Introduction
Materials and Methods
실험 설계 및 재배조건
기상환경 및 토양의 이화학적 특성 분석
생육 특성 및 수확량 조사
통계분석
Results
재배지역 내 토양 환경요인의 변화
작부체계 별 녹두 생육 특성
작부체계 별 녹두 수확량의 변화
녹두-녹두 2기작 시 녹두 수확량의 변화
Discussion
Conclusions
Introduction
국내의 쌀 소비량이 지속적으로 감소하여 쌀 재고량이 늘어나는 데 반하여 벼 이외의 식량자급률은 여전히 낮은 실정이다. 논에서 벼 이외의 타작물 재배는 저조한 식량자급률을 증대시키면서 쌀 소비 감소에 대응하기 위한 전략이다. 더욱이 논에서 벼 (Oryza sativa L.)를 대신하여 콩 (Glycine max (L.) Merrill), 옥수수 (Zea mays L.), 들깨 (Perilla frutescens (L.) Britton), 참깨 (Sesamum indicum L.) 등의 밭작물을 재배할 경우에 토양의 물리성이 개선되어 농작업이 수월해지고 후작물인 밀 (Triticum aestivum L.)이나 사료작물의 생육과 수량이 증대되고 품질이 개선되는 것으로 보고된 바 있다 (Seo et al., 2021; Oh et al., 2022b; Choi et al., 2023). 우리나라는 농경지가 제한되어 있기 때문에 논에서의 윤작, 간작, 혼작 등의 작물 재배 시스템을 적용하여 식량자급률을 증대시킬 필요가 있다.
논에서의 주요 작부체계는 여름철에 벼를 재배하고 겨울철에 밀이나 조사료를 재배하는 2모작이 많고 (Oh et al., 2021a, 2021b; Oh et al., 2022a), 벼 대신에 전략작물로 콩을 재배하는 콩-밀과 콩-사료작물의 2모작도 점차 증가하고 있다 (Oh et al., 2022b). 그러나 여름철에 논에서의 콩 재배 시 폭우나 가뭄 등의 기상재해로 인해 생육이 지연되거나 수확량이 감소하는 등 피해가 발생하고 있다. 따라서 기상재해가 적은 봄이나 늦은 여름 또는 가을철에 논에서 재배할 수 있는 작물들을 선발하여 2모작이나 2기작 등의 윤작의 형태로 전환한다면 정부정책에 부합하면서도 논 재배 작물의 다양화를 유도할 수 있을 것으로 보인다.
최근 남부지역 논에서는 봄작물로 감자 (Solanum tuberosum L.), 옥수수, 녹두 (Vigna radiata (L.) Wilczek)를 재배하거나, 여름작물로 콩, 참깨, 들깨를 재배한 이후에 동계작물로 밀 (Triticum aestivum L.)과 사료작물 등을 연계한 다양한 작부체계가 평가되어 왔다 (Oh et al., 2022b; Oh et al., 2024a, 2024b). 이들 작물 가운데 감자와 녹두는 봄철뿐만 아니라 늦은 여름철에도 재배가 가능하여 다양한 논 작부체계에 활용될 수 있는 장점이 있다. 특히, 녹두는 재배기간이 100일 이내로 짧을 뿐만 아니라 기후 및 토양에 대한 적응성이 높아서 논에서 다양한 작부체계에 적용될 수 있다 (Raina et al., 2016; Rehman et al., 2019). 그리고 녹두는 다른 콩과 식물들과 마찬가지로 질소고정세균과의 공생관계를 통해 대기 중의 질소 (N2)를 암모늄 이온 (NH4+)의 형태로 고정하여 생육에 필요한 질소를 공급받을 수 있으며, 토양 물리성과 비옥도를 개선시킬 수 있다 (Torabian et al., 2019; Khan et al., 2020). 그러나, 기존의 논 작부체계 연구들은 주로 벼-밀 또는 콩 중심의 윤작체계에 초점이 맞추어져 있으며, 남부지역 논에서 전작물 종류에 따른 토양 특성과 후작 녹두 생산성의 변화를 체계적으로 비교한 연구는 부족한 실정이다. 또한 녹두 소비가 젊은 층을 중심으로 꾸준히 증가하고 있는 시점에서 국내 재배량은 많지 않고 수입량은 매해 증가하고 있어 논에서 벼 대체작물로서의 활용가능성을 모색할 필요가 있다.
본 연구에서는 남부지역의 논에서 벼 이외의 식량자급률을 증대시키기 위하여 겨울철이나 봄철에 밀, 녹두, 찰옥수수, 감자를 재배한 후 늦은 여름철에 후작물로 녹두를 재배하는 2모작 작부체계를 적용하였을 때 전작물이 토양 특성과 녹두의 종실 생산량의 변화에 미치는 영향을 살펴보았다.
Materials and Methods
실험 설계 및 재배조건
실험은 경상남도 밀양의 국립식량과학원 밭작물개발부 논 시험포장에서 실시하였으며, 시험구 배치는 4개의 작부체계 (밀-녹두, 녹두-녹두, 찰옥수수-녹두, 감자-녹두) 별로 난괴법 4반복으로 하였으며, 1반복은 10 m2 (5 m × 2 m)로 구획하였다. 각 작부체계의 작물별 파종 시기와 품종은 Table 1에 제시하였다. 전작물로 늦은 가을철에 밀 (Triticum aestivum L. cv. Jokyung)을, 그리고 봄철에 녹두 (Vigna radiata (L.) Wilczek cv. Dahyun), 찰옥수수 (Zea mays L. cv. Chalok-4ho), 감자 (Solanum tuberosum L. cv. Dami)를 재배하여 수확한 후에 늦은 여름철에 후작물로 녹두를 재배하였다 (Fig. 1). 비료 (N-P2O5-K2O)는 농촌진흥청에서 제시한 각 작물별 표준시비에 맞춰서 공급하였다 (RDA, 2006; 2010, Table 2).
Table 1
The cropping systems used in the present study.
전작물을 재배하였던 포장은 녹두 파종 10일 전에 경운 작업을 실시하고, 비료는 파종 2-3일 전에 N-P2O5-K2O를 4.0-7.0-6.0 kg 10a-1에 맞춰서 시용한 후에 정지작업을 하여 이랑을 만들었다. 종자는 고휴2열로, 조간 거리 60 cm, 주간 거리 10 cm로 하여 1주당 3 - 4립씩 3 cm 깊이로 8월 10 - 17일 이내에 파종하였고, 본엽 2엽기에 솎음 작업을 통해 2개체만 남도록 하였다. 재배기간 동안 관수는 별도로 하지 않았고, 개화기와 개화 후 15일에 질소 비료를 각각 2 kg ‧ 10a-1씩 추가로 시용하였다. 기타 재배관리는 농촌진흥청 녹두 표준재배법에 준하여 실시하였다 (RDA, 2006).
Table 2
Fertilizer dose of N, P2O5, and K2O applied for crops under four cropping systems.
기상환경 및 토양의 이화학적 특성 분석
녹두 재배기간 (2022년 8 - 11월, 2023년 8 - 11월)의 대기온도와 강수량은 시험지 인근에 위치한 밀양지역 기상관측소 (N35°49′147′′ E128°74′412′′, 8.3 m above sea level)의 측정치를 이용하였다. 1차년도 (2022년 8 - 11월)에 평균온도는 18.9°C이고, 누적강수량은 301.9 mm이며, 2차년도 (2023년 8 - 11월)에 평균온도는 19.7°C이고, 누적강수량은 492.2 mm이었다 (Fig. 2). 재배지역의 논 토양은 실트질 양토이며, 각 작부체계 별로 여름철 녹두를 파종하기 전과 가을철 수확 후에 표토층 (0 - 15 cm)의 토양을 휴대용 코어 (100 cm3; Soil Core Sampler Model 0200CS, Soilmoisture Equipment Corp., Santa Barbara, CA)와 토양 오거 (ø 35 mm; Single Edelman Auger, Eijkelkamp, Zeveenar, Netherlands)를 사용하여 무작위적으로 4반복 채취하여 토양 물리성 (고상, 액상, 기상, 전용적 밀도, 공극률)과 이화학적 특성 (pH, EC, OM, T-N, Av. P2O5, K+, Ca2+, Mg2+, Na+)을 분석하였다 (NIAST, 2000).
생육 특성 및 수확량 조사
녹두의 생육 특성은 성숙기 (2022년 11월 7일, 2023년 11월 13 - 14일)에 각 작부체계 별로 20개체 (구획당 5개체씩 4반복)를 선정하여 농촌진흥청 연구조사 분석기준을 토대로 경장 (plant height), 착협고 (first pod height), 분지수 (No. of branch), 주경절수 (No. of node), 협수 (No. of pod), 지상부 건중량 (shoot dry weight), 협 길이 (pod length), 협당 종자수 (seed number), 협 건중량 (pod dry weight)과 종자 건중량 (seed dry weight) 등을 조사하였다 (RDA, 2022). 그리고 건중량은 60°C 순환식 건조기에 90시간 이상 건조하여 측정하였다.
수량과 관련된 형질을 세부적으로 비교하기 위해서는 성숙기 이후 10일이 경과한 시점에 일괄 수확한 후에 그늘에서 3 - 4일 건조하고 탈곡하여 조사하였으며, 4반복으로 수행하였다. 종자의 백립중 (100 seed weight)과 리터중 (liter weight)은 수분함량 13% 이하로 풍건된 완전립을 대상으로 측정하였고, 수량은 수분함량 13%로 보정한 10a당 종실 중량으로 나타내었다.
그리고, 동일 포장에서 녹두-녹두 2기작으로 2년간 총 4회 연속적으로 녹두를 재배하였을 때 각각의 재배시기별 성숙기에 앞서와 동일한 방법으로 생육 특성 (경장, 착협고, 주경절수, 분지수, 협수)과 수확량을 조사하였다.
통계분석
모든 통계분석은 SPSS 통계 패키지 18.0 (Statistical Package for the Social Sciences, Chicago, IL, USA)을 이용하여 수행하였다. 전작 작물에 따른 차이를 알아보기 위하여 일원 분산분석을 실시하였으며, Duncan의 다중검정 (p < 0.05)으로 평균치 간의 차이에 대한 유의성을 검정하였다.
Results
재배지역 내 토양 환경요인의 변화
본 작부체계를 적용하기 전의 논 토양은 벼를 다년간 재배하였던 토양으로 전용적 밀도는 1.44 g cm-3로 높고 공극률은 45.4%로 낮았으나, 1차년도에 전작물이나 후작물을 재배한 후에는 고상율이 감소하면서 공극률이 증가하고 전용적 밀도는 낮아졌다. 그리고 본 2모작 작부체계를 2년간 적용하였을 때에도 전용적 밀도는 더 낮아졌으며, 공극률은 좀 더 증가하였다. 토양의 pH는 1차년도에 타작물들 보다 밀 재배 후에 적정 기준 (pH 6.5 - 7.0) 범위에 도달하였으며, 다른 작물들에서는 약한 산성을 나타내었다. 그리고 2년간의 본 작부체계가 시행된 논 토양은 점차 pH가 높아졌으며, 특히 밀-녹두 2모작에서 pH 6.8로 녹두 재배 적정 기준이 지속적으로 유지되었다. 토양 유기물과 T-N 함량은 1, 2차년도 모두 밀-녹두에서 낮았고, 유효인산 (Av. P2O5) 함량은 1차년도에 밀 재배 후에 증가하였으나 모든 작부체계에서 녹두 재배 적정 기준 (150 - 250 mg kg-1) 보다 크게 낮았다. 그러나 2차년도에는 전작물이나 후작물 재배 후에 모두 크게 증가하여 대부분 녹두 재배 적정기준을 충족하였다. 교환성 양이온 (K+, Ca2+, Mg2+) 함량은 1, 2차년도 모두 전작물이나 후작물 재배 후에 모두 적정기준에 부합되었다 (Table 3).
Table 3
Physical and chemical properties of field soils under four cropping systems during two years in the paddy field.
| Soils | Year | Physical properties | Chemical properties | ||||||||||||
|
Bulk density (g cm-3) | Phases of soil (%) | Porosity (%) |
pH (1:5) | EC (dS m-1) | OM (g kg-1) | T-N (g kg-1) | Av. P2O5 (mg kg-1) | Exch. cations (cmol kg-1) | |||||||
| Liquid | Solid | Air | K+ | Ca2+ | Mg2+ | Na+ | |||||||||
| before pre-cropping | 2022 | 1.441 | 26.3 | 54.6 | 19.0 | 45.4 | 5.98 | 0.40 | 33.8 | 2.53 | 100.6 | 0.44 | 7.26 | 1.55 | 0.13 |
| after pre-cropping with | 2022 | ||||||||||||||
| Wheat | 1.30 ns2 | 41.5 a | 49.2 ns | 9.2 b | 50.8 ns | 6.87 a | 0.33 b | 20.7 b | 1.79 b | 129.3 a | 0.48 b | 6.33 b | 2.06 a | 0.12 c | |
| Mungbean | 1.26 | 19.5 c | 47.7 | 32.8 a | 52.3 | 5.94 b | 0.30 b | 34.6 a | 2.38 a | 55.4 b | 0.51 b | 8.42 a | 1.82 ab | 0.17 b | |
| Waxy maize | 1.27 | 26.0 b | 48.1 | 26.0 a | 51.9 | 5.23 c | 0.98 a | 33.7 a | 2.44 a | 50.6 b | 0.47 b | 7.87 a | 1.62 b | 0.18 ab | |
| Potato | 1.39 | 36.5 a | 52.3 | 11.2 b | 47.7 | 5.44 c | 1.17 a | 34.1 a | 2.44 a | 58.9 b | 0.87 a | 7.94 a | 1.92 a | 0.19 a | |
| after post-cropping in | |||||||||||||||
| Wheat - Mungbean | 1.22 ns | 33.3 ns | 46.0 ns | 20.6 ns | 54.0 ns | 6.94 a | 0.92 ns | 18.6 b | 1.57 b | 53.1 ns | 0.63 ns | 9.95 ns | 2.53 a | 0.10 b | |
| Mungbean - Mungbean | 1.16 | 29.8 | 43.9 | 26.3 | 56.1 | 5.89 b | 0.45 | 31.9 a | 2.50 a | 61.6 | 0.53 | 8.41 | 1.87 b | 0.16 a | |
| Waxy maize - Mungbean | 1.16 | 30.6 | 43.9 | 25.5 | 56.1 | 5.76 c | 0.56 | 32.9 a | 2.45 a | 59.5 | 0.64 | 7.86 | 1.78 b | 0.16 a | |
| Potato - Mungbean | 1.18 | 31.6 | 44.6 | 23.9 | 55.4 | 5.75 c | 0.94 | 33.0 a | 2.51 a | 57.5 | 0.69 | 7.66 | 1.82 b | 0.16 a | |
| after pre-cropping with | 2023 | ||||||||||||||
| Wheat | 1.38 ns | 24.4 b | 52.1 ns | 23.5 a | 47.9 ns | 6.76 a | 0.30 ab | 23.1 c | 1.77 b | 138.1 b | 0.50 b | 8.02 ns | 2.28 a | 0.09 c | |
| Mungbean | 1.28 | 19.8 c | 48.5 | 31.8 a | 52.5 | 6.19 b | 0.17 b | 29.0 b | 2.36 a | 175.7 a | 0.39 b | 8.08 | 1.76 b | 0.14 b | |
| Waxy maize | 1.27 | 25.9 b | 48.1 | 26.0 a | 51.9 | 5.98 b | 0.23 b | 30.8 b | 2.39 a | 195.6 a | 0.42 b | 7.66 | 1.41 c | 0.18 a | |
| Potato | 1.39 | 34.7 a | 52.3 | 13.0 b | 47.7 | 6.04 b | 0.45 a | 34.7 a | 2.43 a | 81.8 a | 0.88 a | 7.52 | 1.73 b | 0.15 b | |
| after post-cropping in | |||||||||||||||
| Wheat - Mungbean | 1.22 ns | 29.8 ns | 46.0 ns | 24.1 ns | 54.0 ns | 6.83 a | 0.24 ns | 22.1 b | 1.92 b | 177.9 b | 0.70a | 9.88a | 2.46a | 0.17ab | |
| Mungbean - Mungbean | 1.16 | 30.2 | 43.9 | 25.9 | 56.1 | 6.14 b | 0.34 | 24.9 ab | 2.36 a | 212.9 a | 0.50b | 8.23b | 1.82b | 0.16b | |
| Waxy maize - Mungbean | 1.16 | 30.6 | 43.9 | 25.5 | 56.1 | 6.10 b | 0.31 | 27.3 a | 2.35 a | 181.8 b | 0.37c | 7.92b | 1.60c | 0.19a | |
| Potato - Mungbean | 1.18 | 31.6 | 44.6 | 23.9 | 55.4 | 6.04 b | 0.30 | 23.6 b | 2.33 a | 194.0 ab | 0.61ab | 7.76b | 1.76b | 0.15b | |
|
Optimum soil conditions for mungbean cultivation3 | 6.5-7.0 | <2.0 | 20-30 | - | 150-250 | 0.45-0.55 | 6.0-7.0 | 2.0-2.5 | - | ||||||
2Different lowercase letters within each column in the same year indicate significant differences among cropping systems at p < 0.05.
3Optimum soil conditions for mungbean cultivation were cited from National Academy of Agricultural Science (2022).
작부체계 별 녹두 생육 특성
각 작부체계에서 늦은 여름철에 후작물로 녹두를 파종하였을 때 출아는 4 - 8일 소요되었고, 개화기는 파종 후 40 - 44일이며 밀-녹두 2모작에서 2 - 3일 늦었다. 꼬투리 성숙은 대부분 파종 후 85 - 89일에 이루어졌으나 2차년도에는 밀-녹두 작부체계에서 다소 늦어졌다. 경장은 1차년도에는 찰옥수수-녹두 2모작에서, 2차년도에는 밀-녹두 2모작에서 75 cm 이상으로 컸다. 착협고는 1차년도에는 찰옥수수-녹두와 감자-녹두 2모작에서 30 cm 이상으로 높았고, 2차년도에는 모든 작부에서 30 cm 이상이며 녹두 2기작과 밀-녹두 2모작에서 더 높았다. 분지수는 1차년도와 2차년도 모두 밀-녹두 2모작에서 더 많았고, 주경절수는 1차년도에는 찰옥수수-녹두 2모작에서, 2차년도에는 밀-녹두 2모작에서 좀 더 많았다. 지상부 건중량, 협수, 협 길이, 협당 종자수, 협 건중량과 종자 건중량은 1차년도에는 작부체계 간에 유의한 차이를 보이지 않았으나 2차년도에는 작부체계 간에 유의미한 차이를 보였다. 특히, 협 건중량과 종자 건중량은 밀-녹두 2모작에서 높았다. 그리고 식물체당 협의 비중은 1, 2차년도 모두 밀-녹두 2모작에서 가장 높았고, 협당 종자의 비중도 밀-녹두 2모작에서 높았다 (Table 4).
Table 4
Major agronomic traits and seed yields of a post-crop, mungbean (Vigna radiata (L.) Wilczek cv. Dahyun), under four cropping systems during two years in the paddy field.
| Year | Cropping sequence | Days to each stages (date) |
Plant height (cm) |
Shoot dry weight (g plant-1) |
Branch (ea plant-1) |
Node (ea plant-1) |
First pod height (cm) |
Pod per shoot ratio (%) |
Pod number (ea plant-1) |
Pod length (cm) |
Pod dry weight (g plant-1) |
Seed number (ea pod-1) |
Seed dry weight (g plant-1) |
Seed per pod ratio (%) | ||
| Germination | Flowering | Pod maturity | ||||||||||||||
| 2022 | Wheat - Mungbean |
4 (14 Aug) |
42 (25 Sept) |
85 (7 Nov) | 67.21 b2 | 22.7 ns | 2.1 a | 9.9 c | 20.7 b | 50.3 a | 22.2 ns | 9.3 ns | 16.6 ns | 11.5 ns | 9.5 ns | 56.7 ns |
| Mungbean - Mungbean |
4 (14 Aug) |
40 (23 Sept) |
85 (7 Nov) | 68.8 b | 18.4 | 1.7 ab | 10.2 bc | 24.2 b | 47.7 ab | 21.0 | 9.1 | 15.1 | 11.9 | 8.8 | 55.4 | |
| Waxy maize - Mungbean |
4 (14 Aug) |
40 (23 Sept) |
85 (7 Nov) | 76.6 a | 23.0 | 1.8 ab | 11.1 a | 33.5 a | 41.5 b | 21.0 | 11.1 | 15.3 | 11.1 | 8.9 | 57.6 | |
| Potato - Mungbean |
4 (14 Aug) |
40 (23 Sept) |
85 (7 Nov) | 71.0 b | 25.8 | 1.4 b | 10.8 ab | 32.3 a | 47.6 ab | 19.5 | 8.9 | 14.4 | 11.8 | 7.9 | 55.1 | |
| 2023 | Wheat - Mungbean |
6 (20 Aug) |
44 (27 Sept) |
91 (13 Nov) | 76.5 a | 16.5 c | 2.5 a | 13.5 a | 38.9 a | 47.2 a | 15.3 ab | 9.2 ab | 13.6 a | 12.9 a | 8.7 a | 64.4 a |
| Mungbean - Mungbean |
8 (25 Aug) |
41 (27 Sept) |
89 (14 Nov) | 70.4 b | 24.8 ab | 1.3 b | 11.5 b | 39.7 a | 19.0 c | 12.0 b | 8.6 c | 5.6 c | 11.7 b | 2.4 d | 45.0 b | |
| Waxy maize - Mungbean |
8 (25 Aug) |
41 (27 Sept) |
89 (14 Nov) | 66.3 bc | 29.1 a | 2.2 a | 12.2 b | 30.4 b | 27.1 b | 18.2 a | 9.1 b | 9.0 b | 12.1 b | 4.6 c | 50.8 b | |
| Potato - Mungbean |
8 (25 Aug) |
41 (27 Sept) |
89 (14 Nov) | 63.6 c | 17.6 bc | 2.0 a | 11.5 b | 30.9 b | 40.8 a | 18.4 a | 9.6 a | 11.2 b | 12.9 a | 6.5 b | 58.1 a | |
작부체계 별 녹두 수확량의 변화
종자 수확량은 밀-녹두 2모작에서 가장 많고, 찰옥수수-녹두 2모작에서 적었다. 백립중은 2022년도에는 모든 처리구에서 5.0 g 이상으로 무겁고, 2023년도에는 밀-녹두와 찰옥수수-녹두 2모작에서 5.0 g 이상으로 무거웠다. 리터중은 2년에 걸쳐 밀-녹두 2모작에서 모두 무거웠으며, 종자 수분함량은 밀-녹두 2모작에서 적었다 (Fig. 3).
Fig. 3
Seed yield (A), 100-seed weight (B), liter weight (C), and moisture (D) of a post-crop, mungbean (Vigna radiata (L.) Wilczek cv. Dahyun), during two years grown under each cropping system in the paddy fields. Values are expressed as means±standard error of 4 replicates and different letters of each bar indicate significant differences among cropping systems at p < 0.05. W-Mb, Wheat - Mungbean; Mb-Mb, Mungbean - Mungbean; M-Mb, Waxy maize - Mungbean; P-Mb, Potato – Mungbean.
녹두-녹두 2기작 시 녹두 수확량의 변화
동일 포장에서 1년에 2회씩 2년간 총 4회에 걸쳐 연속으로 녹두를 재배하였을 때 경장은 재배 횟수와는 유의미한 차이가 없었다. 그러나 착협고, 개체당 총협수와 종실 수량은 2차 녹두재배에는 증가하였다가 3차부터는 점차적으로 감소하였다. 반면에 분지수는 3차 재배 시 증가하였다가 이후 감소하였고, 주경절수는 2차와 3차에 감소하였다가 4차에 다소 증가하였다 (Fig. 4).
Fig. 4
Comparison of plant height (A), first pod height (B), nodes (C), branch (D), pods (E), and seed yield (F) during continuous cultivation of mungbean in the paddy fields for 2 years (total 4 times). Values are expressed as means±standard error of 4 replicates and different letters of each bar indicate significant difference among continuous mungbean cultivation cycles at p < 0.05.
Discussion
윤작은 경작지에서 여러 작물을 일정한 순서에 따라 주기적으로 돌려가며 재배하는 농업 방식이며, 이를 통해 토양 구조 개선, 비옥도 증진, 토양 병해충 문제를 완화시켜 다음 작물의 생산성과 품질을 안정화하는 데 중요하다. 특히, 콩과 작물을 선행작물로 재배하였을 때 동계 작물 (밀, 유채)의 수확량, 단백질 품질, 토양 영양분의 상승적 개선을 촉진한다 (Oh et al., 2022b; Li et al., 2023; Oh and Seo, 2025; Wang et al., 2025). 윤작 방식에 따른 수확량과 품질의 차이는 선행 작물의 유형에 따라 토양 특성에 미치는 영향이 다르기 때문이다. 그러나 대부분의 연구가 밀, 감자, 옥수수 등 주작물의 생산성 향상에 초점이 맞춰져 선행작물로 콩과 작물을 재배하는 경우가 많으며, 주작물 재배에 의한 부작물 생산성에 대해서는 관심이 낮은 것으로 보인다.
녹두는 기상과 영양조건이 양호하면 여러 차례 꽃이 피고 꼬투리가 형성되기 때문에 수시로 수확해야 하는 번거로움이 있지만 재배기간이 짧아 다양한 작부체계에 적용할 수 있다. 본 연구에서 개별 연도 (2022년, 2023년)와 2년 평균치를 종합적으로 분석한 결과, 선행작물로 밀을 재배하였을 때 녹두 수확량이 안정적이었으며, 찰옥수수는 선행작물로 바람직하지 않은 것으로 나타났다 (Fig. 3). 이는 Table 4에서 살펴본 바와 같이 밀-녹두 2모작에서 녹두의 협 건중량과 종자 건중량이 높았고, 식물체당 협의 비중과 협당 종자의 비중도 밀-녹두 2모작에서 높은 데서도 알 수 있다. 이러한 결과는 전작물인 밀이 타작물들에 비하여 수확 후 그루터기나 뿌리 등의 잔사가 토양 내 잔존함으로써 토양 내 유기탄소 함량이 높아지고, 잔사의 분해도 빠른데에서 기인한 결과로 사료된다. 또한 이후에 녹두를 포함한 콩과 식물을 재배함으로써 뿌리혹박테리아와 같은 유익한 토양 생물의 다양성과 활성을 증가시켜 질소 고정을 촉진시켜 토양비옥도가 향상된 결과로 보인다. 그러나 찰옥수수와 녹두를 연계한 작부체계에서는 후작물인 녹두 수확량이 감소하였는데, 이는 Table 2에 제시한 바와 같이 옥수수가 비료 요구도가 높은 작물이기 때문인 것으로 보인다 (Pongao-Ponio and Paulican, 2025). 또한 찰옥수수의 잔사는 밀, 녹두, 감자에 비하여 섬유질 함량이 높아 같은 환경조건에서 분해가 상대적으로 느려질 수 있다. 또한 Table 1에 제시한 바와 같이 찰옥수수 수확 후 녹두 파종까지의 기간이 짧아 잔사 분해가 지연됨으로 인해 기인한 것일 수도 있다. 벼 단작, 벼-벼, 벼-밀을 포함한 집약적인 벼 기반의 작부체계 하에서도 토양 비옥도가 저하되는 결과를 초래하고 곡물 수확량이 정체되거나 감소하는 등 작물 생산성에 있어서도 위협이 되는 것으로 보고된 바 있다 (Timsina and Connor, 2001). 녹두를 재배하기 전의 논 토양은 Table 3에서 살펴본 바와 같이 전용적 밀도가 높을 뿐만 아니라 고상율은 높고 기상율은 낮아 공극률은 낮았으나, 재배 작물을 달리한 각각의 2모작 작부체계를 적용한 후에 공극률이 증가하고 전용적 밀도는 낮아졌다. 이는 지속적인 벼 재배로 다져져 딱딱하였던 논 토양이 밭작물을 재배함으로써 토양공극이 많아지고 부드러운 토양으로 물리성이 개선될 수 있음을 보여준다. 즉, 논 토양의 물리성 개선을 위해서는 지속적인 볏짚 환원이나 밭작물 등을 재배하여 토양 내 유기물이 공급될 수 있도록 할 필요가 있다 (Kwak et al., 2024). 또한 논에서 전작물로 밀을 재배한 후에 토양의 pH는 6.5-7.0 범위에 있으며, 이는 작물의 필요한 영양소를 효과적으로 흡수할 수 있도록 하여 Table 4와 Fig. 3에서 살펴본 바와 같이 종자 건중량과 녹두 수확량에 우호적으로 작용하고 있음을 알 수 있다. 즉, 작물의 배치순서에 따라 전작물의 종류가 후작물의 생장과 곡물 생산량에 영향을 줄 수 있음을 보여준다. 더군다나, Table 2에서 녹두 재배 시 투입된 질소와 인산비료는 타작물들에 비하여 적음에도 불구하고 Table 3에서와 같이 토양 내 잔존 T-N과 유효인산 (Av. P2O5) 함량이 높게 유지되고 있다. 또한 본 연구진이 2모작이나 다년다모작 작부체계 시 밀을 재배하기 전에 전작물로 벼 대신에 콩을 재배하였을 때에도 토양의 물리 ‧ 화학적 특성의 개선과 더불어 후작물인 밀의 생장, 수량과 품질이 향상되는 것을 확인한 바 있다 (Oh et al., 2022b; Oh and Seo, 2025). 콩과식물은 뿌리가 깊게 자라고 뿌리에서 삼출물을 분비해 근권 미생물과 상호작용하여 질소고정에 관여한다. 그리고 토양 내 불용성 인산 가용화를 통해 식물체 내로 흡수를 높여 토양 비옥도 회복에 효과적이다 (Bak and Lee, 2021; Yang et al., 2021). 또한 꼬투리를 수확한 후에는 지상부를 녹비로 사용할 수도 있다. 콩과작물을 녹비작물로 재배하였을 때 토양 내 존재하는 과잉 인산을 효과적으로 저감할 수 있고 (Lee et al., 2020a), 잔사인 농업부산물에는 주요 비료성분 (N, P2O5, K2O) 함량이 높아 유기질 비료 대체자원으로의 활용 가능성이 높은 것으로 보고된 바 있다 (Yun et al., 2025). 이처럼 논에 밀-녹두 2모작 시스템을 적용하였을 때 경지이용효율 항상과 더불어 각각의 작물에 우호적으로 작용할 뿐만 아니라 토양 개선에도 효과가 있음을 알 수 있다.
그러나 녹두도 2 - 3년간 연속적으로 재배하면 식물체가 위축되고 수량이 감소하는 등 연작장해가 발생할 수 있는 것으로 보고된 바 있어 (RDA, 2006), 다년간 동일한 작물로의 재배는 금할 필요가 있을 것으로 보인다. 본 연구에서도 녹두-녹두 2기작을 동일 포장에서 2년간 수행하였을 때 녹두 재배 횟수가 증가함에 따라 경장은 유의미한 차이가 없으나 착협고, 분지수, 개체당 총협수가 4회 연작하였을 때 감소하였고, 종실 수량도 감소함을 확인할 수 있었다 (Fig. 4). 물론 재배 차수에 따른 계절별 기상과도 연관이 있겠으나 Fig. 3에서 살펴본 바와 같이 밀-녹두 2모작과 비교하였을 때 보다 녹두-녹두 2기작에서 수확량이 낮아 연속적으로 동일한 작목을 재배하였을 때 생산성 저하를 야기하는 것으로 사료된다. 이는 다른 콩과 식물에서도 보고되었으며 (Crookston et al., 1991), 연작 시 첫해에는 수확량이 17% 이상 높았으나 장기간 재배하였을 때 감소하였다고 한다. 연작에 의한 피해는 토양 산성화, 2차 염류화, 토양 물리 ‧ 화학적 특성의 변화, 토양 유래 식물병의 증가와 독소물질의 토양 내 축적 등의 복합적인 원인으로 인해 발생되기 때문에 가급적 동일 작목을 지속적으로 재배하지 말아야 한다 (Bedoussac et al., 2015). 연작 피해가 발생하는 대표적인 작물로 인삼 (Panax ginseng Meyer)과 일천궁 (Cnidium offcinale Makino)은 연작 재배 시 토양세균군집 구조의 변화가 작물의 생장 및 생산성에도 영향을 줄 수 있음이 보고된 바 있다 (Lee et al., 2020b: Kim et al., 2020). 따라서 녹두 연작 재배 시 토양 미생물군집 구성 변화, 토양 매개 해충이나 병원균 발생 여부 등을 추후에 모니터링하여 연작 재배 시 나타나는 생산성 저하의 원인을 각 재배기간의 기상 환경과 함께 복합적으로 분석할 필요가 있다. 그리고, 녹두 재배 시 전작물로 밀, 옥수수, 감자 등의 타작물과의 합리적인 윤작체계를 통해 연작 재배의 문제점을 최소화할 수 있을 것으로 보인다.
한편, 녹두는 열대 및 아열대 지역에서 주로 재배되고 있는 작물로 평균기온이 20 - 30°C, 연강우량은 600 - 1,000 mm 범위에서 생육되고 있다 (RDA, 2006). 남부지역에서 녹두 재배가 가능한 기간 (4월 하순 - 11월 상순)의 평년 (30년, 1991 - 2020년) 평균온도와 누적강수량은 각각 20.4°C와 1,149.8 mm이다 (기상청). 본 작부체계 연구에서 적용한 2022년과 2023년 (8월 상순 - 11월 중순)의 평균온도는 19.3°C이고, 누적강수량은 397.1 mm로 녹두 재배에 문제는 없을 것으로 판단되었다 (Fig. 2). 또한 기후변화로 인해 지난 50년간 우리나라의 평균기온은 1.34°C 상승하였고 (Jeong et al., 2023), 이로 인해 녹두와 같은 열대 및 아열대 작물들의 재배 가능한 기간은 점차 늘어날 수 있을 것으로 보인다. 이는 본 연구가 이루어진 2022년과 2023년의 녹두 재배 기간에 평균온도가 평년 대비 0.7 - 1.5°C 높은 데서도 확인할 수 있다 (http://data.kma.go.kr/normals/info1.do). 그러나 누적강수량의 40% 이상이 7 - 8월에 집중되고 있어 배수가 양호하지 않은 논 토양 특성을 고려하였을 때 녹두의 논 재배를 위해서는 파종 시기나 재배관리 등을 개선할 필요가 있다.
이상의 결과를 토대로 남부지역 논에 녹두를 재배하는 2모작 작부체계를 적용할 수 있으며, 토양 물리성과 화학성, 연작장해 회피성, 그리고 종실 생산성을 토대로 밀-녹두 2모작이 가장 적합한 작부체계인 것으로 나타났다. 차후에는 밀-녹두 2모작 시 작기연결성을 고려하여 파종시기를 달리하여 재배하여 각 작물별 적정 파종기 및 파종한계기에 대한 정보를 확인하고자 한다.
Conclusions
본 연구는 남부지역 논에서 다양한 작부체계가 토양 특성과 후작 녹두의 생육 및 종실 생산량에 미치는 영향을 구명하기 위하여 수행되었다. 시험은 경상남도 밀양의 논 시험포장에서 수행되었으며, 밀-녹두, 녹두-녹두, 찰옥수수-녹두, 감자-녹두의 4개 작부체계를 대상으로 2년간 실시하였다. 전작물 재배 후 늦은 여름철에 녹두를 후작물로 재배하였으며, 토양의 물리 ‧ 화학적 특성과 녹두의 생육 및 수량 특성을 조사하였다. 작부체계를 적용하기 전의 논 토양은 높은 전용적 밀도와 낮은 공극률을 나타내었으나, 2모작 작부체계를 적용한 후에는 공극률이 증가하고 전용적 밀도는 감소하여 토양 물리성이 개선되었다. 토양 pH는 밀-녹두 작부체계에서 녹두 재배 적정 범위 (pH 6.5–7.0)를 안정적으로 유지하였으며, 교환성 양이온 함량도 적정 수준을 나타내었다. 녹두의 생육 특성은 작부체계에 따라 차이를 보였으며, 밀-녹두 작부체계에서 분지수, 협 건중량 및 종자 건중량이 높게 나타났다. 또한 종실 수량과 리터중은 밀-녹두 작부체계에서 가장 높았고, 찰옥수수-녹두 작부체계에서 가장 낮았다. 반면 녹두-녹두 2기작을 동일 포장에서 연속 수행하였을 때에는 재배 횟수가 증가함에 따라 착협고, 협수 및 종실 수량이 감소하여 생산성 저하가 확인되었다. 이상의 결과로 볼 때, 남부지역 논에서 밀-녹두 2모작은 토양 물리성과 화학성을 개선하면서 녹두의 안정적인 생산성을 확보할 수 있는 효과적인 작부체계로 판단된다.
