Introduction
Materials and Methods
대상토양
조사시기 및 시료채취
조사항목
Results and Discussion
조사지점 토양 분류 특성
지형별 토양의 물리적 특성
연도별 토양의 물리적 특성
Conclusions
Introduction
수십 년간 작물의 생산성을 향상시키기 위한 다양한 농업적 관행들이 토양에 적용되었으나 이러한 행위들이 토양의 산성화, 염류집적 및 토양 구조 악화 등 토양의 품질 저하를 초래한다는 인식이 점차 확산되고 있다. 이에 따라 지속가능한 친환경 농업에 대한 소비자 및 생산자의 관심이 증가하면서 토양의 질 (quality) 및 건전성 (health)의 중요성이 크게 부각되고 있다 (Carter et al., 1997; Slavich, 2001; Oliver et al., 2013).
토양의 질은 1994년 OECD 농업환경지표의 하나로 설정되었으며, 그 평가는 물리적, 화학적 및 생물학적 특성 등을 종합적으로 고려하여야 한다 (OECD, 1999; Yoon, 2004). 이에 따라 충청북도농업기술원은 1999년부터 ‘친환경농어업 육성 및 유기식품 등의 관리 ‧ 지원에 관한 법률’ 및 ‘농업 자원과 농업환경의 실태조사 및 평가기준’ 고시에 따라 농촌진흥청 국립농업과학원과 함께 충북지역 농경지의 비옥도, 중금속, 미생물상, 농업용수 등을 포함한 농업환경 변동조사를 실시하고 있다. 그 중에서도 토양물리성은 작물 뿌리의 생장 및 양 ‧ 수분의 이동에 영향을 미칠 뿐만 아니라 토양 탄소 저장 능력 및 토양화학성과 생물학적 특성에 영향을 주어 농경지 토양의 질을 평가하는 데 핵심적인 역할을 한다 (Schoenholtz et al., 2000; Oliver et al., 2013; Obade and Lal, 2016; Amorim et al., 2020).
한편, 시설재배지 토양은 논, 밭에 비하여 면적은 작으나 논과 밭을 전환하여 활용하는 경우가 많으며 특히 신규로 조성할 때 사양질 토양 등으로 성토하여 토양의 조성을 바꾸는 사례가 발생한다 (NAS, 2008). 이러한 토양의 교란은 원토양과의 토성 차이와 농기계 사용으로 인한 토양다짐으로 연결되고 그로 인하여 공극의 연결성이 감소하여 투수성이 떨어지는 등 토양의 물리성이 악화될 수 있어 시설재배지의 토양물리성에 대한 변동조사가 필요하다 (NAS, 2012; Raper, 2005; Zhang et al., 2018). 따라서 본 연구는 충청북도 지역의 시설재배지 토양을 대상으로 2016년부터 2024년까지 4년 주기로 40지점을 조사하여 그 지형적 특성과 물리적 특성의 변화양상을 분석하고 지속적으로 농경지를 유지 ‧ 관리하기 위한 기초자료로 활용하고자 수행되었다.
Materials and Methods
대상토양
충북지역 시설재배지 토양물리적 특성을 조사하기 위해 토양통 및 토성을 고려하여 40지점을 선정하였으며, 지역별로 청주 10, 충주 4, 제천 2, 보은 3, 옥천 3, 영동 5, 진천 3, 괴산 4, 음성 6지점이었다. 2016년, 2020년, 2024년 정점 조사지점을 대상으로 분석하였으나 4년 1주기로 조사되어 경지 이용 용도가 변경되었거나 도로가 생기는 등의 이유로 조사가 불가능할 경우 조사지점을 인근의 필지로 변경하였다. 변경된 조사지점은 2016년과 비교하여 2020년에 총 14지점이었으며 이 중 2지점만 하성평탄지에서 곡간지/선상지로 변경되었고 나머지는 동일한 지형으로 유지되었다. 2020년과 비교하여 2024년에 모두 17지점이 변경되었으나 하성평탄지에서 곡간지/선상지로 변경된 1지점과 곡간지/선상지에서 하성평탄지로 3지점을 제외하고 모두 인근의 동일 지형 내에서 변경되어 조사지점의 연속성이 있다고 판단하였다. 조사지점의 분류 특성은 2024년 지점을 기준으로 토양지도를 활용하여 조사하였다.
조사시기 및 시료채취
토양물리성 조사는 경운 후 교란이 되어있거나 과건 또는 과습할 때를 피하여 작물 생육 중기 이후에 실시하였다. 이랑과 고랑의 1/2지점의 작물과 작물 사이에서 국립농업과학원의 ‘농경지 토양물리성 조사방법 및 분석법 (NAS, 2022)’에 준하여 토양 시료를 채취하였다.
조사항목
대상 농경지의 주소 및 GPS 좌표 정보를 수집하고 시설하우스 토양의 물리적 특성을 파악하기 위하여 작토심 (작토깊이, plowing depth, PD), 경도 (hardness), 용적밀도 (bulk density), 토양유기물 함량 (soil organic matter content), 토성 (soil texture), 삼상 [고상 (solid phase), 액상 (liquid phase), 기상 (gaseous phase)] 등을 조사하였다. 지면에서 작토심까지를 표토 (topsoil), 그 이하를 심토 (subsoil)로 구분하였으며, 작토심은 손잡이 15 cm, 길이 60 cm, 굵기 1.2 cm, 원추 길이 2 cm의 탐침봉을 이용하여 지면과 수직 방향으로 지그시 눌렀을 때 더 이상 들어가지 않는 지점까지를 나타낸다. 심토의 경도는 산중식 경도계 (DIK-5553, DAIKI, Japan)를 이용하여 10회 반복 측정하였으며, 용적밀도는 100 cm3 코어를 활용해 표토와 심토 각각 3반복으로 시료를 채취하여 105°C 건조기에서 18시간 이상 건조시켜 측정하였다. 토성은 비중계법 (hydrometer method)을 이용하여 일정한 시간별로 토양 혼탁액에 비중계를 삽입하여 점토 (clay)의 함량을 구하고 53 ㎛ 체를 이용하여 모래 (sand, 2.0 - 0.05 mm)의 함량 측정하여 토성삼각도표 (textural triangle)에 적용시켜 분석하였다. 토양유기물 함량은 Tyurin법으로 분석하였으며, 조사지점의 주소와 GPS 정보를 활용하여 흙토람 (https://soil.rda.go.kr)의 토양지도에서 토양통, 토성, 지형, 경사 급지 등의 정보를 수집하였다.
Results and Discussion
조사지점 토양 분류 특성
충북지역 시설재배지 토양의 물리적 특성을 조사하는 지점은 모두 40지점으로 23종의 토양통이었으며, 주로 청주의 대표 토양인 강서가 15%로 가장 많았고 고천 10%, 규암, 이현, 지산 7.5%, 사촌, 중동, 청원 5%, 나머지 15개의 토양통이 37.5%를 차지하였다 (Table 1).
Table 1
Distribution ratios of major soil series in Chungbuk.
조사지점의 지형은 하성평탄지 (river alluvium) 65%, 곡간지/선상지 (valley/alluvial fan) 30%, 산록경사지 (mountain foot) 2.5%, 홍적대지 (diluvial deposit) 2.5%의 분포비율을 나타내었다. 흙토람 내 충북의 지형별 분포는 산악지 63.7%, 곡간지/선상지 15.3%, 산록경사지 7.4%, 하성평탄지 5.1%, 홍적대지 0.9% 순으로 다소 차이가 있었으나, 조사지점의 72.5%가 토양유형이 논으로 조사되었으며, Cho et al., (2012)은 시설재배지는 작업의 용이성 등에 의해 논을 이용한 시설재배가 많아 대부분 하성평탄지에 분포한다고 한다는 연구 결과와 동일한 경향이었다.
표토의 토성은 사양토 (sandy loam) 37.5%, 양토 (loam) 30%, 미사질양토 (silt loam) 30%, 양질사토 (loamy sand) 2.5%이었으며, 심토의 토성은 사양토 40%, 미사질 양토 35%, 양토 20%, 양질사토 5%로 조사되었다. 이는 사양질, 식양질, 미사식양질 순으로 많이 분포한다는 흙토람 내 충북지역 토양통 분류 특성과 비슷한 경향이었다.
지형별 토양의 물리적 특성
충북지역 시설재배지 토양 40지점의 지형별 특성을 2016년, 2020년, 2024년 각각 분류하여 전체 평균값으로 분석하였다 (Table 2). 작토심은 홍적대지가 31.3 cm로 가장 깊었으며, 하성평탄지 30.3 cm, 곡간지/선상지 29.6 cm, 산록경사지 24.3 cm 순이었다. 표토의 용적밀도는 곡간지/선상지가 1.22 Mg m-3으로 가장 높았고 산록경사지가 1.07 Mg m-3으로 가장 낮았다. 심토의 용적밀도는 곡간지/선상지에서 1.48 Mg m-3으로 가장 높았으며, 홍적대지가 1.36 Mg m-3으로 가장 낮았다. 지형별 입도분포를 분석한 결과 곡간지/선상지와 하성평탄지의 모래함량이 많았고 점토함량이 낮았으며, 산록경사지와 홍적대지에서 모래함량이 낮은 값을 보였다. 심토의 경도는 산록경사지에서 16.3 mm로 가장 높았으며, 홍적대지에서 13.8 mm로 낮았다. 유기물 함량은 홍적대지에서 표토와 심토 모두 37.4, 32.1 g kg-1로 가장 높았으며, 표토는 산록경사지에서 33.9 g kg-1, 심토는 하성평탄지에서 22.5 g kg-1로 낮은 유기물 함량값을 보였으며, 시설재배지 특성상 지속적인 퇴액비 등의 유기물 투입과 제한된 관수 등으로 심토에 비해 표토의 유기물함량이 높게 조사된 것으로 판단되었다. 또한, 유기물함량이 높은 홍적대지의 심토 용적밀도가 1.36 Mg m-3로 가장 낮았는데 이는 2007년부터 2009년까지 논, 밭, 시설재배지의 토양물리성 평가에서 유기물함량이 높은 시설재배지에서 용적밀도가 가장 낮았다는 Cho et al. (2010)의 결과와 같이 유기물함량이 증가할수록 용적밀도가 감소한다는 기존의 연구 결과와 일치하였다 (Soane, 1990; Dexter, 2004; Dexter et al., 2005).
Table 2
Soil physical properties of greenhouse soils by topography.
| Topography |
Soil layer |
PD1 (cm) |
BD2 (Mg m-3) |
Porosity (%) |
Sand (%) |
Silt (%) |
Clay (%) |
Hardness (mm) |
OM3 (g kg-1) |
| River alluvium | TS4 | 30.3 (9.8) | 1.19 (0.2) | 55.0 (6.1) | 43.9 (16.9) | 43.4 (13.2) | 12.8 (4.9) | 34.3 (16.0) | |
| SS5 | 1.40 (0.2) | 47.2 (5.7) | 44.2 (17.8) | 43.1 (14.0) | 12.7 (5.4) | 15.8 (3.8) | 22.5 (14.2) | ||
| Valley/Alluvial fan | TS | 29.6 (6.6) | 1.22 (0.1) | 54.1 (4.8) | 51.0 (12.9) | 36.0 (9.9) | 12.9 (5.2) | 34.2 (11.5) | |
| SS | 1.48 (0.1) | 44.2 (5.2) | 50.8 (13.8) | 35.6 (10.3) | 13.6 (5.5) | 15.6 (3.9) | 23.6 (11.5) | ||
| Mountain foot | TS | 24.3 (3.7) | 1.07 (0.1) | 59.6 (1.9) | 27.1 (5.4) | 58.7 (4.8) | 14.2 (2.3) | 33.9 (9.7) | |
| SS | 1.37 (0.1) | 48.4 (3.7) | 27.6 (5.9) | 57.2 (3.4) | 15.2 (2.6) | 16.3 (1.8) | 27.8 (4.4) | ||
| Diluvial deposit | TS | 31.3 (7.0) | 1.14 (0.0) | 57.0 (1.0) | 28.7 (21.1) | 48.7 (11.5) | 22.6 (11.2) | 37.4 (8.1) | |
| SS | 1.36 (0.1) | 48.7 (3.1) | 28.0 (22.6) | 47.6 (9.3) | 24.5 (13.7) | 13.8 (6.1) | 32.1 (10.5) |
연도별 토양의 물리적 특성
연도별 시설재배지 토양에 대한 물리적 특성의 변화를 분석한 결과 (Table 3), 시설재배지 토양의 작토층은 2016년, 2020년, 2024년 각각 32.5 cm, 30.3 cm, 27.1 cm로 감소하였으며, 심토의 경도는 2016년에 16.7 mm, 2020년에 14.4 mm로 감소하였다가 2024년에 16.0 mm로 다시 증가하는 경향을 보였다. 2020년 전국 시설재배지 토양의 작토심이 23.0 cm이었으며, 심토의 경도는 16.4 mm이었다는 농업환경변동조사사업 22년사 (NAS, 2021)에 제시된 결과와 비교하였을 때 충북의 시설재배지 토양의 작토심은 다소 깊은 편이였으며, 심토의 경도는 전국 평균과 유사한 수준이었다. 또한, Cho et al. (2012)은 시설재배지 표토심이 16.2 cm이었고 심토의 경도는 19.8 mm이었다고 보고한 바 있다. 표토의 공극률은 2016년 54.5%, 2020년 53.7%, 2024년 56.5%로 조사되었으며, 심토의 경우 2016년, 2020년, 2024년 각각 45.3%, 46.5%, 47.1%로 증가하는 경향이었다. Zhang et al. (2018)은 시설재배지의 지하수위 및 최소 유효근권심은 이랑 상부로부터 50 cm 이상이어야 하고 기상률 10% 이상이 되어야 한다고 제시한 바 있으며, 충북 시설재배지 토양의 심토 기상률은 평균 11.8 - 15.1%로 10% 이상을 충족한 것으로 조사되었다. 조사연도별 용적밀도를 분석한 결과 (Fig. 1) 충북지역 표토의 용적밀도는 2016년에 1.21 Mg m-3, 2020년에 1.23 Mg m-3, 2024년에 1.15 Mg m-3로 조사되었으며, 이는 표토 용적밀도가 1.25 Mg m-3을 유지하여 푸슬푸슬한 상태였다는 Cho et al. (2012)의 결과와 유사하였다. 심토의 용적밀도는 2016년에 1.45 Mg m-3, 2020년에 1.42 Mg m-3, 2024년에 1.40 Mg m-3으로 감소하는 경향을 보였는데 이는 한해 여러 번 작물을 재배하는 시설재배지 특성상 유기물 투입이 많고 외부 환경의 영향이 적기 때문으로 판단되었다 (Lee et al., 2015). Zhang et al. (2018)은 시설재배지 토양의 용적밀도가 1.5 Mg m-3를 초과하면 뿌리의 생육 저해 등을 초래한다고 보고한 바 있다. 충북의 조사지점 중 1.5 Mg m-3를 초과하는 지점은 2016년에 18개소, 2020년에 11개소, 2024년에 9개소로 감소하는 경향이었으나, 주로 과채류나 엽채류를 재배하는 시설재배지 특성상 작물의 뿌리가 얕아 경운도 얕게 하여 작토심이 낮고 용적밀도가 증가할 수 있으며 (Cho et al., 2012), 심토의 경우 복구하기 쉽지 않고 농기계 등에 의한 영향이 누적되어 지속적인 토양관리가 필요하다 (Alakukku, 2000; Voorhees, 2000). 충북지역 시설재배지 토양의 표토 유기물 함량은 2016년에 37.6 g kg-1, 2020년에 32.0 g kg-1, 2024년에 33.4 g kg-1이었으며, 심토의 유기물 함량은 2016년, 2020년, 2024년 각각 21.8, 21.2, 26.7 g kg-1로 조사되었다 (Fig. 2). 유기물은 입단형성을 촉진하고 용적밀도를 감소하게 하는 등 토양 구조를 좋게하여 물리성과 밀접한 연관이 있다는 다수의 연구 결과와 같이 유기물함량이 증가함에 따라 용적밀도는 감소하는 경향을 보였다 (Soane, 1990; Dexter, 2004; Dexter et al., 2005).
Table 3
Soil physical properties of greenhouse soils by years.
| Year |
Soil layer |
PD1 (cm) |
BD2 (Mg m-3) |
Porosity (%) |
Sand (%) |
Silt (%) |
Clay (%) |
Hardness (mm) |
OM3 (g kg-1) |
| 2016 | TS4 | 32.5 (9.9) | 1.21 (0.2) | 54.5 (5.8) | 47.3 (16.6) | 40.8 (13.1) | 11.9 (4.5) | 37.6 (15.8) | |
| SS5 | 1.45 (0.2) | 45.3 (7.0) | 47.1 (16.4) | 40.4 (12.5) | 12.5 (5.2) | 16.7 (4.4) | 21.8 (11.0) | ||
| 2020 | TS | 30.3 (8.4) | 1.23 (0.2) | 53.7 (5.7) | 43.2 (16.5) | 40.7 (12.9) | 16.1 (5.3) | 32.0 (11.3) | |
| SS | 1.42 (0.1) | 46.5 (4.6) | 42.5 (18.4) | 41.2 (14.7) | 16.3 (6.6) | 14.4 (3.8) | 21.2 (11.9) | ||
| 2024 | TS | 27.1 (7.0) | 1.15 (0.1) | 56.5 (5.0) | 45.5 (16.1) | 43.2 (12.6) | 11.3 (4.7) | 33.4 (15.3) | |
| SS | 1.40 (0.1) | 47.1 (5.0) | 46.9 (16.6) | 41.9 (13.0) | 11.2 (4.5) | 16.0 (2.8) | 26.7 (15.6) |
Fig. 1
Changes in bulk density of greenhouse soils in 2016, 2020 and 2024. In the box plots, horizontal lines denote median values; boxes extend from the 25th to the 75th percentile of each group’s distribution of values; X marks denote mean values; vertical lines denote minimum and maximum values; dots denote outliers.
Conclusions
토양물리성 변동조사는 ‘친환경농어업법’의 위임을 받은 농촌진흥청의 고시 (2017-12호) ‘농업자원과 농업환경의 실태조사 및 평가기준’에 따라 수행되고 있다. 본 연구는 충북지역 토양물리성 변동조사 결과를 바탕으로 시설재배지 토양의 물리적 특성과 변화 특성을 알아보기 위하여 2016년부터 2024년까지 4년 주기로 분석하였다. 충북의 시설재배지 토양에서 주요 토양통은 강서, 고천이었으며, 지형 특성은 하성평탄지에 주로 분포하였고 심토의 토성은 사양토가 높은 비율로 나타났다. 2016년 이후 작토심은 다소 감소하였으나 심토의 유기물 함량은 증가하였고 용적밀도는 감소하는 경향으로 나타나 시설재배지 토양의 물리성이 적절히 유지되고 있음을 확인하였다. 하지만 심토의 용적밀도가 1.5 Mg m-3를 초과하는 지점이 2024년 9개소로 여전히 높아 지속적으로 용적밀도 등 토양물리성을 개선하는 토양관리가 필요할 것으로 평가되었다.
