헤어리베치의 피복활용시 부숙과 양분유출 속도 및 토양 개량 효과

헤어리베치의 피복활용시 부숙과 양분유출 속도 및 토양 개량 효과

Effects of Soil Improvement, Velocity of Decomposition and Minerals Outflow Due to Inputting Hairy Vetch As a Green Manure Crop

이승환^*, 성좌경^**, 우선희^***, 송범헌^****

Seung Hwan Lee, Jwa Kyung Sung, Sun Hee Woo and Beom Heon Song

Abstract : This study was conducted to investigate the improvement of soil, the velocity of decomposition, and nutrient release when Hairy vetch was applied into the soil as a green manure crop. On 20 days after application, the decomposition rate of hairy vetch was the highest to 40.6% in treatment of Hairy vetch 6 MT/10a + NPK 50% and was the lowest rate to 28.6% in treatment of Hairy vetch 3 MT/10a. With investigating the changes of macro-element contents after Hairy vetch was applied into the soil, nitrogen content was about 1.88 ～ 2.28% at the early stage after the treatment and about 1.15 ～ 1.29% at 100 days after the application. Phosphorous content was decreased from 0.43～0.46% at the early stage to 0.18～0.29%

at 100 days after the application. Potassium was from 2.26～3.46% to 0.60～0.72%, and calcium was from 2.3～

3.5% to 1.5～2.5%. Accordingly, Hairy vetch applied was affected to soil improvement as an amendment. The content of NO3-N was doubled on treatment of Hairy vetch 6 MT/10a and the content of phosphorous which could be caused to salt accumulation on soil was decreased effectively. Hairy vetch as a green manure crop would be used to soil fertility improvement and environmental friendly agriculture.

Keyword : Hairy vetch, Green manure crop, Decomposition of organic matter, Nutrients release

I. 서 론

두과작물인 헤어리베치 (Vicia villosa ROTH)의 원 산지는 서부아시아 또는 동지중해지방으로 알려져 있 으며, 전세계적으로 베치류는 150종에 달한다¹⁾. 헤어 리베치는 1908년 처음으로 국내에 도입되어 녹비로 재배되었고, 월동작물로 내한성, 내건성 및 내습성이 강하여 호밀재배가 가능한 곳은 재배가 가능할 정도로 환경적응성이 뛰어난다²⁾. 또한 자운영 (Astragalus

sinicus L.) 재배가 곤란한 중부이북지방의 녹비작물 로서³⁾ 재배되고 있다. 헤어리베치는 월동력이 아주 강하고 10℃정도의 낮은 온도에서 생육 및 질소고정 력이 높아⁴⁾ 다른 동계 두과작물보다 1% 이상의 높 은 질소함량(N 3.6～4.1%)을 가지고 있다⁵⁾. 두과작 물과 공생관계를 유지하고 있는 질소고정균은 뿌리혹 을 형성하여 두과작물에만 질소를 공급해주지만 이들 은 벼⁶⁾, 옥수수⁷⁾, 밀^8,9)등의 농작물 뿌리 주변에 많이 분포하고 식물 뿌리 주변과 뿌리표면, 또는 뿌리조직

* KT&G(주) 중앙연구원

** 농천진흥청 농업과학기술원 친환경농업과

*** 충북대학교 농업생명환경대학 식물자원학과E-mail: bhsong@chungbuk.ac.kr

내에서 증식하면서 공중질소를 고정하는 능력을 가지 고 있다는 사실도 알려져 있다¹⁰⁾. 따라서 헤어리베치 는 후작물의 질소공급을 위한 녹비작물과 토양개량을 위한 피복작물로의 이용이 유망시 되는 동계작물이다^11,12). 헤어리베치는 월동 후 이듬해 봄에 생육이 촉 진되어 하계작물의 파종 전에 충분한 녹비수량을 얻 을 수 있다. 식물체를 녹비로 시용 했을 때에는 분해 속도가 빨라 후작물에 질소를 비롯한 각종 무기영양 성분을 공급할 수 있고 퇴비와 같은 토양개량효과를 얻을 수 있으며 피복시 잡초방제의 효과까지도 얻을 수 있다. 또한 가을에 파종하여 겨울철 유휴경작지에 서 헤어리베치를 재배함으로써 농한기와 농번기를 연 결하는 새로운 환경친화형 작부체계를 구축하여 토지 이용률 향상은 물론 윤작의 효과를 기대할 수 있으 며, 하계작물 재배시 필수적으로 요구되는 질소 기비 및 추비에 드는 비용이나 노동력을 현저하게 절감할 수 있다.

지금까지 헤어리베치에 대한 연구는 옥수수에 공급 되는 녹비질소의 효과^13-16)와 경운 방법에 관한 연구

17,18)등, 헤어리베치 및 후작 옥수수에 대한 연구는 활발히 이루어져 왔으나, 헤어리베치를 재배토양에 피복하였을 때 잡초방제의 효과 이외에 부식화율, 각 종 무기영양성분의 유출속도와 토양개량효과 등에 대 한 연구는 극히 미흡한 실정이다. 따라서 본 연구는 헤어리베치를 피복작물로 이용하는 친환경 농업기술 을 개발하기 위하여 헤어리베치의 피복시 헤어리베치 의 부식화율과 체내 무기영양성분의 토양 내 유출량 을 조사 분석하고 토양비옥도 증진효과를 구명하여 환경농업을 실천하기 위한 기초 및 응용자료를 얻고 자 수행하였다.

II. 재료 및 방법

본 시험은 헤어리베치와 황금콩을 공시하여 충북대

학교 농과대학 전작포장에서 2000년 10월 10일에 헤 어리베치를 파종하였다. 이듬해인 2001년 황금콩 파 종 3일전에 지상부 전체를 예취하여 10cm 크기로 절단한 뒤 황금콩 파종 후 처리수준에 따라 시험구들 의 지면에 피복처리 하였다. 시험 전 포장 내 토양의 물리․화학적인 특성을 조사한 결과는 표 1과 같다.

Table 1. Physico-chemical properties of soils before experiment

pH OM NH4-N NO3-N P2O5

Ex. Cations Lime Requirement K Ca Mg

(1:5) (%) --(mg/kg)-- (mg/kg) --(cmol⁺/kg)-- (kg/10a) 5.7 1.3 6.3 5.4 372 0.44 2.9 1.1 259

헤어리베치-콩의 작부체계 연구로 헤어리베치를 재배한 후 무처리구(NF)와 화학비료 표준시비구 (N-P2O5-K2O = 4-7-6kg/10a, NPK), 헤어리베 치를 10a당 3톤 (HV3), 6톤 (HV6), 3톤 + 화학비 료 50% (HV3+NPK) 및 6톤 + 화학비료 50%

(HV6+NPK)로 처리하였다.

헤어리베치의 부숙화, 양분유출량 및 토양개량효과 를 구체적으로 조사하기 위해 헤어리베치 시용구 중 헤어리베치 약 50g을 취해 1mm-mesh bag에 담은 후 피복되어있는 헤어리베치 속에 넣어 기존에 피복 되어있던 헤어리베치와 동일하게 처리한 후 20일 간 격으로 처리된 bag들을 채취하여 중량변화를 조사한 뒤 부식화율을 다음의 공식에 의거 산출하였다.

부식화율   최초 건물중

최초 건물중  처리후 시기별 건물중 

× 

또한 시기별로 채취된 헤어리베치를 건조한 뒤 마 쇄하여 무기양분 분석을 위한 시료로 이용하였다. 조 제된 시료 0.5g을 평량하여 H2SO4-H2O2법을 이용 하여 습식분해하고 그 후 Whatman No. 2 여과지

를 이용하여 증류수와 함께 100㎖ volumetric flask 내로 여과시키며 100㎖로 채운 후, 이를 분석용액으 로 이용하였다. 질소함량은 Indophenol blue법 (665nm), 인산함량은 Vanadate법(420nm)을 이용하 여 Spectrophotometer (HP 8453)로 측정하였다.

K, Ca, Mg 등의 양이온함량은 유도결합플라즈마 발 광광도분석기(ICP-OES, GBC Integra XMP)로 측 정하였다. 이 결과는 헤어리베치의 피복 처리 후 기 간별로 주요 무기성분들의 토양으로의 유출량을 다음 의 공식에 의거 산출하는데에도 이용하였다.

양분유출량     

최초 건물내 

최초 건물내   처리후 시기별 × 

헤어리베치의 피복 및 녹비작물로서의 활용시 토양 개량효과를 알아보기 위하여 황금콩 수확기에 토양시 료를 채취하여 농촌진흥청의 토양화학분석법19)에 의 거하여 분석하였다.

III. 결과 및 고찰

가. 헤어리베치의 부식화율

헤어리베치-콩 작부체계 포장에 피복 처리된 헤어 리베치의 부식화율을 조사한 결과는 그림 1과 같다.

0.0 10.0 20.0 30.0 40.0 50.0 60.0 70.0 80.0

10 20 30 40 50 60 70 80 90 100

DAT

부식화율(%)

HV3 HV6 HV3+NPK HV6+NPK

Fig. 1. Decomposition rate of hairy vetch after treating the soil covering.

피복처리 후 20일에 부식화율은 헤어리베치 6 MT/10a + NPK 50% 처리구에서 40.6%로 가장 높았으며 헤어리베치 3 MT/10a를 시용한 처리구에서 28.6%

로 가장 낮았다. 그림 1에서 보는 바와 같이 피복된 헤어리베치는 초기에 왕성하게 부식화되는 것으로 나 타났다. 또한 헤어리베치의 피복량이 많을수록 부식 화율이 높았는데 이는 토양 내 유기태 질소의 무기화 를 촉진하는 미생물의 밀도가 높다는 것을 입증했다.

초기의 빠른 부식화율은 작물의 이용가능한 질소형태 가 많이 축적되어 작물생육에 유리하게 작용하였으며 따라서 헤어리베치의 피복량을 늘리고 화학비료를 추 비로써 시용하는 것이 이상적이라 판단되었다. 크림 슨 클로버와 헤어리베치를 토양에 피복한 결과에서도 20) 피복 후 16주 이내에 체내(헤어리베치, 154 kgN/ha, 크림슨 클로버, 85 kgN/ha) 질소의 약 90%가 토양에 유출되고 무기화되어 부식의 정도와 속도에 따라 후작물의 생육에 미치는 영향이 달라질 수 있음을 알 수 있었다.

나. 시기별 헤어리베치 무기영양성분 함량 및 토양 내 유출량

헤어리베치의 무기성분함량에 대한 시기별 변이는 표 2에서 보는 바와 같다. 질소의 경우 초기에 1.88

～ 2.28%에서 시용 후 100일에는 1.15 ～ 1.29%

정도로 감소하여 질소가 다량으로 유출되어 후작물에 질소성분을 공급하여 주는 것으로 나타났다.

인산함량은 초기 0.43 ～ 0.46%에서 0.18 ～ 0.29%로 감소하며 인산 역시 시기별로 서서히 토양으로 유출 되는 것으로 나타났다. 칼리함량은 역시 2.26 ～ 3.46%

에서 0.60 ～ 0.72%만이 남아 많은 양의 칼리성분이 토양내로 유출되었으며 또한 피복량이 많을수록 칼리 의 유출량이 더 많아 다음 작물을 재배할 때 칼리질 비료의 시용량을 조절해야 하는 것으로 판단되었다.

Table 2. Changes of macro-mutrient contents of hairy vetch after treating the soil covering

Macro Nutrients

Covering amount (MT/10a)

Days after application

20 40 60 80 100

--- % ---

N

HV3 1.88 1.82 1.60 1.55 1.18

HV6 2.16 1.86 1.62 1.48 1.15

HV3+NPK 2.02 1.73 1.59 1.42 1.27

HV6+NPK 2.28 1.99 1.63 1.54 1.29

P

HV3 0.43 0.39 0.22 0.21 0.18

HV6 0.46 0.44 0.32 0.25 0.21

HV3+NPK 0.45 0.44 0.31 0.30 0.26

HV6+NPK 0.43 0.39 0.39 0.31 0.29

K

HV3 2.73 2.53 0.80 0.84 0.72

HV6 3.46 2.18 0.65 0.61 0.60

HV3+NPK 2.26 1.69 0.68 0.76 0.62

HV6+NPK 3.30 1.77 0.76 0.71 0.68

Ca

HV3 3.5 3.5 1.8 2.1 1.6

HV6 2.9 4.1 3.5 2.4 1.5

HV3+NPK 2.3 3.4 2.8 2.5 1.6

HV6+NPK 2.4 3.1 3.7 3.5 2.5

칼슘은 2.3 ～ 3.5%에서 1.5 ～ 2.5%만이 남아 토 양개량효과의 요인 중에 하나인 석회요구도에 많은 영향을 미쳤다. Yadvinder-Singh 등 (1992)에 의하 면 녹비의 분해 및 질소의 방출은 온도와 토양수분 등의 환경적 조건과 녹비의 경운방법 및 녹비의 건조 정도 등의 관리적 방법에 따라 차이가 많이 난다고 하였고, Willson and Hargrove (1986)은 크림슨 클로버를 토양의 표면에 피복했을 때는 처리 후 4주 이내에 40%의 질소가 잔사로부터 방출되었던 것에 비해 토양 속에 경운하여 넣었을 때는 63%의 질소 가 방출되었다고 하여 토양 내 혼입에 비하여 토양

A B

0 10 20 30 40 50 60 70

10 20 30 40 50 60 70 80 90 100

DAA

N releasing Rate (%)

HV3 HV6 HV3+NPK HV6+NPK

0 1 0 2 0 3 0 4 0 5 0 6 0 7 0 8 0

1 0 2 0 3 0 4 0 5 0 6 0 7 0 8 0 9 0 1 0 0

D A A

P releasingRate(%)

H V 3 H V 6 H V 3 + N P K H V 6 + N P K

Fig. 2. Nitrogen and phosphorous release from hairy vetch after treating the soil covering (DAA : Days after application)

위 피복이 양분방출 속도가 느림을 알 수 있었고, 또 한 Yadvinder-Singh et al. (1992)은 녹비의 분해 및 질소의 방출과 관련 있는 식물체 화학성분은 주로 식물체의 질소함량과 C/N율, cellulose 및 lignin 함 량 등을 들 수 있는데 식물체의 생육단계가 진전될수 록 cellulose, lignin함량과 C/N율 등이 높아져 녹비 의 분해 및 질소 방출 속도가 늦어진다고 하였다.

헤어리베치-콩 작부체계시 콩 시험포장에 피복 처 리된 헤어리베치 체내에 있던 무기질소성분 중 질소 의 유출량을 조사한 결과는 그림 2와 같다.

Table 3. Physico-chemical properties of soil aften applicating the hairy vetch as green manure crop.

Treat -ment

pH (1:5)

OM (%)

NH4-N NO3-N P2O5

Ex. Cation Lime

Requirement

K Ca Mg

---(mg/kg)--- --(cmol⁺/kg)-- (kg/10a)

NF 5.5 1.5 6.1 5.8 425.3 0.2 5.4 1.3 280.6

NPK 5.4 1.4 5.4 7.0 521.0 0.3 4.3 1.1 215.8

HV3 5.4 1.7 4.7 5.8 490.0 0.3 4.8 1.1 86.3

HV6 5.9 1.4 5.4 11.2 469.1 1.0 4.4 1.1 64.8

HV3+NPK 5.7 1.5 4.9 8.2 433.7 0.5 4.7 1.2 86.3

HV6+NPK 5.8 1.6 3.7 13.1 448.8 0.8 4.6 1.2 64.8

Mean 5.6 1.5 5.0 8.5 464.7 0.5 4.7 1.2 133.1

피복된 헤어리베치로부터 질소 유출량은 처리일로 부터 서서히 증가하였으며 피복 초기에 약 20～40%

정도의 부식화율을 보였다. 처리별 질소의 유출량은 헤어리베치 3 MT/10a, 헤어리베치 3 MT/10a+농가 관행50%, 헤어리베치 6 MT/10a, 헤어리베치 6 MT/10a+농가관행50% 순으로 나타났다. 헤어리베치 의 질소함량과 지속적인 질소유출량으로 판단할 때 녹비작물로서의 활용도가 높을 것으로 사료된다.

인산 유출량은 질소와는 달리 피복초기보다는 중기 이후부터 유출량이 증가하는 것으로 나타났다. 피복 초기 인산 유출량은 헤어리베치 6ton/10a + 농가관 행 50%가 가장 높았고, 헤어리베치 3ton/10a, 헤어 리베치 3ton/10a + 농가관행 50%, 헤어리베치 6ton/10a의 순으로 나타났으며 피복 후 100일이 경 과된 뒤에는 헤어리베치 3ton/10a가 가장 높았고 헤 어리베치 6ton/10a, 헤어리베치 3ton/10a + 농가관 행 50%, 헤어리베치 6ton + 농가관행 50%의 순이 었다. 인산의 유출양상으로 볼 때 기비로써 인산의 시용이 필요하리라 판단되었다.

다. 토양개량 효과

헤어리베치-콩 작부체계 포장 내 토양개량효과를

알아보기 위해 토양의 이화학성을 조사한 결과는 표 3과 같다. 헤어리베치를 피복하였을 때 토양의 pH는 무처리 또는 관행처리구에 비해 약간 높아졌으며 유 기물 함량은 처리 간 큰 차이가 나타나지 않았다. 무 기질소함량의 경우 암모니아태 질소는 무처리나 관행 에 비해 감소하였으나 작물이 직접 이용할 수 있는 질산태질소는 헤어리베치 피복량이 6 MT/10a인 경 우 2배정도 증가하였다. 또한 토양 염류집적의 원인 이 되는 인산함량도 관행 처리구에 비해 다소 감소하 는 것으로 나타났다. 치환성 양이온은 헤어리베치를 피복한 토양에서 칼리함량은 증가하였으나 칼슘함량 은 감소하였다.

한편 석회요구도도 헤어리베치 시용량이 많을 수록 무처리와 농가관행구에 비해 30～40% 수준 까지 감 소하여 헤어리베치 체내 Ca이 피복처리 이후 대다수 가 토양으로 유출되었음을 알 수 있었다. 위의 결과 로 볼때 녹비 및 피복작물로서 헤어리베치 시용은 유 효질소함량을 증가시키고 인산집적량 및 석회요구도 를 감소시켜 토양 건전성에 유익한 것으로 판단되었 다.

IV. 요 약

본 연구는 친환경농업기술 개발의 일환으로 헤어리 베치를 녹비작물로 재재하여 토양에 투입시 헤어리베 치의 부식화 속도와 부식율, 식물체내 주요 무기성분 들의 토양 내 유출량 및 토양개량 증진효과를 알아보 기 위하여 수행하였다.

부식화율은 피복처리 후 20일에 헤어리베치 6 MT/10a + NPK 50% 처리구에서 40.6%로 가장 높았으며 헤어리베치 3 MT/10a를 시용한 처리구에서 28.6%

로 가장 낮았다. 헤어리베치의 토양처리 후 식물체내 시기별 주요 무기성분 변이는 질소의 경우 시용 후 초기에 1.88 ～ 2.28%에서 시용 후 100일에는 1.15

～ 1.29% 정도로 감소하여 질소가 다량 유출되어 후 작물에 질소성분을 공급하여 주는 것으로 나타났으 며, 인산함량은 초기 0.43 ～ 0.46%에서 0.18 ～ 0.29%로 감소하고, 인산 역시 시기별로 서서히 토양 으로 유출되는 것으로 나타났다. 칼리함량은 초기 2.26 ～ 3.46%에서 후기에는 0.60 ～ 0.72%만이 남 았고, 칼슘은 2.3 ～ 3.5%에서 1.5 ～ 2.5%만이 남 아 토양개량효과의 요인 중에 하나인 석회 요구도에 영향을 미쳤다. 헤어리베치의 토양 시용에 따른 토양 개량효과를 보면 질산태 질소는 헤어리베치 피복량이 6 MT/10a인 경우 2배정도 증가하였고 또한 토양 염류집적의 원인이 되는 인산함량도 관행 처리구에 비해 다소 감소하는 것으로 나타나 토양개량에 유익 한 것으로 판단되었다.

“이 논문은 2005년도 충북대학교 학술연구지원사업의 연구비 지원에 의하여 연구되었음."

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