시설재배지 토양 개량

농사로 제시-염류장해와 경감대책

 

1. 염류집적지의 대책기술

가) 내염성 작물재배

염류농도에 대한 작물의 저항성은 작물의 종류에 따라 다르다. 염류농도가 높은 동일 포장에 딸기, 오이, 토마토, 가지 등을 재배하면 제일 먼저 딸기에 염류장애가 나타나고 다음에 오이, 토마토의 순으로 증상이 나타나지만 가지는 비교적 강하다. 이외에도 카네이션의 경우에는 연작을 하면 잎의 넓이가 점차 적어진다.

토양의 염류농도와 작물별 수량의 감수정도는 표 6과 같다. 이 표에 의하면 수량이 50%로 감수되는 토양의 염류농도는 시금치가 8.6 dS/m인데 비하여 딸기가 2.5 dS/m로 시금치는 딸기보다 3.4배나 염류농도에 대한 저항성이 강하다.

따라서 딸기는 연작지와 같이 염류농도가 높은 데서는 생육이 어려우며 염류를 제거하여 염류농도를 낮추면 작물이 정상적으로 생육할 수 있다.

 

표 1. 작물생육과 토양의 전기전도도(dS/m)

작물	수량감수정도
	0%	10%	25%	50%
딸기 당근 무 상추 고추 감자 고구마 배추 오이 토마토 시금치	1.0 1.0 1.2 1.3 1.5 1.7 1.5 1.8 2.5 2.5 2.0	1.3 1.7 2.0 2.1 2.2 2.5 2.4 2.8 3.3 3.5 3.3	1.8 2.8 3.1 3.2 3.3 3.8 3.8 4.4 4.4 5.0 5.3	2.5 4.6 5.0 5.2 5.1 5.9 6.0 7.0 6.3 7.6 8.6

 

 

나) 비종의 선택

토양에 비료를 사용할 때 여러 가지의 고려사항이 있으나 그중에서도 염류집적지에서 비종의 선택이 중요하다. 황산암모니아(유안)나 황산가리와 같은 황산근 비료를 논에 시용하면 황산이 환원되어 황화수소(H2S)라는 유독한 물질로 변해 벼의 뿌리를 해치며 심하면 벼 뿌리를 썩게 한다.

 

반면 요소, 염화가리 등은 황산근을 갖고 있지 않아 논에 사용하여도 유독한 황화수소가 발생될 염려가 없다. 그러나 그림 9에서 보는바와 같이 시설재배지에서는 염화가리는 황산가리보다 토양의 염류 농도를 높이는 성질이 있기 때문에 염류농도가 높은 곳에서는 황산가리를 사용하는 것이 유리하다.

따라서 외국 특히 일본에서는 밭농사에 염화가리 보다는 황산가리를 사용한다. 전술한 바와 같이 황산가리의 경우 토양용액에 녹아 칼륨과 황산으로 갈라져서 칼륨은 토양입자에 흡착되고, 부성분인 황산은 토양 중의 석회나 탄산석회와 반응하여 물에 녹기 어려운 황산석회(석고)로 되기 때문에 시비량이 증가해도 토양의 염류 농도는 증가하지 않는다.

 

그림 7. 염화가리와 황산가리의 차이

그러나 염화가리는 칼륨은 토양입자에 흡착되는 것은 황산가리의 경우와 같지만 염소는 토양 중의 석회나 탄산석회와 결합하여 만들어지는 염화칼슘은 물에 잘 녹기 때문에 토양의 염농도가 높아진다. 또한 염소를 함유하는 비료는 황산근이 들어있는 비료보다 토양의 염농도를 더 높이는데 이는 물에 대한 용해도가 높기 때문이다(표 7).

 

표 2. 온도별 비료의 용해도 (g/100L H2O)

온도 (℃)	염화칼륨 (KCl)	황산칼륨 (K2SO4)	질산칼륨 (KNO3)	질산암모늄 (NH4NO3)	요소 (CO(NH2)2
10	31	9	21	158	84
20	34	11	31	195	105
30	37	13	46	242	133

 

 

다) 제염기술

하우스 재배에서 염류집적은 숙명적이지만 비료형태와 시비량에 주의하면 집적되는 속도를 지연시킬 수 있다.

보통 제염이라면 토양의 염류농도를 낮추는 것을 말한다. 제염방법으로는 크게 나누어 물을 이용한 제염, 작물을 이용한 제염, 환토, 객토 등에 의한 제염 그리고 유기물 시용에 의한 제염이 있다.

 

① 관수 및 담수에 의한 제염

제염의 기본은 염류를 물과 함께 시설 밖으로 흘려보내는 것을 말하지만 보통의 담수방법으로 제염시켰을 경우 토양이 건조해지면 다시 염류가 상승하여 표토에 집적된다. 따라서 시설토양 아래에 배수구를 만들어 제거하지 않는 한 절대적인 제거방법은 아니다.

즉 작토 밑 일정한 깊이에 배수관을 묻고 많은 물을 관수하여 세척수가 그 관을 통해 배수되도록 하면, 자연토양에서 보다 훨씬 많은 염류가 씻겨나가 집적을 막을 수 있다. 관수량은 1회에 100 mm내외로 2회 이상 반복해야 된다.

일본의 연구결과를 보면 비닐하우스를 짓고 토마토, 상추, 토마토의 순으로 3회 재배한 후 1회에 100 mm의 관수를 시켜 제염한 후 오이를 재배한 결과 오이는 13%, 그 다음 작물인 토마토는 27%가 증수되는 연구결과도 있다.

그러나 염두에 두어야 할 것은 이 방법은 제염효과는 크지만 칼슘과 마그네슘 등의 염기도 함께 유실되므로 제염한 후에는 이들 성분을 보충해 주어야 된다.

또한, 양분의 보유력이 낮은 모래땅은 염류가 적게 집적되어도 바로 염류장애가 발생되고, 담수하면 비교적 빨리 제염되지만, 점토함량이 많은 식질 토양은 사질토양보다 염류집적이 느리고 담수하여도 제염효과가 느리다.

 

② 제염작물에 의한 제염

하우스의 휴작기간을 이용하여 단기간에 흡비력이 큰 작물을 재배하는 방법이 효과적이다. 시설재배지에서 토마토를 재배한 후 7월초에 옥수수를 파종하여 8월에 수확한 후 토양의 염류제거 효과가 좋은 것으로 조사되었다.

또한 하우스 휴한기에 풋배기 옥수수를 재배한 경우 옥수수 생초 1톤당 질소 3 kg, 인산 0.5 kg, 칼리 4 kg, 칼슘 2 kg, 마그네슘 1 kg이 제거된 것으로 조사되었다. 만일 10a당 7톤의 생초가 얻어진다면 하우스 밖으로 반출되는 양은 질소 21 kg, 칼리 28 kg으로 상당한 양에 달한다.

 

③ 미분해성 유기물시용에 의한 제염

토양에 유기물을 시용하고 적당한 온도와 수분이 있으면 토양속의 미생물은 바로 활동하기 시작하여 유기물을 분해한다. 이때의 유기물 성분 조성은 미생물체에서 합성된 것과 에너지로 소비되는 것을 합하면 질소 1에 대한 탄소 25의 비율이 적당하다.

만일 C/N율이 이보다 높아 탄소가 많을 때는 부족한 질소를 토양에서 취하기 때문에 토양속의 질소농도가 저하된다. 특히 염류농도와 관계가 깊은 질산태 질소의 함량을 현저히 줄여 토양의 염류농도를 감소시킨다.

최근(2011)의 농촌진흥청의 연구결과를 보면 시설재배지에서 EC경감을 위해 볏짚을 사용할 경우 10a당 300～1,000 kg을 시용하면 EC 값이 적정 농도 부근인 2.5 dS/m에서는 염류농도 경감효과가 적지만, EC가 8.1 dS/m인 토양에서는 초기 3주까지는 EC가 약간 상승하지만, 4주 이후부터 감소하기 때문에 볏짚을 5～10 cm내외로 잘라서 작물 정식 4주 전에 미리 시용한 후 토양과 잘 섞고, 토양수분을 포장용수량의 70%정도 유지시키면 제염효과가 있는 것으로 밝혀졌다.

따라서 염류가 집적된 시설재배지에는 볏짚과 같은 부숙되지 않은 거친 유기물이 보약이라 할 수 있고, 이를 주면 제염을 비롯하여 토양구조 개선 등 여러 가지의 효과가 있는 것으로 밝혀졌다. 즉, 탄소를 많이 함유하는 볏짚, 팽화왕겨, 파쇄왕겨, 톱밥 등의 거친 유기물을 넣어 주면 미생물이 활발히 증식되어 염류를 높이는 영양소를 먹음으로서 염류농도가 낮아지고, 미생물에 흡수된 영양소는 완효성 비료역할을 한다.

그러나 왕겨나 톱밥 등을 사용할 때의 주의사항을 보면 이들 거친 유기물 중 왕겨나 톱밥에서 하나를 선택하여 작물 정식 1주일 전에 10a당 500 kg 시용하면 되는데, 염류 경감효과는 파쇄왕겨 6%, 볏짚과 톱밥 10%, 팽화왕겨 24%를 보였다.

또한, 왕겨는 부숙되기 어려워 염류경감 효과가 낮으므로 분쇄 또는 팽연화된 왕겨가 좋다.

 

 

표 3. 볏짚시용과 염류농도
처 리	염류농도 (dS/m)		NH₄- N(mg/kg)			NO₃- N(mg/kg)
	정식후일 15	30		15	30	15	30
1. 무비	4.9	1.3		1.8	0.5	51	34
2. NPK	24.5	12.2		41	23.9	1,454	670
3. NPK+퇴비	19.8	10.0		118	173	1,353	1,116
4. NPK+볏짚	10.9	8.1		39	23	428	427

 

④ 환토, 심토의 반전, 객토 등에 의한 제염

토양의 염류는 표층에 많이 집적되어 있고 아래층에는 적게 집적되어있다. 따라서 표층의 흙을 새 흙으로 바꾸거나 아래층 의 흙을 위로 올리는 심토의 반전, 새 흙을 표토의 흙과 혼합하는 객토 등의 방법이 있다.

염류가 집적된 시설하우스에서 0～60cm정도를 심토 반전하여 표토와 심토의 염류농도 및 질산태 질소의 농도변화를 조사한 결과를 보면 심토의 반전이 관수에 의한 제염방법보다 제염효과가 현저하게 높았다(표 10-9).

 

표 4. 심토반전에 의한 제염효과

처 리	염류농도(dS/m)		NO3-N(mg/kg)
	표토	심토	표토	심토
대 조 구 관 수 심토반전	1.49 0.96 0.77	0.46 0.75 0.37	351 180 174	77 131 45

객토 등의 방법으로 새 흙이 혼입될 때에는 작토의 비옥도가 낮아지므로 부족한 성분은 보충해 주어야 된다.

 

다) 토양물리화학성 개량 기술

① 토층개량

시설재배지 토양은 작토 층에 단단한 경반 층이 형성되어 있는 토양이 많다. 노지 토양은 공기의 유동이 좋아 산화환원작용은 큰 의미를 가지지 않지만 시설재배지는 물의 수직이동이 어려워 과습하기 쉬운 상태가 되기 쉽다. 이로 인해 산화환원 전위가 낮아지고 작물은 심한 장애를 받게 된다.

 

이와 같이 산화와 환원작용이 일어나는 것은 먼저 유기물이 분해되어 이산화탄소와 수소이온 그리고 전자로 분해되고 이때 생긴 이산화탄소는 공기 중으로 확산되고 수소이온과 전자는 산소를 만나 물로 바뀌는 반응이 일어난다.

그런데 산소가 유입되지 않으면 수소와 전자가 토양의 원소와 반응을 하여 환원이 된다. 토양이 환원되면 작물에 따라 정도의 차이는 있지만 망간과 철분의 용해도가 증가하고 질산태 질소는 탈질되며 동시에 미량원소의 불균형을 초래하여 작물은 잘 자라지 않게 된다.

시설재배 작물이 배수가 안 되는 곳에서 습해를 받는 근본적인 이유는 바로 환원 때문이다. 이러한 산화환원전위는 백금전극 2개를 약 1m 이내의 거리로 10cm 깊이에 30분 정도 꽂아 둔 후 Eh meter를 이용하여 측정한다. 산화환원 전위는 에너지 상태를 알 수 있는 지표이므로 매우 중요하지만 토양의 측정부위와 토양조건에 따라 항상 바뀌고 측정시간도 길다. 일반적으로 시설토양은 300 mV이상이 적당하고 220 mV에서는 질산태질소가 환원되고, 200 mV이하가 되면 망간, 철, 황 등이 환원되어 장애가 발생된다.

따라서 이러한 토양은 심경이나 심토파쇄 등으로 배수를 개선해 주어야 된다.

 

 

② 토양산도(pH)의 조정

시설재배에서 지온이 낮아지면 미생물의 활동이 둔화되어 질소는 작물이 이용할 수 있는 형태로 전이되지 않아 가스장해가 발생된다. 퇴비 중 질소성분은 암모니아태, 아질산, 질산태질소로 변화된다. 이 과정이 순조롭게 이루어지려면 다음과 같은 조건이 유지되어야 한다.

 

질산화성균은 중성토양에서 활성이 높으나 염류가 높거나 저온, 산성토양에서는 활성이 저하된다. 특히 가스피해는 토양산도(pH)와 밀접한 관계가 있어 pH 5.0이하에서는 질산으로 전환이 어려워 아질산(NO2)가스의 피해를 받기 쉽고 pH가 7.5이상에서는 암모니아(NH3)가스의 피해를 받기 쉽다.

황산암모늄[유안, (NH4)2SO4]과 염화암모늄(염안, NH4Cl)시용에 의한 암모니아의 질산형성은 염화암모늄이 늦어지는데 이는 염화암모늄의 염농도가 황산암모늄 보다 염류농도를 높여 미생물의 활동이 억제되기 때문이다(그림 11). 질산화성균은 10℃이하에서는 활동이 불량하므로 질산이 생성되지 못해 상기와 같은 가스장해를 받기도 한다.

이와 같이 작물재배 중에 토양산도가 낮거나 높아서 가스장애가 발생될 경우에는 소석회나 생석회를 이용하여 석회포화액을 만들어 관주하거나 질산을 1,000～10,000배 정도 희석해서 관주하면 토양산도를 조정할 수 있다.

 

그림 9. 유안과 염안비료 시용량별 전기전도도 변화

 

 

③ 축적양분의 재활용 기술

시설재배지 토양은 질소, 인산, 칼륨 등 다량원소가 많아 EC가 높은 토양이 많다. 이러한 토양은 찬물 5L에 KOH를 먼저 녹이고, 킬레이트제(EDTA 또는 DTPA)를 300평에 투입하는 양인 680g을 녹여서 물 5톤에 희석하여 정식 30일 이후에 호박은 1회/1주, 고추는 1회/2주씩 관주하면 효과적이다. 상추, 배추와 같은 엽채류 재배 시에는 찬물 5L에 구연산을 300평에 투입하는 양인 1.2kg을 녹여 물 5톤에 희석한 후 정식 30일 이후부터 수확기까지 물을 토양관주할 때마다공급하면 좋다.

 

킬레이트를 처리할 때 주의할 점은 뿌리부근에 닿지 않도록 되도록 관주라인을 설치하고, 과잉으로 투입하면 작물에 생육장애가 발생할 가능성이 있으므로 적정농도를 사용해야 된다.

 

표 5. 킬레이트 처리 후 고추의 생육량

처리	줄기	잎	뿌리
	g/주
무처리	232	160	28
표준시비	334	238	33
DTPA 0.06 mM	394	292	36
DTPA 0.13 mM	278	230	27
DTPA 0.19 mM	0	0	0
DTPA 0.06 mM + 1/2 NPK	345	233	30

 

5. 시설재배지의 시비관리

시설재배지를 포함한 일반작물의 시비관리의 지침으로 표준시비량과 토양검정에 의한 시비량으로 구분되어 있다. 작물별 표준시비량은 노지재배 조건의 밭작물은 밭 토양을 참고하기 바라며 토양검정시비량은 노지 밭작물과 시설작물과는 차이가 있다.

채소류는 하천유역의 충적토양에 널리 재배되고 이들 지역에 주산단지가 형성되었으나 시설재배 면적이 급격이 증가하다 보니 밭은 물론 논에 시설을 설치하여 재배하는 곳이 많다.

이와같은 토양은 일반적으로 가는 모래가 많은 사질이나 미사질 토양 또는 사양토로서 인산을 흡수하는 힘이 크지 않고 보비력이 낮으나 토양관리가 쉬워 채소류 재배에는 적합한 반면 점토함량이 많은 식질토양은 보비력은 크지만 공기의 유동이나 물 빠짐이 불량하여 토양을 관리하기가 어렵다. 일반적인 시설재배지에서 시비관리상 주의할 내용을 보면 다음과 같다.

 

○ 사양토는 토양조건이 좋고 유기물의 분해가 빠르므로 퇴구비와 같은 유기물을 많이 시용해야 한다.

○ 또한 비료를 일시에 많이 시용하는 것보다 시비횟수를 증가시켜야 한다.

○ 토양의 산성화에 대비하여 석회, 고토를 시용하고 고토결핍에 주의한다.

○ 가리비료를 많이 시용하면 고토결핍을 유발하고 질소비료를 많이 시용하면 질산태질소의 함량을 높여 토양의 염류농도를 높인다.

 

가) 작물의 양분흡수량，이용률, 시비량

시비량을 결정하기 위해서는 우선 작물이 전 생육기간을 통하여 흡수 이용하는 비료의 양과 시비한 비료의 실제 이용률을 알아야 한다.

예를 들면 토마토가 10a당 20kg의 질소를 흡수하고 이때 이의 이용률이 50%라면 40kg의 질소를 사용하면 되지만 우려나라의 시설재배지에서는 이와 같은 기본적인 원리를 무시하고 다비다수확의 이론으로 비료를 많이 시용하고 있다.

이와 같은 과잉시비는 낭비적인 시비일 뿐만 아니라 토양의 염류농도나 양분함량을 지나치게 높여 작물의 생육을 저해할 뿐만 아니라 생산된 농산물의 품질을 저하시킨다.

시설재배에서 시비량의 결정은 수확량의 목표를 세우고 그 수량을 얻는데 필요한 비료의 양을 산출하여야 한다. 채소류의 비료 홉수량은 표 11과 같으며 수량목표를 이 보다도 더 높이 할 때는 그 증가분만큼 더 흡수하는 것으로 생각하면 된다.

표 6. 채소류의 3요소 흡수량
작물	수량 (t/10a)	질소 (kg/10a)	인산 (kg/10a)	칼리 (kg/10a)
오이	9.4	15.8	9.0	32.0
토마 토	9.4	25.0	3.7	48.0
가지	7.1	21.0	4.5	34.5
딸기	1.2	10.1	3.8	13.4

 

비료의 홉수량 즉 작물이 필요로 하는 양이 결정되면 다음은 비료의 효율이며 이 비료의 이용률은 노지재배와 시설재배 간에 큰 차이가 있다.

 

나) 토양검정에 의한 시비

시설재배와 같은 염류집적지에서는 비료의 잔효 성분함량을 고려해서 시비를 해야 된다. 오래전부터 토양 중에 남아있는 비료성분 함량을 검정하고, 이 함량에 따라 시비량을 조절하므로 써 토양 중 염류농도의 상승을 미연에 방지해야 된다.

일반적으로 시비란 토양에 부족한 비료성분을 비료로 토양에 보충하는 것으로서 앞 작물에 사용한 비료성분이 토양 중에 남아 있을 경우 이 양에 상당하는 성분량을 시비량에서 빼는 것은 당연한 이치지만 지금까지 우리는 이것을 소홀히 하였다.

작물의 비료성분 이용률은 작물의 종류, 토양조건, 기후 등 여러 요인에 따라 다르지만 일반적으로 질소 40～50%, 인산은 10～15%, 칼리는 50～60% 정도이다.

토양검정에 의한 질소시비량은 토양 중 NO3-N함량이나 EC 값을 기준하여 산정하고, 인산비료는 토양 중 유효인산(Av. P2O5) 함량, 가리시비량은 교환성 칼륨(K)함량이나 염기비에 따라 추천하고 있다(밭토양참조). 이와 같은 토양검정에 따른 시비량을 적용해서 시설재배 배추에 대한 효과를 검토한 결과 수량과 식물체의 비료성분 함량은 관행시비와 대등하였고, 비료대는 반으로 절감할 수 있었다(표 12).

 

표 7. 토양 양분함량에 따른 배추시비량 조절효과

처리	비료대 (지수)	수량 (톤/10a)	무기성분함량(%)
			질소	인산	칼리
관행시비량 (32-26-26) 토양검정시비량 (32-7-19)	100   55.6	13.9   13.9	2.65   2.65	1.72   1.77	7.76   7.67

※ 무기성분함량 : 수확기 식물체

 

이와 같이 작물생육의 근본이 되는 양분을 토양에 시용한다는 점에서 가장 중요한 재배기술의 하나이다. 시비량이나 시비방법은 대상작물이나 비료의 종류, 토양의 특성, 특히 토양중의 양분함량에 따라 달라야 한다.

 

토양진단에 근거한 시비는 작물에 필요한 양분을 충분히 그리고 균형있게 공급함으로써 안전한 농산물을 생산할 뿐만 아니라 불필요한 비료공급을 사전에 방지하여 환경을 보전할 수 있는 합리적인 시비방법이다.

 

참고문헌

농촌진흥청, 2013. 농경지 토양관리기술

농촌진흥청. 2016. 시설재배지 염류장해 해결기술(부제: 킬레이트제 농가 사용 사례)