Though there is an abundant supply of nitrogen in the atmosphere, it cannot be used directly by the biological systems since it has to be combined with the element hydrogen before their incorporation. This process of nitrogen fixation ($N_2$-fixation) may be accomplished either chemically or biologically. Between the two elements, biological nitrogen fixation (BNF) is a microbiological process that converts atmospheric di-nitrogen ($N_2$) into plant-usable form. In this review, the genetics and mechanism of nitrogen fixation including genes responsible for it, their types and role in BNF are discussed in detail. Nitrogen fixation in the different agricultural systems using different methods is discussed to understand the actual rather than the potential $N_2$-fixation procedure. The mechanism by which the diazotrophic bacteria improve plant growth apart from nitrogen fixation such as inhibition of plant ethylene synthesis, improvement of nutrient uptake, stress tolerance enhancement, solubilization of inorganic phosphate and mineralization of organic phosphate is also discussed. Role of diazotrophic bacteria in the enhancement of nitrogen fixation is also dealt with suitable examples. This mini review attempts to address the importance of diazotrophic bacteria in nitrogen fixation and plant growth improvement.
In this article, we reviewed properties of reclaimed tidal soil and fate of nitrogen in its soil. The results were summarized as followings. Most of the soil derived from the fluvio-marine deposit were silly textured soils. The EC of the Saemanguem soil were ranged from 14.7 to 33.9 dS $m^{-1}$, pH was 7.7. The organic matter content was low with 1.5 g $kg^{-1}$. The cation exchange capacity was 7.2 cmol $kg^{-1}$ and exchangeable sodium percent was high with range 45.1 % to 56.2%. High sodium concentration caused poor drainage. The salinity significantly affects efficiency of N fertilizer in reclaimed tidal soil.
We assessed the effects of combining bio-char with straw residue mulching on the loss of soil soluble nutrients and citrus yield in sloping land. The two-year study showed that straw residue mulching (ST) and bio-char application combined with straw residue (ST+BC) can significantly reduce soil soluble nutrient loss when compared with the control treatment (CK). The comparative volume of the soil surface runoff after each of the treatments was as follows: CK > ST > ST + BC. Compared with the CK, the runoff volume of the ST was reduced by 13.6 % and 8.5 % in 2014 and 2015, respectively. Compared with the CK, combining bio-char with the ST application reduced the loss of soluble nitrogen and improved the soil total nitrogen content reaching a significant level in 2015. It dramatically increased the soil organic matter content over the two year period (36.3% in 2014, 50.6% in 2015) as well as the carbon/nitrogen ratio (C/N) (16.6% in 2014 and 39.3% in 2015). Straw mulching combined with bio-char showed a trend for increasing the citrus yield.
한국해양연구소에서 분양받은 유류분해효모 Yarrowia lipolytica CL180를 이용하여 경유로 오염된 토양에 대한 질소원, 인원 aeration rate, 그리고 균체량에 따른 영향을 조사하였다. 실험결과 질소원이 미생물 성장의 limiting factor로 작용하였으며, 다양한 비(C : N =100 : 5, 100 : 10, 100 : 15, 100 : 20 mg/kg soil)의 질소원을 첨가한 결과 C : N의 비(w/w)가 100 : 5일 때 가장 우수한 분해율과 균체수를 나타내었다. 질소원이 이 비율 이상으로 첨가되었을 때 분해율과 균체수가 낮게 나타났으며 이는 암모니아의 독성으로 인한 영향으로 사료된다. 그러나 인원과 통기에 따른 경유분해율의 변화는 없었으며 질소원이 첨가된 soil column에서는 7일이 경과된 후 약 50%의 경유잔류량을 나타내었다. 잔류경유를 제거하기 위하여 최초 접종량과 동일한 양의 균주를 접종하였으나 일정기간의 경과후에도 경유잔류량은 거의 변화가 없었다. 이는 경유의 토양 흡착 때문으로 사료된다.
This study was conducted at Korea's typical soil, loamy soil, to figure out the effect of how barley green manure (B), hairy vetch (HV) and the mixed-planting hairy vetch with barley green manure (HV/B) affecting on the yield of rice, usage of nutrient and soil characteristics. Supplying amount of nitrogen from HV, HV/B and B were 172.8 kg $ha^{-1}$, 64.3 kg $ha^{-1}$ and 38.6 kg $ha^{-1}$, respectively. Hairy vetch had the highest plant height and SPAD of rice and next was hairy vetch/barley, chemical fertilizer (CF), none fertilizer (NF), and green manure barley. The amount of rice yield was 5.51 ton $ha^{-1}$ with HV, and 4.24 ton $ha^{-1}$ with HV/B. The chemical characteristics of soil showed lower pH and exchangeable cations (Ca and Mg) at B, HV and HV/B plot rather than that of chemical fertilizer (CF) plot. However, the physical characteristics of soil and the porosity rate showed better tendency at the green manure crops than CF. Nitrogen nutrient balance was showed the most balanced at CF, otherwise field of application of green manure crops were required the appropriate nutrition management if future crops would be cultivated because nitrogen nutrient could be devastated or accumulated.
우리나라 고품질 완전미의 안전생산을 위한 적정 질소시비량을 설정하기 위하여 2003-2004년에 전국 24 농가포장을 대상으로 논토양 유형별로 재배시험을 수행하였다. 토양유형별 쌀 수량, 완전미 수량 및 단백질 함량은 질소시비수준이 증가할 수록 많아지는 경향이고, 토양유형별 완전미 비율 및 Toyo 식미치는 질소시비수준이 증가하면 오히려 낮아지는 경향을 보였다. 지역별로 본 수확기 실물체와 쌀의T-N 함량과 단백질함량도 질소 시비량 증가로 많아지는 반면, Mg/K 당량비는 오히려 질소 감비로 증가하는 경향이었다. 고품질미의 안전생산을 위하여 하향 조정된 논토양 유형별 질소의 적정시비량은 ha당 보통논, 사질논, 고논 80-100 kg(89 kg), 미숙논 90-110 kg (100 kg), 염해논(숙답) 100-130 kg(112 kg) 이었다.
본 연구는 하수오니의 농경지 이용 가능성을 밝히고자 중랑, 가좌, 나주 및 용인 하수 종말 처리장에서 채취한 하수오니를 처리한 토양에서 옥수수와 배추를 재배하여 생육 및 토양의 화학성 변화에 미치는 영향을 검토하였다. 옥수수의 생육조사결과 오니 처리율이 증가할수록 초기 생육이 저조하였다. 배추의 생육 조사 결과 초기 3주간은 12.5 및 $25Mg\;ha^{-1}$ 처리구가 좋은 생육을 보였고 후기에는 50및 $100Mg\;ha^{-1}$처리구의 생육이 더 좋은 결과를 나타내었다. 그러나 최대 생장을 보인 처리구도 화학비료 시용구에서의 생육에는 미치지 못했다. 양이온치환용량, 유기물 및 질소의 경우는 처리간의 차이는 뚜렷하였지만 재배 전후에는 큰 차이가 없었다. Na, K, Ca, Mg 등의 염기류들도 비슷한 경향을 보였다. 토양포화침출액의 EC는 재배 전과 비교하여 재배후에 감소하였고 오니처리량이 많을수록 감소폭이 커서 재배전보다 오니 처리량 간의 차이가 줄었으나 유료인산 함량은 재배중 뚜렷한 증가 경향이 나타났다. 따라서 오니시용기준은 질소가 아닌 인산을 기준으로 하여 처리량을 결정하며 부족분은 화학비료로 보충하도록 하는 것이 바람직한 것으로 사료된다.
정밀 농업 시행에 있어서 포장 변이성에 대한 이해가 필수적이므로, 직파 재배 논에서 포장 변이성 조사와 토양 검정 결과에 다른 질소 변량 시비에 대한 현장 시험이 전북 김제의 직파 재배 논 시험 포장과 농가 시범 포장에서 이루어졌다. $35m{\times}112m$ 단위 포장에서 10 m 간격의 방격형으로 표토의 토양 시료를 채취하여 분석하였다. 토양 유기물, 유효 인산 및 규산, 그리고 치환성 칼륨 등에 대한 분석이 이루어졌다. 시험 포장에 대한 토양 검정 결과에 의해 다수확과 저투입 농업을 위한 질소 시비 추천량을 계산하여 그 분포도를 작성하였다. 2001년과 2002년의 시험 포장에서의 질소 변량 시험을 토대로, 2003년에는 농가 포장 3개를 선정하여 저투입 질소 시비량을 기준으로 질소 변량 시비에 대한 농가 실증 시험을 하였고, 경제성을 분석하였다. 변량 시비에 의해 수량 중가 및 수량 변이 감소 효과를 알 수 있었다. 변량 시비에 의한 수량 증가와 시비량 절감에도 불구하고, 토양 검정에 소요되는 비용이 절감 비용을 초과하였다.
본 연구는 울산광역시 봉대산 산불 훼손 복원지를 대상으로 토양개량제 처리가 토양층에 매설된 wood stakes의 분해율과 유기 탄소 및 질소 동태에 미치는 영향을 조사하기 위하여 실시하였다. 산불 훼손 복원지에 식재된 튤립나무, 상수리나무, 왕벚나무, 곰솔 조림지와 미복원지를 대상으로 2015년 3월 토양 0~15cm 깊이에 wood stakes를 매설한 후, 2년 동안 각 1회씩 토양개량제(CLB: 복합비료 + 석회 + 목탄 처리구; LB: 석회 + 목탄 처리구)를 처리하고, 2015년 10월, 2016년 3월, 2016년 10월 채취하여 분해율과 유기탄소 및 질소 농도를 조사하였다. Wood stakes 분해율의 경우 토양개량제 처리구와 대조구 사이에 유의적인 차이는 없었으나, 유기 탄소 잔존율의 경우 대조구(43.7%), CLB처리구(71.3%), LB처리구(71.6%) 순으로 토양개량제 처리구의 탄소 무기화가 대조구에 비해 낮게 나타났다. Wood stakes 내 질소 잔존율의 경우도 대조구가 29.7%로 LB처리구 52.6%에 비해 낮아 탄소 무기화율과 유사한 경향을 보였다. 본 연구결과에 따르면 산불 훼손 복원지에 토양개량제 처리는 wood stakes의 탄소 및 질소 무기화를 지연하는 것으로 나타났다.
질소의 추비가 품질특성에 미치는 영향을 조사하기 위하여 1993년 일본의 동북농업시험장의 화산회토인 포장에서 미유기 보리를 공시품종으로 하여 재생기, 유효분벽기 그리고 출수기에 유안을 질소 성분량으로 2 또는 4kg을 추비하였다. 도종율 백도 조단백질 등을 조사한 결과를 요약하면 다음과 같다. 1. 55% 도종기간은 2kg을 추비하면 길어지나 추비 시기간에는 차이가 없었다. 백도, 경도 그리고 도종율도 추비에 의한 차이는 없었다. 2. 원맥의 조단백질함량은 추비에 의하여 증가하였으나 시기간에는 차이가 없었다. 3. 원맥의 조단백질함량과 55% 도종기간과는 정의 상관관계가 있었으나 8분 도정림의 백도와는 상관이 없었다. 4. 8분 도종율 및 8분도정립의 백도와는 부의 상관관계가 있었고, 8분 도종율과 55% 도종시간과는 정의 상관관계가 있었다. 백도 형질간에는 상관관계가 없었다. 5. 주사형 전자현미경에 의한 미세구조관찰에서 추비처리에 의한 Protein matrix의 차이는 없었다.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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