Soil Carbon and Microbial Activity Influenced by Pasture and Rice Paddy Management

This study investigated soil carbon storage and microbial activities influenced by different management practices in rice paddies and pastures. Soils under a single-crop farming of rice (CON) and rice-Italian ryegrass rotation farming (IRG) were compared in Jangheung, Jeollanam-do, Seocheon and Cheonan, Chungcheongnam-do. Soils from pastures were analyzed to investigate the effect of duration period (P1, P2, P3) in Namwon, Jeollabuk-do and Seosan, Chungcheongnam-do. In rice paddy, total and particulate carbon (PC) concentrations in the IRG soils were significantly higher than those in the CON soils both in Jangheung and Seocheon where the IRG has been established for three years, whereas carbon concentrations were not significantly different in Cheonan where IRG planting history is only one year. In rice paddy soils, PC was suggested as an early indicator to monitor changes in soil carbon storage followed by adopting different management practices. In pasture, total and PC concentrations increased with duration period especially in the 0-5 cm soils. Contrary to the rice paddy soils, the magnitude of change in PC concentration is not as great as that in total carbon concentration, implying that there is a need to develop a new early indicator other than PC using different fractionation scheme. The soil carbon storage in pasture also increased with years since establishment and the increasing rate was significantly greater in the early stage (0-5 yrs) than the later one (> 5 yrs). Microbial activities measured from fluorescein diacetate (FDA) hydrolysis analysis were significantly lower in the IRG soils than CON soils, whereas no difference was observed in the pastures of different ages. This shows that FDA activity is not a sensitive indicator to differentiate soil qualities influenced by management practices if it is used by itself.

목초재배지 및 벼논 관리 변화에 따른 토양 탄소 및 미생물 활성도

본 연구는 논과 목초지에서 관리방법에 따른 토양탄소의 변화에 대해 알아보았다. 논에서는 총탄소 농도의 변화에 비하여 입자상 탄소농도의 변화가 IRG 처리에 따라 더 민감하게 반응하였으며, 이에 입자상 탄소농도는 관리방법 변화에 따른 조기지시자로 활용될 수 있음을 시사하였다. 반면, 초지에서는 입자상 탄소농도의 변화가 총탄소 농도 변화에 비해 오히려 더 민감하지 않게 반응하였는데, 이는 본 연구방법에 따라 분류한 입자상 탄소가 초지와 같은 생태계에서는 의미 있는 탄소부분이 아닐 수 있음을 시사한다. 토양탄소저장을 살펴보았을 때 논의 경우는 겨울동안 IRG 목초작물을 재배하는 관리를 3년 이상 지속한 서천 및 장흥에서 유의한 증가가 있었다. 토양탄소의 유의한 증가는 농도뿐만 아니라 용적밀도를 고려하여 동일 부피 토양을 비교한 경우 및 동일 질량 토양을 비교한 경우 모두 유의하게 관찰되었는데, 이는 IRG 재배에 따른 토양탄소 저장의 증가가 단순히 표토에 축적된 식물체 유기물에 의한 일시적 농도의 증가가 아닌 토심 0-15 cm 깊이의 토양탄소의 증가였음을 시사한다. 목초지에서는 목초지 조성이후 3년, 5년, 7년, 10년이 지남에 따라 표토 (0-5 cm)에서의 탄소농도 증가가 현저하였다. 반면 5-15 cm 깊이의 토양에서는 이러한 증가경향이 뚜렷하지 않거나 오히려 감소하기도 하였다. 이 결과 토양내 저장되어 있는 탄소량을 용적밀도를 고려하고 동일 질량을 비교한 경우에 시간에 따른 뚜렷한 증가경향이 흐릿해짐을 알 수 있었다. 이는 초지 조성시기가 오래됨에 따라 토양의 용적밀도가 높아짐으로 인해 용적밀도 증가에 따른 토양질량의 증가분을 보정하였을 때 나타나는 결과로써, 초지조성연도가 오래될수록 저장된 탄소의 양이 선형적으로 증가할 것이라는 기존의 통념을 수정할 필요가 있음을 시사한다. IPCC (2006)에서 제안한 지침에 따르면, 토양탄소는 20년 동안 직선적인 증가를 한다는 가정을 하였는데, 본 연구의 결과에서 특정 관리방법 착수시점에서 초기 5-7년 동안토양탄소는 빠르게 증가하고, 증가속도는 그 이후에 느려지고 있음을 보여준다. 이는 지속적 토양탄소 저장 증가를 위해서는 적절한 토양관리 및 유기물 관리를 해야 한다는 점을 의미하기도 한다. 한편, 토양 내 FDA 활성도에 비추어본 미생물 활성도는 논의 경우는 IRG 처리구에서 대조구에 비해 유의하게 낮게 나타났으며 초지의 경우는 조성연도별 유의한 차이가 없었다. 이는 FDA 활성도가 토양의 관리방법별 차이에 따른 토양 질의 변화를 표현하기에는 민감하거나 변별력이 높은 지시자는 아님을 의미하며, 미생물 생체량이나 토양호흡량 등과 함께 측정하여 보조적인 자료로 활용하는 것이 좋다고 판단된다.