Introduction
Materials and Methods
토양 시료채취 방법
토양 화학성분 분석방법
통계분석
Results and Discussion
연차별 과수원 토양 화학성 변화
과수원 심토 양분 과부족률
과종별 표토의 화학성분
토성별 토양 화학성분
지형별 표토의 화학성분
Conclusions
Introduction
경남지역 과수원 면적은 20,978ha로 전국 과수원 면적의 약 13.1%에 해당하며, 과종별 재배면적은 단감, 사과, 떫은감 순으로 많이 재배되고 있다 (Agrix, 2024). 과수원 토양의 화학성과 양분관리는 과실의 품질 및 생리장해 발생과 밀접한 관련이 있으며, 생산성 향상과 고품질 과실 생산을 위한 중요한 요인으로 알려져 있다 (Lee et al., 2000). 그러나 국내 과수원은 주로 경사지에 분포하고 있으며, 우리나라 기후 특성상 장마나 집중호우 등 강우가 특정 시기에 집중되는 경향이 있어 토양 침식과 양분 유실이 심각하게 발생할 수 있다. 또한 현재 우리나라 농경지의 양분 잔류량은 지속적으로 증가하고 있으며 (NAAS, 2021), 논과 밭에 비해 과수 재배에서 퇴비나 유기질 비료의 사용량이 상대적으로 많다고 보고된 바 있다 (Kim et al., 2023, Lee et al., 2024). 과수 재배 시 이러한 양분 투입이 지속될 경우 양분 집적 등을 통한 작물의 생육 저해를 초래할 수 있으며 이를 해결하기 위하여 토양검정을 기반으로 한 적정 시비 처방이 필수적이다. 이에 본 연구는 경남지역 과수원 토양 158개소를 선정하여 2002년부터 2022년까지 4년 주기로 분석을 실시하고, 주성분분석을 통해 주요 변동요인을 도출함으로써 효율적인 토양 양분 관리를 위한 기초자료를 제공하고자 하였다.
Materials and Methods
토양 시료채취 방법
경남지역 과수원 토양의 화학성분을 분석하기 위하여 재배면적과 토양환경을 고려하여 158지점을 선정하였다. 조사 지점 중 폐원, 경지이용형태, 토지이용 변화 등으로 조사가 어려울 시에는 조사지점을 변경하였으며, 변경지점은 인근의 같은 토양통을 가진 필지를 선정하였다.
토양 시료 채취는 2002년부터 4년 주기로 2022년까지 비료를 시용하기 전인 3월부터 4월 사이에 지표면의 식물잔사나 이물질 등은 제거한 후 토양채취기를 이용하여 표토는 0 - 20 cm, 심토는 20 - 40 cm 깊이로 500 g 정도 채취하였다.
토양 화학성분 분석방법
채취한 토양시료는 음지에서 7일간 풍건한 후 2 mm 체를 통과시켜 분석시료로 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), EC meter (Orion 3 STAR EC meter, Orion research Inc., Boston, USA)로 측정하였으며, EC에 대한 측정값에 희석배수 5를 곱하여 제시하였다. 유기물은 Tyurin법으로 적정하였고, 유효인산은 Lancaster법으로 비색계 (UV-1650PC, Shimadzu co., Kyoto, Japan)로 분석하였다. 교환성 양이온은 1M NH4OAc로 추출하여 ICP-OES (PerkinElmer Avio 550 Max, USA)로 분석하였고 석회소요량은 ORD (office of rural development)법으로 분석하였다.
통계분석
분석된 토양 화학성분은 통계프로그램 SAS 9.4 (SAS Institute Inc., USA)를 이용하였다. 연차별 토양 화학성은 5% 수준에서 Duncan’s Multiple Range Test를 하였고 각 성분의 주성분 분석을 실시하였다.
Results and Discussion
연차별 과수원 토양 화학성 변화
토양화학성 조사는 정점조사를 기준으로 하였으며, 조사 초기인 2002년부터 2010년까지는 변경지점은 거의 없었다. 2014년은 17%, 2018년도에는 고령지 18지점이 추가되어 32.9% 변경되었고, 2022년에는 22.8%가 변경되었다. 이러한 결과는 동일 지점에서 장기간 변동 조사를 지속하기가 쉽지 않음을 반영하고 있으며, 그 원인은 폐원, 경지이용형태 등 다양한 토지이용 변화와 환경변화로부터 유래하고 있다. 2002년부터 2022년까지 4년 1주기로 조사한 경남지역 과수원 토양 (0 - 20 cm)의 연차별 화학성 변화는 Table 1과 같다. 토양 pH는 2002년에는 5.7에서 2010년에는 6.2, 2018년에는 6.3까지 증가하였으며, 2022년에는 6.2로 나타났다. EC는 2002년에는 0.42 dS m-1 2006년 0.77 dS m-1로 증가하였으며 2010년에 0.63 dS m-1으로 차츰 낮아져 2022년 0.7 dS m-1으로 적정범위 이내에 적합한 수준을 보였다. 유기물 함량은 최초 조사 시 20 g kg-1에서 시작하여, 이후 연차별로 유의적으로 증가해 2022년에는 42 g kg-1 로 증가하였다.
Table 1
Surface soil chemical properties of orchard field in Gyeongnam province.
| Year |
pH (1:5) |
EC (dS m-1) |
OM (g kg-1) |
Avail. P2O5 (mg kg-1) | Exch. cations (cmolc kg-1) | |||
| K | Ca | Mg | Na | |||||
| 2002 | 5.7 d1 | 0.42 c | 20 e | 665 d | 0.71 b | 5.1 c | 1.4 c | 0.12 d |
| 2006 | 6.0 c | 0.77 a | 25 d | 946 a | 1.16 a | 8.1 b | 1.8 b | 0.10 d |
| 2010 | 6.2 ab | 0.63 ab | 31 c | 752 cd | 1.27 a | 8.3 b | 2.1 a | 0.06 e |
| 2014 | 6.1 bc | 0.73 a | 36 b | 832 bc | 1.24 a | 8.5 b | 2.1 a | 0.31 a |
| 2018 | 6.3 a | 0.55 bc | 39 ab | 675 d | 1.28 a | 9.6 a | 2.0 ab | 0.23 b |
| 2022 | 6.2 ab | 0.7 a | 42 a | 906 ab | 1.29 a | 9.9 a | 2.1 a | 0.14 c |
| Optimal level | 6.0 - 7.0 | <2 | 20 - 30 | 300 - 550 | 0.5 - 0.8 | 5.0 - 6.0 | 1.5 - 2.0 | - |
유효인산 함량은 2002년부터 적정범위를 초과하였으며, 665 mg kg-1의 수준에서 2006년 946 mg kg-1으로 급격하게 증가하였으며, 2010년 752 mg kg-1, 2014년 832 mg kg-1, 2018년 675 mg kg-1까지 감소하였다가 다시 2022년 900 mg kg-1으로 증가하였다. 교환성 칼륨은 2002년에 0.71 cmolc kg-1에서 2010년 1.27 cmolc kg-1까지 증가한 이후 2022년까지 비슷한 수준을 유지하고 있으며, 2010년부터 10년간 지속적으로 적정범위보다 1.6배 높은 수준으로 나타났다. 교환성 칼슘은 2002년 5.1 cmolc kg-1에서 2006년 8.1 cmolc kg-1로 유의적으로 증가하여 2022년에는 9.9 cmolc kg-1로 과수토양 교환성칼슘의 적정수준보다 1.7배 높았다. 교환성 마그네슘도 2002년 1.4 cmolc kg-1에서 점차증가하여 2022년에는 2.1 cmolc kg-1을 나타내었다.
경남지역 과수원 심토의 화학성분 분석 결과는 Table 2와 같다. 심토의 화학성분은 표토의 연도별 변동 양상과 유사한 경향을 나타냈으며, 표토에 비해 pH는 0.1 - 0.3, EC는 0.02 - 0.19 dS m-1, 유기물 함량은 4 - 7 g kg-1, 유효인산 함량은 70 - 201 mg kg-1, 교환성 칼륨 함량은 0.18 - 0.32 cmolc kg-1, 교환성 칼슘 함량은 0.9 - 2.9 cmolc kg-1, 교환성 마그네슘 함량은 0.1 - 0.4 cmolc kg-1로 낮게 나타났다.
Table 2
Subsoil chemical properties of orchard field in Gyeongnam province.
| Year |
pH (1:5) |
EC (dS m-1) |
OM (g kg-1) |
Avail. P2O5 (mg kg-1) | Exch. cations (cmolc kg-1) | |||
| K | Ca | Mg | Na | |||||
| 2002 | 5.6 d1 | 0.40 d | 16 c | 549 c | 0.53 b | 4.2 b | 1.3 c | 0.12 d |
| 2006 | 5.7 cd | 0.67 a | 18 c | 791 a | 0.87 a | 6.5 a | 1.6 b | 0.08 e |
| 2010 | 6.0 b | 0.53 bc | 24 b | 682 b | 0.99 a | 6.5 a | 1.8 ab | 0.06 f |
| 2014 | 5.8 c | 0.59 ab | 30 a | 749 ab | 1.01 a | 6.7 a | 1.8 a | 0.30 a |
| 2018 | 6.2 a | 0.42 cd | 30 a | 554 c | 0.96 a | 7.4 a | 1.7 ab | 0.22 b |
| 2022 | 6.1 ab | 0.51 bcd | 27 b | 705 ab | 0.98 a | 7.0 a | 1.7 ab | 0.14 c |
| Optimal level | 6.0 - 7.0 | <2 | 20 - 30 | 300 - 550 | 0.5 - 0.8 | 5.0 - 6.0 | 1.5 - 2.0 | - |
경남지역 과수원 심토의 연도별 화학성분 주성분 분석결과는 Fig. 1과 같다. 주성분 분석으로 PC 1은 39.3%, PC 2는 22.9%를 보였으며, 전체 62.2%를 나타냈다. 토양 화학성분의 PC 1 주성분은 치환성 칼슘 (1.353), 치환성 칼륨 (1.292), 치환성 마그네슘 (1.042)이 관련되었으며, PC2는 pH (-0.828), 유효인산 (0.752)이 비교적 높은 상관을 나타내었다. 따라서 PC 1, PC 2은 칼슘함량이 높은 토양개량제의 시용에 따른 것으로 판단된다. 석회질비료에 의한 영향 뿐만 아니라 가축 분뇨로 발생하는 칼슘의 양이 토양개량제로 공급하는 투입 양과 견줄 만큼 많으며, 농경지에 실제 투입되는 석회성분은 퇴비로 들어가는 양이 더 해져 농경지 토양의 교환성 칼륨과 칼슘의 농도가 지속적으로 높아지고 있다 (Lee and Kim, 2025). 따라서 토양개량제 사용은 시비 전 토양검정을 통해 해당 토양의 화학적 특성을 파악하고, 적정 시비량을 결정하는 것이 생산량 향상과 지속가능한 토양관리에 중요한 부분이다. 2002년에서 2014년까지의 경남 과수원 심토의 주성분 분석 결과로 PC1은 토양개량제와 관련이 있었고 PC2는 유기물과 관련이 있었지만, 점차 토양 화학성이 변화함에 따라 주성분의 구성도 계속적으로 변화함을 확인하였다 (Kim et al., 2015).
과수원 심토 양분 과부족률
경남지역 과수원의 적정범위 (RDA, 2021)를 기준으로, 연도별 양분의 과부족률은 Fig. 2와 같다. 토양 pH는 적정범위 미만의 과수토양이 2002년에 70.7%로 높았으며, 점차 낮아져 2010년 52.1%로 나타났다. 2014년 56.4%로 증가하였고 2022년에는 46.2%였다. 적정범위에 분포하는 비율은 2014년 이후 증가하여 2022년 35.4%였다. 유기물의 적정범위 미만의 분포 비율은 2002년 87.1%에서 2014년 23.6%까지 지속적으로 감소하다가 2022년에는 33.5%였다. 적정범위 분포비율은 2002년 9.3%, 2006년 10.7%, 2010년 22.1%, 2014년 35.0%로 증가하다가 2018년 24.3%, 2022년 33.0%이었다. 유효인산 함량은 과다비율이 2002년 67.1%, 2006년 93.6%, 2010년 60.0%, 2014년 69.3%, 2018년 44.3%, 2022년 64.6%로 조사초기의 과다비율과 비슷한 수준이었다. 적정비율은 2002년 8.6%에서 2022년 18.3%까지 증가하였다. 교환성칼륨의 적정범위 이내의 비율은 2002년 45.0%, 2006년 24.3%, 2010년 22.1%, 2014년 22.9%, 2018년 20.7%, 2022년 22.8%이며, 과다비율은 2002년 30.0%에서 2022년 53.2%까지 증가하였다. 교환성칼슘의 과다비율은 2002년 23.6%에서 2022년 55.1%로 증가하였다. 교환성 마그네슘의 부족비율은 2002년 58.6%에서 점차 낮아져 2010년 23.6%였고, 점차 다시 증가하여 2022년 51.3%로 나타났다. 매년 시비 전 토양 검정을 하여 교환성 마그네슘이 부족한 과원에서는 마그네슘 보충이 필요하다. 토양 내 양이온은 서로 간 존재 비율에 따라 길항작용으로 양분흡수에 불균형을 초래하지만, 양이온 교환용량이 높고 이들 양이온이 적절한 비율로 포화된 토양에서는 양분공급력이 향상되어 작물 생장에 긍정적인 영향을 주기 때문에 양이온들의 적정시비 관리가 필요할 것으로 판단된다.
과종별 표토의 화학성분
2022년 경남지역 과수원의 과종별 표토의 화학성분 함량은 Table 3과 같다. EC, 교환성나트륨을 제외하고는 과수종류에 따른 유의적인 차이는 없었다. pH는 5.8 - 6.7로 나타났으며, 단감, 포도, 복숭아의 pH는 5.8 - 5.9로 적정수준보다 조금 낮게 조사되며, 과수원이 경사지역이 많아 석회나 고토 등이 여름철 집중강우에 의한 양분유실로 사료된다. EC와 교환성 나트륨은 포도과원에서 각각 1.66 dS m-1, 0.25 cmolckg-1로 유의적으로 가장 높게 나타났는데, 이는 다른 과종과 다르게 비가림 시설 등의 형태로 되어있어 높게 나타난 것으로 판단된다 (Kim et al., 2021). 유기물 함량은 산딸기, 체리를 제외하고는 모두 적정수준보다 높게 나타났으며, 유효인산, 교환성 양이온 모두 적정수준보다 높게 나타났다.
Table 3
Chemical properties of orchard soils affected by different fruits in Gyeongnam province in 2022 (n = 158).
| Crop (Site) |
pH (1:5) |
EC (dS m-1) |
OM (g kg-1) |
Avail. P2O5 (mg kg-1) | Exch. cations (cmolc kg-1) | |||
| K | Ca | Mg | Na | |||||
| Sweet persimmon (65) | 5.9 a1 | 0.67 b | 44 a | 1058 a | 1.47 a | 9.7 a | 2.7 a | 0.14 b |
| Apple (39) | 6.7 a | 0.75 b | 48 a | 884 a | 1.24 a | 11.1 a | 1.9 a | 0.11 b |
| Pear (21) | 6.3 a | 0.80 b | 43 a | 921 a | 1.36 a | 9.0 a | 1.8 a | 0.13 b |
| Japanese apricot (12) | 6.4 a | 0.65 b | 36 a | 954 a | 1.22 a | 9.2 a | 2.4 a | 0.13 b |
| Grape (10) | 5.8 a | 1.66 a | 34 a | 829 a | 1.26 a | 10.2 a | 2.0 a | 0.25 a |
| Peach(9) | 5.9 a | 0.51 b | 36 a | 852 a | 1.07 a | 7.4 a | 2.1 a | 0.18 ab |
| Raspberry, Cherry (2) | 6.4 a | 0.33 b | 29 a | 766 a | 1.14 a | 7.8 a | 1.7 a | 0.10 b |
| Optimal level | 6.0 - 7.0 | <2 | 20 - 30 | 300 - 550 | 0.5 - 0.8 | 5.0 - 6.0 | 1.5 - 2.0 | - |
토성별 토양 화학성분
경남지역 과수원 토양의 토성별 화학성분을 분석한 결과는 Table 4와 같다. 과수원 표토, 심토 화학성분 모두 세사양토에서 pH가 각각 6.7, 6.8로 가장 유의적으로 높게 나타났다. 유기물은 심토에서 양질세사토가 44 g kg-1로 유의적으로 높았으며, 양질세사토는 다른 토성에 비해 통기성이 좋아 유기물 분해율이 높아진 것으로 판단된다. 또한 석회소요량은 표토, 심토 모두 양질세사토에서 유의적으로 높게 나타났다.
Table 4
Chemical properties of orchard soils affected by different fruits in Gyeongnam province in 2022 (n = 158).
|
Sampling site | Soil texture |
pH (1:5) |
EC (dS m-1) |
OM (g kg-1) |
Avail. P2O5 (mg kg-1) | Exch. cations (cmolc kg-1) |
LR2 (kg ha-1) | |||
| K | Ca | Mg | Na | |||||||
| Top soil | Loam (90) | 6.2 ab1 | 0.79 a | 41 a | 908 a | 1.24 a | 9.5 a | 2.1 a | 0.15 a | 474 b |
| Silty loam (33) | 6.4 ab | 0.62 a | 38 a | 940 a | 1.33 a | 10.1 a | 2.2 a | 0.15 a | 421 b | |
| Sandy loam (22) | 6.0 ab | 0.63 a | 47 a | 941 a | 1.59 a | 10.7 a | 2.3 a | 0.09 a | 645 ab | |
| Clay Loam (7) | 6.3 ab | 0.46 a | 43 a | 830 a | 1.08 a | 9.6 a | 2.2 a | 0.14 a | 360 b | |
| Fine sandy loam (4) | 6.7 a | 0.63 a | 37 a | 789 a | 1.11 a | 9.8 a | 1.9 a | 0.15 a | 166 b | |
| Loamy fine sand (2) | 5.5 b | 0.42 a | 55 a | 1,016 a | 1.53 a | 9.3 a | 2.3 a | 0.09 a | 1,126 a | |
| Sub soil | Loam (90) | 6.1 ab | 0.55 a | 25 b | 691 a | 0.94 a | 7.0 a | 1.6 a | 0.15 a | 542 bc |
| Silty loam (33) | 6.1 ab | 0.48 a | 27 b | 722 a | 1.04 a | 7.1 a | 1.8 a | 0.15 a | 574 bc | |
| Sandy loam (22) | 5.7 ab | 0.45 a | 29 b | 755 a | 1.12 a | 6.3 a | 1.5 a | 0.09 a | 825 ab | |
| Clay Loam (7) | 6.0 ab | 0.34 a | 26 b | 728 a | 0.82 a | 6.2 a | 1.7 a | 0.13 a | 454 bc | |
| Fine sandy loam (4) | 6.8 a | 0.60 a | 27 b | 703 a | 1.06 a | 7.5 a | 1.8 a | 0.10 a | 199 c | |
| Loamy fine sand (2) | 5.4 b | 0.48 a | 44 a | 807 a | 1.04 a | 6.9 a | 1.8 a | 0.09 a | 1,325 a | |
지형별 표토의 화학성분
경남지역 과수토양의 지형은 구릉 및 산악지 32%, 곡간 및 선상지 30%, 산록경사지 20%, 하성평탄지 13%, 홍적대지 5%으로 5가지로 나타났으며, 경남지역 과수원은 구릉 및 산악지에서 가장 많이 분포하였다. 경남지역 과수원 지형에 따른 토양화학성은 Table 5와 같다. 석회소요량을 제외하고는 유의적인 차이를 보이지 않았으며, 석회소요량은 하성평탄지에서 가장 높았으며, 홍적대지에서 가장 낮게 나타났다. 홍적대지는 식양질토양이 주로 발달 되어있어 양분의 유실이 크지 않기 때문에 석회소요량이 낮게 나타나는 것으로 판단된다. 반면, 하성평탄지는 하천의 퇴적작용으로 형성된 평탄한 지형으로 배수가 잘 되는 특성이 있어 강우나 관개 시 양이온이 쉽게 용탈되어 산성화되기 쉬워 석회소요량이 높은 것으로 판단된다. 경남지역 과수원지형에 따라 과수의 종류와 분포비율은 Table 6과 같다. 구릉 및 산악지에서는 단감, 사과, 배 순으로 분포되어 있었으며, 곡간 및 선상지는 단감, 배, 사과 순으로 많았다. 산록경사지에서는 주로 단감과 사과가 재배되고 있으며, 경남지역 과수원의 20%, 전북지역의 14.5%가 이 지형에 분포하고 있다 (Ahn et al., 2011). 이러한 지형은 여름철 집중강우로 인한 토양 및 양분유실로 산성화되기 쉬우므로, 지형적 특성 등 물리적 특성을 함께 고려한 양분관리가 필요하다.
Table 5
Selected soil chemical properties of orchard soils depending on topography.
| Topography |
pH (1:5) |
EC (dS m-1) |
OM (g kg-1) |
Avail. P2O5 (mg kg-1) | Exch. cations (cmolc kg-1) | LR2 | |||
| K | Ca | Mg | Na | (kg ha-1) | |||||
| Local valley & fans (48) | 6.4 a1 | 0.54 a | 37 a | 927 a | 1.41 a | 9.8 a | 2.1 a | 0.11 a | 439 ab |
| Mountain foot slopes (32) | 6.3 a | 0.88 a | 41 a | 913 a | 1.19 a | 9.5 a | 2.0 a | 0.13 a | 398 ab |
| Alluvial plains (20) | 5.9 a | 0.75 a | 45 a | 947 a | 1.41 a | 9.8 a | 2.3 a | 0.13 a | 696 a |
| Hill & Mountain (51) | 6.2 a | 0.78 a | 43 a | 895 a | 1.24 a | 10.0 a | 2.1 a | 0.17 a | 507 ab |
| Dilluvium (7) | 6.3 a | 0.43 a | 49 a | 881 a | 1.21 a | 10.3 a | 2.5 a | 0.14 a | 360 b |
Table 6
Distribution (%) of fruit in different topographic orchard field (n = 158).
Conclusions
경남지역 과수원 토양158개소를 대상으로 2002년부터 2022년까지 4년 주기로 표토와 심토의 화학성을 분석하였다. 2022년 경남 과수원 표토의 pH는 6.2로 적정범위 이내에 적합한 수준을 보였으며, 적정범위 분포비율은 35.4%이며, 적정범위 미만의 비율은 46.2%였다. 토양 유기물은 2002년부터 유의적으로 증가하여 2022년 42 g kg-1까지 증가하였다. 유효인산은 2002년부터 초과되어 2022년 900 mg kg-1까지 증가하였으며, 교환성칼륨과 칼슘은 적정범위보다 각각 1.6배, 1.5배로 높은 수준을 유지하였고, 마그네슘은 부족비율이 51.3%로 나타났다. 토성별로는 표토, 심토 모두 세사양토에서 pH가 유의적으로 가장 높았으며, 유기물은 심토의 양질세사토에서 유의적으로 높게 나타났다. 지형별로는 구릉 및 산악지 32%, 곡간 및 선상지 30%, 산록경사지 20%, 하성평탄지 13%, 홍적대지 5%로 분포하였으며, 석회소요량을 제외하고는 유의적인 차이가 없었다. 연도별 심토의 화학성분을 주성분 분석한 결과 PC1은 치환성 칼슘, PC2는 pH와 관련되어 있어 토양개량제의 시용에 따른 것으로 판단된다. 토양개량제 투입 시 시비 전 토양검정을 통해 토양의 특성 파악을 하고, 적정 시비량을 토양에 시용하는 것이 중요하다.
