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문제 정의
- 하지만, 현재까지 비가림 조건에서 시비에 따른 담수 중 T-N과 T-P 농도를 조사한 연구 결과는 매우 부족하다. 본 연구는 비가림 조건에서 포트 및 소규모 포장실험을 통해 논 담수 중 T-N과 T-P 농도를 정밀 모니 터 링하여 시 비가 논 담수 수질에 미치는 영향을 파악하고, 담수 중 농도 변화를 1차 속도반응식 에 적용함으로써 시비 인자를 오염부하 산정 범용식에 활용할 수 있는 방안을 제안하기 위해 수행되었다.
제안 방법
- 벼 생육기 동안 관개수를 매일 공급하여 담수심을 5cm로 유지하였다. 또한, 담수 시료 채취 1시간 전에 담수심을 5cm로 재조정하여 담수 부피에 따른 수질농도 변화를 최소화했다. 9월 21일까지 13회에 걸쳐서 시비 전후에 교란에 의한 토양입자 유입을 막기 위해 100mL 피펫으로 담수 시료 200mL를 채취하였다.
- 또한, 담수 시료 채취 1시간 전에 담수심을 5cm로 재조정하여 담수 부피에 따른 수질농도 변화를 최소화했다. 9월 21일까지 13회에 걸쳐서 시비 전후에 교란에 의한 토양입자 유입을 막기 위해 100mL 피펫으로 담수 시료 200mL를 채취하였다. 채취한 시료는 Whatman #2 여과지로 여과하여 수질 시료 채취 시 유입된 토양입자를 제거한 후 분석에 이용하였다.
- 06mg N L-1로 차이를보였다. 시비와분석시점의 시간적 차이가 길어질수록 질소 손실에 의해 낮은 농도가 관측될 가능성이 높은데, 포트의 경우 기비시용 1일 후에 담수 중 T-N 농도를 분석하였지만, 포장 조건에서는 기 비 시용 2일 후에 분석하였고, 이삭비의 경우 역시 포트에서는 시비 당일, 포장 조건에서는 시비 1일 후에 시료를 분석하였다. 이와 같은 담수 중 T-N 농도의 시비 반응은 김 등(2000)의 결과와 일치한다.
- 강우의 영향을 배제한 조건에서 시비에 따른 논 담수 중 T-N과 T-P 농도 반응을 조사하여 시비인 자를 논 비점원 오염부하 산정 범용 식에 활용할 수 있는 방법을 제안하기 위해 비 가림 시설 내에서 포트 및 소규모 포장실험을 통해 영농기간 동안 논 담수 중 T-N과 T-P 농도를 정 밀 모니 터 링 하였다. 담수 중 T-N 농도 변화는 기비, 분얼비 및 추비에 민감하게 반응하였으며, 특정 시점의 T-N 농도는 토양 질소 함량에 의해서도 영향을 받는 것으로 나타났다.
- 일부 시료를 풍건한 후 체질 (2mm)하여 이화학 성을 분석하였다<;Table 1>. 전남대학교 부속농장 비닐하우스 시설내(동경 126° 53'56”, 북위 35° 10'ZS')에서 원통형 포트(직경 25cm, 깊이 45cm, Fig 1)에 체질하지 않은 풍건 토양 15 kg을 충진하고 산화-환원층 형성을 위해 7 일 동안 담수했다.
- 4m, 높이 2m, Fig 1)에서 수행하였다. 시험 전 표토(0~20 cm)를 채취하여 풍건 후 2mm 체를 통과시켜 이화학 성을 분석하였다<;Table 1>. 2006년 6월 3일에 기비(질소, 인산 가리)를 시용하고 묘(동진벼) 를 이식하였으며, 질소는 6월 20과 7월 24일에 추 비하였다<Table 2>.
대상 데이터
- 전라남도 함평군 엄다면 논 지구(동경 126° 31'37”, 북위 35° 02'04”)의 표토(0~20 cm)를 2006년 3월에 채취하여 포트 실험에 이용하였다. 일부 시료를 풍건한 후 체질 (2mm)하여 이화학 성을 분석하였다<Table 1>.
- 일부 시료를 풍건한 후 체질 (2mm)하여 이화학 성을 분석하였다<Table 1>. 전남대학교 부속농장 비닐하우스 시설내(동경 126° 53'56”, 북위 35° 10'ZS')에서 원통형 포트(직경 25cm, 깊이 45cm, Fig 1)에 체질하지 않은 풍건 토양 15 kg을 충진하고 산화-환원층 형성을 위해 7 일 동안 담수했다. 포트는 무시비구인 대조구 (Control)와 화학비료 관행 시비 구(Fertilizer)를 각 3반복하여 모두 6개를 준비하였다.
- 전남대학교 부속농장 비닐하우스 시설내(동경 126° 53'56”, 북위 35° 10'ZS')에서 원통형 포트(직경 25cm, 깊이 45cm, Fig 1)에 체질하지 않은 풍건 토양 15 kg을 충진하고 산화-환원층 형성을 위해 7 일 동안 담수했다. 포트는 무시비구인 대조구 (Control)와 화학비료 관행 시비 구(Fertilizer)를 각 3반복하여 모두 6개를 준비하였다. 2006년 6월 6일에 기비(질소, 인산, 가리)를 시용하고 묘(동진벼)를 이식하였으며, 질소는 6월 20일과7월 24일에 추비하였다<Table 2>.
- 9월 21일까지 13회에 걸쳐서 시비 전후에 교란에 의한 토양입자 유입을 막기 위해 100mL 피펫으로 담수 시료 200mL를 채취하였다. 채취한 시료는 Whatman #2 여과지로 여과하여 수질 시료 채취 시 유입된 토양입자를 제거한 후 분석에 이용하였다.
- 소규모 포장 실험은 전남대학교 부속농장에 설치된 논 유리온실(길이 24m, 폭 2.4m, 높이 2m, Fig 1)에서 수행하였다. 시험 전 표토(0~20 cm)를 채취하여 풍건 후 2mm 체를 통과시켜 이화학 성을 분석하였다<Table 1>.
- 2006년 6월 3일에 기비(질소, 인산 가리)를 시용하고 묘(동진벼) 를 이식하였으며, 질소는 6월 20과 7월 24일에 추 비하였다<Table 2>. 벼 생육기간 동안 담수심을 5cm로 유지하였고, 9월 21일까지 총 15회에 걸쳐서 포트 실험과 동일한 방식으로 3 지점에서 수질 시료를 채취하였다. 포트와 포장실험에 이용된 관개수는 각각 상수도와 지하수로서 수질은 6월부터 9월까지 월 1회 채취하여 분석하였으며 월별 수질 변동이 크지 않았다<Table 3>.
- 포트는 무시비구인 대조구 (Control)와 화학비료 관행 시비 구(Fertilizer)를 각 3반복하여 모두 6개를 준비하였다. 2006년 6월 6일에 기비(질소, 인산, 가리)를 시용하고 묘(동진벼)를 이식하였으며, 질소는 6월 20일과7월 24일에 추비하였다<;Table 2>. 벼 생육기 동안 관개수를 매일 공급하여 담수심을 5cm로 유지하였다.
- 시험 전 표토(0~20 cm)를 채취하여 풍건 후 2mm 체를 통과시켜 이화학 성을 분석하였다<Table 1>. 2006년 6월 3일에 기비(질소, 인산 가리)를 시용하고 묘(동진벼) 를 이식하였으며, 질소는 6월 20과 7월 24일에 추 비하였다<;Table 2>. 벼 생육기간 동안 담수심을 5cm로 유지하였고, 9월 21일까지 총 15회에 걸쳐서 포트 실험과 동일한 방식으로 3 지점에서 수질 시료를 채취하였다.
- 벼 생육기간 동안 담수심을 5cm로 유지하였고, 9월 21일까지 총 15회에 걸쳐서 포트 실험과 동일한 방식으로 3 지점에서 수질 시료를 채취하였다. 포트와 포장실험에 이용된 관개수는 각각 상수도와 지하수로서 수질은 6월부터 9월까지 월 1회 채취하여 분석하였으며 월별 수질 변동이 크지 않았다<;Table 3>.
데이터처리
- N L-1)이다. 식에서 보는 바와 같이 독립변수인 t에 대해 ln(N/No)를 도시하고 회귀분석을 실시하여 속도상수기울기)를 구하였으며, 속도상수와 농도를 이용하여 일단위로 Nt를 모의하였다. 모의치와 실측치는 AE(average error), RMSE(root mean square error), EF(model fit efficiency) 로 비교하였디VLoague and Green, 1991).
- 식에서 보는 바와 같이 독립변수인 t에 대해 ln(N/No)를 도시하고 회귀분석을 실시하여 속도상수기울기)를 구하였으며, 속도상수와 농도를 이용하여 일단위로 Nt를 모의하였다. 모의치와 실측치는 AE(average error), RMSE(root mean square error), EF(model fit efficiency) 로 비교하였디VLoague and Green, 1991). EF는 모의치와 실측치의 근접정도를 나타내며 AE, RMSE, EF의 이상적인 값은 각각 0, 0, 1이다.
- EF는 모의치와 실측치의 근접정도를 나타내며 AE, RMSE, EF의 이상적인 값은 각각 0, 0, 1이다. 기술통계는 Microsoft Office Excel 2003으로 분석하였다.
이론/모형
- 토양 pH는 토양:증류수 비율을 1:1로 하여 pH meter(P25, EcoMet, Seoul, Korea)로 분석하였으며, 토성은 Stokes law를 이용한 피펫법, CEC는 NHQAc 법, 총질소와 유기물함량은 원소분석기(NA Series 2, CE Instruments, Millan, Italy)를 이용한 연소법, 무기태질소는 2 M KC1 침출-증류법, 유효인산은 Bray #1 법으로 분석하였다(Klute et al., 1986; Sparks et al., 1996). 수질은 수질오염공정시험법에 준하여 분석하였다(환경부, 2004).
- , 1996). 수질은 수질오염공정시험법에 준하여 분석하였다(환경부, 2004). pH와 EC는 각각 pH meter와 EC meter(30/10 FT, YSI, Ohio, USA)로 분석하였고, T-Ne 알칼리성 과황산칼륨-증류법, T-P는 과황산칼륨-비색법으로 분석하였다.
- 수질은 수질오염공정시험법에 준하여 분석하였다(환경부, 2004). pH와 EC는 각각 pH meter와 EC meter(30/10 FT, YSI, Ohio, USA)로 분석하였고, T-Ne 알칼리성 과황산칼륨-증류법, T-P는 과황산칼륨-비색법으로 분석하였다.
성능/효과
- 예를 들면, 최 등(2007)이 영산강 . 섬진강 유역 논지구를 대상으로 오염부하량 실측치와 모의치를 비교한 결과 1회 시비되는 T-P의 모의치는 실측치와 유사하였지만, 3회 시비 되는 T-Ne 큰 차이를 보였다. 따라서, 유출수 수질에 영향을 주는 시비 후 일수 등 시비 관련 인자를 오염 부하량 산정 범용식의 변수로 활용하여 부하량 산정 정확성을 제고할 필요가 있다.
- 0mg N L '로 감소하였다. 분얼비와 이삭비 시용도유사한 결과를 나타냈는데, 분얼비 시용(6월 20 알) 1일 후에 11.6mg N V, 이삭비 시용(7월25 일) 당일에 24.9mg N L-1로 증가하였다. 하지만, 대조구와 비교했을 때 이와 같은 시비 효과는 시비 7~10일 후부터는 나타나지 않았다.
- 소규모 포장 조건에서도 동일한 경향이 관측되었지만, 기비와 이삭비의 경우 포트 조건에 비해 최대 농도가 낮았다. 이와 같은 차이는 포트실험과 포장실험에 이용된 토양의 양분 함량과 시비와 분석시점의 시간적 차이에 의한 결과로 판단된다.
- , 1995). 본 연구에서 1차 속도반응 회귀식의유의 수준이 0.05 이상으로 높게 나타났는데, 이는 관측 횟수가 4회로 유의성 높은 회귀분석을 위한 자료수가 충분하지 못한 것과 관개수 수질에 의한 영향으로 평가된다. 따라서, 보다 정확한 1차 속도반응상수를 얻기 위해서는 시비 후 충분한 수질 자료를 획득하고, 관개수 수질에 따른 논 담수 수질 변화에 대한 연구가 필요하다.
- 92로 나타나서 포트 조건에 비해서 포장 조건의 모의치가 실측치에 근접한 것으로 나타났다. 이상의 결과는 담수 중 T-N 농도는 지수 함수의 형태로 감소함을 의미하기 때문에 T-N 오염 부하 산정 범용식은 시비 후 일수를 독립 변수로 이용하는 지수 형태가 가능함을 제시한다.
- 밀 모니 터 링 하였다. 담수 중 T-N 농도 변화는 기비, 분얼비 및 추비에 민감하게 반응하였으며, 특정 시점의 T-N 농도는 토양 질소 함량에 의해서도 영향을 받는 것으로 나타났다. 따라서, T-N 부하량 산정 범용식 개발시 시비 후일 수를 중요한 매개변수로 이용 가능하며, 해당 지역의 토양 중 질소 함량도 고려할 필요성이 있는 것으로 나타났다.
- 담수 중 T-N 농도 변화는 기비, 분얼비 및 추비에 민감하게 반응하였으며, 특정 시점의 T-N 농도는 토양 질소 함량에 의해서도 영향을 받는 것으로 나타났다. 따라서, T-N 부하량 산정 범용식 개발시 시비 후일 수를 중요한 매개변수로 이용 가능하며, 해당 지역의 토양 중 질소 함량도 고려할 필요성이 있는 것으로 나타났다. 담수 중 T-N 농도 감소 경향은 1차 속도반응식으로 모의가 가능했는데, 이는 시 비 후 일수가 경과함에 따라 T-N 농도가 지수 함수 형태로 감소함을 의미한다.
- 담수 중 T-N 농도 감소 경향은 1차 속도반응식으로 모의가 가능했는데, 이는 시 비 후 일수가 경과함에 따라 T-N 농도가 지수 함수 형태로 감소함을 의미한다. 따라서, T-N 오염부하 산정 범용식은 지수 형태로 개발할 수 있는 것으로 나타났다. 반면, 시비에 의한 담수 중 T-P 농도의 경시적 변화는 뚜렷하지 않았으며, 타 연구와 비교 고찰한 결과에 의하면, 토양 교란에 의한 입자상 P 농도에 영향을 줄 수 있는 강우강도와 기타 영농활동 관련 인자를 주요한 매개변수로 고려할 필요성이 있는 것으로 판단되었다.
- 따라서, T-N 오염부하 산정 범용식은 지수 형태로 개발할 수 있는 것으로 나타났다. 반면, 시비에 의한 담수 중 T-P 농도의 경시적 변화는 뚜렷하지 않았으며, 타 연구와 비교 고찰한 결과에 의하면, 토양 교란에 의한 입자상 P 농도에 영향을 줄 수 있는 강우강도와 기타 영농활동 관련 인자를 주요한 매개변수로 고려할 필요성이 있는 것으로 판단되었다.
후속연구
- 예를 들면, 농어촌연구원(2003)이 충북 청원군 문의면 노현리 논지구에서 수행한 연구결과에 의하면 담수 중 T-N 농도가 기 비 후 최고 9mg N L-1 까지 증가하였지만, 분얼비나 이삭비 시용에는영향을 받지 않았다. 따라서, 강우가 차단된 조건에서 강우와 유출에 의한 농도변화 요인을 제한할 경우, 논 담수 수질에 대한 시비의 영향을 보다 정확하게 평가할 수 있을 것으로 기대된다. 하지만, 현재까지 비가림 조건에서 시비에 따른 담수 중 T-N과 T-P 농도를 조사한 연구 결과는 매우 부족하다.
- 본 연구 결과와 김 등(2000)과 전 등(2003)의 연구 결과는 논 담수 중 T-N 농도의 경시적 변화는 시비에 의존적이지만, T-N의 절대적인 농도는 시비뿐만 아니라 토양의 질소함량에 의해서도 영향을 받음을 보여준다. 따라서, 논으로부터의 T-N 부하량 산정을 위해서는 질소 시비 후 일수와 토양 중 질소 함량 모두를 주요한 입력변수로 활용할 필요성이 있다. 또한, 질소 비점원오염 관리 측면에서는 시비 직후 7~10일간 물 관리 등을 통해 지표 유출을 최소화할 필요가 있다.
- 05 이상으로 높게 나타났는데, 이는 관측 횟수가 4회로 유의성 높은 회귀분석을 위한 자료수가 충분하지 못한 것과 관개수 수질에 의한 영향으로 평가된다. 따라서, 보다 정확한 1차 속도반응상수를 얻기 위해서는 시비 후 충분한 수질 자료를 획득하고, 관개수 수질에 따른 논 담수 수질 변화에 대한 연구가 필요하다.
- 한편, 농어촌연구원(2003)의 보고에 의하면 질소 추비시 토양 교란에 의해 T-P 농도가 일시적으로 상승할 수 있는 것으로 나타났기 때문에 T-P 유출은 단순히 시비 후 일수뿐만 아니라, 토양을 교란시 킬 수 있는 다양한 인자에 의해서 영향을 받는 것으로 판단할 수 있다. 따라서, 논으로부터의 T-P 오염 부하량 산정 범용식 개발시 시비 후 약 2 주 동안은 시비 후 일수를 주요한 변수로 활용하고, 그 이후에는 토양 교란의 원인이 되는 강우강도와 기타 영농활동 관련 인자를 계량화 하여 활용할 필요가 있다.
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