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ISSN : 1225-8504(Print)
ISSN : 2287-8165(Online)
Journal of the Korean Society of International Agricultue Vol.27 No.2 pp.176-181
DOI : https://doi.org/10.12719/KSIA.2015.27.2.176

Development of Partial Tillage Seeder with new technology of Soybean and Analysis on Seeding Patterns

Tea Gyoung Kang†, Hyeon Jong Jun, Yong Choi, Iil Soo Choi, Choung Keun Lee, Gun Yeob Kim, Jung Tae Lee*
National Academy of Agricultural Science, RDA
*National Institute of Crop Science, RDA
Corresponding author: (Phone) +82-31-390-1872 tkkang@korea.kr
January 27, 2015 May 7, 2015 May 27, 2015

Abstract

Recent growing about global warming has led to increase the need for low-carbon, green growth policy at the agricultural sectors and interest in the environmental-friendly and organic products. Therefore, Korea government has decided to reduce the use of chemical fertilizer at the farm field up to 40% and in order to attain this goal, promoting to grow green manure crops has been taken into positive consideration in terms of maintaining soil fertility and preventing soil loss. To this result, the acreage to cultivate green manure crops has been sharply increased from 4,000ha in 1998 to 225,000ha in 2012. Regarding environment-friendly agriculture, bulk of rice straw should be incorporated into the paddy just after harvest as soil cover materials and also green manure crops, such as chinese milk vetch, rye, Hairy vetch and so on have been recommended to be grown annually as soil cover crops. General sowing process of a certain seed crop at the farm field consists of plowing, harrowing, seeding, covering up seeds with soil in order. This process at the field has been known to take relatively long time and even not to be equal at the seeding depth. For this reasons, new seeding technology has been continuously required by farmers. Partial-tillage seeder consisting of dressing furrow and seeding parts enable to overcome germination barriers. Two soybean cultivars, ‘Taekwang’ and ‘Shingi’ were used to test the performance of newly-developed seeder and its establishment rate showed around 70 ~ 90% with given interval of embedded soybeans. Furthermore, the partial tillage technology applicable to the soybean field could reduce labor cost by 69% as well as 22% of the fuel consumption and also promote soybean productivity per unit area.


부분경운 콩 파종기 개발 및 파종특성 분석

강 태경†, 최 용, 최 일수, 전 현종, 이 충근, 김 건엽, 이 정태*
국립농업과학원
*국립식량과학원

초록


    Rural Development Administration
    PJ006430

    세계적으로 지구온난화에 대한 관심이 증대되면서 농업분 야에도 저탄소 녹색성장에 대한 필요성이 대두되고 있으며, 친 환경 유기 농산물에 대한 관심이 높아지고 있다. 이에 따라 정 부에서도 Green Korea 정책 추진을 위하여 화학비료 사용량을 40% 감축목표를 설정하고, 이 목표달성을 위하여 녹비작물 재 배를 적극 권장하여 녹비작물 재배면적이 ‘98년에 4천 ha에서 '12년에는 22만5천 ha로 대폭 증가하였다. 온실가스 저감을 위 한 밭작물 재배기술로 제시된 무경운 재배 시 아산화질소 배 출량은 경운에 비해 고추에서 23.5%, 배추에서 24.6%, 콩에서 69.6% 감소하였다고 보고하였다(NIAST, 2011). 지속가능한 농 업기술로 부분경운 피복작물 재배기술체계가 농업의 생태계 원 리에 부응할 수 있으며(Choi et al., 2003), 부분경운 재배를 위해서는 유기물 피복이 필수이며, 유기물로 피복되는 재료로 주로 볏짚, 자운영, 호밀, 헤어리베치를 이용할 수 있다고 보고 하였다(Lee et al., 2009). 포도 과수원에서 경운방법별 온실가 스 분석결과에서 디스크해로우를 이용한 깊이 15 cm, 연 3회 의 관행경운과 녹비작물이 피복된 부분경운을 비교해 봤을 때 오히려 무경운 재배에서 온실가스 발생량이 증가하는 경향이 나타났는데 이러한 원인은 단기적으로는 피복작물 및 환경적 인 요인 등으로 온실가스 발생이 증가할 수 있으므로 온실가 스 분석은 장기적인 분석이 필요하다(Garland et al., 2011). 그럼에도 불구하고, 선진국에서는 녹비작물의 비료효과 뿐만 아니라 피복에 의한 제초 및 최소경운으로 토양유실을 저감할 수 있는 기술이 개발 보급되고 있다. 따라서 녹비작물을 피복 하고 파종할 부분만 경운하면서 파종하는 부분경운 기술 개발 이 요구되고 있다. 부분경운 이앙 및 직파에 관한 연구는 부 분경운직파기의 적합 로터리 설계를 위한 부분경운 특성시험 수행 연구에서 역회전 경운은 정회전 경운에 비하여 소요동력 이 적고 쇄토율이 높지만 흙의 비산으로 파종골 형성이 어려 워 관리기용 로터리 날은 부분경운에만 적합한 것으로 나타났 다(Park et al., 2002). 따라서, 본 연구에서는 녹비작물을 피 복한 후 파종할 부분만 경운 작업하는 동시에 콩 파종이 가능 한 파종기를 개발하여 성능시험을 실시하고 발아율을 분석하 였다.

    재료 및 방법

    부분경운 콩 파종기 설계

    부분경운 콩 파종기는 비료와 종자의 근접살포로 인한 비료 피해로 발아율이 크게 저하되는 문제점을 해결하기 위하여 Fig. 1과 같이 시비구와 종자 파종구를 분리하는 방식으로 설 계하였다. 배종장치의 구동은 구동륜방식에서 슬립의 문제를 해소하기 위해 GPS 신호를 받아 구동모터의 회전수를 조절하 는 방식인 속도비례형 구동방식을 적용하였다.

    시작기는 Fig. 2와 같이 트랙터부착 4조식이며, 조간은 70 cm로 고정이며, 부분경운 깊이는 시비구의 최대 15 cm까 지 파종구는 최대 6 cm까지 조절이 가능하고, 시비구 및 파종 구 부분경운 폭은 4 cm로 설계하였다. 시비용 배종장치는 조 파용으로 가장 널리 사용되는 홈롤러식 배종장치를 사용하였 다. 콩 파종기의 제원은 Table 1과 같으며, 파종용 배종장치는 Fig. 3과 같은 대립종자 점 파종에 많이 사용되는 경사 원판 식 배종장치를 적용하였다. 종자 배종장치 구동은 GPS 신호 를 받아 구동모터의 회전수를 조절하는 방식인 속도비례형 구 동방식이며, 파종부가 돌이나 요철부에 의해 상하로 움직이므 로 동력을 축으로 전달이 불가능하여, 배종장치를 개별적으로 구동하도록 모터 직결형으로 제작하였다.

    배종 및 시비량 시험

    종자배종 및 시비량 시험은 Table 2의 시험작물이 종자의 크기가 커서 점으로 파종하는 콩을 대상으로 시험하였다. 시 험에 사용한 종자의 물성인 백립중은 태광콩 32.08 g, 신기콩 19.09 g이었다. 시비량은 농가에서 주로 사용하는 복합비료(풍 농, 21-17-17)을 사용하였으며, 조출롤러의 열림량별(5, 10, 15, 20 mm) 4수준으로 시험하였다. 파종기준은 권장파종량 (RDA, 2011)을 적용하여 콩은 15 cm 당 2립으로 하였다 (Table 3).

    시험에 적용한 배종판은 태광콩(Fig. 3(a)), 신기콩(Fig. 3(b)), 에 적합한 배종판을 부착하였다. 시험방법은 배종호스 끝부분 에 비닐팩을 설치하고, 주행속도별로 20 m 주행 후 배출된 종 자의 무게를 측정하였다.

    부분경운 콩 파종기 포장성능시험

    시험포장

    시험포장은 농촌진흥청 국립식량과학원 고령지농업연구소 (강원도 평창군 대관령면 소재)의 시험포장으로 호밀과 헤어리 베치를 피복한 후 콩과 옥수수가 재배되었던 포장으로 별도의 경운작업을 하지 않은 상태로 토양의 경도는 Table 4와 같은 조건이었다. 시험포장 1 ~ 10 위치별 10, 15 cm 깊이의 평균은 각각 610.1, 1200.7로 나타났고 11 ~ 20에서는 각각 2362.6, 2548.3로 나타났다. 시험 결과 표준편차는 240.1 ~ 448.1로 나 타나 깊이에 따른 경도의 차이가 있음을 알 수 있었다.

    시험방법

    부분경운파종기를 Fig. 4와 같이 공시 트랙터(T6080, LS 엠트론, Korea)에 부착하고, 시비호퍼에는 비료(풍농, 21-17- 17) 종자호퍼에 콩을 파종하는 조건으로 시험하였다. 조사내용 은 주행속도, 회행시간 등 작업성능, 시비구 및 파종구 성형 상태 등 작업정밀도 및 입모율 등을 분석하였다. 연료통에 연 료(경유)를 가득 채우고 연료의 최고점을 표시한 다음 1시간 작업 후 연료의 보충량으로 연료소모량을 분석하였다.

    연구 결과 및 고찰

    배종량 시험결과

    배종량 시험결과 20 m 주행 후 배종된 종자의 무게를 정밀 전자저울(MWII-3000B, CAS LTD., 대한민국)로 측정한 결과 Table 5와 같이 태광콩은 및 신기콩은 파종기준 67 g, 42 g에 비하여 0.5 및 0.6 차이로 오차범위 내에 있었고, 표준편차도 2.4로 균일하게 배종되는 것으로 나타났다. 배출롤러의 개도량 을 4구간 내에서 적용한 결과, 조출롤러 열림량별 시비량은 Fig. 5와 같이 R2=0.99로 1에 가까운 값을 보이며 선형적으로 상승 하는 경향으로 토양의 비옥도에 따라 비료량을 선택적으로 살 포할 수 있을 것으로 사료된다.

    작업성능

    포장성능 시험결과 시작기의 작업성능은 Table 6과 같이 피복 작물 진압, 종자공급, 주행 및 회행시간 등 파종작업 시간을 종 합한 결과 총 작업시간은 3.0시간/ha으로 나타나, 관행 경운(1.5 시간/ha), 시비(1.0), 두둑성형(1.0) 및 파종(인력파종기, 6.0)시간 을 합한 9.5 시간/ha에 비하여 69% 절감되는 것으로 나타났다.

    작업정밀도

    시비구 및 파종구 성형정도인 작업정밀도 조사결과 Fig. 6 및 Table 7과 같다. 콩 파종깊이는 평균 3.2 cm 표준편차 0.7, 비료 시비 깊이는 7.0 ~ 9.2 cm, 표준편차는 1.2로 나타났 으며, 비료와 종자사이의 간격은 평균 4.9 cm에 표준편차 1.0로 비교적 균일한 간격으로 파종 및 시비가 이루어 졌음을 알 수 있었다. 따라서 비료와 종자가 완전히 분리되어 비료에 의한 종자의 발아율 저하에 우려가 없을 것으로 판단되었다.

    발아율

    발아율 조사는 파종 20일 후 콩이 완전히 발아되어 입모가 형성된 후 조사하였다. Fig. 6(a)와 비료가 종자에 근접하였을 경우에는 입모가 극히 불량하여 발아율 조사가 불가능하였다. 부분경운파종기의 경우 생육조사는 콩 종자의 개수, 작물의 초 장, 비료의 깊이 및 입모간격 등을 조사하였으며, 그에 따른 결과는 Table 8과 같다. 각각의 입모간격 2, 4, 6 cm에 비료 의 깊이는 12, 9, 6 cm, 콩 종자의 개수는 3 ~ 7 사이로 하여 수행한 결과 비료의 깊이가 가장 얕은 6 cm에서 발아율이 70 ~ 90%, 가장 깊은 12 m에서는 80 ~ 90%로 나타났다. 비료 에 깊이에 따른 10%정도의 차이가 발생하였지만, 전반적으로 84%정도로 높은 발아율을 나타내고 있음을 알 수 있었다. 또 한 Fig. 7에서 볼 수 있듯이 관행으로 비료를 시비하였을 경 우 세균의 감염으로 인하여 발아율이 좋지 못한 반면(a), 개선 된 방법으로 비료를 시비하였을 경우 콩의 발아 상태가 더 나 음을 알 수 있었다(b).

    연료소모량

    연료소모량은 관행작업인 트랙터를 이용한 경운정지, 시비, 두둑성형 작업과 시작기의 경우 트랙터 부착형 진압기를 이용 한 녹비작물 진압과 부분경운 파종작업을 비교하여 분석한 결 과 Table 9와 같이 관행의 31.8 L/ha에 비하여 시작기는 25 L/ha로 22% 저감되는 것으로 나타났다.

    경제성분석

    경제성분석결과 관행작업인 트랙터를 이용한 경운정지, 시 비, 두둑성형 작업과 시작기의 경우 트랙터 부착형 진압기를 이용한 녹비작물 진압과 부분경운 파종작업을 비교하여 분석 한 결과 Table 10과 같이 관행 경운재배 675천원/ha에 비해 부분경운 파종은 412천원/ha로 37% 비용이 절감되는 것으로 나타났다.

    결 론

    녹비작물의 비료효과 뿐 아니라 피복에 의한 제초 및 최소 경운으로 토양유실을 저감과 경운에너지를 절감할 수 있는 경 운 기술 개발이 요구되고 있다. 따라서 본 연구에서는 이러한 농법을 충족할 수 있는 부분경운파종기술을 개발한 결과를 요 약하면 다음과 같다.

    • 부분경운파종기는 파종구와 시비구를 분리함으로써 비료 에 의한 피해를 방지하여 발아율을 향상할 수 있는 구조로 제 작하였다.

    • 시작기는 트랙터 부착 4조식이며, 조간은 70 cm로 고정이 며, 부분경운 깊이는 시비구는 최대 15 cm 까지 파종구는 최 대 6 cm까지 조절이 가능하고, 시비구 및 파종구 부분경운 폭 은 4 cm로 개발하였다.

    • 시비용 배종장치는 조파용으로 가정 널리 사용되는 홈롤 러식 배종장치를 사용하였다. 파종형 배종장치는 대립종자 점 파종에 많이 사용되는 경사 원판식 배종장치를 적용하였다.

    • 시비구는 평균 7 ~ 9 cm로 성형, 파종구는 평균 5 ~ 6 cm로 성형, 콩 파종 깊이는 평균 3.2 cm, 비료의 시비깊이는 7.0 ~ 9.2 cm, 종자와 비료 사이의 간격은 평균 4.9 cm로 비료 의 피해를 줄일 수 있는 충분한 거리로 정밀하게 파종되었다.

    • 시작기의 작업성능은 부분경운+파종의 경우 3.0 시간/ha으 로, 관행 경운작업의 9.5시간/ha에 비해 작업노력 69% 줄일 수 있었고, 연료소모량은 부분경운+파종의 경우 25 L/ha로 관 행경운 작업의 연료소모량 31.8 L/ha에 비해 22% 저감할 수 있는 것으로 나타났다.

    • 경제성분석 결과, 시작기의 부분경운파종은 412천원/ha으 로 관행 경운재배의 소요비용은 675천원/ha에 비해 37% 비용 이 절감되는 것으로 나타났다.

    Figure

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    Conceptual diagram of Partial-tillage seeder.

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    Structure of Partial-seeding machine.

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    Types of seeding plate.

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    Picture of field test of partiall-tillage seeder fitted to a tractor.

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    Relationship between open proportion of roller and fertilizer amount.

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    Site of seed and fertilizer in the soil.

    Establishment of soybean.

    Table

    Specification of Partial-tillage seeder.

    Basic characters of the soybean cultivars tested.

    Seeding scheme.

    *Amount and interval in two soybean varieties : Recommended seeding methods (Rural Development Adminstration, Cultivation technology of field crop, 2011)

    Soil hardness per depth or by the depth below surface.

    *Std. : standard deviation

    Result of Seeding tested by partial tillage seeder in two soybean varieties.

    Performance test of Partial-Tillage Seeder.

    *Conventional (9.5hour/ha) : Tillage (1.5hour/ha) + Fertilization(1.0) + Shaping ridge (1.0) + Seeding (Man power seeder, 6.0)

    Accuracy test of partial tillage seeder for seeding and fertilied position.

    Percentage of seedling establishment depending on seed number, seeding interval and fertilizing depth in soybean.

    Dep.* : Depth of Soybean seeds
    Inter* : Interval of Soybeans
    Num.* : Numbers of Soybeans
    Rate* : Rate of Establishment

    Analysis of fuel use per seeding method

    Analysis of economical feasibility.

    Reference

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