Introduction
정부의 유기질비료 지원사업으로 공급되는 유기질비료로는 혼합유기질, 혼합유박, 유기복합이 있고, 유기질비료는 대부분 친환경농업 또는 고속득 경제성 작물을 재배하는 농가에서 많이 사용하고 있다. 유기질비료의 경우, 질소함량이 4% 정도로 높고, 질소는 유기 형태로 결합되어 있어서, 무기질비료에 비해 천천히 분해되는 특성이 있다 (Cho and Chang, 2007). 혼합유박에 대한 연구로는 시설재배지에서 단호박, 수박 재배 시 혼합유박 시용량이 토양환경과 작물 생산성에 미치는 영향 (Kim et al., 2009; Uhm et al., 2011; Kim et al., 2016; Kim et al., 2019) 등 양분공급 및 토양환경개선 효과를 구명하려는 연구가 일부 이루어졌다. 특히, 시설수박 재배 시 혼합유박의 적정한 시용량은 화학비료 (질소) 사용량 기준의 30 - 50%를 대체할 때 작물 수량의 증가 효과가 있었다고 발표하였다 (Uhm et al., 2011). 국외에서 참깨 재배할 경우에 유기질비료를 밑거름으로 50%정도 대체하는 것이 적절하다고 하였고 (Verma et al., 2013), 담배 재배 시에 유기질 비료 투입으로 전분함량이 증대하는 효과가 있었다고 발표하였으며 (Song et al., 2016), 토마토 재배 시 유기질비료를 농경지에 투입하면 작물 수량이 증대한다고도 하였다 (Chaturvedi and Kumar, 2012).
유기질비료인 혼합유박의 합리적인 농경지 투입을 위해 혼합유박의 질소성분 함량뿐만 아니라 양분 이용율 등 주요 요인들이 관여한다. 특히 화학비료를 대체할 경우 양분의 이용율이 중요한 인자가 될 수 있으며, 가장 대표적인 인자는 질소 비효율이라고 할 수 있다. 질소비효율은 화학비료 (NPK) 시비구의 질소이용율에 대한 유기질비료 시비구의 질소 이용율을 나타낸 것이다. 기존에 노지 밭조건에서 가축분퇴비 및 유기질비료 (혼합유박, 혼합유기질)의 질소 비효율에 대해 연구된 바 있으며, 대표적인 예로 돈분톱밥퇴비 68%, 계분톱밥퇴비 62%, 우분톱밥퇴비 27%인데 반해, 유기질비료는 91%로 부숙유기질비료에 비해 높았다고 보고하였다 (Yun et al., 2011). 그러나, 시설재배에서 밑거름 화학비료량을 유기질비료로 대체 하고자 할 경우 유기질 비료의 시용량 설정에 관한 연구는 매우 부족한 실정이다.
따라서, 본 연구에서는 시설과채류 중 수박을 공시하여 질소 밑거름 시비량을 혼합유박으로 전량 대체할 경우 합리적 시용량을 평가하고자 수행하였다.
Materials and Methods
혼합유박의 화학비료 밑거름 대체량 평가
공시토양의 화학적 특성은 Table 1과 같고, 전기전도도는 적정수준 (2.00 dS/m 이하, NAS, 2017)보다 약간 높은 수치 (2.58 dS/m)를 나타냈다. 처리구는 질소 결측구로 -N (PK) 처리구, 표준시비 (N-P2O5-K= 138-49-87 kg ha-1)량을 시용한 NPK 처리구, 유기질비료로는 혼합유박 (MC)을 화학비료 (N)의 표준 밑거름 사용량 대비 50%, 100%, 150% 해당량으로 투입하였고 (MC50+N50, MC100, MC150), 총 5수준에 3반복으로 실험하였다. 처리구별 면적은 59.25m2이고, 배치는 완전임의배치법으로 배치하였으며, 유기질비료를 토양과 잘 혼합하여 14일이 경과한 후 (8월 18일)에 수박을 정식하여 11월 7일에 수확하였다. 공시토양시료는 재료 처리 전과 수박 수확기에 각각 채토하여 분석하였으며, 수박 열매, 잎과 줄기는 수확기에 채취하여 총질소 함량을 분석하였다. 유기질비료 중 혼합유박의 T-N, P2O5, K2O의 함량은 비료 포장지에 4.0-2.0-1.0%였으나, 실제로 분석하였을 때 4.3-2.0-1.8로 약간의 함량에서 차이가 있었다.
Table 1. Chemical properties of soils under study.
NAS, 2017.그리고 수박 재배 시 투입된 혼합유박에 대한 작물의 질소 비효율은 Eq. 1에 따라 계산하였다.
| $$\mathrm{질소비}효\mathrm 율\;(\%)\;=\frac{\mathrm{유기질비료}\;\mathrm{시비구의}\;\mathrm{질소}\;\mathrm{이용율}}{NPK\;\mathrm{시비구의}\;\mathrm{질소}\;\mathrm{이용율}}\;\times\;100$$ | (Eq.1) |
토양 및 식물체 분석
pH와 전기전도도 (EC)는 토양과 증류수의 비율을 1:5로 추출하여 측정하였고, 토양유기물은 Tyurin법, 유효인산은 Lancaster법으로 720 nm에서 측정하였다. 치환성 양이온은 1 M NH4OAc (pH 7.0) 완충용액으로 추출하여 유도결합 플라즈마 발광광도계 (ICP-OES, GBC)로 측정하였고, NO3-N와 NH4-N 함량은 2M KCl로 추출하여 원소자동분석기 (Bran+Luebbe)로 측정하였다. 수박의 T-N, P2O5, K2O 함량은 건조 후 분쇄하여 C/N 분석기로 측정하였다.
유기질비료 분석
총질소, 총인산, 총칼리, 총탄소 함량은 비료 품질검사 방법 및 시료채취기준에 따라, 총질소는 황산 분해 후 킬달증류법에 따라 분석하였으며, 인산과 칼리 전량은 마이크로웨이브로 산 가수분해 후 ICP (GBC, Integra XL, Australia)로 각각 측정하였다 (RDA, 2016).
통계 분석
모든 데이터는 SAS 프로그램 (v. 9.2)으로 통계분석을 실시하였고, 시설토양에서 수박를 재배 시 혼합유박의 화학비료 밑거름 사용 대체량과 토양화학성 변화를 비교하고자 ANOVA 분석을 실시하였으며, Duncan‘s test로 검정하였다.
Results and Discussion
혼합유박의 화학비료 밑거름 대체량 평가
시설수박의 수량을 NPK 처리구를 100으로 하고, 이것을 기준으로 다른 처리구들의 수량을 상대적인 값으로 계산하여 비교하였다. NPK, MC50+N50, MC100, MC150 처리구간에 수박에 대한 과중과 총무게 (잎과 줄기 포함)는 통계적으로 유의한 차이가 없었으나, 이들 처리구와 -N (PK)처리구와는 수박 과중에 대해 통계적인 차이가 인정되었다 (Table 2). 수박의 당도는 혼합유박 처리구와 NPK 및 -N (PK) 처리구 사이에는 통계적인 차이가 있었으나, 혼합유박 처리구들간에는 통계적으로 유의적인 차이를 나타나지 않았다. Uhm et al. (2011)은 혼합유박을 화학비료 밑거름량의 75 - 125%까지 대체가 가능하였고 나머지 양은 화학비료로 웃거름을 투입할 것을 추천하였다. 본 실험에서는 화학비료 (N)의 밑거름량을 혼합유박으로 대체할 경우에 50 - 150%까지 대체가 가능하다는 연구결과와 유사하였다.
Table 2. Changes of watermelon yield according to replacement ratio of basal amount of nitrogen fertilizer. ( ) mean relative yield of watermelon to NPK treatment. N, P, K, and MC mean nitrogen, phosphate, potash fertilizers, and mixed oil cakes, respectively.
수박 열매의 총질소, 총인산, 총칼리 함량을 처리수준별로 비교하였다 (Table 3). 총질소 함량은 혼합유박 처리구들 (MC 50+N50, MC 100, MC 150)과 -N (PK) 처리구와는 통계적 유의한 차이가 있었으나, 혼합유박 처리구 (MC 50+N50, MC 100, MC 150)와 NPK 처리구와는 통계적으로 유의한 차이가 없었다. 수박의 총인산 함량은 혼합유박 처리구 (MC 50+N 50, MC 100, MC 150) 및 NPK 처리구와 질소질비료 결측구인 -N (PK) 처리구와는 통계적 차이가 있었다. 총칼리 함량은 혼합유박 처리구들 (MC 100, MC 150)와 -N (PK), NPK 처리구와는 통계적 차이가 있었으나, 혼합유박 (MC 50+N50 처리구와는 차이가 없는 것으로 나타났다. 수박은 총질소, 총칼리의 흡수량은 혼합유박 대체량이 증가할수록 증가하는 경향이었고, 혼합유박의 시용은 질소와 칼리의 공급력이 향상된다고 판단된다.
Table 3. Uptake amount and relative efficiency of nitrogen for watermelon. N, P, K, and MC mean nitrogen, phosphate, potash fertilizers, and mixed oil cakes, respectively.
그리고, 포장 조건에서 수박의 질소 비효율은 MC50+N50, MC100, MC150에서 각각 109, 119, 120%로 혼합유박의 화학비료 밑거름 대체량이 증가함에 따라 증가하는 경향을 나타냈다.
Table 4. Relative efficiency of nitrogen for watermelon cultivated in plastic film house soil. N, P, K, and MC mean nitrogen, phosphate, potash fertilizers, and mixed oil cakes, respectively.
| Treatment | Relative efficiency of nitrogen (%) |
| -N(PK) | - |
| NPK | 100 |
| MC 50+N50 | 109 |
| MC 100 | 119 |
| MC 150 | 128 |
혼합유박의 토양화학성에 미치는 영향
Table 5는 시설농가 포장에서 혼합유박을 50, 100, 150%로 처리한 후 수확기에 토양화학성의 변화를 나타내었다.
Table 5. Chemical properties of soils under after watermelon cultivation under plastic film horse. N, P, K, and MC mean nitrogen, phosphate, potash fertilizers, and mixed oil cakes, respectively.
토양산도, 유기물, 유효인산은 모든 처리구에서 유의적인 차이가 없었다. 전기전도도는 혼합유박 비료의 화학비료 (N) 밑거름 대체율 100% (1.98 dSm-1), 150% (1.98 dSm-1) 처리구에서는 화학비료 (N) 밑거름 대체율 50% (2.65 dS m-1) 처리구와 유의적인 차이가 있었고 NPK 처리구와는 유의한 차이 (172 mg kg-1)가 없었다. 치환성 칼륨 함량은 혼합유박 처리구에서 0.16 - 0.29 cmolc kg-1의 범위로 있었고, -N (PK), NPK 처리구는 0.30 - 0.32 cmolc kg-1로 혼합유박 처리구보다 높게 나타났다. NO3-N 함량은 혼합유박 (MC 50 + N50, MC 100, MC 150) 처리구들과 유의적인 차이 (111 - 138 mg kg-1)는 없었고 NPK 처리구와는 큰 차이 (172 mg kg-1)를 나타냈다. NH4-N 함량은 혼합유박 150 처리구가 다른 처리구보다 유의적으로 낮았으며, -N (PK), NPK, MC 50+N50, MC 100, MC 150처리구들 간에서는 유의한 차이가 없었다.
이로부터 혼합유박 처리구들의 NO3-N, 전기전도도가 NPK 처리구보다 낮은 값을 나타냈기 때문에 혼합유박의 시용은 토양의 양분증가 속도가 NPK 처리구보다 낮다고 판단된다. 본 연구와 유사하게 Eum et al. (2011)도 수박재배 시험에서 EC, NO3-N의 함량은 혼합유박 대체량이 높은 처리구에서 시험전과 비슷하거나 조금 낮은 경향을 나타내므로, 양분집적의 우려가 적다고 발표하였고, 본 연구결과와 유사하다고 판단된다. 토양 양분의 잔류량을 고려할 때 화학비료 (N) 밑거름량을 혼합유박으로 대체할 경우에 100% - 150%까지 대체가 가능하다고 생각된다.
결론적으로 시설재배지에서 수박 재배 시 혼합유박의 투입은 지력을 유지하고, 작물생육에 충분한 질소를 함유하고 있어, 무기질 질소 비료의 밑거름을 대체하는 비료로서 이용도가 높다가 판단된다.
Conclusion
시설토양에서 수박 재배 시 안정적인 수량 확보와 과다시비에 따른 환경오염을 방지하기 위해 혼합유박의 적정 추천량 기준을 마련하고자 시험한 결과, 혼합유박의 화학비료 밑거름량 대체율은 표준비료 질소 밑거름량 (N=53.2 kg ha-1) 기준으로 투입할 때 수박의 수량과 품질 (당도)가 높고, 토양양분의 잔류정도가 적은 혼합유박의 화학비료 밑거름 대체비율은 100% - 150%로 나타났다. 그리고 혼합유박의 질소비효율은 109 - 128% 범위에 있었으며, 혼합유박의 투입비율이 증가할수록 수박의 질소비효율은 증가하였다. 유기질비료인 혼합유박으로 무기질비료의 질소 밑거름량을 대체할 수 있으며, 수박 정식전에 질소 밑거름 기준으로 100 - 150%까지 투입하고, 나머지 양은 무기질비료를 공급하는 것이 적당하리라 생각된다.
