서 론

최근 우리나라는 화학비료와 농약의 장기간 사용과 오남용 으로 발생되는 농업환경의 변화와 소비자들의 안전한 먹거리에 대한 수요 증가로 친환경농업에 대한 관심이 점차 높아지고 있 다(Ok et al., 2016). 정부는 농경지의 환경보전기능을 강화하기 위해 제4차 친환경농업 육성 5개년 계획에 따라 화학비료 사용 량을 2014년 기준 ha당 258 kg에서 2020년 235 kg으로 감축하 는 목표를 설정하고, 이를 위해 친환경 농자재 지원 사업으로 농가에 유기질비료를 지원하고 있다(MAFRA, 2016).

유기질비료는 부산물비료와 달리 유박류 등의 원료를 부숙 과정 없이 제조하는 비료로서 가축분 퇴비, 부숙겨 등 부산물 비료에 비해 속효성이며 양분함량이 높아 일부 농가에서 화학 비료 대체제로 사용하고 있다(Kim et al., 2018). 다수 연구자 들이 유기질비료와 관련하여 비료 영양 성분 분포 특성, 유박 의 토양 투입량, 시용시기, 작물 생산성 증가 및 토양환경 개 선에 미치는 영향을 평가 하였다(Yun et al., 2011;Kim et al., 2014;Kim et al., 2018). 채종 유박은 밭작물의 생육을 안정시키고 생산성을 증가시키지만, 장기 연용한 재배지에서 토양 유기물 함량 변화가 미미하였고(Lee, 2009), 장기간 유기 질비료의 과다 투입은 토양내 질소, 인산, 칼륨 등 양분의 염 류 집적을 초래하고 과잉 양분의 용탈로 인한 수계오염을 유 발할 수 있다(Lee et al., 2004;Lee et al., 2015). 이와 함 께 가장 보편적으로 사용되는 유기질비료인 유박은 2017년 수 입량이 117만톤으로 현재 대부분 수입되고 있는 문제점이 있 어 이를 대체하기 위해 지역내 양분 자원인 녹비를 활용한 양 분 순환 체계 구축에 대한 필요성이 제기되고 있다(An et al., 2019;Lee et al., 2019).

국제유기농업연맹(IFOAM)과 Codex의 유기식품 규격에 따 르면 토양비옥도의 유지와 증진을 위해 두과작물, 녹비작물 및 심근성작물 재배를 필수사항으로 규정하고 있으며(Ryoo, 2008), 이와 함께 우리나라도 ^『친환경농어업 육성 및 유기식 품 등의 관리지원에 관한 법률_』에 근거한 친환경농축산물 및 유기식품 등의 인증에 관한 세부실시 요령(국립농산물품질관 리원 고시 제2017-32호)에 따라 유기 농작물 재배시 두과작물, 녹비작물 등을 이용하여 적절하게 윤작계획을 이행하도록 규 정하고 있다. 하지만 국내 유기농가는 작물의 양분관리를 위 해서 주로 가축분퇴비(40%)나 유기질비료(39%) 등의 자재를 사용하고 녹비작물 재배(3%)를 활용한 양분관리는 저조한 실 정이다(Lee et al., 2018). 유럽의 유기농업 선진국에서도 유기 질 비료와 함께 대체 자원으로 녹비작물에 대한 연구가 진행 되고 있다(Montemurro et al, 2013;Zandvakili et al., 2017;Furmańczyk et al., 2020;Lepp et al., 2020).

녹비작물은 식물이 푸른 상태일 때 농경지에 환원하여 이용 하는 작물로, 유기물 공급 효과와 함께 토양의 물리적 환경개 선, 화학비료 절감, 토양 염류집적 경감, 토양유실 방지 등 다 양한 측면에서 활용되고 있다(Cho et al., 2011). 국내에서 주 로 이용되는 녹비작물로는 두과작물과 화본과작물로 분류할 수 있다. 두과 녹비작물로는 네마장황, 풋베기콩, 헤어리베치, 자운영 등이 있으며, 대기중의 공중질소를 고정함으로써 질소 함량이 높고 또한 C/N율이 낮아 토양에 환원하면 짧은 기간 에 분해되어 양분 공급 효과가 좋으나 화본과 녹비작물에 비 해 생체수량이 적다(Cho et al., 2010;Kim et al., 2013;Hwang et al., 2015). 화본과 녹비작물은 수단그라스, 수수, 하우스솔고, 보리 등이 있고 초기 생육속도가 빠르며 재배기 간이 길어질수록 C/N율이 높아져 토양 유기물 공급에 효과적 이나 후작물 생육 초기단계에 질소기아현상이 발생할 수 있다 (Kim et al., 2013;Cho et al., 2011). 하지만 생체수량 증가 와 함께 낮은 질소 함량에서도 두과 녹비작물과 같이 높은 질 소 고정량을 보였다(Lim et al., 2012).

따라서 본 연구는 시설상추 친환경 재배시 여름 휴경기 동 안 두과 녹비작물로 네마장황과 콩, 화본과 녹비작물로 수단 그라스와 수수를 재배한 후 토양 환원을 통해 녹비작물이 양 분적으로 수입 유박을 대체 할 수 있는지 알아보고자 수행하 였다. 또한 녹비작물을 이용한 지역 내 양분자원 활용기술로 지속가능한 농업을 추구하는 유럽의 유기농업 양분관리 기술 발전에 고려해 볼 수 있을 것으로 보인다.

재료 및 방법

시험장소

본 시험은 충청남도농업기술원에서 조성한 비가림하우스 시 험포장에서 여름동안 녹비작물을 재배하고 토양에 환원한 후 가을 상추를 재배하였다. 해당 포장은 3년간 무농약·무화학 비 료로 관리된 포장이며, 1년간 녹비와 상추를 윤작한 포장으로 시험전 토양화학성 분석결과는 Table 1과 같다. 토양 pH와 치 환성 칼슘함량은 다소 높았으며, 치환성 마그네슘 함량은 적 정 기준보다 다소 낮은 토양이었다.

녹비작물 재배와 유박 시비

녹비작물로는 여름철 재배에 적합한 두과작물인 네마장황과 콩, 화본과작물에서는 수단그라스와 수수를 선택하였다. 처리 내용은 무비구, 4종 녹비구(네마장황, 콩, 수단그라스, 수수)와 녹비작물을 재배하지 않고 상추 재배전 유박비료를 시용한 유 박 시용구 총 6처리를 두었으며, 각 처리의 시험구당 면적은 7.2 m²이며, 난괴법 3반복으로 진행하였다. 녹비작물은 2019년 7월 4일에 파종하여 8월 16일까지 43일간 재배하였으며 토양 환원 직전에 1 m²의 식물체를 수확하여 생육량과 식물체의 무 기성분 함량 및 고정량을 조사하였다. 유박비료는 토양 질소 검정후 시비처방에 의해 상추 재배전 시비하였다.

토양 및 식물체의 무기성분 분석

토양 및 식물체 무기성분 함량은 농촌진흥청 농업과학기술 원의 토양 및 식물체 분석법 (NIAST, 2000)에 준하여 실시하 였다. 토양시료 채취는 녹비 재배가 끝나고 토양에 환원전 표 토 2 cm를 제거후 15 cm 정도인 표층에서 채취하였다. 토양의 화학적 특성은 2 mm체를 통과한 풍건시료로 토양과 증류수를 1:5 비율로 혼합하여 30분간 진탕시킨 후 pH와 EC를 측정하 였고, 토양유기물은 Tyurin법, 유효인산은 Lancaster법, 치환성 양이온은 1N NH₄OAc(pH.7.0) 완충용액으로 침출하여 유도결 합플라즈마원자발광분광법(ICP, Varian ESP-730)으로 분석하 였다. 식물체 분석은 녹비 환원기와 상추 수확기에 식물체를 70oC에서 건조한 후 분쇄한 시료를 산 분해 용액(HCIO₄: H₂SO₄=10:1)으로 습식 분해하여 전 질소는 Kjeldahl법으로, 인산은 Vanadate법으로, 양이온은 ICP(Varian ESP-730)로 분 석하였으며, 질소 양분수지는 관수에 의한 양분 유입량은 계 산에 포함시키지 않고 녹비, 유박 및 상추 유묘에 의해 유입 된 양분량 대비 후작물 상추에 의해 흡수된 양분을 제외함으 로써 계산하였다.

상추 재배

상추 ‘선풍골드’ 품종은 2019년 8월 10일에 파종하여 육묘 하였고, 녹비작물을 토양에 환원한 후 약 2주가 지난 9월 3일 동일 포장에 19×19 cm 거리로 6열 재배하였다. 생육조사는 엽 구, 엽수, 엽장, 엽폭 및 주중을 대상으로 정식 15일후에 실시 하였고, 상추 수확은 9월 19일부터 11월 22일까지 일주일 간 격으로 10회 실시하였다. 수량은 초기 2회까지 수확한 초기 수량과 총 수량으로 나누어 평가하였으며, 수확기 생육특성 및 수량은 재배방법별로 반복당 10주씩 3반복 조사하여 통계 처 리하였다. 생육시기에 따른 생육조사는 농업과학기술 연구조 사분석기준(RDA, 2012)에 준하여 수행하였다.

통계분석

본 시험의 통계분석은 SAS 9.4(Statistical Analysis System Institute Inc. Cary, USA) 프로그램을 이용하여 분석하였으며, 처리간 유의성은 Duncan’s Multiple Range Test를 이용하여 검정하였다.

결과 및 고찰

녹비 무기성분 함량 및 질소 공급량

녹비작물의 비료 3요소 공급량을 추정하기 위해 토양 환원 전 조사한 무기성분 함량 및 C/N율은 Table 2와 같다. 총질 소 함량은 두과 녹비작물인 네마장황과 콩에서 3.7~4.0%로 화 본과 녹비작물인 수단그라스와 수수의 2.1~2.4%보다 높았다. 인산 함량은 0.4~05%로 모든 녹비에서 비슷한 값을 보였고, 칼리 함량은 두과 녹비작물은 1.6~1.9%였고, 화본과 녹비작물 은 2.0~2.2%였다. Lee et al. (2006), Yang et al. (2011a)과 Park et al. (2011)의 보고에서 질소함량은 콩에서 3.6~3.8%, 네마장황에서 3.0~3.3%로 수단그라스에서 0.9%, 수수 2.1%로 본 시험보다 약간 낮았으나 그 경향은 비슷하였고, 인산함량 은 콩과 수단그라스에서 각각 0.3%로 약간 낮았고, 칼리함량 은 콩에서 2.6~2.8%, 수단그라스에서 3.3%, 수수에서 2.8%로 본 시험보다 약간 높았으나 그 경향은 비슷하였다.

C/N율은 두과작물인 콩과 헤어리베치가 10.0~11.4로 화본과 작물인 수수와 수단그라스의 16.9~18.0보다 낮은 값을 보였다. Lee et al. (2006)이 여름 휴한기에 재배한 녹비에서 C/N율 분석 결과 콩은 16.7로 본 시험보다 약간 높았고, 수단그라스 는 53.4로 매우 높은 값을 보였으며, Cho et al. (2010)의 춘 파용 두과 녹비작물 시험에서 네마장황은 재배시기에 따라 10~20사이의 값을 보였으며, Choi et al. (2010)의 녹비재배 시험에서는 수단그라스와 수수가 17.4~19.2로 본 시험과 비슷 한 결과를 보였다. Lee et al. (2006)의 시험에서 수단그라스 C/N율이 53.4로 본 연구와 Chio et al. (2010)의 결과보다 높 게 나왔는데 이는 동계 녹비작물의 C/N율을 시기별 조사한 Seo et al. (2000)의 결과에서 수확시기가 늦어짐에 따라 C/N 율은 증가한다는 결과와 함께 재배환경 및 재배기간에 따라 C/N율이 차이가 발생하는 것으로 판단된다.

녹비작물의 건물수량은 Table 3와 같다. 화본과작물인 수단 그라스와 수수에서 각각 7,280, 7,240 kg ha^-1로 두과 녹비작 물인 네마장황과 콩의 4,330, 4,640 kg ha^-1보다 높은 건물수 량을 보였다. 이 결과는 여름 휴한기 비슷한 재배기간인 43일 간 녹비를 재배하였던 Lim et al. (2012)의 시험에서 얻은 수 단그라스와 네마장황 각각의 건물수량인 7,700, 4,100 kg ha^-1 와 비슷하였고, 여름 휴한기 두달간 녹비를 재배하였던 Lee et al. (2006)의 시험에서 얻은 수단그라스와 콩 각각의 건물수량 인 42,500, 13,200 kg ha^-1보다 낮았다. Table 2의 처리구별 질소 성분 함량과 Table 3의 건물수량을 이용하여 공급 가능 한 질소량을 계산한 결과 건물수량은 낮지만 질소 함량이 높 았던 콩이 ha 당 187 kg로 가장 높았으며 수수, 네마장황, 수 단그라스 순이었다. Seo et al. (2000)의 동계 녹비 연구에서 재배기간이 길어질수록 질소함량은 낮아지고 C/N율과 건물수 량은 높아지는 결과를 보였는데 녹비를 활용하여 상추 재배시 에도 녹비 재배 시기 및 기간에 따라 다양하게 양분이 공급될 수 있음을 확인하였다. 본 시험에서 처리구별 녹비로부터 공 급된 질소량이 토양검정 질소 요구량 142~154 kg ha^-1보다 높 아 가을 상추 재배시 녹비가 생산하는 질소 공급량이 유박 비 료로 공급되는 질소 양분의 대체가 가능함을 보여 주었다.

토양화학성 변화 및 양분수지

녹비작물 재배 전 토양(Table 1)과 비교하여 녹비작물을 재 배하여 토양에 환원하기 전에 토양의 화학성에 미치는 영향을 조사한 결과는 Table 4와 같다. 토양 pH는 시설상추 재배 적 정 기준보다 높았던 토양으로 녹비 재배 후 모든 녹비구에서 pH는 7.4~7.7로 같거나 약간 감소하는 경향을 보였으며, 토양 의 염류 농도는 감소하였으며, 유기물 함량과 인산 함량도 비 슷하거나 다소 감소하는 경향을 보였다. 치환성양이온 K 함량 역시 모든 녹비구에서 다소 감소하는 경향을 보였으며, 치환 성양이온 Ca, Mg 함량은 증가하거나 비슷한 경향을 보였다. 이러한 경향은 무비구와 유박 시용구와 비슷하였으며, 상추 재 배전 하계 녹비를 재배하면서 토양 화학성 변화를 분석한 Yang et al. (2011a)의 결과에서 pH가 녹비 재배 후 증가했 다는 결과와 다르지만 본 연구에서 녹비의 짧은 재배기간으로 pH 변화가 크게 발생하지 않았던 것으로 판단되며, 다른 화학 성분은 비슷한 경향을 보였다.

Table 5는 처리구별 토양의 질소 양분 수지를 나타낸 것이 다. 질소 양분 수지는 상추 유묘가 가지고 있는 질소량과 함 께 녹비와 유박에 의해 투입되는 질소량을 공급량으로 산출하 여 후작물 상추에 의해 흡수된 질소량에서 제외함으로써 계산 되었다. 질소 공급량은 녹비구에서 184~215 kg ha^-1로 유박 시 용구 186 kg ha^-1와 비슷하거나 다소 많이 공급되었으며, 질소 흡수량은 185 kg ha^-1인 콩 녹비구를 제외한 모든 녹비구에서 155~174 kg ha^-1로 유박 시용구 183 kg ha^-1 보다 낮았다. 특 히 C/N율이 상대적으로 높은 화본과작물인 수단그라스와 수 수 녹비구에서 질소 흡수량과 질소 양분 이용율이 낮았는데 이는 후작으로 토마토 재배시 C/N율이 높은 화본과작물에서 질소 공급이 부족했다고 판단한 Lee et al. (2008)의 연구 결 과와 비슷한 경향을 보였다. 후작물로 상추 재배시 질소 양분 수지는 무비구를 제외하고 유박 시용구가 4 kg ha^-1로 가장 낮 은 값을 보였으며, 네마장황 녹비구 13 kg ha^-1, 수단그라스 녹 비구 28 kg ha^-1, 콩 녹비구 30 kg ha^-1, 수수 녹비구 38 kg ha^-1 순으로 녹비구 중에서는 네마장황 녹비구가 유박 시용구 다음 으로 적절한 질소 양분 수지를 보였다. 같은 기간 동안 녹비 를 재배한 Lim et al. (2012)의 연구에서 질소 환원량이 비슷 하여 후작물로 상추와 얼갈이배추를 재배한 후 네마장황과 수 단그라스 녹비구에서 양분 수지가 높지 않았으나, 녹비 재배 기간이 길었던 Lee et al. (2006)의 연구에서는 콩과 수단그라 스 녹비구에서 많은 질소 공급량의 발생으로 후작물 토마토 재배 후 양분 수지가 높아져 상당량의 질소 양분이 토양내에 잔류하는 것으로 나타났다. 따라서 녹비를 이용하여 후작물에 질소 양분 공급시 적절한 양분 수지를 유지하기 위해서는 재 배 환경과 함께 녹비 재배 기간을 고려할 필요가 있다.

상추 생육특성 및 수량

상추 정식후 15일 후인 수확기 상추의 엽구, 엽장, 엽폭, 엽 수 및 엽중 조사는 Table 6과 같다. 무비구는 엽폭이 다른 처 리구보다 낮은 것 이외에 수확기 모든 특성에서 다른 처리구 와 유의적인 차이가 없었다. 엽폭을 제외한 모든 생육특성에 서 무비구를 포함하여 모든 처리구에서 차이가 없었던 것은 상추 생육 초기 양분 흡수시 녹비와 유박에 의해 공급된 양분 보다는 토양에 잔존했던 양분이 더 많이 흡수된 것으로 판단 된다.

Fig. 1과 Fig. 2는 유박 시용구와 비교하여 토양에 환원된 녹비작물이 상추 수량 및 품질에 미치는 양분 효과를 알아보 고자 수확 시기별 상추를 수확하여 조사한 자료이다. Fig. 1의 상추 수량은 초기 수량에서 콩 녹비구가 13,400 kg ha^-1로 가 장 많았고 무비구를 제외하면 모든 녹비구는 유박 시용구와 유의적 차이가 없었으나 수단그라스 녹비구가 11,900 kg ha^-1 로 녹비구에서 가장 낮은 수량을 보였다. 총 수량 역시 콩 녹 비구가 36,500 kg ha^-1로 가장 많았고 모든 녹비구가 유박 시 용구와 유의적 차이가 없었으나 수단그라스 녹비구는 33,200 kg ha^-1로 콩 녹비구보다 유의적으로 수량이 적었다. Fig. 1과 Fig. 2의 상추 수량 조사에서 두과 녹비구와 수수 녹비구가 수 확 초기부터 후기까지 유박 처리구와 비슷한 수량을 보였는데, C/N율이 상대적으로 낮고 질소 공급량이 많았던 두과 녹비가 화본과 녹비보다 빠른 분해로 적절한 시기에 양분공급이 이루 어 졌다는 Cho et al. (2011)와 Lee et al. (2008)의 결과와 일치하였다. 결론적으로 상추 수량만 볼 때는 초기 수량 및 총 수량에서 가장 수량이 많았던 콩 녹비구를 포함한 모든 녹 비 구에서 유박 시용구와 유의적인 수량 차이가 없어 본 연구 에 활용된 모든 녹비로부터 양분적으로 유박비료를 대체 가능 한 것으로 확인되며, 질소수지를 함께 고려하였을 경우 잉여 질소가 적은 네마장황 환원구가 가장 적합하였으며, 지속적으 로 녹비를 활용한 상추재배시에는 녹비 종류에 따라 환원시기 를 조절하여 적절히 질소 수지를 관리할 필요가 있을 것으로 판단된다.

적 요

본 연구는 여름철 휴한기에 하계녹비 작물 재배 및 토양에 환원하여 상추 비가림 친환경재배시 원료가 대부분 수입되고 있는 유박 비료를 양분적으로 대체 가능한지 알아보고자 수행 하였으며 주요 결과는 다음과 같다.