“비료 포대를 열어두면 질소가 날아가는거 아닌가" 하는 생각을 해본적 있나요?

또는 “요소비료를 물에 녹이면 질소가 더 빨리 날아가는거 아닌가" 하는 생각을 해본 적 있나요?

이런 궁금증은 과자 봉지에 들어있는 질소와 혼동하기 쉽지만 사실은 두 경우는 전혀 다른 원리로 작동합니다. 이것은 요소비료를 비 오기 전후에 뿌려야되는 이유와 서로 관련이 있습니다.

요소비료의 질소가 언제 날아가는지 정리해 드리겠습니다.

• 질소 기체 (N₂)는 화학적으로 매우 안정한 분자로 산소와 달리 쉽게 반응하지 않는 성질을 가집니다. 그래서 과자 봉지에는 산패 방지를 위해 질소 기체를 넣습니다.

• 과자봉지를 뜯으면 그 안에 있던 질소 (N₂)는 바로 공기 중으로 날아갑니다. 이건 그 자체가 기체이기 때문입니다.

• 요소비료의 분자식은 CO(NH₂)₂로 고체 입자입니다. 질소 원소 N이 다른 원소와 화학적으로 결합돼 고체 상태로 존재하기 때문에 화학적으로 분해될 때까지는 날아가지 않습니다. 즉 비료 포대를 열어놔도 날아가지 않습니다. (다만 흡습성이 강해 한 덩어리로 쉽게 뭉치기는 합니다)

• 요소가 공기 중이나 물에 녹인 상태에서 날아가려면 우레아제(urease)라는 요소분해 효소와 수분이 동시에 존재해서 다음의 반응이 일어나야 합니다.

CO(NH₂)₂ + H₂O → 2NH₃ + CO₂

• 위의 반응은 요소분해 효소가 있을 때만 일어날 수 있습니다. 요소비료 포대 속에도 요소를 녹이는 물에도 요소분해 효소가 없어서 암모니아 기체 (NH₃)가 생성되지 않아 질소가 날아가는 일은 없습니다.

• 요소분해 효소 우레아제 (urease)는 토양 미생물이 만들어냅니다. 요소비료를 흙에 뿌려주면 토양미생물에 의해 위의 요소분해 반응이 진행되면서 암모니아 기체 (NH₃)가 생깁니다.

• 토양에 수분이 넉넉하지 않은 상태에서 이런 반응이 일어나면 암모니아 기체 (NH₃)가 만들어지자마자 공기 중으로 휘발되어 날아갑니다. 이게 바로 요소비료에 의한 가스피해입니다. 가스피해가 일어났다는 것은 흙 속에 수분이 부족해 요소비료가 비료 역할을 못하고 사라지고 있다는 뜻입니다.

• 수분이 넉넉할 때는 암모니아 기체 (NH₃)가 생성되자마자 물 (H₂O)과 반응해 암모늄이온 (NH₄⁺)이 됩니다.

NH₃ + H₂O → NH₄⁺ + OH⁻

• 암모니아 기체 (NH₃)는 공기 중으로 쉽게 날아가지만 물과 반응해 만들어진 암모늄이온 (NH₄⁺)은 날아가지 않고 식물의 뿌리를 통해 흡수되어 질소 비료 역할을 하게 됩니다.

• 과자봉지에 있는 질소는 N₂ 기체로 봉지를 뜯자마자 금방 날아갑니다.

• 요소비료 CO(NH₂)₂는 질소비료이지만 비료포대 속에는 요소분해 효소가 없기 때문에 날아가지 않습니다. 요소분해 효소는 토양미생물이 계속 만들어냅니다.

• 요소비료를 요소분해 효소가 분해하여 암모니아 (NH₃)가 생성됐는데 토양에 수분이 넉넉하지 않으면 암모니아가 공기 중으로 날아가면서 가스피해만 유발합니다.

• 요소비료를 뿌릴 때는 반드시 토양에 수분이 넉넉해야 합니다. 암모니아 (NH₃)가 물에 녹으면 암모늄이온(NH₄⁺)으로 바뀌면서 휘발성을 잃어버리고 식물의 뿌리를 통해 흡수됩니다.