Koren Journl of Environmentl Agriculture Koren J Environ Agric (2010) Vol. 29, No. 4, pp. 328-335 DOI : 10.5338/KJEA.2010.29.4.328 Reserch Article Open Access 토양 ph 와질소관비비종에따른토마토생육및토양화학성변화 강윤임 1 노미영 1 권준국 1 박경섭 1 조명환 1 이시영 2 이인복 3 강남준 4* 1 농촌진흥청국립원예특작과학원시설원예시험장, 2 농촌진흥청연구정책국, 3 농촌진흥청국립원예특작과학원, 4 국립경상대학교원예학과 Chnges of Tomto Growth nd Soil Chemicl Properties s Affected y Soil ph nd Nitrogen Fertilizers Yun-Im Kng 1, Mi-Young Roh 1, Joon-Kook Kwon 1, Kyoung-Su Prk 1, Myeong-Whn Cho 1, Si-Young Lee 2, In-Bok Lee 3 nd Nm-Jun Kng 4* ( 1 Protected Horticulture Reserch Sttion, Ntionl Institute of Horticulturl & Herl Science, RDA, Busn 618-300, Kore, 2 Director Generl for Plnning & Coordintion, RDA, Suwon 440-760, Kore, 3 Ntionl Institute of Horticulturl & Herl Science, RDA, Suwon 440-706, Kore, 4 Deprtment of Horticulture, Gyeongsng Ntionl University, Jinju 660-701, Kore) Received: 26 Octoer 2010 / Accepted: 9 Decemer 2010 c The Koren Society of Environmentl Agriculture Astrct: This study ws conducted to determine effects of soil ph nd form of nitrogen fertilizers on tomto growth nd chemicl properties of greenhouse soil using ferigtion system. Tomto (Lycopersicon esculentum Mill. cv. Superdoterng) were grown for three months in 18 L pots filled with two soil (ph 6.8 nd ph 8.7). 4 different nitrogen fertilizers (ure, mmonium nitrte, mmonium sulfte, nd potssium nitrte) were fertigted with different concentrtions of 0, 10, 50, nd 100 mg N/L during tomto cultivtion. Soil ph 8.7 decresed yield nd chlorophyll fluorescence compred with soil ph 6.8. Yield t soil ph 8.7 incresed y mmonium nitrte nd mmonium sulfte fertigtion. Soil ph 6.8 induced increment of yield y nitrogen concentrtion thn form of nitrogen fertilizers. Soil ph fter cultivtion of tomto decresed y ppliction of mmonium nitrte nd mmonium sulfte. Soil EC y 100 mg N/L ppliction of mmonium sulfte ws twice s much s other fertilizers. Form of nitrogen fertilizer hd less effect on concentrtion of soil NH 4 + -N nd NO 3 - -N in soil ut the concentrtions slightly reduced t ph 8.7. These results indicte tht ppliction of ure nd mmonium nitrte for nitrogen source of fertigtion hs little ffects * 교신저자 (Corresponding uthor): N. J. Kng Tel: +82-55-751-5484 Fx: +82-55-751-5483 E-mil: k284077@gnu.c.kr on soil chemicl properties efore nd fter tomto cultivtion. Key Words: Ammonium, Fluorescence, Nitrte, Sulfte, Yield 서론 관비재배는물과비료를동시에작물에공급하는방법으로노동력뿐만아니라비용적인측면에서도효과적인방법이며 (Mohmmd, 2004; Hnson et l., 2006), 안정적인관비재배를위해서는토양환경과작물생육반응에대한이해를바탕으로관비재배방법에대한기준이필요하다. 질소는작물의생산성을좌우하는주요양분성분으로토마토, 양배추, 고추등다양한작물에서질소를토양에직접시용할때보다관비할경우생산성을증가시키고질소비료에대한이용효율이높아지는것으로보고되고있다 (Cushmn nd Snyder, 2002; Lee et l., 2007; Singndhupe et l., 2003). 질소는주로아미드태 (NH 2-), 암모늄태 (NH 4-), 질산태 (NO 3-) 로공급이되며, 주요관비비종으로는질산암모늄, 질산칼륨, 질산칼슘, 황산암모늄, 요소등이이용되고있다. 관비용비종을선택하기위해서는비종의장단점을고려해야한다 (Wtson, 1987). 주로관비재배가이루어지는한국의시설재배지토양은과도한비료투입과피복재에의한강우차단으로토양 EC 와 ph가노지에비하여높은편이며, 토양 ph가 9에이르 328
토양 ph 와질소관비비종에따른토마토생육및토양화학성변화 329 Tle 1. Chemicl properties of soil efore the experiment Soil ph EC OM Av.P 2O 5 Ex. Ctions (cmol + /kg) NH 4-N NO 3-N (1:5, H 2O) (ds/m) (g/kg) (mg/kg) K C Mg (mg/kg) 6.88 1.95 18.6 496 0.85 7.06 1.55 6.65 99.15 8.77 2.4 19.4 460 0.77 26.02 1.12 5.87 114.65 기도한다 (NIAST, 2001). 토양 ph는양분흡수와관련하여강력한영향력을가지며또한이것은작물생육과도관련이높은중요한토양화학성특성중하나이다 (Fitter nd Hy, 2002; Tglivini et l., 1995). 이실험은변화된한국의시설원예지의토양환경조건을반영하여높은토양 ph 조건에서관비재배를하였을때질소비종에따른토마토의수량및스트레스반응을살펴보고토양내화학성변화를고려하여적절한비종을선발하기위하여수행하였다. Tle 2. The totl mount of nitrogen pplied y fertigtion concentrtions Tretment (mg N/L) Nitrogen pplied (kg N/h) 0 0 10 25 50 125 100 250 재료및방법 이실험은국립원예특작과학원시설원예시험장의비닐하우스에서수행되었으며시험토양으로는사질식양토를이용하였다. 토양 ph에따른토마토생육과관비비종을선발하기위하여토양 ph는 2 수준으로하였다. 포장수준의토양 ph 수준을높이기위해 18 L 포트에토양을담은후각포트에 50 g의소석회를처리하였으며, 각시험토양의화학성은 Tle 1과같다. 각포트에는점적관수시설이설치하여농촌진흥청의토마토물관리기준 (NIAST, 2007) 에따라작물생육단계별물요구량과기상요건맞추어가감하여관수하였으며모든처리구의관수량은같다. 관비용질소비종으로는질산칼륨, 황산암모늄, 질산태질소, 요소를이용하였으며각처리별 4반복으로수행하였다. 처리농도는토마토생육에적합하도록토양검정질소시비량은 203 kg N/h 을고려하여비종별처리수준을 10, 50, 100 mg N/L 로하였으며토마토재배기간동안의농도별질소투입량은 Tle 2와같다. 대조구로물만관수한처리구를 0 mg N/L 으로표현하였다. 공시작물은토마토 슈퍼도태랑 (Lycopersicon esculentum Mill. cv. Superdoterng) 을이용하였다. 토마토종자는 2009 년 4월 10일에 33 에서 24시간최아시킨이후 32공트레이에파종하여 40일간육묘하였다. 육묘된토마토묘는 5월 20 일에포트로이식하여정식과동시에관비처리를시작하였다. 과실수확은 7월 3일부터 8월 4일까지수행하였다. 또한생육중기인 2010년 6월 24일에토양 ph와질소비종에따른토마토의스트레스반응을살펴보기위하여엽록소형광측정기 (PAM-2000, Germny, Wlz) 를이용하여광합성효율 (Potentil efficiency of photochemistry, Fv/Fm) 을측정하였다. Fo(Miniml fluorescence yield) 과 Fm(Mximl fluorescence yield) 의차인 Fv(Mximl vrile fluorescence yield) 를측정하기위하여 Lef-Clip holder를이용 하여정단에서 4번째잎을 30분동안암상태에두어광계반응중심을열린상태로만들어준다음 0.1 μmol/m 2 /s 이하의낮은광을조사하여 Fo을측정하였다. Fm은 1초동안광계반응중심이닫힐정도의포화광 (6000 μmol/m 2 /s) 을조사하여측정하였다. 작물재배시험이끝난이후각포트에서토양을채취하여 3일간음건한후토양화학성을조사하였다. 토양분석은농촌진흥청분석방법에따라 ph는토양과증류수의비율을 1:5로하여그현탁액을초자전극법 (720, ORION, USA) 으로측정하였고, 유기물은 Tyurin법, 유효인산은 Lncster 법으로추출후분광광도계 (CINTRA6, GBC, Austrli) 로분석하였다 (NIAST, 2000). 토양내질산태질소와암모니아태질소는 2 M KCl로추출후질소분석기 (K-314, Buchi, Swizerlnd) 로분석하였다. 치환성양이온분석을위하여토양을 1 N-NH 4OAc(pH 7) 로추출한후유도결합플라즈마분광분석기 (ICP-AES, GBC Intergr XM2, Austrli) 로정량하였다. 실험처리에의한토마토수량변화와형광반응에대해처리간차이를비교하기위하여 SAS 9.0(Cry, NC, USA) 프로그램을이용하여 Duncn 다중비교분석를실시하였으며토양화학성에대한실험결과는 SigmPlot 9.0(SYSTAT, IL, USA) 프로그램을이용하여표준오차를계산하여처리간의차이를비교하였다. 결과및고찰 토양 ph와질소비종에따른토마토수량토양 ph와질소비종에따른토마토수량은 Tle 3과같다. 토양 ph가토마토의수량에미치는영향을살펴보면질소관비를하지않고물을관비한 0 mg N/L 처리에서토양 ph가 8.7인경우토양 ph 6.8에비하여토마토의수량이 27% 감소하는것으로나타났다. ph는작물의양분흡수
330 강윤임 노미영 권준국 박경섭 조명환 이시영 이인복 강남준 Tle 3. Effect of soil ph nd nitrogen fertilizers on tomto yield Soil ph 6.8 8.7 Nitrogen fertilizer source Nitrogen concentrtion (mg N/L) Yield (kg/h) None 0 45113 cdef z KNO 3 50 47189 cdef 10 46221 cdef 100 48337 cdef (NH 4) 2SO 4 50 43360 cdef 10 42169 cdef 100 61262 NH 4NO 3 50 57129 cd 10 42270 cdef 100 64085 CO(NH 2) 2 50 40625 cdef 10 44600 cdef 100 59887 c None 0 32886 f KNO 3 50 53127 cde 10 51405 cdef 100 50985 cdef (NH 4) 2SO 4 50 59430 c 10 36720 ef 100 57470 cd NH 4NO 3 50 50505 cdef 10 38256 def 100 51438 cdef CO(NH 2) 2 50 48436 cdef 10 52380 cdef 100 56443 cde z Within ech column, sme letter indictes no significnt difference mong tretments (P<0.05). 뿐아니라다양한원소들의이용성에영향을미치기때문에 ph의영향은매우광범위하다 (Islm et l., 1980; Mrschner, 1995; Wlter et l., 2000). 일반적인작물의적정토양 ph 는 5.5 ~ 6.5 이며 (Mrschner, 1995) 높은 ph는다양한작물에서생육및수량을감소시키며 (Islm et l., 1980; Tng et l., 1993) 이실험결과도같은경향을보였다. 비종에따른수량은토양 ph 8.7일경우질산암모늄과황산암모늄을시용하였을때수량이증가하였으나토양 ph 6.8일경우비종보다는관비농도가높을수록수량이증가하였다 (Tle 3). 일반적으로관비재배비종으로많이이용되는질소질비료로는요소, 질산암모늄, 황산암모늄, 질산칼륨등이있으며일반적으로질산암모늄 (Motis et l., 1998) 을이용한다. 토마토수경재배에서 100% 질소원소공급원으로암모늄태질소를이용할경우뿌리내집적으로인해 Tle 4. Effect of soil ph nd nitrogen fertilizers on fluorescence prmeters of tomto leves; the rtio of mximl vrile fluorescence to mximl fluorescence (Fv/ Fm) Soil ph 6.8 8.7 Nitrogen fertilizer source Nitrogen concentrtion (mg N/L) Fv/Fm None 0 0.77 cd z KNO 3 50 0.77 cd 10 0.77 cd 100 0.81 (NH 4) 2SO 4 50 0.78 cd 10 0.76 cd 100 0.78 cd NH 4NO 3 50 0.77 cd 10 0.78 cd 100 0.77 cd CO(NH 2) 2 50 0.76 cd 10 0.77 cd 100 0.79 None 0 0.78 cd KNO 3 50 0.77 cd 10 0.76 cd 100 0.77 cd (NH 4) 2SO 4 50 0.75 cd 10 0.72 d 100 0.79 c NH 4NO 3 50 0.79 10 0.75 cd 100 0.79 c CO(NH 2) 2 50 0.73 dc 10 0.77 cd 100 0.78 cd z Within ech column, sme letter indictes no significnt difference mong tretments (P<0.05). 생육을심하게저하시킬수있어 (Ppdopoulos, 1987) 수경재배의경우비종의선택이중요하나질산화미생물이존재하는토양재배의경우암모늄태질소를가진비종을시용하더라도토마토생육을감소시키지않는것으로나타났다. 그러나비종에따른수량반응이수경재배와다르게나타나는것으로보아다른영향을가지는것으로추측되므로작물의스트레스반응 (Tle 4) 과토양화학성 (Fig. 1-4) 을바탕으로관비비종이미치는영향에대해알아보고자한다. 일반적인토마토의질소관비농도는토양내질소함량과작물의상태에따라다르지만 50 ~ 150 mg N/L 이다 (Cushmn nd Snyder, 2002). 이실험결과질산칼륨과질산암모늄의경우 50 mg N/L 과 100 mg N/L 처리에서수량의변화가크지않은것으로나타났다 (Tle 3). 하지
토양 ph 와질소관비비종에따른토마토생육및토양화학성변화 331 만황산암모늄과요소는농도수준에따라수량증가폭이큰것으로나타났다. Wtson(1987) 은요소가질산태질소비종에비하여질소흡수율이낮은편이며그원인을휘산등에의한것이라고보고하였다. 또한, 황이온의경우작물의질소흡수를방해하므로 (Clrkson et l., 1989) 요소와황산암모늄을관비비종으로이용시질산암모늄에비하여높은농도를요구하는것으로추측된다. 토양 ph와질소비종에따른토마토형광반응 Tle 4는엽록소형광반응을이용하여토양 ph와비종에따른토마토의스트레스반응을측정한것이다. 엽록소형광반응을이용한 Fv/Fm은식물의광화학적효율을가늠할수있는지표로식물이스트레스를받거나부적합한환경하에있게되면그값이낮아진다 (Yng et l., 2008). 전반적으로 ph가높은 8.7 처리에서 Fv/Fm 값이낮게나타나는것을볼수있다. 작물마다적정 ph가다르지만높은 ph 는작물의건물생산을감소시키고뿌리발육과물의흡수를억제시킨다 (Wlter et l., 2000; Hjiolnd et l., 2003). 특히기공전도도의감소나수분흡수가원활하지못하여발생하는스트레스는작물의생육을억제시킬수있으며엽면적을감소시키거나수량을감소시킬수있다 (Tng et l. 1993). 질소비료를관비농도가높을수록토양 ph에의한스트레스가감소하여 Fv/Fm이증가하는것으로나타났다. 이결과는적정질소관비는염류스트레스를경감시킬수있으며 (Ben-Olie et l., 2004), 칼륨흡수를돕는다 (Motis et l., 1998) 는연구결과들과일치하는것으로사료된다. 특히, 토양 ph가 8.7일때황산암모늄과질산암모늄처리구에서스트레스감소가더크게나타났다. 이두비종은용해시 ph가낮고시용초기에요소에비하여토양 ph를변화시키지않으므로 (Mulvney et l., 1997) 토양 ph에의한스트레스반응을감소시키고결과적으로는수량을증가시킨것으로판단된다 (Tle 4). 비종과관비농도에따른토양화학성변화토마토재배후토양 ph는질소관비농도에상관없이 ph 6.88에서재배된토마토의토양의경우 ph 7.0 이상으로전반적으로높아진것을볼수있다 (Fig. 1). ph는작물과토양의서로의상호작용을바탕으로변화될수있다 (Mrschner, 1995; Tglivini et l., 1995; Siler et l., 1998). 토양 ph는작물의양이온과음이온흡수에의해영향을받으며특히많은양이흡수되는질소의경우흡수되는양분의형태인암모늄태질소와질산태질소에의해토양의 ph에영향을미칠수있다 (Gijsmn, 1990). 토마토의경우주로뿌리에서수소이온과함께흡수되는질산태질소를선호하기때문에 (Sndovl-Vill et l., 2001) ph 6.8 토양의경우재배이후토양 ph가증가하는경향을보인다. 재배전토양의 ph가 8.77일경우물만관수할경우 ph가 8.2 까지감소하였으며이것은소석회를이용하여인위적으로 ph를높였기때문에관수에의해 ph가감소한것으로추측된다 (Fig. 1). 토마토재배후질소비종별특성을살펴보면요소, 질산암모늄의경우물만관주하였을때비해토양 ph가크게변화하지않았다. 그러나시험전토양의 ph가 6.8일때질산칼륨을관비하면토양 ph 7.6까지높아졌으며, 황산암모늄의경우 ph 6.6까지감소하였다 (Fig. 1). 재배전토양의 ph 가 8.7일경우비종에따른 ph 변화는크지않았지만요소와황산암모늄에서낮은경향을보였다 (Fig. 1). 요소와질산암모늄, 황산암모늄의경우암모늄태질소의질산화과정이포함되기때문에 (Mulvney et l., 1997; Perye nd Burrows, 1999) 토양의 ph가토마토재배이후에크게증가하지않은것으로보인다. 질산칼륨의경우용해시 ph가높고토양내에서질산화과정을거치지않고작물에직접적으로흡수되기때문에토양 ph가증가하는것으로추측된다. 황산암모늄을이용하여시비하였을때토양내 ph를낮추어토양내인산, 미량원소의흡수를증가시켜콩과복숭아나무 8.0 8.5 7.5 8.0 Soil ph 7.0 Soil ph 7.5 6.5 CO(NH2) 2 7.0 6.0 6.5 N source concentrtion (mg N L -1 ) N source concentrtion (mg N L -1 ) Fig. 1. Effect of the form of nitrogen fertilizers on soil ph in different soil phs (, ph 6.8;, ph 8.7). The rs represent the stndrd errors.
332 강윤임 노미영 권준국 박경섭 조명환 이시영 이인복 강남준 3.0 2.5 2.0 3.0 2.5 2.0 EC (ds/m) 1.5 1.0 EC (ds/m) 1.5 1.0 0.5 0.5 0.0 0.0 N source concentrtion (mg N/L) N source concentrtion (mg N/L) Fig. 2. Effect of the form of nitrogen fertilizers on soil EC in different soil phs (, ph 6.8;, ph 8.7). The rs represent the stndrd errors. 40 40 NO 3 -N (mg/kg) 30 20 NO 3 -N (mg/kg) 30 20 10 10 0 0 N source concentrtion (mg N/L) N source concentrtion (mg N/L) Fig. 3. Effect of the form of nitrogen fertilizers on soil NO 3-N in different soil phs (, ph 6.8;, ph 8.7). The rs represent the stndrd errors. NH 4 -N (mg/kg) 8 7 6 5 NH 4 -N (mg/kg) 8 7 6 5 4 4 3 3 N source concentrtion (mg N/L) N source concentrtion (mg N/L) Fig. 4. Effect of the form of nitrogen fertilizers on soil NH 4-N in different soil phs (, ph 6.8;, ph 8.7). The rs represent the stndrd errors. 의수량을증가시켰다고연구결과를고려한다면 ph 교정에따른긍정적인효과를기대할수있다 (Thomson et l., 1993; Tglivini et l., 1995). 토양 EC 는요소, 질산암모늄, 질산칼륨의경우재배전에
토양 ph 와질소관비비종에따른토마토생육및토양화학성변화 333 2.5 2.0 NH 4 NO 3 2.5 2.0 NH 4 NO 3 K (cmol + /kg) 1.5 1.0 K (cmol + /kg) 1.5 1.0 0.5 0.5 0.0 0.0 N source concentrtion (mg N/L) N source concentrtion (mg N/L) Fig. 5. Effect of the form of nitrogen fertilizers on soil K in different soil phs (, ph 6.8;, ph 8.7). The rs represent the stndrd errors. 비하여감소한것으로나타났다. 그러나황산암모늄의경우 10 mg N/L 을관비하였을경우에도 EC가 1.5배정도높을것을확인할수있다 (Fig. 2). 황은식물이필요로하는다량원소이지만농도가높아지면토양내삼투압을높여식물에게스트레스로작용할수있다 (Syvertsen et l., 1989). 시설재배의경우강우가차단되고적은양을물을이용하여재배하기때문에염류스트레스를미연에방지하는것이필요하므로이실험결과황산암모늄이앞선결과에따라토양 ph를낮추더라도시설재배지관비재배용질소비종으로는황산암모늄은적합하지않은것으로판단된다. 토양내질산태질소와암모늄태질소함량은질소비종과관계없이비슷한경향을보였다 (Fig 3 nd 4). 작물의생육초기에암모늄태질소를시비하였을경우암모늄태질소의함량이높지만시간이경과됨에따라질산태질소를시비하는수준으로암모늄태함량이감소한다 (Thomson et l., 1993) 는결과와일치하는경향을보였다. 그러나 ph가높은토양에서질산태질소와암모늄태질소함량이 ph 6.88 토양에비하여적은편이었는데높은 ph에의해암모니아휘산에의한것으로추측된다 (Wtson, 1987). 토양내칼륨농도는질산칼륨을이용하여관비하였을때 1.7 cmol + /kg으로다른비종에비해 4배정도증가하는것으로나타났다 (Fig. 5). 토마토의경우칼륨의요구량은높지만질소요구량에맞추어시비할경우칼륨이과다하게토양에집적되는것을볼수있었다. 하지만질산암모늄, 요소, 황산암모늄을이용하여관비하였을때질소농도가높아짐에따라토양내칼륨농도가감소하는것으로나타났는데이것은질소질비료를관비할경우칼륨의흡수를돕는다는보고와일치하는결과이다 (Motis et l., 1998). 토마토생육에영향을미치지않는토양 ph 범위인 6.88 에서는질산암모늄과요소등에서생육의큰차이가없었다. 특히, 요소의경우여러작물에서작물에영향을미치지않는안정적인관비재배용질소비종으로연구되어왔다 (Hynes, 1985; Ppdopoulos, 1987). 질산암모늄의경우높은 ph 토양에직접적으로시용할경우휘발되기쉽지만 (Wtson, 1987) 이실험결과관비재배의경우질소부족으로인한수량감소가관찰되지않았다. 그러므로변화된시설환경토양을고려하고토마토의생리적특성을반영한다면재배지의토양의 ph가높을경우요소와질산암모늄을이용하는것이앞으로장기적인재배에있어서토양재배시더욱안정적인토양화학성을유지시킬수있을것으로예상된다. 요약 이실험은관비재배시토양 ph와질소비종이토마토생육과토양화학성에미치는영향에대해조사하고자수행하였다. 시험작물은동양계품종인 슈퍼도태랑 을이용하여 18 L 포트에서 3개월간재배하였으며토양 ph를 6.88과 8.77 두수준으로조절하였다. 주요관비비종인요소, 질산암모늄, 황산암모늄, 질산칼륨를이용하였으며관비농도는 0, 10, 50, 100 mg N/L로조절하였다. 토양의 ph가 8.77일때 ph 6.88에비하여수량과엽록소형광반응이감소하였으나질산암모늄과황산암모늄을이용하여관비할경우토마토수량이증가하는것으로나타났다. ph 6.88일경우비종보다는관비농도가증가할수록수량이증가하였다. 토마토재배후비종에따른화학성변화를살펴보면토양의 ph는질산암모늄과황산암모늄을시용하였을경우감소하였으며질산칼륨시용시토양 ph와칼륨함량이높아졌다. 토양내 EC 는황산암모늄 100 mg N/L 시용시다른비종에비하여 2배이상높아졌다. 질산태질소와암모늄태질소는비종별로크게차이는없었지만 ph가높을때토양내함량이적은것으로나타났다. 이실험결과요소와질산암모늄을관비용비종으로이용하면토마토재배전후토양화학성의변화가크지않은것으로나타났다.
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