의약품의 발달과 생활환경의 개선으로 세계 인구는 1970 년 37억에서 2014년 70억으로 증가하였고, 더욱이 2050년에는 세계인구가 93억으로 증가할 것으로 예측되고 있다(United Nations, 2015). 인구 증가에 따라 세계적으로 2040년까지 50%의 식량 증산이 필요한 실정이며, 식량의 증산을 위하여 식 량 생산이 가능한 관개지(irrigated land)를 계속적으로 확대하 고 있다(Alexandratos and Bruinsma, 2012). 우리나라도 간척 지 개발 사업을 통해 벼 재배면적이 135천ha 증가되었으며, 이 는 전체 논 면적의 약 14%를 차지하고 있다. 간척 농경지에서 의 안정적인 벼 생산을 위해서는 토양의 염분 제거와 농업용 수의 염분 한계농도인 250 mg/l 이하의 농업용수 공급이 중요 하다(Choi et al., 2003). 하지만 기후변화의 영향으로 가뭄의 발생 빈도가 증가하고 있어 토양 및 농업용수의 염분 농도 증 가로 염해 피해가 우려되고 있다.

식물에서의 염해는 토양이나 관개수의 염 농도가 높아져 뿌 리의 삼투압 저하로 나타나는 생리적인 작용과 염분의 이상흡 수로 물질대사에 저해를 받는 생화학적 작용으로 구분된다(Sah et al., 2016; Theerawitaya et al., 2012; Zhu, 2002). 또한 해수 등의 영향으로 염분이 잎에 부착되어 나타나기도 한다. 식물체내에 염이 집적되면 일차적으로 세포내 Na⁺과 Cl^-이온의 농도 증가로 수액(aqueous solution) 및 이온 항상성이 파괴되 며 이 결과 삼투압의 불균형과 이온 독성을 유발한다(Zhu, 2003). 삼투압의 불균형은 세포의 팽압 감소로 양분의 흡수를 방해한다. 또한 세포내 증가된 Na⁺과 Cl^-이온은 단백질의 구 조를 파괴하여 물질대사의 기능을 저해한다(Hamamoto et al., 2015; Theerawitaya et al., 2012; Xu et al., 2016). Na⁺의 농도 증가는 동화작용을 억제하고 질소의 과잉축적을 유발하 여 출수를 지연한다(Kim et al., 2012). 특히, 벼는 생육단계 중 유묘기와 개화기에 염해 피해가 가장 심각하다고 알려져 있다. 유묘기의 염해는 뿌리 발달 및 신장의 억제와 근모 발 달 지연을 유발하여 이에 따라 전체적인 벼 발육상태가 불량 하게 되어 수량이 감소된다(Ahn et al., 2004; Hakim et al., 2014). 개화기에 염해가 발생하면 화분활력이 떨어져 임실입 수가 감소되며 물질의 전류 속도가 감소하여 등숙비율도 떨어 진다(Farshid and Hassan, 2012).

Maas와 Hoffman에 의해 제안된 염해 안내서(Salinity guidelines)에 따르면 뿌리층의 Na, Cl 등의 염에 의한 전기전 도도(electric conductivity)가 3.0 dS/m이상이면 염해가 발생하 며, 전기전도도가 1씩 증가할 때 벼 수량은 12% 감소한다고 한다(Maas and Hoffman, 1997). 하지만 미농림부의 보고에 따르면 농업용수의 평균 전기전도도가 1.9 dS/m 이상이면 벼 의 수량이 감소하며, 3.0 dS/m의 전기전도도에서 40%의 경수 가 감소하였으며 쌀수량도 30%이상 감소하였다(Grattan et al., 2002). 최근에 최고분얼기에 2.93 dS/m의 염농도를 처리하면 주당 엽수와 엽면적이 약 20%와 36% 감소하며, 경수와 뿌리 신장은 19%와 12.5% 감소한다는 연구결과가 발표되었다 (Boruah and Hazarika, 2010).

간척지는 물이 가장 중요한데 물 공급이 중단 될 경우 염 피 해를 바로 받아 수량 감소와 미질 저하가 우려된다(Koo et al., 1998; Choi et al., 2011). 2015년 천수만 간척지 6000 ha에 가 뭄에 따른 염해가 발생하여 피해율이 약 70% 정도였다. 이와 더불어 바닷가와 인접한 지역에서 지하수와 지표수(용천수)를 농업용수로 이용하여 벼를 재배하는 곳에서도 염해 피해 발 생이 우려되고 있다. 제주도 북제주군의 바다가 인접한 지표 수(용천수)의 평균 염분농도는 농업용수 염분농도는 한계염분 농도 250 mg/l보다 높은 264.7 mg/l였으며, 몇몇 지역은 지표 수지만 농업용수로 활용이 불가능한 500 mg/l이상의 염분농도 를 나타냈다. 임진강 하류부의 경우 가뭄으로 바닷물이 역류 하여 염해 농도가 증가하여 벼 재배 피해가 반복적으로 발생 하고 있다. 양산시의 경우 염분이 높은 지하수의 농업용수 유 입에 따라 염분농도가 541mg/l로 증가하였으며 피해가 발생하 였다. 따라서 본 연구는 일반농경지에서 벼 이앙재배시 염분 이 함유되어 있는 관개수 또는 지하수를 농업용수로 이용할 경우를 가정하여 염분 농도에 따른 한계 피해 농도를 구명함 으로써 안정적인 관개수 확보 대책마련을 위하여 시험을 수행 하였다.

재료 및 방법

시험재료 및 염분 농도별 처리 방법

본 연구는 2014년 극심한 봄가뭄으로 임진강하류에 염류가 높은 물을 관수해야만 하는 상황에서 이를 해결하기 위하여 그 해 국립식량과학원(전북 익산소재) 유리온실에서 수행하였 다. 시험토양은 전북통(미사질양토)이었으며, 실험재료는 국립 식량과학원에서 육성된 청호벼 품종을 이용하였다. 육묘는 묘 상자당 180 g을 파종하여 19일 육묘한 모를 5월 20일에 1/ 2000 a 와그너 폿트에 시험 조건별로 5본씩 5반복으로 손이앙 하였다. 시비량 및 시비방법은 N-P₂O₅-K₂O = 11-4.5-5.7 kg/ 10 a기준으로 국립식량과학원 폿트재배 시비법에 의하여 시용 하였다. 관개수 염피해 한계농도를 구명하기 위하여 염분 농 도별 관개수는 소금을 이용하여 염 농도 0.01%(민물)을 대비 로 0.03, 0.05, 0.08, 0.1, 0.13, 0.15, 0.2, 0.25, 0.3, 0.5, 0.7, 1.0%를 이앙전 정지작업부터 수확기까지 일정한 농도로 처리하였다.

생육조사

초장과 경수는 이앙후 35일부터 주요생육시기에 전 폿트를 조사하였다. 간장, 수장, 수수는 출수 후 25일경에 전수 조사 하였는데, 간장은 지상에서 최장간 이삭의 이삭목까지의 길이 를 조사하였으며, 수장은 간장 조사 주에서 이삭목에서 이삭 끝까지의 길이를 측정하였다. 수당립수와 천립중, 등숙비율은 5반복 전수 조사하였는데, 수당립수는 이삭수에 총립수를 나 누어 조사하였다. 등숙비율(%)은 염농도 1.04로 비중 수선한 후 완전 등숙립수를 총립수로 나누어 100%로 환산하였다. 현 미천립중은 완전립 1,000립의 무게를 3반복으로 측정하였고 수량은 정조로 나타내었다(Kim et al., 2012). 병해충 및 잡초 방제는 기본방제를 기준으로 하였으며, 기타 재배 및 생육조 사 등은 벼맥류부 표준재배법(NICS, 2010)과 농촌진흥청 시험 연구 조사기준(RDA, 2003)에 의하여 조사하였다.

토양 염농도 측정

토양염농도는 벼를 수확한 후 토양시료를 채취하여 실험실 에서 음건 조제후 EC 메터기(Toledo, 스위스)로 측정하였다.

결과 및 고찰

농촌진흥청에서는 지난 50여년 동안 자포니카 내염성 품종 개발을 위하여 간척지 토양에 비교적 적응성이 높은 서평벼, 서간벼 등 10여 품종을 개발을 하였다. 하지만 최근 간척지를 벗어난 바닷가 인근 지역에서 고염농도의 지하수 이용에 따른 피해보고 사례가 발생하고 있다. 본 연구논문에서는 일반농경 지에서 벼 재배 중에 염분이 함유되어 있는 관개수 또는 지하 수를 농업용수로 이용 할 경우 염분 농도에 따른 한계 피해 농도를 구명하고자 2004년 간척지 적응 고품질 내병다수성 품 종으로 육성된 청호벼를 사용하였다.

공시품종인 청호벼의 영양생장기 동안 염분 농도별 관개수 처리에 의한 생육특성을 조사하기 위하여 이앙 후 35일에 초 장과 경수를 조사하였다(Table 1). 관개수의 염농도가 증가될 수록 초기 생육특성인 초장과 경수의 발달이 저해되었다. 초 장은 염농도 0.13%까지는 큰 차이가 없었으나 0.15% 부터 짧아져, 0.20%의 염농도에서는 민물관개(대비) 40% 초장이 크 게 감소하였으며, 0.5% 이상 염농도에서는 완전히 고사하였다.

염농도 증가에 따른 경수 감소율도 초장의 감소 특성과 비 슷하게 조사되었다. 민물관개인 0.01%보다 0.03% 염농도 처 리에서 경수가 17% 감소하여 15.6개에서 13.0개로 적어졌다. 0.08%의 염농도에서는 경수가 32% 감소하였으며, 0.20%의 염 농도 처리에서는 경수가 85%까지 급감하여 거의 분얼이 되지 않음을 알 수 있었다. 일본 三重縣(1954) 자료에 의하면 이앙 기부터 활착기까지 생장장해 한계염농도를 0.05%라고 보고하 였는데, 본 연구결과 염농도 0.08%까지는 안정적이라고 판단 되었는데, 이러한 결과는 그 동안 우리나라에서 내염성 품종 육성의 주요 성과라고 생각된다.

관개수 염분농도별 출수기, 수량구성요소 및 수량을 보면 Table 2와 같다. 벼를 이앙하여 영양생장기까지 관개수 염농도 0.25%까지는 어느 정도 생육을 하였으나, 생식생장기에 접어 들면서 관개수 염농도가 높아짐에 따라 피해는 급격히 심해져 출수기 당시 관개수 염농도 0.1%까지만 생존하였고 0.13% 이 상에서는 완전히 고사하였다.

출수기를 보면 민물관개(대비)가 8월 15일에 출수되었는데 염농도 0.03%는 1일, 0.05%는 2일, 0.08%는 4일, 0.1%에서 는 7일이 지연되었다. 성숙기에 조사한 간장과 수장은 민물관 개 대비 관개수 염농도 0.05%까지는 차이가 없었으나 0.08% 에서는 짧아졌고 0.1%에서는 크게 짧아졌다.

수량구성요소를 보면 주당수수는 민물관개 대비 관개수 염 농도 0.05%까지는 차이가 없었으나 0.08%는 적어지다가 0.1%는 급격히 작아졌다. 수당립수는 관개수 염농도가 높아질 수록 감소폭은 더욱 커 0.1%에서는 거의 벼알이 없었다. 등숙 비율도 비슷한 경향으로 0.08%까지 62% 이상 등숙이 되었으 나 그 이후 농도에서는 거의 등숙이 안되었다. 따라서 정조수 량은 관개수 염농도가 높아질수록 감소폭이 심하여 민물관개 대비 관개수 염농도 0.03%는 72.7%, 0.05%는 61.1%, 0.08%는 32% 수량성을 나타내었고 0.1%에서는 3.5%로 거의 수량을 얻을 수 없었다. 三重縣(1954) 자료에 의하면 유수형성 기부터 출수기까지 생장장해 한계염농도를 0.07~0.09%라고 보 고하였는데, 본 연구결과에서는 0.08% 이상부터 피해가 극심한 것으로 보아 한계염농도는 일본 자료보다 더 낮아져야 할 것으 로 판단되어, 유수형성기부터 출수기까지 경제적인 쌀수량을 얻 기 위한 관개수 염분농도는 0.05% 이하로 판단되었다.

관개수 염농도별 수확기에 조사한 식물체 건물중은 Table 3 과 같다. 지상부 건물중을 보면 민물관개 대비 관개수 염농도 0.03%는 74%, 0.05%는 69%, 0.08%는 59% 이었으나 0.1% 는 30% 이하로 거의 생육하지 못하였으며, 이와 같은 경향은 지하부 건물중에서도 비슷한 경향을 보였다

벼 수확후에 폿트내에 토양염농도를 조사한 결과는 Table 4 와 같다. 벼 재배기간 동안 토양중에 염분은 축적되었는데, 관 개수 염농도가 높아질수록 그 정도는 더 심해졌다. 민물관개 에서는 표토와 심토 모두 염분농도가 0.06%로 적었는데 염수 로 관수를 시작한 0.03% 부터는 크게 높아졌고, 특히 0.25% 이상에서는 1% 이상이 축적되었다. 이와 같은 결과로 볼 때 염분이 함유된 물로 계속 관개를 할 경우에는 그 당시 염분함 량에 의한 피해와 함께 염분이 함유된 관개수로 축적된 토양 내 염분에 의한 피해가 가중되어 더욱더 피해가 심한 것으로 생각되었다.

조사가 끝난 시점까지 관개수 염농도별 관개 일수와 관개 물의 양을 조사한 결과는 Table 5와 같다. 벼 수확이 가능한 관개수 염농도인 0.1% 까지는 이앙부터 118일까지 관개하였 는데, 벼가 고사함에 따라 시험이 중단되어 관개염농도 0.13 ~ 0.15%는 85일, 0.2 ~ 0.3%는 75일, 0.5%는 31일, 0.7% 이상에서는 18일 관수하였다. 시험기간 동안 총관개량은 민물관개는 1/2000 a 폿트당 78.4 L를 관수하였고 0.03%는 63.7 L (81%), 0.05%는 60.0 L (77%), 0.08%는 63.0 L (68%), 1.0%는 36.5 L (36.5%) 관수하여 관개수 염농도가 높아질수록 관개량은 적었다. 이는 앞서 언급한바와 같이 관개수 염분농 도가 높아질수록 벼 생육량이 적어 식물체내에 증산이 억제되 었기 때문으로 생각되었다.

염분이 함유되어있는 물을 관개하였을 경우 담수상태에서 염분농도가 얼마만큼 상승되는지를 알아보기 위하여 조사한 결과는 Fig. 1과 같다. 이앙후 12일부터 24일까지 평균하여 조사한 값을 보면 이앙후 30시간이 경과한 담수 염농도는 관 개수에 함유되어 있는 염분농도보다 높게 나타났고 관개수 염 농도가 높을수록 더 높은 염분함량을 나타났다. 이는 관개당 시 염분을 함유한 물이 담수상태가 진행되면서 작물이 수분을 흡수하고, 표면에서는 증발산이 일어남으로써 자연적으로 염 분이 축적되면서 염분농도가 높아지는 것을 알 수 있었다. 따 라서 관개수에 염분이 함유된 물을 관개 할 경우에는 물을 흘 러대기 하거나 수시로 관수를 하여 담수의 염농도를 낮추어줘 야 할 것으로 생각되었다.

적 요

일반농경지에서 관개수 염분농도별 벼 재배 가능 한계염농 도를 구명하고자 시험한 결과는 다음과 같다.

이상의 결과를 종합하여 보면, 벼 재배가능 관개수 안전 염 분농도는 이앙~분얼기에는 0.08% 이하, 유수형성기~출수기에 는 0.05% 이하로 판단되었다. 또한 이앙~분얼기에 벼 생존가 능 관개수 한계 염분농도는 0.15% 이하로 판단되었다.