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문제 정의
- 20,21) 이에 본 연구에서는 강원도 고랭지 밭을 대상으로 여름철 집중 강우시 토양유실의 저감대책으로 PAM과 바이오폴리머의 국내 현장적용성을 평가하고자 수행되었다.
- 특히 국내 고랭지 지역과 같은 사질 경사지의 경우 그 피해가 막대하여 적절한 관리 대책 마련이 시급히 요구된다. 본 연구에서는 토양질 개선 및 토양유실 저감 방안으로 폴리머 기반 토양개량제(PAM 및biopolymer)의 국내 현장적용성을 평가하였다. 폴리머 기반토양개량제 처리시 토양 입단의 안정성은 대조구와 비교하여 최대 11% 증가하였다.
제안 방법
- 이후 40 kg/ha 입상(granular) 타입의 PAM을600 mg/L 농도로 24시간 동안 희석하여 토양 표면에 균일하게 살포하였다.22) 본 실험에서는 상업적으로 시판되는 PAM인 Soilfix G1 (Ciba Chemical Co., Germany)을 사용하였으며, 바이오폴리머의 경우 4 g 리그닌(lignin), 0.4 g 옥수수 전분(corn starch) 및 16 g acrylamide와 1.2 g of pota-ssium persulfate (K2S2O8)를 사용하여 합성, 건조 후 입상타입으로 분쇄하였고, PAM과 동일한 농도(600 mg/L)와 투입량(40kg/ha)으로 처리하였다.23)
- 40) 치환성 양이온(K+, Ca2+, Mg2+)은 1 N ammonium acetate (NH4OAc)를 이용하여 추출한 후 유도결합플라스마 발광광도계(Inductively coupled plasma mass spectrometry[ICP], GBC Integra XMP, GBC Scientific Equipment Pty Ltd, Australia)를 사용하여 측정하였다.41) 실험포 토양은 미사 36% 및 점토 16%로 구성된 양토로 pH 6.
- 강우시 폴리머 기반 토양개량제의 토양유실 저감 효율을 평가하기 위하여 강우가 멈춘 후 유거수 및 토양유실량을 측정하였으며 유거수량을 평가한 후 토사를 분리, 건조시킨 후 토양유실량을 조사하였다. 실험포 실험이 진행되는 동안 자연 강우는 총 4회 발생하였으며, 평균 강우량 및 최대 강우량은 Table 2와 같다.
- 39) 또한 정식 77일째에 무 수확과 동시에 생육조사를 실시하였다. 무의 생육평가인자로 지상부의 엽장, 생엽중 및 엽수, 지하부의 근장 및 근중을 조사하였다.
- PAM 및 바이오폴리머 투입시 유거수 및 토양유실 감소량 측정을 위해 강원도 홍천군 내면 자운 2리에 가로 3 m 및 세로 18 m, 경사도 20%의 실험포장을 조성하였다. 식물 생육 실험을 위해 주변 고랭지 밭과 동일하게 경운, 시비를 한 실험포에 25일간 육묘한 무(Raphanus sativus)를 정식하였다. 이후 40 kg/ha 입상(granular) 타입의 PAM을600 mg/L 농도로 24시간 동안 희석하여 토양 표면에 균일하게 살포하였다.
- 폴리머 기반 토양개량제 처리에 따른 입단의 안정성 변화를 조사하였다(Fig. 1). 토양 입단 안정성은 대조구와 비교하여 PAM 처리시 6%, 바이오폴리머 처리시 11% 증가하였으며, 바이오폴리머 처리시 대조구와 95% 유의수준에서 증가하는 것으로 조사되었다.
- 폴리머 기반 토양개량제 투입시 작물생육에 미치는 영향을 평가하기 위하여 무의 지상부(엽장, 생엽중 및 엽수) 및 지하부(근장 및 근중)의 생육을 조사하였다(Table 3). 대조구와 비교하여 PAM 및 바이오폴리머 처리구에서 엽장은 각각 5.
대상 데이터
- PAM 및 바이오폴리머 투입시 유거수 및 토양유실 감소량 측정을 위해 강원도 홍천군 내면 자운 2리에 가로 3 m 및 세로 18 m, 경사도 20%의 실험포장을 조성하였다.
데이터처리
- 통계분석은 SAS software Ver. 9.1을 이용하여 분산분석(Analysis of Variance; ANOVA)을 실시하였으며, 각 처리구 간 토양 입단안정성, 무의 생육, 토양유실 및 유거수의 변화를 95% 유의수준으로 검증하였다.
이론/모형
- 토양의 pH 및 electrical conductivity (EC)는 각각 pH me-ter와 EC meter를 이용하여 측정하였으며, 토양 유기물 함량 및 유효인산은 각각 Walkley Black method와 Lancaster method에 준하여 UV Spectrophotometer (UVIKON-XS, France)를 사용하여 분석하였다.40) 치환성 양이온(K+, Ca2+, Mg2+)은 1 N ammonium acetate (NH4OAc)를 이용하여 추출한 후 유도결합플라스마 발광광도계(Inductively coupled plasma mass spectrometry[ICP], GBC Integra XMP, GBC Scientific Equipment Pty Ltd, Australia)를 사용하여 측정하였다.
- 폴리머 기반 토양개량제 처리에 따른 토양의 입단안정성은 wet-sieving apparatus (Eijkelkamp, Netherlands)를 사용하여 측정하였다.39) 또한 정식 77일째에 무 수확과 동시에 생육조사를 실시하였다.
성능/효과
- 14) 또한 PAM은 토양 표면 및 토양 입단을 물리․화학적으로 안정화시키고 강우시 유거수와 탁수 발생을 감소시켜 토양유실을 원천적으로 차단할 목적으로 사용할 수 있는 것으로 보고되었다.15) 특히 30% 이상 경사지에서 PAM 처리를 통한 토양유실 저감 사례가 보고된 바 있어 국내 고랭지 밭에 적용 가능할 것으로 판단된다.15,16)
- 1) 고랭지 밭은 해발 400 m 이상에서 경작이 이루어지고 있으며 일부는 30% 이상의 급경사 지역에 위치하고 있어 여름철 집중 강우시 토양유실로 인한 지력손실과 환경오염이 심각한 실정이다.2,3) 특히 토양유실은 입단의 안정성 저하 및 분산․탈리를 초래하고 그 결과 표토의 자갈 및 모래의 함량이 높아져 토양 물리성의 저해 및 강우에 의한 유실을 가속화시켜 농업생산성 감소로 이어진다.3)
- 40) 치환성 양이온(K+, Ca2+, Mg2+)은 1 N ammonium acetate (NH4OAc)를 이용하여 추출한 후 유도결합플라스마 발광광도계(Inductively coupled plasma mass spectrometry[ICP], GBC Integra XMP, GBC Scientific Equipment Pty Ltd, Australia)를 사용하여 측정하였다.41) 실험포 토양은 미사 36% 및 점토 16%로 구성된 양토로 pH 6.95, 유기물함량은 13.2 g/kg이며, 유효인산함량은 국내 밭토양의 적정범위(200~400 mg/kg)보다 다소 높은 576 mg/kg로 조사되었다(Table 1).
- 5) 비점오염으로 인한 수계생태계 교란과 관광자원 질 저하는 장기적으로는 음용수 질 저하뿐 아니라 경제․사회적 비용까지 증대시키는 결과를 가져올 수 있다.
- 대조구와 비교하여 PAM 및 바이오폴리머 처리구에서 엽장은 각각 5.1% 및 7.3% 증가(P<0.05)하였으나 폴리머 처리구별로 유의적 차이는 없었다.
- 또한 폴리머 처리시 토양유실량은 강우강도 증가시 대수관계(R2=0.85)로 증가하는 것으로 나타났다(Fig. 2). 이는 강우시 무처리 토양의 유실패턴과 동일하지만 폴리머 기반 토양개량제에 의한 토양 점토입자의 응집 및 입단의 안정화로 토양유실량은 현저히 감소하는 것으로 판단된다.
- 이는 폴리머 기반 토양개량제 투입으로 토양 표면의 점토입자 결합력 증가 및 탈리현상 감소에 의한 영향으로 판단된다. 본 연구에서 각 처리간 유거수량의 차이가 없는 것은 높은 농도(600 mg/L)의 폴리머 기반 토양개량제 투입시 토양 표면 공극의 감소로 유거수량은 증가하지만 토양유실량은 감소한다는 기존 연구결과와 동일하였다.22,35,36) 따라서 폴리머 기반 토양개량제 투입시 토양 특성별 투입량 및 처리농도, 경사도 등과 같은 지리적 요인에 대한 연구가 필요하다고 판단된다.
- 1). 토양 입단 안정성은 대조구와 비교하여 PAM 처리시 6%, 바이오폴리머 처리시 11% 증가하였으며, 바이오폴리머 처리시 대조구와 95% 유의수준에서 증가하는 것으로 조사되었다. 이는 폴리머 기반 토양개량제 투입시 토양 표면 경화층 형성을 방지하고 토양 입자간 응집력을 증대시켜 토양 입단의 공극율 및 안정성이 증가하였다는 기존 연구들과 동일하였다.
- 토양유실량은 PAM 및 바이오폴리머 투입 후 대조구에 비해각각 41%와 23% 감소하였으나(P<0.05) 유거수량은 대조구와 비교하여 PAM 및 바이오폴리머 모두 유의적 차이가 없었다.
- 폴리머 기반 토양개량제는 무의엽장을 증가시켰으나 수량에 있어 유의적 차이는 없었다. 폴리머 기반 토양개량제 처리시 토양유실량은 최대 41% 감소하였으며, 또한 토양유실량은 강우강도의 증가에 따라 대수관계로 증가(R2=0.85)하는 것으로 조사되었다. 본 연구를 통해 폴리머 기반 토양개량제의 사용은 경사지 토양의 물리성 개선 및 토양유실 방지에 효과가 있는 것으로 판단되어 국내 도입이 가능할 것으로 판단되었다.
- 폴리머 기반 토양개량제 투입시 대조구에 비해 강우에 의한 토양유실이 감소하는 것으로 조사되었다(Table 4).
- 본 연구에서는 토양질 개선 및 토양유실 저감 방안으로 폴리머 기반 토양개량제(PAM 및biopolymer)의 국내 현장적용성을 평가하였다. 폴리머 기반토양개량제 처리시 토양 입단의 안정성은 대조구와 비교하여 최대 11% 증가하였다. 폴리머 기반 토양개량제는 무의엽장을 증가시켰으나 수량에 있어 유의적 차이는 없었다.
후속연구
- 5,6) 그러나 기존 비점오염 저감방안은 강원도 고랭지 밭과 같은 잦은 객토 및 높은 경사도 등 특수성을 지닌 지역에서 효용성이 낮으며 물리적 저감시설 건축의 한계성이 있어 새로운 방안의 마련이 요구된다.7,8)
- 본 연구를 통해 폴리머 기반 토양개량제의 사용은 경사지 토양의 물리성 개선 및 토양유실 방지에 효과가 있는 것으로 판단되어 국내 도입이 가능할 것으로 판단되었다. 또한 향후 폴리머 기반 토양개량제의 효용성을 높이기 위하여 국내 현장적용성을 고려한 최적투입기술개발이 필요할 것으로 사료된다.
- 85)하는 것으로 조사되었다. 본 연구를 통해 폴리머 기반 토양개량제의 사용은 경사지 토양의 물리성 개선 및 토양유실 방지에 효과가 있는 것으로 판단되어 국내 도입이 가능할 것으로 판단되었다. 또한 향후 폴리머 기반 토양개량제의 효용성을 높이기 위하여 국내 현장적용성을 고려한 최적투입기술개발이 필요할 것으로 사료된다.
- 본 연구에서는 PAM 처리시 기존 연구와 유사한 토양유실 감소를 나타내었으나 토양 표면 유거수 감소를 위해서는 토양특성에 적합한 투입방법의 개발이 필요한 것으로 판단된다.
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