Introduction
Materials and Methods
연구 대상지
시험 처리 및 작물 관리
잡초 조사
토양 및 옥수수 생육 조사
통계 분석
Results and Discussion
잡초 종 조성
잡초 발생 밀도 및 중량
토양 무기태 질소 농도 변화
옥수수 수확량
Conclusion
Introduction
기후 변화는 전 세계의 온실가스 배출과 양분유출, 식량안보 등 심각한 영향을 미치고 있다 (Lal, 2020; Jeong et al., 2024; Lee et al., 2024). 농업은 인류의 생명 유지를 위한 필수적인 활동이지만, 현대 농업은 기후변화라는 전례 없는 위기에 직면하고 있다 (IPCC, 2021). 기후 변화를 완화하고 식량 안보를 유지하는 것은 전 세계 농업의 주요 과제로 간주된다 (Zhang et al., 2018). 특히, 지구 온난화로 인한 기온 상승과 불규칙한 강수 패턴은 작물의 생육 환경을 직간접적으로 교란할 뿐만 아니라, 병해충 및 잡초의 발생과 분포를 변화시켜 농업 생산량 확보에 중대한 문제를 야기한다 (IPCC, 2021).
이산화탄소 (CO2)와 온도 상승은 잡초의 기공전도 ‧ 광합성 ‧ 생장률을 높여 작물 대비 경쟁력을 강화할 수 있다 (Zhu et al., 2008; Kwon et al., 2013; Denney et al., 2024). 특히 C4 일년생 화본과 잡초의 생장이 강화되어 작물 생산에 영향을 미칠 수 있다 (Denney et al., 2024). 실제로, Zhu et al. (2008) 연구에서 CO2 상승 시 질소공급 수준에 따라 벼-돌피 (Echinochloa crus-galli (L.) P. Beauv.) 간에 경쟁으로 역전 혹은 강화 등 양상이 달라진다는 연구 결과가 보고된 바 있다. 잡초는 작물과 물, 양분, 빛을 두고 치열하게 경쟁하는 관계에 있으며, 작물의 생육을 저해하고, 생산성을 감소시키는 핵심 요인 중 하나이다 (Kwon et al., 2013). 따라서 잡초에 대한 효과적인 관리는 안정적인 농업 생산을 유지하기 위해 필수적인 활동으로 간주되어오고 있다.
현재 농업현장에서 작물을 재배하기 위해 비료를 살포하는 방법은 논 토양에서는 비료살포 후 물을 댄 후 써레질하여 전층시비하고 밭 토양에서는 토양 표면에 살포 후 로터리 작업 등으로 토양 입자와 혼합해 주는 방식이다 (Hong et al., 2023). 표면에 시비된 질소 및 인은 온실가스 배출 및 미세먼지, 부영화 등 다양한 환경오염의 원인이 된다. Liu et al. (2019)는 농경지에서 질소와 인의 유출이 수질오염을 유발할 수 있음을 지적했다. 질소와 인이 과다하게 수역에 유입 되면, 물속 식물성 플랑크톤의 과도한 증식을 유발할 수 있으며, 이는 수중 산소를 소비하여 수질을 저하시킴으로써, 수생태계에 부정적인 영향을 미친다 (Smith, 2003). 표면에 시비된 질소는 암모늄 (NH4+)이온화되고, pH가 높아지면 화학 평형에 따라 휘발성인 암모니아 (NH3) 기체로 전환되어 미세먼지를 유발한다 (Cui et al., 2017; Li et al., 2020). 호기적 조건에서 NH4+이 질산염 (NO3‒)으로 산화되는 과정 중에 중간 산물로 아산화질소 (N2O)가 발생하여 대기중으로 방출되기도 한다 (Liu et al., 2014, 2021).
최근 깊이거름주기 (fertilizer deep placement, FDP)는 질소 손실을 줄이고 비료이용효율을 높이는 기술로 주목받고 있다 (Hong et al., 2023; Chen et al., 2024; Kang et al., 2025). 깊이거름주기는 비료를 토양 표면이 아닌 작물의 뿌리 근처인 지하부에 직접 비료를 주입하는 방식으로, 비료의 탈질화를 억제하여 질소 효율을 높일 수 있다고 보고되고 있다 (Hong et al., 2025). Chen et al. (2024) 연구에서는 15 cm 깊이의 시비가 암모니아 (NH3) 휘산, N2O 및 CO2 배출, 지구온난화잠재력 (global warming potential, GWP), 그리고 온실가스 배출강도 (greenhouse gas intensity, GHGI)를 명확히 감소시켰으며, 여름 옥수수의 바이오매스 수확량 (4.2%)과 곡물 수확량 (18.1%)을 효과적으로 향상시킨 것으로 보고되었다. Ke et al. (2018)은 논에서 표면시비에 비해 각 깊이거름주기 처리구의 지표수에 암모니아성 질소 (NH4+-N) 농도가 급격히 감소했기 때문에 질소 유출 손실을 줄였다고 보고했다. 국내에서도 논과 밭을 대상으로 N2O 배출 저감효과와 질소비료 절감 및 쌀, 콩, 보리, 마늘, 양파 관련 수확량 개선 효과 등의 다양한 연구가 진행되고 있다 (Hong et al., 2025; Kang et al., 2025).
작물 수확량 증대를 위한 관행적 질소 비료 시비는 단기적으로 생산성을 높일 수 있지만, 표층의 질소 가용성을 증가시켜 잡초의 생장과 경쟁력을 동시에 강화시키는 부정적 효과를 초래할 수 있다 (Sánchez-Sabando et al., 2024). 이와 달리, 깊이거름주기는 비료를 작물 근권 하부에 국소적으로 배치하여 표층 질소 가용성을 낮춤으로써, 잡초의 초기 생육을 억제할 수 있는 잠재적 관리기법으로 제시되고 있다 (Chauhan and Abugho, 2013). 예를 들어, Blackshaw (2004)는 지중에 줄 시비 및 점 시비는 표면 시비에 비해 잡초의 밀도, 생체량, 및 질소 흡수를 유의하게 감소시키는 반면, 작물의 질소 이용률은 증가시킨다고 보고하였다. Chauhan and Abugho (2013) 역시 벼 재배 체계에서 표면시비 대비 깊이거름주기 처리 시 잡초 생체량이 약 20 - 46% 감소함을 관찰하였으며, 이는 비료의 수직적 분포에 따른 질소 이용 경쟁 구조의 변화와 관련된 것으로 해석된다. 또한, Nkebiwe et al. (2016)의 메타분석에서는 비료의 깊이거름주기가 표면시비 대비 잡초 개체밀도를 낮추는 경향이 있음을 지적하며, 이러한 비료 배치의 공간적 차이가 잡초 생장 억제에 기여할 수 있음을 강조하였다.
그러나 이러한 연구는 대부분 벼나 밀 등 외국의 곡류 중심으로 수행되어, 국내 밭작물 재배지에서 깊이거름주기의 잡초 억제 효과를 정량적으로 분석한 사례는 매우 제한적이다. 또한, 토성에 따라 토양의 양분 및 수분 보유력이 달라지므로, 질소 시비 수준에 따른 잡초 종조성, 발생 밀도, 건중량 및 작물 생육 반응 역시 달라질 수 있다. 그럼에도 불구하고, 이러한 요인을 통합적으로 고려한 실증적 분석은 부족하다. 본 연구는 밭작물 재배 환경에서 토성에 따른 깊이거름주기의 잡초 억제 효과와 옥수수 수량 반응을 정량적으로 평가하고자 하였다. 토성 (양토, 사양토)에 따른 잡초 발생 양상과 옥수수 생육 반응을 평가하기 위하여, 무비, 표준시비, 깊이거름주기 처리에 따른 잡초 종조성, 발생 밀도, 건중량, 그리고 토양 질소 변화 및 옥수수 수확량을 비교 분석하고자 하였다.
Materials and Methods
연구 대상지
본 연구는 2025년 5월부터 8월까지 전라북도 완주군 국립농업과학원 내 밭 (35°49'28"N, 127°02'50"E)에서 수행되었다 (Fig. 1). 시험 포장은 경사 13%의 라이시미터로 조성되어 있으며, 2018년부터 매년 옥수수가 재배되고 있다. 대상지의 토양통은 지곡통 (Jigog series)으로, 사양토의 입도 분포는 모래 63.9%, 실트 24.5%, 점토 11.5%였고, 양토는 모래 37.7%, 실트 35.9%, 점토 26.4%였다. 시험 포장의 기상 자료는 국립농업과학원 내 농업기상관측소의 무인 기상관측 시스템 (Automatic Weather System, AWS)을 통해 수집된 농업기상정보서비스 (Agricultural Weather Information Service, AWIS) 자료를 이용하였다. 연구 기간 중 누적 강수량은 672 mm였으며, 평균 기온은 24.5°C였다.
시험 처리 및 작물 관리
시험은 토성별로 사양토와 양토에서 수행하였으며, 질소 무비 (no fertilizer, NF), 표면 시비 (surface application, SF), 깊이거름주기 (fertilizer deep placement, FDP)의 3가지 처리구를 두어 총 6 처리 (2 토성 × 3 시비처리)로 구성하였다. 각 처리구는 단일 플롯 (single plot)으로 설치되었으며, 플롯 내부에서 3개의 방형구 (subsamples)를 설정하여 시료를 채취하였다.
NF 처리구에는 NAS (2019)의 옥수수 표준시비량에 준하여 인과 칼륨만 표면 시비하였으며 (0-30-63 kg ha-1, N-P2O5-K2O), SF 처리구에는 질소 ‧ 인 ‧ 칼륨을 표면 살포 방식으로 3회 분시하였다 (158-30-63 kg ha-1). FDP 처리구는 Hong et al. (2023)이 개발한 심층시비 전용 장비를 이용하여 질소 ‧ 인 ‧ 칼륨을 깊이 25 - 30 cm에 일시 시비하였다 (158-30-63 kg ha-1) (Table 1). 기비는 2025년 5월 8일에 시용하였으며, SF 처리구의 추비는 6월 10일과 6월 24일에 동일한 양으로 2회 분시하였다. 본 연구에서 N, P2O5, K2O 공급을 위한 무기질 비료는 각각 요소 (urea), 용성인비 (fused phosphate fertilizer), 염화칼륨 (potassium chloride)을 사용하였다. 모든 처리구는 시비 후 로터리 작업을 실시한 뒤 두둑을 조성하고 비닐 멀칭을 하였다.
시험구 크기는 4 m × 21 m (총 81 m2)였으며, 고랑 깊이는 20 cm, 고랑 너비는 25 cm, 이랑 너비는 75 cm로 조성하였다. 옥수수 (Zea mays var. ceratina)는 5월 20일에 정식하였고, 재식 거리는 열간 100 cm × 주간 25 cm로 하였다. 잡초 관리를 위해 6월 30일에 선택성 제초제 (tolpyrate, product name: Oil Hydrating Agent, Nonghyup Chemical, Korea)를 2500배 희석하여 살포하였다. 관수 및 병해충 관리는 일반 관행에 준하였다.
Table 1
Fertilizer inputs and application methods across treatments.
| Treatment1 | Basal fertilization2 | Added fertilization | Fertilizer input (kg ha-1) |
| NF | Basal fertilization by SS | One time | NPK: 0-30-63 |
| SF | Basal fertilization by SS | Three times |
NPK: 78-30-63 NPK: 40-0-0 NPK: 40-0-0 |
| FDP | Basal fertilization by FDP | One time | NPK: 158-30-63 |
잡초 조사
잡초 조사는 옥수수 정식 후 24일 (6월 13일)과 수확 후 (8월 14일)에 각각 실시하였다. 각 처리구 내에서 0.2 m × 0.3 m (0.06 m2) 크기의 방형구를 무작위로 3 반복 설치하여 출현한 잡초를 전수 조사하였다. 학명 기재는 국가표준식물목록 (KNA, 2025)을 따라 정리하였고, 현장 동정이 어려운 식물들은 한국원색식물도감 (Lee, 2006), 과수원잡초도감 (NAAS, 2015)을 참고하였다. 조사항목은 출현 잡초 종, 종별 개체 밀도 (plants m-2), 건물중 (g m-2)이었다. 잡초 시료는 채취 후 70°C에서 72시간 건조하여 항량에 도달한 후 건물중을 측정하였다.
토양 및 옥수수 생육 조사
옥수수 재배 전 (5월 8일)에는 토양의 화학적 특성과 무기태 질소 (NH4+-N, NO3‒-N) 함량을, 수확 후 (8월 20일)에는 무기태 질소 함량만을 조사하였다. 토양은 0 - 60 cm 깊이에서 혼합 채취하였으며, 무기태 질소는 20 cm 깊이별 혼합하여 채취하였다. 풍건 후 체가름하여 분석에 이용하였다. 토양의 화학성 분석은 토양화학분석법 (NAAS, 2010)에 준하여 실시하였으며, 공시토양의 화학적 특성은 Table 2와 같다. 토양 pH는 토양과 증류수를 1:5 (W V-1)로 혼합하여 30분간 교반한 뒤 pH meter (Orion 4 Star, Thermo, Singapore)로 측정하였다. 토양 유기물 및 총질소 함량은 CN analyzer (Vario Max CN, Elementar, Germany)를 이용하여 분석하였다. 유효인산은 Lancaster 법으로 침출한 후 720 nm 파장에서 비색계 (AU/CARY 300, Varian, Australia)를 활용해 분석하였으며, 교환성 양이온은 1 M ammonium acetate (pH 7.0) 용액으로 침출 후 여과하여 유도결합플라즈마분광기 (Optima 7300 DV, Perkin Elmer, USA)로 분석하였다. 무기태 질소는 2 M KCl 용액으로 침출하여 여과한 후, ion chromatography (ICS-2100, Dionex, USA)로 분석하였다.
Table 2
Soil chemical properties by soil texture
| Factor1 | Sandy loam | Loam |
| pH | 6.2 | 6.3 |
| EC (dS m-1) | 0.24 | 0.34 |
| OM (g kg-1) | 4.3 | 9.8 |
| TN (g kg-1) | 0.05 | 0.08 |
| C/N | 4.6 | 7.4 |
| Av. P2O5 (mg kg-1) | 84.6 | 80.7 |
| Mg (cmol+kg-1) | 2.9 | 2.7 |
| Ca (cmol+kg-1) | 5.3 | 5.1 |
| Na (cmol+kg-1) | 0.1 | 0.1 |
| K (cmol+kg-1) | 0.19 | 0.28 |
통계 분석
수집된 자료는 토성과 시비 처리를 요인으로 하는 이원분산분석 (two-way ANOVA)을 수행하여 처리 효과를 검정하였다. 각 조사 항목 (잡초 밀도, 생중량, 건중량, 옥수수 수량 (grain yield), 토양 무기태 질소 등)은 정규성과 등분산성을 확인한 후 분석에 이용하였다. 평균 간 비교는 유의수준 5% (p < 0.05)에서 Duncan’s multiple range test (DMRT)를 적용하였다. 또한, 잡초 군집 구조를 평가하기 위하여 Shannon 및 Simpson 다양성 지수, 종풍부도 (species richness), 균등도 (evenness)를 산출하였으며, 해당 분석은 R 프로그램 (ver. 4.2.1; R Core Team, Vienna, Austria)의 vegan 패키지 (Oksanen et al., 2020)를 활용하였다. 모든 통계 분석은 SPSS Statistics 25 (IBM Corp., Armonk, NY, USA)와 R을 병행하여 수행하였다.
Results and Discussion
잡초 종 조성
옥수수 밭 잡초상은 1차 조사에서 13과 16속 21종, 2차 조사에서 5과 8속 9종으로 총 13과 20속 23종 24분류군으로 확인되었다. 본 연구에서는 1차 조사와 2차 조사를 종합하여 작성하였다. 토성과 처리에 관계없이 바랭이 (Digitaria ciliaris)가 우점하였다 (Fig. 2). 바랭이의 우점은 표층에 집중되는 종자은행과 광요구성 발아, 빠른 초기생장 ‧ 분지, 마디착근에 의한 수평 확산 등 종 특성에 기인하는 것으로 보고되어 (Kobayashi and Oyanagi, 2005; Souza et al., 2012), 본 시험에서도 모든 처리구에서 우점으로 나타난 것으로 판단된다. 군집다양성 분석 결과, Shannon(H'), Simpson(1-D), 출현 종수 (풍부도)는 두 토성 모두 NF > SF > FDP 순으로 감소하여, 질소 투입과 배치 방식이 잡초 군집의 다양성과 균등도를 일관되게 낮추는 경향을 보였다 (Table 3). 이 경향은 양토에서 더 강했으며, 특히 양토에서는 종수 자체가 39% 감소하여 소수 우점종 중심의 단순화가 두드러졌다. 해석하면, SF는 표층 가용성 질소의 일시적 급증을 넓게 유발해 표층발아 종의 동시 반응과 우점 강화를 촉진하는 반면, FDP는 심층 ‧ 국지적 질소 배치로 작물의 양분 선점과 경쟁 비대칭을 증폭시켜 종수 및 균등도를 더 크게 저하시킨다는 선행 보고와 본 결과가 일치한다 (Blackshaw, 2004; Agenbag and Villiers, 2006). 특히, 양토에서는 보수 ‧ 보비력이 높아 SF에서는 표층 질소가 더 오래 유지된다. SF의 경우엔 표층형 우점종의 증대, FDP의 경우엔 작물의 자원 선점 강화로 인하여 결국 소수의 잡초 종 중심의 군집 단순화가 더 크게 나타난다. (Benvenuti, 2003; Deng et al., 2021; Nguyen et al., 2020). 요약하면, FDP는 양토에서 종수 ‧ 균등도 감소를 동반한 군집 단순화 (억제) 효과가 크며, 작물과의 경합 완화 및 방제 효율 측면에서 유리한 시비 전략으로 평가될 수 있다.
Table 3
Weed community diversity indices by soil texture and fertilizer treatment.
| Soil | Treatment1 | Shannon H' | Simpson (1-D) | Richness (species) |
| Sandy loam | NF | 1.63 ± 0.22 | 0.72 ± 0.1 | 7.33 ± 0.9 |
| SF | 1.47 ± 0.1 | 0.70 ± 0.0 | 7.67 ± 0.9 | |
| FDP | 1.23 ± 0.2 | 0.53 ± 0.1 | 7.33 ± 0.9 | |
| Mean | 1.44 ± 0.1 | 0.65 ± 0.1 | 7.44 ± 0.5 | |
| Loam | NF | 1.67 ± 0.0 | 0.74 ± 0.0 | 7.67 ± 0.7 |
| SF | 1.25 ± 0.1 | 0.59 ± 0.0 | 6.33 ± 0.7 | |
| FDP | 0.81 ± 0.1 | 0.39 ± 0.1 | 4.67 ± 1.3 | |
| Mean | 1.24 ± 0.1 | 0.57 ± 0.1 | 6.22 ± 0.7 |
잡초 발생 밀도 및 중량
본 시험에서 잡초 생중량과 건중량은 토성 간 차이가 없었으나 (생중량 p = 0.685, 건중량 p = 0.680) 처리 효과는 유의하였다 (생중량 p < 0.001, 건중량 p < 0.05; Table 4). 사양토에서는 SF가 생중량 961.4 ± 231.2 g m-2로 NF (69.8 ± 16.2) 대비 유의하게 높았고, FDP (489.2 ± 98.7)는 NF와의 차이는 유의하지 않았으나 SF보다는 낮았다. 건중량도 SF 176.1 ± 66.7 g m-2 > NF 11.8 ± 3.8, FDP 93.8 ± 24.2로 중간 수준이었다. 양토에서도 경향이 유사하여 SF가 생중량 1,032.3 ± 298.5 g m-2, 건중량 172.4 ± 59.1 g m-2로 가장 높았고, NF (84.6 ± 35.7; 17.1 ± 7.5)와 FDP (230.4 ± 94.8; 52.5 ± 18.3)는 낮았다. 이러한 SF의 우세는 표면 인근에 축적된 양분과 상대적으로 높은 온도가 발아 ‧ 초기생장을 촉진했기 때문으로 해석된다 (Kobayashi and Oyanagi, 2005; Kwon et al., 2013; Denney et al., 2024). 실제로 농경지 주요 잡초 종자는 광발아 특성을 띠고 토심 15 cm 이내에 75% 이상이 분포한다는 보고와 일치한다 (Lee et al., 2012). 반면 FDP는 NF와 유사한 낮은 수준의 잡초 발생을 보였는데, 이는 표면의 질소 가용성이 제한되어 잡초 억제가 유지된 결과로 볼 수 있으며 (Blackshaw, 2004; Lee et al., 2012; Wu et al., 2021; Wang et al., 2023), 깊이거름이 잡초 저감에 유효하다는 선행 결과와도 일치한다 (Venkitaswamy et al., 1991; Chauhan and Abugho, 2013; Wang et al., 2022). 아울러 밀도는 전 처리에서 사양토가 일관되게 높았고 (SF 4,211 vs 1,433 plants m-2), 건중량은 사양토가 대체로 크거나 비슷한 경항을 보였다. 생중량은 NF ‧ SF에서 양토가 더 큰 양상 (SF 1,032 vs 961 g m-2; FDP는 사양토>양토)이 관찰되었다. 이는 양토의 높은 보수 ‧ 보비력이 SF 하에서 개체당 생장 ‧ 수분함량을 높여 생중량을 증가시키는 반면, 사양토는 발아 ‧ 출아가 많이 일어나 밀도는 높지만 개체당 생장은 낮은 구조로 해석된다 (Benvenuti, 2003; Nguyen et al., 2020; Deng et al., 2021). 실제로 Benvenuti (2003)는 양토에 비해 사양토는 통기성이 높아, 토양내 가스 축적이 낮기 때문에 잡초의 발아 및 출아 빈도가 더 높다고 보고하였다.
Table 4
Weed fresh weight, dry weight, and density under different soil textures and fertilizer treatments.
| Soil texture | Treatment1 |
Fresh weight (g m-2) |
Dry weight (g m-2) |
Density (plants m-2) |
| Sandy Loam | NF | 69.8 ± 16.2 b2 | 11.8 ± 3.8 b | 944 ± 185 b |
| SF | 961 ± 231 a | 176 ± 66.7 a | 4,210 ± 543 a | |
| FDP | 489 ± 98.7 ab | 93.8 ± 24.2 ab | 956 ± 189 b | |
| Mean | 506 ± 101 A | 93.9 ± 22.5 A | 2,037 ± 306 A | |
| Loam | NF | 84.6 ± 35.7 b | 17.1 ± 7.5 b | 694 ± 132 b |
| SF | 1,030 ± 298 a | 172 ± 59.1 a | 1,430 ± 212 a | |
| FDP | 230 ± 94.8 b | 52.5 ± 18.3 ab | 511 ± 88.0 b | |
| Mean | 449 ± 80.4 A | 80.7 ± 21.9 A | 880 ± 144 B | |
| p-value | Soil texture (a) | 0.685 | 0.680 | < 0.012 |
| Treatment (b) | < 0.001 | < 0.004 | < 0.001 | |
| (a) × (b) | 0.597 | 0.815 | < 0.040 |
토양 무기태 질소 농도 변화
사양토와 양토 모두에서 NH4+-N 및 NO3‒-N 농도는 토심에 따라 뚜렷한 차이를 보였으며, 처리 방법에 따른 변화 경향에도 명확한 차이가 나타났다 (Fig. 3, Table S1). 사양토의 경우, SF 처리는 상부 (0 - 20 cm)에서 질소 농도가 증가하였고, FDP 처리에서는 하부 (40 - 60 cm)로 갈수록 무기태 질소 농도가 뚜렷하게 증가하였다. 이러한 결과는 시비 위치와 웃거름 시비 방식의 차이에 기인한 것으로 판단된다. SF 처리는 웃거름을 두 차례 표층에 시비하였기 때문에 수확 후 표층의 질소 농도가 상대적으로 높게 나타났으며, FDP 처리는 30 cm 깊이에 밑거름으로 전량 시비하였기 때문에 하부에서 높은 농도가 관찰되었다. 또한 SF 처리구의 하부 (40 - 60 cm)에서도 질소 농도가 증가한 것은, 사양토의 높은 투수성과 공극률로 인해 시비 후 질소가 표층에 머무르기보다 하층으로 이동했기 때문으로 해석된다 (Gao et al., 2020; Nguyen et al., 2020). 특히 FDP의 경우 비료가 심층에 집중되어 있기 때문에 SF 처리보다 토양 하부에서 NH4+-N 및 NO3‒-N 농도의 증가가 두드러졌다. 이러한 결과는 사양토에서 질소의 이동성이 높아, 깊이거름주기 시 비료 성분이 하층으로 분포 ‧ 축적될 가능성이 크다는 것을 시사하며, 토성 및 작물의 근권 특성에 따라 최적 시비 깊이를 달리할 필요성을 제시한다.
양토에서도 SF 처리구의 토심별 질소 농도 경향은 사양토와 유사하게 나타났으나, FDP 처리구의 하부 (40 - 60 cm)에서는 초기 질소 농도가 다른 처리보다 높았음에도 불구하고, 수확 후에는 오히려 감소하는 경향을 보였다 (Fig. 3, Table S1). 이는 작물의 흡수에 더해, 비료 성분이 조사 범위 (60 cm) 이하로 용탈되었거나, 깊은 경운으로 인해 기존 양분의 질산화 및 불완전 탈질이 가속화된 결과일 가능성이 있다 (Liu et al., 2014; Zhang et al., 2024). 양토는 세립질 구조로 인해 투수성이 낮고 일시적으로 표층에 질소가 잔류하기 쉬우나, 깊이거름주기 시에는 공극 형성과 함께 미생물 동화, 질산화 및 탈질 반응에 의해 질소가 감소할 수 있다 (Liu et al., 2014; Nguyen et al., 2020; Deng et al., 2021; Zhang et al., 2024). 또한, Sun et al. (2024)은 토양 내 유기탄소가 전자 공여체로 작용하여 완전한 탈질을 촉진하고, NO3‒을 N2로 환원시키는 데 기여한다고 보고하였다. 그러나 본 연구 대상지는 유기물 함량이 낮기 때문에, 완전 탈질이 아닌 불완전 탈질에 의해 아산화질소(N2O)가 생성되었을 가능성이 크다.
종합하면, 사양토에서는 FDP 처리 후 하층에서 NH4+-N 및 NO3‒-N 농도가 증가하여 비료 성분이 하층으로 이동 ‧ 축적되는 경향이 확인되었다. 반면 양토에서는 FDP 처리 후 하층부 질소 농도가 감소하는 경향을 보여, 질산화 ‧ 탈질 또는 근권 이하로의 용탈에 의한 질소 손실 가능성을 시사하였다. 이러한 결과는 토양의 투수성과 공극률이 질소 이동성과 탈질 반응의 상대적 우세를 결정짓는 핵심 요인임을 보여주며, 향후 60 cm 이상의 토심에 대한 질소 농도 변화를 평가하고, 토성 및 작물 특성에 따른 깊이거름주기의 최적 시비 깊이를 규명할 필요가 있음을 시사한다.
옥수수 수확량
토성과 시비 처리에 따른 옥수수 수량은 2.77 - 4.70 t ha-1 (사양토), 1.66 - 3.58 t ha-1 (양토) 범위로 나타났다 (Fig. 4). 이원분산분석 결과, 토성 효과 (p < 0.01)와 처리 효과 (p < 0.001)는 모두 유의하였으나, 상호작용 효과 (p = 0.697)는 유의하지 않았다. 사양토에서 SF (4.65 ± 0.34 t ha-1)와 FDP (4.70 ± 0.30 t ha-1)는 NF (2.77 ± 0.26 t ha-1)에 비해 유의하게 높은 수량을 보였다. 양토에서도 유사한 경향이 나타나, SF (3.58 ± 0.38 t ha-1)와 FDP (3.05 ± 0.18 t ha-1)가 NF (1.66 ± 0.58 t ha-1)보다 높았다. 두가지 토성 모두에서 SF와 FDP는 NF와 유의미한 차이를 보였으나, 서로 간의 수확량에는 유의미한 차이는 나타나지 않았다. 이러한 결과는 질소 비료 투입 자체가 수량 증대의 주요 요인임을 보여주며, 깊이거름주기는 표면시비와 동등한 수준의 수량 확보가 가능함을 시사한다.
이전 연구들은 농경지에서 깊이거름주기의 비료사용효율 개선에 따라 작물 수확량이 증가하였다고 보고하였다 (Wu et al., 2021; Bhuiyan et al., 2023; Hong et al., 2023; Wang et al., 2023). 그러나 본 연구에서는 깊이거름주기의 수확량 개선 효과는 유의미하게 나타나지 않았다. 이러한 결과는 비료 투입 깊이가 원인일 수 있다. 옥수수의 경우 최적의 비료 투입 깊이는 연구마다 차이를 보이고 있으며, 연구별로 최대 15cm까지 달라질 수 있다 (Zhu et al., 2024). Chen et al. (2024) 연구에서 깊이 15cm에 비료투입을 통해 옥수수 수확량이 18% 증가하였다고 보고한 바 있으며, Wu et al. (2021) 연구에서도 옥수수 수확량은 5cm와 비교할 때, 15cm에서 5.68%, 25cm에서 13.83% 증가하였다고 보고하였다. 한편, Bhuiyan et al. (2023)의 메타분석 연구에서는 평균적으로 밭의 곡물 수확량은 질소 비료를 7cm에 투입했을 때 가장 효과적이라고 보고하였다. 이는 밭의 작물별 뿌리 깊이와 생육 특성이 다르기 때문에 양분흡수 구간이 다른 것에 기인한 결과로 판단된다. 이러한 결과는 작물별 깊이거름주기의 깊이와 관련한 연구의 필요성을 시사한다. 또한, 토성에 관계없이 깊이거름주기가 표준시비 대비 수량 손실 없이 유지되었다는 점은, 깊이거름주기가 잡초 억제 효과와 함께 수량 안정성을 동시에 확보할 수 있는 시비 방법임을 뒷받침한다.
Conclusion
본 연구에서 비료 심층시비는 표면시비에 비해 잡초 발생을 유의하게 억제하면서도 옥수수 수확량을 유지하여, 밭 재배 조건에서 실용적인 시비 대안으로 확인되었다. 잡초 군집다양성은 NF > SF > FDP 순으로 감소하였으며, 특히 양토에서 종수 (-39%) 감소 폭이 가장 커, 시비 위치에 따른 토양 자원 분포 변화가 잡초 군집 구조에 선택적 영향을 미친 것으로 판단된다. SF는 표층 가용성 질소의 일시적 증가로 잡초 생육을 촉진한 반면, FDP는 작물 근권의 질소 이용 효율을 높여 잡초 종수와 균등도를 동시에 감소시켰다. 토성별로는 양토에서 FDP의 잡초 억제 효과가 가장 뚜렷하였고, 사양토에서는 하부 (40 - 60 cm)에서 NO3‒-N축적이 관찰되어, 강우 ‧ 배수 조건 및 시비량을 고려한 질산염 용탈 관리가 필요하다.
따라서 FDP는 양토 조건에서 표층 질소의 급격한 증가를 완화하고 잡초 압력을 줄이는 데 효과적일 수 있으나, 그 효과의 크기와 지속성은 기상, 재배시기, 투입 깊이, 토양 물성 등에 따라 달라질 가능성이 있다. 또한 사양토에서는 표층 잡초 억제와 동시에 심층 질산염 축적 위험이 병존할 수 있으므로, 심층 질소 이동에 대한 보완적 관리가 요구된다. 본 연구는 시비 깊이를 30 cm로 고정하고, 토양 질소를 지하 60 cm까지 조사한 점에서 한계가 있었다. 향후 연구에서는 비료 투입 깊이와 토양 조사 범위를 세분화하고, 토양 가용성 질소량, 식물체 질소 흡수, 기체 및 수문학적 손실 지표를 통합한 다중 평가 (잡초 억제-수량-환경)를 통해 FDP의 적용 범위와 한계를 정량적으로 검증할 필요가 있다.
