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문제 정의
- 여기에 가축 분뇨 액비를 지속적으로 공급함으로 영양물질의 수계 유출율이 커지고, 호소의 부영양화를 가속시킬 수 있다. 따라서 본 연구에서는 현장인공 강우 실험을 통하여 실제 액비, 퇴비의 농지 주입 시토양에 미치는 영향을 파악하였다. 작물(옥수수)을 재배하기 위한 농지조성 후 계절에 따라 인공강우로 인한 표면유출수와 지하수의 시료를 채취하여 오염물질의 거동과 유출특성을 파악하고, 농지로 전환된 자원화물의 농지 유출비를 산출하였다.
- 이는 객토 농지의 값과 유사하였다. 또한, 토양의 영양물질함유도에 대한 조사가 이루어졌다. 시험구 조성 후 퇴, 액비 적용 전의 자연 토양 상태와 액비 적용 후 작물 재배전의 결과, 그리고 작물 수확 후 같은 지역의 분석 결과를 Table 1에 나타내었다.
제안 방법
- 시험구역 간간격은 5 m로 설정하여 각 실험구간의 영향을 최소화 하였다. Fig. 1에서와 같이 각 시험구역으로부터 유출수가 모이도록 U형 측구를 설치 (1.7 〜 2.3°)하고, 지 하수 관정 을 설 치하여 지하수모니터링 및 시료 채취를 수행하였다. 지하수관측정은 깊이 7 m, 직경 150 mm, 수위계 관 직경 50 mm 로 제작되었고, 천공홀과 수위계관 사이는 굵은 모래로 채워졌으며 지면아래 1 m 는 토사로 메워졌다.
- 가축분뇨의 농지주입 후 나타나는 오염물질의 배출특성을 조사하기 위해 조성된 현장 구역별 농지의 투수계수와 토양성상을 조사하였다. 3개의 시험구역(표준, 퇴비, 액비) 에 현장 슬러그 실험을 통하여 투수계수를 해석한 결과, 같은 지역에 조성하였지만 토성과 다짐 정도의 차이로부터 표준 시험 구역(2.
- 2~9 mm/hr의 강우강도로 평균 820 L가 시험시마다 살포되었다. 각각의 시험구역 표준, 액비, 퇴비구역별로 계절에 따른 표면유출수와 지하수 수질을 5회에 걸쳐 실험 분석하였고, 그 평균값을 Table 3에 나타내었다. 계절변화에 관계없이 대부분의 유기물질은 토양 내에서 분해되는 것으로 나타났다(김진호등, 2008; 이병수 등, 2008).
- 배출경로별로 고려되어야 할 부분들은 직접이송량, 개별삭감량, 관거유입량, 관거배출량, 방류수, 배출량이며, 이때 비점 오염원의 배출량으로써 농지유출비가 사용된다. 본 연구 결과로부터 총 주입된 자원화물의 양과 총 유출되는 양을 비교하여 농지 유출비를 산출하였다. CODcr, SS, VSS, TN 그리고 TP의 농지 유출비는 각각 0.
- 봄, 여름, 가을(수확 후) 계절별 인공강우 시(봄, 여름은각 2회씩, 가을에 1회 인공강우 살포) 자원화물의 거동을 분석하였다. 인공강우에 사용된 현장 지하수 수질은 표준, 액비, 퇴비구역에서 BOD가 각각 1.
- 순간수위 변화시험용 슬러그봉(길이 1 m, 무게 10 kg)을 이용하여 초기 수위 측정하고 관측정에 고정대를 매달아 투입하여 수위변화를 지속적으로 측정하였다(Philip et al., 1999). 수위를 변화시킨 직후의 수위와 회복 수위를 측정하고, AQTESOVE 모델(Bouwer and Rice, 1976; Cooper et al.
- 시험구역의 유출특성을 파악하기 위하여 인공 강우 시험을 통한 자원화물의 거동을 분석하였다. 표면 유출량은 인공강우 후, 24시간 동안 각 배수로 끝에 설치한 웨어에서 포집되었으며, 유량 측정결과 살포된 총 주입유량 1, 620 L (강우강도 13 mm/hr) 중 약 21%인 350 L가 표면 유출되었다.
- 연구 기간 중 총 5 회의 인공 강우 시험을 바탕으로 하여농지에 적용된 축산 자원화물의 평균 유출 부하를 산정하여 이에 근거한 영양물질의 물질수지를 작성하였다. 물질수지를 요약하여 Table 4에 나타내었는데, 이에 의하면 액비주입 시, 질소는 약 77.
- 인공 강우 시험을 통한 영양물질의 유출 특성을 표준, 액비, 퇴비 적용 구역으로 구분하여 각각의 실험구간별로 표면유출수와 지하수내의 질소와 인 농도를 분석하였다. 총질소의 경우 인공강우 살포 회수에 따라 그 농도가 점차 감소하였고 지하수내의 질산성 질소 농도는 점차 증가하였고, 이러한 현상은 액비 적용 구역에서 두드러졌다.
- 인공강우에 사용된 현장 지하수 수질은 표준, 액비, 퇴비구역에서 BOD가 각각 1.4 mg/L, 1.6 mg/L, 1.1 mg/L, TN이 19.0 mg/L, 17.8 mg/L, 20.3 mg/L, 그리고 TP가 0.61 mg/L, 0.09 mg/L, 0.07 mg/L로 분석되었고, 이를 기저농도로 고려하였다. 각각의 시험구역에 26.
- 따라서 본 연구에서는 현장인공 강우 실험을 통하여 실제 액비, 퇴비의 농지 주입 시토양에 미치는 영향을 파악하였다. 작물(옥수수)을 재배하기 위한 농지조성 후 계절에 따라 인공강우로 인한 표면유출수와 지하수의 시료를 채취하여 오염물질의 거동과 유출특성을 파악하고, 농지로 전환된 자원화물의 농지 유출비를 산출하였다.
대상 데이터
- 3°)하고, 지 하수 관정 을 설 치하여 지하수모니터링 및 시료 채취를 수행하였다. 지하수관측정은 깊이 7 m, 직경 150 mm, 수위계 관 직경 50 mm 로 제작되었고, 천공홀과 수위계관 사이는 굵은 모래로 채워졌으며 지면아래 1 m 는 토사로 메워졌다. 관측정 보호를 위한 보호박스가 관측정 위로 설치되었다.
- 충청북도 옥천군 동이면 소재의 현장에 3개의 시험구역을 표준구역, 퇴비살포 구역, 액비살포 구역으로 나누어 각각 5m* 10m의 크기로 건설하였다(Fig. 1). 시험구역 간간격은 5 m로 설정하여 각 실험구간의 영향을 최소화 하였다.
이론/모형
- , 1999). 수위를 변화시킨 직후의 수위와 회복 수위를 측정하고, AQTESOVE 모델(Bouwer and Rice, 1976; Cooper et al., 1967) 을 이용하여 투수계수를 산정하였다.
- 의해 분석되었다. 토양성상 분석(TOC, PO4-P, TP, TN)을 위해 표토 하 30 cm 부근의 시료를 채취하여 토양오염공정시험법(이달원 등, 2009)에 준하여 분석하였다.
성능/효과
- 조사하였다. 3개의 시험구역(표준, 퇴비, 액비) 에 현장 슬러그 실험을 통하여 투수계수를 해석한 결과, 같은 지역에 조성하였지만 토성과 다짐 정도의 차이로부터 표준 시험 구역(2.856 X 10-4 cm/sec)은 일반적인 밭 지역의 투수계수를 나타낸 반면, 퇴비와 액비 적용 지역(2.433 X 10-4, 5.251 X 10-4 cm/sec) 은 새로운 흙을 이용하여 구축한 관계로투수계수가 큰 사질토에 가깝게 나타났다(최대호, 2001). 이는 객토 농지의 값과 유사하였다.
- 액비구역에서, 인공강우 1회 실포 시(봄) 액체상태의 액비는 쉽게 표면 유출되기 때문에 초기에 총질소 농도가 높게 나타나다가 급격히 감소하여 3차례의 인공강우 살포후(여름) 거의 표준 구역과 같은 농도를 보이고 있다. 반면퇴비 구역의 지하수 농도는 낮게 나타났으며, 표면 유출농도는 상대적으로 서서히 감소하였다. 액비 주입 구간은 표면에서 농도가 급격히 감소하는데 반해 지하수에서는 인공강우 살포 회수에 따라 점차 증가하는 양상을 보였다.
- 5%였다. 액비로부터의 질소는 지하수로 가장 많이 유출되었고, 인은퇴비 주입시 표면 유출로 가장 크게 발생되고 있는 것으로 나타났다.
- 질소의 유출량이 큰 반면 상대적으로 주입된 인 성분은 농지에 잔류하는 양이 더 큰 것으로 나타났으며, 유출의 대부분은 표면 유출로 진행되었고 유출량은 토사 유출량에 비례하는 것으로 나타났다. 영양물질인 총질소와 총인의 농지 유출비는 각각 0.015와 0.029이었고, 지하수 유출율은 77.5%였다. 액비로부터의 질소는 지하수로 가장 많이 유출되었고, 인은퇴비 주입시 표면 유출로 가장 크게 발생되고 있는 것으로 나타났다.
- 이는 비료의 용존 성분에 따른 초기 이용도의 차이에 따른 것으로 분석되었다. 인은 표면 유출되는 양이 전체 주입량의 29%로 액비에 비해 26%정도 높았으나, 지하수로 유출되는 양은 2.8%로 상대적으로 작게 나타났으며, 주입량의 60.5%는 고형 상태로토양에 잔류하는 것으로 분석되었다. 퇴비 내의 인성분이 대부분 고형분으로 이루어져 있어 용존 상태로 전환되기 보다는 표면 침식에 의해 유출되는 양이 더 많은 것으로 나타나고 있다.
- 표면 유출량은 인공강우 후, 24시간 동안 각 배수로 끝에 설치한 웨어에서 포집되었으며, 유량 측정결과 살포된 총 주입유량 1, 620 L (강우강도 13 mm/hr) 중 약 21%인 350 L가 표면 유출되었다. 주입된 돼지 액비 농도는 CODcr 24, 400 mg/L, SS 18, 100 mg/L, VSS 12, 300 mg/L, TN 4, 086 mg/L, TP 408.7 mg/L이며, 이때 표면 유출수는 CODcr 127 mg/L, SS 1, 360 mg/L, TN 52.6 mg/L, TP 10 mg/L로 분석되었다(Table 2). TN은 유입농도의 1.
- 6 %에 해당되는데, 일반 농지에서 옥수수 재배시 작물에 의한 질소 흡수량이 82 kg-N/ha로 알려지고 있어 일반적인 농지에서의 질소 흡수량에 비해 50% 정도의 흡수력을 보인 것으로 나타났다 작물의 질소 흡수량은 비료 주입량, 재배 이력, 파종시기, 종자 등에 따라 달라지는 것으로 알려지고있다(서종호와 이호진, 1998). 주입량 대비 약 1.4%가 농지에 잔류되는 것으로 나타나, 액비 주입시 주입 질소의 대부분이 작물에 이용되거나, 지하수와 표면으로 유출되는 것으로 나타났다 질소의 경우와 다르게 인의 경우 주입량의 39%가 작물에 이용되었으며, 9.5%가 지하수와 표면으로 유출되었고, 51.5%가 농지에 잔류하는 것으로 나타났다. 이는토양 확산성이 유리한 액비의 특성상 인 성분의 표면 유출이 적었으며, 또한 토양에 흡착되어 지하수로의 유출도 잘일어나지 않은 것으로 나타났다(Oa and Jun, 2010).
- 이때 높은 표면 유출 SS 는 시험장에 농작물을 재배하지 않음으로 인한 토사유실로 판단된다. 지하수 유출 농도 조사 결과, 표준구역 CODcr 26 mg/L, VSS 20 mg/L, TN 24.8 mg/L, TP 0.4 mg/L이며, 돼지 액비 적용 지역은 CODcr 180 mg/L, VSS 980 mg/L, TN 54 mg/L, TP 14.4 mg/L로 나타났다.
- 총질소의 경우 인공강우 살포 회수에 따라 그 농도가 점차 감소하였고 지하수내의 질산성 질소 농도는 점차 증가하였고, 이러한 현상은 액비 적용 구역에서 두드러졌다. 질소의 유출량이 큰 반면 상대적으로 주입된 인 성분은 농지에 잔류하는 양이 더 큰 것으로 나타났으며, 유출의 대부분은 표면 유출로 진행되었고 유출량은 토사 유출량에 비례하는 것으로 나타났다. 영양물질인 총질소와 총인의 농지 유출비는 각각 0.
- 이는 EU의 기준 살포량 200 kgN/ha/yr(Reindl, 2007)에 근거한 것이다. 총 주입량은 5회에 걸쳐 분할 살포되었으며, 살포시마다 초기주입농도와 초기 유출 농도(24 시간 경과 후)가 분석되었다.
- 퇴비주입 시, 질소의 약 29%가 표면유출 되었고 49%가 농지에 잔류하였으며 작물에 흡수된 양이 15%, 지하수 유출 7%로 나타났다 함수율 75% 이하의 퇴비를 토양 혼합하여 농지 표면에 뿌리듯이 시비함에 따라 지하수 유출은 적은 반면 표면 유출은 상대적으로 크게 나타났다 재배작물은 겉보기에서 액비구간에 비해 현저히 작게 성장하는것을 알 수 있었는데, 측정결과 작물에 의한 질소 흡수율 15%의 질소를 흡수한 것으로 나타나 액비 구간에 비해 약 5% 적게 흡수된 것으로 나타났다. 이는 비료의 용존 성분에 따른 초기 이용도의 차이에 따른 것으로 분석되었다.
- 통한 자원화물의 거동을 분석하였다. 표면 유출량은 인공강우 후, 24시간 동안 각 배수로 끝에 설치한 웨어에서 포집되었으며, 유량 측정결과 살포된 총 주입유량 1, 620 L (강우강도 13 mm/hr) 중 약 21%인 350 L가 표면 유출되었다. 주입된 돼지 액비 농도는 CODcr 24, 400 mg/L, SS 18, 100 mg/L, VSS 12, 300 mg/L, TN 4, 086 mg/L, TP 408.
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