서 론
재료 및 방법
식물 및 멀칭재료
생분해성 멀칭필름 종류별 옥수수 생육 및 수량
생분해성 멀칭필름 종류별 필름 분해 특성
생분해성 멀칭필름 종류별 토양 환경에 미치는 영향
통계처리
결과 및 고찰
생분해성 멀칭필름 종류별 옥수수 생육 및 수량
옥수수 재배지 생분해성 멀칭필름 종류별 광투광율 및 분해율
옥수수 재배지 생분해성 멀칭필름 종류별 토양 환경에 미치는 영향
적 요
서 론
생분해성 플라스틱 필름은 식물체 기반 고분자, 미생물 생산 고분자, 그리고 석유계 플라스틱 유래 고분자를 모두 포함한다. 이러한 필름은 퇴비화 조건에서는 36주 이내에 셀룰로오스 대비 90% 이상이 생분해 되어야 한다(Hernández-García et al., 2022). 생분해성 플라스틱 필름은 크게 천연물 기반, 화학 합성 기반, 미생물 합성 기반으로 나눌 수 있으며, 단일 소재보다는 생분해성 소재를 혼합하여 많이 사용되고 있다(Hernández-García et al., 2022). 생분해성 플라스틱 필름의 종류는 20가지 이상이 있지만, 현재 산업화 단계에 진입한 제품들에는 Starch blends, PLA, PHA, PBS 및 PBAT 등이 있다(Song et al., 2009). 이러한 원료들을 사용하여 독일, 일본 등 선진국을 중심으로 생분해성 플라스틱 필름의 실용화 연구 및 산업화가 활발히 진행되고 있다(Lee et al., 2001; Jung et al., 1999; Narayan, 1994; Albertsson et al., 1992; Scott, 1990). 생분해성 플라스틱 필름의 주요 분해 메커니즘은 미생물이 분비하는 효소로 인해 플라스틱 물질이 붕괴되어 저분자화된 후, 미생물이 이 저분자를 흡수하여 대사 작용을 통해 물과 이산화탄소로 최종적으로 방출된다(European Parliament, 2018). 생분해성 플라스틱 필름은 미생물의 작용으로 환경친화적인 물질로 완전히 변형될 수 있기 때문에 기존 플라스틱을 대체할 수 있는 소재로 주목을 받고 있다(Luyt & Malik, 2019). 생분해성 플라스틱 필름의 분해 과정은 미생물과 같은 생물학적 요인과 산소, 온도, 습도 등과 같은 비생물적 요인에 따라 달라진다(Emadian et al., 2017; Qin et al., 2021).
폴리에칠렌(PE) 플라스틱 필름은 전 세계적으로 널리 사용되고 있지만, PE 폐플라스틱 필름은 합리적으로 관리되지 않아 심각한 환경오염을 야기하고 있다. 중국은 PE 플라스틱 필름의 약 31%를 생산하는 최대 생산국이고, 제조된 PE 플라스틱 필름 중 9%만이 재활용되었고, 12%가 소각되었으며 나머지는 매립지나 자연환경에 축적되어 문제를 일으키고 있다(Afrin et al., 2020; Geyer et al., 2017; Li et al., 2020). 우리나라의 경우, 2022년 영농형 폐플라스틱 필름은 314,507톤 발생하여 65% (203,509톤) 수거되었으며, 수거된 필름의 89% (180,410톤)가 재활용되지만, 수거되지 않은 다양한 오염을 유발한다(Jung et al., 2023).
작물 멀칭재배의 경우 토양, 작물, 그리고 주변 공기 환경에 미기후적 영향을 줄 수 있다(Zhang et al., 2023). 특히 멀칭재배는 공기와 토양의 온도, 태양 복사열이 토양 표면에 도달하는 정도, 물의 증발 속도, 그리고 토양과 공기 사이의 가스 교환에 영향을 미친다. 이러한 환경 변화는 궁극적으로 작물 생산성에 영향을 미친다. 예를 들어, 토양 온도가 상승하면 작물의 생장과 발달을 촉진할 수 있지만, 온도가 하락하면 반대의 결과를 가져올 수 있다. 또한, 주변 공기 온도가 증가하면 작물의 지상부 부분 생장이 촉진되고 엽면적과 생산량이 증가할 수 있다. 멀칭은 빛이 토양에 도달하는 양을 제한하여 잡초의 성장을 억제할 수 있다.
PE 필름을 사용한 멀칭은 오래 전에 도입된 이후 우리나라 뿐만 아니라 중국과 같은 여러 국가에서 중요한 농업관행이 되었으며, 특히 관개가 제한적이고 온도가 낮은 지역에서 많이 사용되고 있다(Filipovic et al., 2016; Zhou et al., 2009). PE 필름을 작물재배시 멀칭으로 사용하면 다음과 같은 많은 이점이 있다. 수분 증발 억제, 토양 온도 조절, 잡초 억제, 수확 시간 단축, 무기양분 침출 방지 및 작물 생산성 향상할 수 있는 잇점이 있다(Elmore, 1990; Nawaz et al., 2017; Yin et al., 2018). 또한, 능선 고랑 재배와 결합된 PE 필름은 빗물을 모으고 보존하는 데에도 사용된다(Zhou et al., 2012). 그러나 PE 멀칭필름은 토양에서 분해되지 않으며, 사람이 직접 수거해야 하므로 많은 노동력이 소요된다(Lee et al., 2015).
따라서 최근에는 관행적으로 사용되던 PE필름을 대체할 수 있는 대체제로 생분해성 필름이 사용되고 있다. 이러한 생분해성 멀칭 필름은 농업용 PE 필름의 장점은 유지하면서 분해되는 특성때문에 필름개발에 많은 관심이 집중되고 있다. 그러나 국내․외에서 개발된 광분해성, 생분해성 필름은 PE 필름보다 더 빨리 미세플라스틱으로 분해되어 토양환경에 추가적인 위협이 될 수 있다(Narayan, 1994; Doane, 1992; Scott, 1990). 최근 이러한 문제를 해결하고자 전분 등 천연소재를 사용하여 분해되는 필름이 개발되고 있다(Bloembergen et al., 1993; Ryu & Kim, 1998). 국외에서는 생분해성 멀칭필름을 토마토, 옥수수, 마늘, 감자, 등의 다양한 작물에 사용되고 있다(Costa et al., 2017; Gao et al., 2021; Lee et al., 2015; Liu et al., 2022; Ngouajio et al., 2008; Souza et al., 2020). 그러나 국내의 경우 생분해성 필름을 작물재배 시 작물 생육에 부정적인 영향없이 사용될 수 있는지에 관한 연구는 매우 제한적이다. 따라서 본 연구는 최근에 개발된 생분해성 멀칭 필름을 옥수수 재배지에 사용한 경우 작물 생육 및 수량과 필름의 분해 정도를 평가하여, 옥수수 재배지에서의 안전 사용 여부를 확인하고자 수행하였다.
재료 및 방법
식물 및 멀칭재료
본 연구는 2022년 순천대학교 시험포장에서 수행되었다. 연구에 사용된 옥수수(Zea mays L., 품종: 미맥2호) 종자는 강원도 농업기술원 옥수수연구소에서 생산한 종자를 종묘상에서 구입하였다. 50공 상자에 원예용 상토를 충진하고 파종한 후, 16일에 옥수수가 3엽기(초장 15 cm)가 되었을 때 포장에 이식하였다. 본 연구에서 생분해성 멀칭 필름 3종과 대조로 PE 필름(㈜서하P&D필름) 1종을 사용하였다. 생분해성 필름은 최근 개발된 팜스비오(팜한농)와 홀그로필름(세진바이오) 흑색 0.015 mm 두께를 사용하였고, 본토필름(에코한성)은 흑색 0.012 mm 두께를 사용하였다. 이들 생분해 멀칭 필름의 주요성분은 선행연구(Kim et al., 2024)와 동일하다. 무멀칭 처리는 무처리로 하였다.
생분해성 멀칭필름 종류별 옥수수 생육 및 수량
본 연구는 순천대학교 서면농장에서 2022년 5월 12일에 옥수수를 이식하여 7월 25일에 수확하였다. 시비량 N-P-K-Ca 250-150-150-120 kg/ha 수준으로 맞추어 시비하고 3일 후에 각각 필름 종류별로 멀칭하였다. 각 처리당 시험구 면적은 15 m2으로 하였다. 멀칭 후 60 × 30 cm 재식거리에 맞추어 파종 후 16일(3엽기)된 옥수수를 이식하였다.
이식 후 초장은 이식 후 18일, 32일, 46일에 조사하였다. 출수율은 이식 후 39일부터 하루 간격으로 이식 후 46일까지 조사하였고, 출사율은 이식 후 44일부터 하루 간격으로 이식 후 52일까지 조사하였다. 수확기에 주당 엽수, 주당 지상부 생체중, 줄기길이, 이삭길이, 이삭너비, 10a당 옥수수수와 옥수수 무게를 각 처리당 10주씩 3반복으로 조사하였다.
생분해성 멀칭필름 종류별 필름 분해 특성
멀칭 전 필름 투광율을 측정하고, 이식 후 21일부터 14일 간격으로 63일까지 투광율을 측정하였다. 또한, 옥수수를 수확한 후 14일부터 14일 간격으로 56일까지 필름 투광율을 측정하였다. 투광율 측정은 필름을 종류별로 20 cm2씩 포장에서 채취하여 먼지 등을 세척한 후 실내에서 필름에 광(200 μmol m-2s-1)을 조사하여 portable quantum sensor (SKP2200, Skye Instruments, UK)를 사용하여 측정하였다(Kim et al., 2024).
포장에 멀칭되어 있는 생분해성 멀칭필름의 붕괴정도를 옥수수 이식 후 10일 간격으로 70일까지 측정하였고, 그리고 수확 후 10일부터 10일 간격으로 40일까지 아래 0~5단계 기준(0은 원래 필름상태로 유지한 경우이고, 1은 필름 파편이 시작되는 경우이고, 2은 필름의 25%가 조그마한 파편이 보인 경우이고, 3은 필름 파편이 2.0~2.5 cm 길이가 되는 경우이고, 4은 균일한 메쉬(mesh) 파편이 있고, 원래 필름상태로 유지하지 못한 경우이고, 5은 필름 파편이 4 × 4 cm2 크기 이하로 되어 거의 붕괴된 경우)에 근거하여 달관평가로 조사하였다(Yin et al., 2019).
분해율은 “광투광율 조사”에 사용한 필름을 사용하였고, 원래 멀칭 필름 무게와 멀칭 후 필름 무게 차이로 산출하였다.
생분해성 멀칭필름 종류별 토양 환경에 미치는 영향
토양 pH와 EC 측정은 파종 후 21일부터 14일 간격으로 파종 후 63일까지 조사하였고, 수확 후 14일부터 14일 간격으로 56일까지 조사하였다. 토양 pH와 EC 측정을 각 처리당 표토에서 15 cm 깊이의 토양을 100 g씩 3지점에서 채취하여 혼합하여 사용하였다. 채취한 토양은 5일 동안 통풍이 잘 되는 장소에서 건조한 후 체(2 mm)로 쳐서 사용하였다. 체로 친 토양 10 g을 플라스크(100 mL)에 넣고, 50 mL 증류수을 넣은 후 왕복 진탕배양기(Shaking Incubator, HB-201SF, HANBECK SCIENTIFIC TECNOLOGY, South Korea)에 30분간 진탕시켜 pH와 EC측정기(Potable pH/EC/TDS/Temperature Meter, HI991300, HANNA instruments)를 이용하여 측정하였다(Kim et al., 2024).
토양 유기물 함량은 Tyurin 방법(Kononova, 1966)에 의해 측정하였다. 토양온도와 수분함량은 기상측정기(HOBO USB Micro Station Data Logger, ONSET, USA)를 각 처리구에 설치하여 옥수수 재배기간(6월 24일~7월 25일)과 수확 후(7월 26일~8월 6일)로 나누어 측정하였다. 기상측정(HOBO USB Micro Station Data Logger, ONSET, USA)는 30분 간격으로 측정되었으며 24시간 동안의 평균값을 계산하여 1일 평균 토양온도와 토양수분으로 표기하였다.
통계처리
본 연구는 완전임의배치 3반복으로 하였으며, 연구결과는 Duncan’s Multiple Range Test (p=0.05)을 이용하여 통계학적으로 유의성 검정을 하였다(SAS, 2000).
결과 및 고찰
생분해성 멀칭필름 종류별 옥수수 생육 및 수량
옥수수 재배 시 사용한 생분해성 멀칭필름 종류별 옥수수의 초장을 이식 후 18일, 32일 및 46일 조사하였다(Table 1). 조사시기에 상관없이 무멀칭의 경우 옥수수 초장는 생분해성 F, H 및 V 필름과 PE 필름에 비해 유의적으로 적었다. 그러나 초장은 생분해성 멀칭필름과 PE 필름 간에 유의적인 차이가 없었다. 출수율의 경우는 무멀칭에서 옥수수 이식 후 43일에 시작되어 46일에 100% 출수되었다(Table 2). 그러나 생분해성 멀칭필름과 PE필름의 출수율은 이식 후 41일과 42일에 30-82%를 보였고, 이식 후 43일에 100% 출수되어 무멀칭에 비해 3일 빠르게 출수를 보였다. 생분해성 멀칭필름과 PE 필름 간에 출수율에서는 유의적인 차이를 보이지 않았다. 출사율은 무멀칭에서 옥수수 이식 후 50일에 시작하여 52일까지 50%을 보였다(Table 3). 그러나 생분해성 멀칭필름과 PE필름의 출사율은 옥수수 이식 후 45일에 시작하여 49일에 100%를 보였다. 또한, 출사율은 필름 종류 간에 유의적인 차이를 보이지 않았다. 옥수수 수확기에서 주당 엽수는 무멀칭, 생분해성 필름 H, V와 PE 필름 간에 유의적인 차이가 없었으나, 생분해성 F 필름에서는 다른 필름들보다 엽수가 더 많았다(Table 4). 주당 생체중은 무멀칭이 생분해성 멀칭필름과 PE 필름에 비해 적었으나, 생분해성 멀칭필름과 PE 필름 간에는 유의적인 차이가 없었다. 줄기 길이는 무멀칭에서 생분해성 필름과 PE필름에 비해 짧았고, 생분해성 필름 F와 H 필름은 PE 필름에 비해 길었다.
옥수수 수량구성요소 중 이삭 길이는 무멀칭의 경우 일부 생분해성 필름 F와 V필름에 비해 짧았으나, PE 필름과 생분해성 필름 간에 유의적인 차이가 없었다. 이삭의 넓이는 무멀칭 뿐만 아니라 필름 종류 간에 유의적인 차이가 없었다. 10a당 옥수수 수는 무멀칭과 생분해성 필름 F와 V필름에서 적었고, 생분해성 F와 V필름은 PE필름에 비해 적었다. 그러나 10a당 옥수수 수량에서 무멀칭은 PE필름에 비해 유의적으로 감소하였으나, 생분해성 필름과 PE필름 간에 차이가 없었다.
종합적으로 볼 때, 본 연구에 사용된 최근 개발된 생분해성 멀칭필름은 농가에서 관행적으로 사용되고 있는 PE필름과 비교하여 옥수수의 생육 뿐만 아니라 출수율, 출사율 및 수량 등에 부정적인 영향을 미치지 않은 것으로 판단되었다. 본 연구와 유사하게, 다른 작물인 마늘, 토마토, 감자, 상추 및 딸기에 생분해성 멀칭필름을 사용했을 때에도 PE필름과 생육 및 수량에 차이가 없었다는 연구 결과가 보고되었다(Gao et al., 2021; Lee et al., 2015; Liu et al., 2022; Ngouajio et al., 2008; Souza et al., 2020).
Table 1.
Effects of biodegradable films (F, H, and V) on maize plant height.
| Treatment | Plant height (cm) | ||
| 18 DAT | 32 DAT | 46 DAT | |
| Non-mulching | 64b | 126b | 153b |
| PE | 74a | 156a | 195a |
| F | 78a | 159a | 206a |
| H | 73a | 159a | 206a |
| V | 72a | 159a | 200a |
Table 2.
Effects of biodegradable films (F, H, and V) on heading rate (%) of maize.
Table 3.
Effects of biodegradable films (F, H, and V) on maize silking rate (%).
Table 4.
Effects of biodegradable films (F, H, and V) on growth, yield, and yield components of maize.
옥수수 재배지 생분해성 멀칭필름 종류별 광투광율 및 분해율
생분해성 멀칭필름 종류별 옥수수 이식 후 광투광율을 조사한 결과 생분해성 필름 F와 H 필름과 PE 필름은 필름 사용 전 자체의 투광율은 유의적인 차이가 없었다(Table 5). 그러나 생분해성 V필름 투광율(8%)은 사용 전에도 다른 생분해성 멀칭필름과 PE필름에 비해 유의적으로 높았으나, 이는 제조시 사용된 필름의 성분이 필름 종류별로 다르기 때문으로 판단된다. V필름 광투광율은 옥수수 이식 후 21, 35, 49 및 63일과 옥수수 수확 후 14, 28, 42, 56일에도 9~11%로 사용 전 필름 광투광율과 차이가 없었다. 생분해성 F필름의 광투광율은 이식 후 63일까지 PE 필름과 유의적인 차이가 없었으나, 수확 후 14일부터 56일까지 광투광율은 5~25%를 보여 PE 필름 0.5~0.7%보다 유의적으로 높았다. 생분해성 H 필름의 광투광율은 F와 V필름에 비해 높았으며 이식 후 63일까지 45%를 보였고, 수확 후 14일부터는 필름이 완전 붕괴되었다. 본 연구와 동일한 V필름을 콩재배에 사용한 경우도 콩 이식 후 14일에 광투광률이 18%이었지만 이식 후 112일에도 동일한 광투광율을 보여 재배기간이 경과함에 따라 증가하지 않았다(Kim et al., 2024). 콩재배시 사용한 생분해성 F와 H 필름의 광투과율은 본 연구의 옥수수 재배시와 다른 결과를 보였다. 본 연구와 동일한 생분해성 멀칭필름은 아니지만 상추 재배지에 생분해성 멀칭필름을 사용하여 필름의 광투광률을 측정한 연구에서 사용 전 생분해성 멀칭필름의 광투광률이 4.3%이었으나, 사용 후 42일에는 9.4%로 사용 전에 비해 5.1% 증가하였다(Brault et al., 2002). 이처럼 필름의 광투과율이 생분해성 멀칭필름 종류별 작물종류에 따라 달랐던 것은 작물 재배시기, 작물의 초관 형태, 높이 등과 작물 재배법(비료 등), 기상과 토양환경 등에 의해 필름의 균열이 늘어나 광투광율이 늘어나게 되는 것으로 판단하였다(Brault et al., 2002).
Table 5.
Changes in light transmittance (%) of biodegradable (F, H, and V) and PE films during maize cultivation.
옥수수 재배지의 생분해성 멀칭필름 종류별 붕괴정도를 0~5단계로 달관평가를 조사하였다(Yin et al., 2019). PE 필름 붕괴 정도는 옥수수 이식 후 또는 수확 후 기간에 상관없이 거의 붕괴가 되지 않았다(Table 6, Fig. 1). 그러나 생분해성 멀칭필름의 붕괴정도는 이식 후 시간이 경과할수록 증가하였고, 이식 후 70일 2.7-4.3 정도의 붕괴도를 보였다. 수확 후 생분해성 멀칭필름의 붕괴정도는 3-5 정도로 높아졌다. 특히 생분해성 필름 중 H 필름에서 붕괴가 높았다. 본 연구와 유사하게 콩재배시에 사용한 H 필름에서 붕괴정도가 높았고, 수확한 후 포장에 잔재하는 필름은 수확 후 대부분 생분해성 멀칭필름이 잘게 파편으로 되었다(Kim et al., 2024).
Table 6.
Changes in the visual collapse levels (0-5) of biodegradable (F, H, and V) and PE films during maize cultivation.
필름의 무게 감소에 의한 분해율의 경우, 생분해성 멀칭필름은 이식 후 49일까지는 PE필름과 유의적인 차이가 없었으나, 이식 후 63일에 PE 필름에 비해 유의적으로 높았다(Table 7). 즉, 이식 후 63일에 생분해성 필름의 분해율은 H (56%) > V (11%) = F (8%)로서 H 필름을 제외하고 작물재배 기간에 필름의 빠른 분해로 인한 잡초발생과 보온 및 보습 효과 등에 영향을 미치지 않을 것으로 판단된다. 본 연구와 생분해성 플라스틱과 전분의 비율을 다르게 한 생분해성 멀칭필름을 사용하여 옥수수 재배했을 때, 파종 후 60일 정도에 분해가 시작되는 필름이 가장 적절한 생분해성 필름으로 판단하였다(Yin et al., 2019). 수확 후 생분해성 필름의 분해율은 시간이 경과할수록 증가하였고, 수확 후 56일에 생분해성 필름의 분해율 정도는 H (100%) > F (47%) > V (16%) 순으로 나타났다. 유사한 연구에서 콩 이식 후 112일에 분해율은 V (26.7%) > F(19.1%) > T (14.0%) > H (10.0%) = S (9.8%) 순으로 나타나(Kim et al., 2024), 분해가 늦게 전개되는 것으로 판단되었다. 따라서 동일한 생분해성 필름이라도 작물 종류와 작물 재배기간 등에 따라 분해율이 다르다는 것을 알 수 있었다. 또한 생분해성 멀칭필름의 분해율은 기온, 토양수분 및 미생물 등의 다양한 요인에 의해 영향을 받는다고 하였다(Costa et al., 2017; Liu et al., 2022). 특히 필름이 주성분에 따라 분해율에 차이가 나타났다. PLA와 PBAT를 혼합한 필름과 PBAT 단독으로 제조한 필름을 흙에 묻었을 때, PBAT필름은 165일에 완전히 분해되었지만, PLA/PBAT필름은 PBAT필름보다 분해속도가 늦어졌다(Liu et al., 2022). 이는 필름의 주성분에 따라 분해율이 다르게 나타남을 의미한다.
Table 7.
Changes in the degradation (%) of biodegradable (F, H, and V) and PE films during maize cultivation.
옥수수 재배지 생분해성 멀칭필름 종류별 토양 환경에 미치는 영향
생분해성 멀칭필름 종류별 토양 화학성을 알아보기 위해 옥수수 이식 후 63일까지와 수확 후 56일까지 pH와 EC를 측정하였다(Tables 8, 9). 토양 pH는 이식 후 21일과 35일에는 필름 종류에 상관없이 무멀칭과 유의적인 차이가 없었다. 그러나 이식 후 49일과 63일에는 무멀칭에 비해 생분해성 멀칭 필름과 PE필름에서 유의적으로 높았으나, 필름 종류 간에는 유의적인 차이가 없었다. 토양 pH는 수확 후 14, 28, 42, 56일에도 무멀칭에 비해 생분해성과 PE 멀칭에서 유의적으로 높았으나, 필름 종류 간에는 유의적인 차이가 없었다.
Table 8.
Soil pH levels at different stages of plant growth with biodegradable (F, H, and V) and PE films in a maize field.
Table 9.
Soil electrical conductivity (EC, dS/m) at different stages of plant growth with biodegradable (F, H, and V) and PE films in a maize field.
토양 EC는 이식 후 21, 35, 49일까지는 무멀칭과 필름 종류에 상관없이 차이가 없었으나, 이식 후 63일에는 PE 필름에서 무멀칭과 생분해성 필름에 비해 유의적으로 높았다. 수확 후 14일 EC는 PE에서 무멀칭과 생분해성 필름에 비해 유의적으로 높았다. 수확 후 28 및 56일의 EC는 무멀칭에 비해 PE 필름과 생분해성 필름에서 유의적으로 낮았으나, 필름 종류 간에는 차이는 없었다.
종합적으로 볼 때, 토양 pH와 EC는 생분해성 멀칭필름과 PE필름 간에 유의적인 차이가 없었다. 본 연구에서 사용한 동일한 생분해성 멀칭필름을 사용한 콩과 양파재배지에서 pH와 EC를 측정한 결과 생분해성 멀칭필름과 PE필름 간에 차이가 없었다(Jung et al., 2023; Kim et al., 2024). 또한, 본 연구와 다른 생분해성 필름을 호박 재배지에서 사용한 경우도 토양의 pH와 EC변화를 측정하였을 때 생분해성 멀칭필름과 PE필름 간의 유의적인 차이는 없었다(Sintim et al., 2021). 필름을 갈아 토양에 섞어 보리를 재배한 연구에서도 토양 pH와 EC는 생분해성 멀칭필름과 PE필름 간의 유의적인 차이가 없었다(Reay et al., 2023).
옥수수 이식 후 101일에 조사한 토양 유기물 함량은 무멀칭 뿐만 아니라 생분해성 멀칭필름과 PE필름 간에 유의적인 차이가 없었다(Fig. 2). 본 연구와 유사하게, 호박재배지에서 4년간 연속으로 생분해성 멀칭필름을 사용한 경우에도 토양 유기물 함량은 PE필름과 차이가 없었다고 보고하였다(Sintim et al., 2021). 또한, 본 연구와 동일한 생분해성 멀칭필름을 콩과 양파재배지에 사용한 경우에도 토양 유기물 함량은 PE필름과 유의적인 차이가 없었다는 연구 결과가 있다(Jung et al., 2023; Kim et al., 2024). 콩 재배지 토양의 질산태질소, 유효인산 및 치환성양이온을 측정한 결과, 필름 종류에 상관없이 유의적인 차이를 보이지 않았다(Kim et al., 2024). 따라서, 본 연구에 사용된 생분해성 필름은 옥수수 재배지의 토양화학성에 부정적인 영향을 미치지 않은 것으로 판단된다.
옥수수 이식 후와 수확 후 모두 토양온도는 생분해성 멀칭필름과 PE필름 간에 큰 차이가 없었다(Fig. 3). 그러나 옥수수 이식 후 6월 24일부터 7월 8일까지 멀칭처리를 했을 때는 토양온도는 무멀칭에 비해 2°C 정도 상승하였다. 반면에 7월 15일부터 수확기까지 오히려 무멀칭에서 멀칭에 비해 토양온도가 다소 높았다. 이는 무멀칭의 경우, 멀칭에 비해 옥수수 초관 형성율이 떨어져 광투과율이 높아짐에 따라 토양온도가 다소 증가하는 것으로 판단된다. 또한 수확 후에도 토양온도는 8월 1일과 2일을 제외한 생분해성 멀칭필름과 PE필름에서 무멀칭에 비해 높은 경향을 보였다.
토양 수분 함량은 옥수수 이식 후와 수확 후에 생분해성 필름과 PE필름 간에 큰 차이가 없었다. 그러나 토양수분은 멀칭처리를 했을 때 무멀칭에 비해 5~15% 정도 증가하였다. 수확 후 8월 1일부터는 무멀칭과 멀칭 필름 간에 토양 수분에 큰 차이가 없었는데, 이는 이 기간에 생분해성 필름과 PE필름이 많이 붕괴되었기 때문으로 판단된다.
본 연구에서 사용한 생분해성 필름을 콩 재배지에서 사용한 경우에도 토양 온도와 토양 수분은 무멀칭에 비해 높았으나, 생분해성 필름과 PE필름 간에는 차이가 없었다. 또한, 옥수수 재배지에서 생분해성 멀칭 필름 사용 시 토양 온도는 무멀칭에 비해 평균 3.6°C 높았고, 토양의 용존 수분 함량도 7.8 mm 증가하는 것으로 보고되었다(Yin et al., 2019). 동계 작물인 양파 재배지에서도 생분해성 멀칭 필름이 동계 지온 상승에 영향을 끼친 것으로 보고되었다(Jung et al., 2023). 결론적으로, 필름의 구성 성분에 상관없이 생분해성 멀칭 필름과 PE필름은 동일하게 지온 상승과 토양 수분 함량 증가에 기여하였다.
따라서 본 연구에 사용된 생분해성 멀칭 필름은 옥수수 재배지에서 광투과율, 분해율, 토양 온도 및 수분 함량을 증가시키면서도 옥수수 생육 및 수량에 부정적인 영향을 미치지 않는 것으로 나타났다. 이에 따라, 본 연구에 사용된 생분해성 멀칭 필름을 옥수수 경작지에 안전하게 사용할 수 있을 것으로 판단된다.
적 요
본 연구의 목적은 다양한 생분해성 멀칭 필름을 사용한 옥수수 재배지에서 작물 생육, 수량, 필름 분해율, 토양 화학성, 토양 온도 및 토양 습도 등을 조사하여 이들 필름이 안전하게 사용할 수 있는지를 평가하는 데 있다. 옥수수의 초장, 출수율 및 추사율은 무멀칭의 경우 생분해성 멀칭 필름(F, H, V)과 폴리에틸렌 필름(PE)에 비해 낮았다. 그러나 옥수수의 초장, 출수율 및 출사율은 조사 시기에 상관없이 PE 필름과 생분해성 멀칭 필름 간에 유의적인 차이가 없었다. 옥수수 수확기에 주당엽수, 주당 생체중, 줄기길이, 이삭길이, 이삭너비와 10a당 옥수수 수와 수량도 PE 필름과 생분해성 멀칭 필름 간에 유의적인 차이가 없었다. 생분해성 필름의 광투과율은 옥수수 재배기간 동안과 옥수수 수확 후에도 상관없이 PE필름에 비해 높았다. 특히, 생분해성 H필름의 광 투광율은 F와 V필름에 비해 높았으며, 이식 후 63일까지 45%을 보였다. 수확 후 14일부터는 필름이 완전 붕괴되었다. 또한, 생분해성 멀칭필름의 붕괴정도(0-5)는 이식 후 시간이 경과할수록 증가했으나, PE 필름의 경우는 거의 붕괴되지 않았다. 생분해성 필름 붕괴정도는 이식 후 70일에 2.7에서 4.3 정도였고, 수확 후에는 3에서 5 정도로 붕괴되었다. 특히 생분해성 필름 중에서 H 필름이 높은 붕괴를 보였다. 생분해성 멀칭필름은 이식 후 49일까지는 PE필름과 유의적인 차이가 없었으나, 이식 후 63일에 생분해성 필름의 분해율은 H필름(56%) > V필름(11%) = F필름(8%) 순으로 나타나 PE필름에 비해 유의적으로 높았다. 토양 pH와 EC는 조사 시기에 따라 차이를 보였지만, 전반적으로 생분해성 멀칭필름과 PE필름 간에 유의적인 차이가 없었다. 또한, 토양 유기물 함량은 생분해 필름 종류에 상관없이 PE필름과 유의적인 차이를 보이지 않았다. 토양온도와 수분은 생분해성 멀칭필름과 PE필름 간에 차이가 없으나, 토양온도는 무멀칭에 비해 2°C 정도 상승하였고, 토양수분은 5~15% 정도 증가하였다. 따라서 본 연구에 사용된 생분해성 멀칭필름은 옥수수의 생육, 수량 및 토양환경에 부정적인 영향 없이 안전하게 사용할 수 있을 것으로 판단되었다.
