본 연구는 농축산 부산물을 이용한 환경친화적 유기액비의 제조와 시용 기술을 개발하여, 채소의 고품질 친환경 안전농산물 생산기술을 확립하고자 돈분뇨 처리과정에서 한외여과막을 통과하고 역삼투막에서 역류되어 나오는 농축액비에 부족한 성분을 부산물, 화학비료와의 혼합액비가 배추 생육과 수량, 토양에 미치는 영향을 검토하고자 수행하였다. 시험구는 대조구의 검정시비량를 기준으로 막분리 농축액비(CS)와 부산물액비구(BF), 막분리 농축액비(CS)와 부산물액비 혼합액비시용구(CS%+BF), 농축액비와 부산물액비 혼합에 질소를 보충한 유기-화학비료 혼합액비시용구(CS+BF+N), 대조구로 화학비료 추비시용구(CF) 등 5처리를 완전임의 3반복으로 배치하였다. 결과를 요약하면 다음과 같다. 1. 막분리 농축액비(CS)는 발효과정 중 pH의 변화가 적었으나 부산물액비는 발효초기 pH가 7.0 부근에서 호기발효 후 2일 부터 pH가 지속적으로 낮아져 발효 후 3일에서 7일 사이에 5.0 정도로 저하되었다가 발효 후 9일 부터 상승하여 발효 후 14일에 약산성에서 중성 부근에 도달하였다. 부산물액비의 EC는 발효 시작 시점에 8dS/m에서 발효와 함께 계속 상승하여 발효 종료시점인 30일에는 15dS/m로 도달하였다. 2. 막분리 농축액비(CS)는 질소함량은 $1,528mg/{\ell}$, 칼리함량은 $6,025mg/{\ell}$로 질소 함량에 비하여 칼리 함량이 4배나 높은 불균형적인 양분조성를 나타내었다. 그러나 부산물액비는 T-N 함량은 $1,760mg/{\ell}$, $K_2O$ 함량이 $1,921mg/{\ell}$로 질소와 칼리 성분의 균형이 맞아 추비용비료로 적합한 성분특성를 나타내었다. 3. 주당엽수는 대조구 58.7개에 비하여 유기액비-화학비료 맞춤액비 시용구(CF+BF+N)에서 65.0개로 높았으나 막분리 농축액비(CS)의 엽수는 49.2개로 매우 낮았다. 주중과 구중은 막분리 농축액비처리구에서는 불균형적인 양분조성으로 2.33, 1.82kg로 대조구의 3.29, 2.43kg보다 각각 29, 25% 감소되었다. 부산물액비(BF), 혼합액비 처리구(CS+BF)에서의 주중과 구중은 화학비료 대조구와 대등하였다. 맞춤액비시용구(CS+BF%+N)에서의 주중과 구중은 3.55, 2.68kg로 대조구보다 각각 8, 10% 높았다. 4. 배추식물체와 토양의 무기성분 함량은 막분리 농축액비(CS)처리구에서 $K_2O$ 함량은 높게 나타났다. 맞춤액비구는 T-N 함량이 다른 처리구 보다 높은 경향이었다.
상수원 보호지역내 하성충적토의 사력질 벼 재배 논에서 표준시비 농가관행시비, 우분, 우분퇴비, 볏짚퇴비+화학비료감비, 볏짚환원+표준시비 그리고 무비구의 7처리를 하여 벼 재배 과정동안 시비관리방법에 따른 수량과 양분수지 특성을 조사하여 환경친화적 영농방법 설정을 시도하였다. 시비방법에 따른 정조수량은 추천시비구(100)와 우분구(100)에서 가장 우수하였으며, 화학비료 감비구(98) 볏짚환원구(98), 우분퇴비(94), 농가관행구(94) 순으로 감소하는 경향을 보였으나 처리간 통계적 유의성은 없었다. 질소수지는 농가관행구에서 $+39kg\;ha^{-1}$였으며. 유기물 처리구는 $+44{\sim}76kg\;ha^{-1}$로서 동일 포장조건에서 유기물 처리량이 증가할수록 양분수지의 +값이 커, 질소의 지하용탈량이 감소함을 알 수 있었다. 무기태 질소의 지하용탈량은 화학비료만 시용한 추천시비구($58kg\;ha^{-1}$)와 농가관행구($63kg\;ha^{-1}$)에서 가장 높았으며, 퇴비+화학비료 감비처리나 우분이나 우분퇴비로서 화학비료를 대체한 처리는($23{\sim}27kg\;ha^{-1}$) 화학비료 전용구(R. CF)의 절반 이하 수준($25kg\;ha^{-1}$)까지 줄일 수 있었다. 벼 재배기간중 인산의 지하용탈은 거의 없었다. 우분퇴비구(CMC)의 인산의 수지는 $+30kg\;ha^{-1}$으로 장기 연용에 따라 토양내 인산 축적이 가능성이 있을것으로 예측되며, 다른 처리의 인산 수지는 거의 0에 가까워 벼농사에서의 인산의 시비균형은 비교적 잘 이루어졌다. 칼리의 양분수지는 모든 처리에서 음(-)의 값을 보여 토양내 칼리가 용출되어 작물에 의해 흡수, 이용되고 있음을 알 수 있었다. 결과적으로 기존의 화학비료 위주의 추천시비 방식과 양평군 지역에서 주로 이용되고 있는 관행적 시비방법을 우분과 같은 유기질 비료로 적절히 대체 시용하거나, 볏짚퇴비의 환원 등을 통해 화학비료 사용량을 줄임으로써 벼의 수량을 높이면서 오염물질의 지하 유출을 크게 줄일 수 있었다.
본 시험은 혐기소화액을 후처리로 호기처리를 한 후 발생한 액비를 벼 재배 시 시용함으로써 벼 생육과 수량에 미치는 영향을 알아보기 위해 실시하였다. 벼 재배 시 사용한 액비는 혐기소화 후 배출된 혐기소화액을 후처리로 폭기처리(1 ㎥당 0.1 ㎥/air/min)를 한 후 생산한 액비로 돈분 액비(Liquid Swine manure; LSM), 돈·우분 액비(Liquid Swine/Cow Manure; LSCM), 돈분·사과착즙박 액비(Liquid Swine/Apple pomace Manure; LSAM)이며, 액비를 농도별(100%, 120%, 140%)로 처리구를 두었고 대조구로 화학비료를 처리구로 두었다. 발효액비 및 화학비료의 시용량은 와그너포트(1/5000a) 환경을 고려하여 표준시비량의 두배의 양을 시용량으로 설정하였으며, 발효액비는 질소를 기준으로 시용하였다. 1. 벼의 주당 수수는 화학비료 처리구가 15개로 가장 많았으나 수당 립수는 화학비료 처리구보다 발효액비 처리구들이 많았다. 천립중도 화학비료 처리구보다 발효액비 처리구들이 무거웠으며, 발효액비 시용량별 큰 차이는 없었다. 등숙률은 화학비료 처리구와 발효액비 처리구들과 차이를 보이지 않았다. 2. 벼의 수확량은 수치로 보면 화학비료 처리구가 782.8 kg/10a로 가장 많았으나 돈분 액비(LSM)와 돈·우분 액비(LSCM)의 경우 시용량과 관계없이 화학비료 처리구와 차이가 없었고, 돈분·사과착즙박 액비(LSAM)의 경우는 140% 처리구만 화학비료 처리구와 유의한 차이가 없었다. 3. 치환성 칼리는 시험 전 토양보다 모든 발효액비 처리구의 토양에서 시용량과 관계없이 증가하는 경향을 보였으며, 수치상으로 시용량이 많을수록 증가하는 경향을 보였다. 벼 재배 시 혐기소화발효액비를 시용할 경우 벼의 생산량과 시용 전 후 토양의 화학성을 종합해 볼 때 벼의 생산량은 모든 발효액비가 시용량에 따라 큰 차이를 보이지 않았으며, 벼의 생산 지수는 화학비료 처리구와 발효액비 처리구들과 차이를 보이지 않았다. 토양의 화학성 중 치환성 칼리는 시용량과 관계없이 시용 전보다 증가하는 경향을 보였으며, 시용량이 많을수록 수치상 증가하는 경향을 보였다. 따라서 혐기소화발효액비는 화학비료를 대체할 수 있을 것으로 보이며, 토양의 환경을 고려하여 발효액비를 과시용하는 것보다는 100%를 시용하는 것이 적정할 것으로 판단된다. 혐기소화 후 발생된 혐기소화액을 후처리 과정을 거쳐 발효액비를 생산해 작물 재배 시 시용한 연구가 많지 않으므로 농지에 시용하기 위해서는 추후 많은 연구가 필요할 것으로 보인다.
유기질비료 원료로서 가공계분은 질소, 인산, 칼리함량이 높고 본 연구는 수분조절제의 종류에 따라 다른 특성을 나타낸다. 본 연구는 수분조절제로서 톱밥과 피트모스를 혼합하여 발효한 두 종류의 가공계분을 혼합유기질비료의 원료로 이용하였을 때, 배합비율별 유기질비료의 이화학적 특성 및 작물생육 특성을 조사하였다. 톱밥이나 피트모스를 수분조절제로 첨가하여 발효시킨 가공계분이 함유된 혼합유기질비료는 가공계분이 10~30 % 함유된 혼합유기질비료에서 비료공정규격에 적합하였다. 톱밥 가공계분(PMCS)이나 피트모스 가공계분(PMCP)을 10~30 %정도 함유한 혼합유기질비료 처리구는 작물의 생육(건물중)이 증가하였다. 가공계분별 배합비율과 작물생육지수와 상관관계를 조사한 결과, PMCS 함유 혼합유기질비료와 작물의 생육 지수에서 영향을 미치지 않았고, PMCP 함유 혼합유기질비료의 시비는 작물의 생육 및 생산량이 증가하였다(P<0.05). 이들 결과를 종합할 때, 가공계분은 혼합유기질비료의 원료로 사용이 가능하였고, 혼합유기질비료 중 가공계분의 적정함유량은 10~30 %였으며, 시비에 의해 작물 생육이 증가하였다.
두물차의 수량은 관행시비 (4회 분시)에 비해 완효성 비료 9월, 3월 분시 2회 와 3월 1회 분시는 수량차가 없었으나 9월 1회 분시는 감수되었다. 관행시비에 비해 완효성비료 2회 분시가 총 질소, 총 아미노산은 많았고, tannin과 caffeine 함량은 적은 경향이었으며 엽록소, 비타민 C, 유리당 함량과 감칠맛 주성분인 theanine 함량은 차이가 없었다. 형상, 향, 맛 등 제다품질은 완효성 비료 2회 분시가 1회 분시나 관행 시비 (4회 분시)에 비해 우수하였다. 그러나 완효성 비료처리는 토양비료성분 중 질소, 인산, 칼리의 효율성을 향상시켜 차잎 수량 및 품질을 증가시킨다고 생각된다.
동일비료를 장기연용한 토양에서 벼를 단작으로 재배하여 비료의 시용에 따른 벼 품종간 근권 세균 및 방선균의 밀도와 우점균을 조사하였다. 비료는 3요소(NPK)를 기본으로 하여 무질소(PK), 무인산(NK) 무칼리(NP) 및 NPK+퇴비를 처리하였다. 벼의 근권 미생물 밀도는 품종에 따라서는 큰 차이를 보이지 않았고 시용비료에 의해 약간의 차이를 보였는데 세균은 감소하고 방선균은 증가하는 경향을 나타내었다. 근권 미생물의 분포상에는 유기물의 영향이 뚜렷하여 방선균의 경우 NPK+퇴비구 처리구에서 가장 높은 균 밀도를 나타냈다. 배양가능한 호기성 세균에서는 Bacillus속의 B. megaterium, B. mycoides, B. licheniformis, B. subtilis 등이, 방선균에서는 Streptomyces속의 S. spororaveus, S. canus, S. tauricus, S. galbus 등과 Micromonospora속이 우점하여 분포하였다.
2년 간의 온실실험을 통하여 벼, 콩, 배추, 무의 생육초기에 $^{54}Mn,\;^{60}Co,\;^{85}Sr\;and\;^{137}Cs$의 혼합용액을 산성 양질사토로 상층부를 채운 재배강자내 담수 또는 토양의 표면에 가한 후 비료용 염화칼리와 소석회를 각각 $m^2$당 200g 및 83g 수준으로 동시에 처리하고 흡수억제 효과를 조사하였다. 칼리와 석회 처리시 각 핵종의 작물체 부위간 농도분포 및 작물에 따른 흡수양상의 변화는 대체로 무처리시와 비슷한 경향이었다. 토양-작물체간 핵종의 전이계수는 칼리와 석회 처리에 의해 벼에서는 $^{85}Sr$와 $^{137}Cs$, 배추에서는 네 핵종 모두, 무에서는 $^{54}Mn,\;^{60}Co,\;and\;^{137}Cs$의 경우 생육장해 없이 왜 크게 감소하였으나 이밖의 경우에는 감소효과를 인정할 수 없었다. 벼에서 전이계수의 감소 정도는 $^{85}Sr$가 60% 정도로 가장 컸고 배추와 무에서는 $^{54}Mn$가 80% 정도로 가장 컸다. 본 연구결과는 작물 생육중 농경지의 방사능 오염시 대책 수립을 위한 기초정보로 이용될 수 있다.
시설수박 재배시 안정적 수량확보와 과다시비에 따른 환경오염을 방지하기 위해 유기질비료의 적정 시비기준을 마련하고자 유기질비료인 혼합유박과 혼합유기질비료를 이용하여 시험을 수행하였다. 시험에 사용한 유기질비료는 혼합유박이 질소 3.9%, 인산 2.0%, 가리 0.9%, 혼합유기질비료는 질소 4.1%, 인산 2.1%, 가리 1.1%로 수박의 엽면적은 2가지 비종 모두에서 질소기준 0.5배량과 0.3배량 수준의 처리구가 화학비료 단용처리구와 비슷한 수준을 보였으며, 엽중 양분흡수량 및 수박의 과중과 당도는 가장 크게 나타났다. 수확 후 시험토양은 2가지 비종 모두에서 밑거름으로 50%와 30% 수준으로 시용하고, 웃거름으로 화학비료를 이용한 경우가 EC, 유효인산, 치환성 칼리 함량이 시험전에 비해 비슷하거나 낮아져 다른 처리에 비하여 시설하우스 토양의 염류집적 우려가 적었다. 이에 따라 시설수박 재배시 혼합유박이나 혼합유기질 비료의 적정시비량은 토양검정 질소시비량의 0.3~0.5배량 수준을 정식전 밑거름으로 사용하고, 나머지 양은 화학비료를 웃거름으로 관비를 통해 공급하는 것이 3~10%의 수량 증가 효과가 있었다.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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