Introduction
Materials and Methods
밭 토양 선정 및 시료채취
밭 토양 분석방법
주성분 및 통계 분석
Results and Discussion
밭 토양 pH, 유기물, 유효인산 함량의 변화
밭 토양 교환성 양이온 함량 변화
밭 토양 양분 과부족율
밭 토양 화학성분 상관관계
밭 토양 화학성분 주성분분석
Conclusions
Introduction
최근 국내 농업 환경은 급격한 기후 변화와 농촌 인구의 고령화, 노동력 부족 등의 문제로 인해 커다란 전환기를 맞이하고 있다. 통계청 자료 (KOSIS, 2026)에 따르면, 국내 노지 밭작물 재배면적은 1999년 289천 ha에서 2024년 187천 ha로 약 35% 감소하는 등 전반적인 하향세를 보이고 있다. 그러나 경남 지역의 경우, 동일 기간 재배면적이 22,558 ha에서 22,419 ha로 유지되며 대조적인 양상을 보인다. 전국 밭작물 재배지는 도시화 등으로 재배면적이 감소하는 반면, 경남지역은 식량자급률 제고와 작물 다변화를 위해 기존 논농업 중심에서 밭 중심으로 토지이용형태가 전환되고 있으며, 이것이 주요한 요인 중 하나로 추정한다.
작물의 생산성은 토양의 물리적 특성 (Jeong et al., 2026)과 화학적 특성 (Yun et al., 2026)의 상호작용에 의해 결정되는 복합적인 결과물이다. 특히 밭 토양의 화학성은 재배 작물의 종류에 따른 차별화된 시비 전략과 양분 관리 방식에 직접적인 영향을 받는다. 아울러 사용되는 비료의 종류, 유기물 투입량, 토양개량제 시용 여부 등 인위적인 관리 수단에 의해서도 그 성질이 크게 좌우된다 (Jagadamma et al., 2008; Verma and Sharma, 2008; Moon et al., 2019; Li et al., 2021; Tadesse et al., 2024; Je et al., 2025; Lee and Kim, 2025; Park et al., 2026; Song et al., 2026; Yun et al., 2026). 따라서 단위 면적당 작물 생산성을 극대화하고, 농업 생태계의 지속가능성을 확보하기 위한 정밀한 양분 관리 체계 구축은 현대 농업의 필수적인 과제이며, 이를 위해서는 토양 화학성 변화를 주기적으로 추적 ‧ 분석하는 전략적 접근이 선행되어야 한다 (Tilman et al., 2002).
토양의 질 (Soil quality)은 단순히 생산성을 나타내는 지표를 넘어, 농업 생산 유지, 생태계 기능 수행 및 환경 품질 보전 등 토양의 다기능적 능력을 평가하는 핵심 개념으로 사용되고 있다 (Drewry et al., 2021). 토양을 하나의 살아있는 유기체로 인식하는 관점에서 볼 때, 토양의 질 평가는 물리 ‧ 화학적 특성뿐만 아니라 생물학적 활성까지 종합적으로 고려해야 한다 (Karlen et al., 2003). 경남 지역의 밭 토양은 오랜 기간 지속적인 경작과 반복적인 비료 투입 과정에서 물리 ‧ 화학적 성질이 끊임없이 변화해 왔으며, 이러한 변화를 주기적으로 모니터링하여 적정 수준을 유지하는 것이 매우 중요하다. 그러나 현재까지의 연구들은 특정 시점이나 단기적인 현상 분석에 치우쳐 있어, 장기적인 관점에서 토양의 질 변화를 체계적으로 평가한 연구는 여전히 부족한 실정이다.
이에 본 연구는 2001년부터 2025년까지 약 25년간의 장기 데이터 (Long-term monitoring data)를 바탕으로 경남 지역 밭 토양의 화학 성분 변화 추이를 분석하였다. 또한, 각 토양 인자 간의 상관관계를 심층적으로 고찰함으로써 경남 지역 밭 토양의 보전 및 합리적인 양분 관리 모델을 수립하기 위한 기초 자료를 제공하고자 한다.
Materials and Methods
밭 토양 선정 및 시료채취
경남지역 밭 토양 화학성분을 분석하기 위하여 2001년에 작물 재배면적, 토양 유형, 지형 및 토성 분포면적 비율을 고려하여 170개 지점을 선정하였다 (NIAST, 2000). 토양 화학성분 변동을 주기적으로 파악하기 위하여 2001년부터 2025년까지 4년 주기로 동일한 지점을 조사하였다. 토양 시료채취는 비료사용 전인 3월부터 4월 사이에 표토 0 - 15 cm 깊이에서 토양시료채취기를 이용하여 각 조사 지점에서 일정 간격으로 3개의 토양 시료를 채취한 후 균일하게 혼합하여 지점별 1개의 복합시료를 조제하였다.
밭 토양 분석방법
채취한 토양시료는 음지에서 플라스틱 평판 위에 얇게 펴서 7일간 건조하여 고무망치로 입자를 분리한 후 2 mm 체를 통과된 것을 화학성분 분석에 사용하였다. 토양 화학성 분석은 농촌진흥청 국립농업과학원 토양화학분석법 (NAAS, 2010)을 적용하여 토양 pH와 EC는 토양과 증류수의 비율을 1:5로 하여 진탕한 후 pH meter (Orion 520A pH meter, Orion research Inc., Boston, USA)와 EC meter (Orion 3 STAR EC meter, Orion research Inc., Boston, USA)로 측정하였다. EC 값은 EC (1:5H2O) 측정값에 5를 곱하여 산출하였다. 유기물은 Tyurin법으로 적정하였고, 유효인산은 Lancaster법으로 비색계 (UV-1650PC, Shimadzu co., Kyoto, Japan)를 사용하여 분석하였다. 교환성 양이온은 1M NH4OAc로 추출하여 ICP-OES (PerkinElmer Avio 550 Max, USA)로 분석하였다.
주성분 및 통계 분석
토양 화학성분의 주성분 및 통계 분석은 SAS 프로그램 9.4 버전 (2026)을 사용하였다. 밭 토양 화학성분은 5% 수준에서 Duncan’s multiple range test (DMRT)를 이용하였고 화학성분의 상관관계는 Pearson 상관계수로 분석하였다. 토양 화학성분은 주성분 분석을 통하여 연도별 화학성분의 차이를 비교 검토하였다. 막대는 평균의 표준편차, 각 토양 화학적 특성이 주성분에 미치는 고유벡터를 화살표로 나타내었다. 연도별 주성분 PC1 및 PC2 값은 5% 수준에서 Duncan’s multiple range test (DMRT)를 사용하여 동일한 알파벳 문자는 5% 유의수준에서 통계적으로 유의미한 차이가 없음을 나타냈다.
Results and Discussion
밭 토양 pH, 유기물, 유효인산 함량의 변화
밭 토양화학성 조사는 2001년 최초 정점조사를 기준으로 하였으며, 2005년까지는 변동이 없다가 2009년 9%, 2013년 9%, 2017년 17%, 2021년 22% 변경되었고, 2025년에는 13%가 변경되었다. 이는 동일 지점에서 장기간 화학성 변동 조사를 지속하기 어려움을 반영하고 있으며, 그 원인은 휴작, 시설하우스 등 다양한 토지 이용 변화와 환경변화로부터 유래하였다 (Je et al., 2025). 경남지역 밭 토양의 연도별 화학성 변화는 Table 1과 같다. 토양 pH는 2001년 6.0에서 시작하여 2013년에 6.7까지 완만하고 지속적인 상승 추세를 보였고 이후에는 2025년까지 거의 같은 수치를 나타냈다. 이러한 결과는 Roh et al. (2018)과 Yoon et al. (2020)이 경기지역과 강원도 밭 토양의 pH가 지속적으로 높아지고 있다고 보고한 결과와 일치하였다. 이는 작물 생육을 위한 적정 범위인 6.0 - 7.0에 포함되었음을 의미하며, 이는 석회질 비료 시용 등 토양 산도 관리의 영향을 받았을 가능성이 있다 (Goulding, 2016; Holland et al., 2018; Jones et al., 2025). 토양의 EC 농도는 2001년에 0.49 dS m-1로 가장 낮았고 2009년까지 1.17 dS m-1로 증가하였다가 2017년 0.63 dS m-1로 낮아졌다가 2025년 0.96 dS m-1로 다시 증가하는 경향이었으나 모두 적정 수준인 2.0 dS m-1보다 낮았다. Heo (2021)는 바다가 인접한 강화군 밭 토양의 2015년부터 2019년까지 EC 평균값은 1.6 - 3.6 dS m-1로 높은 값을 보인다고 하였으나 경남지역 밭 토양은 일반 밭 토양의 EC 평균값은 2.0 dS m-1 이하를 나타낸다는 보고와 같았다 (Roh et al., 2018; Yoon et al., 2020).
Table 1
Temporal changes of chemical properties of upland soils in Gyeongnam Province (n = 170).
| Survey year |
pH (1:5) |
EC (dS m-1) |
OM (g kg-1) |
Avail. P2O5 (mg kg-1) | Exch. cations (cmolc kg-1) | Ca/Mg | Ca/K | Mg/K | ||
| K | Ca | Mg | ||||||||
| 2001 |
6.0 c1 (0.9)2 |
0.49 d (0.38) |
19 e (9) |
411 c (248) |
0.54 d (0.37) |
6.2 c (4.1) |
1.4 c (0.8) |
4.9 b (2.7) |
16.0 a (14.9) |
3.8 ab (4.9) |
| 2005 |
6.4 b (0.8) |
0.81 bc (0.81) |
20 e (11) |
679 a (450) |
0.75 c (0.62) |
8.1 b (5.3) |
1.9 ab (1.0) |
5.0 b (3.6) |
16.5 a (16.7) |
4.0 a (5.5) |
| 2009 |
6.3 b (0.9) |
1.17 a (1.19) |
25 cd (13) |
666 a (519) |
0.86 bc (0.60) |
8.5 b (5.3) |
1.7 b (0.8) |
5.6 ab (4.3) |
15.2 a (13.8) |
3.3 ab (3.7) |
| 2013 |
6.7 a (0.7) |
0.91 b (0.83) |
27 bc (14) |
675 a (415) |
1.04 a (0.73) |
9.9 a (5.2) |
2.0 a (0.9) |
5.6 ab (3.7) |
14.8 a (14.7) |
2.9 b (2.6) |
| 2017 |
6.6 a (0.8) |
0.63 cd (0.58) |
28 ab (12) |
561 b (336) |
0.86 bc (0.57) |
10.2 a (5.2) |
1.9 ab (0.9) |
6.0 a (3.6) |
16.2 a (14.6) |
3.2 ab (3.5) |
| 2021 |
6.7 a (0.8) |
0.72 c (0.74) |
30 a (12) |
597 ab (394) |
0.94 ab (0.66) |
10.0 a (5.0) |
1.8 ab (0.8) |
6.2 a (4.0) |
15.2 a (12.6) |
3.1 ab (4.3) |
| 2025 |
6.7 a (0.9) |
0.96 b (1.12) |
24 d (11) |
629 ab (369) |
0.92 ab (0.69) |
9.2 ab (5.5) |
1.8 ab (0.9) |
6.0 a (5.0) |
16.8 a (22.0) |
3.2 ab (4.5) |
| Optimum level3 | 6.0 - 7.0 | <2.0 | 20 - 30 | 300 - 550 | 0.5 - 0.8 | 5.0 - 6.0 | 1.5 - 2.0 | |||
1Values within a column followed by the same letter are not significantly different at 5% level by DMRT.
3NAS (2022): Fertilizer recommendation for crops.
유기물 함량은 2001년 19 g kg-1에서 2021년 30 g kg-1까지 지속적으로 증가하다가 2025년에는 24 g kg-1 수준으로 낮아졌으나 적정 범위인 20 - 30 g kg-1를 유지하였다. Kim et al. (2026)은 유기물을 시용하면 pH, 총질소, 토양 유기물, 유효인산, 교환성 양이온 함량이 높아지고 특히 입자성 유기물 함량은 장기적인 유기물 관리 효과를 측정하는 지표로서 토양 건강성 평가에 활용할 수 있다고 하였다. Yun et al. (2026)은 충남지역 밭 토양에서도 유기물 관리 목적으로 퇴비 및 유기질 비료가 지속적으로 시용되기 때문에 논과 밭 토양의 유기물 함량 차이가 크지 않다고 하였다. 그러나 경남지역 밭 토양은 19 - 30 g kg-1으로 논 토양 27 - 31 g kg-1보다 낮은 함량이었다. 이것은 논 토양이 환원조건에서 유기물 분해를 억제하기 때문에 밭보다 유기물 함량이 높은 경향을 나타낸다는 결과와 일치하였다 (Chen et al., 2021).
유효인산은 2001년 411 mg kg-1에서 2005년 679 mg kg-1으로 급증한 이후, 2025년 629 mg kg-1 까지 지속적으로 적정 기준 (NAS, 2022)인 300 - 550 mg kg-1을 상회하였다. Lee et al. (2023)은 새로운 농경지 관리대책 없이 현재의 밭 관리 조건이라면 약 28년 뒤 우리나라의 밭 토양 유효 인산 함량은 적정 범위를 초과할 것으로 보고하였으나 경남지역 밭 토양은 이미 적정 기준을 초과하였으며 경기도와 강원도 및 충남 일부지역의 밭 토양 유효인산 함량과 같은 결과를 보였다 (Roh et al., 2018; Yoon et al., 2020; Yun et al., 2026). 인산은 토양 내 이동이 느리고 무기질과 유기질 비료의 장기 연용으로 토양 내 인산 함량이 축적되기 쉽다 (Lee and Kim, 2025). 인산의 과잉 집적은 미량 원소의 흡수를 저해할 수 있으며, 경제적 측면에서도 불필요한 비료 비용을 발생시킨다. 따라서 밭 토양에서 높은 유효인산 함량에 대한 적정 시비가 필요할 것으로 판단된다 (Yun et al., 2026).
밭 토양 교환성 양이온 함량 변화
교환성 칼륨 함량은 2001년에 0.54 cmolc kg-1에서 2013년 1.04 cmolc kg-1으로 지속적인 증가 추세였으며, 2025년 0.92 cmolc kg-1으로 여전히 적정 범위 0.5 - 0.8 cmolc kg-1 (NAS, 2022)보다 높은 수치를 보였다. 경남지역 밭 토양의 교환성 칼륨 함량은 0.54 - 1.04 cmolc kg-1 범위였으며 경기도 0.75 - 0.92 cmolc kg-1, 강원도 0.63 - 1.17 cmolc kg-1 및 충청남도 0.38 - 1.08 cmolc kg-1과 비슷한 수치를 나타내었다 (Roh et al., 2018; Yoon et al., 2020; Yun et al., 2026). 그리고 경남지역 시설 토양의 교환성 칼륨 함량 1.56 - 2.35 cmolc kg-1보다 2.2 - 2.9배 낮은 수치였으나 과수원 토양 0.53 - 1.01 cmolc kg-1과 비슷하였고 논 토양 0.23 - 0.41 cmolc kg-1보다 2.3 - 2.5배 높은 함량을 보였다 (Son et al., 2016; Cho et al., 2018; Je et al., 2025).
교환성 칼슘 함량도 2001년에 6.2 cmolc kg-1에서 2017년 10.2 cmolc kg-1으로 지속적인 증가 추세였으며, 2025년 9.2 cmolc kg-1으로 여전히 적정 범위 5.0 - 6.0 cmolc kg-1 (NAS, 2022)보다 높은 수치를 보였다. 경남지역 밭 토양의 교환성 칼슘 함량은 6.2 - 10.2 cmolc kg-1 범위였으며 경기도 4.9 - 6.2 cmolc kg-1, 강원도 4.4 - 7.6 cmolc kg-1 및 충남 5.2 - 8.0 cmolc kg-1보다 1.2 - 1.6배 높은 수치를 나타내었다 (Roh et al., 2018; Yoon et al., 2020; Yun et al., 2026). 그리고 경남지역 시설 토양의 교환성 칼슘 함량 9.5 - 14.5 cmolc kg-1보다 1.4 - 1.5배 낮은 수치였으나 과수원 토양 4.2 - 7.4 cmolc kg-1과 논 토양 4.8 - 6.5 cmolc kg-1보다 1.3 - 1.4배 높은 함량을 보였다 (Son et al., 2016; Cho et al., 2018; Je et al., 2025).
반면에 교환성 마그네슘 함량은 2001년에 1.4 cmolc kg-1에서 2005년 1.9 cmolc kg-1으로 높아진 이후 지속적으로 적정 범위 1.5 - 2.0 cmolc kg-1 (NAS, 2022) 이내의 수준을 보였다. 경남지역 밭 토양의 교환성 마그네슘 함량은 1.4 - 2.0 cmolc kg-1 범위였으며 경기도 1.3 - 1.8 cmolc kg-1, 강원도 1.1 - 2.0 cmolc kg-1 및 충남 2.2 cmolc kg-1과 비슷한 수치를 나타내었다 (Roh et al., 2018; Yoon et al., 2020; Yun et al., 2026). 그리고 경남지역 시설 토양의 교환성 마그네슘 함량 3.3 - 4.0 cmolc kg-1보다 낮은 수치였으나 과수원 토양 1.3 - 1.8 cmolc kg-1과 논 토양 0.9 - 1.5 cmolc kg-1보다 비슷한 수치를 나타냈다 (Son et al., 2016; Cho et al., 2018; Je et al., 2025).
경남지역 밭 토양의 칼슘과 마그네슘 함량 비율은 4.9 - 6.2의 범위로서 2001년에 4.9이었다가 2021년에 6.2까지 지속적으로 증가하였다. 토양 염기성 양이온 포화 비율 (base cation saturation ratio, BCSR) 방법으로 교환성 칼슘은 60 - 75%, 교환성 마그네슘은 10 - 20%, 교환성 칼륨은 3 - 5%, 기타 양이온은 15%의 염기성 양이온 포화도 범위를 달성하는 것을 목표로 한다 (Chaganti and Culman, 2017). 토양 내 교환성 칼슘 함량을 마그네슘 함량보다 높임으로써 토양 건강 개선, 병해충 문제 감소, 작물 품질 향상, 작물 수확량 증가 등 광범위한 이점을 얻을 수 있다 (Brock et al., 2021). 토양 교환성 칼슘과 마그네슘 수준의 균형을 맞추는 것은 옥수수나 대두 수확량에 영향을 미치지 않지만, 토양 산도 관리는 작물 수확량 증대를 위한 중요한 요소이다 (Soto et al., 2022). 그리고 교환성 칼슘과 마그네슘 함량 비율이 2.6 이하로 낮은 토양에서는 토양 pH보다 콩 생장에 더 큰 제한 요인이 될 수 있다 (Takamoto et al., 2021). 경남지역 밭 토양의 교환성 칼슘과 마그네슘 비율은 BCSR 방법의 3.0 - 7.5 수치 이내였지만 지속적으로 칼슘 단독 비료를 시용할 경우 토양 교환성 양이온의 불균형이 우려되었다. 교환성 칼슘과 칼륨의 비율은 14.8 - 16.8의 범위로 연도별 차이가 없었으며, 교환성 마그네슘과 칼륨의 비율은 2.9 - 4.0의 범위였다. 교환성 양이온의 균형을 맞추면 토양 양분 이용률을 향상시키고 양이온 간의 길항효과를 완화할 수 있다. 따라서 BCSR (Ca:Mg:K = 5:2:1)을 달성하기 위해서는 Ca/Mg, Mg/K 및 Ca/K 비율을 낮추어 교환성 양이온의 균형을 이루는 토양관리가 필요할 것으로 판단되었다 (Yang et al., 2024).
밭 토양 양분 과부족율
경남지역 밭 토양 양분의 과부족 비율은 Fig. 1과 같다. pH는 적정수준인 6.0에서 7.0의 범위보다 부족한 비율은 2001년 55.3%에서 2005년 32.9%, 2013년 17.6%로 낮아졌다가 2017년 이후로 21.2% - 21.8% 수준을 나타냈다. 이러한 결과는 Kong et al. (2015)의 보고와 같이 토양개량제 공급 사업을 통해 pH 6.5 미만인 밭토양의 경우 pH 교정을 위해 석회질비료를 농가에 공급하고 있으므로, 토양 pH가 증가한 것으로 판단되었다. 적정비율은 2001년 31.2%에서 2005년 44.1%, 2017년 49.4%로 높아졌으며 2021년부터 38.8% - 42.3% 수준을 보였다. 그리고 적정수준을 초과하는 pH 비율은 2001년 13.5%, 2005년 23.0%, 2009년 26.5%, 2013년 40.6%, 2017년 28.8%, 2021년 40.0%, 2025년 36.5%로 2013년부터 높은 수준이었다. 경남 밭 토양의 pH 분포를 분석한 결과, 적정 범위에 분포하는 토양뿐만 아니라 강산성 및 알칼리성으로 치우친 토양이 혼재되어 있었다. 강산성 토양은 알루미늄 독성 및 미량 원소의 결핍과 아질산가스 피해를 초래할 수 있으며 (Fageria and Baligar, 2008; Kim et. al., 2010; Kim et. al., 2012; Behera and Shukla, 2014), 과도하게 높은 pH는 인산 및 미량 원소의 불용화를 야기하므로 석회 시용 또는 산성 비료의 선별적 사용을 통한 pH 관리가 필요하다.
밭 토양 유기물 부족 비율은 2001년 61.8%, 2009년 43.5%, 2013년 34.1%, 2021년 22.3%로 점차 감소하는 추세였으나 2025년에 다시 42.9%로 높아졌다. 반면에 적정 비율은 2001년 27.0%에서 2017년 34.7%로 높아졌다가 2025년 30.6%로 낮아졌으며 연도별로 큰 차이가 없었다. 유기물은 토양 물리성 개선과 양분 보유력 증대에 필수적이다. 그러나 가축분퇴비 등을 과잉시용하면 인산 집적 등의 문제가 발생되므로 적정관리가 매우 중요하다 (Arancon et al., 2006). 유기물 함량이 적정 수준에 미치지 못하는 토양은 토양 생산력 유지를 위해 퇴비 시용 및 녹비 작물 재배를 통한 지속적인 유기물을 시용해야 할 것이다.
유효인산 과잉 비율은 2001년 32.4%에서 2013년 57.6%로 높아졌고 2017년 42.3% 수준으로 낮아졌다가 2025년 55.9%로 다시 높아졌다. 부족 비율은 2001년 34.7%에서 2005년 19.4%로 낮아졌으며 2009년부터는 20.6% - 28.2%의 범위를 나타냈다. 유효 인산은 교환성 칼슘과 같이 경남 밭 토양에서 과잉 축적 경향을 보이는 대표적인 성분이다. 과잉된 인산은 토양 내 미량 원소의 흡수를 저해할 뿐만 아니라 강우 시 하천으로 용출되어 환경 오염의 원인이 되므로, 토양 검정 기반의 정밀 시비가 시급한 것으로 판단된다. 그리고 인산이 과잉된 밭 토양은 인산 함량이 많은 가축분 퇴비 시용을 피하고 인산 함량이 낮고 적정하게 부숙된 퇴비를 사용하여 토양환경 관리하여야 밭 토양 인산축적 경감 및 양분 불균형 해소로 친환경 안전농산물 생산이 가능할 것으로 판단되었다.
교환성 칼륨 과잉 비율은 2001년 21.8%, 2005년 34.7%, 2009년 44.7%, 2013년 58.2%로 지속적으로 높아졌다가 2017년 41.8%, 2021년 48.8%, 2025년 45.9%를 나타냈다. 교환성 칼슘 과잉 비율도 2001년 46.5%에서 2021년 80.0%까지 지속적으로 높아졌다가 2025년 73.5%를 나타냈다. 반면에 교환성 마그네슘 과잉 비율은 2001년 18.8%에서 2005년 37.1%로 증가한 이후로 2025년까지 30.0% - 38.8%를 나타냈다. 반면에 교환성 칼륨 부족 비율은 2001년 58.2%, 2005년 44.1%, 2009년 34.1%, 2013년 25.3%로 지속적으로 낮아졌다가 2025년에 31.8%를 나타냈다. 교환성 칼슘 부족 비율도 2001년 45.3%에서 2013년 14.7%까지 지속적으로 낮아졌다가 2025년 16.5%를 나타냈다. 교환성 마그네슘 부족 비율은 2001년 66.5%에서 2005년 42.3%로 감소한 이후로 2025년까지 34.1% - 45.9%를 보였다. 교환성 염기 함량이 낮은 토양은 대체로 산성화 위험이 높으며 미량성분 함량이 높아져 과잉장해를 유발하고, 과잉되면 토양 pH가 높아져 미량성분의 결핍현상이 일어날 수 있다 (Fageria and Baligar, 2008; Behera and Shukla, 2014). 또한, 칼륨과 칼슘의 과잉은 마그네슘의 길항작용을 유도하여 작물의 생리장해를 일으킬 수 있다. 특히 교환성 마그네슘 함량 부족 비율이 높게 나타나는 경향이 있는데, 일부 토양에서 낮은 CEC 또는 Ca와 K의 상대적 과잉에 따른 양이온 불균형과 관련될 가능성이 있으나, CEC와 식물체 양분 분석을 통한 추가 검증이 필요하다.
본 연구결과를 통해 경남 밭 토양은 화학성분별로 과부족 불균형이 존재함을 확인하였다. 특히 유효인산, 교환성 칼륨과 칼슘 함량의 과잉 비율이 부족 비율보다 높게 나타났다. 이러한 결과는 밭작물 (감자, 옥수수, 보리, 콩, 고구마) 재배 시 작물별 비료사용처방 기준 (NAS, 2022) 대비 최소 0.5배에서 최대 6.8배가량 과다 시용되고 있으며, 이는 관행적인 과량 시비에 기인한 것이라고 보고한 Lee et al. (2025) 및 Kim et al. (2018)의 결과와 일치하였다. 또한, 국립농업과학원 (NAS, 2021)이 전국 917개 밭작물 (고추, 배추, 무, 마늘, 대파, 양파, 생강, 양배추, 가지) 재배 농가의 비료사용 실태를 조사한 결과에서도 토양검정 추천시비량 대비 질소 0.3배, 인산 0.5배, 칼리 0.6배를 초과 시용한 것으로 보고된 바 있다. 본 연구에서 교환성 칼슘 함량의 과잉 비율이 높게 나타난 것 역시 10a당 평균 245 kg의 석회질 개량제가 과량 투입된 결과에 기인한 것으로 판단된다 (NAS, 2021). 향후 경남 지역 농가는 단순 시비 관행에서 벗어나, 정기적인 토양 검정을 거친 ‘토양 맞춤형 시비 처방’을 준수해야 한다. 또한, 유기물 시용 및 토양 pH 교정을 포함한 종합적인 토양 개량 대책이 병행될 때 농작물의 생산성 향상과 환경 보호를 동시에 달성할 수 있을 것으로 판단된다.
밭 토양 화학성분 상관관계
경남지역 밭 토양의 화학성분 간의 상관관계는 Table 2와 같다. 토양 pH는 교환성 칼슘 (0.701***), 마그네슘 (0.265***) 및 칼륨 (0.165***)과 고도의 유의성 있는 정의 상관을 보였고 유효인산 (-0.083**)과는 부의 상관을 나타냈다. 이러한 결과는 Zhang et al. (2016)이 토양 pH는 양이온과 정의 상관을 보이고 음이온과 부의상관을 나타낸다고 보고한 결과와 일치하였다. 밭 토양의 EC 값은 교환성 칼륨 (0.524***), 유효인산 (0.425***), 교환성 칼슘 (0.250***), 유기물 (0.246***) 및 교환성 마그네슘 (0.243***) 순으로 정의 상관을 나타냈다 (Miyamoto et al., 2015). 유기물은 교환성 칼륨 (0.559***), 유효인산 (0.426***), 교환성 마그네슘 (0.309***), 교환성 칼슘 (0.297***) 및 토양 pH (0.119***)와 고도의 정의 상관을 보였다. Kim et al. (2020)은 유기물로 비료성분이 높은 가축분뇨 등을 사용함에 따라 부숙유기질비료의 비료영양성분이 증가하고 이로 인해 과량 시용한 농가에서는 양분집적 등을 유발한다고 하였다. Guo et al. (2010)은 옥수수와 밀의 윤작에서 바이오매스를 제거하여 토양 유기물 함량이 낮아지면 양이온 공급이 부족해져 토양을 산성화 시킨다고 하였고, Kim et al. (2026)과 Choi et al. (2010)이 가축 분뇨 퇴비를 시용하면 토양 pH가 높아진다고 보고한 연구 결과와 일치하였다. 유효인산은 교환성 칼륨 (0.487***), 교환성 마그네슘 (0.113***)과 고도의 정의 상관을 보인 반면에 교환성 칼슘과는 관계가 없었다. 교환성 칼륨은 교환성 마그네슘 (0.434***) 및 교환성 칼슘 (0.324***)과 정의 상관을 보였다. 대부분의 토양 화학 성분 간에는 통계적으로 유의미한 (p<0.001) 양의 상관관계가 확인되어, 한 성분의 변화가 다른 성분의 변화와 밀접하게 연관되어 있음을 보여준다 (Yun et al., 2026).
Table 2
A correlation coefficient between chemical properties of upland soils in Gyeongnam Province (n = 1,190).
| EC | OM | Avail. P2O5 | Exch. K | Exch. Ca | Exch. Mg | |
| pH | -0.023ns | 0.119*** | -0.083** | 0.165*** | 0.701*** | 0.265*** |
| EC | 0.246*** | 0.425*** | 0.524*** | 0.250*** | 0.243*** | |
| OM | 0.426*** | 0.559*** | 0.297*** | 0.309*** | ||
| Avail. P2O5 | 0.487*** | 0.024ns | 0.113*** | |||
| Exch. K | 0.324*** | 0.434*** | ||||
| Exch. Ca | 0.351*** |
밭 토양 화학성분 주성분분석
토양 화학성분은 다수의 인자가 상호작용하는 다변량적 구조를 갖는다. 따라서 Fig. 2에 제시된 주성분 분석 (principal component analysis, PCA) 결과를 바탕으로 경남 지역 밭 토양의 화학적 특성을 결정짓는 핵심 요인을 분석하였다 (Cho et al., 2018; Je et al., 2025). 일반적으로 PC1과 PC2는 전체 데이터의 가장 큰 변동성을 설명하며, 이는 경남 지역 밭 토양 관리의 핵심 지표가 무엇인지 알려준다. 화살표는 각 화학 성분의 영향력을 나타내는 고유벡터이다. 화살표의 길이가 길수록 해당 성분이 주성분에 미치는 영향이 크다는 것을 의미하며 화살표 간의 각도가 좁을수록 두 성분은 강한 정의 상관관계를 가진다. 주성분 분석으로 PC1은 40.5%, PC2는 23.2%를 나타냈으며 전체 63.7%를 나타냈다. 토양 화학성분의 PC1 주성분은 교환성 칼륨, 유기물, EC, 유효인산 등 비료 등 양분관리 관련 성분이었고 수치가 높을수록 상대적으로 비료 성분의 축적이나 양분 과잉 우려가 되는 토양 상태를 나타낸다. 주성분 PC2는 pH, 교환성 칼슘, 교환성 마그네슘 등 산도교정 및 염기포화도를 나타내었고 수치가 높을수록 염기포화도가 높은 토양 상태를 나타낸다. 이러한 결과는 Cho et al. (2018)이 보고한 경남 시설재배지 토양 화학성분의 주성분 분석결과와 유사하였다. 이러한 PCA 결과는 경남 밭 토양의 화학성 관리가 비료 성분 축적을 완화하기 위한 정밀 시비 관리 (PC1)와 염기포화도 균형을 위한 토양 pH 및 석회 시용 관리 (PC2)라는 두 축으로 접근될 필요가 있음을 시사한다. 다만 Table 2에서 확인된 바와 같이 두 축의 구성 성분 간에도 부분적인 상관성이 존재하므로 (예: pH-K, Ca-EC), 두 관리 축을 완전히 별개로 취급하기보다는 상호 영향을 고려한 통합적 시비 처방이 요구된다. 주성분 분석에서 2001년과 2005년은 양분 축적도 적고 pH와 주요 염기 함량도 낮아 개량이 필요한 산성 토양 구역 (제3사분면)이며 2009년은 토양이 산성을 띠고 있으나 비료 성분만 과다하게 들어간 불균형 구역 (제2사분면)으로 나타났다. 그리고 2013년 이후 경남지역 밭 토양 특성 (제1사분면)은 pH와 교환성 양이온이 풍부하면서도 교환성 칼륨, 유효인산, EC가 함께 높은 양분 과잉 및 고염류 구역으로 철저한 시비 처방이 필요한 것으로 나타났다. 이러한 연도별 점 분포는 제3사분면에서 제4사분면을 거쳐 제1사분면에 이르는 L자형 궤적을 보이며, 이는 경남지역 밭 토양의 관리 이력이 시비 관리 (PC1 상승)와 산도 교정 관리 (PC2 상승)의 두 단계로 순차적으로 진행되었을 가능성을 시사한다. 다만 본 연구는 시계열 관찰 자료에 기반한 것으로, 이러한 순차적 전환이 실제 시비 정책이나 영농 관행의 변화에 기인한 것인지는 별도의 정책 ‧ 투입 자료 검증이 필요하다. 아울러 2013년 이후 제1사분면 내에서 뚜렷한 추가 이동 없이 정체하는 양상은, 현재의 밭 토양이 양분 과잉 및 고염류 상태로 고착화되었을 가능성을 시사하며, 이를 완화하기 위한 적극적인 시비 처방 전환이 필요함을 뒷받침한다. 향후 연구에서는 PCA 결과와 실제 작물의 수확량 데이터를 연계하여 경제적 최적 시비 모델을 도출하는 연구가 지속되어야 할 것이다.
Fig. 2
Principal component analysis of chemical properties of upland soils in Gyeongnam Province (n = 1,190). The variance explained by each principal component (PC) axis is shown in parentheses. The bars represent one standard deviation of the mean. The arrows indicate eigenvectors of the individual soil chemical properties of PC. The significant effects on PC1 and PC2 scores were evaluated. Means followed by the same letter are not significantly different at the 5% level according to Duncan’s multiple range test (DMRT).
Conclusions
경남 지역 밭 토양의 장기적인 변화 경향과 영양 상태를 평가하여, 지속 가능한 토양 관리와 정밀한 비료 시용을 위한 과학적 가이드라인을 제공하고자 2001년에 170개소를 선정하여 4년 주기로 pH, EC, 유기물, 유효인산, 교환성 양이온인 칼륨, 칼슘, 마그네슘의 변화를 분석하였다. 모니터링 분석 결과, pH, EC, 유기물, 마그네슘 수치는 대체로 적정 범위를 유지했으나, 유효인산, 칼륨, 칼슘의 평균 수치는 추천 기준치를 지속적으로 초과했다. 2025년 기준 양분 과잉 토양의 비율은 감소했으나, 유기물과 마그네슘 결핍 비율이 각각 43%, 46%로 나타났다. 특히 칼슘/마그네슘비가 2001년 4.9에서 2025년 6.0으로 증가하여 마그네슘 결핍 위험이 높아졌음을 보여주었다. 주성분 분석 결과, 제1주성분 (양분 축적)과 제2주성분 (염기포화도)이 전체 분산의 63.7%를 설명하며 모니터링 시기별 토양 특성을 효과적으로 구분하였다. 이러한 결과는 장기적인 양분 집적 패턴이 유의미하게 변화했음을 나타낸다. 따라서 경남 지역의 지속 가능한 밭 토양 관리를 위해서는 교환성 양이온인 칼슘, 마그네슘, 및 칼륨의 균형을 맞추는 것이 요구된다.
