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문제 정의
- 따라서 일 회 시용으로 탄소격리, 지력 증진, 생력 효과 등 다양한 효과를 얻을 수 있는 바이오차 및 가축분뇨를 이용한 펠렛 형태의 완효성 비료를 제조하였다. 본 연구는 벼 재배 시 바이오차 펠렛 시용량에 따른 논물과 토양 중의 화학성 평가, 토양 탄소격리량 평가 및 벼 생육 특성을 고려한 농업 환경 영향 평가를 수행하였다. 그러므로 기후변화 대응 농업 분야 온실가스 배출권 거래제 확대 방안의 하나로 탄소격리가 대두되었으나 농촌 현장에서 바이오차의 투입 시 미세분진이 형성되어 실제로 농경지 살포에 어려움이 있어 바이오차 공급 및 농경지 살포 방법 개선이 필요하였다.
제안 방법
- 2)로 여과한 침출액을 UV Spectrophotometer를 사용하여 측정용 키트로 분석한 후 변환 수식을 이용하여 계산하였다. TN (Total Nitrogen)과 TC(Total Carbon)은 체 거름 한 건조 토양을 원소분석기(VarioEL II, Elementar, Germany)를 이용하여 측정하였다.
- 논의 물 시료는 이앙 후 5일, 9일, 19일, 40일 및 84일에 시료를 채취하였고, 토양 시료는 논 표면 수 시료와 같이 연이어 117일까지 확장하여 시료 채취한 후, 풍건하여 2 mm체에 걸러 화학성분 분석에 이용하였다. 논 표면수는 여과지(Whatman #4)에 여과 후 NH4-N 및 NO3-N은 UV Spectrophotometer를 사용하여 측정용 키트(C-Mac, Korea)로 당일 분석한 후, 나머지 물 시료는 4℃에 냉장 보관하였다.
- 536´E)에서 수행되었으며, 본 실험에 이용한 벼 품종은 신동진으로, 재식거리는 30cm × 60cm이었다. 대조구는 농촌진흥청의 벼 재배 시 표준비료사용량(N-P-K, 9-4.5-5.7kg 10a-1)과 돈분 퇴비(260 kg 10a-1)를 기준으로 질소와 가리는 기비와 추비로 나누어 2회에 걸쳐 분할 시용하였으며, 돈분 퇴비와 인산은 전량 기비로 시용하였다. 바이오차 펠렛형 완효성 비료는 각각 대조구의 질소 시용량 기준 40% (40% N), 60% (60% N) 수준 및 질소 60% 수준에 0.
- 돈분 퇴비와 개량 왕겨 바이오차를 6 : 4로 혼합하여 N-P-K 용액을 분사한 후 펠렛 형태로 조제하였다(Fig. 1). 바이오차 펠렛 제조 공정에 이용된 원료 물질에 대한 화학성분 함량은 Table 1에 나타내었다.
- 그러므로 기후변화 대응 농업 분야 온실가스 배출권 거래제 확대 방안의 하나로 탄소격리가 대두되었으나 농촌 현장에서 바이오차의 투입 시 미세분진이 형성되어 실제로 농경지살포에 어려움이 있어 바이오차 공급 및 농경지 살포 방법 개선이 필요하였다. 따라서 일 회 시용으로 탄소격리, 지력 증진, 생력 효과 등 다양한 효과를 얻을 수 있는 바이오차 및 가축분뇨를 이용한 펠렛 형태의 완효성 비료를 제조하였다. 본 연구는 벼 재배 시 바이오차 펠렛 시용량에 따른 논물과 토양 중의 화학성 평가, 토양 탄소격리량 평가 및 벼 생육 특성을 고려한 농업 환경 영향 평가를 수행하였다.
- 바이오차 완효성 비료 시용에 따른 토양 탄소격리량 산정은 이앙 직후와 수확 후 토양의 탄소 함량을 수식 1을 이용하여 산정하였다[13].
- 7kg 10a-1)과 돈분 퇴비(260 kg 10a-1)를 기준으로 질소와 가리는 기비와 추비로 나누어 2회에 걸쳐 분할 시용하였으며, 돈분 퇴비와 인산은 전량 기비로 시용하였다. 바이오차 펠렛형 완효성 비료는 각각 대조구의 질소 시용량 기준 40% (40% N), 60% (60% N) 수준 및 질소 60% 수준에 0.07M MgO를 반응시켜(60% N + 0.07M MgO), 3수준 모두 전량 기비로 시용하였다. 시험구 배치는 3 반복 세구배치법으로 수행하였다.
- 벼 재배 시 바이오차 펠렛의 시용에 따른 논물과 토양에서 환경영향 평가를 수행하였다. 논 표면수의 질소 함량 변화는 처리와 관계없이, NH4-N 농도는 이앙 후 40일까지 그리고 NO3-N 농도는 이앙 후 15일까지 낮은 농도를 유지하였다.
- 07M MgO), 3수준 모두 전량 기비로 시용하였다. 시험구 배치는 3 반복 세구배치법으로 수행하였다. 시험 전 토양에 대한 이화학성 성분을 각각 Table 3에 나타내었다.
- 처리 간에 벼 생육을 비교하기 위해 초장과 분얼수를 조사하였으며, 조곡 수량 및 볏짚 무게는 재배 면적 중 1×1 m를 조사하여 산정하였다.
대상 데이터
- 본 연구는 국립농업과학원 논 시험포(위도, 35° 49.510´N; 경도, 127° 2.536´E)에서 수행되었으며, 본 실험에 이용한 벼 품종은 신동진으로, 재식거리는 30cm × 60cm이었다.
데이터처리
- a)Mean values followed by different letters, which indicate significant differences (p < 0.05) among treatments with One way ANOVA by the mean comparison for all pairs using Tukey-Kramer HSD analysis for carbon sequestration.
- 실험 자료에 대한 통계 분석은 Excel 2016 version을 이용 하였으며, 처리 간에 논물과 토양에 대한 화학성분 비교를 위해 표준편차를 이용하였다.
- 탄소격리량 및 작물 생육 특성에 대한 처리간 유의성 검정은 SAS version 9.2 Software (SAS, Inc., Cary, NC, USA)를 사용하여 ANOVA검정을 하였다.
이론/모형
- 논 토양의 pH와 EC는 (1:10)으로 100 mL삼각플라스크에 체 거름한 건조한 토양 5g과 증류수 50 ml를 가하여 항온 진탕기(JP/NTS-3000 Eyela Japan)에서 30분간 200 rpm으로 진탕한 후, pH, EC meter (Orion 4 star, Themo scientific, USA)로 측정하였다. 2M KCl 침출액은 EPA Method 350.2에 따라 UV Spectrophotometer 측정용 키트로 NH4-N과 NO3-N의 농도를 측정하였다. 토양 중의 PO4-P와 K의 농도는 Mehlich Ⅲ 분석 방법 [15]에 따라 100 mL 삼각플라스크에 채 거름한 토양 4g과 Mehlich Ⅲ 추출액 40mL를 넣고 항온진탕기(JP/NTS-3000 Eyela Japan)로 5분간 200 rpm으로 진탕한 후 여과지(Whatman No.
- 벼 재배 관리는 농촌진흥청 표준 재배법에 따랐다. 처리 간에 벼 생육을 비교하기 위해 초장과 분얼수를 조사하였으며, 조곡 수량 및 볏짚 무게는 재배 면적 중 1×1 m를 조사하여 산정하였다.
- 2에 따라 UV Spectrophotometer 측정용 키트로 NH4-N과 NO3-N의 농도를 측정하였다. 토양 중의 PO4-P와 K의 농도는 Mehlich Ⅲ 분석 방법 [15]에 따라 100 mL 삼각플라스크에 채 거름한 토양 4g과 Mehlich Ⅲ 추출액 40mL를 넣고 항온진탕기(JP/NTS-3000 Eyela Japan)로 5분간 200 rpm으로 진탕한 후 여과지(Whatman No.2)로 여과한 침출액을 UV Spectrophotometer를 사용하여 측정용 키트로 분석한 후 변환 수식을 이용하여 계산하였다. TN (Total Nitrogen)과 TC(Total Carbon)은 체 거름 한 건조 토양을 원소분석기(VarioEL II, Elementar, Germany)를 이용하여 측정하였다.
성능/효과
- 토양 중에 NH4-N 농도는 벼 생육기간이 지남에 따라 바이오차 펠렛 처리구의 농도가 높게 나타남에 따라, 벼 생육에 필요한 암모늄태 질소 성분이 지속적으로 공급되고 있다고 판단되었다. 그리고 잠재 토양 탄소격리량은 대조구에 비해 60% N (0.07M MgO) 처리구가 222 kg 10a-1으로 가장 높게 나타났다. 벼 정조 수량은 대조구의 650 kg 10a-1에 비해 질소 추천 시비량인 바이오차 펠렛 40% N 처리구와 60% N (0.
- 3에 나타내었다. 논 표면수의 PO4-P의 함량은 이앙 후 9일째 모든 처리구에서 1mg L-1 이상 높게 나타났으며, 대조구의 1.25 mg L-1와 비교하여 처리구에서 전반적으로 낮게 나타났다. 또한, 대조구의 K의 농도는 벼 재배 기간에 N 60% 처리구의 이앙 후 84일을 제외하고는 모든 바이오차 펠렛 처리구 보다 높게 나타났다.
- 대조구의 초장은 바이오차 펠렛 처리구에 비해 1.2배 높았으며, 벼 조곡 수량은 대조구의 650 kg 10a-1에 비해 질소 추천 시비량인, 바이오차 펠렛 40% N 처리구와 60% N+ 0.07M MgO 처리구간에는 유의차(P>0.05)가 인정되지 않았다.
- 07M MgO) 처리구 간에는 유의차가 인정되지 않았다. 따라서 벼 재배 시 개량한 바이오차 펠렛의 가장 적절한 시용량은 60% N (0.07M MgO)로 나타났으며, 바이오차 펠렛 시용은 기후변화 대응 탄소격리뿐만 아니라 논 표면수 및 토양에서의 환경 영향을 줄일 수 있는 완효성 비료로서 적합하다고 판단된다.
- 25 mg L-1와 비교하여 처리구에서 전반적으로 낮게 나타났다. 또한, 대조구의 K의 농도는 벼 재배 기간에 N 60% 처리구의 이앙 후 84일을 제외하고는 모든 바이오차 펠렛 처리구 보다 높게 나타났다.
- 벼 재배 시 바이오차 펠렛 완효성 비료 처리에 따른 이앙 직후와 수확 후 논 토양 중의 총 탄소 함량 변화는 Table 4에 나타내었다. 벼 이앙 직후와 수확 후 토양의 총 탄소 함량은 대조구가 각각 6.53 g kg-1과 11.87 g kg-1으로 가장 높았으며, 바이오차 펠렛 N 60%처리구가 3.77 g kg-1와 9.50 g kg-1으로 가장 낮게 나타났다. 하지만 순 탄소 증가율을 보면대조구는 약 89% 증가했지만 40% N에서는 123%, 60% N(0.
- 시험 전 토양에 대한 이화학성 성분을 각각 Table 3에 나타내었다. 시험 포장의 토양은 pH 6.0으로 중성이며, 질소 함량이 낮은 식양토이었다.
- 바이오차 펠렛 처리에 따른 탄소격리량은 수식 1에 의해 산정 되었다(Table 5). 잠재 토양 탄소 격리량은 대조구에 비해 60% N (0.07M MgO)처리구가 222 kg 10a-1으로 가장 높게 나타났다.
- 시용된 요소비료 시용은 NH4+ 이온과 OH- 이온으로 가수 분해되기 때문에 암모늄 이온의 주요한 공급원(Source)이다. 전반적으로 논물에서 이앙 후 짧은 기간 내에 NH4-N의 농도가 증가하였으며, 논 표면수의 질소 함량 변화는 처리와 관계없이 NH4-N 농도는 이앙 후 40일까지 2 mg L-1 이하였으며, NO3-N농도는 이앙 후 15일까지 1 mg L-1 이하로 낮게 지속하였다. 볏짚과 바이오차를 각각 6과 2 tonnes ha-1를 처리한 구에서 NH4-N의 농도는 증가하였다고 보고하였다[16].
- PO4-P 및 K의 농도는 대조구와 비교하여 바이오차 펠렛 처리구에서 전반적으로 낮게 나타났다. 토양 중에 NH4-N 농도는 벼 생육기간이 지남에 따라 바이오차 펠렛 처리구의 농도가 높게 나타남에 따라, 벼 생육에 필요한 암모늄태 질소 성분이 지속적으로 공급되고 있다고 판단되었다. 그리고 잠재 토양 탄소격리량은 대조구에 비해 60% N (0.
- 토양 중에 질소 순환은 유기태 질소로부터 질소 무기화 과정을 거치게 되면 NH4-N로 변환되며, 질산화 과정을 거치게 되면 NO3-N으로 최종적으로 (NO)x로 변환되어 탈질과 휘산에 관여하게 된다는 사실은 일반적으로 잘 알려진 질소 순환 사이클이다. 토양 중에 NH4-N 농도는 이앙 후 5일까지는 대조구가 바이오차 펠렛 처리구 보다 높게 나타났으며, 벼 생육 시기가 지남에 따라, 바이오차 펠렛 처리구에서 NH4-N 농도가 높게 나타났다. 이러한 현상은 NH4-N을 흡착한 바이오차[17]에서 벼 생육에 필요한 암모늄태 질소 성분이 지속적으로 공급되고 있는 것으로 판단된다.
- 5에 나타내었다. 토양 중의 P2O5의 농도는 이앙 후 40일까지는 대조구가 바이오차 펠렛 처리구 보다 높았으며, K2O 함량은 처리 간에 유의차가 없었다. 하지만, 벼 재배하는 동안 바이오차를 혼용한 토양은 바이오차의 높은 함량 때문에 벼의 K+ 이용성을 증가시킨다는 보고도 있다[18].
- 50 g kg-1으로 가장 낮게 나타났다. 하지만 순 탄소 증가율을 보면대조구는 약 89% 증가했지만 40% N에서는 123%, 60% N(0.07M MgO)에서는 170%, 60% N에서는 152% 각각 증가한 것으로 나타나 대조구 대비 34～81% 높게 나타났다. 이는 논에 바이오차를 29.
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