미량원소 비료 사용법

[숲속 귀족]

올바른 비료사용법

2006. 5. 22
농업과학기술원 식물영양과

농업연구관   박   양   호

연락처 : 전화 031-290-0341, 016-9336-4575

E-mail : yhpark@rda.go.kr

1. 작물생육에 필요한 원소와 그 기능

가. 식물의 필수원소와 기능

1) 식물생육에 필요한 필수원소

식물은 공기 중의 탄산가스(CO₂)와 뿌리에서 흡수하는 물(H₂O) 그리고 햇빛의 광에너지에 의하여 잎 속의 엽록소가 여기(excitation)되고, 이어 일련의 여러 가지 생화학적 반응에 의하여 당류 및 전분과 같은 탄수화물을 만드는데 이러한 작용을 탄소동화작용 또는 광합성이라 한다.

이 작용에 의해 만들어진 탄수화물 즉 에너지(힘)의 일부는 호흡작용에 이용되고, 또 식물체의 생명을 유지하는데 필요한 에너지로 소모되며, 나머지는 지방이나 단백질과 같은 유기화합물과 다른 중요한 양분을 만드는데 이용된다.

작물이 자라는 데는 이산화탄소, 물, 햇빛 이외에도 여러 가지 양분을 필요로 하는데 뿌리가 토양 중에 있는 여러 가지 성분을 흡수한다. 작물의 생육에 필요한 필수원소는 16가지로 알려져 있으며, 이것들은 다시 작물생육에 많이 필요한 다량원소(9 원소)와 미량을 필요로 하는 미량원소(7 원소) 및 기타 특수원소로 나눈다(표 1).

  [표 1] 작물 생육에 필요한 필수원소의 구분

다  량  원  소		미   량   원   소		기        타
탄소(C)	칼리(K)	철(Fe)	몰리브덴(Mo)	규소(Si)	바나듐(V)
수소(H)	석회(Ca)	망간(Mn)	염소(Cl)	알루미늄(Al)
산소(O)	고토(Mg)	붕소(B)		나트륨(Na)
질소(N)	유황(S)	아연(Zn)		닉켈(Ni)
인(P)		동(Cu)		코발트(Co)
9 원소		7 원소		6 원소

이들 16원소 중 탄소, 산소, 수소는 이산화탄소(CO₂)와 물(H₂O)에서 공급되며, 나머지는 토양성분 중에서 공급되는데 앞의 3요소를 제외한 13원소를 필수 무기원소라 하고, 앞의 3요소와 염소(Cl)을 제외한 12원소(N, P, K, Ca, Mg, S, Fe, Mn, B, Zn, Cu, Mo)는 토양의 모암에서 직접 또는 간접으로 얻을 수 있으므로 이들을 필수 광물원소라 한다. 그러나 이 중 질소(N)만은 공기 중의 질소에서 유래하므로 광물성 원소는 아니지만 편의상 함께 포함시켜서 취급한다.

식물의 생육에 필요한 여러 가지 양분 중 필수다량원소(9원소)와 철(Fe)을 합쳐서 필수 10원소라고도 한다.

미량원소는 양이 너무 많으면 오히려 작물이 해를 입고, 너무 적으면 결핍증상을 일으키므로 필요한 양을 잘 알아서 시용해야한다. 기타 원소는 작물에 꼭 필요하지는 않지만 작물에 따라서 요구되는 성분으로 이 중 규소(Si)는 벼와 같은 화본과 작물에서는 많은 양을 필요로 하므로 규산질비료로 공급하고 있다.

작물의 필요양분 중 질소, 인산, 칼리는 토양자체에 의한 자연공급량으로는 충당되지 못하므로 비료로 공급해 주어야 하는데 질소(N), 인산(P₂O₅), 칼리(K₂O)를 비료의 3요소라 하며, 이들 3요소는 작물의 생육에 가장 많은 양이 필요로 할 뿐 아니라 그 효과도 크게 나타난다. 산성토양을 개량하기 위하여 사용되고 석회질 비료의 주성분인 칼슘(Ca)을 비료의 3요소에 더하여 비료의 4요소라 하며, 4요소에 유기물을 합쳐서 비료의 5요소라 한다.

유기물은 식물이 자라는데 필요한 양분은 비교적 적지만 지력을 증진하고 유지하며, 간접적으로 작물의 생육을 돕는데 중요한 역할을 한다.

2) 식물의 필수원소의 기능

가) 다량원소

(1)산소(O), 수소(H), 탄소(C)

   ○ 산소(O) : H₂O, CO₂, O₂

    - 호흡작용 상 필요불가결

    - 물, 탄산가스의 구성원소

    - 전분, 지방, 단백질 등 식물구성 성분 중 주요원소이다

   ○ 수소(H) : H₂O, H⁺, HCO₃^-

    - 물로서 식물체내의 모든 생리작용에 관여

    - 엽록체 내에서 물을 분해하여 만들어진다.

    - 산소와 마찬가지로 많은 유기화합물의 구성요소이다

   ○ 탄소(C) : CO₂, CO₃^2-, HCO^3-

    - 공기 중의 탄산가스를 흡수동화(광합성작용) 한다

    - 산소와 마찬가지로 유기화합물 합성상 필요 불가결하다

    - 일부 호흡작용의 최종생성물인 탄산가스로 방출된다

(2)질소(N) : NH₄⁺, NO₃^­

- 생리작용: 단백질의 구성성분, 양분의 흡수 및 동화작용을 왕성하게 하며 생육촉진, 엽록소, 각종 체내대사를 촉진하는 효소호르몬, 핵산, 비타민류 등의 구성 원소이다

- 결핍증상: 잎이 담황색으로 되며, 생육이 빈약하고 분얼감소, 종실의 성숙이 빨라지고 수량이 적어지며 품질이 떨어지고, 뿌리발달이 불량해 진다

- 과잉증상: 잎이 암록색으로 되며, 종실의 성숙이 지연되고, 줄기나 잎이 연약해져 내도복성이 약해지며 병해충, 냉해 등의 저항성 감소되며, 식물체가 도장하고, 꽃눈의 형성이 불량해 진다

(3) 인(P) : P₂O₅, HPO₄^2-, H₂PO₄^-

- 생리작용: 핵단백질의 구성원소이며, 당류와 결합 호흡작용, 뿌리와 신장, 발아, 분얼, 개화 결실을 좋게 함, 탄수화물 대사와 에너지대사에 관여한다

- 결핍증상: 잎의 폭이 좁아지고 노엽은 암록색, 분얼이 적고 개화, 결실의 불량, 과실류 잎이 암갈색이 되고 조기낙엽, 감미저하, 과실과 종자의 형성이 불충실하게 된다

- 과잉증상: 일반적으로 과잉증상은 아연, 철, 고토의 결핍을 유발하며, 영양생장이 멈추고 성숙이 빨라져 수확이 감소된다

(4) 칼륨(K) :  K⁺

- 생리작용: 탄수화물의 합성, 이동축적, 세포액 중에서 이온상태 혹은 유기산염 형태로 존재, 증산작용을 조절하고 체내의 수분생리에 관계, 단백질 합성에 관계, 뿌리나 줄기를 강하게 하고 병해충 저항성을 증대시킨다

- 결핍증상: 늙은 잎의 선단부터 황화하여 엽면에 퍼지고 그 부분이 갈색으로 고사된다. 어린잎은 암록색으로 되고 신장이 나쁘며 소엽이 되나, 뿌리는 주근의 부근에만 형성되고 측방의 생장이 제한되며 뿌리썩음병이 일어나기 쉽다. 과실의  성장이 저하된다

- 과잉증상: 고토와 칼슘의 흡수를 억제하여 양분의 결핍을 초래한다

(5) 칼슘(Ca) : Ca²⁺

- 생리작용: 펙틴과 결합하여 세포막형성과 병에 강하게 함, 뿌리의 발육을 도움, 체내에 과잉하게 있는 유기산과 같은 유해물질을 중화한다

- 결핍증상: 뿌리의 표피에 코르크층이 생기고 뿌리가 짧고 굵어진다, 생장이 왕성한 어린잎의 선단이 희어지고 얼마 후에 갈색으로 고사된다, 생장속도가 감퇴하여 뿌리나 눈의 생장점이 파괴된다.

- 과잉증상: 과잉증은 나타나기 어려움, 오래된 잎에 황색 반점이 생김, 고토, 칼리, 붕소, 아연의 결핍증을 촉진한다

(6) 마그네슘(Mg) : Mg²⁺

- 생리작용: 엽록소의 구성성분이며, 인산의 흡수, 이동에 관계, 유지의 합성, 탄수화물대사, 인산대사에 관계하는 효소의 활성화한다

- 결핍증상: 늙은 잎의 엽면부에 엽맥간이 황화되며 심하면 백화현상, 엽맥간이 꼬이고 성숙 전 낙엽이 된다

(7) 황(S) : SO₄^2- SO₃

- 생리작용: 단백질, 아미노산, 비타민의 구성성분, 마늘, 겨자 등의 향기성분에 포함된다. 식물체중의 특수성분 형성, 식물체중의 산화환원, 생장의 조절 등 생리작용에 관여 한다

- 결핍증상: 전체적으로 생장이 나쁘고 질소 결핍과 유사, 콩과 작물은 뿌리혹박테리아에 의한 질소고정능력이 저하된다

- 과잉증상: 토양의 산성화를 촉진하고, 벼의 뿌리썩음병이 발생(노후화답에서 유화수소 발생)된다

나) 미량원소

(1) 철(Fe) : Fe²⁺, Fe³⁺

- 생리작용: 엽록소생성에 관계, 호흡작용에 관계가 있는 효소를 구성, 철효소로서 생체 내 산화환원 반응에 관여한다

- 결핍증상: 엽록소 생성이 방해되며 새잎부터 황백화, 결핍증은 상엽부터 나타난다

- 과잉증상: 인산고정이 증대하여 그의 비효를 감소시키며, 망간, 인산 결핍증을 조장한다

(2) 망간(Mn) :  Mn²⁺

- 생리작용: 산화효소의 작용을 돕고 산화환원을 순조롭게 함, 엽록소 생성, 광합성, 비타민 C의 합성에 관여한다

- 결핍증상: 입의 소형화, 잎의 엽맥간 황화현상, 쌍자엽 식물에서는 잎에 작은 황색 반점이 생긴다. 

- 과잉증상: 잎의 선단에 갈색, 자색의 작은 반점이 생기며, 철 결핍을 조장한다

(3) 구리(Cu) :  Cu²⁺

- 생리작용: 산화환원 효소의 작용과 호흡작용에 관여하며, 엽록소 형성에 간접적으로 관여한다

- 결핍증상: 새잎 선단부터 황백화하고 시듬

- 과잉증상: 뿌리의 신장이 멎음

(4) 아연(Zn) : Zn²⁺

- 생리작용: 단백질과 전분의 합성을 도움, 생체내의 산화환원 효소의 작용을 도움

- 결핍증상: 엽맥간의 황색이 되고 줄 모양으로 분명해짐, 잎이 작아지고 변형되며 새잎부터 황화

- 과잉증상: 잎 면에 갈색의 반점이 생김

(5) 붕소(B) :  BO₃^2-

- 생리작용: 세포의 분열과 화분의 수정, 당분의 엽면 흡수 및 체내이동을 도우며 핵산의 합성에 관계, 효소의 활성화, 수분, 탄수화물, 질소대사에 관계, 세포막 펙틴의 형성과 조직의 유지를 도모

- 결핍증상: 1차 생장점의 발육이 중지되고 심하면 뿌리 생장점이 멎고 세근의 발생이 감소됨. 엽병의 코르크화, 줄기의 중심이 검게 됨, 꽃가루의 생성이 나쁘고 수술의 발육이 나쁘며 불임이 많아짐

- 과잉증상: 잎이 황화고사

(6) 몰리브덴(Mo) :  MoO₄^2-

- 생리작용: 초산태질소를 환원, 질소를 고정하는 근류균의 생육을 도움, 단백질 합성에 관여

- 결핍증상: 광엽은 엽면이 안쪽으로 감아 컵 모양이 됨, 세엽작물은 잎이 꼬임, 늙은 잎부터 황화현상을 나타낸다

(7) 염소(Cl) :  Cl^-

- 생리작용: 섬유화 작용이 좋아지고 병해 저항성을 강하게 하고 도복하지 않게 됨

- 결핍증상: 어린잎의 황백화

- 과잉증상: 전분이 섬유가 되므로 감자류는 섬유가 많아져 품질저하, 담배의 품질이 저하 된다

(8) 규산(규소 ; Si) : SiO₂ 콜로이드상 규산

- 생리작용: 줄기와 잎의 표피세포의 규화를 촉진하고 조직을 굳게 하여 내병성, 내충성 증대, 경엽이 튼튼해지고 내도복성이 증대된다

- 결핍증상: 잎이 늘어지고 병충해에 걸리기 쉬우며 도복되기 쉬움, 벼는 생육감소, 출수지연, 임실장해가 일어난다

나. 비료의 정의와 분류

1) 비료의 정의

작물은 특별한 경우를 제외하고는 토양에서 식물양분을 흡수한다. 토양중의 양분은 오랜 세월 작물이 재배되어 오는 동안 작물에 흡수되고, 일부는 용탈되거나 빗물과 함께 유실되거나 휘산되어 없어진다.

따라서 이들 작물로부터 보다 많은 수량을 얻기 위해서는 작물이 필요한 양분을 공급해 주어야 한다.

비료란 식물에 영양을 주거나 식물의 재배를 돕기 위하여 흙에서 화학적 변화를 가져오게 하는 물질과 식물에 생장을 주는 물질이라고 하며, 이들 비료는 보통비료와 부산물비료로 구분된다. “보통비료란 부산물비료외의 비료로서 공정규격이 정하여진 것을 말하며, 부산물비료란 농업, 임업, 축산업, 수산업, 제조업 또는 판매업을 영위하는 과정에서 나오는 부산물, 인분뇨, 유식물류 폐기물, 토양 미생물제제(토양효소 제제를 포함한다), 토양활성제 등을 이용하여 제조한 비료로서 농림부장관이 지정하는 것을 말한다.

2) 비료의 분류

옛날에는 동 식물을 위주로 한 유기질 비료가 주였으나 현재는 많은 화학비료가 주로 사용되고 있는 실정이다. 비료의 분류는 일반적으로 가장 많이 이용되고 있는 것이 함유성분에 따라 분류하고 있다.

비료의 분류방법 중 주요한 것은 다음과 같다.

(1) 원료에 따른 분류 :

동물질 비료(어비, 골분 등),

식물질 비료(콩깻묵, 쌀겨, 두엄, 풋거름, 깻묵 등)

광물질 비료(황산암모늄(유안), 과린산석회, 용성인비, 염화칼리, 황산칼리 등)

(2) 모양에 따른 분류 :

고체비료(유안, 요소, 과석, 용성인비 등)

액체비료(암모니아수, 인분뇨, 제4종 복합비료(액제) 등)

(3) 시용시기에 따른 분류 :

밑거름(기비 : 파종이나 이앙 전에 주는 비료)

웃거름(추비 : 작물의 재배 중에 주는 비료)

(4) 시비방법에 따른 분류 :

토양시비용 비료

엽면시비용 비료

양액 재배용 비료

(5) 생산수단에 따른 분류 :

자급비료(인분뇨, 가축분뇨, 가금분, 퇴구비, 녹비 등)

판매비료(유안, 요소, 과석, 염화칼리 등)

(6) 비료효과에 따른 분류 :

속효성 비료

완효성 비료

지효성 비료 등

(7) 비료의 반응에 따른 분류

(가) 화학적 반응 : 산성비료, 중성비료, 염기성(알칼리성)비료

(나) 생리적 반응 : 산성비료, 중성비료, 염기성(알칼리성)비료

(8) 함유성분에 따른 분류(비료공정규격)

(가) 보통비료

○ 무기질 질산비료 : 황산암모늄(유안), 요소, 피복요소, CDU 비료 등

○ 무기질 인산비료 : 과린산석회(과석), 용성인비, 용과린 등

○ 무기질 칼리비료 : 황산칼리, 염화칼리 등

○ 복합비료

- 제1종 복합비료 : 무기질 3요소 성분 중 2종 이상 함유된 것으로서 화학적 과정에 의하여 제조된 비료

- 제2종 복합비료 : 무기질 질소, 인산, 칼리질비료 및 제1종 복합비료 중 2종 이상을 배합한 비료

- 제3종 복합비료 : 제2종 복합비료 원료비료와 유기물을 배합한 비료

- 제4종 복합비료 : 엽면시비용, 양액재배용 및 관비용 등 주로 물에 타서 사용하는 비료

○ 유기질 비료 : 어박, 골분, 잠용유박, 대두박, 채종유박, 면실유박, 깻묵, 낙화생유박, 아주까리유박, 미강유박, 혼합유박, 계분가공 비료, 아미노산발효 부산비료(박), 혼합유기질비료, 중제 피혁분, 맥주오니, 유기복합비료 등

○ 석회질비료 : 소석회, 석회석분말, 석회고토분말, 부산소석회, 부산석회분말, 패화석 분말, 생석회

○ 규산질비료 : 규산질비료, 규회석비료(1호, 2호), 광재규산질비료, 경량콘크리트규산질비료

○ 고토비료 : 황산고토비료, 가공황산고토비료, 고토붕산비료, 수산화고토비료 등

○ 미량요소비료 : 붕산비료, 붕사비료, 황산아연비료, 미량요소 복합비료

(나) 부산물 비료

그린퇴비, 퇴비, 부숙겨, 재(초, 목회), 분뇨잔사, 부엽토, 아미노산발효 부산비료(액), 부산동물질비료(액), 가축분뇨발효비료(액), 건계분, 건조축산폐기물, 부숙왕겨 및 부숙톱밥, 토양미생물 제제(미생물효소) 및 토양활성제제 비료

3) 보통비료와 부산물비료

가) 보통비료

○ 부산물비료 이외의 것으로 공정규격이 정하여진 것

○ 종류 : 무기질 질소비료, 인산비료, 칼리비료, 복합비료, 유기질비료, 석회질비료, 규산질비료, 고토비료, 규인비료, 미량요소비료, 규인칼리비료, 기타비료.

- 질소 : 요소[CO(NH₂)₂],  유안[(NH₄)₂SO₄]

- 인산 : 과린산석회(과석 : Single Superphosphate)

           용성인비(Fused Magnesium Phosphate)

           용과린(Fused Superphosphate)

           중과석[Double(or Triple) Superphosphate]

- 칼리 : 염화칼리(Potassium Chloride : KCl)

           황산칼리(Potassium Sulfate : K₂SO₄)

- 기타 : 복비, 석회, 규산, 유기질비료(깻묵, 어박, 대두박, 채종유박 등)

- 복비 : 1종복비 화학적조성, 통산산업부 인가(21-17-17)

             2종복비 배합비료(복비)

             3종복비 배합비료+유기물첨가 10%이상

             4종복비 엽면시비용, 양액재배용, 관주용, 액비, 수화제

나) 부산물비료

- 농림축수산 및 제조업 또는 판매업을 영위하는 과정에서 나온 부산물, 인분뇨, 음식물 폐기물, 토양미생물제제, 토양활성제 등 비료성능이 있는 물질로써 농림부장관이 지정한 것

4) 유기질비료와 부산물비료의 구분

○ 유기질비료의 종류

- 동물질 : 어박, 골분, 잠용유박, 계분가공비료, 증제피혁분

- 식물성 : 대두박, 채종유박, 면실유박, 깻묵, 낙화생유박, 아주까리유박, 기타 식물성   유박, 미강유박, 혼합유박, 아미노산발효 부산비료(박), 혼합유기질 비료, 맥주오

 ※ 유기질비료 : 비료중의 유기물함량보다 3요소 비료성분함량에 중점

○ 부산물비료의 종류

    퇴비, 구비, 부숙겨, 재(초, 목회), 녹비, 분뇨잔사, 부엽토, 아미노산발효부산비료(액), 건계분, 건조축산폐기물, 부숙왕겨 및 톱밥, 토양미생물제제(미생물 효소) 및 토양활   성제제 비료

 ※ 부산물비료 :  3요소 성분량은 고려하지 않고 유기물함량에 중점을 두고 있음.

2. 비료의 반응

작물은 각기 알맞은 반응, 즉 최적 pH에서 생육한다. 비료의 반응은 곧 토양의 반응에 직접적인 영향을 끼치는 것으로 농작물재배 상 매우 중요하다.

비료의 반응에는 비료 그 자체의 화학적 반응과 토양에 시용한 후 분해되어 식물에 의하여 흡수된 뒤에 나타나는 생리적 반응이 있다.

가. 화학적 반응

화학적 반응이란 비료가 물에 녹았을 때의 수용액 고유의 반응을 말하며, 그 반응이 산성이냐 중성이냐 또는 염기성이냐에 따라 구별하게 된다. 그러나 화학적으로 중성인 비료라도 시용 후 식물의 흡수작용을 받으면 그 반응은 변화된다. 황산암모늄 또는 황산칼륨은 화학적 중성비료이지만 식물은 황산보다도 암모늄 또는 칼륨을 다량으로 흡수하기 때문에 토양 중에 남는 것은 산성반응으로 된다.

일반적으로 비료의 수용액 그 자체의 액성이 산성․중성․염기성이냐에 따라 각각 산성비료․중성비료․염기성비료라고 하며, 과인산석회와 같은 것은 산성비료이고, 칠레초석과 같은 것은 중성비료이며, 나뭇재와 같은 것은 염기성비료이다. 식물이 뿌리로부터 양분을 흡수하는 것은 그 양분이 가용성이어야 한다. 따라서 무기질비료와 유기질비료는 시용 후 식물에 의하여 흡수될 때까지 분해에 따르는 반응이 다르게 나타난다.

나. 생리적 반응

생리적 반응이란 비료 자체의 반응이 아니라 토양 중에서 식물 뿌리의 흡수작용 또는 미생물의 작용을 받은 뒤에 나타나는 반응을 말한다.

1) 생리적 염기성비료

칠레초석은 화학적 중성비료이지만 물에 녹으면 질산기는 식물에 흡수되고, 토양 중에 남아 있는 나트륨은 수산이온과 결합하여 수산화나트륨(NaOH)이 되므로 토양은 알칼리성을 띠게 된다.

                     NaNO₃ ↔ Na⁺ ＋ NO₃^-

H₂O ↔ OH^- ＋ H⁺

   (Na⁺ ＋ OH^-) ＋ (H⁺ ＋ NO₃^-)

수산화나트륨은 토양 중에 남아 있고, 질산(HNO₃)은 식물에 흡수된다. 토양 중에 남아 있는 수산화나트륨은 다시 공기 중의 이산화탄소를 흡수하여 탄산나트륨으로 된다. 이와 같이 식물에 흡수된 뒤 알칼리성을 나타내는 비료를 생리적 염기성비료라고 한다.

2) 생리적 산성비료

황산암모늄과 같은 질소비료(화학적 중성비료)는 식물에 의하여 암모늄이 흡수되면 남아 있는 황산기로 인하여 토양은 산성을 띠게 된다.

(NH₄)₂SO₄ ↔ 2NH₄⁺ ＋ SO₄^2-

2H₂O ↔ 2OH^- ＋  2H⁺

 (2NH₄+ ＋ 2OH^-) ＋ (2H⁺ ＋ SO₄^2-)

여기서, 2NH₄⁺은 식물에 흡수되고, SO₄^2-은 토양중에 남게 된다. 또한, 암모늄태질소(NH₄⁺-N)를 시용했을 때에는 다음과 같은 질산화과정에서 H⁺이 생성되므로 토양이 산성화 된다.

질소질비료의 종류에 따라 H⁺의 생성량이 다소 다르므로 산성화 정도도 달라지게 되며, 특히 다량의 암모늄태질소비료의 시용으로 NO₃^-의 생성이 많아져 이것과 염기가 결합하여 세탈되면 토양은 더욱더 산성화된다.

○ 질산암모늄 : NH₄NO₃ ↔ NH₄⁺ ＋ NO₃^-

                NH₄⁺ ＋ 2O₄ = NO₃^- ＋ H₂O ＋ 2H⁺

○ 염화암모늄 : NH₄Cl ↔ NH₄⁺ ＋ Cl^-

                NH₄⁺ ＋ 2O₂ = NO₃^- ＋ H₂O ＋ 2H⁺

○ 황산암모늄 : (NH₄)₂SO₄ ↔ 2NH₄+ ＋ SO₄^2-

                2NH₄⁺ ＋ 4O₂ = 2NO₃^- ＋ 2H₂O ＋ 4H⁺

○ 요소 : (NH₂)₂CO ＋ 2H₂O = (NH₄)₂CO₃

          (NH₄)₂CO₃ ↔ 2NH₄⁺ ＋ CO₃^2-  

          2NH₄⁺ ＋ 4O₂ = 2NO₃^- ＋ 2H₂O ＋ 4H⁺

          2H⁺ ＋ CO₃^2- = H₂CO₃

          H₂CO₃ = H₂O ＋ CO₂

3) 생리적 중성비료

석회질소(칼슘시안아미드)는 다음과 같이 분해된다.

CaCN₂ ＋ 2H₂O = H₂CN₂ ＋ Ca(OH)₂

H₂CN₂ ＋ H₂O = (NH₂)₂CO

(NH₂)₂CO ＋ 2H₂O = (NH₄)₂CO₃

(NH₄)₂CO₃ ↔ 2NH₄⁺ ＋ CO₃^2-

2NH₄⁺ ＋ 4O₂ = 2NO₃^- ＋ 2H₂O ＋ 4H⁺

2H⁺ ＋ CO₃^2- = H₂CO₃

Ca(OH)₂ ＋ 2H⁺ = Ca²⁺ ＋ 2H₂O

석회질소는 이와 같이 암모늄태질소로 되어 다시 질산태질소로 될 때 4개의 H⁺이 생성되나, 이것은 CO₃^2-또는 OH^-와 결합하여 중화되므로 토양은 중성을 띠게 된다.

무기질비료의 용액이 해리되었을 때 생성된 이온 중 어떤 이온을 다량으로 흡수하는가에 대해서는 그 이온의 종류에 따라 대체적으로 다르며, 양이온 중에서 가장 잘 흡수되는 것은 NH₄⁺, K⁺, Ca²⁺등이고, 음이온은 NO₃^-, PO₄^3- 등이다. 따라서 그 비료의 화학구조를 알면 흡수작용을 받은 뒤의 반응도 대체적으로 판단할 수 있다. 단, 양이온 또는 음이온의 어느 쪽을 흡수하느냐 하는 것은 식물의 생활세포내의 단백질의 하전에 의하여 결정되며, 그 하전의 종류는 단백질의 종류나 토양용액의 반응에 따라 다르다.

4) 주요 비료의 종류별 구분

① 화학적 반응

a. 산성비료 : 과인산석회․중과인산석회․황산암모늄 등

b. 중성비료 : 염화암모늄․요소․질산암모늄․황산칼륨․염화칼륨․콩깻묵․어박 등

c. 염기성비료 : 석회질소․용성인비․토머스인비․나뭇재 등

② 생리적 반응

a. 산성비료 : 황산암모늄․질산암모늄․염화암모늄․황산칼륨․염화칼륨 등

b. 중성비료 : 요소․과인산석회․중과인산석회․석회질소 등

c. 염기성비료 : 칠레초석․용성인비․토머스인비․퇴구비․나뭇재 등

다. 유기질비료의 반응

유기질비료는 그 화학적 조성이 복잡하며, 토양 중에서 일단 분해되어 가용성으로 변화된 후 비로소 식물에 흡수․이용되기 때문에 유기질비료는 그 성질에 따라 분해의 경로를 달리 하며, 또한 그 분해생산물의 종류 및 양에 의하여 반응의 차이를 나타낸다.

유기물이 분해될 때에는 옥살산(수산)․젖산․초산․포름산(개미산) 등의 유기산을 생성하여 산성을 나타내는 동시에 한편, 유기염기․탄산암모늄과 같은 알칼리성물질도 생성한다. 따라서 비료의 종류에 따라 또는 그 시기에 따라 반응은 일정하지 않다.

일반적으로 탄수화물 또는 지방이 풍부한 유기물은 유기산을 생성하기 때문에 산성을 나타내며, 단백질과 그 밖의 질소화합물을 가진 유기물은 탄산암모늄을 생성하여 알칼리성을 나타낸다. 여러 가지 종류의 유기질비료 100 g을 중성 사양토 1 kg속에 혼합하여 그 반응의 변화를 살핀 결과는 다음과 같다.

가) 혈분 : 분해 처음부터 알칼리성

나) 탈지혈분 : 위와 같음

다) 콩깻묵 : 분해 처음 수일간 산성, 후에 알칼리성

라) 퇴비 : 분해 처음 5주간 약알칼리성, 후에 점차 중성

마) 무비료 : 중성

3. 양분의 올바른 활용기술

가. 토양의 특성을 먼저 알아야 한다.

과거에는 무조건 비료를 많이 주면 많은 수량을 얻을 수 있었다. 토양이 척박했고 비료의 양이 부족했으며, 작물의 수량이 낮고, 병해충의 발생이 적었다. 그러나 지금은 여러 가지 여건이 변했고 여기에 맞는 농업기술이 요구된다. 먼저 토양분석이 가능한 분석기관이나, 시 군의 농업기술센터에 토양분석을 의뢰하여 자기 토양의 성질을 확인해야 한다.

1) 자기의 토양이 산성인지, 중성인지(pH 6.0～6.5이면 좋음),

2) 유기물 함량은 얼마인지 알아보고(20～30g/kg이면 좋음),

3) 유효인산함량(논 80～120, 밭 300～500mg/kg)과

4)치환성양이온(K․Ca․Mg), 석회소요량(밭),

5)규산함량(논 130mg/kg 조절량) 등을 분석하고

여기에 알맞도록 비료를 사용하는 것이 필요하다.

대체로 생육기간이 길고 건물생산량이 많은 작물은 비료의 요구량이 많고, 생육기간이 짧고 지상부의 건물생산량이 적은 작물은 비료의 요구량이 적다.

콩과 작물과 참깨․고구마 등은 시비량을 적게 하고, 토마토․오이․고추․마늘 등은 생육기간이 길기 때문에 비료를 많이 준다.

토양의 비옥도를 알고 재배작물에 대해 비료의 요구 정도를 알아서 시비를 해야 하며, 전체 시비량 중에서 밑거름과 웃거름량, 그리고 웃거름의 횟수와 시비방법들이 다르므로 세심한 시비기술이 필요하다.

나. 토양개량제의 사용

토양개량제는 양분의 공급보다는 토양의 성질을 좋게 하여 주는 물질로서 최근에 비료로 분류하여 부르기도 한다. 여기에서는 이해가 더 잘될 것 같아 토양개량제라고 하였다. 주요 토양개량제로는 석회․규산․석고․버미큘라이트․지오라이트와 같은 광물성 개량제와 퇴비․볏짚 같은 유기자원이 있다.

석회물질인 소석회(Ca(OH)₂)와 탄산석회(CaCO₃)․마그네시아석회(Ca(OH)₂Mg(OH)₂) 등은 주로 밭 토양의 산도를 교정하는데 사용되며, 규산질비료는 토양에 규산을 공급하고 토양 pH를 증진시키며 벼가 많이 흡수하고 효과도 크기 때문에 주로 논토양에 시용된다.

석회나 규산질 비료를 토양에 처리하고 바로 작물을 파종하거나 모를 정식하면 이들 개량제는 알칼리도가 높기 때문에 작물에 피해를 준다. 또한 높은 pH를 유지하기 때문에 질소비료와 함께 사용하면 질소성분이 암모니아로 변해 날라가 버린다. 그리고 퇴비나 유기물을 함께 시용하면 유기물을 분해하는 미생물의 활동이 빨라져서 온도가 높아지고, 가스가 발생되며 산소가 부족하게 돼서 작물에 피해를 준다.

따라서 석회물질이나 규산질비료는 밭 토양의 경우 정식이나 파종 1개월 이전에 미리 시용해야 하며 석회시용시 미량원소의 시용은 필수적이다.

석고는 주로 간척지 토양에 시용한다. 간척지 토양은 칼슘이 부족하고 소디움(Na)이 많으며 pH가 높기 때문에 pH를 높이지 않으면서 칼슘을 공급하는 것이 필요하다. 석고는 칼슘을 공급하면서 황산기에 의해 pH를 낮추는 효과가 있다. 따라서 간척지 토양에는 석회나 규산질 비료보다 석고의 시용이 효과적이다.

퇴비․볏짚 등 유기물을 화학비료와 동시에 시용해도 유기물의 분해속도가 빨라서 고온과 가스가 발생된다. 따라서 비료를 시용하고 곧 바로 작물을 재배하면 피해가 나타날 수 있다. 부숙이 덜 된 유기물일수록 피해가 크다. 특히 1～2월 월동기에 비닐하우스 안에서 작물을 조기재배하기 위해 보온을 하다보면 자주 나타나는 현상이다.

다. 양분의 올바른 사용방법

작물이나 품종의 특성에 따라 전체 시비량을 설정하고, 전체 시비량 중 질소는 50%, 인산은 전량, 칼리비료는 70% 정도를 밑거름으로 시용하며, 웃거름은 질소의 경우 2～3회, 칼리는 1회 정도 시용하는 것이 바람직하다. 1차 웃거름은 질소성분만, 2차 웃거름은 질소와 칼리 성분을, 3차 웃거름은 질소만  시용하는 것이 일반적이다. 그러나 고추․오이․토마토․상추 등 연속해서 수확하면서 재배기간을 계속 연장시키는 작물들은 필요에 따라 웃거름을 더 주어야 한다. 퇴비나 가축분 등 유기질 비료는 전량을 밑거름으로 준다.

밑거름은 작물이 수확기까지 자라는 동안 뿌리가 신장하면서 흡수 이용할 양분이다. 따라서 뿌리가 깊고 넓게 뻗어나갈 수 있도록 밑거름을 작토층에 고루 살포하는 것이 좋다. 깊고 넓게 내린 부리는 비료성분뿐 아니라 토양으로부터 다른 각종 성분도 왕성하게 흡수한다. 퇴비는 화학비료보다 먼저 주는 것이 좋지만 잘 부숙된 퇴비는 화학비료와 같이 사용해도 괜찮다. 작물에서 비료를 준 다음 5～7일 지나야 비료가 토양에 흡착되어 안전한 상태가 되므로 그 이후에 작물을 정식하거나 파종한다. 만약 바로 정식․파종을 하면 비료가 녹아서 토양에 흡착되는 동안 비료의 농도가 너무 높아서 장해가 나타나며, 퇴비가 비료와 함께 부숙되면서 고온과 가스 발생, 산소 부족으로 피해를 가져온다.

웃거름은 가능한 한 적은 양으로 여러 번 나누어주는 것이 좋다. 그러나 번거롭고 노동력이 달리며, 토층에 시비하기가 어렵기 때문에 가능하면 한꺼번에 주려고 하는 것이 농업인들의 마음이다. 그러나 한꺼번에 많은 량의 비료를 시용하다 보면 피해가 자주 일어난다. 최소한 기본적인 시비횟수와 시비량은 지켜서 주어야 한다.

작물은 환경이 좋으면 식물체만 자라는 양양생장을 하고, 환경이 불리해지면 개화 결실을 서두른다. 따라서 온도가 높고 질소 성분이 많으면 꽃을 피고 열매를 맺는 것보다는 잎이 무성하고 지상부가 필요 이상으로 자라는 현상을 나타낸다.

웃거름을 한꺼번에 많이 시용하면 작물이 일시적으로 크게 자라다가 양분이 부족하게 되면 생육이 멈춘다. 이 때 외형적으로는 크게 자랐으나 내부적으로는 모든 양분의 균형이 맞지 않아 생육이 파상적으로 되거나 품질이 낮아진다. 저온이나 기상 변화에 약하게 되어 피해를 입거나 수세를 망치기도 한다. 수확을 하더라도 색택이 좋지 않고, 맛이 나지 않으며, 기형과가 많게 된다. 벼의 경우 초기생육은 좋은 듯하나 후기의 개화 결실이 좋지 않고, 볏짚만 많은 농사가 되기 쉽다.

벼는 밑거름을 전층에 골고루 잘 살포하는 기술이 특히 중요하다. 물 속에서 자라기 때문에 웃거름 위주로 시비를 하면 비료성분이 토양표면에 머물고, 하층으로는 잘 이동되지 않는다. 따라서 벼 뿌리가 토양위로 자라서 표면수에 뿌리가 뻗고 질소 양분만 주로 흡수하게 된다. 이 상태에서 생육중 물이 마르거나 생육 후기에 물을 떼게 되면 지표수 중의 뿌리가 말라죽고 뿌리의 기능이 거의 상실된다. 쓰러지기 쉽고, 토양중의 다른 무기성분의 흡수이용도 부족하게 되며 지상부만 무성하다가 좋은 개화결실을 하지 못하게 된다. 따라서 벼의 뿌리가 토양 전층에 분포되어 비료성분과 무기성분을 고루 흡수할 수 있도록 밑거름을 시용하고, 웃거름을 알맞게 조절해야 한다.

밭 토양과 시설재배지․과수원의 경우는 관개할 때나 분주, 점적관주를 하면서 비료를 물에 섞어 공급하면 비료의 성분이 하층으로 이동할 수 있다. 그러나 이렇게 하면 작물의 뿌리가 땅속 깊이 뻗어나가기 보다는 일정한 범위 안에 머물게 되므로 다른 성분의 흡수이용이 부족하게 되는 경우가 많다.

라. 양분의 종류에 따른 시비방법의 차이

비료의 종류는 여러 가지로 구분될 수 있다.

고체비료와 액체비료,

화학 공업적 비료와 자급비료,

원료에 따라 유기비료와 무기비료,

반응에 따라 산성․중성․알칼리성 비료,

성분의 방출 정도에 따라 속효성․완효성․지효성비료,

성분의 조성에 따라서 단비와 복비로 구분될 수 있다.

복비도

성분이 화학적으로 조성된 제1종 복합비료,

2가지 성분 이상을 배합하여 만든 제2종 복합비료(농가에서 보통 사용하고 있는 복합비료가 2종 복합비료 임),

복합비료에 유기물을 10%이상 첨가한 제3종 복합비료 및

엽면시비용, 양액재배용, 관주용이나 액비 등 수화제 형태로 된 제4종 복합비료가 있다.

또한 유기물형태 비료인 부산물 비료(주로 퇴비)가 있다.

앞에서 이야기한 것과 같이 유기물이나 퇴비류는 밑거름으로 줘야 하고 화학비료는 밑거름과 웃거름으로 나누어 시용한다.

주의해야 할 것은 인산비료의 시용이다. 인산은 작물세포의 핵 구성성분이다.

따라서 작물이 어릴 때 많이 필요하며, 특히 생육이 왕성한 생장점에서 많이 요구된다. 또한 토양과 결합 고정력이 커서 물에 따라 이동되거나 유실되는 경우가 적기 때문에 전량 밑거름으로 시용한다. 만약 웃거름으로 줄 경우 땅속 깊이 이동되지 않고 표토에 집적되어 있다가 비가 오면 빗물에 의해 작물의 잎이나 줄기에 튀겨 식물체 부위에 푸른색의 이끼류가 자라게 된다. 특히 무와 당근 등 근채류는 윗부분에 푸른색의 무늬가 형성되어 상품을 망치게 되며, 이끼가 자란 부위에는 병원균이 침범하기 쉽다.

따라서 인산이 함유된 복합비료는 밑거름으로 시용하고, 질소나 칼리의 단비 또는 복비는 밑거름 및 웃거름으로 쓰는 비료이므로 비료의 특성을 알고 써야 한다.

벼의 경우 낮은 온도가 계속될 때에는 인산비료를 토양에 살포하는 것보다 엽면 살포하는 것이 좋다.

비료의 성분이 서서히 공급되는 완효성 비료는 전량을 밑거름으로 시용하며 일반비료 시용량의 80%만 시용하여도 수량 차이가 거의 없어 비료값을 줄일 수 있다. 그러나 지나치게 온도가 높거나, 수분이 많거나, 비가 많이 오거나 하면 완효성 비료의 양분 방출속도가 달라져서 후기에 비료 부족현상이 나타날 수 있다. 따라서 생육을 잘 관찰하면서 비료부족이 나타나면 곧 웃거름을 보충해주는 것도 필요하다.

엽면살포제는 규정된 농도에 따라 살포하는 것이 중요하다. 농약과 혼합해서 사용할 때는 반드시 확인된 자재들만 사용해야 한다. 아무거나 혼합해서 사용하면 화학반응에 의해 효과가 낮아지거나, 피해가 발생될 우려가 많고, 한번 발생한 피해는 회복되기가 어렵다.

마. 토양종류에 따른 시비방법의 차이

토양은 크게 사토․사양토․양토․식양토․식토 등으로 토성 구분을 한다. 사토는 모래함량이 많고 물빠짐과 공기의 유통이 좋으나, 양분과 수분의 보유력이 낮은 토양이고, 식토는 점질이 많아서 공기의 유통이나 물빠짐은 나쁘나 양분과 수분의 보유력이 좋은 토양이다. 양토는 이들 두 토양의 중간적인 특성을 지니고 있으므로 농사에 가장 알맞은 토양이라고 할 수 있다.

따라서 모래땅인 사토는 양분의 보유력이 낮기 때문에 적은 양의 비료를 자주 주는 것이 필요하고, 유기물이나 퇴비를 적정량 섞어 주면 효과적이나 너무 많이 주면 논에서는 환원이 심하게 되어 산소 부족과 가스의 발생으로 피해가 발생된다. 즉 사질토양은 비료성분의 과다나 부족에 대한 반응이 민감하게 나타난다.

반대로 식토는 비료를 다소 많이 주어도 토양의 보유력이 커서 잘 흡착 보유하며 지속기간도 길다. 따라서 시비횟수를 조금 줄여도 된다. 그러나 공기의 유통이 나쁘고 배수가 불량하기 쉬우며 유기물 함량이 낮고 뿌리의 신장이 어렵기 때문에 작물의 생육에 적합하지 못하다. 따라서 유기물이나 퇴비를 적정하게 혼합 시용하여 토양의 물리성을 개량해주는 것이 필요하다.

바. 시설재배지의 토양특성과 대책

시설재배는 비닐이나 유리로 지은 격리된 하우스 안에서 인위적으로 환경을 조절하여 작물을 재배하는 농사 방법이다.

시설재배지는 연중 같은 작물을 반복 재배하거나 집약적인 농업을 하게 된다. 특히 가축분뇨를 비롯한 다량의 부산물비료와 복합비료 등 화학비료를 동시에 시용하기 때문에 토양에 양분이 집적되기 쉽다. 빗물에 의한 양분의 유실이나 용탈은 일어나지 않는다. 비료로 시용된 성분들 중 질소․인산․칼리 등 작물양분에 해당되는 성분들은 어느 정도 작물에 의해 흡수 이용되지만 나머지 부수적인 성분들은 토양에 집적된다. 다라서 양분의 불균형이 일어나고 염류가 집적되어 토양이 악화된다. 그럼에도 불구하고 농업인들은 더 많은 수량을 얻기 위해 비료를 계속 주고 있는 실정이다.

염류농도에 관여하는 성분은 NO₃^-. Cl^-, SO₄^〓 등 여러 가지 이온 형태의 성분들이며, 양분들이기도 하다. 이들의 농도가 높아지면 토양 용액의 삼투압이 작물체액보다 높아져 작물이 수분과 양분을 흡수하기 어렵게 되고 유용미생물의 활성이 저하되어 비료성분의 유효화가 늦어지고 작물생육이 불량하게 된다.

시설하우스 토양에서는 어떤 성분이 부족하기보다는 양분 상호간의 불균형으로 오는 문제가 많다. 즉 망간․철․구리․아연․붕소 등 미량원소들이 부족하기 쉬운데, 이들은 보통재배에서는 토양 중에 함유된 함량만으로 작물생육에 지장이 없으나 시설재배지와 같이 염류가 집적된 토양조건에서는 문제가 된다. 염류집적 토양은 또한 병해충이 발생되기 쉬우며 가스의 발생이나 생리장해 등의 문제도 있다. 특히 퇴비를 많이 주었을 때 인산의 함량이 높아진다. 이는 가축분뇨로 만든 퇴비가 인산 함량이 높기 때문이다. 가축에게 예전처럼 풀이나 볏집․보릿짚 등의 사료를 먹이는 것이 아니고, 옥수수나 밀기울 같은 곡류사료를 주로 주는 탓이다. 1톤의 시판 퇴비를 300평에 시용하면 질소는 10kg, 인산은 20kg 정도가 투여되는 것으로 보면 된다.

염류의 집적은 미생물의 활성을 제한하여 많은 양의 암모니아가 아질산으로 전환되지 못하고 암모니아 가스로 발산되며, 아질산도 질산으로 넘어가지 못하고 아질산 가스로 날라 간다. 이러한 가스장해는 온도가 올라가면 더욱 많이 발생한다. 가스로 날라 가기 쉬운 비료는 요소․계분․유박 등이다. 이들 비료는 파종이나 정식하기 전 충분한 시간 간격을 두고 시용해서 가스장해를 피해야 한다. 윤작․담수․휴작․객토․환토․심토반전 등의 작업도 염류집적을 개량하는데 유용하나, 시용된 양분과 집적된 양분이 환경으로 유출되지 않도록 관리하는 기술이 요구된다.

사. 주요 밭작물의 양분관리

1) 양분수지 값의 설정

작물양분 종합관리(INM)는 “작물이 생육하는데 필요로 하는 양분의 요구량 즉 전체 양분의 총 필요량을 산정하여 이 필요량에서 환경이 자연적으로 공급해 줄 수 있는 양분의 양과 농가에서 퇴비나 가축분 및 녹비 등으로 공급 가능한 비료의 양을 감안하고 그 외 부족된 양의 비료를 구입 사용하게 함으로서 농업생산성의 적절한 제고와 비료시용으로 인한 환경부담을 최소화하고자 하는 양분관리” 이며,

밭작물 재배에서는 토양검정에 의한 시비를 하거나, 표준시비량을 활용하고, 볏짚이나 퇴비, 녹비 및 규산비료를 사용하되 일정수준의 수량을 유지하면서, 양분의 투여와 작물에 의한 양분의 흡수량의 차이를 양분수지 값으로 하여 이 값을 최소화하는 수준에서 작물을 재배 하는 것을 밭작물에 대한 양분의 종합관리(INM)로 한다.

이러한 양분관리는 양분수지의 계산에서 과잉양분이 0으로 되는 조건이 가장 바람직하나, 우리농업의 여건상 아직까지는 일정한 수준을 설정 제시하기는 어려운 실정이나, 그러나 단계적으로 시용 량에 대한 양분의 수지 값을 설정하여 조정 보완해 나가는 것이 필요하다고 생각된다.

[표 2] 밭작물에 대한 양분수지의 설정(안)                  (단위 : kg/10a)

구   분	비료의 사용	질 소 수 지	인 산 수 지
1 단계	화학비료만사용시	50～75	40～60
	퇴비혼합사용시	75～100	60～80
2 단계	화학비료만사용시	25～50	20～40
	퇴비혼합사용시	50～75	40～60
3 단계	화학비료만사용시	25 이하	20 이하
	퇴비혼합사용시	50 이하	40 이하

2) 화학비료와 유기자원의 혼합사용

가) 일반적으로 퇴비류는 양분의 공급보다는 토양개량제로서의 역할이 컸으나 지금은 양분의 함량이 높고 또 양분의 공급량도 많아서 비료로서의 의의가 커지고 있음

- 유기물의 효과 : 각종양분의 공급, 양분과 수분의 보유력 증진, 토양의 물리성개선과 입단구조의 성형, 미생물의 활동증대 등의 효과

나) 퇴비는 일반적으로 시용량의 1/10이 부식으로 되고 벼 1모작 재배시 75kg/10a의 부식이 소모되며 2모작 맥류 재배시 37.5kg/10a의 부식이 소모된다. 따라서 1년에 1,125kg/10a의 퇴비 또는 유기물이 소모된다고 볼 수 있다. 이의 보충이 필요

다) 과거의 퇴비는 C/N율이 높아서 분해되는 과정이 느렸지만 최근의 퇴비들은 C/N율이 계분 8.4, 돈분 12.2, 우분 20.1 정도이고, 양분함량도 질소는 계분5.10, 돈분 3.68, 우분 2.06% 정도이며, 인산함량은 계분 4.84, 돈분 5.99, 우분 2.80% 정도이다.

라) 우리나라의 년간 축산분뇨의 발생량은 33,024 천톤에 달하며 여기에서 공급되는 료의 성분량은 질소 262, 인산 224, 칼리 192 천톤이며, 합계 678천톤이

매년 공급되고 있다. 특히 가축분뇨 중의 질소대 인산의 비율이 262 : 224 이고, 퇴비로 사용되는 가축분 중의 질소대 인산비율은 176 : 215로 인산비율이 상대적으로 높은 것이 문제가 되고 있다(퇴비중의 질소대 인산의 비율은 2 : 1 정도가 적당함)

3) 석회비료의 시용

가) 석회비료의 시용은 칼슘이 필수 원소이기도 하지만 토양의 산도를 중성(pH 6.5 부근)으로 교정하기 위하여 사용된다.

나) 석회물질에는 생석회(CaO), 소석회{Ca(OH)₂}, 농용석회(CaCO₃) 및 고토석회 {Ca(OH)₂, Mg(OH)₂} 등 여러 종류가 있으며, 각각 중화량이 다르다

다) 토양에는 점토나 부식함량에 따른 완충력이 다르기 때문에 동일 pH를 중화하는데도 토성에 따라 석회비료의 소요량이 다르다. 따라서 석회비료의 종류와 토성에 따른 석회의 시용량이 차이가 있다.

라) 일반적으로 농경지의 석회소요량은 200kg/10a 정도가 적당한데 이때의 석회물질은 소석회, 농용석회 및 고토석회를 시용한다.

- 석회를 과량 시용하면 알카리 피해와 철, 망간, 구리, 아연 및 붕소 등의 미량원소의 결핍이 발생하므로 300kg/10a 이상의 석회시용시는 2～3년에 나누어 시용한다.

4. 벼에 대한 시비관리

 가. 이앙 벼의 본답시비

  벼 재배에 있어서 본답 시비량과 질소 분시방법은 벼 품종, 지대, 논 토양의 비옥도 및 종류에 따라서 다소 달라질 수 있다. 평야지 및 중간지의 보통논을 기준으로 하면, 일반계 품종의 경우 ha당 질소-인산-칼리비료가 성분량으로 각각 110-45-57 kg/ha이며, 질소분시율은 밑거름-새끼칠거름-이삭거름-알거름을 각각 50-20-20-10%의 비율로 4회 분시하여 왔으나 최근에는 마지막 10%의 알거름을 이삭거름에 합해서 시용하고 있다. 밑거름은 논 갈기전 또는 로타리 경운전에 비료를 살포하여 전층 시비하는 것이 좋다. 새끼칠거름은 이앙 후 14일경에, 이삭거름은 출수전 25일에, 알거름은 이삭이 80% 팼을 때 준다(표 3).

  인산은 토양에 잘 흡착되고 식물체내에서 이동이 쉽기 때문에 전량을 밑거름으로 사용 한다(표 4). 칼리질 비료는 가지치기 및 등숙에 유익하게 이용되기 때문에 밑거름으로 70%, 이삭거름으로 30%를 나누어준다(표 5). 모래논, 고논 및 염해논에서는 보통 논보다 시비량이 약간 많으며 질소 분시비율도 조절하여야 한다.

  복합비료를 사용하는 경우 벼 재배지대에 따라 복비의 종류가 달라지는 데 시비시기에 따른 복비종류와 시비량은 다음과 같다.

  염해논은 웃거름 위주로 거름을 나누어주어 흡수이용률을 증대시키고 가급적 질소는 유안, 인산은 과석, 칼리는 황산가리로 주는 것이 유리하며 황산가리 시용은 작토층의 염농도 상승 및 수도체의 나트륨 흡수가 억제되고 칼리, 인산 및 아연의 흡수저해 작용을 감소시켜 수량을 증대시킨다. 답 유형별, 지대별 3요소 표준시비량 및 분시량은 표 19에서와 같으며, 밑거름 시용시에는 단비로 시용 할 경우에는 필요량을 계산하여

시용하면 되나, 복비로 시용할 경우에는 그 비율이 맞는 복비종을 선택하여 사용하여야 한다.

[표 3] 답유형별, 지대별 질소 표준시비량 및 분시량 (단위 : kg/ha)

비종	구  분			합계	밑거름	웃 거 름
						새끼칠거름	이삭거름	알거름
질 소	평야지 및 중간지	보통논 미숙논	적기이앙	11	5.5(50)	2.2(20)	2.2(20)	1.1(10)
			만기이앙	11	7.7(70)	-	2.2(20)	1.1(10)
		모래논, 고논		13	6.5(50)	2.6(20)	2.6(20)	1.3(10)
	중산간지 및 냉조풍지			11	6.6(60)	2.2(20)	2.2(20)	-
	산간고랭지			11	8.8(80)	2.2(20)	-	-
	간척지			20	4.0(20)	4.0(20)	4.0(20)	2.0(10)
						4.0(20)	2.0(10)	-

※ 최근에는 10%의 알거름을 이삭거름에 합해서 시용함.

  [표 4] 답유형별, 지대별 인산비료 표준시비량 (단위 : kg/ha)

비종	구  분		합계	밑거름	웃 거 름
					새끼칠거름	이삭거름	알거름
인 산	평야지 및 중간지	보통논, 미숙논	4.5	4.5(100)	-	-	-
		모래논, 고논	5.1	5.1(100)	-	-	-
	중산간 및 냉조풍지		6.4	6.4(100)	-	-	-
	산간고랭지		7.7	7.7(100)	-	-	-
	간척지		5.1	5.1(100)	-	-	-

  [표 5] 답유형별, 지대별 칼리비료 표준시비량 및 분시량 (단위 : kg/ha)

비종	구  분		합계	밑거름	웃 거 름
					새끼칠거름	이삭거름	알거름
칼 리	평야지 및 중간지	보통논, 미숙논	5.7	4.0(70)	-	1.7(30)	-
		모래논, 고논	7.1	5.0(70)	-	2.1(30)	-
	중산간 및 냉조풍지		7.8	5.5(70)	-	2.3(30)	-
	산간고랭지		9.3	6.5(70)	-	2.8(30)	-
	간척지		5.7	2.3(40)	1.7(30)	1.7(30)	-

나. 벼에 대한 시비량, 시비방법, 시비횟수

  1) 시비량

   가) 표준시비량 : 질소-인산-칼리=110-45-57 ㎏/ha

   나) 검정시비량 : 토양검정 후 시비량을 결정하여 해당량 시용

  2) 시비방법 : 밑거름은 전층시비나 표층시비로 시용 웃거름은 표층시용

  3) 시비횟수 : 밑거름 1회, 웃거름 3회가 표준임(최근에는 웃거름 2 회로 함)

 다. 밑거름 및 웃거름의 시용과 작물생육

  1) 밑거름

   일반적으로 질소의 경우 50%, 인산 100% 칼리비료 70%를 밑거름으로 시용

   가) 밑거름은 벼 이앙 전에 토양 전층에 시용함으로써 전 생육기간에 걸쳐 양분을 공급토록 하는 비료에 해당됨

   나) 이앙초기에는 벼생육량이 적기 때문에 비료의 이용율이 적고 효율이 낮은 것으로 생각하기 쉬우나 기비로 시용된 비료가 토양 중에 유지되면서 꾸준한 양분공급이 될 수 있으며이때 다소(10～15 ton/ha)의 퇴비를 시용하면 효과가 좋으며, 지속적인 양분을 공급하게 됨. 이때 퇴비나 볏짚을 너무 많이 넣으면 환원이 심하게 되어, 산소가 부족하고 호흡이 불량하며 유해물질이 생성되어 벼의 뿌리가 피해를 받거나 약하게 되어 생육이 저조하거나 고사하게 됨

   다) 토양 전층에 비료가 함유되어 있으므로 벼뿌리가 지하로 분포하게 되고 뿌리의 활성이 높으며 다른 무기양분도 흡수이용하게 되며, 도복 등에도 강하고 등숙에도 유리 하게 됨

라) 벼 생육초기에는 비료의 이용량이 적고 효율이 낮기 때문에 기비량을 줄이고 추비량을 높이는 것이 좋을 것으로 생각하기 쉬우나, 비료를 추비로 많이 시용할 경우 벼뿌리가 지표면에 분포하게 되고 양분의 흡수가 균일하지 못하며, 지상부의 생육만 무성하다가 후기에는 전토층에 뿌리 분포가 약하고 지표면의 벼뿌리가 쉽게 노쇠하며 도복되기 쉬운 조건이 됨

   마) 인산질비료는 비료 특성상 토양중에서 고정흡착이 심하고 이동이 적어 시용된 위치에 존재하며, 식물체 내에서도 핵구성물질을 이루므로 어릴 때 다량 필요하고 생장점, 어린 세포조직에 다량 필요하므로 기비로 시용하는 것이 중요함. 인산질비료를 추비로 시용할 경우 토양표면에 존재하게 되므로 땅속에 분포된 뿌리들이 흡수 이용하기가 어렵고 생육후기에는 그 효과나 이용률도 낮으며 토양의 유실과 함께 유실되어 환경으로의 영향이 미치게 됨

   바) 칼리질비료는 식물체내 삼투압을 조절하면서 양분흡수의 기능에 관여하며 다소 과다 흡수하여도 생육이 가능한 성분으로 식물체를 튼튼히 하고 저온이나 고온 등 기상 재해에 대한 저항성이 높은 기능을 유지함

  2) 새끼칠거름(분얼비)

  새끼칠거름은 일반적으로 질소시비량 중 20%정도(표준시비시 22 ㎏/ha)를 벼 이앙 후 14일경에 시용하는 비료이며 이때 벼는 활착하여 생육을 전개하고 양분을 흡수이용하여 많은 분얼을 하게 되는데, 이때 토양 중에 양분이 존재하지만 왕성한 생육과 분얼을 하게 되므로 충분한 양분을 공급해 주는 의미의 비료이다. 여기에서 중요한 것은 분얼비를 너무 늦게 시용하거나 과다하게 시용할 경우 유효분얼의 정도를 지나 무효분얼을 하게 되는데(표 6 참고), 이러한 분얼 가지는 출수할 수 없고 양분만 소모하는 결과를 가져오게 되므로 일정한 기간이 되면 양분의 공급이 제한되어 무효분얼을 억제시키는 역할을 해야 하므로 적기에 적량을 시용하는 것이 필요하다.

 [표 6] 벼 생육 시기별 경수의 변화 (단위 : 개/주)

처 리 내 용	조   사   시   기						유효경율 (%)
	6.22	7.6	7.20	8.1	8.17	8.25
무  질  소 무  인  산 무  칼  리 3   요  소 3요소+퇴비 3요소+생고	6.8 6.8 8.6 11.2 10.9 9.8	13.3 12.2 16.3 18.6 19.3 19.7	12.8 11.5 15.2 17.4 17.8 17.6	12.4 11.6 15.1 16.7 17.4 17.0	11.5 10.9 13.3 14.3 15.3 14.7	8.5 10.1 11.7 13.3 14.9 14.2	63.9 82.8 71.8 71.5 77.2 72.1

  대부분의 농가들은 이때의 가지거름을 다량시용(질소 80～90 kg/ha)하여 무효분얼 증대, 도열병 발생, 후기도복 및 모든 재해에 약하게 되므로 이삭거름과 알거름은 생략하기 쉽고 후기양분의 공급부족을 가져오게 되므로 벼농사를 망치는 경우가 너무 많다. 따라서 분얼비를 과다시용하지 않는 것이 매우 중요하다.

  3) 이삭거름(수비)

  이삭거름은 벼출수 25일전쯤에 시용하는 비료로써 3요소중 질소 20%(표준시비시 22 ㎏/ha 또는 33 kg/ha)와, 칼리비료 30%(표준시비시 17.1 ㎏/ha)를 시용하는 비료이며, 이삭거름의 기능은 이삭의 크기와 알맹이 수를 많이 달리도록 양분을 충분히 공급해주는 비료이다.

이때에는 지상부의 생육량이 무성하게 되고 양분을 가장 많이 필요로 하는 시기이므로 양분의 충분한 공급이 요구된다. 그러나 비료의 과다 시용시에는 식물체가 연약해지고 병해충에 약하게 되므로 한꺼번에 많은 양의 비료시용은 생육증진보다는 도열병이나 문고병 등의 발생우려가 커지게 되므로 조심성 있게 시용하는 것이 필요하다.

이삭거름 시용 전에 간단 간수를 해주면 뿌리가 토양 속으로 신장하게 되므로 식물체가 튼튼하고 양분의 공급도 좋게 된다. 그러나 계속 담수상태에서 이삭거름을 시용하면, 벼 뿌리가 지표면으로 노출되고 지표수중의 양분만 쉽게 흡수 이용하게 되므로 토양 속으로의 뿌리가 신장하지 않는다. 따라서 개화, 출수기가 되면 지표면의 뿌리는 고사하게 되고 토양속의 뿌리분포는 약하므로 개화결실이 약하고 도복되기 쉬우며 등숙율이 떨어지고 지상부만 무성하므로 수량, 미질이 떨어지게 된다. 비료 처리별 토양중 벼 뿌리의 분포와 건물중을 보면 표 7에서와 같다. 이와 같이 심토인 10～20cm 층위에 벼 뿌리의 분포가 많을 때 벼 수량이 높은 것으로 조사되었다.

  [표 7]  유수형성기 토심별 벼 뿌리의 건물중

처 리 내 용	건   물   중 ( g/주 )
	0～5 cm	6～10cm	10～20 cm	계
무   질   소 무   인   산 무   칼   리 3   요   소 3요소 + 퇴비 3요소 + 생고	1.01 0.90 0.82 0.98 0.70 1.00	0.55 0.67 0.54 0.62 0.51 0.65	0.59 0.50 0.46 0.68 0.71 0.38	2.15 2.07 1.82 2.28 1.92 1.94

 4) 알거름(실비)

  알거름은 벼가 출수할 때 질소시비량의 10%(표준시비시 11㎏/ha)의 양을 벼 출수기에 시용하는 비료로써 지상부의 생육량이 최고에 이르고 토양 중의 양분은 물론 식물체내의 모든 양분들이 이삭으로 이동해 가게 되므로 부족되기 쉬운 양분을 공급해 주는 역할을 하여 등숙과 결실에 양분을 공급해 주는 역할을 하게 된다. 이시기를 지나서 추비를 하게 되면 뿌리의 기능이 약해지므로 흡수이용이 낮아질 수 있고, 과다 시용시는 등숙과 결실을 지연시켜 저온피해를 가져올 수 있으며, 미질을 떨어뜨리는 역할을 하게 되므로 표준량을 적기에 시용하는 것이 필요하다.   그러나 최근에는 알거름을 이삭거름에 합해서 시용토록 추천하고 있다. 따라서 모든 비료를 다소 더 주거나 덜 줄 수 있으나 시용량을 한꺼번에 많이 주는 것보다는 적은 양의 비료를 자주 주는 방법으로 시비할 때 이용률이 높아지고 생육에 도움이 되며 증수와 연결될 수 있다. 흔히 농가에서는 지상부 생육량만 보면서 한꺼번에 다량을 시용하게 되므로 병해충에 약하고 생육이 지속적이지 못하고 파생적으로 생육하므로 좋은 수량을 가져올 수가 없게 된다.

  지역이나 논유형별로 시비하는 기술이 필요하며 강원 산간지역이나 중북부 지역에서는 생육기간이 짧기 때문에 조생종의 벼가 재배되고 있으며 여기에 맞도록 시비하는 기술이 필요하고 간척지와 같은 토양에서는 염류의 농도가 높기 때문에 논물을 흘러대거나 자주 환수를 해야하며 시비효과가 낮아지게 되므로 시비량이 다소 일반 농경지보다 많이 추천되고 있다. 또한 간척지의 경우는 특히 염농도가 높기 때문에 일시에  다량 시용하면 염농도가 더욱 높아져서 염해우려가 되므로 적은 양을 자주 시용하는 것이 간척지에서도 매우 중요하다.

5. 토양반응과 작물의 생육

가. 토양반응의 표시법

  토양의 반응이란 토양용액 중의 수소이온 농도, 즉 (H⁺)와 수산이온(OH^-)의 농도비율에 따라서 결정되며, 보통 pH로 반응표시를 한다. 물은 적으나마 H⁺와 OH^-로 해리한다(H₂O↔H⁺ + OH^-). 순수한물(純水)이 해리할 때 (H⁺)와 (OH^-)는 같으며, 이들 이온농도는 모두 10^-7 mol/L이고, 이 상태가 중성이다.  양자의 적은 22℃에서 일정하고, 한쪽이 감소하면 다른 쪽이 증대하여 언제나 (H⁺)(OH^-)=10^-14이 된다. 중성인 경우에는 1L의 물속에 H⁺와 OH^-이 각각 10^-7g 당량을 함유한다. 표시를 간편화하기 위하여 (H⁺)의 역수의 대수치를 취한 것이 pH(potential of hydrogen ion)이다1\Temp\$$$52.tmp의 수치로 표현되 width="128" height="33" border=

 나. 활산성과 잠산성

  토양에 순수(純水)한 물을 가해 줄 때 용해되는 H⁺에 기인하는 산성을 활산성(active acidity)이라고 하며, KCl과 같은 중성염이나 CH₃COOK와 같은 약산염으로 침출된 H⁺에 기인하는 산성을 잠산성(potential acidity)이라고 한다. 그러나 식물에 직접적으로 영향을 미치는 산성은 활산성이며,  pH값은 활산성의 유리수소이온 농도를 표시한다.

  KCl과 같은 중성염을 가해 주면 더욱 많은 H⁺이 용출되며, 이에 기인하는 산성을 치환산도(exchange acidity)라고 한다.

  (교질)(H⁺) + KCl ↔ (교질)K⁺ + HCl(H⁺ + Cl^-)

CH₃COOK와 같은 약산염을 가해 주면 더 많은 H⁺이 용출되는데, 이에 기인하는 산성을 가수산도(hydrolytic acidity)라고 한다.

 (교질)H⁺ +  CH₃COOK ↔ (교질)K⁺ + CH₃COOH(H⁺ + Cl^-) 치환산도와 가수산도를 잠산성(potential acidity)이라고 한다. 양토나 식토는 사토보다 잠산성이 높으므로 pH(활산성)가 같더라도 중화하는 데 더욱 많은 석회를 주어야 한다.

※ KCl로 H⁺을 침출하면 교질-K + HCl 로 강산성이 되나, 곧 H⁺+Cl^-로 해리되며(91.4%) 이중 H⁺는 일부 교질로 되돌아 붙는다(치환산도). 그러나 CH₃COO^- + K⁺ 또는 Ca⁺⁺ 에 의해 치환된 H⁺는 대부분 CH₃COOH로 존재하고 이중 1.3%가 CH₃COO^- + H⁺ 해리되며, 나머지는 안전상태로 유지된다. 약산에 의한 H⁺이온의 농도가 높다(가수산도).

 다. 토양반응과 작물의 생육

  토양 중 작물양분의 유효도는 그림 1에 표시된 바와 같이 pH에 따라서 크게 다르며, 중성～미산성에서 가장 높다.

  강산성이 되면 P․Ca․Mg․B․Mo 등의 유효도가 낮아져서 작물생육에 불리하며, 암모니아는 식물체 내에 축적되고 동화되지 못하여 해롭다(질산염은 이용된다). 또 한, Al․Cu․Zn․Mn등의 용해도가 증대하여 그 독성 때문에 작물생육이 저해된다.

  강알칼리성이 되면 B․Fe․Mn 등의 용해도가 감소해서 작물생육에 불리하며, 또한 Na₂CO₃와 같은 강염기가 다량 존재하게 되어 작물생육을 저해한다.

                

                  [그림 1]  토양 pH와 양분유효도의 관계

 토양유기물을 분해하거나 공기 중의 질소를 고정하여 유효태 양분을 생성하는 대다수의 활성박테리아는 중성 부근의 토양반응을 좋아한다. 강산성토양에서는 과다한 수소이온(H⁺) 그 자체가 작물의 양분흡수와 생리작용을 저해한다고 한다. 종합적으로 작물의 생육에는 pH 6～7의 범위가 가장 알맞고, 강산성(pH 5 이하)이나 강알칼리성 (pH 8이상)이 알 맞는 작물은 거의 없다.

6. 유기물의 특성과 활용기술

 가. 유기물의 분해와 집적

○ 토양 유기물은 동물, 식물, 미생물들의 유체로 되어 있지만 토양부식의 분량으로 볼       때 동물과 미생물에 근거가 되는 것은 매우 적고 자연조건하에서 토양부식의 주요 재      료는 식물체라고 할 수 있다.

1) 식물체의 조성

○ 식물체를 구성하고 있는 유기물질 중 토양구성에 중요한 것은 셀루로스, 헤미셀룰로      스, 리그닌, 펙틴, 단백질 등의 세포막 물질이다.

 ○ 탄수화물 중 전분, 당류 등은 쉽게 분해되지만 셀룰로스, 리그닌 등은 분해되기 어렵      다. 헤미셀룰로스는 셀룰로스보다 분해되기 쉬우며, 셀룰로스의 분해생성물은 글루코

    스이고, 헤미셀룰로스의 분해생성물은 헥소산, 펜토산, 메틸펜토산 등이다.

 ○ 리그닌은 성숙한 풀의 줄기나 나무의 목질부 구성, 식물체를 탈지, 탈수지한 후 산으      로 침전된 물질로서 풀로로글루시놀이나 알콜과 염산으로 적색반응을 나타낸다.

  - 이러한 변질 리그닌은 암모니아, 펩티드 등과 같은 질소화합물과 결합하여 질소를 함      유하는 부식화도가 낮은 부식산으로 된다.

 - 이와 같이 리그닌 변질물이 질소화합물과 복합체를 형성하는 것이 부식산이라고 하며      이것이 왁스만의 리그닌단백복합체(lignoproteinate complex)설이다.

  ○ 성숙한 식물조직과 토양유기물의 조성은 다음 표 8과 같다.

   - 토양 중에 존재하는 부식은 주로 리그닌과 단백질의 결합물질이라고 할 수 있다.

  [표 8]식물과 토양유기물의 조성 (단위:%)                      <WAKSMAN>

구    분	식물체(건물)	토양유기물(부식)
셀룰로스	20～50	2～10
헤미셀룰로스	10～20	0～2
리그닌	10～30	35～50
지방류, 왁스류 및 타닌	1～8	1～8
단백질	1～15	28～35

 2) 부식

  가) 부식의 정의

 ○ 부식(humus)이란 토양에 가해진 유기물이 여러 가지 미생물에 의하여 분해 작용      을 받아 원 조직이 변질되거나 합성된 갈색 또는 암갈색의 일정한 형태가 없는       교질상의 복잡한 물질이며 분해에 대한 어느 정도의 저항성을 지니고 있는 물        질의 혼합물이다.

 ○ 모든 부식은 유기물이지만, 모든 유기물은 부식이라고 할 수 없다.

 ○ 왁스만(Waksman)의 리그닌 축합설에 의하면 부식은 리그닌단백복합체 (lignopro      teinate complex)라고 한다.

나) 부식의 조성과 성질

 ○ 토양 유기물을 분별해보면 리그닌과 단백질이 부식의 구성물질로서 중요한 역할      을 하고 있다.

 ○ 리그닌의 양과 부식의 증가 사이에는 확실한 관계가 있다는 발표로 부식생성에       있어서 리그닌단백설이 유력시 된다

 ○ 부식은 부식탄(humin), 플보산(fulvic acid), 히마토멜란산(hymatomelanic acid), 부    식산(humic acid)등으로 되어 있으며, 특히 부식산이 그 주요 부분을 이루고 있다.

 ○ 부식산은 황갈색~흑갈색의 중~고분자의 산성물질로서 무정형이며, 그 조성은 탄소

    50~60%, 수소 3~5%, 질소 1.5~6%, 황 1% 내외, 회분 1% 내외 산소 30~50%이다.

 ○ 부식산은 양이온 치환용량이 200~600 cmol⁽⁺⁾/kg으로서 매우 높으며, 1개의 양이온      과 결합한 염은 수용성이지만, Ca⁺⁺, Mg⁺⁺, Fe⁺⁺, Al⁺⁺⁺ 등과 같은 다가 이온과         결합한 염은 물에 용해되기 어렵다.

 ○ 풀보산(fulvic acid)은 저분자의 부식산과 비슷한 물질 및 비부식물질인 다당류, 아      미노산(amino acid), 타닌(tannin), 폴리우로니드(polyuronide), 페놀글루코사이드        (phenolglucoside), 유기인산염 등과 같은 여러 가지 유기화합물이 혼합된 화합물      이다.

 ○ 휴민(humin)은 불용성의 부식으로서 전체부식의 20~30%를 차지하고, 무기성분과  매우 강하게 결합되어 있으며 분해되지 않는 식물조직과 탄화된 물질 및 보통 방  법으로는 축출되지 않는 부식산 등이 그 주제를 이루고 있다. 시몬(Simon)도 토양유기물을 부식화도의 정도에 따라 진정부식산과 부식물질로 분별하였다.

3) 토양유기물의 부식화에 미치는 영향

 ○ 유기물이 미생물에 의해 분해되는 정도는 탄질율, 기후, 공기, 반응, 지형, 재료의    성질, 시간 등에 따라 매우 다르지만 가장 중요한 것은 탄질율(carbon-nitrogen      ratio : C/N ratio)이다.

   가) 토양 유기물의 탄질율

 ○ 유기물중의 탄소와 질소의 비를 탄질율 이라고 한다.

  - 토양 중에 신선한 유기물이 가해지면 미생물은 이것을 분해하여 탄소는 에너지      원으로 섭취하고 질소는 영양원으로 섭취하여 세포구성에 이용한다.

 ○ 토양 유기물중의 질소함량은 4~6%로서 평균 5%이며, 표토중의 유기물의 탄소함    량은 52%이므로 그 비율은 C : N = 52 : 5= 10.4 : 1로 되어 약 10 : 1에 가까운    값을 나타낸다.

  - 하층토에서는 유기물의 탄소함량은 36~44%로서 평균 40% 인데 질소함량을 5.0%      라고 하면 그 비율은 C : N = 40 : 5 = 8 : 1이 된다.

 ○ 신선한 유기물의 탄질율은 그 변화가 매우 심하여 5 : 1～200 : 1로 다양하다(표    9)

[표 9] 식물체 및 미생물의 탄소 및 질소 함량과 탄질율           (단위 : %)

구       분		탄  소	질  소	탄 질 율
식  물  체	밀    밀    짚    볏    짚    쌀보릿짚    귀    리    귀 리 짚    완    두    감    자    알 팔 파	46.1 55.7 42.2 50.0 50.7 37.0 46.5 44.0 40.0	2.30 0.48 0.63 0.30 2.20 0.50 4.20 1.50 3.00	20 : 1    116 : 1     67 : 1    166 : 1     23 : 1     74 : 1     11 : 1     29 : 1     13 : 1
미  생  물	사 상 균    방사상균    세    균	50.0 50.0 50.0	5.00 8.50        10.00	10 : 1      6 : 1      5 : 1
기      타	인공구비    인공부식    부 식 산	56.0 58.0 58.0	2.60 5.00 1.00	20 : 1    11.6 : 1     58 : 1

 ○ 질소인자(nitrogen factor) : 유기물의 분해에 대하여 부족한 질소량의 정도를 나타    내는데 질소인자 라는 말을 사용하고 있는데 이것은 토양중의 질소가 고정되는 것    을 막기 위하여 유기물질의 100단위에 대해 가해지는 무기질소의 단위수로 정의     되고 있다.

 ○ 탄질율이 높은 유기물이 토양에 가해지면 미생물에 의한 분해가 더디게 진행되나    여기에 질소인자에서와 같이 부족한 질소성분을 가해 주면 분해가 빨라지게 된다.    또한 미생물의 증가로 탄소의 소비량은 많아지며, 호흡작용에 의하여 이산화탄소    로 되고 탄소와 질소의 비는 차차 좁아져서 암모니아로 변화되고 분해 작용이 일    단 평형상태를 이루게 되면 토양의 탄질율은 약 10 : 1로 된다.

 - 유기물의 분해에 관여하는 생물체의 탄질율은 약 8:1이나 실제로 토양에서의 탄질     율이 10 : 1인 것은 질소를 함유하고 있지 않는 리그닌 유사물이 존재하기 때문이     다.

 ○ 질소기아(nitrogen starvation) : 탄질율이 높은 유기물이 토양에 가해지면 토양 중    NH₄-N이나 NO₃-N 은 미생물세포의 단백질합성에 이용되기 때문에 한때 식물은    유효성질소의 부족을 일으키게 되는데 이것을 질소기아라고 한다.

  - 이때 미생물 상호간은 물론 미생물과 고등식물 사이에 질소의 경쟁(competition)      이 일어나게 된다.

 ○ 일반적으로 건물 중 질소의 함량이 1.7% 이하인 재료를 신속히 분해시키려면 질    소 비료를 가해줄 필요가 있다. 즉 질소 1% 이하의 재료를 그대로 토양에 시용하    면 토양 중 가용성질소의 결핍은 4～8주간 계속되고, 2.0～2.5%의 재료를 시용하    면 수일간 질소는 결핍되지만 암모니아가 생성되며 2.5% 이상의 재료를 시용하면    분해 당시부터 암모니아가 생성된다(그림 2).

        

                  [그림 2] 유기물의 분해와 탄질율의 변화

 ○ 녹비로서의 밀의 생육일수에 따른 질소의 양 및 탄질율과 92일간 분해되어 생성되는    NO₃-N의 양을 보면 표 10에서와 같다. 즉 밀의 생육일수가 얼마 되지 않을 때의    탄질율은 낮으며, 그것이 분해되어 92일 동안에 생성된 NO₃-N의 양도 생육일수가    오래된 것보다 훨씬 많다는 사실을 알 수 있다.

  [표 10] 녹비로서의 밀의 생육일수에 따른 질소의 양 및 탄질율과 NO₃-N의 생성량                             <SIEVERS & HOLTZ>

밀의 생육일수(일)	질소함량(%)	탄질율	NO3-N의 생성량(lb/acre)
85(성숙)          60          50          40          30          20	1.01 1.57 2.07 2.69 3.23 4.22	45          29          22          17          14          11	7.0           21.2           35.8           70.2          106.6          163.4

  주 1) 탄질율은 건물 중 탄소의 함량을 4%로 가정했을 때임

     2) NO₃-N의 생성량은 92일간 분해되어 생성된 량임

  나) 탄질율의 변화

   가) 탄질율이 높은 경우에는 질산의 축적이 일어나지 않고 질소기아 상태가 발생          되며, 질소의 소실을 억제하는 효과도 있다.

   나) 부식의 유지 : 유기태 탄소와 유기물 사이의 일정한 비율(1 : 1.724)이 존재 하         므로 질소는 토양유기물의 양에도 영향을 미친다

○ 토양부식 중에는 평균 탄소함량이 58%로서 100/58 = 1.724인 계수를 탄소분석      치에 곱하여 부식함량으로 한다.

  ○ 또한 최근에는 표토중의 탄소함량은 50~54%로서 평균 52%이고, 부식중의 질소     함량은 5%로서 부식과 질소와의 관계는 100/5 = 20이고 질소와 탄소와의 관계      는 52/5 = 10.4로 10.4 : 1 이다

  다) 부식화에 미치는 그 밖의 영향

  ○ 토양유기물의 양에 미치는 인자 : 식물의 종류, 지형, 토양모재의 성질, 기후, 시     간 등이 있지만 기후가 유기물의 분해에 큰 영향을 끼친다.

  ○ 유기물의 분해소모는 주로 호기성세균에 의하여 이루어지며, 공기의 공급이 좋은     곳에서 분해가 빠르다.

  - 호기성세균이 가장 잘 활동할 수 있는 알맞은 수분량은 토양용수량의 50~80%때      이고, 사상균은 50~90%, 방사상균은 50%때 가장 잘 활동한다.

  4) 부식과 식물생육(부식의 기능)

 ○ 부식의 기능

  1) 부식은 치환성염기와 암모니아를 흡착하는 능력, 즉 염기치환용량이 크다.

  - 부식 : 100~250 cmol⁽⁺⁾/kg, 점토 : 10~50 cmol⁽⁺⁾/kg 정도이다.

  2) 부식은 물을 흡수하는 힘이 크다, 부식은 그 무게의 4~6배 물을 흡수할 수 있다.

  3) 부식은 양성적 성질을 지니고 있다. 완충력이 커서 반응이 심하지 않다.

  4) 부식은 구리(Cu)와 같은 중금속 이온의 유해작용을 감소시킨다.

  - 부식생성과정에서 폴리페놀(polyphenol)류, 우론산(uronic acid)유도체, 아미노당,       메라노이딘(melanoidine) 등의 화합물은 킬레이트(chelate)를 형성하여 금속이온       활성을 감퇴시킨다.

  5) 부식은 토립을 연결시켜 안전한 입단구조를 형성하여 토양의 물리적 성질을 개선       시킨다.

  6) 부식은 토양을 갈색~암색으로 물들이므로 온도를 상승시킨다.

  7) 부식은 토양미생물의 활동을 활발하게 하므로 유용한 화학반응을 촉진시킨다.

  8) 부식은 질소, 인산, 규산, 석회, 황 등 이 외에도 식물양분을 보유하여 공급하게        된다.

  9) 부식은 토양중 유효인산의 고정을 억제한다.

 10) 부식은 유기물의 무기화 및 부식화작용에 의한 공동생성물이므로 이때 생성되는      이산화탄소, 유기산, 무기산 등은 양분을 가용화 시킨다.

 11) 부식은 호르몬과 각종 비타민을 함유하고 있어, 고등식물과 토양미생물의 생육을      돕는다.

 5) 토양유기물의 유지

 ○ 토양에 일정량의 유기물을 유지시키는 것이 필요하다.

 ○ 경작지 토양의 유기물 함량을 높이는 방법

  1) 모든 식물의 유체는 토양으로 되돌려 주어야 한다.

  2) 유기물이 토양으로부터 제거되는 수단인 토양침식을 막아야 한다.

  3) 수량을 높일 수 있는 토양관리법을 적용해야 한다.

  4) 필요 이상으로 땅을 갈지 말아야 한다.

  5) 유기물을 사용할 때는 일반적으로 밭은 논보다 유기물의 분해량이 많다.

  - 신성한 퇴비보다는 완숙퇴비의 시용이 효과적이다.

  - 작물의 수확 후 뒷그루나 뿌리가 토양 중에 많이 남도록 한다.

 ○ 일반적으로 토양에 가해진 퇴비는 그 전량이 부식으로 되는 것이 아니라 대체로    그중 약 10%가 부식으로 된다. 논의 경우 1작에 75kg의 부식이 소모되고 2모       작에는 답리작맥일 경우 보리농사에서 소모되는 부식이 37.5kg이나 되므로 유기물    시용시 이양을 고려해야 한다.

 나. 유기자원의 효율적 활용

  1) 가축분뇨의 발생과 그 활용

 가) 최근 가축분뇨의 발생량과 양분의 공급

  2002년 3월 현재 연간 가축분뇨 발생량은 분이 20,296천톤, 뇨가 12,728천 톤으로서 합계 33,024천 톤에 달하고 있다(표 11 참고). 가축분에 의한 연간 비료성분 공급량은 질소가 262천 톤, 인산이 224천 톤, 칼리가 192천 톤으로서 총 678천 톤에 달하고 있다(표 12 참고). 2002년도 기준 표준시비량에 의한 화학비료 요구량이 648천 톤임을 감안할 때 가축분뇨 만으로도 우리나라는 작물이 요구하는 양분의 공급이 가능한 실정이다.

 [표 11] 연간 가축분뇨 발생량(´02월 3월 기준 )                ( 단위 : 천톤 )

축  종	사육마리수 (천마리․천수)	마리당 1일 배설량 (kg)			연간 총생산량 (천톤)
		분	뇨	계	분	뇨	계
한육우 젖  소	1,371       548	10.1 24.6	4.5    11	14.6  35.6	5,055  4,925	2,252   2,202	7,307   7,127
소  계	1,919	-	-	-	9,980	4,454	14,434
돼  지	8,719	1.6	2.6	4.2	5,092	8,274	13,366
닭	110,100	0.13	-	0.13	5,224	-	5,224
계					20,296	12,728	33,024

가축분은 비료가치가 높고 가축의 종류에 따라 차이는 있으나 전체적으로는 퇴비원료로 우수하며, 오래전부터 활용되어 온 전통적인 유기자원이다. 가축분퇴비화는 가축분뇨의 처리와 경종농가의 퇴비수요를 충당하기 위하여 국책사업으로 지원하고 있다.

  축종에 따라 C/N율은 다소 차이가 있는데, 계분은 8.4, 돈분은 12.2, 우분은 20.1 정도이다. 인산은 계분, 돈분, 우분이 각각 4.84, 5.99, 2.80%이며, 칼리는 각각 1.45, 0.77 및 0.45%로서 다른 유기자원과 비교하여 인산함량이 높은 편이다.

   [표 12] 가축분뇨 중 비료성분 함량 (＇02년 3월 기준 )

축  종	분뇨발생량   (천톤/년)	가축분중의 비료성분(천톤/년)			계
		질  소	인  산	칼  리
소     돼  지       닭	14,434    13,366     5,224	85      88      89	61      80      83	75      92      25	221     260     197
계	33,024	262	224	192	678
화학비료     (2002년)	시비기준량  농가사용량	305     364	148     146	195     180	648     690

  나) 가축분뇨의 활용기술

  가축분뇨가 지력증진에 기여한다는 것은 옛부터 잘 알려져 있으나 최근에는 기업적 축산 농가에서 배출되는 분뇨가 공해의 발생원이 되고 있는데 이러한 축산폐기물을 잘 활용하지 않으면 안되게 되어있다. 따라서 유기물은 가축분을 다량 시용할 때는 가축분중에 함유되어 있는 질소, 인산, 칼리의 성분량과 시용 후 1년 이내에 작물이 이용할 수 있는 질소, 인산, 칼리의 유효 성분량을 참작 표 13에서와 같이 화학비료를 절감하는 것이 바람직하다.

  [표 13] 가축분 톤당 함유성분량과 유효성분량

구    분	수 분	성분량 (kg/톤)			유효성분량 (kg/톤)
	(%)	질 소	인 산	칼 리	질 소	인 산	칼 리
우    분	66	7	6	7	2	4	7
돈    분	53	14	20	11	10	14	10
계    분	39	18	32	16	12	22	15
우분퇴비	65	6	6	6	2	3	5
돈분퇴비	56	9	15	8	3	9	7
계분퇴비	52	9	19	10	3	12	9

 ※ 유효성분량은 가축분 시용후 1년 이내에 작물이 이용할 수 있는 양으로 화학비료      절감 가능 량이다.

  가축분뇨 중에는 질소성분이 많이 함유되어 있어 C/N율(탄질률)이 20 이하로 낮아 우분과 돈분을 ha당 5톤 시용하면 질소비료를 어느 정도 감비하는 것이 좋으며 질소비료 과다로 쓰러짐 등을 방지할 수 있다. 그러나 최근의 가축분 퇴비는 질소에 비해 인산함량이 상대적으로 높으므로 토양을 검정하고 퇴비에 의하여 공급되는 양을 감안하여 시용하는 것이 바람직하나, 토양검정을 하지 않고 농가에서 퇴비를 시용할 경우 표 14의 추천량을 참고하여 시용하는 것이 좋다.

[표 14] 토양 유효인산 비옥도에 의한 작물별 가축분퇴비 시용량   (단위 : kg/10a)

작    물		인산요구도	척박지	보통지	비옥지
논	벼	-	280～440	220～380	100이하
밭	과채류	소비형1)	540～630	290～380	150이하
		다비형2)	800～1,050	550～810
	근채류, 서류	-3)	540～720	290～470
	엽채류	-4)	460～770	210～530
	기타 작물	소비형5)	400	150
		다비형6)	580～760	340～510
토양 유효인산함량 범위(㎎/㎏)		논	80이하	80～120	120이상
		밭	300이하	300～500	500이상

  ○ 과채류 인산 소비형(인산표준시비량 59～77kg/ha) : 딸기, 수박, 참외

  ○ 과채류 인산 다비형(인산표준시비량 112～164kg/ha) : 고추, 토마토, 오이, 호박,                가지

  ○ 근채류, 서류(인산표준시비량 59～96kg/ha) : 생강, 당근, 무, 고구마, 감자, 양파,               마늘

  ○ 엽채류(인산표준시비량 43～107kg/ha) : 상추, 배추, 시금치, 파, 잎들깨, 양배추,        셀러리, 쑥갓, 부추

  ○ 기타작물 인산소비형(인산표준시비량 30kg/ha) : 콩, 참깨, 옥수수

  ○ 기타작물 인산 다비형(인산표준시비량 68～104kg/ha) : 겉보리, 쌀보리, 맥주보리,       땅콩

  가축분퇴비 중 인산은 화학비료와 대등한 유효화율을 나타내지만, 질소의 경우 화학비료에 대한 비효율이 표 15에서 보는바와 같이 작물 생육기간 및 가축분 퇴비의 종류에 따라서 다르다.

 [표 15] 재배일수별 가축분퇴비의 화학비료대비 질소비효율 및 작물분류

작물군	재배일수	화학비료 대비 질소비효율(%)		작     물     명
		돈분퇴비	계분퇴비
벼	4～5개월	50	100	벼
장기성	5개월이상	50	60	보리, 콩, 땅콩, 참깨, 고추, 토마토, 오이,  딸기, 참외, 수박, 호박, 가지, 생강, 고구  마, 파, 양파, 마늘, 부추, 잎들깨 등
단기성	3개월이하	20	40	옥수수, 감자, 당근, 무, 상추, 배추,  시금치, 양배추, 셀러리, 쑥갓 등

 * 화학비료대비 질소비효율 : 화학비료에 대한 가축분퇴비의 질소 이용율

 * 가축분퇴비 중 인산 및 칼리의 화학비료 대비 비효율 100% 적용