서 언

우리나라는 1960년대 후반부터 새로운 유전자를 도입하여 다수성 벼 품종들을 육성하기 시작하였다. 이후 1970년대 중반 쌀의 자급율은 100%를 달성하였으며, 재래벼 품종들은 개량된 다수성 품종으로 대체되기 시작하였다. 개량된 다수성 품종은 재래종보다 대부분 양분을 많이 필요로 하는 다비성이다(Bum et al., 2006;Lee & Kim, 2006).

2000년대 초반까지 국내에서 가장 많이 재배되고 있는 품 종은 추청벼로 일본에서 육성되어 1969년에 국내에 도입되었 고, 1970년 장려품종으로 선정되어, 1973년부터 전국 재배면 적이 꾸준히 1~3위를 차지하는 장수품종이다(Lee & Kim, 2006). 그러나 이 품종은 품질과 병충해가 많고 도복 안정성 이 낮아 2017년 이후 국산 품종으로 대체되고 있는 추세이다 (Lee et al., 2019).

골든퀸 3호는 국산 재래종에서 육종하여 2015년 품종 등록 되었으며, 향미 및 저아밀로오스 특성이 있어 밥맛이 좋다 (KIPRIS, 2020). 또한 키가 크지 않아 도복 안전성이 높아 최 근 들어 중부 및 남부지역에서 많이 재배되고 있는 품종이다.

개량된 품종들은 안정적인 수량을 확보하기 위하여 화학비 료나 유기자원 등 양분의 공급을 필요로 한다. 작물의 생산성 을 높이기 위하여 토양에 투입할 양분의 양을 설정하는 방법 으로는 표준시비량 방법과 토양검정을 통한 시비방법이 있다 (National Institute of Agricultural Science and Technology, 2017). 작물별 표준시비 방법은 전국 각지 농경지의 양분 차 이 등 토양의 화학적 다양성을 고려하지 못해 양분이 많은 토 양의 경우에는 양분과다에 의한 염류집적 및 침출수 유출 등 환경오염의 원인(Sohn & Han, 2000)이 되기 때문에 농경지 의 양분 집적을 예방하고 균형적으로 양분을 공급할 수 있는 토양검정을 통한 시비방법을 추천한다(NIAST, 2017).

토양검정을 통해 시비하고자 하는 연구로는 논토양 유형별 질소시비량 결정(Moon et al., 2010), 간척지 토양에서의 퇴비 처리 효과(Moon et al., 2011), 하수종말처리장 방류수를 활용 한 벼 재배(Shin et al., 2008) 등이 있지만 모두 화학비료를 기준으로 한 연구이며, 유기자원을 활용한 시비 연구는 많지 않다.

본 연구는 벼 유기재배 시 유기자원의 시비량 결정을 위해 서 유기자원에 N, P, K 무기화율을 적용하였고, 시비처방시 추천된 혼합퇴비를 균배양체로 대체하여 포장 시험을 실시하 였다. 이를 통해 유기재배 농가에서 활용할 수 있는 벼 시비 처방 모델을 구축하는데 목적을 두고 ‘골든퀸’을 대상으로 하 여 수행하였다.

재료 및 방법

시험 토양

시험 전 토양의 화학적 성질은 Table 1과 같이 벼 재배의 적정 기준치보다 산도와 유효인산은 높았고, 유효규산 함량은 낮았다.

유기자원의 화학적 조성

시험에 사용한 유기자원은 질소, 인산, 칼리의 공급원으로 균 배양체, 혼합유박, 아미노볼 및 미라클 K(가딘)를 사용하였다 (Table 2). 규산질비료는 규산 25%, 알카리분 40%, 고토 2% 함유된 입상 규산질비료(동양산업주식회사)를 사용하였다. 유 기자원 각각의 탄소함량은 Nam et al. (1998)이 제시한 식(1) 에 의하여 계산하였다.

(식 1)

(OM: 유기물 함량)

시비량 결정

토양검정에 의한 질소 추천 시비량은 토양 유기물 함량 및 유효규산을 기준으로 하며, 인산은 토양 유효인산 함량, 칼리 는 토양 내 칼륨 함량과 양이온치환 용량(또는 10), 규산은 토 양 유효규산 함량에 따라 달리 처방되며, 퇴구비 사용량 또한 토양 유기물 함량을 기준으로 처방한다(NIAST, 2017). 각각의 유기자원은 비료 추천 성분량을 기준으로 처방하였으며 NIAST (2017)이 제시한 식(2~6)에 의하여 계산하였다.

(식 2)

(OM: 토양 유기물 함량, SiO₂: 토양 유효규산)

이중 쌀 목표수량을 4,800 kg·ha^-1으로 하여 질소비료 사용량 을 결정하였다.

(식 3)

(x: 토양 유효인산 함량)

(식 4)

(CEC: 양이온치환용량 또는 10, K: 토양 칼륨 함량)

(식 5)

(x: 토양 유효규산 함량)

(식 6)

(OM: 토양 유기물 함량)

시비량 결정 시 유기자원의 질소 무기화율은 탄질율이 70전 후에서 20% 정도(Shin et al., 2017)라고 하여 유기자원의 탄 질율이 70일 때 질소의 무기화율을 20%로 정하였다. 온도와 수분이 높을수록 질소의 무기화율은 높으며(Cho & Chang, 2007), 논의 경우 수분 및 온도가 높아 무기화율이 밭 토양보 다 높다(Shin et al., 2016). 이를 바탕으로 밭토양보다 높은 무기화율을 적용하여 탄질율에 따른 질소의 무기화율 표를 만 들었으며(Table 3), 선형추세회귀식 (7)을 도출하였다. 질소의 무기화율에 대하여 탄질율로 예측하는 회귀분석을 실시한 결 과 이 회귀모형은 통계적으로 유의미하였다(F(1,3)=63.17, p<0.01). 식 (7)에 균배양체(C:N율 14.6), 혼합유박(C:N율 9.2) 및 아미노볼(C:N율 5.5)의 탄질율을 적용하여 본 시험에 사용 된 유기자원의 질소 무기화율을 구하였으며, 인산과 칼륨의 무 기화율은 일률적으로 80%와 90%를 적용하였다(Table 4). 혼 합유박의 질소 무기화율은 식 (7)에 의해 81%로 나타났는데, Lee et al. (2012)도 논토양 조건의 실내실험에서 유박의 질소 무기화율은 80% 정도라고 하였다.

(식 7)

시험구 구성 및 작물 재배

본 시험은 2020년 4월부터 10월까지 7개월 동안 충청북도 괴산군에 위치한 (사)흙살림연구소 시험 농장에서 수행하였다. 시험구는 15 m × 15 m의 크기로 조성하였으며, 처리구는 유기 자원 처리구, 화학비료구 및 무처리구로 구성하였다. 유기자원 처리구는 유기자원에 무기화율(Table 4)을 적용하여 시비량을 결정하였다. 시비량은 Heuktoram (2020)에서 추천된 비료 성 분량에 맞춰 질소는 78%, 인산은 전량, 칼리는 85%를 밑거름 으로 처방하였으며, 추천된 혼합퇴비는 균배양체로 대체(1:1) 하였다. 화학비료구의 질소질 비료는 요소, 인산질 비료는 용 성인비, 칼리질 비료는 황산칼리, 추천된 혼합퇴비는 균배양체 로 대체(1:1)하여 사용하였다. 시험구 배치는 처리구당 난괴법 3반복으로 실시하였다. 각 처리별 추천 시비량에 맞춰 밑거름 은 이앙 9일 전인 5월 25일에 시용하였다. 처방된 웃거름은 유기자원의 경우 분해되어 무기화되는 기간이 늦으므로 화학 비료보다 1주일 빠른 이앙 후 47일인 7월 20일에, 화학비료의 경우에는 유기자원 처리구보다 1주일 늦은 7월 27일에 처리 하였다.

품종은 골든퀸 3호(순도 87.5%)로 4월 28일 온탕침지법 (60°C, 10분)으로 종자 소독 후 침종하였고 10일 후 파종하였 다. 이앙은 6월 3일, 기계이앙으로 m² 당 21.6주를 식재하였다. 이앙 1주일 후에 우렁이 중패를 1ha 당 80 kg을 투입하였다. 생육 중 별도의 병해충 관리는 없었으며 기타 관리는 유기농 쌀 생산(Rural Development Administration, 2015) 재배법에 준하였다.

생육 및 수량조사

생육조사는 이앙 후 45일과 수확 후 총 2차례로 나누어 실시 하였다. 생육 중 조사는 초장, 분얼수, 엽색도(SPAD value; SPAD-502, Japan) 및 혹명나방 피해율을 처리구당 10주씩 조사 하였다. 수량조사는 10월 23일 수량 구성요소인 유효분얼수, 등 숙비율과 천립중을 조사하여 벼의 수량을 계산하였고, 볏짚수 량도 조사하였다.

토양 및 식물체 무기성분 분석

토양 화학성을 조사하기 위하여 시험 전과 수확기에 토양 시료를 채취하였다. 각 처리구별로 오거(Augar)를 사용하여 표 토(0-20 cm)를 채취하였다. 토양 화학성 분석은 상온 건조한 토양을 2 mm 체를 통과 시킨 후, 농촌진흥청에서 제시한 농업 과학기술 연구조사분석기준(Rural Development Administration, 2012)에 준하여 토양산도, 전기전도도, 유기물 함량, 유효인산, 치환성 양이온 및 유효규산 함량을 분석하였다. 토양산도, 전 기전도도는 5배량의 물로 추출하여 초자전극법을 이용하였고, 유기물 함량은 Walkley Black 법, 유효인산은 Lancaster법으로 분석하였다. 치환성 양이온은 1 N-ammonium acetate로 침출한 후 ICP (SPECTRO, GENESIS FEE, Germany)로 정량하였 다. 유효규산 함량은 1 N-ammonium acetate 침출법으로 분석 하였다. 쌀의 무기성분 분석은 수확기에 처리구별로 반복당 10 주를 수확하여 농촌진흥청에서 제시한 농업과학기술 연구조사 분석기준(RDA, 2012)에 준하여, 80°C에서 24시간 건조 후 분쇄하여 분석용 시료로 사용하였다.

통계 분석

시비 처리별 ANOVA 분석은 R 프로그램의 aov 함수를, 다중검정은 “agricolae” 패키지 안의 duncan.test( ) 함수 (P=0.05)를 사용하였고, 토양 화학성과 벼 생육특성의 상관분 석은 cor.test( ) 함수를 사용하였다. 모든 분석은 R프로그램 (ver. 3.5.3)을 이용하였다.

결과 및 고찰

시비 처리별 생육 및 수량 특성

초장, 분얼수 및 엽색도는 유기자원 처리구와 화학비료구의 차이는 없었지만 무처리구보다 높았다(Table 5). 혹명나방의 피 해가 발생되었는데, 시비처리구와 무처리구를 육안으로 관찰 하였을 때 차이를 보이고 있지만(Fig. 1II) 처리구간 통계적 유의성은 없었다. 혹명나방의 피해는 늦게 이앙하거나 질소질 거름이 많을 때 많이 발생되므로(RDA, 2015) 골든퀸의 경우 6월 이전에 이앙하고, 쌀 목표수량을 4,600 kg·ha^-1으로 하여 질소비료 사용량을 줄일 필요가 있겠다.

수확기의 이삭수는 유기자원 처리구와 화학비료구가 22개로 차이가 없었지만 무처리구 보다는 많았다(Table 6). 등숙율은 무처리구에서 가장 높았으며, 화학비료구에서 가장 낮았는데, 혹명나방의 피해가 등숙율에도 영향을 미쳐(RDA, 2015) 무처 리에서 높았던 것으로 판단된다. 천립중 평균은 25.0 g으로 국 내 품종 천립중 22.2 g(Lee, 2020)보다 높았으며, 시비구보다 무처리구에서 가장 높았는데, 이는 무처리구의 분얼수가 가장 적어 상대적으로 많은 양분을 흡수할 수 있었기 때문으로 판 단된다. Park et al. (2001)도 무처리에서 등숙율과 천립중이 높다고 하였다. 볏짚수량은 무처리보다 초장 및 분얼수가 많 은 시비구에서 높았다(Fig. 1I). 벼 수량은 단위면적당 이삭수 가 증가할수록 증가한다(Lee et al., 2003). 벼 수량도 이삭수 와 같이 유기자원 처리구와 화학비료구간 차이가 없었으며, 무 처리구보다 많았는데, Cha et al. (2010)도 유기재배와 관행재 배간 수량차이가 없다고 하였다. Moon et al. (2011)도 무처 리보다는 화학비료나 퇴비 처리구에서 수량이 많다고 하였고, Cho et al. (2009)과 Oh et al. (2014)도 벼 재배시 유기질비 료로 화학비료 대체가 가능하다고 하였다.

시비 처리별 무기성분 특성

현미쌀의 무기성분중 철 함량은 유기자원 처리구와 화학비료 구간 차이가 없었지만 무처리구보다 높았다(Table 7). 아연은 유 기자원 처리구에서 가장 높았고 무처리구에서 가장 낮았는데, Park et al. (2010)도 화학비료구보다 유기자원 처리에서 더 높 다고 하였다. 아연함량이 높으면 벼 깨씨무늬병 발생이 낮다 (Yeh et al., 2009)고 하여 아연 함량이 높은 유기자원 처리에서 는 벼 깨씨무늬병의 발생억제에도 좋을 것으로 판단된다.

토양의 화학성 변화

벼 수확 시기에 토양의 화학성 변화를 조사하였다(Table 8). 시험전과 비교하여 토양산도, 칼슘, 마그네슘은 낮아졌으며, 유 효규산 함량은 높아졌다. 수확 시기의 처리별 토양 화학성 항 목 중 토양산도는 화학비료구에서 높았다. 양이온인 칼슘과 마 그네슘함량은 유기자원처리와 화학비료처리간 차이가 없었지 만 무처리구보다 높았는데, Oh et al. (2016)도 무처리보다 시 비처리를 한 곳에서 양이온 함량이 높다고 하였다. 유효규산 함량은 유기자원 처리구에서 화학비료구보다 높았다. Kim et al. (2011)은 유기자원과 규산질 비료를 같이 시비하였을 때 벼 수량이 높고, 토양비옥도를 향상시킨다고 하였다.

토양 특성과 벼 수량 구성요소의 상관관계

벼 수확 후 논 토양의 화학성과 벼 수량 구성요소의 상관관 계를 분석하였다(Table 9). 토양 내 유효인산함량과 볏짚 수량 은 음(-)의 상관이 인정되었다. 토양 내 칼륨함량은 칼슘, 마그 네슘함량과 양(+)의 상관이 인정되었으며, 천립중과 음(-)의 상 관이 인정되었다. 칼슘함량은 칼륨, 마그네슘, 유효규산, 이삭 수, 볏짚 및 벼 수량과 양(+)의 상관이, 등숙율과 천립중과는 음(-)의 상관이 인정되었다. 마그네슘함량은 유효규산, 이삭 수, 볏짚 및 벼 수량과 양(+)의 상관이, 등숙율과 천립중과는 음(-)의 상관이 인정되었다. 유효규산함량은 벼 수량 구성요소 인 모든 항목과 상관이 인정되었는데, 이삭수와는 양(+)의 상 관이, 등숙율 및 천립중과는 음(-)의 상관이 인정되었다. 또한 볏짚생산량과 벼 수량과도 양(+)의 상관이 인정되었는데, Lee et al. (2005)도 규산질비료의 투입으로 수량이 높아진다고 하 였다.

이삭수는 등숙율, 천립중과 음(-)의 상관이, 볏짚 수량과 벼 수량과는 양(+)의 상관이 인정되었다. 이삭수와 상관이 있는 토양화학성분은 칼슘, 마그네슘 및 토양 유효규산이므로 칼 슘, 마그네슘과 함께 규산질비료를 투입한다면 벼의 수량을 높 일 수 있다.

벼의 수량에는 이삭수, 등숙율, 천립중이 영향을 미친다(Cha et al., 2010;Oh et al., 2016). 벼 수량은 이삭수와는 양(+) 의 상관, 등숙율, 천립중과는 음(-)의 상관이 인정되어 다른 경 향이었는데, 이는 등숙율(r=-0.76), 천립중(r=-0.87)보다 이삭수 (r=0.98)가 수량과 더 높은 상관을 보였기 때문이다. 본 연구 에서 벼 수량에 더 큰 영향을 주는 요인으로는 이삭수>천립 중>등숙율 순이었다. Song et al. (2010)도 주당 이삭수가 천 립중과 등숙율보다 수량에 더 영향을 준다고 하였다. 반면 Oh et al. (2016)은 천립중이 벼 수량에 더 크게 영향을 미친다고 하였는데, 이는 연구 조건에 따라 수량에 미치는 수량구성요 소에 차이가 있음을 나타낸다.

볏짚 생산량은 벼 수량과 양(+)의 상관이 인정되었는데, 볏 짚 생산량에 영향을 주는 칼슘, 마그네슘, 유효규산 및 이삭수 는 벼 생산량에도 영향을 주었다. 벼 수량을 높이기 위해서는 벼의 초기 생육 및 분얼수를 높여야 하며, 영화수도 많아지도 록 이삭거름을 적기에 주어야 한다. 본 실험에서는 화학비료 보다 유기자원의 이삭거름을 1주일 전에 주었던 것이 적당하 다고 판단된다.

적 요

토양검정에 의한 유기자원 시비처방 효과를 구명하기 위하 여 유기자원의 질소, 인산, 칼륨 성분 함량에 무기화율을 적용 하여 시비량을 설정하고 골든퀸 벼를 대상으로 포장시험을 실 시하였다.