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문제 정의
- 본 연구의 목적은 영농방법에 따른 배출부하량을 비교·평가하기 위하여, 새만금 유역 내 익산천 유역 하류에 위치한 논 포장을 대상으로 물꼬관리와 완효성 비료 시비 등의 영농기법을 고려하여 시험구를 배치하고, 수문·수질 계측망을 구축하여 논에서의 수문 및 수질 기작을 현장 모니터링 함으로써, 시험구별 물수지 및 물질수지를 산정하여 영농기법의 효과를 정랑적으로 비교하고 평가하는데 있다.
제안 방법
- 관개량 측정은 수중펌프와 유량계를 설치하여 포장별로 측정하였으며, 침투량은 원형 침투량계를 설치하여 관측기간 동안 감소한 수두 차를 통해 해당기간의 평균 침투량을 산정하였다. 논 담수심 측정을 위해 초음파 수위계를 설치하여 10분 간격으로 수위 관측을 실시하였으며, 배수량 측정은 위어와 부자식 수위계를 이용하여 10분 간격으로 측정된 수위와 수위-유량 관계식을 이용하여 배수량을 계산하였다.
- 관행구는 새만금 관행 영농방법으로 물꼬 높이를 7 cm로 유지하였으며, 포장의 토양검정 결과에 따라 맞춤형 비료 16호를 시비하였다. 물꼬 높이 조절구는 중간낙수 이전에는 물꼬 높이를 7 cm로 유지하고, 중간낙수 이후에는 물꼬 높이를 12 cm로 높이는 물관리 방법과 맞춤형 비료 16호를 시비하는 영농방법을 적용하였다. 물꼬 높이 12 cm는 국내외 선행연구 조사결과에 따라 작물의 생육 및 수확량에 영향을 미치지 않으며, 국내에서도 관측되는 수치로 선정하였다 (Mishra et al.
- 물질수지 분석을 위해 관개수, 논 담수에 대해 수질 모니터링을 실시하였다. 2주에 1회씩 정기모니터링을 실시하였으며, 집중조사를 위해 이앙기에는 3 ~ 4일 간격으로, 강우시에는 20분 ~ 2시간 간격으로 모니터링을 실시하였다.
- 본 연구에서는 새만금 유역 익산천 하류에 위치한 논 포장을 대상으로 물꼬 관리 및 완효성 비료 시비 영농방법을 적용하여, 수문·수질 모니터링을 실시하고 영양물질 수지 분석을 통해 영농방법에 따른 배출부하량 저감효과를 정량적으로 평가하였다. 본 연구의 결과는 다음과 같다.
- 1은 시험포장의 위치를 나타내고 있다. 시험포장은 대조구로 새만금 관행 영농방법을 적용하는 관행구 (TR-A)를, 실험구로 물꼬 높이 조절구 (TR-B)와 완효성 비료 시비구 (TR-C)를 구축하였다. Table 1은 시험구별 처리방법을 나타내고 있다.
대상 데이터
- Table 1은 시험구별 처리방법을 나타내고 있다. 관행구는 새만금 관행 영농방법으로 물꼬 높이를 7 cm로 유지하였으며, 포장의 토양검정 결과에 따라 맞춤형 비료 16호를 시비하였다. 물꼬 높이 조절구는 중간낙수 이전에는 물꼬 높이를 7 cm로 유지하고, 중간낙수 이후에는 물꼬 높이를 12 cm로 높이는 물관리 방법과 맞춤형 비료 16호를 시비하는 영농방법을 적용하였다.
- 1과 같이 포장별로 수문·수질 계측망을 구성하였다. 대상지구 강우량 분석을 위해 용연리에 위치한 농가 옥상에 강우계를 설치하여 조사를 실시하였으며, 증발산량 분석을 위한 기상인자는 시험 포장에 가장 인접한 기상관측소인 전주관측소의 자료를 이용하였다. 관개량 측정은 수중펌프와 유량계를 설치하여 포장별로 측정하였으며, 침투량은 원형 침투량계를 설치하여 관측기간 동안 감소한 수두 차를 통해 해당기간의 평균 침투량을 산정하였다.
- 물꼬 높이 조절구는 중간낙수 이전에는 물꼬 높이를 7 cm로 유지하고, 중간낙수 이후에는 물꼬 높이를 12 cm로 높이는 물관리 방법과 맞춤형 비료 16호를 시비하는 영농방법을 적용하였다. 물꼬 높이 12 cm는 국내외 선행연구 조사결과에 따라 작물의 생육 및 수확량에 영향을 미치지 않으며, 국내에서도 관측되는 수치로 선정하였다 (Mishra et al., 1998; Anbumozhi et al., 1998; Kang et al., 2006; Jang et al.,2010). 완효성 비료 시비구는 물꼬 높이를 7 cm로 유지하고 완효성 비료를 시비하는 영농방법을 적용하였다.
- 본 연구에서는 새만금 유역 내 전라북도 익산시 춘포면 용연리 일대의 논 포장을 선정하였으며, 110 m × 35 m 크기의 논 포장 6개를 각 시험구별로 2반복하여 구축하였다. Fig.
데이터처리
- 수질 농도 분석결과의 처리구간 유의성 분석을 위해, IBSS SPSS Statistics 21 (SPSS, Inc., 2012)를 이용하여, 독립표본 t-검정을 실시하였다.
이론/모형
- 수질 시료 및 식물체의 분석은 서울대학교 농업과학공동기기원 (National Instrumentation Center for Environmental Management, NICEM)에 의뢰하여 분석을 실시하였다. T-N 및 T-P 항목에 대해 분석하였으며, 수질 시료는 수질오염공정시험기준 (환경부고시 제2012-99호)에 따라 분석하였으며, 식물체는 수확 후 현미와 벼에 대한 이화학적 특성을 분석하였다.
- 수질 시료 및 식물체의 분석은 서울대학교 농업과학공동기기원 (National Instrumentation Center for Environmental Management, NICEM)에 의뢰하여 분석을 실시하였다. T-N 및 T-P 항목에 대해 분석하였으며, 수질 시료는 수질오염공정시험기준 (환경부고시 제2012-99호)에 따라 분석하였으며, 식물체는 수확 후 현미와 벼에 대한 이화학적 특성을 분석하였다.
- ,2010). 완효성 비료 시비구는 물꼬 높이를 7 cm로 유지하고 완효성 비료를 시비하는 영농방법을 적용하였다. 완효성비료는 비료성분의 공급이 완만하게 일어나 영농기동안 지속적으로 효과가 나타나는 비료로 화학비료에 비해 시비량 절감의 효과를 보인다.
성능/효과
- 1. 논의 평균 담수심은 관행 2.61 cm, 물관리 2.94 cm, 시비관리 2.24 cm로 관행대비 물관리구의 평균 담수심이 0.33 cm 높게 나타나는 것으로 나타나 물꼬 높이 상승을 통해 담수 저류능을 높일 수 있는 것으로 나타났다.
- 이는 처리구간 침투량 차이에 비해 담수 수질농도의 차이가 크게 나타났던 것이 침투손실량에 비교적 큰 영향을 나타낸 것으로 사료된다. T-N의 지표배수 부하량은 TR-A 15.5 kg/ha, TR-B 11.7 kg/ha, TR-C 8.5 kg/ha로 나타나, 물꼬 관리와 완효성 비료 시비를 통해 각각 관행대비 25 %, 45 %의 저감효과가 있는 것으로 나타났다. TR-B는 물꼬 관리를 통해 배수량을 15 % 저감한 것이 영향을 미쳤을 것으로 사료되며, TR-C는 총 시비량이 적었던 점과 완효성 비료를 시비함으로써 영농초기 유출이 많을 시에 담수 수질 농도가 낮았던 것이 원인이 되었을 것으로 사료된다.
- 5 kg/ha로 나타나 관행대비 물관리구와 시비관리구에서 25 %, 45 %의 배출부하 저감 효과를 갖는 것으로 나타났다. T-P 부하량은 관행구 1.38 kg/ha, 물관리구 1.02 kg/ha, 시비관리구 0.69 kg/ha로 나타나 관행대비 물관리구와 시비관리구에서 26 %, 50 %의 저감효과가 있는 것으로 나타났다.
- 54 kg/ha로 나타나, T-N과 마찬가지로 TR-A에 비해 TR-B와 TR-C의 침투손실량이 낮게 나타났으며, 이는 TR-A의 담수수질농도가 다른 처리구에 비해 높았던 것이 원인이 되었을 것으로 사료된다. T-P의 지표배수 부하량은 TR-A 1.39 kg/ha, TR-B 1.02 kg/ha, TR-C 0.69 kg/ha로, 물꼬 관리와 완효성 비료 시비를 통해 각각 26 %, 50%의 저감효과가 있는 것으로 나타났다. TR-B는 TR-A에 비해 유입부하가 적었음에도 불구하고 높은 저감효과를 나타냈는데, 이는 T-N과 마찬가지로 배수량 저감에 따른 효과로 사료된다.
- Table 4는 T-N 물질수지 분석결과를 나타내고 있다. TR-A의 T-N 유입부하는 140.0 kg/ha로 TR-B의 유입부하가 127.3 kg/ha, TR-C의 유입부하가 114.1 kg/ha인 것에 비해 많은 T-N이 유입된 것으로 나타났다. 시비에 의한 유입부하량 차이는 -27.
- 5 kg/ha로 나타나, 물꼬 관리와 완효성 비료 시비를 통해 각각 관행대비 25 %, 45 %의 저감효과가 있는 것으로 나타났다. TR-B는 물꼬 관리를 통해 배수량을 15 % 저감한 것이 영향을 미쳤을 것으로 사료되며, TR-C는 총 시비량이 적었던 점과 완효성 비료를 시비함으로써 영농초기 유출이 많을 시에 담수 수질 농도가 낮았던 것이 원인이 되었을 것으로 사료된다. Evans et al.
- 논 담수 수질분석결과 비강우시 평균 T-N 농도는 TR-B에서 6.73 mg/L, TR-C에서 4.58 mg/L로 나타나, TR-A가 10.10 mg/L인 것에 비해 낮게 나타났으나, 통계적으로 유의한 차이는 없는 것으로 나타났다 (p>0.05). T-P 농도는 TR-A 0.
- 2. 물수지 분석결과 관행구 대비 물꼬 조절 관리구에서 약 8 % 적게 관개하는 것으로 나타났으며, 완효성 비료 시비구의 관개량은 관행구와 큰 차이를 나타내지 않았다. 지표배수량은 물꼬 조절 관리구에서 관행대비 약 15 % 저감되는 것으로 나타났으며, 완효성 비료 시비구는 큰 차이를 나타내지 않았다.
- 3. 물질수지 분석결과 T-N 부하량은 관행구 15.5 kg/ha, 물관리구 11.7 kg/ha, 시비관리구 8.5 kg/ha로 나타나 관행대비 물관리구와 시비관리구에서 25 %, 45 %의 배출부하 저감 효과를 갖는 것으로 나타났다. T-P 부하량은 관행구 1.
- 지표배수량은 물꼬 조절 관리구에서 관행대비 약 15 % 저감되는 것으로 나타났으며, 완효성 비료 시비구는 큰 차이를 나타내지 않았다. 본 연구의 결과, 물꼬 높이를 상승하면 강우 저류능을 높일 수 있으며, 관개량 및 배수량의 저감효과가 있는 것으로 나타났다.
- 물수지 분석결과 관행구 대비 물꼬 조절 관리구에서 약 8 % 적게 관개하는 것으로 나타났으며, 완효성 비료 시비구의 관개량은 관행구와 큰 차이를 나타내지 않았다. 지표배수량은 물꼬 조절 관리구에서 관행대비 약 15 % 저감되는 것으로 나타났으며, 완효성 비료 시비구는 큰 차이를 나타내지 않았다. 본 연구의 결과, 물꼬 높이를 상승하면 강우 저류능을 높일 수 있으며, 관개량 및 배수량의 저감효과가 있는 것으로 나타났다.
- 9 % 저감할 수 있다고 보고한 바 있다. 한편 T-N의 유입부하량 대비 지표배수 부하량은 TR-A에서 11.1 %, TR-B에서 9.2 %, TR-C에서 7.4 %로 나타나 유입부하량 대비 지표배수 부하량 또한 물관리와 시비관리를 통해 각각 1.9 %, 3.6 %의 저감효과가 있는 것으로 나타났다.
- (2011)은 모델링을 통해 유역 내 논에 완효성 비료를 시비할 때 T-P의 농도변화는 화학비료를 시비할 때와 배출부하량 차이가 미비한 것으로 보고하고 있는 것에 비해, 본 연구의 TR-C는 높은 저감효과를 나타내는데, 이는 T-N과 마찬가지로 완효성 비료를 시비함에 따라 영농초기 지표배수량이 많을 때 담수농도가 적었던 것이 배출부하 저감에 영향을 끼쳤을 것으로 사료된다. 한편 T-P의 유입부하량 대비 지표배수량은 TR-A에서 7.1 %, TR-B에서 4.7 %, TR-C에서 3.7 %로 유입부하량 대비 지표배수 부하량 또한 물관리와 시비관리를 통해 각각 2.4 %, 3.4 %의 저감효과가 있는 것으로 나타났다.
후속연구
- 본 연구의 결과 물꼬 높이 조절 및 완효성 비료 시비를 통해 논에서의 영양물질 배출부하를 줄일 수 있는 것으로 나타나 비점오염 저감을 위한 영농활동으로 물꼬 관리와 완효성 비료 시비 방법을 적용할 수 있을 것으로 사료된다. 그러나 다양한 기상조건에 영향을 받는 농업비점오염의 특성상 장기적 연구를 통해 효과를 검증하는 것이 필요할 것으로 사료된다.
- 본 연구의 결과 물꼬 높이 조절 및 완효성 비료 시비를 통해 논에서의 영양물질 배출부하를 줄일 수 있는 것으로 나타나 비점오염 저감을 위한 영농활동으로 물꼬 관리와 완효성 비료 시비 방법을 적용할 수 있을 것으로 사료된다. 그러나 다양한 기상조건에 영향을 받는 농업비점오염의 특성상 장기적 연구를 통해 효과를 검증하는 것이 필요할 것으로 사료된다.
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