Introduction
Materials and Methods
대상토양
조사시기 및 시료채취
조사항목 및 방법
Results and Discussion
조사지점 토양 조사 ‧ 분류 특성
지형별 토양 물리 특성
연도별 토양물리 특성
Conclusions
Introduction
농업환경자원 보전 및 농산물의 안정적 생산을 위해 농업환경에 대한 과학적 조사와 평가는 매우 중요하다. 특히 토양물리성은 화학성과 같이 토양의 질을 평가하는 요소 중 하나로 토양내 수분 보유력, 양분 완충력, 배수 등과 관련되어 있으며, 작물의 뿌리 생장과 토양 미생물에도 영향을 미칠 뿐 아니라 토양 탄소 저장능에도 중요한 요소이다 (Schoenholtz et al., 2000; Oliver et al., 2013; De Paul Obade and Lal, 2016; Amorim et al., 2020; Park and Choi, 2022; Joshi and Garkoti, 2023).
전라남도의 농경지는 277,095 ha 로 전국 농경지의 18%를 차지하고 있으며, 논 면적은 165,770 ha로 전국 논면적의 21%를 차지하고 있을 정도로 전남에서 벼 재배는 매우 중요하다. 그동안 전국단위의 토양분류 및 특성조사는 있었지만 전남지역의 논 토양의 분포 및 지형, 물리적 특성에 대한 연구는 미흡한 실정이다 (Cho et al., 2012; Kim et al., 2021).
따라서 본 연구는 전남지역 논 토양의 지형적 특성과 물리적 특성을 조사하여 지속가능한 농경지 토양을 효율적으로 유지하고 관리하기 위한 기초자료로 활용하고자, 논 토양 40지점을 2015년에서 2023년 동안 4년 1주기로 조사하여 변화양상 및 특성을 분석하였다.
Materials and Methods
대상토양
전남지역 논토양의 물리적 특성 조사하기 위해 지형과 토양통 등을 고려하여 40지점을 선정하였다. 지역별로 강진 2, 고흥 3, 곡성 2, 광양 1, 구례 2, 나주 3, 담양 2, 무안 3, 보성 2, 순천 2, 여수 1, 영광 3, 영암 2, 장성 3, 장흥 2, 함평 1, 해남 3, 화순 3점 등이었다. 2015년과 비교하여 2019년에 조사지점 변경은 모두 9지점으로 해성평탄지에서 하성평탄지로 변경된 지점 1곳을 제외하고 8지점은 모두 근처 같은 지형으로 변경되었으며, 2023년에도 2019년과 비교하여 변경지점은 1곳으로 같은 지형으로 변경되었다. 그러므로 2015년, 2019년, 2023년 조사지점의 지형적인 연속성이 있다고 판단하였다. 토양지도를 활용한 조사지점의 분류 특성은 2023년 지점으로 조사하였다.
조사시기 및 시료채취
논 토양 물리성은 벼 수확 후 10월 말에서 12월, 또는 다음해 물대기와 써레질 전 2 - 3월에 기계적 다짐이 되어 있는 곳과 마르지 않은 토양은 피하여 시료를 채취하였다. 위치는 작물과 작물사이의 토양을 기준으로 하여 지표면에서 1 - 2 cm의 토양을 걷어내고 시료를 채취 조사하였다.
조사항목 및 방법
물리적 특성을 조사하기 위해 조사항목으로는 작토층 (plowing depth, PD), 경도 (hardness), 전용적밀도 (bulk density, BD), 삼상[고상 (solid phase), 액상 (liquid phase), 기상 (gaseous phase)], 유기물함량 (organic matter, OM), 토성 (soil texture) 등이다. 지표면에서 작토 깊이까지를 표토 (topsoil, TS), 그 이하를 심토 (sub-surface soil, SS)로 구분하였으며, 작토 깊이는 손잡이 15 cm, 길이 60 cm, 굵기 1.2 cm, 원추 길이 2 cm의 탐침봉을 이용하여 지면에 한 손으로 지그시 눌렀을 때 침이 들어가다가 힘이 더 필요한 지점이 있는데 이 깊이까지를 나타낸다. 경도는 경도계 (DIK-5553, Daiki, Japan)를 이용해 10반복하여 측정했으며, 전용적밀도와 삼상은 100 cm3 코어를 3반복으로 시료를 채취하였다. 전용적밀도는 토양고상의 질량 (Mg)이 일정 토양부피 (m3)에서 차지하는 비율로, 105 °C 건조기에서 18시간 이상 건조하여 토양수분을 제거하여 측정하였다. 유기물 함량은 Tyurin법으로 균질화된 토양을 강산성 조건에서 산화제인 K2Cr2O7과 200 °C 온도로 산화시킨 후 Fe(NH4)2(SO4)2로 산화환원의 적정법으로 토양 유기탄소 함량을 분석하여 공통계수인 1.724를 곱하여 유기물 함량을 계산하였다. 토성은 비중계 (ASTM-152H, DK, Korea)를 일정한 시간별로 토양 혼탄액에 삽입하여 비중이나 용적 당 무게 (g) 감소를 측정하여 점토의 함량을 구하였으며, 모래함량 (2.0 - 0.05 mm)은 체 (53 µm)를 이용하여 측정하였다. 분석방법은 농촌진흥청 국립농업과학원에서 발간한 농경지 토양물리성 조사방법 및 분석법 (NAS, 2022)에 준하여 실시하였다. 조사지점의 주소와 GPS 정보를 활용하여 흙토람 (https://soil.rda.go.kr)의 토양지도에서 토양통, 토성(속), 지형, 경사, 급지 등의 정보를 수집하였다.
Results and Discussion
조사지점 토양 조사 ‧ 분류 특성
전남의 논 토양의 물리적 특성 모니터링 대상토양은 모두 40개의 토양으로 22종의 토양통이었으며, 주로 석천이 12.5%로 가장 많았으며, 지산, 평택, 함평은 7.5%, 가곡, 가천, 고천, 덕평, 만경, 사촌, 옥천, 호남이 5%, 강진, 도독, 매곡, 복천, 수북, 신흥, 용지, 임곡, 초계, 포리는 2.5%의 분포비율을 나타내고 있었다.
심토의 토성(속) (family particle-size class)은 고운 양질 (식양질, fine loamy) 32.5%, 굵은 양질 (사양질, coarse loamy) 30.0%, 식질 (clayey) 17.5%, 고운 식질 (실트식양질, fine silty) 17.5%, 굵은 실트질 (실트사양질, coarse silty) 2.5% 로 나타났다. 이는 식양질, 사양질, 식질, 실트식양질, 사질, 실트사양질 순서로 많이 분포한다는 우리나라 토양통 분류 특성 (Sonn, 2005)과도 비슷하게 고운 양질과 굵은 양질이 62.5%로 주로 분포하는 특성을 보였다.
조사지점의 지형은 곡간지/선상지 (valley/alluvial fan) 45.0%, 하성평탄지 (river alluvium) 42.5%, 해성평탄지 (fluvio-marine deposit) 5.0%, 홍적대지 (diluvial deposit) 5.0%, 산록경사지 (mountain foot) 2.5% 로 곡간지/선상지와 하성평탄지가 주로 분포하는 특성을 보였다. 이것은 토양통 분류 특성 (Sonn, 2005)과는 다른 순서를 보이고 있으나 곡간지/선상지의 분포가 가장 많은 것은 동일한 경향이었다.
조사지점의 경사는 A (0 - 2%)등급이 21개 지점으로 52.5%이었으며 B (2 - 7%)등급은 19개 지점으로 47.5%로 전남 논토양 조사지점의 경사는 B등급 이하로 분포하고 있었다. 지점의 논적성등급은 1급지 27.5%, 2급지 37.5%, 3급지 32.5%, 4급지 2.5% 로 2급지 토양이 가장 많았다.
지형별 토양 물리 특성
전남 논 토양의 지형별 특성을 2015년, 2019년, 2023년 각각 40지점을 지형별로 분류하여 전체 평균값으로 분석하였다. 전남의 주요한 지형의 물리적 특성에서 작토층은 산록경사지가 17.3 cm로 가장 높았으며 하성평탄지의 작토층이 16.6 cm로 가장 낮았다. 표토의 전용적밀도는 산록경사지에서 1.24 Mg m-3로 가장 높았으며, 해성평탄지에서 1.11 Mg m-3로 가장 낮았다. 심토의 전용적밀도는 하성평탄지에서 1.50 Mg m-3로 가장 높고 홍적대지에서 1.40 Mg m-3로 가장 낮았다. 지형별 심토의 전용적밀도는 논 토양 심토의 사양질 토양이 1.5 Mg m-3, 식양질 토양은 1.4 Mg m-3보다 작아야 하는 ‘농업자원과 농업환경의 실태조사 및 평가기준’ 고시에서 제시한 적정기준을 넘기고 있는 것으로 나타났다.
일반적으로 해안사구에 많이 분포하는 하성평탄지에서 표토와 심토 모두 모래함량은 높고 점토함량은 낮은 값을 보였다. 심토의 경도는 하성평탄지에서 21.0 mm로 높았으며 곡간지/선상지에서 19.5 mm으로 가장 낮았다. 유기물 함량은 해성평탄지에서 표토 33.3 g kg-1, 심토 23.2 g kg-1로 모두 가장 큰 값을 보였으며, 홍적대지의 표토 28.8 g kg-1와 하성평탄지의 심토에서 17.5 g kg-1로 각각 가장 낮은 값을 나타냈다 (Table 1). 전남의 논 토양의 지형을 분류한 결과 곡간지/선상지와 하성평탄지가 가장 많이 분포하였으며 지형에 따른 토양의 물리적 특성은 양분관리와 물리적 개선에 활용 가능할 것이다.
Table 1.
Soil physical properties of paddy soils by topography.
| Topography |
Soil layer |
PD1 (cm) |
BD2 (Mg m-3) |
Porosity (%) |
Sand (%) |
Silt (%) |
Clay (%) |
Hardness (mm) |
OM3 (g kg-1) |
| Mountain foot | TS4 |
17.3 (1.3) | 1.24 (0.08) | 53.3 (3.0) | 37.2 (25.0) | 41.5 (11.0) | 21.3 (14.0) | 28.9 (5.3) | |
| SS5 | 1.47 (0.05) | 44.8 (1.7) | 18.7 (4.1) | 50.2 (5.7) | 31.1 (8.0) | 20.4 (0.7) | 17.6 (7.8) | ||
|
Valley/ Alluvial fan | TS |
17.2 (2.1) | 1.17 (0.02) | 55.7 (0.8) | 36.4 (2.6) | 43.1 (3.2) | 20.5 (3.7) | 29.3 (1.9) | |
| SS | 1.45 (0.10) | 45.2 (3.7) | 38.8 (3.2) | 40.5 (5.9) | 20.7 (3.6) | 19.5 (3.5) | 19.4 (4.8) | ||
| River alluvium | TS |
16.6 (1.8) | 1.16 (0.00) | 56.3 (0.1) | 40.3 (2.1) | 41.9 (3.2) | 17.8 (1.2) | 28.9 (3.2) | |
| SS | 1.50 (0.05) | 43.5 (2.0) | 39.7 (0.4) | 41.6 (3.7) | 18.8 (3.5) | 21.0 (2.5) | 17.5 (2.0) | ||
|
Fluvio-marine deposit | TS |
17.2 (2.1) | 1.11 (0.11) | 58.3 (3.9) | 21.2 (4.6) | 54.6 (5.6) | 24.2 (1.2) | 33.3 (3.0) | |
| SS | 1.47 (0.13) | 44.4 (4.8) | 17.5 (9.8) | 56.6 (2.7) | 25.9 (7.6) | 20.2 (1.5) | 23.2 (11.6) | ||
| Diluvial deposit | TS |
16.9 (3.0) | 1.15 (0.07) | 56.7 (2.6) | 32.5 (3.0) | 44.5 (5.1) | 23.0 (2.1) | 28.8 (4.0) | |
| SS | 1.40 (0.14) | 47.1 (5.2) | 37.0 (3.0) | 41.0 (4.4) | 22.0 (7.3) | 20.3 (2.9) | 20.2 (10.6) |
연도별 토양물리 특성
논의 작토층 평균은 2015년에 16.3 cm, 2019년에 15.3 cm, 2023년 19.2 cm로 2015년에 감소하였다가 점차 증가하는 경향을 나타내고 있으나 작토층 기준이 20 cm에는 미달하고 있어 이에 대한 개선방안을 마련하는 것이 필요하다. 심토의 경도는 2015년 23.3 mm, 2019년 17.9 mm으로 감소했다가 2023년 19.4 mm로 약간 증가하는 경향을 보였다 (Table 2). Min et al. (1983)은 논 토양에서 경도가 증가하고 공극률이 감소하면 벼 뿌리 생육이 좋지 않고 수확량이 감소한다고 보고하였다. 표토의 전용적밀도는 2015년에 1.17 Mg m-3, 2019년에 1.17 Mg m-3, 2023년에 1.15 Mg m-3를 나타나 지속적으로 감소하고 있으며 (Fig. 1A), 공극률은 지속적으로 증가하는 경향을 보였다 (Table 2). 심토의 전용적밀도는 사양질 토양이 1.5 Mg m-3, 식양질 토양은 1.4 Mg m-3보다 작아야 적정기준이지만 모두 이 기준을 넘기고 있으므로 이에 대한 개선이 필요해 보인다. 표토 유기물 함량은 2015년 32.0 g kg-1, 2019년 27.1 g kg-1, 2023년 28.9 g kg-1로 감소하였다가 다시 증가하였으나 심토의 유기물 함량은 2015년 15.2 g kg-1, 2019년 18.2 g kg-1, 2023년 23.1 g kg-1로 지속적으로 증가하는 경향을 보였다 (Fig. 1B). 이러한 원인 중의 하나로 지속적으로 볏짚환원과 사료작물인 이탈리안라이그라스 재배 지점이 증가한 것이 가장 큰 요인으로 보인다 (Fig. 2). 이는 유기물과 전용적밀도가 부의 상관관계가 있다고 보고된 결과 (Ahn et al., 2010)와 장기연용 논 토양에서 볏짚퇴비 시용구의 심토 유기탄소 함량이 2배 정도 높아졌다는 결과와 같은 경향을 보였다 (Kim et al., 2012).
Table 2.
Soil physical properties of paddy soils by years.
| Year | Soil layer | PD1 (cm) | Porosity (%) | Hardness (mm) |
| 2015 | TS2 | 16.3 (1.6) | 55.9 (5.2) | |
| SS3 | 41.5 (4.7) | 23.3 (2.5) | ||
| 2019 | TS | 15.3 (1.2) | 55.9 (4.8) | |
| SS | 44.7 (5.2) | 17.9 (3.8) | ||
| 2023 | TS | 19.2 (1.7) | 56.4 (5.6) | |
| SS | 47.3 (6.4) | 19.4 (3.6) |
Fig. 1.
Changes in bulk density (A) and organic matter contents (B) of paddy soils in 2015, 2019 and 2023. In the box plots, horizontal lines denote median values; boxes extend from the 25th to the 75th percentile of each group’s distribution of values; red crosses denote mean values; vertical lines stop denote upper and lower values; dots denote observations outside the range of adjacent values.
Conclusions
전남의 논 토양 물리적 특성과 변화특성을 알아보기 위하여 2015년부터 2023년까지 4년 주기로 논 토양을 분석하였다. 전남의 논 토양에서 토양통은 석천, 심토의 토성(속)은 고운 양질, 지형은 곡간지/선상지가 각각 높은 비율로 나타났다. 2015년 이후 논 토양의 작토심, 유기물 함량이 증가하고 심토 전용적밀도가 감소하는 경향으로 나타나 점차 논 토양의 물리성이 점차 개선되고 있는 것을 확인하였다. 이의 주요한 요인으로 지속적인 볏짚환원 및 사료작물 재배 등으로 유기물이 토양내 공급된 것이 가장 큰 요인으로 여겨진다. 따라서 논 토양에 유기물을 장기적으로 공급하는 것은 토양 물리성 개선뿐 아니라 유기 탄소 저장면에서도 중요하게 더 연구되어야 할 것이다.
