of fertilization methods; T1(Animal manure compost), T2(Hairy vetch), T3(Chemical fertilizer), T7(No fertilizer); Small letters above the bars followed by different letters reflect significant differences between treatments (P < 0.05); n.s., not significant.
표 Table 2. Change of the Chemical Properties in Soil (0~15cm) with Fertilization Methods
표 Table 3. Effect of Fertilization Methods on Catabolic Diversity of the Soil Bacterial Community in Pre-Treatment (I) and Post-Treatment(the first year after treatment, II) as evaluated by Average Well Color Development (AWCD), Substrate Richness (S) and Shannon’s Diversity Index (H) Calculated Based on the Results of the Biolog EcoPlate Incubated for 96 h
그림 Fig. 3. Changes of microbial populations and soil microbial biomass C in upland soil with application of cropping systems; T5(Corn-Wheat), T6(Corn-Hairy vetch), and T1(Corn).
표 Table 4. Change of the Chemical Properties in Soil (0~15cm) with Cropping System
표 Table 5. Effect of Cropping Systems on Catabolic Diversity of the Soil Bacterial Community in Pre-Treatment (I) and Post-Treatment(the first year after treatment, II) as evaluated by Average Well Color Development (AWCD), Substrate Richness (S) and Shannon’s Diversity Index (H) Calculated Based on the Results of the Biolog EcoPlate Incubated for 96 h
표 Table 6. Change of the Chemical Properties in Soil (0~15cm) with Tillage Systems
그림 Fig. 4. Changes of microbial populations and soil microbial biomass C in upland soil with application of cropping systems; T3(Tillage) and T4(No-tillage).
표 Table 7. Effect of Tillage Systems on Catabolic Diversity of the Soil Bacterial Community in Pre-Treatment (I) and Post-Treatment(the first year after treatment, II) as evaluated by Average Well Color Development (AWCD), Substrate Richness (S) and Shannon’s Diversity index (H) Calculated based on the Results of the Biolog EcoPlate Incubated for 96 h
그림 Fig. 5. Principal component analysis of substrate utilization pattern by Biolog Ecoplate in upland soil with application of fertilization methods, cropping systems and tillage systems; (a) pre-treatments, (b) post-treatments(the first year after treatment); T1(corn/animal manure compost-tillage), T2(corn/chemical fertilizer-tillage), T3(Hairy vetch-corn/green manure/tillage), T4(Hairy vetch-corn/green manure/no-tillage), T5(corn-wheat/animal manure compost/tillage), T6(corn-Hairy vetch/animal manure compost/tillage) and T7(Corn/no fertilizer/tillage).
표 Table 8. Correlation Matrix obtained by Regression Analysis of all the Data Application of Fertilization Methods, Cropping Systems and Tillage Systems

AI 본문요약
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문제 정의

유기농업은 단순히 유기농산물을 생산하는 농업체계가 아니라 환경보호, 생물다양성 등 생태계 보존, 농업의 경제 사회적 가치함양 등 다양한 관점에서 이해가 요구되며 유기농업의 환경에 미치는 영향에 대해서는 아직 많은 연구가 필요하다. 따라서 본 연구는 유기농 재배를 위한 토양 및 양분관리 방법이 토양환경에 미치는 영향을 알아보기 위해 수행하였다.

제안 방법

시험포장은 7×14 m(가로×세로)으로 시험구는 양분공급원 (가축분퇴비, 풋거름), 경운방법 (경운, 무경운), 윤작1 (옥수수-밀-콩-밀), 윤작2 (옥수수-헤어리베치-배추-밀), 화학비료, 대조구 (무비) 등 총 7처리로 난괴법 3반복으로 배치하였다. 공시 품종은 옥수수(Zea mays L.

대상 데이터

시험포장은 7×14 m(가로×세로)으로 시험구는 양분공급원 (가축분퇴비, 풋거름), 경운방법 (경운, 무경운), 윤작1 (옥수수-밀-콩-밀), 윤작2 (옥수수-헤어리베치-배추-밀), 화학비료, 대조구 (무비) 등 총 7처리로 난괴법 3반복으로 배치하였다. 공시 품종은 옥수수(Zea mays L.)는 찰옥 4호, 밀(Triticum aestivum L.)은 금강밀을 재배하였으며 주요 처리내용 및 시용량은 Fig. 1과 같다. 옥수수는 2016년 6월 1일에 재식거리70×30 cm로 정식 하였으며 8월 14일 수확하였다.
본 시험은 전라북도 완주군 이서면 국립농업과학원 유기농업과 시험포장으로 유기농 장기연용 시험을 위해 2015년 가을부터 신규 조성되었으며 시험 전 토양의 이화학적 특성은 Table 1과 같다. 토양 산도는 5.

데이터처리

자료는 XLSTAT 프로그램 (XLSTAT 2015, Addinsoft,France)을 이용하여 분석하였으며 평균간 유의차 검정은 Duncan’s multiple range test로 95% 수준에서 분석하였다. 처리에 따른 토양미생물 군집의 주성분 분석과 조사 항목들의 요인간 상관관계 분석은 XLSTAT통계 프로그램(XLSTAT, 2015)을 이용하여 수행하였다.

이론/모형

토양 화학성 분석을 위해 채취한 토양은 그늘에서 풍건하여 2 mm 체를 통과된 것을 사용하였다. 화학성 분석은 농촌진흥청에서 발간한 토양 및 식물체 분석법²⁰⁾을 적용하여 pH는 토양과 증류수의 비율을 1:5로 추출하여 초자전극법(Orion star A211, Thermo, USA)으로 측정하였다. 원소분석기 (Vario MAX CN,Elementar, Germany)를 이용해 토양 중 탄소를 분석하였으며 유기물함량은 탄소함량에 계수 1.

성능/효과

1. 가축분 퇴비, 헤어리베치와 같은 유기물 공급이화학비료 처리에 비해 토양 유기물 함량을 높이며 토양의 미생물 밀도, 미생물체량 C함량,미생물 군집의 기능적 다양성이 증가하는 것을 확인하였다.
2. 단기적인 윤작재배 결과, 토양 화학성은 처리간의 통계적인 유의차가 없었으며 토양의 미생물체량 C 함량과 종 다양성 지수는 윤작 처리구가 높은 경향을 확인하였다.
3. 경운 및 무경운 처리 1년 후, 토양 화학성과 미생물상은 처리간의 뚜렷한 차이를 확인할 수 없었으며 장기적인 무경운 재배를 통해 처리간의 변화를 분석할 수 있을 것으로 사료된다.
4. Ecoplate에서 얻은 결과값을 가지고 주성분 분석 결과, 처리 전에는 경운과 무경운 처리가 같은 그룹이며 처리 1년차에는 무경운, 윤작(옥수수-밀)처리가 같은 그룹에 속하는 것을 확인하였다.
5. 처리별 토양 화학성과 미생물 군집 특성의 요인간 상관관계를 분석한 결과, 토양 유기물 함량 및 치환성 칼륨 함량은 기질 이용도, 기질 풍부도와 양의 상관관계를 나타냈다.

후속연구

그러나 무경운 재배시 초기 2~3년간은 수량 감소가 있으나 4~14년 정도의 안전화기간 이후에는 관행과 비슷한 수량이 가능하다고 하였다²⁹⁾. 본 시험에서는 무경운 재배 1년 후 토양환경 변화를 비교하였으며 앞으로 장기적인 무경운 재배를 통하여 토양생태계 및 작물 생산성에 미치는 영향 연구가 필요한 것으로 생각된다.
본 연구 결과에 따르면 단기적으로 화학비료, 무처리에 비해 유기물 공급, 윤작, 그리고 무경운 실천을 통해 토양 화학성 개선과 미생물 군집 변화에 긍정적인 효과를 나타냈다. 앞으로 토양의 건전성 유지 및 관리를 위해 유기물 공급, 윤작, 그리고 무경운 연구가 장기적으로 수행되고 좀 더 면밀히 검토되어야 할 것으로 판단된다.

질의응답

핵심어	질문	논문에서 추출한 답변
	유기물의 주된 공급원인 가축분 퇴비의 역할은?	유기물의 주된 공급원인 가축분 퇴비는 토양 유기물 함량을 증진시키며 작물에 필요한 양분 및 미량원소를 지속적으로 공급하는 역할을 한다4). 또한 퇴비처리는 양분순환과 관련하여 미생물의 활성과다양성에 영향을 미치며 퇴비처리에 따른 질소순환에 관련된 미생물의 변화, 유용미생물 증가에 따른 토양 병해에 대한 저항성 및 효소 활성을 증가시키는 것으로 알려져 있다5-8).
	유기물의 주된 공급원인 가축분 퇴비의 장점은?	유기물의 주된 공급원인 가축분 퇴비는 토양 유기물 함량을 증진시키며 작물에 필요한 양분 및 미량원소를 지속적으로 공급하는 역할을 한다4). 또한 퇴비처리는 양분순환과 관련하여 미생물의 활성과다양성에 영향을 미치며 퇴비처리에 따른 질소순환에 관련된 미생물의 변화, 유용미생물 증가에 따른 토양 병해에 대한 저항성 및 효소 활성을 증가시키는 것으로 알려져 있다5-8). 유기물 공급의 다른 한 방법으로 풋거름작물은 토양 물리성 개선과 유기물공급뿐만 아니라 후작물에 대한 질소공급원으로 활용 가능하여 토양의 건전성을 높이는 효과가 있는 것으로 알려져 있다9).
	유기농업에 대한 관심이 필요한 이유는?	유기농업은 단순히 유기농산물을 생산하는 농업체계가 아니라 환경보호, 생물다양성 등 생태계 보존, 농업의 경제 사회적 가치함양 등 다양한 관점에서 이해가 요구되며 유기농업의 환경에 미치는 영향에 대해서는 아직 많은 연구가 필요하다. 따라서 본 연구는 유기농 재배를 위한 토양 및 양분관리 방법이 토양환경에 미치는 영향을 알아보기 위해 수행하였다.

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