Improving Wheat (Triticum aestivum L.) Yield through Split Nitrogen Fertilizer Application and Optimal Row Spacing: Implications for Food Security

기술 요약: 질소 분할 시비 및 최적 재식 간격을 통한 밀 수확량 증대

문제 제기
밀(Triticum aestivum L.)은 남부 및 중앙아시아, 특히 파키스탄과 아프가니스탄의 식량 안보에 있어 핵심적인 주요 작물이다. 그러나 이 지역의 평균 수확량은 여전히 작물의 유전적 잠재력에 비해 현저히 낮은 수준이다. 질소(N) 관리와 식물 공간 배치가 수확량 격차를 줄이기 위한 주요 농학적 수단으로 인식되고 있음에도 불구하고, 특히 펀자브 지역의 전형적인 특성인 알칼리성, 양질의 로암(loam) 질감, 염류 집적 관개 토양 조건 하에서 이 두 요인의 결합 효과에 대한 연구는 미흡한 실정이다. 기존 문헌은 질소 시기 또는 재식 간격을 독립적으로 다루는 경우가 많아, 영양분 가용성과 흡수 효율이 저해되는 염류-알칼리 제약 조건 하에서 이러한 요인들이 수확량 구성 요소에 영향을 미치는 상호작용에 대한 이해의 공백을 남겨두고 있다.

연구 방법
이를 해결하기 위해 2021–22 Rabi 시즌 동안 파키스탄 페이살라바드 농업 대학교에서 현장 실험이 수행되었다. 본 연구는 Lyallpur 계열(미세 양질, 알칼리성, 염류성)로 분류된 토양에서 밀 품종인 Akbar-19를 사용하여 진행되었다. 실험은 세 가지 반복을 가진 요인 배치 완전 블록 설계(RCBD)를 채택하였으며, 다음 두 가지 요인에서 도출된 12가지 처리 조합을 테스트하였다:

1. 재식 간격 (주요 요인): 세 가지 수준이 테스트됨: 10 cm (RS1), 15 cm (RS2), 20 cm (RS3).
2. 질소 분할 시비 시기 (하위 요인): 네 가지 스케줄이 평가됨:
   • NT1: 분얼기 1/3 + 출수기 1/3 + 등숙기 1/3
   • NT2: 파종 시 1/2 + 분얼기 1/2
   • NT3: 분얼기 1/2 + 출수기 1/2
   • NT4: 분얼기에 전체량 전량 살포

인(P)과 칼륨(K)은 파종 시 균일하게 살포되었으며, 관수는 작물의 요구도에 따라 관리되었다. 수집된 데이터에는 식물 개체수, 천립중, 짚 수확량, 생물학적 수확량, 곡물 수확량 및 수확 지수가 포함되었다. 통계 분석은 ANOVA를 사용하였으며, 평균값은 $P \leq 0.05$ 수준에서 최소 유의차(LSD) 검정으로 구분되었다.

주요 결과
연구 결과, 재식 간격과 질소 시기 모두 모든 수확량 매개변수에 유의미한 영향을 미쳤으며, 특히 곡물 수확량에 대해서는 유의미한 상호작용이 관찰되었다.

• 재식 간격 효과: 직관과는 반대로, 넓은 재식 간격(20 cm)이 좁은 간격(10 cm 및 15 cm)보다 대부분의 지표에서 더 우수한 성과를 보였다. 20 cm 간격은 더 낮은 식물 밀도(42 plants m⁻², 10 cm의 경우 ~59 plants m⁻²)를 지지함에도 불구하고, 유의미하게 높은 곡물 수확량(4347.9 kg ha⁻¹ vs. 2207.3 kg ha⁻¹), 천립중, 짚 수확량 및 수확 지수를 나타냈다.
• 질소 시기 효과: 3회 분할 살포 스케줄(NT1)이 천립중, 짚 수확량 및 수확 지수에서 일관되게 가장 높은 값을 생성하였다. 분얼기 시 단회 살포(NT4)는 모든 수확 특성에서 가장 낮은 성능을 보였다.
• 상호작용 효과: 재식 간격과 질소 시기 사이의 상호작용은 곡물 수학량에 대해 유의미했다. 최적의 조합은 20 cm 재식 간격(RS3)과 3회 분할 질소 살포(NT1)의 결합이었으며, 이는 최대 곡물 수확량 4402 kg ha⁻¹, 천립중 41.77 g, 생물학적 수확량 9763 kg ha⁻¹, 수확 지수 45.35%를 달면하였다.
• 최저 성능: 좁은 재식 간격(10 cm)과 분얼기 단회 질소 살포(NT4)의 조합은 약 2207 kg ha⁻¹ (처리 평균)의 곡물 수확량을 기록하며 가장 낮은 수확량을 나타냈다.

핵심 기여
본 연구의 주요 기여는 질소 총 투입량을 늘리지 않고도 식재 기하학적 구조와 비료 스케줄링을 최적화함으로써 상당한 수확량 증대를 얻을 수 있음을 입증한 데 있다. 본 연구는 알칼리성, 염류성 로암 조건 하에서 다음을 확립하였다:

1. 경쟁 감소: 넓은 재식 간격(20 cm)은 종내 경쟁(빛, 물, 영양분에 대한 경쟁)을 줄여, 낮은 개체 밀도에서도 개별 식물이 가용 자원을 더 잘 활용할 수 있게 한다.
2. 공급과 수요의 동기화: 질소 살포를 분얼기, 출수기, 등숙기에 걸쳐 나누어 적용하는 것(NT1)은 영양분 가용성을 작물의 수요와 더 잘 일치시켜, 용탈 및 탈질에 의한 손실을 줄이고 곡물 충전 및 재이동을 지원한다.
3. 시너지 효과: 유의미한 상호작용은 최적화된 질소 시기의 이점이 넓은 재식 간격과 결합될 때 극대화된다는 것을 나타내며, 이는 단일 요인 권장 사항이 잠재적인 수확량 증대를 과소평가할 수 있음을 시사한다.

의의 및 주장
저자들은 이러한 연구 결과가 자원이 제한된 관개 밀 지역의 남부 및 중앙아시아 밀 생산성을 향상시키기 위한 실용적이고 투입 효율적인 전략을 제공한다고 주장한다. 본 연구는 소농들이 추가적인 자본이나 총 비료 지출 없이 식재 기하학적 구조와 비료 시기만을 조정함으로써 수확량을 거의 두 배 가까이 높이는 의미 있는 수확량 증대를 달성할 수 있다고 상정한다.

논문은 단일 지역의 단일 시즌 염류-알칼리 토양에서 수행된 시험임을 인정하며 일반화에 대해 신중한 어조를 유지하고 있다. 따라서 저자들은 RS3 × NT1 조합이 이러한 특정 조건 하에서 매우 효과적이지만, 더 넓은 환경 조건 전반에 걸쳐 이러한 상호작용의 일관성을 확인하기 위해서는 다지역 및 다시즌 시험이 필요하다고 제안한다. 최종적인 목표는 지역 식량 안보를 강화하기 위해 유사한 관개 밀 재배 지역에 직접 적용 가능한 농학적 지침을 제공하는 것이다.