Abstract
아메리카동애등에(
동애등에분은 부산물비료의 그 밖의 비료에 해당하며, 부숙 유기질비료(퇴비)나 토양개량제로서의 특성에 대한 연구가 진행되었다. 동애등에분은 부숙유기질비료(퇴비)로 사용이 가능하며[4], 강낭콩(
동애등에분는 잔디구장의 모래상토로 활용이 가능하여 한국잔디(
국내의 동애등에분은 음식물쓰레기를 원료로 하고 있어 부산물비료 내 염분의 함량이 높을 수 있고[7], 염분이 높은 유기물원은 토양 내 염류집적으로 작물의 양분흡수 및 생육을 감소시키는 것으로 알려져 있다[8]. 따라서 동애등에분을 부산물비료로 처리한 경우 작물 재배에서 토양의 특성 변화 및 작물의 생육 특성에 관한 연구가 필요하다. 본 연구는 동애등에분의 토양 처리 후 작물의 생육과 토양의 이화학성 변화에 미치는 영향을 조사하여 동애등에분의 토양 처리 효과를 평가하고자 연구를 수행하였다.
본 연구는 2009년 4월부터 2010년 10월까지 1년 7개월간 인천광역시 소재의 스카이 72 골프클럽 내 A사 연구 포장에서 수행하였다. 공시비료는 복합비료(N-P2O5-K2O=11-5-17; Pungnong Co. Ltd., Seoul, Korea), 요소(Urea, 46% N, Namhae Chemical Corp, Yeosu, Korea), 염화칼리(potassium chloride, 60% K2O; Pungnong Co. Ltd., Seoul, Korea) 및 동애등에분(soldier fly compost; SFC)을 이용하였고, SFC의 이화학적 특성은 Table 1과 같다. 공시비료 중 SFC는 음식물 쓰레기를 먹이로 처리한 SFC를 이용하였고, 국립농업과학원으로부터 공여 받아 사용하였다. 공시토양은 SKY 72 골프장의 조성 시 토양인 간척지 토양을 이용하였고, 토성은 사양토였다. 조사된 토양화학성 결과들은 상추(
상토를 포설한 트레이에 열무를 2010년 5월 21일에 파종하여 약 4주간 유묘를 관리하였다. 작물 정식 15일 전에 화학비료의 배합 후 농촌진흥청에서 제시한 열무의 표준시비량에 준하여 전층시비하고 15일이 경과한 후 생육 상태가 비슷한 유묘를 선별하여 2010년 6월 15일에 정식하였다. 처리구는 무처리구(non fertilizer; NF), 화학비료를 처리한 대조구(control; N-P2O5-K2O=10.9-4.4-7.8), SFC 처리구1 (SFC1; SFC 250 kg/10a), SFC 처리구2 (SFC2; SFC 500 kg/10a) 및 SFC 처리구3 (SFC3; SFC 1,000 kg/10a)로 구분하였다. 작물 재배는 1/5000a 와그너포트를 사용하였고, 각 처리구는 완전임의배치법으로 배치하였으며, 처리구별 반복은 3반복으로 수행하였다. 대조구는 공시비료 중 복합비료, 요소 및 염화칼리를 이용하여 표준시비량에 적합하도록 배합하여 시비하였다. 관수는 인천공항공사에서 제공하는 중수돗물을 관개용수로 이용하여 매일 1-2회 실시하였으며, 시험 기간 중 병충해는 발생하지 않았다. 작물의 생육 조사는 작물의 생육 상태를 판단하여 작물 정식 후 47일이 경과한 8월 1일에 실시하였다.
상토(원예용 상토)를 포설한 트레이에 상추 종자를 2009년 4월 15일에 파종하여 약 4주간 유묘를 관리하였다. 시험 작물의 정식 전 농촌진흥청에서 제시된 상추의 표준시비량에 준하여 화학비료와 SFC를 전층시비하고, 15일이 경과한 후 생육이 비슷한 유묘를 선별하여 2009년 5월 13일 정식하였다. 처리구는 SFC의 처리량에 따라 비료를 처리하지 않은 무처리구(non-fertilizer; NF), 화학비료를 처리한 대조구(control; N-P2O5-K2O=10.2-4.9-8.7), SFC 처리구1 (SFC1; SFC 250 kg/10a), SFC 처리구2 (SFC2; SFC 500 kg/10a) 및 SFC 처리구3 (SFC3; SFC 1,000 kg/10a)로 설정하였다. 실험 포장의 각 처리구별 면적은 1 m2 (1 m × 1 m)를 사용하였으며, 각 처리구는 난괴법으로 배치하였고, 처리구별 반복은 3반복으로 수행하였다. 관수는 매일 1-2회 실시하였고, 관개용수는 생육 초기에는 중수돗물을 이용하였으나 뿌리 활착 후에는 토양 수분과 강우에 의해 수분을 공급하였다. 시험 기간 중 병충해는 발생하지 않았으며, 작물의 생육 조사는 작물의 생육 상태를 판단하여 작물 정식 후 43일이 경과한 6월 25일에 실시하였다
시험 종료 후 처리구별 토양 분석은 시험 전과 종료 후에 수행되었고, 채취된 시료를 음지에서 풍건한 후 2 mm체를 통과된 시료를 이용하였다. 분석항목은 pH, 전기전도도(EC, electrical conductivity), 유기물(OM, organic matter), 전 질소(T-N, total nitrogen), 유효인산 (Av.-P2O5, available phosphate), 치환성 칼륨(K, exchangeable potassium), 치환성 칼슘(Ca, exchangeable calcium), 치환성 마그네슘(Mg, exchangeable magnesium), 치환성 나트륨(Na, exchangeable sodium), 양이온치환용량(CEC, cation exchangeable capacity) 등이었고, 토양화학분석법에 준하여 분석하였다. pH와 EC는 1:5법으로, OM은 Tyurin법으로, T-N은 Kjeldahl 증류법으로, Av.-P2O5는 Bray No.1법으로, 치환성 양이온과 CEC는 1N-NH4OAc 침출법으로 각각 분석하였다.
작물 생육 조사 내용은 엽수, 엽장, 엽폭, 뿌리길이, 생물중 및 건물중 등을 조사하였다. 열무에서는 엽수, 엽장, 뿌리길이 및 지상부 건물중을, 상추에서는 엽수, 엽장, 엽폭, 생물중 및 건물중을 조사하였다. 엽수는 작물의 총 엽수를, 엽장과 엽폭은 최장 엽의 횡경과 종경 길이를, 뿌리길이는 주근의 길이를, 생물중과 건물중은 개체별 총 무게를 측정하였다.
SFC의 처리량 및 작물 생육 조사 결과는 SPSS (ver 25, IBM, New York, USA)를 이용하여 던컨다중검정을 통해 처리구별 평균값을, Pearson 상관계수를 통해 상관관계를 비교하였다.
SFC 처리 후 열무의 재배 시험 후 토양화학성 변화를 조사하였다(Table 3). 무처리구(NF)와 비교할 때, pH, EC, T-N, Ca, CEC 등은 통계적으로 유의적인 차이를 나타내지 않았고, OM과 Av-P2O5은 증가하였으며, K와 Mg는 감소하였다. 대조구와 비교할 때, OM은 증가하였고, 다른 토양 화학성 지수는 통계적으로 유의적인 차이를 나타내지 않았다. SFC의 처리량과 토양 화학성 지수간의 상관관계 조사에서 pH, Av-P2O5, 치환성 양이온, CEC 등은 통계적으로 유의적인 차이를 나타내지 않았고, EC, T-N 및 OM 등은 정의 상관관계(
SFC 처리 후 열무의 생육을 조사하였다(Table 4). NF와 비교할 때, SFC 처리구의 엽수, 엽장, 뿌리길이 및 지상부 건물중은 증가하였고, 대조구와 비교할 때, SFC 처리구의 열무의 생육은 통계적으로 유의적인 차이를 나타내지 않았다. SFC 처리량에 따른 각 생육지수별 상관계수 조사에서 엽수, 엽장, 뿌리길이 및 지상부 건물중은 통계적으로 유의적인 차이를 나타내지 않아 SFC 처리에 의한 열무의 생육 증대 효과는 확인할 수 없었다. Yu et al. [9]은 부숙유기질비료를 통해 공급된 음식물류의 처리량은 고추(
SFC 처리 후 열무의 지상부 중 양분의 함량과 흡수를 조사하였다(Table 5). 시험 종료 후 열무 잎의 질소, 인, 칼륨, 칼슘, 마그네슘 및 나트륨의 함량은 0.31-1.82%, 0.27-0.36%, 1.42-1.93%, 2.01-3.97%, 0.22-0.34%, 0.22-0.44%로 조사되었다. NF와 비교할 때, SFC 처리구의 양분 중에서 칼슘과 마그네슘 함량이 증가하였고, SFC3 처리구에서 나트륨 함량이 증가하였다. 대조구와 비교할 때, SFC 처리구는 통계적으로 유의적인 차이를 나타내지 않았다. SFC 처리량과 양분 함량간의 상관관계조사에서 질소와 인은 정의 상관관계(
Kussow et al.[11]은 식물 재배에서 질소 처리량 증가는 식물 조직 내 질소 흡수를 증대시키고, 질소 흡수의 증가는 식물의 인이나 칼륨의 흡수를 유도한다고 보고한 바 있다. 본 연구에서 SFC 처리량 증가에 의한 질소 공급 증가로 인의 흡수를 증가한 것으로 판단된다. 하지만 칼륨의 변화는 확인할 수 없었다.
SFC 처리 후 토양 화학성의 변화를 조사하였다(Table 6). NF와 비교할 때, pH는 SFC3 처리구에서 감소하였고, 전기전도도(EC), 전질소(T-N), 유기물(OM), 유효인산(Av-P2O5), 치환성 칼슘(Ca), 치환성 나트륨(Na) 및 양이온치환용량(CEC) 등은 SFC3 처리구에서 증가하였다. SFC의 처리량과 토양의 이화학성 변화에 대한 상관관계를 조사할 때, pH는 부의 상관성(
SFC의 처리 후 포장시험에서 따른 근권토양의 pH는 포트 시험과 다른 경향을 나타냈다. 이는 포트시험의 경우 골프장에서 관개용수로 이용하는 중수돗물이었으나 포장시험의 경우에는 중수돗물과 강우를 함께 이용했기 때문으로 판단된다. 포트시험에서 관개용수로 이용한 중수돗물은 pH가 9.2로 알칼리성을 나타내어 장마 후 관수 시 중수돗물을 지속적으로 이용하여 토양 pH를 상승한 것으로 판단된다.
시험 종료 후 SFC 처리구에서 대조구보다 OM과 T-N이 증가한 것은 SFC의 처리로 유기물이 공급되었기 때문이며, 일반적으로 토양 내 OM은 토양 내 T-N과 CEC를 증가시켜 토양의 비옥도가 개선되는 것으로 판단된다[12]. 다만 SFC 처리 시 토양 내 치환성 나트륨 함량이 증가하므로 염류집적이 우려되므로 과량으로 사용하거나 연작 시 작물의 생육 감소에 영향을 미칠 수 있을 것으로 판단된다[10].
염분을 다량으로 함유하는 부산물비료를 처리하는 경우 토양 내 염분 함량을 증대시키는 결과를 초래하고[13], 시설재배의 경우 강우차단과 유기물 및 염류의 축적으로 토양 내 엽류 집적의 원인으로 작용하는 것으로 알려져 있다[14]. 따라서 SFC를 농업토양 현장에 적용하는 경우 토양검정 후 토양의 특성을 조사한 후 시비하는 것이 필요하다[15].
SFC 처리에 의한 상추의 생육을 조사한 결과는 Table 7과 같다. 엽수는 13.2-21.4 ea/plant를, 엽장과 엽폭은 각각 12.8-15.8 cm와 6.3-9.6 cm을, 그리고 생물중과 건물중은 각각 25.1-71.3 g/plant와 2.9-7.2 g/plant를 나타냈다. 무처리구와 비교할 때, 대조구와 SFC3 처리구는 엽수에서 각각 62.7%와 77.8%씩, 엽장에서 각각 23.2%와 15.9%씩, 엽폭에서 각각 51.2%와 30.4%씩 증가하였다. 대조구와 비교할 때, SFC 처리구는 엽수와 엽장은 통계적으로 유의적인 차이를 나타내지 않았고, 엽폭, 생물중 및 건물중은 SFC3 처리구에서 통계적으로 유의적인 차이를 나타내지 않았다. SFC의 처리량과 상추의 생육지수간의 상관관계 조사에서 통계적으로 유의적인 차이를 나타내지 않았다. 건물중으로 상추의 생육을 평가 할 때, SFC 처리구에서 화학비료 처리구와 유사한 생산량을 나타내기 위해서는 최소 1000 kg/10a 이상을 사용해야하는 것으로 판단된다. Kim et al. [16] 은 배추에서 무기질비료의 질소 이용율은 약 24%이나 유기질비료의 질소 이용율은 16%로 화학비료의 질소 이용율의 75% 정도에 불과하다고 보고하여 SFC 처리 시 질소 이용율이 감소한 것으로 판단된다. 또한 대조구와 질소 공급량이 동일한 SFC2 처리구의 건물중이 대조구보다 감소한 것은 염분의 영향으로 판단된다. Kim et al.[10]은 염분을 다량으로 함유한 음식물류 폐기물 건조분말 처리 시 질소 공급량에 관계없이 엽채류의 생육을 감소시키며, 염분이 1% 이상 증가한 경우 상추의 생육을 감소시킨다고 보고하였고, 연작의 피해 여부에 대한 조사가 필요하다고 하였다. 따라서 부숙유기질비료로서 SFC를 작물재배에 이용하기 위해서는 연작에 따른 토양환경의 변화에 대한 조사가 필요한 것으로 판단된다.
본 연구는 동애등에분(SFC) 처리 후 토양과 작물생육에 대한 특성 변화를 조사하기 위하여 수행하였다. 처리구는 무처리구, 대조구, SFC1 처리구(SFC 250 kg/10a), SFC2 처리구(SFC 500 kg/10a), 그리고 SFC3 처리구(SFC 1,000 kg/10a)로 설정하였다. 포트시험에서 대조구와 비교할 때, SFC3 처리구의 유기물과 치환성 나트륨은 증가하였고, 열무의 생육 및 양분의 흡수량은 통계적으로 유의적인 차이를 나타내지 않았다. SFC 처리량에 따라 전질소, 유기물 및 양이온치환용량과 같은 토양 요인과 질소와 인의 흡수량은 정의 상관관계(
The authors declare no conflict of interest.
Table 1. The properties of fertilizers used in this experiment
WC: water content; OM: organic matter.
Table 2. The chemical properties of soil used in this experiment
EC: electrical conductivity; T-N: total nitrogen; OM: organic matter; Av-P2O5: available phosphate; CEC: cation exchangeable capacity.
Table 3. Changes of soil chemical properties in the young radish after applying soldier fly compost
1)Treatments were as follows. NF: non-fertilizer; Control: blending fertilizer with compound fertilizer, urea, and potassium chloride (N-P2O5-K2O=10.2-4.9-8.7); SFC1: SFC 250 kg/10a; SFC2: SFC 500 kg/10a; SFC3: SFC 1000 kg/10a. These fertilizers were applied before 15 days planting lettuce. 2)Means with same letters within column are not significantly different by Duncan’s multiple range test
Table 4. The growth of young radish after applying soldier fly compost
1)Treatments were as follows. NF: non-fertilizer; Control: blending fertilizer with compound fertilizer, urea, and potassium chloride (N-P2O5-K2O=10.9-4.4-7.8); SFC1: SFC 250 kg/10a; SFC2: SFC 500 kg/10a; SFC3: SFC 1000 kg/10a. These fertilizers were applied before 15 days planting young radish. 2)Means with same letters within column are not significantly different by Duncan’s multiple range test
Table 5. The content and uptake in the leaf in the young radish after applying soldier fly compost
1)Treatments were as follows. NF: non-fertilizer; Control: blending fertilizer with compound fertilizer, urea, and potassium chloride (N-P2O5-K2O=10.9-4.4-7.8); SFC1: SFC 250 kg/10a; SFC2: SFC 500 kg/10a; SFC3: SFC 1000 kg/10a. These fertilizers were applied before 15 days planting young radish. 2)Means with same letters within column are not significantly different by Duncan’s multiple range test
Table 6. Changes of soil chemical properties after soldier fly compost in the lettuce
1)Treatments were as follows. NF: non-fertilizer; Control: blending fertilizer with compound fertilizer, urea, and potassium chloride(N-P2O5-K2O=10.2-4.9-8.7); SFC1: SFC 250 kg/10a; SFC2: SFC 500 kg/10a; SFC3: SFC 1000 kg/10a. These fertilizers were applied before 15 days planting lettuce. 2)Means with same letters within column are not significantly different by Duncan’s multiple range test
Table 7. The growth of lettuce after applying soldier fly compost
2)Means with same letters within column are not significantly different by Duncan’s multiple range test@article{HGNHB8_2023_v42n2_152,
author={Young-Sun. Kim and Geung-Joo. Lee},
title={Growth of Lettuce and Young Radish and Changes of Soil Chemical Properties after Application of Soldier Fly Compost},
journal={Korean Journal of Environmental Agriculture},
issn={1225-3537},
year={2023},
volume={42},
number={2},
pages={152-158},
doi={10.5338/KJEA.2023.42.2.18},
url={https://doi.org/10.5338/KJEA.2023.42.2.18}