[논문]배추재배 시 바이오차 펠렛 완효성 비료의 적정 시용량 구명

김희선; 윤석인; 장은숙; 신중두

doi:10.17137/korrae.2019.27.1.49

배추재배 시 바이오차 펠렛 완효성 비료의 적정 시용량 구명
Investigation of an Optimum Application Rate of Blended Biochar Pellet as Slow Release Fertilizer during Cabbage Cultivation 원문보기

유기물자원화 = Journal of the Korea Organic Resources Recycling Association, v.27 no.1, 2019년, pp.49 - 56

김희선 (국립농업과학원 기후변화생태과 대학원, 원광대학교 생물환경화학과 대학원) , 윤석인 (원광대학교 생물환경화학과) , 장은숙 (국립농업과학원 기후변화생태과) , 신중두 (국립농업과학원 기후변화생태과)

초록
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본 연구의 목적은 배추재배 시 바이오차 펠렛 완효성 비료의 적정 시용량 구명을 위해 수행하였다. 바이오차 팰릿 완효성 비료는 돈분과 바이오차 혼합비(6 : 4)로 조제한 후 N : P : K 용액을 추가하여 총 질소 함량이 약 9%가 되도록 조제하였다. 본 시험의 처리는 대조구, 추천 질소 시비량의 바이오차 펠렛 완효성 비료 질소기준 40%(N 40%), 바이오차 펠렛 완효성 비료 질소기준 40% + 0.07M MgO(N 40% + 0.07M MgO)와 바이오차 펠렛 완효성 비료 질소기준 60%(N 60%) 시용구로 구성되어있다. 배추의 생육기간동안 토양 중 $NH_4-N$, $NO_3-N$, $P_2O_5$, $K_2O$의 농도 변화를 분석하였다. 실험 결과로서 토양중의 $NH_4-N$, $NO_3-N$, $K_2O$ 함량은 대조구와 비교하여 N 40%처리구가 유의차를 보였다. 토양 중의 $P_2O_5$농도는 바이오차 팰릿 완효성 비료의 처리구들 중 N 40%가 가장 높았다. 배추의 생체중은 N 40% 처리구는 대조구와 비교하여 유의적인 차이가 나지 않았으며(p>0.05), N 40% + 0.07M MgO 처리구와 N 60% 처리구는 대조구에 비해 감소하였다. 농경지에서 배추재배 시 추천 질소 시비량 기준의 N 40%가 적정 시용량이라 판단된다.

Abstract ▼ AI-Helper

This experiment was conducted to select an optimum application rate of blended biochar pellet as slow release fertilizer during cabbage cultivation. The blended biochar pellet made with a combination(4:6) of biochar and pig manure compost with unloading N, P, K solutions for adjusting about 9% of total nitrogen(TN). The treatments were consisted of the control as recommended application rates for cabbage cultivation in National Institute of Agricultural Sciences, N 40%, N 40% and 0.07M MgO and N 60 % of the blended biochar pellet, respectively, based on nitrogen application of recommended rates to cabbage cultivation. Changes of $NH_4-N$, $NO_3-N$, $P_2O_5$ and $K_2O$ concentrations in the soil and growth characteristic and yield components were investigated and observed during the cabbage cultivation. The experimental result shown that contents of $NH_4-N$, $NO_3-N$ and $K_2O$ of soil in the N 40% were significantly difference(p<0.01) with the control. $P_2O_5$ concentrations of soil in the N 40% were highest among the treatments. The fresh weight per cabbage in the N 40% was not significantly different(p>0.05) from the control, but in the N 40% and 0.07M MgO and N 60% was lower than that of the control. It was considered that an optimum blended biochar application rate for cabbage cultivation was 40% of recommended nitrogen application.

주제어

표/그림 (7)

표 Table 1. Chemical Properties of the Soil Before Experiment
표 Table 2. Chemical Components of Biochar and Pig Manure Compost*
그림 Fig. 1. Changes of NH₄-N and NO₃-N concentrations in the soil for the different treatments during cabbage cultivation. DAT; days after transplanting. Results are the mean of triplicates samples and error bars indicate standard deviation.
그림 Fig. 2. Changes of P₂O₅ concentrations in the soil for the different treatments during cabbage cultivation. DAT; days after transplanting. Results are the mean of triplicates samples and error bars indicate standard deviation.
그림 Fig. 3. Changes of K₂O concentrations in the soil for the different treatments during cabbage cultivation. DAT; days after transplanting. Results are the mean of triplicates samples and error bars indicate standard deviation.
그림 Fig. 4. Comparsions of cabbage growth responses to different treatments.
표 Table 3. Cabbage Growth Responses to the Treatments

AI 본문요약
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문제 정의

따라서 본 연구는 배추재배 시 바이오차 펠렛형 완효성 비료의 적정 시용량 구명을 위해 수행 하였다.

제안 방법

대조구의 시비량은 N-P-K를 11.0-7.8-11.0 kg 10a^-1를 기비로 살포 하였고, 추비는 N(21.0 kg 10a^-1),와 K(8.8 kg 10a^-1)로 2회 분시 하였다. 돈분 퇴비는 330kg 10a^-1를 전량 기비로 시용하였다.
바이오차 팰렛형 완효성비료 처리에 따라 처리구별로 주기적으로 토양 시료를 채취하여 토양의 화학성분을 분석하였다. 토양은 시험 전, 배추 정식 후 5일 간격으로 표토를 채취하였고, 배추 정식 10일 이후부터는 약 10일 간격으로 토양시료 3반복 채취하였다.
돈분 퇴비는 330kg 10a^-1를 전량 기비로 시용하였다. 바이오차 펠릿은 처리구별 시용량을 전량 처리구별 기비로 시용하였다.
배추 재배는 농촌진흥청 배추 표준 재배법에 준하여 재배하였으며, 배추의 생육조사는 수확 후 구고, 구폭, 그리고 생체중을 반복 당 5주를 취하여 측정하였다.
재식거리 60×40 cm으로 하여 30일 육묘를 포장에 정식하였다. 본 시험의 처리내용은 대조구, 추천 질소 시비량의 바이오차 펠렛형 완효성비료의 질소 40%(N 40%), 바이오차 펠렛형 완효성비료의 질소 40% + 0.07M MgO(N 40% + 0.07M MgO), 바이오차 펠렛형 완효성비료 질소기준 60%(N 60%) 시용구로 나누어 3반복 세구배치법을 이용하였다.
본 연구는 배추재배에 따른 바이오차 펠렛형 완효성 비료 적정 시용량을 구명 하였다. 왕겨를 이용하여 제조한 바이오차 팰렛형 완효성 비료를 시용하여 배추 재배 시, 추천 질소시비기준 N 40% 처리구에서 가장 좋은 생육을 보였다.
재식거리 60×40 cm으로 하여 30일 육묘를 포장에 정식하였다.
바이오차 팰렛형 완효성비료 처리에 따라 처리구별로 주기적으로 토양 시료를 채취하여 토양의 화학성분을 분석하였다. 토양은 시험 전, 배추 정식 후 5일 간격으로 표토를 채취하였고, 배추 정식 10일 이후부터는 약 10일 간격으로 토양시료 3반복 채취하였다.
2에 따라 UV Specrophotometer측정용 키트(ST- Ammonium, C-Mac, Korea)로 측정하였다. 토양중의 P₂O₅,와 K₂O 함량 측정을 위해 100 ml 삼각플라스크에 풍건 토양 2 g에 Melich 3 추출액 20 ml를 넣은 후 실온에서 교반기로 5분간 진탕(200rpm)하고 여과지(Whatman No. 2)로 여과한 침출액을 이용하여 PO₄-P 및 K를 분석한 후 변환 수식을 이용하여 계산하였다.

대상 데이터

본 시험은 국립농업과학원 시험포장에서 채취하여 수행하였으며, 시험 전 토양과 돈분 퇴비와 바이오차에 대한 이화학 성분을 각각 Table 1과 Table 2에 나타내었다. 바이오차 펠렛형 완효성 비료(특허 등록 번호 : 제 1889400호)는 돈분과 바이오차 (6 : 4)혼합비로 N : P : K 용액을 반응시켜 총 질소 함량이 약 9%가 되도록 조제하였다.
본 시험은 국립농업과학원 시험포장에서 채취하여 수행하였으며, 시험 전 토양과 돈분 퇴비와 바이오차에 대한 이화학 성분을 각각 Table 1과 Table 2에 나타내었다. 바이오차 펠렛형 완효성 비료(특허 등록 번호 : 제 1889400호)는 돈분과 바이오차 (6 : 4)혼합비로 N : P : K 용액을 반응시켜 총 질소 함량이 약 9%가 되도록 조제하였다.
본 연구는 국립농업과학원 시험포장에서 총 72일동안 배추(추월)를 재배하면서 수행되었다. 재식거리 60×40 cm으로 하여 30일 육묘를 포장에 정식하였다.

이론/모형

2에 따라 UV Specrophotometer 측정용 키트(ST-Ammonium, C-Mac, Korea)로 655 nm에서 측정하였다. EPA Method 350.2에 따라 UV Specrophotometer측정용 키트(ST- Ammonium, C-Mac, Korea)로 측정하였다. 토양중의 P₂O₅,와 K₂O 함량 측정을 위해 100 ml 삼각플라스크에 풍건 토양 2 g에 Melich 3 추출액 20 ml를 넣은 후 실온에서 교반기로 5분간 진탕(200rpm)하고 여과지(Whatman No.
2)로 여과하였다. 여과액 중의 NH₄-N 와 NO₃-N 함량은 EPA Method350.2에 따라 UV Specrophotometer 측정용 키트(ST-Ammonium, C-Mac, Korea)로 655 nm에서 측정하였다. EPA Method 350.

성능/효과

기존 연구에서 바이오차 함량이 증가할수록 NH₄-N이 더 많이 흡착된다고 발표 하였으나¹⁰⁾, 본 연구에서 무기태 질소 농도는 2M KCl로 침출하였기에 바이오차에 의한 NH₄-N의 흡착여부는 확인되지 않았지만, 토양 중 NO₃-N 농도에 크게 영향을 준다는 것을 확인하였다. 토양 중 무기태 질소의 농도는 식물또는 미생물의 흡수에 의해 양이 변화될 수 있고, NH₄-N과 NO₃-N 사이의 농도 변화는 미생물에 매개된 질소 반응, 특히 질산화 반응에 의해 변화될 수있다.
신 등(2018)은 Biochar pellet는 다공성인 바이오차의 양을 많이 함유한 것일수록 더욱 느리게 NH4-N을 용출한다고 발표했다¹⁰⁾. 따라서 배추재배에서 추천 질소 시비기준 N 40% 처리구가 배추 재배기간 동안 최적의 영양분을 제공할 수 있다고 판단하였다. 또한 정식 71일에 토양 중의 P₂O₅함량이 급격하게 증가되었는지에 대해서는 연구가 더 필요하다고 사료된다.
배추 수확 시 수량구성 요소로서 구고, 구폭의 길이 측정 결과 대조구가 각각 28.8±0.8 cm, 20.1±1.2 cm로 가장 높게 측정되었으며, 배추의 생체중은 N 40 처리구는 대조구와 비교하여 유의차이 (p>0.05)가 인정되지 않았다.
1에 나타내었다. 배추 재배기간 동안 토양 중의 NH₄-N 및 NO₃-N 농도 변화는 바이오차 팰렛형 완효성 비료의 처리량에 의해 영향을 많이 받은 것으로 나타났다(Fig. 1). 배추 정식 후 5일에 N 40% 처리구의 토양 중 NH₄-N 농도는 대조구에 비해 유의차가 인정되지 않았으나, N 60% 처리구는 다른 처리구와 비교하여 유의성(p<0.
왕겨를 이용하여 제조한 바이오차 팰렛형 완효성 비료를 시용하여 배추 재배 시, 추천 질소시비기준 N 40% 처리구에서 가장 좋은 생육을 보였다. 배추 재배기간 동안의 토양의 화학적 특성 변화를 비교하였을 때 토양중의 P₂O₅를 제외한 NO₃-N 농도, NH₄-N 농도, K₂O농도가 대조구와 큰 차이가 없는 경향을 보였다. 이는 바이오차 팰렛형 완효성 비료가 배추 수량을 감소시키지 않으면서 친환경적인 역할을 할 수 있을거라고 판단된다.
배추 정식 5일차 대조구(202.3 mg kg-1) > N 40%(88.1 mg kg-1) > N 40%+ 0.07M MgO (80.0 mg kg-1) >N 60%(75.0 mg kg-1) 순으로 토양중의 P2O5 함량이 높게 나왔다.
배추 정식 후 5일에 N 40% 처리구의 토양 중 NH4-N 농도는 대조구에 비해 유의차가 인정되지 않았으나, N 60% 처리구는 다른 처리구와 비교하여 유의성(p<0.01) 있게 가장 높았다.
배추 정식 후 5일에 바이오차 팰렛형 완효성비료 처리구의 토양 중 NO3-N 농도는 대조구에 비해 유의적(p<0.05)으로 크게 낮았으며, 그 후 점차 증가하여 18일에는 대조구의 농도와 비슷하게 나타났다.
3). 배추정식39일 후 대조구, N 40% 처리구, N 40%+ 0.07M MgO 처리구에서 각각 17.2 g kg^-1, 51.5 g kg^-1, 20.0 g kg^-1으로 대조구보다 높게 관측되었으며, N 40% 처리구가 가장 높은 농도를 보였다. 본 연구 결과는 바이오차가 열분해 시 무기양분(K, Ca, Mg등)이 농축되어 토양에 처리됨에 따라 농도가 증가한 것으로 판단된다¹³⁾.
2). 연구 결과 N 40%에 0.07M MgO를 첨가할 경우 인과 질소의 농도가 감소함을 볼 수 있었다. 이는 암모니아와 인이 결합하여 struvite 침전이 이루어지고, 토양 내에서 천천히 용해되는 것으로 판단된다¹²⁾.
본 연구는 배추재배에 따른 바이오차 펠렛형 완효성 비료 적정 시용량을 구명 하였다. 왕겨를 이용하여 제조한 바이오차 팰렛형 완효성 비료를 시용하여 배추 재배 시, 추천 질소시비기준 N 40% 처리구에서 가장 좋은 생육을 보였다. 배추 재배기간 동안의 토양의 화학적 특성 변화를 비교하였을 때 토양중의 P₂O₅를 제외한 NO₃-N 농도, NH₄-N 농도, K₂O농도가 대조구와 큰 차이가 없는 경향을 보였다.
또한 과량의 Biochar가 투입되면 밀도가 낮은 Biochar로 인해 작물의 뿌리활착이 불리하고 높은 탄소함량과 낮은 양분함량으로 인해 C/N률이 증가되어 작물의 양분이용 능력이 감소 할 수 있다고 발표 한바 있다⁹⁾. 이상의 결과로 미루어 볼 때 배추 재배 시 추천질소 시비기준 바이오차 팰렛형 완효성 비료 최적 시용량은 N 40% 이였다.
01) 있게 가장 높았다. 재배기간에 따른 토양중의 NH₄-N 농도 변화를 보면, 대조구의 NH₄-N 농도는 각각 배추 정식 후 18일, N40% 처리구에서는 30일에 감소하는 경향이 있었으며, 그리고 N 60% 처리구에서는 배추 재배기간 동안에 꾸준히 감소하였다. N 60% 처리구에서 정식 후 토양중의 NH₄-N 농도는 173.
4에 나타내었다. 초장은 대조구가 다른 처리구에 비해 가장 높게 나타나, 초기생육에 있어서는 속효성 비료에 의한 작물생육 효과가 큰 것으로 판단되었다. 배추 수확 시 수량구성 요소로서 구고, 구폭의 길이 측정 결과 대조구가 각각 28.
토양중의 K₂O의 농도는 5일차에는 처리간에 유의차가 인정되지 않았지만, 정식 후 18일에는 바이오차 펠렛 완효성 비료 N 40%+ 0.07M MgO 처리구와 N 60% 처리구에서 각각 27.8 g kg^-1과 15.3 g kg^-1으로 대조구와 비교하여 증가하였다(Fig. 3). 배추정식39일 후 대조구, N 40% 처리구, N 40%+ 0.

후속연구

따라서 배추재배에서 추천 질소 시비기준 N 40% 처리구가 배추 재배기간 동안 최적의 영양분을 제공할 수 있다고 판단하였다. 또한 정식 71일에 토양 중의 P₂O₅함량이 급격하게 증가되었는지에 대해서는 연구가 더 필요하다고 사료된다.
가을배추의 생산량은 133만톤으로 전체 우리나라 엽채소 생산량대비 63%내외를 차지한다¹¹⁾. 바이오차 팰렛을 농경지에 적용하였을 때 식물의 생장 기간 동안 바이오차 펠렛형 완효성비료로부터 토양으로의 영양염 용출 속도를 조절하고 유실 없이 식물이 대부분 영양분의 이용여부에 대한 연구가 필요하다고 판단되었다.

질의응답

핵심어	질문	논문에서 추출한 답변
	바이오차란?	바이오차는 산소가 제한된 환경에서 바이오매스를 열분해하는 과정을 통해 얻을 수 있는 고체물질이다. 그 효과로는 탄소를 격리 및 온실가스를 저감, 토양 개량제로서 pH 증가, 보수력 증가, 이온교환능력의 증가, 미생물 서식지 제공에 기인한다고 보고되어있다3,4).
	왕겨바이오차의 장점은?	그 중 왕겨는 식물성 원료 중에 인산함량과 암모니아태 질소 함량이 높다는 결과가 보고되었다5). 왕겨바이오차는 토양투입에 따른 기존 토양의 유기탄소를 안정화 시키는 경향을 보였으며, 토양 내 입단형성 촉진이나 안정화로 이산화탄소 발생을 감소시킨다고 보고했다4).
	바이오차의 효과는?	바이오차는 산소가 제한된 환경에서 바이오매스를 열분해하는 과정을 통해 얻을 수 있는 고체물질이다. 그 효과로는 탄소를 격리 및 온실가스를 저감, 토양 개량제로서 pH 증가, 보수력 증가, 이온교환능력의 증가, 미생물 서식지 제공에 기인한다고 보고되어있다3,4).

참고문헌 (13)

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상세보기
Park, S. J., Kim, M. H., and Shin, H. M., "Chemical Compositions and Thermal Characteristics of Rice Husk and Rice Husk Ash in Korea", J. of Biosystems Eng., 30(4), pp. 235-241. (2005).
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Lee, J. H., Seong, C. J., Kang, S. S., Lee, H. C., Kim, S. H., Lim, J. S., Kim, J. H., Yoo, J. H., Park, J. H., and Oh, T. K., "Effect of different types of biochar on the growth of chinese cabbage", Korean Journal of Agricultural Science, 45(2), pp. 197-203. (2018).
Oh, T. K., Lee, J. H., Kim, S. H., and Lee, H. C., "Effect of biochar application on growth of Chinese cabbage (Brassica chinensis)", KJOAS, 44(3), pp. 359-365. (2017).
Kang, S. W., Kim, S. H., Park, J. H., Seo, D. C., and Cho, J. S., "Selection of optimal application condition of corn waste biochar for improvement of corn growth and soil fertility", Kor. J. Soil. Sci. Fert., 50(5), pp. 452-461. (2017).
Shin, J. D., and Park, S. W., "Optimization of blended biochar pellet by the use of nutrient releasing model", Appl. Sci, 8(11), pp. 2274-2286. (2018).
KREI (Korea Rural Economic Institute), Vegetables with leaf and root, Agricultural observation, 849, pp. 1-12. (2018).
Oh, S. E., Son, J. S., Ok, Y. S., and Joo, J. H., "A modified methodology of salt removal through flooding and drainage in a plastic film house soil", Kor. J. Soil. Sci. Fert., 43(5), pp. 565-571. (2010).
Lim, J. E., Kim, H. W., Jeong, S, H., Lee, S. S., Yoang, J. E., Kim, K. H., and OK, Y. S., "Characterization of burcucumber biochar and its poteneial as an adsorbent for veterinary antibiotics in water", J Appl Biol Chem, 57(1), pp. 65-72. (2014).

저자의 다른 논문 :

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표제어: PCR

동의어: Packet Collision Rate

용어 설명 출처 목록 (6)

용어 설명: PCR은 세균 특이성이 있는 primer를 이용하여 적은 수의 세균이 있을지라도 쉽게 검출할 수 있는 유용한 방법이며, 이를 이용하여 구강 내 치면세균막이나 타액에서 직접 세균을 검출할 수 있게 되었다[8].

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