• 재료 및 방법
• 결과 및 고찰
• 출현율 및 초기 생육차이
• 토양 수분 함량
• 잡초 발생량
• 생육 및 수량 비교
• 적요
• 사사

우리나라에서는 년간 42.8백만 톤(2011년)의 가축분뇨가 발생되고 있다. 이 중 약 87%인 40.3백만 톤이 퇴비, 액비로 자원화 되고 있으며, 9%인 4.2백만 톤은 정화처리 후 방류되고, 나머지 1.1백만 톤이 해양에 투기되어 왔다. 그러나 가축분뇨 해양 투기는 2012년부터는 폐기물 배출에 의한 해양오염 방지에 관한 국제조약(런던의정서)이 발효됨에 따라 전면 금지되고 있다. 이에 따라 가축분뇨의 해양 투기 양을 줄이는 방안으로 가축분뇨 자원화율을 높이기 위한 많은 노력이 경주되고 있으나, 현실적으로는 맥류재배 시의 가축분뇨를 이용한 연구마저도 매우 저조한 실정이다(Lee  et al., 2011).

 가축분뇨의 토양 시용은 작물의 영양공급 뿐만 아니라 토양에 유기물을 공급하여 지력을 증진시키며, 한발 시 수분을 공급하여 작물의 생육을 안정화할 수 있는 유용한 방법이다. 또한 경종농가에서 가축분뇨 액비를 시용하여 화학비료를 대용하면 농가소득증대에 기여할 수 있고, 축산농가에서는 가축분뇨를 적절히 처리할 수 있기 때문에 자원순환 농업에도 크게 기여할 수 있다. 현재 액비를 살포할 때는 대부분 포장바깥쪽에서 펌프를 이용하여 공중살포를 하거나, 직접 액비수송용 차의 뒷부분을 살수차로 개조하여 포장 내에서 이동하면서 살포를 하고 있는 실정이다.

 최근의 연구결과에 따르면 가축분뇨는 살포 후 6~12시간 이내에 총 암모니아의 약 30 ~ 70%가 휘산 된다고 하였다(Sommer & Hutchings, 1995; Meisinger & Jokela, 2000). 가축분뇨 살포방법 별 암모니아 휘산량을 측정한 결과 토양표면에 살포한 것에 비하여 쉘로우 인젝션(Shallow injection)은 57%, 트레일링  슈(trailing shoe)는 43%,  그리고  밴드스프레드(band spread)의 경우 39%의 암모니아 휘산량 감소 효과가 있다고하였다(Smith  et al., 2000). 즉 가축분뇨를 살포한 후 즉시 흙으로 덮거나(로터리경운), 토양 속으로 투입하는 지중살포를 하지 않으면 대부분의 암모니아가 휘산 되어 가축분뇨의 비료효과가 저하하게 된다. 이에 따라 농경지 가축분뇨 시용은 토양분석 후 가축분뇨 시비매뉴얼에 따른 시용량을 처리하면 암모니아 휘산으로 인한 시용효과가 낮기 때문에 일반 처리 기준보다 높게 처리하고 있는 실정이다. 최근 국내에서는 액비를 지중으로 살포하는 지중살포기가 개발되어 새로운 시도를 적용하고 있으나 아직까지 농가에 많이 보급되어 있지 않는 실정이다(Choe  et al., 2005).

무경운 답에서 월동잡초인 뚝새풀은 월년생 화본과 식물로서 1960~1970년대에는 보리와 밀 재배지에서 가장 우점도가 높은 잡초(Guh & Park, 1978)로서, 답리작에서 맥류 재배 시 가장 피해가 큰 잡초이었다(Im  et al., 1998). 뚝새풀은 월동 후 벼 이앙시기에 고사되어 지중에 남은 후 유기물공급원 등으로 이용되기도 하지만, 맥류 재배 시기에는 맥류의 생육시기와 일치하여 경합을 함으로써 맥류생육에 큰 영향을 미친다(Kang  et al., 1996; Chae  et al., 1998). 최근에 맥류 작물의 사료로서의 이용을 위한 맥류재배가 확대되고 있는 재배지에서는 수량 증대를 위한 가축분뇨의 시용 방안 수립이 요구되고 있다. 사료맥류 재배 시 가축분뇨 액비 이용은 대부분 벼수확 후 액비를 처리하고 경운하지 않은 상태에서 맥류 종자를 파종 한 후 골 형성 복토로 재배를 하게 되므로 많은 잡초가 발생하는 조건이 되지만, 현실적으로는 많은 농가가 경제적인 이유로 제초제 살포 등에 의한 방제 노력을 하지 않고 있는 실정이다. 따라서 본 시험에서는 가축분뇨 액비 중 주로 사용되는 돈분뇨를 시용 후 로터리 경운을 통하여 액비의 비료효과를 증진시켜 사료작물 생육에 끼치는 영향과 맥류 재배시 우점잡초인 뚝새풀의 발생정도를 조사하였다.

재료 및 방법

 전라북도 익산시 오산면 신지리에 위치한 답작포장(토양통-전북통)에 2010년 10월 24일에 돈분뇨 액비를 청보리 질소시 비량에 맞추어 살포(14 kg 10 a⁻¹ 수준)하고 액비가 토양과 균일하게 섞이도록 경운로터리작업을 하였으며, 시험구는 액비시용 후 경운로터리, 무경운과 화학비료 시용 후 경운로터리, 무경운으로 처리하였다. 다음날인 10월 25일에 사료작물로서 청보리(품종:영양), 호밀(품종:곡우), 트리티케일(품종:신영), 이탈리안라이그라스(IRG, 품종:페서럴플러스)을 파종하고 1.5 m 간격으로 복토하였다. 시비 1일 후 토양표면으로부터 10 cm의 토양을 채취하여 건토중량법에 따른 중량수분함량을 측정하였다. 각 시험구의 크기는 500m² (5 m × 100 m)이었고, 시험구배치는 난괴법 3반복으로 하였다. 파종량은 청보리, 호밀 및 트리티케일은 각각 22 kg 10a^-1, 그리고 IRG는 5 kg 10a^-1을 기준으로 산파하였다.

식물체  생육은  각각  초기(파종  후 15일),  분얼기(파종  후 112일),  수확기(호밀은  파종  후 188일,  청보리,  트리티케일, IRG는 211일)로 나누어 조사하였으며, 수확기 생육조사 후 수량을 확인하였다. 뚝새풀 발생량 조사는 월동 후 2월 28일에 초기 생육을, 그리고 뚝새풀 고사시기인 5월 중순에 조사하였으며, 발생 잡초는 50 cm × 50 cm 격자내의 시료를 채취한 후 1m²로 환산하여 나타내었다. 

 시험에 사용된 돈분뇨 액비는 전북 군산시 서수면에 위치한 익산-군산축협 공동자원화시설에서 45일 이상 충분히 발효시킨 것을 사용하였으며, 시험재료의 화학적 조성은 Table 1에서 보는 바와 같이 질소함량이 0.15%이었으며, 나머지 중금속의 함량은 미량검출 되었거나 검출한계 미만이었다. 비료 살포는 N-P₂O₅-K₂O를 14-7.5-4 kg 10 a⁻¹ 수준으로 각각 요소, 용과린, 염화가리로 처리하였으며, 요소는 기비와 추비로 각각 50%씩 나누어 살포하였다. 액비는 질소함량기준으로 화학비료 14 kg 10 a⁻¹ 수준에 맞추어 9.3톤 10 a⁻¹ 수준 중 기비로 50%를 시용 후 로터리 경운을 하였고, 나머지 50%는 추비로 2월 28일에 토양표면 처리하였다. 익산지역의 강수는 파종시기인 2010년 10월 25일 이후 11월 한 달 동안 15.9 mm(전 주기상대 2010)가 있었는데, 이는 평년에 비하여 매우 낮은 강우량으로 이로 인하여 보리생육이 지연되는 경향을 보였다.

Table 1. The chemical characteristics of the liquid-pig-manure used for the experiment.

결과 및 고찰

출현율 및 초기 생육차이

 돈분뇨 액비를 시용한 후 경운처리에 따른 사료작물의 출현율을 조사한 결과는 Table 2와 같다. 화학비료 처리 후 경운 및 무경운구에서는 20.4 ~ 35.5%로 매우 낮은 출현을 나타내었으나, 액비시용 후 경운처리에서는 63.5 ~ 95.5%의 출현을 보여 2.7 ~ 3.1배의  높은  차이를  보였으며,  무경운구에서는 60.4~85.4%로서 낮은 출현을 보였지만 큰 차이를 나타내지는 않았다. 또한 초장(파종 후 15일)의 경우 액비 시용 후 경운처리구에서  청보리는 6.1 cm,  호밀은 6.5 cm,  트리티케일은 5.4 cm이었으며, IRG는 4.5 cm로, 이는 액비시용  후  무경운 처리구에 비하여 0.3~0.5cm 정도 높은 생육차이를 나타내었다. 액비무시용 후 경운처리구에서 청보리는 3.2 cm, 호밀은 3.9 cm, 트리티케일은 3.4 cm이었으며, IRG는 2.5 cm로서 무경운 처리구에 비하여 0.1~0.8cm의 초장 증가로 경운 처리할 경우 무경운처리에 비하여 약간 더 신장되는 것으로 나타났다. 그러나 경운유무와 상관없이 액비 처리한 구에서는 무처리구보다 청보리는 1.9 ~ 2.0배, 호밀은 1.7 ~ 2.0배, 트리티케일은 1.6 ~ 1.9배, IRG는 1.8 ~ 1.9배의 높은 신장차이를 보였다.

Table 2. Effect of liquid-pig-manure application on emergence rate and plant height.

토양 수분 함량

 파종 1일 후 토양을 채취하여 토양 수분 함량을 측정한 결과 액비시용 후 경운처리구의 경우 21.2 ~ 23.4% 수준으로 수분함량이  증가하였다.  액비시용  후  무경운처리구에서는 19.4 ~ 20.4%로서 경운처리구에 비해 약간 낮았으나 화학비료 처리구에 비하여 수분함량이 높았다(Table 3). 이는 화학비료대비 액비를 처리할 경우 질소 기준으로 ha당 47톤의 수분이 공급됨으로써 토양에 비료를 투입함과 동시에 관수에 의한 수분 공급효과가 더해졌기 때문인 것으로 생각된다. 특히 화학비료  처리구  및  무처리구의  경우에는  토양  수분  함량이 8.4~8.9% 수준으로 현저히 낮았는데, 이러한 낮은 토양 수분함량이 맥류초기 출현율 저하 및 초장 그리고 신장 부진의 영향을 끼친 것으로 생각된다.

Table 3. Soil water contents at 1-day after fertilizer application.

잡초 발생량

 맥류재배지에서 가장 대표적인 문제 잡초는 뚝새풀이었으며, 그 밖의 다른 잡초는 거의 발생하지 않았다. 잡초발생량은 월동 후 2월말에 조사하였다. 뚝새풀 발생은 액비시용 후 경운처리구의 경우에는 5~8본/m²으로 각 사료작물별 간에 큰 차이가 없었다(Table 4). 또한 화학비료 시용 후 경운처리구의 경우에도 8~12본/m² 으로 액비시용구와 유사한 결과를 나타내었다. 그러나 액비시용 후 무경운 처리구의 경우 호밀에서 149본/m²으로 가장 많은 뚝새풀 발생이 있었으며, 나머지 작물 구에서는 136 ~ 140본/m² 정도가 발생되었다. 화학비료 처리후 무경운 처리구에서도 138 ~ 149본/m²이 발생되어 액비시용 후 무경운처리구에서 액비무시용 후 무경운 처리구보다 평균 3.8본의 뚝새풀이 더 발생하였다. 따라서 무경운 처리구는 경운처리에 비하여 12.4 ~ 17배의 뚝새풀 발생 차이를 보여 액비 시용여부와 관계없이 뚝새풀의 발생량이 증가하였는데, 이는 맥류 파종 전에 이미 발생되었던 것이 로타리 경운으로 인하여 상당량의 뚝새풀이 고사하였기 때문인 것으로 생각된다. 이와같은 결과는 벼 수확 전에 무경운답에서 뚝새풀이 발생량이 크게 증가한다는 Hong  et al. (1996)의 결과와도 유사하였다.

Table 4. Amounts of weed emergence after liquid-pig-manure and chemical fertilizer applications.

생육 및 수량 비교

 월동 후 최고 생육기의 경수와 초장을 비교한 결과는 Table 5와 같다. 청보리의 경우 액비시용 후 경운처리구에서의 분얼수는 4.5개, 초장 96 cm로 타처리구에 비하여 높았으며, 액비시용 후 무경운 처리는 분얼수가 4개, 액비 무처리는 경운과 무경운처리 모두 3.5개이었고, 초장은 10.4 cm로 이들 처리 간에 비슷한 수준을 나타내었다. 호밀, 트리티케일, IRG는 액비시용 후 경운처리구에서 분얼수가 각각 5개, 6개 및 6개를 그리고 초장이 각각 16.4 cm, 18.6 cm 및 14.4 cm로 타처리구에 비하여 분얼도 많았고 초장도 길게 나타났다. 그러나 액비시용 후 무경운 처리와 화학비료 시용 후 경운, 무경운 처리에서는 경수와 초장이 거의 비슷한 수준으로 액비시용 후 경운처리에 비하여 낮은 수준을 보였다. 이는 초기 생육수준이 월동 후에도 지속되는 것으로 나타났기 때문이며 액비시용 후 무경운 처리는 표면에 노출된 액비 중 암모니아 성분의 휘산으로 비료효과가 지속되지 못하여 경운처리에 비하여 떨어진 것으로 생각된다.

Table 5. Plant height and tiller number of winter forage crops at maximum tillering stage as affected by liquid-pig-manure and chemical fertilizer applications.

 수확기의 각 작물별 경수 및 초장을 조사한 결과는 Table 6과 같다. 즉, 수확기의 수량차이는 액비시용 후 경운처리구에서 모든 시험작물의 생체수량이 높게 나타났다. 보리의 경우 액비시용 후 경운 처리구의 경수는 736개/m²  이었고, 초장은 96 cm이었으나, 액비시용 후 무경운 처리구의 경우에는 628개/m²로 크게 낮은 수준이었으며 초장도 80 cm 수준이었다. 호밀의 경우 액비 시용 후 경운 처리구의 경수는 584개/m²이었고, 초장은 119 cm이었으며, 액비시용 후 무경운 처리구의 경우는 498개/m²이었고 초장은 101 cm 수준이었다. 트리티케일은 액비시용 후 경운 처리구의 경수는 672개/m²이었고, 초장은 120 cm로 작물 중 가장 높았으며 액비시용 후 무경운 처리구의 경우는 606개/m²이었고, 초장은 114 cm 수준이었다. 마지막으로 IRG는 액비시용 후 경운 처리구의 경수는 1,480개/m²이었고 초장은 101 cm이었으며 액비시용 후 무경운 처리구의 경우는 1,295개/m²이었고 초장은 91 cm 수준이었다. 그러나 화학비료 처리 후 경운유무는 경수 및 초장에서 거의 차이를 나타내지 않았다. 이상의 결과로 월동 후 액비시용 후 경운 처리구의 경우에는 화학비료 처리에 비하여 우수한 결과를 보였으나, 액비시용 후 무경운 처리의 경우에는 화학비료 처리에 비하여 경수 및 초장이 감소하는 결과를 보였다. 화학비료 시비구는 경운이 무경운에 비하여 약간 우수하였으나 큰 차이를 보이지 않았다. 그러나 액비시용구는 경운을 함으로써 액비가 지중으로 투입되는 결과를 가져와 성분 유실량이 낮아져 초기생육이 매우 우수하였고 초기 발아세가 수확기까지 유지되는 결과를 보여주었다.

Table 6. Plant height and tiller number of winter forage crops at harvest stage as affected by liquid-pig-manure and chemical fertilizer applications.

 수확 후 각 작물별 생체중과 건물중을 비교한 결과는 Fig. 1과 같다. 청보리에서 액비시용 후 경운처리할 경우 생체중은 4,687 kg 10 a⁻¹ 이었고, 무경운 처리의 경우 4,025 kg 10 a⁻¹이었으며, 화학비료 시비 후 경운구에서는 4,367 kg 10 a⁻¹이었고 무경운 처리에서는 4,221 kg 10 a⁻¹이었다. 건물중의 경우에서도 액비시용 후 경운처리구에서 가장 높은 수량이었으며, 액비시용 후 경운처리구가 무경운 처리구에 비해 1.17배 증가하였으며, 화학비료 시용 후 경운 및 무경운 처리구에 비해서 각각 1.07, 1.11배 증가하는 경향이었다. 호밀에서는 액비시용 후 경운 처리가 나머지 처리에 비하여 1.10 ~ 1.22배의 수량을 보였고, 트리티케일에서는 1.10 ~ 1.15배의 수량을 보였으며, IRG에서는 1.05 ~ 1.20배의 수량을 나타내었다. 이상의 결과는 경수 및 초장의 결과와 유사하였다.

Fig. 1. Fresh and dry weights of the plants under different application methods of pig-liquid-manure.

 일반적으로 돈분뇨 액비는 화학비료에 비하여 비료성분의 유실량이 많아 수량이 상대적으로 낮다. 그러나 한발 시에 액비시용 후 경운처리구에서는 화학비료에 비하여 높은 수량을 나타낸 것으로 보아 최근에 빈번한 이상기후로 인한 가을 한발 시 맥류재배의 안정적인 생산에 도움을 줄 것으로 생각된다. 최근 경종 농가에서는 액비처리 후 로타리 경운에 따른 비용증가뿐만 아니라 일손부족으로 액비를 살포 후 바로 파종하여 재배하게 되는 데 이로 인한 뚝새풀의 발생증가와 액비의 질소성분 휘산으로 인한 비료성분으로 감소 때문에 수량감소를 초래하므로 액비시용 후 경운처리를 통한 지중 투입이 권장된다. 또한 정량을 처리 후 무경운으로 비료 효과가 감소하기 때문에 농가에서는 규정량 이상의 액비를 처리하게 되는데 이로 인한 수질오염 및 악취발생 등의 악영향이 있으므로 토양검정 후 정량의 액비를 처리 한 후 경운하게 되면 과량의 액비가 투여되지 않더라도 화학비료와 대등한 효과를 볼 수 있고, 한발이 올 경우에도 안정적인 수량을 얻을 수 있을 것으로 생각된다.

사사

 본 연구는 2012년도  농촌진흥청 연구개발사업 (과제번호:PJ007820) 및 농촌진흥청 국립식량과학원 박사후연수과정 지원사업에 의해 이루어진 것임.