서 론
재료 및 방법
실험포장 조성
실험설계 및 처리구 설정
콩 생육, 수량, 뿌리혹 조사
질소 함량 분석
지중점적 관비 처리에 따른 토양 용적수분 및 전기전도도
통계처리
결과 및 고찰
실험 중 기상 조건
콩 지중점적관비 적용을 위한 관수량 산정
포트시험을 통한 관비 용액 EC 농도 선발
콩 지중점적관비 재배에서 질소 추비량별 생육 및 수량 반응
질소 추비량별 뿌리혹 형성과 수량 관련 형질 간 상관관계
적 요
서 론
콩[Glycine max (L.) Merr.]은 단백질, 탄수화물 및 지방을 함유하고 있으며, 특히 식물성 단백질과 유지 공급원으로 전 세계적으로 널리 재배되는 주요 식량작물이다. 전 세계 콩 재배면적은 약 1억 4천만 ha이고 생산량은 약 3억 9,766만 ton에 이르며, 주요 생산국은 미국, 브라질, 아르헨티나 및 중국 등이다(FAO, 2024). 국내에서도 2025년 기준 콩 재배면적은 74,015 ha, 생산량은 156천 ton으로 보고되었으며, 논 타작물 재배 확대와 식량자급률 향상 요구에 따라 콩 재배의 중요성이 증가하고 있다(KOSIS, 2025).
콩의 생육과 수량은 토양수분 및 양분 공급 조건에 크게 영향을 받는다. 콩의 수분 요구도는 생육단계에 따라 달라지며, 특히 개화기(R1) 이후 착협기(R3)부터 입비대기(R6)에 이르는 생식생장기 동안 수분 요구도가 높은 것으로 알려져 있다(Matoša Kočar et al., 2023). 특히 개화기에 수분공급이 원활하지 않을 경우 생육 및 수량이 18~20%까지 급격히 감소하는 것으로 보고되고 있다(Wei et al., 2018). 그러나 국내 노지 콩 재배에서는 강우 변동에 따라 토양수분이 불안정해질 수 있으며, 특히 개화기부터 착협기까지의 고온 및 가뭄은 콩의 생육과 수량 형성에 부정적인 영향을 미칠 수 있다(Shin et al., 2020; Kim et al., 2025b). 따라서 콩 재배에서 안정적인 수량 확보를 위해서는 생육단계별 수분 요구를 고려한 정밀 관수기준 설정이 필요한 상황이다.
질소는 콩의 생육, 광합성, 단백질 합성 및 수량 형성에 중요한 양분이다. 콩은 종실 내 단백질 함량이 높기 때문에 질소 요구도가 큰 작물로 알려져 있으며, 질소는 토양 무기태 질소 흡수와 뿌리혹박테리아에 의한 생물학적 질소고정(biological nitrogen fixation, BNF)을 통해 공급된다(Córdova et al., 2020; Szostak et al., 2020; Ohyama et al., 2026). 일반적으로 토양 내 무기태 질소가 과도하게 존재할 경우 뿌리혹 형성과 질소고정이 억제될 수 있으나, 반대로 생육 초기 또는 생식생장기의 적정 수준 질소 공급은 광합성 유지, 질소 흡수 및 수량 형성에 기여할 수 있다(Salvagiotti et al., 2008; Gai et al., 2017; Tamagno et al., 2017). 따라서 콩 재배에서 질소 시비는 단순히 투입량을 증가시키는 방식이 아니라, 토양 내 질소 수준, 뿌리혹 형성, 생육단계 및 수량구성요소를 함께 고려하여 조절되어야 한다.
콩은 생식생장기 동안 종실 형성과 단백질 축적을 위해 많은 양의 질소를 필요로 한다. Gaspar et al.(2017)은 콩의 건물 및 질소 축적이 생식생장기 동안 크게 증가하며, 종실 수량 수준에 따라 질소 흡수와 분배 양상이 달라진다고 보고하였다. 또한 Gan et al.(2002, 2003)은 콩의 질소 관리가 생육, 질소고정 및 수량에 영향을 미치며, 생식생장기 질소 추비가 품종 및 생육단계에 따라 서로 다른 반응을 유도할 수 있다고 하였다. Boroomandan et al.(2009)은 적정 수준의 starter N 처리가 콩의 수량구성요소와 종실 수량 향상에 기여할 수 있다고 보고하였으며, Epie et al. (2023) 역시 질소 시비가 콩의 생리 반응, 수량구성요소, 종실 수량 및 단백질 함량에 영향을 미친다고 하였다. 그러나 과도한 질소 공급은 영양생장을 촉진하는 반면, 뿌리혹 형성과 생식생장으로의 동화산물 분배를 저해하여 수량 증가로 이어지지 않을 수 있다(Scharf & Wiebold, 2003; Mourtzinis et al., 2018). 따라서 콩의 적정 질소 추비량 설정을 위해서는 지상부 생육뿐만 아니라 질소 흡수, 뿌리혹 형성, 수량구성요소 및 최종 수량을 종합적으로 평가할 필요가 있다.
지중점적관비(subsurface drip fertigation, SDF)는 지중에 매설된 점적관을 통해 작물 근권부에 물과 비료를 직접 공급하는 기술이다. 이 기술은 지표면 증발 손실을 줄이고, 작물의 요구 시기에 맞추어 양·수분을 근권부에 공급할 수 있어 물 및 양분 이용효율 향상에 유리하다. 또한 자동 관수·관비 장치와 연계할 경우 노동력 절감과 정밀 양·수분 관리가 가능하다. 지중점적관수 또는 지중점적관비 기술은 토마토, 옥수수, 사과–콩 간작 및 감자 등 여러 작물에서 토양수분 분포, 양분 이동, 생육 및 수량 개선 효과가 보고된 바 있으며(Aydinsakir et al., 2021; Chauhdary et al., 2019; Dou et al., 2022; Kim et al., 2023a; Kim et al., 2025a), 최근에는 콩에서도 근권부 수분 및 양분 동태와 생육·생식 반응에 미치는 영향이 보고되고 있다(Kim et al., 2023b). 그러나 콩 SDF 재배의 안정적 적용을 위한 관수량 기준과 개화기 전후 질소 관비량을 포트시험과 포장시험을 연계하여 검증한 연구는 아직 제한적이다.
따라서 본 연구는 콩 SDF 재배기술 확립을 위해 수행되었으며 먼저 지중점적관수 조건에서 콩 생육에 적합한 관수 기준을 설정하고, 다음으로 포트시험을 통해 질소 중심 관비 용액의 적정 EC 수준을 탐색하였다. 마지막으로 포장시험에서는 질소 추비량을 달리하여 SDF 조건에서 콩의 생육, 질소 흡수, 뿌리혹 형성, 수량구성요소 및 수량 반응을 평가하였다. 이를 통해 사양토 조건의 콩 SDF 재배를 위한 관수량과 질소 추비 수준을 제시하고자 하였다.
재료 및 방법
실험포장 조성
본 실험은 경상국립대학교 부속 농장에서 포트 실험과 노지 실험을 순차적으로 수행하였다. 포트 실험은 비가림 하우스에서 와그너포트(1/2000 (500 cm2), New wagnerpot, AS one cooperation, Japan)를 이용하여 수행하였다. 노지 실험은 파종 전 가축분 퇴비 15 ton 10a-1(Seung Green Tec Co., LTD, Miryang-si, Korea)를 시용하였고, 기비로는 콩 표준시비량(N-P2O5-K2O=3.2-3.2-3.6 kg 10a-1 Chobi, Seoul, Korea)을 전량 시비한 후 콩 추비 기준에 따른 생육 및 수량 조사를 하였다. 포트실험의 토양은 노지 실험과 같은 토양을 와그너 포트에 담아 이용하였고 시비량은 표준시비량을 포트 면적으로 환산하여 적용하였다.
지중점적 관비 시설(subsurface drip fertigation; SDF)의 설치는 지중점적관 매설 전에 트랙터를 이용하여 평탄 작업을 실시하여 지면을 균일하게 정리하였다. 이후 지중점적관 매설기(patent;10-2479896-000, RDA, Korea)를 이용해 지하 40 cm 깊이에 압력보상형 지중점적관(I.D; 14.2 mm, W.T; 1.00 mm Flow rate; 1.60 L/H, spacing 0.3 M, Netafim Uniral CNL, Hatzerim, Israel)을 매설하고, 자동 지중 관수·관비 시스템(WT-700, Mirae Sensor, Seoul, Korea)에 연결하여 SDF 시설을 구축하였다. 노지 포장 실험은 Kim et al. (2023a)의 옥수수 실험에 사용된 시설과 동일한 포장에서 수행하였다. 시험포장 토양의 물리·화학적 특성은 Table 1과 Table 2와 같다.
Table 1.
Chemical properties of soils in the experimental field.
| pH | EC | O.M* | Av. P2O5 | T-N | Ex. cation | |||
| Ca2+ | K+ | Mg2+ | Na+ | |||||
| (1:5) | (dS/m) | (g/kg) | (mg/kg) | (%) | (cmol/kg) | |||
| 7.15 | 0.08 | 13.3 | 265.0 | 0.09 | 7.25 | 0.22 | 0.58 | 0.44 |
Table 2.
Physical properties of soils in the experimental field.
| Three phases of soil |
Soil hardness | Kusat | Ksat | Soil characteristic | ||||||
| Solid | Liquid | Gas | Clay | Sand | Silt | Bulk density | Texture | |||
| (%) | mm | cm/sec | (%) | (Mg/M) | ||||||
| 56.5 | 14.0 | 29.5 | 7.2 | 0.0109 | 0.0115 | 10.2 | 56.7 | 32.2 | 1.5 | Sandy loam |
실험설계 및 처리구 설정
본 연구는 콩 지중점적관비 재배를 위한 관수 기준과 질소 추비량을 설정하기 위해 2021년과 2022년에 단계적으로 수행하였다. 2021년에는 지중점적관수 조건에서 관수 기준 설정 시험과 포트 조건에서 질소 중심 관비 용액의 EC 농도 선발 시험을 수행하였으며, 2022년에는 2021년 포트시험 결과를 바탕으로 포장 조건에서 질소 추비량 검증 시험을 수행하였다. 시험 품종은 중만생종인 ‘대원’을 이용하였다.
관수 기준 설정 시험
관수 기준 설정 시험은 2021년에 지중점적관이 설치된 노지 포장에서 수행하였다. 처리구는 토양 용적수분함량을 기준으로 22%(-10 kPa), 20%(-20 kPa), 18%(-30 kPa), 16% (-40 kPa) 및 무관수구로 설정하였으며, 난괴법 3반복으로 배치하였다. 파종은 6월 20일에 실시하였고, 재식거리는 80 × 20 cm로 하였으며, 1주 2본으로 파종하였다. 관수처리는 개화시(R1, 7월 25일)와 개화기(R2, 8월 6일)에 각각 7일간 수행하였으며, 자동 관수 시스템(WT-700, Mirae Sensor, Seoul, Korea)을 이용하여 각 처리구의 토양수분함량이 설정 수준으로 유지되도록 조절하였다.
포트 EC 농도 선발 시험
질소 중심 관비 용액의 적정 EC 농도를 선발하기 위한 포트시험은 2021년에 비가림 하우스에서 수행하였다. 포트시험에는 노지 포장과 동일한 토양을 충전한 와그너포트[1/2000 a (500 cm²), New Wagner pot, AS ONE Corporation, Japan]를 이용하였다. 처리구는 관수구와 EC 1.0, EC 1.5 및 EC 2.0 dS m⁻¹ 관비 처리구로 설정하였다. EC 처리 용액은 황산암모늄[(NH4)2SO4, N 21%; Capro Corporation, Seoul, Korea]을 물에 용해하여 조제하였으며, EC 1.0, EC 1.5 및 EC 2.0 dS m⁻¹ 처리구의 관비 용액 조제에 사용된 황산암모늄량은 각각 0.57, 0.86 및 1.14 g/L이었다. 각 처리구에는 포트당 1 L의 관비 용액을 공급하였다.
본 시험에 사용한 와그너포트는 1/2000 a이므로, 포트당 공급된 질소량에 20,000을 곱하여 10a 기준 질소 공급량으로 환산하였다. 이에 따라 EC 1.0, EC 1.5 및 EC 2.0 dS/m 처리구는 각각 1회 관비 기준 N 2.4, 3.6 및 4.8 kg/10a에 해당하였다. 관비 처리는 R1과 R2 시기에 각각 동일량으로 수행하였으므로, 두 시기를 합산한 총 질소 공급량은 각각 N 4.8, 7.2 및 9.6 kg/10a에 해당하였다. 생육 중 포트의 토양수분함량은 자동관수 장치(WT-700, Mirae Sensor, Seoul, Korea)를 이용하여 20% 수준으로 유지하였다. 파종은 6월 20일에 실시하였으며, 1포트에 2주, 1주 2본으로 파종하였다. 시험구는 10개의 포트를 1반복으로 하여 완전임의배치법 3반복으로 배치하였다.
포장 질소 추비량 검증 시험
포장 질소 추비량 검증 시험은 2022년에 수행하였다. 2021년 포트시험에서 EC 1.0 dS/m 처리구가 질소 흡수, 생육 및 수량 측면에서 우수한 반응을 보였으므로, 이를 바탕으로 포장 조건에 적합한 질소 추비량을 검증하고자 하였다. 처리구는 기비를 제외한 질소 관비량을 기준으로 N2 (N 2 kg/10a), N4 (N 4 kg/10a) 및 N6 (N 6 kg/10a)로 설정하였으며, 각 질소 처리구는 R1과 R2 시기에 각각 1/2씩 분시하였다. 이와 함께 기비 시용 후 동일 시기에 관수만 실시한 관수구(IO)와 무시비·무관수 처리구(Cont.)를 두었으며, 모든 처리구는 난괴법 3반복으로 배치하였다(Table 3).
파종은 6월 20일에 실시하였고, 재식거리는 80 × 20 cm로 하였으며, 1주 2본으로 파종하였다. 관비 처리는 R1 (8월 7일)과 R2 (8월 17일)에 수행하였고, 수확은 10월 14일에 실시하였다. 관수 및 관비 처리 시 1회 공급된 물량은 24.3 ton/10a로 하였으며, 이는 지중점적관수 조건에서 지표면까지 토양수분을 확보하기 위해 산출된 관수량이다. 관비 처리구에서는 해당 관수량에 처리별 질소 비료를 용해하여 자동 지중 관수·관비 시스템을 통해 공급하였다.
Table 3.
Amounts of irrigation and fertilizer applied in each treatment during the growing season.
| Treatment* | Irrigation amount** | Basal fertilizer amount | Top dressing amount | |||||||
|
Beginning bloom (R1) |
Full bloom (R2) | |||||||||
| kg 10a-1 | ||||||||||
| ton/10a | N | P | K | N | P | K | N | P | K | |
| N2 | 24.3 | 3.2 | 3.2 | 3.6 | 1.0 | - | - | 1.0 | - | - |
| N4 | 24.3 | 3.2 | 3.2 | 3.6 | 2.0 | - | - | 2.0 | - | - |
| N6 | 24.3 | 3.2 | 3.2 | 3.6 | 3.0 | - | - | 3.0 | - | - |
| IO | 24.3 | 3.2 | 3.2 | 3.6 | - | - | - | - | - | - |
| Cont. | - | - | - | - | - | - | - | - | - | - |
콩 생육, 수량, 뿌리혹 조사
질소 추비처리에 따른 포장 생육조사는 경장, 경경, 절수, 분지수, 수량구성요소는 수확 시기에 각각 조사하였으며, 협수는 주당 협의 수를 계산하였고, 협당 립수는 협에서 종자가 맺힌 수, 백립중은 100개 종자의 무게, 수량은 처리당 15주를 1반복으로 3반복 조사하여 10a당 수량 [수량=(주수×협수×협당립수×백립중)/100]으로 나타내었다.
뿌리혹 조사는 관비처리가 모두 끝난 후 착협기(R3)인 2022년 8월 24일에 각 반복구에서 6주를 채취하여 수행하였다. 채취한 개체는 뿌리 주변 토양을 포함하여 굴취한 후, 흐르는 물로 조심스럽게 세척하여 뿌리와 뿌리혹의 손상을 최소화하였다. 이후 개체별 뿌리혹 수를 조사하였으며, 반복구 평균값을 통계분석에 사용하였다.
질소 함량 분석
콩 식물체의 질소함량은 AOAC법에 준하여 Kjeldahl법으로 분석하였다(AOAC, 2005). 수확한 콩 지상부 시료는 열풍건조 후 분쇄하여 분석에 이용하였으며, 분석된 총질소 함량과 식물체 건물중을 이용하여 질소 흡수량을 산출하였다.
지중점적 관비 처리에 따른 토양 용적수분 및 전기전도도
지중점적 관수처리를 통한 수분 유지를 위해 콩 근권부인 –10 cm 지점에 토양 수분센서(WT 1000N, Mirea senor, Seoul, Korea)를 매설한 뒤 데이터를 수집하였고, 관수·관비 처리는 자동 지중 관수·관비 시스템을 이용하였다. 처리 시 펌프압력은 2.0 bar로 설정하였으며 수분센서를 통하여 전자벨브를 제어하여 토양수분을 공급 및 유지하였다.
지중점적 관비 처리에 따른 양분 확산은 토양 전기전도도를 통하여 확인하였다. 전기전도도를 측정하기 위해 콩 근권부인 –10 cm에 센서(Watch dog SEMC 300, Spectrum technologies Inc., Chicago, USA)를 매설하여 데이터로거(Watch dog 2400, Spectrum technologies Inc., Chicago, USA)를 이용하여 데이터를 수집하였다(Fig. 2). 기상자료는 한국 기상청 기상 자료개방포털(KMA, 2025)의 자료를 이용하였다.
통계처리
통계분석에는 반복구 평균값을 실험 단위로 사용하였다. 수집한 데이터는 SPSS program (SPSS version 21, SPSS Inc., Chicago, IL, USA)을 이용하여 일원배치 분산분석(one-way ANOVA)을 실시하였고, 처리 평균 간 차이는 Duncan’s multiple range test (DMRT)를 이용하여 5% 유의수준에서 검정하였다. 박스플롯은 R software version 4.5.2의 ggplot2 package를 이용하여 작성하였으며, 뿌리혹 수, 생육 형질, 수량구성요소 및 수량 간의 관계는 Pearson 상관분석으로 평가한 뒤 PerformanceAnalytics package를 이용하여 시각화하였다.
결과 및 고찰
실험 중 기상 조건
실험기간 중 기상은 2021년의 경우 파종기인 6월 평균기온이 22.2°C로 평년보다 0.2°C 높았으며, 강수량은 101.7 mm로 평년 대비 10.5% 적었다(Fig. 1 A). 7월 평균기온은 26.2°C로 평년보다 0.7°C 높았고, 강수량은 359.3 mm로 평년 대비 43.6% 많았다. 8월 평균기온은 26.0°C로 평년보다 0.2°C 낮았으나, 강수량은 320.2 mm로 평년 대비 26.3% 많았다. 9월 평균기온은 21.9°C로 평년보다 0.7°C 높았으며, 강수량은 122.4 mm로 평년 대비 38.5% 적었다. 10월 1일부터 14일까지의 평균기온은 20.6°C로 평년보다 1.9°C 높았고, 강수량은 39.7 mm로 평년 대비 53.0% 적었다. 전체적으로 2021년 6월부터 10월 14일까지의 평균기온은 평년보다 높은 경향이었으며, 강수량은 7–8월에 집중되는 양상을 보였다.
2022년의 경우 파종기인 6월 평균기온은 22.7°C로 평년보다 0.7°C 높았으며, 강수량은 121.3 mm로 평년 대비 6.8% 많았다(Fig. 1 B). 7월 평균기온은 26.5°C로 평년보다 1.1°C 높았고, 강수량은 218.0 mm로 평년 대비 12.9% 적었다. 8월 평균기온은 26.3°C로 평년보다 0.1°C 높았으나, 강수량은 157.3 mm로 평년 대비 37.9% 적었다. 9월 평균기온은 21.8°C로 평년보다 0.6°C 높았고, 강수량은 166.6 mm로 평년 대비 16.3% 적었다. 10월 1일부터 14일까지의 평균기온은 18.0°C로 평년보다 0.7°C 낮았으며, 강수량은 22.1 mm로 평년 대비 73.8% 적었다. 전체적으로 2022년 6월부터 10월 14일까지의 평균기온은 평년보다 다소 높았으나, 7월 이후 강수량은 평년보다 적은 경향이었다.
콩 지중점적관비 적용을 위한 관수량 산정
지중점적시스템을 이용한 관비 처리는 물과 비료가 동시에 공급되는 방식이므로, 포장 질소 관비 처리에 앞서 1회 관수량 기준을 설정할 필요가 있었다. 이에 2021년 지중점적관수 조건에서 R1과 R2 시기에 토양 용적수분함량을 22, 20, 18 및 16%로 달리하여 7일간 자동 관수한 결과, 각 처리구의 토양수분함량은 설정 수준에서 비교적 안정적으로 유지되었다(Fig. 2). 이는 자동 지중점적관수 시스템을 이용할 경우 콩 생식생장기 동안 목표 토양수분함량을 일정하게 조절할 수 있음을 나타내었다.
토양수분 기준에 따른 생육 및 수량 반응을 조사한 결과, 경장, 경경, 협수 및 수량은 22% (-10 kPa) 처리구에서 가장 높은 경향을 보였다(Fig. 3). Huh et al.(2010)은 콩 재배 시 적정 토양수분장력이 토성에 따라 달라지며, 미사질양토에서는 -27.1~-30.5 kPa, 사질토에서는 -22.5~-25.3 kPa 수준이 적합하다고 보고하였다. 그러나 해당 기준은 전 생육기간 동안의 일반적인 수분관리 기준에 해당하며, 본 연구는 SDF 조건에서 관비 처리 시 물과 비료가 근권부 및 지표면 방향으로 안정적으로 이동할 수 있는 1회 관수량을 설정하는 데 목적이 있었다.
Fig. 3
Growth and yield responses of soybean under different irrigation conditions using a subsurface drip system in 2021. Irrigation treatments were based on target soil volumetric water contents of 22, 20, 18, and 16%, with a control (no-irrigation). (A) Stem length, (B) stem diameter, (C) number of pods, and (D) yield. Different letters indicate significant differences among treatments at P < 0.05 according to Duncan’s multiple range test (DMRT). Vertical bars represent the standard error of the mean of three replicate plots.
본 시험포장의 사양토 조건에서는 콩 뿌리가 주로 분포하는 지하 10 cm 부근의 토양수분함량을 25% 수준으로 높이는 데 약 17.6 ton/10a의 물이 필요하였으며, 지표면까지 동일한 수분 상태를 확보하기 위해서는 24.3 ton/10a의 물이 요구되었다. 따라서 이후 포장 조건의 관비 처리에서는 24.3 ton/10a을 1회 관수 및 관비 처리량으로 설정하였다. 이러한 결과는 SDF 조건에서 관비 효과를 안정적으로 확보하기 위해서는 단순한 토양수분 유지뿐만 아니라, 비료 성분이 콩 근권부까지 확산되는 관수량 기준 설정이 필요함을 시사한다.
포트시험을 통한 관비 용액 EC 농도 선발
관수량 기준을 설정한 후, SDF 조건에서 적용 가능한 질소 중심 관비 용액 농도를 탐색하기 위해 포트시험에서 EC 수준별 생육, 수량 및 질소 흡수 반응을 평가하였다. R1과 R2 시기에 EC 수준별 관비 처리를 수행한 결과, 콩의 생육 및 수량 반응은 관비 용액의 EC 농도에 따라 차이를 보였다(Fig. 4). 경장, 경경 및 건물중은 EC 1.0 dS/m 처리구에서 높은 경향을 보였으며, 주경절수는 EC 2.0 dS/m 처리구에서 가장 높게 나타났다. 그러나 수량구성요소인 협수, 협당립수, 백립중 및 수량은 EC 1.0 dS/m 처리구에서 가장 높았다.
질소 흡수량 역시 EC 1.0 dS/m 처리구에서 가장 높았으며, EC 농도가 1.5 및 2.0 dS/m로 증가할수록 질소 흡수량은 감소하는 경향을 보였다(Fig. 5). 이는 적정 수준의 관비는 생식생장기 콩의 질소 흡수와 수량 형성에 기여할 수 있으나, 과도한 관비 농도는 오히려 질소 흡수 효율을 저하시킬 수 있음을 보여준다. Chiluwal et al.(2021)은 생식생장기 질소 공급이 콩의 수량 및 종실 단백질 함량 증가에 기여할 수 있다고 보고하였으며, 이는 본 연구에서 EC 1.0 dS/m 처리구의 질소 흡수량과 수량이 높게 나타난 결과와 유사한 경향이었다.
Fig. 4
Boxplots of growth parameters and yield components of soybean (cv. Daewon) as affected by different EC levels in nitrogen-based fertigation solution for the pot experiment. Fertigation was applied at stages R1 and R2. Different letters indicate significant differences among EC levels within each parameter at P < 0.05 according to DMRT. Statistical analysis was performed using three replicate means.
반면 EC 1.5 및 EC 2.0 dS/m 처리구에서는 비료 공급량이 증가했음에도 질소 흡수량과 수량이 EC 1.0 dS/m 처리구보다 낮게 나타났다. 이는 높은 관비 농도에 따른 근권부 염류농도 증가가 삼투 스트레스를 유발하고, 양분 흡수 및 근권 미생물 활성을 저해했을 가능성이 있다. Otie et al.(2021)은 염류 스트레스가 콩의 생리적 반응과 수량 형질에 부정적인 영향을 줄 수 있다고 보고하였으며, Lian et al.(2023)은 콩의 질소 흡수와 근권 미생물 군집 변화가 수분 및 근권 환경 스트레스와 관련될 수 있음을 제시하였다. 따라서 본 포트시험 결과는 EC 1.0 dS/m 수준이 제한된 근권 조건에서 콩의 질소 흡수와 수량 형성에 유리한 관비 농도임을 보여준다. 다만 포트시험은 근권 용적과 토양환경이 제한된 조건에서 수행되었으므로, EC 1.0 dS/m 처리 결과를 실제 포장 조건의 최종 질소 추비량으로 직접 일반화하기에는 한계가 있다. 특히 제한된 포트 용적은 콩의 지상부 및 뿌리 생육뿐만 아니라 뿌리혹 형성과 질소대사에도 영향을 줄 수 있는 것으로 보고된 바 있다(Cassiano et al., 2025). 따라서 본 연구에서는 포트시험에서 선발된 EC 1.0 dS/m 처리 결과를 바탕으로, 포장 조건에서 총 질소 추비량을 달리한 검증 시험을 수행하였다.
콩 지중점적관비 재배에서 질소 추비량별 생육 및 수량 반응
2022년 포장 시험에서는 2021년 포트시험 결과를 바탕으로 N2, N4 및 N6 처리구를 설정하고, R1과 R2 시기에 질소 관비 처리를 수행하였다. 관비 처리 시 지하 10 cm 부근의 토양수분함량과 전기전도도를 조사한 결과, 토양수분함량은 관수 및 관비 처리 직후 증가하였고 이후 일정 수준으로 유지되었다(Fig. 6A, B). 또한 전기전도도는 질소 관비 수준에 따라 변동하는 양상을 보였으며, 이는 SDF를 통해 공급된 질소 비료가 근권부 토양환경에 직접적으로 반영되었음을 나타낸다(Fig. 6C, D). 지중점적관비는 물과 양분을 근권부에 직접 공급할 수 있어 지표 시비보다 양분 공급 위치와 시기를 정밀하게 조절할 수 있는 장점이 있으며, 이러한 효과는 여러 작물에서 보고된 바 있다(Chauhdary et al., 2019; Kim et al., 2023b).
Fig. 6
Changes in soil moisture contents (A, B) and electrical conductivity (C, D) following fertigation at stages R1 and R2 in 2022. N2, N4, and N6 indicate total nitrogen topdressing rates of 2, 4, and 6 kg/10a, respectively, split equally between R1 and R2. IO and Cont. denote irrigation only and untreated control treatments, respectively.
질소 추비량에 따른 콩 지상부 생육은 처리 수준에 따라 다르게 나타났다(Fig. 7). 경장은 N6 처리구에서 가장 높았으며, 주경절수 역시 N6 처리구에서 높은 경향을 보였다. 이는 질소 공급량 증가가 콩의 영양생장을 촉진할 수 있음을 보여준다. 그러나 수량 반응은 지상부 생육과 동일한 경향을 보이지 않았다. 협수와 협당립수는 질소 관비 처리구에서 관수구와 무처리구보다 높은 경향을 보였으나, 질소 처리구 간 차이는 크지 않았다. 반면 백립중과 수량은 N2 처리구에서 가장 높게 나타났으며, N4 및 N6 처리구에서는 N2 처리구보다 낮아지는 경향을 보였다.
Fig. 7
Responses of growth and yield to different nitrogen fertigation rates in soybean (cv. Daewon). N (quantity of nitrogen applied), IO (irrigation only), Cont.(neither irrigation nor fertigation). Different letters indicate significant differences among treatments at P < 0.05 according to DMRT. Vertical bars represent the standard error of the mean of three replicate plots.
이러한 결과는 질소 공급량 증가가 반드시 수량 증가로 이어지지는 않음을 시사한다. Scharf & Wiebold(2003)는 콩에 대한 질소 시비 반응이 제한적일 수 있으며, 과도한 질소 공급이 수량 증가로 직접 연결되지 않을 수 있다고 보고하였다. 또한 Mourtzinis et al.(2018)은 미국 전역의 콩 질소 시비 반응을 종합 분석한 결과, 질소 시비 효과가 환경, 품종 및 재배조건에 따라 달라질 수 있다고 하였다. 본 연구에서도 N6 처리구는 지상부 생육을 촉진하였으나, 수량은 N2 처리구에서 가장 높았다. 이는 높은 질소 공급이 영양생장을 촉진한 반면, 생식생장으로의 동화산물 분배나 종실 비대에는 상대적으로 불리하게 작용했을 가능성을 보여준다.
콩은 생식생장기 동안 종실 형성과 단백질 축적을 위해 많은 양의 질소를 요구하지만, 질소 공급량이 과도할 경우 뿌리혹 형성 및 생물학적 질소고정이 억제될 수 있다(Salvagiotti et al., 2008; Gai et al., 2017). 또한 Gaspar et al.(2017)은 콩의 건물 및 질소 축적이 생식생장기 동안 크게 증가하며, 종실 수량 수준에 따라 질소 흡수와 분배 양상이 달라진다고 보고하였다. 따라서 콩 재배에서 질소 관비는 지상부 생육 증진만을 목표로 하기보다, 뿌리혹 형성, 질소 흡수, 수량구성요소 및 종실 비대가 균형 있게 유지되는 수준에서 설정되어야 한다. 본 연구에서는 R1과 R2 시기의 총 N 2 kg/10a 관비가 이러한 균형을 유지하는 데 가장 유리했던 것으로 판단된다. 하지만 포트시험에서 EC 1.0 dS/m 처리는 관비 기준 N 4.8 kg/10a에 해당하였으나, 포장시험에서는 총 N 2 kg/10a 처리에서 수량과 뿌리혹 수가 가장 높게 나타났다. 이는 포트시험 결과가 최종 추천량이라기보다 포장 검증을 위한 관비 농도 탐색 결과로 해석되어야 함을 보여준다.
본 연구의 관비 처리는 R1과 R2 시기로 제한하여 수행하였다. 선행 연구에서는 개화기 이후 생식생장기의 질소 공급이 콩의 생육과 수량에 영향을 줄 수 있으며, 품종과 처리 시기에 따라 반응이 달라질 수 있다고 보고하였다(Gan et al., 2003; Gaspar et al., 2017; Chiluwal et al., 2021). 따라서 본 연구 결과는 사양토 조건에서 R1과 R2 시기 질소 관비량 설정에 대한 기초자료로 활용될 수 있으나, 향후에는 R3 이후 협신장기 및 종실비대기를 포함한 생육단계별 관비 시기와 품종별 반응에 대한 추가 검증이 필요하다.
질소 추비량별 뿌리혹 형성과 수량 관련 형질 간 상관관계
질소 추비량에 따른 뿌리혹 수를 조사한 결과, N2 처리구에서 가장 많았으며 질소 추비량이 증가할수록 감소하는 경향을 보였다(Fig. 8). 이는 낮은 수준의 질소 관비는 생육 초기 또는 생식생장기 질소 공급원으로 작용하면서 뿌리혹 형성을 유지할 수 있으나, 높은 질소 공급은 뿌리혹 형성을 억제할 수 있음을 시사한다. Abdel Wahab & Abd-Alla(1995)는 질소 시비량 증가가 콩의 뿌리혹 형성과 근류 활성을 저하시킬 수 있다고 보고하였으며, Lyu et al.(2022)도 질소 수준 증가가 콩의 뿌리혹 형성 및 질소고정 조절에 관여한다고 하였다.
Fig. 8
Boxplot of nodule number in soybean plants under different nitrogen fertigation treatments using a subsurface drip system at stage R3 in 2022. N2, N4, and N6 indicate total nitrogen topdressing rates of 2, 4, and 6 kg/10a, respectively. IO and Cont. denote irrigation only and untreated control treatments, respectively. The black circle in each box indicates the mean value. Different letters indicate significant differences among treatments at P < 0.05 according to DMRT. Statistical analysis was performed using the means of three replicate plots.
본 연구에서 뿌리혹 수는 수량(Y)과 유의한 양의 상관관계를 보였으며, 협당립수(NPS) 및 백립중(HSW)과도 양의 상관을 나타냈다(Fig. 9). 이는 뿌리혹 형성이 단순한 생육 반응에 그치지 않고, 생식생장기 수량구성요소 및 최종 수량 형성과 밀접하게 관련되었음을 의미한다. Córdova et al.(2020)은 콩의 수익성과 수량구성요소가 질소 공급 및 질소 이용 양상에 따라 달라질 수 있다고 보고하였으며, Salvagiotti et al.(2008)은 콩 수량 형성에서 비료 질소와 생물학적 질소고정의 균형이 중요하다고 하였다.
Fig. 9
Pearson correlation matrix among root nodulation, growth traits, yield components, and yield in soybean cultivar Daewon under different nitrogen concentrations. Diagonal panels indicate variable distributions, lower panels indicate pairwise scatter plots, and upper panels indicate correlation coefficients. RN, root nodules; PL, plant length; SL, stem length; NN, number of nodes; NB, number of branches; NP, number of pods; NPS, number of seeds per pod; HSW, hundred-seed weight; Y, yield. *, **, and *** indicate significance at P < 0.05, P < 0.01, and P < 0.001, respectively.
그러나 질소 시비가 항상 뿌리혹 형성을 억제하는 것은 아니다. Boroomandan et al.(2009)은 적정 수준의 starter N 처리가 콩의 생육과 수량구성요소 개선에 기여할 수 있다고 보고하였으며, Xu et al.(2025)은 질소 관리 방식에 따라 광합성 능력과 뿌리혹 형성이 증진될 수 있다고 하였다. 이러한 결과는 질소 공급의 효과가 시비량, 시비 시기, 토양조건 및 품종에 따라 달라질 수 있음을 보여준다.
본 연구에서 N2 처리구는 뿌리혹 수, 백립중 및 수량이 가장 높았고, N4 및 N6 처리구에서는 지상부 생육은 증가했으나 뿌리혹 수와 수량은 감소하는 경향을 보였다. 따라서 사양토 조건의 콩 SDF 재배에서 R1과 R2 시기의 총 N 2 kg/10a 관비는 뿌리혹 형성을 억제하지 않으면서 생식생장기 질소 요구를 보완하는 starter N 수준으로 작용한 것으로 판단된다. 다만 본 결과는 특정 토성, 품종 및 연차 조건에서 수행된 시험에 기반하므로, 다양한 토양 및 기상 조건에서 추가적인 검증이 필요하다.
적 요
본 연구는 지중점적관비(SDF)를 이용한 콩 재배에서 관수 기준과 질소 추비량을 설정하기 위해 수행되었다. 2021년에는 관수 기준 및 질소 중심 관비 용액의 EC 농도를 평가하였고, 2022년에는 포장 조건에서 질소 추비량에 따른 콩 생육, 질소 흡수, 뿌리혹 형성 및 수량 반응을 검토하였다.
1. 사양토 조건에서 SDF 적용 시 지표면까지 토양수분을 확보하기 위한 1회 관수 및 관비량은 24.3 ton/10a로 산정되었다.
2. 포트시험에서 EC 1.0 dS/m 처리구는 질소 흡수, 생육 및 수량이 가장 우수하였으며, 이는 1회 관비 기준 N 2.4 kg/10a에 해당하였다.
3. 포장시험에서는 기비를 제외한 총 질소 추비량을 기준으로 N2, N4 및 N6 처리구를 설정하고 R1과 R2 시기에 각각 1/2씩 분시하였으며, 지상부 생육은 N6 처리구에서 우수한 경향을 보였으나 수량은 N2 처리구에서 가장 높아 무처리구 대비 27.4% 증가하였다.
4. 뿌리혹 수는 N2 처리에서 가장 높았고, 질소 추비량이 증가함에 따라 감소하는 경향을 보였다. 또한 뿌리혹 수는 수량, 협당립수 및 백립중과 유의한 양의 상관관계를 보여, N2 처리가 뿌리혹 형성과 수량구성요소 개선에 기여한 것으로 판단된다.
5. 결과적으로, 본 연구의 사양토 조건에서 콩 SDF 재배 시 24.3 ton/10a의 1회 관수 및 관비량과 R1–R2 시기 총 N 2 kg/10a의 분시 관비가 뿌리혹 형성, 수량구성요소 및 수량 향상에 적합한 수준으로 판단된다.
