Introduction
Materials and Methods
시험지역 및 연구설계
콩 파종 및 생육조사
토양 조사 및 분석
통계분석
Results and Discussion
경사조성에 따른 토양 특성 변화
콩 생육기간 동안 깊이 별 토양 수분 함량 변화
경사조성에 따른 콩 생육 및 수량 변화
Conclusions
Introduction
최근 기후변화에 따른 식량 안보에 대한 우려가 커지면서 국내 농업의 지속가능성에 대한 관심이 높아지고 있다 (Lim, 2019). 특히 우리나라는 OECD 회원국 중 곡물 자급률이 가장 낮은 나라로, 곡물 수입의존도가 높아 식량안보에 취약하다 (Park and Seung, 2013). 우리나라 전체 농지 면적 중 9%를 차지하는 간척지는 식량자급률 향상에 대한 중요한 자원으로 평가되고 있으며 (Oh et al., 2020; Park et al., 2023; Ock et al., 2024), 특히 국내 쌀 소비량 감소에 따라 논 중심의 작부체계에서 사료, 곡물 등의 밭 작물 재배를 확대하기 위한 변화가 요구되고 있다 (Kang et al., 2019; Oh et al., 2020; Ock et al., 2024). 하지만 간척지 토양은 일반 토양에 비해 토양 비옥도가 낮고, 염농도가 높아 작물의 수분이용도를 감소시켜 작물의 생장 및 생산성을 감소시키며 (Lee et al., 2000; Jung and Yoo, 2007; Ock et al., 2024; Park et al., 2025), 저지대에 위치하여 높은 지하수위의 영향으로 (Jung and Yoo, 2007; Seo et al., 2023), 국내 간척지 면적 중 96%가 배수가 불량하여 밭 작물 재배에 부적합한 상황이다 (NICS, 2013). 특히 배수불량으로 인한 근권의 과잉 수분은 작물 생육과 수량을 감소시키며, 열악한 배수와 이에 따른 염분화는 농업의 지속가능성에 심각한 위협이 되고 있다 (Bahçeci et al., 2006; Singh, 2019; Lee et al., 2025).
따라서 간척지에서의 지속가능한 밭 작물 생산을 위한 적절한 배수에 대한 대책이 필수적이며, 현재 다양한 방법으로 연구가 진행되고 있다. Jung et al. (2012)는 배수불량 논에서 밭작물의 안정적인 재배를 위해 명거배수, 비닐차단막, 암거배수, 관다발 등 배수개선 방법 중 암거배수가 토양 물리성 개선에 대한 효과가 가장 높다고 보고하였고, Bae et al. (2016)은 암거배수를 이용해 배수 환경을 개선할 경우 제염 및 작물 생육이 유의하게 향상된다고 보고하였다. 하지만 암거배수는 높은 설치 비용, 장기간의 공사기간이 소요된다는 단점이 있으며 (Park et al., 2023), 보다 효율적이고 저비용의 배수 시설에 대한 대책 마련이 필요하다. 따라서 낮은 비용과 단기간의 공사기간의 인위적인 경사 조성은 투수성이 낮아 강우가 토양에 침투할 수 없는 지역에 적합하며 (Bos and Boers, 1994), 경사에 의한 지표배수는 토지 표면의 과잉수분을 신속하게 제거하여 (Schultz et al., 2007), 작물의 습해 피해를 방지할 수 있다. 하지만 인위적인 경사 조성은 강우량이 충분하지 못할 경우, 특히 유기물 함량이 낮은 사질 토양에서, 토양 수분함량 및 콩 생육을 저하시킬 수 있다.
콩 (Glycine max L. Merr.)은 다른 작물에 비해 가뭄에 민감하여 (Ohashi et al., 2006), 충분한 관개가 필요하지만, 3일 이상 침수 시 습해 피해가 발생하여 적절한 물관리가 중요하다. 생육 초기 장마에 의한 간척지 배수불량에 따른 습해가 발생할 수 있으며, 생육 중후반 고온과 가뭄에 따른 수분 스트레스는 콩 등숙을 저해하고 전체 작황에 부정적인 영향을 미친다 (Manavalan et al., 2009; Shin et al., 2020). 따라서 재배 환경이 불리한 간척지에서의 콩 생산성 확보를 위해서는 다양한 기상조건, 집중강우, 고온 및 가뭄에 따른 콩 생육 및 수량에 대한 영향 분석이 우선되어야 한다.
따라서 본 연구는 인위적인 경사 조성을 통해 배수불량 간척지에서의 배수 개선 효과를 토양 수분 함량을 통해 정량적으로 파악하고, 경사 조성에 따라 토양 수분 및 콩 생육의 미치는 영향을 분석하고자 한다. 본 연구는 다음과 같은 가설을 설정하였다. (1) 인위적인 경사 조성은 지표 배수능을 증가시킬 것이다. (2) 지표 배수능 증가에 의해 토양 수분 부족이 나타날 경우 콩 생육이 저해될 것이다.
Materials and Methods
시험지역 및 연구설계
본 연구는 전북 김제시에 위치한 새만금 간척지 5공구 (35.83434°N, 126.7024°E)에서 2024년 5월 24일부터 11월 8일까지 수행하였다. 연구지역의 강우량 (ECRN100, METER Group, USA) 및 기온 (VP4, METER Group, USA)은 각 센서 모니터링을 통해 측정하였으며, 작물 재배기간 동안 누적 강우량은 총 651 mm, 최고온도는 36°C, 최저기온은 1°C였다 (Fig. 1).
시험 지역의 토양 화학성은 유기물 및 교환성 칼슘 함량이 작물별 비료사용 처방 (NIAS, 2022)에서 제시한 콩의 적정 범위보다 낮았으며, pH, 유효인산, 교환성 마그네슘 함량은 적정 범위 내에 있었다 (Table 1). 지표 배수능 평가를 위한 경사는 2023년 6월 굴착기와 불도저를 이용해 최대 굴착 깊이인 배수로 밑면을 고려하여 경사 5°로 조성하였으며, 경사 하단의 토양을 1.3 m 깊이로 굴착 후 상단으로 매립하였다. 각 처리구의 면적은 평지 30×15 m-2, 경사지 30×30 m-2였다. 경사 조성 후 2023년도 콩 경작이 이루어졌으며, 본 연구는 경사 조성 및 콩 경작 1년 후 진행되었다. 포장 조성 및 콩 파종은 평지와 경사지 전체에서 이루어졌지만, 본 연구에서는 경사 조성에 따른 지표 배수능이 증가하여 강우량이 평년에 비해 많았던 2023년도 콩 생육이 가장 우수한 경사 상단과 대조구인 평지를 비교하였다.
Table 1
Properties of the soil used in this study.
| Treatment |
Depth (cm) | pH1:5 |
EC21:5 (dS m-1) |
Organic matter (g kg-1) |
Av. P2O53 (mg kg-1) | Exch. cations (cmolc kg-1) | |||
| K | Ca | Mg | Na | ||||||
| Flat | 0 - 15 |
6.951 (0.03)Ac |
0.16 (0.00)Ab |
10.48 (0.19)Aa |
287.9 (1.30)Aa |
0.68 (0.01)Bc |
3.90 (0.11)Aa |
2.23 (0.03)Ab |
0.06 (0.00)Bb |
| 15 - 25 |
7.50 (0.00)Ab |
0.21 (0.00)Bb |
5.19 (0.04)Bb |
294.5 (2.00)Aa |
0.89 (0.00)Ab |
3.57 (0.01)Aa |
2.38 (0.01)Ab |
0.06 (0.00)Bb | |
| 25 - 50 |
7.89 (0.00)a |
0.23 (0.00)b |
0.97 (0.14)c |
56.5 (0.38)b |
1.14 (0.00)a |
2.16 (0.01)b |
2.29 (0.01)b |
0.16 (0.00)b | |
| 50 - |
7.96 (0.05)a |
0.37 (0.00)a |
1.11 (0.05)c |
45.4 (1.05)b |
1.18 (0.01)a |
1.57 (0.02)b |
3.09 (0.02)a |
0.36 (0.00)a | |
| Slope | 0 - 15 |
6.91 (0.04)Ab |
0.17 (0.00)Ab |
7.44 (0.20)Ba |
228.2 (1.37)Bab |
0.78 (0.00)Ab |
3.22 (0.03)Ba |
2.07 (0.01)Bb |
0.07 (0.00)Ab |
| 15 - 26 |
6.99 (0.05)Bb |
0.26 (0.01)Ab |
6.67 (0.25)Aa |
291.8 (1.81)Aa |
0.80 (0.01)Bb |
3.51 (0.04)Aa |
2.42 (0.02)Aa |
0.07 (0.00)Ab | |
| 26 - |
7.33 (0.02)a |
0.54 (0.00)a |
3.77 (0.14)b |
142.5 (0.60)b |
0.86 (0.00)a |
3.04 (0.02)a |
2.44 (0.01)a |
0.37 (0.00)a | |
| Optimal4 | - | 6.5 - 7.0 | - | 20 - 30 | 150 - 250 | 0.45 - 0.55 | 6.0 - 7.0 | 2.0 - 2.5 | - |
Different letters indicate significant differences among slope treatments according to Tukey’s HSD test (α = 0.05). Uppercase letters represent differences among slope treatments at the same soil depth, while lowercase letters indicate differences among soil depths within the same slope treatment.
4Optimal range for soybean (NIAS, 2022).
콩 파종 및 생육조사
시험 작물인 콩 (Glycine max L. Merr.) 품종은 ‘대찬’을 사용하였으며, 수동 파종기를 이용하여 재식밀도 70×15 cm 간격으로 2024년 5월 24일 파종하였다. 시비량은 파종 전 60-70-30 kg ha-1 (N-P-K)로 모든 처리구에 동일하게 시비하였다. 본 시험에서 별도의 관개는 실시하지 않았으며, 필요 시 살충제 살포와 제초작업을 실시하였다. 초장과 건물중을 콩 생육단계에 따라 개화기 (2024년 8월 2일), 등숙기 (2024년 8월 28일), 수확기 (2024년 11월 8일)에 조사하였고, 수확기에 꼬투리 수, 백립중, 수량을 추가 조사하였다.
토양 조사 및 분석
가우지오거 (gouge auger)를 이용하여 시료채취 후 USDA Soil Taxonomy를 기준으로 토양 층위 구분 후 층위 별 철 반점 (Fe mottles)을 육안으로 관찰 후 기록하였으며 (Table 3 and Fig. 4), 산중식 경도계 (DIK-5553, Daiki, Japan)를 이용하여 경도를 측정하였다. 이후 층위 별 토양 시료를 채취해 풍건 후 2 mm 체를 통과시켜 분석에 사용하였다. pH 및 EC는 토양과 증류수를 1:5 비율로 진탕 후 pH meter (ORION STAR A211, Thermo Fisher Scientific, USA)와 EC meter (ORION STAR A212, Thermo Fisher Scientific, USA)을 이용해 측정하였으며, 유기물 함량은 Tyurin법, 유효인산은 Lancaster법, 교환성 양이온은 1 M Ammonium Acetate (NH4OAC, pH 7.0) 용액으로 추출 후, ICP (Thermo Fisher Scientific, USA)로 분석하였다. 2인치 코어 (core)를 이용하여 20 cm 깊이에서 평지 및 경사 상단의 중앙에서 각 3개의 토양을 채취 후 변수위법 (Klute, 1986)을 적용하여 포화수리전도도 (Ks)를 측정하였으며, 이후 오븐에서 105°C에 24시간 이상 건조 후 전용적밀도를 계산하였다. 토양 입도 분포는 피펫법 (Gee and Bauder, 1986)으로 모래 (0.05 - 2 mm), 실트 (0.002 - 0.05 mm), 점토 (<0.002 mm) 구분 후 모래 크기 별 표준 체를 이용하여 very coarse sand (1.00 - 2.00 mm), coarse sand (0.50 - 1.00 mm), medium sand (0.25 - 0.50 mm), fine sand (0.10 - 0.25 mm), very fine sand (0.05 - 0.10 mm)로 분류하였다. 시험 포장은 평지 20 - 40 cm 깊이를 제외 하고 USDA 기준 very fine sandy loam로 분류되었다 (Table 2). 콩 생육기간 동안 토양 수분함량 변화는 TEROS-12 (METER Group, USA)센서를 각 처리구의 표면으로부터 20, 40 cm의 깊이에 설치 후 모니터링 하였다.
Table 2
Soil texture of the soil used in this study.
| Treatment | Depth (cm) | Clay1 | Silt | Sand | Soil texture | ||||
| Very coarse sand | Coarse sand | Medium sand | Fine sand | Very fine sand | |||||
| (%) | (%) | (%) | (%) | (%) | (%) | (%) | |||
| Flat | 0 - 20 | 5.8 | 28.4 | 0.3 | 0.3 | 0.3 | 4.1 | 60.7 | Very fine sandy loam |
| 20 - 40 | 13.2 | 35.3 | 0.0 | 0.0 | 0.1 | 2.3 | 49.1 | Loam | |
| Slope | 0 - 20 | 12.4 | 26.3 | 0.1 | 0.1 | 0.3 | 4.6 | 56.2 | Very fine sandy loam |
| 20 - 40 | 12.9 | 33.0 | 0.0 | 0.0 | 0.1 | 2.0 | 52.0 | Very fine sandy loam | |
Table 3
Fe mottles and Yamanaka hardness in soil profile.
| Flat | Slope | ||||||
| Layer | Depth (cm) | Fe mottles (by oxidation) quantity (%) | Yamanaka hardness (mm) | Layer | Depth (cm) | Fe mottles (by oxidation) quantity (%) | Yamanaka hardness (mm) |
| Ap | 0 - 15 | <2 | 11.7 ± 1.51 | Disturbed layer1 | 0 - 15 | <2 | 12.7 ± 0.6 |
| Bag | 15 - 25 | 2 - 20 | 17.0 ± 1.0 | Disturbed layer2 | 15 - 26 | <2 | 18.7 ± 2.1 |
| Bg | 25 - 50 | 20 - 40 | 24.3 ± 0.6 | Disturbed layer3 | 26 - 65 | <2 | 20.7 ± 2.3 |
| BCg | 50 - 65 | 20 - 40 | 14.3 ± 0.6 | - | - | - | - |
통계분석
경사 조성에 따른 토양 물리적 특성 및 콩 생육 차이에 대해 Shapiro-Wilk 정규성 검정을 수행하였고, Levene’s 등분산성 검정을 통해 확인하였다. 모든 검정은 R Studio (x64, version 4.4.2)을 이용하여 유의수준 0.05 기준으로 정규성과 등분산성을 모두 만족하였으며, 분산분석 (ANOVA) 후 사후검정 Tukey’s HSD을 실시하였다.
Results and Discussion
경사조성에 따른 토양 특성 변화
표토 (0 - 15 cm)의 유기물, 유효인산, 교환성 양이온 (Ca, Mg)의 함량이 경사지에 비해 평지에서 유의하게 높았으며, pH와 EC는 처리구별 차이가 없었다 (Table 1). 깊이 별 평지 및 경사지에서 pH와 EC는 깊이에 따라 증가하는 경향을 보이고, 유기물, 유효인산은 감소하는 경향을 보였다. 경사별 토양화학성 차이는 경사 조성에 따른 심토반전의 영향으로 판단된다.
20 cm 깊이에서 측정한 전용적밀도, 포화수리전도도는 평지와 경사 간 유의미한 차이를 보였다 (Fig. 2). 평지에서 평균 전용적밀도는 1.43 Mg m-3, 경사지에서 1.25 Mg m-3으로 평지에서 높았으며 (Fig. 2a) (p = 0.0016), 포화수리전도도는 경사지 (0.07 cm hr-1)가 평지 (0.03 cm hr-1)보다 높았다 (p = 0.048) (Fig. 2b). 이는 경사 조성 시 토양 교란에 의해 전용적밀도가 작아졌으며, 이로 인해 포화수리전도도가 증가한 것으로 판단된다 (Jabro et al., 1992; Kim et al., 1997). 경사조성은 경사에 의한 지표배수 뿐만 아니라 교란에 의한 수리전도도를 증가시켜 지하배수능 증가에도 기여하였다.
콩 생육기간 동안 깊이 별 토양 수분 함량 변화
생육 기간 동안 토양수분함량은 강우기간 동안은 유의한 차이가 없었지만 강우 종료 후 평지에 비해 경사지에서 낮게 유지되었다 (Fig. 3). 특히, 6월 29일부터 개화기까지 이어진 지속적인 강우로 인해 이 기간 평균 토양수분함량은 33% 내외로 모두 비슷한 수분함량을 유지하였다. 하지만 지속적인 강우 종료 후 평지에 비해 경사지의 수분함량이 급격히 감소하였는데, 이는 경사 조성에 의해 지표배수와 지하 침투가 모두 증가하였기 때문으로 판단된다.
개화기 이후 경사지 20 cm 깊이 토양에서 최저수분함량인 9.9%까지 14일, 평지 20 cm 최저수분함량인 11.5%까지 47일 소요되었으며, 최저수분함량까지 낮아지는 시기와 정도가 경사지에 비해 양호하였다. 같은 시기의 40 cm 깊이의 최저토양수분함량은 경사지에서는 11.5%까지 낮아지는 반면, 평지에서는 21.0%로 비교적 높은 수분함량을 유지하였다. 9월 20-21일 사이 총 93.2 mm의 강우 이후 평지 20, 40 cm, 경사지 20 cm 깊이의 토양수분함량은 약 30% 수준까지 증가하였으나, 경사지 40 cm 깊이에서는 25%까지 증가하였다 (Fig. 3).
철 반점은 토양의 수분 환경을 판단할 수 있는 중요한 지표이며 (Rabenhorst and Parikh, 2000; Soil Science Staff, 2017; USDA-NRCS, 2024), 평지에서 25 - 65 cm 깊이에서 철 반점의 비율이 20 - 40%로 높게 조사된 반면, 경사지는 65 cm 깊이까지 철 반점이 2% 미만으로 관찰되었다 (Table 3). 평지의 25 cm 깊이 이하의 토양의 공극이 지속적인 수분포화로 인해 혐기적 조건이 형성되어 철이 환원되고 재산화 되는 과정에서 황갈색의 반점들이 축적된 반면 (USDA-NRCS, 2024), 경사지에서는 양호한 배수로 인해 철 반점이 거의 관찰되지 않았다. 이는 경사조성으로 인해 수리전도도 증가 및 지하배수능이 증가하였지만 신속한 지표배수로 인해 토양 심층까지의 수분 공급이 제한되었음을 시사한다.
경사조성에 따른 콩 생육 및 수량 변화
초장과 건물중은 평지와 경사지에 따른 생육단계 별 유의한 차이가 없으며 (Figs. 5a and 5b), 이는 콩의 개화기 전 영양 생장 시기의 토양 수분이 평지 및 경사지 모두 생육에 충분한 수분을 유지하였기 때문으로 판단된다 (Fig. 3). 경사 조성에 따른 콩 평균 꼬투리 수는 평지 67.3개, 경사지 31.2개, 수량은 각 154.9 kg 10a-1, 24.1 kg 10a-1로 꼬투리 수와 수량 모두 평지에서 유의하게 높았으며 (p < 0.05), 백립중은 19.3 g, 13.0 g으로 평지에서 높았으나 통계적으로 유의한 차이는 없었다 (p = 0.058) (Figs. 5c, 5d, and 5f). 콩은 생식생장기인 개화기 및 등숙기 시기에 온도와 수분에 가장 민감하고 꼬투리 수, 100립중, 수량에 부정적인 영향을 미치며 (Manavalan et al., 2009; Shin et al., 2020), 특히 Sankarapillai et al. (2025)에 따르면 생식생장기의 야간 온도가 23°C에서 1°C 상승할 때 수량이 2.8%씩 감소한다고 보고하였다. 본 연구에서도 24년 7월 16일부터 야간 온도가 23°C 이상인 기간이 45일간 지속되었으며 (Fig. 1), 개화기 이후 토양 수분 부족 (Fig. 3)과 높은 야간 온도로 인해 전체적인 수량이 낮은 것으로 판단된다. 가뭄 스트레스는 콩의 광합성 속도, 기공 전도도, 증산 속도를 감소시키고 (Ohashi et al., 2006), 결과적으로 꼬투리 수, 수량 감소에 영향을 미친다 (Liu et al., 2004). 평지에 비해 경사지에서의 장기간의 가뭄으로 인한 스트레스가 경사지에서의 꼬투리 수 및 수량이 평지에 비해 더 감소되었다고 판단된다. 오히려 가뭄 조건에서는 배수를 위한 경사 조성이 빠른 배수로 인해 가뭄 조건이 더 심화된 것으로 판단되며, 이는 간척지에서의 밭 작물 재배 시 배수문제 뿐만 아니라 가뭄에 대한 대책도 같이 고려되어야 한다고 판단된다.
Fig. 5
Changes in growth characteristics according to slope position: (a) height, (b) dry matter, (c) number of pods, (d) 100-seed weight, and (e) yield. Values are mean with standard error of means (n = 3). Different lowercase letters indicate significant differences among slope treatments according to Tukey’s HSD test (α = 0.05).
Conclusions
본 연구는 새만금 간척지에서 경사 조성에 따른 배수 개선 효과를 토양 수분 함량을 통해 파악하고, 경사 조성에 따른 토양 수분 및 콩 생육에 미치는 영향을 분석하기 위해 수행하였다. 경사 조성 시 토양 교란으로 인해서 토양 전용적밀도가 감소하여, 포화수리전도도는 증가하였으며, 그 결과 경사지 상단에서 평지에 비해 낮은 토양 수분함량을 유지하였다. 이는 집중강우 시 습해를 방지할 수 있지만, 가뭄 조건에서는 경사지의 토양 수분이 10% 이하로 감소하여, 콩의 꼬투리 수 및 수량 감소의 원인이 되었다. 또한 지속된 폭염 및 가뭄으로 인해 평지 및 경사지 모두 수량이 감소하였다. 따라서 본 연구는 간척지의 콩 재배를 위해서는 토양 양분 관리와 기후변화에 대응하여 배수 및 관개의 효율적인 물 관리 전략이 필요함을 제시한다.
