토양과 비료

[천사놀이터농원]

토양과 비료                                                                    

질소 N

식물을 구성하고 있는 세포는 주로 단백질 형태로 존재하며 이러한 단백질은 질소화합물에서 유래한 것들이다. 세포 원형질 안의 엽록체에는 단백질이 50%, 핵에는 70% 정도 들어있다. 단백질의 형태는 그동안 알려진 20여종의 아미노산(amino acid)으로 이루어져있고 분자의 크기와 조성에 따라 여러 형태의 질소를 함유하는 화합물질로 염기를 구성한다.

이와 같은 질소화합물의 결합상태는 아민(amine : -NH₂, NH, N-)으로 암모니아에서 유래한 것이다. 따라서 작물이 암모니아 형태의 질소를 빠르게 흡수하며 식물체내에서 흡수된 암모니아는 여러 가지 단백질로 전환하여 식물체를 구성한다. 그러나 암모니아의 흡수량이 많을 경우 작물이 독성을 나타내어 해를 받으므로 근권 부위에 암모니아가 과잉상태로 존재하지 않도록 하는 것이 매우 중요하다.

그러면 이러한 질소는 어디로부터 오는가?

첫째, 화학비료로부터 흙에 공급되어질 수 있다. 예를 들어 요소비료의 경우 흙속에서 가수분해되어 암모니아태 질소로 변화된다. 둘째, 콩과작물의 뿌리혹박테리아와 같은 공중질소 고정미생물에 의해 흙에 질소가 들어온다. 또한 유기물(유기질비료)에 함유된 단백질 등의 질소화합물 형태로서 공급될 수 있는데 이는 미생물의 여러 가지 분해작용을 거처 역시 암모니아태질소로 분해된다. 이러한 암모니아태질소는 토양이 알칼리성일 때 암모니아가스로 대기 중에 방출될 수도 있고 토양 중에 산소가 많이 있으면 질산태질소로 전환되기도 한다.

작물이 주로 이용하는 질소원의 형태는 질산태질소와 암모니아태질소이다. 토양의 환경조건에 따라 산소가 부족한 환원조건인 논토양은 암모니아태질소가, 산소가 충분한 밭토양에서는 질산태질소가 대부분을 차지하며 작물에 쉽게 이용되어진다. 특히 밭토양에서 이들 두 형태의 질소 비율에 따라 작물이 흡수되는 정도가 매우 다양하므로 질산태질소를 중심으로 암모니아태질소와 비교하여 작물의 생산성을 구체적으로 알아본다.

질소형태 및 이용률

작물에 흡수되는 주요 질소 형태는 질산태(NO₃?-N)와 암모니아태(NH₄?-N) 형태의 질소이며 그 외에 아미노산의 단순한 유기질소화합물로도 일부 흡수가 확인된다.

양액재배에 질산태질소와 암모늄태질소가 이용되는 비율을 보면 작물에 따라 다소 약간의 차이가 있지만 일반적으로 9:1~11:1 정도의 비율을 갖는다. 즉 90% 이상이 질산태 질소의 형태로 흡수된다고 볼 수 있다. 작물이 암모늄독성에 예민할수록 암모늄태질소 비율이 낮은 11:1에 가깝고 둔감하거나 낮은 pH를 선호하는 작물은 9:1 정도에 가깝다. 이처럼 양액재배에서 질산태질소가 암모늄태질소보다 높은 비율로 필요로 하는 것은 암모니아의 독성, 물(근권부)의 pH와 양-음이온의 특성 때문이다.

현재 국내에서 주로 소비되고 있는 질소질비료의 형태는 주로 요소태질소와 암모니아태질소로 구성된 비료들이다. 이러한 비료들은 토양내에서 질산화작용을 거쳐 암모니아태 및 질산태질소로 전환되어 작물에 흡수되므로 흡수가 늦어지지만 암모니아태(NH₄?-N)는 양이온(+) 이므로 음성을 나타내는 토양의 음이온(-)과 결합하여 토양에 고착하기에 논토양과 같이 담수상태에서 비료 유실이 적다. 따라서 음이온으로 구성된 질산태질소(NO₃?-N)보다 유용하게 이용될 수 있다. 그러나 고부가가치를 창출하는 원예작물(밭작물)들에 있어서는 질소 형태에 따라 작물에 미치는 차이가 크게 다르다. 일반적인 토경재배의 경우 질산태질소와 암모니아태질소의 구성비는 대략 42:58이 좋다고 권장한다(토양과 작물영양-Yara).

감자에 시비한 질산태질소 : 암모니아태질소의 비율을 각각 80:20 및 20:80의 비율로 처리하였더니 80:20으로 질산태질소의 비율을 높게 처리한 처리구의 수확량이 15~30% 정도 많아짐을 볼 수 있다. 또한 질소시비량을 120kg/ha에서 240kg/ha으로 늘릴수록 질산태질소와 암모니아태질소 비율을 80:20으로 처리한 것은 수량 증가가 75%에서 100%로 큰 폭으로 증가한 것에 반해 질산태질소와 암모니아태질소 비율을 20:80으로 처리한 것은 65%에서 70%로 그 증가 폭이 매우 적음을 관찰할 수 있다[그림 1].

따라서 복합비료를 기비로 시비할 경우 질산태질소가 약 50% 정도 들어있는 두프로 복합비료를 이용하여 질소의 흡수율을 높이도록 한다.

[그림 1] 암모니아태와 질산태질소의 시비율에 따른 수량비교

 

선진국에서는 질소의 시비량을 결정할 때 토양의 질산태질소 함량을 이용하고 있다. 위에서 언급한 것과 같이 밭토양에서는 궁극적으로 질산태질소에 의해 질소의 흡수정도가 결정되기 때문이다. 더 나아가 식물체의 질소영양진단방법으로 질산태질소 측정이나 엽록소 검정을 실시하여 시비량을 결정하고 있다. 한편 국내 기준은 유기물 함량과 EC를 활용하는 정도에 머물러 있다.

[그림 2]에서 질산태와 암모니아태 질소의 상관관계를 보면 질산태질소는 무기태질소(질산암모니아)와 상관관계가 있으나 암모니아태와는 상관관계가 매우 적음을 알 수 있다. 이는 질산태질소(좌)를 토양에 공급했을 경우 흡수율이 지속적으로 높아지나 암모니아태질소(우)는 그렇지 않음을 보여주는 예이다.

[그림 2] 무기태질소(NH4-N+NO3-N)와 질산태질소(좌) 및 암모니아태질소(우)와의 상호관계(밭토양의 질소공급능력, 충북대 홍순달-2001)

충남 아산시 배방면 노지오이 재배농가에 실증실험을 한 결과를 보자. 같은 포장에 수용성 칼슘이 포함된 두프로 복합비료(질산태질소와 암모니아태질소)를 일반복합비료(요소태 및 암모니아태질소) 시비량의 75%를 시비하여 작황을 조사하였더니 초장은 정식 후 30일경 대조구보다 약 10cm 정도 컸고, 숙기(첫 수확)는 5일 정도 빨랐으며 수확량은 약 15% 증수하였고 상품성은 20% 이상 차이가 났다(농가의견). 뿐만 아니라 수확후기 다음 작기 때문에 작물을 정리하는데 처리구는 여전히 대가 충실하여 수확이 가능하였는데 대조구는 그렇지 않았다. 이는 두프로에 수용성 칼슘이 들어있어서 내병성이 강화되었기 때문으로 판단된다.

                                                                                                             [농경과 원예 2010년 5월호]