작물생산에 필요한 질소 비료원
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작물생산에 필요한 질소 비료원
  • 월간원예
  • 승인 2004.02.03 17:49
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◆ 유기질 질소질 비료원
·구비
구비 중 유기태 질소는 안정적인 형태와 불안정한 형태로 존재한다. 불안정한 형태의 유기태 질소는 주로 요소와 요산이며 이 두 가지 질소화합물은 작물에 유효한 암모늄이온으로 쉽게 무기화 된다. 또한 암모늄이온은 최적의 토양과 환경조건에서 암모니아로 쉽게 변하기 때문에 구비 중 상당량의 질소가 암모니아 휘발에 의해 손실되며 그 손실량은 전체질소의 15∼40% 정도 된다.
라군식 분뇨처리시스템에서는 저장과 토양 사용시 구비 중 총질소의 60~90%가 암모니아휘발에 의해 손실된다. 나머지 안정적인 형태의 유기태 질소가 토양사용 후 수년 동안 무기화 된다. 안정적인 형태의 유기태 질소 중 일부는 비교적 불안정하여 시용 후 첫해에 무기화 되는데 이러한 유기태 질소의 비율은 구비의 종류와 시용 위치에 따라 다르지만 구비 중 총질소의 30~60% 정도 된다.
심토에 구비를 시용하면 표층에 시용하였을 때 보다 질소의 무기화가 더 잘 되어 질소 유효도가 더 크다. 아주 안정한 형태의 유기태 질소는 수년에 걸쳐 천천히 무기화 되는데 시용 후 2년째에는 1년째에 무기화된 질소의 50% 정도가 무기화 되고, 3년째에는 25%, 4년째에는 12.5%정도가 무기화 된다.
여러 종류의 액상구비를 토양에 시용 하였을 때 질소 무기화 속도는 서로 다르다. 소나 돼지의 구비가 가금류의 구비에 비해 무기화 속도가 2~3배 적다.

·두과작물
두과작물은 작물생산에 유용한 질소를 상당량 공급할 수 있다. 이 장에 있는 질소고정에 관계되는 물질들을 참조하기 바란다. 오폐수 슬러지 도시 오폐수처리시설에 의해 처리되는 하수 중 75% 정도는 생활하수이고 나머지 25%정도가 산업오폐수이다.
오폐수처리에 의해 오폐수 슬러지와 하수처리 여과수가 최종적으로 만들어진다. 오폐수 슬러지는 오폐수처리시 생기는 고형물이고, 하수처리 여과수는 저농도의 식물양분과 유기물이 포함 된 맑은 물로 염소처리되어 하천이나 호수로 방류되기도 한다.
슬러지는 온갖 물질이 들어있으며, 그 성분조성은 도시마다 다르고 같은도시 라도 매일매일 다르다. 이러한 슬러지에는 질소가 3% 이하 수준으로 포함되어 있다.
도시에서 발생한 슬러지의 약 25% 정도는 토양에 처리되지만 작물생산에 사용되는 경우는 거의 없다.
슬러지를 작물생산에 이용하기 위해서는 일정기간동안 발생하는 대표적인 슬러지 샘플을 확보하고 이들을 화학적으로 분석하는 것이 필수적이다. 오폐수 슬러지는 공인된 방법으로 토양에 시용되어 작물생산에 이용하거나 또는 소각하기도 하고, 묻기도 하는데 땅에 묻으면 수년동안 메탄가스가 발생한다.

◆ 질소질 화학비료
화학비료는 가장 중요한 질소원이다. 지난 20년 동안 전세계 질소 소비량은 2천 2백만톤에서 8천만톤으로 증가하였다. 1995년에 미국의 경우 무수암모니아, 요소, 질소 액비가 전체 질소 사용량의 70%를 차지하였다. 무수암모니아는 모든 질소질 비료의 기본원료이며 대부분의 암모니아는 질소가스와 수소가를 반응시켜 합성한다
암모니아로부터 수많은 다른 질소질 비료들이 만들어지고 있으며 암모니아로부터 제조되지 않은 질소질 비료는 거의 없다. 여러 질소질 비료들을 편의상 세가지로 분류하는데 ①암모니아성 비료 ②질산성비료 ③완효성비료로 분류한다. 몇가지 상용되는 질소질 비료의 조성이 <표 2>에 있다.

◆ 암모니아성 질소질비료
가.무수암모니아
무수암모니아는 질소함량이 82%로 모든 질소질 비료 중에서 가장 높다. 암모니아는 고상,액상,기상의 세가지 형태를 모두 가지고 있기 때문에 물처럼 작용한다. 무수암모니아는 친수성이 커서 용해도가 매우높다.
결과적으로 암모니아는 인체조직에서 물에 의해 빠르게 흡수된다. 암모니아는 눈과 폐 그리고 피부를 심하게 자극하기 때문에 사용시 안전수칙에 따라 취급하여야한다. 안전고글과 고무장갑 그리고 마스크를 착용하여야 한다. 암모니아 저장탱크에는 암모니아에 노출된 피부와 눈을 씻을 수 있는 큰 물통이 부착되어 있어야 한다. 암모니아를 취급하는 사람은 누구나 인증을 받도록 규제하고 있다.
일반적인 대기 조건에서는 무수 암모니아가 쉽게 휘발되어 없어지므로 압력을 가하거나 냉동하여 큰 저장기기에 보관한다. 액화 암모니아가 고압관에서 방출될 때 급격히 팽창하면서 기화되고 하얀수증기를 만든다. 이 구름은 액화 암모니아 주위 공기의 수분이 응축되어 형성된다.
무수 암모니아는 대기압 상태에서 기체로 존재하기 때문에 살포할 때와 살포 후 공기 중으로 손실될 수 있다. 만약 토양이 단단하거나 덩어리져 있으면 살포할 때 살포기의 날 뒤쪽에 생기는 토양간극이 닫히거나 다시 메워지지 않아 상당량의 암모니아가 대기 중으로 손실된다.
토양 심층살포와 살포 전 경운에 드는 노력을 생력화하기 위하여 무수 암모니아 컨버터가 사용되기도 한다. 이 컨버터는 살포기나 공급탱크에 압축되어진 무수 암모니아를 감압시키는데 이용된다. 무수 암모니아 컨버터에서 팽창하면 압력이 떨어지면서 온도가 급격히 낮아져 약화 암모니아가 분리된다.
액화 암모니아의 온도는 -32℃ 정도이다. 무수 암모니아의 85% 정도가 액화되고 나머지 15% 정도는 기체상태에서 남아있다. 액화 암모니아는 일반적인 살포장비를 이용하여 토양으로 흘러보내 중력에 의해 스며들게 하고 기체 암모니아는 컨버터 위에서 모아 관행적인 방법으로 토양에 주입한다.
암모니아 유지 토양층은 암모니아를 토양에 주입하면 암모니아나 암모늄이온이 높은 농도로 유지되는 토양층이 국부적으로 발생한다. 이 토양층은 수평적으로 생기고 모양은 원형이거나 타원형이며 살포량이나 방법, 살포간격, 토성, 그리고 토양함수량에 따라 다르지만 직경이 3.8~12.7cm 정도이다. 암모니아 유지 토양층에서는 토양의 화학적, 생물학적 물리적 조건이 일시적으로 크게 변하게 되는데 다음과 같다.

·암모니아와 암모늄이온 농도 증가(1,000∼3,000ppm)
·토양산도 증가(pH 9 이상)
·아질산 이온 증가 (100ppm 이상)
·토양수의 삼투압 증가 (10bar 이상)
·토양 미생물 감소
·유기물 용해

암모니아 자체는 미생물 및 고등 식물 그리고 동물에 강한 독성을 나타낸다. 암모니아는 암모늄에 비해 투과성이 커 쉽게 세포막을 침투한다. 암모니아 및 암모늄이온 농도는 토양산도와 밀접한 관계가 있다. 토양산도가 6에서 9로 증가하면 암모니아 농도는 500배 증가한다.
토양수의 높은 삼투압과 암모늄이온 농도는 기본적으로 Nitrosomonas 세균에 영향을 미친다. 토양 산도가 8이상이 되면, 특히 암모니아가 많이 존재하면 Nitrosomonas 세균의 활력이 감소한다, 토양산도가 7∼8 정도면 아질산 이온이 축적되지만 7보다 작으면 질산이온이 많아진다. 토양에 공급된 암모니아가 빨리 물이나 토양 중 유기물 또는 무기물과 반응하지 않으면 대기 중으로 휘발되어 사라진다.
토양의 암모니아 유지력은 토양수분함량에 다라 증가하는데 포장용수량에 가까울 때 제일 크다. 토양이 포장용수량보다 건조되거나 더 포화되면 암모니아 유지력이 감소한다.
최초의 암모니아 유지 토양층의 크기는 토양 수분 함량이 증가하면서 감소한다. 토양수분함량이 높으면 암모니아가 친수성이 크기 때문에 토양 중에 주입되었을 때 잘 확산되지 않는다.
토양의 암모니아 유지력은 점토함량에 따라 증가한다. 암모니아는 점질 토양보다는 공극이 커 암모니아가 자유롭게 확산될 수 있는 사질 토양에서 더 많이 이용한다. 토성에 의해 토양의 암모니아 유지력이 차이가 나더라도 토양 함수량이나 유기물 함량이 같은 요인들 때문에 토성에 의한 영향을 파악하지 못하곤 한다.
암모니아 유지력은 주입되는 깊이가 깊을수록 증가하여 토성이나 토양환경에 따라 많이 변한다. 식량토에서는 암모니아를 5cm 깊이로 주입하면 효과적이지만 미사질 양토에서는 주입 깊이가 10cm는 되어야 한다고 한다. 건조토양에서 주입 깊이가 증가할수록 암모니아의 손질은 감소한다.
일정량의 암모니아를 토양에 주입할 때 주입간격을 줄이면 단위부피당 토양에 공급되는 암모니아량은 감소한다. 따라서 주입간격을 좁히면 암모니아의 휘발 가능성을 줄여 보다 많은 암모니아를 유지시킬 수 있다. 특히 암모니아 유지력이 낮은 사질토양에서는 효과적이다.
토양 유기물은 암모니아 유지력이 매우 크다. 최소한 토양의 암모니아 유지력의 50% 정도는 유기물에 의한 것이다. 암모니아 시용에 의해 발생되는 토양 특성의 변화 정도와 특징은 작물의 질소질 비료반응에 중요한 의미를 가지고 있다.
암모니아와 암모늄이온이 고농도로 존재하면 토양산도와 삼투압이 높아져 암모니아 유지 층에서는 일시적으로 토양이 살균된다. 세균은 암모니아에 의해 가장 큰 영향을 받고 곰팡이는 높은 토양산도에 의해 영향을 받는다.
암모니아 유지층 중앙에 부분적으로 살균되는 조건은 수주 동안 계속되는 것으로 알려져 있다. 세균과 Actinomyoetes의 활력은 일반적으로 빠르게 회복된다. 미생물 활동이 감소하므로 정상으로 회복될 때까지는 암모늄이온의 아질산이나 질산으로 질화작용이 감소한다.
암모니아 및 암모늄이온 그리고 아질산 이온의 농도가 높으면 발아하는 유묘가 크게 해를 입는다. 종자 주위의 암모니아 농도가 1,000ppm 이상 존재하면 옥수수 유묘 개체수가 상당히 감소한다.
암모니아의 작물에 대한 해를 줄이기 위해서는 암모니아의 작물에 대한 독성이 사라질 때까지 기간을 연장하는 것보다 암모니아를 심층 주입하는 것이 더 효과적이다. 암모니아의 주입간격을 줄이면 암모니아의 작물에 대한 해를 상당히 줄일 수 있다.
무수 암모니아가 토양에서 반응하여 생성되는 수산기(OH-)는 토양 유기물을 용해시킬 수 있다. 유기물에 대한 이러한 효과는 단지 일시적인 뿐이다. 유기물이 용해되면 일시적으로 토양유기물에 의한 양분 유효도가 증가한다.
<다음호에 계속>

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