피복작물

▲토지 재생에 목적을 둔 보전농법 (출처=셔터스톡)

토양에 한해살이 작물이 남아 있으면 토양 침식과 영양분, 수분 손실로 이어져 결국 경제 작물용으로는 사용할 수 없는 토양이 되고 만다. 이런 문제를 해결하기 위해, 보전농법 같은 영농 기법이 개발됐다. 환경을 해치지 않고, 자연을 보호하면서 농사짓는 방법으로 토양을 항상 농작물로 덮어 유지 및 보호하는 것을 취지로 하고 있다. 최근 미국에서 보전농법의 실현 가능성을 평가했으며, 이 모델에 적합한 농작물을 활발하게 개발하고 있다.

보전농법이란? 

UN식량농업기구(FAO)에 따르면, 보전농법(Conservation Agriculture, CA)은 경작 가능한 토지의 손실을 막는 한편 악화된 토지를 재생하는 농업 시스템이다. 식물종의 다양성을 유지하고 경운 작업을 최소화해 표토의 부식을 예방하기 위해 고안됐다. 또한 용수와 영양분의 이용 가능성을 개선해 농작물의 생산성을 높여 생물 다양성을 강화하는 것을 취지로 삼고 있다.

보전농법의 원칙은 자동화 경운 장치와 경운 작업을 최소화하거나 아예 하지 않는 것으로 토양 부식과 영구적인 작물 복토의 유지, 그리고 식물종의 다각화를 촉진하는 데 필요하다.

경운 작업은 일반적으로 토양에 필요로 하는 영양분을 사용하는 것이기 때문에, 보전농법에서는 토양을 비옥하게 유지할 수 있는 획기적인 방법이 필요하다. 보전농법을 따르기 위해서는 언제든 최소 30%의 작물을 유지해야 한다. 이는 토양 침식과 용수 손실로부터 토양을 보호할 수 있는 요건이다.

또한 항상 최소 세 가지의 작물을 재배하고 있어야 한다. 토양에서 특정한 영양분만 빠지게 되는 것을 막을 수 있으며, 단일 재배로 인해 번식하는 해충과 식물 질병으로부터 토양과 식물을 보호할 수 있다.

여러 종류의 식물을 재배하면 토양을 비옥하게 만드는 데 도움이 된다. 특히 콩과 식물은 대기 중에서 질소를 흡수하기 때문에 콩과 식물을 윤작하면 토양 속에 질소를 유지할 수 있어 손실된 질소를 보충할 수 있다. 다른 농작물도 보완 방법을 통해 토양을 활용할 수 있는 것도 장점이다. 예를 들어 멕시코에서는 옥수수와 콩과 식물을 윤작해 옥수수 생산을 25%나 증대할 수 있었다.

보전농법으로 토양의 생식량 개선, 수확량의 안전성 높여​

UN식량농업기구에 따르면, 2014년 미국은 전 세계 대두 및 옥수수 생산의 35%를 차지하고 있다. 새로 제시된 시스템처럼, 보전농법도 특정한 상황 내에서 적용 가능성을 입증하기 위해 테스트를 실시해야 한다는 주장이 일고 있다.

미국농무부 농업연구소(UADA-ARS)의 아담 S. 데이비스 박사와 연구진은 다양한 조건 하에서 대두 및 옥수수의 보전 농업 적용 가능성을 조사했는데, 그 결과 보전농법으로 촉진하는 중요 자산인 토양 유기물(SOM)을 확인할 수 있었다.

이는 특정한 지역에서 높은 생산율을 안정화하는 요소다. 연구팀은 이런 시스템에서 재배한 작물 수확량 및 대두와 옥수수의 안정성을 조사했다. 그리고 보리류인 호밀을 피복 작물로 사용했다.

테스트한 모든 지역에서 피복 작물을 유지하면 토양 유기물을 증가시킬 수 있다는 사실을 확인했지만, 경운 작업 감소는 기대했던 것만큼 영향을 미치지 못했다. 대신 토양의 수분 함유량은 개선돼 보전농법이 토양의 생식력을 개선할 수 있다는 가설을 뒷받침할 수 있었다.

보전농법이 연간 수확량의 안정성을 높인다는 사실도 확인했다. 보전농법으로 전체적인 대두 수확량은 줄어들지 않았지만, 옥수수 생산은 소폭 줄었다. 하지만 보전농법 시스템은 토양의 질을 개선해 농부의 비료 사용량을 줄여줘 비용 절감 효과를 낳았다.

▲수확 중인 농작물 (출처=맥스픽셀)

토양을 보호해주는 다년생 작물 컨자의 가능성

데이비스 박사는 피복 작물로 호밀을 사용했지만, 겨울에도 생존할 수 있는 대안을 개발하고 있다. 이 연구는 미국 위스콘신 매디슨대학 농업경제학과 발렌틴 피카소 교수의 연구에 중점을 뒀다. 피카소 교수는 보전농법의 추종자이며, 현재 컨자(Kernza)를 개발 중이다. 컨자는 밀을 대체할 수 있는 다년생 식물로 토양 부식을 막기 위해 일년 내내 재배할 수 있다.

연구팀은 300개의 재배 토지를 사용해 종자 다양성과 재배 시기, 알팔파 같은 병렬작의 사용 같은 수많은 변수를 테스트했으며, 토양에 질소를 보충할 수 있었다. 연구팀은 컨자가 피복작물 이상의 의미가 있다고 평가했다.

선별 작업을 통해 10년 동안 컨자 수확량을 세 배 이상 달성한 연구팀은 향후 10년 내 컨자가 양파, 마늘, 고추 등 수익성 높은 경제 작물에 필적하게 될 것이며, 실제 이익이 발생하게 될 것이라고 주장했다.

목초 또는 건초로 간주되는 컨자는 2017년 위스콘신에서 8억 1,600만 달러(8,796억원)의 가치를 달성했지만, 대다수의 팔리지 않은 건초가 농장에 남아 있으며, 소의 사료로 사용되고 있다. 컨자는 건초에서 진화된 것으로 토양을 보호해준다. 피카소 교수에 따르면, 낙농 농가에서 그 가능성을 눈 여겨 보고 있다고 한다.

 

[researchpaper 리서치페이퍼=김성은 기자]

 

 피복작물을 효과적으로 관리하기

    - 지속 가능한 농업 네트워크, USDA-SARE

 

피복작물을 이용한 윤작체계

 

 

피복작물 재배의 가장 큰 어려움 중에 하나는 현재의 윤작체계에 피복작물을 맞추어 넣거나 피복작물의 이점을 최대한 활용할 수 있는 새로운 윤작체계를 개발하는 것이다. 미국의 다른 지역에서 농부에 의해 성공적으로 이용된 윤작체계에 대하여 살펴 보고자 한다.

 피복작물을 현재의 윤작에 추가할 것인지 완전히 농업체계를 바꿀 것인지는 경제작물에 신경을 쓰는 것만큼 피복작물에도 많은 계획과 관심을 기우려야 한다. 농장에 맞는 피복작물을 선택하기에 앞서, 아래의 사항을 고려해야 한다.

- 피복작물의 어떤 이점이 가장 중요한지를 결정한다.

- 여러가지 예를 찾아보고, 자신의 특별한 조건에 적합할 수 있는 피복작물 윤작이 어떤 것인지를 고려한다.

- 가까이서 자주 볼 수 있는 쉽게 접근가능한, 작은 구획에서 먼저 시작해 본다.

- 어떤 농장에 대한 작부계획이 통제할 수 없는 날씨나 다른 조건에 의해 망쳐진다면 피복작물의 초기 생육에 이상적인 기간이 있을지 모른다.

- 피복작물의 적절한 파종을 위해 빠르게 성숙하는 경제작물을 이용하는 것을 고려할 수 있다.

- 피복작물은 가축먹이로 사용될 수 있다. 가축을 위한 조사료로 이용되거나 방목지로도 고려할 수 있다.

 

옥수수 재배지대와 기름작물 생산을 위한 피복작물

겨울 피복물을 제공하고 토양구조를 개선하는 것과 더불어, 질소관리는 옥수수>콩 윤작을 위한 피복작물 결정에 중요한 요인이 된다. 가을에 파종하는 그라스(벼과 작물)이나 작은 곡물작물(소맥, 밀)은 전 작물인 옥수수나 콩 작물재배 후 남은 질소를 흡수한다. 콩과작물은 질소를 남은 질소를 끌어모으는데는 효과가 매우 낮지만, 다음 작물을 위해 질소를 농장에 더해 줄 수 있다. 콩과작물/벼과작물의 혼파가 양 측면에서 좋다.

 

옥수수>콩 체계

 옥수수는 질소를 많이 흡수하고 콩은 피복작물의 질소를 거의 이용하지 않으며 콩 재배 전보다 옥수수 재배 전에 봄철 피복작물 생육을 위해 더 짧은 시간을 가져야 한다.

피복작물의 특징 : 호밀은  겨울 피복물을 제공하고, 옥수수 재배 후 질소을 수집하며, 콩 재배를 위해 잡초를 억제하고 수분을 유지할 수 있는 오래 지속되는 잔재물을 제공한다; 헤어리 베치는 봄 토양피복, 풍부한 질소와 무경운 옥수수 작물을 위한 상당 기간(4-8주)의 멀치를 제공한다; 완두는 베치와 비슷하지만 잔재물이 더 빨리 분해된다;  레드 크로버는 유사하지만 약간 낮은 질소를 생산하고 봄의 재생력이 약하다; 베르심 클로버는 빨리 자라서 고농도의 질소 녹비를 위해 몇 차례 베어내기를 할 수 있다.

작부체계에 적용시키기 위하여 고려할 몇가지 선택사항이 있다.

 

옥수수>호밀>콩>헤어리베치

따뜻한 지역에서는 옥수수와 콩 재배 사이에 피복작물을 재배할 수 있다. 또한, 3가지 작물의 2년 윤작으로, 콩 재배 전에 피복작물을 대체하기 위하여 밀이나 다른 작은 곡물작물(소맥, 밀)을 재배할 수 있다(옥수수>밀>콩 2번 재배). 모든 경우에, 다른 콩과작물이나 벼과작물/콩과작물의 혼식은 단일종의 피복작물을 대신하여 이용될 수 있다. 적용 가능한 지역에서는 베치 대신에 크림슨 크로버나 크림슨/벼과작물의 혼파를 활용할 수 있다.

서늘한 지역에서는 옥수수 수확 후 가능한한 호밀을 심어야 한다. 가을에 더 많은 시간이 필요하다면,  초 가을의 건조하여 마르는 황화잎 시기에 줄지어 자라는 콩 위나 옥수수의 마지막 사이갈이를 하는 초여름에 씨앗을 뿌릴 수 있다.

호밀이 무름까지 자라면 베거나, 아니면 좀 더 놓아두었다가 콩을 심기 1, 2주 전에 벤다. 제초제로 호밀을 죽이는 것과 좁은 줄로 무경운 콩재배하는 경우에는 밭에서 할 일이 없기 때문에 피복작물 생육을 위해 더 많은 시간이 주어진다. 토양수분이 낮으면 호밀을 일찍 환원시킬 필요가 있다. 콩 재배 후에는 헤어리베치나 베치/소맥 혼파를 한다.

콩과작물은 월동을 위하여 서리가 오기 적어도 6주 전에 파종되어야 한다. 콩 수확 후 조파하거나 잎을 넘어뜨리기 전에 위로 파종한다. 최대의 질소고정을 위하여 봄에 가능한한 오래 베치가 자랄 수 있도록 한다.

단옥수수, 씨앗옥수수나 사일리지 옥수수를 수확하고나면 시기적으로 적당한 피복작물을 심기위한 기간을 제공한다. 가축사료를 위해 필요하다면 봄에 소맥(밀)이나 콩과작물/소맥혼파를 수확하거나 방목지로 활용할 수 있다.

 

옥수수>호밀>콩>소맥>헤어리베치

이 윤작형태는 콩 재배 후 소맥재배가 추가되는 것 이외는, 옥수수>호밀>콩 윤작과 비슷한다. 윤작기간이 길어질수록(동일작물의 반복 파종사이의 해가 길어질수록) 잡초, 병과 해충문제가 일반적으로 줄어들기 때문에 더 많은 이점이 있다.

소맥의 잔재물은 토양구조 형성을 위한 좋은 유기물을 제공하고 겨울 곡물의경우에는 콩에 의해 느슨해진 토양이 겨울동안에 침식되는 것을 예방한다.  

재배시기의 길이는 윤작에서 콩의 재배 후 피복작물을 어떻게 맞추어 넣을 것인가를 결정한다. 콩 수확 후에 시기적으로 적당한 파종을 하기 위하여 필요하다면 재배길이가 짧은 콩을 이용하는 것을 고려해야 한다. 피복작물의 이점이 더 짧아진 콩의 재배기간으로 인한 수량손실을 보상할 것인지를 계산해야 한다.

소맥은 콩 후에 남은 질소를 끌어 모은다. 콩과 피복작물은 옥수수에 의해 필요로 하는 비료 질소를 줄일 수 있다. 서리가 내리기 적어도 6주 전에 콩과작물을 파종할 수 없다면 잎이 떨어지는 시기나 마지막 사이갈이 때 위에 씨앗을 뿌리는 것을 고려한다.

대체적인 윤작은 옥수수>크림슨 클로버>콩>크림슨 클로버(자가 발아)>옥수수이다. 콩을 파종하기 전에 크림슨 클로버가 씨앗을 맺을 수 있도록 한다. 그 클로버는 콩아래에서 늦여름에 발아한다. 다음 해 옥수수 파종 전에 피복작물을 말라죽게 한다. 가능하면 옥수수 다음에 심는 피복작물은 다른 것으로 대체하면 크림슨 클로버에 의한 잠재적인 병해충 문제를 피할 수 있다.

 

3년: 옥수수>콩>밀/레드 클로버

옥수수를 위한 질소와 잡초억제, 병해충의 자연방제를 위한 적합한 방법이다. 최근의 화학비료의 비용이 증가함에 따라 더 유익한 방법이다. 옥수수는 콩과작물이 고정한 질소와 증가된 유기물함량으로 온 토양의 향상된 양이온교환능력를 이용한다.

퇴비화된 돈분뇨의 시용으로 옥수수>콩>밀/피복작물 윤작에서 무경운과 보존경운을 비교한 연구가 아이오와에서 있었다. 베어심클로버(Berseem clover)나 레드클로버는 3월의 밀 사이에 추운시기에 파종되었다. 옥수수와 콩의 수량은 첫해에는 무경운구에서 낮았지만, 밀수량은 경운의 영향을 받지 않았다. 그러나, 매년 돈분퇴비를 시용함으로써 옥수수와 콩의 수량은 4년의 2번째 해부터 무경운과 보존경운 사이에 동일하였다.

콩재배 중의 2년은 병원원 개체수를 감소시키는데 필요하므로, 옥수수>콩 윤작에서 소맥(밀)을 추가하면 콩의 균핵병(Sclerotonia Sclerotiorum) 방제에 도움이 된다. 곡류/콩과작물의 혼파는 콩작물로부터 생산된 유용한 질소를 겨울동안에 흡수하고  토양을 잡아주며 옥수수 재배를 위한 질소를 고정하기 시작한다. 클로버나 베치는 종자로 수확할 수 있고 레드클로버나 옐로클로버는 녹비작물로서 2번째 해를 위하여 그대로 남겨둔다.

귀리와 베어심 클로버를 봄에 파종하면 건조한 해에는 귀리곡물 생산에 좋고 습한 해에는 베어심 클로버 생산에 좋게 때문에 가축의 사료로 활용하기에 좋다.

 

채소생산을 위한 피복작물

 채소재배체계에서는 피복작물을 위한 많은 기간을 가진다. 초기에 심은 봄 작물의 수확과 가을작물 재배 사이의 1, 2개월은 메밀, 강남콩, 수수-수단글라스 교잡종, 또는 포장조건에 맞는 다른 작물과 같은 빠르게 자라는, 따뜻한 철의 피복작물로 채울 수 있다. 다른 작부체계에서와 같이, 휴경지로 내버려지는 포장에 겨울 단년생 피복작물을 심는 것이 낫다.

수분이 충분하다면, 피복작물은 많은 채소작물 위에 파종해 놓으면 채소수확 후에 발아하여 자랄 것이다. 그늘과 수확 시의 기계에 견디는 피복작물을 선택해야 한다.

피복작물의 특징 : 귀리는 많은 생체량을 생산하여 봄에 심는 콩과작물을 위한 좋은 준비작물이며, 겨울에 죽기 때문에 봄에 베거나 경운할 필요가 없다. 수수-수단그라스 교잡종은 깊은 뿌리와 크고, 잎이 무성한 줄기를 생산하여 첫 서리가 내릴 때 고사한다. 옐로우 스위트클로버는 깊은 뿌리를 가지는 콩과작물로 2년차에 녹비로 베어낼 수 있다. 와이트 클로버는 지속적인 영년생 작물이고 훌륭한 질소원이다. 배추과와 겨자채는 병해충 억제 양분관리 역할을 한다. 헤어리베치와 곡물호밀의 혼파는 채소재배에서 축적되는 양분과 질소를 끌어모으기 위하여 사용이 증가하고 있다.

이른 봄에 재배하는 채소작물을 수확한 직후에 일년생 라이그라스를 파종하면 1, 2개월동안 성장하고 나서 땅에 갈아엎은 후에 가을채소를 심을 수 있다.

생육성기를 조정하고, 뿌리깊이와 형태, 지상부생육의 차이, 여러 종의 혼파를 통해, 다양한 피복작물을 이용하여 상호보완적으로 잡초를 억제하는 효과를 최대화할 수 있다.

 

3년: 겨울 밀/콩과작물의 간작>콩과작물>감자.  이러한 동부 아이다오의 윤작조건의 토양은 토양병을 억제하고 질소를 제공한다. 표준 감자재배를 위한 충분한 질소는 얕은 뿌리를 가진 경제작물아래에 있는 질소가 침출되는 것을 예방할 만큼의 평균 또는 그 이하로 내리는 강수량에 달려있다.

2년선택: 겨울밀 피복작물을 심은 후에 스위트콘이나  양파를 재배할 수 있다. 또 하나의 2년 선택은 청완두>여름 수수-수단그라스 피복작물>감자(2년에)이다. 또는 겨울밀이나 봄밀을 재배한 후에 겨자채 녹비작물을 심고 다음 해에 감자를 심는다. 최고의 생물학적인 토양소독을 위하여, 겨자체를 봄에 갈아엎는다.

1년: 상추>메밀>메밀>브로콜리>와이트 글로버/일년생 라이글라스.  미국 북동부의 이른 봄의 채소작물은 여름에 수확한 후에 거의 잔재물을 남기지 않는다. 연이은 메밀재배는 잡초를 억제하고 작토층을 느슨하게 하며 유익한 곤충을 끌어들인다. 메밀은 가을의 이식재배를 준비할 때 베어버리면 쉽게 정리가 된다. 상대적으로 작은 양으로, 빠르게 분해되는 메밀 잔재물을 땅에 넣기 위하여 가볍게 경운하고 가을과 겨울을 그치는 동안에 토양을 붙들어 두기 위하여, 겨울 곡류/콩과작물의 혼파를 한다. 적어도 서리가 내리기 40일 전에 심은 와이트클로버는 월동을 할 수 있고 다음해에 녹비와 유기 멀치를 제공한다.

캘리포니아 채소작물체계   경제작물뿐 아니라 피복작물의 윤작은 농장시스템에 다양성을 추가한다. 

4년:  라나 베치>옥수수>귀리/베치>종실용 강남콩>커먼 베치>감자>수수-수단그라스 교잡종/   동부>홍화.   경제작물 중 단옥수수, 종실용 강남콩, 홍화와 통조림용 감자의 질소 부족은 부분적으로, 어떤 피복작물이 재배되느냐에 의해 결정된다. 가장 많은 질소 요구량을 가진 옥수수는 다른 피복작물보다 더 많은 질소를 생산하는 라나 베치 뒤에 심는다. 감자 전에는 커먼베치가 가장 효과적이다. 퍼플베치(자색 베치)와 귀리의 혼식은 종실용 강남콩 전에 재배되고 수수-수단그라스와 동부의 혼식은 홍화 전에 재배한다.

4월 1일까지 최대의 생체량과 질소 생산량을 얻기 위하여, 라나 베치는 겨울이 오기전에 알맞은 생육을 할 수 있도록 충분히 일찍(서리가 내리기 6-8주 전)에 심는다. 4월 초에 디스크로 절단하면 거의 4.5 kg N/10a를 단옥수수에 제공한다. 커먼 베치는 강남콩 수확 후에 심는데, 3.4-4.5 kg N/10a를 초기에 공급해 줌으로써, 다음에 재배하는 감자에 필요한 질소의 대부분을 고정한다.

수수-수단그라스와 동부의 혼파는 감자 수확후에 한다. 혼식은 겨울 침출을 막기 위하여 벼과작물에 의한 질소 흡착으로 잔존하는 질소 함량에 반응한다. 동부는 다음에 재배되는 홍화-초기 질소요구량이 상대적으로 낮다-  경제작물의 초기 생육을 위해 충분한 질소를 고정한다. 그 피복작물은 홍화작물의 후기 생육에 필요한 질소량을 공급할 수 있을 만큼 충분히 빠르게 분해된다.