황기 재배지에서 토양의 물리적 특성에 따른 습해 정도와 재배적지 기준 설정

서 언

황기 [Astragalus membranaceus (Fisch.) Bunge]는 콩과 (Leguminosae)에 속하는 숙근성 여러해살이 초본 약용식물이다. 뿌리를 식용 및 약용하기 때문에 지하부의 원활한 생육을 위하여 배수와 보수력이 양호한 토질에서 재배하는 것이 중요하다. 추위에 강하여 전국 어느 곳에서나 재배가 가능하며, 중남부 지역에서는 1년근 재배가 유리하고, 비교적 서늘한 중북부 고랭지대에서는 2년 이상 다년근 재배가 가능하다.

황기는 항염증, 항산화 작용 및 항고혈압 등의 효능을 인정 받았으며 (Kim et al., 2013; Su et al., 2016; Choi et al., 2019), 한방에서는 십전대보탕, 방기황기탕 등으로 처방하고 있어 약용 및 식품용으로 인기가 많은 작물 중 하나이다 (Im et al., 2010).

소득수준이 향상되고 웰빙에 대한 관심이 증가하면서 약용 작물의 소비가 증가하였지만 황기는 334 ㏊ (’14) 재배되던 것이 5 년 만에 192 ㏊ (’19)로 감소하였는데 (MAFRA, 2020), 이는 연작장해 회피를 위한 초작지 부족 현상이 신규 재배면적의 감소를 유발한 이유가 크다.

강수량은 작물 생육에 영향을 주는 주요한 기상 요인 중 하나이다. 우리나라는 몬순 기후대에 속하며 여름철 강수량이 연 강우량의 절반 가량을 차지해 매년 집중호우에 의한 피해가 큰 실정이다 (Kwon et al., 1982). 특히 2020년 여름 강수량은 1,081.9 ㎜였으며, 이 수치는 650.3 ㎜ (’18)과 647.7 ㎜ (’19)에 비해 매우 기록적이어서 (Fig. 1), 많은 작물 피해가 보고되었다(KMA, 2020).

Fig. 1.

Precipitation of June, July and August on 2018-2020.

홍수와 가뭄은 지난 50년 동안 전 세계적으로 빈도와 강도가 증가했으며, 미국을 포함한 북미대륙에서의 기상 시뮬레이션 모델은 2002년 대비 2030년까지 폭우가 30%까지 증가할 것이고 2090년까지 65%까지 증가할 것으로 예측되고 있다 (Rosenzweig et al., 2002). 또한 이러한 과도한 수분 현상은 특정 국가나 지역에서 국지적으로 발생하는 것이 아니라 전세계적으로 작물 수확량 손실을 유발하는 주요 비 생물적 스트레스이며 주로 장기간의 토양 배수 불량을 유발하게 되어 작물의 건물중, 종실 수량 등에 부정적 영향을 준다 (Setter and Waters, 2003).

습해가 작물 생육에 미치는 영향에 관한 연구는 다양하게 진행되어 토양 염류 농도가 높은 배수 약간 불량지 논토양에서 인삼 재배 시 적합한 두둑 높이는 30 ㎝인 것으로 밝혀졌고 (Lee et al., 2015), 갯기름나물 (식방풍)의 습해 정도에 따라 ㏊ 당 생근수량은 정상 생육에 비하여 80%까지 감소하였고, 지황은 ㏊ 당 생근수량이 정상 생육에 비해 83%까지 감소하였다고 보고되어지고 있다 (Park et al., 1999).

원활한 배수를 위하여 대상재배 (帶狀栽培)를 한 경우 수크령 (pearl millet) 및 동부 (cowpea)에서 범람 스트레스를 방지하여 초기 생장과 수량을 높였다고 보고되어지고 있다 (Hirooka et al., 2019). 또한 기후변화에 대응하여 습해 저항성이 있는 품종육성 연구가 활발히 진행되고 있어 인위적 습해 유발 조건에서 2년생 인삼 품종의 생육 특성 비교 연구가 수행되었고 (Kim et al., 2015), 침수 저항성 콩 유전자원 선발 연구가 진행된 바 있다 (Koo et al., 2014).

토양의 물리성은 작물 생육과 밀접한 연관이 있을 뿐만 아니라 불량할 경우 작물 생산이 제한받기도 한다 (Martin, 1953; Asady et al., 1985). 그러나 2020년과 같은 기록적인 장마에 대비하여 작토층의 토성, 배수등급, 포장경사도 등의 토양 물리성에 의거한 황기의 재배적지 설정 연구는 미흡한 실정이다.

재배적지 설정에는 기후 정보와 토양 정보가 중요하며 포도의 생육과 관련된 기후인자와 토양인자를 선정하여 재배적지 구분 연구를 수행했을 때 전국 면적을 기준으로 포도의 적지는 3.43%로 나타났다 (Kim et al., 2020b).

국내 기후조건에서 재배가 어려운 약용작물 감초의 신품종원감 (Wongam, Glycyrrhiza glabra × Glycyrrhiza uralensis)의 국내 재배 적응성을 높이고 재배적지를 평가하기 위하여 온도 조건에 따라 생육, 수량을 조사하였을 때 2017년 충북 음성 기준으로 약 4.5℃까지 온도가 상승할수록 원감의 생산량이 증가한 것으로 나타났다 (Kim et al., 2020a).

산채류의 주산단지인 강원도에서 4 개 지역 농가 포장을 중심으로 토양의 형태 및 물리 특성을 비교한 결과 토성이 (미사) 식양질이고 유효 토심은 100 ㎝ 이상, 경사는 2% - 15%이며, 지형은 곡간 및 선상지이고 해발 500 m 이상인 토양에서 수량이 가장 높았다고 보고되었다 (Hyun et al., 2010). 또한 고추 재배지의 토양 물리 특성과 수량을 비교한 결과 토성이 사양질이고, 배수가 양호하며, 경사는 7% - 15%이며 유효 토심이 100 ㎝ 이상이고 경반층 깊이가 100 ㎝ 이상이며 암반 노출이 없는 토양에서 수량이 가장 높았다고 보고되기도 하였다 (Jung et al., 2004).

최근 기후변화로 인한 기상재해가 많이 발생하고 있기 때문에 급변하는 강우 영향에 대비한 재배적지 설정에 관한 연구가 필요하다. 따라서 본 연구는 지속적 강우에 따른 황기 습해 피해 현장 조사를 통하여 황기 재배지 토양의 물리적 환경에 의한 습해 정도를 분석하여 재배적지의 토양 물리성 기준을 설정하고 추가적으로 필요한 재배법에 대해 알아보고자 수행되었다.

재료 및 방법

1. 조사 대상 및 내용

본 연구를 위하여 GAP 계약재배가 이루어지고 있는 제천시 소재 황기 [Astragalus membranaceus (Fisch.) Bunge] 농가를 답사하였다. 조사 필지에서 습해 피해를 분석하기 위하여 연작에 의한 피해 발생 우려가 있는 기존 황기 재배 이력필지는 조사 대상에서 제외하였다.

조사 대상지는 덕산면 (성암리 등 5 필지), 수산면 (하천리 1 필지), 백운면 (방학리 등 4 필지), 봉양읍 (명도리 등 4 필지), 송학면 (도화리 등 3 필지), 신월동 (5 필지), 두학동 (1 필지), 금성면(동막리 등 3 필지)로 선정하였다 (Table 1). 강우 2 주 경과 후, 필지별 토성, 배수등급, 경사, 두둑 높이 등을 조사하였고 부가적으로 배수로 형성 여부, 두둑의 방향 및 피복재 사용 여부 등의 물리적 재배 환경을 조사하였다.

Table 1.

Address, field location and agricultural characteristics of survey field in Jecheon, Korea.

4. 경사판별 및 휴고 측정

포장 경사는 현장 토양조사 방법 (RDA, 2018)에 의거하여 경사도계 (Suunto Tandem- 360PC/360R G Clino/Compass, Vantaa, Finland)를 사용하여 현장에서 실제 거리 100 m에서 해당 지점까지의 기울기 즉, 높이를 측정하여 백분율로 표시 하였으며 (Fig. 2), A (< 2%, 평탄지), B (2% - 7%, 매우 약한 경사), C (7% - 15%, 약한 경사), D (15% - 30%, 경사), E (30% - 60%, 심한 경사) 그리고 F (> 60%, 매우 심한 경사)의 6 등급으로 구분하였으며 작토층의 두둑 높이 (휴고)는 필지 별 3 반복으로 측정하였다.

Fig. 2.

Soil slope measurement method.

결과 및 고찰

1. 작토층 토성에 따른 습해 정도

토양 물리적 환경에 따른 황기 [Astragalus membranaceus (Fisch.) Bunge]의 습해 피해를 분석하기 위해 작토층 토성에 따른 황기 습해 정도를 조사하였다. 전체 26 필지 중에서 19.2%에 해당하는 5 필지가 식양토 (미사질 식양토)에서 재배됐으며 80.8%가 사양토 (양토, 미사질양토)에서 재배된 것으로 파악되었다 (Table 2). 식양토 재배 필지로 제천시 성암리에서는 자갈이 있는 식양토, 도전리에서는 모난 자갈이 많은 식양토, 도기리에서는 미사질 식양토 및 식양토, 수산면에서는 미사질 식양토에서 재배되었다.

Table 2.

Comparison of water content, electrical conductivity, temperature and wet injury rate according to the soil texture.

장마로 인하여 토양에 과습이나 침수조건이 오래 지속되면 식물은 뿌리 호흡과 활력이 저하되는데 이는 토양 내 용존산소가 뿌리 내로 원활히 공급되지 못하기 때문이다 (Carpenter and Mitchell, 1980; Tripepi and Mitchell, 1984; Ro et al., 1995). 약용작물은 주로 지하부를 이용하기 때문에 작토층의 토성이 작물 생육에 매우 중요한 역할을 하며, 도라지는 사양토에서 수량이 가장 높고 뿌리썩음병 발생이 적은 것으로 밝혀졌다 (Lee et al., 2000).

본 필지 조사 결과 작토층 토성에 따라 황기의 고사율은 달라졌는데 식양토에서의 고사율은 11.0% 였으며 사양토에서의 고사율은 36.2%로 나타났다 (Table 2).

작토층의 토성 자체가 황기 습해에 직접적으로 영향을 미치지는 않았지만, 지속적 강우 발생 시 식양질 토성은 수분을 머금고 있는 특성으로 인해 간접적으로 습해를 가중시킬 수 있으므로 재배적지로 부적절하다. 이와 관련하여 녹비·사료작물이 미사식 양토에서 재배되었을 때 투수가 잘되지 않아 정체수로 인해 침수해와 습해를 받은 것이 보고된 바 있다 (Sohn et al., 2009).

작토층의 수분함량은 식양토에서 27.0%, 사양토에서는 14.6%였기에 식양토에서 사양토 토양수분 함량의 2 배에 달했다 (Table 2). 또한 토양 EC는 식양토에서 0.8 ds/m, 사양토에서 0.4 ds/m였고 토양온도는 식양토에서 25.9℃, 사양토에서 25.8℃ 였다 (Table 2).

수산면 하천리 필지에서 배수등급은 양호 조건이었으나 (Table 1, No. 6) 지하수 유입에 의한 침수로 뿌리 썩음이 발생하였으며, 미사질 식양토 토성으로 강우가 지속되는 상황에서 배수가 원활히 이루어지지 않아 고랑 정체가 발생했으며 전체 황기 면적 중 40%가 고사 피해가 발생한 것으로 확인되었고 (Fig. 3A), 꼬투리의 결실 상태는 매우 불량하였다 (Fig. 3B). 뿌리에서는 토양 병원성 곰팡이인 Fusarium 균과 붉은 색소의 침적이 관찰되었다. (Fig. 3C).

Fig. 3.

Wet injury by soil texture in Hacheon-ri, Susan-myeon field.(A); furrow moisture stagnation occurence in loamy soils, (B); poor fruitng condition of the pods, (C); red pigment accumulation by Fusarium spp.

2. 배수 등급에 따른 습해 정도

토양 배수 등급은 현장 토양조사 방법에 의거하여 (RDA, 2018) 유거, 투수, 지하수위, 토양 단면의 형태적 특성 등을 통하여 총 6 등급으로 나누어 판정하며 본 26 개의 조사 필지에서는 양호 (WD, well drained), 약간 양호 (MWD, moderately well drained), 약간 불량 (SPD, somewhat poorly drained)의 3 가지로 구분되었다 (Table 3). 이 중 양호 조건이 가장 많아 전체의 92.3%에 해당했으며 약간 양호와 약간 불량 조건이 3.8% 씩 차지했다. 배수 조건이 약간 불량 필지에서 수분함량이 19.0%로 가장 높았으며 습해가 100.0% 발생한 것을 확인할 수 있었고 (Table 3). 배수 등급은 황기의 습해에 영향을 미치는 주요인으로 작용하여 습해를 줄이기 위한 재배적지로 배수등급이 양호한 조건이 적절하다.

Table 3.

Comparison of water content, electrical conductivity, temperature and wet injury rate according to the drainage grade.

논토양 배수 등급별 인삼의 생육과 사포닌 함량을 분석해본 결과 배수 약간 불량지에서는 지하수위가 연중 변화 폭이 크며 장마철 집중 강우 시 지하수위의 급상승으로 인하여 습해 발생이 우려된다고 보고되었다 (Lee et al., 2013).

배수 등급 뿐만 아니라 재배적지를 설정할 때 포장 경사를 따라 물이 정체하지 않고 흐를 수 있도록 배수로를 별도로 조성하는 것도 필요하다. 수산면 농가 필지에서 습해가 컸던 요인에는 작토층 토성이 식양질인 점도 있었지만 (Table 1, No. 6), 배수로가 별도로 조성되지 않아 물이 수일간 침수해있어서 식물체의 고사가 대면적으로 발생했다 (Fig. 3A).

두학동의 필지에서는 두둑의 이랑 높이가 35 ㎝로 높았으나 (Table 1, No. 23) 지대가 평지보다 낮고 배수로가 조성되지 않아 강우가 지속되었을 때 완전 침수로 인한 포장의 식물체 고사가 100% 발생했으며 논 잡초가 다량 발생하였다 (Fig. 4A). 이와는 대조적으로 금성면의 농가 필지는 포장 경사와 두둑 방향이 일치하여 경사를 따라 배수가 양호하게 이루어져 침식의 피해가 적었으며 식물체 고사 피해는 나타나지 않았다 (Table 4; Fig. 4B; Table 1, No. 26).

Fig. 4.

Wet injury by drainage condition in Duhak-dong and Dongmak-ri, Geumseong-myeon field.(A); poorly drained soil in the lowland, (B); well drained soil drainable along the slope.

Table 4.

Comparison of water content, electrical conductivity, temperature and wet injury rate according to drainage formation in Duhak-dong and Dongmak-ri, Geumseong-myeon field.

고사가 100% 발생한 두학동 필지의 경우 이랑의 수분함량은 19.0 ± 1.5%로 나타났으며, 고랑은 40.3 ± 4.1%로 이랑에 비해 약 2 배 높았다. 토양 경사를 따라 배수가 원활히 이뤄졌던 금성면 필지에서는 이랑의 수분함량은 10.4 ± 0.7%를 나타내었으며, 고랑에서는 이보다 약 2 배 높은 21.6 ± 4.2%로 확인되었다.

고랑에서 이랑보다 수분 함량이 높은 것은 상대적으로 높이가 높은 곳에서 낮은 쪽으로 수분이 이동하여 지하수로 흘러가는 수분의 이동 방향으로 설명된다. 두학동 필지에서 전기 전도도는 고랑에서 0.48 ± 0.0 ds/m을 나타내어 이랑의 전기 전도도 측정값인 0.38 ± 0.1 ds/m보다 높았으며, 토양온도는 이랑에서 28.0 ± 0.1℃로 고랑의 26.3 ± 0.6℃에서보다 높았다. 식물체 고사 피해가 나타나지 않은 금성면 필지의 경우 전기 전도도는 고랑에서 0.25 ± 0.1 ds/m으로 나타나고 이랑의 경우 0.15 ± 0.10 ds/m의 값을 나타내어 고랑에서 더 높았으며, 토양 온도는 이랑에서 24.2 ± 1.3℃, 고랑의 경우 22.2 ± 0.7℃를 나타내어 이랑에서 더 높은 값을 나타내었다.

3. 경사 등급에 따른 습해 정도

경사도계를 이용하여 현장에서 실측 계산하여 백분율로 표시하여 총 6 등급으로 구분하였을 때, 본 26 개의 조사 필지에서는 A (< 2%), B (2% - 7%), C (7% - 15%), D (15% - 30%)의 4 가지 등급으로 구분되었다 (Table 5). 각 등급별 필지의 비율은 A 등급 3.8%, B 등급 53.8%, C 등급 15.4%, D 등급이 26.9%였다. 조사 필지 수가 1 곳이었던 A 등급에서는 고사가 100% 발생하였으며, 토양 경사에 따른 습해 피해는 2% - 7% (B 등급)에서 22.5%로 가장 낮았고 경사도가 증가하면서 C 등급에서는 27.5%, D 등급에서는 41.4%를 나타냈다 (Table 5).

Table 5.

Comparison of water content, electrical conductivity, temperature and wet injury rate according to the soil slope.

지속적 강우 발생 시 경사 등급은 습해에 미치는 주요인으로 작용하며 토양 경사를 따라 배수가 원활히 이루어지게 하는 것은 중요하나 오히려 경사가 15% 이상으로 높아지면 침식으로 인한 피해가 2차적으로 발생하는 것으로 파악된다. 따라서 지속적 강우 피해에 대비해서는 2% - 7%의 매우 약한 경사 (B 등급)가 있는 곳이 재배적지인 것으로 추론된다.

경사 등급 뿐만 아니라 두둑의 방향 및 피복재 사용 여부도 습해 피해에 간접적으로 영향을 줄 수 있다. 강우가 지속될 시 포장의 경사를 따라 배수가 원활히 이루어져야 하지만 포장 경사와 직각인 형태의 필지에서는 고랑에 물이 정체하여 고사 피해가 컸다. 제천시 덕산면 선고리의 농가 필지에서는 포장 경사도가 12% - 13% (C 등급)의 약한 경사였고 (Table 1, No. 5) 포장경사와 직각인 방향으로 두둑을 형성하여 고사 황기가 전체 면적의 95%를 차지하였다 (Fig. 5A).

Fig. 5.

Wet injury by drainage in Duhak-dong and Dongmak-ri, Geumsong-myeon field.(A); wet injury occurrence in the field with right angle between the field slope and the ridge direction, (B); wet injury non-occurence on the field with gentle slope, (C); wet injury occurrence on the field with steep slope without mulching cultivation.

제천시 금성면 동막리의 농가 필지에서는 포장의 상부는 7% - 8% (C 등급)의 약한 경사를 이루었고 (Table 1, No. 24; Fig. 5B), 포장 하부는 20% - 22% (D 등급)의 경사를 이루며 무피복 재배형태를 갖추었다 (Table 1, No. 25; Fig. 5C). 상부에서는 고사율이 5%에 그친 것이 비해 하부에서는 40%로 피해가 컸는데 이는 두둑 형성 방향이 포장 경사와 일치한 조건의 급경사인 하부에서 침식의 피해가 컸기 때문이다.

결론적으로 15% 이내의 약한 경사 등급 (A, B, C 등급)에서는 포장 경사와 두둑 방향이 일치하는 것이 좋으며, 15% 이상의 높은 경사 등급 (D, E, F 등급)에서는 사선 방향이 고사 피해를 줄일 수 있을 것으로 보인다.

두둑의 방향뿐만 아니라 피복재의 영향도 침식에 영향을 미치는데, 피복 재배는 가뭄 시 토양수분 유지에 도움을 주고, 침수 발생 시 토양 침식을 방지하는 역할을 한다. 금성면 농가의 경우 무피복 재배로 인하여 지속적 강우 시 급경사에서 침식의 피해가 가중된 것으로 추측된다 (Fig. 5C).

4. 두둑 외형에 따른 습해 정도

두둑 높이를 4 등급으로 구분했을 때 각각 차지하는 비율은 10 ㎝ - 20 ㎝ 두둑은 23.1%, 20 ㎝ - 30 ㎝ 두둑은 3.8%, 30 ㎝ - 40 ㎝ 두둑은 53.8%, 40 ㎝ 이상 두둑은 19.2% 였으며 (Table 7), 두둑 높이 당 고사율은 10 ㎝ - 20 ㎝에서 25.0%, 20 ㎝ - 30 ㎝에서 40.0%, 30 ㎝ - 40 ㎝에서 37.1%였고 40 ㎝ 이상 두둑에서 21.0%로 일관성이 없어 두둑의 높이는 주요인은 아닌 것으로 추측된다. 기존 보고된 바에 따르면 도라지, 잔대의 수량 증대를 위한 적정 두둑 높이는 40 ㎝였으며 적합한 피복재는 왕겨 이용 피복 재배가 증수에 효과적이었다 (Yoo et al., 2007).

Table 7.

Comparison of water content, electrical conductivity, temperature and wet injury rate according to the ridge height.

백운면 방학리 필지에서는 같은 필지 내 불규칙하게 형성된 두둑 높이에 따라서도 습해 발생에 차이가 있었다 (Fig. 6, Table 8). 방학리 필지의 두둑 높이는 모두 평균적으로 30 ㎝였으나 상대적으로 높이가 낮고 너비가 좁은 두둑에서는 높이가 더 높고 너비가 넓은 곳에서보다 고사 피해가 큰 경향을 나타냈으며 전체 포장 고사율은 40%에 달했다 (Fig. 6A). 이는 배수 약간 불량지 논토양에서 습해 방지를 위한 인삼 재배에 적합한 두둑 높이가 30 ㎝로 높았던 것과 유사하였다 (Lee et al., 2015).

Fig. 6.

Wet injury by height and width of ridge and impact of slope and direction of ridge in Banghak-ri, baegun-myeon field.(A); comparison with high wet injury in low, narrow ridge and low wet injury in high, wide ridge, (B); survival in high ridge despite of the right angle between the field slope and ridge direction.

방학리 조사 필지 (Table 1, No. 7)에서 높고 넓은 두둑의 작토층 수분함량이 13.6 ± 0.8%로 나타난 것에 비해 좁고 낮은 두둑의 작토층 수분함량은 16.2 ± 2.4%로 나타나 두둑 높이와 너비 간 수분함량에 차이가 있었다 (Table 8). 이 필지에서 고사율이 40%에 그친 것은 포장의 경사와 두둑의 방향이 일치한 것에서 기인한다. 또 다른 방학리 필지 (Table 1, No. 9)에서는 포장 경사와 두둑 방향이 직각을 이루어 전체 포장 면적의 80% 황기가 고사 피해를 입었으나 일부 두둑 높이가 높은 곳에서는 황기 개체가 생존하였다 (Fig. 6B).

결론적으로 지속적 강우에 따른 황기의 습해를 줄이기 위해서는 사양질 토성을 가지면서 배수 등급이 양호하며, 2% - 7%의 매우 약한경사 (B 등급)인 곳이 재배적지인 것으로 밝혀졌고, 또한 경사 등급에 따른 두둑 방향 선정, 배수로 조성 및 피복재 사용을 통해 습해를 경감할 수 있는 것으로 추론된다.

Acknowledgments

본 연구는 농촌진흥청 연구사업(과제번호: PJ013630012021)의 지원에 의해 이루어진 것으로 이에 감사드립니다.

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