Article

Korean Journal of Soil Science and Fertilizer. 31 May 2022. 139-147
https://doi.org/10.7745/KJSSF.2022.55.2.139

ABSTRACT


MAIN

  • Introduction

  • Materials and Methods

  •   처리방법 및 시험작물

  •   토양 분석

  •   통계분석

  • Results

  •   토양수분함량에 따른 작물별 출현율

  •   비가림 점적관수 조건에서 작목/품종별 출현율

  •   노지 조건에서 작목/토양개량처리별 출현율

  • Discussion

  •   토성별 수분특성이 출현율에 미치는 영향

  •   새만금에서 출현율 향상 방안

  • Conclusions

Introduction

정부의 간척지 이용 종합계획 발표 (MAFRA, 2019)에 따라 새만금간척지에서 밭작물 재배를 통한 다양한 연구가 진행되고 있으나 (Bae et al., 2015; Ryu et al., 2016; Lee et al., 2021) 대부분 사료작물 등의 저소득 작물에 머물러 있다. 새만금간척지에서 식량자급률 향상과 수입대체가 가능한 다양한 곡물 생산을 유도하기 위해 새로운 고소득작물의 발굴이 시급한 상황이다 (SDIA, 2021). 그러나 새만금간척지와 같이 대규모 경작이 가능한 신규 농경지에서 기존 작물 재배 시 국가 ‧ 지역 농산물 시장 교란의 가능성이 커 이를 회피할 수 있는 작목개발이 요구된다.

다양한 밭작물 중 참깨 (Sesamum indicum L.)와 들깨 (Perilla frutescens L.), 땅콩 (Arachis hypogaea L.) 등의 유지작물은 전체 농경지에서 차지하는 재배면적의 비율이 낮고 전작과 후작 작물의 사이 또는 타 작물 재배 후 남은 경작지를 이용하는 소규모 경작에 의한 생산이 주를 이루고 있다. 그러나 참기름과 들기름의 기능성이 알려지면서 수요 역시 증가하고 있어 원료 수급 대부분을 수입에 의존하고 있다 (RDA, 2018a). 따라서 새만금간척지에서 대규모 경작기술이 개발된다면 농가소득 향상에 기여할 수 있을 것으로 판단된다.

새만금간척지 토양은 유기물, 유효인산, 교환성 칼슘 함량이 낮아 양분의 측면에서 척박한 토양으로 비옥도의 개선이 필요할 뿐만 아니라 (Ryu et al., 2019) 모래함량이 높고 유기물함량이 낮아 수분 보유능이 작기 때문에 물리적인 관리도 필요하다. 특히 모래 중 고운 모래의 함량이 커 다른 조립질 토양보다 물의 침투속도가 낮고 세립질 토양보다는 침투속도가 커 표토는 비교적 빠르게 배수되는 특성을 갖는다 (Lee et al., 2021). 수분보유능이 매우 작고 보통 이상의 침투성을 가진 토양에서 지표의 토양수분은 무강우 시 빠르게 감소하게 되어 종자 크기가 작아 파종심이 얕은 작물의 경우 새만금간척지 토양에서 출현율이 낮아질 수 있다.

종자 파종 후 출현에 영향을 주는 인자는 수분함량, 용적밀도, 염농도 등이 있으나 경운을 통해 용적밀도에 대한 피해는 해결할 수 있다. 따라서 새만금간척지 토양의 수리적 특성에 영향을 받는 수분 조건이 초기 출현에 가장 큰 영향을 미칠 것으로 예상된다. 염농도 역시 작물에 수분 부족과 같은 작용으로 그 피해는 가중될 수 있다. 그러나 새만금간척지 토양에서 종자 출현에 필요한 적정 수분함량에 관한 연구는 미흡한 실정이다 (RDA, 2013).

본 연구는 참깨와 들깨, 땅콩, 수수 재배 시 토양수분함량에 따른 출현율을 일반 농경지와 비교하고 품종 및 근권환경 개량처리가 출현율에 미치는 영향을 조사하여 새만금간척지에서 해당 작물의 출현율 향상 방안을 도출하고자 수행되었다.

Materials and Methods

처리방법 및 시험작물

본 연구는 전라북도 김제시에 위치한 새만금간척지 토양에서 참깨와 들깨, 땅콩, 수수의 출현율을 조사하기 위하여 총 3가지 시험을 각각 3반복으로 수행하였다.

시험 1은 새만금간척지 국립식량과학원 광활시험지의 노지 포장 토양 (문포통)과 전라북도 완주군에 위치한 국립식량과학원 본원 일반 밭토양 (송정통)에서의 작목별 수분함량에 따른 출현율을 비교하였다. 각 지역의 토양을 채취한 후 풍건하여 2 mm 체를 통과한 것을 시험에 이용하였다. 두 토양을 각각의 플라스틱 비커 (100/20 mL, Φ42 × h87 mm)에 용적밀도 1.0 g cm-3로 충진한 후 종자를 2 cm 깊이로 파종하고 매일 관수를 통해 상온에서 토양 용적수분함량을 10%, 15%, 20% 및 25%로 유지하며 7일간 조사하였다.

시험 2는 새만금간척지 광활시험지에 위치한 400 m2 크기 단동형 비가림하우스에서 점적관수에 의한 작물의 품종별 출현율을 조사하기 위하여 작목별로 각 5개 품종을 대상으로 2021년 5월부터 10월까지 수행되었다. 관수처리는 15 cm 점적공 간격의 압력보상형 점적호스를 이용하였으며 작물의 생육단계별 증발산량을 고려하여 수분 공급 깊이를 20 cm로 설정한 후 -10 kPa을 목표로 관수하였다. 시험에 사용된 작물의 품종은 참깨가 건백과 강안, 금옥, 누리, 강유였으며 들깨는 다유와 들샘, 들향, 소담, 늘새미, 땅콩은 신팔광과 다안, 해올, 케이올, 흑생, 수수 (Sorghum bicolor L.)는 동안메, 남풍찰, 소담찰, 바르메, 노을찰을 사용하였다. 참깨와 땅콩의 재식간격은 각각 30 × 15 cm와 40 × 28 cm이었으며 작물별 흑색전용비닐을 피복한 후 2열 재배하였다. 들깨와 수수의 재식거리는 각각 25 cm와 10 cm였으며 무피복 1열 재배하였다. 무기질비료는 작물별 비료사용처방 기준 (RDA, 2019)에 따라 N-P-K를 기준으로 참깨와 땅콩은 토양검정을 통한 검정시비량 (164-214-30 kg ha-1, 79-197-58 kg ha-1), 들깨와 수수는 표준시비량 (126-15-25 kg ha-1, 100-80-70 kg ha-1)을 전량 밑거름 시비하였다 (Lee et al., 2017).

시험 3는 새만금간척지의 2,550 m2 크기 무관수 노지포장에서 근권환경 개량에 의한 작목별 1개 품종에 대한 출현율을 조사하기 위하여 2021년 5월부터 10월까지 수행되었다. 근권환경 개량처리는 대조구와 볏짚, 부산석고, 볏짚+부산석고, 높은 이랑 (고휴)이었으며 개량제 처리량은 볏짚 5 ton ha-1와 부산석고 2 ton ha-1, 높은 이랑은 30 cm (대조구 20 cm)로 처리하였다. 작목별 재식거리와 무기질비료 시비방법은 시험 2과 같았다.

토양 분석

토양시료는 작물 파종 전에 채취하였으며 풍건한 후 2 mm 체를 통과한 것을 이화학성 분석에 사용하였으며 그 결과는 Table 1과 같다. 시험 전 토양의 화학적 특성 분석은 농촌진흥청 농업과학기술원 토양 및 식물체분석법 (NIAST, 2000)에 준하여 pH와 EC는 초자전극법, 유효인산 (Av. P2O5)은 Lancaster법, 치환성양이온 (Ex. Ca, K, Mg, Na)은 1N-NH4OAc (pH 7.0)으로 추출하여 ICP-OES (Varian Vista-MPX, Varian Inc., USA)로 분석하였으며 유기물 (OM)은 원소분석기 (Vario Max CNS, elementar Analy-sensteme GmbH, Germany)를 사용하여 분석하였다. 토성은 미국 농무부 토양조사 매뉴얼 (Soil Survey Staff, 1993)에 준하여 분석하였다. 토양수분특성곡선 작성을 위해 Hur et al. (2006)이 사용한 세라믹 압력 plate를 이용하여 토양수분장력에 따른 토양수분함량을 측정한 후 토양수분 특성곡선을 작성하였으며 여기에 사용된 압력은 -10, -20, -30, -50, -100 kPa이었다.

Table 1.

Physicochemical properties of soil used in experiment.

Soil pH
(1:5)
EC
(dS m-1)
OM
(g kg-1)
Av. P2O5§
(mg kg-1)
Exch. cations (cmolc kg-1) Soil texture
K Ca Mg Na
S1 7.59 1.50 2.17 16.64 0.65 0.98 2.08 1.68 SL
S2 7.25 0.17 5.40 141.39 0.73 1.76 2.35 0.11 SL
S3 5.88 0.16 3.83 33.13 0.22 6.49 2.90 0.19 SL
OR 6.0 - 7.0 ≤2.0 20 - 30 300 - 550 0.5 - 0.8 5.0 - 6.0 1.5 - 2.0 - SL

S1, green house of Saemangeum; S2, field of Saemangeum; S3, upland of Wanju; OR, optimum range (RDA, 2021; upland).

OM, organic matter.

§Av. P2O5, available P2O5.

SL, sandy loam.

통계분석

새만금간척지 비가림하우스에서 작목에 따른 품종별 출현율과 노지포장에서 근권환경 개량에 의한 작목별 출현율, 새만금간척지와 완주 밭토양의 수분함량에 따른 출현율 비교를 위해 분산분석 (ANOVA)을 실시하였다. 유의성은 95% 수준에서 Duncan’s multiple range test (DMRT)로 분석하였다. 통계프로그램은 SAS Enterprise Guide 7.13 HF4 (SAS Institute Inc., USA)를 이용하였다.

Results

토양수분함량에 따른 작물별 출현율

용적수분함량 10, 15, 20, 25% (v v-1)에 따른 각 토양의 수분장력은 새만금토양이 -31, -24, -18, -10 kPa, 완주토양은 -399, -46, -27, -11 kPa로 점토 함량이 높은 완주토양에서 토양수분함량 감소에 따른 토양수분장력의 증가가 더 크게 나타났다 (Table 2).

Table 2.

Soil water characteristics of experimented fields.

Soil water content (v v-1, %) 10 15 20 25
Soil water tension (-kPa) Saemangeum 31 24 18 10
Wanju 399 46 27 11

참깨의 7일차 평균 출현율은 새만금토양에서 50.0%, 완주토양에서 36.7%를 보였으나 토양별 유의미한 차이는 보이지 않았다. 수분함량에 따른 출현율은 새만금토양이 33.3 - 73.3%, 완주토양이 6.7 - 73.3%의 범위로 새만금토양은 완주토양과 비교해 수분함량별 출현율 범위가 좁았으나 유의미한 차이는 보이지 않았다. 완주토양은 수분함량 25% (-11 kPa)와 20% (-27 kPa)에서 가장 높은 출현율을 보였다 (p < 0.01). 새만금토양의 일별 출현율 변화는 모든 수분 처리에서 파종 2일 이후 출현을 시작하여 직선적으로 증가하다 4일 이후 완화되었다. 완주토양은 25% 처리가 3일에 급격히 증가한 후 4일부터는 증가 속도가 둔화하였으며, 20% 처리 역시 3일부터 출현하여 4일 이후 속도가 완화하였다. 10%와 15% 처리는 4일 이후 출현하였으나 20% 이하로 저조하였다 (Fig. 1a).

들깨의 7일차 평균 출현율은 새만금토양과 완주토양이 각각 25.0%와 19.5%였으며 두 토양 모두 유의한 차이는 보이지 않았다. 새만금토양의 수분함량에 따른 출현율 범위는 0.0 - 55.7%를 보였으나 유의성을 보이지 않았다. 완주토양의 경우 25% (-11 kPa) 처리만이 78%의 출현율을 나타내었다 (p < 0.05). 새만금토양에서 들깨의 일별 출현율 변화는 다른 작목에 비해 늦은 5 - 6일 사이에 출현을 시작하였다. 완주토양은 25% (-11 kPa) 처리만 출현하였으나 새만금토양보다 빠른 4일부터 출현을 시작하였으며 최종 출현율도 높았다 (Fig. 1b).

땅콩의 7일차 평균 출현율은 새만금토양이 100.0%, 완주토양이 83.3%를 보였으나 유의성은 없었다. 수분함량에 따른 새만금토양은 100.0% 출현하여 수분함량에 따른 차이가 없었으나, 완주토양에서는 33.3 - 100.0% 범위로 10% (-399 kPa)에서 유의하게 낮았다 (p < 0.05). 땅콩의 일별 출현율 변화는 완주토양의 10% 처리를 제외하고 3 - 4일 사이에 대부분 출현하기 시작하여 6일에 최종 완료되었다 (Fig. 1c).

수수의 7일차 출현율은 새만금토양에서 94.5%, 완주토양에서 72.3%의 평균 출현율을 보였으나 토양별 차이는 보이지 않았다. 수분함량에 따른 새만금토양의 출현율은 78.0 - 100.0%의 범위로 토양수분함량 10% (-31 kPa)에서 다른 처리에 비해 유의하게 낮았다 (p < 0.05). 완주토양은 11.0 - 100.0%의 범위를 보였으며, 역시 10% (-399 kPa)에서 다른 처리에 비해 낮은 출현율을 보였다 (p < 0.001). 새만금토양에서 수수의 일별 출현율 경향은 1일 이후 출현하여 3일경에 대부분 완료되었다. 완주토양에서는 10% 처리에서 4일 이후 출현하였으나 출현율이 10%로 저조하였으며, 15 - 25% 처리는 새만금보다 하루 늦은 2일 이후 출현하여 5일경에 완료되었다 (Fig. 1d).

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Fig. 1

Changes in emergence rates of a) sesame (SSM), b) perilla (PR), c) peanut (PN), and d) sorghum (SG) as affected by soil moisture contents for soils in Saemangeum and Wanju regions.

비가림 점적관수 조건에서 작목/품종별 출현율

비가림 점적관수 조건에서 작목별 출현율은 땅콩 (98.2%), 참깨 (93.2%), 수수 (81.5%) 순으로 땅콩과 참깨가 수수에 비해 유의하게 높았으며 (p < 0.001), 들깨는 출현하지 않았다. 출현을 전혀 하지 않은 들깨는 수수와 같은 재배 온실에서 재배되었으며, 온실의 출현기 온습도는 17.8 - 53.5°C (평균 30.5°C)와 15.6 - 99.9% (평균 67.3%)의 범위를 보였다.

비가림 점적관수 조건에서 각 작목의 품종별 출현율은 참깨가 강안, 금옥, 강유, 건백, 누리 순으로 84.9 - 98.5% 범위를 보였으며, 강안과 금옥의 출현율이 98.5%로 가장 높았다 (p < 0.001, Fig. 2a). 땅콩의 품종별 출현율은 케이올, 다안, 신팔광, 해올, 흑생이 96.1 - 99.4% 범위를 나타냈으며 품종별 차이는 보이지 않았다 (Fig. 2b). 수수의 출현율은 동안메, 노을찰, 남풍찰, 노담찰, 바르메가 68.5 - 88.9% 범위를 가졌으며 동안메와 노을찰의 출현율이 88.9%와 88.0%로 높게 나타났다 (p < 0.01, Fig. 2c).

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Fig. 2

Emergence rates by varieties of sesame, peanut, and sorghum under drip irrigation conditons in greenhous. (a) and (c): Different letters above boxes indicate statistical difference ((a) p < 0.001 and (c) p < 0.05). GB, GA, GO, NR and GY mean Goenbaek, Gangan, Geumok, Nuri and Gangyu. SPK, DA, HO, KO and HS mean Sinpalkwang, Daan, Hae-ol, K-ol and Heuksaeng. NPC, NEC, DAM, BRM and SDC mean Nampungchal, Noeulchal, Donganme, Baremae and Sodamchal.

노지 조건에서 작목/토양개량처리별 출현율

노지 조건에서 작목별 출현율은 수수 (79.8%), 땅콩 (30.4%), 참깨 (25.1%) 순으로 유의한 차이를 보였으며 (p < 0.001), 들깨는 비가림 조건과 같이 모든 처리구에서 출현하지 않았다.

토양개량처리에 따른 참깨의 출현율은 대조구와 볏짚, 부산석고, 볏짚+부산석고, 고휴 처리구에서 각각 25.4%와 23.5%, 28.9%, 14.9%, 33.0%로 고휴와 부산석고 처리구의 출현율이 가장 높았다 (p < 0.05, Fig. 3a). 땅콩의 출현율은 같은 처리구에서 각각 45.1%와 12.2%, 50.0%, 2.9%, 41.6%로 나타났으며, 대조구와 부산석고, 고휴 처리구가 유의하게 출현율이 가장 높았다 (p < 0.001, Fig. 3b). 수수는 처리구별로 각각 82.8%와 80.6%, 86.4%, 80.0%, 88.7%의 출현율을 보였으나 유의미한 차이를 보이진 않았다 (Fig. 3c).

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Fig. 3

Emergence rates of sesame, peanut, and sorghum according to soil improvement treatments in open field condition. (a) and (b): Different letters above boxes indicate statistical difference ((a) p < 0.05 and (b) p < 0.001).

Discussion

토성별 수분특성이 출현율에 미치는 영향

식물이 이용 가능한 유효수분은 포장용수량과 영구위조점 사이의 수분으로 토양특성에 따라 달라지며, 이는 같은 양의 수분을 함유하여도 토양에 따라 수분장력은 다르게 나타날 수 있음을 의미한다 (Brady et al., 2008). 종자의 발아를 위한 적정 수분함량은 포장용수량보다 약간 과습 상태가 적절하다고 알려져 있으나 작물에 따라 다소의 차이가 있다. 일반적으로 약간 과습한 상태는 토양 수분장력으로 -10 kPa~-33 kPa를 의미한다 (Jung, 2007). -10 kPa에 해당하는 용적수분함량 (g g-1) 평균값은 용적밀도 1.0 Mg m-3을 적용했을 때 조립질 토양에서 사토 (8.2%), 양질사토 (12.5%), 사양토 (22.3%)이며 동일 용적밀도에서 -33 kPa에 해당하는 용적수분함량은 사토 (6.3%), 양질사토 (9.6%), 사양토 (17.0%)로 알려져 있다 (Eom et al., 1995).

본 연구에서 새만금토양과 완주토양을 분석한 결과 두 토양의 토성은 모두 사양토로 분석되었으나 토양수분특성으로 볼 때 새만금토양의 경우 양질 사토의 평균값과 유사하게 나타났으며 완주토양은 사양토의 평균값과 유사하였다. 완주토양에 작목별 출현율이 높은 수분함량은 20 - 25%였으며 새만금토양에서는 출현율이 낮은 들깨를 제외하면 수분함량 10% 이상에서 적정하게 출현하였다. 새만금토양에서는 완주토양보다 낮은 수분함량에서 출현이 가능하였으나 토양수분장력으로 평가할 경우 새만금토양 토양수분함량 10%가 토양수분장력 -20 kPa에 해당하기 때문에 출현을 위한 적정 토양수분조건을 평가하기 위해서는 토양수분함량 기준보다 토양수분장력 기준이 적정하다는 것을 시사하였다 (Jung, 2007).

새만금에서 출현율 향상 방안

종자의 발아를 위한 적정 수분함량은 포장용수량보다 약간 과습 상태가 적절하다고 알려져 있으나 작물에 따라 다소의 차이가 있다. 콩과 같은 단백종자나 참깨와 같은 유지종자는 발아를 위한 수분함량이 다소 높으며 옥수수와 같은 전분종자는 비교적 낮은 수분함량에서도 발아가 가능하다 (Kim and Jeon, 2009; Lee et al., 2020).

본 연구결과 참깨는 완주토양에서 토양수분함량 20%, 새만금토양에서는 토양수분함량 10% 이상에서 안정적으로 출현하였다. 참깨의 경우 파종 후 적정 토양수분함량은 20% 이내로 알려져 있는데 (RDA, 2018a), 우리나라에서 밭작물이 주로 재배되는 사양토의 경우 토양수분함량 20% (v v-1)는 용적밀도 1.0 Mg m-3 수준에서 약 -20 kPa에 해당한다. 이를 새만금토양에 적용하면 토양수분함량 10%에 해당되는 값으로 본 연구결과와 유사하였다. 이는 새만금토양에서 밭작물 종자의 발아를 위해서 상대적으로 적은 양의 수분함량이 필요하다는 것을 의미하나 10% 이하로 수분함량이 감소할 경우 발아가 감소할 것을 의미하기도 한다. 완주토양의 실험 결과 참깨, 들깨, 땅콩 ‧ 수수는 각각 토양수분함량 15%, 20%, 10% 이하에서 출현율이 급격하게 감소하였으며 이는 토양수분장력으로 -46 kPa, -27 kPa, -399 kPa에 해당한다. 새만금토양과 같은 조립질 토양의 경우 보수력이 적기 때문에 토양수분함량 감소에 따른 토양수분장력의 증가가 급격히 발생할 수 있다. 우리나라 봄철의 기준증발산량은 3 - 4 mm day-1이며 작물계수 0.4를 적용하면 하루에 1.2 - 1.6 mm의 물이 증발한다 (Allen et al., 1998; RDA, 2018b). 이 양은 토심 5 cm를 기준할 때 토양수분함량 2.4 - 3.2%에 해당하며 새만금토양의 수분함량이 10% (-20 kPa)가 되도록 관수했다하더라도 2 - 3일 후면 발아가 어려운 -40 kPa 이상의 토양수분조건이 될 수 있음을 의미한다. 따라서 새만금간척지에서 작물의 출현율을 높이기 위해서는 초기 관개와 지표 수분 증발을 저감할 수 있는 방법이 필요할 것으로 판단되며, 관개 시설이 부족한 간척지에서 적절한 관개 수단의 개발이 필요하다.

Conclusions

본 연구에서는 새만금간척지 토양에서 참깨와 들깨, 땅콩, 수수의 출현율을 조사하고자 토양수분함량, 품종, 근권환경 개량처리에 따라 출현율을 조사하였다. 식물이 이용 가능한 유효수분은 토양특성에 따라 달라지며 종자의 발아를 위한 토양수분조건을 평가하기 위해서는 토양수분장력 기준이 적절하다고 판단하였다. 또한 사질토에서 참깨의 적정수분함량인 20% (-20 kPa)를 새만금토양에 적용하면 토양수분함량 10%에 해당되는 값으로 밭작물 종자의 발아를 위해 상대적으로 적은 양의 수분이 필요함을 의미하나 10% 이하로 수분함량이 감소할 경우 발아가 감소함을 의미하기도 한다. 작물별 최적 발아율은 새만금토양에서 참깨 15%, 들깨 25%, 땅콩 25%, 수수 15%, 완주토양에서 참깨 25%, 들깨 25%, 땅콩 20%, 수수 15%로 나타났으며 발아율이 가장 높은 작물은 땅콩이었다. 새만금 토양에서 작물의 출현율을 높이기 위해서는 용적수분함량 10% (-20 kPa) 이상을 유지하여야 하며 보수력이 적은 조립질의 새만금토양에서는 초기 관개와 지표 수분 증발을 저감할 수 있는 방법이 필요하다.

Acknowledgements

본 연구는 농촌진흥청 연구개발사업 ‘새만금 간척지 활용률 증진을 위한 소득작물 재배 기반기술 개발’ (PJ015882012022)의 지원으로 수행되었습니다.

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