우리나라 서·남해안에 개발된 간척지는 식량증산을 위하여 논으로 조성되어 왔으나 쌀 수입개방을 시작으로 논 조성이 지 양되고, 농업 이외의 산업시설과 상공업부지 등 타 목적으로도 이용하기 위한 종합개발로 추진되고 있으며, 농경지도 밭이나 논밭겸용으로 이용할 수 있도록 개발되고 있는 추세이다(RRI, 2007). 우리나라는 서해안에 많은 간척지를 조성해 왔으며 우리 나라 간척지의 주요 토양은 하해혼성토로 미사함량이 2 ~ 70%, 점토함량은 3 ~ 24%의 범위로 함유되어 있고, 표층의 pH는 4.6 ~ 7.4, 염농도는 1 ~ 2.3%의 범위로 분포되어 있다(Jung et al., 2005). 새만금지구 개발 사업은 대단위 간척종합 개발 사 업으로 국토의 확장과 더불어 수자원 개발 및 농업용지 확보 등의 사업이 진행되고 있으며, 새만금 간척지 면적 중 8,570 ha (30.3%)가 친환경 복합농업과 생태작물 재배가 주로 이루는 농 업용지로 조성되어 점진적으로 작물재배가 시작될 것이다. 우 리나라 간척지 토양은 일반적으로 염농도와 pH가 높고 유기물 및 점토 함량이 적어서 염기성 치환용량이 적고, Na 및 Mg의 함량이 많은 반면에 Ca 함량이 적어 답리작 작물의 생육이 어 렵다(Kim, 2011). 또한, 신간척지는 토양입단이 잘 발달되어 있지 않고 지하수위가 높아서 배수가 불량하며 밭 상태에서는 수분이 증발할 때 염분이 토양표면에서 집적되므로 제염이 되 지 않은 간척 초기에는 수도작 재배만 가능하다. 간척지에서 안정적인 농업을 하기 위해서는 먼저 염농도의 수직적, 수평적 인 공간적 분포도와 변이성 파악이 중요하다(Han et al., 2011). 간척지 토양은 공간적인 변이가 다양하게 분포하며 지 점별로 작물 생육도 현저히 달라진다(Jung et al., 2003). 이렇 듯 최근 기후변화에 따른 이상기상(폭우, 가뭄 등) 및 간척토 양의 이화학적 특성에 따른 실시간 토양염류 변동 예측기술의 개발과 안정적인 식량자급률 향상을 위한 대규모 농지의 중요 성이 커짐에 따라 간척농지 또한, 그 중요성이 증가되고 있는 추세로 간척지에서 안정적인 밭작물 재배를 위해서는 기온 및 증발산량 변화에 따른 토양염류의 이동 및 예측기술개발이 필 요한 실정이다(RRF, 1945). 그래서 Son et al. (2000)은 간척 지의 배수양호토양과 배수불량토양을 공시토양으로 사용하여 대형 Lysimeter를 설치한 시험포장에서 토성별로 물관리 방법 을 달리하여 벼 생육 시험을 수행하였으며, 벼 생육 기간 중 논에 담수되는 물의 염분농도 변화 및 토양의 염분농도 변화 를 분석하여 개발초기 고염도 간척답과 새로 조성될 신간척답 의 염분농도 변화와 근역토양의 염분농도 변화를 분석하였다. 재염화 방지를 위해서 배수불량토양에서는 최소 2주 이내, 배 수양호토양에서는 최소 1주 이내 환수가 필요하다고 하였다 (Son et al., 2000). 간척지 밭작물의 정상생육을 위한 적정관 개용수량을 추정하고 적절한 물관리 방법을 강구하여 관개계 획수립에 활용하고자, 고염도간척지 시험포장인 계화도 지구 에서 물관리 방법에 의한 제염시험을 수행하고, 비교적 내염 성이 강한 토마토와 비트를 공시작물로 선정하여 생육시험을 수행하였다(Koo et al., 1992). 이와 같이 기상변화에 따른 작 물 염해정도 및 피해양상이 토양특성에 따라 다르기 때문에 간척지 토양특성별 염농도 변이예측을 위한 기초자료 및 작물 의 안정적인 생산을 위한 연구가 필요하다. 따라서 본 연구는 새만금 간척지의 밭토양에서 염류이동에 대한 모니터링을 실 시하여 피복방법과 토양 특성에 따른 염분 이동 의 변화 특성 을 파악하고자 하였다.

재료 및 방법

조사대상지

새만금 간척지 밭토양에서 염분의 이동특성을 구명하기 위 해서 시험포장을 구성하였다(Fig. 1). 본 연구는 2015년 4월부 터 10월까지 세사 양토인 간척토양의 대표토양인 새만금 내 간척지를 새로 조성하여 임시 경작하고 있는 사양토(문포통) 인 농촌진흥청 새만금 계화시험포장(35°46′N, 126°37′E)에서 수행하였다. 또한, 시험포장은 저염지와 고염지로 구분하여 각 7개의 시험구(3.0 m × 10.0 m)를 조성하였으며, 각각의 처리 구에는 백색비닐피복, 볏짚피복, 대조구(무피복)로 구분하여 (Fig. 1), 피복 재료의 차이에 따른 염분 이동 특성에 대해 조사하고자 하였으며, 각각의 시험구에 공시작물인 옥수수를 파종하여 관리하였으며, 그에 따른 염분 농도의 변화 및 토양 염류의 이동 특성을 조사하였다. 한편, 염류 상승정도를 조사 하기 위한 강우 차단시설은 통기가 양호한 상태로 준수하기 위하여 지상 1.5 m의 비닐 구조물을 설치하였고, 지하수위 측 정은 1.5 m 길이의 PVC관을 연직으로 설치하여 매월 1 ~ 2회 주기적으로 조사 분석하였다.

토양 염농도 측정 및 토양 시료 분석

토양 염농도의 수준을 알기위한 척도로 전기전도도(electrical conductivity, ECe)를 사용하였고, 토양 염농도의 측정은 0 ~ 20 cm, 20 ~ 40 cm 깊이에서 시료를 채취하여 시료봉투에 담아 밀봉한 후 실험실로 이동하여 자연건조 시킨 후 2 mm 체로 시료를 조제하여 분석에 사용하였다(USSL, 1954). 토양 분석방법은 농촌진흥청 농업과학 기술원 토양화학분석법 (NIAST, 2000)에 준하여 pH와 EC는 토양과 증류수의 비율을 1 : 5로 하여 초자전극법(Orion 520A, Boston, USA)으로 측정 하였고, 유효인산함량은 NH₄F이 함유한 침출액을 사용하여 Lancaster법에 따라 비색계(UV-1650PC, Shimadzu Co., Japan)로 측정하였다. 토양유기물은 Tyurin범으로 측정하였으 며, 치환성 양이온은 1N-NH₄OAc (pH 7.0)을 첨가한 후 30 분간 진탕 여과하여 ICP (Varian, USA)를 이용하여 측정하였 다. 또한, 토양 입단분석은 습식 체별법(wet-sieving method)으 로 수행하였으며, 물리성은 토양시료를 100 cm³ Core로 채취 하여, 고상, 액상, 기상의 3상 비율과 용적밀도 및 공극률을 구하였다.

통계분석

계화 간척지의 토양 염농도의 시공간적 분포 특성을 분석하 기 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

토양 화학성

시험 토양의 화학성 분석은 새만금 간척지인 계화도에서 토 양 시료를 채취하여 분석하였으며, 그 결과인 일반적인 토양 특성은 Table 1과 같다. 또한, 새만금 시험지구인 계화포장에 서 시험구를 저염지대와 고염지대로 구분하여 조성한 후, 공 시작물을 재배하기 전에 공시 토양을 채취하여 분석한 결과는 Table 2에 나타내었으며, 시험전 토양의 특성은 pH, K 및 Mg는 일반 밭 토양보다 높았으며, OM, P₂O₅ 및 Ca는 낮은 것으로 나타나 시험 토양의 염농도는 기존 자료(Shim et al., 1989; Yoo et al., 1989)에 제시된 간척 토양의 숙성화 정도 별 수치와 비교하면 간척 후 약 10년 정도 경과한 토양과 비 슷한 것으로 나타내었다.

지하수의 염농도 변화

지하수위의 변화는 Fig. 2와 같으며, 8월에 22.0 cm까지 상 승하였다가 그 후로 낮아지기 시작하여 10월에는 98.4 cm로 낮아졌는데, 이는 기온 상승으로 인한 지하수의 모세관 상승 현상과 시험포장 주변의 경지에서 5월부터 8월까지 관개시설 에 의한 관개수가 공급되어 여러 재배 경지에서 이용된 후 배 수된 수량이 지하의 침투 수량 및 지하수위에 영향을 주어 증 가된 지하수량으로 인해 지하수위가 높아지다가 9월에는 다시 지하수위가 낮아졌다고 생각된다.

한편, 새만금 간척지인 계화도 시험포장의 지하수 중 주요 양이온 함량변화는 Table 3에 나타낸 바와 같으며, Na, Mg, Ca, K 등의 이온은 5월부터 9월까지 점진적으로 증가되었는 데, 이는 지온상승에 의한 양이온의 혼합이 용이해지고, 지하 수위의 상승으로 토양중의 양이온이 용출된 것으로 생각된다 (Shim et al., 1989; Ryu et al., 2009). 또한, 토양 중에 양 이온은 월별로 변화량이 크며, 특히 8월중에 양이온 농도가 높 은 이유는 기온 상승에 의한 토양수분의 증발량이 증가하였으 며 승화현상으로 인한 지표수에서의 양이온의 농도가 증가된 이유로 사료된다.

지하수와 지표수의 염류도 변화는 Fig. 3과 같이 지표수의 경우는 양이온 함량 변화와 상이하였고, 6월중에 염류도가 낮 아진 뒤 증가하였고, 9월 이후에는 크게 낮아져 양이온 함량 변화와 상이한 결과를 얻었는데, 이는 염농도 변화에 Cl^-, SO₄^- 등의 음이온이 영향을 끼친 것으로 사료된다(Ryu et al., 2009).

토양수분 함량별 염농도 변화

강우차단 조건에서 표토의 토양 수분 함량에 따른 염농도의 변화는 Table 4와 같다. 저염농도 포장지대에서는 토양수분이 낮은 처리구에 비해 높은 처리구에서 염농도가 높게 나타났으 며, 이와 같은 연구 결과는 Reitemeier (1945)의 연구에서 제 시한 결과와 같은 경향을 보여주었으며, 토양의 염농도가 높 은 경우에는 토양수분 함량에 따라 큰 차이가 없었음을 알 수 있었다. 토양중의 염분의 이동은 모세관 작용에 의한 수분의 이동과 함께 지표로 이동하여 수분은 증발되고 지표에 염류가 집적되는데(Sohn et al., 2010), 염농도가 낮을 경우에는 수분 의 모세관상승으로 증발량이 많아 점차 토양에 염류가 집적되 었으며, 염농도가 높은 경우는 지하수의 염농도가 토양중 염 농도보다 낮아 염류집적이 적었기 때문으로 사료된다. 한편, 염농도의 경시적인 변화는 저염농도 시험구 토양에서 계속 증 가하다가 지하수위가 낮아지는 9월부터는 비례적으로 낮아졌 으나, 고염농도 토양에서는 지하수의 염농도가 낮아진 6월에 저하되는 것으로 나타났다.

시험포장에서 각기 다른 강우차단 조건에서 토양 염농도에 따른 유효인산함량 변화는 Table 5에 나타내었다. 염농도와 인 산함량은 토층과 관계없이 저염농도 지대의 토양에 비해 고염 농도 지대의 토양에서 높았으며, 이는 염과 인산함량이 비례 한다는 Antonio Cerda et al. (1977)의 보고와 유사한 경향을 나타내었다. 또한, 토양염류의 경시적 변화는 표토에 있어서 인산함량이 점점 증가하다가 지하수위가 낮아지는 9월에 저하 되었으나, 심토의 경우에는 계속적으로 낮아지다 8월 이후 증 가되어 상반된 현상을 나타내었는데, 이는 토양 온도의 상승 으로 토양미생물의 활동이 활발하여 토양 환원에 따른 불용성 인산이 유효태 인산으로 변화하여 그 양이 증가된 결과로 생 각된다.

시험포장에서 토양수분함량과 인산함량의 상관관계는 Fig. 4 에 나타내었다. 자연강우 조건의 표토와 심토의 강우차단 조 건의 심토에 있어서는 높은 정의 상관관계(R² = 0.86, 0.83)를 나타내었으며, 이는 수분이 많을수록 인산함량이 증가한 반면, 염이 집적되는 강우차단 조건의 표토에서는 음의 상관성을 보 였으나, 유의성은 낮게 나타났다. 한편, 자연강우조건과 강우 차단 조건의 심토에서는 토양수분함량이 충분한 조건이 되기 때문에 토양환원이 촉진되거나 알카리 조건에서 산성인산염으 로 되어 불용성 인산의 유효화량이 많아진 것으로 판단된다 (Sohn et al., 2010).

피복 재료별 토양의 염농도 변이

시험구에서의 피복 유무에 따른 토양의 염농도의 변이는 Fig. 5와 같다. 전체적으로 토양 염농도는 6월에 일시적으로 낮아진 뒤 그 후 점차 증가하다가 8월 이후 다시 낮아짐을 알 수 있으며, 이렇듯 토양 염농도의 변화는 지하수의 영향을 많이 받는 것으로 나타났다. 이는 Son et al,. (2010)의 여름 장마기의 지하수위 상승과 토양의 수분포화도가 높아짐에 따 라 토양의 강우수용능력이 줄어들기 때문에 적은 강우량에도 정체수가 많이 발생하는 간척지의 특성에 기인한다는 결과와 유사하였다.

피복 재료별 염류상승 억제효과는 백색 비닐피복 > 볏짚피 복 > 대조구(무피복)구 순으로 높게 나타났으며, 이는 간척지 토양에서 이랑을 비닐로 피복하여 작물을 재배했을 때 수분 증발을 억제함으로써 염분 상승을 억제하는 효과가 증대되어 평균 염농도가 감소한 결과를 나타낸 본 연구와 유사하였다 (Sohn et al., 2010; Ryu et al., 2013). 또한, Jo et al. (1985)의 보고에 의하면 토양수분 증발 억제율은 비닐피복 > 모래피복 > 무처리(무피복)구 순으로 나타났으며, 각각 95%, 63%, 41%로 수분 증발이 억제된다는 결과와 유사한 경향을 보여주었다. 또한, 백색 비닐과 볏짚으로 피복하여 처리한 결 과를 보면, 볏짚으로 피복한 처리구는 빛의 투과가 저조하여 잡초의 생육이 억제된 반면, 백색 비닐피복은 잡초의 생육이 왕성하여 잡초 뿌리의 수분흡수로 인한 모세관 상승으로 토양 중 염이동에 미치는 영향이 큰 것으로 나타내었다. 토양 중 용탈, 이동이 용이한 음이온에 대한 피복 재료별 경시적 변화 는 Table 6과 같다. 간척지 토양중 Cl 이온의 생리작용은 식 물체의 광합성률을 감소시키고, 탄수화물의 이동저하, 수분흡 수를 저해하며, SO₄ 이온은 환원상태에서 Zn과 결합하여 Ca 흡수저해와 Na 흡수촉진 및 엽록체의 광인산화반응을 저해한 다고 하였다(Ryu et al., 2009).

대조구(무피복)에 비해 비해 토양 표면을 재료로 피복함으 로서 작토층의 음이온 함량 증가를 억제하였으며, 특히 염농 도가 급격히 증가한 7월 이후에 음이온 상승의 억제 효과가 있었다. 피복 재료별 염농도 상승 억제효과는 백색 비닐피복 > 볏짚피복 > 대조구(무피복) 순이었으며, 6월에 있어서 음이온 농도의 감소를 보였는데, 염분 증가에 따라 Cl 이온이 증가된 다고 보고한 Cho et al. (1992) 결과와 비교하였더니, 이렇듯 음이온의 감소가 전치한 6월의 토양 염농도 저하에 영향을 받 았음을 알 수 있었다. 식물체의 핵산합성에 영향을 주는 토양 중 K/Na 비는 Fig. 6과 같으며, 피복함으로써 8월 이후 그 비율이 증가하였는데, 이는 Na 함량의 감소에 기인된 것이 아 니라 Na 증가량에 비해 K 증가량이 더 컸기 때문인 것으로 사료된다. 따라서 토양중 K 함량이 많음으로서 식물체의 Na 급수를 줄일 수 있는 방법으로 피복함으로서 모세관 상승작용 이 억제되어 작토 중에 염류의 집적이 억제됨으로서 작물 재 배시 피복에 의해 염해를 경감시킬 수 있다고 판단된다.

토양 물리성 악화를 초래하는 SAR (Sodium Adsorption Ratio)값의 변화는 Fig. 7에 나타낸 바와 같으며, 그 결과로 살펴보면 9월에 대조구(무처리), 볏짚 및 비닐피복 순으로 28.0, 23.5 및 16.0%로 각각 나타났으며, 비닐피복으로 그 값 을 낮게 억제하였으며, 경시적으로 지하수의 양이온 함량 변 화와 같이 지속적으로 높아져 토양구조 악화를 초래하여 향후 작물 재배시 식물체의 피해가 우려된다.

최근 피복에 의한 수분증발 억제방안이나 내염성 밭작물 시 험 등 많은 연구가 이루어지고 있으나, 이런 면에서 신간척지 를 밭으로 활용할 경우에는 모세관 상승으로 인한 재염화가 우려되며, 앞으로 간척지에서의 작물을 재배하고자 할 때에는 작물 재배기간의 토양 중 염류 이동에 관한 연구가 더욱 많이 수행되어야 할 것이다.

적 요

본 연구는 간척지를 밭으로 이용할 때 토양중의 염농도 이 동의 상태를 구명하기 위해 새만금 간척지의 계화도 시험포장 (문포통)을 조성하여 시험하였다. 지하수의 양이온 함량 변화 는 경시적으로 증가를 보였으나, 지표수의 경우에는 염농도의 변화가 점차 감소하였으며, Na과 Mg 이온에 비해 K 이온은 함량이 적은 것으로 나타났다. 강우차단 조건에서는 저염지대 토양의 수분함량이 높은 처리구에서의 토양은 염농도 함량이 높았으나, 고염지대의 토양에서는 큰 차이가 없었다. 강우차단 조건에서의 토양 중 유효 수분함량은 저염지대 토양에 비해 고염지대의 토양에서 높은 것으로 나타났다. 자연강우 조건에 서는 토양수분 함량과 유효수분 함량간에 유의성 있는 정의 상관을 나타내었으며, 강우차단 조건의 표토에서는 유의성이 크게 나타나지 않았다. 토양 염농도, SAR, Cl⁻ 및 SO₄⁻ 등 토양 음이온의 비율은 비닐피복 > 볏짚피복 > 대조구(무피복) 순 으로 높게 나타내었다. 따라서 간척지에서 토성, 기상인자, 모 세관현상, 침투현상 등을 고려한 염류 변동성 조사가 지속적 으로 수행된다면 보편 타당성 있는 연구 결과가 기대되며, 본 연구 결과는 향후 간척지에서 밭작물 재배에 필요한 기초자료 로 활용하는데 기여할 수 있을 것으로 사료된다.