국내 간척지는 주로 서남해안에 분포하며 대부분 하해혼성 충적층을 모재로 경사가 없는 평탄지이며 그 면적은 35만 ha 로 우리나라 논면적의 약 30%를 차지하고 있다(Hwang et al., 2012). 우리나라 간척사업은 1998년 이후 신규착공은 추진하고 있지 않으며 현재는 진행중인 간척사업을 마무리하고 있는 단 계이다. 이에 따라서 정부는 간척사업을 진행 중이거나 준공 후 미 처분된 서남해안 11개 간척지(시화, 화옹, 석문, 남포, 이원, 새만금, 영산강, 군내, 보전, 삼산, 고흥간척지)의 다원적 활용을 위해 지구별 특성화 방안을 구상하여 고시하였으며 현 재 다양한 밭작물 재배가 시도되고 있다(MAFRA, 2010). 그러 나 간척지는 토양 염류농도가 매우 높아 수도작 재배지로 조 성되었으며 밭작물 재배지로 전환하기 위해서는 배수처리 등 의 재배환경을 조성해야 한다(Choi, 2015).

국내간척지의 배수등급은 전체 35만 ha중 약 63%가 ‘약간 불량’ 이며 33%는 ‘불량’ 으로 간척지 전체면적의 약 96%가 배수가 불량하여 밭작물 재배에 불리한 환경을 지니고 있다 (NICS, 2013). 또한 개발초기 신간척지 토양은 가용성염류와 치환성나트륨 함량이 높아 일반작물의 생육은 불가능하기 때 문에 안정적인 작물재배를 위해서는 토양의 제염이 반드시 필 요하다(Jeon et al., 2009). 특히 치환성 나트륨은 점토의 분산 과 팽창을 일으키며 점토의 팽창은 점토내 공극의 크기를 감 소시키고 분산은 토양공극을 폐쇄하여 토양의 수리전도도를 감 소시켜 결국 토양의 배수상태가 불량해지게 된다(Chung et al., 2011). 따라서 간척지에서 안정적인 밭작물 재배를 위해서는 관 개용수의 확보와 더불어 효율적인 물 사용을 전제로 배수기반 조성이 필요하며 밭작물 재배에 적합한 대상지를 선정하여 토 양 물리성을 개량하고 지하수위 및 토양 염류농도를 낮추어야 한다(NICS, 2009).

염류농도가 높은 지하수가 지표면으로 상승하면 토양 염류 화와 과습을 유발하여 작물생산성에 부정적인 영향을 미치므 로 지하배수 시설로 지하수위를 낮추어 이를 방지할 수 있다 (Christen and Ayars, 2001). 일본의 이사하야 간척지의 경우 암거배수시설을 80cm 깊이에 10m 간격으로 설치하였으며 배 출수는 중앙배수로를 통해 집수장에 모여 배출되는 시스템을 활용하고 있다(RRI. 2006).

간척지에서 안정적인 밭작물 생산을 위해서는 배수시설 설 치 등의 기반조성은 반드시 필요하며 간척지 숙전화 기간을 단축하기 위해서는 배수시설을 기반으로 제염작업이 선행되어 야 한다. 따라서 본 연구는 간척지에서 밭작물 재배를 위해 명거배수와 암거배수의 제염효과와 작물 생육에 미치는 영향 을 알아보기 위해 수행하였다.

재료 및 방법

시험포장 위치 및 토양특성

본 시험은 2012년부터 2014년까지 3년간 전남 해남군 산이 면에 소재한 영산강간척지구(34°64′N, 126°51′E)에서 하해혼성 충적층을 모재로 하는 배수불량 평탄지의 농지를 대상으로 연 구를 수행하였으며 시험 전 토양 이화학적 특성은 Table 1과 같았다.

시험포장의 토성은 표토와 심토 모두 미사질양토로 점토 의 함량이 24 ~ 25%로 높았으며 토양 유기물함량은 표토와 심토 각각 11.4 및 7.1 g kg⁻¹로 적정수준보다 낮은 값을 보였다. 토양 전기전도도(Electric Conductivity, EC)는 표토에 서 2.5 dS m⁻¹, 심토에서 3.2 dS m⁻¹로 심토에서 높았으며 토 양의 pH는 표토에서 7.9로 약한 알칼리성을 나타내었다 (Table 1).

배수시설 시공 및 작물재배

배수처리는 암거배수, 명거배수 깊이 30 cm, 명거배수 깊이 60 cm로 총 3개의 배수처리와 대비로 무처리를 두었다. 암거 배수는 표면에 구멍이 있는 지름 20 cm의 PVC 유공관을 토 양으로부터 50 cm 깊이에 4 m간격으로 매설하여 암거배수 처 리구를 시공하였다. 매설작업은 포크레인을 이용하여 굴취작 업을 하고 유공관 매설 후 쇄석을 깊이 30 cm 까지 채운 후 흙으로 되메움 하였다. 명거배수 처리구는 폭 50 cm로 명거 배수로 깊이 30 cm와 60 cm깊이의 명거배수로를 20 m간격으 로 밭둑과 인접하게 굴취 하였다. 또한 유거수를 배제하기 위 하여 배수로 끝쪽에 집수정을 만들어 침출수가 모일 수 있게 하였으며 집수정에 모인 침출수는 펌프를 이용하여 포장 밖으 로 강제배출 하였다(Fig. 1). 재배작물은 대원콩과 황금수수를 사용 하여 1휴 2열 휴립재배 하였다. 대원콩은 재식밀도 60 × 20 cm로 점파하였으며 시비량은 질소-인산- 칼륨 비료를 10a 당 성분량 기준으로 6-8-6 kg을 전량 기비로 시비하였다. 황금수수는 재식밀도 60 × 10 cm로 점파하였으며 시비량은 질 소-인산-칼륨 비료를 10a 당 성분량 기준으로 8-5-15 kg을 기 비로 시비 하였으며 출아 30일 후에 질소 7 kg을 추비로 시용 하였다. 기타 재배관리는 농촌진흥청 표준재배법에 준하여 수 행하였다.

지하수위 측정 및 토양분석

지하수위 측정은 길이 2 m, 직경 8 cm의 PVC파이프를 토 양에 매설하여 자료자동기록장치가 내장된 CTD-diver (Schlumberger, Netherlands, DI271)를 이용하여 수압을 1시간 간격으로 측정하여 저장하였으며 저장된 자료를 활용하여 Sieben (1964)이 고안한 SEW₃₀ 값을 계산하였다. 침수강도지 수로 사용되는 SEW₃₀ (Sum of Excess Water) 값은 작물 수 량 감소와 관련된 개념으로 하루 중 지하수위가 지표면에서 30 cm 이내에 위치할 때에 30 cm를 초과한 높이의 합계로 아 래와 같이 나타낸다.

SEW₃₀ = 하루 중 지하수위가 지표면에서 30 cm 이내일 때 30 cm를 초과한 높이의 합계

WTD_i = i 번째 생육일 중 일 지하수위(cm)

n = 생육기간 일수

SEW₃₀ 값은 작물의 뿌리생장과 대사를 저해하는 요인이 높 은 지하수위 이외에 다양한 환경 요인이 작용하기 때문에 작 물생육과의 관계에서 항상 일치하는 값을 보이는 것은 아니다 (McFarlane et al., 1989). 그러나 Cater(1994)와 camp(1994) 은 SEW₃₀ 값을 이용하여 배수간격에 따른 배수효과를 비교하 였으며 본 실험에서도 시간단위 지하수위 변동자료를 이용하 여 배수효과를 비교하였다. 배수처리별 포장의 염농도 공간분 포의 상대적인 비교를 위하여 비파괴 전자장 유도장치인 (EM38-MK2, Geonics, Canada)을 이용하여 토양표면으로부터 10 cm 높이에서 수직모드(EMv)로 측정하였다. 측정한 자료는 SigmaPlot (Ver 10.0, Systat Software Inc., San Jose, CA, USA) 프로그램을 이용하여 공간분포도를 작성하였다.

배수처리별 배수 및 제염효과를 알아보기 위해 토양시료는 각 시험구의 중앙지점에서 배수로 거리로 부터 3m 간격으로 0 ~ 60 cm 깊이까지 시료를 채취하였다. 토양수분함량은 건토 중량법을 이용하여 중량수분함량으로 나타내었다. 토양 EC측 정은 토양시료와 증류수 비율을 1 : 5 (w/v)로 하여 30분간 진 탕 후 EC meter (Orion, US/520A)를 이용하여 측정하였으며 기타 토양 및 식물체는 토양 및 식물체 분석법(RDA, 2000)에 준하여 분석하였다.

통계처리

본 실험결과의 자료 분석은 SAS 통계분석 프로그램(SAS ver 12.0, SAS Institute Inc., Cary, NC, USA)으로 분산분 석(ANOVA test)을 실시한 후 최소유의차검정(Least Significant Difference: LSD)으로 95% 수준에서 평균간 유의성을 검정하였다.

결과 및 고찰

배수처리별 토양 염농도 및 수분함량 변화

배수시설을 시공한 후 3년차에 배수시설에 따른 제염효과 비교를 위해 강우 후 유거수를 모두 배수처리 한 뒤 각 처리 구의 중앙에서 깊이 60 cm 까지 토양 시료를 채취하여 10 cm 간격으로 토양EC와 수분함량을 측정하였다.

깊이별 토양 EC는 심층으로 갈수록 염농도가 높아지는 경 향을 보이며 처리에 따른 비교 결과 암거처리구의 토양 염농 도 값이 모든 깊이에서 가장 낮은 값을 보여 암거배수에 의한 제염효과를 확인할 수 있었다(Table 2). Ritzema 등(2008)은 암거배수에 의해 토양EC는 50% 감소한다고 하였는데 본 실 험결과 에서도 근권 영역인 10 ~ 30 cm 깊이에서 암거처리구 의 토양 염농도가 무처리구에 비해 17 ~ 23% 낮은 값을 보여 암거배수에 의한 제염효과를 확인할 수 있었다. 그러나 명거 배수 처리구에서 무처리구보다 토양 염농도가 높은 값을 보였 는데 이는 명거배수처리로 지표수가 배출됨에 따라 상대적으 로 지표수 배출량이 적은 무처리구에서 수분의 하향 이동양이 많음에 따라 강우에 의한 자연적인 제염효과가 더 크게 발생 한 것으로 판단된다. 30 cm깊이 명거배수 처리와 60 cm깊이 명거배수 처리를 비교한 결과 명거배수 깊이에 따른 토양EC 는 유의적인 차이를 보이지 않아 명거배수로 깊이에 의한 제 염효과는 크지 않은 것으로 보인다. 이는 간척지 토양에서 명 거의 깊이가 제염률 및 수확량에 미치는 정도는 미미하다고 보고한 정 등(1970)의 결과와 일치하였다.

0 ~ 10 cm 깊이에서 토양 수분함량은 암거배수 처리구에서 27.8%로 무처리와 명거처리구의 30.6 ~ 31.9%보다 낮게 나타 나 암거배수에 의한 배수효과가 가장 크게 나타났다. 또한 10 cm 깊이부터 40 cm 깊이까지 무처리구와 비교하여 암거배 수와 명거배수 처리구에서 수분함량이 낮게 나타나 모든 배수 처리구에서 배수효과가 발생하였다(Table 3). 이러한 결과는 Jung 등(2012)이 암거배수에 의한 배수개선 효과는 토양 30 cm 깊이까지 나타난다고 보고한 결과와 일치 하였다. 그러 나 40 cm 이하부터는 배수 처리방법 간 토양수분함량은 특별 한 경향을 보이지 않았는데 이는 시험포장의 토양단면 특성이 40 cm 이하부터는 불투수층에 가까운 기층의 청회색 토양으로 토양수분의 수직이동이 매우 느리게 일어나 강우시 단기간의 배수효과를 보이지 않은 것으로 판단된다. 그리고 10 ~ 30 cm 깊이에서 30 cm깊이 명거배수 처리와 60 cm깊이 명거배수 처 리의 토양 수분함량 차이는 보이지 않아 배수개선 효과 또한 제염효과와 동일하게 명거배수로 깊이에 의한 차이는 보이지 않았다.

토양깊이에 따른 상대적 염류농도 비교를 위해 토양 EC와 수분함량의 비율(EC : SWC Ratio)을 비교한 결과 토심이 깊어 질수록 암거배수 처리구에서 가장 낮았고 상대적으로 명거배 수 처리구에서 높았으며 토심이 깊어질수록 차이가 더욱 커지 는 것으로 나타났다(Fig. 2). 이러한 결과는 토심이 깊어질수 록 암거배수에 의한 영향으로 제염효과가 발생한 것으로 판단 된다. 그러나 명거배수 30 cm 처리와 명거배수 60 cm 처리구 는 상대적으로 염이 높게 유지된 것으로 나타나 토심이 낮은 곳은 명거배수에 의해 배수효과는 있으나 토심이 깊어질수록 제염효과는 미비한 것으로 판단된다. 이러한 결과는 점토의 함 량이 22 ~ 23%인 배수가 불량한 염류토양에서 명거배수 처리 는 토양개량 효과에 미치는 영향은 미비하며 특히 나트륨등의 양이온과 토양 EC의 감소에 유의적인 효과를 보이지 않았다 고 보고한 Ilyas 등(1997)의 결과와 일치하였다.

Fig. 3은 시험 3년차에 전자장 유도장치인 EM38-MK2의 수직모드로 EM_Vertical 측정값을 이용하여 각각의 배수처리에 따 른 토양의 전기전도도 분포를 SigmaPlot 을 이용하여 작성한 것이다. Ryu (1996)는 전자장을 이용한 비파괴 토양 EC 측정 치는 토양시료를 포화 침출액법으로 측정한 결과와 일치한 값 을 보여 국내 간척지에서 EM38을 이용한 토양 염분포도 작 성이 가능하다고 하였다. 본 실험결과에서도 배수처리별 토양 염농도의 공간분포는 깊이별 토양 EC 실측치와 유사한 경향 을 보여 암거배수에서 가장 낮은 값으로 비교적 균일한 분포 를 나타냈으며 상대적으로 명거배수에서 높게 나타났다. 특히 암거배수 처리구에서 암거배수관 주변으로 직선적으로 토양 염농도가 낮게 분포되는 경향을 보여 암거관에 의한 제염효과 를 확인할 수 있었다. 또한 무처리와 명거배수 처리구에서 부 분적으로 상대적인 염농도 수치가 높게 나타났는데 이러한 염 농도 분포의 불균일성은 미세한 지형차이로 인한 수분과 배수 상태의 불균형으로 인하여 생성된 것으로 판단된다.

배수처리별 지하수위 및 침수강도지수

월별 배수처리별 평균 지하수위를 분석한 결과는 Table 4와 같다. 강우량이 가장 많은 8월에 암거배수 처리구가 25.8 cm 로 무처리구의 10.4 cm보다 낮게 유지되었으며 재배기간 중 평균 지하수위는 암거배수, 30 cm 깊이 명거배수, 60 cm 깊이 명거배수 및 무처리구 에서 각각 48.5, 35.8, 27.3 및 25.7 cm를 보여 배수처리에 의해 지하수위의 저하 효과를 보 였으며 특히 암거 처리구에서 가장 큰 효과를 나타내었다.

SEW30은 암거배수 처리구에서 297 cm-day로 무처리와 명 거배수 처리구의 800 ~ 1,500 cm-day보다 가장 낮은 값을 보 여 암거배수 처리구에서 가장 낮은 침수강도지수(Index of waterlogging intensity)를 보였다. SEW30 값에 의한 배수등급 은 30 cm-day이하일 경우 양호(well drained), 30 ~ 250 cmday은 약간양호(Moderately well drained), 250 ~ 1,200 cmday은 약간불량(Imperfectly drained), 1,200 ~ 2,500 cm-day은 불량(Poorly drained), 2,500 cm-day이상은 극히불량(Very poorly drained)으로 구분한다(Moore, 2001). Sieben (1964)은 SEW30 기준으로 100 ~ 200 보다 크면 수량감소가 발생하며 100 이하를 유지할때 안정적인 작물재배가 가능하다고 하였다. 그러나 본 실험에서는 모든 배수 처리구에서 100 이상으로 적 정기준을 초과하였는데 이는 시험포장 특성이 배수가 매우 불 량하고 토심 약 50 ~ 60 cm 이하에 존재하는 불투수층으로 인 하여 지하수위의 감소 속도가 매우 느리기 때문인 것으로 판 단된다.

Fig. 4는 2014년 7월부터 10월까지 지하수위를 측정한 결과 로 배수처리에 따른 지하수위 변동은 강우에 의한 영향이 매 우 컸으며 암거배수 처리에 의해 다소 저하되는 경향을 보였 다. 대부분의 많은 작물에서 최대수량을 낼 수 있는 지하수위 는 대략 1 m 정도이다. 이는 습한 토양의 경우 상대적으로 건 조한 토양보다 높은 수분함량으로 인해 토양온도를 높이는데 더 많은 열이 필요하게 되므로 지하수위를 낮추면 지표면의 토양수분 함량이 낮아지게 됨에 따라 지온상승효과가 발생하 여 작물의 생육에 유리하게 작용한다(Hanson, 2006). 그러나 본 시험에서는 20 mm 정도의 강우에 의해서도 지하수위의 상 승폭이 매우 커 지표면에서 50 cm 이내로 상승하는 특성을 보 였다. 특히 7월 이전에는 지표면에서 1 m 이상 깊이로 지하수 위가 하강하였으나 7월부터 장마가 시작되는 국내 기후 특성 상 모든 처리구에서 지하수위가 지표면에서 1 m 이내에 위치 하는 것으로 나타났다. 이는 시험포장 자체의 지하수위 변동 특성으로 배수처리에 의해 지하수위가 다소 저하되기는 하지 만 영양생장기간에는 작물생육에는 상당히 불리하게 작용한 것으로 판단된다.

작물 생육 및 수량

배수처리에 따른 콩과 수수의 수량은 Fig. 5와 같다. 일반농 경지에서 대원콩의 수량은 298 kg 10a⁻¹ 이며 황금수수는 344 ~ 382 kg 10a⁻¹로 알려져 있다(Park et al., 2014; Jeon et al., 2014). 본 실험결과 배수처리에 의한 콩의 종실수량은 암 거 처리구에서 113 kg 10a⁻¹ 로 가장 높았으며 수수의 종실 수 량은 암거와 무처리구에서 217 ~ 232 kg 10a⁻¹ 로 가장 높게 나타났으나 일반농경지와 비교하여 상대적으로 낮은 수량성을 보였다. 특히 명거 처리구에서 콩의 수량성은 거의 기대할 수 없었으나 수수는 51 ~ 63 kg 10a⁻¹ 수준의 수량성을 보였다. 그 러나 콩의 경우 암거배수에서 113 kg 10a⁻¹로 무처리구의 63 kg 10a⁻¹ 보다 79% 정도 증수하여 암거배수 처리효과를 보였으 나 수수의 경우 무처리구와 암거배수 처리구의 유의적인 수 량 차이는 보이지 않았다. 일반적으로 콩의 임계 염농도는 5.0 dS m⁻¹로 수량감소율은 20%/dS m⁻¹ 이며 수수의 임계 염 농도는 6.8 dS m⁻¹로 수량감소율은 16%/dS m⁻¹로 수수가 내염 성에 다소 강한 것으로 보고되고 있다(Mass and Hoffman, 1977; Francois et al., 1984). 또한 과습에 의한 수량변이성이 콩보다 수수가 적어 수수가 습해에 비교적 강한 것으로 알려 져 있다(NICS, 2015). 본 실험결과에서도 콩보다 수수의 수량 성이 비교적 높아 수수가 불량환경에 다소 강한 것으로 나타 났다. 그러나 전반적인 수량은 일반농경지의 일반적인 수량과 비교하여 낮게 나타났는데 이는 재배기간 중 습해와 염해로 인하여 작물생육이 매우 부진하였고 적절한 수분관리가 이루 어지지 않았기 때문인 것으로 판단된다. 또한 배수처리별 토 양의 EC가 명거배수 처리구에서 무처리구보다 높아 콩과 수 수의 수량은 명거배수 처리구에서 무처리구보다 낮게 나타났 는데 이는 배수개선 효과보다 염에 의한 생육저해 효과가 더 크게 작용했기 때문인 것으로 판단된다. 따라서 배수불량 간 척지에서 밭작물을 재배하기 위해서는 적절한 관배수시설과 토양 개량을 통한 물리성 개선으로 염해와 습해를 동시에 경 감해야 할 것으로 판단된다.

적 요

본 연구는 배수불량 간척지에서 밭작물 재배를 위한 배수개 선 방법을 개발하기 위해 암거배수와 명거배수 시설을 설치하 여 배수방법에 따른 토양염농도 및 작물 수량에 미치는 영향 을 평가하기 위해 전남 해남군 산이면에 위치한 영산강간척지 의 배수불량 농경지를 대상으로 2012년부터 2014년까지 총 3년간 연구를 수행하였다. 배수처리는 암거배수(직경 20 cm, 매설깊이 50 cm, 간격 4 m), 30 cm깊이 명거배수, 60 cm깊이 명거배수로 총 3개의 배수처리와 대비로 무처리구를 두었으며 콩과 수수를 재배 얻은 결과는 다음과 같다.

이상의 결과를 종합해 보면 배수불량 간척지에서 암거배수 에 의해 배수개선 효과와 제염효과가 다소 있었다. 그리고 명 거배수에 의해 표토 부근의 배수효과는 있었으나 심토에서 제 염효과는 기대할 수 없었다. 따라서 현재 논으로 조성된 대단 위 면적의 간척지에서 안정적인 밭작물 재배를 위해서는 경제 적인 배수개선과 제염방법에 대한 추가적인 연구가 필요할 것 으로 판단된다.