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ISSN : 1225-8504(Print)
ISSN : 2287-8165(Online)
Journal of the Korean Society of International Agricultue Vol.28 No.3 pp.390-396
DOI : https://doi.org/10.12719/KSIA.2016.28.3.390

Change of Soil Properties and Crop Productivity by Paddy-Upland Rotationin Newly Reclaimed Tidal land

Yang-Yeol Oh†, Su-Hwan Lee, Jin-Jung, Jong-cheol Ko, Weon-Young Choi, Jae-Hyeok Jeong, Sun-Kim, Jin-Hee Ryu, Young-Joo Kim, Hui-Su Bae, Sang-Hun Lee, Jae-Hyun Kim, Kil-Yong Kim, Young-Doo Kim, Sun-Lim Kim
National Institute of Crop Science, RDA. Wanju 55365, Korea
Corresponding author : (+82-63-238-5317) (nubira7777@korea.kr)
May 24, 2016 July 1, 2016 August 17, 2016

Abstract

The object of this study conducted to investigate the effect of paddy-upland rotation cropping system on soil properties and crop productivity in newly reclaimed tidal land. Five types of paddyupland rotation cropping system were evaluated : Rice-Rice (RR) Rice-Maize (RM), Mize-Maize (MM), Rice-Soybean (RS), Soybean-Soybean (SS). The soil bulk density was the lowest RM treatment, and soil pH was a tendency to be lower in all treatments of the paddy-upland rotation cropping system. RM treatment showed a higher moisture content and lower Electrical conductivity than RR treatment. Results of maize productivity in paddy-upland rotation cropping system, Except for the stem diameter growth, RM treatment showed good growth and productivity than MM treatment. Soybean growth and yield increased in the rotated upland cultivation from rice-paddy field compared to the SS treatment. But, overall treatments indicated poor growth and yield. In this study, we offer the effects of paddyupland rotation cropping system on the soil properties and upland crop growth and yield, and also out results can be provide supporting basic data that introduced paddy-upland rotation in reclaimed tidal land.


신간척지 답전윤환 체계가 토양 특성 및 작물 생산성에 미치는 영향

오 양열†, 이 수환, 정 진, 고 종철, 최 원영, 정 재혁, 김 선, 류 진희, 김 영주, 배 희수, 이 상훈, 김 재현, 김 길용, 김 영두, 김 선림
농촌진흥청 국립식량과학원

초록


    Rural Development Administration
    PJ0101422016

    간척지 개발 초기에는 제염 및 식량증산을 목적으로 벼가 주로 재배되었지만, 최근 쌀 소비감소·생산 과잉 및 수급조절 문제, 밭작물의 낮은 식량자급률로 인하여 간척지에서 밭작물 재배가 시도되고 있다. 하지만 간척지 토양은 저지대로써 지하 수위가 높고 배수가 불량하며 토양 유기물 함량이 0.5% 이하 로 매우 낮아 양분 보유력이 낮고 특히 간척지 초기에는 가용 성 염류 및 치환성 나트륨이 과다하게 함유되어 있어 토양 염 분농도가 높기 때문에 작물 생육이 어려운 실정이다(Kim et al., 2011). 그러나 최근 신간척지는 자연강우 등에 의하여 자 연적으로 제염이 진행되면서 염생식물 등의 식생분포가 나타 나다 마지막에는 갈대 등의 다양한 자생식물들의 천이가 이루 어지고 있다. 제염이 진행되고 있는 곳에 농지조성을 하게되면 토양 염농도는 낮지만 유기물 함량이 낮고 또한 밭작물을 재 배시 담수를 하지않기 때문에 모세관상승에 의하여 염분이 다 시 올라오는 재염화 과정을 억제함으로써 토양 염류농도가 높 아지는 것을 방지하여야 한다(Lee et al., 2015). 따라서 간척 지에서 밭작물을 안정적으로 재배하기 위해서는 지속적인 관 리가 필요한 실정이다.

    답전윤환은 주로 아시아지역에서 이용되고 있는 작부체계로 서(J. Timsina, 2001), 논 상태와 밭상태를 몇 해씩 돌려가면서 벼와 밭작물을 재배하는 방식이며, 토양에 투입되는 자원의 양 을 감소시키면서 토양을 질적으로 향상시키고 또한 양분이용 효율 증대, 입단형성, 통기성 및 투수성 증가, 유기물 분해증가, 산성화 및 염류집적 억제 등의 장점을 가지고 있다(Yoon et al., 2014). 논토양과 밭토양에서 재배되는 작물들은 각각 비호 기적인 상태와 호기적인 상태에서 재배되기 때문에(Song Chen et al., 2012), 물리적, 화학적, 생물학적 특성이 서로 다른 상 태를 나태내고 있다(Fan et al., 2008). 특히 토양 물리적 특 성은 토양과 작물 관리 기술에서 중요한 역할을 하고 있고 (Wang et al., 2003), 또한 연구자들은 이러한 논토양과 밭토 양의 토양의 물리적, 화학적 상태를 잘 설명할 수 있는 적합 한 지표라고 제안하고 있다.

    따라서 답전윤환에서 중요한 점은 어떠한 밭작물을 벼와 함 께 윤환하는 것이 효율적인가에 대하여 관심을 가져야 하고, 최근 이러한 윤환방법에 대하여 다양한 방법이 시도되고 있는 데, 현재 여러 밭작물들이 논 상태의 벼와 윤환이 되고 있는 실정이다. 우리나라에서도 답전윤환에 대하여 많은 연구가 되 었으나, 신간척지에서 답전윤환에 관한 연구는 미흡한 실정이 다. 본 연구는 제염이 진행 되고 있는 신간척지 갈대 군락지 역에 농지를 조성한 후 답전윤환을 적용하였을 때 토양특성 변화와 밭작물의 생육특성 및 수량 등의 조사한 결과를 신간 척지에서 답전윤환을 적용하기 위한 기초자료로 활용하고자 본 시험을 수행하였다.

    재료 및 방법

    시험장소 및 토양특성

    본 시험은 신간척지 농지조성 후 논밭윤환을 위한 적정 밭 작물 선발 및 토양특성 변화를 관찰하기 위하여 전라북도 부 안군에 위치한 새만금 간척지 계화지구 내 국립식량과학원 시 험포장(35°46’N, 126o37’E)에서 2014년부터 2015년까지 수행 하였다. 시험포장은 새만금 간척지가 완공 후 시험 전까지 갈 대군락이 형성된 곳을 선정하였으며 각 처리구의 답전윤환 형 태는 Table 1과 같다. 2013년까지 강우 등으로 제염이 진행된 이 군락에 농지를 조성하여 2014년부터 논 및 밭으로 재배를 하였다. RPP처리구는 2014년부터 2015년까지 벼를 연작하였 고, RPU처리구는 2014년에는 벼를 심고 2015년에는 각각 옥 수수 및 콩을 재배하였다. 마지막으로 RUU처리구는 2014년 부터 2015년까지 옥수수 및 콩을 연작하였다.

    공시토양은 하해혼성충적층(Fluvio-marine deposit) 모재로 하는 염류토 즉 문포통이었고, 시험 전 토양의 이화학성은 Table 2와 같다.

    벼 재배

    벼 공시품종은 청호벼를 이용하였으며, 2014년, 2015년 각 각 5월 30일, 6월 2일에 3 ~ 5본을 기계이앙하였다. 벼 파종 전 종자소독을 실시하였으며, 재식거리는 30 × 14 cm (휴폭 × 주간거리), 시비량은 N-P2O5-K2O 10a당 각각 16-5.1-5.7 kg을 시비하였으며 질소비료는 분시비율을 기비:분얼비:수비 각각 40 : 30 : 30, 염화칼리는 기비와 수비를 70 : 30으로 분시 하였 으며 인산은 전량을 기비로 로타리 작업전에 시용하였다. 벼 생육 및 수량조사는 2014년, 2015년 모두 10월 16일에 간장, 수장, 주당 이삭수를 처리당 3반복 10주씩 조사하였으며, 수 량조사는 처리당 3반복 100주씩 예취하여 농촌진흥청 농업과 학기술 연구조사분석기준(RDA, 2012)에 의하여 이삭당 입수, 등숙비율, 수량을 조사하였다.

    옥수수 재배

    옥수수 공시품종은 찰옥4호를 이용하였으며, 2014, 2015년 각각 4월 25일, 5월 8일에 파종하였다. 재식거리는 60 × 25 cm로 하였으며, 시비량은 N-P2O5-K2O-퇴비를 10 a당 20- 15-15-1500 kg, 수준으로 시용하였고, 질소비료는 기비와 수비 를 50 : 50으로 분시 하였고, 인산, 칼리, 퇴비는 전량을 기비 로 로타리 작업 전에 시용하였다. 옥수수 생육 및 수량조사는 2014년, 2015년 각각 7월28일, 8월13일에 간장, 착수고, 경태, 이삭장, 이삭폭, 이삭수, 이삭중을 처리구당 3반복 10주씩 농 촌진흥청 농업과학기술 연구조사분석기준(RDA, 2012)에 의하 여 조사하였다.

    콩 재배

    공시품종은 대풍콩을 이용하였으며 2014년, 2015년 각각 5 월 29일, 6월 8일에 파종하였다. 재식거리는 60x20cm 로 하 였으며, 시비량은 N-P2O5-K2O-퇴비를 10a당 6-8-6-1500 kg, 수준으로 시용하였고, 질소비료, 인산, 칼리, 퇴비를 전량을 기 비로 로타리 작업전에 시용하였다. 콩 생육 및 수량조사는 2014년, 2015년 각각 10월16일, 10월19일에 경장, 주경절수, 분지수, 100립중, 개체당 협수, 협당 립수 및 종실수량을 처리 구당 3반복 10주씩을 농촌진흥청 농업과학기술 연구조사분석 기준(RDA, 2012)에 의하여 조사하였다. 또한 토양 분석은 농 촌진흥청 국립식량과학원 식량작물환경 분석법 핸드북(2014) 에 의거하여 조사 분석하였다.

    시험결과의 통계분석은 R (Version 3.1.1)로 분석하였다.

    결과 및 고찰

    재배기간 중 기상변화

    본 시험을 수행한 2014년부터 2015년까지 시험기간동안 평 균기온 및 강수량을 Fig. 1 에 나타내었다. 벼와 콩 재배기간 (6월 ~ 10월)동안 평균기온은 2014년 21.2°C, 2015년에는 21.8°C로 평년기온 21.6°C보다 2014년도에는 0.4°C 낮았고, 2015년도에는 0.2°C 높았다. 재배기간동안 총 강수량은 2014 년에 875 mm, 2015년에는 362 mm로 평년강수량 674 mm 보 다 2014년에도에는 201 mm 많았으며, 2015년도에는 312 mm 적었다. 옥수수 재배기간(5월 ~ 8월)동안 평균기온은 2014년 21.8°C 2015년에는 22.5°C로 평년기온 22.4°C보다 2014년도 에는 0.6°C 낮았으며, 2015년도에는 0.1°C 높았다. 총 강수량 은 2014년에는 195 mm 2015년에는 285 mm로 평년강수량 612 mm 보다 각각 417 mm, 327 mm 적었다. 2015년도 콩 및 옥수수 재배기간 모두 평균기온는 평년기온보다 높았으며, 총 강수량은 평년 강수량보다 적었다.

    토양 이화학적 특성 변화

    답전윤환 재배시 토양의 물리·화학적 상태를 보면 시험 전 용적밀도는 1.48 ~ 1.54 g·cm-3에서 윤환1년 후 1.21 ~ 1.37 g·cm-3로 낮아지는 경향을 보였다. 이는 답전윤환처리구에서는 토양의 용적밀도가 낮아졌고, 또 밭작물의 재배기간이 길어질 수록 더 낮아졌다는 Yoo(1995)의 연구결과와 같았다. 토양의 pH는 8.2 ~ 8.6 사이의 알칼리성의 토양을 유지하고 있었는데 2015년 윤환시험 후 토양 pH는 낮아지는 경향이었다. 특히 밭 으로 1년 윤환했던 처리구가 5.5 ~ 5.8로 가장 낮았다. 그러나 토양의 pH는 토양모재, 비료종류, 시비량의 차이 등의 많은 영향을 받기 때문에 서로 상이한 것으로 판단된다((Yoon et al., 2014). 유기물함량은 시험 전 2.09 ~ 2.46 g kg−1이었는데 옥수수 및 콩을 심었던 처리구들의 유기물 함량이 증가하는 경향을 보였다. 또한 치환성 양이온 중 Ca을 제외한 K, Mg 은 모든 처리구에서 감소하는 경향을 보였다.Table 3

    벼-옥수수 재배기간 동안 토양 EC 및 수분변화

    2014년부터 2015년까지 2년 동안 벼-옥수수, 옥수수-옥수수, 벼-벼 3가지 답전윤환 형태를 시험한 결과 토양 EC 및 수분 함량 변화는 Fig. 2와 같다. 벼-옥수수 재배기간 동안 토양 EC 변화를 나타낸 그래프로 2014년도에는 벼를 재배한 곳이 담수로 인하여 옥수수를 재배한 곳 보다 토양 EC가 낮게 유 지되었으나, 2015년도에는 옥수수-옥수수를 윤환했던 곳이 전 년도 벼를 심었던 옥수수 윤환구보다 높은 토양 EC를 유지하 였다. 반면 2015년도 옥수수 재배기간 동안 토양 수분함량은 벼를 계속 재배한 곳이 담수상태로 인하여 가장 높은 수분함 량을 보였으며, 전년도 벼를 재배하고 옥수수로 윤환을 한 처 리구가 윤환 하지 않은 옥수수 처리구보다 높은 수분함량을 나타내었다. 보통 토양 EC는 토양 수분함량에 따라 좌우되며 토양수분은 강우조건과 지하수위 조건에 따라 좌우되는데, 특 히 토양 표토층(0 ~ 20 cm)은 강우조건과 상관관계가 깊었다 (Kwun et al., 1994).

    또한 2015년 8월 31일 옥수수 수확시기 때 토양 층위별로 토양 EC 및 토양 수분 함량을 Fig. 3에 나타내었다. 토양 층 위별 토양 EC를 보면 옥수수를 연작하였던 처리구가 벼-옥수 수로 윤환했던 처리구보다 높은 토양 EC를 나타냈으며, 토양 수분함량은 0~30 cm 까지는 벼-옥수수 윤환구가 옥수수 연작 구보다 2 ~ 3% 더 높은 수분함량을 나타내었다. 이는 간척지 에서 답전윤환을 하였을 때 토양 투수성 및 지하수위의 변화 를 좀 더 살펴보아야 할 것으로 판단된다.

    벼-옥수수 재배기간 동안 옥수수 생육 특성 및 수량비교

    답전윤환에 따른 옥수수 간장 및 착수고, 경태를 비교한 결 과 Table 4에 나타낸 바와 같이 전년도 벼를 한번 재배하고 옥수수로 윤환하였던 것이 옥수수를 연작한 처리구보다 생육 이 양호하였다. 간장의 경우 벼-옥수수 윤환구가 173 cm로 옥 수수-옥수수 윤환구의 160 cm 보다 더 길었으며, 착수고 또한 벼-옥수수 윤환구가 79 cm로 옥수수-옥수수 윤환구의 67 cm보 다 길었다. 그러나 경태는 반대로 옥수수-옥수수 윤환구가 31.3 mm로 벼-옥수수 윤환구보다 2.1 mm 더 두꺼웠다.

    또한 이삭의 길이, 직경, 무게변화 등 이삭 특성 및 수량변 화를 Table 5에 나타내었다. 이삭길이는 벼-옥수수 윤환구가 18.9 cm로 옥수수를 연작한 처리구의 17.9 cm보다 더 길었으 며, 이삭직경 또한 4.6 cm로 옥수수를 연작한 처리구의 4.4 cm 보다 길었다. 이삭 무게 또한 222.2 g으로 옥수수 연작구의 192.3 g보다 무거웠다. 찰옥수수 수량변화를 살펴보면 벼를 재 배했던 윤환구가 계속 옥수수를 재배하였던 연작구보다 이삭 수 및 수량이 양호하였다. 이삭수는 10 a 당 4,861개로 옥수수 연작구의 4,259개 보다 많았으며, 수량 또한 809 kg으로 옥수 수 연작구 735 kg 보다 양호하였다. 이는 Kim et al. (1993) 이 옥수수는 밭 전환 초기에 배수문제만 개선한다면 높은 생 산력을 유지할 수 있다고 하였으며, 또한 밭 윤환 후 첫해보 다 2년, 3년 연작재배에서 현저한 수량증가를 보인다고 하였 다. 이를 통하여 간척지에서 제염이 진행된 상태에서 답전윤 환 시 염류집적 및 잡초 등을 제어함으로써 1년 벼를 재배하 고 옥수수를 윤환하였던 처리구가 양호한 생육을 나타낸 것으 로 판단된다.

    벼-콩 재배기간 동안 토양 EC 및 수분변화

    2014년부터 2015년까지 2년 동안 벼-콩, 콩-콩, 벼-벼 3가지 답전윤환 형태를 시험한 결과 토양 EC 및 수분함량 변화는 Fig. 4와 같다. 벼-콩 재배기간 동안 토양 EC 변화는 옥수수 를 답전 윤환했을 때와 비슷한 결과를 보였다. 2014년도에는 벼를 재배한 곳이 담수로 인하여 콩을 재배한 곳 보다 토양 EC가 낮게 유지되었고, 2015년도에는 콩-콩을 윤환했던 곳이 전년도 벼를 심었던 콩 윤환구보다 높은 토양 EC를 유지하였 다. 또한 2015년도 콩 재배기간동안 수분함량은 벼를 계속 재 배한 곳이 가장 높은 수분함량을 보였으며, 전년도 벼를 재배 하고 콩을 윤환을 한 처리구가 윤환 하지 않은 콩 처리구보다 3%정도 높은 수분함량을 나타내었지만 전체적으로 비가 오지 않은 8월 건조한 시기에 토양 수분함량이 15% 이하의 낮은 수분함량을 나타내었다.

    또한 2015년 10월 26일 콩 수확시기 토양 층위별로 토양 EC 및 토양 수분함량을 Fig. 5에 나타내었다. 토양 층위별 토 양 EC를 보면 콩을 연작했던 처리구가 벼-콩으로 윤환했던 처 리구보다 20 ~ 100 cm 이상에서 높은 토양 EC를 나타냈으며, 토양수분함량은 또한 벼-콩 윤환구가 콩 연작구보다 2 ~ 8% 더 높은 수분함량을 나타내었는데 이는 벼-옥수수 윤환형태와 비슷한 결과를 나타내었다.

    벼-콩 재배기간 동안 콩 생육 특성 및 수량비교

    답전윤환 형태별 콩 생육 특성은 Table 6에 나타낸 것과 같 이 경장 및 주경절수는 전년도 벼를 재배하고 콩을 윤환한 처 리구가 콩을 연작한 처리구보다 생육이 양호하였고 반면 콩을 연작한 처리구는 분지수가 많고 경태는 더 두꺼운 현상을 보 였다.

    Table 7은 협수, 협당 립수, 100립중 등 수량을 나타낸 표 이다. 개체당 협수는 윤환했던 구가 70개 윤환하지 않았던 구 가 62개로 8개 더 많았으며, 협당 립수도 윤환구가 2.5개로 윤환하지 않았던 구 2.3개보다 많았다. 또한 100립중도 윤환 구가 20.5 g로 윤환하지 않았던 구 18.4 g보다 무거웠으며 이 를 토대로 10 a 당 종실수량은 윤환구가 231 kg 으로 윤환하 지 않았던 구 176 kg 보다 많았다. 그러나 콩 생육 및 수량은 일반노지 수량보다 훨씬 못 미친 결과를 나타내었다. 이는 콩 은 일조 및 수분 등 환경조건에 민감하게 반응하는 작물인데, 특히 콩 수량은 파종기, 토양조건, 작부체계, 기상조건 등 재 배환경 차이가 크다고 하였다(Yoon et al., 2014). 또한 콩을 답전 윤환시 연작하면 수량이 감소되는데 2년 연작 시 10% 3년 연작시 20%정도 감수되고 , 토양 간에는 점토함량이 낮 을수록 그 감수량은 크다고 하였다(Park et al., 1993).

    벼 생육 특성 및 수량비교

    Table 8은 2014년부터 2015년까지 벼를 연작하였을 때 생 육 특성 및 수량을 비교한 것이다. 농지를 조성 후 첫해보다 두 번 연속 연작하였을 때 벼의 생육 및 특성이 양호하였다. 2년 연속 재배 시 수장이 3 cm 정도 더 길었으며 수당 립수 는 23개 정도 더 많았고 수량 또한 10 a 당 554 kg으로 2014년 504 kg보다 많았다.

    적 요

    신간척지에서 농지를 조성 후 답전윤환 체계를 적용하였을 때 토양 이화학성 및 밭작물의 생육특성, 수량변화를 조사 분 석한 결과는 다음과 같다.

    • 1. 신간척지 농지조성 후 토양 이화학성 변화에서 용적밀도 는 벼를 옥수수로 윤환했을 때 가장 낮아졌고, pH는 논을 밭 으로 윤환한 처리구가 가장 낮아지는 경향을 보였다.

    • 2. 벼를 재배하고 옥수수로 윤환했을 시 옥수수를 연작했을 시보다 낮은 EC와 높은 수분함량을 보였다.

    • 3. 옥수수 생육 및 수량은 벼를 재배하고 옥수수로 윤환했 던 처리구가 옥수수를 연작했던 처리구보다 경태를 제외하고 양호한 생육상태를 나타내었다.

    • 4. 벼를 재배하고 콩으로 윤환했을 때에도 토양 EC 및 수 분함량 변화가 옥수수를 윤환했던 처리구와 비슷한 결과를 나 타내었고 생육 특성 및 수량 또한 콩을 연작했을 때보다 양호 하였지만 일반 노지와 비교했을 시 저조한 생육 및 수량을 나 타내었다.

    이상의 결과를 종합해보면 제염이 진행되고 있는 갈대 우점 지역에서 농지를 조성하였을 때 밭작물을 바로 재배하기보단 논으로 조성 후 답전윤환형태로 전환하는 것이 효과적으로 판 단되며 간척지에서 답전윤환 도입할 때 초기 기초자료로 이용 될 수 있을 것으로 사료된다.

    ACKNOWLEDGMENTS

    본 성과물은 농촌진흥청 연구사업(세부과제명: 신간척지 적 정 논밭 윤환기간 설정 연구, 세부과제번호: PJ0101422016) 의 지원에 의해 이루어진 것임.

    Figure

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    The monthly average temperature (°C) and the monthly average accumulative rainfall (mm) in the experiment field during 2014 ~ 2015.

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    Comparison of different paddy-upland crops rotations on the field soil electrical conductivity during 2014-2015 and soil moisture content during 2015.

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    Soil electrical conductivity and soil moisture according to Soil depth in Maize picker.

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    Comparison of different paddy-upland crops rotations on the field soil electrical conductivity during 2014-2015 and Soil moisture content during 2015.

    KSIA-28-390_F5.gif

    Soil electrical conductivity and soil moisture according to soil depth in soybean harvest time.

    Table

    Crop rotations of the experimental sites.

    RPP : Reed - Paddy - Paddy
    RPU : Reed - Paddy - Upland
    RUU : Reed - Upland - Upland

    Soil properties before experiment in 2014(0~20cm).

    Soil physical and chemical properties in different rotation system after experiment in 2015 (0 ~ 20 cm).

    Comparison on the agronomic characteristics of maize with paddy-upland rotation in 2015.

    Comparison on ear length, diameter, and weigt of maize with paddy-upland rotation in 2015.

    Comparison on the agronomic characteristics of soybean with paddy-upland rotation in 2015.

    Comparison on ear length, diameter, and weight of soybean with paddy-upland rotation in 2015.

    Comparison of rice yield in 2014-2015.

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