Introduction
Materials and Methods
농가포장 토양 채취
농가포장 토양 수분함량 및 비료량
토양 분석 및 수량조사
EC에 영향을 주는 토양환경요인 평가
CEC 수준별 EC 증가에 따른 상대수량 비교
통계분석
Results and Discussion
시설작물 (시금치, 토마토, 풋고추) 재배지의 토양화학성
EC에 영향을 주는 토양환경요인 평가
시설작물 (시금치, 토마토 및 풋고추) 재배지의 EC와 수량과의 관계
CEC 수준별 EC 증가에 따른 상대수량 비교
Conclusions
Introduction
시설재배지의 염류집적은 지속 가능한 식량 생산을 제약하는 요소 중에 하나이다. 우리나라 전체 시설재배지의 약 51%가 부적절한 토양관리로 인해 염류가 집적되어 있다 (NAS, 2021). 이 중에서 최근 2020년 시설시금치, 시설토마토 및 시설풋고추 재배지의 EC 평균값은 각각 4.5 dS m-1, 3.5 dS m-1, 5.1 dS m-1로 농촌진흥청에서 추천하는 적정범위의 (2.0 dS m-1 이하) 1.7 - 2.5배 높게 나타났다 (NAS, 2021). 이렇게 염류가 축적된 이유는 좁은 면적에서 많은 농산물을 생산하기 위한 2-3 작기를 연작하고, 집약재배로 인해 비료를 과다하게 투입하여 작물이 흡수하지 못한 비료성분이 토양에 잔류하여 염류화되기 때문이다. 고농도의 염류는 토양의 삼투압을 상승시켜 수분 보유력을 떨어뜨리고, 작물 뿌리의 물과 양분의 흡수가 감소되거나, 삼투 스트레스와 이온 불균형을 유도하며 식물의 생장과 광합성을 억제한다 (Yang and Guo, 2018). 그리고 토양 미생물 활성 (Elmajdoub and Marschner, 2015)에 영향을 미쳐 온실가스 배출량 (Ghosh et al., 2017)에도 영향을 준다. 즉 토양의 높은 염 농도는 질산환원효소 생성 미생물의 활동을 둔화시켜 N2O 생성을 증가시킨다 (Ghosh et al., 2017). 따라서 기후 변화 속에서 온실가스 배출을 완화하는 동시에 지속 가능한 작물 생산을 위해 염류가 많은 토양을 관리하는 것이 매우 중요하게 되었다 (Abrol et al., 1988; Zhao et al., 2020).
토양 염류 연구는 작물의 생리적인 변화, 토양 전기전도도(EC)에 따른 관비농도 설정, 작물 대목 사용 여부에 따른 수량의 영향 등에 대해 이루어졌다. EC가 3.5 dS m-1 이상인 토양에서는 20일간 재배한 오이묘의 생장점 조직은 분화가 정상적으로 일어나지 않았고 (Chung and Choi, 2001), 사각포트에서 50일간 재배한 상추의 생존율은 토양 EC 0.20 dS m-1 처리구에서 90% 이상이었으나, EC 1.13 dS m-1에서는 이보다 감소하였다 (Lee et al., 2001). 토마토 관비 재배에서 토양 EC 수준을 1.4, 3.0, 5.4 dS m-1으로 달리하였을 때 관비농도를 3.0 dS m-1 미만으로 유지하는 것이 토마토의 적정 수량과 토양관리에 바람직하였으며 (Lee et al., 2006), 참외 재배에서 관행구와 비교하여 1주일에 1회 관비를 투입하는 관비재배에서 토양 EC는 0.8 dS m-1까지 증가하였으나, 참외 크기와 당도에는 영향이 없었다 (Jun et al., 2012)고 발표한 바 있다. 또한, EC가 높은 토양에서 염류에 강한 대목을 사용한 접목묘가 대목을 사용하지 않는 실생묘보다 토마토 (Chung and Choi, 2002), 풋고추 (Oh, 2009) 의 생육이 강하게 나타났다.
토양 중에 염류농도가 증가하면 작물수량은 감소하기 때문에 농촌진흥청에서는 토양검정을 통해 적정량의 비료 사용을 추천하고 있으며, 염류 집적지에서는 염류를 낮추기 위해 녹비 (Yang et al., 2011), 담수제염 (Oh et al., 2010), 흡비 작물재배, 바이오차 투입 (Heo et al., 2021; Choi et al., 2024), 미생물제 (Lee et al., 1996) 및 킬레이트제 이용 (Kim et al., 2012; Lee et al., 2019; Kim et al., 2022; Lee et al., 2024) 등 다양한 기술을 개발하여 활용하고 있다. 이와 더불어 토양의 염류를 적절한 범위에서 유지하기 위해 염류농도가 증가할수록 작물 수량이 얼마나 감소하는지를 농업인에게 알려주는 정보가 필요하며 이에 관한 국내 연구는 미흡한 실정이다.
그래서 본 연구에서는 시설작물 중 시금치, 토마토, 풋고추를 대상으로 작물 재배 중에 채취한 토양 분석치와 작물 생산량를 조사하여 이들 작물 생산에 적정한 EC 범위, EC 증가에 따른 작물의 수량 감소 정도를 평가하였다.
Materials and Methods
농가포장 토양 채취
작물 주산단지에 위치한 농가들의 포장을 대상으로 토양 시료 채취 지점을 선정하였다. 시설시금치는 포항에서 2022년도 겨울작기 (11월부터 이듬해)에 재배하는 비닐하우스를 대상으로 20개소를 선정하였고, 1차 시료를 작물 생육하는 기간인 12월 21일에, 2차는 이듬해 1월 31일에 채취하였다. 시설토마토는 경기도 광주 지역에서 봄작기 (2월 - 7월)에 작물을 재배하는 비닐하우스 13개소를 선택하여 4월 7일 - 21일 사이에 토양 시료를 1회 채취하였다. 시설풋고추는 경남 진주지역에서 2023년 겨울작기 (10월 - 이듬해 7월)에 작물을 재배하는 농가 포장에서 18개소를 선택하여 1차 시료를 2024년 3월 6일 - 14일에, 2차 시료를 5월 2일 - 3일, 3차 시료는 7월 2일 - 3일에 채취하였다. 농업인들이 여러 비닐하우스 중에서 작물 생산성이 대표할 만한 곳을 선정해 주었고, 이 지점을 대상으로 토양을 직접 채취하였다. 토양채취 방법은 시설하우스 500 - 667 m2 규모인 농가 포장에서 10-15 지점을 토양표면에서 비료가 투입되는 경운 깊이인 20 - 25 cm까지 토양채취기를 이용하여 채취 후 혼합하였다.
농가포장 토양 수분함량 및 비료량
시설시금치 재배지에 물을 3 - 4일에 1회씩 공급하였으며, 채취할 시기의 중량수분햠량의 평균값은 14% (범위는 7 - 23%)로 나타났다. 시설 토마토 재배지는 2 - 5월에 2 - 3일에 1회씩 농가에서 웃거름으로 주는 비료와 물을 관주하였고, 6 - 7월에는 더운 날씨로 인해 매일 물을 관주하였으며, 웃거름은 2일에 1회씩 공급하였다. 시설 풋고추 재배지에서 물과 비료를 2 - 3일에 1회씩 관주하였고, 채취할 시기의 토양의 중량수분햠량의 평균값은 26% (범위는 17 - 32%)로 시설시금치보다는 높은 함량을 나타냈다.
시설 작물 (시금치, 토마토 및 풋고추) 재배지의 농가 비료 사용량은 농촌진흥청의 농가 비료사용실태조사 (NAS, 2021)의 자료를 이용하였다. 시설시금치는 경북지역, 시설토마토는 경기지역, 시설풋고추는 경남지역의 질소-인산-칼리 (N-P2O5-K2O-가축분 퇴비)의 사용량은 각각 15.6-8.5-7.7-3,404 kg 10a-1, 15.0-6.5-9.3-2,041 kg 10a-1, 7.4-3.0-3.6-2,451 kg 10a-1으로 나타났다. 가축분퇴비로 투입되는 양분함량을 계산하고자 기존 연구결과인 가축분퇴비의 질소, 인산, 칼리의 평균 함량인 1.77%, 1.88%, 1.66% (Kim et al., 2018)을 곱하여 계산하였다. 이것을 무기질비료와 합하여 계산한 결과, 시설시금치 재배지의 질소, 인산, 칼리 함량은 각각 76, 72, 64 kg 10a-1, 시설토마토 재배지에서는 51, 45, 43 kg 10a-1, 시설풋고추 재배지에서는 51, 49, 44 kg 10a-1으로 시설시금치 > 시설풋고추 > 시설토마토 순으로 비료투입량이 많았다. 농촌진흥청이 추천하는 토양검정에 의한 비료사용량보다 시설 시금치의 농가사용량이 질소, 칼리 성분 투입량은 3.2 - 3.4배 많이 투입되었고, 인산 투입량은 5.4배 많았다. 시설토마토는 질소, 인산 및 칼리 성분 투입량은 1.6 - 3.2배 많이 투입되었고, 시설풋고추는 질소와 인산 성분 투입량은 4.2-4.5배, 칼리 성분 투입량은 6.0배 많이 사용하였다.
토양 분석 및 수량조사
토양시료를 음지에서 풍건하여 2 mm 체를 통과시켜 농촌진흥청 토양 및 식물체 분석법 (NIAST, 2000)과 토양화학분석법 (NAAS, 2010)을 준수하여 분석하였다. pH는 토양과 증류수의 비율을 1:5로 혼합하여 30분간 진탕한 후에 pH를 측정하는 기기 (Orion 5 star, ThermoFisher Scientific, USA)로 측정하였다. EC 는 토양과 증류수의 비율을 1:5로 혼합하여 30분간 진탕한 다음 EC를 재는 기기 (Orion 5 star, ThermoFisher Scientific, USA)로 측정한 후에 5를 곱하여 사용하였다. 토양유기물은 Tyurin법으로 분석하였고, 유효인산은 Lancaster법으로 720 nm에서 분광광도계 (U-3000, Hitachi)를 이용하여 분석하였다. 교환성 양이온은 1 M NH4OAc (pH 7.0) 완충용액으로 추출하여 유도결합 플라즈마 발광광도계 (ICP-OES, GBC, Australia)로 측정하였다. 양이온교환용량 (cation exchange capacity)은 1 M NH4OAc를 토양 시료에 통과시켜 토양의 모든 양이온 교환 전하를 NH4+로 포화시키고 과잉의 ammonium acetate 용액을 95% 알콜로 세척했다. 그리고 NH4+ 포화 토양에 MgO를 넣고 켈달 증류장치를 이용하여 NH3 가스로 증류·포집한 후 산 용액으로 적정하여 정량하였다. 수용성 이온 함량의 분석 방법은 습토를 1:5 (v/v)로 추출하여 여과지 No. 2로 여과하였고, 질산이온 (NO3-), 인산이온 (PO43-), 칼륨이온 (K+)는 토양이온분석기 (Rapid-D, Technel, Korea)를 이용하여 분석하였다. 황산이온 (SO42-), 염소이온 (Cl-)은 이온크로마토그래피 (MX/Dionex Aquion, Thermo Fisher Scientific, USA), Ca2+, Mg2+는 유도결합 플라즈마 발광광도계 (ICP-OES, GBC, Australia)로 측정하였다. 점토함량은 피펫법 (NAS, 2017)을 이용하여 분석하였다.
작물별 재배면적은 농가들마다 재배면적에 차이가 있었고, 시설시금치는 1,700 - 15,000 m2, 시설토마토는 833 - 6,667 m2, 시설풋고추는 833 - 9,333 m2로 나타났다. 여기에서 재배된 농산물은 모두 농협을 통해 판매되었으며, 이렇게 출하한 양을 단위면적 (1,000 m2)당으로 환산하여 수량을 평가하였다.
시설시금치는 작물 특성상 실생묘 (품종명: 오이시이, 사계절)를 심어 재배하였고, 토마토 (품종명: 슈퍼도태랑, 도태랑)는 대목으로 내염성이 강한 방울토마토 (품종명: 안티, 터보)를 사용하였으며, 고추 (품종명: 녹광)는 역병에 강한 대목인 탄탄을 사용하였다.
EC에 영향을 주는 토양환경요인 평가
시설시금치, 시설토마토 및 시설풋고추 재배지의 토양을 각각 통합하여 EC에 영향을 주는 토양요인과 상관관계를 분석하였다. 토양요인으로 수용성 이온 (질산이온, 황산이온, 염소이온, 칼륨이온, 칼슘이온, 마그네슘 이온, 및 인산이온)과 pH, 유기물, 유효인산, CEC, 점토함량을 변수로 선정하였다. 그리고 수용성 이온, pH, 유기물, 유효인산의 분석값은 작물생육 중에 1-3회 채취한 시료들의 평균값으로 계산하였다.
CEC 수준별 EC 증가에 따른 상대수량 비교
FAO (1985)에서 포화추출법으로 분석한 EC값(ECe)과 이에 상응하는 작물의 수량 감소 정도를 평가하였다. 이러한 자료를 국내 EC (1:5H2O)값으로 전환하기 위해 ECe를 EC (1:5H2O)로 환산하는 계수인 희석배수 (dilution factor)를 이용하였다. Jung et al. (2001)이 CEC값 7.74, 13.09, 17.7 cmolc kg-1일 때 희석배수 (dilution factor)는 각각 11.03, 8.46, 6.44를 발표하였고, 이 값을 이용하여 본 연구에서 EC (1:5H2O)값으로 변환하였다. 그리고 상대수량은 FAO (1985)에서 제시한 값을 그대로 이용하였다.
통계분석
SAS 프로그램 (Enterprise guide 7.1, SAS Institute, USA)으로 상관분석을 통해 EC와 다른 환경요인과의 상관관계를 분석하였다.
Results and Discussion
시설작물 (시금치, 토마토, 풋고추) 재배지의 토양화학성
시설시금치의 pH와 EC는 각각 6.9, 1.54 dS m-1로로 농촌진흥청에서 추천하는 시금치 생육의 적정범위 (pH 6.5 - 7.0; 2 dS m-1, NAS, 2022) 안에 있었다. 그러나 유효인산 (Av.P2O5) 함량은 1,425 mg kg-1, 교환성 칼륨 (Ex. K)은 0.90 cmolc kg-1, 교환성 칼슘 (Ex. Ca) 함량은 6.5 cmolc kg-1으로, 농촌진흥청 국립농업과학원에서 제시한 적정범위 (NAS, 2022)의 상한값보다 1.5 - 3.2배 많아, 토양에 양분이 집적된 상태였다 (Table 1). 시설토마토 재배지의 pH는 6.4로 적정 기준 (6.0 - 6.5)에 있었고, EC (4.09 dS m-1), 유효인산 (1,022 mg kg-1), 교환성 칼슘 (10.5 cmolc kg-1), 교환성 마그네슘 (3.3 cmolc kg-1) 함량은 적정기준의 상한값보다 1.7 - 2.0배를 초과한 상태였다. 시설풋고추 재배지 토양의 pH는 6.8로 고추의 적정 범위 (6.0 - 6.5, NAS, 2022)를 벗어나 약간 높았고, EC는 (3.49 dS m-1), 유효인산 함량은 (1,042 mg kg-1), 교환성 칼륨 (1.19 cmolc kg-1), 교환성 칼슘은 (13.7 cmolc kg-1), 교환성 마그네슘은 (3.1 cmolc kg-1) 함량은 적정범위의 상한치보다 1.7 - 2.3배 많았다. 유기물 함량 평균값은 시설시금치, 시설토마토, 시설풋고추의 경우 각각 18 g kg-1, 29 g kg-1, 33 g kg-1으로 시설토마토와 시설풋고추는 적정범위 내에 있었지만, 시설시금치는 적정범위보다 부족한 상태였다. CEC (cation exchange capacity) 평균값은 시설시금치, 시설토마토, 시설풋고추는 각각 6.5 cmolc kg-1, 14.0 cmolc kg-1, 17.0 cmolc kg-1로 시설풋고추가 가장 높았고, 시설시금치가 가장 낮았다. 토양양분 함량은 시설토마토 > 시설풋고추 > 시설시금치 순서로 많았으나, 앞에서 언급한 작물별 비료투입량은 시설시금치 > 시설토마토 > 시설풋고추의 순서로 토양 양분함량 순서와는 다르게 나타났다. 이러한 이유는 시설시금치 재배지의 토성이 사질이고, CEC (6.5 cmolc kg-1)이 낮기 때문에 지하로 용탈되어 근권 내 토양양분 함량이 낮은 것이 원인으로 추정된다.
Table 1.
Chemical properties of soils sampled from farm fields of plastic film house.
| Crop |
pH (1:5 H2O) |
EC (dS m-1) |
OM (g kg-1) |
Av. P2O5 (mg kg-1) | Exch. cations (cmolc kg-1) |
Cation exchange capacity (cmolc kg-1) |
(K+Ca+ Mg)/CEC | |||
| K | Ca | Mg | ||||||||
|
Spinach (n = 20) | Average | 6.9 | 1.54 | 18 | 1,425 | 0.90 | 6.5 | 1.3 | 6.5 | 1.4 |
| Min | 6.1 | 0.60 | 9 | 803 | 0.24 | 4.8 | 0.7 | 3.7 | 0.7 | |
| Max | 7.7 | 3.09 | 33 | 2,841 | 1.74 | 9.5 | 2.0 | 10.1 | 2.2 | |
|
Optimum range1 | 6.5 - 7.0 | ≤2.00 | 20 - 30 | 350 - 450 | 0.45 - 0.60 | 6.0 - 7.0 | 2.0 - 2.5 | 10 - 15 | - | |
|
Tomato (n = 13) | Average | 6.4 | 4.09 | 29 | 1,022 | 1.29 | 10.5 | 3.3 | 14 | 1.2 |
| Min | 4.2 | 1.80 | 15 | 210 | 0.42 | 6.7 | 1.7 | 7 | 0.5 | |
| Max | 7.5 | 7.50 | 57 | 1,827 | 2.62 | 17.4 | 5.8 | 26 | 2.6 | |
|
Optimum range1 | 6.0 - 6.5 | ≤3.00 | 20 - 30 | 400 - 500 | 0.70 - 0.80 | 5.0 - 6.0 | 1.5 - 2.0 | 10 - 15 | - | |
|
Green pepper (n = 18) | Average | 6.8 | 3.49 | 33 | 1,042 | 1.19 | 13.7 | 3.1 | 17 | 1.1 |
| Min | 5.8 | 1.41 | 12 | 334 | 0.31 | 6.8 | 1.1 | 11 | 0.8 | |
| Max | 7.6 | 6.14 | 45 | 1,907 | 2.15 | 18.1 | 4.8 | 22 | 1.5 | |
|
Optimum range1 | 6.0 - 6.5 | ≤2.00 | 25 - 35 | 450 - 550 | 0.70 - 0.80 | 5.0 - 6.0 | 1.5 - 2.0 | 10 - 15 | - | |
점토함량은 시설시금치 토양의 평균은 7%, 시설토마토는 11%, 시설풋고추는 21%로 시설풋고추 재배지에서 점토함량이 가장 높은 것으로 나타났다 (Table 2). 작물 생산량은 시설시금치의 평균값은 0.9 ton 10a-1, 시설토마토는 6.6 ton 10a-1, 시설풋고추는 8.4 ton 10a-1이며, 시설시금치는 농촌진흥청 농가소득조사 (RDA, 2024)에서 제시한 경북지역 농가의 평균 수량 (1.4 ton 10a-1)보다 35% 적었고, 시설토마토 농가의 평균 수량은 경기도 평균값 (4.7 ton 10a-1)보다 55% 많았으며, 시설풋고추는 경상남도 지역의 시설고추 수량 평균값 (7.7 ton 10a-1)보다 9% 높았다.
Table 2.
Physical properties of soils used and yield of crop.
작물은 뿌리에서 이온의 형태로 양분을 흡수하는데, 토양용액 중 바로 흡수할 수 있는 수용성 성분 (질산이온, 인산이온 및 칼륨 이온)을 조사한 결과는 Table 3와 같다. 질산이온 함량은 시설시금치, 시설토마토, 시설풋고추 재배지에서 각각 78 mg L-1, 166 mg L-1, 123 mg L-1으로 나타났다. 인산이온은 시설시금치, 시설토마토, 시설풋고추 재배지에서는 각각 27 mg L-1, 21 mg L-1, 9 mg L-1으로 시설시금치 및 시설토마토 재배지에서 인산이온 함량이 높았고, 시설풋고추 재배지에서는 상대적으로 낮았다. 칼륨이온 농도는 시설시금치, 시설토마토 및 시설풋고추 재배지에서 각각 25 mg L-1, 34 mg L-1, 28 mg L-1으로 3개 작물 모두에서 20 mg L-1 이상을 농도를 보였다. 칼슘이온과 마그네슘이온의 농도는 칼륨 이온농도의 순서와 유사하게 나타났다. 황산이온은 시설시금치 재배지에서 77 mg L-1, 시설토마토 재배지에서 133 mg L-1, 시설풋고추 재배지에서 167 mg L-1으로 풋고추에서 가장 높았고, 염소이온은 시설시금치에서 17 mg L-1, 시설토마토에서 88 mg L-1, 시설풋고추에서 18 mg L-1로 시설토마토 재배지에서 가장 높았다.
Table 3.
Distribution of water soluble nutrient content.
EC에 영향을 주는 토양환경요인 평가
토양 중 용액으로 녹아 나오는 음이온과 양이온은 EC를 증가시키는 중요한 요인들이다. 토양 EC에 영향을 주는 이온은 시설시금치에서 NO3- > Cl- > K+ > SO42-의 순서로, 시설토마토에서 NO3- > Mg2+, Cl- > Ca2+의 순서로 상관성이 높았다 (Table 4). 시설풋고추의 경우 Cl- > K+ > SO42-, Mg2+ > NO3- > CEC > Clay의 순서로 상관성이 높았다. 특히, 시설풋고추 재배지는 시설시금치 및 시설토마토 재배지와 달리 작물 재배가 끝난 후에 담수제염을 실시하기 때문에, 질산이온이 시설재배지 밖으로 배출되어 질소이온보다는 염소이온의 영향이 큰 것으로 추정된다. 시설시금치, 시설토마토, 시설풋고추 재배지 모두에서 인산이온, pH, OM, Av.P2O5 함량은 EC (1:5H2O)와 통계적인 유의성이 없는 것으로 나타났다. 과거에 Ryu et al. (1995)에 따르면, 꽈리풋고추 재배농가 조사에서 EC (1:5H2O)는 CEC, Clay와 부의 상관성이 높았고 (r = - 0.81**, r = - 0.72**), Ex. K, Ex. Ca, Ex. Mg와는 통계적 유의성이 없다고 보고하였는데, 이 때 토양 CEC는 양이온으로 과포화되지는 않고 토양표면에 흡착된 상태로 존재하기 때문에 EC와 양이온 함량 사이에 상관성 낮았다고 생각된다. 최근에 발표한 Kong et al. (2018)의 연구에서는 전국 시설재배지 토양에서의 EC는 교환성 마그네슘과의 관계에서 결정계수가 0.515**, 교환성칼륨에 대해서는 0.425**, 교환성 칼슘에 대해서는 0.421**로 높은 상관을 나타내었다. 그리고 본 연구에서도 시설시금치와 시설토마토 재배지의 토양에서는 CEC가 양이온으로 과포화된 상태였고, 시설풋고추는 이들보다 과포화된 정도가 낮기 때문에 토양에 용출되는 양이온의 영향이 적었다고 판단된다. 이러한 문제점이 최근에 발생하고 있기 때문에 토양개량제 지원사업으로 석회고토를 공급할 때, EC를 높일 우려가 있으므로, 과다하게 살포되지 않도록 적절하게 개량제를 투입하는 것이 중요하다고 생각된다. Kim (2022)에 따르면, 밭토양의 EC는 마그네슘 이온 (r = 0.96), 질산이온 (r = 0.89), 칼슘이온 (r = 0.83), 칼륨이은 (r = 0.74), 염소이온 (r = 0.79), 황산이온 (r = 0.61) 성분이 상관성이 높았으며, 밭토양에서 칼슘이온, 칼륨이온, 마그네슘 이온, 질산이온, 염소이온을 선택하여 다중회귀 분석을 하면 85% 이상부터 97%까지의 설명력을 가졌다고 발표하였다. 본 연구에서는 작물에 종류별로 수용성 양분들의 영향 정도가 다르게 나타났다. 이로부터 작물마다 비료로 들어가는 성분의 양, 농경지의 이용형태, 담수 제염 등에 따라 EC에 영향을 주는 요인이 달라지는 것을 알 수 있었다. 그래서, 시설재배지의 EC를 적절한 범위로 조절하기 위해서는 EC (1:5H2O)를 높이는 성분들 (질산이온, 황산이온, 염소이온, 칼륨이온)에 대해 주기적인 토양분석을 통해 양분상태를 파악하고, EC를 높이는 비료성분이 포함된 비료량을 줄이거나 비료의 주성분보다 부성분의 영향이 있을 경우 다른 종류의 비료로 대체하여 투입하고 (예로, 황산이온이 EC를 높일 경우에 황산칼리비료 대신에 염화칼리, 또는 인산칼륨비료로 대체하여 사용), 토양에 남아있는 염류를 제거는 등 다양한 조치가 취해지는 것이 매우 필요하다.
Table 4.
Correlation between soil EC and soil chemical properties and clay content
| Crop | NO3- | SO42- | Cl- | K+ | Ca2+ | Mg2+ | |
| Spinach (n = 20) | EC | 0.92*** | 0.56* | 0.89*** | 0.79*** | 0.23ns | 0.33ns |
| Tomato (n = 13) | 0.88*** | 0.67* | 0.66* | 0.48ns | 0.63* | 0.55ns | |
| Green pepper (n = 18) | 0.55** | 0.60** | 0.66*** | 0.66*** | 0.43* | 0.59** | |
| Crop | PO43- | pH | OM | Av.P2O5 | CEC | Clay | |
| Spinach (n = 20) | EC | -0.43ns | -0.43ns | 0.13ns | 0.09ns | 0.04ns | 0.26ns |
| Tomato (n = 14) | -0.19ns | -0.04ns | -0.25ns | -0.38ns | -0.23ns | 0.18ns | |
| Green pepper (n = 18) | -0.09ns | -0.23ns | 0.34ns | -0.01ns | 0.40* | 0.38* |
시설작물 (시금치, 토마토 및 풋고추) 재배지의 EC와 수량과의 관계
시설시금치, 시설토마토 및 시설풋고추 재배지 농가에서 조사한 토양 EC와 작물 수량과의 관계는 Fig. 1과 같다. 시설시금치, 시설토마토 및 시설풋고추의 수량이 높게 생산되는 토양의 EC 범위는 각각 1.0 - 1.5 dS m-1, 1.0 - 2.0 dS m-1, 2.5 - 3.5 dS m-1로 나타났다. 농촌진흥청에서 발간한 작물별 비료사용처방서 (NAS, 2022)에서 EC의 적정범위는 시설시금치와 시설고추는 2 dS m-1이하, 시설토마토 3.0 dS m-1 이하로 제시하고 있다. 본 연구의 시설풋고추 수량이 높게 나오는 범위는 작물별 비료사용처방서 (NAS, 2022) 기준보다 약간 높았으며, 그 이유는 작물별 비료사용처방서에서 토양 CEC는 10 cmolc kg-1을 기준으로 제시하였는데 반해, 본 연구에서는 CEC가 17 cmolc kg-1로 높았고 고추는 병해충과 염류에 강한 대목을 접목하여 사용하였기 때문에 토양 EC가 높음에도 불구하고 작물 수량에 영향이 적었던 것으로 판단된다. Ryu et al. (1995)의 연구에서 꽈리고추 재배 농가의 EC 1.5 dS m-1에서 수량이 42.58 ton ha-1로 높았고, 3.0 dS m-1에서는 29.77 ton ha-1로 70%가 감소하였다. 이때 조사 당시에는 토양의 CEC가 12 cmolc kg-1이었으나, 본 연구와 다르게 수량이 감소한 것은 실생묘를 이용하여 꽈리고추를 재배하였기 때문이라고 추정된다.
CEC 수준별 EC 증가에 따른 상대수량 비교
FAO (1985)에서는 ECe값을 기준으로 작물의 내염성을 4가지 단계 (sensitive, moderate sensitive, moderate tolerant, tolerant)로 구분하였다. 작물 중 시금치, 토마토, 풋고추는 ‘다소 민감 (moderate sensitive)’으로 분류하였고, 상대수량 각각 100%, 90%, 75%, 50% 일 때 포화추출법을 이용한 ECe값을 제시하였다. 이것을 Jung et al. (2001)이 발표한 토양 CEC값 (각각 7.74, 13.09, 17.7 cmolc kg-1)에 따른 환산계수를 이용하여 국내 EC (1:5H2O)로 변환하였고, 이 값과 작물의 상대수량과의 관계를 나타낸 것이 Fig. 2이다. 시금치는 CEC의 값이 7.7 cmolc kg-1에서 17.7 cmolc kg-1로 높아질 때 100% 수량이 생산되는 EC (1:5 H2O)값은 0.91 dS m-1에서 1.55 dS m-1로 증가하였고, 최대 수량의 75%일 때 EC는 각각 1.99 dS m-1에서 3.42 dS m-1로, 최대 수량의 50%일 때 EC는 2.86 dS m-1에서 4.89 dS m-1로 높아졌다. 토마토의 경우, CEC의 값이 7.7 cmolc kg-1에서 17.7 cmolc kg-1로 높아질 때 100% 수량이 생산되는 EC (1:5 H2O)값의 증가량은 0.81 dS m-1 (1.1 dS m-1 → 1.94 dS m-1)가 상승하였다. 최대 수량의 75%일 때 EC (1:5 H2O)값의 증가량은 1.62 dS m-1 (2.2 dS m-1 → 3.3 dS m-1) 증가하였고, 최대 수량의 50%일 때 EC는 2.46 dS m-1 (3.3 dS m-1 → 5.9 dS m-1)로 높아졌다. 시설풋고추의 경우도, 최대 수량 100%일 때 EC (1:5 H2O)값의 증가량은 0.48 dS m-1 (0.7 dS m-1 → 1.2 dS m-1), 최대 수량의 75%일 때 EC (1:5 H2O)값의 증가량은 1.07 dS m-1 (1.5 dS m-1 → 2.6 dS m-1)로 높아졌다. 토양의 CEC가 증가함에 따라 작물의 최대수량 100%에서 50%로 갈수록 토양 EC의 증가폭이 커졌으며, 작물의 내염성은 상승되었다고 판단이 된다.
Fig. 2
Relationships between relative yield of (a) spinach, (b) tomato, and (c) green pepper and EC (1:5H2O) by converted from ECe of FAO [Dilution factor for each CEC level published by Jung et al. (2001) was used].
국내 시설시금치, 시설토마토 및 시설풋고추 재배지에서 조사한 토양의 EC (1:5H2O)값 수준별 상대수량과 FAO (1985)가 제시한 ECe 수준별 상대수량을 비교하였다 (Fig. 3). FAO의 ECe를 국내 EC (1:5H2O)로 변환하기 위해 Jung et al. (2001)이 발표한 ECe를 국내 EC (1:5H2O)로 전환하는 CEC별 환산계수를 이용하여 계산하였다. FAO (1985) 기준의 국내 EC (1:5H2O) 전환값에 비해 국내 농가에서 조사한 EC (1:5H2O)값에 대한 상대수량의 기울기는 시설시금치, 시설토마토 및 시설풋고추 모두에서 더 컸다. 이처럼 기울기가 커질 경우, 동일한 EC (1:5H2O)값에서 FAO (1985)가 제시한 수량보다 더 많은 수량이 생산되므로 작물의 내염성이 강해졌다고 볼 수 있다. FAO (1985)에서는 ECe 수준별 작물들의 상대적인 내염성 기준은 제시할 때, FAO (1985)의 기준은 가이드라인에 불과하며, 절대적인 내염성은 나라마다 달라진다고 하였고, 이러한 현상은 본 연구에서도 나타났다. 특히, 시설시금치, 시설토마토 및 시설풋고추의 상대수량이 75%와 50% 생산할 때, FAO (1985) 기준에 비해 국내 농가조사 EC (1:5H2O)값이 시금치는 각각 10%, 30%, 토마토는 각각 39%, 56%, 풋고추는 각각 146%, 140%가 상승하였다. 이러한 원인은 시설토마토 (품종명: 슈퍼토태랑, 도태랑)와 시설풋고추 (품종명: 녹광)는 내염성이 강한 대목 (방울토마토 품종인 안티, 터보), 풋고추는 역병에 강한 대목 (탄탄)을 사용하였으나, 시설시금치는 실생묘 형태로 재배한 것에서 찾을 수 있다. 즉, 시설토마토와 시설풋고추는 시설시금치보다 EC가 높은 수준에서도 대목 사용으로 내염성이 강해져 수량이 더 많이 생산된 것으로 판단된다. 그리고, 동일한 작물이라도 육종기술에 의한 작물의 품종이 달라지기 때문에 이로 인한 차이도 영향을 주었으리라고 추정된다. FAO (1985)에서는 EC 수준별로 작물의 유묘기부터 성숙기의 생육 반응을 시험하였고, 대목을 사용한 작물에 대한 평가는 없었다. 기존의 연구자료를 살펴보면 Chung and Choi (2002)의 경우 토마토 실생묘는 EC (1:5H2O) 2.0 dS·m-1 이상에서 생육이 현저하게 억제되었지만 접목묘 (내염성 대목인 Lycopersicon hirsutum, IT 173823)를 재배할 때 EC (1:5H2O) 3.0 dS m-1에서도 비교적 건전하게 생장하여 내염성이 강해졌다고 발표하였다. 고추를 재배한 토양에서도 EC (1:5H2O) 수준이 높을 때 실생묘 (녹광)보다 접목묘 (대목으로 탄탄 사용)가 생육량이 높았고 ‘청양’ 품종도 접목묘의 생육정도가 좋아 (Oh, 2009), 본 연구에서처럼 내염성이 증가하는 것으로 나타났다.
그리고, 최근 2020년 농업환경변동조사 (NAS, 2021)에 따르면 시설토마토, 시설풋고추 재배지의 EC 평균값은 각각 3.5 dS m-1 5.1 dS m-1로 나타났고, 이 값을 본 연구결과에 대입해 보면, 시설토마토와 시설풋고추 재배 농가의 평균 생산량은 최대수량의 77 - 80% 해당하는 양을 생산하고 있다는 것을 알 수 있다.
Conclusions
시설 작물 (시금치, 토마토 및 풋고추) 재배지 토양의 EC에 영향을 주는 토양 요인과 작물수량의 감소 정도를 조사한 결과, 시설시금치와 시설토마토 재배지는 질산 및 염소이온이, 시설풋고추 재배지는 염소 및 칼륨이온의 영향이 크게 나타났다. EC가 증가함에 따라 시설 작물 (시금치, 토마토 및 풋고추)의 수량도 감소하였는데, 특히 염류에 강한 대목을 사용한 토마토와 내병성에 강한 대목을 사용한 풋고추는 상대수량의 감소 양상이 FAO에서 제시한 것과 차이가 크게 나타났다. 다시 말하면, 동일한 EC 수치에서 토마토와 풋고추의 상대수량이 높게 평가되었고, 작물의 내염성은 커졌다. 그리고 작물별 수량이 높은 EC의 범위는 시금치는 1.0 - 1.5 dS m-1, 토마토는 1.0 - 2.0 dS m-1, 풋고추는 2.5 - 3.5 dS m-1였다. EC를 적정 범위내로 관리하기 위해서는 수용성 양이온과 음이온 분석을 실시하여 염류성분을 알아내고, 이를 포함하는 비료 성분의 사용량을 줄여야 하겠으며, 제염 등의 영농학적 조치도 병행하는 것이 매우 중요하리라 생각된다.
