Introduction
Materials and Methods
농가포장 토양 채취
농가포장 토양 수분함량 및 비료량
토양 분석 및 수량조사
통계분석
Results and Discussion
시설작물 (수박, 멜론 및 애호박) 재배지의 토양화학성
작토심별 토양화학성의 분포
작토심 깊이에 따른 수량 및 이화학적 특성과의 상관성 비교
시설작물 (수박, 멜론, 애호박) 수량에 미치는 토양환경요인의 기여도 평가
Conclusions
Introduction
수박은 더위를 가시게 하는 과일로 여름철에 생식으로 많이 이용되며 (RDA, 2018a), 멜론은 단맛과 향기가 주요한 특징인 작물이다 (RDA, 2018b). 그리고 애호박은 독특한 향미와 조직감으로 오래전부터 국민들에게 친근한 작물이다 (RDA, 2017). 통계청의 발표에 따르면, 시설수박과 시설애호박의 2023년 시설재배면적은 각각 9,330 ha, 2,130 ha (KOSIS, 2024)였고, 시설작물 중에 많이 경작되는 작물에 속한다. 그 동안 시설수박, 시설멜론 및 시설애호박 재배지의 토양관리에 관한 연구가 다양하게 이루어져 왔다. 시설수박 재배지에서는 볏짚과 같은 유기물 자원을 적정하게 이용하거나 (Ahn et al., 2010; Kang et al., 2011), 집적된 염류를 DTPA (Diethylenetriaminepentaacetic acid)를 처리하여 토양염류를 경감하고 시설수박 생육을 증진시키는 연구가 있었다 (Lee et al., 2019; Kim et al., 2022). 시설멜론은 연작지에서의 토양 격리재배 방법별 효과 (Cho et al., 1999), 염류집적지 대상으로 바이오차, 미생물 및 킬레이트제 처리 효과 (NAS, 2022a)를 구명하는 시험 등이 있었다. 시설애호박 재배지에서는 기수담수화시스템 적용에 따른 토양 환경 및 애호박의 생육에 관한 영향을 분석 (Kim et al., 2018) 하였고, 유기질비료의 시용이 토양 및 생산량에 미치는 영향 (NAS, 2022b)을 구명하는 연구 등이 있었다.
농촌진흥청 국립농업과학원에서는 농업인에게 깊이갈이 방법으로 작토심을 깊게 하도록 추천해 왔는데, 농업인들은 농작업을 편리하게 하기 위해 정식 전 얕게 로터리하는 것을 대부분 실행하고 있다. 토양 깊이를 10 - 15 cm까지 경운하는 로터리 작업을 지속적으로 시행할 경우 경반층이 형성되고 (Wang et al., 2022; Zhai et al., 2017; NAS, 2021b), 토양의 깊은 곳에 물을 저장할 수 있는 용량은 감소되며, 식물의 뿌리가 토양 하층으로 깊게 뻗는 것이 방해되어 (Zhai et al., 2017; NAS, 2021b), 작물의 생산성이 감소된다 (NAS, 2021b).
토양의 질을 향상하기 위해 토양물리성의 변화를 모니터링하는 연구가 2007년에 시작되었고, 토지이용 형태에 따라 4년 1주기로 조사를 하고 있다 (NAS, 2021a). 2009년부터 2017년까지 전국의 밭, 과수원, 논, 시설재배지의 토양 물리성을 분석한 결과, 밭의 작토심 (2009년 13.7 cm, 2013년 15.8 cm, 2017년 19.5 cm)과 과수원의 작토심 (2010년 16.7 cm, 2014년 18.9 cm)은 증가하는 경향이었으며, 논토양의 작토심은 (2011년 17.5 cm, 2015년 16.7 cm)과 시설재배지의 작토심 (2016년 25 cm, 2020년 23 cm)로 감소하는 경향이었다. 특히, Hur et al. (2023)는 ‘농업 자원과 농업 환경의 실태조사 및 평가기준’ 고시의 작토심 적정 기준이 20 cm 이상인 것을 감안하면 지속적으로 작토심을 개선하는 것이 필요하다고 발표하였다. 또한, Cho et al. (2009)는 유기농 밭토양과 관행 밭토양의 작토심을 비교한 결과, 유기농 밭토양 (13.9 cm)이 관행 밭토양 (12.7 cm)보다 약간 더 깊었다고 하였고, Lee et al. (2010)는 고추 재배지에서 정식 후 100일 동안의 생육은 작토심 50 cm 처리구가 작토심 10 cm 및 30 cm 처리구 보다 상대적으로 좋았다고 보고하였다. 작토심이 작물의 수량에 미치는 영향은 주로 약용 작물 재배에서 많이 연구되었다. 경운을 깊게 하면, 수량이 증가하고, 약용성분도 높아지며 (Choi et al., 2002), 황기의 입고병이 적게 발생하였다 (Park et al., 2001). 맥주보리에서도 천립중이 증가하였고 (Hwang et al., 2003), 넓은잎큰조롱은 생산성 및 품질이 향상되었다 (Nam et al., 2008). 버어리종 담배를 30 cm로 심경하였을 때 10 cm에 비해 증수 및 품질이 증가하였다 (Ryu et al., 1979). 논토양을 밭토양으로 전환할 경우, 땅콩을 재배할 때 두둑높이를 40 cm로 높게 할수록 땅콩의 부패율, 100립중, 종실중은 증가하였고, 습해에 의한 피해가 경감되었다 (Kim et al., 2023).
Li et al. (2022)에 따르면, 중국에서 관개가 부족할 지역에서 간헐적 (3년에 1회)으로 깊이갈이를 시행할 때 20 - 30 cm 토양층의 토양 용적 밀도가 5.6% 감소하였고 표토층에 토양 영양분이 균일하게 분포되며, 토양층 (1 - 1.5 m)에서 뿌리 성장이 크게 향상되었다고 하였다. 그리고 작물이 원활하게 수분을 흡수하기 때문에 수확량은 10.5% 증가하였고 물 생산성 (물 소비 단위당 생산된 생산물)은 18.3% 증가한다고 하였다. 그리고, 건조 및 반건조 지대에서 깊이갈이 (30 - 70 cm) 후 장기간 (15 - 50년)이 경과한 후에 연구 결과 (Baumhardt et al., 2008; Burger et al., 2023)에 따르면, 깊이갈이는 토양 부피 밀도를 감소시키고, 토양 수분 저장력을 높이며 (NAS, 2021b; Shi et al., 2024), 작물 수량을 높인다고 하였다 (Shi et al., 2024). Zhong et al. (2023)은 깊은 경운이 짚과 유기질 비료의 분해와 대사에 유익하였고, 겨울밀 수확량을 증가시킨다고 보고했다. 밭토양의 깊이갈이로 경반층이 파쇄되면, 쟁기층의 투수속도는 약 1.1배 증가, 뿌리뻗음 깊이는 1.8배 이상 깊어지고, 근권층의 물 보유량은 1.8배 증가하는 효과가 나타났다고 보고되었다 (NAS, 2021b). 이처럼 작토심에 따른 물리성이 향상된 연구결과는 많이 발표되었지만, 작토심이 토양 화학성에 미치는 영향에 관한 연구는 부족한 실정이다.
따라서 시설재배지에서 수박, 멜론, 애호박의 작토심에 따른 작물 수량과 토양 화학적 특성의 영향을 구명하여 시설재배지의 토양환경 개선에 활용하고자 이 연구를 수행하게 되었다.
Materials and Methods
농가포장 토양 채취
시설수박, 시설멜론 및 시설애호박 재배지의 토양시료는 작목 주산단지 위주로 농가들의 포장을 채취할 대상으로 선정하였다. 시설수박은 청주지역의 농가포장에서 2023년도 봄작기 (3월 - 6월)에 작목을 재배하는 비닐하우스를 대상으로 20개소를 선정하였고, 작물 생육하는 기간인 4월 27일에 채취하였다. 시설멜론은 천안 지역 농가포장에서 여름작기 (6월 - 9월)에 작목을 재배하는 비닐하우스를 대상으로 19개소를 선택하여 7월 27일 - 7월 28일에 채취하여 분석하였다. 시설 애호박은 청주지역에서 봄작기 (2월 - 7월)에 재배하는 농가포장에서 22개소를 선택하여 4월 5일 - 4월 12일에 채취하였다. 농가들이 여러개 비닐하우스 중에서 대표할 만한 곳을 선정해 주었고, 이를 토대로 토양을 채취하였다. 토양채취 방법은 시설하우스 500 - 667 m2 규모인 농가 포장에서 10 군데를 20 - 25 cm의 깊이로 토양채취기로 이용하여 채취하였다.
농가포장 토양 수분함량 및 비료량
시설수박 재배지에 비료와 물을 2 - 3일에 1회씩 공급하였으며, 4월달에 채취할 시기의 중량수분햠량의 평균값은 25%였고, 범위는 15 - 33%로 나타났다. 시설애호박 재배지도 2 - 3일에 1회씩 비료와 물을 공급하였으며, 4월달에 채취 당시의 중량수분햠량의 평균값은 25%였고, 범위는 14 - 36%로 시설수박과 유사한 함량을 보였다. 시설멜론 재배지에서 7월 - 8월에는 여름에 날씨가 덥기 때문에 물을 매일 관수하였고 비료는 2 - 3일에 1회씩 공급하였으며, 9월달에는 물과 비료를 2 - 3일에 1회씩 관수하였다. 시설멜론 재배지에서 7월달에 채취한 토양의 중량수분햠량의 평균값은 17%였고, 범위는 10 - 23%로 시설수박 및 시설애호박보다는 낮은 함량을 나타냈다.
시설수박 및 시설 애호박 재배지 조사대상 농가의 비료 사용량은 농촌진흥청의 농가 비료사용실태조사에서 (NAS, 2021a)에서 충북지역에서 조사한 값으로 제시하였고, 시설멜론 재배지는 농가설문을 통해 조사하였다. 시설수박, 시설멜론 및 시설애호박 재배지의 질소-인산-칼리-퇴비 (N-P2O5-K2O)의 사용량은 각각 9.4-5.0-7.0-1,069 kg 10a-1, 3.2-2.2-3.6-389 kg 10a-1, 15.9-8.7-12.3-840 kg 10a-1으로 나타났으며 시설애호박 > 시설수박 > 시설멜론의 순서로 비료의 투입량이 많았고, 농촌진흥청이 추천하는 토양검정에 의한 비료사용량보다 시설수박은 1.8 - 2.5배 많았고, 시설애호박은 1.3 - 2.5배 많이 투입되었다. 시설멜론은 농촌진흥청이 추천하는 비료 투입량보다 0.1 - 0.4배 적게 사용되었다.
토양 분석 및 수량조사
토양시료는 음지에서 자연 건조 후 2 mm 체를 통과시켜 농촌진흥청 토양 및 식물체 분석법 (NIAST, 2000)과 토양화학분석법 (NAAS, 2010)에 근거하여 분석하였다. pH는 토양과 증류수의 비율을 1:5로 혼합하여 30분간 진탕한 후에 pH를 측정하는 기기 (Orion 5 star, ThermoFisher Scientific, USA)로 측정하였다. 전기전도도 (electrical conductivity)는 토양과 증류수의 비율을 1:5로 혼합하여 30분간 진탕한 후에 전기전도도를 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. 질산태질소는 2M KCl로 추출한 후 자동이온분석기 (QuAAtro, Bran+Luebbe, Germany)로 측정하였다. 교환성 양이온은 1 M NH4OAc (pH 7.0) 완충용액으로 추출하여 유도결합 플라즈마 발광광도계 (ICP-OES, GBC, Australia)로 측정하였다. 수용성 성분 이온 함량의 분석 방법은 습토를 1:5 (v/v)로 추출하여 여과지 No. 2로 여과하였고, 토양이온분석기 (Rapid-D, Technel, Korea)를 이용하여 분석하였다. 작토심은 탐침봉을 이용하였고, 시설재배지에서 이랑이 있기 때문에 작토심 (NAS, 2017)은 환산식 (탐침봉 판별깊이 - 1/2 × 이랑높이)을 이용하여 계산하였으며, 이랑높이는 농가에 설문 조사한 작물별 평균값으로 계산하였다. 작토심은 농가당 시설하우스에서 3군데 위치에서 측정하는 것이 맞지만, 큰 차이가 발생하지 않아, 가운데 위치에서 이랑의 위쪽에서 탐침봉을 눌러 쟁기바닥층이 출현하는 깊이까지를 측정하였다. 그리고, 로터리 작업만을 실시한 농가들의 관입저항으로 경반층이 나타나는 깊이가 토심 10 cm에서 25 cm로 나타났다고 (NAS, 2021b) 발표한 근거자료를 토대로, 본 연구에서는 이 깊이를 기준으로 깊이갈이를 했는지를 평가하였다. 점토함량은 피펫법 (NAS, 2017)을 이용하여 분석하였다.
시설수박농가들의 재배면적은 883 - 7,081 m2, 시설애호박 농가들의 재배면적은 3,375 - 16,667 m2이었고, 여기에서 재배된 농산물은 모두 농협을 통해 판매되었으며, 이러한 출하하는 양을 단위면적 (1,000 m2)당으로 환산하여 수량을 평가하였다. 시설 멜론은 수확기인 9월에 멜론 3주씩을 각각 무게를 측정하여 조사하였다.
통계분석
SAS 프로그램 (Enterprise guide 7.1, SAS Institute, USA)으로 기여도 분석을 모든 요인들의 제곱편상관계수 합을 구한 후 각 요인의 제곱편상관계수를 합으로 나누고 여기에 100을 곱하여 상대적 기여도를 구하였다. 상관분석을 통해 작토심과 다른 환경요인 및 수량과의 관계를 분석하였으며, ANOVA 분석과 Duncan의 다중검정으로 작토심별 토양 화학성에 차이를 비교하였다.
Results and Discussion
시설작물 (수박, 멜론 및 애호박) 재배지의 토양화학성
시설수박의 pH는 5.8로 농촌진흥청에서 추천하는 수박 생육의 적정 기준 (6.0 - 6.5)의 하한값 (NAS, 2019)보다 약간 낮았고, 전기전도도 (EC)는 4.6 dS m-1, 유효인산 (Av.P2O5) 함량은 935 mg kg-1, 교환성 칼륨 (Ex. K)은 1.11 cmolc kg-1, 교환성 칼슘 (Ex. Ca)은 9.6 cmolc kg-1, 교환성 마그네슘 (Ex. Mg)은 3.1 cmolc kg-1으로, 농촌진흥청 국립농업과학원에서 제시한 적정 기준 (NAS, 2019)의 상한값보다 1.4 - 2.3배 많기 떄문에 비료성분이 토양에 많이 축적된 상태였다 (Table 1). 시설멜론 재배지 토양의 pH는 7.0으로 시설멜론 생육의 적정 기준 (6.0 - 6.5)의 상한값 (NAS, 2019)보다 0.5 정도 초과하였다. 전기전도도는 2.7 dS m-1, 유효인산 함량은 644 mg kg-1, 교환성 칼슘은 11.3 cmolc kg-1, 교환성 마그네슘은 3.6 cmolc kg-1으로, 적정 기준의 상한값보다 1.5 - 2.3배 초과하였다. 시설애호박 재배지 토양의 pH는 6.0으로 애호박의 적정 범위 (6.0 - 6.5) 내에 분포하였고, 전기전도도는 5.8 dS m-1, 유효인산 함량은 892 mg kg-1, 교환성 칼륨 1.62 cmolc kg-1, 교환성 칼슘은 10.9 cmolc kg-1, 교환성 마그네슘은 3.5 cmolc kg-1으로 적정 범위의 상한값보다 1.8 - 2.9배 높아 시설호박 재배지에서 비료성분이 시설수박 및 시설멜론 재배지보다 많이 축적된 상태였다. 앞에서 언급한 작물별 비료투입량이 많은 순서 (호박 > 수박 > 멜론)대로 토양에서도 양분의 함량도 동일하게 나타났다. 시설수박의 유기물 함량은 23 g kg-1, 시설멜론은 16 g kg-1, 시설애호박은 24 g kg-1으로 시설수박과 시설애호박은 적정범위 내에 있었지만, 시설멜론은 적정범위보다 낮은 상태에 있었다. 그리고 양이온교환용량 (cation exchange capacity)은 최소 7 cmolc kg-1에서 최대 20 cmolc kg-1까지 넓게 분포하였다.
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 (CEC) | |||
| K | Ca | Mg | |||||||
|
Water melon | Average | 5.8 | 4.6 | 23 | 935 | 1.11 | 9.6 | 3.1 | 14 |
| Min | 4.3 | 1.4 | 13 | 237 | 0.41 | 5.3 | 1.6 | 7 | |
| Max | 6.7 | 8.1 | 35 | 1564 | 3.18 | 14.3 | 5.0 | 19 | |
| Optimum range1 | 6.0 - 6.5 | ≤2.00 | 20 - 30 | 350 - 450 | 0.7 - 0.8 | 5.0 - 6.0 | 1.5 - 2.0 | - | |
|
Musk melon | Average | 7.0 | 2.7 | 16 | 644 | 0.63 | 11.3 | 3.6 | 12 |
| Min | 5.8 | 1.0 | 2 | 42 | 0.06 | 5.7 | 1.6 | 6 | |
| Max | 8.2 | 4.6 | 34 | 1227 | 1.58 | 15.4 | 6.4 | 18 | |
| Optimum range1 | 6.0 - 6.5 | ≤2.00 | 20 - 30 | 350 - 450 | 0.7 - 0.8 | 5.0 - 6.0 | 1.5 - 2.0 | - | |
| Squash | Average | 6.0 | 5.8 | 24 | 892 | 1.62 | 10.9 | 3.5 | 13 |
| Min | 4.8 | 1.6 | 12 | 376 | 0.45 | 7.4 | 2.1 | 7 | |
| Max | 7.1 | 10.9 | 44 | 2146 | 3.97 | 17.4 | 6.7 | 20 | |
| Optimum range1 | 6.0 - 6.5 | ≤2.00 | 20 - 30 | 350 - 450 | 0.70 - 0.80 | 5.0 - 6.0 | 1.5 - 2.0 | - | |
작토심의 평균값은 시설수박 재배지에서 22 cm, 시설멜론은 21 cm, 시설애호박은 27 cm로 시설애호박 재배지에서 가장 깊었다 (Table 2). 2020년 시설재배지 물리성 변동조사 (NAS, 2021a)에 따르면, 시설작물의 작토심 평균값은 23 cm로 발표하였는데, 시설수박과 시설멜론 재배지는 이와 유사하였고, 시설호박 재배지의 작토심은 더 깊은 것으로 나타났다. 점토함량은 4 - 27%로 다양하게 분포하였다. 작물 생산량은 시설수박의 평균값은 4.0 ton 10a-1, 시설멜론은 1.7 ton 10a-1, 시설애호박은 7.9 ton 10a-1으로서, 시설수박과 시설애호박은 농촌진흥청 농가소득조사 (RDA, 2024)에서 제시한 농가의 평균 수량과 유사한 값을 나타냈다.
Table 2.
Physical properties of soils used and yield of crop.
토양용액에 존재하여 작물의 뿌리가 바로 흡수할 수 있는 영양분인 수용성 성분 (질산이온, 인산이온 및 칼륨 이온)을 조사한 결과, 질산이온 함량은 시설애호박 재배지에서 308 mg L-1, 시설수박 재배지에서 213 mg L-1, 시설멜론 재배지에서 113 mg L-1으로 나타났다 (Table 3). 인산이온은 시설애호박, 시설수박 및 시설멜론 재배지에서 각각 18 mg L-1, 16 mg L-1, 9 mg L-1이었고, 칼륨이온은 시설애호박, 시설수박 및 시설멜론 재배지에서 각각 79 mg L-1, 33 mg L-1, 20 mg L-1으로 시설애호박 재배지에서 상대적으로 높았고, 시설멜론 재배지에서 낮았다.
Table 3.
Distribution of water soluble nutrient content.
작토심별 토양화학성의 분포
시설수박, 시설멜론 및 시설애호박의 작토심이 깊을 경우에 화학적 특성의 분석치는 감소하는 경향이었다 (Table 4). 작물별로 작토심을 2개의 깊이로 구분하였다. 시설수박의 작토심 평균값을 18 cm (범위 14 - 24 cm)와 30 cm (27 - 39 cm)로 구분하여 분석한 결과, 시설수박의 작토심 18 cm인 경우, 적정범위의 상한값보다 질산이온은 1.2배, 전기전도도는 2.6배, 교환성 양이온은 1.4 - 1.7배를 초과하였다. 그리고 작토심 18 cm 대비 작토심 30 cm일 때, 질산이온은 42%, 전기전도도 33%, 교환성 양이온은 2 - 15%로 감소하는 경향이었고, 이들 성분은 수박 생육의 적정기준 상한값에 더 가까운 수치를 보였다.
시설멜론의 작토심을 17 cm (14 - 22 cm)와 28 cm (26 - 39 cm)로 구분하여 비교하였을 때, 시설멜론의 작토심 17 cm (14 - 22 cm)에서의 질산이온은 적정범위에 있었고, 인산이온은 적정범위보다 낮았다. 그리고 전기전도도, 유효인산, 교환성 칼슘 및 마그네슘 함량은 적정범위의 상한값보다 1.3 - 2배 높게 나타났다. 작토심 19 cm 대비 작토심 25 cm로 경운하면, 토양의 질산이온은 25%, 인산이온은 52%, 칼륨이온은 14%, 전기전도도 5%, 유효인산은 30%, 교환성 칼륨은 39%로 줄어드는 경향이었고, 작토심 25 cm에서 토양화학성 적정기준 상한값에 근접한 값을 보였다.
시설애호박의 작토심을 19 cm (17 - 23 cm)와 작토심 31 cm (26 - 36 cm)로 구분하여 비교한 결과, 시설애호박의 작토심 19 cm (17 - 23 cm)일 때, 토양화학성의 적정범위의 상한값보다 질산이온 1.8배, 전기전도도 3.4배, 유효인산 2.4배, 교환성 양이온은 1.9 - 2.7배 과다한 것으로 나타났다. 작토심을 19 cm 대비 작토심 31 cm로 경운하면 질산이온은 24%, 인산이온은 33%, 칼륨이온은 35%, 전기전도도 25%, 유효인산은 19%, 교환성 양이온은 8 - 36%로 줄어드는 경향이었다.
Lee et al. (2010)에 따르면, 고추 재배 시 퇴비 1 ton 10a-1을 넣을 때, 경운 깊이 30 cm보다 경우깊이 50 cm에서 전기전도도는 22%, 유효인산은 21%, 교환성 칼슘은 19%, 마그네슘은 16%가 감소하였고, 3 ton 10a-1를 넣을 때, 전기전도도는 37%, 유효인산은 17%, 교환성 칼슘은 31%, 마그네슘은 23% 감소하였다고 발표하였다. Li et al. (2022)는 3년간 로터리만으로 연속적으로 경운했을 때보다 깊이갈이 (1년차: 깊이갈이-2년차: 로터리-3년차: 로터리)를 시행했을 때, 토양 유기물, 총 질소, 인 및 칼륨 함량은 토양 영양분이 10 - 40 cm의 토양층에서도 골고루 분포하게 하였고, 심토층까지 작물의 뿌리가 뻗어서 영양분을 잘 흡수할 수 있도록 토양환경을 조성한다고 하였다.
이로부터 시설수박, 시설멜론 및 시설애호박은 작토심에 따라 토양화학성 분포의 차이가 발생하였다. 얕게 경운할 때보다 깊게 경운하면 기존의 높은 토양 영양분이 희석되는 효과가 있고, 작물의 뿌리가 깊게 뻗어 양분을 잘 흡수할 수 있기 때문에 토양화학성 분석치들이 감소하였다고 추정된다. 2020년 국내 시설재배지의 작토층 (0 - 20 cm)은 전기전도도가 적정범위를 초과한 비율이 54%에 달하였고, 유효인산은 71%, 교환성 칼륨 68%, 교환성 칼슘 77%, 교환성 마그네슘은 68%로 농경지에 과다하게 축적된 상황이다 (NAS, 2021a). 이러한 토양에 작토심을 깊게 하여 뿌리의 양과 분포 깊이를 최대로 유도하면, 토양의 집적된 전기전도도, 유효인산, 및 교환성 양이온을 감소시킬 수 있고, 양분들간에 불균형을 회복할 수 있다고 생각된다. 미국의 자원자원보전국 (Natural Resoucres Conservation Serivices)에서 토양건강성을 향상하기 위한 토양관리의 원리로, 살아있는 뿌리를 극대화 하는 것 (Maximize presence of living roots)을 추진하고 있는데 (NRCS, 2024), 국내 시설재배지에 토양의 건강성을 향상하는 방법으로 작토심을 깊게 하는 방법이 유효하리라 생각된다.
Table 4.
Contents and change of water soluble element and available nutrients of soil (sampling depth 20 – 25 cm) sampled from plastic film house by soil depth.
| Crop |
Soil depth (cm) |
Number of sample |
NO3-1 (mg L-1) |
PO43-1 (mg L-1) |
K+1 (mg L-1) |
pH (1:5 H2O) |
EC (dS m-1) |
OM (g kg-1) |
Av. P2O5 (mg/kg) | Exch. cations (cmolc kg-1) | ||
| K | Ca | Mg | ||||||||||
|
Water melon |
18 cm (14 - 24 cm) | 14 | 244 a2 | 15 a | 36 a | 5.8 a | 5.1 a | 23 a | 884 a | 1.12 a | 10.0 a | 3.3 a |
|
30 cm (27 - 39 cm) | 6 | 142 b | 18 a | 27 a | 6.0 a | 3.4 b | 24 a | 1,055 a | 1.09 a | 8.6 a | 2.8 a | |
| Change (%) | - | -42 | 17 | -24 | 3 | -33 | 3 | 19 | -2 | -14 | -15 | |
| Optimum range | - | 100 - 200 | 20 - 100 | - | 6.0 - 6.5 | ≤2 | 20 - 30 | 350 - 450 | 0.7 - 0.8 | 5.0 - 6.0 | 1.5 - 2.0 | |
|
Musk melon |
17 cm (14 - 22 cm) | 11 | 126 a | 12 a | 24 a | 6.8 a | 2.8 a | 17 a | 738 a | 0.76 a | 10.7 a | 3.6 a |
|
28 cm (26 - 39 cm) | 8 | 94 a | 6 a | 14 a | 7.1 a | 2.7 a | 14 a | 514 a | 0.46 a | 12.1 a | 3.5 a | |
| Change (%) | - | -25 | -52 | -42 | -6 | -4 | -5 | -20 | -30 | -39 | -3 | |
| Optimum range | - | 100 - 200 | 20 - 100 | - | 6.0 - 6.5 | ≤2 | 20 - 30 | 350 - 450 | 0.7 - 0.8 | 5.0 - 6.0 | 1.5 - 2.0 | |
| Squash |
19 cm (17 - 23 cm) | 7 | 364 a | 23 a | 101 a | 5.7 a | 6.8 a | 28 a | 1,061 a | 2.13 a | 12.4 a | 3.7 a |
|
31 cm (24 - 36 cm) | 15 | 275 b | 15 a | 65 b | 6.2 b | 5.1 a | 22 a | 860 a | 1.37 b | 10.2 a | 3.4 a | |
| Change (%) | - | -24 | -33 | -35 | 9 | -25 | -23 | -19 | -36 | -18 | -8 | |
| Optimum range | - | 100 - 200 | 20 -100 | - | 6.0 - 6.5 | ≤2 | 20 - 30 | 350 - 450 | 0.7 - 0.8 | 5.0 - 6.0 | 1.5 - 2.0 | |
작토심 깊이에 따른 수량 및 이화학적 특성과의 상관성 비교
작토심과 시설작물 (수박, 멜론 및 애호박)의 수량 사이에 정의 상관성이 (R2 = 0.251* - 0.379**) 높은 것으로 나타났다. 작토심 25 cm 대비 작토심 35 cm로 할 때, 시설수박, 시설멜론 및 시설애호박의 상대수량은 각각 10%, 12%, 14%가 증가하였고, 조사 농가의 최대 깊이인 작토심 39 cm로 할 때 상대수량은 각각 16%, 20%, 22%가 증대되었다 (Fig. 1).
농촌진흥청 국립농업과학원 (NAS, 2018)에서 제시한 작토심을 유효근권심으로 계산하는 식 (작토심 × 0.9)을 적용한 결과, 시설수박, 시설멜론, 시설애호박의 유효근권심의 평균값은 각각 20 cm, 19 cm, 24 cm로 계산되었고, 이들 작물의 작토심의 최대 깊이로 적용하였을 때 유효근권심은 32 - 35 cm로 계산되었다. 이 최대값은 농촌진흥청 국립농업과학원 (NAS, 2018)에서 추천하는 시설 엽채류 및 과채류 재배지의 유효근권심인 50 cm에 미달하는 깊이였고 Lott and Hammond (2013)가 추천한 수박과 애호박이 유효근권심 (각각 60 - 90 cm, 46 - 60 cm) 보다 얕게 경운되는 것으로 나타났다.
국내에서는 약용작물을 대상으로 경운깊이를 달리하여 수량 또는 품질에 미치는 연구가 많이 이루어졌다. 황기 재배 시 경운 깊이를 20 cm 대비 40 cm로 경운하면, 수량이 21%가 증가하였고 (Park et al., 2001), 다른 연구자는 경운깊이 15 cm 대비 60 cm로 4배 깊게 하면 1년근은 47%가 증수하였다고 발표하였다 (Park et al., 1999). 맥주보리에서도 경운 깊이가 깊을수록 등숙기간이 길어져 천립중 및 수량이 증가하였다고 발표하였고 (Hwang et al., 2003), 고추 재배 시 경운깊이를 10 cm 대비 30 cm로 할 경우에 고추 수량은 4.6% 가 증수된다고 하였다 (Lee et al., 2010). Li et al. (2022)에 따르면 건조 및 반건조 지대에서 3년 동안 연속적으로 로타리를 했을 때와 깊이갈이 (1년차:깊이갈이-2년차: 로터리-3년차:로터리)를 시행했을 때, 수확량은 10.5% 증가한다고 하였다. 이처럼 작토심을 깊게 하면 작물 종류와 기후 및 토양환경에 따라 수량의 증가 정도가 4.6 - 47%로 넓게 나타났고, 국내 시설작물인 수박, 멜론, 애호박 재배지에서도 작토심은 작물 수량을 높이는 매우 중요한 토양관리 요인이라고 생각된다.
작토심과 다른 이화학적 토양특성과의 상관성을 비교하였을 때, 시설수박 재배지의 작토심은 질산이온 (NO3-), 전기전도도 (EC), 교환성 칼슘 (Ex.Ca)과 부의 상관성을 보였고, 시설호박 재배지의 작토심은 pH와 부의 상관성이 보였다 (Table 5). 이것은 앞에서 언급한 작토심이 깊을수록 화학성 분석값이 감소한다는 내용과 일치하며, 작토심과 비례적으로 감소하는 부분에 대한 원인은 추가적인 실험을 통한 연구가 필요하다고 생각된다.
Table 5.
Correlation between soil depth and soil chemical properties and clay content.
| Crop | NO3-1 | PO43-1 | K+1 | pH | EC | OM | |
| Watermelon |
Plowing depth | -0.57**2 | 0.25 ns | -0.10 ns | 0.18 ns | -0.53* | 0.02 ns |
| Muskmelon | -0.03 ns | -0.002 ns | -0.16 ns | 0.11 ns | 0.18 ns | -0.02 ns | |
| Squash | -0.27 ns | -0.22 ns | -0.39 ns | -0.46* | -0.21 ns | -0.36 ns | |
| Crop | Av. P2O5 | Ex. K | Ex. Ca | Ex. Mg | CEC | Clay | |
| Watermelon |
Plowing depth | 0.35 ns | 0.02 ns | -0.44* | -0.28 ns | -0.15 ns | -0.03 ns |
| Muskmelon | 0.11 ns | -0.18 ns | 0.34 ns | 0.29 ns | 0.27 ns | 0.23 ns | |
| Squash | -0.11 ns | -0.34 ns | -0.19 ns | 0.12 ns | -0.36 ns | 0.13 ns |
시설작물 (수박, 멜론, 애호박) 수량에 미치는 토양환경요인의 기여도 평가
시설작물 생산성에 영향을 주는 토양환경 요인은 다양하다. 여기에서는 시설수박, 시설멜론 및 시설애호박 재배지의 토양환경 중 화학성, 물리성 (작토심, 점토함량)을 토대로 작물 수량에 영향을 주는 요인에 대해 기여도를 평가하였다 (Table 6). 시설수박 재배지에 수량에 영향을 주는 토양환경 요인의 기여도는 작토심 (13.1%) > 전기전도도 (10.0%) > 교환성 마그네슘 (9.9%) > 양이온교환용량 (8.2%) > pH (6.9%) 순서로 나타났고 시설멜론 재배지는 작토심 (24.5%) > pH (23.3%) > 교환성 칼슘 (9.9%) > 질산이온 (9.8%) > 점토함량 (9.6%) > 유기물 (7.9%) > 인산이온 (7.1%) 순이었다. 그리고, 시설애호박은 작토심 (28.2%) > 칼륨이온 (14.6%) > 교환성 칼륨 (11.0%) > 교환성 칼슘 (10.8%) > pH (6.4%) > 교환성 마그네슘 (6.1%)의 순서로 나타났다. 이처럼 시설수박, 시설멜론 및 시설애호박 재배지에 수량에 가장 크게 영향을 주는 인자는 모두 작토심으로 나타났다. 깊이갈이 (deep tillage)를 40 - 60 cm로 경운하여 작토심이 깊어지면, 생물공극이 증가하여 작물 뿌리의 생체량이 증가하고, 용적밀도가 감소하며, 포화수리전도도가 증가하였기 때문에 수량이 증가한다고 발표하였다 (Burger et al., 2023; Shi et al., 2024).
시설수박 재배지에서 작토심 다음으로 수량에 영향을 주는 인자는 전기전도도였다. 본 연구에서 조사 대상지의 작물별 전기전도도의 평균값을 비교했을 때, 시설애호박의 전기전도도가 제일 높았지만 (시설애호박 6.0 dS m-1 > 시설수박 4.6 dS m-1 > 시설멜론 2.7 dS m-1), 시설수박은 염류저항성이 시설애호박보다 약하기 (FAO, 2024) 때문에 전기전도도는 시설수박 재배지의 수량에 영향을 크게 주었다고 판단된다. 시설수박의 전기전도도는 2.5 - 3.5 dS m-1에서 수량이 높게 나타났고 (Fig. 2a), 그 이후에는 감소하였다.
시설멜론의 수량은 작토심 다음으로 pH에 대한 영향력이 컸고, 교환성 칼슘의 기여도도 크게 나타났다. 본 시험에서 pH는 6.8 - 7.2에서 수량이 높았는데 (Fig. 2b), Brandenberger et al. (2021)은 6.0 - 6.8을 제안하고 있고, Liu and Hanlon (2012)는 6.0 - 7.5를 추천하고 있으며, 국내외 연구결과를 살펴볼 때 멜론 재배에 적합하다고 추천하는 pH 6.0 - 6.5에서 pH의 상한값을 7.2까지 확대할 필요가 있다고 생각된다. 그리고 pH에 영향을 주는 인자가 교환성 칼슘이기 때문에 시설멜론 재배지에서 수량에 대한 기여도가 높은 것으로 판단된다.
시설애호박의 수량은 작토심 다음으로 교환성 칼슘의 영향력이 크게 나타났는데, 시설애호박의 칼슘 흡수농도가 3.28 - 5.26% (NAS, 2019)로 보고된 바 있으며, 칼슘을 많이 흡수하는 작물이기 때문에 수량에 영향을 크게 주었다고 추정된다.
Table 6.
Contribution of soil environmental factors affecting yield of watermelon, muskmelon, and squash in farm field of plastic film house.
Conclusions
시설수박, 시설멜론 및 시설애호박 농가 재배지에서 수량에 가장 크게 영향을 주는 인자는 모두 작토심으로 나타났고, 작토심을 작물수량과 비교한 결과, 작토심 25 cm 대비 39 cm로 깊게 하면, 토양의 양분이 집적된 농경지에서 전기전도도와 교환성 양이온은 감소하였고, 수량은 16 - 22%로 증대하였다. 그러므로, 시설수박, 시설멜론 및 시설애호박 재배지에서 토양 화학성을 적정범위에 가깝도록 낮추고, 작물 생산량을 높이기 위해서는 작토심을 35 - 40 cm 이상으로 경운하여 유효근권심을 깊게 하고, 뿌리가 최대한 많이 뻗을 수 있도록 토양환경을 조성하는 것이 가장 중요하게 시행해야 할 토양관리라고 생각한다.
