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ISSN : 1225-8504(Print)
ISSN : 2287-8165(Online)
Journal of the Korean Society of International Agricultue Vol.28 No.1 pp.113-117
DOI : https://doi.org/10.12719/KSIA.2016.28.1.113

Spatio-temporal Distribution Characteristics of the Soil Salinity in Saemangeum Gyehwa Newly Reclaimed Land

Young-Joo Kim, Jin-Hee Ryu, Su-Hwan Lee, Yang-Yeol Oh, Sun Kim, Jin Jung, Ha-Cheol Hong, Young-Doo Kim†, Sun-Lim Kim
National Institute of Crop Science, RDA. Wanju 55365, Korea
Corresponding author +82-63-238-5311kim0yd@korea.kr
January 18, 2016 March 17, 2016 March 18, 2016

Abstract

Soil salinity at newly reclaimed land in west coast of Korea is highly variable and depending on soil characteristics and weather conditions. The objective of this study was to evaluate the spatiotemporal distribution characteristics changes on soil electrical conductivity and exchangeable sodium percentage in Saemangeum newly reclaimed land. Experimental sites was selected at Gyehwa (35°75ʹN, 126°60ʹE) in Saemangeum reclaimed land and their dominant soil series was Munpo (coarseloamy, mixed, non-acid, mesic, typic Fluvaquents). Soil samples were periodically collected at 0 ~ 20 cm and 20 ~ 40 cm layer from each site. Soil electrical conductivity had a wide range from 0.15 to 41.76 dS/m, which was variable according to the weather conditions. The average soil electrical conductivity from March 2014 to 2015 was 6.4 and 3.4 dS/m at Gyehwa in Seamangeum reclaimed land. Calcium concentration in soil solution was negatively correlated with soil electrical conductivity and soluble sodium. Soluble sodium concentration had great variations and it was the most influencing single factor for temporal variations of soil electrical conductivity regardless of soil textural properties. The characteristics of Saemangeum reclaimed land had different shares of saline and sodic properties during the experimental period. Our results indicate that persistent monitoring and modeling on soil salinity at coastal tide land is fundamental and the results can provide some useful information for deciding management plans for diverse utilization or to reduce salt damage for stable crop production at reclaimed tidal land.


새만금 계화 신간척지에서 토양 염농도의 시공간적 분포 특성

김 영주, 류 진희, 이 수환, 오 양열, 김 선, 정 진, 홍 하철, 김 영두†, 김 선림
농촌진흥청 국립식량과학원

초록


    Rural Development Administration
    PJ01025801

    우리나라 서남해안의 간척지는 식량증산을 위하여 논으로 조성되어 왔으나 쌀 수입개방을 시작으로 논 조성이 지양되고 산업시설과 주거시설 등을 포함한 종합개발로 추진되고 있으 며, 농경지도 밭이나 논밭겸용으로 이용할 수 있도록 개발되고 있다. 정부에서는 공업용지를 포함한 농경지의 확보를 위하여 간척사업을 활발히 추진하여 서남해안에 간척지가 65,000 ha이 며, 40,000 ha의 새만금 지구도 방조제의 끝막이 공사가 마무 리되어 내부 개발이 활발히 진행되고 있으며, 새만금 개발사업 은 대단위 간척종합 개발 사업으로 국토의 확장과 더불어 수 자원 개발 및 농업용지 확보 등의 목적으로 사업이 진행되고 있다. 이렇듯, 새만금 간척지 내부개발계획 28,300 ha 중 8,570 ha (30.3%)가 농업용지로 조성되며, 농지이용계획 완료기 간이 2030년에서 2020년으로 앞당겨져 점진적으로 작물재배가 시작될 것이다. 한편, 일반적으로 간척지는 염분농도와 pH가 높고 유기물 및 점토 함량이 적어서 염기성 치환용량이 적고, Na 및 Mg의 함량이 많은 반면에 Ca 함량이 적어 답리작 작 물의 생육이 어렵다. 또한, 신간척지는 토양입단이 잘 발달되 어 있지 않고 지하수위가 높아서 배수가 불량하며 밭 상태에 서는 수분이 증발할 때 염분이 토양표면에서 집적되므로 제염 이 되지 않은 간척 초기에는 수도작 재배만 가능하다. 간척지 에서 안정적인 농업을 위해서는 먼저 염농도의 수직적, 수평적 인 공간적 분포도와 변이성 파악이 중요하며 간척지 토양은 공 간적인 변이가 다양하게 분포하며 지점별로 작물 생육도 현저 히 달라진다(Jung et al., 2003). 간척지 염류의 공간적 변이 특성을 위해 Han et al. (2001)은 낙동강 하구 간척지에서 염 분 농도 분포에 관한 연구에서 조위조건과 유입유량의 변화에 따른 염분 침투 길이의 변화를 ECOMSED 모형을 적용하여 분석한 결과 낙동강 하류 하구둑에서 상류로의 염수 침입이 활발하였으며, 밀도차에 의한 담수와 염수의 층 분할 현상으로 유량의 다소에 의에 혼합의 차이를 발생한다고 하였다. 또한, 간척지 토양의 염분농도 변화와 물관리 방법을 구명하기 위해 Son et al. (2000)은 간척지의 배수양호토양과 배수불량토양을 공시토양으로 대형 Lysimeter 시험포장에서 토성별로 물관리 방법을 달리하며 벼생육시험을 수행하여 벼 생육중에 논에 담 수되는 물과 토양의 염분농도 변화를 분석하여 개발초기 고염 도 간척답과 신간척답의 염분농도 변화와 근역 토양의 염분농 도 변화를 분석하여 재염화 방지를 위해서 배수불량토양에서 는 최소 2주 이내, 배수양호토양에서는 최소 1주 이내 환수가 필요하다고 하였다(Son et al., 2000). 이렇듯 간척지에서 안정 적인 밭작물 재배를 위해서는 간척지에서 염농도의 변이에 대 한 연구가 지속적으로 이루어져야 하고, 기온 및 증발산량 변 화에 따른 토양염류의 이동 및 예측기술을 개발하고, 기후변화 와 토양특성에 따라 작물 염해정도 및 피해양상을 구명하는 간척지 토성에 따른 염농도 변이를 예측하는 기초 연구가 필 요하다. 따라서 새만금 간척지에서 토양 염농도의 모니터링 을 통해서 토양특성별 염류의 시공간적 분포 특성 및 경시 적인 염농도 변화 특성을 구명하고자 본 연구를 수행하였다.

    재료 및 방법

    조사대상지

    새만금 계화 신간척지를 대상으로 토양 특성별 시공간적 염 농도의 분포와 경시적인 염농도의 변화를 분석하기 위해서 새 만금 간척지 내 계화 신간척지(35°75'N, 126°60'E) 1,150 ha 를 대상으로 GPS를 이용하여 200 m 간격으로 시료 채취지점 289 지점을 선정하여 2014년 3월과 2015년 3월에 토양 표토 (0 ~ 20 cm)와 심토 (20 ~ 40 cm)로 구분하여 토양 시료를 채 취하여 분석하였다(Fig. 1).

    토양 염농도 측정 및 토양 시료 분석

    간척지 토양의 염농도의 공간적 특성과 경시적인 염농도의 특성을 분석하기 위하여 계화 신간척지에서 토양을 채취하여 분석하였다. 분석 항목은 EC, pH, 수용성 및 치환성 양이온 분석을 통하여 SAR 및 ESP 등을 분석하였으며, 또한, 토양 염농도의 수준을 알기위한 척도로 전기전도도(electrical conductivity, ECe)를 사용하였으며, 토양 염농도의 측정을 위 해 채취된 토양 시료는 시료봉투에 담아 밀봉한 후 실험실로 이동하여 자연건조 시킨 후 2 mm 체로 시료를 조제하여 분 석에 사용하였다(USSL, 1954). 토양 분석방법은 농촌진흥청 농업과학 기술원 토양화학분석법(NIAST, 2000)에 준하여 pH (Orion 520+, Thermo) 및 EC (Model 162A, Orion)는 초 자전극법 (1:5), 토양 유기물은 Tyurin법 또는 CNS 원소분석 기(Vario MAX CNS, elementar), 치환성 양이온은 1 NNH4OAC (pH 7.0)으로 추출하여 ICP (VISTA-MPX, Varian) 로 분석하였다. 시험과정 중 토양 염농도는 토양시료를 채취 하여 EC meter로 토양과 증류수를 1:5로 하여 EC를 측정하 고, 이 측정값에 5배수를 하여 토양의 EC로 환산하였다. 토양 입단분석은 습식 체별법(wet-sieving method)으로 수행하였으 며, 물리성은 토양시료를 100 cm3 Core로 채취하여, 고상, 액 상, 기상의 3상 비율과 용적밀도 및 공극률을 구하였다.

    통계분석

    계화 신간척지의 토양 염농도의 시공간적 분포 특성을 분석 하기 위해 ANOVA General Liner Model(GLM) 분석(SAS, 2000)을 실시하였다. 또한, 통계 처리는 R (version, 3.11) 프 로그램을 이용하여 분산분석을 실시하였다.

    결과 및 고찰

    강우량

    새만금 계화 신간척지 시험지구 인근에 농촌진흥청 계화도 관측소에서 측정한 2008, 2014 및 2015년 강우량은 Table 1 및 Fig. 2에 나타내었다. 2008, 2014 및 2015년의 계화도 관 측소에서 측정된 년 강우량은 각각 881.5 mm, 1,160.0 mm 및 791.0mm이었다. 한편, 2015년 강우일수는 107일이었으며, 일최대강우량은 7월 11일 49.0 mm이었고, 월최대강우량은 4 월 122.0 mm를 나타내었다. 2015년의 연강우량 791.0 mm는 부안지역 30년 연평균 강우량인 1,250.4 mm보다 459.4 mm가 적은 63%(30년 평균 기준)의 강우량으로 전국적으로 발생한 가뭄 현상으로 기인하였다.

    토양의 물리·화학적 특성

    새만금 계화 신간척지의 토양 염류의 경시적인 변화를 알아 보기 위한 토양 성분을 분석하여 간척지 토양의 염농도 및 염 류성분 분포 특성을 정리한 것이다(Table 2). 새만금 계화 신 간척지의 염농도는 0.004 ~ 4.098%의 범위로 평균 0.317%를 나타내었으며, 저염도(Low, EC 0.98 dS m-1), 보통염도 (Medium, EC 2.25 dS m–1) 토양과 간척지 토양인 고염도 (High, EC 5.05 dS m–1), 초고염도(Very high, EC 9.48 dS m–1)로 토양을 구분(Im et al., 2013)하였더니 보통염도의 토양 으로 나타났으며, 일반적인 간척지 토양의 특성과 비슷하였다 (Koo et al., 1998). 그리고 수용성 Mg과 Na 이온은 평균 0.575, 4.319 cmol kg–1이었으며, 치환성 Mg과 Na 이온은 1.926, 0.820 cmol kg–1을 나타내었다. 한편, Exchangeable sodium percentage(ESP)는 13.7%를 나타내어 Sodic 토양의 기준치인 15보다 낮아서 Na에 의한 영향이 상대적으로 적을 것으로 나타났다. Cl과 SO4는 1,405, 371 cmol kg–1을 나타내 었다.

    새만금 계화 신간척지의 토양의 염농도의 변화는 Table 3과 같다. 2015년의 평균 토양 염농도는 0.317%로 2008년도의 0.983%에 비해 68%정도 감소하였고, 2014년도의 0.455%에 비해서는 30%정도 감소하였으며, 2008년도부터 2015년까지 토양 염농도는 지속적으로 감소하고 있음을 알 수 있다. 한편, 자료의 분포 모양이 평균을 중심으로 어느 한쪽으로 치우쳐져 있는 경향을 나타내는 왜도(Skewness)와 자료의 분포모습이 정규분포보다 더 중앙에 집중하는가를 나타내는 척도인 첨도 (Kurtosis)를 살펴보면(Ryu, 2013), 왜도와 첨도가 점점 증가하 여 토양 염농도가 낮게 나타나는 지역이 증가하는 추세를 보 여주었다.

    새만금 계화지구의 2014년과 2015년의 조사 결과, 토양 염 농도는 시간의 흐름에 따라 감소하는 경향을 나타내었으며, 담 수호와의 지형적 거리에 의한 영향은 거의 없었으며, 과거의 지형이 갯골이었던 지역이 높게 나타나서 과거 지형과 지역적 인 차이에 의한 염농도의 변화가 크게 나타났음을 알 수 있었 다(Fig. 3).

    새만금 간척지의 토양 염농도와 토양 경도 및 수리전도도의 관계는 Fig. 4와 같다. 토양경도는 토양 염농도와 양의 상관관 계(R2 = 0.64)를 나타내고 있어서 토양 염농도가 토양 물리성 에 어느 정도 영향을 미치고 있음을 알 수 있었다. 한편, 수 리전도도는 토양 염농도와 상관성(R2=0.66)은 높지 않았으나 음의 상관관계를 나타내었으며, 이는 간척지에서의 제염과정 중에서 일어나는 수리전도도의 변화와 유사하였다(Koo & Eun, 1988; Yoo & Lee, 1988).

    새만금 계화 신간척지 토양의 2008년, 2014년 및 2015년의 염농도의 경시적 변화는 Table 4에 나타낸 바와 같다. 2008년 에 비해 2014년과 2015년의 계화 신간척지에서 토양 염농도 의 경시적 변화는 급격히 감소하는 경향을 나타내었으며, 2015 년도 조사지역의 79% (912 ha)가 0.3% 이하로 낮은 염농도를 나타내었다. 또한, 염농도가 1.0%를 초과하는 조사면적이 2008년에는 38% (379 ha)이었으나, 2015년에는 13%(145 ha) 로 감소하였다. 한편, 계화 신간척지의 토양 전기전도도(EC)와 수용성 및 치환성 이온과의 관계는 Table 5에 나타낸 바와 같 다. 간척지 토양 특성 중 토양 EC는 수용성 이온들과 높은 상관성을 보여주고 있으며 특히, Na 이온 함량과 가장 높은 상관관계를 보인 반면, 치환성 Ca와 K 이온과는 음의 관계를 나타내었다. 또한, ESP는 0.845을 나타내었고, Sodium adsorption Ratio(SAR)은 0.757을 나타내었다.

    새만금 계화 신간척지의 토양 염농도의 공간적 특성을 구명 하기 위해 토양 시료 채취지점의 지형적 특성을 고려하여 갯골 , 노지, 접경지역, 갈대지역으로 구분하여 정리하였다(Table 6). 시료 채취지점의 지형적 특성은 Table 6에서 나타낸 바와 같 이 갯골, 노지, 접경지역 및 갈대 지역 등 간척지 표면의 피 복 상태에 따라 염농도가 상이하게 나타났으며, 지리적, 지형 적 특성이 자생 식물군 분포 및 토양 염농도 등에 영향을 미 치고 있으며, 특히, 토양 염농도는 갯골 지역에서 가장 높게 나타났으며, 갈대가 자생하는 지역과는 큰 차이를 보여주고 있 었다.

    적 요

    본 연구는 신간척지 토양에 대한 염류의 시공간적 분포 특성 을 조사하기 위해 새만금 계화도 신간척지 1,150 ha를 200 m 단위의 격자로 구분하여 토양 조사지점을 선정하여 시료를 채 취하여 토양 성분을 분석하였으며, 그 결과를 이용하여 새만금 간척지의 염류농도의 공간변이성 및 분포도를 분석하였다. 새 만금 간척지 계화지구의 2015년의 평균 토양 염농도는 2008 년에 비해서는 32% 수준이었고, 2014년과 비교하면 70% 수 준을 나타내고 있었으며 자연제염이 꾸준히 진행되고 있었다. 또한, 염농도가 0.3% 이하를 나타낸 조사면적은 2008년과 2015년에 각각 11%(113 ha), 79%(912 ha)로 경시적으로 염 농도가 낮아지는 경향을 나타내었다. 한편, 새만금 계화지구의 토양 염농도는 담수호와의 근접 거리에 의한 영향보다는 과거 에 갯골이었던 지형에서 염농도가 높게 나타났으며, 이러한 특 성은 토양의 물리적 특성에도 영향을 끼쳤으며, 향후 간척지 를 농업용지로 이용하고자 할 때에는 과거 지리 지형적 특성 을 고려하여 농업용지 구획을 설정해야 할 것으로 판단된다. 또한, 새만금 계화 신간척지에서 염농도의 시공간적 분포 특 성 결과는 향후 새만금 내부 개발이 시행되었을 때 신간척지 를 농지로 활용하고자 할 때 농업활동이 가능한 지역을 용이 하게 파악할 수 있으며 작부체계를 신속히 설정하여 원활한 영농활동에 필요한 정보를 제공할 수 있을 것으로 사료된다.

    ACKNOWLEDGMENTS

    본 성과물은 농촌진흥청 연구사업(세부과제명: 간척지 토양 염류 변동 실태조사, 세부과제번호: PJ01025801)의 지원에 의 해 이루어진 것임.

    Figure

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    Sampling points of soil salinity variation in Saemangeum reclaimed land (35°75'N, 126°60'E).

    KSIA-28-113_F2.gif

    Status of daily precipitation in Saemangeum reclaimed land during from 2014 to 2015 year.

    KSIA-28-113_F3.gif

    Yearly distribution characteristics of salinity in Saemangeum reclaimed land.

    KSIA-28-113_F4.gif

    Relationship between Soil EC and soil hardness and hydraulic conductivity in Saemangeum reclaimed land in 2015.

    Table

    Annual and monthly precipitation at the Gyehwa weather station.

    Distribution characteristics of salinity and salts component in Saemangeum reclaimed land in 2015.

    Yearly Changes of soil salinity in Saemangeum reclaimed land. (unit: %)

    Changes of distribution area of soil salinity in Saemangeum reclaimed land in 2015.

    Correlation coefficient between soil electrical conductivity(EC) and salts variable(r) in Saemangeum reclaimed land in 2015.

    Chemical properties of sampling sites in Saemangeum reclaimed land.

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