Ⅰ. 서 론
논의 범용화는 논 기반을 유지하면서 콩, 맥류, 옥수수 등의 다른 밭작물을 재배할 수 있도록 활용 범위를 넓히는 것을 말한다. 이는 우리나라 1인당 연간 쌀소비량이 1970년 136.4 kg, 1995년 106.5 kg, 2024년 55.8 kg으로 대폭 감소하여 발생한 쌀공급 과잉을 해결하고자 1980년대부터 추진되어 왔다. 밭작물 중 콩은 쌀과 달리 자급률이 낮아 우선적으로 장려되는 논 범용화의 대표작물이다. 특히 2023년 이후 정부 지원이 본격화되면서 논콩 재배면적은 2016년에 비해 2025년 약 7 - 8배 증가할 전망이다 (KREI Aglook, 2025). 콩은 대기 질소를 고정하여 비료사용량은 다른 밭작물에 비해 적으나 물소비량이 크고 습해에 약하여 물관리가 매우 중요하다. 특히 콩의 개화기와 협신장기는 물부족에 가장 민감한 시기인데 (Soba et al., 2022), 우리나라에서 최근 빈번하는 7월과 8월 폭염기 (Heatwave)와 겹쳐 있다. 또한 벼논에서 담수써레질로 생성된 쟁기바닥층이 밭조건화되어 마르면 치밀하고 딱딱해져 콩 뿌리 신장을 제한할 수 있다. Hamza and Anderson (2005)은 다져진 토양에서 콩의 건물중과 수량이 감소했다 보고하였다.
토양수분함량이 포장용수량일 때 콩 생육이 최적이며 수분이 건조해짐에 따라 일정 수분함량부터 물부족으로 인한 스트레스로 생육이 불량해지다가 영구위조점에서 콩이 시들어 고사한다. 콩이 물부족으로 인한 수량 감소 없이 이용할 수 있는 토양수분을 용이유효수분 (Readily available water, RAW)라 하며 이 영역의 양 끝점은 관개시점과 관개종점이 된다. 총 유효수분 (Total available water, TAW)에 대한 RAW를 허용수분고갈률 (p value)라 하며 이는 작물의 종류 및 생육단계와 일증발산량에 따라 달라진다 (Allen et al., 1998). 콩의 토양 용이유효수분량은 토양유효수분함량과 허용수분고갈률, 그리고 유효근권깊이의 곱으로 산정한다. 고온과 수분스트레스를 동반하는 폭염시 적정 관개는 수분스트레스 완화와 더불어 군락 냉각 효과가 있어 콩수량 확보에 긍정적이다 (Ghafarian et al., 2022; Liu et al., 2025). 콩 관개의 필요수량은 용이유효수분량 감소와 폭염시 증발산량 증가에 따라 커진다. 물부족 및 과잉 관개는 콩 생육을 불량하게 할 수 있으므로 토양과 기상 조건을 고려한 필요수량 평가가 요구된다.
작물과 토양유효수분함량이 동일하다면 용이유효수분량을 결정하는 것은 유효근권깊이 (Effective rooting depth, ERD)이다. 콩의 유효근권깊이는 콩 뿌리가 아래로 뻗어 생육에 필요한 물을 흡수할 수 있는 토양 깊이를 말하며 0.6 - 0.8 m로 보고되고 있다 (Allen et al., 1998). 콩의 유효근권깊이는 토양수분센서로 깊이별 수분함량 변화를 직접 측정하여 산정할 수 있다 (Zhang et al., 2017). 그런데 이는 시간과 비용이 많이 소요되는 단점이 있다. 그 대안으로 밭작물 뿌리 신장 제한요인인 다짐층 등의 토양물리성 진단을 ERD 추정에 활용할 수 있다 (NIAS, 2017). 만약 지하수위가 1 m 이상으로 깊다면, 자연적으로 형성된 점토집적층 등과 잦은 경운과 농기계 사용 등으로 인한 인위적 영향으로 형성된 다짐층에 의해 뿌리신장이 제한된다. 뿌리 신장 제한 여부를 결정하는 다짐정도 진단은 용적밀도 또는 관입식 경도의 측정으로 이루어진다 (Unger and Kaspar, 1994: Glinski, 2018). 작토 아래 잦은 경운으로 형성된 쟁기바닥층 (plowpan)의 용적밀도는 일반적으로 작토보다 높다 (Medvedev, 2011). 뿌리신장 제한 용적밀도 임계 기준은 토성과 수분함량 등의 영향을 받으며 일반적으로 모래가 많은 거친 토양일수록 기준이 높게 나타난다 (Silva et al., 1994; Glinski, 2018: Heinen et al., 2025). Cho et al. (2016)은 뿌리 신장 제한 용적밀도 임계기준으로 사양토 1.55 Mg m-3, 양토 1.50 Mg m-3, 실트질식양토 1.45 Mg m-3 미만으로 제시하였다. 이 기준은 흙토람 웹의 토양물리성 현장진단에 사용하고 있다 (KSIS, 2025). 즉 쟁기바닥층 용적밀도가 토성별 임계기준보다 높으면 콩 뿌리신장이 작토로 제한되어 콩의 ERD는 작토의 깊이로 추정될 수 있다. 쟁기바닥층 이하의 토심은 관입식 경도로 뿌리신장 제한 깊이를 추정할 수 있다. 원추형 관입식 경도 측정장치는 수직 깊이별로 기계적 저항을 측정하여 토심에 따른 관입식 경도 변화를 한눈에 볼 수 있다. Glinski (2018)에서 관입식 경도가 1.5 MPa에 도달하면 뿌리 성장이 50% 감소하고 3.0 MPa에서 완전히 멈추었다. 밭작물 뿌리 신장 제한 임계 관입식 경도는 토양특성 및 작물특성에 따라 차이가 있다 (Gupta and Larson, 1982). 그런데 동일하게 다져진 토양이라도 수분이 충분할 때는 건조할 때보다 관입식 경도가 낮아지므로 토양수분을 고려하여야 한다 (Lardy et al., 2022). 일반적으로 토양물리성 조사는 포장용수량 수분상태를 기준으로 하며 (NIAS, 2017) 밭작물 뿌리 신장 제한의 임계기준은 관입식 경도 2 MPa이 활용되고 있다 (Silva et al., 1994; Bengough et al., 2011). 관입식 경도의 임계 기준을 초과하는 다짐층이 발견되는 깊이로 콩의 유효뿌리 깊이를 설정할 수 있다 (Cho et al., 2016). 쟁기바닥층 용적밀도와 관입식 경도는 논콩 필지에서 직접 현장진단할 수 있어 현장맞춤형 관개계획 수립에 기여할 수 있다. 특히 1980년대 이후 논 경지정리, 기계화영농 등 농업환경 변화가 동일 토양통으로 구분되는 논토양 사이에도 물리성 차이를 크게 발생시켰으나 (NIAS, 2009), 이를 물관리와 접목한 연구는 부족한 실정이다.
본 연구는 논콩의 안정생산 기반 구축에 기여하고자, 우리나라 논의 다양한 지형과 토성에서 물리성을 활용하여 콩 유효근권깊이와 용이유효수분량을 추정하고, 이에 따른 폭염기 콩 필요수량을 평가하였다.
Ⅱ. 재료 및 방법
1. 논 토양 물리성을 활용한 콩 유효근권깊이 (ERD) 추정
논 토양 물리성을 활용한 콩 유효근권깊이 추정은 국립농업과학원 연구보고서 (NIAS, 2009)의 논토양 물리성 조사 원자료를 제공받아 활용하였다. 연구대상 논 포장은 곡간선상지, 하성평탄지, 홍적대지, 간척한 하해혼성평탄지 등 지형과 토성을 고려하여 16 지점을 선정하였다. 토양물리성은 3월~4월에 작토 수분상태가 과잉이나 부족하지 않은 포장용수량 근처일 때 측정한 것이다 (Table 1). 토양물리성 측정과 분석은 국립농업과학원 분석법 (NIAS, 2017)에 의하였다. 작토심 (Ap layer depth)는 농경지 작토의 깊이로 정의하며, 경운으로 부드러우며 유기물함량이 높고 작물뿌리가 주로 분포하는 깊이이다. 이는 쟁기바닥층이 출현하는 깊이 위까지 이다. 작토와 쟁기바닥층의 용적밀도는 100 mL 메탈링을 이용하였으며 토성분석은 비중계법이었다. 토양 관입식 경도 (soil penetration resistance)는 원추형 관입경도계 (Penetrologger, Eijkelkamp, NL)를 활용한 것으로, 사용한 원추의 단면적은 1 cm2 였으며 측정깊이는 80 cm로 3 반복 측정한 것이다.
Table 1
The characteristics of studied paddy sites from NIAS (2009) (PSD: Particle size distribution)
콩 뿌리 신장 제한 임계 용적밀도와 관입식 경도는 Table 2와 같다. 임계 관입식 경도는 토성에 상관없이 Silva et al. (1994)의 기준을 따라 2 MPa를 적용하였다. 임계 용적밀도는 Cho et al. (2016)를 따랐으며 토성에 따라 다르게 적용하였다. 사양토 1.55 Mg m-3,양토와 실트질양토 1.50 Mg m-3,실트질식양토 1.45 Mg m-3 였다. 콩 유효근권깊이 추정은 먼저 쟁기바닥층의 용적밀도가 임계 용적밀도를 넘어서면 작토심을 유효근권깊이로 하고, 그렇지 않을 경우는 토양 관입식 경도가 2 MPa 이상인 깊이로 하였다. 이 때 2 MPa 이상인 깊이가 5 cm 이내인 부분은 무시하고 관입식경도 2 MPa 이상인 깊이가 5 cm 이상 연속될 때 콩뿌리 신장 제한 깊이로 판단하였다.
Table 2
Rooting restriction criteria for estimating the effective rooting depth (ERD) of soybean. Criterion 1 and 2 were referred from Cho et al. (2016) and Silva et al. (1994), respectively
Table 3
Crop coefficient (Kc) and p value at 5 mm day-1 of soybean with different growth stages referred from NIAS (2018). The parenthesis means date (month/day)
| Seed sowing (6/5) | Seedling (6/10~6/28) | Vegetative (6/29~7/20) | Flowering (7/21~8/20) | Pod elongation (8/21~9/10) | Maturity (9/11~9/25) |
| Kc | 0.58 | 0.88 | 1.30 | 1.30 | 0.93 |
| p value | 0.4 | 0.5 | 0.5 | 0.5 | 0.5 |
2. 2025년 폭염시기 콩 증발산 특성 분석
우리나라 논은 경기평야, 호남평야, 영남평야에 주로 분포하며, 수원기상대, 전주기상대, 진주기상대는 각각의 대표 농업기상대라 본 연구에서 분석대상으로 선정하였다. 콩의 생육기간과 작물계수는 NIAS (2018)의 콩 후작(6월 5일 파종)을 따랐다. 폭염 및 콩 증발산량 분석은 2025년 6월 10일에서 8월 31일까지 기상자료를 활용하였다.
우리나라는 일 체감최고기온 33°C 이상이 2일 이상 지속될 때를 폭염으로 보고 있다 (KMA, 2025). 2025년 여름의 일 최고기온을 변동을 분석한 결과, 7월 초순, 7월 하순, 8월 중순에 33°C 이상으로 폭염이 나타났다. 특히 7월 하순은 수원, 전주, 진주 모두에서 10일 이상 폭염이 지속되었다. 즉 2025년 여름 기상에 10일 이상 폭염기가 3번 발생하였다. 폭염기 일강우량 5 mm 미만은 콩의 일증발산량에 못 미쳐 가뭄이 해소되지 않고 지속되므로 가뭄지속 일수에 포함하였다.
콩의 일증발산량은 Allen et al. (1998)에 따라 식 (1)의 FAO Penman-Monteith법으로 기준증발산량을 계산하고 식 (2)와 같이 기준증발산량에 작물계수를 곱하여 산정하였다.
Fig. 1
Heatwave period during soybean cropping from June 10 to August 31 in 2025 for 3 cities: Suwon, Jeonju, and Jinju
: 기준증발산량(mm day-), 
: 순일사량(MJm-2day-1), 
: 지중열류량(MJm-2day-1), 
:건습계상수(kPa°C-1), 
: 일평균기온(°C), 
: 평균풍속(ms-1), 
: 포화수증기압(kPa), 
: 실제수증기압(kPa), 
: 포화수증기압의 온도에 따른 기울기
: 콩 증발산량(mm), 
: 생육단계별 콩 작물계수
3. 논토양 특성별 콩 용이유효수분량 및 폭염기 필요수량 산정
토양유효수분함량은 포장용수량과 영구위조점 수분함량의 차로 산정한다. 포장용수량과 영구위조점은 토성별로 제시된 Jung et al. (1990)의 값에 작토의 용적밀도를 곱하여 산정하였다. 콩의 용이유효수분량(RAW)는 FAO irrigation and drainage paper 56 (Allen et al., 1998)에 따라 식 (3)과 같이 산정하였다. 식 (3)에서 허용수분고갈률 (
)은 일증발산량의 함수로 식 (4)와 같다.
: 포장용수량 (mm mm-1), 
; 영구위조점 (mm mm-1), 
: 토양유효수분량에 대한 용이유효수분량의 비, 
: 유효근권깊이 (mm), 
: 콩 일증발산량 (mm day-1)
수원, 전주, 진주의 2025년 콩 일증발산량 자료를 바탕으로, 가뭄지속기간 10일 평균 일증발산량 (ETc)을 5 mm, 8 mm의 2 조건에서 필요수량 (IR)을 식 (5)와 같이 산정하였다. 이때 지하수 모관상승 등 외부에서 토양으로 공급되는 물량은 없고 가뭄지속기간 시작 전 강우로 콩 유효근권깊이에서 용이유효수분량은 100% 충전된 것으로 가정하였으며, 포장용수량 이상의 중력수는 뿌리산소공급을 위해 빠르게 배수되는 것을 보아 콩 유효수분에서 제외하였다.
: 가뭄지속기간동안 콩 일증발산량의 합 (mm), 
: 용이유효수분량 (mm)
Ⅲ. 결과 및 고찰
1. 논토양 특성별 콩 유효근권깊이 추정
우리나라에서 논이 분포하는 지형은 주로 곡간선상지, 하성평탄지, 하해혼성평탄지이다. 곡간선상지 논토양 6개 지점의 유효근권깊이를 추정한 결과 평균 37 cm로 최대 80 cm, 최소 17 cm였다 (Fig. 2). LA 1, LA 3와 LA 6는 관입식 경도에 의해 유효근권깊이가 추정되었는데, LA 1은 작토심 아래 쟁기바닥층의 관입식 경도가 2 MPa을 초과하여 유효근권깊이가 17 cm로 최소였다. 반면 LA 3과 LA 6은 측정영역인 80 cm 토양깊이에서 관입식 경도 2 MPa을 초과하지 않아 최대 유효근권깊이인 80 cm로 추정되었다. 동일 토양통의 다른 지점인 LA 2, LA 4, LA 6은 쟁기바닥층 용적밀도가 임계 용적밀도를 초과하여 작토심으로 유효근권깊이가 제한되었다. 임계 용적밀도는 토성이 거친 사양토에서 1.55 Mg m-3로 최대이다 (Table 2). 이는 모래 함량이 높은 거친 토성에서 자연적으로 모래 입자 사이 대공극에 실트나 점토가 충진되어 용적밀도가 높기 때문이다 (Glinski, 2018). 쟁기바닥층 용적밀도는 사양토인 LA 6이 1.77 Mg m-3으로 조사지점 중 최대였다. 동일 토양통이면서 유사한 토성인 LA 5에 비해 쟁기바닥층 용적밀도 0.4 Mg m-3 만큼 토양다짐이 컸다. 우리나라는 기계화영농을 꾸준히 추진해 왔으며 벼논에 사용하는 농기계의 대형화가 계속 이루어져 왔다 (Kim, 2009). 이는 논토양 다짐의 원인이 되고 있으며 농기계 대형화 정도, 대형농기계 사용연수 등에 따라 다짐정도는 다르다 (Kim et al., 2013). 그런데 곡간논의 경사와 진입통로 등에 따른 지형적 제약으로 대형농기계 활용에 차이가 있을 수 있어 쟁기바닥층 토양다짐 정도가 다양하게 나타날 수 있다고 판단된다.
Fig. 2
Estimation of soybean effective rooting depth in soil using penetration resistance profiles and plowpan bulk density for the paddy sites in local valleys and alluvial fan. ERD means effective rooting depth in soil. Red font of plowpan bulk density means above the criterion. The dotted lines mean the standard deviations of the penetration resistances
하성평탄지 6개 지점의 유효근권깊이를 추정한 결과 평균 46 cm로 최대 80 cm, 최소 21 cm 였다 (Fig. 3). 곡간선상지와 달리 쟁기바닥층 용적밀도가 임계 용적밀도를 초과하는 지점은 없었다. 6개 지점 모두 관입식 경도 2 MPa를 초과하는 깊이에서 유효근권깊이가 추정되었다. 하성평탄지의 쟁기바닥층 용적밀도는 곡간선상지보다 낮았다. 논에서 이루어지는 담수-낙수의 순환에서 토양배수 후 건조로 토양이 수축되면 용적밀도가 증가한다 (Rezaee et al., 2020). 또한 토양다짐은 수분함량에 영향을 받는데 포장용수량 근처의 최적수분함량에서 다짐이 가장 크고 이보다 건조하거나 과잉될 경우는 다짐이 적다 (Håkansson and Lipiec, 2000). 이 때문에 하성평탄지는 저지대에 위치하여 배수에서 곡간선상지보다 불량하여 과습한 상태가 유지되어 수축이 적고 대형농기계의 다짐 영향도 적게 나타날 수 있다. 하성평탄지 지점 내에서도 배수등급 약간양호인 사양토 FP 5과 FP 6는 배수등급이 약간불량인 다른 지점에 비해 얕은 깊이에서 콩 뿌리신장 제한 임계 관입식 경도가 나타났다. 과습상태에서 다짐정도는 낮게 나타날 수 있으나 콩 재배를 위해서는 뿌리에 충분한 산소가 공급될 수 있게 배수개선이 필수로 이루어져야 한다.
Fig. 3
Estimation of soybean effective rooting depth in soil using penetration resistance profiles and plowpan bulk density for the paddy sites in fluvial plain. ERD means effective rooting depth in soil. Red font of plowpan bulk density means above the criterion. The dotted lines mean the standard deviations of the penetration resistances
홍적대지 2개 지점의 유효근권깊이를 추정한 결과 평균 35 cm로 최대 48 cm, 최소 21 cm 였다 (Fig. 4). 콩 뿌리 신장 제한 기준은 PT 1의 경우 관입식 경도, PT 2의 경우 쟁기바닥층 용적밀도였다. 하안단구에 발달하며 홍적기 충적층에 기인하여 심토에 점토집적층이 두껍게 발달한 토양이다. 점토집적층은 높은 용적밀도와 경도를 특징으로 하여 뿌리가 뚫고 들어가기 어려운 물리적 장벽으로 작용할 수 있다 (Barraclough and Weir, 1988).
Fig. 4
Estimation of soybean effective rooting depth in soil using penetration resistance profiles and plowpan bulk density for the paddy sites in Pleistocene terraces ((a) and (b)) and reclaimed fluvio-marine plain ((c) and (d)). ERD means effective rooting depth in soil. Red font of plowpan bulk density means above the criterion. The dotted lines mean the standard deviations of the penetration resistances
간척된 하해혼성평탄지 2개 지점의 유효근권깊이를 추정한 결과 평균 25 cm로 최대 32 cm, 최소 18 cm 였다 (Fig. 4). 콩 뿌리 신장 제한은 RFP 1의 경우 쟁기바닥층 용적밀도, RFP 2의 경우 관입식 경도였다. 배수등급이 불량이며 실트함량이 높다. 실트함량이 높은 토양은 구조적으로 불안정하여 강우가 농기계 작업시 쉽게 파괴되고 다짐층을 형성할 수 있다 (Glinski, 2018).
논토양 물리성으로 추정한 콩의 유효근권깊이는 17 - 80 cm의 범위를 나타냈으며 전체 평균은 39 cm였다. 지형별로는 하성평탄지에서 가장 높았고 곡간선상지, 홍적대지, 간척지 순으로 낮았다. 토성별로는 양토가 가장 높았고, 실트질양토, 실트질식양토, 사양토 순으로 낮았다. 그리고 논토양 물리성을 활용한 콩 유효근권깊이 추정에 영향을 주는 요인은 대형농기계 사용, 배수등급, 점토집적층, 높은 실트함량 등으로 파악되었다.
2. 폭염기 콩 증발산 특성과 논토양 용이유효수분량
우리나라 경기평야, 호남평야, 영남평야의 대표 농업기상대인 수원, 전주, 진주에서 2025년 콩 일증발산량과 강우량을 비교하였다 (Fig. 5). 2025년 여름 강수량은 증발산량의 합보다 3 지역에서 모두 높았다. 하지만 강우가 집중되어 내린 후 가뭄지속일수가 10일 이상 지속되었다. 즉 2025년 여름은 강우기-폭염기의 패턴이 3번 나타났다. 2025년 폭염기 일증발산량은 평균 4.8~8.1 mm로 나타났으며, 이는 NIAS (2018)의 가뭄기 일증발산량 5~8 mm과 유사하였다.
Fig. 5
Soybean evapotranspiration (ETc) and rainfall patterns from June 10 to August 31 in 2025 for 3 cities: (a) Suwon, (b) Jeonju, and (c) Jinju
6월 초순에 파종한 콩은 유묘기, 신장기를 거쳐 7월 하순에 개화기, 8월 하순에 협신장기이다. 이중 개화기와 협신장기가 작물계수가 가장 크고 물부족 민감시기이다.
7월 초순 폭염기는 전주와 진주에서 나타났다. 가뭄지속기간 10일 평균 콩 일증발산량은 수원 3.5 mm, 전주 4.8 mm. 진주 4.9 mm였다. 그런데 7월 8일 이후 수원과 전주에서 일 최고기온이 35°C를 넘어가면서 일증발산량이 7 mm로 높아졌다. 반면 진주의 경우는 5 mm 수준을 유지하였다. 7월 하순 폭염기는 콩의 물부족 민감단계인 개화기에 해당한다 (NIAS, 2018). 이 시기 가뭄지속기간 10일 평균 일증발산량은 수원 7.4 mm, 전주 8.1 mm. 진주 7.1 mm 로 모두 5 mm를 초과하였으며, 일증발산량 최고값은 수원에서 9.0 mm였다. 8월 중순 폭염기 가뭄지속기간 10일 평균 콩 일증발산량은 수원 5.8 mm, 전주 7.1 mm. 진주 6.4 mm 로 5 mm를 초과하였다. 8월 26일 강우사상이 1회 있었으나 전주와 진주는 여전히 33°C 이상으로 폭염기가 8월 하순까지 이어졌다.
폭염기 사이 강우기 강우특성을 볼 때, 7월 중순에는 일주일 이상 강우가 지속되었으며 진주에서 강우량이 가장 높았다. 7월 하순 폭염기 이후 강우패턴은 진주는 연속적으로 높은 강우량이 있었고 수원과 전주는 두 번의 강우사상이 간격을 두고 나타났다. 강우패턴의 차이는 있었으나, 폭염기 사이 강우기 강우량은 90 mm 이상으로 용이유효수분량 최대값 72 mm를 초과하였다 (Fig. 5). 즉, 강우량은 충분하므로 토양 물그릇 크기에 의해 토양에 함양되는 물량이 정해진다. 용이유효수분량이 크면 강우기에 강우를 많이 흡수하여 저장하면 잇따라 오는 폭염기에 사용할 수 있다. 반면에 강우강도보다 토양의 물 침투율이 낮거나 용이유효수분량이 적으면 토양에 저장되지 않고 지표면을 흘러 유실되는 강우량이 커진다 (Jiang et al., 2022). 폭염기에 용이유효수분량이 고갈되면 관개가 필요하다. 따라서 용이유효수분량을 결정하는 논토양물리성인 총 유효수분함량과 유효근권깊이, 그리고 일증발산량에 의해 결정되는 허용수분고갈률이 필요수량 산정과 관개계획에 매우 중요하다.
2021년 기준 우리나라 30년 평년 기온은 2001년 기준에 비해 0.3°C 상승하였다 (KOSIS, 2025). 기온상승만큼 일증발산량이 커질 수 있다. 일증발산량이 커지면 토양유효수분 중 허용수분고갈률이 작아져 용이유효수분량이 작아진다. 일증발산량 8 mm 허용수분고갈률은 0.38로 일증발산량 5 mm일 때 0.5보다 12% 적은 값이다. 즉, 폭염기 일증발산량의 60% 상승은 토양의 용이유효수분량을 12% 감소시킨다. 이때 관개 필요수량은 일증발산량의 상승량과 토양 용이유효수분량 감소량을 합한 값만큼 커진다. 만약 토양 용이유효수분량이 충분히 크면 폭염기 일증발산량 상승으로 감소하더라도 관개 필요수량의 증가는 크지 않을 수 있다.
조사한 논토양에서 용이유효수분량 결정인자인 총 유효수분함량과 유효근권깊이의 변이계수를 비교하면, 총 유효수분함량 14% (0.13 - 0.23 mm mm-1), 유효근권깊이 59% (17 - 80 cm)로 유효근권깊이가 2배 이상이었다. 곡간선상지의 동일 토양통 LA 3와 LA 4은 총유효수분량이 유사하였지만 유효근권깊이가 LA 3 80 cm, LA 4 18 cm로 4배 차이가 있어 용이유효수분량도 4배 이상 차이가 났다. 즉, 토성이 같고 유사한 토양 특성을 가졌더라도 농기계사용 등 영농이력에 따라 유효근권깊이가 얕아지면 강우기에 흡수할 수 있는 강우량이 그만큼 줄어 토양자체의 가뭄저항성이 저하된다 (Zhang et al., 2017). 특히 유효근권깊이 축소를 고려하지 않고 과잉 관개를 하면 물이용효율이 감소할 뿐 아니라 습해의 위험도 따른다 (Cho et al., 2016). 따라서 논토양의 콩 용이유효수분량에 영향이 큰 유효근권깊이의 진단과 관리가 중요하며 이를 고려한 관개계획을 세울 필요가 있다.
3. 콩 유효근권깊이에 따른 폭염기 콩 필요수량
가뭄지속기간 10일간 콩의 평균 일증발산량 (ETc)을 5 mm, 8 mm로 설정하여 필요수량(IR)을 비교하였다. 이는 수원, 전주, 진주의 2025년 폭염기 콩 ETc 범위인 4.8 - 8.1 mm의 상한과 하한 수준에 해당하였다.
ETc 5 mm 조건에서 논토양의 콩 용이유효수분량는 평균 33 mm, 최대 72 mm, 최소 14 mm였다. 용이유효수분량이 완전히 고갈되어 관개가 필요한 때로 도달하는 기간인 용이유효수분량 고갈일수는 3일–14일의 범위였으며 평균값은 7일이었다. ETc 5 mm 조건에서 평균적으로 7일에 용이유효수분량이 모두 고갈되어, 가뭄지속기간 8일째는 관개가 필요하다. 폭염기 ETc 5 mm 수준은 2025년 콩 증발산 특성에서 신장기에 해당한다. 이 시기에는 유효근권깊이가 56 cm 이상 확보되면 가뭄지속기간 10일 동안 관개가 필요없는 것으로 추정되었다 (Fig. 6).
Fig. 6
The relationships between effective rooting depth in soil and irrigation requirement for 10 consecutive dry days under ordinary (ETc = 5 mm/day) and heat wave (ETc = 8 mm/day) evapotranspiration conditions in soybean cropping
ETc 8 mm 조건에서는 논토양의 콩 용이유효수분량는 평균 25 mm, 최대 55 mm, 최소 11 mm였다 (Table 4). 이는 ETc 5 mm 조건 용이유효수분량보다 25% 감소한 값이다. ETc 8 mm 조건에서 용이유효수분량 고갈일수는 3일로 ETc 5 mm 조건의 절반 이하이다. ETc가 5 mm에서 8 mm로 1.6배 증가하면 관개 간격은 2배 짧아져 가뭄지속기간 4일째 관개가 필요하다.
Table 4
Readily available water, its depletion days and irrigation requirement with different soybean evapotranspiration rates in studied paddy soils. (FC: Field capacity; PWP: Permanent wilting point; Ap: Surface soil with periodically plowing; ERD: Effective rooting depth in soil; RAW: Readily available water; IR: Irrigation requirement; ETc: Mean daily evapotranspiration of soybean during 10 consecutive dry days)
콩 유효근권깊이가 증가함에 따라 10일 가뭄지속기간 동안 필요수량(IR)은 유의하게 감소하였다 (Fig. 6). ETc 5 mm 조건에서 콩 유효근권깊이가 56 cm일 때 필요수량은 0이었다. 이는 관개 없이 가뭄지속기간 10일 동안 콩의 증발산에 필요한 물량을 토양수분이 충족시킬 수 있다는 것이다. 반면 폭염기인 ETc 8 mm 조건에서는 콩 유효근권깊이가 118 cm이어야 필요수량 0에 도달하고 본 연구의 최대 유효근권깊이 80 cm에서도 IR이 25 mm이었다. 콩 유효근권깊이 평균값인 39 cm에서 IR은 ETc 5 mm 조건에서 15 mm에 비해 폭염기인 ETc 8 mm 조건에서 53 mm로 3.5배 증가했다. 폭염기 ETc 8 mm 수준은 2025년 콩 증발산 특성에서 개화기와 협신장기에 해당한다. 이 시기는 물부족 민감 생육단계로 콩 수량 확보를 위해 적정한 물공급이 매우 중요하다 (Birthal et al., 2021; Liu et al., 2025). 그러나 유효근권깊이가 얕으면 관개의 필요수량이 커져 지역에 따라 이를 충족할 농업용수량이 부족할 수 있다 (Glinski, 2018).
Zhang et al. (2017)은 콩 재배에 적합한 유효근권깊이는 최소 50 cm 이상, 권장 60 cm 이상으로 제안했다. 콩 유효근권깊이가 본 연구의 조사지점의 평균인 39 cm에서 60 cm로 확대된다면 10일 가뭄지속기간 평균 일증발산량 8 mm 폭염기 필요수량을 14 mm 절약할 수 있다. 예를 들어, 본 연구의 조사지점 LA 2, LA 6에서 임계 용적밀도를 초과한 쟁기바닥층은 토양깊이 18~30 cm 로 두께가 얇아 심경 또는 심토파쇄를 통해 쟁기바닥층의 다짐을 완화하고 뿌리신장과 통기를 위한 대공극을 형성할 수 있다 (Hamza and Anderson, 2005). Zhang et al. (2019)은 심토파쇄뿐 아니라 삽질식 심경로타리, 폭기파쇄, 굴삭기파쇄, 견인파쇄 등 물리성 개선 기술을 비교한 결과, 적용기술과 토양에 따라 용적밀도 감소 및 투수속도 증가 등 물리성 개선 효과성이 다양하였다. 또한 심토파쇄 후 부적절한 농기계사용은 토양 재다짐을 유발할 수 있어 토양에 맞게 기술을 적용하고 관리할 필요를 제시하였다. 이를 통해 콩의 유효근권깊이를 확대하여 강우기에 빗물을 더 많이 저장하면 관개의 필요수량이 줄고 충분한 근권 확보로 콩의 생육도 더 건전해질 수 있다.
본 연구의 결과, 폭염기 논콩 필요수량은 일증발산량과 유효근권깊이에 따라 크게 달라졌다. 특히 일증발산량이 최대치에 도달하는 7월 중⋅하순의 개화기는 수분 스트레스에 따른 콩 수량 감소가 가장 현저하게 나타나는 시기로, 적정 관개의 중요성이 매우 크다. 따라서 논콩의 안정한 생산을 위해서는 기상뿐 아니라 논토양의 물리적 특성에 따른 유효근권깊이의 변이를 고려하여 필요수량을 산정하고 관개계획을 수립할 필요가 있다.
Ⅳ. 결 론
본 연구는 논 콩의 안정생산 기반 구축에 기여하고자, 논토양의 지형⋅토성에 따라 콩 유효근권깊이를 추정하고 폭염기 일증발산량(ETc) 수준별 필요수량(IR)을 평가하였다. 콩 유효근권깊이는 논토양 물리성 중 쟁기바닥층 용적밀도와 관입식 경도를 기준으로 산정한 결과 17 - 80 cm (평균 39 cm) 범위였다. 지형별 콩 유효근권깊이는 하성평탄지 > 곡간선상지 > 홍적대지 > 간척지 순, 토성별로는 양토 > 실트질양토 > 실트질식양토 > 사양토 순이었다. 수원⋅전주⋅진주의 2025년 폭염기 (10일) 기상자료로 산정한 콩의 ETc는 4.8~8.1 mm day⁻¹였고, 이를 바탕으로 가뭄지속기간 10일 동안 평균 ETc 5 mm와 8 mm의 2 조건에서 콩 유효근권깊이에 따른 IR을 평가하였다. 그 결과, IR은 유효근권깊이 증가에 따라 유의하게 감소하였다. ETc 5 mm 조건에서는 유효근권깊이 56 cm에서 IR=0 mm로, 관개 없이도 10일간 콩의 증발산 수요를 토양수분으로 충족하였다. 반면 ETc 8 mm 조건에서는 유효근권깊이 80 cm에서도 IR 25 mm가 필요하였다. 평균 유효근권깊이 39 cm에서 IR은 ETc 5 mm에서 15 mm였고 ETc 8 mm에서 53 mm로 3.5배 증가하였다. 본 연구 결과, 폭염기 논콩의 필요수량은 유효근권깊이가 얕고 ETc가 클수록 증가하는 경향을 보였다. 특히 일증발산량이 최대치에 도달하는 7월 중⋅하순의 개화기는 수분 스트레스에 따른 콩 수량 감소가 가장 현저하게 나타나는 시기로, 적정 관개의 중요성이 매우 크다. 따라서 논콩의 안정적인 생산을 위해서는 논토양의 물리적 특성에 따른 유효근권깊이의 변이와 폭염기 ETc를 종합적으로 고려한 현장 맞춤형 정밀 관개 체계를 확립할 필요가 있다.
