시설원예지의 염류집적 원인과 개량 대책

시설원예지의 염류집적 원인과 개량 대책 기관 : 농촌진흥청 제주농업시험장 주소 : 제주도 남제주군 남원읍 하례히1318번지 성명 : 황 기성 전화(Fax) : 064-741-2580(064-749-2066)

시설원예는 작물 전생육기간을 피복하에서 작물생육에 적합한 환경을 만들어 주는 것이 시설원예의 재배상 특수성이라 할 수 있다.

작물생육을 재배하는 환경요인은 다양하므로 이들을 인위적으로 작물 생리적 특성 에 가장 적합하게 만들어 주는 일을 쉬운 일이 아니며, 이 문제는 시설원예에 주어져 있는 최대의 과제이다. 시설내부는 노지와는 환경이 근본적으로 달라짐에도 불구하고 그점을 고려하지 않기 때문에 토양내 염류집적, 연작장해의 문제를 야기시키는 경우 가 적지 않다.

시설원예를 경영하려면 시설내 토양관리상의 특수성을 충분히 파악하지 않으면 안 된다.

1. 염류란

화학에서는 산과 염기(알칼리)가 결합한 것을 염이라 하고, 비료로 사용하는 황산 암모니아(유안)는 황산(산)과 암모니아가 결합한 염이며 대부분의 화학비료는 염으로 되어 있다.

토양에 시용한 비료는 그대로 작물에 흡수 이용되는 것이 아니라 이들 비료는 토양 중에서 물에 의하여 녹으면 작물에 흡수 이용되는 주성분과 토양중에 남는 부성분으로 분해된다. 주성분은 주로 토양알갱이에 흡착되거나 작물에 흡수·이용되고 부성분으로 토양중의 여러 가지 성분과 결합하여 토양중에 남게 된다.

일반적으로 토양중에 가장 많은 염류는 석회와 결합한 형태이다. 그중에서도 질산 칼륨의 형태가 가장 많은데 그 이유는 질소질비료를 많이 시용하고 있기 때문이다. 그 다음으로는 염화칼슘과 결합한 형태의 염류가 많고 일부는 황산과 결합한 황산마그네 슘, 황산암모니아 등도 집적되어 있다.

인산은 토양중의 철이나 알루미늄과 결합되어 고정되기 때문에 물에 녹아 있는 경 우가 적어 인산과 결합한 염류는 아주 적다.

2. 염류의 집적과정

토양에 염류를 집적시키는 자연조건은 기후외에도 모재의 자연풍화, 관개수의 질과 양, 기타 여러 가지를 들 수 있다. 그러나 시설재배지에서의 주원인은 주로 화학비료의 시용이다. 우리나라 시설재배지에서 이제까지 쓰여온 주요 화학비료는 요소, 용과린 또 는 용성인비, 염화칼리 등이다. 질소질 화학비료로는 요소외에도 유안, 염안, 질안이 있 고, 인산질 비료로는 과석, 중과석이 있으며 칼리질 비료로는 황산칼리가 있다.

요소를 제외한 질소질 비료는 NH₄의 SO₄염, Cl염, NO₃ 염이다. 용성인비의 주성분은 Ca, Mg의 규산염이나 다른 염을 부성분 또는 혼합성 분으로 함유한다. 염화칼륨은 K와 Cl을 황산칼륨은 K와 SO₄를 만든다. 이렇게 토양에 시용된 염들은 작물에 흡수되지만, 그 양은 시비한 양에 비하여 아주 적다. 질소 는 약 30-40%, 인산은 10-20%, 칼리는 40-50%가 흡수될 뿐이다.

자연토양에선 작물이 흡수하고 남은 양이온과 음이온의 대부분 또는 상당량이 빗물에 세탈되어 토층밖으로 나간다. 또한 질소의 일부는 다시 가스화하여 공중으로 휘산한다. 그런데 시설재배지에서 이런 성분이 토층밖으로 나가지 못한 상태에서 관수했을 때 일부 가 내려갔다가 다시 상승하는 과정을 되풀이한다. 여기에 시비가 실시된다. 그 양도 노지 재배 시비랴오다 적지 않다. 같은 과정이 토양내에서 반복되고 작물이 흡수하지 못한 과 잉의 비료 염류는 토양에 집적되는 것이다.

3. 염류집적의 원인

시설 재배지에 염류가 많이 집적되는 원인으로는 다비재배, 강우차단, 특수환경 등이 있다. 특수환경이란 시설내 불량환경을 말하며, 이로 인하여 염류가 작토층에 많이 집적 다.

가. 다비재배

시설은 집약적으로 재배되기 때문에 다비재배를 하는 경향이 있다. 비료를 지나치게 많이 시용하기 때문에 비료로부터 유래하는 염류가 토양에 집적된다.

시설채소 및 화훼류를 재배하는 농가의 비료 및 개량제 시용량을 청취조사한 결과 표 1과 같이 많은 양을 시용하고 있는데 화훼류를 재배하는 농가에 비하여 채소류를 재배하 는 농가에서 더 많은 양의 비료를 시용하고 있다.

<표 1> 화학비료 및 개량제 시용량 및 시용비율

구 분	화학비료			개량제
	N	P2O5	K2O	소석회		고토석회		붕사
	--(㎏/10a)--			비율(%)	시용량	비율	시용량	비율	시용량
					(㎏/10a)
채 소 류	25.2	18.6	24.8	47.3	167.9	12.2	74.3	50.0	2.2
화 훼 류	21.5	7.2	11.9	48.3	223.6	6.9	75.6	36.4	1.7

또한 시설재배를 하는 농가에서 많은 양의 유기물을 시용하고 있는데 유기물의 시 용량은 표 2와 같다. 채소류를 재배하는 농가는 계분과 돈분을 위주로 시용하고 있고, 화훼류를 재배하는 농가는 우분, 퇴비 및 상품화한 유기질 비료를 시용하고 있는데, 시용농가 비율이 100%를 넘는 것은 두가지 유기물질을 혼용하는 농가들이 있었기 때 문이다.

<표 2> 유기물 시용량 및 시용비율

구분	우분		돈분		계분		퇴비		시판율
	비율(%)	시용량 (ton/10a)	비율	시용량	비율	시용량	비율	시용량	비율
채소류	14.9	4.5	29.0	12.0	43.2	4.4	12.2	2.0	14.9
화훼류	68.2	6.9	10.3	4.3	17.2	2.0	28.6	10.3	20.7

유기질비료 및 가축분 시용시 부수적으로 시용되는 화학비료 성분 모두가 작물에 흡수·이용되는 것이 아니라 그 중에 일부만 흡수·이용되고 나머지 함량은 토양속에 남아있게 된다.

시용된 가축분의 비료성분 함량이 1년간 유효화되는 비율을 가축분 종류별로 구분 하여 보면 그림 1과 같이 계분, 돈분, 우분의 순으로 큰데 그 비율은 20∼50% 의 범위 이다.

이와같은 원리 때문에 같은 포장에 양의 가축분을 시용하였을 때 계분을 시용한 포 장에서 염류의 집적이 가장 먼저 이루어지고 연작장해가 발생되는 것이다.

 

폐기물 종류별 양분의 가용화율은 표 3과 같이 식품가공오니는 100%인 반면에, 시 중에 유통되고 있는 양이 많고 농민들이 많이 시용되고 있는 발효계분, 발효돈분 등은 50%, 음식물 쓰레기는 30%정도만 유효화되고 나머지는 토양속에 남아있게 된다.

<표 3> 폐기물을 질소(요소)대비 양분 가용화율

가용화율	폐 기 물 의 종 류
100%범위	식품가공오니
50%범위	발효계분, 발효돈분, 장유슬러시, 맥주오니, 음료슬러지, 우유슬러지
	분뇨슬러지, 생활하수오니
30%범위	한천슬러지, 담배니분, 공장하수오니, 주정오니, 피혁오니, 섬유슬러지
	음식물쓰레기, 제약슬러지
30%이하	유지가공오니

나. 강우차단

(1) 노지토양

우리나라는 비교적 강우량이 많은 나라임 자연상태에서는 빗물의 1/3이 토양속을 통과하여 지하수로 흘러 들어가게 된다. 이때 토양에 함유된 여러 가지 성분이 빗물 과 함께 흘러 내려가며 이 현상을 용탈이라 한다.

이와같은 과정을 거치는 것이 노지토양이며, 이것이 우리나라 토양이 산성으로 되 는 주원인이다. 물론 토양의 산성화라는 것은 빗물뿐만 아니라, 인위적으로 시용한 비 료도 비료종류에 따라 토양을 산성화시키는 큰 원인이 된다.

산성의 성분(염소, 황 등)을 가진 비료가 토양을 산성화 시키는 것은 당연한 원리 지만 그외에도 질소질 비료를 많이 시용하면 이것이 토양중에서 미생물에 의하여 질산 태 질소로 되어 토양을 산성으로 만든다.

(2) 시설재배지의 토양

시설재배지와 같이 토양의 지상이 피복된 경우에는 표토의 환경이 크게 달라진다.

특히 토양중의 물이동 양상은 노지 토양과 정반대이다. 완전히 피복된 상태에서는 빗 물이 차단되고 지표에서 지하로 내려가는 물의이동이 중단된다.

한편, 시설내부의 온도가 상승되기 때문에 지표면에서 상승되는 수분의 증발량이 많 게 되어 토양수분은 모세관현상으로 아래에서 위로 이동함에 따라 토양중의 많은 성분들 이 물과 함께 표토까지 상승되고, 수분은 다시 고온으로 증발하게 됨에 따라 염류가 표토 에 쌓이게 된다. 그래서 토양은 수분이 아래에서 위로 이동하는 영향을 받아 토양 중의 염류가 표토근방에 모이는 집적형의 토양이 된다.

 

다. 특수환경

시설내부는 온도, 광, 수분, 공기 등의 환경이 노지에 비하여 나쁘다. 약광, 탄산 가스의 부족등과 같은 불량한 환경속에서 작물생육은 둔화되고, 연약하게 자라며 토양 중의 양분 흡수율이 떨어진다. 노지에 비하여 높은 온도는 증발산을 촉진하고, 건조한 토양에 관수량은 부족하고, 이러한 조건에서는 수분이 표층으로 상승하면서 용존하는 염류도 함께 표층으로 이동된다.

3. 토양개량 및 비배관리

가. 염류의 제거

하우스 재배에서 염류집적은 숙명적이지만 비료형태와 시비량에 주의하면 집적속도 를 지연시킬 수 있다.

보통 제염이라면 토양의 염류농도를 낮추는 것을 말하는데 방법을 크게 나누어 물 을 이용한 제염, 작물을 이용한 제염, 그리고 유기물 시용에 의한 제염이 있다.

(1) 물을 이용한 제염

보비력이 낮은 모래땅은 염류가 적게 집적되어도 바로 염류장해가 발생하고, 담수 하면 비교적 빨리 제염되지만, 점토함량이 높은 토양은 모래땅보다 염류집적이 느리고 담수하여도 제염효과가 느리다.

최근 물을 쉽게 얻을 수 있는 지대에서는 관수 또는 담수 제염하는 곳이 많다. 하 층으로 침투가 잘 되지 않는 곳에서는 다시 염류가 표층으로 상승할 우려가 있으므로 사전에 배수시설을 하는 것이 좋다. 즉, 작토밑 일정한 깊이에 배수관을 묻고 다소 과잉으로 관수하여 세척수가 그 관을 통하여 배수되도록 하면, 자연토양에서 보다 훨 씬 많은 염류를 세척하여 그 집적을 막을 수 있을 것이다. 담수는 1회에 100mm내외를 하여 2회 이상 반복하여야 한다.

(2) 제염작물에 의한 제염

하우스 재배의 휴한기를 이용하여 단기간 제염작물에 재배하는 방법이 효과적이다. 연구결과에 의하면 시설재배지에서는 토마토를 재배한 후 7월초에 옥수수를 파종하여 8월에 수확한 후 토양의 염류제염 효과를 분석한 결과 옥수수 재배의 효과가 가장 좋았 다.

하우스 휴한기에 청예옥수수를 재배하여 염류를 제거한 결과 옥수수 생초 1ton당 질 소 3㎏, 인산 0.5㎏, 칼리 4㎏, 칼슘 2㎏, 마그네슘 1㎏이 제거된다고 한다. 만일 10a당 7ton의 생초가 얻어진다면 하우스 밖으로 반출되는 양은 질소 21㎏, 칼리 28㎏으로 상 당한 양에 달하며, 이것을 반출하면 제염효과가 커진다.

(3) 유기물 시용에 의한 제염

토양에 유기물을 시용하고 적당한 온도와 수분이 있으면 토양 속의 미생물은 바로 활동하기 시작하며 유기물을 분해한다. 이때의 유기물을 성분의 조성은 미생물체에서 합성된 것과 에너지로서 소비되는 것을 합하면 질소 1에 대한 탄소 25의 비율이 적당 하다. 만일 이 비율보다 탄소가 많을때는 부족한 질소를 토양에서 취하기 때문에 토양 속의 질소농도가 저하하게 된다. 특히 염류농도와 관계가 깊은 질산태 질소의 함량을 현저히 감소시켜 토양의 염류농도를 감소시킨다.

(4) 환토, 심토의 반전, 객토등에 의한 농도 감소

토양의 염류는 표층에 많이 집적되어 있고 아래층에 적게 집적되어 있다. 따라서 표층의 흙을 새흙으로 바꾸거나 아래층의 흙을 위로 올리는 심토 반전, 새 흙을 표토 의 흙과 혼합하는 객토 등의 방법이 있다. 새흙이 혼입될 때에는 작토의 비옥도가 낮 아지므로 또다시 시용되어야 한다. 4-5년을 계속해서 과다 시비하게 되면 다시 염류가 집적되어 많은 비용을 투입한 작업의 효과가 없게 된다.

(5) 피복제거

여름에는 기초 피복을 벗겨 자연강우에 노출시키면 염류농도가 크게 감소된다. 따라 서 고온으로 작물재배가 어려운 여름에 피복물을 제거하여 토양중 염류농도를 낮추는 방 법이 있으나 작물을 재배하지 못하여 발생하는 토양중 손실이 크기 때문에 바람직한 방 법은 아니다.

(6) 합리적인 시비

시설재배와 같은 염류 집적지에서는 비료의 잔효성분 함량을 고려한 시비를 해야한 다. 선진국에서는 오래전부터 토양중에 남아있는 비료성분 함량을 검정하고, 그 함량에 따라 적정시비를 하는데 노력하고 있다.

토양중의 양분함량을 고려한 적정시비를 함으로써 토양에 양분이 과다하게 축적되 는 것을 방지하고, 낭비적인 시비를 막아 영농비를 절감하여 농가소득을 올릴 수 있도 록 노력하여야 한다.