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비료

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목차

1. 개요

비료는 식물의 생장에 필수적인 질소, 인, 칼륨 등의 영양소를 공급하는 물질이다. 비료의 3요소인 질소, 인, 칼륨 외에 칼슘을 포함하여 4요소로도 부르며, 작물과 토양 상태에 따라 적절한 비료 사용이 중요하다. 비료는 식물의 잎, 뿌리, 열매 등의 생장을 촉진하며, 질소 비료, 인산 비료, 칼륨 비료, 기타 비료 등으로 나뉜다. 화학 비료는 19세기 이후 개발되어 식량 생산에 크게 기여했으나, 과다 사용 시 환경 오염을 유발할 수 있어 지속 가능한 비료 사용을 위한 노력이 이루어지고 있다.

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비료
지도
기본 정보
비료 유형화학 비료, 유기 비료
주요 성분질소, 인, 칼륨
기타 성분칼슘
마그네슘
황
미량 원소 (붕소, 염소, 망간, 철, 아연, 구리, 몰리브덴)
역사
초기 사용고대 농업
질소 비료 개발프리츠 하버의 암모니아 합성법
화학 비료 대량 생산20세기
효과
식물 성장 촉진수확량 증가
식물 발달 촉진
토양 개선토양 비옥도 증가
토양 구조 개선
영양소 공급식물 필수 영양소 공급
종류
형태고체 비료 (알갱이, 가루)
액체 비료
성분단일 비료
복합 비료
비료 종류질소 비료
인산 비료
칼륨 비료
복합 비료
미량 요소 비료
사용 방법
시기식물 생장 단계에 따라 조절
양토양 분석 및 식물 종류 고려
방법흙 위에 뿌리기
흙 속에 섞기
엽면 살포
관개 시설 이용
환경 영향
긍정적 영향식량 생산 증대
부정적 영향토양 오염
수질 오염
대기 오염
온실 가스 배출
기타
관련 법규국가별 규제

2. 비료의 3요소와 중요성





식물 생장에 필요한 주요 영양소 중 질소(N), 인(P), 칼륨(K)은 '비료의 3요소'라고 불리며,[142] 작물 생산에 필수적이다. 질소는 잎의 생장을, 인은 열매와 종자 발달을, 칼륨은 뿌리 발달과 식물체 내 수분 이동을 돕는다. 대한민국에서는 질소, 인, 칼륨 외에 칼슘(Ca)을 추가하여 '비료의 4요소'라고도 한다.[142] 작물의 종류와 토양 상태에 따라 적절한 비료 사용이 중요하다.

토양 비옥도는 식물이 이용할 수 있는 무기 양분이 토양에 얼마나 포함되어 있는지를 나타낸다. 비옥도가 높은 토양일수록 작물 생장에 유리하다. 하지만 무기 양분은 빗물에 쉽게 유실될 수 있으므로, 유기물 공급을 통해 토양의 단립 구조를 발달시켜 보수력을 높이는 것이 중요하다.

1843년 세계 최초의 인조 비료인 과인산석회가 생산되기 시작했고, 1900년대 초 아크 방전을 이용한 질산 제조법, 석회질소 제조, 하버-보슈법을 통한 암모니아 대량 합성이 성공하면서 화학 비료 사용이 대중화되었다.[9] 현재는 연간 3,000만 t에 이르는 합성 질소 비료가 공급되고 있다.[16]

비료의 3요소는 각각 다음과 같은 특징과 역할을 가진다.

  • 질소(N): 잎의 생장에 중요하며, 황산암모늄, 요소, 석회질소 등이 대표적인 질소 비료이다.
  • 인(P): 열매 생장에 도움을 주며, 과인산석회, 용융인산비료 등이 사용된다.
  • 칼륨(K): 뿌리 발달에 중요하며, 염화칼륨, 황산칼륨 등이 사용된다.


이 외에도 칼슘, 마그네슘, 황 등은 '이차 요소' 또는 '중량 요소'라고 불리며, 식물 생장에 필요한 미량 원소들도 존재한다.

2. 1. 질소 비료

질소는 잎의 생장에 중요한 역할을 하는 영양소로, 황산암모늄, 요소, 석회질소 등이 대표적인 질소 비료이다. 이 중 요소는 토양 속에서 탄산암모늄으로 변환되어 작물에 흡수된다.[144] 한국에서는 요소 비료가 널리 사용된다.

질소 비료는 효과가 빨리 나타나는 속효성이지만, 질소를 서서히 방출하는 완효성 질소 비료도 개발되었다. IB(아이비)라고 불리는 이소브티리덴오 요소는 토양 속에서 서서히 가수 분해되어 요소를 방출하며, 비료 알갱이의 크기나 굳기로 분해 속도를 조절할 수 있다. 우레아포름·CDU·구아닐요소 등은 미생물의 작용에 의해 분해되는데, 미생물 활동이 어려운 저온에서는 분해 속도가 느리고 온도가 높아지면 빨라진다. IB와 구아닐요소는 주로 논작물에, 우레아포름과 CDU는 밭작물에 사용된다.

질산화 억제제(질소 안정제)나 요소분해효소 억제제를 사용하여 질소계 비료의 효율을 높이기도 한다. 질산화 억제제는 암모니아가 질산염으로 전환되는 것을 억제하여 질소 유출을 막고, 요소분해효소 억제제는 요소가 암모니아로 가수분해되는 것을 늦춰 암모니아 휘산을 줄인다.

하지만 질소 비료를 과도하게 사용하면 질소 유출로 인한 환경 오염을 유발할 수 있으므로 주의해야 한다.

2. 2. 인산 비료

인산 비료는 열매 생장에 도움을 주는 것으로, "결비"라고도 불린다.[144] 주로 과인산석회(인산이수소칼슘과 황산칼슘의 혼합물 Ca(H₂PO₄)₂)와 용융인산비료(용린) 등이 사용된다. 과인산석회는 주성분이 인산일석회[Ca(H2PO4)2]이며 수용성이므로 비료의 효과가 빨리 나타난다. 용성 인비의 인은 규산·마그네슘·칼슘 등과 함께 유리 모양으로 용융되어 있어 물에 잘 녹지 않지만, 토양 속에서는 서서히 용해되어 식물체에 흡수된다.[145][146]

인산이 부족하면 작물의 생장이 불량해지고, 잎과 꽃이 늦게 나오며, 열매 맺는 것이 매우 나빠져 품질과 수량이 크게 떨어진다.

인산의 원료인 인광석은 전 세계에 약 300억 톤이 매장되어 있다고 알려져 있으나, 대한민국은 전량을 수입에 의존하고 있다. 인광석 고갈이 우려되는 상황에서, 국제비료공업회(International Fertilizer Industry Association)에 따르면 인산 비료는 밀(18%), 채소·과일(16%), 쌀, 옥수수(각각 13%) 등에 주로 사용된다.[147] 특히 아시아, 오세아니아 지역에서는 토양에 인이 고정되는 문제로 인해 인산 비료의 이용 효율이 좋지 않다.[148] 따라서 인산 비료의 효율적인 사용이 중요하다.

2. 3. 칼륨 비료

칼륨 비료는 뿌리 발달에 중요한 역할을 하며, 대한민국에서는 칼륨 자원이 부족하여 전량 수입에 의존한다.[21] 주로 염화칼륨(KCl)과 황산칼륨(K₂SO₄)이 사용되며, 칼륨염도 사용된다. 칼륨 비료는 모두 수용성이므로 효과가 빠르게 나타난다.[21]

농업에서는 칼륨을 '가리'로 줄여 사용하며, 주로 뿌리 발육과 세포 내 삼투압 조절에 관여하여 '''밑거름'''이라고 불린다.[144] 물에 잘 녹아 유실되기 쉬우므로 웃거름으로 나누어 주는 것이 좋다. 칼륨은 세포 내에서 이온 형태로 존재하며, 세포가 죽으면 밖으로 유출되기 쉽다. 식물체 내 이동도 용이하다. 칼륨이 부족하면 뿌리 신장이 불량해지고, 잎과 줄기가 연약해져 쓰러지기 쉬우며, 가장자리부터 황화되거나 수분 부족으로 시든다. 과일은 수량과 품질이 저하되고, 특히 전분과 단맛이 줄어든다.

칼리질 비료는 단비로 분류되며,[155] “뿌리거름”이라고도 한다. 주요 칼리질 비료는 다음과 같다.

  • '''염화가리'''(염가): 염화칼륨(KCl). 단순히 가리라고 하면 염화칼륨인 경우가 많다.
  • '''황산가리'''(황가): 황산칼륨(K₂SO₄)
  • '''탄산가리''': 탄산칼륨(K₂CO₃)
  • '''규산가리''': 규산칼륨(K₂SiO₃)
  • '''질산가리''': 질산칼륨(KNO₃). 질소 비료이기도 하다.
  • '''인산가리''': 인산이수소칼륨(KH₂PO₄). 인산 비료이기도 하다.

2. 4. 기타 비료

석회질 비료, 마그네슘 비료, 규산질 비료, 미량 요소 비료 등 여러 가지가 있다. 미량 요소 비료는 함유되어 있는 성분에 따라 망간질 비료, 붕소질 비료 등으로 불린다. 한편, 질산화 작용을 억제하는 성분이 들어 있는 비료는 토양 속에서 암모니아가 질산으로 변하는 작용(질산화 작용)을 억제한다. 그러므로 비료 속의 질소는 토양 입자에 흡수되기 어려운 질산 이온이 되므로 빗물이나 관개 용수에 잘 씻겨 내려가지 않게 된다.[21]

3. 비료의 종류

비료는 크게 자급 비료, 유기질 비료, 화학 비료로 나눌 수 있다.


  • 자급 비료: 농가에서 자체 생산하는 천연 비료를 말한다. 퇴비, 구비, 인분뇨, 나뭇재 등이 이에 속한다. 위생 문제와 가축 감소, 농촌 노동력 부족 등으로 사용이 줄고 있지만, 퇴비와 구비는 토양 비옥도를 유지하고 향상시키는 데 중요한 역할을 한다.[142]

  • 유기질 비료: 깻묵, 어분, 골분 등이 유기질 비료에 해당한다. 사용하기 쉽고 안전하지만, 화학 비료의 발달로 소비량이 감소하여 현재는 전체 판매 비료량의 10%에 불과하다.

  • 화학 비료: 질소, 인, 칼륨 등 특정 성분을 인공적으로 합성한 비료이다.
  • 질소 비료: 식물의 잎과 줄기 성장에 도움을 준다. 암모니아, 질산암모늄, 요소 등이 있다.
  • 인산 비료: 열매 생장에 도움을 준다. 과인산석회, 용성인비 등이 있으며, 주성분은 인산일석회(Ca(H2PO4)2)이다.
  • 칼륨 비료: 생장 및 뿌리 발달에 도움을 준다. 염화칼륨(KCl), 황산칼륨(K2SO4) 등이 있으며, 모두 수용성이라 효과가 빠르게 나타난다.

  • 기타 비료:
  • 단비: 비료의 3요소 (질소, 인, 칼륨) 중 한 가지 성분만 포함하는 비료이다.
  • 무기질 비료: 무기 화합물로 이루어진 비료로, 대부분 물에 잘 녹아 효과가 빠르지만 유실되기 쉽다. 장기간 사용 시 토양 장애를 유발할 수 있다.
  • 유기질 비료: 겨, 초목재, 어분, 똥 등 유기물로 만들어진 비료이다. 발효를 통해 분해되어 무기물이 된 후 식물에 흡수된다.
  • 형태에 따른 분류: 입상 비료, 고형 비료, 분상 비료, 액상 비료, 펠릿상 비료 등으로 나뉜다.[155]


3. 1. 복합 비료

복합 비료는 비료의 3요소 (질소, 인, 칼륨) 가운데 2종 이상을 포함하는 비료이다. 복합 비료에는 배합 비료와 화성 비료가 있다.[144]

  • 화성 비료: 여러 종류의 단비(홑성분 비료)에 화학적 조작을 가하여 비료의 3요소 중 2종류 이상을 15% 이상의 양으로 포함하도록 한 비료이다.[159]
  • 고도화성: 화성 비료 중 비료 3요소의 합계가 30% 이상인 것.[159]
  • 보통화성: 고도화성을 제외한 화성 비료.[159] 예를 들어 "8-8-8"이라는 표기는 질소, 인산, 칼리가 각각 8%씩 포함된 보통화성 비료임을 의미한다.
  • 배합 비료: 2~3종류의 비료를 일정한 비율로 기계적으로 배합한 비료이다.[144]


복합 비료는 3요소가 함께 포함되어 있고 취급이 편리하여 농업 기계화가 진전되면서 사용량이 증가하는 추세이다. 현재 사용되는 비료의 70% 이상이 복합 비료이다.

4. 화학 비료 개발의 역사

19세기 초, 독일의 화학자 유스투스 폰 리비히는 '식물의 무기 영양론'을 발표하며 식물 성장에 필요한 주요 성분이 질소, 인, 칼륨임을 밝혔다.[174][175] 그전에는 알렉산더 폰 훔볼트가 남아메리카의 구아노를 비료로 사용하면 농작물 생산량을 늘릴 수 있다고 주장했으나, 과학적 증거가 부족하여 주목받지 못했다.[171][173] 리비히의 연구 이후 유럽에서는 구아노와 초석을 수입하여 비료로 사용하기 시작했고, 이는 페루와 칠레 경제에 큰 영향을 미쳤다. 그러나 구아노와 초석을 둘러싼 전쟁이 발발하기도 했다.[179][180]

19세기 말, 인구가 급증했지만 농업 생산성은 정체되어 토머스 로버트 맬서스의 경고처럼 식량 부족 문제가 심각해졌다.[182] 과학자들은 공기 중 질소를 활용하려 노력했지만, 질소 기체의 안정적인 삼중 결합 때문에 어려움을 겪었다.[183]

이러한 상황에서 독일의 프리츠 하버는 암모니아를 합성하는 하버법을 발명하였다.[186][187] 카를 보슈에 의해 대량 생산 기술(하버-보슈법)로 발전되어, 1913년부터 연간 20만 톤의 화학 비료를 생산할 수 있게 되었다.[188][189][187][184]

하버-보슈법은 식량 생산량을 크게 늘려 인류의 기아 문제 해결에 크게 기여했지만, 동시에 환경 오염 문제도 야기했다.

4. 1. 한국 농업과 비료

대한민국에서는 전통적으로 퇴비나 구비와 같은 유기질 비료를 사용하여 농사를 지었다. 그러나 일제강점기에는 일본의 식량 수탈 정책으로 인해 화학 비료의 사용이 강요되기도 하였다.

해방 이후, 정부는 식량 증산을 위해 화학 비료 사용을 적극적으로 장려했다. 그 결과 화학 비료 사용량이 급증하였다.

최근에는 환경 문제와 지속 가능한 농업에 대한 관심이 높아지면서 유기농업과 친환경 비료 사용이 장려되고 있다. 특히 더불어민주당 정부는 친환경 농업 육성을 위한 다양한 정책을 추진하고 있다.

5. 비료 사용과 환경 문제

과도한 비료 사용은 여러 환경 문제를 일으킨다. 특히 질소 비료는 토양과 물을 오염시키고, 온실가스 배출을 늘려 기후 변화를 가속화한다. 인산 비료 생산 과정에서 생기는 인산석고는 방사성 폐기물로 처리되어 환경 문제를 일으킨다.[61]


  • '''토양 오염''': 질소 함유 비료는 토양 산성화를 일으킬 수 있다.[82][83] 이는 영양소 이용성을 감소시킬 수 있으며, 석회 시용으로 상쇄할 수 있다. 과도한 비료 사용은 식물 뿌리와 균근 균류의 공생 관계를 파괴할 수도 있다.[118]
  • '''수질 오염''': 인과 질소 비료는 빗물이나 지하수를 통해 토양, 지표수, 지하수로 유입될 수 있다.[46][62][63][64] 농업 유출수는 담수 부영양화의 주요 원인 중 하나이다. 미국의 경우, 호수 절반 정도가 부영양 호수인데, 부영양화의 주된 원인은 인산염이다.[94] 인산염 농도가 높아지면 남세균과 조류의 성장을 촉진하고, 이들이 죽으면 산소를 소모한다.[94] 조류 대발생은 식품 사슬에 축적되어 인간에게 해로운 독소를 생성할 수도 있다.[65][66] 질소가 풍부한 화합물은 해안, 호수, 강 등 해양 지역의 산소 부족을 일으키는 주요 원인이다. 용존 산소 부족은 해양 동물상 유지 능력을 크게 감소시킨다.[67] 해안선 근처 죽음의 지대가 늘어나고 있다.[68] 질소 함유 비료를 과도하게 사용하면 흡수되지 않은 질소는 쉽게 질산염으로 변환된다.[78] 지하수에서 질산염 수준이 10mg/L(10ppm)을 넘으면 '청색증 증후군'(획득성 메트헤모글로빈혈증)을 유발할 수 있다.[79]
  • '''대기 오염''': 질소 비료 제조 및 사용 과정에서 이산화탄소, 메탄, 아산화질소와 같은 온실가스가 발생하며, 이는 인위적 온실가스 배출량의 약 5%를 차지한다. 이 중 3분의 1은 생산 과정에서, 3분의 2는 비료 사용 과정에서 발생한다.[124] 질소 비료는 토양 박테리아에 의해 온실가스인 아산화질소로 전환될 수 있다.[125] 아산화질소(N2O)는 이산화탄소와 메탄에 이어 세 번째로 중요한 온실가스이며, 이산화탄소보다 296배 더 큰 지구 온난화 지수를 가진다.[130] 또한 성층권 오존층 파괴에도 기여한다.[130] 농경지, 특히 벼 논에서 발생하는 메탄 배출량은 암모늄 기반 비료 사용으로 증가한다.

5. 1. 지속 가능한 비료 사용

비가 내리는 동안 토양과 비료의 유출


환경 문제와 식량 안보 문제를 해결하기 위해 지속 가능한 개발 목표 2는 기후 친화적이고 지속 가능한 식량 생산 시스템을 만드는 데 중점을 두고 있다.[60] 이러한 문제를 해결하기 위한 정책 및 규제는 농업 관행을 지속 가능한 또는 재생 농업 관행으로 전환하는 데 중점을 두고 있으며, 이러한 관행은 합성 비료 사용을 줄이고, 무경운 농업과 같은 더 나은 토양 관리를 하며, 더 많은 유기 비료를 사용한다.

유럽에서는 유럽 연합의 질산염 지침(Nitrates Directive)에 따라 유출수 내 고농도 질산염 문제를 해결하고 있다.[134] 영국에서는 농부들이 '유역 민감 농업'(catchment-sensitive farming)을 통해 토지를 보다 지속 가능하게 관리하도록 장려하고 있다.[135] 미국에서는 유출수와 배수구의 고농도 질산염과 인이 광범위한 발생원으로 인해 비점오염원으로 분류되며, 주 단위로 규제된다.[136] 오리건주(Oregon)와 워싱턴주(Washington)는 비료의 화학 분석 목록을 온라인 데이터베이스로 제공하는 비료 등록 프로그램을 운영하고 있다.[137][138]

화학 비료의 사용을 줄이고 유기질 비료의 사용을 늘려야 하며, 토양 검사를 통해 필요한 양만큼의 비료를 사용하는 정밀 농업 기술 도입이 필요하다.

  • '''완효성 비료''': 토양에서 서서히 분해되는 비료로 주로 기비(基肥)로 사용된다.[144] 무기 비료의 지속성이 부족한 단점을 극복하기 위해 개발된 것으로, 화성비료 등이 서서히 녹아 나오도록 고형화한 것이다.[144] 수지, 황으로 코팅되어 있으며, 코팅의 두께에 따라 유효 기간(1개월~1년 정도까지 다양)이 조절된다. 질소에 한정하면 질산화 억제제 등을 요소와 혼합하여 완효성으로 만든 것도 있다. 추비(追肥)가 어려운 도로 사면, 치산, 사방 현장의 녹화 자재로 개발되었지만, 편리성으로 인해 원예 자재로도 널리 보급되고 있다.
  • '''속효성 비료''': 지속적인 효과는 없지만 시용하면 효과가 단기간에 나타나는 비료.[144]
  • '''엽면살포 비료''': 잎에 살포하여 흡수시키는 액체 비료로 속효성 비료보다 빠른 효과를 얻을 수 있는 비료.[144]


질산화 작용을 억제하는 성분이 들어 있는 비료는 토양 속에서 암모니아가 질산으로 변하는 작용을 억제한다. 그러므로 비료 속의 질소는 토양 입자에 흡수되기 어려운 질산 이온이 되므로 빗물이나 관개 용수에 잘 씻겨 내려가지 않게 된다.

6. 주요 비료 제조사 (대한민국)

남해화학, 팜한농, KG케미칼, 카프로, 풍농 등은 대한민국의 주요 비료 제조사이다.

참조

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