대기상의 수증기(H2O), 이산화탄소(CO2), 메탄(CH4), 프 레온가스(CFCs), 오존(O3)등은 산업혁명이후 농도가 급속 도로 증가하였으며, 이 온실가스들은 태양으로부터 지구로 방출되는 복사에너지는 쉽게 투과시키지만, 지구로부터 방 출되는 지구 복사에너지의 투과를 막음으로써 지표온도를 상승시켜 지구온난화를 유발시킨다(Cho, 2001).
Oh (2007)에 의하면 앞에서 언급한 온실가스들이 대기중 에 지속적으로 증가하여 축적된다면 상상할 수 없는 기후 변화로 인해 피해가 발생할 것으로 예상되며, 지구의 평균 온도가 1℃ 상승한다고 하는 2020년에 양서류의 멸종, 평 균온도 2~3℃ 상승한다고 하는 2050년에는 지구상에 존재 하는 동식물의 약 30%가 멸종할 것으로 추측하고 있다.
이와 같이 지구온난화로 인한 기후변화발생에 의한 피해 가 심각해지고 있으며, 농업 및 여러 분야에서 지구온난화 를 야기시키는 온실가스의 방출을 감소시키는 방안에 대한 연구가 진행중이다(Lilly et al., 2003; Reay et al., 2012).
지구온난화를 촉진시키는 여러 요인들 중 농업생산활동 에서 발생하는 온실가스들은 아산화질소(N2O), 이산화탄소 (CO2), 메탄(CH4)이며, 아산화질소와 메탄의 경우 이산화 탄소보다 지구온난화를 촉진시키는 정도가 빠르기 때문에 농업생산활동에 있어서는 이 두가지 온실가스 발생을 줄이 는 것이 핵심이다(IPCC, 1996).
농업에서 온실가스의 발생을 감소시킬 수 있는 방법은 현재 크게 두가지로 나뉘어진다. 농업생산에 이용되는 화 석에너지의 이용을 감소시키는 에너지효율화 방법이 첫 번 째 방법이고, 토양에서 발생하는 온실가스의 발생을 억제 시키거나 온실가스배출요인을 제거하는 녹색농업기술이 두 번째 방법이며, 무경운 재배 등이 대표적이다(Lee et al., 2012). 녹색농업기술 중 하나인 무경운 재배는 전혀 경 운을 하지 않거나 종자의 배열 및 발아를 위해 특정부분만 최소한으로 경운하는 농법으로 정의된다(Phillips et al. 1980). 주식이 쌀인 우리나라에서 무경운 재배법에 대한 연구는 거의 벼재배에 한정되어 있으며, 밭작물의 경우 제 한된 작목과 지역 등 단발적인 조사에만 치우쳐 있는 것이 문제점으로 지적된다(Kang et al. 2013). 따라서, 본 연구는 기후 변화 대응 탄소 저감을 위한 목적으로 무경운 토양에 콩을 재배함으로써 밭토양에서 무경운 재배법을 확립하고 자 한다.
재료 및 방법
공시재료 및 처리내용
공시품종은 대원콩(Glycine max (L.) Merrill)을 사용하 였다. 2014년 6월17일에 트레이에 파종하였으며, 약 1주일 뒤인 6월 25일 충북대 부속농장 포장에 이식하였다.
1년차에는 토양충전을 위해 모든 실험토양을 경운하였으 며, 재식거리는 50 × 75 cm로 하였다. 경운의 최소화와 노 동 투입시간 절감을 위해 지중관수를 설치하여 각각의 비 료를 처리하고 개체 사이에 동일한 간격을 유지하여 비료 가 식물체에 원활하게 공급 될 수 있도록 하였다. 비료의 공급은 농촌진흥청에서 제시한 작물 별 시비처방기준(RDA, 1999)에 따라 표준시비방법을 기준으로 하였으며, 발아된 콩을 포장에 이식한 직후 기비를 공급하였다. 지중관수는 경운 후에 관수를 설치, 설치 후 기비를 하였으며, 관행시 비는 경운 전에 실시하였다.
무경운 토양에 적합한 시비 종류를 확립하기 위해 각각 의 종류별로 비료를 공급해주었다. 가축비료, 화학비료, 2 가지 종류의 비료를 토양에 기비로 공급하였으며, 모든 비 료의 시비량은 표준시비량인 3-3-3.4 (N-P-K)kg/10a를 맞 추어 시비를 하였다.
가축분뇨는 유기질 비료인 액체 돈분 퇴비를 이용하였으 며 이천양돈영농조합에서 공급받았다. 돈액비료 1 L당 성 분비는 Table 1과 같다.
결과 및 고찰
성숙기 생육특성 및 개화시기
파종 후 100일 뒤, 식물체가 성숙기에 도달했을 때 특성 조사를 실시하였다. 경장, 경직경, 협수, 종실중 및 개화시 기를 측정하여 생장의 객관적 지표를 확인하였다. 지중관 수를 이용한 시비가 관행시비 처리보다 경장, 경직경, 및 협수가 높았다(Table 2). 시설풋고추 재배에서 지중관수, 지표관수, 지표관수+공기주입에 따른 고추의 생육발달을 실험한 결과, 지중관수를 이용한 실험에서 지표관수를 이 용한 개체에서 뿌리가 더 많이 발달된 것을 관찰할 수 있었 으며, 지표관수에 비해 지중관수 시 수량이 각각 22%, 30% 가 증가되었다(Kwon et al., 2009). 특히 지중관수를 통한 화학비료를 시비했을 때 경장이 길고 경직경이 두꺼운 양 상을 보였으며, 관행시비에서도 유사한 결과가 관찰되었다. 이를 통해 지중관수가 줄기부와 지하부의 생장과 협수의 확보에 유리하다는 사실을 유추해 볼 수 있었다. 반면 시비 방법별 종실중의 차이는 유의성을 찾기가 어려웠다. 비료 종류별 생육 특성을 비교해보면 화학비료와 가축비료간의 차이는 미미하였다.
Table 2
Growth characteristics and flowering date in the ripening period of soybean with respect to fertilization methods.
| Treatments | Fertilization of subsurface irrigation | Conventional fertilization | ||||
|---|---|---|---|---|---|---|
| Control | Livestock fertilizer | Chemical fertilizer | Control | Livestock fertilizer | Chemical fertilizer | |
| Culm length (cm) | 64dz | 97.3 b | 111 a | 55.7 e | 72 c | 74 c |
| Stalk diameter (cm) | 7.4d | 7.8 c | 9.4 a | 6.87 e | 6.5 e | 8.5 b |
| No. of pod | 22.3e | 32.7 a | 35 a | 24 cd | 28 bc | 29.3 b |
| Seed weight (g) | 0.32a | 0.23 b | 0.32 a | 0.28 ab | 0.24 b | 0.29 ab |
| Flowering period | July 31 | July 29 | July 28 | Aug 1 | July 31 | July 29 |
개화기는 7월 28일부터 8월 1일까지 지속되었는데 그중, 화학비료를 처리한 경우가 7월 28일로 생장속도가 가장 빨 랐다. 반대로 가장 늦은 처리구는 관행시비 대조구가 8월 1일 이였다. 성숙기 생육특징과 개화시기를 비교해보면 지 중관수를 이용한 시비방법이 작물의 생장에 더욱더 효과적 이었다고 사료된다.
식물체의 영양분 흡수 및 비료성분 가용량
Kjeldhal법을 이용하여 각 시비방법, 비료 종류별 질소의 이용량을 측정한 값은 Table 3과 같다. 지중관수에서는 돈 액비료를 이용할 시 식물체로 흡수되는 질소의 양이 많았 고, 관행시비의 경우에는 화학비료를 이용할 때 식물체로 흡수되는 질소의 양이 많았다. 산국의 재배에서 돈분퇴비 를 10a당 0, 2000, 4000, 6000, 8000, 12000 kg 각각 다르 게 처리하였을 경우, 산국의 질소흡수량을 측정한 결과 돈 분퇴비의 시용량이 증가할수록 수확기의 산국의 질소함량 이 증가하는 경향을 보였다(Lee & Yang, 2003). 이를 통해 무경운 토양에 시비할때는 생력화 차원에서 지중관수를 설 치하고, 가축비료를 이용하면 환경적인 측면뿐만 아니라 투입 노동력 부문에서 효과를 볼 수 있다고 사료된다. 지중 관수와 관행시비 간의 효율을 비교해보면 지중관수를 이용 한 시비가 관행시비에 비해 질소의 흡수가 월등히 많음을 알 수 있었다. 지중관수를 이용하면 시비를 할 때 같은 양 을 시비할 때 보다 시비의 효율을 높일 수 있을 것으로 사 료된다.
Table 3
Total nitrogen of soybean with various fertilization methods determined using the Kjeldhal method.
| Division | Fertilization of subsurface irrigation (mg) | Conventional fertilization (mg) | ||||
|---|---|---|---|---|---|---|
| Control | Livestock fertilizer | Chemical fertilizer | Control | Livestock fertilizer | Chemical fertilizer | |
| Top part | 70.33 az | 64.62 b | 59.79 c | 49.17 d | 39.27 e | 35.53 f |
| Underground part | 341.58 f | 1171.41 a | 978.05 b | 758.92 d | 681.56 e | 915.2 c |
| Total nitrogen | 411.91 f | 1236.03 a | 1037.83 b | 808.1 d | 720.86 e | 950.72 c |
| Nitrogen absorption of plant | - | 824.12 | 625.93 | - | 124.63 | 142.62 |
Vanadate법을 사용하여 총 인량을 측정한 결과는 Table 4와 같다. 관행시비의 경우 인 흡수량이 지중관수 보다 많 았으며 지중관수 시비에서는 가축비료를 시비할 때 인 흡 수가 되지 못하였다. 지중관수 화학비료의 경우에는 대조 구 보다는 높았지만 대조구와는 큰 차이가 없었다. 지중관 수 가축비료 처리구의 지하부 흡수량은 지중관수가 화학시 비보다 높다는 사실을 확인하였다.
Table 4
Total phosphorus of soybean with various fertilization methods determined using the Vanadate method.
| Division | Fertilization of subsurface irrigation (mg) | Conventional fertilization (mg) | ||||
|---|---|---|---|---|---|---|
| Control | Livestock fertilizer | Chemical fertilizer | Control | Livestock fertilizer | Chemical fertilizer | |
| Top part | 23.39 dz | 22.89 e | 26.84 c | 21.36 f | 28.09 b | 37.44 a |
| Underground part | 2.58 a | 0.57 d | 0.15 f | 0.65 c | 0.28 e | 1.54 b |
| Total phosphorus | 25.47 d | 23.61 e | 26.99 c | 22.01 f | 28.37 b | 39.33 a |
| Phosphorus absorption of plant | - | -2.36 | 1.01 | - | 6.36 | 10.96 |
관행시비의 경우 가축비료를 시비 한 것에는 대조구에 비해 개체 당 6.36 mg, 화학비료 처리구에서는 개체 당 10.96 mg을 더 흡수하였다. 지중관수, 관행시비 모두 가축비료 시비보다 화학비료 시비에서 많은 양의 인이 흡수되었는데, 가축비료의 인 함유량이 낮은 것이 크게 작용했다고 사료 된다. 해송의 생육과정에서 돈분퇴비 시용 시 해송 묘묙의 총 인산함량을 측정한 결과, 대조구에 비하여 돈분퇴비를 시용시 지하부에서 인산의 함량이 높게 측정되어 콩 생육 과 유사한 결과를 보였다(Lee & Cho, 2006). 또한 질소가 지중관수 시에 높게 흡수되는 것과는 달리 관행 시비 시에 높게 나타났다. 앞으로 지중관수를 이용한 최소경운, 무경 운 토양에서의 인의 원활한 공급의 방안이 필요할 것으로 사료된다.
원자흡광분석법을 이용하여 칼리의 식물체 흡수량 측정 값은 Table 5와 같다. 칼리 흡수량은 인의 흡수량과 비슷한 양상을 보였다. 지중관수, 관행시비 처리구 모두 가축비료 에서는 칼리 흡수를 하지 못했으며 화학비료의 경우는 미 량 흡수함을 확인 하였다. 무비와 질소기준 SCB (slurry composting biofiltration)액비 1/2수준, 1수준, 화학비료 총 4처리로 오이재배를 하여 각 부위별로 칼륨함량을 조사한 결과 뿌리의 경우 화학비료에서 가장 낮았으며, 치환성 칼 륨함량은 SCB 1수준에서 가장 높게 측정되었다(Park et al., 2011). 본 실험에서 돈액비료처리구에서 칼륨의 흡수가 이루어지지 않은 것은 가축비료를 공급받아 바로 사용한 것이 아니고, 5번에 걸쳐 나누어 사용한 것이 문제를 일으 킨 것이라고 사료되며, 앞으로 상세한 조사 및 연구가 필요 할 것으로 판단된다.
Table 5
Total potassium of soybean with various fertilization methods determined using atomic absorption analysis.
| Division | Fertilization of subsurface irrigation (mg) | Conventional fertilization (mg) | ||||
|---|---|---|---|---|---|---|
| Control | Livestock fertilizer | Chemical fertilizer | Control | Livestock fertilizer | Chemical fertilizer | |
| Top part | 46.96 bz | 39.35 e | 48.67 a | 46.96 b | 41.9 d | 45.61 c |
| Underground part | 1.83 c | 2.4 b | 0.71 d | 0.63 e | 1.84 c | 2.79 a |
| Total potassium | 48.79 b | 41.75 f | 49.38 a | 47.59 d | 43.74 e | 48.39 c |
| Potassium absorption of plant | - | -7.03 | 0.6 | - | -3.85 | 0.8 |
수량 구성요소
콩재배 시 비료의 종류가 수량에 미치는 영향을 조사한 결과는 Table 6과 같다. 지중관수 처리구에서는 가축의 처 리구가 화학처리구보다 협수와 종자수가 높지만, 100립중 은 낮았다. 반면 관행시비의 경우 협수는 가축분뇨 처리구 가 높았으나 유의차는 존재하지 않았으며 종자 수는 유의 성이 있는 수준에서 화학처리구가 많았다. 수량은 지중관 수를 이용 할 때는 가축비료와 화학비료간의 유의성은 존 재하지 않았지만 관행시비를 이용한 가축비료 시비와 화학 비료 간에는 유의차가 있는 수준에서 화학비료 처리구에서 수량이 감소하였다.
Table 6
Analysis of soybean yield after harvesting with various fertilization methods.
| Treatments | Fertilization of subsurface irrigation | Conventional fertilization | ||||
|---|---|---|---|---|---|---|
| Control | Livestock fertilizer | Chemical fertilizer | Control | Livestock fertilizer | Chemical fertilizer | |
| Population per 10a | 5714.3 | 5714.3 | 5714.3 | 5714.3 | 5714.3 | 5714.3 |
| No. of pod | 49.6 bz | 63.6 a | 58.8 ab | 60.7 a | 67.9 a | 61.8 a |
| No. of seed | 83.4 c | 103.9 a | 97.7 b | 67.1 d | 86.8 bc | 103.7 a |
| 100 seeds weight (g) | 26.1 b | 24.5 b | 27.3 b | 28.6 a | 25.3 b | 26 b |
| Yield (g) | 91998 c | 118971 bc | 141046 bc | 191538 ab | 212484 a | 181239 ab |
| Index | 100 | 129.3 | 153.3 | 208.1 | 231 | 197 |
충북 진천과 강원도 횡성에서 각각 액상분뇨원액, 여과 액비, 화학비료 처리구와 액상분뇨기비, 액상분뇨기비, 화 학비료추비, 화학비료기비 처리구에서 벼의 생육과 수량을 비교 실험한 결과, 수량구성요소 측면에서는 각각 해당요 소마다 높은 결과를 보이는 실험구가 상이하였으며, 수량 은 충북진천에서 시행된 여과액비 실험구에서 가장 높게 나왔다(Ryoo & Hong, 2004). 수량성 측면에서는 액비실험 구가 화학비료실험구보다 수량성이 높거나 비슷하게 나온 것으로 보아 탄소배출을 절감하고 생력화를 위한 무경운 밭토양 재배법에 있어서 지중관수를 이용한 가축분뇨 시비 가 작물의 수량에 가장 효율적인 방법이라고 사료된다.
적 요
본 연구는 무경운 재배법에 알맞은 비료종류 및 시비방 법을 확립하고자 수행되었다. 주요 결과는 아래와 같다.
지중관수를 이용한 시비가 관행시비 처리보다 경장, 경직경 및 협수가 높았으며 각 처리구별 개화시기를 비교시 관행시비 화학비료 처리구에서 7월 28일로 개 화시기가 가장 빨랐다. 성숙기 생육특징과 개화시기를 비교해보면 지중관수를 이용한 시비방법이 작물의 생 장에 효과적이었다.
질소 이용량은 지중관수와 관행시비 간의 효율을 비 교 시 지중관수를 이용한 시비가 관행시비에 비해 질 소의 흡수가 월등히 많음을 알 수 있었다.
인의 흡수량은 지중관수, 관행시비 모두 가축비료 시 비보다 화학비료 시비에서 많은 양의 인이 흡수되었 으며, 질소가 지중관수 시에 높게 흡수되는 것과는 달 리 관행시비 시에 인이 높게 흡수되었다.
원자흡광분석법을 통하여 각 시비방법, 비료종류별 칼 리의 흡수량을 조사한 결과 인의 흡수량과 비슷한 양 상을 보였으며, 지중관수, 관행시비 처리구 모두 가축 비료에서 칼리의 흡수가 이루어지지 않았다.
수확 후 수량을 비교한 결과 지중관수를 이용 할 때는 가축비료와 화학비료간의 유의성은 존재하지 않지만, 관행시비를 이용한 가축비료와 화학비료 시비에는 유 의차가 있는 수준에서 수량이 감소하였다.
