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문제 정의
- 본 연구에서는 고랭지 실 경작지에서 발생하는 비점오염부하를 저감하기 위한 방안으로 볏짚거적과 토양개량제 (PAM, Gypsum)의 효과를 평가하였다. 실험처리는 대조구 (Control) 시험포와 볏짚거적과 토양개량제를 처리한 시험포 (Straw mat cover＋Polyacrylamide＋Gypsum, SPG)의 두 가지로 수행하였다.
- 그러나 이들의 연구는 주로 실내 ․ 외의 인공강우 조건이나 시험포 수준에서 수행된 결과로서 실경작지에서 자연강우 시 연구된 결과는 거의 없는 실정이다. 이에 본 연구에서는 고랭지 실경작지를 대상으로 볏짚거적과 토양개량제가 강우유출수량과 비점오염부하의 저감 그리고 생산성에 미치는 영향을 분석하고자 하였다.
제안 방법
- 강우시 유출량을 측정하기 위하여 시험포 우측 부분에 폭 50 cm 의 흙 배수로를 두어 강우유출수가 한곳으로 모이도록 하였다. Control 시험포의 유량은 배수로 하단에 삼각웨어와 수위계(Thalimedes, Germany)를 이용하여 측정된 수위와 단면적을 이용하여 산정하였다. SPG 시험포에는 90 cm×30 cm×25 cm(L×B×H) 크기의 플륨과 수위계를 설치하였으며, 미리 캘리브레이션 한 수위-유량 곡선을 이용하여 유량을 산정하였다.
- Control 시험포는 경운 후, 물 빠짐이 용이하게 배수로에 수직인 방향으로 이랑 및 두둑을 조성하였다. SPG 시험포는 control 시험포와 동일한 방법으로 경지를 조성한 후, 볏짚거적과 토양개량제를 이용하여 실험처리를 하였다. 볏짚거적의 사용량은 Won et al.
- SPG 시험포에는 90 cm×30 cm×25 cm(L×B×H) 크기의 플륨과 수위계를 설치하였으며, 미리 캘리브레이션 한 수위-유량 곡선을 이용하여 유량을 산정하였다.
- 강수조건 (강우량, 강우강도, 최대강우강도)이 강우유출에 미치는 영향을 조사하였다. 일반적으로 강우강도 또는 최대강우강도가 클수록 유출량이 증가하여 유출저감율이 낮아질 수 있다.
- 강우시 유출량을 측정하기 위하여 시험포 우측 부분에 폭 50 cm 의 흙 배수로를 두어 강우유출수가 한곳으로 모이도록 하였다. Control 시험포의 유량은 배수로 하단에 삼각웨어와 수위계(Thalimedes, Germany)를 이용하여 측정된 수위와 단면적을 이용하여 산정하였다.
- 모니터링은 총 7회를 실시하였다. 그러나 2012년 8월 12일에 발생한 강우사상은 SPG 수위계의 전원문제로 인하여 수위가 측정되지 않았기 때문에 유출량의 비교 ․ 분석은 총 6회의 강우를 대상으로 실시하였다. Table 1에는 control 시험포와 SPG 시험포의 강우사상별 유출량과 유출율 그리고 control 시험포 대비 SPG 시험포의 유출 저감율을 산정하여 제시하였다.
- 대조구는 1,971 m2(49.3 m×40 m)의 면적과 9.0 %의 경사로 계획하였으며, SPG 시험포의 면적과 경사도는 각각 1,584 m2(49.5 m×32 m)와 10.8 %로 조성하였다.
- 그러나 강우사상별 강우량 및 강우강도에 따라 구분되어지는 유출량 저감의 특성은 명확히 나타나지 않았다. 따라서 누적강우량에 따른 특성을 분석하였다.
- 이는 배추 성장의 특이한 현상이 아니고 당해연도 기상 및 영농조건의 영향으로 판단된다. 따라서 실험처리에 따른 단위 면적당 생산량을 비교 평가하였다. SPG 시험포의 생산량은 39,646 kg/ha로서, control 시험포의 생산량 대비 약 40 %가 증대된 것으로 조사되었다.
- 그러나 이후의 강우사상에서도 유사한 경향을 보였으나, 항목별로 다소 차이를 보였다. 따라서 연구기간 동안의 누적오염부하에 기초하여 재분석을 하였다. 누적오염부하에 기초 했을 때, control 시험포의 SS 부하는 1,084 kg/ha, 영양염류인 TN과 TP는 각각 22.
- 모니터링은 배추를 정식하고 수확 전까지 모든 강우사상에 대하여 실시하였으며, 분석은 유출이 발생한 강우사상만을 대상으로 하였다.
- 시험포별로 배추의 생산량을 조사하여 볏짚거적과 토양개량제의 효과를 간접적으로 분석하였다. 배추는 영농조합에서 수확하였으며, 시험포별로 무게를 측정하여 control 시험포 대비 SPG 시험포의 증산량을 산정하였다.
- 영농조합에서 수확한 배추의 무게를 달아 control 시험포 대비 SPG 시험포의 생산지수를 평가하였다 (Table 3). 배추의 수확에 앞서 실험처리에 따른 생육상태를 전수 조사하였다. 배추의 성장단계에 따른 생육사진을 Fig.
- , Germany)과 Gypsum(NAMHAE Chemical, Korea)은 각각 5 kg/ha과 1 ton/ha을 사용하였다. 볏짚거적과 PAM 그리고 Gypsum은 경운 후, 즉시 경지에 적용하였는데, PAM과 Gypsum을 살포한 후에 볏짚거적을 시험포에 도포하였다.
- 실험처리는 대조구 (Control) 시험포와 볏짚거적과 토양개량제를 처리한 시험포 (Straw mat cover＋Polyacrylamide＋Gypsum, SPG)의 두 가지로 수행하였다. 볏짚거적과 토양개량제의 효과를 평가하기 위하여 유출수량과 비점오염부하, 배추생산량 그리고 경제성 등을 평가하였다. 분석결과 농경지에 볏짚거적과 토양개량제를 처리할 경우 강우유출수량과 비점오염부하의 저감에 효과가 있는 것으로 조사되었다.
-
3. 작물 재비 및 시비
비료는 고랭지 배추의 시비기준 (National Academy of Agricultural Science, 2010)인 질소 8.3 kg/10a, 인산 3.0 kg/10a, 칼리 3.9 kg/10a에 준하여 기비하였으며, 토양의 산성화를 방지하기 위하여 석회 200 kg/ha를 추가적으로 시비하였다. 또한 웃거름으로 질소함량 18 %인 수퍼 NK (NAMHAE Chemical, Korea)를 8월 초에 추비하였다.
- 비점오염부하 산정에 필요한 오염물질의 농도를 분석하기 위한 시료는 자동채수기 (ISCO 3700 automatic water sampler, USA)를 이용하여 1시간 간격으로 채수하였으며, 고랭지 농업지역에서 발생량이 많은 SS, TN 그리고 TP를 수질공정시험법(Ministry of Environment, 2001)에 따라 분석하였다. 비점오염부하는 강우사상평균농도 (event mean concentrations)와 유량을 이용하여 산정하였으며, control 시험포 대비 SPG 시험포의 비점오염저감효과를 평가하였다.
- 시험포별로 배추의 생산량을 조사하여 볏짚거적과 토양개량제의 효과를 간접적으로 분석하였다. 배추는 영농조합에서 수확하였으며, 시험포별로 무게를 측정하여 control 시험포 대비 SPG 시험포의 증산량을 산정하였다.
- 본 연구에서는 고랭지 실 경작지에서 발생하는 비점오염부하를 저감하기 위한 방안으로 볏짚거적과 토양개량제 (PAM, Gypsum)의 효과를 평가하였다. 실험처리는 대조구 (Control) 시험포와 볏짚거적과 토양개량제를 처리한 시험포 (Straw mat cover＋Polyacrylamide＋Gypsum, SPG)의 두 가지로 수행하였다. 볏짚거적과 토양개량제의 효과를 평가하기 위하여 유출수량과 비점오염부하, 배추생산량 그리고 경제성 등을 평가하였다.
- 영농조합에서 수확한 배추의 무게를 달아 control 시험포 대비 SPG 시험포의 생산지수를 평가하였다 (Table 3). 배추의 수확에 앞서 실험처리에 따른 생육상태를 전수 조사하였다.
대상 데이터
- (2013)의 연구와 동일한 제품으로 동일한 양을 사용하였다. PAM (Soilfix G1, Ciba Chemical Co., Germany)과 Gypsum(NAMHAE Chemical, Korea)은 각각 5 kg/ha과 1 ton/ha을 사용하였다. 볏짚거적과 PAM 그리고 Gypsum은 경운 후, 즉시 경지에 적용하였는데, PAM과 Gypsum을 살포한 후에 볏짚거적을 시험포에 도포하였다.
- 9 kg/10a에 준하여 기비하였으며, 토양의 산성화를 방지하기 위하여 석회 200 kg/ha를 추가적으로 시비하였다. 또한 웃거름으로 질소함량 18 %인 수퍼 NK (NAMHAE Chemical, Korea)를 8월 초에 추비하였다. 배추는 볏짚거적과 토양개량제를 실험 처리한, 6월 20일에 정식하여 8월 27일에 수확을 하였다.
- 배추는 볏짚거적과 토양개량제를 실험 처리한, 6월 20일에 정식하여 8월 27일에 수확을 하였다. 배추의 품종은 고랭지 여름배추인 CR안심배추로서 생육기간은 약 65일이다.
- SPG 시험포는 control 시험포와 동일한 방법으로 경지를 조성한 후, 볏짚거적과 토양개량제를 이용하여 실험처리를 하였다. 볏짚거적의 사용량은 Won et al. (2011)과 유사한 양 (3.3 ton/ha)을 사용하였으며, 토양개량제인 PAM (polyacrylamide)과 Gypsum은 Won et al. (2013)의 연구와 동일한 제품으로 동일한 양을 사용하였다. PAM (Soilfix G1, Ciba Chemical Co.
- 면적의 경우 강우시 유출수의 흐름과 장비 설치를 고려하여 구역만을 나누다보니 대조구가 다소 크게 조성되었다. 시험포가 조성된 경지의 토성은 사질양토 (Sandy loam)이다.
- 시험포는 강원도 평창군 대관령면의 고랭지 경작지 (북위 37˚42′07″, 동경 128˚40′15″)에 위치하고 있으며, 대조구 (Control) 시험포와 볏짚거적과 토양개량제를 처리한 시험포 (Straw mat cover＋PAM＋Gypsum, SPG)를 각각 1구씩 조성하였다 (Fig. 1).
이론/모형
- 비점오염부하 산정에 필요한 오염물질의 농도를 분석하기 위한 시료는 자동채수기 (ISCO 3700 automatic water sampler, USA)를 이용하여 1시간 간격으로 채수하였으며, 고랭지 농업지역에서 발생량이 많은 SS, TN 그리고 TP를 수질공정시험법(Ministry of Environment, 2001)에 따라 분석하였다. 비점오염부하는 강우사상평균농도 (event mean concentrations)와 유량을 이용하여 산정하였으며, control 시험포 대비 SPG 시험포의 비점오염저감효과를 평가하였다.
성능/효과
- 따라서 실험처리에 따른 단위 면적당 생산량을 비교 평가하였다. SPG 시험포의 생산량은 39,646 kg/ha로서, control 시험포의 생산량 대비 약 40 %가 증대된 것으로 조사되었다. 또한 SPG 시험포의 배추 생산량은 2012년도 강원도 고랭지 농업지역의 배추생산량 3,655 kg/10a (36,550 kg/ha)(Http:// www.
- 개별 강우사상이 아닌 누적강우사상에 기초했을 때, control 시험포의 유출량과 유출율은 각각 281.6 m3과 38.3 %로 나타났 으며, SPG 시험포의 유출량과 유출율은 각각 163.0 m3과 27.0 %로서 control 시험포 대비 유출율은 29.4 %가 저감된 것으로 조사되었다. 이는 지표피복재와 토양개량제의 복합적인 효과로 판단되며 (Won et al.
- 59 kg/ha로 조사되었다. 그러나 볏짚을 피복한 SPG 시험포에서 오염부하량은 SS가 57.2 kg/ha, TN이 5.90 kg/ha 그리고 TP는 1.37 kg/ha로서 control 시험포의 비점오염부하와 비교 시, 각각 83.9 %, 38.5 %, 13.8 %가 저감되었다. 그러나 이후의 강우사상에서도 유사한 경향을 보였으나, 항목별로 다소 차이를 보였다.
- 일반적으로 강우강도 또는 최대강우강도가 클수록 유출량이 증가하여 유출저감율이 낮아질 수 있다. 그러나 본 연구에서 평균 강우강도와 유출저감율 사이의 유의성이 없는 것으로 조사되었으며, 최대 강우강도 역시 유의성이 적은 것으로 나타났다(Fig. 2). 오히려 강우량과 유출저감율이 95%의 신뢰구간에서 높은 상관성을 보였으며, 결정계수 R2는 0.
- 5 kg/ha로 조사되었다. 그러나 지표피복재와 토양개량제로 실험처리 한 SPG 시험포의 비점오염부하는 SS가 145.9 kg/ha, TN이 14.6 kg/ha, 그리고 TP가 3.3 kg/ha로서 control 시험포 대비 각각 86.5 %, 34.7%, 39.1 %가 저감되어 볏짚거적 및 토양개량제가 비점오염부하의 저감에도 효과적인 것으로 조사되었다. 그러나 경사도 약 3%에서 유사한 양 (3.
- 4 %가 저감되었다. 또한 SPG 시험포의 TN과 TP의 오염부하는 각각 14.3 kg/ha 와 3.3 kg/ha로서 control 시험포의 오염부하 대비 각각 34.7 %와 39.1 %가 삭감되었으며, SS의 비점오염부하는 control 시험포대비 86.5 %의 높은 저감효과를 보였다.
- SPG 시험포의 생산량은 39,646 kg/ha로서, control 시험포의 생산량 대비 약 40 %가 증대된 것으로 조사되었다. 또한 SPG 시험포의 배추 생산량은 2012년도 강원도 고랭지 농업지역의 배추생산량 3,655 kg/10a (36,550 kg/ha)(Http:// www.kostat.go.kr)와 비교 시 약 8.5 %가 증대된 것으로 조사되었다. 그러나 control 시험포의 생산량은 낮게 나타났다.
- Table 2에는 강우 시 경지에서 발생하는 유출량과 오염물질의 농도에 기초하여 산정된 시험포별 오염부하량과 control 시험포 대비 저감효율을 나타내었다. 모든 강우사상에서 control 시험 포의 비점오염부하가 높게 나타났다. 2012년 7월 15일의 강우 시 control 시험포의 비점오염부하를 살펴보면, SS는 355.
- 배추 수매가와 자재비 (볏짚거적, PAM, Gypsum)와 지표피복 시 소요된 인건비를 감안하여 경제성을 평가한 결과, 볏짚거적과 토양개량제를 살포한 SPG 시험포에서 약 250 만원/ha의 추가이익이 발생하였다. 이는 SPG 시험포에 피복한 볏짚거적에 추비된 비료가 걸려 유실되지 않음으로 인하여 작물이 이용할 수 있는 영양분, 특히 질소가 충분히 확보되어 (Shin et al.
- 볏짚거적과 토양개량제의 효과를 평가하기 위하여 유출수량과 비점오염부하, 배추생산량 그리고 경제성 등을 평가하였다. 분석결과 농경지에 볏짚거적과 토양개량제를 처리할 경우 강우유출수량과 비점오염부하의 저감에 효과가 있는 것으로 조사되었다. 유출율의 경우, SPG 시험포의 누적 유출율은 27.
- 2). 오히려 강우량과 유출저감율이 95%의 신뢰구간에서 높은 상관성을 보였으며, 결정계수 R2는 0.9531로 나타났다 (Fig. 3). 또한 Shin et al.
- 6 %가 저감되었다. 추후의 강우사상에서도 SPG 시험포의 유출율이 control 시험포보다 낮게 나타났으며, 강우사상에 따라 11.8～71.5 %의 유출량이 저감된 것으로 나타났다. 그러나 강우사상별 강우량 및 강우강도에 따라 구분되어지는 유출량 저감의 특성은 명확히 나타나지 않았다.
- 한편 SPG 시험포의 단위면적당 생산량은 control 시험포의 생산량 대비 약 40 %가 증대된 것으로 조사되었으며, 고랭지 농업지역의 생산량과 비교 시에도 약 8.5 %가 증가한 것으로 조사되었다. 따라서 농경지에 지표를 피복하고 토양개량제를 첨가하는 방법은 강우 시 발생하는 비점오염부하 저감뿐만 아니라 작물의 생산성도 증대시킬 수 있는 효과적인 최적관리방법의 하나로 판단된다.
- 한편 본 연구에서 SS의 저감율은 영양염류 (TN, TP)의 저감율보다 높게 나타났는데, 이는 볏짚거적 피복 시, 부유성 물질이 볏짚거적 사이에 걸리거나 흡착되어 나타난 결과로 판단된다. 또한 토양개량제인 PAM과 Gypsum이 토양의 표면을 견고하게 한 효과가 복합적으로 고려되어 나타난 것으로 탁수가 많이 발생하는 시기에 본 방법을 적용할 경우 탁수를 비롯한 비점오염물질의 제어에 큰 효과를 보일 것으로 판단된다.
후속연구
- 따라서 농경지에 지표를 피복하고 토양개량제를 첨가하는 방법은 강우 시 발생하는 비점오염부하 저감뿐만 아니라 작물의 생산성도 증대시킬 수 있는 효과적인 최적관리방법의 하나로 판단된다. 그러나 본 연구는 제한된 연구 조건 (지역, 토성, 강우사상)에서 수행되었기 때문에 볏짚거적과 토양개량제의 효과를 평가하는데 실험적인 한계가 존재한다. 따라서 실경작지를 대상으로 한 지속적인 모니터링 및 분석을 통하여 자료를 객관화하는 노력이 필요할 것으로 판단된다.
- , 2013)에서 지표를 피복함으로써 얻어질 수 있는 생산량 측면의 증대효과 (수입 증대)와 하천수질보전 측면 (비점오염물질의 발생 저감)에서 볏짚거적을 이용한 지표피복과 토양개량제의 살포는 실효성이 있는 최적영농관리방법으로 평가된다. 그러나 연구가 단기간의 제한된 기상 및 환경조건에서 수행되었기 때문에 결과를 객관화하기 위해서는 반복적인 실험이 필요할 것으로 판단된다.
- , 2000), 동일한 경사도나 토성에서 수행되어도 지역적인 차이 또는 시험포의 규모에 따라서도 큰 차이가 있는 것으로 판단된다. 따라서 단발성의 실험이나, 실험실 규모의 실험보다는 실경작지를 대상으로 한 지속적인 현장 연구를 통하여 볏짚거적과 토양개량제의 효과를 정량화하는 단계가 필요할 것으로 판단된다.
- 그러나 본 연구는 제한된 연구 조건 (지역, 토성, 강우사상)에서 수행되었기 때문에 볏짚거적과 토양개량제의 효과를 평가하는데 실험적인 한계가 존재한다. 따라서 실경작지를 대상으로 한 지속적인 모니터링 및 분석을 통하여 자료를 객관화하는 노력이 필요할 것으로 판단된다.
- 이들에 따르면 볏짚거적을 피복 시 부유성 물질이 볏짚거적 사이에 걸리거나 흡착되어 suspended solids(SS)의 저감율이 높게 나타났다. 또한 토양개량제인 PAM과 Gypsum의 토양의 표면을 견고하게 한 효과가 복합적으로 고려되어 나타난 것으로 탁수가 많이 발생하는 시기에 본 방법을 적용할 경우 탁수를 비롯한 비점오염물질의 제어에 큰 효과를 보일 것으로 판단된다. 그러나 이들의 연구는 주로 실내 ․ 외의 인공강우 조건이나 시험포 수준에서 수행된 결과로서 실경작지에서 자연강우 시 연구된 결과는 거의 없는 실정이다.
- 한편 본 연구에서 SS의 저감율은 영양염류 (TN, TP)의 저감율보다 높게 나타났는데, 이는 볏짚거적 피복 시, 부유성 물질이 볏짚거적 사이에 걸리거나 흡착되어 나타난 결과로 판단된다. 또한 토양개량제인 PAM과 Gypsum이 토양의 표면을 견고하게 한 효과가 복합적으로 고려되어 나타난 것으로 탁수가 많이 발생하는 시기에 본 방법을 적용할 경우 탁수를 비롯한 비점오염물질의 제어에 큰 효과를 보일 것으로 판단된다.
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