Introduction

우리나라에 분포하는 리모델링 농경지는 매립적토형 인위토양으로, 4대강 주변에 분포하며 한 번에 수 m씩 쌓아 만들어졌다. 4대강 정비사업을 통해 발생한 준설토의 양은 4.5억 m³이며, 이중 1.9억 m³ (42%)를 농경지 리모델링에 사용하였다. 리모델링 농경지는 표토를 걷어낸 토양에 준설토를 한 번에 수 m를 쌓은 후 다시 표토를 덮는 형식으로 만들어졌다 (Sonn et al., 2015). 이렇게 만들어진 리모델링 농경지는 총 140개 지구, 7,727 ha로 다수 분포하고 있다. 리모델링 농경지는 인위적으로 형성된 토양으로 다양한 문제점이 야기되고 있다. 먼저, 표토층의 교란으로 화학성이 변화하고, 토양 내 공극의 연결이 끊어져 토양 물리성의 교란이 발생한다. 또한 준설토는 자갈 및 모래로 이루어져 있으므로 표토층과 하부에 준설토를 쌓은 층사이에 토성급변층이 생겨 토양의 투수 속도가 매우 낮아져 배수가 불량해진다 (Hur et al., 2008). 따라서 많은 연구자들은 이러한 문제점을 개선하고자 연구를 수행하고 있다. 하지만, 토양을 적절히 활용하고 관리하기 위해서는 정확한 토양 분류가 필수적이다. 우리나라는 인위적으로 생산된 농경지의 특성에 따라 적토형, 절토형, 개답형, 교란형, 광산형으로 분류하고 있다 (Sonn, 2017). 전 세계적으로 사용되고 있는 토양분류체계는 World Reference Base for Soil Resources (IUSS Working Group WRB, 2022)와 USDA Soil Taxonomy (Soil Survey Staff, 2014)이다. 두 분류체계는 모두 깊이별 토양특성을 판단하여 토양을 분류하는 유용한 체계이다 (Moreand, 2010). 두 분류체계의 가장 큰 차이점을 보면 Soil Taxonomy는 아군 (subgroup)단위에서 인위적인 영향을 분류하고, WRB는 RSG (reference soil group)에서 인위적인 영향의 특징에 따라 Anthrosols과 Technosols로 분류한다 (Jabiol et al., 2013). Anthrosols은 농업활동에 의해 변화한 토양을 의미하며, Technosols는 artefact와 같은 인위적인 물질이 토양 내부에서 발견되거나, 인위적은 영향으로 토양의 지형이 변하는 토양을 의미한다. 우리나라의 농경지 토양은 중장비의 농업적인 이용이 증가되고, 논토양에서 밭작물을 재배하는 등 교란이 증가하고 있지만 명확한 조사 및 분류 기준이 없는 실정이다 (Lee et al., 2013). 또한 우리나라에는 4대강 정비사업으로 발생한 준설토를 인근 농경지 심토에 쌓아 만든 특이적인 인위토양이 다수 분포하고 있지만 토양 분류에 대한 연구가 부족한 실정이다. 게다가 WRB가 2022년도에 새로 개정되면서 인위토양에 대한 분류가 확장되어 WRB (2014)와 분류가 달라졌다. 따라서 본 연구는 우리나라에 분포하고 있는 리모델링 농경지의 토양을 Soil Taxonomy, WRB (2014) 그리고 WRB (2022)를 이용하여 분류하고 인위토양에 대한 두 분류체계의 차이점을 고찰하였다.

Materials and Methods

Study site

전국의 적토형 인위토양으로 분류된 리모델링 농경지 7,727 ha 중 20% 이상의 면적을 차지하고 있는 인창통을 선택하여 분류하였다. 인창통은 하성평탄지에서 준설토로부터 기인한 토양으로 토성은 미사식양질이며 표토의 토성은 미사질식토이다. 인창통의 대표 지점은 전라남도 나주시 이창동 (34°59'13"N, 128°42'45"E)에 위치한 논토양이다.

Soil survey and properties

분류에 사용된 인창통의 현장조사 결과와 물리 ‧ 화학적 특성은 농촌진흥청에서 발간한 Taxonomical classification of Korean soils (NAAS, 2014)에 수록된 정보를 활용하였다 (Tables 1, 2).

현장조사 항목은 토색, 토성, 토양 구조 등이며, 이를 기준으로 토양 층위를 구분한 후 각 층위의 토양을 채취하여 풍건 후 2 mm 체를 통과시킨 시료를 이용하여 Soil Taxonomy 표준분석방법인 Soil Survey Investigations Report (SSIR) No. 42, Version 4.0에 규정된 Soil survey laboratory methods manual에 따라서 수행하였다 (Soil Science Staff, 2004). 치환성 Ca²⁺, Mg²⁺, K⁺ 그리고 Na⁺는 pH 7.0, 1 N NH₄OAc 용액으로 침출하였으며, Cation Exchange Capacity (CEC) (NH₄OAc)는 pH 7.0, 1 N NH₄OAc로 포화시키고, ethanol로 과잉의 NH₄⁺를 제거한 후 증류하여 측정하였으며, NH₄OAc 침출 염기 총량에 extractable acidity를 더하여 CEC로 계산하였다. 염기포화도는 100 × NH₄OAc 침출 염기 총량 / CEC로 계산하였다. 현장조사는 Soil Taxonomy의 표준조사방법인 Soil survey manual (Soil Science Division Staff, 2017)에 따라서 수행하였다.

Soil classification system

현장 조사한 데이터와 이화학적 특성을 토대로 Soil Taxonomy (2014) 분류체계와 WRB (2014), WRB (2022) 분류체계의 기준에 따라 토양을 분류하였다. Soil Taxonomy는 계층적 분류체계로 목 (order) - 아목 (sub-order) - 대군 (great group) - 아군 (sub-group) - 속 (family) - 통 (series)으로 분류한다. Soil Taxonomy의 가장 상위 단계인 목 (order)은 총 12개이며, 각 목의 조건 사항을 고려하여 목을 선정한다 (Soil Survey Staff, 2014). WRB 분류체계는 2단계로 분류하는데, 상위단계는 RSG (reference soil group)이며 2번째 단계는 Qualifier로 Principal qualifier와 Supplementary qualifier로 구분하여 분류한다. Principal qualifier는 RSG앞에 중요도 순으로 오른쪽에서 왼쪽 방향으로 나열하고, Supplementary qualifier는 RSG 뒤 괄호 안에 나열한다 (IUSS Working Group WRB, 2007). WRB는 2014년에 3판을 개정하였고, 2022년 WCSS에서 새로 개정된 4판을 출간했다. 인위토양에 대해 WRB의 개정 전 후 분류를 비교하기 위해 WRB (2014)와 WRB (2022)를 이용하여 분류하였다.

Results and Discussion

인창통의 토양단면특성

인창통은 경사가 0 - 2%로 평탄지 지형의 논토양으로 표토가 1년 중 90일 이상 물로 포화되어 있기 때문에 Soil moisture regime은 udic에 해당된다. 조사지역의 연평균기온은 13.4°C로 조사지역의 Soil temperature regime은 연평균 기온이 15°C 이하이고 여름과 겨울의 온도 차가 5°C 이상인 지역을 분류하는 mesic에 포함된다. 인창통은 표토부터 ^Ap, ^C1, 2^C2로 층위 명칭이 구분된다 (Fig. 1). 인창통은 표토부터 육안으로 확인할 수 없는 깊이까지 인위적으로 교란된 토양이기 때문에 모든 토양 명칭의 접두어로 인위적인 영향을 포함하는 ^를 표시하였고, 표토층 (^Ap)은 현재 농경지로 사용하고 있기 때문에 토양 명칭 A (용탈층)에 접두어 p (경작을 나타내는 접두어)를 표시하였다. ^Ap층 (0 - 20 cm)은 농암회색 (10YR 3/1)의 미사질양토로서 불선명 (faint)한 암녹회색의 (10YR 4/1)반문이 존재하며 구조가 없고 점착성이 약하고 (slightly sticky)있고 가소성이 강하다 (very plastic). 두 번째 층위의 명칭은 ^C1 (20 - 80 cm)로 인위적으로 쌓은 층위이기 때문에 인위적인 모재로 판단하여 층위 명칭을 C (모재층)로 표시하였다. 이 층위의 토색은 암청회색 (5B 4/1)이고 토성은 미사질식토이다. 현저한 (prominent) 황적색 (5YR 5/8)의 반문이 존재한다. 또한 암회갈색 (10YR 4/2)의 불규칙적인 모양의 모래가 5%포함되어 있고, 구조는 없으며 점착성과 가소성이 강하다. 마지막 층위는 2^C2 (80 - 200 cm)는 상층의 ^C1과 토성 및 토색이 다르므로 모재가 다른 것으로 판단하여 접두어와 접미어에 2를 각각 표시해주었다. 이 층위는 암회색 (N4/)의 미사질식양토이며 현저한 (prominent) 암회색 (7.5YR 4/1)의 반문이 약간 존재한다. 구조는 없고 점착성과 가소성이 약하다 (Table 3).

Fig. 1.

Soil profile of “Inchang” series.

Soil Taxonomy 분류체계를 이용한 인창통 분류

인창통이 분포하는 지형은 하성평탄지로 토지이용은 벼를 재배하는 논이며 연중 90일 이상 물로 포화되어 있는 상태이다. 토양의 특성을 기준으로 토양 목을 차례로 검토해 보면, 인창통은 (1) 토양 내 어느 깊이 에서도 영구동결층 (permafrost)을 발견할 수 없기 때문에 Gelisols이 될 수 없고, (2) 유기토양물질 (organic soil materials: fibric, hemic, safric)의 특성이 없으므로 Histosols로 분류될 수 없다. (3) 토양 내 spodic materials (산성부식질의 영향으로 백색의 E층을 가짐) 를 가지고 있지 않으며, 토양온도상이 cryic (연평균기온이 0 - 8°C이며 영구동결층을 가지지 않음) 또는 gelic (연평균기온이 0°C 이하)이 아니므로 Spodosols로 분류될 수 없다. (4) andic soil properties (화산으로 생성된 물질)을 포함하지 않기 때문에 Andisols로 분류될 수 없으며, (5) oxic (사양토보다 세립질이며 점토활성이 낮은 토양)층위나 kandic (점토가 증가하며 CEC가 16 cmol_c kg^-1 이하) 층위가 없으므로 Oxisols의 조건에 충족되지 않는다. (6) 인창통은 Vertisols의 기준 점토함량 조건에는 충족되지만 slickensides (토양이 건습을 반복하면서 생기는 광택성 표면) 또는 wedge (쐐기형) 구조를 갖기 않기 때문에 Vertisols로 분류할 수 없다. (7) 토양수분상이 aridic (고온건조)이 아니고 cambic (약한 발달), natric (Na⁺가 많은 점토 집적층), argillic (점토집적층) 층위 및 duripan (silica가 집적되어 시멘트화된 층)이 없으며, salic (염류가 집적된 층위가 15 cm 이상) 층위도 없기 때문에 Aridisols로 분류할 수 없다. (8) 또한 집적층의 발달을 의미하는 argillic과 kandic층을 포함하지 않기 때문에 Ultisols로 분류할 수 없다. (9) mollic (value가 3 이하) 특징에 포함되지 않기 때문에 Mollisols로 분류할 수 없고, (10) 인창통은 토양 구조가 발달하지 않았기 때문에 점토 피막을 확인 할 수 없으므로 Alfisols로 분류할 수 없다. 마지막으로 cambic층위가 100 cm내 존재하지 않고 folistic (섬유질을 75% 이상 함유), histic (유기토양물질로 이루어짐), mollic, plaggen (암흑색의 인위토층으로 부식이 매우 많음) 또는 umbric (유기물 함량이 높고 염기포화도가 낮으며 어두운 색임) 층위를 가지지 않기 때문에 Inceptisols로 분류할 수 없다. 따라서 인창통은 상위 목의 특성을 충족시키지 못하였기 때문에 최종적으로 Entisols로 분류된다.

Entisols의 아목 (sub-order)은 토양 특성에 따라 Wassents (연중 매일 21시간 이상 positive water potential을 갖는 토양), Aquents (aquic 토양수분조건을 갖는 토양), Psamments (자갈함량이 35% 이하인 모래 토양), Fluvents (유기탄소 함량이 토심에 따라 불규칙적으로 감소하는 토양) 그리고 Orthents (특징이 없는 토양)로 분류된다. 인창통은 Wassents, Aquents, Psamments, Fluvents의 특징을 갖지 않기 때문에 Orthents로 분류된다.

Orthents의 토양대군 (great-group)은 gel- (연평균기온이 0°C 이하), cry- (연평균기온이 0 - 8°C이며 영구동결층을 가지지 않음), torr- (고온건조), xero- (겨울철 저온습윤하며 여름철에는 고온건조), ust- (반건조 수분상) 그리고 ud- (연간 90일 이상 건조하지 않은 상태)로 분류되며 인창통은 gel-, cry-, torr-, xero-, ust- 상의 특징이 없기 때문에 ud에 해당된다.

Udorthents의 토양아군 (sub-group)의 경우 lithic (암석 물질), anthrodensic sodic (인위적인 염류로 exchangeable sodium이 15% 이상이고 그 영향으로 단단함), anthrodensic (인위적인 영향으로 단단함), anthroportic (인위적인 영향으로 물질이 이동함), vitrandic (2 mm 이상의 입자가 35% 이상 이거나 부석이나 숯의 함량이 66% 이상), oxyaquic (물로 포화되어 있어도 환원되지 않으며 산화환원특징을 갖지 않음), vermic (토양생물에 의한 공극이 50% 이상) 그리고 typic (특징을 갖지 않음)으로 분류한다. 인창통은 lithic contact가 없고, sodium에 의한 영향이 없으며, densic contact가 없기 때문에 순서적으로 Anthroportic에 해당된다.

인창통의 기후대는 mesic조건이며 토성은 식질 (fine)이므로 인창통을 Soil Taxonomy (2014)를 기준으로 분류하면 fine, mesic family of Anthroportic Udorthents로 분류할 수 있다 (Fig. 2).

Fig. 2.

Diagram of the soil classification of “Inchang” series using Soil Taxonomy (2014).

인위토양은 생성 및 발달의 양상이 자연토양과 다르기 때문에 실용적으로 분류하고 관리하기 위해서는 아군보다 큰 단위로의 분류가 필요할 것으로 판단된다.

WRB 분류체계를 이용한 인창통 분류

인창통을 WRB (2014)와 WRB (2022)를 이용하여 분류하여 2014년 분류와 2022 분류의 차이점을 비교하였다. WRB (2014)와 WRB (2022)의 공통점을 보면, 인창통은 두꺼운 유기물층이 없기 때문에 Histosols로 분류될 수 없고, 인간의 영향으로 만들어진 토양이기 때문에 인위토양으로 분류해야 한다. WRB 분류체계는 인위토양을 Anthrosols과 Technosols로 분류한다. Anthrosols은 오랜 농업활동에 의해 변화된 토양이며, Technosols은 상당한 양의 인위물질 (artefacts)이 포함된 토양을 의미한다. 따라서 인창통은 토양 내부에 준설토를 수 m 쌓았기 때문에 Technosols로 분류된다.

WRB (2014)로 인창통 (technosols)을 설명할 수 있는 Principal qualifiers는 Ekranic (토양표면으로부터 5 cm이내에서 인위물질을 가짐), Linic, Urbic (인위적인 물질이 20% 이상), Spolic (광미, 준설토와 같은 인위물질이 35% 이상), Garbic (유기질의 쓰레기가 35% 이상), Cryic (토양 온도가 0°C 이하이며 얼음결정체를 육안으로 확인할 수 있음), Isolatic (인위적으로 입자가 작은 물질을 포함), Leptic (토양 내부에 단단한 인위적인 물질을 포함), Subaquatic/Tidalic (토양의 깊이까지 물의 영향을 받음), Reductic (환원조건으로 메탄 또는 이산화탄소를 배출) 그리고 Hyperskeletic (암석과 같은 단단한 물질을 포함하거나 인위적인 활동으로 시멘트화 됨)으로 총 11개이다. 이 중 인창통에 해당되는 Principal qualifiers는 Urbic, Spolic이다. 다음으로 Supplementary qualifiers는 세부적인 토양단면을 설명하는 특징으로 구분하는데 Technosols는 총 53개의 Supplementary qualifiers로 토성, 화학성 그리고 물리성 등에 대한 특징을 구분한다. 그 중 인창통에 해당되는 Supplementary qualifiers는 Anthraquic (관개와 같은 농업활동에 의해 환원된 토양), Gleyic (담수에 의해 산화환원특징을 갖고 있는 토양), Siltic (미사토 또는 미사질식양토인 토양), Transportic (토양 내부에 인위적으로 물질을 이동하여 쌓은 토양)이다. 따라서 WRB (2014)로 인창통을 분류하면 Spolic Urbic Technosols (Siltic, Anthraquic, Gleyic, Transportic)이다 (IUSS Working Group WRB, 2014) (Fig. 3).

Fig. 3.

Diagram of the soil classification of “Inchang” series using WRB (2014).

Technosols을 WRB (2022)로 분류한 결과, Principal qualifiers는 Ekranic, Linic, Urbic, Spolic, Garbic, Cryic, Isolatic, Leptic, Subaquatic/ Tidalic, Reductic, Coatsic, Gleyic, Stagnic, 그리고 Andic으로, WRB (2014)와 비교해보면 Hyperskeletic은 제외되었고 Coarsic, Gleyic, Stagnic, 그리고 Andic이 추가되어 총 14개로 분류하고 있다. 이 중 인창통에 해당되는 Principal qualifiers는 Urbic, Spolic, Gleyic, Stagnic이다. Urbic과 Spolic은 전체 토양 중 인위적인 물질이 20% (부피W) 이상 포함되어야 하며, 인위적인 물질 중 35% (부피)가 산업적인 물질이어야 한다. 여기서 정의되는 산업적인 물질에는 광미, 준설토, 광재 등으로 준설토가 포함되기 때문에 Urbic과 Spolic으로 분류할 수 있다. Stagnic과 Gleyic은 담수에 의한 토양의 산화 환원 특징을 나타내는 qualifiers로 인창통은 벼 재배지로 90일 이상 담수된 상태이기 때문에 이에 해당된다. 다음으로 Supplementary qualifiers는 세부적인 토양 화학성, 물리성 등에 대한 특징으로 총 59개로 구성되어 있다. 그 중 인창통에 해당되는 supplementary qualifiers는 토성에 해당되는 Siltic과 담수에 의한 영향인 Anthraquic과 물질의 이동을 의미하는 Transportic이 있다. 따라서 인창통을 WRB (2022)로 분류하면 Stagnic Gleyic Spolic Urbic Technosols (Siltic, Anthraquic, Transportic)이다 (IUSS Working Group WRB, 2022) (Fig. 4). WRB (2014)를 이용하여 인창통을 분류하면 Principal qualifiers에서 세부적인 물리화학적 특성을 확인할 수 없었다. 하지만 개정된 WRB (2022)에서는 인위적인 영향으로 토양이 환원되고 산화되는 특징을 나타내는 Stagnic, Gleyic 등의 특징이 Supplementary qualifiers에서 Principal qualifiers로 이동하여 인창통에 대한 분류를 명확히 할 수 있었다.

Fig. 4.

Diagram of the soil classification of “Inchang” series using WRB (2022).

Conclusions

우리나라의 토양분류체계는 Soil Taxonomy를 사용해 왔다. 하지만 리모델링 농경지를 Soil Taxonomy로 분류한 결과, 인위토양을 아목단위에서 분류하기 때문에 실용적인 측면에서 인위토양의 특성을 파악하는데 한계가 있었다. 반면에 WRB 분류체계는 지속적인 개정을 통해 인위토양에 대한 분류를 구체화하였다. 우리나라뿐만 아니라 세계적으로 인위토양이 증가하고 있는 추세이기 때문에 인위토양을 분류하기 위해서는 Soil Taxonomy를 활용하는 방법도 있지만 WRB (2022)를 사용할 경우 장점이 있었다. 활용할 필요가 있다. 현재 세계적으로 Soil Taxonomy와 WRB를 주로 이용하지만, 실용적인 분류와 활용을 위해 많은 나라들은 자국의 분류체계를 만들어 활용하고 있다. 따라서 우리나라도 우리나라의 실정에 맞는 합리적인 토양분류와 토양의 실용적인 관리 및 활용을 위해서는 우리나라 자체 토양분류체계의 개발이 필요할 것으로 판단된다.