본 자료는 지난 11월 18일 울진에서 개최된 ‘2005울진세계 친환경 농업엑스포’ 개최기념 국내 친환경?유기농업 심포지엄에서 단국대 유기농업연구소(소장 손상목)에서 발표한 내용의 일부이다. 원제는 ‘국제규경의 유기경종 토양비옥도 기술과 한국토착유기농업의 토양비옥도 유지증진책의 경험’으로 본 지면에서는 기술적인 부분을 중심으로 친환경농업인에 필요한 부분들을 발췌하여 게제하였다. <편집자 주>
한국 토착유기농법의 환경보전 기능
?유기질비료에만 의지한 한국 토착유기농법 토양비옥도 유지/증진책의 문제점
초창기 한국 토착유기농업 교본에 나타나 있던 다다익선적 퇴비 추천시용량은 ‘유기채소의 고질산염 파동’ 이후 단보당 8t으로 하양조정 되었다가, 다시 5t, 그리고 3t, 이제는 2tdmfh 낮춰 지기에 이르렀다.
문제는 지금과 같은 1단보당 2t 내외의 유기질비료 시용이 작물재배를 하기에 필요한 각종 영양분을 공급하는데 아무런 문제가 없는가, 즉 토양비옥도 유지/증진에 효과적인가 하는데 있다. 또한 장기간 연용하였을 때에 유기농업 본래의 환경친화적 기능(토양 및 수질오염)을 수행하는데 아무런 문제가 없는가 하는 점이다.
유럽 각국의 농업백서나 그린피스(Green peace)보고서를 보면 유기농법이 환경친화적인 기능을 수행한다는 연구결과가 나타나 있다. 그래서 유럽각국은 이에 근거하여 직접지불제를 도입하여 유기농업을 장려하고 있다. 우리 정부도 ‘98년부터 유기농업 독농가에 대한 직접지불제를 일부 지역에서 우선적으로 실시하고 있으며 향후 전국적으로 실시할 예정이다. 직불제를 통해 유기농가에 보상금을 지긊하는 이유는 유기농법 실시농가의 환경보전 기능을 들 수 있다. 환경보전 기능이란 불특정 다수인이 향유하게 되는 대기, 수질 및 토양 환경보전에 기여하는 유기농법의 또 다른 순기능으로 정부와 지지체가 마땅히 이에 대한 보상금을 유기농법 독농가에게 지불해야 하는 이유가 여기에 있다.
문제는 과연 퇴비시용만으로 토양비옥도를 유지 증진시키고자 하는 현재의 한국 토착유기농업의 방법으로 환경보전 기능을 수행할 수 있느냐이다. 특히 상수원보호구역내에 맑은 물 공급을 위해 실시되는 직불제 사업인 만큼 수질보전 기능에 대한 것이 우리의 관심거리가 아닐 수 없다.
이와 관련해 현재까지 학계에 보고된 바를 정리하면 다음과 같다. 유기농법 실시 농가 포장의 토양화학적 성질은 관행농법 실시 농가 포장에 비해 ①유기물함량이 높고, ②염류가 집적되어 있으며, ③질산염 함량이 높고, ④인산염 함량이 높다는 것 등이다.
일반적으로 토양 중 유효인산 함량이 300ppm 이상릴 경우 수용성인산으로의 용탈 가능성이 있으므로 수질오염 가능성을 배제하지 못한다고 알려져 있다.
헥타르(ha)당 20t을 년간 3회 시용할 경우 846㎏의 인산을 시용한 것이 되고 3년간 토착유기농법을 실시한 경우 성분량으로 2.5t의 인산비료를 시용한 것과 같은 것이다. 이러하기에 토착유기농법 실시 독농가의 인산집적량이 500～1,000ppm에 달하고 있는 것이라고 판단된다. 칼리의 경우에도 퇴비중에 0.89%의 칼리가 함유되어 있으므로, 헥타르당 20t을 년간 3회 시용할 경우 534㎏의 칼리를 시용한 것이 되고 3년간 토착유기농법을 실시할 경우 1.6t의 치환성 칼리가 토양에 시용되는 것과 같은 효과가 있게 되는 것이다. 토양중에 유효인산과 치환성 칼리가 많아지면 염류농도가 상승하게 되어 작물 수분흡수에 장애를 초래하고 체내 수분포텐셜이 높아지게 된다.
유기농업 실시농가 포장에서 이같은 질산염과 인산염 함량이 많아지고 염류가 집적되는 등의 부작용이 나타나게 된 것은 한국 토착유기농법이 작물을 재배하기 위한 지력(토양비옥도)유지를 위해 많은 량의 유기질비료를 계속 연용해 왔기 때문에 빚어진 어찌할 수 없는 현상이었다. 국제유기농법에서 규정하고 있는 토양비옥도 유지/증진 방법이란 작물을 유기농법적으로 재배하려 할 때 실시해야 하는 몇 가지 기술인 것이다. 토양비료학적으로 보아 녹비/두과작물 등과의 윤작과 심근성작물 등의 재배는 토양비옥도 유지/증진을 위해 행하지 않으면 안되는 기본적 토양관리기술이다.
?한국 토착유기농법 토양에서 나타나는 고 염류집적 현상의 이유
농촌진흥청의 자료에 의하면 각종 축산분뇨와 이를 재료로 제조한 유기질 비료(숙성 발효퇴비)의 화학성분 질소, 인산, 칼리의 함량은 <표 1>과 같다. 물론 농후사료 급여량과 축분과 수분조절제 배합비율 등에 따라 유기질 비료의 무기성분 함량은 이것과 편차가 있을 수는 있다.
<표 1>
현장에서 단보당 2t의 퇴비를 시용한다고 하고 년 3작 재배를 가정하면, 성분량 기준으로 624kg/ha의 질소, 846kg/ha의 인산, 534kg/ha의 칼리가 투입되는 것이 된다. 이중 질소는 시용 당시 총질소의 1/3정도 가급태화 되고, 나머지는 다음해에 다시 당해연도 총질소의 1/3정도, 3년차에 다시 당해연도 총질소의 1/3정도가 분해되는 양상을 보이므로 1suck 유기농법 실시 독농가의 경우 유기질비료를 작물이 요구하는 수준을 계산하여 시용하여도 무방하나, 재배횟수가 경과할 경우 이전에 투입한 유기질비료로부터 가급태화되어 공급되는 질소량을 감안하여 유기질비료 시용량을 결정하는 것이 타당하다. 그리하지 않을 경우 매년 관행적인 유기질비료 시용량을 계속 시용할 경우 토양중 질산태질소 함량이 증가하여 용탈의 위험성을 배제할 수 없게 될 수 있는 것이다.
유기질비료의 인산은 대개 피틴태로 이는 곡물위주의 가축사양에서 많이 배설되고 있는데 이는 곡류에 저장된 피틴태 인산이 동물의 소화기관에서 분해되지 않기 때문이다. 그러나 토양에서는 분해가 되어 화학비료의 인산이 토양중의 Ca, Al, Fe과 결합하여 불용성으로 고정되는 것과 달리 피틴태인산을 가용성으로 토양에 잔류하게 된다. 따라서 토양수의 이동과 함께 지하수를 오염시킬 위험성이 크며, 건조한 토양이 갈라져 crack이 형성되어 있을 경우 그 틈으로 쉽게 심토층으로 이동이 가능하고, 강우시 유거수와 함께 유실되어 강과 상수원을 오염시킬 가능성을 배제하기 어렸다.
이같은 현상은 영국의 유기농업연구소의 화학비료를 시용하지 않고 두과작물과의 윤작체계하에서 가축분뇨를 적정량 시용한 유기농법 토양에서의 질산염 용탈은 거의 없다고 한 것이라든지, 독일정부 보고서에서 유기농가의 윤작체계 도입으로 근권토양내 질산염 함량이 55kg/ha에서 12kg/ha로 줄어들었다고 한 것 그리고 덴마크에서 유기농법 포장의 질산염 용탈량이 관행농법 포장에 비해 40%나 줄어 들었다고 한 일련의 유럽의 연구결과와 크게 상치되는 것이다. 그 이유는 유럽유기농법은 국제유기농업기준(윤작체계/가축마리수/토양진단에 의한 최적시비)을 실시한 반면 한국 토착유기농업은 전혀 이를 실행하지 않았기 때문이라고 볼 수 있다. 네델란드에서 퇴비를 과다사용시 토양에서 방출되는 무기태질소의 과잉을 초래하고 지하수의 질산염 오염을 심각하게 만들었기 때문에 이를 방지하기 위해 1987년도에 ‘퇴비행동프로그램’을 만들었다는 사실에서 한국 토착 유기농업은 큰 교훈을 찾아야 할 것이다.
?환경친화적 기능제고를 위한 한국 토착유기농법의 토양비옥도 유지/증지책 대안
한국 토착유기농법이 이같은 염류집적 문제를 회피할 수 있는 환경친화형 토양비옥도 유지/증진책은 과연 무엇인가? 이에는 세 가지 답변이 가능하다.
첫째, 토양진단에 의한 최적시비 처방에 의하여 퇴비시용량을 결정하는 방법이고 둘째, 녹비/두과작물 재배의 윤작체계와 심근성작물 재배를 도입하여 실시하는 방법이며, 셋째, 국제규정과 정합성을 이루는 한국유기농법의 기본규약을 제정하는 방법이다.
토양진단에 의한 최적시비는 유축폐쇄순환농법이 시행되지 않고 있는 우리나라와 같은 유기농법 실시 조건에서는 대단히 중요하다. 경종면적크기에 따라 사육가능 가축마릿수가 배출분뇨량에 따라 정해져 있는 유럽의 경우도 토양진단에 의한 최적시비가 권장 실시되고 있음에 비추어 우리와 같이 퇴비 추천시용량 제도는 유기질비료의 완효성을 감안할 때 필수적으로 받아들여야 할 방법이라 아니할 수 없다. 작물의 수량을 정상적으로 유지하면서 환경(토양, 수질)에 부하를 주지 않고 질산염함량이 낮은 안전한 농산물을 생산할 수 있는 최적 유기질비료 시용량을 구명해 내는 과학적인 토양진단 방법이 한국 토착유기농업에서 가장 절실히 요구되는 현장애로기술중의 하나라고 할 수 밖에 없다. 실제 농가포장에서는 농민들은 과연 얼마만큼의 유기질비료를 시용하여야 가장 알맞은 시비처방이 될 것인지를 알 수 없어 고민하고 있으며, 아직도 많은 농민들은 경험에 의해 유기질비료 시용량을 결정하고 있다. 작물의 적정생육을 도모하기 위해서는 작물생육에 요구되는 영양분을 지나치거나 부족함이 없이 공급할 수 있도록 하기 위해 토양검정을 통해 토양에 어떤 종류의 양분이 어느 정도 함유되어 있는가를 알아야 구체적인 최적시비법이 가능하기 때문이다. 토양진단 최적시비법에 대해서는 다음 항에서 설명키로 하며, 윤작체계와 심근성 작물에 대해서는 이미 전하에서 언급하였으므로 중복설명을 피하기로 한다.
두과/녹비작물 재배의 윤작체계와 심근성작물 재배 실시가 모든 유기농법 현장에서 실시되도록 이를 반드시 실시토록 의무화하는 토양비옥도 유지/증진책을 수용하는 한국유기농법 기본규약을 하루속히 제정토록 하여야 하며 이 내용은 Codex와 IFOAM의 국제유기농업 규정과 정합성을 이루어야 한다. 왜냐하면 이들 국제규정중 토양비옥도 유지/증진책은 밭작물 재배조건에 관한 한 이미 환경영향평가 등을 거쳐 과학적으로 토양과 수질보전과 환경친화적임이 여러 국제기관과 정부에 의해 수차례 검증된 기술내용을 담고 있기 때문이다.
더욱이 Codxe 발효가 멀지 않았고, 2002년까지 환경농산물(유기농산물이 포함)을 총 농업생산의 3% 수준으로 끌어 올리겠다는 정부의 야심찬 계획이 있고 보면, 이젠 사회적 정의의 실현을 위해서도 유기농법의 환경친화성에 대한 과학기술적 잣대에 의한 검토가 회피할 수 없는 추세인바, 이제는 겸허히 두과작물(맥류, 진주조, 수수, 옥수수, 메밀 등)/녹비작물(자운영, 클로바류, 알팔파, 배치류 등)/심근성작물 재배를 실시하는 방법으로 한국유기농법의 방향을 전환하여야 할 것이다.
친환경 유기농법을 위한 유기질비료 최적시비량 처방
?유기질비료의 질소 가급화비율
가축분뇨, 퇴비, 액상분뇨는 무기태와 유기태질소를 함유하고 있는데, 암모니움(NH4+) 및 질산염(NO3-)과 같은 무기태질소 형태는 식물에 의해 쉽게 흡수 가능한 상태이나, 질소의 유기태 형태는 식물체에 흡수 이용되기 전에 무기태질소의 형태로 무기화 되어져야 하거나 또는 분해되어져야만 한다.
토양 유기물에 함유되어 있는 양분 중에서 무엇보다 가장 중요한 것은 질소이다. 토양 총질소소의 90%는 유기태질소로, 유기물이 분해될 때 유기태질소중에 들어 있는 잠재적 무기화질소가 가동화되어 무기태질소로 공급된다. 토양질소의 분해 및 형성과정은 미생물 생물량과 연관관계가 있다. 미생물 생물량에 고정되어 있는 질소는 생존한 생물량의 유기체가 죽은 후에 가장 빨리 무기화되는 질소분획이다. 이분획은 활동성인 토양유기물 분획으로서, 짧은 기간 안에 식물에게 흡수된 수 있는 유기질소의 Pool이며, 이 질소의 양은 대략 헥타르(ha)당 30～360kg이라고 한다.
유기질비료가 분해되어 무기태질소로 바뀌는 무기화과정의 속도는 시용되는 유기질비료의 형태, 토양조건, 미생물 활성도, 토양수분, 토양온도 등에 따라 크게 차이가 날 수 있다. 유기질비료가 시용하는 당년에 분해되는 경우는 거의 드물며, 따라서 매년 유기질비료를 시용할 경우 무기화작용이 지속적으로 높은 수준에서 일어날 가능성은 해가 경과될수록 더욱 커지게 된다. 이렇게 되어 무기화작용이 증가될 경우 토양중의 NO3-N함량이 크게 높아질 수 있으며, 이것은 NO3-N용탈을 높혀 NO3-N(질산염)에 의한 지하수 오염을 배제할 수 없는 상태가 되는 것이다. Alley에 의하면 퇴비주에 들어 있는 전질소는 1년에 30% 가량이 가급태화되어 작물에 흡수 이용되거나 토양용액에 녹아 들어가게 된다<표 참조>. 한편 유기태질소의 무기화비율은 5～15% 내외라고 하며, Delaware, Maryland, North Carolina주 등 미동부 지역에서는 10% 정도라고 한다.
<표>
구분 시 용 후 년 도
0-1년 1-2년 2-3년 3-4년 4-5년 5-6년 6-7년 7-8년 8-9년 9-10년
퇴비(미동부 평균) 5-15(10.5) 5(5) 3(2.8) 3(2.3) 3 3 3 3 3 3
-DE주 10 5 3 3 3 3 3 3 3 3
-MD주 10 5 2 1 - - - - - -
-NC주 10 5 3 3 3 3 3 3 3 3
※DE: Delaware주, MD: Maryland주, NC: North Carolina주
유기물함량에 따라 가급태질소함량을 추정하는 시비법이 국내에서 개발되어 보급된바 있는데 이러한 이론에 근거한 것이다. 그러나 이방법은 유기질비료의 축분 모재료와 축분혼합비율에 따라 유기태질소 함량이 다를 수 있고 따라서 가급태질소함량도 크게 달라질 수 있다는 점을 감안할 때 보다 정밀한 토양질산염진단법, 즉 가급태화된 NH4-N, NO3-N의 함량을 토대로 최적시비 처방을 내려주는 토양질산염진단법이 할리적이라고 할 수 있겠다.
?토양검정에 의한 유기질비료 최적시비량 처방 이론
단국대 유기농업연구소에서는 유기농법을 실시하는 농가포장에서 최적유기질비료의 시용량을 어떻게 결정해야 하는지를 규명하는 것에 목적을 두고 토양질산염진단법에 의한 시비처방의 결과 유기질비료를 시용하지 않아도 된다는 판단에 따라 무비구와 관행 시용량을 시비하는 보비구를 두고 천안의 유망작목반 오이재배 포장에서 실시한 결과, 현재와 같은 작목별 고정 추천시비량(20t/ha)에 의한 시비법보다는 토양진단을 통한 포장별, 작목별 최적시비처방 계산 후 토양비옥도를 감안하여 최적시비량을 가감하여 결정하는 방법이 엽록소 함량도 높고 오이수량도 13% 가량 높아 가장 합리적인 것으로 평가된바 있다.
토양진단에 따른 최적시비법은 현재의 작목별 고정 추천시비량 시비법에 비해 다음과 같은 몇가지 실질적 효과를 기대할 수 있다. 적정 유기질비료의 시용량을 각 필지별로 보다 정확함으로서 유기농업 독농가들의 가장 큰 애로사항중의 하나인 막대한 유기질 비료의 생산비(또는 구입비)를 줄여 비용절감 효과를 기대할 수 있고, 최적 수준의 유기질비료의 시용을 각 필지별로 가능케 함으로서 유기질비료 과다시용으로 인한 토양의 염류집적, 지하수 및 수질요염 등을 방지할 수 있다.
독일의 경우 최적시비량을 결정할 때 점토함량, 유기물함량, 토양산도와 같은 토양화학적 특성과 토양미생물의 활력, 근의 신장력, 근권깊이, 보수력과 같은 토양물리적 특성을 고려하여 토양비옥도를 척박/비옥 수준에 따라 5개 등급으로 나누어 유기질비료의 구믹성분 공급량을 전체 시비량에서 가산 또는 감산하여 결정하는 방법을 채택하여 왔었다. 미국에서도 시비량을 결정할 때 토양비옥도에 따라 토양을 4개 등급으로 나누어 적용하고 있다.
이 방법과 같이 최적시비량을 결정할 때는 <표 8>에서와 같이 우선 토양의 물리적 특성, 화학적 특성 그리고 미생물적 활력 등을 고려하여 토양을 5개 등급으로 분류한 후 토양 등급에 따라 최적시비량을 10～20% 정도를 가감하는 것은 현재 우리나라 유기농업에서 권장되고 있는 고정된 2t/ha 추천시비량 시비법보다는 일견 진일보된 것으로 생각할 수 있다. 이 시비법의 원리를 따를 경우 토양비옥도(물리적, 화학적 및 미생물적 요소를 모두 포함하는 유기농업 토양의 토양비옥도 척도를 말함)를 기준으로 과부족(--), 부족(-), 적정수준, 과다(+), 중과다(++) 등 5개 등급으로 나누고 각 등급별로 10～20%씩의 질소시용량을 가감하여, 20kg N/10a의 유기질비료 시용이 흐망 작물재배의 추천시용량인 경우 표에서 보는 바와 같이 토양비옥도가 과부족한 농가토양의 경우 20%를 추가하는 24kg N/10a를 , 토양비옥도가 부족한 농가토양의 경우 22kg N/10a를, 적정수준의 토양비옥도를 갖고 있는 농가포장은 20kg N/10a를, 토양비옥도가 과다수준인 농가포장은 18kg N/10a를, 토양비옥도가 지나치게 높은 토양의 경우 16kg N/10a를 시용하는 것이 되겠다.
<표 8>유기농업 농가에서 토양의 비옥도에 따른 질소비료 추천시용량
토양비옥도 추천시용량(N kg/10a)
중과다 16
과다 18
적정수준 20
부족 22
과부족 24
한편 최근 독일과 미국에서는 이같은 시비법에서 더 발전된 토양질산염진단법이 개발되어 보급되고 있다. 작물재배 직전에 토양진단을 실시하여 토양의 무기태질소 공급량을 평가한 후 이를 토대로 재배 희망작물이 필요로 하는 질소요구량과의 차이를 계산해 그 부족분을 유기질비료의 형태로 시비하는 토양질산염진단법에 의한 최적시비가 광범위하게 실시되고 있다. 이같은 토양질산염진단법에 의한 최적시비를 미국에서는 PSNT법(Pre-sidedress Nitrate Test)이라고 하고, 독일에서는 Nmin법(N minerazation method)이라고 하나 그 토양진단과 시비원리는 대동소이하다고 볼 수 있다.
Nmin법에 의한 최적시비법의 원리는 재배 희망작목과 포장의 토양비옥도에 따라서 정해지는 Nmin 시비목표치에서 근권토양내 Nmin값을 빼주고 그 차이에 해당하는 질소량을 유기질비료의 형태로 시용하는 것이다. 재배 희망작목과 포장의 토양비옥도에 따라 정해지는 Nmin시비목표치는 수량의 최대확보와 NO3 용탈의 최소화의 두가지 측면을 고려하면서 결정되는 것이다. 만약 시비목표치보다 근권토양의 Nmin값이 더 많을 때에는 작물체가 생육하는 동안 필요로 하는 질소 영양분 이상으로 많은 양의 질소가 이미 근권토양중에 존재하고 있다는 것을 의미함으로 작물재배전의 추가적인 기비나 추비 형태의 시비가 필요없다는 것으로 해석할 수 있다.
이 같은 토양진단에 의한 최적시비법은 잠재적 무기화 질소를 토대로 하는 예측치에 근거하는 토양비옥도(또는 유기물함량)에 의한 시비법보다 정확도가 높다고 알려져 있는데 이는 토양진단 최적시비법이 토양중의 무기태질소함량을 파악하는 실측치에 근거하면서 토양의 비옥도와 작물의 양분요구도 등을 고려하고 있기 때문이라고 볼 수 있다.
토양진단에 의한 최적시비법을 토양비옥도 등급에 의한 시비량 조절과 연계시켜 실시한다면 더 좋은 결과를 기대할 수 도 있다고 사료된다. 즉 유기농가 포장별로 그 토양의 물리적(사질 및 점토함량, 입단 형성정도, 보수력, 근권토양의 깊이 등), 화학적(EC, CEC, pH, 무기영양분, 중금속 등), 미생물적(효소활성도, 미생물 밀도 등) 특성과 농가의 재배 희망작물의 질소요구도를 고려하여 질소비료목표치를 설정한 수 유기농가 포장별 토양시료의 무기태질소함량에 대한 분석한 결과를 빼준 값을 산출하여 유기질비료의 형태로 시용하는 것이다. 우선 유기농법을 실시하는 농가포장의 토양을 토양비옥도에 의해 4～5개 등급으로 구분하고 척박/비옥도 수준에 따라 토양진단에 의한 질소비료목표치를 산정하고 유기질 비료의 시용량을 가산 또는 감산하여 시용하는 방법으로 보다 합리적인 방법이라고 할 수 있다. 그러나 유기농법 실시 농가 포장의 토양비옥도를 우리나라 실정에 적절하게 구체적으로 어떤 수치에 따라 등급화 해 나갈 것인지는 앞으로 연구해야할 과제라 생각된다.
한국 토착유기농법의 토양비옥도 유지/증진책의 문제점을 해결하기 위해서는 하루속히 ①Codex와 IFOAM 국제규양의 ‘토양비옥도 증진을 위한 최저요구사항’에 나타난 윤작체계 도입, 녹비작물(맥류, 수수, 진주조, 옥수수, 메밀 등)과 두과작물(자운영, 클로바류, 알팔파, 베치 등)의 재배, 심근성작물 재배 등과 같은 핵심기술들을 적극 수용하고, ②토양검정, 즉 토양질산염진단에 근거한 유기질비료의 최적시비 처방법을 실시하고, ③국제규약과 정합성을 이루는 한국유기농법 기본규약을 제정하여 준수하는 것이 타당하다고 판단되었다. 이 같은 제반조치는 유기농업이 본래 추구하는 환경친화적 기능을 제고시키고, 직접지불의 근거를 확보하는데 기여 할 것으로 본다.
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