스마트팜 폐배지 바이오차의 사용이 배추 재배에 미치는 영향 = Effect of Biochar from Spent Media Growth on Kimchi Cabbage Cultivation in Upland Area

국문 초록 (Abstract)

최근 온실원예와 스마트팜 확대로 인해 작물 수확 후 버려지는 폐배지의 발생이 증가되고 있다. 본연구에서는 버려지는 폐배지의 자원화를 통해 바이오차로 전환하였고, 이를 농경지에 적용하여 유기질 비료로의 가능성을 평가하고자 하였다. 전남 고흥군에 위치한 스마트팜에서 수거한 폐배지를 완전히 건조하고 400°C 에서 2시간 동안 열분해하여 스마트팜 폐배지 바이오차(SGMB)를 생산했다. SGMB은 pH가 10.2, 총질소와총인 함량이 각각 1.24% 및 0.33%로 조사되었다. 농경지 실험을 위한 공시 작물은 배추(Brassica rapa var.glabra)를 선정하였으며, 처리조건은 대조군(CN), 무기 비료(IF; N–P–K = 300–78–198 kg ha-1), 그리고 두 가지바이오차 처리인 SGMB3 (3 t ha-1)과 SGMB5 (5 t ha-1)로 나누었다. 배추의 초장은 SGMB3 (21.4 cm plant-1)과SGMB5 (21.3 cm plant-1)에서 관찰되었고, 배추의 너비 및 둘레, 그리고 생체중은 IF 처리구에서 가장 높은생육을 보였다. 전반적인 배추의 생육은 SGMB 처리가 IF 처리에 비해 낮은 경향으로 조사되었다. 하지만, 질소 이용 효율을 조사한 결과 SGMB5 처리구에서 각각 3.53 kg N ha-1, 16.1%로 조사 되었고, 3.38 kg N ha-1, 13.6%를 나타낸 IF 처리구에 비해 높은 효율로 조사되었고, 토양 화학적 특성이 개선되었으며 아산화질소배출량은 IF 처리구 대비 SGMB3 및 5 처리구에서 각각 76%, 66.6%의 저감율을 보였다. 이러한 결과는 SGMB 가 질소이용효율에 긍정적인 영향을 미칠 뿐만 아니라, 아산화질소 저감에도 효과가 있고, 토양 비옥도를 향상시키고 유기 비료로서 지속 가능한 작물 생산에 기여할 수 있음을 나타낸다. 따라서, SGMB의 장기적인 효과와최적 시용수준 등의 추가 연구가 필요하다고 판단된다.

다국어 초록 (Multilingual Abstract)

The expansion of greenhouse horticulture and the advancement of controlled environment agriculture, including smart farm systems, have increased the generation of by-products and spent growing media in South Korea. This study evaluated the feasibility of converting these discarded media into biochar for use as an organic fertilizer. Spent growing media collected from a smart farm in Goheung, Jeollanam-do, were completely dried and pyrolyzed at 400°C for 2 hours to produce spent growing media biochar (SGMB). The SGMB presented the following chemical characteristics: pH 10.2, total nitrogen (T-N) 1.24%, and total phosphorus (T-P) 0.33%. A cultivation experiment using kimchi cabbage (Brassica rapa var. glabra) was conducted under a randomized complete block design with four treatments and three replications.
The treatments included a control (CN), inorganic fertilizer (IF; N–P–K = 300–78–198 kg ha-1), and two biochar treatments, SGMB3 (3 t ha-1) and SGMB5 (5 t ha-1). The highest plant height was observed in SGMB3 (21.4 cm plant-1) and SGMB5 (21.3 cm plant-1), while the greatest leaf width, head diameter, and fresh weight were recorded in IF (12.5 cm plant-1, 38.0 cm plant-1, and 1,453 g plant-1, respectively). Although overall kimchi cabbage growth in SGMB treatments was slightly lower than that in IF, nitrogen use efficiency was higher in the SGMB5 treatment (3.53 kg N ha-1, 16.1%) compared to the IF treatment (3.38 kg N ha-1, 13.6%). Additionally, soil chemical properties improved, and nitrous oxide emissions decreased by 76% and 66.6% in SGMB3 and SGMB5 treatments, respectively, compared to IF. These results indicate that SGMB can enhance soil fertility, positively influence nitrogen use efficiency, and contribute to nitrous oxide mitigation, supporting its potential as an organic fertilizer for sustainable crop production. Further studies should assess the long-term effects and optimal application rates of SGMB on crop performance and environmental outcomes.