보고서 정보
주관연구기관 |
국립식량과학원 National Institute of Crop Science |
보고서유형 | 최종보고서 |
발행국가 | 대한민국 |
언어 |
한국어
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발행년월 | 2009-04 |
과제시작연도 |
2008 |
주관부처 |
농림축산식품부 Ministry of Agriculture, Food and Rural Affairs(MAFRA) |
등록번호 |
TRKO201400022561 |
과제고유번호 |
1545000435 |
사업명 |
농림기술개발 |
DB 구축일자 |
2014-11-10
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초록
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○ 연구결과
1. 녹비에 적합한 보리 품종 선발
전량 수입되고 있는 녹비용 호밀을 대체할 수 있는 보리 품종을 선발하기 위하여 경기 수원(중북부 지역), 충남 예산(중남부지역), 대구광역시(영남지역), 전남 나주(호남 지역) 시험포장에서 각 지역별로 장려되고 있는 보리 품종을 대상으로 맥후작 벼 이앙 적기(5월 하순~6월 초순)를 고려하여 겨울철 월동율이 높고 5월 상・중순에 C/N율이 35% 이하여서 논 토양에 환원 투입 후 부숙이 신속히 진행되어 후 작물인 벼의 이앙에 지장을 주지 않고 생초중(Biomass)이 10a
○ 연구결과
1. 녹비에 적합한 보리 품종 선발
전량 수입되고 있는 녹비용 호밀을 대체할 수 있는 보리 품종을 선발하기 위하여 경기 수원(중북부 지역), 충남 예산(중남부지역), 대구광역시(영남지역), 전남 나주(호남 지역) 시험포장에서 각 지역별로 장려되고 있는 보리 품종을 대상으로 맥후작 벼 이앙 적기(5월 하순~6월 초순)를 고려하여 겨울철 월동율이 높고 5월 상・중순에 C/N율이 35% 이하여서 논 토양에 환원 투입 후 부숙이 신속히 진행되어 후 작물인 벼의 이앙에 지장을 주지 않고 생초중(Biomass)이 10a당 1.5톤 이상 생산되는 품종을 선발한 결과 중북부지역은 영양보리, 상록보리, 팔도보리 등 3 품종, 중남부 지역은 영양보리, 건강보리, 올보리, 광안보리 등 4 품종, 그리고 영남과 호남지역은 광안보리, 영양보리, 큰알보리 등 3 품종이 녹비 보리용으로 적합하였다.
2. 보리 환원시 토양 중 부숙화 속도 및 양분 가용화 변화 연구
환경친화형 농업기술 개발의 일환으로 두과작물인 헤어리베치와 화본과작물인 보리를 재배 후 녹비작물로 토양에 처리한 후 온도와 토양조건를 달리하여 유기물로서의 부숙화 속도와 양분가용화 량 및 율을 조사 분석하고, 이들 녹비작물들을 후작물인 벼 재배에 연계시켜 벼 재배시의 주요 생육시기별 생장반응, 무기영양성분의 흡수이용 양상 및 수량성에 미치는 영향에 대하여 연구한 결과 온도 및 토 양조건별 녹비작물들의 부숙화 및 양분가용화 양상으로 녹비작물 헤어리베치와 보리의 처리 후 일수에 따른 부숙화율 변화양상은 녹비작물처리 후 초기에 급속한 분해양상을 보였고, 그 이후부터 80일까지 완만한 분해양상을 보였다. 토양 처리별로 논토양이 밭토양보다는 분해초기에 빠른 분해양상을 보이지만 처리 후 일수가 지날수록 밭토양이 더 빠르거나 비슷한 양상을 보였다, 작물별로는 헤어리베치가 보리보다 녹비처리 80일 후 8~11%이상 높은 부숙화율을 보였으며, 보리 품종 별로는 올보리가 서둔찰보리와 태강보리 보다 부숙화율이 비교적 높은 것으로 나타났다. 녹비작물의 부숙화율이 50%에 도달되는 일수를 비교해 보면 헤어리베치는 논토양이 밭토양 보다 빠른 분해일수를 보였으며, 보리 3품종 모두는 밭토양이 논토양보다 빠른 50% 분해일수를 보였다. 녹비작물별로는 헤어리베치가 논토양에서 16일로 가장 빠른 일수를 보였으며, 서둔찰보리가 밭토양에서 20일로 가장 느린 분해속도를 보였다.
녹비작물의 토양 처리 후 질소의 가용화 양상은 논토양이 밭토양보다 처리초기에 비교적 높은 가용화 양상을 보이지만, 처리 후 일수가 지날수록 논토양보다는 밭토양에서 질소의 지속적인 가용화양상을 보였다. 작물별로는 헤어리베치가 보리보다 평균적으로 높은 가용화율 보였으며, 보리 품종간에는 큰 차이를 보이지 않았다. 인산의 가용화 양상은 논토양이 밭토양보다 처리초기에 30%이상 높은 가용화 양상을 보이지만, 처리 후 일수가 지날수록 논토양보다는 밭토양에서 인산의 지속적인 가용화양상을 보였다. 작물 별로는 헤어리베치가 보리보다 평균적으로 높은 가용화율 보였으며, 보리 품종간에는 큰 차이를 보이지 않았다. 카리의 가용화 양상은 논토양이 밭토양보다 처리초기에 35%이상 높은 가용화 양상을 보이지만, 처리 후 일수가 지날수록 논토양보다는 밭토양에서 카리의 지속적인 가용화양상을 보였다. 작물별로는 헤어리베치가 보리보다 비교적으로 높은 가용화율 보였다.
헤어리베치와 보리를 녹비작물로 토양 환원 후 벼의 생육특성과 수량은 벼의 주요생육시기별 초장은 녹비처리구중 헤어리베치구가 관행구보다 높은 경향을 보였으며, 보리처리구는 관행구와 헤어리베치구와 큰 차이를 보였다. 분얼수는 출수기 이후 헤어리베치처리구가 관행구보다 약간 많았고, 보리와 처리구는 헤어리베치처리구와 관행구보다 적은 분얼수를 보였으며, 벼의 수량 및 수량구성요소는 헤어리베치처리구가 주당수수와 영화수가 높았고, 천립중은 관행구가 높았으며, 단위면적당 정조수량은 헤어리베치 처리구 606kg/10a, 관행구 562kg/10a, 보리 처리구 419kg/10a, 무비구 278kg/10a로 처리간 차 이를 보였다. 연차별로 관행구와 헤어리베치구는 수량이 약간 상승하거나 비슷하였지만, 보리처리구는 수량이 적어지는 경향을 보였다.
3. 보리 환원에 따른 토양 이・화학성 변화 연구
본 시험은 녹비보리 환원에 따른 토양 물리성 및 화학성의 변화 양상을 구명하기 위하여 2006년 5월부터 2008년 10월까지 시험을 수행하였다. 시험포장은 경기도 수원시에 소재한 농촌진흥청 국립 식량과학원 환경포장의 인위적으로 조성된 토성별 시험 포장에서 시험을 수행하였다. 토성은 사양토, 양토, 식양토로 조성한 macro plot에서 시험을 수행하였다.
본 과제는 2006년부터 수행되었으며 2005년 가을에 녹비작물 파종을 하지 않았으므로 시험 1년차인 2006년에는 녹비작물의 재배관련 시험성적은 없다. 녹비작물의 재배는 2006년은 가을에 처음 파종하였고 파종 시 강우도 없었고 월동기간 중에도 기후가 온난한 등 기상 조건이 양호하여 2007년 5월의 녹비 생육은 전 토성 혼파구에서 생초로 10a 당 2,000 kg 이상의 생산성을 보였다. 모래의 함량이 많을수록 헤어리베치 생육이 양호한 경향이었고 점토 함량이 다소 높은 곳이 보리의 생육이 좋았다. 즉 점토함량이 높은 곳의 헤어리베치 생육이 저조한 경향이었다. 그러나 녹비보리 단용구는 기상조건이 좋았음에도 불구하고 전 토성 처리에서 10a 당 생초로 860~1,060 kg이며, 질소 생산성도 2.22~2.50 kg이었고 이때의 C/N율도 49.1~54.0으로 벼 재배 이용 시 질소량이 부족할뿐만 아니라 질소기아와 부동화 현상이 일어난 것으로 추정되었다. 시험 3년차는 녹비 파종 전 강우로 파종 당시 토양수분이 높은 등의 영향으로 입모가 좋지 않았고 녹비 생산량도 2년차에 비하여 적었으나 경향은 유사하였다.
또한 녹비보리와 헤어리베치를 혼파 함으로써 녹비생산성 뿐만 아니라 녹비작물 투입 또는 환원시 초기 벼 생육에 문제가 되는 환원장해를 줄일 수 있는 것으로 추정되었다. 시험 2년차에 산화 환원전위를 조사하였는데 사양토와 양토에서 혼파구가 녹비보리 단용구에 비하여 적게 환원되었다. 그리고 벼 재배 시 주로 이용되는 암모니아태질소의 함량도 녹비보리구보다 혼파구에 많이 생산되어 벼 수량에 기여한 것으로 사료되었다.
벼 수량 및 생육의 경우도 비록 관행시비구 보다는 못하지만 녹비보리구보다는 생육과 수량이 좋았다. 특히 2007년에는 사양토의 혼파구가 관행시비구보다 높은 수량을 보였다. 이는 기상조건이 양호할 때는 척박한 토양일지라도 배수가 양호하면 많은 녹비보리를 헤어리베치와 혼파하면 실용적으로 화학비료를 대체할 수 있을 것으로 추정되었다.
4. 보리 환원에 따른 후작물 벼 재배법 개발
보리 환원에 따른 후작물 벼 재배법을 개발하기 위하여 중부지역으로 수원 국립식량과학원 답작 포장과 호남지역 익산의 벼맥류부와 영남지역으로 밀양의 기능성작물부 답작 포장에서 후작물 벼 재배시 녹비보리의 환원시기 및 환원량 구명, 녹비보리 이용시 후작물 벼 의 시비량 구명 시험을 수행한 결과 보리의 생초량은 출수기 2,130 kg/10a, 출수후 10일 2,250 kg/10a, 출수후 20일 2,280 kg/10a 이었고, 보리의 C/N률은 출수기26.3으로 가장 낮고 이후 시간경과에 따라 증가하여 출수후 10일에 38.0 출수후 20일에 42.5로 높아졌으며, 녹비보리의 질소함량은 0.9~1.5%로 출수기 > 출수후 10일 > 출수후 20일 순으로 높았으며 10a당 생산량은 4.3~6.3ka이었으며, 녹비보리 이용시 쌀 품위 및 미질은 표준시비구에 비해 전반적으로 좋은 경향이었으며, 처리 간에 완전립비율은 보리환원시기가 빠를수록, 환원량이 적을수록 좋았고, 식미치는 환원시기가 늦을수록, 환원량이 적을수록 좋았고, 벼 생육 중 메탄발생량은 보리환원량이 많을수록 높게 나타났으며 이앙 후 꾸준히 증가하여 8월27일을 기점으로 낮아졌으며, 녹비보리 환원에 따른 후작물 재배방법은 출수기에서 출수후 10일에 10a당 2톤 환원 후 질소비료를 30% 감비를 할 수 있었다.
5. 보리녹비 투입시 후작물의 병・해충, 잡초 발생 양상 및 현장 실증연구
전량 수입에 의존하고 있는 호밀을 대체할 수 있는 보리를 녹비작물로서의 이용성을 검토하기 위해 2006년 9월부터 2008년 11월까지 2년에 걸쳐 국립식량과학원 답작 포장과, 충남농업기술원, 전남농업기술원, 경북농업기술원 답작포장 등 4개 지역에서 시험을 수행한 결과 녹비보리를 답리작으로 단독 재배할 경우, 비료를 주지 않으면 생육이 부진하여 수원에서 1.9ton/10a, 전남에서 1.6ton/10a 정도로 적정 녹비량을 확보할 수 없었다. 기비로 50% 시용한 충남은 2.8ton/10a, 추비로 50% 시용한 경북은
2.1ton/10a을 생산하였다. 따라서 녹비보리를 재배할 때에는 2.0ton/10a 이상 확보하기 위해 중부, 충남 지역에서는 기비를, 남부지역에서는 기비 혹은 추비를 시용하여야 할 것으로 판단된다.
벼 재배 시 녹비보리를 투입하면 중부지역, 충남지역은 30% 감비에서 적정 쌀수량을 얻을 수 있었고, 전남지역과 경북지역에서는 50%를 감비하면 관행에 비해 수량이 적었으나 통계적 유의성은 없었다. 따라서 녹비보리를 환원하여 벼를 재배하면 충남지역과 중부지역에서는 30%정도, 경북과 전남지역에서는 50%정도 감비가 가능할 것으로 판단된다.
Abstract
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1. Selection of barley cultivars for green manure
To select green manure barley cultivars for replacing entirely-imported ryes, we screened various barley cultivars with superior green manure traits at the experimental fields in Suwon(the Mid-northern region), Yesan(the Mid-southern region), Taeg
1. Selection of barley cultivars for green manure
To select green manure barley cultivars for replacing entirely-imported ryes, we screened various barley cultivars with superior green manure traits at the experimental fields in Suwon(the Mid-northern region), Yesan(the Mid-southern region), Taegu(the South-eastern region) and Naju(the South-western region) from 2006 to 2008. The green manure barleys have to properties with high over wintering rates, below 35 C/N ratio at early and mid May because the decomposition of green manure barley was rapidly progressed after their incorporation into the paddy soil, and yield barley biomass more than 1.5ton/10a. The experimental results revealed that Yeongyang, Sangrok and Paldo barley were proper cultivars for green manure for the Mid-northern region, Yeongyang, Keonkang and Kwangan barley for the Mid-southern region, and Kwangan, Yeongyang, and Keunal barley for the Southeastern and Southwestern region.
2. Rate and velocity of decomposition and nutriental solubilization in incorporating barley into soil
This study was conducted for the two goals to develop the environmental-friendly agricultural technologies; one was to examine the effects of hairy vetch and barley as the green manure crops andthe other was to establish the cropping system that the two green manure crops could be followed by rice cultivation. The amounts and rates of decomposition and nutriental solubilization of hairy vetch and barley as the green manure crops was determined with the certain interval after their incorporation into the paddy and upland soils. The growth responses, uptake of mineral nutrients, yields and components of rice which was cultivated with treating the hairy vetch and barley as green manure were investigated through this experiment.
The obtained results were summarized as follows;
1) The decomposition rates of green manure crops of hairy vetch and barley were much more rapid at the earlier period while it turned slow from 20days after the treatment to 80 days. It were slightly faster in paddy soil than in upland soil at the beginning time until 15 days after the treatment of green manure crops into the soil. However, the decomposition rates were slightly higher in the upland soil than in the paddy soil after that period.
2) The decomposition rates of hairy vetch were much higher than that of barley by 8-11%. Among barley cultivars, Allbori had a little higher decomposition rates than any other cultivars such as Seodunchalbori and Taekangbori.
3) In case of hairy vetch, the number of days taken to reach to the 50% of decomposition rates was quietly lower in paddy field than in upland field. In barley, this number of days was lower in upland soil compared to that in paddy soil. Hairy vetch, the fastest, took 16 days o reach to the 50 % of decomposition rates, while Seodunchalbori tool 20 days.
4) The solubilization rates of N, P, and K from the green manure crops such as vetch and barley incorporated into soils were relatively higher in paddy soil than in upland soil. However, they were slightly higher in upland soil compared to those in paddy soil. Hairy vetch had much higher solubilization rates than that of barley and had little difference among barley cultivars.
5) In Comparing the solubilization rates of mineral nutrients from the green manure crops such as hairy vetch and barley incorporated into soils among three major fertilizers, K was solubilized much more quickly than the others. P was the second and N was the last in the solubilization rates.. The solubilization rate of N was about 70% at 70 days after the treatment, while that of p and k was about 90%.
6) Plant height, tiller number and leaf color were generally improved with treatment of hairy vetch compared with the conventional cultivation. The dry weight of rice at flowering growth stage was higher with hairy vetch compared with the conventional.
7) The uptake and utilization of three major fertilizers were not clearly different between the hairy vetch treatment and the conventional, showing slightly higher in hairy vetch treatment than in the conventional.
8) In comparing the yields and yield components with the treatments, panicle number per hill and spikelet number were a little higher in the hairy vetch treatment than others. 1,000 grain weight was the highest in the conventional compared with others. The yield in the hairy vetch treatment was about 7% higher than that of the conventional. The yield in the barley treatment was quietly lesser than that of the hairy vetch and conventional treatment.
3. Changes of Soil Physical and Chemical Properties in Different Soil Textures by Incorporation of Green Manure Barley
These experiments were conducted to identify the changes of soil physical and chemical properties in different soil textures by incorporation of green manure barley from May 2006 to October 2008. Soil were made up of different types of soil textures, artificial ‘macro plot’ including sandy loam, loam, and clay loam and located at National Institute of Crop Science, Rural Development Administration in Suwon, Kyenggi-do. The results were as follows:
The growth of hairy vetch was good in sandy soil and green manure barley was good in clay loam soil as the mixture. Oxidation-reductional potential was lower in the mixture than in the green manure barley only treatment. The contents of ammonium nitrogen (NH4-N) was higher in the mixture than in the green barley only treatment, which was estimated to make a contribution toward rice yield. So, rice yield was higher at mixture plot than barley only plot. In the first year, there was little difference in soil porosity ratio in the mixture and barley only plot but, in the second and third year, there was the increase of porosity and the decrease of bulk density in both the mixture and the barley only treatment. It was assumed that mixed seeding of green manure barley and hairy vetch and their incorporation into soil rather than external application of green manure cultivation was efficient in improving the physical and chemical properties in soil. The degree of aggregation, an indicator of improvement in soil physical properties, was high in the mixed plot than in the barley only treatment. Hence, we suggested that green manure barley incorporation could be possible through the mixed seeding of hairy vetch and barley for safe and sustainalbe crop production.
4. Development of rice cropping method according to application of green manure barley
To develop the rice cropping method according to application of green manure barley, researches on determining the proper barley application time, proper amount of N-fertilizer application and proper amount of barley application were conducted in the several experimental paddy fields under NICS, located in Suwon(Mid region), Iksan(Westsouthern) and Milyang(Eastsouthern). The results showed that barley biomass was 2.13ton/10a at heading stage, 2.25ton/10a at 10 days after heading stage and 2.28ton/10a at 20 days after heading stage. C/N ratio of barley was 26.3%, the lowest, at heading stage and thereafter it was increased to 38.0% at 10 days after heading stage, 42.5% at 20 days after heading stage. The nitrogen contents of green manure barley was 0.9 1.5%, ~ decreased according to growth duration after heading, so the highest at heading stage, the lowest at 20 days after heading. The N contents of applicated green manure barley was 4.3-6.3㎏/10a. The rice quality and taste was generally enhanced by applying green manure barley compared with the contrast. The perfect kernel ratio increased positively according to early application time and low application amount. The palatability was increased positively according to late application time and low application amount. The methane emission during rice growth and development was increased positively according to high application amount of green manure barley, showing its consistant increment after transplanting, recording its highest at 27th in August and, since then, showing its decrement. The rice cropping method using green manure barley could reduce amount of nitrogen fertilizer needed for rice cropping about 30% by appling green manure barley 2ton/10a between heading stage and 10 days after heading stage.
5. Field test on outbreaks of pests, insects, diseases and weeds in following rice cultivation according to incorporation of green manure barley into soil
To test the availability of green manure barley for replacing the entirely imported green manure rye, the experimental test was conducted in the 4 pad fields at Rice Research Division under NICS in Suwon, Chungnam Agricultural Research and Extension Services, Jeonnam Agricultural Research and Extension Services and Kyengbuk Agricultural Research and Extension Services. The results were reported briefly as follows:
In case of monoculture of green manure barley for cropping after rice harvest, the growth and development of barley was too poor without fertilizers application to ensure adequate green manure biomass, and, for example, biomass of barley in Suwon was 1.9ton/10a and 1.6ton/10a in Jeonnam. Biomass yields in Chungnam was 2.8ton/10a with applying 50% basal fertilization, and 2.1ton/10a in Kyengbuk with 50% additional fertilization.. So it was assumed that basal fertilization should be applied in the Mid and Chungnam region for producing green manure biomass over 2.0ton/10a and basal or additional fertilization should be applied in the Sothern region. With incorporation of green manure barley into soil in rice cultivation, adequate rice yields were obtained wiht 30% reduction of fertilizers in the Mid and Chungnam region and the yields were slightly decreased compared the conventional with 50% reduction of fertilizer in Jeonnam and Kyengbuk region, while statistical significance was not founded. So, it was estimat d that by green manure barley incorporation in rice cultivation, the amount of applied fertilizer was able to reduced by 30% in the Mid and Chungnam region, and 50% in Kyengbuk and Jeonnam region. In the first trial year for green manure barley, tiller and panicle number tended to be reduced slightly and in the second trial year, thiller and panicle number and rice yields were not lowered throughout all the regions. Spikelet number and ripening rates were not reduced for utilizing green manure barley throughout all the regions and 1,000 grain weight wat the same except in Suwon. Mixed seeding of green manure barley and hairy vetch(2kg/10a) without applying chemical fertilizers made it possible to ensure adequate panicle number and rice yields. Because the green manure effect of the mixed seeding with hairy vetch was continued until the following season for barley cultivation, it was estimated that the continued incorporation of green manure could make it possible not to apply chemical fertilizers in cropping rice and green manure barley.
So many insect including honey bees, ladybugs, regarded as a natural enemy, Hemiptera etc. came together in heading and flowering stage of winter green manure crops.
Coefficient of permeability(cm/day) in incorporation of green manure barley was higher compared with the conventional cultivation. So, it was estimated that water consumption was increased in following rice cultivation after green manure barley incorporation into soil.
The outbreaks of biennial weed 'short awn', Alopecurus aequalis, and summer weeds were increased im green manure barley cultivation, but its effect was negligible for rice growth and development. Weed communities were being varied throughout all the 4 regions. So, it was estimated that long-term preparation fot that was required, and pricise investigation was needed especiallu for environment-friendly rice production.
Disease outbreaks didn't make any differences in Chungnam and Kyengbuk region compared with the conventional, but sheath blight outbroke significantly more than the conventional although it took no effect on rice yields. So, iong-term preparation for sheath blightg as well as weeds was required. In case of insects, Cnaphalocrocis medinalis outbroke slightly more in the Mid and Chungnam region than the coventional, but there was mo difference in Jeonnam and Kyengbuk region. Other insects diseases were the same as usual throughout all the 4 regions.
According to business analysis, green manure barley incorporation was mere profitable than rye incorporation in Chungnam and Kyengbuk region while the advantage of barley incorporation was negligible in Jeongnam region. So, it was estimated that green manure barley can replace rye for its economical advantage according to its high fertilization efficiency although the seed cost of barley was higher than that of rye.
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