서 언
재료 및 방법
시험 재료 및 처리
암모니아 배출량 측정 및 배출계수 산정
토양의 화학성 분석
엽병 및 과피의 무기성분 분석
수량 및 과실품질 조사
통계분석
결과 및 고찰
암모니아 발생량 산정
토양, 엽병 및 과피의 무기성분
수량 및 과실품질
상관 분석
서 언
국내 암모니아 배출은 농업부분에서 79.3%로 대부분이 축산부문에서 발생되며(Kim et al., 2020), 작물재배를 위해 공급되는 질소질비료와 가축분퇴비 시용에 의해서도 배출되고 있는 실정이다(Hong et al., 2021). 특히 미부숙 된 퇴비나 가축분류 유기물질을 토양 시용 시 분해되는 과정에서 암모니아가 발생하며(Kim et al., 2006; Kim et al., 2020), 대기중으로 휘산된 암모니아(NH3)는 산화 반응하고 황산화물(SOx), 질소산화물(NOx) 등과 반응하여 황산암모늄, 질산암모늄 등의 초미세먼지(PM2.5)를 생성한다고 알려져 있다(Wu et al., 2008; David et al., 2009; Hristov, 2011; Liu et al., 2015; Ku, 2020; Hong et al., 2021; Kim et al., 2021c). 과수원 토양에 영양 공급원으로 시용하는 요소비료(urea), 유기질비료 및 복합비료 등도 암모니아를 발생시키는 원인 중 하나이다(Ku, 2020; Moon et al., 2021; Kim et al., 2021b). 요소비료에 함유되어 있는 질소는 작물 수체를 구성하는 주요 성분이며, 생육과 과실 수량 및 품질을 결정하는데 중요한 역할을 한다(Lee, 1999; Kim et al., 2009). 요소비료는 토양에서 다양한 화학적 반응을 거쳐 NH3 기체를 발생시킨다. 토양에 흡착되어 있던 암모니아 이온은 NH4+ 흡착, NH3와 H+으로 해리된 후 기화된 NH3가 표토에서 분압 차이로 인해 주변 대기로 배출된다(Singh and Nye, 1986). 휘산된 암모니아는 다시 빗물과 반응하여 과수원의 식물체나 토양에 질소를 공급하기도 하지만 표층에서 하층으로 용탈 되기도 한다. 요소비료의 과용은 환경오염을 증가시킬 뿐만 아니라 과실품질을 저하시키므로 적정 시비를 통해 질소 이용율을 높이고 유실은 감소시켜야 한다(Kim et al., 2021b). 최근 화학비료 사용은 줄어들고 있지만 가축분 퇴비의 시용량은 감소되지 않고 있다. 암모니아 배출규제를 대비하기 위해 저감기술(Park et al., 2020b)이 요구되고 있으나 축사(Jang et al., 2010)와 논, 밭 작물(Park et al., 2014; Choi et al., 2019; Ku, 2020; Hong et al., 2021) 중심으로 연구가 이뤄져 왔다. 지금까지 우리나라 농경지에서의 암모니아 휘산량 및 배출계수 산정은 사과 및 배 과원에서 실시되었고(Kim et al., 2021a), 우리나라 주요 과수 중 하나인 포도에서는 ‘Beni Balad’ 품종에서만 이뤄졌다(Moon et al., 2021). 포도 재배면적은 13,349ha, 생산량은 187,800톤으로 재배면적이 증가하는 추세에 있지만(KATI, 2021) 주요 품종인 ‘Campbell Early’ 재배 시 암모니아 발생량 산정은 이루어지지 않았다. 따라서, 본 연구는 비가림 시설내 ‘Campbell Early’ 포도 재배에서 요소 및 유기질비료의 토양 공급에 의한 암모니아 배출량을 산정하고, 이에 따른 토양의 화학성과 수체 무기성분 농도, 수량 및 과실품질에 미치는 영향을 검토하여 암모니아 저감을 위한 시비량 결정에 기초 자료로 활용하고자 실시하였다.
재료 및 방법
시험 재료 및 처리
본 연구는 경기도 화성시 서신면 소재의 비가림시설 포도 과수원에서 실시하였으며, 재식거리는 2.4m × 2.7m(154주/10a)로 재식 된 ‘Campbell Early(V. labrusca)’16년생을 대상으로 2020년 3월에서 2021년 10월까지 수행하였다. 시험 포장의 토성은 사질양토이며, 토양의 배수는 양호한 편이었다. 처리 30일 전 토양의 화학성은 Table 3과 같다. 시험에 이용된 비료는 요소비료[(NH2)2CO, N 46%, Namhae Chemicals Corp, Korea]와 유기질비료(N 0.99%, Livestock manure, Yongin Livestock Nonghyup, Korea)를 이용하였다(Table 1). 시비량은 농촌진흥청 포도 표준시비량을 기준으로 임의 결정하였으며, 처리는 2020년 3월 31일에 요소비료(UR1)를 질소 성분량으로 환산하여 100kg N·ha-1 공급하였고, 유기질비료(OF)는 질소 성분량으로 환산하여 114kg N·ha-1(OF1) 및 227kg N·ha-1(OF2)를 각각 수관 하부 2m 반경을 기준으로 하여 토양 깊이 10cm 부위에서 20cm 부근에 골고루 공급하였다. 2021년에는 동일 포장에서 2020년 시비 방법으로 3월 30일에 요소비료(UR2) 200kg N·ha-1, 유기질비료 227kg N·ha-1(OF3) 및 454kg N·ha-1(OF4)를 공급하였다. 또한 시험 기간동안(처리 후 155일간) 강수량, 지온 및 토양수분 측정은 포도나무 주변에 AWS(Automatic Weather Station)를 설치하여 30분 간격으로 모니터링 하였으며(Fig. 2), 시험구는 완전임의배치법 3반복으로 실시하였다.
Table 1.
Chemical properties of the organic fertilizer (livestock manure) used in the experiment
| pH (1:5) |
OM (%) |
EC (dS·m-1) |
T-N (%) |
NH4-N (%) |
NO3-N (%) |
P2O5 (%) |
K (%) |
Ca (%) |
Mg (%) |
| 7.79 | 30.27 | 29.20 | 0.99 | 0.28 | 0.21 | 0.75 | 0.61 | 0.61 | 0.20 |
암모니아 배출량 측정 및 배출계수 산정
포도 재배기간 암모니아 배출량은 동적 챔버(Dynamic flow-through chamber method) 포집 방법을 사용하여 측정하였다(Fig. 1). 챔버 재질은 PVC 소재로 부피는 9.8L(직경 25cm × H 20cm) 이었다. NH3 기체 포집을 위한 챔버는 포도나무 주변 50cm 부근의 나무와 나무사이에 처리별로 설치하였다. 포집 용액은 0.1N-H2SO4 30mL을 이용하였으며 포집 시간은 1시간(AM 12–13시)동안 실시하였다. 포집 시 유량은 챔버의 유량을 고려하여 챔버내 기체를 완전히 포집할 수 있도록 설정하였으며 토양 챔버는 vacuum pump 1L min-1으로 조절하였다. 토양 챔버에 NH3 포집 시 외부에서 NH3 유입을 방지하기 위하여 공기가 유입될 수 있는 밸브에 황산이 처리된 여과지(syringe filter, 0.45µm)를 부착하였다. 2020년에는 처리(3월 31일) 후 7일까지 매일 포집하였으며, 그 이후는 7일간격으로 수확기(9월 1일)까지 실시하였다. 2021년에는 처리(3월 30일) 후 9일까지 매일 포집하였고, 그 이후는 7일간격으로 수확기(9월 1일)까지 처리 후 155일간 실시하였다. 챔버내 온도는 수은 온도계로 측정하였다. 0.1N-H2SO4 30mL로 포집된 NH3 용액 10mL을 비색법(Nesslerization method)으로 spectrophotometer(UV mini 1240, Shimadzu, Japan)를 이용하여 425nm 파장에서 흡광도를 측정하여 농도를 결정하였다. 하루 배출된 NH3는 Eq. (1)과 같이 산정하였다(Cao et al., 2013).
여기서, F는 일일 암모니아 배출량(kg NH3-N·ha-1 day-1), C는 포집액의 NH3 농도(mg NH3-N L-1), V(mL)는 포집액의 부피, A(m2)는 챔버 면적, 는 NH3 변환계수, t는 포집 시간(h)이었다. 포도 재배기간 NH3 휘산이 측정되지 않은 값(측정 지점과 지점 사이 NH3 휘산량)은 직선보간법(linear interpolation)으로 계산하였고, 총 누적 NH3 배출량은 처리 후 155일까지 일일 환산된 값을 합하여 산정하였다.
토양의 화학성 분석
토양 분석은 농촌진흥청(RDA) 분석법(2000)에 준하여 수행하였다. 토양채취는 2020년과 2021년에 처리 30일 전과 수확기인 처리 후 155일에 나누어 지표로부터 15–25cm 부위를 채취하였다. 토양 pH 및 EC는 토양과 물의 비율을 1:5로 희석하여 pH meter(FiveEasy plus FP30, Metler Toledo, Switzerland)와 EC(FiveEasy plus FP20, Metler Toledo, Switzerland) 측정기로 측정하였다. 토양 유기물은 Tyurin 법, 전 질소(Total-N)는 Kjeldahl 법, 암모니아태 질소는 Indophenol-blue 비색법으로 분석하였다. 유효인산은 Lancaster 법, 치환성 K, Ca, Mg, Na는 1N-CH3COONH4(pH 7.0) 완충 용액으로 침출하여 ICP-OES(MX2, GBC, Australia)를 사용하여 측정하였다.
엽병 및 과피의 무기성분 분석
무기성분 분석은 수확기(처리 후 155일)에 신초 5엽 부근의 엽에서 엽신을 제거한 엽병과 과피(과육 제거)를 채취하여 빙초산 0.3% 용액으로 세척한 후, Dry oven에서 70–80°C로 7–10일간 건조한 후 20 mesh체로 분쇄하여 분석용 시료로 하였다. T-N(전질소)는 시료 0.5g에 98% H2SO4 12mL을 첨가하고, 분해촉진제(K2SO4 + CuSO4) 2알을 넣어 360°C에서 1시간 분해한 후, 질소분석기 Kjeltec Auto 1035 analyzer(Foss Tecator, Hoganas, Sweden)로 측정하였다. P, K, Ca, 및 Mg는 시료 500mg에 ternary 용액(HNO3:H2SO4:HClO4 = 10 : 1: 4 v/v)을 10mL 넣고 220°C에서 1시간 동안 분해한 후, P는 vanadate법으로 발색 시킨 후, 비색계(uv/vis Spectrophotometer, Gilford 260)로 측정하였다. K, Ca, Mg는 원자흡광분광광도계(AA-6710, Shimadzu, Kyoto, Japan)로 분석하였다.
수량 및 과실품질 조사
엽록소 측정은 휴대용 엽록소 측정기(SPAD 502, Minolta, Osaka, Japan)를 이용하여 신초 5엽 부위 엽신 중앙부를 3지점을 측정하여 평균치를 나타내었다. 10a당 수량은 적숙기에 수확한 전체 과방 평균 무게에 1주당 과방수를 곱한 다음, 재식 주수를 곱하여 그 수치를 표시하였다. 과피의 착색조사는 색차계(CR-300, Minolta, Osaka, Japan)를 이용하여 처리별 반복당 6과방을 무작위로 선정하여 과방의 중앙부 과립에서 2지점에서 측정하여 평균치를 Hunter L(명도), a(적색도), b(황색도)값으로 나타내었다. 가용성고형물은 휴대용 당도계(ATC-1E, Atago, Tokyo, Japan)를 이용하여 측정하였으며, 과립의 경도는 과실 경도계(FHM-1, Takemura Co. Ltd, Tokyo, Japan)로 중앙부에서 2 지점을 원추형 ø 5mm probe로 측정한 후 그 수치에 9.807를 곱하여 N(newton)으로 환산하여 표시하였다. 산 함량은 과즙 10mL에 증류수 40mL을 가한 용액을 0.1 N NaOH 용액으로 pH 8.1이 될 때까지 적정한 후 그 양을 tartaric acid으로 환산하여 표시하였고, 과실품질 조사방법은 매년 동일방법으로 실시하였다. 당산비는 가용성고형물과 산 함량을 나눈 수치를 표시하였다. 과피의 anthocyanin 함량은 과방에서 무작위로 처리별 반복당 중앙부에 있는 5개 과립을 무작위로 채취한 후, 직경 1.1cm cork borer를 이용하여 1 과립당 2개의 disk를 만들었다. 그 후 과육을 제거한 시료 2g을 MeOH과 HCl를 85:15(v/v)로 혼합하여 침출액 20mL에 넣고, 암소에서 24시간 추출한 다음 spectrophotometer(UV mini 1240, Shimadzu, Japan)를 이용하여 530nm 파장에서 흡광도를 측정하였다. 측정된 값은 RDA (2000)의 방법으로 환산하였다.
통계분석
통계분석은 SPSS 프로그램(IBM SPSS Statistics 26, SPSS Inc., Armonk, NY, USA)을 이용하여 ANOVA 결과 분석 후 항목별로 Duncan 다중검정으로 분석하였다.
결과 및 고찰
암모니아 발생량 산정
2020년 시험에서 요소비료(UR1, 질소성분량: 100kg N·ha-1), 유기질비료(OF1, 질소성분량: 114kg N·ha-1) 및 유기질비료(OF2, 질소성분량: 227kg N·ha-1)를, 2021년에는 요소비료(UR2, 질소성분량: 200kg N·ha-1), 유기질비료(OF3, 질소성분량: 227kg N·ha-1) 및 유기질비료(OF4, 질소성분량: 454kg N·ha-1)를 토양 공급한 후 60일간 암모니아의 일별 휘산량과 누적 휘산량을 조사한 결과는 다음과 같다(Fig. 3). 2020년 시험에서 일별 암모니아 휘산량은 처리 후 모든 처리구에서 8일까지 증가하는 경향을 보였으나, 이후에는 완만하게 감소하였다. 2021년 시험에서 UR2(질소성분량: 200kg N·ha-1)와 OF3(질소성분량: 227kg N·ha-1) 및 OF4(454kg N·ha-1) 처리의 일별 암모니아 휘산량은 무처리(Untreated)보다 모두 증가하였다. UR2 처리는 처리 후 1일부터 배출되기 시작하여 7일째 최대 peak(배출량 1.38kg N·ha-1 day-1)를 나타냈으며 그 이후는 감소하였다가 21일째에(배출량 0.89kg N·ha-1 day-1) 다시 약간 증가한 다음 그 이후 점차 감소하였다. OF4 처리는 OF3 및 UR2 처리와 달리 처리 후 1일째에 최대 peak(배출량 1.22kg N·ha-1 day-1)에 도달하였으며 그 이후는 점차 감소하는 경향이었다(Fig. 3). UR2 및 OF3, 4 토양 공급에 의한 155일 동안 누적 암모니아 배출량은 무처리 80.6kg NH3·ha-1 per season에 비하여 UR2 처리가 141.3kg NH3·ha-1 per season, OF3 처리는 64.7kg NH3·ha-1 per season 및 OF4 처리는 161.1kg NH3·ha-1 per season이었다(Table 2). 일반적으로 암모니아태 질소가 많이 함유된 가축분 등 부숙퇴비는 토양 시비 시 암모니아 휘산을 증가시킨다(Hong et al., 2021). 2020년 시험에서 OF1 처리가 무처리에 비하여 암모니아 배출량이 낮은 이유는 암모니아태 질소 함량이 0.28%로 낮고(Table 1), 처리 시용량이 114kg N·ha-1으로 토양의 적정량에 못 미쳐 나타난 결과로 해석된다. 암모니아 휘산은 작물 재배지에서 질소 순환의 중요한 경로이다(Yao et al., 2018). 여러 연구에서 작물과 질소 시용량에 따라 차이를 보였는데, 콩 재배 토양에서 urea 0.02g·soil g-1 처리에 따른 암모니아 배출량은 2일차에 급격히 증가하였으나, 2일차 이후에는 점차 감소되었다(Lee et al., 2020). 상추 재배에서 복합비료(질소 21% 함유) 100kg N·ha-1 공급에 의한 누적 암모니아 배출량은 투입 후 10일 동안 가장 활발하게 일어나며(Choi et al., 2019), 잎 들깨 시설채소 재배에서는 가축분 공급에 의한 암모니아 발생량은 대부분 13일 동안 대부분 배출되었다(Hong et al., 2021). 고추재배에서 가축분퇴비와 요소비료 기비는 총 휘산량은 95% 이상이 20일까지 발생된다고 하였다(Ku, 2020). 또한 포도 시험에서 urea 135kg N·ha-1 토양 공급은 15일째, 부숙유기질비료 271kg N·ha-1 처리는 1일째 그리고 부숙유기질비료 135kg N·ha-1처리는 15일째 peak를 이루었다(Moon et al., 2021). 이와 같이 대부분 질소질비료 토양공급은 처리 후 1일째부터 암모니아가 배출되어 본 시험의 결과와 일치하였으나, peak 시기는 차이가 있었다. 이는 질소가 포함된 비료 시용 시 토양의 pH와 CEC, 온도와 강수(Choi et al., 2019; Kim et al., 2021a), 시비방법(Ku, 2020) 등에 따라 토양에서 휘산되는 암모니아가 배출되는 시기와 양에 영향을 미치기 때문이다(Kim et al., 2021a). 이외에도 토양내의 C/N률 및 토양 미생물의 활동에 따라 영향이 있을 것으로 생각되어 정밀한 연구가 필요하였다. 2020년과 2021년에서 암모니아 휘산량의 차이(Fig. 3)는 비료 시용량이 다르고 2021년에서 토양공급 후 초기에 강수량이 많았으며 토양온도가 높아 나타난 결과(Fig. 2)로 해석할 수 있었다. 일별 강수량(Fig. 2)과 암모니아 휘산량(Fig. 3)과 비교해 보면, UR2 공급은 처리 후 4일째에 비가 내렸으며 그 이후 7일째 가장 많은 휘산량을 보였다(Fig. 3). 따라서 이와 같은 결과는 강수로 인하여 토양수분 증가와 대기온도 상승에 영향을 주어 시간이 경과함에 따라 지온이 점차 높아져(Fig. 3) 질소의 가수분해되는 양(Ku, 2020)과 유기물 투입에 따른 토양미생물 활력이 증가됨에 따라 암모니아 배출량이 많아져서 나타난 결과로 추측된다. 또한 시비방법에 따라 암모니아 배출량에 큰 영향을 미치며 질소질 비료 표층시비 시 대기온도에 직접적인 영향을 받아 암모니아 휘산량이 증가되었고 심층시비의 경우 상대적으로 발생량은 감소하게 된다(Kim et al., 2021b). 본 시험에서는 수관 하부 2m 반경을 기준으로 표토에서 20cm 부근까지 토양과 비료를 혼합 공급처리한 결과로 일부는 포도나무에 흡수, 이동되어 수체에 이용되거나 일부는 표층에서 하층으로 용탈하여 암모니아 휘산량 감소에 영향이 미친 것으로 생각된다. 포도 과수원에서 비료 토양시용에 의한 암모니아 배출량을 줄이기 위해서는 표층시비 보다 심층시비가 더욱더 효과적(Hong et al., 2023)이고, 요소비료와 zeolite 혼합처리는 암모니아 휘산량이 30% 감소되며(Park, et al., 2014), 또한 요소비료를 표토와 잘 혼합함과 동시에 관수하는 방법이 암모니아 휘산에 의한 질소 손실을 최소화(Kim et al., 2007)하여 수체의 이용률을 높일 수 있는 비료 공급 방법이라고 판단된다. 이러한 결과는 추후 암모니아 배출량 경감을 고려한 비종과 시용량 결정 및 시비방법 개선에 기초자료로 활용할 수 있을 것이다.
Table 2.
Cumulative ammonia emissions during the season according to the soil treatment with urea (UR1, 2) and organic fertilizers (OF3, 4) in the ‘Campbell Early’ vineyard in 2020 and 2021
| Years | Treatment |
Cumulated ammonia emissions (kg NH3·ha-1 per season) |
| 2020 | Untreated | 50.4 abx |
| UR1z | 45.9 b | |
| OF1 | 33.9 c | |
| OF2 | 52.9 a | |
| 2021 | Untreated | 80.6 b |
| UR2y | 141.3 a | |
| OF3 | 64.7 b | |
| OF4 | 161.1 a |
Fig. 3.
Seasonal changes of ammonia emissions for 155 days as affected by soil treatments of urea (UR) and organic fertilizers (OF) of the ‘Campbell Early’ vineyard in 2020 and 2021. *Vertical bars denote the standard errors of means (n = 3). zUR1 (nitrogen as the active ingredients) 100, OF1 114 and OF2 271 kg N·ha-1 soil treatments were applied on March 31, 2020. yUR2 200, OF3 227 and OF4 454 kg N·ha-1 soil treatments were applied on March 30, 2021.
토양, 엽병 및 과피의 무기성분
요소(UR1,2) 및 유기질비료(OF1, 2, 3, 4) 토양 공급한 후 토양의 무기성분 변화를 보면(Table 3), 처리 전 토양의 pH는 5.6 이었으나, 2020년 시험에서 수확 시(처리 155일 후) pH는 6.0–6.3 범위이었으며, 2021년에는 pH는 6.2–6.6으로 모든 처리에서 전체적으로 변화는 없었다. EC는 처리 전 0.7dS·m-1 비하여 전반적으로 낮았으며 2020년에는 OF1, OF2 처리에서 높은 결과를 나타내었으나 2021년에는 큰 차이가 없었다. OM 함량은 UR1 처리가 0.28%로 낮았으나 2021년에는 처리간 차이는 없었다. T-N, NH4-N, Av-P2O5, K, Ca, Mg, Na 함량은 처리간 변화는 없었다(Table 3). 처리별 엽병의 무기성분 농도는 2020년 시험에서 Mg 농도는 무처리 0.89%에 비하여 OF1 처리 0.64%로 현저하게 감소하였으나 과피에서는 처리간 차이는 없었다. 2021년 시험에서 엽병 P 농도는 1.93%로 무처리에 비하여 현저하게 높았다. 과피에서는 T-N 농도는 무처리에 비하여 OF4 처리에서 0.27%를, K 농도는 OF3 처리에서 2.83%로 현저하게 높게 나타났다(Table 4). 이러한 결과는 ‘Beni Balad’ 과수원에서 요소 및 부숙유기질비료 토양 공급 시 pH 변화는 없다고 하여(Moon et al., 2021) 본 연구 결과와 일치하였다. 그러나 토양의 pH는 포도재배에서 양분 흡수 및 이용률은 높이는 데 매우 중요하다. 여러 연구에서, 토양의 pH가 7.0 이상일 때 NH4+이 NH3로 전환되어 대기중으로 손실될 수 있는 조건을 제공하며(Park et al., 2020a), 토양내 질소 농도가 증가할수록 pH는 높았다(Silva et al., 2016; Ha et al., 2019). 또한 질소 시비량이 증가할 수록 토양의 pH가 낮고(Belton and Goh, 1992), 벼 재배 시 질소질비료 표층시비는 표면살포보다 pH를 2–4% 낮았다(Liu et al., 2020). 또한 유기질비료 시용량을 늘리고 화학 비료량을 줄이면 pH는 안정된다(Wang et al., 2017; Wu et al., 2020). 이는 질소비료 시용으로 인하여 토양에서 질산화작용에 의해 수소가 용출되어 K, Ca, Mg 이온과 길항작용을 일으키며(Rowell, 1994), 이들 간에 상호작용으로 인해 H+ 이온이 토양 pH 변화에 영향을 미친다. 본 시험에서는 전체적으로 OM 함량이 낮아 pH의 영향이 못 미친 것으로 판단된다. 다른 무기성분 변화는 ‘Syrah’ 과수원에서 유기질비료의 토양 공급 시 토양내 OM, EC, P, K, Ca, Mg, Mn 함량 및 CEC가 높았으며, 토양의 20–40cm 부근의 질산염 농도를 증가시켰다(Silva et al., 2016). 그리고 ‘Summer Black’ 과수원에서 유기질비료 시용으로 Proteobacteria 및 Bacteroidetes 계통군이 풍부하여 근권 주변 토양의 유기물, 질소, 유효인산, 유효칼륨 함량을 크게 증가시켰다(Wu et al., 2020). ‘Beni Balad’ 포도원에서 부숙유기질비료 135kg N·ha-1 토양공급에 비하여271kg N·ha-1 공급은 암모니아태 질소를 높였으며, 치환성 마그네슘, 치환성 나트륨이 유의하게 낮았다(Moon et al., 2021). 퇴비 시용은 포도 뿌리로 흡수되는 질소량을 낮추어 수체 생육을 감소시키며 토양환경을 개선함과 동시에 근군 분포의 표면화와 세근의 발달을 촉진시킨다(Lee and Ko, 1999). ‘Cabernet Sauvignon’ 포도원에서 요소 및 유기질비료 적정량 토양 시용에 따른 잎의 N 함량에는 영향이 없으며(Brunetto et al., 2018), ‘Beni Balad’ 과수원에서는 T-N, P, K, Ca, Mg 농도에도 차이는 없었다(Moon et al., 2021). 또한 ‘Crimson Seedless’ 포도원 토양 지표면에서 60cm 내의 pH가 7.75–7.83인 토양에 N 공급량이 증가하면 엽병의 N 농도는 높았고(Abd El-Razek et al., 2011). ‘Campbell Early’ 과수원에서는 질소질비료 기비 후 추비를 나누어 3년 동안 연속 관비 할 경우, 엽병의 N, K 농도를 증가시키는 등(Kang et al., 2010), 상반된 결과를 보여 연구자 및 시험조건에 따라 차이가 있다. 이는 품종, 토양에 공급되는 비종, 시비방법, 시비량 등에 따라 차이가 있어 정밀한 연구가 요구되었다.
Table 3.
Effects of soil treatments of urea (UR) and organic fertilizers (OF) on the mineral nutrition contents of soils at harvest in the ‘Campbell Early’ vineyard
| Treatment | pH (1:5) | EC (dS·m-1) | OM (%) | T-N (%) | NH4-N (mg·kg-1) | Av-P2O5 (mg·kg-1) | Ex. cations (cmol+·kg-1) | |||
| K | Ca | Mg | Na | |||||||
| 30 d before treatment | ||||||||||
| 5.6 | 0.73 | 0.56 | 0.07 | 17 | 217 | 0.60 | 3.52 | 2.80 | 0.39 | |
| Year 2020* | ||||||||||
| Untreated | 6.3 ax | 0.30 b | 0.62 ab | 0.07 a | 22 a | 101 a | 0.59 ab | 7.2 a | 1.9 a | 0.49 a |
| UR1z | 6.3 a | 0.42 ab | 0.28 c | 0.07 a | 23 a | 110 a | 0.36 b | 7.5 a | 2.4 a | 1.25 a |
| OF1 | 6.3 a | 0.59 a | 0.46 bc | 0.09 a | 23 a | 147 a | 0.54 ab | 6.8 a | 2.4 a | 1.35 a |
| OF2 | 6.0 a | 0.65 a | 0.87 a | 0.09 a | 19 a | 165 a | 1.26 a | 6.3 a | 2.3 a | 1.13 a |
| Year 2021* | ||||||||||
| Untreated | 6.3 a | 0.50 a | 0.20 a | 0.09 a | 37 a | 384 a | 0.98 a | 6.6 a | 2.9 a | 2.22 a |
| UR2y | 6.2 a | 0.49 a | 0.12 a | 0.08 a | 47 a | 294 a | 0.44 a | 7.4 a | 2.6 a | 2.85 a |
| OF3 | 6.3 a | 0.54 a | 0.24 a | 0.08 a | 47 a | 355 a | 0.78 a | 7.6 a | 2.8 a | 2.30 a |
| OF4 | 6.6 a | 0.58 a | 0.23 a | 0.08 a | 37 a | 384 a | 1.10 a | 7.4 a | 2.7 a | 1.67 a |
Table 4.
Effects of soil treatments of urea (UR) and organic fertilizers (OF) on the mineral nutrition concentration in the leaf stalk and fruit skin at harvest of the ‘Campbell Early’ vineyard in 2020 and 2021
| Parts | Treatment | T-N (%) | P (%) | K (%) | Ca (%) | Mg (%) |
| Year 2020 | ||||||
|
Leaf stalk | Untreated | 0.69 ax | 0.90 a | 2.41 ab | 0.92 a | 0.89 a |
| UR1z | 0.72 a | 0.89 a | 1.71 b | 1.06 a | 0.90 a | |
| OF1 | 1.31 a | 1.37 a | 2.94 a | 0.82 a | 0.64 b | |
| OF2 | 0.67 a | 1.11 a | 1.97 b | 1.29 a | 0.90 a | |
|
Fruit skin | Untreated | 0.74 a | 0.26 a | 3.28 a | 0.04 a | 0.078 a |
| UR1 | 0.74 a | 0.27 a | 2.83 a | 0.05 a | 0.086 a | |
| OF1 | 0.64 a | 0.28 a | 2.99 a | 0.04 a | 0.073 a | |
| OF2 | 0.78 a | 0.28 a | 3.14 a | 0.05 a | 0.088 a | |
| Year 2021 | ||||||
|
Leaf stalk | Untreated | 0.32 a | 1.54 bc | 3.27 a | 1.23 a | 0.65 a |
| UR2y | 0.34 a | 1.21 c | 2.75 a | 1.14 a | 0.80 a | |
| OF3 | 0.33 a | 1.64 ab | 3.44 a | 1.12 a | 0.57 a | |
| OF4 | 0.34 a | 1.93 a | 3.11 a | 1.37 a | 0.76 a | |
|
Fruit skin | Untreated | 0.21 b | 0.24 a | 2.46 b | 0.05 a | 0.079 ab |
| UR2 | 0.25 ab | 0.25 a | 2.49 ab | 0.05 a | 0.078 ab | |
| OF3 | 0.22 ab | 0.27 a | 2.83 a | 0.05 a | 0.074 b | |
| OF4 | 0.27 a | 0.27 a | 2.57 ab | 0.06 a | 0.084 a | |
수량 및 과실품질
엽신의 엽록소 지수값(SPAD)은 UR 및 OF 토양 공급에 의한 차이는 없었다. 수확 시 과방의 크기는 2020년 시험에서 과방장은 OF1 처리가 짧았고, 과방폭은 요소비료 및 OF1 처리에서 좁았다. 그러나 2021년 시험에서 과방장은 UR2 및 OF3 처리에서 길었다. 과방폭은 UR2, OF3 및 OF4 처리 간에는 차이가 없었으나, OF 처리는 무처리구보다 넓었다. 과방중, 주당수량 및 10a당 수량은 2020년에는 처리간 차이는 없었으나, 2021년 시험에서는 전 처리 모두 유의하게 증가하였다. 특히 10a당 수량은 UR2 처리는 15.1%, OF 처리는 17.9–18.5% 증가하였다(Table 5). 처리별 수확 시 과실 품질 변화는 Hunter 값, 과립의 경도, 가용성고형물, 산함량, 당산비, 과피의 anthocyanin 함량 모두 처리간 차이는 없었다(Table 6). 따라서 UR2 및 OF3,4 토양 공급에 의해 과방의 크기와 과방중의 증가를 초래하여 10a당 수량이 증가하였다(Table 5). 질소질비료 시용에 의한 과방의 크기 증가와 수량 증대는 이미 여러 연구들이 보고하였는데 ‘Crimson Seedless’ 과수원에서 질소 시용은 영양생장(엽면적, 간경)이 양호하여 수량이 증가하였고(Abd El-Razek et al., 2011), ‘Carignano’ 과수원에서 질소 80–160kg·ha-1 시용에 의해 수확 시 과방중이 증가하여 수량이 많아졌다(Cocco et al., 2021)고 하여 본 시험의 결과와 일치하였다. 그러나 지나친 질소공급은 과방당 과립수를 줄이고 과방 크기는 더 커졌으나 수량은 오히려 감소한다(Abd El-Razek et al., 2011). 노지 ‘Campbell Early’ 재배에서 토양검정을 통한 질소시비량 97.5kg·ha-1을 기비로 시용하였고, 추비를 25mg·L-1을 2회 점적 관비를 실시할 경우 2년간에는 수량이 많았으나 해에 따라 차이가 있었다(Kang et al., 2010). 또한 ‘Beni Balad’ 과수원에서 요소 및 부숙유기질비료 시용은 과방의 크기에는 영향이 없어(Moon et al., 2021) 품종에 따라 차이가 있었다. 유기질비료(퇴비) 시용은 포도 뿌리로 흡수되는 질소량을 낮추어 토양환경을 개선함과 동시에 근군 분포의 표면화와 세근의 발달을 증가시키고(Lee and Ko, 1999), 토양 미생물 활성화에 의하여(Wu et al., 2020) 과방으로의 양분 축적률을 높여 수량이 증가된 것으로 예측할 수 있었다. 포도나무의 질소 과다 및 부족은 수량 감소에 영향이 크므로 토양 검정을 통한 질소 및 유기물 적정 시비량 결정이 매우 중요하다. 따라서 이러한 결과는 추후 시비량 결정에 기초 자료로 제공할 것이다. 포도 재배에서 토양의 물리성 및 화학성(Komamura et al., 2000; Kim et al., 2009), 미생물성이 과실품질에 영향을 미친다(Kim et al., 2009). 질소 과다 시용은 수체에 영양생장이 지속되어 개화기 화진현상이 발생할 수 있으며 그로 인해 수관내부까지 투광량이 부족하여 착과율이 떨어지고 신초생장이 왕성하여 과번무를 초래하고, 과방의 변색기에 질소공급이 많아져 착색불량 및 지연, 가용성고형물의 저하 원인이 된다(Kliewer, 1977; Hilbert et al., 2003). 과실의 착색은 질소 과다로 착색이 나쁘게 되며(Komamura et al., 2000), 과실의 가용성고형물은 토양의 경도(Kim et al., 2009), 착과량(Song et al., 2000), 질소과다(Jones et al., 1970)와 관련이 있다(Komamura et al., 2000). 그러나 포도 품질을 결정에 중요한 과방색, 과립 경도, 가용성고형물, 산함량, 당산비 및 anthocyanin 함량은 UR 및 OF 토양공급에 의해 차이는 없었다(Table 6). 이와 같은 결과는 ‘Campbell Early’ 과수원에서 질소질비료 토양 시비와 관비 시 과실품질(가용성고형물, 산도)에는 차이는 없으며(Kang et al., 2010), ‘Carignano’ 과수원에서 질소 시용에 의한 가용성고형물. 산 함량 및 anthocyanin 함량에는 차이가 없어(Cocco et al., 2021) 본 시험의 결과와 일치하였다. 그러나 ‘Cabernet Sauvignon’ 과수원에서 요소 및 유기퇴비를 질소 공급원으로 사용하는 경우, 가용성고형물은 낮고 총산은 높았다(Brunetto et al., 2018). 또 다른 품종인 ‘Beni Balad’ 과수원에서 요소비료 및 부숙유기질비료 공급에 의해 경도, 가용성고형물, 산 함량, anthocyanin 함량은 증가하고(Moon et al., 2021), 품종 및 비종에 따라 과실 품질의 차이를 나타낸다. 이와 같은 결과를 통해 토양 검정을 통한 질소와 유기물비료의 적정 시비량 결정으로 암모니아 배출량을 줄이고 포도나무에 이용률을 높여 과실품질에는 부작용 없이 수확량을 증가시킬 것으로 판단되었다.
Table 5.
Effects of soil treatments of urea and organic fertilizers (OF) on the fruit size and yield of the ‘Campbell Early’ vineyard at harvestz in 2020 and 2021
| Treatmenty |
Chlorophyll contents (SPAD) | Fruit cluster size (cm) |
Fruit cluster weight (g) |
Yield per tree (kg) |
Yield per 10a (kg) | |
| Length | Width | |||||
| Year 2020 | ||||||
| Untreated | 49.9 ax | 17.3 a | 10.7 a | 317 a | 15.9 a | 2,449 a |
| UR1 | 52.0 a | 16.8 ab | 9.6 b | 314 a | 15.7 a | 2,418 a |
| OF1 | 49.1 a | 15.9 b | 9.3 b | 331 a | 16.6 a | 2,556 a |
| OF2 | 49.6 a | 16.9 ab | 10.8 a | 329 a | 16.5 a | 2,541 a |
| Year 2021 | ||||||
| Untreated | 53.1 ab | 16.9 c | 10.1 b | 345 b | 17.3 b | 2,664 b |
| UR2 | 52.8 b | 18.1 ab | 10.3 ab | 397 a | 19.9 a | 3,065 a |
| OF3 | 50.7 b | 18.5 a | 11.0 a | 410 a | 20.5 a | 3,157 a |
| OF4 | 54.6 a | 17.1 bc | 10.7 ab | 408 a | 20.4 a | 3,142 a |
Table 6.
Effects of soil treatments of urea (UR) and organic fertilizers (OF) on the fruit quality of the ‘Campbell Early’ vineyard at harvestz in 2020 and 2021
| Treatmenty | Hunter value |
Fruit firmness (N/ø 5mm) |
SSC (°Bx) |
Acidity (%) |
SSC/Acidity ratio |
Anthocyanin (mg·g-1 FW) | ||
| L | a | b | ||||||
| Year 2020 | ||||||||
| Untreated | 22.7 ax | 0.8 a | ‑0.5 a | 4.81 a | 15.7 a | 0.51 a | 30.8 a | 2.68 a |
| UR1y | 23.1 a | 1.0 a | ‑0.8 a | 5.00 a | 15.0 a | 0.51 a | 29.4 a | 2.67 a |
| OF1 | 23.3 a | 0.7 a | ‑0.7 a | 5.12 a | 15.2 a | 0.51 a | 29.8 a | 2.64 a |
| OF2 | 22.7 a | 0.7 a | ‑0.7 a | 5.10 a | 15.4 a | 0.54 a | 28.5 a | 2.67 a |
| Year 2021 | ||||||||
| Untreated | 22.7 a | 0.8 a | ‑0.5 a | 4.61 a | 16.3 a | 0.69 a | 23.6 a | 2.52 a |
| UR2 | 23.1 a | 1.0 a | ‑0.8 a | 4.81 a | 16.3 a | 0.69 a | 23.6 a | 2.59 a |
| OF3 | 23.3 a | 0.7 a | ‑0.7 a | 4.81 a | 15.8 a | 0.72 a | 21.9 a | 2.56 a |
| OF4 | 22.7 a | 0.7 a | ‑0.7 a | 4.81 a | 15.8 a | 0.69 a | 22.9 a | 2.52 a |
상관 분석
UR2 및 OF3, 4 비료를 공급한 후 155일 동안 지표면에서 휘산 되는 1일 암모니아 배출량과 SPAD 지수와의 상관관계는 OF4 처리에서 부의 상관(r = ‒0.42*)을 나타내어 1일 암모니아 배출량이 많을 수록 SPAD 지수는 낮았다. 그러나 10a 당 수확량, 주당수량, 과방크기, 과방중과의 상관성은 없었다(Fig. 4A). 토양내 T-N과의 상관관계는 OF4 처리에서 부의 상관(r = 1.00*)을 나타내어 1일 암모니아 배출량이 많을수록 T-N 함량이 낮았으나 pH, OM, 암모니아태 질소와는 상관성이 없었다(Fig. 4B). 처리별 토양수분, 강수량, 토양온도와의 상관관계를 살펴보면(Fig. 4C), 무처리구에서 토양수분은 부의 상관성(r = ‒0.26**)을 보여 토양수분이 적을수록 1일 암모니아 배출량이 많았다. 강수량은 정의 상관성(r = 0.29**)을 나타내어 강수량이 많을수록 1일 암모니아 배출량이 많았다. UR2 처리는 토양수분과는 정의 상관성(r = 0.32**)을 나타내어 토양수분이 많을수록 1일 암모니아 배출량이 많았다. 토양온도와는 부의 상관성(r = ‒0.72**)을 보여 토양온도가 높을수록 1일 암모니아 배출량은 적었다. 그러나 강수량과는 상관성이 없었다. OF3 처리는 토양온도와의 부의 상관성(r = ‒0.55**)을 나타내어 토양온도가 높을수록 1일 암모니아 배출량은 적었으나 토양수분 및 강수량과의 상관성은 없었다. OF4 처리는 토양수분과 정의 상관성(r = 0.19*)을 나타내어 토양수분이 많을수록 1일 암모니아 배출량이 많았다. 토양온도와는 부의 상관성(r = ‒0.47**)을 보여 토양온도가 높을수록 1일 암모니아 발생량이 적었다. 그러나 강수량과는 상관관계가 성립되지 않았다. 따라서 OF4 비료 토양공급으로 인하여 1일 암모니아 배출량이 많을수록 SPAD 지수, T-N 함량 및 토양온도는 낮아지며 강수량이 많을수록 배출량은 많아졌다. 이러한 결과들은 ‘Campbell Early’ 과수원에서 암모니아 배출량 저감을 위한 시비량 결정에 기초자료로 활용이 가능할 것으로 판단된다.
