Article

Korean Journal of Soil Science and Fertilizer. 31 May 2022. 93-101
https://doi.org/10.7745/KJSSF.2022.55.2.093

ABSTRACT


MAIN

  • Introduction

  • Materials and Methods

  •   시험포장과 경종개요

  •   시험구 처리내용

  •   토양 및 식물체 분석

  •   비료 이용효율 및 비료 회수율

  •   통계분석

  • Results and Discussion

  •   질소 시용량에 따른 생육 및 수량

  •   인산 시용량에 따른 생육 및 수량

  •   칼리 시용량에 따른 생육 및 수량

  •   알타리무 비료이용효율

  • Conclusions

Introduction

한국 농업은 1960년대 초부터 화학비료, 합성농약 투입과 농기계 사용 등 증산 위주의 농업기술 실천으로 농업 생산성은 비약적으로 향상되었으나 염류 집적, 지하수 오염, 생태계 파괴 등 농업 환경 유지에 중대한 저해 요인을 유발하는 결과를 가져왔다 (Jeong et al., 1998).

한국 농업에서 중요한 역할을 해온 직접지불제가 농업환경보전을 위해 2020년 5월 1일부터 ‘농업 ‧ 농촌 공익기능 증진 직접지불제도 (이하 공익직불제)’로 개편되면서 농업인이 공익직불금을 수령하기 위해서는 적정 비료사용이 의무화되었다 (NAQS, 2020). 현재 각 지자체에서는 농업인의 비료사용 준수 및 합리적 시비를 위해 흙토람 (비료사용처방 프로그램)을 통해 비료사용처방서를 발급하고 있으나, 비료사용기준이 설정되지 않은 소면적 재배 작물의 경우 적정 비료사용량 처방이 어려워 비료사용기준 설정이 필요하다.

알타리무 (Raphanus sativus L. var. Altari)는 서울봄무를 개량하여 육성한 무로 잎과 뿌리에 비타민 A와 C가 많이 들어있으며, 김장용 무와 더불어 총각김치용으로 각광 받고 있다 (RDA, 2017). 알타리무는 1980년 이후 교배종으로 바뀌어 연중재배가 가능해졌으며, 2021년 재배면적은 1,374 ha로 우리나라에서 중요하게 생각하는 뿌리 채소 중 하나이다 (RDA, 2017; KOSIS, 2021).

알타리무 역시 비료사용기준이 설정되어 있지 않은 소면적 작물로 환경을 보전하면서 생산성을 높이기 위해서는 비료 3요소의 적정 시비 기준 설정이 필요하다. 비료 3요소 중 질소는 무의 생장과 수량반응에 밀접하게 관여하며 질소 시비량이 증가할수록 수량이 증가한다고 하였으며 (Sounda et al., 1989), 질소 시비량 시험에서 200 kg ha-1 질소 시비구에서 최대 수량을 보였으며 시비량이 그 이상 증가하면 수량은 오히려 감소하는 결과가 보고된 바 있다 (Jilani et al., 2010). 인산의 경우 시비 후 대부분이 토양입자에 흡착되어 이동성이 낮은 형태로 존재하는 반면에 칼리는 이동성이 매우 높은 것으로 알려져 있다 (Kwon et al., 1998; Lee et al., 2009). 약용작물인 바위돌꽃의 시비량 시험에서 인산 80 kg ha-1 시비구, 칼리 30 kg ha-1 시비구에서 뿌리의 최대 수량을 보였으며 그 이상 증가하면 점진적으로 감소하는 경향을 보였다 (Lee et al., 2009). 칼리 시비량이 무와 당근의 수량에 미치는 영향을 조사한 연구에서 토양 중에 있는 칼리 성분은 식물이 쉽게 흡수하여 이용하지만 시비한 칼리는 수량을 감소시키는 경향을 보였고, 시비한 칼리 비료는 식물체 내 질소함량에 영향을 주지 않는다고 보고하였다 (Ronald, 1952).

본 연구에서는 공익형 직불제에 대응하여 시비 기준이 설정되어 있지 않은 알타리무 재배 시 적정 비료사용기준을 마련하기 위해 질소, 인산, 칼리질 비료를 수준별로 처리하여 비료 3요소가 알타리무 생육 및 수량에 미치는 영향을 구명하고자 수행하였다.

Materials and Methods

시험포장과 경종개요

본 시험은 충청남도 예산군 충남농업기술원에서 조성된 시험포장에서 수행되었다. 시험포장의 토양은 예산통으로 황적색의 식양토 이었으며, 토양 화학성은 일반 밭토양에 비해 pH, 유기물, 유효인산 및 치환성 양이온 함량이 다소 낮았다 (Table 1). 알타리무는 충남 재배 주산지에서 가장 많이 사용하는 화명 품종으로 9월 16일 파종하여 11월 5일에 수확하였다. 처리구는 구당 면적 24 m2 (총면적 1,280 m2)로 난괴법으로 배치하였으며, 처리구당 3반복씩 토양과 식물체를 채취하여 분석하였다.

Table 1.

Soil physicochemical properties before fertilizer application.

Soil texture pH
(1:5)
EC
(ds m-1)
OM
(g kg-1)
Avail. P2O5
(mg kg -1)
Exch. cations (cmolc kg-1)
K Ca Mg
Clay loam 5.6 0.6 17.1 124 0.44 4.6 1.4

시험구 처리내용

시험구는 2021년 충남 재배 주산지 31농가의 비료 사용량을 조사하여 평균 비료 사용량인 N-P2O5-K2O (113-83-73 kg ha-1)를 기준으로 질소, 인산, 칼리구 각각 0, 50, 100, 150, 200% 수준으로 처리하였다. 질소구는 인산과 칼리, 인산구는 질소와 칼리, 칼리구는 질소와 인산 시용량을 100%로 고정하였으며, 비료 시용은 질소비료는 요소, 인산은 용성인비, 칼리는 염화칼리로 작물 재배 전 전량 밑거름으로 처리하였다.

토양 및 식물체 분석

토양 및 식물체는 국립농업과학원의 분석법 (NIAST, 2000)에 준하여 분석하였다. 토양의 토성 분석은 비중계법 (Gee and Bouder, 1986)을 이용하였고, 토성 분류기준은 미농무성법을 따랐다. 토양의 화학적 특성은 2 mm체를 통과한 풍건시료로 토양과 증류수를 1:5 비율로 혼합하여 30분간 진탕 시킨 후 pH와 EC를 측정하였고, 토양유기물은 Tyurin법, 유효인산은 Lancaster법, 치환성 양이온은 1N NH4OAc (pH.7.0) 완충용액으로 침출하여 유도결합플라즈마 분광광도계 (ICP, Varian ESP-730)로 분석하였다. 식물체 분석은 알타리무 수확기에 식물체를 70°C에서 건조한 후 분쇄한 시료를 산 분해 용액 (HCIO4:H2SO4 = 10:1)으로 습식 분해하여 T-N은 켈달 증류로 분석하였고, P2O5는 Vanadate법, K2O는 유도결합플라즈마 분광광도계로 분석하였다.

비료 이용효율 및 비료 회수율

비료 시용수준에 의한 알타리무 비료 이용효율과 비료 회수율을 구하기 위하여 아래의 식을 적용하였다 (Baligar et al., 2001).

• 비료 회수율을 구하기 위한 알타리무의 흡수량은 식물체의 질소, 인산, 칼륨 함량을 분석하고, 전체 건물중을 곱하여 산정하였다.

• 비료 이용효율 (fertilizer use efficiency, kg kg-1) = (비료 시용구의 건물수량 (kg) - 무비구의 건물수량 (kg)) / 비료 시용량 (kg)

• 비료 회수율 (fertilizer recovery, %) = (비료 시용구의 흡수량 (kg) - 무비구의 흡수량 (kg)) / 비료 시용량 (kg) × 100

통계분석

본 시험의 통계분석은 SAS 9.4 (Statistical Analysis System Institute Inc., Cary, USA) 프로그램을 이용하여 분석하였으며, 처리간 유의성은 Duncan’s Multiple Range Test를 이용하여 검정하였다.

Results and Discussion

질소 시용량에 따른 생육 및 수량

알타리무를 수확하면서 질소 시용 수준별 조사한 생육특성 및 수량은 Table 2에서 보는 바와 같다. 전반적으로 질소 무처리구를 제외하고 처리량에 따라 지상부와 지하부 생육에 통계적 차이는 없었지만 질소 시용 100 - 150%까지 생육이 증가하다가 그 이후에는 감소하는 경향을 보였다. 수량은 지하부와 전체 수량 모두 질소 시비량이 증가함에 따라 질소 100%까지 증가하다가 그 이후 감소하는 경향을 보였으며, 질소 100%에서 지하부와 전체 수량은 각각 48 Mg ha-1, 80.2 Mg ha-1로 가장 높은 수량을 보였다. Blumenthal et al. (2008)은 질소 시용량이 과다하면 지하부나 뿌리 크기가 작아지고, 생육이 미숙해져 수량이 감소한다고 하였으며, Albornoz (2016)는 질소 과잉 흡수가 다른 이온의 흡수를 방해하고, 2차 대사산물을 감소시켜 결과적으로 수량 감소로 이어질 수 있다고 보고하였다. Jilani et al. (2010)의 무에 대한 질소 시비 시험과 Lee et al. (2016)의 우엉에 대한 질소 시비 시험에서 질소 시용량이 증가함에 따라 수량이 증가하다 일정량 이후에는 수량이 감소하여 본 연구결과와 비슷한 경향을 보였다. 질소 시용량과 알타리무 수량과의 관계식은 질소 시용량에 따라 수량이 증가하다가 감소하는 2차방정식의 형태로 나타났으며, 이 식에 의하면 질소 140 kg ha-1에서 최고수량을 생산하는 것으로 나타났다 (Fig. 1).

Table 2.

Growth characteristics and yields of ‘Altari’ radish by different amounts of N application.

N
application
(%)
Number of
leaves
(No.)
Leaf
length
(cm)
Leaf
width
(cm)
Root
length
(cm)
Root
diameter
(cm)
Yields (Mg ha-1)
Root Total
0 8.0 b 32.5 a 8.2 b 7.6 b 3.8 b 30.8 b 46.7 c
50 8.6 ab 39.6 a 9.2 ab 8.2 ab 4.3 a 33.7 b 55.1 bc
100 9.2 a 42.5 a 9.6 a 8.9 a 4.5 a 48.0 a 80.2 a
150 9.3 a 42.2 a 9.9 a 9.0 a 4.4 a 40.3 ab 67.3 ab
200 9.2 a 55.7 a 9.5 a 8.8 a 4.2 a 37.8 ab 64.5 abc

Within each variable, means followed by the same letter are not differ significantly at p < 0.05 (DMRT).

/media/sites/ksssf/2022-055-02/N0230550201/images/ksssf_55_02_01_F1.jpg
Fig. 1

Yield of ‘Altari’ radish by N fertilization rates.

인산 시용량에 따른 생육 및 수량

알타리무를 수확하면서 인산 시용 수준별 조사한 생육특성 및 수량은 Table 3에서 보는 바와 같다. 지상부 생육에서 무처리구를 제외하고 처리량에 따라 통계적 차이는 없었지만 지하부 근장과 근경에서 인산 시용 100%에서 각각 8.9 cm, 4.5 cm로 유의성 있는 높은 값을 보였다. 수량은 지하부와 전체 수량 모두 시비량이 증가함에 따라 인산 100%까지 증가하다가 그 이후 감소하여 질소 처리구와 같은 경향을 보였으며, 인산 100%에서 지하부와 전체 수량은 각각 48 Mg ha-1, 80.2 Mg ha-1로 가장 높은 수량을 보였다. Woltz (1960)Kim et al. (2005)은 인산이 결핍 시 작물생육 억제로 생체중이 감소한다고 하였고, Kang et al. (2003)Lee et al. (2009)은 인산 시용량에 따라 수량이 증가하다가 과잉 시 감소하는 연구결과를 보였는데 본 연구결과와 같은 경향을 보였다. Kang et al. (2003)은 인산 시용량 증가로 식물체의 인산함량이 높을 경우 식물체 내 철의 용해도를 감소시키며, 아연의 흡수와 대사를 방해 할 수 있어 (Jones et al., 1991), 양분의 길항작용이 수량이 감소되는 요인일 수 있다고 보고했다. 인산 시용량과 알타리무 수량과의 관계식은 인산 시용량에 따라 수량이 증가하다가 감소하는 2차방정식의 형태로 나타났으며, 이 식에 의하면 인산 86 kg ha-1에서 최고수량을 생산하는 것으로 나타났다 (Fig. 2).

Table 3.

Growth characteristics and yields of ‘Altari’ radish by different amounts of P2O5 application.

P2O5
application
(%)
Number of
leaves
(No.)
Leaf
length
(cm)
Leaf
width
(cm)
Root
length
(cm)
Root
diameter
(cm)
Yields (Mg ha-1)
Root Total
0 9.0 b 41.6 a 8.9 b 7.7 b 3.9 b 36.8 b 64.8 b
50 9.6 a 44.2 a 9.3 ab 8.0 b 4.1 b 37.3 b 68.5 b
100 9.2 ab 42.5 a 9.6 a 8.9 a 4.5 a 48.0 a 80.2 a
150 9.3 ab 43.0 a 9.4 ab 7.8 b 4.1 b 36.4 b 70.5 ab
200 9.2 ab 43.3 a 9.1 ab 7.7 b 4.1 b 35.3 b 65.5 b

Within each variable, means followed by the same letter are not differ significantly at p < 0.05 (DMRT).

/media/sites/ksssf/2022-055-02/N0230550201/images/ksssf_55_02_01_F2.jpg
Fig. 2

Yield of ‘Altari’ radish by P2O5 fertilization rates.

칼리 시용량에 따른 생육 및 수량

알타리무를 수확하면서 칼리 시용 수준별 조사한 생육특성 및 수량은 Table 4에서 보는 바와 같다. 수확기 생육특성은 질소, 인산 무처리구는 처리구 보다 유의적으로 생육이 저조한 결과를 보인 반면 칼리 무처리구는 처리구와 유의적 차이가 없었다. 수량은 지하부와 전체 수량 모두 시비량이 증가함에 따라 칼리 100%까지 증가하다가 그 이후 감소하는 경향을 보였으며, 칼리 100%에서 지하부와 전체 수량은 각각 48 Mg ha-1, 80.2 Mg ha-1로 가장 높은 수량을 보였다. Mullins et al. (1992)은 칼륨이 수체 내에 결핍되면 영양생장이 불량해져 수량이 감소한다고 보고하였고, Lee et al. (2009)은 과다한 화학비료 시비는 토양 내 염류 집적을 초래하고 고염류 조건하에서는 생육이 불량해지고 양분 문제 발생으로 바위돌꽃의 뿌리수량이 감소한 것 같다고 보고하였다. Lee et al. (2009)의 바위돌꽃 칼리 시비 연구, Lim et al. (2001)의 절화장미 칼리 관비 연구, Kim et al. (2002)의 삼백초 3요소 시비 연구, Kang et al. (2011)의 노지포도 칼륨 관비 연구에서 칼리 시용량에 따라 수량이 증가하다가 과잉 시 감소한다고 보고하였는데, 본 연구결과도 같은 경향을 보였다.

Table 4.

Growth characteristics and yields of ‘Altari’ radish by different amounts of K2O application.

K2O
application
(%)
Number of
leaves
(No.)
Leaf
length
(cm)
Leaf
width
(cm)
Root
length
(cm)
Root
diameter
(cm)
Yields (Mg ha-1)
Root Total
0 9.5 a 42.1 a 9.4 a 8.5 a 4.3 a 34.5 c 61.1 b
50 9.1 a 41.3 a 9.2 a 8.4 a 4.3 a 38.2 bc 63.9 b
100 9.2 a 42.5 a 9.6 a 8.9 a 4.4 a 48.0 a 80.2 a
150 9.0 a 42.1 a 9.6 a 9.0 a 4.5 a 41.7 b 68.0 b
200 9.5 a 41.9 a 9.2 a 8.1 a 4.2 a 37.4 bc 68.1 b

Within each variable, means followed by the same letter are not differ significantly at p < 0.05 (DMRT).

칼리 시용량과 알타리무 수량과의 관계식은 칼리 시용량에 따라 수량이 증가하다가 감소하는 2차방정식의 형태로 나타났으며, 이 식에 의하면 칼리 87 kg ha-1에서 최고수량을 생산하는 것으로 나타났다 (Fig. 3).

/media/sites/ksssf/2022-055-02/N0230550201/images/ksssf_55_02_01_F3.jpg
Fig. 3

Yield of ‘Altari’ radish by K2O fertilization rates.

알타리무 비료이용효율

질소, 인산, 칼리 시용수준별 알타리무의 비료 이용효율과 비료 회수율은 Table 5에서 보는 바와 같다. 비료 이용효율은 비료 1 kg당 생산된 작물의 건물수량 (kg)을 의미하는데, 질소 이용효율은 질소 100% 처리구에서 가장 높았고 질소 시용량이 많아질수록 감소하였다. 비료로부터 알타리무가 흡수한 질소 비율인 회수율 또한 질소 100% 처리구에서 가장 높았고, 시용량이 많아질수록 감소하였다. 질소 200% 처리구의 질소 회수율은 100% 처리구의 60% 수준으로 떨어졌으며, 이것은 시용한 질소 비료를 농작물이 이용하는 양보다 토양 중에 남아있거나 손실되는 양이 많다는 것을 의미한다 (Garnett et al., 2009). 그러므로 질소 100% 처리구에서 경제적으로 수량을 생산할 수 있다고 판단된다. 인산 시용구의 경우 인산 이용효율은 100% 처리구에서 높았으나, 인산 회수율은 3.8 - 17.7% 정도로 낮게 나타났으며 50% 처리구에서 가장 높았다. Hartemink and Johnston (1998)은 토란 수확기에 인산 흡수량은 질소의 30%, 칼리의 14% 수준이라고 보고 하였고, 본 시험에서도 인산 흡수량이 질소, 칼리에 비해 상대적으로 낮기 때문에 인산 회수율도 질소와 칼리 회수율에 비해 미비한 것으로 판단된다. 인산 회수율은 50% 처리구에서 높았지만 100% 처리구에서 인산 이용효율 및 수량이 가장 높아 인산 100% 처리구에서 경제적으로 수량을 생산할 수 있다고 판단된다. 칼리 처리구도 질소 처리구와 비슷한 경향을 보였으며, 칼리 회수율은 100% 처리구에서 83.4%로 가장 높았다. 질소, 인산, 칼리 중 이용효율과 회수율이 칼리 처리구에서 가장 높았는데, 뿌리 작물은 주로 탄수화물을 합성하고 칼륨이 중요한 역할을 하여 칼리 요구량이 높다는 연구결과와 일치하였다 (Jansson, 1980). 칼리 처리구는 질소와 마찬가지로 100% 처리구에서 수량과 회수율이 가장 높아 경제적 수량을 생산할 수 있다고 판단된다.

Table 5.

Fertilizer use efficiency and fertilizer recovery of ‘Altari’ radish by NPK application rate.

N treatments P2O5 treatments K2O treatments
N
(%)
FUE
(kg kg-1)
FR
(%)
P2O5
(%)
FUE
(kg kg-1)
FR
(%)
K2O
(%)
FUE
(kg kg-1)
FR
(%)
50 6.1 70.1 50 14.5 17.7 50 18.3 83.7
100 21.3 76.5 100 19.8 9.1 100 23.3 83.4
150 7.0 61.7 150 8.9 10.5 150 1.9 42.0
200 5.0 45.7 200 2.0 3.8 200 2.5 36.2

FUE, fertilizer use efficiency.

FR, fertilizer recovery.

Conclusions

본 연구는 비료사용기준이 설정되어 있지 않은 소면적 작물인 알타리무 비료사용기준 마련을 위해 질소, 인산, 칼리 시용 수준에 따른 알타리무 생육, 수량 및 비료 이용효율 분석하였다. 질소의 경우 수량과 질소 이용효율은 질소 시용량이 100%까지 증가하다가 그 이후 감소하는 경향을 보였으며, 질소 시용량에 따른 수량 관계식에 의하면 질소 140 kg ha-1에서 최고 수량을 생산하는 것으로 나타났다. 인산의 경우 회수율은 50% 처리구에서 가장 높게 나왔지만 지하부 생육, 수량 및 인산 이용효율은 인산 시용량이 100%까지 증가하다가 그 이후 감소하는 경향을 보여, 인산 100% 처리구에서 경제적으로 수량을 생산할 수 있을 것으로 판단된다. 인산 시용량에 따른 수량 관계식에 의하면 인산 86 kg ha-1에서 최고 수량을 생산하는 것으로 나타났다. 칼리의 경우 수량과 칼리 이용효율은 칼리 시용량이 100%까지 증가하다 그 이후 감소하는 경향을 보였으며, 칼리 시용량에 따른 수량 관계식에 의하면 칼리 87 kg ha-1에서 최고 수량을 생산하는 것으로 나타났다. 본 연구 결과는 단년에 이루어져 경제적 수량을 고려한 알타리무의 적정 비료사용 기준을 정확히 평가하기 위해서는 주산지를 포함하여 여러 토양특성 및 환경조건에서 지속적으로 연구가 수행되어야 할 것이다.

Acknowledgements

This work was carried out with the support of Cooperative Research Program for Agriculture Science & Technology Development (PJ015577), Rural Development Administration, Republic of Korea.

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