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ISSN : 1598-5504(Print)
ISSN : 2383-8272(Online)
Journal of Agriculture & Life Science Vol.48 No.3 pp.85-91
DOI : https://doi.org/10.14397/jals.2014.48.3.85

Effect of Mixed Sowing of Hairy Vetch and Wheat on Green Manure Yield in a Reclaimed Land

Chang-Hyu Yang*, Pyeong Shin, Nam-Hyun Baek, Kwang-Min Cho, Sang-Bok Lee, Tae-hawn Noh, Gyeong-Bo Lee, Geon-Hwi Lee
Department of Rice and Winter Cereal crops, NICS, RDA, Iksan 570-080, Korea
Corresponding author: Chang-Hyu Yang, Tel: +82-63-840-2272; Fax: +82-63-840-2118; E-mail: ych1907@korea.kr
April 2, 2014 May 30, 2014 June 2, 2014

Abstract

This study was carried out to investigate the increment effect of mixed sowing of hairy vetch and wheat on productivity of green manure crops(GMC) in a reclaimed land. Plots which were consisted of hairy vetch alone (30 kg ha-1) and mixed sowing of hairy vetch and wheat with the 20 kg ha-1, 40 kg ha-1, and 60 kg ha-1 of hairy vetch for 50 kg ha-1 of wheat. Soil chemical property, growth and yield potential of GMC were examined. The soil was slightly acidic and saline and the contents of organic matter and available phosphate were low, while exchangeable sodium and magnesium ions were relatively higher. By maintaining salinity below of 0.1% during cultivation of winter crops, the growth status of GMC was appeared to be good in mixed sowing cultivation (MSC). And the plant height was 30~44% longer than single sowing cultivation (SSC, 101 cm), and the diameter was 19~26% thicker than that of the SSC (2.75 mm). The nutrients such as nitrogen, phosphate, and potassium of GMC were increased with decreased content of carbon in MSC. The nitrogen productivity was increased by 94.0~107.0 kg ha-1 in MSC compared to SSC (90.0 kg ha-1), while the carbon-nitrogen ratio was decreased to 12.8~14.2 in MSC compared to SSC (14.6). The fresh matter yield of GMC showed 18,740~22,080 kg ha-1 in MSC compared to those of SSC (18,790 kg ha-1). The dry matter yield of GMC ranged from 3,110 to 3,650 kg ha-1 in MSC compared to that in SSC (3,120 kg ha-1). Therefore, we could conclude that the diversification of agricultural ecosystems and green manure composition of idle farmland could be enhanced by the application of green manure with mixing cultivation and the mixtures of wheat with GMC as well as hairy vetch for high nitrogen productivity and low carbon-nitrogen ratio in reclaimed land.


간척지에서 헤어리베치와 밀 혼파재배에 따른 녹비 생산성 증진 효과

양 창휴*, 신 평, 백 남현, 조 광민, 이 상복, 노 태환, 이 경보, 이 건휘
농촌진흥청 국립식량과학원 벼맥류부

초록

본 연구는 간척지에서 밀과 헤어리베치 혼파에 따른 녹비 생산성 향상 구명을 위하여 수행하였다. 새 만금간척지에서 동계 녹비작물 헤어리베치와 밀 혼파 재배시 관행구(헤어리베치 30 kg ha-1)와 혼파구는 관행구 대비 헤어리베치 40%감축(헤어리베치 20+ 밀 50 kg ha-1), 40%증량(헤어리베치 40+ 밀 50 kg ha-1), 100%증량(헤어리베치 60+ 밀 50 kg ha-1) 하여 각각 파종하고 토양화학성, 생육 및 생산성을 검 토한 결과는 다음과 같다. 공시토양은 유기물, 유효인산 함량이 적었으며 치환성마그네슘 및 나트륨 함 량이 많은 약산성 염류토양 이었다. 생육은 혼파 재배에서 양호하였고, 초장은 관행 (101cm) 대비 30~ 44% 길었으며 경직경은 관행 (2.75mm) 대비 19~26% 두꺼웠다. 식물체 중 무기양분 함량은 혼파 재배 시 질소, 인산, 가리 함량이 증가하고 탄소 함량이 감소하는 경향을 나타냈다. 질소생산성은 단파구 (90 kg ha-1)에 비하여 혼파구에서 94~107 kg ha-1 로 많은 반면에 탄질률은 단파구 (14.6)에 비하여 혼파 구에서 12.8~14.2로 낮았다. 생초수량은 헤어리베치 단파구 (18,790 kg ha-1)에 비하여 헤어리베치와 밀 혼파구에서 18,740~22,080 kg ha-1로, 건물수량은 헤어리베치 단파구 (3,120 kg ha-1)에 비하여 헤 어리베치와 밀 혼파구에서 3,110~3,650 kg ha-1로 나타났다. 따라서 새만금 간척지에서 두과 녹비작물 헤어리베치와 밀의 혼파로 높은 질소 생산성 및 낮은 탄질률로 녹비효과 증진과 혼파재배로 농업생태계 다양화 및 유휴 농경지 녹색경관 조성을 기대할 수 있었다.


    Rural Development Administration
    PJ906992

    I.서론

    간척지에서 월동작물인 보리, 밀, 헤어리베치 등을 생산하는 것은 겨울작물을 재배하는 동안 고정되는 탄소와 바이오연료, 조사료 자급률 향상, 토양에 투 입된 작물잔사에 의한 토양 유기탄소 축적 등 간척 지에서 미래 지속가능한 기후산업으로 발전될 수 있 다 (Lee et al., 2009a).

    녹비작물은 토양에 유기물을 공급함으로서 지력을 향상시켜 질소사용량을 절감할 수 있는데 특히 두과 녹비작물은 근류균에 의해 고정된 질소를 토양에 공 급할 수 있어 상당한 양의 질소비료 절감이 가능하 다(Yasue, 1991). 최근 새만금 등 대규모 간척지 방 조제 준공에 따라 간척농경지 활용의 극대화를 위한 이용기술의 개발이 필요한 실정이다. 신간척지는 동 일 지구내에서 염농도 분포가 다양하며 종합적인 제 염 및 재염화 방지기술이 필요하며, 토양내 유기물 함량이 1%이하로 매우 낮아서 균형적인 시비기술이 필요하다.

    두과작물과 화본과작물의 혼파재배는 토양의 피복 및 침식방지, 두과작물의 우점화 억제, 건물수량 증 가, 질소고정에 의한 토양 중 질소수준 개선과 타 작물에게로 전이 등 유리한 점이 있다 (Frame and Newbould, 1986; Brophy and Heichel, 1987; Oyanarte et al., 1993).

    최근에 친환경농업의 필요성과 화학비료의 가격 상승 등으로 인하여 녹비작물 재배면적이 증가하 고 있는 추세이다. 녹비작물 재배는 후작물에 대한 질소공급원으로 활용이 가능하며, 토양건전성 (soil quality) 개선효과를 갖는 것으로 알려져 있 다 (Thorup-Kristensen, 1994). 국제식품규격위 원회 (Codex)에 따르면, 유기농업에서는 두과, 녹 비, 심근성 작물을 이용한 윤작 체계의 작부방식을 통해 토양비옥도를 유지 및 증진시켜야 한다고 하 였다.

    녹비작물의 혼작 재배가 단작 재배에 비하여 더 높은 수확량을 얻을 수 있다는 보고 (Kim et al., 2011)가 있지만, 녹비생산량을 극대화시키기 위하 여 다양한 재배법이 시도되어 왔으나 실제로 화학 비료의 직접적인 시용 없이 녹비생산량의 극대화는 많은 어려움을 가지고 있는 실정이다. 밭토양에서 호밀과 헤어리베치 (Jeon et al., 2009)의 혼파 효 과를 구명한 바 있고 미국의 경우에도 보리나 호밀 을 헤어리베치나 크림손클로버 등과 혼파 재배 (Clark, 2007; Clark et al., 1994)를 하고 있다.

    따라서 본 연구는 새만금간척지에서 녹비작물 헤 어리베치와 밀을 혼파하여 녹비 생산성 증대 효과를 구명하고자 수행하였다.

    II.재료 및 방법

    본시험은 2006년에 물막이 공사가 완공된 새만금 간척지 계화지구 (문포통)에서 2011년 10월부터 2013년 6월까지 3개년, 2작기 재배하였다. 시험 전 토양의 화학적 특성은 Table 1과 같았다. 토양pH는 약산성을 나타냈고 유기물, 유효인산 함량이 적은 반면에 치환성 칼륨, 마그네슘 및 나트륨이온 함량 이 많았으며 치환성나트륨백분율이 높은 염류토양 이었다.

    시험작물은 겨울 녹비작물로 헤어리베치 (청풍보 라)를 지지작물로 밀 (금강)을 10월 중순에 산파 재 배하였다. 처리내용은 헤어리베치 단파 (파종량 30 kg ha-1)와 40%감축 (20 kg ha-1), 40%증량 (40 kg ha-1) 및 100%증량 (60 kg ha-1)를 각각 밀 50 kg ha-1과 혼파 하였다.

    시험구 면적은 40 m2으로 난괴법 3반복으로 배치 하였다. 헤어리베치는 콩 시비량에 준하는 진단시비 량 (N-P2O5-K2O)은 79 - 118 - 34 kg ha-1로 전 량기비로 시용하였고 비종은 요소, 용성인비 및 황 산칼륨을 사용하였다.

    토양 화학성 분석은 작토층를 채취하여 건조•조 제한 후 토양화학분석법 (NIAST, 2010)에 준하여 pH는 토양과 증류수를 1:5로 하여 pH meter로 측 정하였고, 토양유기물은 원소분석기(Vario Max, Germany) 측정법, 유효인산은 Lancaster법, 치환성 양이온은 1N-NH4OAc (pH7.0)으로 침출하여 ICP(Liberty 110, Germany)로 측정하였다. 양이온 치환용량은 1N-NH4OAc법으로 1N-NH4OAc (pH 7.0)용액으로 토양시료를 통과시켜 치환성NH4+로 포 화시키고 과잉의 CH3COOHNH4을 80% alcohol로 세척한 후 NH4+ 포화토양을 kjeldahl 증류장치에 의해 NH4+를 직접 정량하여 CEC를 산출하였다. 토 양염농도는 토양시료를 채취하여 EC meter (Mettler Toledo, China)로 토양과 증류수를 1:5로 하여 EC를 측정하고 이 측정값을 5배수하여 토양의 EC로 환산하였다.

    식물체 분석은 채취한 시료를 세척하여 70°C에 서 건조한 후 토양 및 식물체 분석법 (NIAST, 2010)에 준하여 분쇄한 시료를 H2O2-H2SO4로 습 식분해하여 무기성분 분석에 활용하였다. 총질소와 총탄소는 원소분석기 (Vario Max, Germany)를 이용 정량하였고, 인산은 Ammonium vanadate법 으로 비색정량 하였으며 양이온 함량은 ICP로 측 정하였다.

    녹비작물의 생초중은 2 m2이상의 지상부를 예취하 여 ha당 수량으로 환산하였다. 건물중은 충분히 온 실에서 풍건 후 건조기 60°C에서 24시간 이상 건조 후 건물량을 산출한 다음 ha당 수량으로 환산하였 다. 생육 및 수량조사 등은 농촌진흥청 농업과학기 술 연구조사 분석기준 (2003)에 준하여 실시하였다.

    통계분석은 SAS 9.2 버전을 이용하였다. 수량 및 수량구성요소 등은 5% 유의수준에서 Duncan's multiple test를 수행하였다.

    III.결과 및 고찰

    3.1.기상개요

    동계 녹비작물 재배기간 동안 최저기온과 강수 (우)량은 Table 2와 같다. 동작물의 월동과 관계되 는 겨울철(12월 ~2월) 최저기온은 –4.5(-5.5)°C로 작물생육이 양호하였다. 본시험은 새만금간척지 방 조제 준공에 따른 계화지구에 조성된 밭조건 포장 에서 헤어리베치의 월동 및 내한성 정도를 검토하 였다. Power and Zachariassen (1993)는 두과녹 비작물 헤어리베치는 내한성이 강하고 녹비의 생 산성이 많을 뿐만 아니라 저온 (-10°C)에서 질소 고정능력이 아주 높은 것으로 보고하였다.

    3.2.녹비작물 생육양상

    간척지 전작조건에서 녹비작물 헤어리베치를 산 파로 재배하여 개화기 때 조사한 생육상황은 Table 3, Fig. 1과 같다. 단파에 비하여 혼파의 경우 생육이 양호한 경향을 나타냈다. 초장은 관 행 (101cm) 대비 30~44% 길었고, 경직경은 관행 (2.75mm) 대비 19~26% 두꺼웠다. 혼파구에서 파종량이 많을수록 초장 및 경직경이 양호하였다. 밭토양에서 녹비작물 헤어리베치와 호밀의 혼파비 율을 달리한 Jeon et al. (2009)의 결과와 유사하 였다. 또한 호밀과 헤어리베치의 혼파비율 및 방 법에 따른 Kim et al. (2002)의 결과와 유사하였 다. 혼파구에서 헤어리베치 초장이 증가한 것은 헤어리베치의 감아 올라가는 특성으로 인한 효과로 사료된다.

    3.3.식물체 중 무기양분 함량

    동계 녹비작물의 식물체 중 무기양분 함량은 Table 4와 같다. 혼파 재배시 질소, 인산, 칼리 함 량이 증가하고 탄소 함량이 감소하는 경향을 나타냈 다. 헤어리베치의 수확단계별 식물체 화학성을 검토 한 Seo et al. (2000) 결과와 비교하면 질소 함량은 비슷하였고 탄소 및 인산 함량은 낮은 경향을 나타 냈다.

    밭토양에서 녹비작물 헤어리베치와 호밀의 혼파 비율을 달리하였을 때 주요 시기별 헤어리베치 질 소함량이 단파구에서 높고 혼파구에서 파종량이 많을수록 높아지는 경향을 보여준 Jeon et al. (2009)의 결과와 일치하지 않는 것은 재배내력 및 품종, 토양특성 등의 차이에 기인된 것으로 생각된 다. 헤어리베치는 다른 두과작물보다 적어도 1% 이상의 높은 식물체내 질소함량을 유지하며, 특히 생육시기가 진전되어도 그 함량은 크게 차이를 보 이지 않는 특성이 있는 것으로 알려져 있다 (Lee et al., 2009b; Smith et al., 1987).

    3.4.생산성

    밀과 헤어리베치의 혼파에 따른 수량은 Table 5 와 같다. 생초수량에 있어서는 헤어리베치 단파구 (18,790 kg ha-1)에 비하여 헤어리베치와 밀 혼파 구에서 18,740~22,080 kg ha-1, 건물수량은 헤어 리베치 단파구 (3,120 kg ha-1)에 비하여 헤어리 베치와 밀 혼파구에서 3,110~3,650 kg ha-1를 나 타냈다. 생초 및 건물수량성은 관행에 비하여 헤어 리베치 60 kg ha-1, 40 kg ha-1 파종구에서 각각 7%, 17% 증수되었다. 건물수량은 밭토양에서 두과 피복작물 헤어리베치와 밀을 혼파 재배한 Jeon et al. (2012)의 결과와 유사하였다. 중부지방에서 녹 비작물의 biomass를 평가한 벼 입모중산파 결과 (Jeon et al., 2011)와 비교하면 생초 및 건물중은 매우 낮았다. 이와 같은 결과는 토양조건, 녹비작 물 파종량 및 파종방법 차이에 기인한 것으로 생 각된다. 한편 질소생산성은 단파구 (90 kg ha-1)에 비하여 혼파구에서 94~107 kg ha-1 로 많은 반면 에 탄질률은 단파구 (14.6)에 비하여 혼파구에서 12.8~14.2로 낮았다. 혼작 재배시 밀과 헤어리베 치가 같은 환경 내에서 공생하며 두 작물의 상조 작용으로 높은 질소 생산성 및 태양 에너지의 이 용 효율 증진 등의 시너지 효과를 내어 더 많은 양분을 흡수한 결과 단작 재배에 비해 biomass가 증가한 것으로 판단된다.

    3.5.토양화학성

    녹비작물 재배 후 토양의 화학성 변화는 표6과 같이 토양pH는 높아지고 유기물, 유효인산 및 치 환성칼슘 함량이 증가된 반면에 염농도는 낮아지 고 치환성칼륨•마그네슘 및 나트륨 함량이 감소 되었다. (Table 6).

    결론적으로 토양염농도가 0.1% 이하로 배수가 비 교적 양호한 간척지에서 두과 녹비작물 헤어리베치 와 밀을 혼파 재배하면 녹비작물 생산성이 증가되 고, 질소생산성증대와 낮은 탄질률로 녹비효과가 증 진되었으며 혼파재배로 농업생태계 다양화 및 유휴 농경지 녹색경관 조성 등 농촌경관을 증진하였다.

    IV.사사

    본 연구는 농촌진흥청 국립식량과학원 작물시험 연구 개발사업(과제번호: PJ906992)의 지원에 의 해 이루어진 것임.

    Figure

    JALS-48-85_F1.gif

    Growth status of green manure crop with seeding method.

    Table

    Chemical properties of soil used in this experiment

    †Organic matter,‡Cation exchange capacity,¶Exchangeable sodium percentage.

    Temperature and precipitation during period of green manure crop cultivation

    †Average temperature,‡Minimum temperature.

    The growth phase of green manure crop with seeding method

    †MS: Mixed sawing, SS: Single sawing‡H : Hairy vetch, W : Wheat¶Means by the same letter within a column are not significantly different at 0.05 probability level according to Duncan' multiple range test.

    The mineral nutrients content of green manure crop with seeding method

    †MS: Mixed sawing, SS: Single sawing‡H : Hairy vetch, W : Wheat¶Means by the same letter within a column are not significantly different at 0.05 probability level according to Duncan' multiple range test.

    Biomass, nitrogen production, and C/N ratio of green manure crop with seeding method

    †MS: Mixed sawing, SS: Single sawing‡H : Hairy vetch, W : Wheat¶Means by the same letter within a column are not significantly different at 0.05 probability level according to Duncan' multiple range test.

    The change of soil chemical properties after experiment

    †Organic matter.

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