Introduction
Materials and Methods
공시토양 및 재료
자재 선발을 위한 1차 배양실험
처리수준 설정을 위한 2차 배양실험
토양 분석
통계분석
Results and Discussion
유기자원에 따른 토양 화학성 및 인산가용화효소 활성 변화
유기자원 처리량에 따른 토양 내 인산 가용화 효과
Conclusions
Introduction
유기농경지는 토양 관리 및 작물 생육을 위해 유기질비료, 가축분 퇴비, 풋거름작물 등 유기 자원을 사용하고 있다 (Ok et al., 2016). 유기자원의 활용은 토양 유기물 함량 증대 등 토양 이화학성 개선 효과가 있다 (Kim et al., 1999; Choi et al., 2010; Lee et al., 2023). 하지만, 농경지 중 밭에서 인산함량이 높은 유기자원인 가축분 퇴비 및 유기질 비료를 과다시용하여 유효인산이 증가하고 있으며, 2017년 기준 적정범위 (300 - 550 mg kg-1)보다 높은 비율은 52%로, 적정범위를 초과하는 밭의 비율은 꾸준히 증가하고 있는 추세이다 (RDA, 2021; Lee et al., 2006).
인산은 다른 양분에 비해 금속이온과 반응성이 매우 커서 작물이 흡수하기 전에 금속-인 화합물 (인산염) 형태로 토양에 침전되어 고정되는 양이 많다 (Lee et al., 2012). 토양에 집적된 불용성 인산은 작물 이용률이 낮고, 토양 비옥도를 감소시켜 (Kim et al., 2021), 작물 생산성 등에 부정적 영향을 미치므로, 인산 집적 저감을 위한 적절한 관리가 필요하다.
관행농경지에서는 토양 내 집적된 인산을 관리하기 위해 DTPA (diethylenetriamine penta acetic acid)와 같은 화학자재인 킬레이트 (chelating agent)를 사용한다. 불용성으로 침전된 금속-인산 화합물(인산염)의 인산 자리에 킬레이트가 치환됨으로써 (Lee et al. 2019), 시용한 비료의 인산이 토양에 고정되는 것을 억제하고, 인산의 유효도를 증가시킬 수 있다 (Kim et al., 2012). 킬레이트와 같은 화학자재 투입이 제한된 유기농경지에서는 킬레이트 효과를 지닌 유기산을 사용하고 있다. 하지만, 유기산은 고농도로 투입하지 않으면 효과가 미비하고 (Kim et al., 2016), 지속적인 사용에 대한 경제적인 문제가 발생하기 때문에 농업부산물, 풋거름작물 등 유기자원의 활용이 필요하다. 토양에 투입된 유기자원이 미생물에 의해 분해되면서 유기산 등 대사산물이 생성되어 인산을 가용화할 수 있기 때문이다 (Kim et al., 2016). 또한, 토양에 유기물을 공급하면 미생물 활성을 증가시킴으로써 토양 내 난용성 인산을 가수분해시킬 수 있는 효소 활성 (Baek et al., 2024)도 증대시킬 수 있다.
화학비료를 사용할 수 없는 유기농경지의 특성상 유기자원 투입에 따른 토양 질 개선 및 작물 생육에 미치는 영향 등에 대한 연구 (Lee et al., 2012; Kim et al., 2020)가 주로 진행되었다. 하지만 토양 내 집적된 양분을 가용화시키기 위해 어떤 유기자원을 얼마나 처리할지에 대한 연구는 부족한 실정이다. 본 연구에서는 토양에 집적된 인산 가용화에 효과적인 유기자원을 선발하고 적정 처리량을 구명하기 위해 유효인산이 집적된 토양을 사용하여 배양실험을 수행하였다.
Materials and Methods
공시토양 및 재료
배양실험에 사용한 토양은 유효인산이 적정기준 이상인 유기농 인증 농경지에서 채취하였으며, 화학적 특성은 Table 1과 같다. 채취한 토양은 7일 이상 풍건하고, 2 mm 체별하여 사용하였다.
문헌조사를 통해 인산가용화에 영향을 미칠 것으로 판단되는 자재 8가지 (유기산 (organic acid), 제올라이트 (zeolite), 피트모스 (peatmoss), 볏짚 (rice straw), 밀기울 (wheat bran), 유박 (expeller cake), 유황 (sulfur), 헤어리베치 (hairy vetch, Vicia villosa ssp. villosa Roth)를 선발하였다. 또한, 관행농경지에서 집적된 인산을 가용화할 때 사용하는 킬레이트 (DTPA, Fe-DTPA 6%)와 증류수를 대조구로 사용하였다.
Table 1.
Chemical properties of the soil used for incubation experiment.
|
pH (1:5) |
EC (dS m-1) |
OM (g kg-1) |
Av. P2O5 (mg kg-1) | Exch. cations (cmolc kg-1) | |||
| K+ | Ca2+ | Mg2+ | |||||
|
Before 1 (incubation 1) | 7.6 | 0.62 | 25 | 1,027 | 1.08 | 10.1 | 2.4 |
|
Before 2 (incubation 2) | 7.2 | 1.06 | 25 | 794 | 0.93 | 9.5 | 2.5 |
| Optimum range1 | 6.0 - 7.0 | <2 | 20 - 30 | 300 - 550 | 0.50 - 0.80 | 5.0 - 6.0 | 1.5 - 2.0 |
1upland soil (NIAST, 2022).
각 재료의 성분함량은 Table 2와 같으며, 아래와 같은 방법으로 분석하였다. 피트모스, 제올라이트, 유황, 헤어리베치, 볏짚, 밀기울, 유박과 같은 고체 자재는 70°C 건조기에서 건조 후 마쇄한 시료를 분석에 사용하였으며, 킬레이트, 유기산과 같이 액체 자재들은 별도의 처리 없이 분석하였다. 원소분석기 (Elememtar, variomax, Germany)를 이용해 T-C, T-N (%)을 분석하였다. P2O5 (%)는 60% 과염소산으로 습식 분해 후 Vanadate법에 준하여 470 nm에서 UV/VIS 분광광도계 (Specord 200 Plus, Analytik Jena, Germany)를 이용하여 분석하였으며, K2O, CaO, MgO (%)를 ICP (Integra XL Dual, GBC, Australia)로 분석하였다 (NIAST. 2017).
Table 2.
Chemical properties of organic materials.
| Treatment |
T-C (%) |
T-N (%) | C/N |
P2O5 (%) |
K2O (%) |
CaO (%) |
MgO (%) |
| DTPA | 18.70 | 8.25 | 2.3 | -1 | - | - | - |
| Organic acid | 1.98 | 0.09 | 22.4 | 0.04 | 0.03 | 0.0 | 0.0 |
| Peatmoss | 38.87 | 0.84 | 46.1 | 0.08 | 0.19 | 0.7 | 0.1 |
| Zeolite | 0.03 | 0.02 | 1.9 | 0.04 | 1.46 | 1.0 | 0.3 |
| Sulfur2 | - | - | - | 0.03 | 0.01 | 0.2 | 0.1 |
| Hairy vetch | 39.06 | 3.63 | 10.8 | 0.83 | 4.25 | 1.5 | 0.3 |
| Rice straw | 40.11 | 0.67 | 60.2 | 0.23 | 1.02 | 0.5 | 0.1 |
| Wheat bran | 40.55 | 2.26 | 17.8 | 1.49 | 1.00 | 0.1 | 0.3 |
| Expeller cake | 43.87 | 4.86 | 9.0 | 2.15 | 1.23 | 1.4 | 0.4 |
자재 선발을 위한 1차 배양실험
체별한 토양 100 g과 유기자원을 HDPE 재질의 뚜껑이 있는 배양용기 (지름 6 cm * 높이 8 cm)에 투입하였다. 배양 온도는 25°C로 설정하였으며, 수분은 포장용수량의 60%로 유지하였다. 배양용기의 뚜껑은 비스듬히 덮어 공기가 통할 수 있게 하였다.
유기자원은 대부분 토양 내에서 2개월 이내에 무기화 작용이 끝난다는 선행연구 (Lee et al., 2012)를 참고하여 배양기간은 1개월로 설정하였다. 그 중 0일, 7일, 14일, 30일에 토양을 채취하여 분석하였으며, 대조구를 포함하여 총 10개의 처리구로 구성하였다. 시험구 중 킬레이트, 유기산과 같은 액체는 건토 100 g에 포장용수량의 60%로 환산하여 19 mL를 시용하였으며, 위의 2개를 제외한 나머지 고체 자재는 건토 100 g에 중량비 (w/w) 1% 기준으로 환산하여 1 g을 처리하였다.
처리수준 설정을 위한 2차 배양실험
1차 배양실험을 통해 인산가용화에 효과가 있는 자재를 선발 후 선발된 자재의 처리수준을 설정하기 위해 2차 배양을 수행하였다. 배양에 사용한 도구와 조건 등은 1차 배양과 동일하며 배양 기간은 1차 배양실험 결과를 고려하여 14일로 설정하였다. 배양 후 0일, 7일, 14일에 토양을 채취하여 분석하였다. 자재는 자재선발에서 사용된 자재와 동일하게 사용하였으며, 자재별 3개의 처리수준을 설정하여 25개의 처리구로 진행하였다. 실험에 사용된 자재는 고체, 액체 구분없이 건토 100 g에 중량비 (w/w) 0.5, 1, 2% 기준으로 환산하여 처리하였다.
토양 분석
배양 후 0, 7, 14, 30일차 토양은 건조 후 농촌진흥청 종합검정실 분석매뉴얼 (2017)에 준하여 분석하였다. pH와 Electrical Conductivity (EC)는 토양과 증류수를 1:5 비율로 혼합하여 30분 진탕 한 후 pH meter (Orion Star A215, Thermo Scientific, USA)와 EC meter (Orion Star A212, Thermo Scientific, USA)를 이용하여 측정하였다. 유효인산 (Available P2O5, Av. P2O5)은 UV/VIS 분광광도계로 Lancaster법에 준하여 720 nm에서 측정하였으며, 치환성 양이온 K, Ca, Mg (exchangeable cation, Ex. cation)은 1M ammonium acetate를 pH 7.0으로 조절하여 추출한 후 ICP (Integra XL Dual, GBC, Australia)로 분석하였다. 총 탄소 (T-C, %), 총 질소 (T-N, %)는 Dumas법을 사용해 원소분석기 (Vario Max CN, Elementar, Germany)를 이용하여 분석하였고, Organic matter (OM)을 산출하였다. 수용성 인산 (water soluble P2O5)은 건조한 토양 2 g과 증류수를 1:10 비율로 혼합하여 1시간 교반 후, 원심분리하여 여과한 다음 UV/VIS 분광광도계로 흡광도 720 nm에서 측정하였다. 토양 효소 중 인산가용화효소 Phosphomonoesterase (acid phosphatase)는 습토 0.5 g에 Toluene 0.1 mL와 0.5 M Tris, 50 mM pNPP 0.6 mL를 넣고 30°C에서 1시간 배양 후, Ethanol 8 mL를 넣고 여과하여 2 M Tris 2 mL를 넣어 Tabatabai & Bremner (1969), Eivazi & Tabatabai (1977)법에 준하여 흡광도 400 nm에서 UV/VIS 분광광도계로 분석하였다.
통계분석
데이터 통계 분석은 SAS Enterprise Guide 7.1 (64-bit)를 이용하여 one-way ANOVA를 수행하였고, 5% 유의수준에서 Duncan’s Multiple Range Test (DMRT)로 처리간의 효과를 비교 ‧ 분석하였다.
Results and Discussion
유기자원에 따른 토양 화학성 및 인산가용화효소 활성 변화
토양 pH
토양 내 인산의 유효도는 pH 6.5 - 7.0에서 가장 높으며, 인산염이 더 쉽게 용해되어 가용성 인산으로 전환되기 때문에 (Penn et al., 2019), pH를 인산의 유효도를 증가시킬 수 있게 중성 범위로 조절하는 것이 필요하다. 자재처리 후 0일, 7일, 14일, 30일간 배양한 토양의 pH는 Fig. 1과 같다. 유황과 유박을 제외한 모든 처리구에서 배양기간 동안 (0일 - 30일) pH가 감소하였지만, pH가 7.0 이상이었으며, 킬레이트와 헤어리베치 처리구는 실험기간 동안 pH가 7.6에서 7.1로 감소하여 토양 내 인산의 적정 유효도 범위에 인접하게 나타났다 (Table 3). pH가 7.0 이하로 감소한 처리구는 유황 (pH 4.8)과 유박 (pH 6.7)으로 (p < 0.05), 토양 내 pH 조절로 인해 가용성 인산 증가에 영향을 미칠 것으로 판단된다. 유황은 토양 내 화학반응을 통해 황산염으로 산화됨으로써 수소 이온의 생성이 토양 pH 감소에 영향을 주었으며, 유박의 경우 분해되면서 생성된 대사산물 등을 통해 무기화 또는 질산화 과정으로 토양 pH 감소를 보고한 결과에 따라 (Lee et al., 2000; Oh et al., 2013; Kim et al., 2020), 유기자원처리에 따른 토양 pH를 낮추는 효과를 보인 유황, 유박, 킬레이트, 헤어리베치는 인산 가용화에 영향을 미칠 것으로 판단된다. 하지만, 유황의 경우 본 실험조건에서 pH를 지나치게 낮추는 결과를 초래하여 실제 사용량에 대한 추가 연구가 필요할 것으로 사료된다.
Table 3.
Statistical comparison of soil properties on the 30 days of incubation with organic materials in phosphate- accumulated soil.
| Treatment |
pH (1:5) |
Water soluble P2O5 (mg kg-1) |
Av. P2O5 (mg kg-1) |
Acid phosphatase (ug g-1 h-1) |
| Control | 7.4c1 | 70d | 901f | 351d |
| DTPA | 7.1e | 67d | 970de | 374d |
| Organic aicd | 7.4c | 95b | 942def | 331d |
| Peatmoss | 7.3d | 74d | 962de | 334d |
| Zeolite | 7.6b | 90bc | 987cd | 328d |
| Sulfur | 4.8g | 166a | 1122a | 298d |
| Hairy vetch | 7.1e | 55e | 957de | 703a |
| Rice straw | 7.7a | 98b | 932ef | 498c |
| Wheat bran | 7.3d | 96b | 1024bc | 618b |
| Expeller cake | 6.7f | 83c | 1062b | 478c |
토양 수용성 인산 및 유효인산
인산이 집적된 토양에 유기자원을 시용함으로써 가용화된 인산을 파악하기 위해 가용성 인산 중 하나인 물에 쉽게 녹아 작물이 이용하기 쉬운 형태의 수용성 인산 (H2PO4-, HPO42-, PO43- 등) 을 분석하였다 (Kuo, 1996). 자재처리 후, 배양기간동안 토양의 수용성 인산 변화는 Fig. 2와 같다. 대조구와 킬레이트의 30일차 수용성 인산 함량은 통계적 유의한 차이가 없었다 (Table 3). 킬레이트는 시간이 경과함에 따라 81 mg kg-1에서 67 mg kg-1으로 감소하였다. 배양 30일차에서 유황 (166 mg kg-1), 볏짚 (98 mg kg-1), 밀기울 (96 mg kg-1), 유기산 (95 mg kg-1), 제올라이트 (90 mg kg-1), 유박 (83 mg kg-1) 순으로 증가하는 경향을 보였으며, 시간이 경과함에 따라 대조구 대비 최대 2.4배까지 증가하는 경향을 보였다. 토양에 집적된 인산을 가용화에 영향을 미치는 요인에는 토양 pH, 유기물 분해를 통한 집적된 인산 용해 및 효소 활성 증가, 인산과 결합된 양이온의 킬레이트화 등이 있다. 유황은 pH 감소로 인해 토양 내 인의 유효도를 증가시켜 수용성 인산을 증가시킨 것으로 판단된다 (Table 3). 토양에 볏짚과 유박을 시용함으로써, 인산가용화효소 활성을 증가시켰다는 Suh et al. (2010)의 연구 결과와 본 연구에서도 동일한 경향을 나타냈으며, 증가된 효소 활성으로 인해 수용성 인산 증가에 영향을 미친 것으로 사료된다. 유기산은 한 개 또는 여러 개의 카르복실기 (-COOH)를 통해 킬레이트화하여 토양에 집적된 불용성 인을 용해함으로써 인산의 가용화율을 높일 수 있는 물질으로 (Kim et al., 2016), 이러한 특성을 통해 가용성 인의 형태 중 하나인 수용성 인산을 증가시킨 것으로 판단된다. 제올라이트를 토양에 시용하면 토양 내 Cation Exchage Capacity (CEC)가 28 - 55% 증가하는데 (Kim et al., 2015), 이는 제올라이트 표면의 음전하를 증대시켜 토양 내 집적된 인산과 결합되어있는 금속 양이온을 흡착함으로써 (Wee et al., 2010), 해리된 인산으로 인해 토양 내 인산의 유효도가 증가하여 수용성 인산 증가에 영향을 미친 것으로 사료된다. 따라서, 토양 내 수용성 인산을 증가시킨 자재는 유황, 볏짚, 밀기울, 유기산, 제올라이트, 유박으로 나타났다 (Table 3).
토양 유효인산의 경우 (Fig. 3), 유기물 시용과 시간이 경과함에 따라 증가한 처리구는 유황 (1,122 mg kg-1), 유박 (1,062 mg kg-1)이며 (p < 0.05), 나머지 처리구는 감소하는 경향을 나타냈다. 배양 30일차의 킬레이트 (970 mg kg-1)보다 유효인산이 비슷하거나 낮은 처리구는 유기산 (942 mg kg-1), 피트모스 (962 mg kg-1), 헤어리베치 (957 mg kg-1), 볏짚 (932 mg kg-1)으로 나타났다. 토양 내 유효인산은 유황과 유박 처리구에서 대조구 대비 각각 25%, 17% 증가하였다. 토양 내 유효인산의 증가는 인산함량이 높은 유기자원의 시용 (Yoon et al., 2019), 토양 pH 감소 (Kim et al., 2022), 토양 내 집적된 인산의 무기화로 인한 토양 특성 (Choi et al., 2020) 변화 등이 영향을 미친다. 이로 인해, 유박은 다른 자재에 비해 자체 인 함량이 높아 유효인산 증가에 영향을 미친 반면, 유황은 자재의 인 함량은 낮지만 (Table 2), 토양의 pH를 감소시킴으로 인해 수용성 인산이 증가하여 유효인산 함량이 증가한 것으로 판단된다.
토양 인산가용화효소 활성
인산가용화효소 (Phosphomonoesterase)는 토양 내 미생물에 의해 분비되며, 식물이 이용하기 어려운 난용성 유기인산을 무기인산으로 전환시켜 식물과 미생물이 이용할 수 있게 한다 (Choi et al., 2011). 자재처리 후 배양기간동안 토양 인산가용화효소 활성은 Fig. 4와 같다. 배양 7일차의 헤어리베치 (1062 µg pNP g-1 h-1), 밀기울 (967 µg pNP g-1 h-1), 볏짚 (642 µg pNP g-1 h-1), 유박 (603 µg pNP g-1 h-1)은 다른 처리구에 비해 활성이 높게 나타났다. 이 결과는 헤어리베치, 밀기울, 볏짚, 유박을 토양에 투입하게 되면 초기 분해가 빨라 증가된 미생물 활성으로 인산가용화효소 활성을 증가시킬 수 있다는 선행연구 (Choi et al., 2010; Seo et al., 2015; Suh et al., 2010)와 유사한 결과를 나타냈다. 킬레이트는 시간이 경과함에 따라 증가하였지만, 무처리, 피트모스, 제올라이트, 유황과 같은 수준으로 (p > 0.05), 다른 처리구에 비해 증가 효과가 미비한 것으로 나타났다. 결과적으로, 배양 초기 증가 폭이 컸던 헤어리베치, 볏짚, 밀기울, 유박은 시간이 경과함에 따라 효소 활성이 감소하였지만, 다른 처리구에 비해 높은 활성을 나타냈다 (p < 0.05). 토양에 볏짚, 밀기울, 유박을 시용함으로써 증가된 인산가용화효소 활성 (ㅂk et al., 2024)은 토양 내 인산 유효도에 영향을 미칠 수 있을 것으로 사료된다.
유기자원 처리량에 따른 토양 내 인산 가용화 효과
토양 수용성 인산
1차 배양실험으로 선발된 자재의 적정처리량을 설저하기 위해 자재처리 후 0일, 7일, 14일간 배양한 토양의 수용성 인산은 Table 4와 같다. 대조구와 킬레이트, 유기산, 헤어리베치를 제외한 모든 처리구는 배양기간 동안 (0일 - 14일) 수용성 인산이 증가하는 경향을 보였다. 볏짚과 유황을 제외한 제올라이트, 유박, 밀기울은 처리수준이 높아짐에 따라 수용성 인산 함량도 증가하였으며, 배양기간 동안 유박과 밀기울은 각각 104 mg kg-1으로 최대 31%, 93 - 134 mg kg-1로, 17 - 68% 증가하였다. 처리구 중 밀기울 2%가 134 mg kg-1으로 수용성 인산 함량이 가장 높았다. 제올라이트는 배양기간 동안 80 mg kg-1에서 89 - 101 mg kg-1으로, 11 - 27% 증가하였다. 볏짚과 유황은 배양기간 동안 각각 13 - 15%, 25 - 31% 증가하였지만, 처리수준 간 수용성 인산 함량의 차이가 미비하였기 때문에 볏짚, 유황의 처리수준 조절에 대한 추가 연구가 필요할 것으로 판단된다. 제올라이트 2%, 유황 0.5, 1, 2%, 유박 1, 2%, 밀기울 1%는 99 - 104 mg kg-1으로 비슷한 수준을 나타냈다. 킬레이트는 배양기간 동안 80 mg kg-1에서 66 mg kg-1으로 17% 감소하였으며, 헤어리베치 0.5%는 킬레이트와 비슷한 수준인 67 mg kg-1으로 나타났다. 또한, 유기산은 대조구와 같은 수준으로 감소하였기 때문에, 킬레이트와 유기산, 헤어리베치를 통해 수용성 인산 함량을 증가시키기 어려울 것으로 판단된다. 실험 결과, 유기자원 시용을 통해 토양 내 수용성 인산을 증가시킬 수 있는 자재는 제올라이트, 유황, 볏짚, 유박, 밀기울이며, 자재별 처리수준은 유황과 볏짚은 1%, 제올라이트, 유박 그리고 밀기울은 2%로 나타났다. 이와 같이 유기자원 및 자원별 적정 처리량에 따라 토양 내 수용성 인산을 증가시킬 수 있으므로, 작물 재배시 유기자원별 적정 처리량에 대한 연구가 필요할 것으로 사료된다.
Table 4.
Comparison of soil water soluble P2O5 at 0, 7, and 14 days in phosphate-accumulated soils with different rates of organic materials.
| Treatment | Application rate | Incubation period | ||
| 0 days | 7 days | 14 days | ||
| Control | 80 | 69 | 76fg1 | |
| DTPA | 80 | 65 | 66hi | |
| Organic acid | 0.5% | 80 | 75 | 77ef |
| 1% | 80 | 71 | 74fg | |
| 2% | 80 | 76 | 78ef | |
| Zeolite | 0.5% | 80 | 82 | 89e |
| 1% | 80 | 90 | 94cde | |
| 2% | 80 | 106 | 101bc | |
| Sulfur | 0.5% | 80 | 66 | 99bcd |
| 1% | 80 | 66 | 104b | |
| 2% | 80 | 67 | 100bcd | |
| Rice straw | 0.5% | 80 | 90 | 92e |
| 1% | 80 | 96 | 93de | |
| 2% | 80 | 101 | 90e | |
| Expeller cake | 0.5% | 80 | 83 | 81f |
| 1% | 80 | 84 | 100bcd | |
| 2% | 80 | 87 | 104b | |
| Wheat bran | 0.5% | 80 | 97 | 93cde |
| 1% | 80 | 107 | 102b | |
| 2% | 80 | 126 | 134a | |
| Hairy vetch | 0.5% | 80 | 81 | 67hi |
| 1% | 80 | 75 | 62i | |
| 2% | 80 | 79 | 71gh | |
토양 인산가용화효소 활성
자재처리 후 배양기간동안 토양의 인산가용화효소 활성은 Table 5와 같다. 인산가용화효소 활성은 배양기간 (0일 - 14일) 동안 유황을 제외한 모든 처리구가 증가하는 경향을 나타냈다. 이는 유황을 시용함으로써, 토양 pH 변화를 통해 수용성 인산 등 토양 내 인산이 증가하는 효과를 나타내지만 효소 활성은 대조구보다 낮은 결과를 나타냈다. 밀기울과 헤어리베치는 배양기간 동안 각각 68 - 175%, 101 - 291% 활성이 증가하였으며, 처리수준이 높아짐에 따라 활성도 증가하는 경향을 보였다. 이로 인해, 밀기울과 헤어리베치를 토양에 시용시 처리량에 따라 증가하기 때문에 경제성 등을 고려하여 처리수준에 대한 추가 연구가 필요할 것으로 판단된다. 볏짚은 처리수준이 높아짐에 따라 33 - 67% 증가하는 경향을 보였지만, 볏짚 0.5%와 1%는 대조구와 킬레이트보다 낮거나 비슷한 수준으로 인산가용화효소 활성이 미비하여 볏짚은 처리수준 2%에서 효소 활성이 가장 높은 것으로 나타났다. 유기산은 배양기간 동안 31 - 56% 증가하였으며, 처리수준이 높아짐에 따라 450.3, 430.6, 377.9 µg pNP g-1 h-1으로 감소하는 경향으로 대조구와 비슷한 활성을 나타냈다 (p > 0.05). 제올라이트는 배양기간 동안 36 - 52% 증가하였다. 유박은 배양기간 동안 19 - 45% 증가하였지만, 처리수준에 따라 효소 활성이 341.7 - 417.3 µg pNP g-1 h-1으로 대조구보다 낮은 것으로 나타났다. 킬레이트 (382.3 µg pNP g-1 h-1)와 같은 수준의 활성을 나타낸 처리구는 유기산 2% (377.9 µg pNP g-1 h-1), 제올라이트 2% (390.5 µg pNP g-1 h-1), 볏짚 0.5 % (383.0 µg pNP g-1 h-1)으로 나타났다. 하지만, 대조구 (421.6 µg pNP g-1 h-1)보다 활성이 낮기 때문에 인산가용화 효소 활성 증진효과가 미비한 것으로 보인다. 본 실험에서는 인산가용화효소 활성을 증진 시킬 수 있는 자재와 처리수준은 볏짚 2%, 밀기울과 헤어리베치는 0.5, 1, 2%로 나타났다.
Table 5.
Comparison of soil acid phosphatase 7, and 14 days in phosphate-accumulated soils with different rates of organic materials.
| Treatment | Application rate | Incubation period | ||
| 0 days | 7 days | 14 days | ||
| Control | 287.9 | 311.4 | 421.6efg1 | |
| DTPA | 287.9 | 385.5 | 382.3gh | |
| Organic acid | 0.5% | 287.9 | 350.3 | 450.3de |
| 1% | 287.9 | 395.9 | 430.6defg | |
| 2% | 287.9 | 407.5 | 377.9gh | |
| Zeolite | 0.5% | 287.9 | 317.1 | 404.6efg |
| 1% | 287.9 | 323.9 | 438.8def | |
| 2% | 287.9 | 363.7 | 390.5fgh | |
| Sulfur | 0.5% | 287.9 | 259.8 | 259.2i |
| 1% | 287.9 | 253.5 | 262.1i | |
| 2% | 287.9 | 274.7 | 248.1i | |
| Rice straw | 0.5% | 287.9 | 495.4 | 383.0fgh |
| 1% | 287.9 | 421.3 | 422.5efg | |
| 2% | 287.9 | 502.3 | 481.6d | |
| Expeller cake | 0.5% | 287.9 | 416.9 | 341.7h |
| 1% | 287.9 | 621.3 | 367.2gh | |
| 2% | 287.9 | 703.3 | 417.3def | |
| Wheat bran | 0.5% | 287.9 | 449.6 | 482.5d |
| 1% | 287.9 | 564.0 | 582.1c | |
| 2% | 287.9 | 862.3 | 790.5b | |
| Hairy vetch | 0.5% | 287.9 | 102.9 | 579.0c |
| 1% | 287.9 | 598.4 | 746.7b | |
| 2% | 287.9 | 1103.9 | 1124.4a | |
Conclusions
본 연구는 유효인산이 집적된 밭 토양에서 유기자원 시용의 인산가용화 영향을 평가하고, 자재별 적정 처리량을 조사하기 위해 수행하였다. 유기자재별 인산가용화 효과를 분석한 결과, 토양 pH 변화를 통해 토양 내 인산의 유효도를 증가시킬 수 있는 자재는 유황, 유박, 헤어리베치 처리구에서 확인되었다. 토양 내 수용성 인산을 증가시킨 자재는 유황, 볏짚, 밀기울, 유기산, 제올라이트, 그리고 유박이었으며, 유효인산을 증가시킨 자재는 유황과 유박으로 나타났다. 또한, 볏짚, 밀기울, 유박을 시용함으로써 인산가용화효소 활성도 증가하였다. 자재 처리수준별 인산가용화 효과를 비교한 결과, 유황과 볏짚은 1%, 제올라이트, 유박, 그리고 밀기울은 2% 처리시 대조구보다 21 - 75% 수용성 인산이 증가하였다. 인산가용화효소 활성은 볏짚 2%, 밀기울 및 헤어리베치는 0.5 - 2% 처리시 대조구 대비 최대 167% 증가하는 것으로 나타났다. 따라서, 토양 pH 감소, 수용성 인산 및 유효인산 증가와 인산가용화효소 활성 증진 등을 고려해봤을 때, 유황과 볏짚은 1%, 유박, 제올라이트 그리고 밀기울은 2%가 인산 가용화에 영향을 미칠 것으로 판단된다. 추후 현장 시험을 통해 토양 인산 가용화와 작물 생육에 미치는 영향 평가가 필요할 것으로 사료된다.
