• 재료 및 방법
• 1. 시험장소 및 과원특성
• 2. 실험처리
• 3. 분석방법
• 결과 및 고찰
• 사사

배 과수원의 표준 시비량(10~14년생 수령)은 질소-인산-칼륨이 각각 10-2-7kg/10a 으로 그 중 밑거름은 낙엽기부터 휴면 기중에 시용되는 비료로 질소는 연간 시비량의 50~70%, 인산은 100%, 칼륨은 50~60%를 시용하고 나머지는 웃거름으로 시용한다(Environmental-Friendly Agriculture Research Center, 2010). 배 재배 면적은 17,090 ha이고 생산량은 418,368 ton으로 과수에서 사과와 감귤 다음으로 많은 작목이다(KREI, 2009). 전남지역의 배 친환경 인증 농가 수는 1,211 농가로 그 수가 급격한 증가 추세에 있으나 대부분이 저농약 단계에 머물러 있다. 이러한 이유는 아직 유기재배에 알맞은 시비관리 체계와 화학비료와 합성농약 대체 기술이 정립되어 있지 않기 때문으로 사료된다. 일반적으로 배 과수원에서 유기질비료는 화학비료에 비해 각종 미량원소 등이 풍부해서 양분 공급 효과(Ju & Im, 2004)가 크지만, 과다한 축분퇴비시용 등은 토양 내로의 질산태질소나 인산 또는 중금속의 축적 등과 같은 문제를 일으킬 수 있으므로 적절한 유기질 양분시용에 대한 주의가 필요하다(Chung & Lee, 2008).

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독일의 유기농법은 토양비옥도를 유지증진시키기 위하여 화학적으로 합성된 화학비료를 사용하지 않고 녹비작물 특히 클로버와 같은 사료작물을 작부방식에서 30%의 비중을 두어 재배하고 있다(Chang & Sohn, 1999). 미국 캘리포니아지역 과수원의 피복작물 재배 농가 중 69%가 동계 피복작물을 재배하는데 이용목적은 수체생장을 위한 질소성분을 얻기 위함이다(Song, 2001). 미국 남부지역 사과과원의 초생실험에서 일반방임초생도 3년차에 적절한 무기성분을 토양 내로 환원시켜서 건전한 수체생장과 광합성 증가에 영향을 미쳤음을 알 수 있었다(Choi et al., 2011a; Choi et al., 2011b).

질소공급이 좋은 헤어리베치와 토양물리성 개선에 효과적인 호밀의 혼용은 배과수원의 토양환경을 개선하여 수체생장과 과실품질 향상에 효과적일 수 있다. 이전 실험에서 가을용 녹비작물인 호밀과 헤어리베치를 시기별(9월중순, 10월중순, 11월중순, 12월중순)로 단용 시비하였을 때 파종시기가 빠를수록 양분공급량에 효과적인 것으로 확인되었다(Lim et al., 2011). 따라서 가장 효과적인 파종시기인 10월 초에 이러한 녹비작물을 혼용 처리하였을 때 양분공급량과 배나무 생육에 어떠한 영향을 미치는 지에 대한 연구가 요구되고 있다. 

본 연구는 ‘신고’ 배 과수원에 화학비료 대체를 위한 녹비작물로서 호밀과 헤어리베치를 파종하였을 때 토양에 무기성분 환원량을 추정하고 이에 따른 수체생장에 미치는 영향을 구명하고자 수행되었다. 

재료 및 방법

1. 시험장소 및 과원특성

본 연구는 전남 보성의 독농가에서 2004년에 유기농으로 인증된 과원에서 수행하였다. 호밀과 헤어리베치의 파종시기에 따른 녹비작물의 생육과 양분공급량에 미치는 영향(Lim et al., 2011)에 관한 연구와 연계되는 시험으로 수령은 10~12년생의 덕식수형인 67 m ‘신고’ (Pyrus pyriforia L.) 배나무를 이용하였고 수관하부는 자연 방임초생으로 잡초를 관리하였다. 표토의 토성은 양토이고 심토는 식양질로 자갈함량이 적은 과원이었다. 녹비작물 수확전(2008년 4월) 평균 토양 pH는 5.8, 유기물함량은 4.5%, 전질소는 0.26%, 인산은 268mg/kg, 칼륨은 1.7 cmol⁺/kg, 칼슘은 6.0 cmol⁺/kg, 마그네슘은 3.3 cmol⁺/kg으로 관찰되었다. 실험 수행 연도인 2008년에 강수량은 960mm이고 평균 기온은 14.5°C로 평년 평균(강수량, 1,450mm; 기온, 12.6°C)보다 다소 고온건조 하였다.

2. 실험처리

처리내용은 녹비작물 파종방법에 따라서 네 가지로 나누었으며, 1) 방임초생(대조구), 2) 호밀(16kg/10a) 단파, 3) 헤어리베치(5 kg/10 a) 단파, 4) 호밀(6.4 kg/10 a) +헤어리베치(3.0 kg/ 10 a) 혼파로 나누어서 2007년 10월 15일에 처리하였다. 처리는 1주 1반복으로 완전임의 배치법 5반복으로 처리하였다. 2008년 4월 21일에 녹비작물을 단위면적당(m²) 수확해서 신선중과 건물중을 측정하였다. 녹비작물 수확시 로타리로 경운하여 잔사를 환원 하지 않고 그대로 지표면 위에 두어서 자연고사시켰다. 녹비작물 양분급원으로 모든 처리구에 유기질쌀겨(250kg/10a)를 매년 봄철에 시용하였고 쌀겨의 전질소 농도는 2.1%, 인산은 3.8%, 칼륨은 1.4%로 조사되었다.

3. 분석방법

채취한 녹비작물을 비 이온성 세제로 세척한 후 무기성분을 분석하였다. 세척 된 녹비작물을 70°C의 온풍 건조기에서 3일간 건조시킨 후 마쇄하여 토양 및 식물체 분석법(RDA, 2000)에 준하여 식물체내 무기성분을 조사하였다. 전질소는 황산으로 분해 후 Kieldahl법으로, 인산은 ammonium metavandate 비색법에 의해서 정량하였다. 칼륨은 ternary 용액(HNO₃ : H₂SO₄:HClO₄, 10 : 1 : 4, v/v/v)을 이용하여 열판에서 가열 분해한 후 Inductively Coupled Plasma Atomic Emission Spectrometer(ICP-AES, PU 9000, Pye-Unicam Ltd., Cambridge, England)로 측정하였다. 

토양물리성은 수관하부 주간으로부터 1.5m 떨어진 곳(10cm깊이)에서 soil core(용량 100mL)로 채취한 토양을 이용하였다. 배나무 잎은 Westwood(1993) 방법에 따라 5월27일과 7월1일에 당해 연도에 자란 신초들에서 중간 정도의 위치에 있는 잎을 주당 50매 정도를 임의로 채취하였다. 수확한 잎은 실험실내 온풍건조기(70°C)에서 3일간 건조시켰다. 건조 후 무기성분은 앞에서 언급한 식물체 분석법에 따라 분석하였다.

수확한 과실은 전자저울(AR-2130, USA)로 신선중을 측정하고, 가용성 고형물 함량은 굴절 당도계(Refractrometer, Atago, Japan)로 과실에서 착즙한 과즙을 측정하였다. 과실 경도는 과실 중간 부위 면에서 과피를 제거한 후 과실경도계(TAXT2, Texture technologies Corp., Scarsdale, NY, USA)로 측정하였다. 과피색은 과실 색차계(Minolta CR-300, Japan)로 측정하여 Hunter value L^*, a^*, b^* 값으로 표시하였다(L^*, 과실의 밝기; a^*와 b^*, 각각 과실의 적색과 황색의 정도). 

결과 및 고찰

호밀의 생육은 호밀 단파 또는 혼파처리에 따라 초장과 엽수는 별다른 차이는 없었지만 줄기 수는 호밀 단파처리(844개/m2)가 혼파처리(519개/m²)보다 더 많았다(Table 1). 헤어리베치의 경우는 헤어리베치 단파로 처리하였을 때 초장과 엽수는 혼파처리 보다는 적었지만 줄기 수는 오히려 증가하였다. 이러한 생육의 차이는 건물중의 차이로 이어졌는데, 호밀 단파처리는 811 kg/10 a의 건물중을, 헤어리베치 단파는 239 kg/ 10 a의 건물중을 나타내었고, 이들은 각각의 혼파처리(856 kg/ 10 a)보다 모두 낮았다(Table 2). 이러한 이유는 헤어리베치 생육형태로 유추해볼 수 있는데, 지표면 위에서의 생장에 그치과로 사료된다. 하지만 방임초생은 두 초종의 혼파 처리보다는 2.4배 낮은 건물중을 보였다.

Table 1. Growth characteristics by mix- and single-seeding of rye and hairy vetch.

Table 2. Dry weight as affected by mix- and single-seeding of rye and hairy vetch.

초종별 전질소(T-N) 농도는 녹비 파종방법(단파/혼파)에 따라서 별다른 차이가 없었는데, 호밀의 전질소 농도는 호밀 단파처리에서 0.9%로 혼파처리(1.1%) 보다는 낮았고 헤어리베치는 헤어리베치 단파처리(3.9%)가 혼파(3.6%) 보다는 다소 높은 경향을 나타내었다(Table 3). 헤어리베치는 질소고정 초종으로서 질소 농도가 일반적으로 높고(Seo & Lee, 2005; Lim et al., 2011), 호밀은 단위 면적당 건물중을 증가시켜서 질소농도가 다소 낮게 나타난 것으로 추정되기도(Faust, 1989)하나, 호밀의 식물특성(화본과 작물로 낮은 무기성분 농도) 자체에 기인한 것으로 판단된다. 질소 환원량은 녹비 파종처리가 방임 초생보다 모두 높았으며, 두 녹비작물의 혼파가 13.9kg/10a를 토양에 환원시킴으로서 관행대비 2.1배 높게 나타났다. 

Table 3. N concentration and estimated N production as affected by mix- and single-seeding of rye and hairy vetch.

파종방법에 따른 초종별 인산(P)농도는 별다른 차이가 없었으며 호밀이 헤어리베치 보다 낮은 인산농도를 나타내었다(Table 4). 인산 환원량은 호밀 단파 또는 혼파 처리에서 각각 5.9와 6.1 kg/10a로 높게 나타났다. 헤어리베치 단파처리(2.9 kg/10a)는 방임 초생재배(3.9 kg/10a)보다 오히려 낮은 인산 환원량을 나타내었는데 이는 일반 자연초종과 비교하여 낮은 건물중과 비슷한 인산농도를 나타내었기 때문이다. 녹비작물의 칼륨(K) 농도는 전질소와 인산과 마찬가지로 파종방법에 상관없이 헤어리베치가 호밀보다 높았다(Table 5). 칼륨 환원량은 혼파처리에서 22.8 kg/10a으로 가장 높았고, 인산 환원량이 가장 낮았던 헤어리베치 단파가 9.5 kg/10a로 역시 낮게 나타났다.

Table 4. P concentration and estimated P production as affected by mix- and single-seeding of rye and hairy vetch.

Table 5. K concentration and estimated K production as affected by mix- and single-seeding of rye and hairy vetch.

방임 초생재배구는 토양 용적밀도(1.34Mg/m³)와 고상(51%)이 높아서 공극율(49%)이 낮은 것으로 관찰되었다(Table 6). 호밀은 주당 600 km에 이르는 근모를 가지고 있어서 토양물리성 개선에 효과적인 것으로 알려져 있는데(Faust, 1989), 본 시험에서는 헤어리베치와 비슷한 물리성 개선 효과가 관찰되었다. 두 초종의 단파처리는 혼파처리보다 낮은 용적밀도와 높은 공극률을 나타내었다. Faust(1989)는 시비량이 증가하면 지상부 생장을 증가시켜 뿌리 생장을 억제한다고 하였는데, 지상부 생육을 증가시킨 혼파처리가 뿌리 생장을 상대적으로 감소시켜 토양 물리성을 크게 증진 시키지 못하였던 것으로 추정된다. 본 실험에서는 녹비작물의 지하부 생육을 확인하지 못하였는데, 앞으로 이에 대한 검증이 필요할 것으로 판단된다. 또한 두 초종간의 뿌리의 타감작용(allelopathy)은 지하부 생육을 감소시켜(Faust, 1989) 토양 물리성에 영향을 미쳤을 것으로 추정되지만 이에 대한 과학적 검증 또한 요구된다. 

Table 6. Soil physical properties as affected by mix- and single-seeding of rye and hairy vetch.

5월의 배나무 잎의 질소 농도는 방임 초생재배와 헤어리베치 구에서 높았으며 인산은 처리 간에 별다른 차이가 없었다(Table 7). 봄철에 호밀과 혼파처리는 토양내 물과 양분흡수를 증가시켜 높은 건물중을 생산함으로써(Table 2) 상대적으로 토양내 적은 양의 양분이용도에 따른 배나무 잎의 농도감소로 추정된다. 칼륨은 녹비작물 혼파처리(1.39%)에서 높게 나타났다, 7월의 엽분석에서는 질소와 칼륨 농도는 처리 간에 별다른 차이가 없었고 인산은 방임 초생재배구에서 가장 높았다. 기존에 보고된 관행재배 된 배나무 잎의 시기별 무기성분 이동에서 재배 초기(4~5월)에 질소와 인산 그리고 칼륨 농도는 재배 후기(7~8월) 보다 높았는데(Buwalda & Meekings, 1990), 이는 질소, 인산, 칼륨이 식물체내에서 이동성이 매우 빠르게 대사작용이 왕성한 곳(어린잎이나 생장분열조직)으로 이동하는 원소이기 때문이다(Faust, 1989). 따라서 재배 후기에는 그러한 무기성분 농도가 감소한 것으로 알려졌다. 이러한 다량원소의 식물체내 이동성은 유기재배 된 사과 과수원에서도 비슷한 경향이 나타났다(Choi et al., 2011a; Choi et al., 2011c). 하지만 본 실험에서는 5월 27일에 채취한 잎의 질소 농도가 7월 1일에 채취한 잎보다 낮게 관찰되었다. 그러한 이유는 명확하지 않지만, 다만 4월 하순에 예초된 초생이 토양 환원 후에 부숙이 진행되고 나서 무기태질소가 서서히 배나무로 흡수 되어 7월에 배나무 잎의 질소 농도 증가에 기여했을 것으로 추정된다.

Table 7. Foliar N, P, and K concentrations in pear trees as affected by mix- and single-seeding of rye and hairy vetch.

과실 품질은 초생처리 간에 별다른 차이가 관찰되지 않았다(Table 8). 이러한 차이가 녹비작물 처리에 따른 것인지, 환경요인이 작용하였는지를 판단하기 위해서는 보다 더 장기간(multiple year) 시험이 요구된다. 과실무게와 당도 및 경도는 기존에 알려진 ‘신고’ 배와 유사하였다. 하지만 과실 특성은 앞에서 언급한 바와 같이 전년도의 관리상태에 따라 영향이 크게 달라짐으로 당년에 판단하는 것은 다소 무리가 있으므로 최소한 3년 이상의 연구가 필요할 것으로 판단되었다.

Table 8. Fruit quality of pear trees as affected by mix- and single-seeding of rye and hairy vetch.

뉴질랜드 사과 과원에서 보고된 자료에 의하면 식물체 잔사를 토양 표토 내부에 묻고 3개월 후 잔사의 건물중과 질소농도를 측정하였을 때 대부분의 무기태 질소는 토양 내부로 공급되고 20% 이하만 잔사로 남아있었다(Tutua et al., 2002). 이와는 반대로 토양 위에 잔존해 있는 식물체 잔사에는 건물중과 질소농도는 약 50% 정도가 분해되지 않고 남아있었다(Tutua et al., 2002; Tagliavini et al., 2007). 본 실험에 이용된 녹비작물은 수확 후에 경운을 하지 않았기 때문에 10~12년생 ‘신고’ 배나무가 필요로 하는 질소와 인산과 칼륨(각각 10, 2, 7 kg/10a, Environmental-Friendly Agriculture Research Center, 2010)은 각각 15, 3, 10kg/10a를 대략 필요로 하므로 혼파처리가 무기성분 요구도에 가장 근접한 것으로 관찰되었다. 또한 wet + dry deposition에 의한 추가적인 질소공급을 고려하면 혼파처리는 배나무 질소 요구도를 충족시켰던 것으로 판단되었다. 따라서 녹비작물을 수확 후에 경운 처리를 해주면 호밀과 헤어리베치 단파처리도 배나무가 흡수하기에 적당한 질소를 토양에 환원해 주는 효과가 있을 것으로 사료된다. 하지만 본 실험에서 관찰된 환원가능량을 예측한 결과는 유기농을 위하여 필요한 연구이지만 수목에 미치는 양분시험은 장기간의 시험 및 조사로 결정되어야 하는데 1년의 결과로 결론을 내리는 것은 한계가 있으므로 이에 따른 장기 연용의 연구가 필요할 것으로 판단된다.

사사

본 연구는 국립원예특작과학원 배시험장과 전라남도농업기술원 과제 지원으로 수행되었습니다. 또한 국립농업과학원 유기농업과 농업과학기술 연구개발사업(과제번호 : 006847032011)지원에도 감사드립니다.