최근 FTA 조약국가 확대 등 농산물에 대한 수입개방이 가 속화되면서 농지면적의 규모화 등 농산업의 경쟁력 강화에 대 한 인식이 커져가고 있다. 하지만 국내 농경지는 도시화 및 산 업화 등으로 인해 지속적으로 감소하고 있으며, 이에 따른 곡 물자급률도 지속적으로 감소하고 있어 식량안보에 큰 위협이 되고 있다. 이에 따라 안정적인 작물 생산을 위한 경지면적의 확보가 중요한 시점에 있다. 현재 우리나라는 2020년까지 135 천ha에 달하는 간척지 조성계획을 추진 중에 있으며, 이는 우 리나라 총 경지면적인 1,679천ha의 8%에 해당되는 면적으로 국가에서 관리하는 대규모 농경지인 간척지는 식량자급률 증 대 및 안정적인 식량수급을 위한 경지면적의 확보차원에서 그 중요성이 날로 커지고 있다.

간척지는 개발초기 쌀 생산을 위한 벼농사 위주로 개발되었 지만, 최근에는 쌀의 자급률이 향상되고 소비패턴 변화 등으로 인한 쌀 소비가 지속적으로 감소하면서 작물의 다양화 및 부 가가치를 향상시킬 수 있는 고소득 작물 생산을 통한 농업의 경쟁력 강화를 위해 사료작물(Sohn et al., 2009) 및 원예작물 (Bae et al., 2015) 등 밭작물 재배 위주로의 변화가 시도되고 있다. 간척지에서 벼 재배 시 작물 생육기간 중 담수로 인하여 자연적인 토양 제염(desalinization)이 일어나며, 모세관 상승에 의한 염분의 표면 집적도 억제되는 재염화(resalinization) 억제 효과가 나타난다. 하지만, 간척지에서 밭작물 재배 시 담수를 하지 않기 때문에 작물 근권층의 염분농도가 높아지는 재염화 과정이 일어나 작물생육 저하의 주요 원인이 되고 있다(Lee et al., 2013a). 더불어 기후 변화 등에 따른 해수면의 상승과 기온 상승으로 인한 증발산량의 증가는 주로 해안가에 분포하 는 간척지 토양의 염류집적 피해가 가중될 것으로 예상되고 있다(Cazenave et al., 2014; Jung, 2014). Lee et al. (2013b) 의 연구에 의하면 간척지 근권층의 높은 염농도는 작물의 생 육저하와 작물의 품질도 감소하는 것으로 보고하고 있어 간척 지에서 밭작물 재배시 안정적인 작물수량 확보 및 품질향상을 위해서는 토양 근권층의 염농도를 낮추는 것이 무엇보다 중요 하다.

간척지에서 토양 염농도를 낮추는 제염 및 재염화 억제 방 법으로는 크게 물관리에 의한 방법, 배수시설에 의한 방법, 생 물학적인 방법 등으로 구분되며, 이를 활용하여 작물생육 기 간 동안 간척지의 염농도를 낮추려는 많은 시도들이 보고되고 있다. 예를 들어, 증발산량이 많은 봄철 재염화 현상에 의한 염류집적 피해를 저감시키고자 Lee et al. (2014a)는 지하 40 ~ 60 cm에 농수산 부산물인 패화석을 매설하여 모세관 차 단층을 형성해 줌으로써 토양 염농도의 표면집적을 억제하여 밭작물의 생육이 증대되었다고 보고하였다. 그 밖에 녹비작물 의 재배 (Sohn et al., 2009; Yang et al., 2012), 암거배수의 설치 (Lee et al., 2015) 및 토양개량제 투입 (Lee et al., 2013a)을 통한 간척지의 토양 염농도 저감효과를 확인하였다. 물관리에 의한 간척지 토양의 제염 및 재염화 억제 방법으로 는 사전용수가 다량으로 필요한 사전 담수 방법이 많이 행해 졌다(Lee et al., 2012). 하지만, 이와 같은 방법은 생육중간에 가뭄이 들어 재염화 현상이 발생하면 염해를 입게 되어 근본 적인 대책이 될 수 없다. 더불어 기후변화 등으로 인한 무강 우 일수의 증가 등 물부족 시기가 빈번해지고 있어 간척지에 서 안정적인 밭작물을 재배하기 위해서는 작물생육기간 동안 정밀 물관리 기술을 통한 염류집적 피해를 방지하는 것이 필 요하다. 그러나, 새만금 간척지에서 재염화 억제를 통한 안정 적인 밭작물 재배기술에 관한 연구는 극히 미비한 실정으로 토양수분 장력을 통한 정밀 물관리 기준설정에 대한 연구가 절실하다. 따라서, 본 연구는 염농도가 높은 간척지에서 밭작 물 재배시 관수시기 (Irrigation timing)에 따른 관수처리가 토 양 염농도 및 옥수수의 생육에 미치는 영향을 평가하는데 그 목적이 있다.

재료 및 방법

본 연구는 전라북도 부안군에 위치한 새만금 간척지 계화지 구 내 국립식량과학원 시험포장(35°46’N, 126°37’E)에서 2년 간(2013 ~ 2014) 수행되었다. 새만금 간척지 계화지구는 2006 년 물막이 공사가 완공되었으며 이후 간석지로 노출되어 식생 천이가 진행되고 있었다. 시험포장은 서남해안 하해혼성평탄 지에 분포하는 문포통(coarse loamy, mixed, nonacid, Mesic, Typic, Fluvaquents)으로 pH는 6.7로서 중성을 나타내었고, 점 토함량이 10% 내외의 사양질 토성을 보였다. 시험 전 토양의 이화학적 특성은 Table 1에서와 같이 유기물 함량은 2.2 g kg⁻¹, 유효인산 함량은 26 mg kg⁻¹으로 매우 낮은 함량을 보이고 있 어 전형적인 신간척지의 특성을 나타내고 있었다. 치환성 양 이온의 함량은 토양 깊이 별 큰 차이를 보이고 있지 않았지만, 수용성 양이온의 함량은 지표에서 가까울수록 높은 함량을 보 였다. 1981년부터 2010년까지 시험 지역의 30년간 연평균 대 기 기온은 12.5°C로서 1월에 최저기온 -0.6°C와 8월에 최고기 온 25.6°C를 보였으며, 연중 강우량은 1,250mm으로 이 중 66%가 6 ~ 9월 사이에 집중되었다. 작물재배 기간(5월-9월)의 평균 기온은 2013년 23.1°C로 같은 기간의 30년 평균 기온 (22.0°C) 보다 높은 값을 나타내고 있었으나 2014년도의 평균 기온은 21.9°C로서 평균기온과 큰 차이를 보이지 않았다. 옥 수수 재배기간(5월-9월) 동안의 강우량은 2013년과 2014년 각 각 841과 860 mm로 재배연도에 의한 차이는 보이지 않았다.

사양질 토성을 나타내는 새만금 간척지에서 관수가 작물생 육에 미치는 영향을 구명하기 위하여 옥수수(Zea mays)를 시 험작물로 선정하였으며, 각 처리구는 30 m² 면적으로 시험구 내 처리구는 난괴법으로 배치하였다. 옥수수의 품종은 일미찰 이었으며, 옥수수는 옥수수 파종기를 이용하여 2013년 4월 25 일, 2014년 4월 18일에 각각 30 kg ha⁻¹의 파종량으로 점파하 였다. 재식거리는 60 × 20 cm로 하였으며, 4 ~ 5엽기에 1주를 제외한 나머지는 제거하였다. 관수방법은 토양수분장력 측정 장치(Tensiometer)를 처리구의 대표지점에 지표면으로부터 10 cm 깊이에 매설하고 관수개시점에 도달하면 관수하였다. 관 수시기는 옥수수의 출아가 확인된 시점부터 시작하여 −35 kPa 과 −50 kPa로 설정하고 점적공의 간격이 10 cm인 점적테이프 를 이용하여 점적관수 하였으며 대조구로 점적관수 테이프를 설치하지 않고 자연강우에 의존한 무관수구를 설정하였다. 재 배기간 동안 관수처리한 관수횟수 및 총관수량은 Table 2에서 와 같다. 시비량은 농촌진흥청 표준재배법에 준하여 표준 시 비량 질소, 인산, 칼리 비료를 150-130-130 kg ha⁻¹를 기준으 로 질소(요소)는 기비로 50%를 시비하였고, 유수형성기에 웃 거름으로 50%를 시비하여 2회 분시하였다. 인산(용과린)과 칼 리(염화가리)는 전량 기비로 시비하였으며 잡초 및 병해충 방 제는 농촌진흥청 표준재배법(RDA, 2000)에 준하였다. 옥수수 수확일은 2013년 8월 20일과 2014년 8월 13일로 생육기간은 각각 121일과 113일이었다.

토양 및 식물체 분석은 농촌진흥청 표준 분석법(RDA, 2012)에 준하여 분석하였다. 토양시료는 각 처리구에서 오 거(auger)를 이용하여 채취하였고, 시료는 음지에서 풍건 후 2 mm 표준체를 통과한 시료는 일반성분 분석용으로 이용 하였고, 이 중 일부는 0.05 mm 체를 통과시켜 유기탄소 및 질소함량 분석용으로 사용하였다. 토양 pH와 EC 측정은 pH meter (Orion, US/520A)와 전기전도도 측정기(Orion, US/ 162A)를 이용해 측정하였으며 토양 유기탄소 측정은 건식연 소법(dry combustion), 유효인산은 Lancaster법으로 분해하여 분광측정기(Shimadzu, JP/UV-2501)로 비색 측정하였다. 치환 성 양이온은 1N-NH₄OAc (pH 7.0) 침출법으로 추출한 액을 ICP-OES (Varian, Vista MPX-ICP)를 사용하여 정량하였다. 옥수수 식물체의 수량은 1 m²의 옥수수를 채취하여 수량구성 요소 및 식물체 성분분석을 분석하였다. 식물체분석은 70°C 항온 건조기에서 72시간 동안 건조 후 분쇄된 시료를 습식분 해 (H₂O₂-H₂SO₄)하고 분해액을 여지에 여과한 후 여액은 N, P, K, Ca, Mg, Na등의 정량에 사용하였다. 안정동위원소 δ¹³C는 연속흐름형 동위원소비 질량분석기(Stable isotope ratio mass spectrometer with elemental analyzer)를 이용하여 분석 하였으며, 식물체 생육 및 수량조사는 농업과학기술연구조사 기준(RDA, 2012)에 준하였다.

실험 데이터는 JMP (SAS ver. 5.0)를 이용하여 ANOVA (analysis of variance)를 분석하였으며, 관수시기에 의한 토양 의 이화학특성 및 작물생육의 유의성 검정은 Student’s t-test를 이용하여 95% 수준에서 LSD (least significant difference) 값을 이용하여 평균을 비교하였다.

결과 및 고찰

토양 염농도의 변화

Table 3은 새만금 간척지 토양에서 옥수수 재배기간 동안 관수시기에 따른 관수처리시 수확기 토양 표토(0 - 20 cm)의 이 화학 특성을 나타낸 표이다. 토양 수분함량은 −35 kPa 관수처 리구에서 28.1%로 대조구(26.7%)에 비해 유의성 있는 것으로 나타났으나, −50 kPa 관수처리구에서는 증가하는 경향을 나타 냈으나 통계적 유의성은 보이지 않았다. 토양의 평균 전기전 도도(EC)값은 무관수구에서 13.4 dS m⁻¹로 가장 큰 값을 보였 으며, 관수시기가 빨라짐에 따라 EC값은 감소하는 경향을 나 타내 35 kPa 관수시 5.1 dS m⁻¹을 나타냈다. 이와 같은 관수 시기에 따른 토양 EC값의 감소는 관수에 의한 토양수분의 이 동으로 수용성 양이온이 용탈되었기 때문인 것으로 판단된다. 수용성 Ca, Mg, Na의 함량은 관수시점이 빨라짐에 따라 감소 하는 경향을 나타내 토양 EC값과 유사한 경향을 나타냈다. 이 와 같은 결과는 Bae et al. (2015)이 보고한 간척지에서 관수 시기가 빨라짐에 따른 토양수분함량의 증가가 근권층의 토양 재염화 억제효과를 나타낸다는 결과와도 일치한다. 본 시험에 서도 관수시기가 빨라짐에 따라 토양 EC값은 대조구에 비해 −35 kPa 처리구에서 62% (13.4→ 5.1 dS m⁻¹)와 −50 kPa 처 리구에서 22%(13.4→10.4 dS m⁻¹) 감소하는데 이는 수용성 염의 평균 감소비율인 61% (11.4→ 4.4 dS m⁻¹)와 25% (11.4→ 8.6 dS m⁻¹)와 유사한 감소비율을 나타냈다. 하지만, 치환성 양이온의 감소비율은 −35 kPa처리시 12%와 −50 kPa처 리시 6%를 나타냈으나 통계적인 유의성을 보이지 않아 관수 시기에 따른 토양 염농도의 변화가 수용성 양이온의 변화에 밀접한 연관이 있다는 결과(Lee et al., 2014b)와 일치하였다. 특히 Lee et al. (2014b)에 의하면 간척지에서 수용성 Na의 함량변화는 토양 EC의 변화와 밀접한 관련이 있는 것으로 보 고하고 있어 본 시험에서 수용성 Na의 함량 감소폭이 64%(9.6→3.5 dS m⁻¹)로 가장 큰 것으로 확인되어 관수에 따 른 수용성 Na의 용탈이 토양 EC의 감소에 영향을 미쳤다는 것을 뒷받침한다. 옥수수 재배 후 수용성 양이온 함량은 시험 전 토양에 비해 대조구를 비롯한 모든 처리구에서 그 함량이 감소하였다. 치환성 Na 함량은 표토의 시험전 함량(2.9 cmol kg^-1)에 비해 감소하였지만, 치환성 Ca 함량은 시험 전 토양보 다 증가하였으며, 관수처리시기가 빨라짐에 따라 그 함량이 유 의성 있게 증가하였다. 이와 같은 결과는 간척지에서 토양 염 농도와 치환성 Ca의 함량이 음의 상과관계를 나타낸다는 Lee et al. (2014b)의 연구와도 일치한다. 그러나, 치환성 Mg 함량 은 시험전과 유의성을 보이지 않았다.

옥수수 재배기간 동안의 토양 깊이 별 염농도는 관수시기 에 따른 차이를 나타냈다(Fig. 1). 시험 첫해인 2013년에는 −35 kPa에서 관수처리구에서 0 - 30 cm 깊이까지 토양 염농도 가 대조구보다 낮은 값을 보이고 있었으나, 30 - 40 cm 깊이에 서는 유의성을 나타내지 않았다. 반면, −50 kPa에서 관수 처리 구에서는 전 토양 깊이에서 대조구와 유의성을 나타내지 않아 토양 염농도를 낮추는데는 부족했던 것으로 판단된다. 반면, 2014년에는 −35 kPa에서 관수처리 시 토양염농도는 지표에서 40 cm 깊이까지 대조구에 비해 유의성 있게 낮은 값을 보인 반면, −50 kPa에서 관수처리 시 지표에서 20 cm까지만 유의성 을 나타내고 있었으며, 20 cm이하의 깊이에서는 대조구와 차 이를 보이지 않았다. 이와 같은 차이는 재배기간의 강우, 기온 및 증발산량 등 기상조건의 차이로 인한 것으로 판단된다. 실 제로 옥수수 재배기간 동안의 강수량은 2013년도와 2014년도 에 각각 841과 860 mm로 두 재배기간 동안 강우량은 비슷하 였지만, 2014년의 평균 증발산량은 3.4 mm day⁻¹로 2013년도 의 5.3 mm day⁻¹보다 작아 재염화에 의한 염의 표면 집적이 상대적으로 덜 했을 것으로 판단된다. 이와 같은 결과는 새만 금 간척지에서 작물 재배시 관수시점을 -35kPa에서 처리하는 것이 근권층의 토양 염농도를 낮추는데 도움이 될 것으로 판 단된다.

옥수수 무기성분 함량

관수시기에 따른 옥수수 식물체내에 존재하는 무기성분 함 량은 Table 4와 같다. 식물체내 인산의 함량은 5엽기(V5) 시 기에서는 유의성을 나타내지 않았지만, 성숙기에서는 관수시 기에 따라 감소하였으며, 다른 무기성분도 관수시기가 빨라질 수록 감소하는 경향을 나타냈다. 이와 같은 결과는 관수시기 가 빨라짐에 따라 작물생육이 좋아져 수량증가에 따른 희석효 과로 인해 무기성분 함량이 감소한 것으로 판단된다. 지상부 의 바이오매스 수량이 5엽기와 성숙기 모두에서 관수시기가 빨라짐에 따라 증가한 결과가 이를 뒷받침한다. 작물이 흡수 한 무기성분의 흡수량은 관수처리구에서 대조구에 비해 높은 것으로 나타났지만, Na의 흡수량은 관수시기가 빨라질수록 감 소하는 것으로 나타나 관수에 따른 토양 중 수용성 Na의 함 량감소가 작물이 흡수하는 Na의 총량을 감소시킨 것으로 판 단된다. 이와 같은 결과는 관수량이 증가할수록 지상부와 뿌 리의 생육이 양호하여 무기성분인 K, Ca, Mg 및 Na의 흡수 량도 증가한다는 Bae et al. (2015)의 결과와도 일치한다.

Fig. 2는 파종 후 45일째 식물체의 총탄소, 총질소, C/N ratio 및 δ¹³C 값을 보여주는 것으로 관수시기별 유의성을 나 타냈다. 총탄소 함량은 관수처리구에서 대조구보다 높은 값을 보이고 있었지만, −35 kPa과 −50 kPa간에는 차이를 보이지 않 았다. 총질소 함량은 대조구에서 가장 높았으며 관수처리시기 가 빨라질수록 낮아지는 경향을 나타냈다. 이와 같은 결과는 관수시기가 빨라질수록 증가하는 바이오매스량에 의한 희석효 과에 기인한 것으로 옥수수에 흡수된 질소량이 관수시기가 빨 라질수록 유의성 있게 증가하는 결과를 나타낸다. 예를 들어, 2014년도의 대조구의 총질소 함량은 3.04%로 −35 kPa 관수처 리구(2.04%)보다 높았지만 흡수된 질소량은 24.3 kg ha⁻¹로 −35 kPa 관수처리구 52.2 kg ha⁻¹보다 낮은 값을 나타냈다 (Fig. 2(B)). 관수처리시기가 빨라짐에 따라 질소량 감소 및 높은 탄소함량으로 인한 식물체의 C/N ratio가 증가하여 - 35kPa 관수처리구에 가장 높은 값을 나타내고 대조구에 가장 낮은 값을 보였다. 이와 같은 결과는 토양의 높은 염농도가 작물의 탄소동화 비율을 감소시키고 작물의 생육을 방해함으 로써 수량을 감소시킨다는 결과(Dercon et al., 2006; Wingler et al., 2000)와도 일치하였다. 본 시험에서 파종 후 45일째 옥수수의 δ¹³C 값은 관수량이 많아짐에 따라 증가하는 경향을 나타났으며(Fig. 2), 이와 같은 결과는 Dadkhah (2013)가 보 고한 토양 염농도의 증가에 따른 작물의 스트레스가 증가하여 δ¹³C 값이 유의성 있게 감소한다는 결과와도 일치하였다.

옥수수 수량 및 생육특성

새만금 간척지에서 수확기 옥수수의 생육특성은 관수시기 및 재배년도의 상호작용에 영향을 받았다(Table 5). 이와 같은 결과는 2014년도의 평균 토양 염농도가 2013년도에 비해 상 대적으로 낮아 옥수수 생육이 상대적으로 양호했기 때문인 것 으로 판단된다. 2013년도에는 관수처리구에서 대조구에 비해 높은 초장 값을 나타냈지만, 관수처리 시기간(−35와 −50 kPa) 에는 차이를 보이지 않았다. 그러나, 2014년도에는 관수처리 시기가 빨라질수록 생육이 좋아지는 것으로 나타났다. 이와 같 은 결과는 간장 및 착수고에서도 비슷한 경향을 나타냈다. 토 양 염농도의 차이로 인한 옥수수의 고사율도 2013년이 2014 년보다 높았으며, 재배기간 동안 관수를 하지 않은 대조구에 서는 90.1과 62.1%의 높은 고사율을 보여 정상적인 작물생육 이 불가능하였다. 옥수수 이삭수량은 −35 kPa에서 관수처리구 에서 1.27(2013년)과 3.85(2014년) t ha^-1로 가장 높은 수량을 나타냈으며, 이에 반해 무관수구는 최대수량의 15%와 37% 수 량을 나타내어 관수를 하지 않은 처리구에서는 정상적인 옥수 수 생육발달이 이루어지지 못하고 낮은 수량을 나타냈다. 이 와 같은 결과는 Bae et al. (2015)이 보고한 새만금 간척지에 서 관수량에 따른 제염 및 재염화 억제효과로 작물 수량이 증 가한다는 결과와도 일치하였으며, 염농도가 높은 간척지에서 안정적인 작물생산을 위해서는 관수 등을 포함한 제염 및 재 염화 억제 노력이 꾸준히 이루어져야 한다는 기존 연구결과 (Bae et al., 2015; Lee et al., 2012; Lee et al., 2014a; Lee et al., 2015)와도 일치하였다.

적 요

간척지에서 밭작물 재배 등 다원적 활용방안을 위한 많은 노력들이 시도되고 있으며, 본 시험에서는 염농도가 높은 사 양질 간척지에서 토양 수분함량에 따른 관수시기를 달리하여 관수에 의한 토양 염농도의 변화와 그에 따른 옥수수의 생육 특성 평가를 구명하고자 수행되었다. 본 시험의 주요 결과는 다음과 같다.