7. 비료 이야기 - 탄소, 수소, 산소, 질소

[한두레]

1) 탄소(C. Carbon)

- 유기물의 구성성분, 식물체(건물)의 45%이며, 탄소동화작용으로 생성된다.

- 주공급원은 공기 중의 CO₂이다.

2) 수소(H. Hydrogen)

- 식물체(건물)의 6% 정도이며, 물의 구성원소이다.

- 주공급원은 물(HO₂)이다.

3) 산소(O. Oxygen)

- 식물체(건물)의 45%이며, 호흡작용과 다른 원소와 산화물을 생성하고, 탄소와 함께 복잡한 유기화합물을 구성한다.

- 주공급원 ; 물과 공기 중에서 흡수하고, 이용은 O₂이다.

4) 질소(N. Nitrogen)

(1) 질소의 역할(기능)

 ① 식물체를 구성하는 단백질, 보효소, 핵산, 엽록소의 주요성분으로 작물에 대단히 중요한 양분이다.

 ② 세포의 분열, 증식에 필요

 ③ 식물생육의 가장 중요한 핵심요소이며, 영양생장을 유도한다.

 ④ 과다시용 ; 뿌리나 잎, 줄기의 생육, 번무를 가져온다.

  - 생식생장이 지연되며,

  - 종실의 성숙이 느려져 품질이 불량하게 된다.

    즉, 고랭지에서 질소를 너무 많이 주게 되면 성숙이 늦어져 냉해를 입는 것과 같은 현상이다.

  - 잎이 진한 녹색이 되고 줄기나 잎이 잘 뻗고 분열도 많아지지만 섬유질이 약해지며,

    잎과 줄기가 연약하여 도복이 올 수 있으며, 병과 해충의 피해도 많아진다.

  - 시설재배에서는 질산태질소 함량이 300ppm이상이면 작물생육에 지장을 초래할 수 있다.

※ 질소과잉은 수질오염, 즉 지표수(강, 호수)와 지하수에 대한 질산염 유출로 음용수 오염과 부영양화를 초래한다.
※ EU(유럽연합)는 음용수의 질산염 농도 기준을 50me/ℓ 이하로, 가축분의 질소량을 170kg/ha 이하로 규제하고 있다.

 ⑤ 결핍증상 ; 생장에 크게 장애를 받는다.

  - 황화, 백화현상(하엽)이 일어난다. 단백질함량이 감소한다.

  - 작물발육이 빈약해지고 잎은 연한 황색이나 적갈색이 되며 마지막에 황색으로 말라버린다.

  - 또 줄기나 뿌리도 자라지 않고 분열도 적으며 종실의 수량도 적고 모양이 작아 품질도 나빠진다.

 ⑥ 작물이 흡수하는 질소성분의 형태는 무기태질소다.

  - 토양의 질소화합물(약 0.2% = 1/500)에는 유기태질소와 무기태질소가 있는데,

  - 작물이 직접 흡수할 수 없는 유기태질소화합물이 92~95% 이상이며,

  - 무기태질소 화합물(5~8%)은 매우 적어서, 다수확을 위해서는 질소비료를 시비에 의존하게 되는 것이다.

  - 작물이 흡수하는 무기태질소의 대부분은,

 ★ 논에서는 주로 암모니아태질소(NH4+)

 ★ 밭에서는 질산태질소(NO3-)라는 무기태질소이다.

 ★ 최근, 뿌리에서 유기물을 직접 흡수한다는 학설도 발표되고 있다.

  - 시용되는 화학비료는 대부분이 무기태질소이며(예외도 있음),

  - 유기태질소는 모든 동식물이나 미생물의 배설물과 유체에서 유래된다.

  - 이 유기태질소는 다시 미생물들의 작용에 의해서 무기태질소로 변화하는데,

    아래와 같이 여러 형태의 질소로 순환을 하는 것이다.

(2) 질소의 순환과 변동

♠ 토양 내에서 질소의 화학적 반응 및 현상을 보면 다음과 같다.

♠ 토양생태계의 질소순환과 미생물 작용

암모니아화 작용	- 토양부식을 포함한 유기물이 분해되어 식물이 흡수할 수 있게 질소로 변하는 첫 현상       ‘NH4+ -N’ 암모니아질소
질산화작용	- NH4+ 이 NO3- 로 산화되는 과정. - 암모니아 산화균(또는 아질산균)이나 아질산 산화균(질산균)에 의해 이루어진다.
질산환원 작용	- NO3-[질산태질소] ⇒ NO2- ⇒ NH4+[암모니아태질소]
탈질작용 환원(담수) 상태에서 많이 발생	- 미생물(탈질세균)에 의한 질소 손실 NO3- ⇒ NO2- ⇒ N2O ⇒ N2 - 산성토양에서는 느리게 진행(세균활동이 느려지기 때문)
유기화 작용	♠ NO3- ⇒ NH4+ ⇒ 단백질<대부분 식물들이 만듬>
♠ 질산화작용과 탈질작용 등의 주요 원인 - 산소분압, 수분, pH, 온도, 유기물, 염류농도, NO3-농도, 질소원료의 종류 등

♠ 생태계의 질소순환은?

- 우리 몸의 단백질(질소)는 어디서부터 오는가? ⇒ 식물에서부터 온다.

- 모든 질소(N)비료는 공기(79%)를 원료로 해서 만들어 지는 것이다.

- 토양에 여러 가지 유기물들은 미생물들의 각종 작용에 의해 분해가 되어 질소가 무기화 되면서

   여러 형태의 질소로 순환되는 것이다.

- 질소고정균에 의해

* 콩과작물과 공생 ⇒ 뿌리혹 박테리아 등 ⇒ 약 22Kg/10a

* 독립적으로 사는 미생물 종류 ⇒ 조류(이끼류) 등 ⇒ 약 6Kg/10a

- 공장에서 만드는 비료(유기질비료, 화학비료도 포함)

- 하늘이 만들어 주는 비료(천둥번개에 의해 빗물과 함께 = 약 6Kg/ha/년)

(3) 질소(N) 의 화학적 형태

- 리비히(1840)는 질소(N)가 식물생육의 가장 중요한 요소라는 것을 발견했고,

- 하버(Haber-독일)가 1909년에 발명하고, 1913년에 첫 생산을 했으며,

- 그 후 보쉬(Bosch-독일)가 그 방법을 개선하여 “하버-보쉬 공법”으로 질소비료 대량생산의 초석이 된 것이다.

- 일반적으로 논에서 벼는 암모니아태질소를, 밭에서의 작물은 질산태질소로 흡수한다.

⍟질소(N)비료의 유기농법 재배 진위여부를 판별법                      서울대 노희명(盧熙明)교수

- "화학비료와 퇴비를 사용 할 경우 다르게 나타나는 질소의 안정성 동위원소 존재비율을 이용,
   유기농법 재배 진위여부를 판별할 수 있는 기술을 세계 최초로 개발했다"고 밝혔다.
- 질소는 14N와 이보다 무거운 중질소 15N 등 2가지 동위원소로 구성되며,
- 화학반응 시 생성물에는 14N이 반응 후 남은 물질에는 중질소 15N가
   더 많이 남는 동위원소 분할현상이 발생되었다고 한다.
- 즉, 유기농산물에는 15N가 20.7%로써 일반 관행농산물의 3.4%보다도 훨씬 높게 나타났다고 한다.

<질소의 화학적 형태>

주성분의 종류		원소	비료 종류
무기질 질소비료	암모니아성질소 (NH4+ N)	N	황산암모니아, 염화암모니아, 질산암모니아 등
	질소전량 (합성무기태질소)	N	요소, 석회질소, 질소태질소류, IBDU, CDU, 옥사미드, 황산구아닐요소 등
유기질 비료	질소전량	N	어박분말, 육박분말, 육골분, 유채박분말, 아주까리유박분말, 건조조류비료 등

(4) 공정 규격

N비료의 종류	함유할 각 성분의 최소량(%)	기 타 규 격
황산암모늄(유안)	암모니아태 질소 : 20 (보증성분 20.5%)	(NH₄)₂SO₄
요 소	질소 전량 : 45(보증성분 46.0%)	(NH₂)CO(NH₂)
염 화 암 모 늄	암모니아태 질소 : 25	NH₄Cl
부산염화암모늄	암모니아태 질소 : 23	NH₄ - XX
질산암모늄(초안) NH₄NO₃	암모니아태 질소 : 16, 질소태질소 : 16	다시안디아미드태 질소 : 1.2% 이하 [석회질소]
석 회 질 소	질소전량 : 19	CaCN₂
암모니아수비료	암모니아태 질소 : 15	NO₃
질 산 석 회	질산태 질소 : 15	Ca(NO₃)₂
질 산 칼 륨	질산태 질소 : 14	KNO₃
질 안 석 회	암모니아태질소 : 10, 질산태질소 : 10	요소 초기용출율은 25% 이하
※ 피 복 요 소	질소전량 : 35	_
※ c.d.u. 비료	질소전량 : 28	요소태질소는 3.0% 이하
※i.b.d.u. 비료	질소전량 : 28	요소태질소는 3.0% 이하

주) ※표시는 완효성 비료임

① 요소태질소 ⇨ [NH2] (요소=urea, 신선인분뇨, 가축분뇨, 가금분 등)

 - 물에 잘 녹고 속효성이다.

 - 요소자체는 작물에 유해하고 그대로 작물에 흡수되기 어려우나

     토양 중 세균의 작용을 받아 [암모니아 ⇒ 질산]으로 변해 작물에 흡수된다.

 - 종자에 직접 주면 발아를 저해하는 수가 있다.

 - 토양 속에서 암모니아태질소로 변화하고 다음에 질산태질소로 변하는데, 이 질산화성이 염안 등에 비해 약간 빠르다.

 - 0.1~1% 정도의 수용액으로 엽면살포하면 잎에서 직접 흡수된다.

② 암모니아태질소 ⇨ [NH₄-N](유안, 염안, 질안, 부숙인분, 완숙구비 등)

 - 물에 잘 녹아 속효성 질소이다. 일반적으로 논에서는 암모니아형 그대로 흡수되고,

    밭에서는 곧 질산태로 변화되어 작물에 흡수된다.

 - 토양에 흡착되는 힘이 좋아 빗물 등에 의해 유실되는 양이 적다.

 - 알칼리성비료와 혼합하거나 고온인 경우 가스(NH4+ )로 되어 휘산.

 - 연용하면 산성근이 남아 토양을 산성화시킨다.

③ 질산태질소(초산태질소) ⇨ [NO₃-N](칠레초석, 초석질안 등)

 - 물에 녹고 매우 속효성이다.

 - 토양에는 흡착되지 않아 빗물 등으로 유실되기 쉽다.

 - 논에서는 물이 지하로 침투하면서 함께 따라 들어가 환원층에서 탈질하므로 논에는 맞지 않는 질소이다.

 - 흡습성이 강하므로 질산태질소를 함유한 비료의 취급에는 충분히 주의해야 한다.

칠레초석(chile 硝石 - 주성분 NaNO₃)

- 천연광석으로 칠레에서만 생산된 무색의 결정체인 질소비료이다.
- 19세기 말까지 사용하였음(매장량의 한계로 고갈됨)
- 예전에는 유리의 제조나 화약의 원료로 사용되었음.

④ 석회질소 ⇨ [CaCN₂] = 다시안디아미드태 질소

 - 수용성으로 효과는 약간 느리지만 비효가 지속적이다.

 - 그대로는 작물체에 유해하다.

 - 토양 중의 콜로이드 작용으로 요소로 변하고,

    ⇨ 다시 미생물 작용으로 암모니아가 되며, 밭에서는 다시 질산으로 된다.

    ⇨ 암모니아나 질산의 형태로 작물에 흡수된다.

 - 밭에서는 오랫동안 비효가 지속된다.

 - 제초, 방충, 살균의 효과도 있다.

⑤ 유기태질소 ⇨ 유박류, 어비류, 골분 등 동식물질 유기질 비료, 퇴비류

 - 물에 녹지 않으며 완효성과 지효성이다.

 - 토양세균에 의하여 분해되어 암모니아태질소 또는 질산태질소로 된 후 흡수, 이용된다.

 - 토양에 잘 부숙되고 지효성이기 때문에 비료분의 과부족은 나타나지 않으며 논과 밭에 모두 효과적이다.

⑥ 작물별 질소의 작용

 - 질소비료를 주는 양은 같은 품종, 같은 면적이라 할지라도

    땅심(지력), 지형, 지질, 대목, 기상조건 등 여러 환경에 따라 다르다.

[쿠키런]

요약 정리를 잘 해주셔서 이해하는데 많은 도움이 됩니다 너무 감사합니다

[한두레]

👌고맙습니다 ^^