Introduction
Materials and Methods
토양 시료 채취
조사항목 및 방법
통계분석
Results and Discussion
시료 분포 및 연도별 채취 현황
토지이용형태에 따른 토양의 화학적 특성
지역별 토양의 화학적 특징
토양 화학성 항목 간 상관관계
토지 이용 형태별 양분 적정 기준 평가
Conclusions
Introduction
지속 가능한 농업과 안전한 농산물 생산은 전 세계 식량 안보의 핵심 기반이며, 이를 위해 농경지 토양의 화학적 건전성을 과학적으로 관리하는 것이 필수적이다 (Tilman et al., 2002). 현대 농업의 집약화와 화학비료의 장기적·집중적 투입은 작물 생산성 향상에 기여했지만, 역설적으로 토양 내 양분 불균형과 과잉 축적이라는 심각한 문제를 초래하고 있다 (Zhang et al., 2008). 특히, 과잉 축적된 인산과 질소는 농업 비점오염원으로 작용하여 수계로 유출되고, 환경 부하를 증가시키는 주요 요인이 된다 (Cho et al., 2025). 실제로 우리나라 농경지에서는 유효인산이 장기적으로 축적되는 경향이 보고되었으며, 이는 토양 관리와 비료 사용 전략에 대한 재설계가 요구된다 (Lee et al., 2023; Heo et al., 2024).
이러한 문제를 해결하고 지속 가능한 농업을 실현하기 위해서는 양분 순환을 최적화하고 환경오염을 최소화하는 접근이 필요하다. 작물 생육에 필요한 양분을 정확히 진단하고 적시에 적량을 공급하는 것은 효과적인 농산물 생산의 근간이며, 비료의 과다 사용으로 인한 생육 장애와 환경 부하를 근본적으로 예방할 수 있다. 따라서 토양검정은 토양 내 화학적 특성을 과학적으로 분석하여 작물별 요구 양분을 파악하고, 화학비료 사용량을 절감하기 위한 필수적인 기술이다 (NAAS, 2012). 또한, 주요작물 재배지에 대한 지속적인 토양검정과 그 결과를 기반으로 한 비료 사용 처방은, 토양을 과학적으로 관리하고 안전한 농산물을 안정적으로 생산·공급할 수 있는 정량적·선진적 농업 체계를 구축하는 데 중요한 역할을 한다 (Kong et al., 2018).
우리나라 농경지는 논과 밭이라는 뚜렷한 토지 이용 형태를 가지며, 각각의 재배 환경과 작부체계에 따라 토양의 화학적 특성과 관리 방법이 상이하게 나타난다. 예컨대, 밭 토양에서는 유효인산이 과도하게 축적되는 반면, 논 토양에서는 교환성 칼륨 등 양이온이 과잉되는 경향이 보고되었다 (Lee et al., 2010; Kang et al., 2017). 또한, 녹비작물을 활용한 비료 전략이 인 과잉 축적을 억제할 수 있음이 확인되었다 (Cho et al., 2015; Lee et al., 2020). 이러한 양분 불균형은 지역의 지형적 특성 (예: 해안지역, 내륙 집약 농업 지역) 및 관행적인 재배 방식에 따라 매우 이질적으로 분포하며, 필지 단위의 정밀 토양 진단 필요성이 요구한다.
충청남도 (이하 충남)는 간척지와 넓은 농경지를 모두 보유하여, 지리적 다양성과 높은 농업 집약도를 갖춘 핵심 농업생산 거점이다. 이로 인해 충남지역 토양은 복잡하고 이질적인 화학적 특성을 가질 가능성이 높다 (Choi et al., 2010; Kim et al., 2013). 기존 연구들은 특정 작물이나 제한된 지역을 대상으로 토양 화학성을 분석하는 데 중점을 두었으나, 충남 전체 농경지를 아우르는 대규모 모니터링 데이터를 활용하여 토지 이용 형태별 양분 이질성을 통합적으로 평가하고, 염류 및 양분 과잉의 지역적 특이 분포를 규명하는 연구는 여전히 미흡한 실정이다.
이에 본 연구는 충남 각 지역 토양을 대표할 수 있는 충분한 표본을 확보하기 위해, 2022년부터 2024년까지 3년간 충남 15개 시·군의 농경지에서 총 21,003점의 토양 시료를 수집하였다. 수집된 시료를 바탕으로 논과 밭 토양의 양분 불균형 현황을 비교하고, 지역별 화학적 특성 분포 양상을 종합적으로 평가하였다. 본 연구 결과는 충남지역 농경지의 체계적인 양분 관리 전략 수립과 안전한 농산물 생산 기반 마련에 기여할 것으로 기대된다.
Materials and Methods
토양 시료 채취
충남지역 농지 이용별 토양의 화학성 조사는 전체적으로 재배면적이 넓은 논과 밭을 대상으로 실시하였으며, 시료 채취 지점은 ‘주요작물 재배지 토양검정: 4차 사업 보고서’ (NIAS, 2016)를 기반으로 선정하였다. 토양 시료는 3년에 걸쳐 (2022년부터 2024년까지) 충남지역 내 15개 시군 (7개 군, 8개 시)의 서로 다른 지점에서 총 21,003점을 채취하여 분석하였다 (Table 1). 연도별 채취 시료 수는 2022년은 6,933점, 2023년은 6,988점, 2024년은 7,082점이었다.
Table 1.
Distribution of soil samples collected from 15 regions in Chungcheongnam-do.
토양 시료의 채취 및 분석은 ‘종합검정실 분석 매뉴얼’ (NIAST, 2023)에 준하여 실시하였다. 토양 시료는 비료를 시용하기 전 농경지 표토의 1 - 2 cm 가량을 걷어내고, 작물의 근권부 (10 - 20 cm)에서 채취하였다. 조사지점의 대표성 확보를 위하여 지그재그 방식으로 10여 곳 이상을 대상으로 채취하여 하나의 반복 시료로 처리하였다. 지점의 면적을 고려하여 채취 지점의 수를 유연하게 조절하였으며, 각 지점당 3반복 시료를 확보하였다.
조사항목 및 방법
토양 화학성 분석은 토양화학분석법 (NAAS, 2010), 토양 및 식물체 분석법 (NAAS, 2000)에 준하여 수행하였다. 분석 항목은 pH, 전기전도도 (electrical conductivity, EC), 유기물 (organic matter, OM), 유효인산 (available phosphate, Av. P2O5), 교환성 양이온 (exchangeable cations, Ex. cations)에 대해 실시하였다.
토양 시료는 실온에서 2주 이상 풍건한 후 2 mm 체로 거른 후 분석에 사용하였다. 토양 pH와 EC는 풍건토 5 g을 증류수 25 mL에 현탁하여 30분간 진탕한 후, pH 및 EC 측정기 (Orion 3 Star, Thermo Scientific, USA)로 측정하였다. 이때, EC의 값은 측정값에 5를 곱하여 계산하였다. 유기물 함량은 Tyurin법으로, 유효인산은 Lancaster법으로 분석하였다. 교환성 양이온은 1 M NH4OAc (pH 7.0)로 침출한 뒤 유도결합 플라즈마 분광광도계 (ICP-OES, iCAP 7000 series, Thermo Scientific Inc., Waltham, MA, USA)로 측정하였다.
통계분석
통계분석은 IBM SPSS Statistics 29 (IBM Corp., Armonk, NY, USA)를 사용하여 수행하였다. 처리구간 차이는 일원분산분석 (ANOVA)을 통해 검정하였으며, 유의수준 5% (p < 0.05)에서 유의성이 인정될 경우 Duncan’s multiple range test (DMRT)를 활용하여 사후 검정을 수행하였다. 토양 내 분석 항목 간의 상관관계는 Pearson 상관분석 (Pearson’s correlation analysis)을 활용하여 평가하였다.
Results and Discussion
시료 분포 및 연도별 채취 현황
충남지역 15개 시군에서 2022년부터 2024년까지 3년간 수행한 토양 조사에서, 총 21,003점의 토양 시료가 채취되었다 (Table 1). 지역별로는 아산시와 서산시가 각각 10.2, 10.0%로 가장 많은 비율을 차지하였으며, 청양군이 3.6%로 가장 적은 비중을 보였다. 각 시군별로는 작물 재배 특성과 면적에 따라 채취 지점 수를 조정하였다. 이와같은 충남지역 전체 농경지를 포괄하는 대규모 시료 확보는, 토지 이용 형태별 토양 화학적 특성 비교 및 지역별 화학성 특이성 분석을 위한 충분한 기반을 제공할 것으로 판단된다.
토지이용형태에 따른 토양의 화학적 특성
충남 15개 시·군에서 수집된 논과 밭 토양 시료 총 21,003점을 분석한 결과, 토지 이용 형태에 따라 토양의 화학적 특성이 명확히 구분되는 것으로 나타났다 (Tables 2 and 3).
Table 2.
Chemical properties of paddy soils in different regions of Chungcheongnam-do.
Table 3.
Chemical properties of upland soils in different regions of Chungcheongnam-do.
논 토양이 평균 pH는 6.2로, 밭 토양 6.5에 비해 낮게 나타났다. 이는 논 토양이 벼 재배 기간 동안 담수 상태를 유지하며 환원 환경에 노출됨에 따라 염기성 양이온 (Ca2+, Mg2+)의 용탈이 촉진되어 pH가 상대적으로 낮게 유지되는 일반적인 경향과 일치한다 (Liu et al., 2021; Ko et al., 2021; Xu et al., 2024). 논과 밭 토양의 유기물 함량은 각각 22.9 g kg-1 과 22.6 g kg-1로 유사한 수준을 보였다. 일반적으로 논 토양은 지속적인 침수 조건은 유기물 분해를 억제하여 밭보다 유기물 함량이 높은 경향을 나타낸다 (Cho et al., 2019; Chen et al., 2021). 그러나, 충남지역 밭 토양에서도 유기물 관리 목적의 퇴비 및 유기질 비료가 지속적으로 시용됨에 따라, 논과 밭 토양의 유기물 함량 차이가 크지 않은 것으로 판단된다 (Lee et al., 2021).
토지 이용 형태 간 가장 큰 차이는 유효인산과 교환성 양이온에서 나타났다. 밭 토양의 평균 유효인산 함량은 536.9 mg kg-1으로, 논 토양 평균 120.9 mg kg-1에 비해 약 4.4배 이상 높은 수준이었다. 인산은 토양 내 이동성이 매우 낮아 작물에 의해 흡수되지 않으면 쉽게 축적되며, 무기질과 유기질 비료의 장기 연용이 토양 내 인산 함량 증가에 기여한다 (Lee and Kim, 2025). 이러한 특성을 고려할 때, 밭 토양에서 높은 유효인산 함량은 장기간 인산 비료를 과다 시용한 결과로 판단된다. 교환성 양이온은 토지 이용 형태에 따라 뚜렷한 차이를 보였다. 밭 토양의 모든 교환성 양이온은 논 토양에 비해 높았으며, 이는 집약적 비료 투입과 유기물 관리가 양이온 축적에 중요한 영향을 미쳤음을 나타낸다. Mazur and Mazur (2015)은 장기 비료 연용 실험에서 무기질비료 (NPK)와 유기질 비료의 시용이 토양 내 Mg, K, P함량을 유의하게 보고하였다.
지역별 토양의 화학적 특징
충남 15개 시·군의 논과 밭 토양은 지역별로 화학적 특성에서 뚜렷한 차이를 보였다 (Tables 2 and 3).
논 토양의 pH는 금산군에서 5.9로 가장 낮았고, 홍성군에서 6.5로 가장 높았으며, 평균 6.2 ± 0.7로 비교적 중성에 가까운 값을 나타냈다. EC는 계룡시 0.31 dS m-1에서 보령군 1.61 dS m-1까지 다양하며, 당진시, 보령군, 서산시, 서천시, 태안군, 홍성군 등 해안지역에서는 내륙 대비 높은 값을 보여, 해수 침투에 따른 염류 집적 문제가 반영된 것으로 판단된다 (Jeong and Lee, 2020). 논 토양의 유기물 함량은 금산군 19.3 g kg-1에서 예산군 25.0 g kg-1까지 분포하여, 침수 조건에서 일정 수준의 유기물 보존이 이루어지고 있음을 보여주었다. 유효인산은 태안군 53.2 mg kg-1에서 공주시 218.6 mg kg-1까지 분포하며, 평균 120.9 mg kg-1로 나타났다. 일부 지역에서 상대적으로 낮거나 높은 값이 관찰되었는데, 이는 지역별 토양 특성과 관리 방식 차이를 반영한 결과로 판단된다 (Hwang et al., 2025).
밭 토양의 pH는 논산시 6.1에서 천안시 6.9까지, 유기물 함량은 계룡시 10.5 g kg-1에서 당진시 30.1 g kg-1까지 지역별 변동성이 컸다. 유효인산은 논산시 146.6 mg kg-1에서 계룡시 822.2 mg kg-1까지 분포했다. 교환성 양이온은 밭 토양이 논 토양보다 높은 수준을 보였으며, 특히 교환성 칼슘과 교환성 마그네슘이 높은 홍성군, 천안시 등에서 그 차이가 두드러졌다. 이러한 결과는 지역별 비료 투입량, 작물 유형, 토양 관리 방식에 따라 양이온 축적 정도가 달라짐을 보인 것으로 판단된다 (Roh et al., 2018).
토양 화학성 항목 간 상관관계
토지 이용 형태에 따른 토양 화학적 특성 간의 상호 연관성을 규명하기 위해 상관분석을 수행하였다.
논 토양에서는 EC가 교환성 마그네슘 (r = 0.394**) 및 교환성 칼륨 (r = 0.251**)과 유의한 양의 상관을 보였다 (Table 4). 이는 염류화가 진행될 때 Mg2+과 K+와 같은 특정 양이온의 동시 축적이 일어나는 경향을 나타냈다. 또한 유효인산은 유기물 (r = 0.208**), 교환성 칼륨 (r = 0.371**)과 상관을 보여, 논에서도 유기물 관리 및 칼륨 비료 시용이 인산 축적과 밀접하게 연관됨을 나타냈다.
Table 4.
Pearson’s correlation coefficients among chemical properties in paddy soils.
| pH | EC | OM | Av. P2O5 | Ex. K | Ex. Ca | Ex. Mg | |
| pH | 1 | ||||||
| EC | 0.055** | 1 | |||||
| OM | -0.004 | 0.043** | 1 | ||||
| Av. P2O5 | 0.083** | 0.030** | 0.208** | 1 | |||
| Ex. K | 0.155** | 0.251** | 0.233** | 0.371** | 1 | ||
| Ex. Ca | 0.111** | 0.027** | 0.073** | 0.043** | 0.096** | 1 | |
| Ex. Mg | 0.185** | 0.394** | 0.080** | 0.054** | 0.335** | 0.169** | 1 |
밭 토양의 상관분석 결과 EC와 교환성 칼륨 (r = 0.428**), EC와 교환성 마그네슘 (r = 0.414**), 유기물과 유효인산 (r = 0.453**), 유기물과 교환성 칼륨 (r = 0.480) 등 대부분의 항목에서 강한 양의 상관이 나타났다 (Table 5). 이는 밭 토양에서 비료의 과도한 투입과 양분의 중복 축적이 동시에 발생하는 구조적 특성을 반영한다. 또한, 일부 선행 연구에서도 밭 토양에서 Ca2+, Mg2+, K+ 등 염기성 양이온의 축적이 pH 및 인산과 밀접하게 연계된다고 보고된 바 있다 (Mazur and Mazur, 2015). 특히, 교환성 칼슘과 pH (r = 0.447**)의 높은 상관은 석회 시용 등이 토양 화학성 변화에 큰 영향을 미친 것으로 판단된다.
Table 5.
Pearson’s correlation coefficients among chemical properties in upland soils.
| pH | EC | OM | Av. P2O5 | Ex. K | Ex. Ca | Ex. Mg | |
| pH | 1 | ||||||
| EC | 0.015 | 1 | |||||
| OM | 0.126** | 0.202** | 1 | ||||
| Av. P2O5 | 0.183** | 0.264** | 0.453** | 1 | |||
| Ex. K | 0.213** | 0.428** | 0.480** | 0.527** | 1 | ||
| Ex. Ca | 0.447** | 0.300** | 0.351** | 0.277** | 0.329** | 1 | |
| Ex. Mg | 0.282** | 0.414** | 0.301** | 0.335** | 0.417** | 0.534** | 1 |
토지 이용 형태별 양분 적정 기준 평가
충남지역 농경지 토양의 화학적 특성을 ‘농업 자원과 농업 환경의 실태조사 및 평가기준’에 따라 비교 평가한 결과, 토지 이용 형태에 따라 상반된 영양 불균형 특성이 확인되었다 (Fig. 1).
논 토양의 경우, pH는 전체의 68.6%가 적정 수준에 분포하고 부족 비율은 4.1%에 불과하여 대체로 안정적인 pH 조건을 유지하고 있었다. 그러나, 유기물과 교환성 칼륨의 불균형이 핵심 관리 요인으로 대두되었다. 유기물은 적정 기준 미달률이 62.9%로 매우 높아, 한국 논 토양에서 지속적으로 보고되는 만성적 유기물 부족 현상과 일치하는 것으로 나타났다 (Son et al., 2016; Kim et al., 2018). 반면, 교환성 칼륨은 과잉률이 49.7%에 달해 유기물과는 대조적인 양상을 보였다. 이러한 칼륨의 과잉 축적은 벼 재배 시 관행적인 칼륨 비료의 과다 시용에 기인한 것으로 판단된다.
밭 토양은 pH와 유기물 함량은 논 토양과 유사한 경향을 보였으나, 유효인산과 교환성 양이온은 일부지역에서 상대적으로 높은 수준을 나타냈다. 유효인산의 과잉률은 60.5%로 관찰되었으며, 교환성 칼륨, 칼슘, 마그네슘이 각각 51.6, 57.4, 47.7%인 높게 평가되었다. 이는 밭 토양에 장기간의 작물별 요구량을 고려하지 않은 균일 시비와 퇴비의 반복 투입이 누적된 결과로 해석된다 (Kim et al., 2019). 특히, 인산과 교환성 양이온의 동시 과잉은 염류 집적을 가속화하고 양분 이용 효율을 떨어뜨릴 뿐만 아니라, 장기적으로는 작물의 생리적 장해를 유발할 가능성이 높다 (Kang et al., 2023).
Conclusions
본 연구는 2022 - 2024년 동안 충청남도 15개 시·군에서 채취한 총 21,003점의 논·밭 토양을 대상으로 대규모 분석을 수행하여, 광역 단위에서 토지 이용 유형과 지역별 요인에 따른 화학적 특성 및 양분 불균형을 종합적이고 정량적으로 평가하였다. 연구 결과, 밭 토양에서는 장기적인 비료 과다 및 반복적인 퇴비 시용으로 인해 유효인산과 교환성 양이온의 과잉 축적이 두드러졌으며, 논 토양에서는 유기물 부족과 칼륨 과잉이 동시에 나타나는 상반된 양분 불균형 패턴이 확인되었다. 이러한 토양 내 양분 구조의 차이는 지역적 환경과 재배 관행에 의해 심화되며, 농업 생산성과 환경적 영향에 직접적인 함의를 가진다. 결론적으로, 충남지역 농경지의 지속 가능한 관리와 안전한 농산물 생산을 위해서는 단순한 비료 투입량 조절을 넘어, 토지 이용 형태 및 지역별 토양 특성을 고려한 맞춤형 양분 관리 전략이 필요할 것이다. 본 연구에서 확보한 대규모 토양 데이터와 분석 결과는 향후 정밀 농업 기반의 농지 관리, 양분 순환 최적화, 그리고 환경오염 저감을 위한 전략 수립을 위한 근거 자료로 활용될 수 있으며, 장기적으로 국내 농업의 지속 가능성 확보에 기여할 것으로 기대된다.
