2. 염류집적

가. 집적염류의 종류

시설의 토양용액 중에 녹아 있는 염류의 종류는 대단히 많다. 그 가운데 중요한 염류를 보면 음이온으로 질산, 염소, 황산이 있고, 양이온으로는 칼슘, 마그네슘, 칼륨, 나트륨 등이 있다. 음이온의 분포비율을 조사해 보면 질산 40～60%, 염소 15～35%, 그리고 황산이 15～35%로 분포되어 있다.

시설토양에 특별히 많이 분포되어 전체 염류 가운데 큰 비중을 차지하고 있는 것이 질산태질소와 칼슘이다. 염류농도장해가 일어나고 있는 시설토양에 있어서 질산태질소와 칼슘의 함량을 조사해 보면 건전한 토양에 비하여 두드러지게 높은 것을 볼 수 있다.

나. 염류집적의 원인

시설 내에 특이하게 염류가 많이 집적되는 원인으로는 다비재배, 강우차단, 특수환경 등이 있다. 특수환경이란 시설 내 불량환경을 말하며 이로 인하여 염류가 경작토에 많이 집적되게 된다.

(1) 다비재배

시설은 집약적으로 재배되기 때문에 다비재배를 하는 경향이 있다. 비료를 지나치게 많이 시용하기 때문에 비료로부터 유래하는 염류가 토양에 집적된다. 시설내 토양을 대상으로 전기전도도(EC)를 측정해 본 결과 작물을 재배하고 있는 동안에는 현저하게 높아지고, 재배하지 않는 기간에는 낮아지는 것을 볼 수가 있다. 그리고 토양의 종류에 따라서도 달라 화산회토에서 높다. 또한 시설토양이라고 하더라도 작물을 재배한 연수에 따라 달라서, 재배 년수가 늘어남에 따라 크게 증가한다.

(2) 강우차단

일반적으로 경작지에 시용하는 비료의 상당부분은 강우에 의하여 지표상에서 빗물과 함께 씻겨 나가거나 지하로 용탈되어 유실되어 버린다. 그러나 시설토양은 기초 피복재로 자연강우가 차단되기 때문에 염류가 씻겨 내려가지 않고 계속 토양 중에 잔류하게 된다. 이렇게 하여 염류는 재배가 계속되면서 점점 더 집적되어 염류농도가 높아진다.

자연강우가 차단되기 때문에 거의 인공관수에 의존하게 된다. 대개 인공관수를 하면 표면관수에 그치고, 이로 인하여 염류의 용탈기회가 없으며. 지하 깊은 곳에 있던 염류들도 모세관현상으로 상승 이동하는 수분과 함께 표토로 이동하여 집적하게 된다. 이처럼 시설토양은 비료를 많이 시용하는 데다가 시용한 비료가 빗물에 의해 제거되지 못하고 오히려 표토 가까이로 이동하여 집적하므로 염류농도가 계속 높아지는 것이다.

(3) 특이환경

시설의 내부는 앞에서 설명한 것처럼 온도, 광, 수분, 공기 등의 환경이 노지에 비하여 나쁘다. 저온, 약광, 탄산가스의 부족 등과 같은 불량환경 속에서 작물의 생육은 둔화되고, 연약하게 자라면 토양 중의 염류 흡수율이 떨어진다.

노지에 비하여 높은 온도는 증산을 촉진하고, 건조한 토양에 관수량은 부족하게 되고, 이러한 조건에서는 수분이 표층으로 상승하면서 용존하는 염류도 함께 표층으로 이동된다.

다. 염류 고농도의 장해

연작하는 시설재배지 토양에 염류가 접적되는 것은 이미 잘 알려진 사실이며 최근에는 유기물, 특히 다량의 가축분의 시용으로 이런 현상이 더욱 촉진되고 있다. 비료를 과잉으로 시용하거나 토양이 장기간 건조되어 토양용액이 농축되면 작물은 염류장해를 받는다. 이것을 농도장해 또는 염류장해라 하며 이의 증상은 육안 적으로도 알 수 있는데 심한 경우에서부터 외관상으로는 건전하게 보이는 것도 있다.

염류장해가 일어나는 원리는 그림4와 같이 뿌리와 토양용액과의 삼투압 차이로 수분이나 양분을 흡수 이용한다. 뿌리의 농도가 토양용액의 농도보다 높으면 작물은 정상적으로 수분이나 양분을 흡수하지만 토양용액의 염농도가 작물의 뿌리보다 높으면 작물은 수분이나 양분을 흡수하지 못하고 도리어 뿌리의 수분과 양분이 토양중으로 나온다.

일본에서 전형적인 다비 시설재배지와 소비 시설재배지의 시비량, 수량, 토양중의 질소성분 함량을 조사한 결과 수량은 다비구에서 7,060㎏/10a, 소비구에서 8,000㎏/10a이었고, 다비구는 소비구에 비하여 전 생육기간 중 암모니아태 질소의 함량이 많았다.

시설재배지는 작물 생육기간 중의 토양 양분함량을 조사하여 보면 많은 비료성분이 잔존되고 있어 더 시비할 필요가 없는데도 불구하고 농민들은 웃거름으로 비료를 더 많이 시용하는 것이 현실이다. 파종 후 1개월 정도에서는 작물이 어려서 밑거름으로 시용한 비료도 극히 일부만 흡수 이용하며, 작물이 웃거름으로 준 비료를 이용할 때에는 작물이 어느 정도 자랐기 때문에 밑거름으로 시용한 비료도 함께 흡수 이용하기 때문에 작물은 농도장해를 유발한다. 일본의 예를 들면 토마토 산지에서 토양을 검정한 결과 질소성분이 많아 질소를 감량 조절한 결과 관행구의 6～7톤 보다 많은 12톤을 수확할 수 있었고 그 지역의 농산물 품평회에서 5등까지의 입상자중 4명이 입상할 정도로 우량한 산지로 바뀌었다고 한다.

농가들은 작물의 생육이 조금만 저조하다고 생각되면 바로 웃거름을 주는 습관이 있다. 토양에 비료성분이 많은데 무엇 때문에 비료를 그렇게 많이 시용하느냐고 물으면 농민들은 「불안하여」또는 「염려가 되어」더 시용한다고 한다. 이와 같은 장소에서 작물의 뿌리를 조사하여 보면 염류장해로 뿌리의 발육이 부진한 곳이 많다.

라. 염류집적의 진단

(1) 작물관찰

농도장해를 일으킨 작물은 정상적으로 생육하는 것에 비하여 여러 가지의 장해가 발생되며 경우에 따라서는 장해증상이 발생되지 않아도 수량이 20%이상 감수된다.

토양에 염류가 과잉으로 집적된 경우 직물에 나타나는 일반적인 증상은 다음과 같다.

① 잎에 생기가 없고 심하면 낮에는 시들고 저녁부터 다시 생기를 찾는다. 이것은 농도장해로 작물의 뿌리가 수분을 잘 흡수하지 못하여 낮 동안 증산작용으로 인한 수분부족 때문이다.

② 잎의 색이 진하며 잎의 표면이 정상적인 잎보다 윤택이 더 난다.

③ 과채류에서는 과실이 잘 크지 못한다. 토마토의 경우에는 과실의 표피가 윤택이 나며 착색이 나쁘고 적색과 녹색의 구분이 뚜렷하다.

④ 장해는 뿌리에 먼저 온다. 건전한 뿌리는 희지만 장해를 받고있는 뿌리는 뿌리털이 거의 없고 길이가 짧으며 갈색으로 변한다.

⑤ 시설재배에서는 위와 같은 증상이 균일하게 나타나는 것이 아니라 불규칙적으로 나타나는 것이 특징이다. 그 원인은 비료를 시용할 때 전체적으로 균일하게 할 수가 없고, 토양의 염농도가 점차적으로 높아지며, 밭 전체가 동일하게 높아지지 않기 때문이다.

⑥ 정상적인 것은 피라미드형으로 자라지만 장해를 받고 있는 것은 신옆이 위축돼 위가 잘린 형태로 된 것이 많다

염류장해가 그 이상으로 심해지면 줄기가 가늘어지고 잎이 말리며 담홍색으로 된다. 이 때를 제3단계의 장해라 한다. 낮에는 잎이 시들다가 저녁부터 밤사이에 활기를 되찾는 때에는 아주 심한 염류농도이다.

(2) 토양관찰

토양의 표층에 염류가 집적되면 관수하여도 물이 토양에 잘 침투하지 못하고 물이 토양의 표면에서 입상이 되거나 옆으로 흐르는 경우가 많다. 이와 같은 현상은 연작되는 시설재배지에서 흔히 볼 수 있고 이 정도가 되면 염류가 많이 집적된 경우이다.

그밖에도 염류가 집적된 토양은 작물을 재배하지 않고 방치하여 두면(휴한기) 표토에 흰가루(주로 질산화칼리 또는 질산화칼슘임)가 나타나거나 푸른곰팡이 또는 붉은 곰팡이가 발생한다. 붉은 곰팡이가 발생하는 경우에는 염류농도가 상당히 높은 경우이다.

마. 염류의 집적과 대책

(1) 내염성 작물의 재배

염류농도에 대한 작물의 저항성은 작물의 종류에 따라 다르다. 염류농도가 높은 동일 포장에 딸기, 오이, 토마토, 가지 등을 재배하면 제일 먼저 딸기에 염류장해가 오고 다음에 오이, 토마토의 순위로 증상이 나타나지만 가지는 비교적 강하다. 그 외에도 카네이션의 경우 연작을 하면 잎의 넓이가 좁고 잎표면에 흰가루가 점차 적어진다.

토양의 염류농도와 작물별 수량의 감수정도는 수량이 50%로 감수되는 토양의 염류농도는 시금치가 8.6dS/m인데 비하여 딸기가 2.5dS/m로 시금치는 딸기보다 3.4배나 염류농도에 대한 저항성이 강하다. 따라서 딸기는 연작지와 같이 염류농도가 높은 곳에서는 생육이 어려우며 논 뒷그루로 재배할 때 관수를 하여 염류농도를 낮추면 작물이 잘 자란다.

(2) 비종의 선택

토양에 비료를 사용할 때 여러 가지의 고려사항이 있으나 그 중에서도 염류집적지에서 비종의 선택이 대단히 중요하다. 황산암모니아(유안)이나 황산칼리와 같은 황산기 비료를 논토양에 시용하면 황산이 환원되어 황화수소(H2O)라는 유독한 물질로 변하고 노후화답에서는 벼의 뿌리를 해치며 심하면 벼 뿌리를 썩게 한다.

한편 요소, 염화칼리 등은 황산기를 갖고 있지 않아 노후답에 시용하여도 유독한 황화수소가 발생될 염려가 없다. 그러나 그림 6에서 보는바와 같이 염화칼리는 황산칼리보다 토양의 염류농도를 높이는 성질이 있기 때문에 시설토양의 비료로 사용하기에는 부적합하다.

따라서 최근 특히 일본에서는 밭농사에 염화칼리보다는 황산칼리를 시용한다. 같은 칼리질 비료인 황산칼리와 염화칼리의 경우 비료성분은 토양용액에 녹아 칼리와 황산으로 갈라져서 칼리는 토양입자에 흡착되고 부성분인 황산은 토양중의 석회나 탄산석회와 반응하여 물에 녹기 어려운 황산석회(석고)로 되기 때문에 시비량이 증가하는데 비하여 토양의 염농도는 증가하지 않는다.

한편 염화칼리의 경우는 칼리가 토양입자에 흡착되는 것은 황산의 경우와 같으나 토양중의 석회 또는 탄산석회의 석회와 결합하여 만들어지는 염화석회는 물에 잘 녹기 때문에 토양의 염농도가 높아진다. 즉 염소를 함유한 비료는 황산기가 들어있는 비료보다 토양의 염농도를 더 높이며 그 원인은 물에 대한 용해도가 높기 때문이다.

그림 -1. 토양 비종에 따른 염농도의 차이

칼리

염소

토양입자

석회

염소

화합물

고농도

염화 가리

칼리

황산

토양입자

석회

황산

화합물

저 농도

침전

황산가리

(3) 염류농도 저하방법

(가) 담수에 의한 제염

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

최근 물을 쉽게 얻을 수 있는 지대에서는 관수 또는 담수제염을 하는 곳이 많다. 하층으로 침투가 잘 되지 않는 곳에서는 다시 염류가 표층으로 상승할 우려가 있으므로 사전에 배수시설을 하는 것이 좋다. 그렇지 않을 경우에는 많은 양의 물을 침투시켜야 한다. 담수는 1회에 100㎜ 내외로 하여 2회 이상 반복하여야 한다. 일본의 연구결과를 보면 논을 밭으로 하여 비닐하우스를 짓고 토마토, 상추, 토마토의 순으로 3회 재배한 후 1회에 10㎜의 관수를 시켜 제염한 후 오이를 재배한 결과 오이는 13%, 그 다음 작물로 토마토를 심어서 27% 증수하였다. 그러나 염두에 두어야 할 것은 이와 같이 담수에 의한 제염 효과는 크지만 석회 및 고토의 유실이 많으므로 이를 보충하여 주어야 한다는 것이다.

(나) 제염작물에 의한 제염

하우스재배의 휴한기를 이용하여 단기간 제염작물을 재배하는 방법이 효과적이다. 시설재배지에서 토마토를 재배한 후 7월초에 옥수수를 파종하여 8월에 수확한 후 토양의 염류제거 효과를 분석한 결과 옥수수의 효과가 다른 제염작물 재배보다 가장 좋았다. 제염은 염류를 물과 함께 시설 밖으로 흘려보내는 것을 말하지만 보통의 담수방법으로는 토양이 건조해지면 다시 염류가 상승하여 표토에 집적된다. 따라서 시설의 아래에 배수구를 만들어 제거하지 않는 한 절대적인 제거방법이 아니다. 현재 권장되고 있는 제염작물로는 휴한시기를 고려하여 벼, 밭벼, 옥수수, 보리, 호밀 등이 있다.

(다) 미분해성 유기물에 의한 농도 감소

미분해성 유기물을 시용하면 토양중의 무기태질소가 유기화되어 무기태질소 특히 염류농도와 관계가 깊은 질산태질소의 함량을 현저히 감소시켜 토양의 염류농도를 감소시킨다.

(라) 환토, 심토의 반전, 객토 등에 의한 농도감소

토양의 염류는 표층에 많이 집적되어 있고 아래층에는 적게 집적되어 있다. 따라서 표층의 흙을 새흙으로 바꾸는 환토를 하거나, 아래층의 흙을 위로 올리는 심토의 반전, 새흙을 표토의 흙과 혼합하는 객토 등의 방법이 있지만 새흙이 혼입될 때에는 작토의 비옥도가 낮아지므로 또 다시 많은 비료를 시용하여야 한다. 이와 같은 작업은 어느 것이나 비용이 많이 드는데 4～5년 계속 경작하면 다시 염류가 집적되어 효과가 없게 된다.

따라서 시설재배를 위하여 시설 할 때부터 암거배수관을 묻어 장기적으로는 염류집적을 차단하거나 지연 할 수 있어야 하며 시설초기에는 토양의 양분집적를 예방위주의 토양관리, 재배년차가 진행되면 토양물리성 개선에 의한 염류세탈에 중점을 둔 토양관리 시스템 도입이 바람직하다.

(마) 합리적 시비

시설재배와 같은 염류집적지에서는 비료의 잔효성분 함량을 고려한 시비를 해야 한다. 선진국에서는 오래 전부터 토양 중에 남아있는 비료성분 함량을 검정하고 이 함량에 따라 시비량을 조절함으로써 토양 중 염농도의 상승을 미연에 방지하고 낭비적인 시비를 막아 영농비를 절감하는데 노력하고 있다.