[논문]시설재배지에서 토양 담수 및 배수에 의한 염류집적 경감 방안

오상은; 손정수; 옥용식; 주진호

시설재배지에서 토양 담수 및 배수에 의한 염류집적 경감 방안
A Modified Methodology of Salt Removal through Flooding and Drainage in a Plastic Film House Soil 원문보기

韓國土壤肥料學會誌 = Korean journal of soil science & fertilizer, v.43 no.5, 2010년, pp.565 - 571

오상은 (강원대학교 바이오자원환경학과) , 손정수 (강원대학교 바이오자원환경학과) , 옥용식 (강원대학교 바이오자원환경학과) , 주진호 (강원대학교 바이오자원환경학과)

초록
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시설하우스 내 토양의 염류를 제거하기 위한 기존 관수제염의 문제점은 담수 시 염류가 심토층으로 이동하게 되며 심토층으로 이동된 염류는 시설하우스 내 모세관현상으로 다시 표토층으로 용출되어 순환을 하는 것이다. 이를 해결하기 위하여 기존의 관수제염법을 일부 수정한 방법을 개발하였다. 토양을 담수시킨 후 부유물질을 침전시키고 상등액의 일부를 외부로 빼줌으로써 토양 하부로 염류가 이동하지 않도록 하는 방법이다. 이 방법을 통해 심토층으로 염류가 확산이 되지 않았으며 모세관 현상에 의한 염류의 재집적을 방지 할 수 있을 것으로 판단된다. 또한 밖으로 유출되는 상등액에는 질소, 인, 칼리 등 비료성분을 포함하고 있어 비료로 재이용될 수 있을 것으로 판단된다. 소량의 MgO 투여와 30분 침전을 통해 담수의 탁도 성분을 초기 탁도의 95%이상을 침전 시킬 수 있었다. 담수 내에 암모니아와 인을 함유하고 그들의 농도가 줄어든 것으로 보아 일부 struvite 침전이 이루어졌으며 토양 내에서 천천히 용해되어 작물이 이용할 수 있을 것으로 판단된다.

Abstract ▼ AI-Helper

One of the disadvantages of flooding treatment for desalting from soils is that salts move to deep soils after flooding and at the end reaccumulate at the soil surface through capillary movements. This study was carried out to remove salts from soils in plastic film houses by a modified flooding method, drainage after flooding. The method successfully removed salts at the soil surface and salts did not move to the deep soil. Drained water containing N, P and K could be reused as fertilizer. By applying small amount of MgO, turbidity of water flooded decreased in 30 min by 95%. Struvite should be formed since the flooded water contain ammonia and phosphorous and their concentrations were decreased. This could be utilized as fertilizer which provides a slow-release source of phosphorus, magnesium and nitrogen that features low inherent water solubility.

주제어

AI 본문요약
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문제 정의

본 연구에서는 위에 열거한 기존 관수제염법의 문제점을 해결하면서 염류를 제거하기 위하여 담수처리를 통한 토양 세척 후 배수를 통해 효과적으로 토양에 집적된 염류를 제거하는 새로운 방법을 제시하고자 하였다. 이를 위하여 기존의 방법인 염류 토양의 담수처리 (관수 제염법) 및 새로운 방법인 담수 후 배수처리시 토양 깊이별 염류제거 효과를 비교하고 담수 시 수질의 화학성 변화, 탁도의 변화, MgO투여에 따른 물리화학성의 변화, 실증 실험을 통한 염류의 변화를 파악하였다.

제안 방법

또한 물 투입 후 물을 채취하여 수질의 화학성 변화를 측정하였으며 토양의 포화 수리전도도 및 탁도를 측정하여 담수처리구와 담수 후 배수처리구를 비교 · 분석하 였다. 1차 담수처리 실험이 끝난 후 같은 방법으로 2차 담수처리를 실시하고 토양 깊이별 염류 분석 및 수질의 화학성 변화를 측정 하였다. 같은 방법으로 토마토 농장 1개의 시설하우스를 선정하여 담수와 배수를 동시에 하는 방법으로 담수처리를 하고 토양 깊이별 염류 (EC)함량을 비교 · 분석을 하였다.
1). 1차 담수처리가 끝난 후 토양 깊이별 염류 (EC) 변화량을 알아보기 위해 토양 깊이 0~20 cm, 20~40 cm, 40~60 cm을 채취하여 염류(EC) 분석을 실시하였다. 또한 물 투입 후 물을 채취하여 수질의 화학성 변화를 측정하였으며 토양의 포화 수리전도도 및 탁도를 측정하여 담수처리구와 담수 후 배수처리구를 비교 · 분석하 였다.
Struvite 침전 실험으로서 struvite 침전을 도모하고 침전속도를 증가시키기 위하여 담수 후 높은 탁도를 함유한 물을 채취하여 MgO 0, 5, 25, 50 mM을 투여하고 30분 반응 후 pH, EC, 탁도, NH₄ + -N, PO₄ ^3--P를 측정하였다.
강원도 화천군에 위치한 토마토 농장 1 개의 시설하우스를 선정하여 담수와 배수를 동시에 하는 방법으로 담수처리를 하고 토양 깊이별 염류 (EC)함량을 비교·분석을 하였다.
같은 방법으로 토마토 농장 1개의 시설하우스를 선정하여 담수와 배수를 동 시에 하는 방법으로 담수처리를 하고 토양 깊이별 염류 (EC)함량을 비교 · 분석을 하였다.
담수한 물의 높이는 토양에서 대략 15 cm 높이였으며 하부~20 cm의 토양을 모래삽으로 5분 정도 휘저었다. 그 후 담수처리구는 그대로 방치하였고 담수 후 배수처리구에서는 미세토양 침전 후 (2시간 정도) 배수를 실시하였다 (Fig. 1). 1차 담수처리가 끝난 후 토양 깊이별 염류 (EC) 변화량을 알아보기 위해 토양 깊이 0~20 cm, 20~40 cm, 40~60 cm을 채취하여 염류(EC) 분석을 실시하였다.
토양의 화학성 분석은 농촌진흥청 토양 화학분석법에 따라 분석하였다 (RDA, 1988). 담수 1차, 2차 후 토양 깊이별 pH 및 염류 (EC) 변화량을 알아보기 위해 깊이 0～20 cm, 20～40 cm, 40～60 cm의 토양을 채취하여 풍건한 뒤 식물잔사 등을 제거하고 2 mm 체거름한 토양을 분석시료로 사용하였다. pH 및 EC는 풍건토 10 g를 100 ml 삼각플라스크에 취하고 증류수 50 ml를 첨가한 후 1시간 진탕하여 필터링 후 pH meter (Orion 3-Star, Thermo Scientific, USA)와 EC meter (Orion 3-Star, Thermo Scientific, USA)를 이용하여 측정하였다.
담수처리 후 수질 화학성 분석을 위해 담수처리구별 수질시료 채취 후 20℃, 120 rpm의 조건으로 1시간 동안 교반시킨 후 상등액을 여과지 (Whatman No. 42)를 이용하여 필터링 한 후 여액을 IC (861 Advanced Compact IC, Metrohm, Switzerland)를 이용하여 분석을 수행하였다. 또한 담수처리구별 탁도 측정은 현장에서 바로 측정하였으며, 탁도계 (Orion AQ 4500, Thermo)를 이용하여 시간별 탁도 변화를 조사하였다.
또 한 물 투입 후 물을 채취하여 수질의 화학성 변화를 측 정하였으며 토양의 포화 수리전도도 및 탁도를 측정하여 담수처리구와 담수 후 배수처리구를 비교 · 분석하 였다.
42)를 이용하여 필터링 한 후 여액을 IC (861 Advanced Compact IC, Metrohm, Switzerland)를 이용하여 분석을 수행하였다. 또한 담수처리구별 탁도 측정은 현장에서 바로 측정하였으며, 탁도계 (Orion AQ 4500, Thermo)를 이용하여 시간별 탁도 변화를 조사하였다.
담수를 하고 토양에 붙어있는 염류를 물에 녹이기 위하여 토양을 저어주면 부유물질들이 담수에 떠올라 탁도가 높아진다. 배수를 하기 위해서는 부유물질을 어느정도 침전 시킨 후 배수가 되어야 하므로 시간에 따른 상등수의 탁도를 측정하였다. 담수 후 배수 처리구에서의 1회, 2회 담수에 의한 수질 탁도 변화추이를 보면 Fig.
본 연구에서는 위에 열거한 기존 관수제염법의 문제점을 해결하면서 염류를 제거하기 위하여 담수처리를 통한 토양 세척 후 배수를 통해 효과적으로 토양에 집적된 염류를 제거하는 새로운 방법을 제시하고자 하였다. 이를 위하여 기존의 방법인 염류 토양의 담수처리 (관수 제염법) 및 새로운 방법인 담수 후 배수처리시 토양 깊이별 염류제거 효과를 비교하고 담수 시 수질의 화학성 변화, 탁도의 변화, MgO투여에 따른 물리화학성의 변화, 실증 실험을 통한 염류의 변화를 파악하였다.
2시간 침전 후 배수를 하게 되면 밖으로 유출되는 토양의 미세입자들의 양이 많아지므로 소량의 약품을 사용하여 침전속도를 증가시킬 필요가 있다. 이를 위하여 담수 후 많은 탁도를 함유한 물을 채취하여 MgO 0, 5, 25, 50 mM을 투여하고 30분 반응 후 pH, EC, 탁도, NH4 ⁺ -N, PO4₃^--P를 측정하였다 (Table. 6).
이는 담수하기 전 초기 전기전도도 값으로 인위적으로 복합비료를 넣어 염류집적 토양을 제조하고 두 개의 처리구에 투여하였기 때문이다. 일반적으로 우리 나라 농경지의 경우 1 dS m-1 이하의 값을 가지며 2 dS m-1 이상은 염류토양으로 분류되며 4이상은 대부분의 작물 수량이 현저히 감소하므로 이를 작물 생육의 한계 값으 로 정하고 있어 (Yang et al., 2001) 본 연구에서는 초 기 염류토양을 6.8 dS m-1으로 맞추어 실험하였다.
토양은 각 처리구에서 파 낸 토양에 토양은 각 처리구에서 파 낸 토양에 복합비료로 염류 농도(EC) 약 7.0 dS m-1가 되도록 제조하였고 각 처리 구별 지반 밑 0.2 m에 토양을 다시 투입하여 외부 토 양의 높이와 일치하도록 하였다.

대상 데이터

초기 토양의 EC는 대략 1 dS m^-1로 염류집적이 되지 않은 토양이었다. 담수 및 배수 실험을 위하여 위, 아래가 뚤린 가로 0.7 m, 세로 0.7 m, 높이 0.4 m의 2개의 사각통을 두께 1.5 cm의 아크릴 판을 이용하여 제작하였다. 하나는 담수처리구, 다른 하나 는 담수 후 배수처리구로 사용하였다.

이론/모형

토양 유기물 함량은 Walkely-Black 법에 준하여 UV Spectrophotometer (UV-1800, Shimadzu, Japan)로 파장 610 nm에서 분석하였으며, 총질소 (T-N) 은 토양시료 1 g을 H₂O₂와 H₂SO₄로 분해 후 여액을 Kjeldahl법 (Kjeltec Auto Sampler System 1035 Analyzer) 으로 분석하였다. 유효인산은 몰리브덴 청법에 준하여 UV Spectrophotometer (UV-1800, Shimadzu, Japan)로 파장 660 mm에서 분석하였으며, 치환성 양이온은 풍건토 5 g을 1N-CH₃COONH₄ (pH 7.0)용액 50 ml 가한 후 30분간 진탕하여 각 이온을 Inductively Coupled Plasma (GBC SDS-270)로 측정하였다.
pH 및 EC는 풍건토 10 g를 100 ml 삼각플라스크에 취하고 증류수 50 ml를 첨가한 후 1시간 진탕하여 필터링 후 pH meter (Orion 3-Star, Thermo Scientific, USA)와 EC meter (Orion 3-Star, Thermo Scientific, USA)를 이용하여 측정하였다. 토양 유기물 함량은 Walkely-Black 법에 준하여 UV Spectrophotometer (UV-1800, Shimadzu, Japan)로 파장 610 nm에서 분석하였으며, 총질소 (T-N) 은 토양시료 1 g을 H₂O₂와 H₂SO₄로 분해 후 여액을 Kjeldahl법 (Kjeltec Auto Sampler System 1035 Analyzer) 으로 분석하였다. 유효인산은 몰리브덴 청법에 준하여 UV Spectrophotometer (UV-1800, Shimadzu, Japan)로 파장 660 mm에서 분석하였으며, 치환성 양이온은 풍건토 5 g을 1N-CH₃COONH₄ (pH 7.
토양의 화학성 분석은 농촌진흥청 토양 화학분석법에 따라 분석하였다 (RDA, 1988). 담수 1차, 2차 후 토양 깊이별 pH 및 염류 (EC) 변화량을 알아보기 위해 깊이 0～20 cm, 20～40 cm, 40～60 cm의 토양을 채취하여 풍건한 뒤 식물잔사 등을 제거하고 2 mm 체거름한 토양을 분석시료로 사용하였다.

성능/효과

1차 담수 (물 80 L 투입) 및 담수 후 배수처리 후 담수처리구 및 담수 후 배수처리구에서의 토양 깊이별 EC 함량을 측정한 결과 담수 후 배수처리구에서 염류가 현격히 제거가 된 것으로 나타났다. 토양 깊이 0~20 cm에 서 담수 전 초기 전기전도도 값은 평균 6.
두 처리구에서 1차 담수 수질이 2차 담수수질보다 이온 함량이 높은 것을 확인할 수 있었으며 이는 염류 (EC) 값을 높이는 원인이다. 2차 담수 수질의 경우 담수처리구와 담수 후 배수처리구 모두 양이온, 음이온 수치가 낮아졌으며 담수처리가 염 류함량을 낮추는데 효과적이라는 것을 확인할 수 있었다. 담수처리구에서 1차와 2차 담수의 EC를 비교했을 때 2.
1회 담수시 처음 탁도 (NTU)는 3,108 NTU 였으며 12시간 후 45 NTU로 감소하였다. 2회 담수시 처음 탁도는 2,967 NTU 였으며 1회 담수시 보다 다소 늦은 14시간 후 79 NTU로 감소하였다. 응집제를 넣지 않더라도 3시간 동안에 초기 탁도의 70% 이상이 제거 되었다.
즉 표토의 염류가 물 공급 후 수직이동으로 심토층으로 이동하였다고 판단되고 모세관현상으로 다시 표토로의 재집적이 일어날 것으로 예측된다. 담수 후 배수처리구의 토양 깊이별 염류 변화량을 살펴보면 심토층 20~40 cm에서의 염류함량은 0.81 dS m^-1이였으나 1차 담수 후 0.97 dS m^-1, 2차 담수 후 0.51 dS m^-1 로 감소 한 것을 확인 할 수 있었다. 또한 40~60 cm의 염류함량도 마찬가지로 초기 0.
두 처리구 염류 (EC) 분석결과를 보면 담수처리구와 담수 후 배수처리구 모두 표토의 염류함량은 줄어든 것 을 확인할 수 있었다.
담수처리구 및 담수 후 배수처리구에서 1, 2차 담수 수질의 분석결과를 Table 3, 4에 나타내었다. 두 처리구에서 1차 담수 수질이 2차 담수수질보다 이온 함량이 높은 것을 확인할 수 있었으며 이는 염류 (EC) 값을 높이는 원인이다. 2차 담수 수질의 경우 담수처리구와 담수 후 배수처리구 모두 양이온, 음이온 수치가 낮아졌으며 담수처리가 염 류함량을 낮추는데 효과적이라는 것을 확인할 수 있었다.
22 dS m^-1 로 오히려 증가 한 것을 확인 할 수 있었다. 또한 40~60 cm의 염류함량도 마찬가지로 초기 0.018 dS m^-1 에서 1차 담수 후 1.83 dS m^-1, 2차 담수 후 0.75 dS m-1로 증가한 것을 확인할 수 있었다. 즉 표토의 염류가 물 공급 후 수직이동으로 심토층으로 이동하였다고 판단되고 모세관현상으로 다시 표토로의 재집적이 일어날 것으로 예측된다.
또한 배출 희석수의 오염물질 농도는 암모니아성 질소가 32.7 mg L-1, NO3가 8.6 mg L-1, PO4가 6.1 mg L-1, K 34.3 mg L-1 로 그다지 높지 않은 것을 알 수 있고 저농도 비료로 토양에 재이용될 수 있다.
염류 집적 토양을 넣은 후 담수하기 전 담수처리구와 담수 후 배수처리구의 토양 깊이별 염류 (EC)는 큰 차이를 보이지 않았다. 분석결과 초기 담수처리구의 토양 깊이별 EC는 토양 깊이 0~20 cm에서 6.5 dS m-1, 20~40 cm에서 0.70 dS m-1, 40~60 cm에서 0.018 dS m-1 로 측정되었고 담수 후 배수처리구에서의 깊이에 따 른 초기 EC 값은 0~20 cm에서 7.1 dS m-1, 20~40 cm 에서 0.81 dS m-1, 40~60 cm에서 0.023 dS m-1 로 측정되었다. 이는 담수하기 전 초기 전기전도도 값으로 인위적으로 복합비료를 넣어 염류집적 토양을 제조하고 두 개의 처리구에 투여하였기 때문이다.
또한 밖으로 유출되는 상등액에는 질소, 인, 칼리 등 비료성분을 포함하고 있어 비료로 재이용될 수 있을 것으로 판단된다. 소량의 MgO 투여와 30분 침전을 통해 담수의 탁도 성분을 초기 탁도의 95% 이상을 침전 시킬 수 있었다. 담수 내에 암모니아와 인을 함유하고 그들의 농도가 줄어든 것으로 보아 일부 struvite 침전이 이루어졌으며 토양 내에서 천천히 용해되어 작물이 이용할 수 있을 것으로 판단된다.
토양을 담수시킨 후 부유물질을 침전시키고 상등액의 일부를 외부로 빼줌으로써 토양 하부로 염류가 이동하지 않도록 하는 방법이다. 이 방법을 통해 심토층으로 염류가 확산이 되지 않았으며 모세관 현상에 의한 염류의 재집적을 방지 할 수 있을 것으로 판단된다. 또한 밖으로 유출되는 상등액에는 질소, 인, 칼리 등 비료성분을 포함하고 있어 비료로 재이용될 수 있을 것으로 판단된다.
2 m에 토양을 다시 투입하여 외부 토양의 높이와 일치하도록 하였다. 처리구별로 각각 수돗물 80 L를 투입하여 담수 시켰으며 수돗물의 EC 0.18 mS cm^-1, pH 7.1이었으며 수돗물내 이온의 농도는 토양에 녹아있는 이온 농도에 비하여 무시할만한 수치를 보였다. 담수한 물의 높이는 토양에서 대략 15 cm 높이였으며 하부~20 cm의 토양을 모래삽으로 5분 정도 휘저었다.
실증 농가의 담수처리에 따른 토양 깊이별 EC 값을 분석한 결과 Table 7과 같았다. 초기 20~40 cm에서의 EC 값은 1.9 dS m^-1 였으며 1차 담수 후 0.69 dS m^-1, 2차 담수 후 0.44 dS m-1로 점차적으로 감소하는 것을 확인할 수 있었으며 토양 40~60 cm 깊이에서도 감소하는 경향을 보였다. 담수 실험 결과를 종합해 보면 담수처리구에서는 양분이 물에 녹아 토양 하부로 이동하면서 하부 토양에 재집적 되는 것을 확인할 수 있었고 이는 다시 모세관현상에 의하여 상부로 이동 상부 토양에 염류집적이 발생할 여지가 있을 것으로 판단된다.
1차 담수 (물 80 L 투입) 및 담수 후 배수처리 후 담수처리구 및 담수 후 배수처리구에서의 토양 깊이별 EC 함량을 측정한 결과 담수 후 배수처리구에서 염류가 현격히 제거가 된 것으로 나타났다. 토양 깊이 0~20 cm에 서 담수 전 초기 전기전도도 값은 평균 6.8 dS m^-1이 었으며 담수처리구에서는 토양 깊이 0~20 cm에서 1.5 dS m^-1, 20~40 cm에서 2.1 dS m^-1, 40~60 cm에서 1.33 dS m-1 로 측정되었고 담수 후 배수처리구는 0~20 cm에서 1.70 dS m^-1, 20~40 cm에서 0.97 dS m^-1, 40~60 cm 에서 0.54 dS m^-1 로 측정되었다. 특히 담수만을 한 경우는 염류가 20 cm 깊이 이하의 토양으로 침투가 된 것을 파악하였다.

후속연구

44 dS m-1로 점차적으로 감소하는 것을 확인할 수 있었으며 토양 40~60 cm 깊이에서도 감소하는 경향을 보였다. 담수 실험 결과를 종합해 보면 담수처리구에서는 양분이 물에 녹아 토양 하부로 이동하면서 하부 토양에 재집적 되는 것을 확인할 수 있었고 이는 다시 모세관현상에 의하여 상부로 이동 상부 토양에 염류집적이 발생할 여지가 있을 것으로 판단된다. 이 문제는 현재 담수처리를 활용하는 농가에서의 문제점이며 담수처리로 염류집적을 방지하기 위해서는 담수와 배수의 적절한 조화가 중요하다고 사료된다.
이 문제는 현재 담수처리를 활용하는 농가에서의 문제점이며 담수처리로 염류집적을 방지하기 위해서는 담수와 배수의 적절한 조화가 중요하다고 사료된다. 담수 후 염류를 많이 함유한 상등액을 빼줌으로써 토양 하부로 염류가 이동하지 않아 모세관 현상에 의한 염류의 재집적을 방지 할 수 있을 것으로 판단된다. 또한 밖으로 유출되는 상등액에는 일부 질소, 인, 칼리 등 비료성분을 포함하고 있어 비료로 재이용될 수 있으며, 소량의 MgO 투여를 통해 담수의 탁도 성분을 빠른 시간 내에 침전시키며 일부 struvite 침전을 도모하여 완효성 비료로 이용이 될 수 있다 (Hao et al.
이 방법을 통해 심토층으로 염류가 확산이 되지 않았으며 모세관 현상에 의한 염류의 재집적을 방지 할 수 있을 것으로 판단된다. 또한 밖으로 유출되는 상등액에는 질소, 인, 칼리 등 비료성분을 포함하고 있어 비료로 재이용될 수 있을 것으로 판단된다. 소량의 MgO 투여와 30분 침전을 통해 담수의 탁도 성분을 초기 탁도의 95% 이상을 침전 시킬 수 있었다.

질의응답

핵심어	질문	논문에서 추출한 답변
	염류란?	염류 (salts)는 산의 음이온과 염기의 양이온이 정전 기적 인력으로 결합하고 있는 이온성 물질들의 화합물 을 말한다. 대부분 물에 대한 용해성이 아주 높으며 용 해된 이온으로 인해 물속에서 전기 전달능을 가지고 있 다.
	시설재배지의 염류장해를 경감시키기 위하여 제안된 기술에는 어떠한 것들이 있는가?	현재까지 시설재배지의 염류장해를 경감시키기 위하여 제안된 기술로는 관수제염, 심토반전, 심토파쇄, 객토, 표 토제거, 흡비작물 (cleaning crop) 재배, 미생물제재 처 리, 유공 암거배수관 설치, 이분해성 탄수화물의 공급을 통한 탄질율의 조절 및 염류농도에 맞는 작물재배와 합리적인 시비조절 등이 있다 (Ok et al., 2005).
	시설재배의 특성으로 인해 발생하는 문제점은?	우리나라의 시설재배는 1970년 기준 4,000 ha에서 2002년 83,000 ha로 약 20배 이상 증가하였다 (Kim, 2004). 그러나 시설하우 스의 집약적인 재배특성으로 인하여 화학비료와 퇴비의 사용량이 증가하게 되었고 과잉 시비된 비료 성분은 토 양에 집적되어 염류 농도를 증가시킴으로써 토양관리를 어렵게 하고 있다 (Park, 2004, Jeon et al, 2005).

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저자의 다른 논문 :

표제어: PCR

동의어: Packet Collision Rate

용어 설명 출처 목록 (6)

용어 설명: PCR은 세균 특이성이 있는 primer를 이용하여 적은 수의 세균이 있을지라도 쉽게 검출할 수 있는 유용한 방법이며, 이를 이용하여 구강 내 치면세균막이나 타액에서 직접 세균을 검출할 수 있게 되었다[8].

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