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ISSN : 1225-8504(Print)
ISSN : 2287-8165(Online)
Journal of the Korean Society of International Agricultue Vol.24 No.4 pp.412-416
DOI :

파와 고추재배지에서 호밀과 헤어리베치의 윤작에 따른 토양 생물상의 변화

이상민, 이상범, 이병모, 조정래, 안난희, 이 연, 윤홍배*, 국용인**, 최현석
국립농업과학원 유기농업과, *국립농업과학원 토양비료관리과, **순천대학교 자원식물개발학과
본 시험은 파와 고추재배지에서 호밀과 헤어리베치를 휴한기에 윤작한 유기재배구와 관행재배구 간의 토양생물상에 어떠한 차이가 있는지를 비교하기 위하여 수행되었다.
1. 파와 고추의 상품성 수량은 관행에서 유기재배구 보다 다소 높았는데, 이는 병충해 발생에 기인한 것으로 판단된다. 하지만 두 재배구간에 통계적으로 유의성 있는 수량 차이는 나타나지 않았다.
2. 고추 재배지에서는 유기재배구가 관행재배구 보다 토양미생물체량을 10 ~ 40배 전후, 미소동물 군집수와 종다양성을 2배 전후 증가시켰다. 특히 헤어리베치를 윤작한 유기재배구에서 토양미생물체량과 미소동물 수는 더 크게 증가하였다.
3. 파 재배지에서는 관행과 유기재배구 간에 토양 생물상에 별다른 차이는 없었다.

Changes of Soil Biological Properties as Affected by Crop Rotation of Rye and Hairy Vetch in Welsh Onion and Red Pepper Cultivation

Hyun-Sug Choi, Sang-Min Lee, Sang-Bum Lee, Byung-Mo Lee, Jung-Lai Cho, Nan-Hee An, Youn Lee, Hong-Bae Yun*, Yong-In Kuk**
Organic Agriculture Division, National Academy of Agricultural Science
*Soil & Fertilizer Management Division, National Academy of Agricultural Science, **Department of Development in Resource Plants, Sunchon National University
Received Aug. 14, 2012 / Revised Nov. 6, 2012 / Accepted Dec. 7, 2012

Abstract

The study was conducted to evaluate the effects of welsh onion or red pepper plants grownunder organically managed plots (OF) rotating rye or/and hairy vetch vs conventionally managed plot(CF) on soil biological properties. Fruit marketable yield of the onion or red pepper was higher for CFcompared to OF due to the higher occurrence of disease and insect observed in OF. However, there werenot significantly different fruit yield between the both CF and OF plots. OF plots had approximately 10to 40 times higher microbial biomass and two times higher diversity of faunula and number of faunula insoil compared to the CF plots, which were, especially, higher for OF-pepper plots rotating hairy vetch.However, the soil biological properties were not significantly different between the CF- and OF-welshonion plots.

1990년대 초반에 농약 및 화학비료의 과다사용에 따른 토양 및 농업용수의 오염으로 지속가능한 농업생산과 농산물의 안전성이 위협받게 되면서 친환경농업으로의 전환을 모색하게되었다. 또한 최근 고품질 안전농산물에 대한 관심이 고조되면서 소비자의 유기농산물에 대한 소비가 급증하고 있는 추세이다. 그로 인하여 1998 ~ 2006년에 국내 유기농산물 시장규모는 연평균 26%의  급격한  증가를  보이고  있다(농림수산식품부, 2011).  유기농산물을  생산하기  위해서는 Codex유기식품규격, IFOAM(국제유기농업운동연맹)기본규약  등과  같은  국제유기농업 기준에 부합하여야 하며, 이를 위한 기술개발이 절실히  요구되고  있는  실정이다.  국제기준은  토양의  비옥도를  유지  또는  증진을  위한  기술로  두과작물,  심근성작물, 녹비작물  재배에  의한  윤작을  필수  실천사항으로  정하고 있다.  하지만  국내에서  실천되고  있는  유기농업  기술은 IFOAM  또는 Codex  등에서  제시하는  유기농산물  생산기준과는  다소  상이한  점이  있으며,  우리나라에서는  그에 부합되지 못하는 것이 현실이다.

 근래에 국내에서는 화본과 작물인 호밀(Secale cereale L.)과 두과작물인 헤어리베치(Vicia villosa Roth)를 녹비작물로서  밭작물에  시용하는  것이  증가되고  있다.  호밀은  토양 깊숙한  곳까지  근권이  발달하여  토양  내  유기물함량증가, 잡초 발생 감소, 토양물리성 개량, 그리고 토양병을 경감하는  효과  까지  갖추고  있다(Fageria  et al., 2005; Lee  et al., 2012a). 헤어리베치는 공기 중의 질소를 고정하여 토양 내 질소이용성을 증가시킴으로써 양분급원으로 이용되고 있다. 또한 헤어리베치의 탄소:질소(탄질)율이 20 이하로 미생물에 의해 쉽게 분해되어 양분공급율을 초기에 증가시킬 수 있어서 녹비자원으로 이용가치가 높다(Sainju  et al., 2005).  하지만  국내에서는  파와  고추를  주작물(cash crop)로  하여  호밀과  헤어리베치를  휴경기간에  장기간  재배하였을 때 토양 생물상에 어떠한 변화를 가져오는지에 관한  보고가  거의  없는  실정이다.  토양생물상은  토양화학성과 물리성에 상호영향을 주고받음으로서 유기농업에 있어서  수량  증대에  중요한  영향을  끼치는  요인이라고  할 수 있다.

 따라서 본 시험은 파(Allium fistulosum L.)와 고추(Capsi-cum frutescens L.)의 유기농 재배지에서 헤어리베치와 호밀을 휴한기에 윤작하였을 때, 토양 내 미생물상과 미소동물상에 어떠한 영향을 미치는 지를 비교하기 위하여 수행되었다.

재료 및 방법

유기재배를 위한 작부체계

 파와 고추에 대한 유기재배를 위하여 겨울철 휴한기에 녹비작물을 재배하여 녹비로 활용하는 작부체계를 도입하여 그 효과를  분석하고자  농업과학기술원  잠사곤충부  시험포장에서 2002년 가을부터 2005년까지 3년간 수행하였다(Table 1). 토양은 미사질식양토인 고평통이었다. 주재배 작물은 파(금장외 대파, 농우종묘)와 고추(슈퍼마니따, 농우종묘)이었다. 겨울철 휴한기에 녹비작물로 화본과작물인 호밀(윈터그린, 농우종묘)과 두과작물인 헤어리베치(오레곤컴온, 농우종묘)를 윤작한 유기재배 시험구를 두고 농약과 화학비료를 사용하고 주 작물을 재배하는 형태를 관행시험구로 대비하였다. 주요 처리내용은 Table 1에서 보는바와 같이 파 재배의 경우 관행 파 재배구(CF I)와 유기농업을 실천하면서 파를 주작물로 하고 동계에 호밀과 헤어리베치를 격년 윤작한 처리(OF I)를 두었다. 고추재배의 경우 파 관행 재배와 마찬가지로 관행재배구로 고추재배(CF II)를 대조구로 하여 유기재배 고추를 3개의 처리구를 두었다. 고추 재배 후 겨울철 휴한기에 헤어리베치를 윤작한처리(OF II), 고추 재배 후 호밀을 윤작한 처리(OF III) 및 헤어리베치와 호밀을 격년으로 윤작한 처리(OF IV)를 두었다.

Table 1. Outline of cropping systems in welsh onion and red pepper field from 2002 to 2005.

녹비작물 재배

 가을철 주작물의 수확이 완료된 후 10월 상순에 녹비작물인 호밀과 헤어리베치를 1ha 당 각각 100, 80 kg을 조파하였다. 이듬해 5월 상순에 호밀과 헤어리베치를 수확하여 지하부와 지상부의 생산량을 조사하였다. 수확된 녹비작물을 약 5cm 정도 크기로 절단하여 전량 시험구에 고르게 펼친 후 경운을하여 토양과 잘 섞이도록 하였다. 수확 전에 녹비시료를 채취하여 토양 및 식물체 분석법(농촌진흥청, 2003)에 의거하여 양분함량을 분석하였으며, 유기재배 처리구의 양분시용량 결정을 위하여 사용하였다. 헤어리베치 건물중의 탄소, 질소, 인산, 칼륨, 칼슘, 마그네슘의 농도는 각각 47.2, 3.06, 1.74, 5.46, 2.23, 0.53% 이었다. 호밀은 탄소, 질소, 인산, 칼륨, 칼슘, 마그네슘  농도는  각각 47.8, 1.17, 1.16, 3.65, 0.54, 0.25%로 관찰되었다. 헤어리베치의 탄질율은 16으로 호밀의 41보다 낮은 비율이었다.

작물 재배관리

 처리구별 양분시용량은 관행재배구의 경우 토양분석을 통한 작물별 시비처방기준(농업과학기술원, 1999a)과 토양 유효인산 비옥도에 따른 가축분퇴비 및 화학비료 시용량 결정 방법(농업과학기술원, 1999b)에 따라 화학비료 및 계분퇴비의 시용량을 결정하여 유기재배구의 녹비 시용시기와 동일한 날짜에 시용하였다. 유기재배구의 경우 관행재배구와 마찬가지로 작물별 시비처방기준에 따라 토양검정 시비량을 산출하여 호밀과 헤어리베치의 지상부에 포함된 양분의 양을 제하였으며, 그럼에도 불구하고 부족한 양분은 질소를 기준으로 유박을 시용하였다. 각 처리별로 투입된 화학비료, 계분퇴비, 녹비, 유박은 토양 및 식물체 분석법(농촌진흥청, 2003)을 통하여 양분함량을 분석하였다.

 파는 최대생육기에 시료를 채취하여 분석하였으며, 수확기에는 수량조사를 실시하였다. 고추의 경우 고추 특성상 낙엽으로 인하여 총건물중을 산출하기 곤란하므로 고추 최대 생육시기에 시료를 채취하여 과실, 줄기 및 엽을 모두 포함한 총 건물중을 산출하였다. 수확은 보통 3~4회 실시하였다.

 토양 중 미생물체 탄소 및 질소함량은 클로로포름 훈증 추출법(Brookes  et al., 1985; Gallardo  et al., 1990; Vance  et al., 1987)에  의하여  습토를  클로로포름으로  훈증처리한  후 K2SO4로 추출하여 TOC 측정기(TOC-V CPH, Shimadzu, 일본)  및 TN  분석기(TNM-1, Shimadzu,  일본)로  분석하였다. 토양 서식 미소동물상에 미치는 윤작효과를 분석하기 위하여 주작물을 수확한 시험 후 토양을 채취하여 별도로 고안된 미소동물 분리장치(이 등, 2003)를 이용하여 분리한 후 밀도 및 종 다양성을 분석하였다.

 병해충 관리는 관행재배구의 경우 병해충 발생초기에 농약을 살포하여 방제하였으며, 유기재배 고추시험구는 진딧물 방제를 위해 콜레마니진디벌, 진디혹파리를 뱅커플랜트인 보리를 이식한 후 방사하였으며, 담배나방 방제를 위해 쌀좀알벌을 방사하였다. 유기재배 파 시험구는 나방류와 총채벌레 방제를 위하여 곤충병원성 선충 및 남방애꽃노린재 등을 방사하였다.  병해예방을  위하여  목초액,  현미식초,  생선아미노산을 200 ~ 500배로 희석하여 엽면살포 하였다.

 재식거리는 파는 7.5 cm × 90 cm, 고추는 90 cm × 40 cm으로 3반복 이었다. 실험결과는 SAS 프로그램을 이용하여 분산분석  하였고,  평균간  유의차  검증은 95%  수준에서 Duncan's multiple range test로 분석하였다.

결과 및 고찰

녹비작물의 생산성 및 수량

 호밀과 헤어리베치를 재배하고 이듬해 봄에 녹비작물을 수확한 지상부와 지하부 생체량을 조사한 결과는 Fig. 1에서와 같다. 호밀을 단독으로 윤작한 처리구(OF I과 OF III)가 헤어리베치를 윤작한 처리구(OF II) 보다 수확된 생체량이 각각 34, 29 g 많았음을 알 수가 있었다. 호밀의 경우 지상부 생육량은 헤어리베치와 비슷하였어도 지하부 생육량이 지상부 보다 2배가량 많아서 총 생체량을 증가시켰던 것으로 판단된다(Lee  et al., 2012b). 

Fig. 1. Biomass of cover crops in average of three years. Different lower-case letters on each datum point indicate significant differences as determined by Duncan's MRT (P = 0.05). CF I; no cover crop-welsh onion sequence, OF I; rye cover crop-welsh onion sequence, CF II; no cover crop-red pepper sequence, OF III; rye cover crop-red pepper sequence, and OF IV; biculture of rye and hairy vetch cover crop-red pepper sequence.

 3년간 겨울철 휴한기에 호밀 또는 헤어리베치를 윤작하고 파 와 고추를 재배하였을 경우 상품과 수량은 Fig. 2에서 보는  바와  같다.  파  는 3년간  평균  수량이  관행재배구  대비 13% 증수하였다. 고추의 경우 관행재배구에 비하여 유기재배구는 69~77% 수준으로 낮은 편이었지만 처리 간에 통계적으로 유의성 있는 차이는 나타나지 않았다. 유기재배구는 병해충 발생으로 매년 평균 50~60%  수량  감소를  가져왔는데 관행구와 비교하여 상품 수량이 다소 낮았던 것이 원인으로 생각된다. 한편  헤어리베치를 윤작한 처리구(OF II)에서 호밀을 윤작한 처리구(OF III) 보다 ha 당 66 kg 정도 높은 수량이 관찰되었다. 이는 탄질율이 높은 호밀을 토양에 시용되었을 때 생체중이 높았더라도(Fig. 1) 미생물과의 질소경합으로 주작물이 질소를 이용하지 못한 질소기아현상이 원인이었던 것으로 추정된다.

Fig. 2. Fruit yield of welsh onion (fresh weight) and red pepper (dry weight) in average of three years as affected by cropping systems. Different lower-case letters on each datum point indicate significant differences as determined by Duncan's MRT (P = 0.05). Data of red pepper yield was obtained from Lee et al. (2012b).

토양서식 미생물상과 미소동물상에 미치는 윤작효과

 토양미생물체량은 토양미생물 전체를 대표하는 정량적 및 토양의 가급태 양분량의 지표로서 활용되고 있다. 윤작토양에서 토양미생물체량을 분석한 결과는 Fig. 3과 같다. 미생물체 탄소량  및  질소량은  관행재배  연작처리구에서  각각 79.7 ~ 81.1 mg/kg 및 10.9 ~ 12.5 mg/kg 보다 유기재배 윤작처리구에서 각각 106.5 ~ 164.4 mg/kg 및 16.2 ~ 26.7 mg/kg으로 높았다. Anderson & Domsch(1989)는 단작체계의 토양보다 윤작을 실천함으로서 토양 유기태탄소에 대한 미생물체탄소량의 비율이 더욱 높다고 한 보고와 일치하는 결과를 나타내었다. 고추재배지에서 헤어리베치를 파종한 처리구(OF II)가 호밀 처리구(OF III) 보다 미생물상이 다소 낮았는데, 이는 화본과 작물이 두과작물과 비교하여 더 적은 수의 미생물 생체량, 박테리아, 그리고 곰팡이 수를 나타내었다고 하는 보고(Kumar & Goh, 1999)와는 다른 결과가 관찰되었다. 토양미생물체량은 조사시기 마다 변이가 상당히 크므로 시기적인 관찰과 분석이 이루어져서 보다 정확한 해석이 도출되어야 할 것으로 판단된다.

Fig. 3. Microbial biomass carbon and nitrogen in the soil after harvesting of cash crops as affected by cropping systems. Different lower-case letters on each datum point indicate significant differences as determined by Duncan's MRT(P = 0.05). CF I; no cover crop-welsh onion sequence, OF I; rye cover crop-welsh onion sequence, CF II; no cover crop-red pepper sequence, OF II; hairy vetch cover crop-red pepper sequence, OF III; rye cover crop-red pepper sequence, and OF IV; biculture of rye and hairy vetch cover crop-red pepper sequence.

 Mäder et al.(2002) 관행농업 보다는 유기농업에서, 연작재배지 보다는 윤작재배지에서 토양 미소동물의 개체수를 증가시킨다고 하였다. 영농형태의 차이가 토양서식 미소동물의 밀도에 영향을 끼치는 정도를 조사하기 위하여 미소동물의 밀도와 다양성을 관찰하여 생태적 건전성을 평가하였다. Fig. 4는 윤작을 도입한 유기재배구에서 미소동물의 밀도를 조사한 것으로 파의 경우 윤작을 실천하여도 미소동물의 밀도에는 영향이 없었으나 고추의 경우 관행재배구와 비교하여 윤작을 실천한 유기재배구에서 유의한 증가 경향을 보였다. 이는 녹비작물은 토양 생물 번식을 위한 이상적인 환경(토양수분, 온도, 탄소이용성)을 만들어주는데 기인(Fageria  et al., 2005)한 것으로 판단된다.

Fig. 4. Number of faunula in soil after harvesting of cash crops as affected by cropping systems. Different lower-case letters on each datum point indicate significant differences as determined by Duncan's MRT (P = 0.05). CF I; no cover crop-welsh onion sequence, OF I; rye cover crop-welsh onion sequence, CF II; no cover crop-red pepper sequence, OF II; hairy vetch cover crop-red pepper sequence, OF III; rye cover crop-red pepper sequence, and OF IV; biculture of rye and hairy vetch cover crop-red pepper sequence.

 Table 2는 토양서식 미소동물의 종다양성을 나타낸 것으로 관행재배구의 파의 경우 종 다양성 지수는 1.345로 유기재배의 0.828 보다 높았는데, 이러한 경향은 앞의 미생물생체량에서도 관행과 유기처리구간에 별다른 차이가 없었다는 결과와 비슷한 맥락으로 해석되었다. 이는 파재배지의 경우 관행대비 호밀을 윤작한 유기재배구에서 잡초 발생량을 약 50% 이상을 감소시켜서(자료미제시, Lee  et al., 2012a)  토양  중  생물이 살아가는 서식처가 줄어들었을 것으로 판단된다. 고추재배지의 관행재배구에서 종다양성은 0.681이었으나 유기재배구에서는 0.961 ~ 1.901로 지수의 증가폭이 컸다. 특히 헤어리베치를 윤작한 처리구(OF II)에서 높은 종다양성 지수(1.901)를 나타내었다. 고추재배지는 관행과 유기재배구 모두 재배 기간 동안 흑색멀칭으로 피복하여 잡초발생량이 비슷하였거나 미비하여서 처리에 따른 효과가 인정되었다. 탄질율이 낮은 헤어리베치가 질소의 분해율이 증가하면서 지렁이나 개미의 먹이원이 되어서 개체 수가 증가되는 것과 비슷한 맥락이라 할 수 있다(Tian  et al., 1993). 따라서 유기재배에서 윤작을 도입함으로서 토양서식 미소동물의 밀도는 물론 종 다양성에도 관련이 있는 것을 확인할 수 있었다. 미소동물의 분포는 처리구에 상관없이 응애류 >톡토기류 >반날개과 >딱정벌레목 >파리목 순으로 관찰되었다(자료미제시).

Table 2. Species diversity of faunula in soil after harvesting of cash crops as affected by cropping systems.

 이상의 결과로 보아 탄질율이 낮은 헤어리베치를 고추재배지에 시용하였을 때 토양 생물상과 종다양성을 증가시켰고, 토양 건전성과 수량 증가에 영향을 미친 것으로 판단된다. 토양생물상은 녹비작물의 탄질비 뿐만 아니라 녹비작물을 토양에 멀칭 하였을 때 멀칭 지속성 정도에 따라 토양 내 온도나 수분상태에 영향을 미쳐서 미소동물의 군집수에 직·간접적으로 영향을 줄 수 있다(Tian  et al., 1993). 현재 무경운 농법이 유기농법과 관련되어 많은 연구가 진행되고 있는데, 녹비작물의 수확 후 경운 방법에 따라서 토양 중 생물상 변화나 병해 발생정도에 대한 연구가 요구되고 있다.

사사

 본 연구는 농촌진흥청  국립농업과학원  유기농업과  농업과학기술 연구개발사업(과제번호: PJ008590)의 지원에 의해 이루어진 것임.

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