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문제 정의
- 새만금 유역 및 새만금호의 수질개선 및 환경개선을 위하여 축산분뇨에 따른 비점오염부하를 평가하고 이를 관리하여 저감시킬 수 있는 최적관리기법(BMPs)을 개발하는 것을 목표로 한다. 본 과업의 구체적인 목적은 (1) 새만금유역 축산현황 및 가죽분뇨 현황조사, 그리고 축산분뇨 비점오염원 특성분석, (2) 가축분뇨 자원화 형태에 따른 농업환경생태계에서의 물질순환과 농업비점오염 부하량 평가, 그리고 (3) 가축분뇨 비점오염 저감을 위한 모델링 및 저감 최적관리기법을 개발하여 새만금의 지속가능한 발전에 도움이 되고자 한다. 다음 그림1은 4세부 과제의 전체 연구 로드 맵을 보여주고 있다.
- 4세부 과제는 주관연구기관인 전북대학교(손재권, 조재영)를 중심으로 전남대학교(윤광식)와 공동연구로 구성되어 연구를 수행해 왔다. 새만금 유역 및 새만금호의 수질개선 및 환경개선을 위하여 축산분뇨에 따른 비점오염부하를 평가하고 이를 관리하여 저감시킬 수 있는 최적관리기법(BMPs)을 개발하는 것을 목표로 한다. 본 과업의 구체적인 목적은 (1) 새만금유역 축산현황 및 가죽분뇨 현황조사, 그리고 축산분뇨 비점오염원 특성분석, (2) 가축분뇨 자원화 형태에 따른 농업환경생태계에서의 물질순환과 농업비점오염 부하량 평가, 그리고 (3) 가축분뇨 비점오염 저감을 위한 모델링 및 저감 최적관리기법을 개발하여 새만금의 지속가능한 발전에 도움이 되고자 한다.
제안 방법
- 새만금 간척지의 비점원 오염 저감을 위한 돈분뇨의 농업적 활용 기법을 개발하기 위해 대조구(control), 관행화학비료처리구(SF), 고농도 돈분액비(MH) 및 저농도액비처리구(ML)와 각각에 대한 양분흡착제(Fly ash+Zeolite 혼합; FAZ) 처리구를 두고 벼 재배실험을 실시하였다. 돈분액비는 표준시비구(S, standard)와 배비구(D, double)를 두었으며, 질소 분시비율(S, 기비:1차 추비: 2 차 추비)을 달리하여 관행 5:3:2와 변형 2:4:4를 두었다. FAZ 무처리 조건에서 벼 수량과 담수 중수질 항목 지표를 모두 고려하면 저농도 액비를 표준시비량 수준에서 5:3:2(기비:1차 추비:2차추비)로 분시하는 것(처리명: MLLSS532)이 최적 액비 시용 방법으로 나타났다.
- 새만금 간척지의 비점원 오염 저감을 위한 돈분뇨의 농업적 활용 기법을 개발하기 위해 대조구(control), 관행화학비료처리구(SF), 고농도 돈분액비(MH) 및 저농도액비처리구(ML)와 각각에 대한 양분흡착제(Fly ash+Zeolite 혼합; FAZ) 처리구를 두고 벼 재배실험을 실시하였다. 돈분액비는 표준시비구(S, standard)와 배비구(D, double)를 두었으며, 질소 분시비율(S, 기비:1차 추비: 2 차 추비)을 달리하여 관행 5:3:2와 변형 2:4:4를 두었다.
- 새만금유역 행정구역별(정읍시, 고창군, 부안군, 김제시, 익산시, 전주시, 완주군, 군산시) 가축분뇨 양분 P2O5 발생량과, 작물요구량을 산정 하였으며, 토양환경정보시스템의 자료를 이용하여 가축분뇨 P2O5 환원가능량을 산정하였으며, 전라북도 8개 시/군의 가축분뇨 P2O5 발생량은 139.2 kg/ha 였으며, 양분 요구량은 51.2 kg/ha로 산정되었다. 토양검정 결과, 가축분뇨 농지환원 가능량은 62.
- 화학비료와 액비 시용시 장기 물수지 변화에 따른 T-N과 T-P의 부하특성을 고찰하기 위해 동일한 물수지를 사용하고 모델을 이용하여 평가 하였다(그림 8). 전남대 포장의 경우 액비에 의한 T-N, T-P 부하량이 더 크게 나타났고, 새만금 포장조건(제4-2세부)의 경우 화학비료 T-N, T-P 부하량이 더 크게 나타났다.
대상 데이터
- 2012년 새만금유역 배출부하량 중 축산계 부하량의 비율과 2007년부터 2012년까지의 축산계 연평균증가율에 따른 자료를 중첩하여, 상위 10%, 20%, 30%지역이 중복되는 곳을 우선 관리 지구로 선정하였다. 부안군 줄포면, 보안면 일대가 축산계 부하량 비율과, 축산계 부하량 증가율 모두 상위 10%로 나타났고, 김제시 황산면, 정읍시 영원면, 부안군 주산면, 완주군 화산면 일대가 상위 20%, 부안군 상서면, 하서면, 정읍시 소성면, 김제시 금산면, 군산시 서수면, 완주군 소양면 일대가 상위 30%로 나타나 집중적인 관리가 필요한 지역으로 평가되었다(그림 4).
- 본 과제는 새만금유역내 가축분뇨 농업비점오염 대표 소유역(전북 김제시 공덕면 인근 소유역) 과 소유역 말단에 위치한 시험포장, 그리고 축산 비점오염 저감관리방안 개발을 위한 전남대학교 시험포장에서 연구가 진행되었다. 그림 2는 플롯차원에서 포장, 그리고 유역차원에서의 특성 분석과 이를 바탕으로 축산 유래 비점오염원 저감 및 관리방안 기술의 개발을 통한 추진전략을 보여주고 있다.
- ‘AHP기법을 이용한 새만금 유역 내 비점오염원 우선관리지구 선정’(우혜진, 2015)에 의하면 전북 김제시 공덕면, 용지면, 황산면 일대가 우선 관리지구로 선정되었다. 이는 새만금 유역 내 축산밀집 대상지구로 인근 4개의 소유역(만경강 용암천 상류, 축산분뇨 우심지구)을 축산분뇨 우심 지구로 선정하여 2013년 4월부터 2014년 10월까지 매월 1회 이상 모니터링을 실시하였다. 부하량 산정결과, 전체적으로 축산밀집 지구 내 본 소유역의 말단인 부용교에서 퇴·액비 등의 시용에 따라 TOC의 부하량이 높은 것으로 나타났다.
성능/효과
- 돈분액비는 표준시비구(S, standard)와 배비구(D, double)를 두었으며, 질소 분시비율(S, 기비:1차 추비: 2 차 추비)을 달리하여 관행 5:3:2와 변형 2:4:4를 두었다. FAZ 무처리 조건에서 벼 수량과 담수 중수질 항목 지표를 모두 고려하면 저농도 액비를 표준시비량 수준에서 5:3:2(기비:1차 추비:2차추비)로 분시하는 것(처리명: MLLSS532)이 최적 액비 시용 방법으로 나타났다.
- 가축분뇨 돈분액비 시비방법별(지중살포, 표면살포) 총질소와 총인의 지표유출부하량은 무기질비료 처리구가 액비 처리구보다 높게 나타났으나 액비의 처리방법별로는 유의성 있는 차이가 나타나지 않았다. 시기별로는 6월과 7월에 강우-유출에 의한 지표유출부하량이 가장 높게 나타났지만, 일향성을 유지하지 않고 강우-유출 크기에 영향을 받는 것으로 나타났다.
- 양분수지 분석결과 2003년부터 2012년까지 질소의 전체 양분은 정읍A. 고부A, 동진A, 동진 B, 원주A, 만경C, 탑천A 유역에서는 증가하는 경향을 보였지만, 만경A 유역과 만경B유역에서는 감소하는 경향을 보였으며, 전주A유역에서는 큰 변화를 보이지 않았다(그림 9).
- 전남대 포장의 경우 액비에 의한 T-N, T-P 부하량이 더 크게 나타났고, 새만금 포장조건(제4-2세부)의 경우 화학비료 T-N, T-P 부하량이 더 크게 나타났다. 따라서, 비료 특성과 토양특성에 따라 액비와 화학비료 처리 간 상대적 차이가 달라질 수 있음을 보여주었다.
- 2012년 새만금유역 배출부하량 중 축산계 부하량의 비율과 2007년부터 2012년까지의 축산계 연평균증가율에 따른 자료를 중첩하여, 상위 10%, 20%, 30%지역이 중복되는 곳을 우선 관리 지구로 선정하였다. 부안군 줄포면, 보안면 일대가 축산계 부하량 비율과, 축산계 부하량 증가율 모두 상위 10%로 나타났고, 김제시 황산면, 정읍시 영원면, 부안군 주산면, 완주군 화산면 일대가 상위 20%, 부안군 상서면, 하서면, 정읍시 소성면, 김제시 금산면, 군산시 서수면, 완주군 소양면 일대가 상위 30%로 나타나 집중적인 관리가 필요한 지역으로 평가되었다(그림 4).
- 부하량 산정결과, 전체적으로 축산밀집 지구 내 본 소유 역의 말단인 부용교에서 퇴·액비 등의 시용에 따라 TOC의 부하량이 높은 것으로 나타났다.
- 03% 감소하는 것으로 나타났다. 새만금유역 총 배출부 하량(2012년 기준)은 BOD 65,116.9 kg/일, T-N 37,727.9 kg/일, T-P 3,826.5 kg/일로 산정되었으며, 이 중 축산계 배출부하량은 BOD 36.73%, T-N 35.83%, T-P 40.42%를 각각 차지하는 것으로 조사되었다.
- 화학비료, 가축분뇨 액비 및 가축분뇨 퇴비 처리 논으로부터 총질소와 총인의 지표유출부하량은 퇴비, 액비처리구보다 화학비료 처리구에서 더 높게 나타나는 경향을 보였다. 시기별로는 6월과 7월에 강우-유출에 의한 지표유출부하량이 가장 높게 나타났으나, TSS와 COD의 경우는 퇴비처 리구, 액비처리구, 화학비료 처리구의 순으로 나타났다(그림 5). 영농기간 동안에 총질소와 질산 태질소의 지하침투부하량을 비교한 결과, 화학비료 처리구, 액비 처리구, 퇴비 처리구의 순으로 나타났다.
- 인산의 전체 양분은 정읍A, 고부A, 동진A, 동진B, 완주A, 만경C, 탑천A 유역에서는 증가하는경향을 보이지만, 만경A유역에서는 감소하는 경향을 보였으며, 만경B와 전주 A 유역에서는 큰 변화를 보이지 않는 것으로 나타났다. 양분수지(화학비료 사용량+가축분뇨 발생량-양분요구량)와 가축분뇨만을 고려한 양분수지(가축분뇨 발생량-양분요구량)와 새만금유역 총량관리 단위유역의 연평균 수질자료와 비교한 결과 양분 초과량과 수질간 정의 상관관계는 보이지 않는 것으로 분석되었다.
- 인산의 전체 양분은 정읍A, 고부A, 동진A, 동진B, 완주A, 만경C, 탑천A 유역에서는 증가하는경향을 보이지만, 만경A유역에서는 감소하는 경향을 보였으며, 만경B와 전주 A 유역에서는 큰 변화를 보이지 않는 것으로 나타났다. 양분수지(화학비료 사용량+가축분뇨 발생량-양분요구량)와 가축분뇨만을 고려한 양분수지(가축분뇨 발생량-양분요구량)와 새만금유역 총량관리 단위유역의 연평균 수질자료와 비교한 결과 양분 초과량과 수질간 정의 상관관계는 보이지 않는 것으로 분석되었다.
- 2012년 새만금유역에서 익산시가 가장 많은 가축을 사육하고 있으며, 김제시, 정읍시 순으로 조사되었다. 축종별로는 한우는 정읍시에서 37.38%, 젖소는 정읍시에서 52.50%, 돼지는 익산시에서 30.04%, 가금은 익산시에서 28.94%, 기타 익산시에서 40.96%로 가장 많은 가축을 사육하는 것으로 나타났다. 2012년 새만금 유역의 가축분뇨 자원화는 가금, 소, 돼지 항목에서 모두 퇴비화가 87%로 대부분의 비율을 차지하고 있으며, 돼지 농가에서만 액비화(10개소)와 공공처리(260개소)가 나타났다(그림 3).
- 화학비료, 가축분뇨 액비 및 가축분뇨 퇴비 처리 논으로부터 총질소와 총인의 지표유출부하량은 퇴비, 액비처리구보다 화학비료 처리구에서 더 높게 나타나는 경향을 보였다. 시기별로는 6월과 7월에 강우-유출에 의한 지표유출부하량이 가장 높게 나타났으나, TSS와 COD의 경우는 퇴비처 리구, 액비처리구, 화학비료 처리구의 순으로 나타났다(그림 5).
후속연구
- 이를 위하여 준설, 논·밭 및 축산분뇨 비점오염원 저감 관리매뉴얼의 보급, 그리고 토양 자율양분관리 및 성과에 따른 인센티브제 등의 축산분뇨밀집지구 관리대책을 시행하여 축산 분뇨 유래 비점오염원의 관리대책의 시급한 도입이 필요하다. 구체적인 새만금유역 축산밀집지구 관리대책으로는 농경지 토양 및 자율양분관리 체계 구축, 추산분뇨 관리 및 활용기술, 관련 비점저감 기법의 활용, 그리고 시비처방 제도화를 통하여 성과를 이룰 수 있을 것으로 판단된다. 이를 위하여 관련 부처를 통한 엄격한 관리가 필요하다.
- 가축분뇨 액비의 시비방법(지중살포, 지표살포)과 추비에 사용된 액비와 무기질비료 간에 지표유출부하량, 지하침투부하량, 수확량 등 모든 지표에 차이가 나타나지 않았으므로 고비용 저효율의 지중살포 보다는 지표살포를 활용해도 큰 문제가 없을 것으로 판단된다. 다만, 가축분뇨 액비의 지표살포시취급부주의로 인한 유출, 악취 유발문제를 최소화할 수 있는 방안을 사전에 마련할 필요가 있다.
- 하지만 연구진은 짧은 기간임에도 불구하고 ‘돈분액비 시용 논의 비점오염 저감 최저 관리방법 지침서’의 발간과 국내 및 국제학술지에 연구 성과를 게재하는 등 우수한 성과를 이루어왔다. 새만금유역의 수질개선은 여전히 어려운 숙제로 남아있지만 본 세부과제를 포함한 “새만금유역 농업비점오염 저감기법 개발연구” 전체 과제의 연구 성과가 제도화되고 관련 부처의 엄격한 관리가 함께 이루진다면 우리가 목표로 하는 수질개선도 멀지 않을 것으로 판단된다. 우리 연구진은 앞으로 이와 같은 연구가 지속적으로 이루어져 새만금유역 뿐만 아니라 우리나라 농업비점 오염원 관리에 대한 인식의 제고와 개선에 도움이 되었으면 한다.
- 새만금유역의 수질개선은 여전히 어려운 숙제로 남아있지만 본 세부과제를 포함한 “새만금유역 농업비점오염 저감기법 개발연구” 전체 과제의 연구 성과가 제도화되고 관련 부처의 엄격한 관리가 함께 이루진다면 우리가 목표로 하는 수질개선도 멀지 않을 것으로 판단된다. 우리 연구진은 앞으로 이와 같은 연구가 지속적으로 이루어져 새만금유역 뿐만 아니라 우리나라 농업비점 오염원 관리에 대한 인식의 제고와 개선에 도움이 되었으면 한다.
- 새만금 유역에서 농업비점오염부하량 저감을 위한 최적영농관리기법으로 부영양화 관리 차원에서는 화학비료의 사용 대신에 액비와 퇴비의 사용이 바람직하겠으나, 유기성물질 관리차원에 서는 액비와 퇴비의 사용이 바람직할 것으로 판단된다. 이 두가지를 조합한 즉, 액비와 화학비료의 적절한 혼용처리가 부영양화 유발물질인 질소와 인의 저감과 유기물질의 저감을 통한 최적관리기법의 수립이 가능할 것으로 보인다.
- 이를 위하여 준설, 논·밭 및 축산분뇨 비점오염원 저감 관리매뉴얼의 보급, 그리고 토양 자율양분관리 및 성과에 따른 인센티브제 등의 축산분뇨밀집지구 관리대책을 시행하여 축산 분뇨 유래 비점오염원의 관리대책의 시급한 도입이 필요하다.
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