• 재료 및 방법
• 1. 시험장소 및 처리내용
• 2. 시험재료의 화학적 특성 및 양분공급량
• 분석내용
• 통계분석
• 결과 및 고찰
• 1. 유기질비료의 무기화율
• 2. 토양화학성 변화
• 3. 벼 생육 및 수량성
• 사 사

1990년 이후 유럽 및 북미 선진국에서의 친환경 농산물생산량은 식품안전성 추구 및 환경오염문제 해결 방안의 일환으로 꾸준히 증가하고 있으며(Lotter, 2003), 최근 국내에서도 1998년 친환경 농업육성법이 제정되어 수량 중심의 농업생산에서 환경과 품질을 중시하는 추세를 보이고 있다. 국내 벼 유기재배를 하는 데 있어서 토양양분관리는 화학비료를 대체하는 수단으로 녹비작물이나 퇴비, 유기질비료 같은 유기성비료를 이용하여 화학비료를 대체하면서 작물의 생산에 필요한 양분을 공급하고 있다. 그러나 녹비작물을 활용한 작물 재배법은 종자수급, 녹비의 적정 환원량, 기상조건에 따른 녹비 생산량 변화 등과 같은 문제 때문에 유기벼재배 표준재배법으로 이용하기에는 한계가 있다(Environmental-Friendly Agriculture Research Center, 2010). 또한 유기질비료나 녹비를 논토양에 시비할 경우 유기질비료 내의 탄소와 질소비(탄질비)에 따라서 벼 수량에 유의적인 영향을 미친다는 보고(Jeong et al., 2001; Yeon et al., 2007)가 있어왔지만 질소와 유기물의 시기별 동태 등에 관한 확인도 필요하다.

녹비작물에 의존하여 양분관리를 시도하는 친환경농업 실천 농가에서는 경우에 따라 녹비종자의 수급불균형으로 인한 종자가격 상승 등의 문제점이 야기될 소지가 상존한다. 따라서 이를 대체할 적극적인 방안이 모색되어야 할 것으로 사료되는바, 본 연구에서는 벼 재배지에서 유박을 주성분으로 하여 제조한 유기질비료와 동· 식물성 유기성 비료를 혼합하여 제조한 혼합유기질비료의 효과를 분석하여 화학비료 대체 가능성을 검토하고자 수행하였다.

재료 및 방법

1. 시험장소 및 처리내용

벼 유기재배 시 유기질비료를 이용한 토양 양분관리의 가능성을 검토하기 위하여 2008년부터 2010년까지 3년간에 걸쳐서 전라남도농업기술원 시험포장(양토)에서 수행하였다. 2008, 2009년, 2010년의 평균온도는 각각 14.6°C, 14.6°C, 14.2°C이었으며 평균 강수량은 1,007 mm, 1,204 mm, 1,573 mm 이었다(KMA, 2011).

시험품종은 ‘동진1호’를 이용하였다. 처리는 전남지역 벼 유기농가에서 양분공급원으로 많이 이용하는 유기질비료(피마자박 45%, 미강유박 25%, 채종유박 22%, 야자유박 8%)를 Organic fertilizer(이하 OF I) 으로 하였다. 또한 식물성 성분이 많이 함유된 비료(쌀겨팰렛, OF II), 동물성 성분이 많이 함유된 비료(유박에 생선가공부산물이 혼합된 자재, OF III), 그리고 동물성(40%)과 식물성(60%)이 혼합된 비료(OF IV)를 포함하였다. 본 시험에 앞서 수행된 연구는 동일한 유기질비료로 표층시비에 의해 논토양 특성을 비교하였는데 (Kim et al.,), 본 시험에는 벼 이앙 전 유기질비료를 토양에 처리하고 경운하는 전층시비 방법을 따랐으며 전남대학교 친환경농업연구사업단에서 제시한 벼 유기재배 매뉴얼(Environmental-Friendly Agriculture Research Center, 2010)에 준하여 재배하였다. 벼 재식밀도는 30 × 14cm이었고 시비량은 모든 유기질 비료를 질소 9 kg/ha 해당량으로 맞추어 전량 기비로 시비하였고, 이앙일은 2010년 6월 8일, 수확일은 10월 19일이었다. 시험구 면적은 68 m²로 하였고, 시험구 배치는 처리당 3반복 난괴법으로 하였다.

2. 시험재료의 화학적 특성 및 양분공급량

유기자재의 무기성분 분석을 위해서 시료를 60°C에서 건조 후 마쇄하여 농촌진흥청 국립농업과학원 토양 및 식물체 분석법(NAAS, 2011)에 따라 산 가수분해를 실시하여 무기성분을 분석하였다.

시험재료의 화학적인 특성을 표 1에서 살펴보면 동물성 성분이 많이 함유된 OF III는 전질소 농도가 5.84%로 가장 높고, OF I(전남지역 농가에서 많이 이용되는 수도용 유기질비료, 4.49%), OF IV(동물성과 식물성 성분이 혼합, 3.84%), 식물성 성분이 많은 OF II(2.87%) 순으로 나타났다. 질소농도가 높았던 OF I과 III가 분해정도를 감안할 수 있는 탄질율(Gale et al., 2006)이 각각 4.9, 5.7로 가장 낮았고 OF II와 IV가 15.4와 10.9를 나타내었다. 모든 처리간에 시비량을 질소량 9 kg/ha로 맞추어서 시비를 하였기 때문에 유기질비료의 무기성분 함량의 차이에 따라 투입되는 무기성분 양은 다르게 나타났다(Table 1). OF II는 인산과 칼륨 함량이 가장 높았다.

Table 1. Nutrient concentrations and applied nutrient contents in raw materials of organic nutrient source in 2010.

분석내용

토양 화학성 조사는 벼 수확 후에 토양 0-20 cm 깊이에서 채취하고 풍건시켜 2 mm체를 통과시킨 다음, 농촌진흥청 국립농업과학원 토양 및 식물체 분석법(NAAS, 2011)에 따라 무기성분을 분석하였다. 전질소는 CN 분석기를 이용하였고 (Variomax CN, ELEMENTAR, Germany), 유효인산은 Lancaster법, 칼륨, 칼슘, 마그네슘, 규소 이온은 1M-ammonium acetate로 침출 후 ICP(Inductively Coupled Plasma Atomic Emission Spectrometer, Pye-unicam PU 9000, England)로 정량 하였다. 토양 중 질소 무기화율 조사는 잘 건조된 시험재료를 30 g 씩 15 × 15 cm 비닐팩에 넣어서 시험포장에 10 cm 깊이로 매설한 후 5, 10, 20, 40, 60, 80, 100일차에 꺼내어 전질소함량을 분석하였다. 시험재료의 무기화율은 다음 식에 의해서 계산되었다.

질소 무기화율(%) =[초기 유기질비료 전질소함량−관찰 일에 유기질비료 전질소함량/초기 유기질비료 전질소함량] × 100 

벼는 수확기인 2010년 10월 9일에 초장을 측정하고 수량 및 수량 구성요소를 조사하였다. 

통계분석

자료분석은 SPSS 통계분석을 이용하여 분산분석 하였고, 평균간 유의차 검증은 Duncan’s multiple range test로 95% 수준에서 분석하였다. 

결과 및 고찰

1. 유기질비료의 무기화율

본 시험에서 이용한 유기질비료별 토양 중의 질소 무기화율을 Fig. 1에 표시하였다. 투입 초기에 급격한 분해가 시작되어 그 이후 완만한 분해속도를 유지하는 것으로 나타났으며, OF I과 III가 무기화율이 빠르게 진행되었다. 일일 무기화율은 전조사기간 중 꾸준히 높게 나타난 OF I과 III이 각각 5.1%와 4.3%로 OF II와 IV의 3% 보다 통계적인 유의성이 높게 관찰되었다(Fig. 2). 이와 같은 결과는 분해속도를 예측해볼 수 있는 지표인 탄질율(Gale et al., 2006)이 식물성비료(OF II)와 혼합비료(OF IV)에서 높았기 때문인 것으로 판단된다.

Fig. 1. N-mineralization of raw materials from nutrient sources at 0, 5, 10, 20, 40, 60, 80, and 100 days after treatments in 2010 (***Significantly different means among organic nutrient sources for days after treatment at P < 0.001).

Fig. 2. Daily N-mineralization of raw materials from nutrient sources in 2010. Different letters above bars indicate significant difference between treatments as determined by Duncan's multiple range test at P < 0.05.

토양 중의 유기질비료 처리에 따른 전질소 농도에서 OF I과 III은 처리초기에는 다소 높게 유지되다가 처리 5일 후에 급격하게 떨어지지만 후기로 갈수록 일정한 수준을 유지하는 경향이었다(Fig. 3). 처리된 유기질비료별로는 OF III >IV>II>I의 순으로 높았다. 유기질비료별 질소는 동일량을 처리하였고, 토양도 동일한 토양에 처리하였는데 처리 0일째(2010년)에 전질소 함량이 OF III과 OF II간의 약 0.05% 차이를 나타낸 것은 2008년과 2009년 2년간 유기질비료를 시비한 결과에 따른 것으로 판단된다. 유기물함량은 시기에 상관없이 대체적으로 완만한 수준을 유지하는 경향을 보였으며 유기질비료별로는 OF II>IV>III>I의 순이었다(Fig. 3). 이와 같은 결과는 동일한 질소 투입량에 따라 투입되는 탄소량의 차이가 발생하였고, 각각의 시험재료의 탄질율의 차이로 인하여 토양 중에서 분해 속도가 다르게 나타났기 때문으로 판단된다.

Fig. 3. Total N and organic matter at a depth of 0-20 cm in a rice field at days after treatments in 2010 (***Significantly different means among organic nutrient sources for days after treatment at P < 0.001).

2. 토양화학성 변화

토양 pH와 EC에 있어서 처리구 간의 차이가 관찰되었지만 벼를 재배하는데 있어서 적합한 양분 범위의 수치를 나타내었다(RDA, 2011)(Table 2). 다만 본 시험에서 분석된 토양은 벼 재배 수확 후에 채취되었으므로, 수확 이후 휴경지로 두었을 경우 적정 양분 범위 보다 낮게 나타난 것이 지하수로의 잠재적인 양분용탈을 억제할 것으로 판단되었다. 토양의 염류 상태를 나타내는 지표인 EC는 모든 유기질비료 시험구에서 염류집적(>4.0 dS/m)을 일으키지 않는 것이 확인되었다. 유기물함량과 칼륨, 칼슘, 마그네슘 그리고 양이온 치환용량은 OF II와 IV에서 OF I과 III보다 높게 나타났다. 유효인산 농도는 모든 처리구에서 적정요구량 보다 절반가까이 낮은 농도를 나타내어서 개선이 필요할 것으로 사료되었다.

Table 2. Soil chemical properties at 0-20 cm depth in a rice field after harvest as affected by nutrient sources in 2010.

3. 벼 생육 및 수량성

유기질비료 처리별 수량구성요소 중 초장과 등숙율 그리고 수량과 완전립은 처리구에 따라 다소 차이는 있었지만 통계적으로 유의적인 차이가 관찰되지 않았다(P > 0.05) (Table 3). 이와 같은 결과는 녹비작물을 이용하여 벼를 유기재배 하기 곤란할 경우 여러 가지 유기질 비료를 활용하여 양분관리를 할 수 있을 것으로 판단된다. 완전미율은 쌀의 외관특성을 결정짓는 주 요인으로 질소시비량이 많을수록 낮아진다고 하였는데(Nam et al., 2005), 본 시험에서는 질소시비량을 동일하게 하였기 때문에 통계적으로 유의적인 차이가 관찰되지 않았다.

Table 3. Growth characteristics, yield, and head of rice at harvesting as affected by nutrient sources in 2010.

이상의 결과에 따라 전남지역에서 유통되고 있는 OF I과 비교하여 식물성이나 동물성 유기질비료는 탄질율에 차이는 있었지만 시험에 사용된 유기질비료의 탄질율이 20 이하로 전층 시비를 할 경우에도 토양 내에 무기성분 공급이 양호하였고 이에 따른 수량차이는 없었던 것으로 판단되었다. 이는 이전의 연구결과인 동일한 유기질 비료를 표층 시비를 하였을 때와 비슷한 결과가 관찰되었다(Kim et al., 2011).

하지만 현재 이용되고 있는 녹비작물이나 탄질율이 높은 유기질비료 시비 또는 답전윤환 등과 같이 보다 다양한 유기질비료를 이용하거나 재배 방법의 차이에 따른 양분 공급효과를 구명하는 등의 연구가 필요할 것으로 판단된다. 

사 사

본 연구는 전라남도 농업기술원의 지원을 받아서 수행되었으며, 또한 국립농업과학원 농업과학기술 연구개발사업(과제번호: 006847032011)의 지원에 의해 수행되었다.