Introduction

작물별 토양 적성등급이란 작물의 수량을 기준으로 토양의 고유특성인 잠재생산력을 평가하여 토양통별로 등급을 구분한 것이다. 최적지, 적지, 가능지, 저위생산지로 구분하고 있으며, 등급을 구분하는 목적은 농업인 등이 작물을 재배하고자 할 때 작물에 알맞은 토양특성을 고려하여 작물을 선택할 수 있도록 하기 위해서이다. 흔히 토양요인만 고려한 것은 토양적성등급, 기상요인을 함께 고려한 것은 재배적지로 표현한다.

작물별 토양적성등급을 설정을 하기 위해서는 작물의 단위면적당 생산량 자료가 필요하다. 작물 선정은 흙토람의 비료사용처방 정보를 활용하여 토양적성등급이 설정되어 있지 않은 작물 중 목본류, 시설재배만 하는 작물, 토양 재배를 하지 않는 작물, 재배 필지는 많지만 특정 토양특성만 존재하는 경우, 재배지점 수가 적은 경우는 제외하고, 재배 필지가 많은 작물을 우선순위로 선정하였다. 무화과 (Ficus carica L.)가 해당되었으며 본 연구에서는 무화과를 선정하여 검토 수행하였다. 무화과는 아열대성 과수로 건조한 사막지대가 원산지이며, 노지에서 연평균 기온 14.5°C 이상, 최저 9.0°C, 1월중 평균기온 1°C 이상 지역이 재배하기 알맞으며, 여름철 강수량이 적은 곳에서 재배하기 적합한 작물이다 (RDA, 2019).

작물별 토양적성등급 설정방법은 설정시기에 따라서 최대저해인자법 (RDA, 1992), 종합점수제 (RDA, 1994), 종합점수제 가중치법 (RDA, 1994), 다변량 통계방법 (Hyun et al., 2010)으로 다양하다 (Jung et al., 1994, 1996, 2001). 최대저해인자법은 최적지가 없이 적지, 가능지, 저위생산지로 구분되며, 한 가지의 저해인자로 인해 등급이 좌우된다. 이를 보완하기 위해 토양요인별 일정 점수를 부여한 후 점수의 합계로 등급을 구분하는 종합점수제를 사용하게 되었다. 종합점수제는 토성, 경사, 유효토심, 배수등급, 지형 5개의 토양요인을 고려하여 비교적 적용하기는 쉽지만 토양의 세부요인에 대한 기여도가 고려되지 않았다. 그래서 토양요인별 기여도에 따른 가중치를 부여하는 종합점수제 가중치법을 시도하게 되었다. 가중치법은 작물수량에 미치는 영향이 큰 인자와 작은 인자로 구분하여 배점과 가중치를 다르게 적용하는 방법이다. 하지만 가중치 설정에 전문가 의존도가 높아 주관적 견해가 개입될 여지가 있었다. 이를 보완하기 위해서 전문가의 주관적 판단을 배제하고, 적지구분의 객관성을 확보하기 위한 다변량 통계방법을 사용하게 되었다. 통계적 방법은 가중치 설정의 과학적인 접근방법이라고 할 수 있으나 계산과정의 복잡성과 다양한 요인의 기여도가 겹치는 경우에는 해석이 어렵다는 점이 있다.

작물의 생육은 토양 뿐 아니라 기상 등 다양한 인자에 의해 영향을 받기 때문에 작물을 위한 적성등급은 다양하게 분류될 수 있다. 현재 토양특성을 고려한 토양적성도는 곡류, 과채류 등 64작물에 대해 설정되어 있으며 농촌진흥청에서 운영하고 있는 토양환경정보시스템 (흙토람, http://soil.rda.go.kr)에서 확인할 수 있다. 기상정보를 고려한 사과, 배, 복숭아, 포도, 감귤, 단감에 대한 재배적지는 과수생육 ‧ 품질관리시스템 (fruit.nihhs.go.kr)에서 확인할 수 있다. Kim et al. (2016, 2020)은 토양요인과 연평균기온, 생육적온, 강수량 등의 기상요인을 통합한 적지구분에 대한 연구를 수행하였다. 이 때 각각 다른 방법으로 구축된 정보를 통합하여 적용하는 과정에서 적지구분이 상이할 경우 최종등급을 결정하는데 주관이 개입될 수 있으며, 복잡하고 다양한 기상요인을 작물별로 일반적인 한 조건으로 결정하는데 어려움이 있다. 따라서 기상의 지역적 변이가 큰 우리나라에서 토양과 기상을 모두 고려한 적성등급을 수요자에게 제공하는 것보다 토양적성등급을 제공하고 수요자가 원하는 지점의 기상특성에 따라 활용하는 것이 합리적일 수 있다.

통계적 방법 중 수량화이론 I은 종속변수가 양적인 자료로 되어 있고, 독립변수가 질적인 자료로 되어 있을 때 사용하는 유용한 방법으로 다변량 해석 시 복잡한 요인을 항으로 분류하여 각 항에 수량을 부여하여 상관성을 찾는 방법이다. 또한 중간 과정을 생략하더라도 적성 등급을 계산할 수 있으며, 적성 등급 판정기준표를 제시하지 않고도 결정을 할 수 있는 방법이다.

최근 귀농인 등 소면적에서 작물을 재배하거나 기후변화 등으로 인한 아열대 작물의 재배면적 증가 및 새로운 작물에 대한 정보 요구도가 증가하고 있어 적성등급이 설정되어 있지 않은 작물에 대한 등급 설정이 요구되고 있다. 각 설정 방법의 장단점을 고려하여 보완이 필요하다. 따라서 본 연구는 토양적성등급 설정 작물을 확대해 나가기 위해서 기존에 다양한 방법으로 시도되고 있는 토양적성등급 설정 방법의 일반화 및 객관화 할 수 있는 방법론을 제시하고자 무화과를 대상으로 다변량분석법 중 수량화이론 I을 적용한 새로운 방법과 기존방법 중 종합점수제를 비교하여 적용 가능성을 검토하였다.

Materials and Methods

작목 및 조사지점 선택

2018년부터 2020년까지 흙토람의 비료사용처방 정보를 활용하여 작물을 선정하였다. 비료사용처방 발급 건수를 고려하여 토양적성등급이 설정되어 있지 않은 작물 중 목본류, 시설재배만 하는 작물, 토양 재배를 하지 않는 작물, 재배 필지는 많지만 특정 토양특성만 존재하는 경우, 재배지점 수가 적은 경우는 제외하고, 재배 필지가 많은 작물을 우선순위로 선정하였다. 조사지 선택은 대표성을 가질 수 있도록 지리정보시스템 (GIS)을 이용하여 재배 필지 분포도와 토양도를 중첩하여 토양특성이 고르게 포함되도록 100지점 이상을 선정하였다. 본 연구에서는 무화과를 대상으로 조사지역은 전남 영암군, 신안군의 113지점을 선정하여 조사하였다.

수량 및 토양조사

수량은 조사지 관할 시 ‧ 군 농업기술센터의 협조를 받아서 농가의 필지별 단위면적당 생산량 (생물)을 농가 청취 조사로 진행하였다. 작물 생육특성에 따라서 재배년식별 수량차이를 표준화하기 위해서 수량조사 후 재배년식별로 수량을 보정하는 과정을 거쳤다. 흙토람의 비료사용처방에서 구분하고 있는 재배년식을 참고하여 1 - 2년은 2년, 3 - 4년은 4년, 5 - 6년은 6년, 7 - 9년은 8년, 10년 이상은 10년으로 하였다. 본 연구에서는 중간단계인 6년생의 평균 수량을 기준으로 수량이 적은 재배년식은 더하기, 많은 재배년식은 빼기로 수량 차이를 보정해주었다. 토양조사는 사전에 농촌진흥청의 토양도 속성정보를 참고하여 조사지의 토양특성에 대한 검토 후 현장점검을 나가서 토양의 변화 여부 등 표준화된 토양분류체계에 따라 조사하였다 (FAO, 2006; USDA-NRCS, 2012; USDA, 2014; RDA, 2018). 토양정보의 변화로 토양특성이 고르게 분포되지 못한 경우에는 조사 지점을 추가하여 고루 분포되도록 하였다.

토양요인 및 방법 결정

토양요인은 기존 방법들에서 사용한 요인 중 지형을 제외하고 심토의 토성, 배수등급, 유효토심, 자갈함량, 경사 5가지 요인을 결정하였다. 지형을 제외한 이유는 경사와 밀접한 관계가 있으므로 가급적 중복성을 피하기 위해서 본 연구에서는 배제하였다. 통계프로그램 (SAS)을 이용하여 편상관계수 (Partial correlation coefficient)를 산출하여 토양특성 (심토토성, 유효토심, 자갈함량, 경사, 배수등급)별 기여도를 확인하였으며, 기존 설정방법 중 주관적 개입을 최소화하고 일반화할 수 있는 방법을 모색하여 중간 과정을 생략하더라도 적지구분을 계산할 수 있으며, 적지 판정기준표를 제시하지 않고도 결정을 할 수 있는 방법인 다변량통계법 중 수량화이론 I을 적용하여 적지를 구분하였다. 또한 새로운 방법의 적용가능성을 확인하기 위해서 기존 방법 중 종합점수제와 비교하였다.

토양적성등급 설정 및 적용

작물 재배 필지별로 농가에서 청취한 수량에 대하여 다변량분석법 중 수량화이론 I을 적용하여 토양특성별 평균 수량이 많은 순부터 1, 2, 3… 등급으로 구분한 후 수량 예측 값을 산출하였다. 전국 재배지를 조사할 수 없으므로 조사지역의 자료를 바탕으로 전국에 적용하기 위해서 현재까지 밝혀진 우리나라의 토양상 1,361개에 대한 심토토성, 유효토심, 자갈함량, 경사, 배수등급 자료를 이용하여 각 토양 세부요인에 대한 수량 예측값을 산출한 후 수량이 높은 순부터 4등분 (25%)하여 최적지, 적지, 가능지, 저위생산지로 구분하여 적용하였다. 종합점수제는 기존방법대로 등급별 일정한 배점을 적용한 후 점수 합계에 의해 적지구분을 하였다.

Results and Discussion

토성, 배수등급, 유효토심, 자갈함량, 경사에 대하여 시료지점수, 평균수량, 표준편차를 나타내었다 (Tables 1, 2, 3, 4, 5). Table 1은 심토의 토성에 대한 성적을 분석한 결과이다. 심토의 토성속은 사질, 사양질, 식양질, 미사사양질, 미사식양질, 식질로 구분하는데 무화과를 재배하는 토양이 사질 토양이 없으므로 토성은 점토함량으로 구분하였다. 사질, 사양질, 미사사양질은 점토함량이 18% 미만인 토양으로 구분하였으며, 식양질, 미사식양질은 점토함량이 18% 이상, 35% 미만인 토양, 그리고 식질은 점토함량이 35% 이상인 토양으로 구분하였다. 점토함량이 18% 미만인 토양에서 수량이 14,231 kg 10a^-1로 가장 높았으며 그 다음 (미사)식양질 13,933 kg 10a^-1, 식질 13,394 kg 10a^-1로 점토함량이 적을수록 수량이 높은 경향이었다.

Table 2는 배수등급의 결과이다. 배수등급은 (매우)양호, 약간양호, 약간불량, (매우)불량으로 구분하였으며, 불량 14,283 kg 10a^-1, (매우)양호 13,975 kg 10a^-1, 약간양호 13,817 kg 10a^-1, 약간불량 13,488 kg 10a^-1의 순이었다. 배수등급 불량에서 수량이 가장 크게 나타났는데 이는 배수등급이 불량인 토양에 작물을 재배하지 않을 뿐만아니라 개수도 3개로 적고 토양특성상으로는 불량이지만 현장조사 시 외부의 흙을 약 20 cm 정도 적토하여 재배를 하는 토양이였다. 분류학상으로는 적토 50 cm의 기준에 못 미쳐 배수등급은 불량으로 표시되는 문제가 있다. 이 부분은 특이사항으로 분류 기준을 고려하여야 할 것으로 생각된다. 하지만 통계분석 시 3개 이상은 되어야 분석을 수행할 수 있으므로 대표성을 갖기 위해 토양 세부요인을 고르게 포함시키기 위해서 불량을 배제하지 않고 분석하였다.

Table 3은 유효토심의 결과이다. 유효토심은 25 cm 미만, 25 - 50 cm, 50 - 100 cm, 100 cm 이상으로 구분하는데 여기서는 50 cm 미만, 50 - 100 cm, 100 cm 이상의 3단계로 구분하여 적용하였다. 수량의 평균값은 100 cm 이상에서 14,220 kg 10a^-1이었으며, 50 cm 미만 13,761 kg 10a^-1, 50 - 100 cm 13,455 kg 10a^-1의 순이었다.

Table 4는 심토의 자갈함량 결과이다. 심토의 자갈함량은 15% 미만, 15 - 35%, 35% 이상으로 구분하고 있으며, 수량의 평균은 15% 미만 13,879 kg 10a^-1, 35% 이상 13,810 kg 10a^-1, 15 - 35% 13,773 kg 10a^-1의 순이었다.

Table 5는 경사의 결과이다. 경사는 0 - 2% (A), 2 - 7% (B), 7 - 15% (C), 15 - 30% (D), 30 - 60% (E), 60% 이상 (F)으로 구분하며, 영암과 신안 지역 모두 E, F 경사에서는 무화과를 재배하지 않았다. 여기서는 토양 조건만 고려하였으므로 D, E, F 경사는 하나의 그룹으로 처리하였다. 수량의 평균값은 0 - 2% 14,348 kg 10a^-1, 2 - 7% 13,885 kg 10a^-1, 7 - 15% 13,781 kg 10a^-1, 15% 이상 13,650 kg 10a^-1의 순이었다. 경사별 수량은 경사지에서 평탄지형으로 갈수록 수량이 높아지는 경향을 볼 수 있었다.

토양특성들의 편상관계수 (Partial correlation coefficient)를 구하였다. 편상관계수는 각 특성별 기여도를 나타내며 값이 클수록 기여도가 높다고 설명된다. Table 6에서 보는 것처럼 유효토심 (0.16)과 배수등급 (0.15)의 기여도가 크게 나타났으며 심토토성 (0.10), 자갈함량 (0.06), 경사 (0.05)의 순이었다.

조사지역의 자료를 바탕으로 전국에 적용하기 위해서 현재까지 밝혀진 우리나라의 토양상 1,361개에 대한 심토토성, 유효토심, 자갈함량, 경사, 배수등급 자료를 이용하여 각 토양 세부요인에 대한 수량 예측값을 산출하였다. 수량 예측치의 범위는 12,335 - 15,334 kg 10a^-1로 나타났으며, 이 범위를 등간격으로 4등분하여 가장 높은 수량을 보이는 토양상으로부터 최적지 (14,584 kg 10a^-1 이상), 적지 (13,834 - 14,584 kg 10a^-1), 가능지 (13,834 - 13,084 kg 10a^-1), 저위생산지 (13,084 kg 10a^-1 미만)로 구분하였다. 우리나라 전체 토양상은 현재까지 1,361개로 분류되어 있다. 토양상을 기준으로 전국에 적용한 결과 최적지는 69개 (5%), 적지는 514개 (37%), 가능지 702개 (51%), 저위생산지 76개 (6%)로 분류되었다(Table 7).

종합점수제를 이용한 토양적성등급 기준표는 Table 8과 같다. 사질, 사양질, 미사사양질은 20점, 식양질, 미사식양질은 15점, 식질은 10점, 배수등급 불량 20점, 매우양호 15점, 약간양호 10점, 약간불량 5점, 유효토심 100 cm 이상 20점, 0 - 50 cm는 15점, 50 - 100 cm는 10점, 자갈함량 0 - 15%는 20점, 35% 이상은 15점, 15 - 35%는 10점, A (0 - 2%) 경사는 20점, B (2 - 7%)는 15점, C (7 - 15%)는 10점, D,E,F (15% 이상) 5점으로 토양 요인별 차등 배점하였다. 토양 요인별 합계가 90점 이상이면 최적지, 75점 이상 90점 미만은 적지, 60점 이상 75점 미만은 가능지, 60점 미만은 저위생산지로 구분하였다. 토양상을 기준으로 전국에 적용했을 때 최적지는 57개 (4%), 적지는 387개 (28%), 가능지는 783개 (58%), 저위생산지는 134개 (10%)로 분류되었다. 종합점수제와 수량화이론 I의 비교는 Table 9와 같으며 등급별 비율은 유사하였다. 우리나라의 토양상을 기준으로 전국에 적용했을 때 최적지는 42개, 적지는 280개, 가능지는 521개, 저위생산지는 33개로 총 876개 (64.4%)의 등급이 일치하였고 485개 (35.6%)는 한 등급이 낮거나 높게 분류되었다. 종합점수제는 토양 요인별 배점을 구분한 후 합계를 구해야 되는 과정이 있지만 수량화 이론 I은 수량 자료가 있으면 주관적 개입없이 통계분석을 통해 한 번에 적지 구분을 할 수 있다는 장점이 있다. 또한 토양적성등급은 생산량 범위의 절대적 등급이 아닌 토양 요인별 상대적인 등급으로 최적지, 적지가 아닌 가능지, 저위생산지에서도 재배가 가능하다. 기존 방법과 비교 시 64% 이상 일치하고, 일치하지 않는 것도 한 등급 차이이므로 수량화이론 I방법의 활용 가능성이 있다고 생각된다.

Conclusions

본 논문에서는 기존의 다양한 방법으로 설정되어 있는 작물별 토양적성등급을 보완하여 일반화 및 객관화 할 수 있는 방법론을 제시하고자 무화과를 대상으로 새로운 방법인 다변량분석법 중 수량화이론 I을 적용하여 바로 분석이 가능한 방법과 기존방법 중 종합점수제법을 비교하여 적용가능성을 검토하였다. 우리나라의 토양상 1,361개에 대한 심토토성, 유효토심, 자갈함량, 경사, 배수등급 자료를 이용하여 각 토양 세부요인에 대한 수량 예측값을 산출한 후 수량이 높은 순부터 4등분 하여 최적지, 적지, 가능지, 저위생산지를 구분한 결과 두 설정 방법간에 최적지는 42개, 적지는 280개, 가능지는 521개, 저위생산지는 33개로 총 876개 (64.4%)의 등급이 일치하였고 485개 (35.6%)는 한 등급이 낮거나 높게 분류되었다. 종합점수제는 토양 요인별 배점을 구분한 후 합계를 구해야 되는 과정이 있지만 수량화 이론 I은 수량 자료가 있으면 주관적 개입 없이 통계분석을 통해 한 번에 적지 구분을 할 수 있다는 장점이 있어 활용 가능성이 있다고 생각된다.