산업부산물 특성을 활용한 토양개량제의 적절한 혼합량 도출 및 작물생육 연구
A Study on the Proper Mixing amount Derivation of Soil Ameliorants Utilizing the Industrial by-products Characteristics, and Crop Growth
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Abstract
목적
본 연구는 산업부산물을 이용하여 제조된 토양개량제의 적절한 혼합량을 도출하고자 하였으며, 토양개량제 적용에 따른 영향 및 농업적 적용 가능성에 대해 고찰하고자 하였다.
방법
레드머드, 석유정제탈황석고, 재생황산을 이용하여 제조한 토양개량제를 토양환경(pH, EC 등)을 고려하여 밭 토양과 혼합한 후 작물생육을 진행하였다. 이후 생육실험 전·후의 생육지표(엽수, 엽장, 엽폭) 조사를 통해 성장률을 산출하여 실험구별로 비교하였다.
결과 및 토의
작물생육을 위한 토양개량제 혼합량은 각각 0, 0.2, 0.5, 1.0%로 선정하였다. 토양개량제 혼합에 따른 생육지표의 성장률은 토양개량제를 1.0% 혼합한 실험구에서 높게 나타났으며, 토양개량제를 0%(무처리구) 혼합한 실험구보다 증진된 성장률이 조사되었다. 이는 토양개량제 혼합을 통해 해당 실험구의 토양환경이 작물생육에 필요한 원소의 유효성 등이 개선되었기 때문으로 판단된다.
결론
토양개량제를 1.0% 혼합 시 토양환경(pH)이 생육 적정 범위로써 작물생육에 필요한 원소들의 유효성에 대해 긍정적인 영향을 주는 것으로 판단된다. 최종적으로 생육된 엽장과 엽폭을 고려하였을 때, 레드머드와 탈황석고를 100:50의 무게비로 혼합 후 재생황산으로 중화한 토양개량제를 토양에 대해 1.0% 혼합하는 것이 적절한 것으로 판단된다.
Trans Abstract
Objectives
This study was conducted to derive an proper mixing amount for the utilize of soil ameliorants manufactured using some industrial by-products, and to examine the effectiveness of soil ameliorants and their applicability in the agricultural field.
Methods
The soil ameliorants were prepared using red mud, petroleum refining desulfurized gypsum, and regenerated sulfuric acid. In consideration of the soil environment, after mixing with field soil and then crop growth was carried out. After that, the growth rate was calculated through the survey of growth indicators (number of leaves, leaves lengths, and leaves widths) before and after the growth experiment, and compared by experimental districts.
Results and Discussion
Soil ameliorants mixing amounts for crop growth were selected as 0, 0.2, 0.5 and 1.0%, respectively. When amount of 1.0% of the soil ameliorants was performed the growth rates of the growth index were higher than amount of 0% (control) mixed with the soil ameliorants. This is attributed to the improvement effectiveness of elements necessary for crop growth in the soil environment through the mixing of soil ameliorants.
Conclusion
The soil environment (pH) containing 1.0% soil ameliorant is considered to have a positive effect on the effectiveness of factors necessary for crop growth as it falls within the appropriate range of growth. Therefore, after mixing the red mud and desulfurized gypsum in a weight ratio of 100:50, the soil ameliorant neutralized with regenerated sulfuric acid is considered proper for lettuce growth when 1.0% is mixed with soil.
1. 서 론
인간의 생활에서 농업 활동은 매우 중요하다. 통계청의 2021년 조사 결과에서 지적도 상의 농지 면적(경지면적)은 밭에 비해 논이 더 넓은 면적으로 조사되었으며, 현재 농업 형태를 논벼, 과수, 특용작물, 채소, 화훼, 일반밭작물, 축산 등으로 나누어 조사하였을 때, 논벼-채소･산나물-과수-식량작물 순으로 많은 것으로 나타났으며, 특히 밭에서 재배할 수 있는 작물 중 가장 많은 농업 형태를 보인 것은 채소였다[1,2]. 작물들은 물리･화학적으로 안정된 상태에서 양호한 생육이 이루어지는 데, 내･외부의 다양한 영향으로 인해 항상 안정한 상태일 수 없는 토양환경은 산성화 및 양분 부족 현상 등이 관찰되며, 이는 토양개량제 및 비료 등과 같은 인위적인 방법을 통해 교정(보완)할 수 있다. 토양개량은 물리적･화학적･생물학적 개량으로 나눌 수 있고, 물리적 개량은 객토, 입단화 촉진, 수분관리 등이 있으며, 화학적 개량은 유효양분의 정량 시비 관리, 토양 화학반응을 고려한 개량 등이 있다. 생물학적 개량은 무기화를 고려한 유기물의 사용 및 미생물 활용을 통한 양분 공급과 토양 상태 변화를 일으키는 것을 의미한다[3]. 현재 주로 사용되고 있는 토양개량제는 제올라이트, 이탄･피트모스, 규산질비료, 소석회 등이 있으며, 폐기물 자원순환을 위해 최근에는 산업･농업 및 해양 부산물 등의 폐기물을 활용하여 개량제를 제조하는 연구가 진행 중이다. 토양개량제 연구에 활용된 산업부산물로는 레드머드, 비산재 등이 있으며, 레드머드는 보크사이트를 이용한 알루미나 제조시설에서 발생하는 부산물로써 꾸준히 증가하고 있는 알루미나의 활용과 비례하게 부산물의 발생량도 증가하고 있다[4]. 증가하고 있는 발생량을 처리하는 방안으로 매립 및 복토재로의 활용이 있지만 폐기처리 되는 것이 대부분일 정도로 명확한 방안이 없어 토양개량에 이용하는 방안에 관한 연구를 통해 부산물 활용 방법의 확장에도 기여할 수 있을 것으로 판단된다. 레드머드를 활용한 토양개량제 연구로는 농업부산물(바이오차)과 함께 활용하여 산성토양을 개량하는 연구와 레드머드와 다른 산업 부산물을 일정 비율로 배합한 토양개량제의 농업적 이용가능성에 관한 연구 등이 있다. 농업적 이용가능성에 대한 연구는 레드머드에 대해 탈황공정석고를 무게대비 100:30 및 100:50으로 혼합한 후 재생황산을 이용하여 pH 6~7 사이로 중화하여 토양개량제를 제조하였으며, 상추 생육 실험을 통해 고찰하고자 하였다. 제조된 토양개량제의 혼합은 pH 및 EC 상승에 영향을 주었으며, 양호한 생육 상태를 위해서는 적절한 혼합량 도출 등과 관련한 추가적인 연구가 필요할 것으로 보고되었다[4,5]. 따라서 본 연구에서는 토양환경 요소인 pH(수소이온농도)와 EC(전기전도도, 염류농도)를 고려하여 토양개량제의 적절한 혼합량을 도출하고자 하였으며, 작물생육을 통한 생육지표 비교 및 농업적 활용 가능성에 대해 고찰하고자 하였다.
2. 재료 및 방법
2.1. 토양개량제 재료 및 제조
토량개량제는 산업부산물인 레드머드, 석유정제탈황석고, 재생황산을 활용하여 제조하였다. 레드머드는 국내 업체인(주)KC에서 알루미나 제조공정 중 발생한 부산물이며, 별도의 후처리 과정을 거치지 않고 발생한 그대로의 시료(수분함량: 약 38%)를 사용하였다. 탈황석고는 석유정제 과정 중 탈황 공정에서 발생한 부산물이며, 분말 형태(수분함량: 1% 미만)의 시료를 사용하였다. 레드머드와 석유정제탈황석고의 공통적인 특징으로 강알칼리성(각각 pH 13.01 및 pH 12.81)과 높은 EC(각각 99.8 dS/m 및 52.2 dS/m)가 확인되었고, 각각 Fe, Al, Si와 Ca, S가 주요 구성성분이었다(Table 1) [5]. pH 중화를 위해 사용된 재생황산(농도: 50%)은 반도체 제조공정 중 세정과정에서 발생한 폐산 내에 포함된 과산화수소를 제거하는 후처리 공정을 통해 생산되었다. 밭 토양에 혼합되는 토양개량제는 레드머드, 석유정제탈황석고, 재생황산을 이용하여 제조하였으며, 제조 방법은 Table 2에 나타내었다. 레드머드에 대해 탈황석고를 100:30 및 100:50의 무게비로 고르게 혼합한 후 pH 12 이상인 두 가지 혼합물(100:30 혼합물 및 100:50 혼합물)은 재생황산을 이용하여 pH 6~7 범위로 중화하였고, 이를 각각 RMG30 및 RMG50으로 명명하였다.
Results for XRF analysis of Red Mud and Gypsum (unit; %).
2.2. 토양개량제의 특성
토양개량제의 특징을 Table 3와 Table 4에 나타내었다. RMG30은 pH 6.66 및 EC 74.5 dS/m, RMG50은 pH 6.25 및 EC 51.0 dS/m였으며, XRF 분석을 통해 토양개량제를 구성하고 있는 주요 성분은 Fe2O3, CaO, SO3임을 확인할 수 있었다. 이를 작물을 생육하기 위한 밭 토양에 사용한다면 원소 ‘Fe’, ‘Ca’, ‘S’의 작물에 대한 생육 유효 성분으로의 역할이 기대된다. 식물체에서 원소 ‘S’는 단백질의 구성성분이자 필수영양 원소로 작물 생육 증진에 영향을 주는 것으로 알려져 있다. 탈황석고의 토양에 대한 적용을 통해 영양 원소 ‘S’를 공급할 수 있으며, 탈황석고의 주성분인 ‘Ca’도 작물에 대한 영양 원소로의 활용 및 토양 점토 입자 응집을 통한 토양구조 안정화도 기대할 수 있다[6]. 토양의 적정 pH 범위에서 ‘Ca’은 작물에 대해 흡수량이 증가함과 동시에 ‘N’, ‘P’, ‘K’ 등의 원소 성분에 대한 양분 유효성을 촉진할 수 있다고 알려져 있다[7]. 마지막으로 식물의 엽록체는 빛에너지로부터 화학에너지를 생산하는 과정에서 Fe(철)을 필요로 하는 것으로 알려져 있으며, 이러한 내용을 통해 토양개량제의 밭 토양에 대한 사용하는 것은 작물 생육 시에 필요한 원소의 공급(보충)에 효과적일 것으로 판단된다[8,9].
Chemical characteristic of soil ameliorants.
Results for XRF analysis of soil ameliorants (unit; %).
2.2. 토양에 대한 토양개량제의 적용
Bong et al.(2022)은 토양에 대해 토양개량제를 최대 15%까지 혼합한 생육 실험을 진행하였으며, 혼합량 증가에 따라 일부 조건에서 생육 저해 현상이 나타났다[5]. 이를 고려하여 적절한 토양환경(pH 및 EC 고려)을 조성하고, 생육 저해 발생을 줄일 수 있는 범위의 혼합비에서 작물생육에 대한 영향 관찰이 필요할 것으로 판단하였다. 따라서 본 연구에서는 토양개량제를 토양 무게 대비 0~5.0%로 혼합한 실험구의 pH 및 EC를 조사하고, 생육 실험에 적절한 혼합량을 선정하였다.
2.3. 상추를 이용한 생육 실험
토양개량제를 실제 농경지 토양에 활용하고자 다양한 작물 중 상추를 생육하고 결과 관찰 및 비교하였다. 실제 농경지에서 채소를 재배할 때는 상토 및 트레이 등을 활용하여 모종으로 생육한 후 밭 토양에 정식하는 방법으로 생육하고 있기에 본 연구에서는 모종을 식재하여 생육 실험을 진행하였다. 생육을 위해 사용한 토양은 실제 작물을 재배하던 밭 토양으로 실험 토양 특성을 Table 5에 나타내었다. 실험 토양은 pH 5.44, EC 0.22 dS/m로 약산성에 해당하는 것으로 나타났으며, 토성은 사양토(Sandy loam soil)로 조사되었다. 생육 실험구 토양 제조를 위한 토양개량제 혼합량은 실험 토양 무게 대비 0~1.0% 혼합으로 선정하였으며, 4개의 조건(0, 0.2, 0.5, 1.0% 혼합)에서 3포트(3반복)로 구성하였다. 생육기간의 하루 평균 기온은 7.4~21.1℃ 수준이었으며, 생육 시기는 봄철 생육(3월 말~4월 말)으로 실험구 토양이 건조하지 않도록 상태를 확인하며 2~3일 간격으로 생육 중인 상춧잎을 피해 실험구에 대해 약 100 mL 정도씩 물을 공급하였다. 35일간(5주) 생육을 한 이후 생육지표로 엽수(상추 잎의 수), 엽장(상추 잎의 세로 길이), 엽폭(상추 잎의 가로 길이)을 조사하였다.
Properties of soil used in the experiment.
2.4. 분석 방법
수소이온농도(pH)는 풍건 토양 5 g과 증류수 25 mL를 1시간 이상 교반하고 현탁액을 pH meter를 이용하여 측정하였다. pH 측정 후 여과지(NO.2)를 통해 여과한 여액은 EC meter를 이용하여 전기전도도를 측정(unit; µS/m, mS/m)하고 계산식에 대입하여 전기전도도(EC, unit; dS/m)로 산출하였다[10,11]. 토성 분석은 5% (NaPO3)6과 1.0M NaOH를 포함한 분산용액을 이용하여 토양 입자를 모래, 점토로 분리하는 마이크로피펫법을 이용하였으며, 미국농무부 기준으로 판단하였다[12,13]. 토양의 유기물(Organic matter)은 시료에 0.4N 중크롬산칼리 황산혼합액을 가하고 200℃의 가열판에서 산화시킨 후 소비된 산화제의 양을 0.2N 황산제1철암모늄용액으로 역적정하는 Tyurin법으로 분석하였다[14]. 상추 생육지표는 모종 정식 이후 35일째 되는 날에 엽수, 엽장, 엽폭을 조사하였다. 상추 모종을 이용한 생육 실험의 생육지표 비교는 초기 상태(모종)의 엽수 등의 고르지 않은 생육 상태를 고려해야 할 것으로 판단되었다. 이에 생육 전(모종 상태)의 지표와 생육 이후(최종 생육지표)의 지표를 조사하여 각 실험구별 성장률을 그래프로 나타내고, 토양개량제의 적용에 따른 영향을 성장률로 비교하였다.
3. 결과 및 고찰
3.1. 실험 토양에 대한 토양개량제의 적정 혼합량 도출
생육 실험을 진행하기 전에 적절한 혼합량을 선정하기 위해 토양개량제를 0~5.0% 범위로 토양에 혼합하여 실험구 토양의 pH 및 EC를 분석한 결과를 Fig. 1에 나타내었다. 무처리구 토양은 pH 5.58이었으며, RMG30 혼합 실험구는 0.5~2.0% 혼합에서 pH 6.0 미만으로 나타났으며, 2.5~4.0% 혼합 시에 pH 6.0~7.0 사이, 5.0% 혼합 시에는 pH 7.0 이상으로 나타났다. 또한, RMG50 혼합 실험구는 0.5~1.5% 혼합에서 pH 6.0 미만으로 나타났으며, 2.0~4.0% 혼합 시에 pH 6.0~7.0 사이, 4.5~5.0% 혼합 시에 pH 7.0 이상으로 나타났다(Fig. 1(a)). pH 6.0~7.0 수준이 밭 토양의 적정 pH 범위로 알려져 있으며, pH가 낮은 토양에 대해 토양개량제를 혼합함으로써 적정 pH 범위로 조절할 수 있음을 확인할 수 있었다[15]. 본 연구에서 RMG30 2.5~4.0% 혼합과 RMG50 2.0~4.0% 혼합이 밭 토양의 적정범위 수준에 해당하는 것으로 나타났다. 또한, 무처리구의 EC는 0.34 dS/m로 나타났으며, RMG30을 혼합한 실험구 토양의 EC는 1.72~10.74 dS/m, RMG50을 혼합한 실험구의 EC는 2.41~12.76 dS/m 범위로 나타났다(Fig. 1(b)). 상추를 생육하기 위한 토양의 적정 EC는 2 dS/m 이하이며, 6 dS/m 이상의 토양환경에서 생육량이 감소하는 것으로 알려져 있다[16,17]. 본 연구에서 RMG30을 혼합한 실험구는 0.5% 혼합 실험구가 1.72 dS/m로 적정범위를 만족하였으며, 1.0~2.0% 혼합 시에 2~6 dS/m 사이, 2.5~5.0% 혼합시에 6 dS/m를 초과하는 것으로 나타났다. RMG50 혼합 실험구는 적정범위인 2 dS/m 이하를 만족하는 실험구는 없었으며, 0.5~1.5% 혼합시에 2~6 dS/m 사이로 나타났고, 2.0~5.0% 혼합 시에는 6 dS/m를 초과하였다. 이를 통해 토양개량제 혼합량에 따른 토양 EC(전기전도도) 증가가 크게 나타남을 확인하였고, 높은 EC에 의한 작물의 생육 저하를 고려하여 혼합량을 선정해야 할 것으로 판단되었다. 따라서, 상추 생육 실험을 위한 토양개량제의 혼합량은 EC 수준이 생육량 감소에 영향이 적으면서 생육 적정 EC 범위에 근접한 수준으로 조사된 1% 이하(0, 0.2, 0.5, 1.0%)로 선정하였다.
Changes in (a) pH and (b) EC according to the mixing ratio of soil ameliorants.
3.2. 토양개량제 혼합비율에 따른 생육 실험구 토양의 특성
생육 실험구는 토양의 무게 대비 0, 0.2, 0.5, 1.0%를 혼합하였으며, 각 실험구에 대한 pH 및 EC를 조사하였다(Table 6). 토양개량제를 0% 혼합한 실험구의 토양환경은 pH 5.44 및 EC 0.22 dS/m이었다. RMG30을 0.2~1.0% 혼합한 토양환경은 pH 5.50~6.23 및 EC 0.88~3.32 dS/m 범위로 나타났으며, RMG50을 0.2~1.0% 혼합한 결과 pH 5.57~6.13 및 EC 1.23~5.18 dS/m 범위로 나타났다. RMG30은 0.2% 및 0.5% 혼합한 토양환경이 작물생육에 대한 적정 EC 범위에 해당하였으며, RMG50은 0.2% 혼합한 토양환경이 적정 EC 범위였다. 이외 RMG30의 1.0% 혼합 및 RMG50의 0.5, 1.0% 혼합 실험구의 토양환경(EC)은 적정 수치를 각각 1.66, 1.30, 2.59배 초과한 것으로 나타났다. 이를 토대로 EC가 적정 범위 이내로 관찰된 RMG30의 0.5% 혼합 실험구의 생육지표가 가장 양호할 것으로 예상되었다.
pH and EC of soil mixed with soil ameliorants (0-1.0%).
3.3. 생육 실험 결과
토양에 대해 토양개량제를 0~1.0% 혼합한 생육실험 전･후 상추의 모습은 Fig. 2에 나타냈다. 생육지표로 엽수, 엽장, 엽폭을 조사하고 성장률(%)을 계산하여 실험구별로 비교하였다(Fig. 3).
Lettuce at the date of growth (a) beginning and (b) ending.
Growth rate(%) in soil mixed with 0~1.0% of soil ameliorants((a) Number of leaves, (b) Leaves length, and (c) Leaves width).
최종 엽수는 0%(무처리구)가 9장, RMG30 및 RMG50을 0.2~1.0% 혼합 시에는 각각 8.7~9.3장 및 8.0~10장으로 조사되었다. 성장률(%)로 비교하면 0%(무처리구)는 모종에 비해 80%, RMG30 및 RMG50을 0.2~1.0% 혼합 시에는 각각 58.8~180% 및 50.0~114.3% 성장한 것으로 조사되었다. 0% (무처리구)의 성장률(80%)에 비해 RMG30을 0.5, 1.0% 혼합한 실험구 및 RMG50을 1.0% 혼합한 실험구에서 높은 성장률을 보였으며, 특히 RMG30을 1.0% 혼합한 실험구는 엽수의 성장률이 180%로 가장 높게 나타났다(Fig. 3(a)).
엽장의 최종 생육지표는 0%(무처리구)가 6.6 cm, RMG30 및 RMG50을 0.2~1.0% 혼합 시에는 각각 6.6~7.2 cm 및 6.5~7.6 cm로 조사되었다. 성장률(%)로 비교하면 0%(무처리구)는 모종에 비해 31.8%, RMG30 및 RMG50을 0.2~1.0% 혼합 시에는 각각 12.5~25.3% 및 15.1~40.1% 성장한 것으로 조사되었다. 0%(무처리구)의 성장률(31.8%)에 비해 RMG50을 1.0% 혼합한 실험구의 성장률이 높은 것으로 조사되었으며, 이는 모든 실험구 중 가장 높은 엽장의 성장률이었다(Fig. 3(b)).
엽폭의 최종 생육지표는 0%는 3.7 cm, RMG30 및 RMG50을 0.2~1.0% 혼합 시에는 각각 3.8~4.1 cm 및 3.5~4.2 cm로 조사되었다. 이를 생육 전 측정치(모종)에 대한 성장률로 산출하면 0%(무처리구)는 모종에 비해 35.6%, RMG30 및 RMG50을 0.2~1.0% 혼합 시에는 각각 27.3~54.9% 및 16.8~55.4% 성장한 것으로 조사되었다. 0%(무처리구)의 성장률(35.6%)과 비교하면 RMG30의 0.2, 1.0% 및 RMG50의 0.5, 1.0% 혼합 실험구에서 더 높은 성장률을 보였으며, 그 중 RMG30 및 RMG50의 1.0% 혼합 실험구의 성장률이 각각 54.9% 및 55.4%로 가장 높게 조사되었다(Fig. 3(c)).
토양 특성(pH, EC)을 고려하였을 때 RMG30의 0.5% 혼합 실험구에서 가장 높은 생육지표를 보일 것으로 예상되었으나, 토양개량제를 1.0% 혼합한 실험구에서 가장 높은 성장률이 관찰되었다. 실험구 토양환경 중 pH 관점에서 보면 토양개량제를 1.0% 혼합한 실험구는 작물을 생육하기에 적정한 pH에 해당하여 다른 실험구보다 증진된 생육 결과를 보인 것으로 판단된다. Park et al.(1999)에 따르면 근권 pH 수준은 작물의 뿌리 생육에 영향을 주며, 낮은 pH에서는 옥신이나 사이토키닌의 저조한 활성으로 인해 뿌리의 성장이 저하된다고 보고되었다[18]. 또한, pH 수준은 무기원소 불용화에 영향을 미치며, 토양 속에 함유된 주요 영양염류인 K, Ca, Mg 등이 토양 중 H+ 이온에 의해 치환·침출되는 용탈 현상이 심해지며 이는 작물 내 영양분 결핍으로 인해 작물의 생장을 억제하는 원인이 된다고 하였다[19,20]. 본 연구에서는 생육 된 상추에 대한 무기원소 함량 분석을 진행하지 않아 작물의 토양 내 무기이온 흡수 등과 관련된 분석 결과는 제시할 수 없으나, 조사된 pH 수준을 고려한다면 pH 6 이하의 실험구 토양에서 생육 된 작물에 비해 적정 pH 수준(pH 6~7)으로 조사된 토양개량제 1.0% 혼합 실험구에서 토양 내 무기원소의 흡수 등이 용이했을 것으로 판단된다. 또한, EC 수준을 고려하였을 때 토양개량제를 1.0% 혼합한 실험구 토양은 적정 범위(EC 2 dS/m 이하)를 초과하였으나, 생육 실험구 중 가장 증진된 성장률을 보였다. Lee et al.(2003)은 상추의 생육량 감소는 6 dS/m 이상의 생육환경(EC)에서 시작된다고 보고하였다[17]. 본 연구에서 토양개량제를 1.0% 혼합한 실험구는 6 dS/m 이하로 조사되어 이에 해당하지 않는다. 다만, 상추 생육 시 토양의 EC가 높을수록 뿌리의 삼투압, 상대수분함량, 활력 감소 등이 발생하며, Ca 이온의 흡수장해로 인한 생장 억제로 이어질 우려가 있어 혼합량 등을 주의하여 사용해야 할 것으로 판단된다[18].
Chi(2005)에서 상추의 질적 수량과 양적 수량은 각각 엽장과 상추의 생체중 조사를 통해 견줄 수 있다고 언급하였다[21]. 최근까지도 생육 특성을 비교(평가)하기 위해서 생육지표로서 엽장과 엽폭을 포함한 연구사례들이 있다[22,23,24]. 이에 따라 본 연구에서는 질적수량 증진을 위한 최적 혼합조건으로 엽장 성장률을 고려하여 RMG50을 1.0% 혼합한 실험구로 판단하였다. 양적 수량인 생체중 조사는 이루어지지 않았으나 엽수, 엽면적, 잎의 두께 등과 상관성이 있으며, 엽장과 엽폭 수치로 엽면적을 유추할 수 있다고 알려져 있다. 21,25) 생육지표별(엽수, 엽장, 엽폭)로 가장 높은 성장률을 보인 실험구는 엽수가 180.0%의 성장률을 보인 RMG30 1.0% 실험구, 엽장은 40.1%의 성장률을 보인 RMG50 1.0% 실험구, 엽폭은 54.9% 및 55.4%의 성장률을 보인 RMG30 1.0% 및 RMG50를 1.0% 혼합한 실험구로 나타났다. 엽채류 상품작물로서 상추는 엽장과 엽폭(엽면적을 유추 가능)이 엽수보다 중요한 인자로 판단된다. 따라서, 종합적으로 판단하면 토양에 대해 RMG50을 1.0% 혼합하는 조건이 생육 품질 증진에 가장 적절한 것으로 판단된다.
3.4. 토양개량제에 포함된 원소 성분별 유효도
토양개량제는 레드머드, 탈황석고, 재생황산을 이용하여 제조하였으며, 작물의 성장에 영향을 주는 원소 성분이 일부 포함되어 있다. Table 4를 통해 Fe2O3, CaO, SO3가 토양개량제의 주요 구성성분임을 확인하였고, Fe, Ca, S 등은 작물생육에 영향을 주는 다량원소 및 미량원소이다. 이러한 원소들은 토양의 pH에 영향을 받아 유효성 및 녹는 정도가 상이하며, 이와 관련하여 Fig. 4에 나타내었다.
토양에 포함된 ‘Fe’는 산성토양일수록 유효도가 높아지고, ‘Ca’와 ‘S’는 토양이 알칼리성일수록 유효도가 높아진다. 특히 pH 6.0~7.0 사이의 토양환경에서는 모든 원소의 유효도가 높다고 알려져 있으며, 이에 해당 범위의 토양환경인 실험구(RMG30 및 RMG50 1.0% 혼합) 성장률이 가장 크게 나타난 것으로 판단된다. 또한, 산세수와 게껍질을 이용하여 상추 생육에 토양개량제를 이용하여 원소 ‘Fe’를 적용한 연구 결과에서 게껍질 만을 이용한 처리구의 생육 결과보다 Fe 성분이 포함된 토양개량제(게껍질+산세수)를 사용한 실험구에서 증진된 상추 생장과 생산성이 관찰되었다[8]. 추가로 본 연구에서 생육한 상추를 육안으로 확인하였을 때 0%(무처리구) 실험구의 일부 상추 잎에서 끝부분이 마른 것이 관찰되었으나, 이는 혼합량이 1.0%까지 증가함에 따라 상추 잎 끝부분의 마른 정도는 감소하는 것으로 관찰되었다. 앞서 언급한 ‘상추의 잎의 끝이 마른 현상’은 작물의 Ca 흡수장해에 의해 발생하는 ‘팁 번(Tip burn)현상’과 유사한 것으로 판단되며, 토양개량제의 혼합량 증가에 따라 적정 수준에 도달한 토양환경(pH)에서의 ‘Ca’의 유효성 증가로 인한 완화로 판단된다.
3.5. 토양개량제의 농업적 활용 가능성 평가
본 연구는 레드머드, 석유정제탈황석고, 재생황산을 이용하여 제조된 토양개량제의 농업적 활용 가능성을 확인하기 위하여 상추 생육을 진행하였다. 생육지표(엽수, 엽장, 엽폭)는 RMG30 및 RMG50을 1.0% 혼합한 실험구에서 0%(무처리구)의 성장률보다 증진된 결과로 조사되었다. 본 연구에서는 다양한 작물생육 요인 중 토양의 pH 및 EC를 고려하였으며, 토양개량제 1.0% 혼합을 통해 토양의 pH 수준은 적절한 생육 조건에 도달하였다. 토양의 개선된 생육환경은 작물에 대한 다량원소 및 미량원소의 유효도 및 무기원소의 흡수 등에 긍정적인 영향을 주며, 이는 작물의 생장 억제, 영양분 결핍 등의 장해 발생 요인 감소로 이어진다. 토양개량제의 혼합을 통해 토양 특성 중 pH의 개선이 관찰되었으며, 이는 산성토양이 특징인 우리나라 밭 토양의 산도 조절이 가능할 것으로 판단된다. 또한, 적절한 토양개량제의 혼합을 통해 작물생육에 대한 필요원소(Ca, S 등)를 추가로 공급할 수 있으며, 토양 내 필요원소 이용의 원활함에 따른 생육 증진 가능성을 확인할 수 있었다. 하지만 토양개량제로써 널리 활용하기 위해서는 적용 사례, 특성 분석, 공정규격 등에 관한 추가적인 연구가 필요할 것으로 판단된다.
4. 결 론
본 연구는 레드머드, 석유정제탈황석고, 재생황산을 활용하여 토양개량제를 제조하고, 각각을 밭 토양에 대해 0~1.0%를 혼합하여 작물을 생육하였다.
- 토양개량제에 포함된 주요 구성성분으로 작물생육에 대한 필수원소 Ca, S, Fe가 조사되었으며, 토양에 혼합을 통한 원소들의 식물체 내로 흡수에 따른 작용이 기대된다.
- 토양개량제의 혼합은 밭 토양환경(pH, EC)을 조절할 수 있었으며, 약산성의 토양에 대해 혼합량이 증가함에 따라 pH와 EC가 상승하였다.
- 생육지표 항목별로 가장 높은 성장률을 보인 실험구로 엽수는 RMG30 1.0% 혼합, 엽장은 RMG50 1.0% 혼합, 엽폭은 RMG30 및 RMG50의 1.0% 혼합으로 나타났다.
- 토양개량제를 1.0% 혼합한 실험구에서 가장 높은 성장률을 보인 것은 토양개량제 투입을 통해 실험구의 토양환경(pH)이 생육 적정범위로 구성되어 작물 생육과 관련한 주요 원소들의 유효성에 긍정적인 영향을 미친 것으로 판단된다.
- 연구 결과를 종합하였을 때 레드머드에 대해 탈황공정석고를 100:50의 무게비율로 혼합한 후 재생황산을 이용하여 중화한 토양개량제를 밭 토양에 대하여 1.0%(무게비) 혼합한 조건이 상추 생육을 위한 적절한 조건으로 판단된다.
- 본 연구에서 레드머드, 석유정제탈황석고, 재생황산을 이용하여 제조된 토양개량제를 활용하여 생육하였을 때 산성토양의 pH 조절 및 무처리구보다 증진된 생육지표가 관찰되었지만, 널리 활용하기 위해서는 적용 사례, 특성 분석, 공정규격 등에 관한 추가적인 연구가 필요할 것으로 판단된다.
Acknowledgements
본 연구는 한국연구재단 중견연구과제 연구비 지원으로 수행되었습니다(과제번호: 2022 R1A2B501002469). 이에 감사 드립니다
Notes
Declaration of Competing Interest
The authors declare that they have no known competing interests or personal relationships that could have appeared to influence the work reported in this paper.
