목초액이 토양 효소 활성과 배추 생육에 미치는 영향 평가 :Effect of pyroligneous acid on soil enzyme activities and the growth of Chinese cabbage (Brassica campestris var. Pekinensis)

이주경

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자료유형: 학위논문

저자정보: 이주경 (충북대학교, 충북대학교 대학원)

지도교수: 박진희

발행연도: 2021

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이용수36

이 논문의 연구 히스토리 (3)

2021

목초액이 토양 효소 활성과 배추 생육에 미치는 영향 평가

이주경 농화학과 2021.01 학위논문

2020

목초액이 토양 효소활성과 식물 생육에 미치는 영향 평가

이주경 , 박현준 , 차승주 외 1명 한국토양비료학회 학술발표회 초록집 2020.10 학술대회자료

2018

목초액이 토양 아미다제(amidase) 효소활성에 미치는 영향

이주경 , 박현준 , 차승주 외 1명 한국토양비료학회 학술발표회 초록집 2018.05 학술대회자료

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질소는 작물의 필수 영양소이며 urea는 농업에 쓰이는 일반적인 비료이다. 토양에 urea를 사용할 때, 질소는 urease에 의한 급격한 가수분해를 통해 암모늄 이온의 형태로 방출된다. 방출된 암모늄 이온은 질산염으로 전환되어 지하수에 침출되거나 암모니아로 전환되어 작물이 흡수하지 않으면 대기 중으로 휘산된다. 따라서 질소 비료로부터의 질소 방출을 제어하는 것이 중요하다. 본 연구는 목초액(PA)을 토양 urease를 저해하고 urea로부터 과도한 질소가 방출되는 것을 방지하기 위한 수단으로 사용하였다. 목초액이 urease와 유사한 C-N 결합을 가수분해하는 asparaginase와 glutaminase 활성에 미치는 영향에 대해 평가하였다. 또한 토양에서 유용한 효소인 dehydrogenase와 phosphatase에 대한 목초액의 영향도 평가하였다. 실험은 토양에 각각 urease, asparaginase, glutaminase의 기질인 urea, asparagine, glutamine 등을 첨가해 배양한 후, 방출된 암모늄을 Kjeldahl 법으로 분석하였다. 목초액은 urease 활성을 유의미하게 저해하였으며, 비경쟁적 저해제로 보여진다. Asparaginase의 경우, 목초액이 효소의 활성을 경쟁적으로 저해하였다. Glutaminase의 경우, 목초액이 효소의 활성을 저해하지 못하였다. Dehydrogenase의 경우에는 효소 활성을 증진시켰다. Phosphatase의 경우에는 효소에 대한 저해효과가 보이지 않았다. 또한 목초액은 목초액을 처리하지 않은 토양에 비해 생성된 암모늄태 질소를 95.6% 감소시킴으로서 토양의 암모니아화를 저해하였다.
목초액의 urease 저해 효과가 작물에 urea의 시비 효율을 높일 수 있는지 평가하기 위해 온실과 노지에서 배추 생육 실험을 진행하였다. 배추에 관행적으로 적용하는 기존 urea의 양보다 적은 양의 urea와 목초액을 사용한 결과, 배추의 생육이 관행처리구와 비슷했으며, 잎의 원소 축적 또한 큰 차이가 없었다.
Urea와 목초액이 함유된 토양에서 암모늄의 침출 가능성을 평가하기 위해 토양 컬럼 실험을 수행하였다. 목초액은 urease를 저해하여 토양에서 암모늄 침출을 감소시켰다. 결론적으로, 다른 유용한 토양 효소를 저해하지 않고 urease만을 선택적으로 저해하는 목초액은 농업에서 효과적인 urease 저해제로 사용될 수 있다고 판단된다.

Nitrogen is an essential nutrient for crop and urea is a common fertilizer used in agriculture. When urea is applied in soil, nitrogen is released in the form of ammonium due to rapid hydrolysis of urea by soil urease. The ammonium produced in this way is converted to nitrate, and eventually leached to contaminate groundwater or converted to ammonia and volatilized into the atmosphere unless it is taken up by crops. Therefore, it is important to control the nitrogen release from nitrogen fertilizers. In this study, pyroligneous acid (PA) was used as a mean to inhibit urease in soil and prevent excessive nitrogen release from urea. The effect of PA on enzymes such as asparaginase and glutaminase, which hydrolyse C-N bonding similar to urease, was evaluated. In addition, the effect of PA on dehydrogenase and phosphatase, which are useful enzymes in soil, was also monitored. The soil was incubated with urea, asparagine, and glutamine, which are substrates of urease, asparaginase, and glutaminase, respectively, and released ammonium was analyzed by the Kjeldahl method. PA significantly inhibited urease activity, which acts as a non-competitive inhibitor. In the case of asparaginase, PA subtly inhibited the enzyme activity, which was identified as a competitive inhibitor. In the case of glutaminase, PA did not inhibit the enzyme activity. In the case of dehydrogenase, PA increased the enzyme activity while PA did not show inhibitory effect on phosphatase. PA also inhibited ammonification of urea in soil by reducing extracted ammonium nitrogen at 95.6% compared to the soil without PA.
In order to evaluate the effect of PA on fertilization efficiency of urea, Chinese cabbage (Brassica campestris var. Pekinensis) was cultivated in soil treated with urea and PA both in pot and field. For PA treatment, half amount of urea was used compared to the amount of urea conventionally applied to Chinese cabbage. The PA treatment with half amount of urea resulted in similar Chinese cabbage biomass to the conventional urea application, and elemental concentrations in leaves was also not significantly different. Soil column experiment was conducted to evaluate leaching potential of ammonium from soil with urea and PA. The PA inhibited urease thereby reducing ammonium leaching from the soil. In conclusion, PA selectively inhibited only urease without inhibiting other useful soil enzymes, and can be used as an effective urease inhibitor for sustainable agricultural practices.

Ⅰ. 서 론 10
Ⅱ. 재료 및 방법 14
2.1 토양과 목초액의 물리·화학적 특성 분석 14
2.2 토양 urease, asparaginase, glutaminase 활성 측정 15
2.3 토양 dehydrogenase, phosphatase 활성 측정 16
2.4 목초액이 토양의 암모니아화 작용에 미치는 영향 16
2.4.1 목초액이 토양의 암모니아화 작용에 미치는 영향 17
2.4.2 목초액 chloroform 분획이 토양의 암모니아화 작용에 미치는 영향 17
2.5 목초액이 배추(Brassica campestris var. Pekinensis) 생육에 미치는 영향 18
2.6 목초액이 질소 용탈에 미치는 영향 22
Ⅲ. 결과 및 고찰 24
3.1 토양 및 목초액의 물리·화학적 성질 24
3.2 목초액이 토양 urease, asparaginase, glutaminase 활성에 미치는 영향 29
3.3 목초액이 토양 dehydrogenase, phosphatase 활성에 미치는 영향 38
3.4 목초액이 토양의 암모니아화 작용에 미치는 영향 41
3.5 목초액이 배추(Brassica campestris var. Pekinensis) 생육에 미치는 영향 평가 45
3.6 Urea 처리 시 목초액이 질소 용탈에 미치는 영향 55
Ⅳ. 요 약 57
Ⅴ. 참고문헌 59
감사의 글 66

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