<h1>서 론</h1><p>질소는 작물에 필수적인 영양소로 작물의 수확량을 높이기 위해 많은 양의 질소비료가 사용되고 있다. 질소 결핍은 불충분한 동화작용으로 인해 식물의 성장을 저해시키지만, 과도한 질소는 식물의 질병에 대한 내성을 감소시킨다. 과도한 양의 질소 비료는 환경을 오염시키는데 토양에 많은 양의 질소가 유입되면, 암모니아 \( \left(\mathrm{NH}_{3}\right) \) 로 휘산되며 질산이온 \( \left(\mathrm{NO}_{3}^{-}\right) \)은 수계를 오염시키고 온실가스인 아산화질소 \( \left(\mathrm{N}_{2} \mathrm{O}\right) \) 를 방출하여 지구 온도상승 등과 같은 환경오염의 원인이 된다. 따라서, 영양소 손실을 최소화하면서 환경친화적인 질소 비료의 사용과 개발이 요구되고 있다.</p><p>요소는 대표적인 질소 비료로, 효율적이고 경제적인 질소의 공급원으로 사용되고 있다. 요소를 토양에 첨가하면, 토양에 존재하는 urease에 의해 빠르게 가수분해 되어 암모늄 \( \left(\mathrm{NH}_{4}^{+}\right) \)이온을 방출한다. 그러나 빠른 가수분해는 식물이 질소를 흡수하기 전 질소 비료의 손실을 유발할 수 있다. 따라서 식물이 필요로 하는 시기에 요소가 가수분해되어 식물에 공급되도록 암모늄 이온의 방출을 제어할 필요가 있다.</p><p>요소로부터 암모늄 이온의 방출을 제어해 질소의 용탈과 휘산을 막는 다양한 방법들이 개발되었는데 크게 두 가지로 나눌 수 있다. 첫 번째 방법은 요소를 화학적으로 코팅하는 것으로식물이 순차적으로 요구하는 영양소를 천천히 제공함으로써 비료의 이용 효율을 높일 수 있는 효과적인 기법 중 하나이다. Polymer로 코팅된 요소는 기후 조건에 관계없이 식물 성장기 후반에 토양 질소를 공급하기 때문에 경제적으로 이익이 된다. 그러나 코팅된 요소를 제조하는데 생산 공정이 복잡하다는 단점을 가지고 있다. 또한 친환경적인 코팅 재료 이외에 석유기반으로 된 합성 코팅 재료는 잔류 껍질이 분해되지 않아 잠재적으로 토양에 해로울 수 있다.</p><p>두 번째 방법은 urease를 억제해 요소로부터 암모늄 이온의 방출을 조절하여 암모니아로의 휘산과 질산염 용탈을 감소시키는 것이다. Urease 저해제로 가장 많이 이용되고 있는 화합물은 \( N \)-(n-butyl) thiophosphoric triamide (NBPT)가 있으며 이외에도 phenylphosphorodiamidate (PPD)가 있다. 그러나 NBPT와 PPD를 처리한 토양에서 자란 식물은 잎 끝 괴사가 일어나는 것으로 알려져 있는데 이는 urease의 저해로 식물에 유독할 만큼의 요소가 축적되기 때문이다. 따라서 식물의 생육에 영향을 미치지 않으면서 효율적으로 urease를 저해하는 물질이 요구된다.</p><p>목초액(Pyroligenous acid, PA)은 목재뿐만 아니라 식물성 바이오매스의 열분해로 인해 발생하는 증기를 응축하여 얻은 수용성 분획이다. 목초액은 황갈색을 띄는 산성의 액체로, hydroxyketones, pyrans, furans, phenols 등을 가진 복잡한 화합물이다. 목초액은 농약, 항균제, 식물성장 자극제 등의 역할을 통해 농작물의 생산성을 향상시킨다. 목초액은 개화 등 식물의 전체적인 성장 단계에서 영향을 미치며, 세포 성장을 자극하여 효소를 활성화시키는 촉매역할과 여러 미생물들의 성장을 자극하여 작물의 생산량을 증가시킬 수 있다. 목초액은 쌀, 수수, 고구마 생산을 증가시켰으며, 브라질에서는 질병과 해충방제에 활용되고 있다</p><p>목초액을 요소와 함께 토양에 처리하였을 때 urease 억제제로 작용하여 암모늄 이온의 방출이 조절되는 것을 확인하였다. 목초액은 작물의 세포 성장을 조절해 전체적인 생육 단계에 도움이 된다고 알려져 있으며 배추 재배에서 질소 비료의 사용량을 감소시켰다. 그러나 실제 농경지 토양에서 식물의 생육량을 유지하면서 질소비료의 사용량을 절감시킬 수 있는지 검증되지 않았다. 기존 연구에서 pot 실험시 목초액이 urease를 저해하여 배추 생육시 질소 이용 효율을 증가시키는 것으로 나타났다. 따라서, 본 연구에서는 목초액의 분획으로 얻은 유용성분이 urease 저해제로 작용하여 요소에서 질소를 완효적으로 공급할 수 있는지를 온실과 노지에서의 식물 생육 실험을 통해 평가하였다.</p>
작물에 필수적인 영양소로 작물의 수확량을 높이기 위해 사용되는 물질은?
질소