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배수불량 경사지 논에서 배수개선에 따른 콩의 수분스트레스 반응해석
Stress Day Index to Predict Soybean Yield Response by Subsurface Drainage in Poorly Drained Sloping Paddy Fields 원문보기

韓國土壤肥料學會誌 = Korean journal of soil science & fertilizer, v.44 no.5, 2011년, pp.702 - 708  

정기열 (농촌진흥청 국립식량과학원 기능성작물부) ,  윤을수 (농촌진흥청 국립식량과학원 기능성작물부) ,  박창영 (농촌진흥청 국립식량과학원 기능성작물부) ,  황재복 (농촌진흥청 국립식량과학원 기능성작물부) ,  최영대 (농촌진흥청 국립식량과학원 기능성작물부) ,  박기도 (농촌진흥청 녹색미래전략팀)

초록
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경사지 논토양에서 밭작물 재배확대를 위한 합리적인 배수개선 방법을 개발하기 위하여 "배수불량"인 경사지 논토양 (경사 7-15%, 지산통)을 대상으로 배수조건에 따라 "매우불량"인 논 2개 필지, "약간불량"인 논 2개 필지의 논둑 아래 기저부에 1열로 명거 (겉도랑 배수), 비닐차단막, 암거 (속도랑 배수), 관다발 등 네 가지 종류의 배수시설을 설치하여 배수개선 방법에 따른 콩의 수분 스트레스 반응 해석을 통한 배수개선 효과를 비교 분석한 결과 다음과 같은 결론을 얻었다. 배수시설 설치 후 콩 생육기간 중 지표 하 30 cm를 초과한 일평균 지하수위의 합계 ($SED_{30}$)는 명거배수가 147일로 높게 나타난 반면 암거배수가 31일로 나타났다. 또한 지하수위 30 cm를 초과한 수위의 합 ($SED_{30}$)은 명거배수 처리구가 2,207 mm, 비닐차단막 1,938 mm, 관다발 1,262 mm로 밭작물의 수분 스트레스 지표인 1,000 mm 보다 초과하였으나 암거배수 처리구에서는 444 mm 한계 스트레스 지표보다 낮은 경향을 보였다. 배수방법별 콩의 생육기간 중 수분 스트레스 지표 (SDI)는 명거배수 처리구 355.40, 비닐차단막 271.55, 관다발 171.55로 높은 경향을 보여 과습에 의한 영향을 가장 많이 받은 것으로 나타났으나, 암거배수 처리구에서는 64.75로 배수개선 효과가 가장 높은 것으로 나타났다. 배수개선에 따른 콩 수량은 배수 약간불량지가 배수 매우불량지에 비해 높았으며, 배수 약간불량지에 비해 매우불량지에서 배수방법별 수량변화의 차이가 크게 나타났다. 또한 명거배수 처리구 $1,585kg\;ha^{-1}$에 비해 암거배수 $2,086kg\;ha^{-1}$로 32%, 비닐차단막 $1,633kg\;ha^{-1}$로 3%, 관다발 처리구 $1,922kg\;ha^{-1}$로 21% 증수되었으며, 암거배수처리구가 다른 배수방법에 비해 통계적 유의성이 인정되었다. 따라서 "배수불량"인 경사지 논에서는 논둑 밑 1열의 암거배수시설을 설치로 논에서 밭작물의 안정적인 생산과 농지자원의 이용전환 즉 논을 밭으로 이용해야 하는 범용농지 기반조성에 조성을 위한 저비용의 실용적인 배수개선방법개발에 기여할 것으로 본다.

Abstract AI-Helper 아이콘AI-Helper

There are considerable areas of wet paddy fields in Korea that requires improvement of its drainage system. In poorly drained sloping paddy fields, upland crops can be damaged by either rainfall or capillary rise of the water table caused by percolating water beneath the upper fields during summerti...

주제어

AI 본문요약
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제안 방법

  • 경사지 논토양에서 밭작물 재배확대를 위한 합리적인 배수개선 방법을 개발하기 위하여 “배수불량”인 경사지 논토양 (경사 7-15%, 지산통)을 대상으로 배수조건에 따라 “매우불량”인 논 2개 필지, “약간불량”인 논 2개 필지의 논둑 아래 기저부에 1열로 명거 (겉도랑 배수), 비닐차단막, 암거 (속도랑 배수), 관다발 등 네 가지 종류의 배수시설을 설치하여 배수개선 방법에 따른 콩의 수분 스트레스 반응 해석을 통한 배수개선 효과를 비교 분석한 결과 다음과 같은 결론을 얻었다.
  • 과잉수분의 초과일수 (SED30)는 수식 (3)과 같이 지하수위 깊이가 30 cm를 초과한 일평균 지하수위의 누적일수를 이용하여 지하수위 변화를 분석하였다.
  • 관다발 배수는 대나무로 30 cm직경의 다발로 묶어 60 cm∼90 cm 깊이에 매설한후 흙으로 되 매움 하였으며 암거배수 (속도랑 배수)는 폭 50 cm에 깊이는 상류부 60 cm, 하류부 90 cm로 굴삭하고 20 cm 직경의 유공흡수관을 매설하고 흡수거는 상류로부터 침출수를 최대한 흡수하기 위해 소수재 (자갈층)를 논 면의 15∼20 cm 깊이까지 충전하였다.
  • 따라서 본 연구는 경사지 배수불량 논에서 밭작물의 안정적인 생산기술을 개발하기위해 논둑 바로 밑에 1열로 명거 (겉도랑) 배수, 비닐차단막, 암거 (속도랑)배수, 관다발 등 4개의 배수시설을 설치후 배수개선 방법별 콩의 수분 스트레스 반응해석을 통한 배수개선 효과를 비교 분석하였다.
  • Sieben (1964)이 제안한 대부분의 작물 수분스트레스 지표인 지표 하 30 cm를 초과한 일평균 지하수위의 상승빈도 (SEW30)를 SD factor 값을 계산하여 이용하였다. 또한 CS는 주요 생육기간 동안에 임계 스트레스를 받은 작물의 수량을 조사하여 실험적으로 계산하였다. Evans et al.
  • 콩 생육 및 수량 조사 공시작물은 중만생종인 태광콩을 공시하였으며, 재식거리는 60 cm × 15 cm하였고 주당본수는 2본으로 하였다. 또한 시비량은 성분량으로 질소 인산 칼리를 각각 30, 30 및 34 kg ha-1로 하여 전량 기비로 주었으며 재배법은 농촌진흥청 콩의 표준재배법에 준하여 재배하였으며, 콩의 생육 및 수량조사는 농촌진흥청 농사시험연구조사기준 (1995)에 의해 완숙기 (R8 stage)에 배수지점에서 논둑 방향으로 3 m 간격으로 (3 m, 6 m, 9 m, 12 m, 15 m) 3반복으로 경장, 경장, 경태, 백립중, 주당립 수, 주당협수, 수량 등을 조사하였다.
  • 또한 토양 깊이별 토양수분은 배수개선지점에서 3 m, 10 m, 15 m 지점에 각각 Electrical Capacitance 방식의 층위별 수분측정센스 (Easy AG50-5Wire, Sentek Pty Ltd)를 설치하여 토양 면에서 토양의 깊이에 따라 10 cm 단위로 0∼50 cm까지 1시간 간격으로 파종기부터 수확기까지 콩 생육기간 동안 토양수분을 측정하였다.
  • 명거배수 (겉도랑 배수)는 폭 30 cm에 깊이 30 cm의 지표 배수로를 설치하였고, 비닐차단막은 논둑 기저부에 60∼90 cm 깊이로 터파기를 한 다음 용출수 유입을 차단하기 위해 논 면의 기벽에 ∅0.3 mm 두께의 비닐을 매설 후 흙으로 되 매움하여 설치하였다.
  • 1). 배수개선 방법은 명거배수 (Open Ditch), 비닐차단막 (Vinyl Barrier), 암거배수 (Pipe Drainage), 그리고 관다발 (Tube Dundle) 등 총 4개로 선정하여 배수시설 장변 방향으로 논둑 바로 밑에 1열로 각각 설치하였다. 명거배수 (겉도랑 배수)는 폭 30 cm에 깊이 30 cm의 지표 배수로를 설치하였고, 비닐차단막은 논둑 기저부에 60∼90 cm 깊이로 터파기를 한 다음 용출수 유입을 차단하기 위해 논 면의 기벽에 ∅0.
  • 배수방법별 토양수분 변화 토양의 배수조건이 다른 포장에 배수시설을 시공한 후 배수시설 지점에서 거리 별로 논둑 밑 (5 m), 논 중앙 (10 m), 논 바깥쪽 (15 m) 등 세 지점에 층위별 토양수분 측정장치를 설치하여 콩 생육 기간 중 토양의 깊이에 따른 토양수분의 변화특성을 분석하였다 (Table 2). 배수 매우불량지에서 토양수분이 30 mm day -1 를 초과한 토양수분 포화 누적시간은 명거배수가 1,270 hr, 비닐차단막 165 hr, 관다발 114 hr인 반면 암거배수 처리구에서는 100 hr으로 낮아지는 경향을 보였으며, 또한 강우 후 토양수분의 포화지속시간은 명거배수가 775 hr, 비닐차단막 751 hr, 관다발 727 hr인 반면 암거배수 처리구에서는 95 hr으로 낮아지는 경향을 보였다.
  • 지하수위 및 토양수분 측정 배수방법별 지하수위의 실시간 변동을 측정하기 위해 논둑 밑 배수개선 지점에서 3m 지점에 깊이 1.5m까지 측정할 수 있는 데이터로거가 장착된 수위측정기 (Ecotone TM WM)를 설치하고 1시간 단위로 수위 변화를 조사하였다 (Fig. 2). 또한 토양 깊이별 토양수분은 배수개선지점에서 3 m, 10 m, 15 m 지점에 각각 Electrical Capacitance 방식의 층위별 수분측정센스 (Easy AG50-5Wire, Sentek Pty Ltd)를 설치하여 토양 면에서 토양의 깊이에 따라 10 cm 단위로 0∼50 cm까지 1시간 간격으로 파종기부터 수확기까지 콩 생육기간 동안 토양수분을 측정하였다.

대상 데이터

  • 배수개선 방법 시험구 배치는 배수가 “매우불량”인 논 2개 필지, 배수등급이 “약간불량”인 논 2개 필지로 선정하였다 (Fig. 1).
  • 콩 생육 및 수량 조사 공시작물은 중만생종인 태광콩을 공시하였으며, 재식거리는 60 cm × 15 cm하였고 주당본수는 2본으로 하였다.

이론/모형

  • CS (crop susceptibility factor)는 작물의 주요 생육기간 동안에 임계 스트레스를 받은 작물의 수량을 조사하여 Hiler (1969)가 제안한 각각 생육시기에 대한 Crop susceptibility factor 산출수식 (4)를 적용하여 계산하였다.
  • 작물생육기간 중 작물이 받는 수분과잉에 의한 수분 스트레스 반응을 해석을 위한 여러 가지 모델이 개발되어 왔으며, Hiler (1969)는 수분 스트레스 반응을 정량화 하기 위해 지하수위의 누적일수기준으로 수분 스트레스 지표 (Stress-day Index, SDI)를 제안하였다. SDI는 SD (stress day factor)와 CS (crop susceptibility factor)를 이용하여 정량 하였다. SD는 토양 중에 수분과부족, 산소부족, 투수력, 지하수위 등의 값을 극한치와 연관하여 얻어지며 주로 과잉 토양수분으로 인하여 생기는 작물의 스트레스 정도를 나타내는 기준값이다.
  • SD는 토양 중에 수분과부족, 산소부족, 투수력, 지하수위 등의 값을 극한치와 연관하여 얻어지며 주로 과잉 토양수분으로 인하여 생기는 작물의 스트레스 정도를 나타내는 기준값이다. Sieben (1964)이 제안한 대부분의 작물 수분스트레스 지표인 지표 하 30 cm를 초과한 일평균 지하수위의 상승빈도 (SEW30)를 SD factor 값을 계산하여 이용하였다. 또한 CS는 주요 생육기간 동안에 임계 스트레스를 받은 작물의 수량을 조사하여 실험적으로 계산하였다.
  • 수분 스트레스 지표 배수방법별 지하수위를 기준으로 수분 스트레스는 작물생육기간 중 작물이 받는 수분과 잉에 의한 스트레스의 누적일수를 정량화 하기위해 Hiler (1969)가 제안한 수분 스트레스 지표 (Stress–day Index, SDI)를 적용하여 수식 (1) 과 같이 분석하였다.
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질의응답

핵심어 질문 논문에서 추출한 답변
배수가 불량한 농경지에서는 토양수분이 과다하게 되면 작물에게 어떤 피해가 가는가? 배수가 불량한 농경지에서는 토양수분이 과다하게 되면 토양공극에 수분이 포화되어 작물에 산소공급이 부족하게 되고 토양환원에 의한 유해 물질의 발생 등으로 미생물의 활동이 제한되어 작물에 스트레스를 주게 된다고 알려져 있다 (Box, 1991; Cannell & Jackson, 1981; Hiller, 1980; Plamenac, 1988, Wesseling, J. 1974;).
작물생육기간 중 작물이 받는 수분과잉에 의한 수분 스트레스 반응을 해석을 위한 여러 가지 모델 중 SDI 의 SD란? SDI는 SD (stress day factor)와 CS (crop susceptibility factor)를 이용하여 정량 하였다. SD는 토양 중에 수분과부족, 산소부족, 투수력, 지하수위 등의 값을 극한치와 연관하여 얻어지며 주로 과잉 토양수분으로 인하여 생기는 작물의 스트레스 정도를 나타내는 기준값이다. Sieben (1964)이 제안한 대부 분의 작물 수분스트레스 지표인 지표 하 30 cm를 초과한 일평균 지하수위의 상승빈도 (SEW 30 )를 SD factor 값을 계산하여 이용하였다.
콩은 어떤 생육시기에 토양 과습에 의한 스트레스를 받는 것이 가장 피해가 큰가? 1974;). 토양 과습에 의한 스트레스에 대한 반응은 작물의 종류와 생육시기에 따라큰 차이가 있으며, 일반적으로 콩의 경우에는 다른 생육시 기에 비해 개화기에서 협 형성기 (R2/R3 Stage)에 수분과 다에 스트레스를 가장 많이 받고 수량감소가 크다고 알려져 있다 (Desmond et al. 1985; Evans et al.
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참고문헌 (16)

  1. Box, J.E.Jr. 1991. The effect of waterloogging on rooting intermittent flooding on germination and seeding growth of cotton. Trans. ASAE. 14:567-570. 

  2. Cannell, R.Q. and M.B. Jackson. 1981. Alleviating aeration stress. p. 141-192. In G.f. Arkin and H.M. Talors (ed) Modifying the root environment to reduce crop stress. ASAE. St.Joseph. MI. 

  3. Desmond, E.D., G.F. Barkle, and G.O. Schwab. 1985. Soybean yield response to excess water ASAE. Pap. No.85-2562. ASAE. St Joseph. MI. 

  4. Evans, R.O., R.W. Skaggs, and R.E. Sneed. 1990. Normalized crop susceptibility factors for corn and soybean yield under high water table condition. Ph. D. diss. North Carolina State Univ. 

  5. Evans, R.O., R.W. Skaggs, and R.E. Sneed. 1991. Stress say index models to predict corn and Soybean relative yield under high water table condition. Trans. ASAE. 34:1997-2005. 

  6. Fehr, W.R., C.E. Caviness, D.T. Burmood, and J.S. Pennington. 1971. Stage of development description for soybeans. Glycine max (L.) Merrill. Crop Sci. 11:929-931. 

  7. Hiler, E.A. 1969. Quantitative evaluation of crop drainage requirements. Trans. ASAE. 12:499-805. 

  8. Hardjoamidjojo. S. and R.W Skaggs. 1982. Predicting the effects of drainage systems on corn yields. Agricultural Water Management. 5(2):127-144 

  9. Hiler, E.A. 1969. Quantitative evaluation of crop-drainage requirements. Trans. ASAE. 12(4):499-505. 

  10. Hiler, E.A. 1976. Drainage requirements of crops Proc. ASEA, Third national Drainage Symposium. ASAE. p.127-129. 

  11. Griffin, J.L. and A.M. Saxton. 1988. Response of soild-seeded soybean to flood irrigation. Flood duration. Agron. J. 80:885-888. 

  12. Sieben, W.H. 1964. Relation of drainage conditions and crop yields on young light clay soils in the yssellake polders. Van Zee tot Land, No. 40. 

  13. Scott, H.D., J. DeAngulo, M.B. Deniels, and L.S. Wood. 1989. Flood duration effect on soybean growth and yield. Agron. J. 81:631-636. 

  14. Plamenac, N. 1988. Effects of subsurface drainage on heavy hydromorphic soil in the Nelindvor area, Yugoslavia. AWM. 14:19-27. 

  15. Skaggs, R.W. 1978. A water management model for shallow water table soils, Rep. No. 134, Water Resour. Res. Inst. Univ. North Carolina. p. 178. 

  16. Wesseling, J. 1974. Crop growth and wet soils. p. 39-90. In J. van Schitfgaard (Ed) Drainage for Agriculture. Agron. Monogr. 17.ASA. Madison. WI. 

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