1913년에 공중 질소를 암모니아로 전환하는 Haber-Bosch 공법의 발견 이후 인구증가에 따른 식량수요에 대처하기 위하 여 화학비료의 사용량이 증가하여 왔다. 화학비료의 과도한 사 용 증가는 화석연료 사용량 증가와 지구온난화와 환경오염을 유발시키고 있다(OTTER and SCHOLES, 2003). 그래서 가축 분뇨 환원량을 증가시키기 위한 고품질 가축분뇨 액비 제조와 다양한 작물에 적용하는 기술을 개발하는 연구가 필요하다. 최 근 생산되는 가축분뇨 액비는 악취제어와 부숙도가 높은 액비 를 생산하기 위하여 고액분리 및 침전 과정을 거치므로 부유 물질(SS, Sespended solid) 함량이 낮고, 이화학성 성상에서 속 효성인 무기태 양분의 비율이 높고, 액상화가 된 안정된 상태 의 액비이어서 시설재배에 추비 또는 관비재배 형태로 이용이 가능하다. 관비재배는 시비작업의 생력화, 관수 및 비료절감, 염류스트레스 경감, 수량증대 및 품질향상을 기대할 수 있을 뿐만 아니라 연작장해와 환경문제를 동시에 해결할 수 있는 작 물 생산 시스템으로 기대되고 있다(Hartz and Hochmuth, 1996).

농촌진흥청에서는 토양시료를 분석하여 작물의 비료 흡수량 에 기반을 둔 맞춤비료 시용을 권장하고 있다. 작물의 양분 요구량은 작물별로 차이가 있다. 곡물류는 질소와 칼륨을 거 의 같은 량을 흡수하고 있으며, 근채류나 두과작물 및 채소류 는 질소 보다 칼륨의 흡수량이 높다(Witt, 2003). 화학비료는 작물의 양분요구량에 맞게 시용량 조절이 가능한 장점이 있어 서 맞춤비료의 제조가 기능하다. 그러나 가축분뇨액비는 질소, 인산, 가리 등 양분을 조절하여 작물의 성분 요구량에 일치하 게 시용하기가 어려운 단점이 있다. 통상 가축분뇨 액비의 N:P:K 성분 함량 비율이 2:1:3으로 칼륨은 많고 인산은 부족 한 비율을 나타내고 있다(Lee and Ryoo, 2015). 반면 부추의 N:P:K 성분 요구량은 4:2:3으로 가축분뇨 액비의 성분 함량과 일치하지 않는다. 가축액상분뇨의 시용시 Liebig의 최소율의 법칙(Law of the minimum)을 적용 할 때 가장 부족한 성분 이 인산, 칼슘, 마그네슘 함량이다. 가축분뇨액비의 활용성을 높이기 위해서는 양분의 균형을 맞추기 위하여 가축분뇨액비 에 부족한 성분을 화학비료로 첨가하는 맞춤형액비의 개발이 필요한 실정이다.

가축액상분뇨의 시용시 양분의 조정뿐만 아니라 pH를 조정 하는 것이 필요 할 수 있다. 최근 생산되는 가축분뇨액비의 pH는 7.0이상이다. 대부분의 식물은 토양의 pH가 중성 부근 에서 생육이 적합하다. 부추 재배지는 토양의 pH가 높고 암모 니아태 질소함량이 높을수록 암모니아 가스의 생성이 증가하 여 부추의 잎끝마름증이 증가한다고 보고된 바 있다(Seo et al., 2011). 최근 하우스 토양의 경우 장기간 연작으로 pH가 7.0 이상인 토양도 많아져 산처리에 의한 pH가 조정된 액상비 료의 시용이 요구되고 있다. 가축분뇨의 산처리는 분뇨 저장 과 토양 환원시에 암모니아(NH₃) 발생을 감소시키는 기술로 도입 하였다(Vandre and Clemens, 1997). 가축분뇨 액비의 산처리 기술(slurry acidification technology)은 덴마크의 Jens Oestergaard Jensen, Broenderslev사와 네덜란드의 Biocover회 사에서 개발하여 시판하고 있다. 이러한 시스템은 액비 살포 전에 농축된 황산을 혼합하여 살포하는 시스템이다. 산처리에 의하여 pH을 6 이하로 조정시 축사에서 암모니아 발생을 70% 감소시킨다고 보고하였다(Kai et al., 2007). 황산을 이용 한 산처리는 작물에 황을 공급하는 효과도 있다(Sommer and Hutchings, 2001). 시설재배지 토양은 pH가 높고, 가축분뇨 액 비의 pH도 7이상으로 높아 pH를 조정한 맞춤액비의 적용이 필요하다.

부추(Allium tuberosum Rottler)는 1회 파종으로 5, 6년간 계속 수확할 수 있고 연 7~8회 수확이 가능한 경제작물로서 인기가 높아 최근 재배면적이 크게 늘어나고 있는 추세이다 (Choi et al., 1999; Kim et al., 1998). 중부지역 부추 시설 재배 작형은 2~3월의 휴면기에 퇴비를 시비하고 4~10월까지 8~10회에 걸쳐 수확이 이뤄지는데, 매번 수확 직후 유박비료 와 화학비료를 전면에 시비하고 스프링클러 등을 이용하여 관 수를 실시하고 있다. 부추 전용비료가 없기 때문에 수도용, 원 예용 복합비료를 사용하는데 그로 인하여 양분의 불균형과 염 류집적으로 인하여 피해가 발생하고 있다. 부추의 시비처방기 준(RDA, 2006)에 의하면 질소(N) 추천량은 26.4kg/10a이나 실제 현장에서 무려 47kg/10a를 과잉시비를 하면서 부추 생산 을 하는 경우가 있다(Ryoo. 2015). 이와 같은 재배의 문제점 은 아직 시설 부추 재배지의 토양학적 특성이 명확히 규명된 바가 없기 때문에 초래된 것으로 판단된다. 시설 부추 재배지 의 화학성 및 물리성에 관한 연구는 제한적이며 산발적으로 일부 보고(Choi et al., 2003)되어 있으나 체계적이고 종합적 인 연구는 미흡한 실정이다. 우리나라에서 가축분뇨 액비의 작 물별 적정시비량 설정에 관한 연구가 주로 기비 시용에 많이 진행되어 왔으며 추비 관비재배에 관한 연구는 가축분뇨 액비 를 이용하여 일부 시도되었으나(Park et al., 2011) 미흡한 실 정이다.

따라서 본 연구는 가축분뇨액비에 부족한 성분를 화학비료 로 보충한 맞춤액비를 조제하고 이를 이용하여 부추 관비재배 시 부추 생육과 수량, 토양 화학성의 변화를 구명하고자 수행 하였다.

재료 및 방법

시험 포장 및 처리내용

부추 재배 시험은 시설하우스에서 2015년 4월 15일부터 2015년 10월까지 수행하였다. 실험은 여주시에 위치한 농가의 PE필름하우스에서 실시하였으며 하우스의 면적은 330m² 이었 다. 공시품종은 슈퍼그린벨트이었으며, 부추는 2014년에 포기 간격은 15cm, 이랑 간격은 30cm로 정식된 상태이었다. 각 시 험구면적은 3×15m로 하였고, 시험구 배치는 난괴법 3반복으 로 수행하였다.

본 시험의 처리내용은 Table 1과 같다. 처리구는 가축분뇨 액비(SLM), 가축분뇨액비에 화학비료를 첨가한 양분조정 맞 춤액비(SLM+CF), 가축분뇨액비에 양분과 pH를 조정한 맞춤 액비 (SLM+CF+pH)처리구와 관행재배구(대조구)를 두었다. Table 2-Table 3

공시 가축분뇨액비

본 연구에 이용된 가축분뇨액비는 여주시 공동자원화센터의 고액분리와 부숙과정을 거친 가축분뇨액비를 사용하였다. 본 실험에 사용한 가축분뇨액비의 화학적 특성은 Table 2와 같다 . 공시 가축분뇨액비의 pH는 7.41 이었고, 비료의 3요소인 NP- K에 있어서 T-N 함량은 0.11% P2O5는 0.008%이고, K₂O 함량은 0.269%로 칼륨의 함량은 높았으나 인산의 함량은 낮 은 것으로 나타났다.

맞춤비료 조제 및 관비재배

기비 시용은 처리구별 사전 토양검정을 실시하여 작물별 시 비처방기준에 따라 토양검정결과에 의한 시비량 전량을 모든 처리구에 동일하게 공급하였다. 추비용 양분조정 맞춤액비 (SLM+CF) 처리구는 부추 시비처방기준을 기준으로 발효액비 1 톤에 요소 2.3 kg, 황산마그네슘 1 kg, 붕소 0.5 g을 용해하 여 조제하였다.

양분 및 pH 조정 맞춤액비(SLM+CF+pH) 처리구는 가축분 뇨액비에 아인산을 혼합하여 가축분뇨액비의 pH 7.44를 pH 6.5로 조정하였다. pH 조정을 위한 아인산 투입량은 가축분뇨 액비 1 L 당 아인산(신원무역상사, 99%, pH: 1.0)를 1 mL 혼 합하였다.아인산(H₃PO₃)은 난균류(Oomycetes)의 인산대사를 억제하며, 식물의 병 방어시스템을 자극하여 병 저항성을 증 진시키고. 작물의 목질부와 사관부로 자유롭게 이동하여 지하 부 및 지상부 역병류를 방제시켜 이를 이용한 작물역병 방제 에 효과를 나타내는 것으로 알려져 있다.

가축분뇨 맞춤액비 처리구(SLM, SLM+CF, SLM+CF+pH)는 관비재배를 실시하였다. 본 연구에서 가축분뇨 시용구의 추비 시용량은 토양검정시비량(N : P2O5 : K2O=8 : 0 : 0 kg/10a) 를 기준으로 시용하였다. 가축분뇨 맞춤액비의 시용은 전질소 를 기준으로 액비의 시용량을 결정하였다. 이를 위하여 토양 검정 질소시비량 8 kg/10a에 해당하는 질소량을 24회로 나누 어 1 주일 간격으로 회당 300L/10a를 2015년 4월 10일부터 2015년 10월 5일 까지 관비하였다. 공급방법은 비닐하우스 상 부에 분수호스를 설치하여 공급하였다.

관행재배구(대조구)는 관비재배로 하지 않고 통상 부추농가 의 재배 방식으로 매 예취 후 1회 유박비료와 복합비료를 시 용하였다. 관행재배구는 부추 추비 시용은 매 수확 1 일 후 유박(제품명: 문전옥답, N-P-K: 4.2-1.8-1.0)을 52kg/10a 시용 하였고, 복합비료((21-17-17)를 44 kg 시용하였다. 관행재배구 는 관수만을 해주었다.

생육조사 및 분석

생육조사는 농촌진흥청 농업과학기술 연구조사기준(제4판) 에 준하였다(RDA, 2007).엽록소 측정치(SPAD reading value) 는 간이엽록소측정장치(Minolta Japan, SPAD-502)을 이용하였 다. 측정엽은 중상위 엽으로 하였으며 반복당 5주씩, 1주당 10 회씩 측정하여 평균처리 하였다. 가축분뇨액비의 pH와 전기전 도도(EC)는 다항목측정기(모델명 HI 98129/측정범위 pH 0.00~14.00, EC 0~3999 μs/cm)를 이용하여 측정하였다. 토양 분석은 농촌진흥청의 토양 및 식물체분석법에 준하여 토양 pH(1:5)와 EC는 Orion 3 star pH/EC meter로 측정하였고, 유기물은 Tyurin법, 인산은 Lancaster법, 치환성양이온은 1N Ammoniumacetate(pH 7.0)법으로 여과 후 유도결합플라즈마발 광분석계(Varian 730-ES, ICP-OES)로 측정하였다. 식물체 분 석 시료는 수확한 식물체를 트레이에 얇게 펴서 80℃에서 1 시간정도 숨을 죽인 후 65°C에서 48시간 건조하였다. 건조한 식물체는 분쇄기로 간 후 시료 0.5g에 분해액 (HClO4： H2SO4：증류수=18:1:11) 10mL가하여 300°C 전열판에서 완 전히 분해하여 No.6 Whatman 여과지로 여과한 다음, 양이온 은 AAS(Varian AA240FS)로, T-N은 Kjeldahl 증류법으로, 인산은 Vanadate법으로 분석하였다.

결과 및 고찰

가축분뇨 맞춤액비의 관비재배가 부추생육에 미치는 영향

부추 수확기의 초장과 엽록소 함량 및 식물체 생체중과 건 물중를 조사한 결과는 Table 4와 같다. 초장은 관행재배구 (CF)에 비하여 가축분뇨액비(SLM) 시용구가 약간 작은 편이 었으며 엽록소 함량은 생육 후기로 갈수록 낮아 경향이었다. 가축분뇨액비 처리구(SLM에서 엽록소 함량이 다른 처리보다 낮아지는 결과를 보였는데 이는 가축분뇨 액비 질소와 엽록소 함량 간의 높은 상관성이 있기에 질소 양분 부족의 결과를 보 여주는 것으로 여겨진다. SCB액비를 대상으로 토마토 관비재 배의 연구결과에서도 모든 처리구의 EC을 동일하게 처리하였 는데도 불구하고 액비 처리구의 잎의 엽록소측정치가 낮아진 것은 SCB액비의 질소와 인산 부족이 원인이 된 것으로 보고 하였다(Ryoo and Seo, 2009). 그러나 양분 및 pH 조정 맞춤 액비 처리구(SLM+CF, SLM+CF+pH)의 부추 초장은 관행재 배구(CF)와 유사하게 나타났다. 또한 1차, 2차 부추 수확시 양분 및 pH 조정 맞춤액비(SLM+CF, SLM+CF+pH) 처리구 의 부추 초장 및 생체중은 관행처리구와 대등한 생육과 수량 을 나타내었다. 그러나 3차, 4차 수확시 부추 맞춤액비 처리구 의 부추 초장과 생체중은 관행재배구와 유의한 차이를 볼 수 없었다. 부추 3차, 4차 수확시 생체중 및 건물중은 1~2차 수 확기 보다 낮아졌는데 부추의 초기생장에 비해 후기생장이 떨 어지는 것은 기비로 시용한 유기물 등의 성분을 부추 생육 초 기에 이용했기 때문으로 생각된다.

5, 6차 수확시 부추의 초장은 가축분뇨액비 처리구(SLM)는 관행재배구(CF) 보다 다소 낮았으나 가축분뇨 맞춤액비 처리 구(SLM+CF)에서 대조구와 유의한 차이를 나타내지 않았다. 또한 부추의 지상부 생체중은 양분 및 pH 조정 맞춤액비 처 리구(SLM+CF+pH)에서 대조구에 비해 다소 높았다. 고온기 부추의 잎끝마름증은 토양의 높은 pH 변화에 따른 무기태질 소의 환원에 따른 암모니아 가스생성이 원인이라고 보고한 것 을(Seo el al., 2011)를 고려 할 때 본 연구에서도 양분 및 pH 조정 맞춤액비의 시용효과가 나타난 것으로 보인다.

부추 수량

부추 수확기별 맞춤액비 시용에 따른 생체수량은 Table 5와 같다. 1차 수확시 부추 수량은 관행재배구(CF)에 비하여 가축 분뇨액비(SLM) 시용구에서 1,363kg 10a^-1로 5% 낮아졌다. 가축 분뇨액비 처리구에서 수량이 다른 처리구보다 낮아지는 결과를 보였는데 이는 가축분뇨액비에 함유된 질소와 인산의 부족과 양분불균형이 원인이 된 것으로 보인다(Ryoo and Seo, 2009). 그러나 양분 및 pH 조정 맞춤액비 처리구(SLM+CF+pH)의 부추 수량은 가축분뇨액비 시용구(SLM) 보다 증수하였다. 가 축분뇨 액비의 부족한 양분인 질소, 인산, 마그네슘의 비료 첨 가에 의하여 양분 불균형이 해소되어 정상적인 생육이 가능한 것으로 보인다. 또한 1차부터 6차 수확까지 누계한 총수량은 양분 및 pH 조정 가축분뇨 맞춤액비 시용구(SLM+CF+pH)에 서 8,235kg 10a^-1로 관행재배구(CF)의 7,943kg 10a^-1 비교하여 통계적으로 유의성은 없으나 높은 수량을 보였다. 이러한 결 과는 가축분뇨액비 및 화학비료에 의한 구분이 없이 가축분뇨 맞춤액비의 공급을 통해서 충분히 화학비료를 대체할 수 있는 것으로 판단되었다. Lim et al.(2010)은 SCB 액비를 이용한 고추 관비재배 시에 토양검정 시비량에 대해서 화학비료 대체 가 가능하다고 하였으며, Park et al. (2011)에서도 오이 재배 에서 액비의 관비공급을 통해서 질소 및 칼륨 화학비료 대체 가 가능하다고 보고하여 본 연구와 같은 결과를 나타내었다. 가축분뇨 액비의 부족한 양분과 pH 조정이 부추 생육 및 수 량에 효과가 있는 것으로 나타났다. 가축분뇨맞춤액비 시용구 의 부추 수량은 1차, 2차 수확기와 생육후기 기온이 떨어지는 9월의 5차, 6차 수확기에 생육이 왕성하여 전체 수량 유지에 효과를 나타낸 것으로 보인다.

식물체 무기물 함량 및 토양 화학성에 미치는 영향

Table 6은 가축분뇨맞춤액비 시용에 따른 부추 식물체의 무 기성분 함량를 나타낸 것이다. 식물체내 전질소함량은 가축분 뇨액비 처리구(SLM)에서 3.92%로 가장 낮았다. 식물체 분석 결과, 질소와 인 함량은 관행재배구(CF)에서 높은 경향을 보 였다. 식물체의 칼륨 함량은 가축분뇨액비 처리구(SLM)가 관 행재배구(CF) 보다 높았다. 무기성분 중 칼슘과 마그네슘 함 량은 처리 간에 통계적인 유의차가 없었다.

가축분뇨액비를 관비 시용한 시험 전?후 토양의 화학적 특 성을 조사한 결과는 Table 7과 같다. 공시 부추 재배 토양의 화학적 특성은 모든 성분이 적정범위보다 높았다. 공시 토양 의 pH는 7.5로 농촌진흥청의 부추 시비처방기준(RDA, 2006) 인 6.0~6.5의 최적범위 보다는 높은 경향을 나타내었다. 부추 시험 농가의 토양은 유기물 함량이 토양 1 kg에 평균 34.5ｇ 로 높아 Ha et al. (1997)이 보고한 부추 토양재배지 보다 높 은 수치를 나타내었다. 유효인산 함량은 1 kg당 2,095mg로 시 비처방기준의 부추재배를 위한 적정 유효인산 함량인 350~500mg/kg 보다 약 5~6배 높은 수준을 보였다. 치환성칼 륨 함량도 3.5 cmolc/kg로 적정범위(0.7~0.8) 보다 5~6배 높 았다. 전반적으로 부추재배 포장의 경우 인산 함량뿐만 아니 라 양이온이 집적되어 양분이 과다한 상태였다. 이런 결과는 Lee et al.(1993)이 보고한 경기 북부지역 시설하우스 토양 화 학성분 조사에서 pH를 제외한 각 성분 평균함량이 적정함량 범위보다 높은 경향을 보인 결과와 유사하였다.

부추 시험재배 후 pH는 시험전과 유사한 결과를 보였다. pH 조정 맞춤액비 처리구의 pH가 다소 감소하는 경향을 보였 으나 통계적으로 유의한 차이를 보이지 않았다. 유기물 함량 은 가축분뇨 액비 시용구가 다소 증가하였으나 시험 전 토양 과 유사한 결과를 보였다.

시험 후 토양 내 유효인산 함량은 시험 전 토양에서 2,095 mg kg-1로 매우 높았으나 시험재배 후 가축분뇨액비 (SLM) 및 양분 조정 맞춤액비 처리구(SLM+CF)의 토양 내 유효인산 함량은 각각 1,824, 1,963 mg kg-1로 감소하였다. 그 러나 관행재배구(CF)의 유효인산 함량은 2,024 mg kg-로 가장 높게 나타났다. 이와 같이 관행재배 시용구의 유효인산 함량 이 높은 것은 과량의 화학비료와 퇴비, 유박비료를 지속적 투 입하기 때문으로 판단된다. Kwak et al, (2003)이 돈분퇴비 시용 토양 중 유기물과 인산이 각각 50%, 23% 집적된다고 보고한 바와 같이 기비로 퇴비와 추비로 투입한 화학비료와 유박비료 중에 함유된 인산이 토양에 집적되어 유효인산이 증 가한 것으로 사료된다. 토양의 염류집적 상태를 나타내는 전 기전도도(EC)는 시험 전 3.1 dS/m를 나타내어 적정 함량 (0.0~2.0) 보다 높은 염류 집적 상태를 보였는데 가축분뇨 맞 춤액비 처리구(SLM+CF)의 토양 EC는 2.7 dS/m로 낮아졌다. 이상의 결과에서 부추농가가 시비처방 없이 관행적으로 과다 하게 비료를 시용하여 토양 화학성를 악화시킨 것으로 보이며 가축분뇨맞춤액비를 시비처방 기준으로 추비 시용시 토양의 유효인산 함량과 EC 저하 등 토양의 화학성 개선에 기여 할 것으로 보인다.

적 요

본 연구는 가축분뇨액비에 화학비료를 첨가한 가축분뇨 맞 춤액비의 관비 재배가 부추 생육과 토양의 이화학성 변화에 미치는 영향를 조사하였다. 처리구는 가축분뇨액비(SLM), 가 축분뇨액비에 화학비료를 첨가한 양분조정 맞춤액비(SLM+CF), 가축분뇨액비에 양분과 pH를 조정한 맞춤액비 (SLM+CF+pH) 처리구와 관행재배구(대조구)를 두었다.