'표지 자르기' 르네상스

원문 링크 : https://www.theearthandi.org/post/cover-cropping-benefits

겨울철에 작물을 지표면으로 사용하면 농업 수확량, 토양 건강이 향상되고 환경에 도움이 됩니다.

다음 기사는 2019년 2월 12일부터 14일까지 대한민국 서울에서 열린 제25차 과학 통일에 관한 국제회의(ICUS XXV)에서 Ray Weil 교수의 포스터 세션 발언을 편집한 요약입니다. 그의 발언 제목은 다음과 같습니다. 토양 건강, 환경 품질 및 농장 수익성을 위한 작물.”

No till cover crop emerging from plant residue, South Dakota (US). ©USDA/Wikimedia. (CC BY-SA 2.0)

덮개작물(토양을 보호하고 강화하기 위해 재배한 식물)을 농업에 사용하는 것은 새로운 것이 아니지만 과학의 꾸준한 발전은 농부들에게 이러한 작물을 사용하여 수확량, 수익 및 환경을 개선하는 새로운 방법을 보여주고 있습니다.

메릴랜드 대학교(UMD)의 토양 품질 연구소는 1980년대에 덮개작물 연구를 시작했습니다. 지난 20년 동안 덮개작물이 일년 중 일부 기간 동안 토양을 그대로 두는(그리고 유출 및 영양분 손실에 취약한) 일반적인 관행과 비교하여 어떻게 토양 건강을 향상시킬 수 있는지 연구해 왔습니다.

실험실 연구의 기본 원칙 중 하나는 피복작물이 농부, 토양 및 환경에 다양한 이점을 제공할 수 있다는 것입니다. 또한, 여러 가지 이점이 결합되어 피복작물이 긍정적인 투자 수익을 제공할 수 있습니다.

다양한 피복작물 종은 다양한 생태계 서비스를 제공하므로 종의 선택과 혼합이 중요합니다. 다음은 20년간의 연구 결과를 요약한 것입니다.

브라시카, 풀, 콩류

UMD의 토양 품질 연구소는 브라시카 덮개 작물(예: 양배추, 무, 겨자)을 개척하여 토양 압축을 완화하고 뿌리를 하층토로 빠르게 보내 영양분이 겨울 동안 침출되기 전에 포착하는 능력을 문서화했습니다.

이러한 브라시카 종, 특히 무는 영양분인 질소(N), 황, 인, 칼륨, 칼슘 및 붕소를 토양 깊은 층에서 펌핑하여 표토에서 사용할 수 있도록 함으로써 비료 요구량을 줄이는 데 유용한 것으로 입증되었습니다.

풀과에 속하는 덮개작물(예: 독밀, 호밀, 밀, 귀리, 보리)도 영양분을 포착하고, 토양을 침식으로부터 보호하고, 토양 구조를 개선하고, 탄소를 격리하는 데 유용한 것으로 입증되었습니다.

콩과과에 속하는 종은 일반적으로 성장 속도가 느리고 위에서 언급한 이점을 제공할 수 있는 능력이 적습니다. 그러나 이들은 작물 재배 시스템에 질소를 추가로 추가할 수 있는 생물학적 질소 고정이라는 뚜렷한 이점을 가지고 있습니다. 온대 다습한 지역에서는 이러한 질소 첨가가 현금 작물을 심기 전인 봄에 주로 발생합니다.

여러 종이 시너지 효과를 창출합니다

개별 덮개작물 종의 성능 외에도 토양 연구소는 종 간의 상호작용을 조사한 결과 작물 시스템을 개선하기 위해 활용될 수 있는 많은 시너지 효과가 있음을 발견했습니다. 예를 들어, 소량의 시리얼과 콩과 식물을 혼합하면 바이오매스 생산과 질소 고정이 향상되는 것으로 밝혀졌습니다.

또 다른 시너지 효과로는 무, 클로버, 곡류를 혼합하여 조기 파종하면 가을 배추속 생장, 잡초 억제, 양분 포집이 우수하고, 봄에는 콩과 식물의 생장을 촉진하여 질소 고정량을 극대화할 수 있다는 점이다.

Intercropping of oat and rye in Sweden. ©W.Carter/Wikimedia. Public Domain

타이밍이 핵심이다

덮개작물의 효과에 관한 과학 문헌의 대부분은 단일 종에 기반을 두고 있으며, 덮개작물의 생산성 수준이 매우 낮은 경우가 많습니다. 피복작물의 낮은 성과는 흔히 파종 및 작물 종료 시기가 좋지 않기 때문에 발생합니다. 이는 종이 잠재력을 최대한 발휘하는 것을 방해합니다. 이것이 바로 지난 몇 년 동안 연구소의 연구가 늦여름/초가을에 심는 것과 봄에 끝내는 덮개 작물 관리의 시기 부분에 초점을 맞춰온 이유입니다.

피복작물의 낮은 성과는 흔히 파종 및 작물 종료 시기가 좋지 않기 때문에 발생합니다.

연구실이 위치한 메릴랜드에는 농부들이 피복작물을 재배하도록 장려하는 독특한 보조금 프로그램이 있습니다. 그 목표는 농경지에서 빽빽한 식물 성장으로 인해 산소 부족으로 해양 동물이 죽는 체서피크 만 하구로 이동하는 질소를 줄이는 것입니다. 빽빽한 식물 성장은 물에 너무 많은 질소가 있기 때문에 발생합니다.

메릴랜드에서는 피복작물 채택이 널리 퍼져 있지만, 규정에 따라 조기 심고 나중에 종료하도록 요구하는 경우 피복작물이 훨씬 더 효과적일 수 있습니다. UMD의 토양 실험실 연구에 따르면 겨울 휴면이 시작되거나 죽기 전에 피복 작물을 성장에 비해 너무 늦게 심는 경우 겨울 동안 질산염 침출이 크게 감소하지 않는 것으로 나타났습니다. 이 발견은 농부들이 과거보다 훨씬 더 일찍 피복작물을 적응하고 심도록 도전하고 있습니다. 이를 위해서는 더 일찍 성숙하는 현금 작물을 사용하거나 7월 말이나 8월 초에 피복 작물을 심을 수 있는 겨울 작은 곡물을 포함하도록 작물 순환을 변경해야 할 수도 있습니다.

간파종과 '그린플랜팅'

다른 토양 실험실 연구에는 비행기(그리고 헬리콥터와 드론) 또는 옥수수나 콩 등의 현금 작물 위로 운전하여 몇 주 동안 덮개 작물을 심을 수 있는 기계를 이용한 간파종(작물이 이미 존재하는 곳에 종자 심기)이 포함됩니다. 환금작물을 수확하기 전에. 토양 연구소 연구자들은 이러한 간파종 조건에서 어떤 덮개작물 종과 혼합물이 가장 잘 작동하는지 조사했습니다.

많은 피복작물은 봄에 너무 일찍 죽기 때문에 성과가 저조합니다. 피복작물을 봄 늦게까지 재배하는 데 있어서의 한 가지 문제점은 높은 수확량을 달성하려면 현금작물을 일찍 심어야 한다는 것입니다. 전형적인 농업 관행은 환금작물을 심기 약 3주 전에 제초제로 피복작물을 죽이는 것입니다.

이 문제를 해결하는 혁신은 무경운 재배자가 현금 작물을 살아있는 녹색 덮개 작물에 심는 "녹색 심기"라는 관행입니다. 이러한 방식으로, 덮개작물이 현금작물을 심는 시점까지 또는 심지어 1~2주 후에 자라게 함으로써 바이오매스와 탄소 격리를 4배로 늘릴 수 있습니다. [여기에서 비디오를 참조하세요: …]

이 아이디어는 파종 시 키가 크고 무거워진 덮개 작물의 성장으로 인해 상당히 어려워 보였지만 농부와 UMD 토양 품질 연구소 연구 그룹의 경험에 따르면 "녹색 심기" 관행이 농업 측면에서 매우 효과적이라는 것을 알 수 있습니다. 무경운 재배자의 역학과 현금 작물의 성장.

A seeding helicopter. ©BLM/Wikimedia. Public Domain

높은 바이오매스, 다종 피복작물은 유익한 곤충과 거미류는 물론 다양한 야생동물의 서식지도 제공합니다.

이러한 후기 제거 관리의 또 다른 이점은 많은 덮개작물 종이 꽃을 피우고 수분 곤충에게 이른 봄 식량 자원을 제공한다는 것입니다. 이러한 종류의 높은 바이오매스, 다종 피복작물은 유익한 곤충과 거미류는 물론 다양한 야생동물 종의 서식지도 제공합니다.

커버 크로핑 르네상스가 있는 이유

새로운 개념은 아니지만 덮개작물 재배는 특히 북미와 남미의 보존 경운 농민들 사이에서 르네상스를 경험하고 있습니다. 연간 현금 작물은 토양에 살아있는 뿌리가 스며들고 일년 중 3~4개월만 잎으로 덮이도록 유지합니다. 피복작물은 연간 작물 윤작에 탄소 격리, 잡초 억제, 영양분 순환을 포함하여 다년생 초목의 많은 이점을 제공합니다. 윤작에 피복작물을 추가하면 토양-식물-수분-대기 시스템에 관한 모든 것이 변경됩니다. 무거운 잔류물은 여름 내내 토양의 침식, 과열 및 증발로 인한 수분 손실로부터 보호합니다.

피복작물은 토양 개선 도구로도 사용될 수 있습니다. 한 가지 주요 메커니즘은 바이오 드릴링(bio-drilling)으로, 연중 습하고 서늘한 시기에 강한 뿌리가 자라는 덮개 작물이 압축된 토양층에 침투하여 영구 뿌리 통로를 남기고 나중에 현금 작물 뿌리가 토양이 건조하고 단단할 때 따라갈 수 있도록 하는 것입니다. . 따라서 바이오 드릴링을 통해 대두와 같이 뿌리가 약한 작물이 더 깊은 층의 풍부한 물과 영양분 저장소에 접근할 수 있습니다.

마초 무(FR), 유채, 호밀 뿌리와 같은 피복 작물은 압축된 층을 하층토로 침투하는 능력이 다릅니다. 옥수수 작물 뿌리는 지난 겨울 동안 그곳에서 자란 피복 작물 뿌리의 수에 비례하여 압축된 하층토에 침투합니다. 내년 대두 작물에도 효과가 확대될 수 있다.

현금 작물은 수확이 끝나기 한 달 이상 전에 토양에서 N을 흡수하지 않으며, 잔류 질산염은 일반적으로 습한 대서양 중부 지역의 가을과 봄 사이에 토양에서 침출됩니다.

Cover crop of tillage radish. ©Ethanstuckey/Wikimedia (CC BY-SA 4.0)

나머지 N의 절반 이상이 깊이가 90~210cm(35~82인치)인 것으로 밝혀졌는데, 이는 내년 여름 작물이 도달할 수 없을 가능성이 높습니다. 잔류 미네랄 N은 비료와 토양 유기물 모두에서 나오며 더 많은 미네랄화로 인해 옥수수보다 대두를 따르는 것이 훨씬 더 클 수 있습니다.

UMD 토양 연구소와 다른 기관의 연구에 따르면 적절하게 관리된 피복작물은 가을에 토양 프로필에서 용해성 질소를 거의 모두 제거할 수 있는 것으로 나타났습니다. 이상적으로 덮개작물은 N을 표면 토양으로 다시 순환시켜 다음 환금작물에 사용할 수 있게 하여 비료 요구량을 줄입니다. 그러나 풀 덮개 작물은 미생물 고정으로 인해 N을 사용할 수 없는 형태로 유지하는 경향이 있습니다.

겨울 동안 N이 침출되기 전에 토양 프로파일 깊숙이 남아 있는 N을 포획하는 덮개 작물의 능력을 평가하기 위해 UMD 토양 연구소 연구원들은 질산염 추적자 역할을 할 안정 동위원소(비방사성 원자 형태)를 토양에 묻어두었습니다. 그들은 현금 작물 N 흡수 시즌이 끝날 때 다양한 깊이에 추적자를 묻었습니다.

다음으로, 그들은 다양한 날짜에 매장된 추적자 위에 다양한 피복작물을 심었습니다. 9월 초에 심었을 때 무와 호밀 덮개 작물 뿌리는 모두 180cm(70인치) 깊이에 묻혀 있는 질산염 추적자에 도달할 수 있었습니다. 한 달 후에 심은 피복작물은 깊이가 60cm(23인치)인 추적자에만 도달할 수 있었습니다. 덮개작물을 가을에 충분히 일찍 심으면 겨울 내내 침출수 내 질산염 농도를 크게 줄일 수 있습니다.

많은 현장에서의 연구에 따르면 환금작물 수확 후 피복작물을 심는 것은 일반적으로 겨울철 질소 침출을 효과적으로 줄이기에는 너무 늦었습니다. 메릴랜드에서 흔히 볼 수 있는 10월 초까지 심은 덮개작물은 덮개작물을 심지 않는 것보다 그다지 효과적이지 않았습니다.

심는 날짜는 생산되는 덮개작물 식생의 유형에도 영향을 미칩니다. 덮개작물 혼합을 지배하는 종은 가을에 심는 날짜가 몇 주만 차이가 나더라도 극적으로 변합니다. 많은 연구 논문에서 덮개작물을 사용했다고만 기술하고 파종 날짜와 달성된 바이오매스를 명시하지 않은 것이 실망스럽습니다. 봄에 덮개작물 성장을 연장하는 것은 가을에 일찍 심는 것만큼 중요합니다. 가을에 파종하는 날짜와 봄에 파종하는 날짜는 덮개작물의 특성에 영향을 미칩니다.

요약하면, 연구에서는 더 적은 투입량을 사용하고 높은 수익성을 유지하며 현금 작물의 수확량을 늘리면서 생태계 서비스를 향상시키기 위해 다양한 종, 조기 심기, 늦은 종료 및 무경운 관리를 사용하여 덮개 작물 기술을 발전시키고 있습니다. 이러한 혁신은 때때로 "경운이 없는 피복작물 혁명"이라고 불리는 것의 일부입니다.

Maryland USA “no till” method—Soybeans planted in wheat residue. ©USDA/Wikimedia. Public Domain

*Ray Weil, PhD, is Professor of Soils, Department of Environmental Science & Technology, University of Maryland, USA.