Soil health assessment of conventional and organic grape orchards based on soil chemical properties

Yeon-Ho Kim; Hye-Ban Namgung; Sang-Min Lee; Sung-chul Kim; Hyun-Young Hwang

doi:10.7745/KJSSF.2025.58.4.663

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Short communication

Korean Journal of Soil Science and Fertilizer. 30 November 2025. 663-673
https://doi.org/10.7745/KJSSF.2025.58.4.663

Soil health assessment of conventional and organic grape orchards based on soil chemical properties

Yeon-Ho Kim¹⁴

Hye-Ban Namgung¹

Sang-Min Lee³

Sung-chul Kim⁵^†

Hyun-Young Hwang²^*

¹Research Assistant, Regenerative organic Agriculture Division, Department of Agricultural Environment, National Institute of Agricultural Sciences, RDA, Wanju 55365, Korea

²Researcher, Regenerative organic Agriculture Division, Department of Agricultural Environment, National Institute of Agricultural Sciences, RDA, Wanju 55365, Korea

³Senior Researcher, Regenerative organic Agriculture Division, Department of Agricultural Environment, National Institute of Agricultural Sciences, RDA, Wanju 55365, Korea

⁴Doctoral students, Department of Bio-Environmental Chemistry, Chungnam National University, Daejeon 34134, Korea

⁵Professor, Department of Bio-Environmental Chemistry, Chungnam National University, Daejeon 34134, Korea

^{*Corresponding Author}

^{†This author contributed equally as a co-corresponding author.}

License (open-access, http://creativecommons.org/licenses/by-nc/4.0/):

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ABSTRACT

Soil chemical properties play a key role in determining the growth, nutrient uptake, and fruit quality of perennial crops such as grapes. This study assessed soil health based on the chemical characteristics of under different management practices and orchard ages. These nationwide soil properties datas were obtained from Heuktoram, Korea’s national soil testing information system. The management systems were categorized into organic farming (OF), non-pesticide farming (NF), and conventional farming (CF), while orchard age was classified as 1 - 4 years, 5 - 10 years, and over 11 years. Under OF, Soil pH increased with orchard, whereas it tended to decrease under NF and CF. Soil organic matter (SOM), an indicator of soil health improvement, showed the highest content in OF orchard older than 10 years, with a 55% increase compared to 1 - 4 years, while CF exhibited only a 15% increase. Available P₂O₅ (Av. P₂O₅) content increased with orchard age across all management systems. Exchangeable cation (Ex. cation) contents were generally higher in OF and CF than in NF. However, both Av. P₂O₅ and Ex. cations levels exceeded the optimal range, precise nutrient management based on soil testing is essential to prevent potential environmental pollution. The soil health index, evaluated based on soil chemical properties, was highest in OF orchards aged 5 - 10 years and over 11 years, ranging from 5.16 to 5.19. This was primarily attributed to the elevated SOM index (0.63 - 0.74) in these orchards, indicating that long-term organic management enhances SOM content, thereby improving soil chemical properties and promoting overall soil health.

Soil chemical properties under different management practices and orchard ages.

Management¹	Period	pH	EC²	SOM³	Av. P₂O₅⁴	Exch. cations⁵ (cmol_c kg^-1)
Management¹	Period		(dS m^-1)	(g kg^-1)	(mg kg^-1)	K	Ca	Mg
OF	1 - 4 yr	6.61 ab⁶	2.14 a	19.67 e	524.86 d	1.15 abcd	8.20 cd	2.98 a
	5 - 10 yr	6.53 b	2.19 a	26.87 b	680.54 ab	1.29 a	9.30 ab	3.01 a
	≥ 11 yr	6.82 a	1.30 b	30.47 a	675.42 ab	1.12 abcd	9.68 a	2.56 bc
	Total	6.60 A	2.09 A	22.96 B	589.61 AB	1.19 A	8.68 A	2.95 A
NF	1 - 4 yr	6.60 ab	1.84 a	24.89 bcd	571.37 cd	1.08 bcd	8.47 bcd	2.71 abc
	5 - 10 yr	6.48 b	1.91 a	23.44 cd	580.80 cd	0.97 cd	7.64 d	2.38 c
	≥ 11 yr	6.43 bc	1.00 b	24.78 bcd	608.46 bc	0.94 d	8.46 bcd	2.33 c
	Total	6.52 AB	1.63 B	24.47 A	584.52 B	1.01 B	8.24 B	2.51 C
CF	1 - 4 yr	6.56 b	2.08 a	21.67 de	589.22 cd	1.17 abc	8.21 cd	2.80 ab
	5 - 10 yr	6.38 bc	2.17 a	24.23 bcd	678.90 ab	1.29 a	8.72 abc	2.86 ab
	≥ 11 yr	6.20 c	1.80 a	25.05 bc	727.33 a	1.20 ab	7.78 cd	2.53 bc
	Total	6.48 B	2.09 A	22.76 B	628.89 A	1.21 A	8.35 AB	2.80 B
ANOVA
Management		**	**	**	**	**	**	**
Period		**	**	**	**	NS	NS	**
Management × Period		**	**	**	*	*	**	NS

¹OF, organic farming; NF, non-pesticide farming; CF, conventional farming;

²EC, electrical conductivity;

³SOM, soil organic matter;

⁴Av. P₂O₅, available P₂O₅.;

⁵Ex. Cations, Exchangeable cations.

Different letters indicate significant difference at p < 0.05. *p < 0.05, **p < 0.01.

Keywords

Grape orchard

Organic farming

Soil fertility

Soil health assessment

MAIN

Introduction
Materials and Methods
포도 과수원 토양 화학성 검정 자료
토양 화학성 기반의 건강성 평가 방법
통계 분석
Results and Discussion
토양 화학성
토양 화학성 적정 분포율
토양 화학성 기반 건강성 평가
Conclusions

Introduction

지속가능한 농업은 기후변화, 토양 황폐화, 환경 오염 등의 전 지구적 문제의 핵심 대응 방안으로 주목받고 있다. 특히 토양은 농업 생산과 생태계의 핵심 구성 요소로서, 토양 건강은 농업의 지속가능성을 결정하는 중요한 지표다 (Biswas et al., 2014). 토양 건강 평가는 단일 특성의 수치적 비교뿐만 아니라 환경적 지속가능성을 진단하는 도구로써 활용된다. 특히 토양 화학성은 양분 이용 효율과 미생물 활성의 기반으로, 화학성 기반의 토양 건강 평가는 토양 관리 방법의 효과를 판단하는 주요한 과학적 근거가 된다 (Bünemann et al., 2018).

포도와 같은 영년생 작물은 생육, 양분 이용률 및 과실 품질 등이 토양의 화학적 특성에 많은 영향을 받는다 (Li et al., 2024). 토양 pH는 작물이 영양소를 흡수할 수 있는 형태를 결정하는 화학적 지표로서, 적정 수준의 pH 환경은 유효인산 (Av. P₂O₅, available P₂O_5.)과 교환성 양이온 (Exchangeable cations, Ex. cation)같은 다량원소뿐 아니라 미량원소의 유효성을 높여 포도나무 생육과 과실 품질에 직접적인 영향을 미친다 (Bravo et al., 2017; Neina, 2019). 전기전도도 (electrical conductivity, EC)는 염류 집적도를 확인하고, 뿌리의 수분 흡수 능력과 양분 가용성을 종합적으로 판단하는 핵심적인 지표로 활용된다 (Kim and Park, 2024). 이러한 토양 환경은 영농 형태에 영향을 많이 받으므로, 유기, 무농약, 관행을 구분하여 조사할 필요가 있다 (Coll et al., 2011).

유기농업은 합성 화학 물질의 사용을 줄이고 유기자원의 사용으로 생태계 내 순환을 활용하는 농업으로, 농산물의 안전성뿐만 아니라 토양 내 탄소 저장, 생물다양성 증진 등 다양한 공익가치를 제공한다 (Reeve et al., 2016). 반면 집약적 관행농업은 단기 생산성 향상에 유리하지만, 토양을 황폐화하는 부작용을 초래하여, 지속 가능한 농업 시스템이 작용하지 못하도록 만드는 문제로 지적되고 있다 (Scotti et al., 2015). 따라서 상이한 농업방식이 토양의 화학적 특성에 미치는 영향을 과학적으로 규명하고, 이를 정량적 지표로 평가하는 것은 유기농업의 환경보전 효과에 대한 과학적 근거로써 제시할 수 있으며, 농가별 맞춤형 토양 건강성 관리에 활용 가능할 것으로 사료된다.

그러나 국내 포도 과수원 토양 환경 평가는 대체로 개별 항목 (pH, EC, SOM, Av. P₂O₅, Exchangeable Cations: Ca, K, Mg)에 대한 비교 연구 위주로, 영농형태별 토양의 건강을 통합적으로 판단할 수 있는 점수화 모델의 개발 및 평가가 필요한 실정이다 (Karlen et al., 2019).

따라서 본 연구는 흙토람에서 제공하는 전국단위의 토양 화학성 검정 데이터를 활용하여 포도 과수원 토양의 관리 방법과 관리 기간에 따른 화학적 특성 (pH, EC, SOM, Av. P₂O₅, Exchangeable Cations: Ca, K, Mg)을 분석하고, 토양 건강성 점수화 모델을 구축하여, 영농형태별 건강성 수준을 정량적으로 평가하였다. 또한 토양 화학적 특성의 적정 범위 분포를 확인함으로써, 대한민국 포도 과수원 토양의 현황을 진단하고 효율적인 양분 관리 및 지속 가능한 포도 재배를 위한 기초 자료를 제공하고자 하였다.

Materials and Methods

포도 과수원 토양 화학성 검정 자료

대한민국 농촌진흥청은 각 도 농업기술원, 시 ‧ 농업기술센터와 매년 토양검정 사업을 시행하고 있으며, 검정된 토양 분석 결과는 흙토람의 DB (date base)로 구축하고 있다. 본 연구는 포도 과수원 토양 화학성을 조사하기 위하여 2023년 1월 2일에서 12월 29일의 기간 동안 전국 17개의 광역자치단체 (1특별시, 6광역시, 1특별자치시, 6도, 3특별자치도)의 포도 과수원을 대상으로 흙토람에서 제공된 토양 화학성 검정 데이터를 활영하여 분석하였다. 영농 형태는 관리 방법에 따라 관행농업 (conventional farming, CF), 무농약농업 (non-pesticide farming, NF), 유기농업 (organic farming, OF)으로 구분하였다. 과수 연생은 포도 나무 식재 직후의 화학성을 확인할 수 있는 초기 단계 (1 - 4년생, 1 - 4 yr), SOC 및 관련 화학성 지표의 누적 변화가 통계적 의미를 갖는 장기 전환 단계인 중기 단계 (5 - 10년생, 5 - 10 yr)와 그 이후인 장기 단계 (11년생 이상, ≥ 11 yr)로 구분하여 초기의 변화, 중기의 축적 및 안정화 경향, 장기의 누적효과를 체계적으로 비교 ‧ 평가하고자 하였다 (Wang et al., 2024; Mihelič et al., 2024). 관리 방법 및 과수 연생에 따른 조사 농가 수는 Table 1과 같다.

Table 1

The number of sampled orchards under different management practices and orchard ages.

Management	Period	Number of sampling orchards
Organic farming	1 - 4 yr	552
	5 - 10 yr	298
	≥ 11 yr	87
	Total	937
Non-pesticide farming	1 - 4 yr	243
	5 - 10 yr	150
	≥ 11 yr	152
	Total	545
Conventional farming	1 - 4 yr	9,794
	5 - 10 yr	5,451
	≥ 11 yr	1,155
	Total	16,403

토양 화학성 기반의 건강성 평가 방법

토양의 화학성 평가는 Cornell Assessment of Soil Health (CASH) 프로토콜을 기반으로 하여, 각 화학성 지표를 0 - 1 범위의 연속형 점수화 함수로 표준화하였다 (Fine et al., 2017). CASH 프로토콜의 핵심 원리는 서로 단위가 다른 다양한 토양 인자를 동일한 척도로 비교 ‧ 통합하기 위해, 각 인자의 값이 전체 분포 내에서 어느 위치에 있는지를 확률적 개념으로 변환하는 것이다. 이를 위해 지표별 원자료의 전체 분포로부터 평균과 표준 편차를 산출하고, 이를 누적 정규 분포 (Cumulative Normal Distribution, CND) 함수에 대입하여 점수를 계산하였다.

(Ep. 1)

p = f (x, μ, σ) = \frac{1}{σ \sqrt{2 π}} \int_{- \infty}^{+ \infty} e \frac{- {(x - μ)}^{2}}{2 σ^{2}} d x

Ep. 1에서 $p$ 는 측정값 $x$ 가 구간 (+ $\infty$ , - $\infty$ )에서 특정 위치에 있을 확률 (0 - 1)이며, $μ$ 는 평균, $σ$ 는 표준 편차이다. 즉, 값이 평균보다 높을수록 $p$ 는 0.5보다 큰 값을 가지며, 분포의 상위 구간으로 갈수록 1에 근접한다. 이 방식은 개별 인자의 절댓값이 아닌 상대적 토양 상태를 평가하는 CASH 프로토콜의 기본 개념을 충실히 반영한다. 토양 화학성 인자는 기능적 특성에 따라 높을수록 좋은 (more is better), 적정 범위 (optimum), 낮을수록 좋음 (less is better)의 세 가지 방향성으로 구분하여 평가하였다. pH, EC와 Av. P₂O₅의 적정 기준은 ‘농업환경변동 조사 - 조사 항목별 평가 기준 (Table 2)에 따라 적정 범위를 설정하였다 (RDA, 2022). 토양 화학성의 total index는 각 화학성 인자별 건강성 지수 ( $p$ )늘 모두 합하여 사용하였다.

Table 2

Optimum range of soil chemical properties for orchard.

	pH	EC¹	SOM²	Av. P₂O₅³	Exch. cations (cmol_c kg^-1)
		(dS m^-1)	(g kg^-1)	(mg kg^-1)	K	Ca	Mg
Optimum range	6.0 - 7.0	≤ 2	20 - 30	300 - 550	0.5 - 0.8	5.0 - 6.0	1.5 - 20

¹EC, electrical conductivity;

²SOM, soil organic matter;

³Av. P₂O₅, available P₂O₅.

통계 분석

관리 방법과 과수 연생별 토양 화학성 통계 분석은 SPSS를 이용하여 분산분석 (analysis of variance, ANOVA)을 수행하였으며, 5% 유의수준 (p < 0.05)에서 Tukey’s test를 이용하였다. 토양 화학성 인자의 점수화 함수에 따른 최적의 모델값 산출은 curve expert (version 2.2, yams development)를 사용하였다.

Results and Discussion

토양 화학성

관리 방법 및 과수 연생별 토양 화학성 평균값은 Table 3과 같다. 토양 pH는 OF에서 연생이 증가함에 따라 높아지고, CF에서는 낮아지는 경향을 나타내었다. 선행연구 결과 장기간 가축분 퇴비와 같은 유기자원의 투입은 토양 pH 값을 증가시켰으나 (Jeong et al., 2023), 장기간 질소질 화학비료 투입은 토양 pH를 감소시켰다 (Schroder, 2011). NF의 pH는 낮아지는 경향이었지만 연생별 유의미한 차이는 없었다. 무농약 인증 농업은 농약을 사용할 수 없지만 화학비료 사용 추천 시비량의 1/3 까지 허용되므로, 유기질 비료와 무기질 비료를 같이 사용하여 양분을 관리 한다. 이러한 차이로 NF의 pH는 OF와 CF의 중간적 성격을 보였다. EC는 OF와 NF에서 연생이 증가함에 따라 감소하였고, CF는 비슷한 수준으로 유지되었다. 토양 유기물은 토양 내 미생물 활성 증진과 입단화의 촉진으로 토양 건강개선 효과가 높아 주요 지표로 활용할 수 있다 (Zhang et al., 2020; Das et al., 2023). 본 연구의 NF 유기물 함량은 연생에 따른 차이 없이 적정수준으로 유지되었으며, OF와 CF는 연생이 증가함에 따라 증가하였다. 특히 OF는 1 - 4년 대비 11년 이상에서 토양 유기물 함량이 55% 증가하여, 15% 증가한 관행농업에 비해 유기재배에서 월등한 증가폭을 확인하였다. 장기간 유기농업과 관행농업의 유기물 함량과 생물학적 특성을 비교한 선행연구 결과도 유기재배 관리가 유기물 함량을 증가시키는 동일한 결과를 보였다 (Fließbach et al., 2007). Av. P₂O₅는 모든 관리 방법에서 연생이 증가함에 따라 증가하였다. OF는 1 - 4년 대비 11년 이상에서 29%, NF는 7%, CF는 23%로 증가로 OF에서 증가율은 가장 높았지만, 전체 평균 함량은 CF (628.89 mg kg^-1)에서 높았다. 교환성 양이온 값은 관리 방법별 평균 함량은 NF에서 낮았지만, 같은 관리 방법 내 연생별 유의미한 차이는 없었다. 과수원에서는 교환성 양이온의 함량뿐만 아니라 비율 또한 중요하다. Ex. K는 포도알 발달과 당 축적에 중요한 요소로 과다하게 시비될 경우 Ex. Ca와 Mg의 흡수를 억제하여 작물 생장에 부적정인 영향을 미칠 수 있으므로 균형적인 관리가 필요하다 (Rogiers et al., 2017). 관리 방법 및 과수 연생에 따른 토양 화학성의 변화는 각 과수원의 토양 관리, 토양 개량제 사용 방법, 과수원 운영 시스템 등 복합적인 원인이 작용한 결과이다 (Do et al., 2025). 추후 변화 추이와 원인분석을 위하여 변동 조사 수행 시 재배 이력 조사도 필요할 것으로 판단된다.

Table 3

Soil chemical properties under different management practices and orchard ages.

Management¹	Period	pH	EC²	SOM³	Av. P₂O₅⁴	Exch. cations⁵ (cmol_c kg^-1)
Management¹	Period		(dS m^-1)	(g kg^-1)	(mg kg^-1)	K	Ca	Mg
OF	1 - 4 yr	6.61 ab⁶	2.14 a	19.67 e	524.86 d	1.15 abcd	8.20 cd	2.98 a
	5 - 10 yr	6.53 b	2.19 a	26.87 b	680.54 ab	1.29 a	9.30 ab	3.01 a
	≥ 11 yr	6.82 a	1.30 b	30.47 a	675.42 ab	1.12 abcd	9.68 a	2.56 bc
	Total	6.60 A	2.09 A	22.96 B	589.61 AB	1.19 A	8.68 A	2.95 A
NF	1 - 4 yr	6.60 ab	1.84 a	24.89 bcd	571.37 cd	1.08 bcd	8.47 bcd	2.71 abc
	5 - 10 yr	6.48 b	1.91 a	23.44 cd	580.80 cd	0.97 cd	7.64 d	2.38 c
	≥ 11 yr	6.43 bc	1.00 b	24.78 bcd	608.46 bc	0.94 d	8.46 bcd	2.33 c
	Total	6.52 AB	1.63 B	24.47 A	584.52 B	1.01 B	8.24 B	2.51 C
CF	1 - 4 yr	6.56 b	2.08 a	21.67 de	589.22 cd	1.17 abc	8.21 cd	2.80 ab
	5 - 10 yr	6.38 bc	2.17 a	24.23 bcd	678.90 ab	1.29 a	8.72 abc	2.86 ab
	≥ 11 yr	6.20 c	1.80 a	25.05 bc	727.33 a	1.20 ab	7.78 cd	2.53 bc
	Total	6.48 B	2.09 A	22.76 B	628.89 A	1.21 A	8.35 AB	2.80 B
ANOVA
Management		**	**	**	**	**	**	**
Period		**	**	**	**	NS	NS	**
Management × Period		**	**	**	*	*	**	NS

¹OF, organic farming; NF, non-pesticide farming; CF, conventional farming;

²EC, electrical conductivity;

³SOM, soil organic matter;

⁴Av. P₂O₅, available P₂O₅.;

⁵Ex. Cations, Exchangeable cations.

Different letters indicate significant difference at p < 0.05. *p < 0.05, **p < 0.01.

토양 화학성 적정 분포율

관리 방법 및 과수 연생별 토양 화학성의 적정 기준 분포율은 Fig. 1과 같다. pH는 농업 형태와 상관없이 적정 수준이 41.3 - 47.8%로 높게 나타났다. 다만, OF 11년 이상 과수의 초과 비율이 41.4%로 높고, CF 11년 이상 과수는 부족 비율이 37% 높아 장기 과수원에서는 pH의 관리가 필요할 것으로 판단된다. EC는 농업 형태와 상관없이 적정 수준이 50% 이상으로 전체적으로 양호한 수준을 보였다. 유기물 함량의 적정 분포율은 영농 형태별로 차이가 있었다. 무농약 과수원에서는 연생별 차이가 없었던 반면, 관행과 유기 과수원에서는 연생 증가에 따라 부족 수준 비율이 감소하였다. 특히 CF 11년 이상 과수의 36.6%에 비하여 OF 11년 이상 과수는 23%로 부족 수준은 상당히 낮았다. 장기간 유기재배는 토양 유기물 함량을 증가시켜 토양 내 탄소 저장량 증가로 온실가스 배출량을 상쇄하여 Net Zero 목표 달성의 중요한 수단으로써 활용 가능하다고 사료된다 (Meng et al., 2024). 유기물 함량과 마찬가지로 CF와 OF에서 Av. P₂O₅도 연생 증가에 따라 부족 수준이 감소하였다. 다만 초과 수준이 50% 이상으로 높아 환경적 부하량을 증가시켜 수질오염과 같은 문제를 일으킬 수 있으므로 적정량의 인산질 비료의 사용이 필요하다 (Lee and Kim, 2025). 본 연구의 Ex. Cation은 모든 과수에서 초과 수준이 50% 이상으로 높고, 적정수준은 8 - 25%로 낮았다. 이는 포도 과수원에서 사용되는 시설 하우스와 비가림 시설은 강우를 차단하기 때문에 Ex. cation이 축적되기 쉬운 환경이 간접적 원인인 것으로 사료되어 (Kong et al., 2018), 정밀한 토양 검정을 통한 적정량의 비료 투입이 필요하다.

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Fig. 1

Proportional distribution of orchard soil chemical properties under different management practices and orchard ages. OF, organic farming; NF, non-pesticide farming; CF, conventional farming; EC, electrical conductivity; SOM, soil organic matter; Av. P₂O₅, available P₂O₅.; Ex. Cations, Exchangeable cations.

토양 화학성 기반 건강성 평가

화학성 기반 토양 건강 평가는 과수원 토양 관리 방법의 적절성을 평가하는 핵심 자료이다 (Bünemann et al., 2018). 본 연구에서는 포도 과수원 토양 화학성 검정 자료를 바탕으로 CASH 프로토콜을 활용하여 토양 화학성 평가 모델을 도출하였다. 토양의 인자별 모델과 매개변숫값은 Table 4에 정리하였다. 양분 공급을 관리 목표로 하여 pH는 optimum, SOM과 Ex. Cations는 more is better, EC는 적정수준 초과에서 less is better로 평가하였다 (Huang et al., 2021). 다만 Av. P₂O₅의 경우 최근 무기질 비료의 사용량 감소가 가축분 퇴비로 대체되어 환경 오염의 우려가 있어 (Lee and Kim, 2025), 작물생산을 위한 양분 공급과 환경 오염원의 잠재력을 균형 있게 고려하여 more is better 대신 optimum으로 평가를 진행하였다. 또한 optimum의 경우 최적의 모델식 도출을 위하여 적정 수준 미만과 초과를 나누어 모델식을 도출하였다.

Table 4

Optimized model equation and parameter values for Orchard soil chemical properties.

Soil properties	Model name		Parameters values
pH	Richards model	DR-Hill model	$x$ < 6	$x$ > 7
	$x$ < 6	$x$ > 7
	$y = \frac{α}{{(1 + e^{β - γ x})}^{1 / δ}}$	$y = α + \frac{γ x^{β}}{δ^{β} + x^{β}}$	$α$ = 1.151 $β$ = 1.465 $γ$ = 2.874 $δ$ = 5.401	$α$ = -2.367 $β$ = -3.510 $γ$ = 1.147 $δ$ = 7.418
EC¹	Gaussian Model		$α$ = 9.925 $β$ = 1.776 $γ$ = 1.780
	$x$ ≥ 2
	$y = α e^{\frac{- {(x - β)}^{2}}{2 γ^{2}}}$
SOM²	DR-Probit model		$α$ = -1.917 $β$ = 8.445 $γ$ = -3.373
	$y = γ + (1 - γ) [1 + \erf (\frac{α + β x}{\sqrt{2}})] / 2$
Av. P₂O₅³	Richards model	DR-Hill model	$x$ < 300	$x$ > 550
	$x$ < 300	$x$ > 550
	$y = \frac{α}{{(1 + e^{β - γ x})}^{1 / δ}}$	$y = α + \frac{γ x^{β}}{δ^{β} + x^{β}}$	$α$ = 1.115 $β$ = 2.107 $γ$ = 1.622 $δ$ = 5.932	$α$ = -7.302 $β$ = -5.230 $γ$ = 1.113 $δ$ = 9.848
Ex. K⁴	DR-Probit model		$α$ = -1.575 $β$ = 1.296 $γ$ = -6.253
	$y = γ + (1 - γ) [1 + \erf (\frac{α + β x}{\sqrt{2}})] / 2$
Ex. Ca	DR-Probit-Zerobackground model		$α$ = -2.375 $β$ = 2.895
	$y = [1 + \erf (\frac{α + β x}{\sqrt{2}})] / 2$
Ex. Mg	DR-Probit-Zerobackground model		$α$ = -2.027 $β$ = 7.221
	$y = [1 + \erf (\frac{α + β x}{\sqrt{2}})] / 2$

¹EC, electrical conductivity;

²SOM, soil organic matter;

³Av. P₂O₅, available P₂O₅.;

⁴Ex. Cations, Exchangeable cations.

Table 4의 모델식을 바탕으로 관리 방법 및 과수 연생별 토양의 화학성 평가 지수는 Table 5와 같다. Total index에서 OF 5 - 10년, 11년생 이상이 5.16 - 5.19로 높았으며, 장기간 유기농업 실천의 토양 화학성 개선 효과를 확인하였다. 인자별 지수는 pH와 EC에서 관리 방법과 과수 연생별로 유의한 차이가 없었다. 유기물 함량의 경우 OF 5 - 10년, 11년 이상에서 0.63 - 0.74로 높아 total index에 차이를 준 결정적 요인으로 판단된다. Av. P₂O₅는 CF 11년 이상을 제외한 나머지 과수원에서 0.9 이상의 높은 지수를 보였다. CF 11년 이상은 Av. P₂O₅가 적정 범위를 초과하여 (Tables 2, 3) 지수가 가장 낮아, 장기간 관행농업 활용 시 적정 수준으로의 관리 필요성을 확인하였다. Ex. Cation은 OF와 CF에 비하여 NF에서 낮은 지수를 확인하였다. 다만 토양 화학성 적정 분포율에서 Ex. Cation은 초과 수준이 높아 화학성 지수와는 별개로 적정 수준으로의 관리가 필요하다.

Table 5

Soil health index under different management practices and orchard ages.

Management¹	Period	pH	EC²	SOM³	Av. P₂O₅⁴	Exch. cations⁵			Total index
Management¹	Period	pH	EC²	SOM³	Av. P₂O₅⁴	K	Ca	Mg	Total index
OF	1 - 4 yr	1	0.98	0.38	1	0.43	0.5	0.55	4.84
	5 - 10 yr	1	0.97	0.63	0.90	0.51	0.62	0.56	5.19
	≥ 11 yr	1	1	0.74	0.9	0.42	0.67	0.43	5.16
	Total	1	0.98	0.49	0.94	0.45	0.55	0.54	4.95
NF	1 - 4 yr	1	1	0.56	0.99	0.39	0.53	0.47	4.94
	5 - 10 yr	1	1	0.51	0.98	0.34	0.44	0.38	4.65
	≥ 11 yr	1	1	0.56	0.96	0.32	0.53	0.37	4.74
	Total	1	1	0.54	0.97	0.36	0.52	0.42	4.84
CF	1 - 4 yr	1	0.98	0.45	0.97	0.44	0.50	0.50	4.84
	5 - 10 yr	1	0.97	0.54	0.90	0.51	0.56	0.52	5.00
	≥ 11 yr	1	1	0.56	0.85	0.46	0.45	0.42	4.74
	Total	1	0.98	0.49	0.94	0.47	0.52	0.50	4.90

¹OF, organic farming; NF, non-pesticide farming; CF, conventional farming;

²EC, electrical conductivity;

³SOM, soil organic matter;

⁴Av. P₂O₅, available P₂O₅.;

⁵Ex. Cations, Exchangeable cations.

Conclusions

관리 방법 및 과수 연생별 포도 과수원 토양 화학성 검정 자료를 바탕으로 화학성을 분석하고 적정 분포율을 확인하였다. 또한 화학적 특성 데이터를 활용하여 토양 건강성 점수화 모델을 구축하고, 영농 형태별 건강 수준을 정량적으로 평가하였다. 관리 방법 및 과수 연생에 따른 토양 화학성은 각 과수원의 토양 관리, 과수원 운영 시스템 등 복합적인 원인이 작용하여 넓게 분포하였다. 토양 건강을 효과적으로 개선할 수 있는 토양 유기물 함량은 OF 10년생 이상에서 가장 높았으며, OF는 1 - 4년 대비 11년 이상에서 SOM이 55%, CF는 15%로 OF에서 월등한 증가율을 확인하였다. 이는 장기간 유기농업은 유기물 함량을 효과적으로 증가시키는 관리 방법임을 시사한다. Av. P₂O₅와 Ex. Cation은 적정 분포율에서 초과 수준이 높아 환경 오염의 우려가 있으므로, 정밀한 토양 검정에 따른 양분 관리가 필요하다. 토양 화학성을 기반으로 평가된 토양 건강 지수 (total index)는 OF 5 - 10년, 11년 이상에서 5.16 - 5.19로 높게 나타났으며, OF 5 - 10년, 11년 이상에서 유기물 함량 지수가 0.63 - 0.74로 높아 차이를 준 결정적 요인으로 판단된다. 장기간 유기농업의 활용은 유기물 함량을 증가시키는 등 토양 화학성을 개선하여 토양의 건강성이 증진하는 것으로 사료되며, Av. P₂O₅와 Ex. Cation과 같이 적정 수준을 초과한 인자들은 추가적인 양분 관리의 필요성을 시사하였다.

Funding

This work was carried out with the support of the “Organic conversion technology development and ecological value assessment in apple and grape orchard (Project No.: PJ017452)” of the Rural Development Administration of the Republic of Korea. And this study was supported by 2026 collaborative research program between university and Tural Development Administration, Republic of Korea.

Author Contribution

Kim YH: Data curation, Writing-original draft, Namgung HB: Data curation, Visualization, Writing-review & editing, Lee SM: Data curation, Visualization, Writing-review & editing, Kim SC: Supervision, Writing-review & editing, Hwang HY: Supervision, Conceptualization, Writing-review & editing.

Data Availability

Data will be provided on reasonable request.

Acknowledgements

The authors thanks RDA for providing the research sites and experimental materials.

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Korean Journal of Soil Science and Fertilizer ISSN:0367-6315(Print) 2288-2162(Online) 한국토양비료학회 학회지

Preview

Soil health assessment of conventional and organic grape orchards based on soil chemical properties

ABSTRACT

Soil chemical properties under different management practices and orchard ages.

MAIN

Table 1

The number of sampled orchards under different management practices and orchard ages.

(Ep. 1)

Table 2

Optimum range of soil chemical properties for orchard.

Table 3

Soil chemical properties under different management practices and orchard ages.

Fig. 1

Table 4

Optimized model equation and parameter values for Orchard soil chemical properties.

Table 5

Soil health index under different management practices and orchard ages.

Funding

Author Contribution

Data Availability

Acknowledgements

References