본 연구는 환원증류법을 사용하여 축사, 매립지, 시설재배지 등 높은 수준의 질산태 질소로 오염된 토양의 질산태질소 함량을 정확히 측정하는데 있어서, Devarda's alloy 의 입자 크기가 질산태 질소의 회수율에 미치는 효과와 Devarda's alloy의 처리량과 환원된 질산태 질소의 양과의 상관관계, 고농도의 질산태 질소를 함유한 토양 추출액의 정확한 분석을 위한 적절한 접근방법을 파악하고자 수행되었다. 본 연구에서 시험된 각 Devarda's alloy는 입자 크기의 분포가 서로 달랐으며, 이는 다소 높은 질산태 질소 조건인 1 mg과 2 mg $NO_3$-N에서 서로 다른 질산태 질소 회수율로 반영 되었다. 한편, 고농도의 질산태 질소 조건에서는 모든 Devarda's alloy들이 용액 중 질산태 질소의 함량이 증가할수록 급격히 질산태 질소의 회수율이 감소하는 경향을 보였으나, 시험된 모든 Devarda's alloy들은 예상과 달리, 단위 질량 당 환원된 질산태 질소의 양이 용액중 질산태 질소의 양에 비례하여 감소하는 경향을 보였다. 이상의 연구결과들은 높은 수준의 질산태 질소로 오염된 토양 시료를 안정적으로 분석하기 위해서는 Devarda's alloy의 입자 크기 분포를 감안한 충분한 처리, 그리고 두 수준 이상의 Devarda's alloy를 처리한 후 회수된 질산태 질소량 변화를 살피는 것이 필요하다는 것을 제시한다. 아울러, 본 연구에서 발견된 질산태 질소량의 화학적 비당량성은 앞으로의 연구를 통해 보다 자세히 조사되어야 할 것으로 사료된다.
무의 재배시 사용되는 질소비료의 형태, 시비량, 제초제농도가 무의 부위별 질산태질소의 함량, 질산 환원효소 활성 및 생육에 미치는 영향을 조사한 결과는 다음과 같다. 1. 질산태 질소비료가 암모니아태 질소비료 보다 무의 생육에 더 효과적이었으며, 질산태질소의 함량의 경우 무의 엽병과 엽에서는 파종후 25일경에, 뿌리에서는 32일${\sim}$39일 사이에서 높게 나타났다. 2. 또한 무의 부위별 질산태질소 함량은 엽병, 뿌리, 그리고 엽의 순서로, 질산환원효소 활성은 엽병, 엽, 그리고 뿌리순서로 높게 나타났다. 제초제 Alachlor의 농도가 증가함에 따라 무에서의 질산태질소 함량이 증가하는 경향이었으며, 질산환원효소 활성도 같은 경향이었다.
자연계에 있어서 질소는 대기중의 분자상질소를 비롯하여 초산, 암모니아와 같은 무기태질소, 단백질, 핵산 등의 유기태질소 등 다양한 형태로 존재하며 생물권내에서 흡수, 고정, 대사, 분해되는 등 다양한 순환을 거듭하고 있다. 대기중의 분자상질소는 Rhizobium, Azotobacter, Klebsielle, Clostridium, Blue-green algae 및 광합성세균 등에 의해 고장되어 암모니아의 형태로 환원된다. 한편 대부분의 식물들은 초산이나 암모니아 형태의 질소를 흡수 동화하여 핵산, 단백질을 만들고 이들 구성물은 사후 암모니아로 재분해 된다. 또한 동식물의 유체내지는 배설물들도 각기 분해되어 암모니아의 형태로 변화되는데 이와같은 일련의 질소순환(nitrogen cycle)은 초화세균, 탈질세균 내지는 질소고정균등 대부분의 미생물에 의해 크게 지배를 받고 있다.
암모니아를 아질산또는 질산으로 산화시키는 과정인 질화작용(nitrification)은 암모니아와 함께 또 하나의 식물및 미생물에 대한 질소원인 질산의 농도를 증사시켜 생물의 생장을 뒷받침하기도 하나(Fenchel and Blackburn, 1979) 생물체의 질소원에 있어서 세가지의 불이익을 초래하기도 한다. 질산은 암모니아와는 달리 토양이나 저질토(sediment)의 cation exchange site에 흡착되지 않으므로 쉽게 손실된다(Greenland, 1958). 또 무산소상태에서는 탈질화과정 (denitrification)에 의하여 기체질소로 환원되어 생태계내에서 사라진다 (Broadbent and Clark, 1965). 끝으로 질산태의 질소가 생물체내의 질소의 주 형태인 아미노산의 질소로 되기 위해서는 암모니아로 환원되어야 하므로 질산의 동화는 상대적으로 많은 에너지를 필요로한다.
풋거름 작물인 크로탈리라아의 토양환원이 후작물 딸기 '설향'의 생육과 수량 그리고 토양 중 무기태질소 함량에 미치는 영향을 평가하고자 하였다. 시험은 무질소구, 크로탈라리아 처리구, 크로탈라리아 및 50% 요소처리구, 100% 요소처리구 등 4처리를 두었다. 딸기 재배를 위한 표준 질소 시비량의 100%와 50% 질소 공급량은 각각 8.6 및 $4.3kg{\cdot}10a^{-1}$이었다. 크로탈라리아는 2011년 6월 17일에 파종하여 37일간 재배한 후 토양에 다시 환원하였으며, 환원된 크로탈라리아 질소량은 $10.4kg{\cdot}10a^{-1}$이었다. 딸기는 9월 9일에 정식 후 255일간 재배하였다. 크로탈라리아의 토양환원이 크로탈라리아 및 50% 요소처리구와 100% 요소처리구와 비교하여 딸기의 산도에서 유의성은 없었지만 당도와 산도를 증가시키는 결과를 보였다. 하지만 크로탈라리아 처리는 최대의 수량을 나타낸 크로탈라리아 및 50% 요소처리구와 100% 요소처리구와 비교하여 딸기의 생육과 수량은 감소하였다. 딸기 재배기간 동안 토양의 무기태 질소 함량은 크로탈라리아 처리에서는 꾸준히 감소하여 딸기 재배가 끝나는 무렵에는 $24mg{\cdot}kg^{-1}$를 나타낸 반면에 크로탈라리아 및 50% 요소처리구와 100% 요소처리구에서의 토양의 무기태 질소 함량은 $35-50mg{\cdot}kg^{-1}$수준을 유지하였다. 딸기의 질소 이용효율은 크로탈라리아 처리구에서 15.1%이었고 크로탈라리아 및 50% 요소처리구와 100% 요소처리구의 질소 이용효율은 각각 20.3%와 36.6%로서 크로탈라리아의 질소 이용효율이 크로탈라리아 및 50% 요소처리구와 100% 요소처리구의 질소 이용효율보다 낮았다. 이러한 결과로부터 크로탈라리아의 토양환원만으로는 딸기의 최대 수량을 얻지 못할 수 있다. 그러므로 크로탈라리아의 토양환원 후 추가적인 질소 공급이 필요하다는 결론을 얻을 수 있었다. 크로탈라리아 토양 환원시 표준 질소 시비 추천량의 50%를 화학 질소 비료로 추가로 투입할 경우 100% 요소처리구와 비슷한 토양의 무기태 질소 함량 $35-50mg{\cdot}kg^{-1}$ 수준을 유지함으로써 딸기의 최대수량을 얻을 수 있을 것으로 판단된다.
녹비 작물의 이용은 화학비료의 사용을 대체하고 물질순환에 의한 안전한 농작물 생산을 가능하게 할 수 있다. 이에 본 연구는 바이오디젤 생산의 원료로 이용되는 유채 종자의 유채의 녹비 환원에 의한 질소무기화 및 옥수수의 질소 흡수 389 수확 후 잔유물의 녹비 이용 가능성을 평가하였다. 유채 수확 후 잔류물의 질소함량은 0.53%로 낮았으며 탄질율은 63으로 나타났다. 유채 잔유물의 부숙기간 없이 환원 직후 파종한 처리구는 옥수수의 질소 흡수를 지연시켰으며, 생육에서도 30일간 부숙기간을 설정한 처리구의 옥수수보다 억제되어 유채 잔유물의 녹비 환원 직후 후작물의 파종은 주의해야 할 것으로 판단되었다. 유채 잔유물의 녹비 환원 90일 후 질소무기화는 암모늄태 질소(24.2mg/kg)보다 질산태 질소(58.4mg/kg)에서 높았으며, 방출된 무기태 질소에 대한 옥수수의 흡수 및 이용량은 부숙기간 없이 환원 직후 파종한 처리구와 30일간 부숙기간을 설정한 처리구에서 각각 86%와 88%로 나타났다.
사료용 옥수수에 대한 동계호밀 재배 및 헤어 리베치 녹비의 영향을 규명하기 위하여 동계호밀, 헤어리베치 녹비, 동계휴한의 세 작부체계에 질소 수준을 100, 200kgN/ha를 각각 두어 토양의 질산 태 질소와 옥수수의 수량 및 질소 흡수량의 차이 를 살펴 본 결과는 다음과 같다. 옥수수 파종직전 호멸을 재배한 구는 토양의 질산태 질소량은 동 계 휴한구보다 다소 감소하였으나 헤어리베치 재 배구는 동계 휴한구와 큰 차이가 없었다. 베치녹 비구는 옥수수 질소추비기 및 수확기에 토양 질 산태 질소가 증가하여 동계 휴한구나 호밀잔사구 보다 평균 60~70 kgN/ha의 질산태 질소가 많았으며 베치를 녹비로 환원하고 질소비료를 200 k kgN/ha 시용하였을 때 100 kgN/ha 내외의 질산태 질소가 옥수수에 흡수되지 못하고 수확기 에 토양 에 잔류하였다. 옥수수 수량 및 종실의 질소 함량은 세 작부체계 모두 질소비료 100 kgN/ha 이상 에서는 증가하지 않았지만 간엽의 질소 함량과 질소 흡수량이 베치녹비시 현저히 증가하여 동계 휴한 및 동계 호밀구보다 50 - 60 kgN/ha의 질소 를 옥수수가 더 흡수하였다. 따라서 옥수수 수확 시 토양에 잔류하는 질산태 질소량 및 옥수수의 질소흡수량의 증가를 고려할 때 동계에 헤어리베 치를 재배하여 녹비의 환원시 독비에 의한 무기 태 질소 공급효과가 100 kgN/ha 이상일 것으로 추측되며 질소기비의 100 kgN/ha는 필요 없는 것으로 판단되었다.
질산태질소(窒酸態窒素)를 선택흡수(選擇吸收)하는 담배식물에 대하여 흡수된 $NO_3-N$의 각조직별(各組織別) 이동양상(移動樣相)과 질산환원효소(窒酸還元酵素)의 활성도(活性度)(nitrate reductase activity. NRA)를 조사하고 생육과정(生育過程)에서 출엽(出葉)된 잎들의 질산환원능력(窒酸還元能力)을 비교조사(比較調査)한 결과(結果) 1. 도관조직(導管組織)인 엽맥(葉脈)까지는 함유(含有)된 질소(窒素)의 대부분(大部分)이 $NO_3-N$으로써 무기태질소(無機態窒素)로 엽맥(葉脈)을 통과(通過)하며 엽육(葉肉)에서는 $NO_3-N$이 환원(還元)되어 무기태질소(無機態窒素)가 거의 검출(檢出)되지 않았다. 2. NRA는 성숙(成熟)된 잎에서 가장 왕성하였으며 분열생장중(分裂生長中)인 잎이나 도관조직(導管組織)에서는 환원기능이 매우 낮은 수준에 머물렀다. 3. 하위(下位)의 성숙엽(成熟葉)은 두껍고 수분(水分)을 많이 함유(含有)하였으며 가장 왕성한 질산환원능력(窒酸還元能力)을 보였다. 4. 생장조직(生長組織)으로 유기질소물질(有機窒素物質)을 공급(供給)하기 위하여 유식물(幼植物)때는 소수(小數)의 좁은 잎에서 높은 수준(水準)의 NRA를 유지(維持)했으나 생육(生育)이 진전되어 많은 잎이 착엽(着葉)되면서 상위(上位)쪽의 성숙엽(成熟葉)은 NRA가 낮은 수준에 머물렀다.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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