[논문]영농방법에 따른 논에서의 배출부하량 모의

송정헌; 강문성; 송인홍; 장정렬

doi:10.5338/kjea.2012.31.4.318

영농방법에 따른 논에서의 배출부하량 모의
Comparing Farming Methods in Pollutant runoff loads from Paddy Fields using the CREAMS-PADDY Model 원문보기

한국환경농학회지 = Korean journal of environmental agriculture, v.31 no.4, 2012년, pp.318 - 327

송정헌 (서울대학교 생태조경.지역시스템공학부) , 강문성 (서울대학교 조경.지역시스템공학부, 농업생명과학연구원) , 송인홍 (서울대학교 농업생명과학연구원) , 장정렬 (한국농어촌공사 농어촌연구원)

초록
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논은 지역이나 토양, 기후 특성, 오염원 종류, 관개 및 시비 등의 경작방법에 따라 배출 양상이 다양하다. 특히, 시비방법 개선, 효율적인 물관리 등 영농방법 개선을 통한 비점부하 저감이 중요하다. 본 연구에서는 담수논을 대상으로 물꼬높이, 시비량, 관개수 수질에 따른 배출부하량 저감효과를 평가하기 위해, 시험포장의 물수지 및 물질수지 분석자료를 이용하여 CREAMS-PADDY 모형을 보정과 검정을 하고, 영농관리 시나리오를 적용하여 그 결과를 평가하였다. 영농관리 시나리오는 선행연구를 조사하여 배출부하량 저감을 만족하는 동시에 벼의 수확량 저하를 초래하지 않도록 4개의 시나리오로 개발하였고, 대조군은 관행농업을 반영하여 구성하였다. CREAMS-PADDY 모형과 HOMWRS 모형을 연계하고, 과거 기상자료를 이용하여 1981~2010년 영농기의 배출부하량 모의가 가능하도록 모형을 구축하였다. 모형의 보정 및 검정을 위하여 서울대학교 이동저수지 관개논 시험포장에의 물수지 및 물질수지 분석 자료를 이용하였고, 보정 결과 논물 총질소 및 총인의 결정계수는 0.95, 0.84, 모형의 효율지수는 0.95, 0.73으로, 검정 결과 논물 총질소 및 총인의 결정계수는 0.97, 0.85, 모형의 효율지수는 0.91, 0.84로 비교적 높게 나타났다. 영농관리 시나리오 적용 결과 중간낙수 이후 물꼬를 50 mm 증가시켰을 때 배출부하량은 대조군 대비 T-N 1~34%, T-P 5~21% 저감되는 것으로 나타났고, 100 mm 증가시켰을 때 대조군 대비 T-N 5~62%, T-P 8~37% 저감되는 것으로 나타났다. 관행시비량에서 표준시비량으로 시비량을 삭감시 배출부하량은 대조군 대비 T-N 0~16%, T-P 0~9% 저감되는 것으로 나타났으며, 배출부하량 저감양상은 시비직후 강우의 발생유무에 따라 크게 달라지는 것으로 나타났다. 관개수 수질을 호소수 수질환경기준인 4등급을 초과하는 수준으로 관개하는 경우 배출부하량은 대조군 대비 T-N 9~65%, T-P는 9~47% 증가하는 것으로 나타났다. 영양물질의 농도가 높은 관개수가 유입될 경우 논은 수질을 정화하는 경향을 보였다. 시나리오를 종합하면 영농초기의 물꼬높이를 낮게 유지하고, 중간낙수 이후 물꼬를 높게 유지하며, 비료는 강우가 발생하지 않는 시기에 표준시비량으로 시비하고, 호소수 수질환경기준인 4등급을 만족하는 관개수를 이용하였을 경우 논에서의 비점오염 관리에 가장 효과적인 것으로 나타났다. 하지만 고농도의 영양물질이 함유된 관개수를 농업용수로 이용할 경우 수계 전체의 배출부하량에 저감에 있어 효과적인 것으로 나타났다. 본 연구는 현장 실험 이전의 기초 자료로 사용될 수 있을 것으로 사료된다.

Abstract ▼ AI-Helper

BACKGROUND: For Non-Point Source(NPS) loads reduction, pollutant loads need to be quantified for major farming methods. The objective of this study was to evaluate impacts of farming methods on NPS pollutant loads from a paddy rice field during the growing season. METHODS AND RESULTS: The height of drainage outlet, amount of fertilizer, irrigation water quality were considered as farming factors for scenarios development. The control was derived from conventional farming methods and four different scenarios were developed based combination of farming factors. A field scale model, CREAMS-PADDY(Chemicals, Runoff, and Erosion from Agricultural Management Systems for PADDY), was used to calculate pollutant nutrient loads. The data collected from an experimental plot located downstream of the Idong reservoir were used for model calibration and validation. The simulation results agreed well with observed values during the calibration and validation periods. The calibrated model was used to evaluate farming scenarios in terms of NPS loads. Pollutant loads for T-N, T-P were reduced by 5~62%, 8~37% with increasing the height of drainage outlet from 100 mm of 100 mm, respectively. When amount of fertilizer was changed from standard to conventional, T-N, T-P pollutant loads were reduced by 0~22%, 0~24%. Irrigation water quality below water criteria IV of reservoir increased T-N of 9~65%, T-P of 9~47% in comparison with conventional. CONCLUSION(S): The results indicated that applying increased the height of drainage after midsummer drainage, standard fertilization level during non-rainy seasons, irrigation water quality below water criteria IV of reservoir were effective farming methods to reduce NPS pollutant loads from paddy in Korea.

주제어

AI 본문요약
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문제 정의

본 연구는 담수논을 대상으로 영농방법에 따른 배출부하량 영향을 평가하기 위하여, 배출부하량 저감을 위한 영농관리 시나리오를 구성하였고, 과거 배출부하량 모의가 가능하도록 CREAMS-PADDY 모형과 HOMWRS 모형을 연계 모의하여 시나리오별 비점부하를 비교하고 평가하였다.
본 연구에서는 논에서의 영농방법에 따른 배출부하량 저감효과를 평가하기 위하여 물관리 인자로 물꼬 높이, 논물의 농도와 관련된 인자로 시비량과 관개수의 수질의 변화에 따라 시나리오를 구성하였다. Table 1은 본 연구에서 설정한 영농관리 시나리오를 나타내고 있다.
특히, 시비방법 개선, 효율적인 물관리 등 영농방법 개선을 통한 비점부하 저감이 중요하다. 본 연구에서는 담수논을 대상으로 물꼬 높이, 시비량, 관개수 수질에 따른 배출부하량 저감효과를 평가하기 위해, 시험포장의 물수지 및 물질수지 분석자료를 이용하여 CREAMS-PADDY 모형을 보정과 검정을 하고, 영농관리 시나리오를 적용하여 그 결과를 평가하였다. 영농관리 시나리오는 선행연구를 조사하여 배출부하량 저감을 만족하는 동시에 벼의 수확량 저하를 초래하지 않도록 4개의 시나리오로 개발하였고, 대조군은 관행농업을 반영하여 구성하였다.
5%의 강우를 저류할 수 있는 것으로 나타내고 있다. 본 연구에서는 물꼬높이 증가에 따라 강우 저류에 따른 배출부하량 저감 효과를 비교하고자 하였다. 중간낙수 이전에는 관행 물꼬 높이인 100 mm을 유지하여 중간낙수(Midsummer drainage)시 강제배수량이 크지 않도록 하였고, 중간낙수 이후 150 mm로 유지하여 관리하는 경우(Scenario Ⅰ), 중간낙수 이후 200 mm로 유지하여 관리하는 경우(Scenario Ⅱ)로 구분하였다.

제안 방법

CREAMS-PADDY 모형과 HOMWRS 모형을 연계하고, 과거 기상자료를 이용하여 1981∼2010년 영농기의 배출부하량 모의가 가능하도록 모형을 구축하였다.
CREAMS-PADDY 모형의 보정 및 검정을 위해 시험지구의 2011∼2012년 물수지 분석 및 물질수지 분석 결과 자료를 이용하여 지표유출량과 논물의 T-N, T-P를 단순시행착오법을 이용하여 보정하였다.
CREAMS-PADDY 모형의 영양물질모형의 입력자료 구축과 모형의 보정 및 검정을 위하여 2011∼2012년도 영농기(5월 1일∼9월 20일)의 물질수지를 분석하였다.
CREAMS-PADDY 모형의 지표유출량 입력자료 구축과 보정 및 검정을 위하여 시험포장의 2011∼2012년도 영농기(5월 1일∼9월 20일)의 물수지를 분석하였다.
5는 각각 논물의 T-N, T-P의 자료 보정(2011) 및 검정(2012)기간에 대한 모의결과를 실측치와 비교하여 보여주고 있으며, Table 5는 보정 및 검정에 사용된 매개변수를 보여주고 있다. 논물의 T-N, T-P 실측치는 시비 후 농도가 급속히 감소하는 것으로 나타나는데, 이를 반영하여 모형의 매개변수를 조정하였다. 논물의 T-N 보정 결과 RMSE는 1.
물질수지 분석을 위하여 관개수 및 논물의 시료를 2주 1회 단위로 정기 채취하였고, 시비 후 논물 농도 변화를 파악하기 위해 기비 시비 후 논물을 12시간 간격으로 24회 집중 채취하였다. 또한, 강우 시 집중조사를 위하여 자동채수기를 강우계와 연계하여, 15분에 2.54 mm(0.1 inch)이상의 강우 발생시 유출수를 채취하였다. 수질 시료의 분석은 서울대학교 농업과학공동기기센터(National Instrumentation Center for Environmental Management, NICEM)에 의뢰하였으며 T-N의 분석 방법은 Kjeldahl method, T-P의 분석방법은 ICP-Atomic Emission Spectroscopy이다.
3은 자료 보정(2011) 및 검정(2012)기간에 대한 지표 유출량의 모의결과를 실측치와 비교하여 보여주고 있다. 물꼬 높이는 100 mm를 유지하다가 중간낙수 시기에 물꼬높이를 0 mm로 하여 강제배수가 이루어지도록 구성하였으며, 재관개가 이루어지면서 물꼬높이를 100 mm로 유지하도록 하였다. 모형의 지표유출량 보정 결과 RMSE는 6.
물질수지 분석을 위하여 관개수 및 논물의 시료를 2주 1회 단위로 정기 채취하였고, 시비 후 논물 농도 변화를 파악하기 위해 기비 시비 후 논물을 12시간 간격으로 24회 집중 채취하였다. 또한, 강우 시 집중조사를 위하여 자동채수기를 강우계와 연계하여, 15분에 2.
본 연구에서는 CREAMS-PADDY 모형을 이용하여 물꼬 높이, 시비량, 관개수 수질에 따른 배출부하량 영향을 1981∼2010년의 영농기에 대해 추정하였고 정량적으로 비교하였다.
본 연구에서는 논에서의 배출부하량을 추정할 수 있는 모형인 CREAMS-PADDY를 비점오염원 모형으로 선정하였으며, 영농방법별 배출부하량 저감양상이 강우량의 변화에 따라 달라질 것이라 판단하여 1981∼2010년의 영농기(5월 1일∼9월 20일)에 대해 모의를 하였다.
, 2009). 본 연구에서는 시비량 감소에 따른 배출부하량의 변화를 고찰하기 위하여 감소된 표준시비량인 T-N 90 kg/ha, T-P 45 kg/ha를 시비하는 경우(Scenario Ⅲ)를 구성하여 모의하였고 그 결과를 대조군과 비교하였다.
시나리오에 따른 배출부하량의 변화를 비교하기 위하여 대조군을 구성하였다. 대조군은 시험포장의 실측치 및 영농기작을 반영하여 물꼬높이를 100 mm로 선정하였고, 시비량은 T-N 181 kg/ha, T-P 56 kg/ha를 시비하는 것으로 구성하였다.
본 연구에서는 담수논을 대상으로 물꼬 높이, 시비량, 관개수 수질에 따른 배출부하량 저감효과를 평가하기 위해, 시험포장의 물수지 및 물질수지 분석자료를 이용하여 CREAMS-PADDY 모형을 보정과 검정을 하고, 영농관리 시나리오를 적용하여 그 결과를 평가하였다. 영농관리 시나리오는 선행연구를 조사하여 배출부하량 저감을 만족하는 동시에 벼의 수확량 저하를 초래하지 않도록 4개의 시나리오로 개발하였고, 대조군은 관행농업을 반영하여 구성하였다. CREAMS-PADDY 모형과 HOMWRS 모형을 연계하고, 과거 기상자료를 이용하여 1981∼2010년 영농기의 배출부하량 모의가 가능하도록 모형을 구축하였다.
본 연구에서는 물꼬높이 증가에 따라 강우 저류에 따른 배출부하량 저감 효과를 비교하고자 하였다. 중간낙수 이전에는 관행 물꼬 높이인 100 mm을 유지하여 중간낙수(Midsummer drainage)시 강제배수량이 크지 않도록 하였고, 중간낙수 이후 150 mm로 유지하여 관리하는 경우(Scenario Ⅰ), 중간낙수 이후 200 mm로 유지하여 관리하는 경우(Scenario Ⅱ)로 구분하였다.
, 2002; 한국농어촌공사 보고서, 2011)를 참고하여 이용하였다. 지표유출량은 10분 단위로 측정된 실측치를 기본으로 이용하고, 결측기간에 대해 물수지 분석결과를 이용하였다.

대상 데이터

HOMWRS 모형의 입력변수로 이앙기간 및 시기는 선행연구(한국농어촌공사 연구보고서, 2005)를 참고하여 묘대기는 4월 17일∼5월 20일, 이앙기는 5월 15일∼5월 24일, 본답기는 5월 25일∼9월 11일로 설정하였고, 침투량은 시험포장 실측치의 평균인 1.3 mm/day, 순별 작물계수는 Yoo 등(2006)이 수원지방에 대해 산정한 값을 입력자료로 이용하였다.
관개수 수질에 따른 배출부하량의 변화를 고찰하기 위하여, 시험포장의 상류에 위치한 이동저수지의 영농기 수질을 환경부 물환경정보시스템(http://water.nier.go.kr)에서 수집하였으며, 최근 10년간 수질 평균에서 표준편차만큼 높은 수준인 T-N 4.7 mg/L, T-P 0.12 mg/L으로 관개되는 경우(Scenario Ⅳ)를 구성하였다. Scenario Ⅳ의 관개수 수질은 호소수 수질환경기준인 4등급을 초과하는 수준이다.
시나리오에 따른 배출부하량의 변화를 비교하기 위하여 대조군을 구성하였다. 대조군은 시험포장의 실측치 및 영농기작을 반영하여 물꼬높이를 100 mm로 선정하였고, 시비량은 T-N 181 kg/ha, T-P 56 kg/ha를 시비하는 것으로 구성하였다. 대조군의 관개수의 수질은 실측치의 평균인 T-N 1.
1은 본 연구의 흐름을 보여주고 있다. 모의기간의 기상자료는 기상청(Korea Meteorological Administration, KMA)에서 제공하는 자료를 이용하였으며, 모의기간의 관개량은 HOMWRS(Hydrological Operation Model for Water Resources System)모형의 필요수량 추정치를 CREAMS-PADDY 모형의 입력자료로 이용하도록 구성하였다.
시험포장은 용남용수구역 중 토지이용이 논이 우점하고 있는 지역의 논으로, 크기는 30 m×100 m, 토양통은 신흥통(Sh)이다. 본 시험포장은 서울대학교 지역시스템공학과에서 정량적인 물수지 및 물질수지 산정을 위하여 수문 및 수질 모니터링을 시행하고 있으며 관개량, 지표유출량, 담수심 측정을 위한 초음파 수위계(SONDAR Ultrasonic level meter, ISTECHNOLOGIES, Korea) 및 부자식 수위계(Thalimedes, OTT Hydrometrie, Germany), 수질 시료 채취를 위한 자동 채수기(ISCO 6712 Portable Sampler, Telydyne Isco, Inc., USA)가 시험포장에 설치되어 있다. 기상인자 및 강우량 측정을 위한 강우계(HOBO Data Logging Rain Gauge, Dalotech, USA)와 자동기상관측소(Automatic Weather Station, AWS)는 포장에서 동쪽으로 약 2 km 떨어진 곳에 설치되어 있다.
본 연구에서는 경기도 평택시 서탄면 진목리에 위치한 이동저수지 관개 논을 연구 대상지로 선정하였다. 시험포장은 용남용수구역 중 토지이용이 논이 우점하고 있는 지역의 논으로, 크기는 30 m×100 m, 토양통은 신흥통(Sh)이다.
시험포장은 용남용수구역 중 토지이용이 논이 우점하고 있는 지역의 논으로, 크기는 30 m×100 m, 토양통은 신흥통(Sh)이다.

데이터처리

CREAMS-PADDY 모형의 보정 및 검정을 위해 시험지구의 2011∼2012년 물수지 분석 및 물질수지 분석 결과 자료를 이용하여 지표유출량과 논물의 T-N, T-P를 단순시행착오법을 이용하여 보정하였다. 보정 및 검정에 대한 평가를 위해 평균제곱근오차(Root Mean Square Error, RMSE), 상대평균절대오차(Relative Mean Absolute Error, RMAE), Nash-Sutcliffe 효율지수(Efficiency Index, EI)(Nash and Sutcliffe, 1970), 결정계수(R²) 등의 통계적인 변량을 사용하였다(David and Gregory, 1999).

이론/모형

물수지 분석을 위하여 관개량, 강우량, 담수심은 10분 단위로 측정된 실측치를 이용하였고, 증발산량은 AWS에서 수집한 평균온도, 상대습도, 평균풍속, 일사량과 수원지방의 순별 작물 계수(Yoo et al., 2006)를 이용하여 Penmann-Monteith 공식으로 산정하였다. 침투량은 시험포장 실측치와 결측기간에 대해 선행 연구(Hwang et al.
1 inch)이상의 강우 발생시 유출수를 채취하였다. 수질 시료의 분석은 서울대학교 농업과학공동기기센터(National Instrumentation Center for Environmental Management, NICEM)에 의뢰하였으며 T-N의 분석 방법은 Kjeldahl method, T-P의 분석방법은 ICP-Atomic Emission Spectroscopy이다.
CREAMS-PADDY 모형은 크게 수문부분, 유사운송 부분, 영양물질부분으로 구성되어 있으며 지표유출량, 유사량, 총질소(T-N) 및 총인(T-P)의 농도 및 부하량을 구하도록 구성되어 있다. 지표유출량은 강우량, 관개량, 침투량, 물꼬높이를 입력받아 물수지식에 의하여 추정되고, 유사량은 수정된 MUSLE(Modified Universal Soil Loss Equation)공식(Wischmeier and Smith, 1978)으로 산정하며, 논물의 농도는 시비량, 강우의 농도, 관개수의 농도, 토양의 초기 영양물질량을 입력받아 영양물질의 이동을 이류-확산 반응식을 변형한 물질수지 식으로 추정하도록 구성되어 있다. 배출부햐량은 추정된 지표유출량과 영양물질의 농도를 곱하여 산정하게 된다.
, 2006)를 이용하여 Penmann-Monteith 공식으로 산정하였다. 침투량은 시험포장 실측치와 결측기간에 대해 선행 연구(Hwang et al., 2002; 한국농어촌공사 보고서, 2011)를 참고하여 이용하였다. 지표유출량은 10분 단위로 측정된 실측치를 기본으로 이용하고, 결측기간에 대해 물수지 분석결과를 이용하였다.

성능/효과

ScenarioⅠ,Ⅱ,Ⅲ,Ⅳ를 종합하여 최적의 시나리오를 구성하자면, 영농초기의 물꼬높이를 낮게 유지하여 중간낙수 시기의 고농도 논물이 강제 배수되는 것을 줄이고, 중간낙수 이후 물꼬를 높게 유지하여 지표유출량과 논물 농도를 줄이며, 비료는 강우가 발생하지 않는 시기에 표준시비량으로 시비하고, 호소수 수질환경기준인 4등급을 만족하는 관개수를 이용하였을 경우 논에서의 비점오염 관리에 가장 효과적인 것으로 나타났다. 하지만 고농도의 관개수를 농업용수로 이용하더라도 수계 전체의 배출부하량 저감에 있어서 효과적인 것으로 나타났다.
97의 값으로 나타났다. T-P 보정 결과 RMSE는 0.10 mg/L, RMAE는 0.33 mg/L, EI는 0.73, R²는 0.84로나타났으며, 검정 결과 RMSE는 0.10 mg/L, RMAE는 0.30 mg/L, EI는 0.84, R²는 0.85로 나타났다.
06 kg/ha로 나타났으며 대조군과 연도별 배출부하량을 비교하면 T-N 9∼65%, T-P는 9∼47% 증가하는 것으로 나타났다. 관개로 유입되는 부하량이 지표유출로 배출되는 부하량의 차를 비교하면, 대조군의 경우 관개로 인한 유입부하량이 지표유출 부하량에 비해 11.85 kg/ha, T-P 0.63 kg/ha 작게 나타났으며, Scenario Ⅳ는 관개로 인한 유입부하량이 지표유출 부하량에 비해 T-N 6.20 kg/ha 크게 나타났고, T-P 0.33 kg/ha 작게 나타났다. 이는 영양물질의 농도가 높은 관개수가 유입될 경우 논이 수질을 정화하는 경향을 보이기 때문이다.
관개수 수질을 호소수 수질환경기준인 4등급을 초과하는 수준으로 관개하는 경우 배출부하량은 대조군 대비 T-N 9∼65%, T-P는 9∼47% 증가하는 것으로 나타났다.
관개수 수질을 호소수 수질환경기준인 4등급을 초과하는 수준인 T-N 4.7 mg/L, T-P 0.12 mg/L로 관개하는 경우 (Scenario Ⅳ) 30년 평균 배출부하량은 T-N 20.92 kg/ha, T-P 1.06 kg/ha로 나타났으며 대조군과 연도별 배출부하량을 비교하면 T-N 9∼65%, T-P는 9∼47% 증가하는 것으로 나타났다.
관행시비량에서 표준시비량으로 시비량을 삭감시 배출부하량은 대조군 대비 T-N 0∼16%, T-P 0∼9% 저감되는 것으로 나타났으며, 배출부하량 저감양상은 시비직후 강우의 발생유무에 따라 크게 달라지는 것으로 나타났다.
논물의 T-N, T-P 실측치는 시비 후 농도가 급속히 감소하는 것으로 나타나는데, 이를 반영하여 모형의 매개변수를 조정하였다. 논물의 T-N 보정 결과 RMSE는 1.19 mg/L, RMAE는 0.26 mg/L, EI는 0.95, R²는 0.95의 값을 보였으며, 검정 결과 RMSE는 1.99 mg/L, RMAE는 0.37 mg/L, EI는 0.91, R²는 0.97의 값으로 나타났다. T-P 보정 결과 RMSE는 0.
CREAMS-PADDY 모형과 HOMWRS 모형을 연계하고, 과거 기상자료를 이용하여 1981∼2010년 영농기의 배출부하량 모의가 가능하도록 모형을 구축하였다. 모형의 보정 및 검정을 위하여 서울대학교 이동저수지 관개논 시험포장에의 물수지 및 물질수지 분석 자료를 이용하였고, 보정 결과 논물 총질소 및 총인의 결정계수는 0.95, 0.84, 모형의 효율지수는 0.95, 0.73으로, 검정 결과 논물 총질소 및 총인의 결정 계수는 0.97, 0.85, 모형의 효율지수는 0.91, 0.84로 비교적 높게 나타났다. 영농관리 시나리오 적용 결과 중간낙수 이후 물꼬를 50 mm 증가시켰을 때 배출부하량은 대조군 대비 T-N 1∼34%, T-P 5∼21% 저감되는 것으로 나타났고, 100 mm 증가시켰을 때 대조군 대비 T-N 5∼62%, T-P 8∼37%저감되는 것으로 나타났다.
물꼬 높이는 100 mm를 유지하다가 중간낙수 시기에 물꼬높이를 0 mm로 하여 강제배수가 이루어지도록 구성하였으며, 재관개가 이루어지면서 물꼬높이를 100 mm로 유지하도록 하였다. 모형의 지표유출량 보정 결과 RMSE는 6.48 mm, RMAE는 0.18 mm/day, EI는 0.81, R²는 0.97로 나타났으며, 검정결과 RMSE는 11.12 mm, RMAE는 0.33 mm/day, EI는 0.65, R²는 0.95로 나타났다.
배출부하량의 저감 원인은 지표유출량과 논물 농도의 감소 때문인 것으로 사료된다. 물꼬 높이가 50.0 mm 상승할 경우 지표유출량은 평균 50.0 mm 감소하였으며, 유효우량 증가에 따라 관개량이 평균 86.6 mm 감소하는 것으로 나타났으며, 물꼬 높이 100 mm 상승 시 지표유출량이 평균 100.0 mm 감소하였으며, 관개량이 평균 130.4 mm 감소하는 것으로 나타났다. 이와 더불어 강우 농도는 논물 농도에 비해 비교적 낮기 때문에 유효우량이 증가하면 논물의 희석효과가 증가하여 중간낙수 이후의 물꼬 높이 50 mm 증가시 논물 농도가 평균 T-N 5.
물꼬 높이를 중간낙수 이전에 100 mm를 유지하다 중간 낙수 이후 150 mm로 유지하는 경우(ScenarioⅠ) 30년 평균 배출부하량은 T-N 16.19 kg/ha, T-P 0.80 kg/ha로 나타났으며 대조군과 연도별 배출부하량을 비교하면 T-N 1∼34%, T-P 5∼21% 감소하는 것으로 나타났다.
물질수지 분석 결과 시험포장으로 유입되는 부하량은 강우에 의해 T-N은 2011년 13.24 kg/ha, 2012년 12.9 kg/ha, T-P는 2011년 0.50 kg/ha, 2012년 0.54 kg/ha, 관개에 의해 T-N은 2011년 7.53 kg/ha, 2012년 9.03 kg/ha, T-P는 2011년 0.38 kg/ha, 2012년 0.69 kg/ha, 시비에 의해 T-N 2011년 181.00 kg/ha, 2012년 153.0 kg/ha, T-P 는 2011년 56.00 kg/ha, 2012년 87.00 kg/ha로 나타났다. 시험포장에서 지표유출로 배출되는 부하량은 T-N은 2011년 30.
수질 분석 결과 관개수는 T-N 0.3∼2.0 mg/L, T-P 0.01∼0.04 mg/L로 나타났고, 강우는 T-N 0.9 mg/L, T-P 0.04 mg/L, 유출수는 T-N 0.5∼20.3 mg/L, T-P 0.03∼0.70 mg/L로 나타났다.
영양물질의 농도가 높은 관개수가 유입될 경우 논은 수질을 정화하는 경향을 보였다. 시나리오를 종합하면 영농초기의 물꼬높이를 낮게 유지하고, 중간낙수 이후 물꼬를 높게 유지하며, 비료는 강우가 발생하지 않는 시기에 표준시비량으로 시비하고, 호소수 수질환경기준인 4등급을 만족하는 관개수를 이용하였을 경우 논에서의 비점오염 관리에 가장 효과적인 것으로 나타났다. 하지만 고농도의 영양물질이 함유된 관개수를 농업용수로 이용할 경우 수계 전체의 배출부하량에 저감에 있어 효과적인 것으로 나타났다.
시비량의 배출부하량 저감양상은 시비 직후의 강우의 발생유무에 따라 크게 달라지는 것으로 나타났다. 시비 직후 논물 농도가 상대적으로 높은 시점에 강우가 발생할 경우 시비량 삭감에 따라 배출부하량이 감소되어 나타났으나(30년 중 7회), 일정 농도로 평형을 이룬 시점에 강우가 발생할 경우 배출부하량 저감효과는 미비한 것으로 나타났다(30년 중 23회). 따라서 강우가 발생하는 시기를 피해 비료를 시비하면 배출부하량 저감에 효과적이라고 사료된다.
89 kg/ha로 나타났으며 대조군과 연도별 배출부하량을 비교하면 T-N 0∼16%, T-P는 0∼9% 저감되는 것으로 나타났다. 시비량의 배출부하량 저감양상은 시비 직후의 강우의 발생유무에 따라 크게 달라지는 것으로 나타났다. 시비 직후 논물 농도가 상대적으로 높은 시점에 강우가 발생할 경우 시비량 삭감에 따라 배출부하량이 감소되어 나타났으나(30년 중 7회), 일정 농도로 평형을 이룬 시점에 강우가 발생할 경우 배출부하량 저감효과는 미비한 것으로 나타났다(30년 중 23회).
영농관리 시나리오 적용 결과 중간낙수 이후 물꼬를 50 mm 증가시켰을 때 배출부하량은 대조군 대비 T-N 1∼34%, T-P 5∼21% 저감되는 것으로 나타났고, 100 mm 증가시켰을 때 대조군 대비 T-N 5∼62%, T-P 8∼37%저감되는 것으로 나타났다.
4 mm 감소하는 것으로 나타났다. 이와 더불어 강우 농도는 논물 농도에 비해 비교적 낮기 때문에 유효우량이 증가하면 논물의 희석효과가 증가하여 중간낙수 이후의 물꼬 높이 50 mm 증가시 논물 농도가 평균 T-N 5.1%, T-P 4.7 % 감소하였으며, 100 mm 증가시 평균 T-N 12.6 %, T-P 11.7 % 감소하는 것으로 나타났다. 한편, Sohn과 Chung(2002)에 의하면 담수심 20 mm, 40 mm 및 100 mm에서 벼 수확량에는 큰 차이가 없는 것으로 보고 하고 있으며, Won 등(1997)에 의하면 관행관개, 절수관개, 최대담수심을 200 mm로 구성한 심수관개의 수확량을 비교한 결과 심수관개에서 수확량이 가장 높은 것으로 보고하고 있으며, Aubumozhi 등(1998)에 의하면 담수심 9 cm에서 벼의 초장 및 수확량이 최대이며 심수관개보다 절수관개가 벼의 생존에 있어 더 유리한 것으로 보고하는 등 연구자들에 따라 최대담수심의 높이가 벼의 생육에 미치는 영향에 관한 연구 결과는 상이하다.
중간낙수 이후 물꼬 높이를 200 mm로 유지하는 경우(Scenario Ⅱ) 30년 평균 배출부하량은 T-N 14.73 kg/ha, T-P 0.70 kg/ha로 나타났으며 대조군과 연도별 배출부하량을 비교하면 T-N 5∼62%, T-P 8∼37% 감소하는 것으로 나타났다.
표준시비량으로 시비량을 삭감하여 시비한 경우(Scenario Ⅲ) 30년 평균 배출부하량은 T-N 17.45 kg/ha, T-P 0.89 kg/ha로 나타났으며 대조군과 연도별 배출부하량을 비교하면 T-N 0∼16%, T-P는 0∼9% 저감되는 것으로 나타났다.
ScenarioⅠ,Ⅱ,Ⅲ,Ⅳ를 종합하여 최적의 시나리오를 구성하자면, 영농초기의 물꼬높이를 낮게 유지하여 중간낙수 시기의 고농도 논물이 강제 배수되는 것을 줄이고, 중간낙수 이후 물꼬를 높게 유지하여 지표유출량과 논물 농도를 줄이며, 비료는 강우가 발생하지 않는 시기에 표준시비량으로 시비하고, 호소수 수질환경기준인 4등급을 만족하는 관개수를 이용하였을 경우 논에서의 비점오염 관리에 가장 효과적인 것으로 나타났다. 하지만 고농도의 관개수를 농업용수로 이용하더라도 수계 전체의 배출부하량 저감에 있어서 효과적인 것으로 나타났다. 본 연구의 결과는 모의 발생에 의해 이루어진 것으로 비점오염 저감을 위한 현장 실험 이전의 기초자료로 사용될 수 있을 것으로 사료된다.
시나리오를 종합하면 영농초기의 물꼬높이를 낮게 유지하고, 중간낙수 이후 물꼬를 높게 유지하며, 비료는 강우가 발생하지 않는 시기에 표준시비량으로 시비하고, 호소수 수질환경기준인 4등급을 만족하는 관개수를 이용하였을 경우 논에서의 비점오염 관리에 가장 효과적인 것으로 나타났다. 하지만 고농도의 영양물질이 함유된 관개수를 농업용수로 이용할 경우 수계 전체의 배출부하량에 저감에 있어 효과적인 것으로 나타났다. 본 연구는 현장 실험 이전의 기초 자료로 사용될 수 있을 것으로 사료된다.

후속연구

한편, Sohn과 Chung(2002)에 의하면 담수심 20 mm, 40 mm 및 100 mm에서 벼 수확량에는 큰 차이가 없는 것으로 보고 하고 있으며, Won 등(1997)에 의하면 관행관개, 절수관개, 최대담수심을 200 mm로 구성한 심수관개의 수확량을 비교한 결과 심수관개에서 수확량이 가장 높은 것으로 보고하고 있으며, Aubumozhi 등(1998)에 의하면 담수심 9 cm에서 벼의 초장 및 수확량이 최대이며 심수관개보다 절수관개가 벼의 생존에 있어 더 유리한 것으로 보고하는 등 연구자들에 따라 최대담수심의 높이가 벼의 생육에 미치는 영향에 관한 연구 결과는 상이하다. 따라서 현장 적용 이전 물꼬 높이가 상승함에 따라 최대담수심이 벼의 생육과 병충해 발생 등에 미치는 영향에 관하여 고려되어야 할 것으로 사료된다.
하지만 고농도의 영양물질이 함유된 관개수를 농업용수로 이용할 경우 수계 전체의 배출부하량에 저감에 있어 효과적인 것으로 나타났다. 본 연구는 현장 실험 이전의 기초 자료로 사용될 수 있을 것으로 사료된다.
하지만 고농도의 관개수를 농업용수로 이용하더라도 수계 전체의 배출부하량 저감에 있어서 효과적인 것으로 나타났다. 본 연구의 결과는 모의 발생에 의해 이루어진 것으로 비점오염 저감을 위한 현장 실험 이전의 기초자료로 사용될 수 있을 것으로 사료된다.

질의응답

핵심어	질문	논문에서 추출한 답변
	담수 논의 비점오염의 주원인은 무엇인가?	비점오염의 주원인은 강수에 의한 유출이기 때문에 배출 부하량은 강우량에 따라 변동이 크다. 따라서 영농방법에 따른 배출부하량 저감효과를 정량적으로 평가하기 위해서는 강우량의 변동에 따른 영향을 장기적으로 고려해야 한다.
	수질 비점오염원의 주요 요인은 무엇인가?	비점오염원의 주요 요인은 도로, 대지, 농촌의 토지계 등주로 토지이용에 기반하는 오염원이 대부분을 차지하며, 이들은 전체 수체 유입 오염부하의 약 30%에 해당하고 그 기여율 또한 지속적인 증가 추세에 있다. 특히, 논은 농업용수의 80% 이상이 사용되는 만큼 수계에 직접적으로 미칠 수 있는 영향이 크다.
	담수 논 지역의 배출부하량 저감효과를 위해 어떤 개선이 이루어져야 하는가?	논은 지역이나 토양, 기후 특성, 오염원 종류, 관개 및 시비 등의 경작방법에 따라 배출 양상이 다양하다. 특히, 시비방법 개선, 효율적인 물관리 등 영농방법 개선을 통한 비점부하 저감이 중요하다. 본 연구에서는 담수논을 대상으로 물꼬 높이, 시비량, 관개수 수질에 따른 배출부하량 저감효과를 평가하기 위해, 시험포장의 물수지 및 물질수지 분석자료를 이용하여 CREAMS-PADDY 모형을 보정과 검정을 하고, 영농관리 시나리오를 적용하여 그 결과를 평가하였다.

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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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