담수된 논토양이라도 산소가 함유된 수분의 침투에 따라 어느 정도의 산소는 공급된다. 논물에는 대기 중 산소와 조류나 잡초 등의 광합성으로 배출된 산소가 용존되어 있다. 담수 후 유기물 분해가 왕성할 때에는 미생물이 소비하는 산소의 양이 논물에서 공급되는 산소보다 훨씬 많아서 논토양은 전층이 환원상태가 된다. 그러나 시일이 경과하여 유기물 분해가 진전되고 토양중에 분해되기 쉬운 유기물이 줄어들면 토양의 상층부에서는 논물에서 공급되는 산소가 미생물이 소비하는 산소의 양보다 우세하게 된다. 그리하여 표층 수mm 에서 1~2cm의 층은 산화제2철로 적갈색을 띤 산화층이 되고 그 이하의 작토층은 산화제1철로 청회색을 띤 환원층이 된다. 그리고 심토는 유기물이 극히 적어서 산화층을 형성한다. 이를 논토양의 토층분화라고 한다. 암모니아태질소를 환원층에 주면 절대적 호기균인 질화균의 작용을 받지 않으며 또 암모니아는 토양에 잘 흡착되므로 비효가 오래 지속된다. 이와같이 암모니아태질소를 논토양의 심부환원층에 주어서 비효의 증진을 꾀하는 것을 심층시비라고 한다. 심층시비의 실제적 방법으로서 암모니아 태질소를 논을 갈기 전에 논 전면에 미리 뿌린 다음에 갈고 써려서 작토의 전층에 섞이도록 하는 것을 전층시비라고 한다. 그러나 누수가 심한 논에 심층시비를 하면 오히려 질소의 용탈을 크게해서 불리하다. 질산태질소를 논에 주면 탈질현상과 용탈이 심해서 비효가 암모니아태질소보다 떨어지므로 논에서는 질산태질소를 사용하지 않는다.
논토양에는 벼가 그대로 이용할 수 없는 유기태질소가 많으며 적당한 처리를 하면 유기태질소의 무기화가 촉진되어 다량의 암모니아가 생성되므로 이를 잠재지력이라고 한다. 토양이 건조하면 토양유기물은 그 성질이 변하여 미생물이 분해하기 쉬운 상태로 된다. 여기에 가수하면 미생물의 활동이 촉진되어 다량의 암모니아가 생성되는데 이를 건토효과라고 한다. 토양이 얼 때에도 건조와 같은 탈수효과로 담수 후 암모니아가 생성된다. 건토효과는 유기물 함량이 많을수록 크며, 또 건조가 충분해야 효과가 크다. 건토효과로 생성되는 암모니아는 벼에 일시에 과다하게 흡수되지 않고 뿌리의 발육에 따라 서서히 그리고 충분히 이용되므로 비효가 높다. 벼 재배기간 중에도 심한 가뭄으로 논에 균열이 졌다가 비가 와서 담수상태가 되면 건토현상이 나타난다. 이 경우에 시비의 양과 시기를 조절하지 않으면 비료과다 현상으로 도열병 등의 병을 유발하게 된다. 한여름 논토양의 지온이 높아지면 유기태질소의 무기화가 촉진되어 암모니아가 생성되는데 이를 지온상승효과라고 한다. 26도 일 때보다 40도에서 암모니아 생성량이 훨씬 많다. 지온상승에 따른 암모니아 생성량의 증가는 습토와 풍건토 사이에 큰 차이가 없다. 토양에 알칼리나 산을 첨가하여 토양반응을 바꾼 다음에 담수하면 유기태질소의 무기화가 촉진되는데 이는 토양반응의 변화로 난분해성 유기물을 분해할 수 있는 미생물의 종이 활동하여 분해하기 때문이다. 특히 알칼리의 처리로 나타나는 효과를 알칼리효과라고 한다.
논에는 질소의 천연공급량이 많을 뿐만 아니라 조류의 대기질소고정작용도 나타난다. 표면산화층에 질소고정남조가 번식하면 햇볕을 받아 대기중의 질소를 고정하여 질소를 공급한다. 석회, 인산을 시용하면 남조의 번식이 왕성하여 질소고정량도 증대하며 많을 때에는 벼농사 기간중 2kg/10a 정도의 질소를 고정한다. 논토양이 담수 후 환원상태가 되면 밭상태에서는 난용성인 인산알루미늄, 인산철 등이 유효화한다. 또한 논에는 어느정도 인산의 천연공급량이 있으므로 논토양에서는 인산비료의 요구량이 적은 편이다. 그러나 한랭지에서는 저온으로 인하여 생육초기에 미생물의 활동이 부진하여 논의 환원상태가 발달하지 못하므로 인산시용의 효과가 크게 나타난다.
출처: 삼고 재배학원론(채제천, 박순직, 강병화, 김석현 지음)
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