Introduction
Materials and Methods
대상토양
조사시기 및 시료 채취
토양물리성 조사 항목 및 방법
통계분석
Results and Discussion
조사지점 토양 조사 및 분류 특성
연도별 경남지역 논 토양 물리적 특성 변화
Conclusions
Introduction
벼 (Oryza sativa L.)는 우리나라 식량 자급과 농업경제의 핵심 작물로, 논을 기반으로 한 재배 체계는 오랜 기간 유지되어 왔다. 전국 논 면적은 약 76만 ha로 전체 농경지 (약 150만 ha)의 절반 이상을 차지하며, 벼는 단일 작물로서 국가 식량안보에 큰 비중을 차지한다 (Statistics Korea, 2024). 이 중 경상남도는 논 면적 65,280 ha와 총 농경지 134,243 ha로서 각각 전국의 약 8.5%, 9%에 해당하므로 논 토양의 물리적특성이 국가 전체의 쌀 생산성과 밀접하게 관련이 있다 (Statistics Korea, 2024).
논은 담수 환경에서 경작되기 때문에, 토양 물리성은 벼의 뿌리 활착, 수분·양분 이동, 생육 균일성에 직접적인 영향을 미친다. 작토층 깊이, 토양 밀도, 심토 경도, 공극률 등은 뿌리 발달과 기능 유지에 중요한 요인이며, 물리성 악화는 수량 감소로 이어질 수 있다. 또한, 물리성은 양분 공급력과 미생물 활성도 등 화학적·생물학적 특성과도 연계되어 토양 전반의 질 (soil quality)을 결정짓는다 (RDA, 2021).
최근 농촌 현장에서는 대형 농기계의 확대와 반복 경운으로 인해 논 토양의 물리적 교란이 심화되고 있다. 이로 인해 표토층 감소, 심토 경도 증가, 공극 구조 붕괴 등이 나타나며, 토양 다짐 (compaction)이 누적되고 있다 (Wallace and Terry, 1998). 다짐된 토양은 수분 침투와 배수를 저해하고 뿌리 활착을 방해하여 벼 생육에 부정적인 영향을 미치며, 경운 효율 저하, 병해 증가, 비료 이용률 저하 등 다양한 문제를 초래한다. 이러한 변화는 토양 생산력과 논의 지속 가능성을 저해하는 주요 요인이 된다.
이에 따라 논 토양 물리성에 대한 장기 모니터링은 구조적 변화의 추이를 파악하고, 효과적인 보전·관리 대책 수립을 위한 필수적 접근이다. 동일 지점의 정기 조사는 시계열 분석을 가능하게 하며 (Obade and Lal, 2016), 지역 단위의 실제 토양 변화를 반영하는 데 유효하다. 이러한 자료는 토양 기능 유지와 벼 재배 기반 안정화를 위한 기술적 기초로 활용될 수 있다.
본 연구는 벼 재배 기반으로서의 토양 건전성을 정량적으로 평가하고, 지역 맞춤형 토양 보전 및 관리 전략 수립을 위한 기초 자료를 제공하고자 한다.
Materials and Methods
대상토양
경남지역 논 토양의 물리성 특성을 조사하기 위해 지형과 토양통을 고려하여 2015년 47개소, 2019년 40개소, 2023년 40개소를 조사하였다. 조사지점은 2015년부터 2023년까지 4년 1주기로 3회에 걸쳐 물리성 변동평가를 실시하였고, 용도가 변경되었거나 성토, 공사 등의 이유로 조사가 불가능 한 경우 인근 조사지점으로 변경하였다.
조사시기 및 시료 채취
토양시료의 채취시기는 담수 2 - 3월 전으로 토양이 얼어 있지 않고 건조한 시기에 필지의 가장자리와 농기계 등으로 다짐이 되어 있는 곳을 피하여 벼와 벼 사이 공간에서 표토는 지표면에서 2 - 5cm의 토양을 걷어내고 시료를 채취하였고 심토는 작토심 아래 5 c m 정도를 걷어내고 시료를 채취하였다. 전용적밀도와 토성 측정을 위한 코어 시료 채취시 식물뿌리 등 이물질이 들어가지 않도록 주의하여 시료를 채취하였다 (NAS, 2022).
토양물리성 조사 항목 및 방법
‘농업과학기술 연구조사분석 기준 (RDA, 2012)’과 ‘농경지 토양 물리성 조사방법 및 분석법 (NAS, 2022)’에 따라 작토심 (plowing depth, PD), 경도 (hardness), 전용적밀도 (bulk density, BD), 유기물함량 (organic matter, OM), 토성 (soil texture), 공극률 (Porosity)을 분석하였다.
탐침봉 (손잡이 15 cm, 길이 60 cm, 굵기 1.2 cm, 원추길이 2 cm)을 이용하여 벼 포기 사이의 지면에 수직방향으로 눌러 작토심을 측정하였으며, 지표면에서 작토 깊이 까지를 표토 (topsoil, TS), 그 이하를 심토 (Sub-surface, SS)로 구분하였다. 경도는 경도계 (DIK-5553, Daiki, Japan)를 심토에서 경도를 10회 반복 측정하였다. 전용적밀도와 삼상은 100 cm3 코어를 이용하여 토양시료를 표토와 심토에서 모두 3반복으로 채취하였으며, 채취해 온 시료는 수분함량값을 구하기 위해 바로 무게를 측정하였다. 그늘에서 풍건하여 완전히 말린 후 2.00 mm체로 체별한 후 비중계법을 이용하여 모래, 실트, 점토의 함량을 구하여 토성을 측정하였으며, 유기물은 ‘토양 및 식물체 분석법 (NIAST, 2000)’에 따라 Tyurin법으로 유기물함량을 측정하였다.
통계분석
토양 물리성과 화학성의 조사결과의 유의성을 분석하기 위하여 XLSTAT (2025)를 사용하였다. ANOVA분석과 Ducan’s multiple range test를 실시하였다.
Results and Discussion
조사지점 토양 조사 및 분류 특성
경상남도 지역에서 조사한 127개 논 토양 지점은 총 27종의 토양통으로 구성되어 있었다. 이 중 평택통이 10.2%로 가장 높은 분포율을 보였으며, 석천통 (7.9%), 규암통 (7.1%), 화동통 (6.3%)이 그 뒤를 이었다. 지산통, 옥천통, 전북통, 남평통, 유가통은 각각 4.7%를 차지하였고, 부용통, 김해통, 덕평통, 신흥통은 3.9%, 경산통은 3.1%의 분포를 나타냈다. 양곡통, 구포통, 다평통, 가곡통, 강서통, 죽곡통, 백구통은 각각 2.4%였고 이 외 나머지 토양통이 6.4% 였다 (Table 1).
Table 1
Distribution rate of Soil series in paddy fields.
경운 등 경작 활동에 따른 교란이 비교적 적은 심토의 토성은 양토가 29%로 가장 높은 비율을 보였으며, 실트질양토 (24%), 실트질식양토 (21%), 사양토 (19%), 실트질식토 (4%), 식양토 (2%) 순으로 나타났다. 사토는 1%로 가장 낮은 비율을 보였다 (Fig. 1).
조사지점의 논 토양은 적성등급 기준에 따라 경사도 0 - 2%의 거의 평탄한 지역인 1급지가 65.4%로 가장 많았고, 2 - 7%의 완만한 경사지에 해당하는 2급지가 31.5%, 7 - 15%의 다소 경사진 지역인 3급지는 3.1%로, 대부분 1급지와 2급지에 분포하였다 (Table 2).
Table 2
Distribution of paddy soil by suitability grade based on slope classification.
| Suitability Grade | Slope (%) | Topographic description | Proportion (%) |
| Grade 1 | 0 - 2 | Nearly flat area | 65.4 |
| Grade 2 | 2 - 7 | Gently sloping area | 31.5 |
| Grade 3 | 7 - 15 | Moderately sloping area | 3.1 |
논토양 조사지점이 위치한 지형은 곡간지/선상지가 34%로 가장 많았으며, 하성평탄지와 해성평탄지가 각각 28%, 홍적대지가 10%를 차지하였다. 선행 연구 (Cho et al., 2012)에 따르면, 논은 주로 곡간지/선상지 (48%)와 하성 및 해성평탄지 (43%)에 분포한다고 보고된 바 있으며, 본 조사 결과 또한 이와 유사한 경향을 보였다 (Table 3).
Table 3
Number ocuupied by topography to total number of monitoring sites.
| Topography | Valley / Alluvial fan | Fluvial plain | Marine plain | Diluvial terrace |
| Occupancy rate (%) | 34 | 28 | 28 | 10 |
연도별 경남지역 논 토양 물리적 특성 변화
경상남도 논 표토의 물리적 특성은 Table 4와 같다. 작토심 평균은 2015년 15.2 cm에서 점차 증가하여 2023년에는 21.4 cm로 통계적으로 유의하게 증가하였다. 이는 2007년부터 2019년까지 전국 논 토양을 대상으로 수행된 물리성 조사에서 논 작토심이 16.5 cm에서 19.3 cm로 증가하였다고 보고한 결과 (Hur et el., 2023)와 일치하였다. 특히 경남 지역의 작토심 평균은 2019년부터 20 cm 이상을 유지하고 있으며, 이는 다수확 논 기준으로 제시된 18 cm 이상 (Jo et al., 1986)과 ‘농업자원과 농업환경의 실태조사 및 평가기준’ 고시의 작토심 적정 기준인 20 cm 이상을 충족하는 것으로, 관리가 양호한 것으로 판단된다.
표토의 전용적밀도는 2015년 1.17 Mg m-3, 2019년 1.12 Mg m-3, 2023년 1.17 Mg m-3로, 2019년에 일시적으로 감소하는 경향을 보였으나 (Table 4), 통계적으로 유의한 차이는 나타나지 않았다. 한편, 토양의 물리적 특성과 관련하여 유기물은 입단 형성을 촉진하고 전용적밀도 변화와 밀접한 관련이 있는 것으로 알려져 있다 (Soane, 1990; Dexter, 2004; Dexter et al., 2005). 토양 건전성 평가 지표로서 유기물 함량을 분석한 결과, 2015년 31.7 g kg-1에서 2019년 26.3 g kg-1, 2023년 25.0 g kg-1로 점차 감소하였다. 그러나 ‘농업자원과 농업환경의 실태조사 및 평가기준’ 고시에서 제시한 적정 유기물 함량 범위인 20 - 30 g kg-1 내에 있어 비교적 안정적으로 관리되고 있는 것으로 확인되었다 (RDA, 2022).
Table 4
Annual variations in physical properties of topsoil in paddy fields from 2015 to 2023.
| Year |
PD1 (cm) |
BD2 (Mg m-3) |
OM3 (g kg-1) |
Porosity (%) |
Sand (%) |
Silt (%) |
Clay (%) |
| 2015 | 15.2 b4 | 1.18 a | 30.5 a | 55.5 a | 31.7 a | 47.9 a | 20.4 a |
| 2019 | 20.2 a | 1.12 a | 25.9 b | 57.3 a | 30.1 a | 40.0 a | 21.9 a |
| 2023 | 21.4 a | 1.17 a | 24.3 b | 55.7 a | 30.3 a | 48.6 a | 21.0 a |
심토의 물리적 특성은 Table 5에 제시하였다. 전용적밀도는 2015년 1.46 Mg m-3, 2019년 1.49 Mg m-3, 2023년 1.52 Mg m-3로 연도별로 지속적인 증가 경향을 나타내었다. ‘농업자원과 농업환경의 실태조사 및 평가기준’ 고시에서 제시하는 전용적밀도의 적정 기준은 사양질 토양 1.5 Mg m-3, 식양질 토양 1.4 Mg m-3 미만이나, 2015년 이후 조사된 심토의 평균 전용적밀도는 모두 이 기준을 초과하였다. 이러한 결과는 벼 재배의 기계화 촉진과 함께 농기계를 이용한 경작 연수 증가에 따른 경반층 두께의 증가 (Han et al., 2009), 담수 이전의 경운 생략 및 담수 상태에서의 로터리 작업 후 이앙 수행에 따른 전용적밀도 증가 (Yang et al., 2005; Cho et al., 2018) 등 선행 연구 결과를 통해 원인을 유추할 수 있다.
Table 5
Annual variations in physical properties of subsoil in paddy fields from 2015 to 2023.
| Year |
Hardness (mm) |
BD1 (Mg m-3) |
OM2 (g kg-1) |
Porosity (%) |
Sand (%) |
Silt (%) |
Clay (%) |
| 2015 | 21.0 a3 | 1.46 b | 20.5 a | 44.7 a | 33.2 a | 46.3 a | 20.5 a |
| 2019 | 21.1 a | 1.49 ab | 16.7 b | 43.5 ab | 30.1 a | 40.0 a | 21.9 a |
| 2023 | 22.8 b | 1.52 a | 15.2 b | 42.6 b | 30.3 a | 48.6 a | 21.0 a |
최근 전남과 강원지역에서도 전용적밀도와 심도 경도의 점진적 증가가 장기적으로 누적되는 경향이 보고 되었으며, 이는 본 연구 결와도 유사한 양상이다 (Kwak et al., 2024; Kim et al., 2024).
기존 보고에 따르면 심토파쇄는 토양 물리성 개선을 통해 10 - 20%의 증수 효과가 있으며 (Yoo et al., 2006), 특히 폭기식 심토파쇄 방식이 가장 효과적인 것으로 나타났다 (Ok et al., 2021). 따라서 이러한 방법을 활용한 심토 전용적밀도 개선이 요구된다. 또한 심토의 경도 역시 2015년과 2019년에는 각각 21.1 mm로 동일하였고, 2023년에는 23.1 mm로 증가하였다. ‘농업자원과 농업환경의 실태조사 및 평가기준 (RDA, 2022)’ 고시에서 제시하는 심토의 적정 경도 기준이 20 mm 이하임을 감안할 때, 모든 조사 연도에서 기준을 초과한 것으로 나타났다. 이에 따라 깊이갈이 또는 심토파쇄와 같은 물리적 개량 방법을 통한 심토 경도 개선이 필요한 것으로 판단된다.
논 토양 심토의 전용적밀도 및 경도 특성을 보다 정밀하게 평가하기 위해 연도별 분포 비율을 검토하였다. 경상남도 논 토양의 토성은 사양질 40.2%, 식양질 59.8%의 비율로 구성되어 있었다. 사양질 논 토양에서 전용적밀도 기준인 1.5 Mg m-3을 초과한 비율은 2015년 38.3%, 2019년 62.5%, 2023년 52.5%로 나타났으며, 식양질 논 토양에서는 기준인 1.4 Mg m-3을 초과한 비율이 2015년 63.8%, 2019년 77.5%, 2023년 92.5%로 조사되어, 2015년 이후 지속적인 악화 경향이 확인되었다 (Fig. 2).
심토의 경도 역시 적정 기준인 20 mm를 초과한 비율이 2015년 63.8%, 2019년 82.5%, 2023년 85.0%로 지속적으로 증가하는 양상을 보였으며 (Fig. 3), 이는 전용적밀도의 증가 추세와 유사한 경향을 나타내었다. 이러한 결과는 작물의 질소 이용률 저하에 따른 작물 수량 감소 가능성을 의미한다. 이는 경운작업이 표토의 부스러짐성과 깊이를 증가시키는 동시에, 무거운 축 하중과 반복적인 천층 경운으로 인해 심토 압밀을 악화시키고 이로 인해 뿌리 발달과 질소 이용 효율이 저해되어 결과적으로 작물 수량이 감소하는 것으로 보고 된 바 있다 (Zhou et al., 2022). 따라서 안정적인 벼 생산을 위해 전용적밀도 및 경도 개선을 위한 관리 대책 마련이 필요한 것으로 판단된다.
Conclusions
본 연구는 2015년부터 2023년까지 4년 간격으로 경상남도 지역의 논 토양 127개소 (2015년 47개소, 2019년 40개소, 2023년 40개소)를 대상으로 수행한 물리성 변동 조사 결과를 바탕으로, 연도별 변화 추이 및 변동 양상을 평가하였다. 작토심은 2015년 이후 지속적으로 증가하는 경향을 보였으며, 특히 2019년부터는 적정 기준인 20 cm를 넘어서고 있는데 이는 농기계의 발달과 대형화로 인해 깊이 갈이가 가능해져 작토심이 증가한다고 추측된다. 유기물 함량은 2015년 이후 소폭 감소하고 있으나, 여전히 기준 범위인 20 - 30 g kg-1 내에 있어 비교적 안정적으로 관리되고 있는 것으로 판단된다. 심토의 전용적밀도는 2015년 이후 지속적으로 증가하고 있으며, 농업 관련 고시에서 제시한 기준인 사양질 토양의 1.4 Mg m-3, 식양질 토양의 1.5 Mg m-3를 모두 초과하였다. 아울러 심토 경도 또한 20 mm를 상회하고 있어, 심토파쇄 또는 논 깊이 갈이 등의 물리적 개량이 필요한 것으로 평가되었다.
