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문제 정의
- , 2015). 따라서 본 연구에서는 염해 피해를 입고 있는 시설재배지역에서 애호박 작물을 대상으로 관개용수의 염분 제거 및 수질정화를 위한 기수담수화시스템을 현장적용하고, 적용에 따른 수질 및 토양환경의 변화와 생육영향을 모니터링함으로써 기수담수화시스템의 적용성을 파악하고자 하였다.
- 본 연구에서는 염해 피해를 입고 있는 시설재배지역에서 애호박 작물을 대상으로 관개용수의 염분 제거 및 수질정화를 위한 기수담수화시스템을 현장적용하고, 생육환경 및 수질⋅토양환경 변화를 모니터링함으로써 기수담수화시스템의 적용성을 파악하고자 하였다.
제안 방법
- 생육모니터링은 지하수로 재배한 9주의 대조구와 기수담수화 시스템의 처리수를 이용하여 재배한 9주의 실험구의 엽수, 엽장, 엽폭에 대한 측정값을 평균하여 파종 후 약 2개월이 지난 시점부터 수확이 이루어진 4월 27일까지 매주 1회 생육 조사를 수행하였다. 또한, 작물 수확 후 과실수 파악과 함께 모든 작물의 개체에 대해 생체중량을 조사하였다. 단, 2월에는 병충해 및 과습 피해 등으로 인해 생육모니터링이 원활하게 이루어지지 못하여 2월의 측정값은 제외하였다.
- 먼저, 기수담수화시스템 적용에 따른 관개용수의 염도 및 수질영향을 파악하기 위해 관개시기 중 4회에 걸쳐 취수하여 수질분석을 실시하였다. 수질분석은 서울대학교 농생명과학 공동기기원 (NICEM)에 위탁하였으며, 수질오염공정시험기준 (환경부, 2014)을 준용하여 pH, EC, BOD (biochemical oxygen demand), DO (dissolved oxygen), T-N (total nitrogen), T-P (total phosphorus), Ca2+, Mg2+, K+ , Na+ , Cl- 등 19가지 항목에 대하여 분석하였다.
- 2 %에 해당되는 재배지역으로 작물생육에 저해를 받으며, 염해 피해가 발생되는 지역으로 나타났다. 모니터링 지구에서 2016년 10월 1일부터 2017년 4월 27일부터 7개월에 걸쳐 애호박을 재배한 후 토양분석을 실시하였다. 기수담수화 시스템을 적용하지 않고 지하수 관개를 실시한 토양 (대조구)의 EC는 모종 정식 전보다 2.
- 생육모니터링은 엽수와 엽장, 엽폭에 대해 주 1회 측정하였으며, 수확모니터링은 수확량과 생체중량에 대해 수확 시마다 측정하였다. 모종 정식 시, 대조구를 별도로 9주 정식하였으며 기수담수화시스템 처리수로 관개한 애호박 중 대표 9주를 선정하여 총 18주에 대한 생육 및 수확 모니터링을 실시하였다.
- 본 연구에서 적용한 기수담수화 시스템은 간척지 및 기수역 인근의 염분이 포함된 하천수 또는 지하수를 취수하여 부유물질 (SS), 이온성 물질을 1차 마이크로버블을 이용해 저감 시키고 2차 MF (MicroFiltration membrane) 필터에서 콜로이드성 미세부유물질 제거 후 RO (Reverse Osmosis membrane) 막에서 이온물질이 제거되는 공정으로 설계하여 적용하였다 (Fig. 2). 연구대상지역의 경우 지하수를 취수하여 농업용수로 활용하는 지역으로 이 지역의 지하수 (원수) 평균 염분 농도는 6,000 ㎲/㎝ (= 6.
- 문헌 및 탐문조사를 통해 염해 피해가 극심한 지역인 전남 광양시 진상면 청암리 일대의 시설재배 농가 중 1개 농가를 대상으로 기수담수화 시스템을 설치하여 2016년 10월 1일부터 2017년 4월 27일까지 운영하였다. 생육모니터링은 엽수와 엽장, 엽폭에 대해 주 1회 측정하였으며, 수확모니터링은 수확량과 생체중량에 대해 수확 시마다 측정하였다. 모종 정식 시, 대조구를 별도로 9주 정식하였으며 기수담수화시스템 처리수로 관개한 애호박 중 대표 9주를 선정하여 총 18주에 대한 생육 및 수확 모니터링을 실시하였다.
- 생육모니터링은 지하수로 재배한 9주의 대조구와 기수담수화 시스템의 처리수를 이용하여 재배한 9주의 실험구의 엽수, 엽장, 엽폭에 대한 측정값을 평균하여 파종 후 약 2개월이 지난 시점부터 수확이 이루어진 4월 27일까지 매주 1회 생육 조사를 수행하였다. 또한, 작물 수확 후 과실수 파악과 함께 모든 작물의 개체에 대해 생체중량을 조사하였다.
- 먼저, 기수담수화시스템 적용에 따른 관개용수의 염도 및 수질영향을 파악하기 위해 관개시기 중 4회에 걸쳐 취수하여 수질분석을 실시하였다. 수질분석은 서울대학교 농생명과학 공동기기원 (NICEM)에 위탁하였으며, 수질오염공정시험기준 (환경부, 2014)을 준용하여 pH, EC, BOD (biochemical oxygen demand), DO (dissolved oxygen), T-N (total nitrogen), T-P (total phosphorus), Ca2+, Mg2+, K+ , Na+ , Cl- 등 19가지 항목에 대하여 분석하였다. 토양시료는 대상지구의 염도 집적변화를 분석하기 위해 모종 정식 전과 최종 수확시 총 2회에 걸쳐 실험구와 대조구 모두 채취하였다.
- 애호박은 2016년 10월 1일에 모종을 정식하였으며 토양환경 및 생육 영향을 파악하기 위해 지하수를 공급한 모종 9주 (대조구)를 별도로 정식하였으며 기수담수화시스템 처리수로 관개한 실험구로도 9주를 선정하여 총 18주에 걸쳐 생육⋅수확 모니터링을 실시하였다.
- 0 dS/m = 3,840 ppm)를 상회하는 수준이다. 최종 생산된 처리수는 1차 저장탱크에 저장 후 배관 파이프를 통해 비닐하우스에 염분농도에 따라 100 톤/일 공급하도록 하였다.
- 토양시료는 대상지구의 염도 집적변화를 분석하기 위해 모종 정식 전과 최종 수확시 총 2회에 걸쳐 실험구와 대조구 모두 채취하였다.
대상 데이터
- 1. 문헌 및 탐문조사를 통해 염해 피해가 극심한 지역인 전남 광양시 진상면 청암리 일대의 시설재배 농가 중 1개 농가를 대상으로 기수담수화 시스템을 설치하여 2016년 10월 1일부터 2017년 4월 27일까지 운영하였다. 생육모니터링은 엽수와 엽장, 엽폭에 대해 주 1회 측정하였으며, 수확모니터링은 수확량과 생체중량에 대해 수확 시마다 측정하였다.
- 본 연구를 위한 기수역의 기수담수화 시스템 적용대상 지역으로는 문헌조사 (Lee et al., 2008)와 탐문조사를 통해 현재 염해가 발생하고 있는 전라남도 광양시 진상면 청암리에 위치한 애호박 시설재배농가중 1개 농가를 선정하였다. 해당 지역인 섬진강 하구의 경우, 오랜 시설재배지 역사를 가지고 있으며, 겨울철 시설재배지 보온을 위해 수막시설을 운영해 오고 있고 날씨가 추워지기 시작하는 11월 이후 많은 양의 지하수를 이용하여 시설재배 시설 내를 보온하고 있다.
- 연구 대상지역인 애호박 시설재배지를 대상으로 기수담수화시스템의 적용에 따른 토양환경 및 생육영향을 조사⋅분석하기 위해 2016년 10월 1일부터 2017년 4월 27일부터 7개월에 걸쳐 실험을 실시하였다.
- 해당 비닐하우스의 규격은 광폭 비닐하우스로 14 m (폭) × 100 m (길이)로 조사되었으며, 관정을 통해 지하수를 관개용수로 취수하여 이용하고 있으며, Fig. 1은 기수담수화시스템 모니터링 지구의 개요를 나타낸다.
데이터처리
- 45로 산정되었으며, Jung et al (2006)에 따르면 대조구는 나트륨 해는 중간이고 염해는 높으며, 실험구는 나트륨 해는 낮고 염해는 중간인 것으로 나타났다. 통계분석에 있어 pH, DO, BOD, COD, T-N, Cl- , SO42-, Ca2+, Na+ , K+ 그리고 HCO3- 항목은 정규성을 만족하기 때문에 독립표본 t-검정 (independent samples t-test)을 실시하였으며, 그 외의 수질항목은 정규성을 만족하지 않고 샘플의 수가 30개 미만으로 작기 때문에 비모수 통계검정인 맨-휘트니 검증 (Mann-Whitney U test)을 통해 통계적 유의성을 평가하였다. 그 결과 19가지 항목 중, pH, EC, NO3—N, Cl-, SO42-, Ca2+, Mg2+, Na+, K+, HCO3- 그리고 총대장균수 등 11가지 항목에 대하여 통계적으로 유의한 차이가 있는 것으로 분석되었다.
- 3 % 증가한 것으로 조사되었다. 통계분석은 생체중량 항목이 정규성을 만족하지 못하고 샘플의 수가 30개 미만으로 작기 때문에 비모수 통계검정인 맨-휘트니 검정을 실시하였다. 그 결과, 생체중량이 유의수준 0.
이론/모형
- 토양시료는 대상지구의 염도 집적변화를 분석하기 위해 모종 정식 전과 최종 수확시 총 2회에 걸쳐 실험구와 대조구 모두 채취하였다. 채취한 토양시료는 수질시료와 같이 서울대학교 농생명과학공동기기원 (NICEM) 에 위탁하여 ASA (american society of agronomy)와 SSSA (soil science society of america)의 토양분석방법 (Chapman and Pratt, 1961)을 준용하여 pH, EC, CEC (cation exchange capacity), T-N, T-P, Ca2+, Mg2+, K+ , Na+ , 그리고 총대장균수 등 11가지 항목에 대하여 분석하였다.
성능/효과
- 3. 지하수 관개를 실시한 대조구의 EC는 모종 정식 전보다 2.73 dS/m 증가한 평균 8.92 dS/m로 나타났고, 기수담수 화시스템을 적용하여 처리수로 관개를 실시한 토양 (실험구)의 EC는 대조구에 비해 현저히 낮은 2.67 dS/m로 나타났으며 EC 외에 모든 양이온, 음이온 수치도 낮아짐을 확인할 수 있었다.
- 4. 엽수, 엽장, 엽폭에 대한 생육모니터링 결과, 처리수로 재배한 애호박의 엽수가 많고, 엽장과 엽폭이 큰 것으로 확인되었으며, 수확량과 생체중량에 대한 모니터링 결과 대조구 대비 실험구에서 과실수는 34.0 % 증가하고, 개당 평균 생체중량도 7.3 % 증가한 것으로 조사되었다. 생체중량에 대한 맨-휘트니 검정을 실시한 결과 생체중량이 유의수준 0.
- 그 결과 19가지 항목 중, pH, EC, NO3—N, Cl-, SO42-, Ca2+, Mg2+, Na+, K+, HCO3- 그리고 총대장균수 등 11가지 항목에 대하여 통계적으로 유의한 차이가 있는 것으로 분석되었다.
- 통계분석은 생체중량 항목이 정규성을 만족하지 못하고 샘플의 수가 30개 미만으로 작기 때문에 비모수 통계검정인 맨-휘트니 검정을 실시하였다. 그 결과, 생체중량이 유의수준 0.001 이내로 나타나 통계적으로 유의한 것으로 나타났다.
- 모니터링 지구에서 2016년 10월 1일부터 2017년 4월 27일부터 7개월에 걸쳐 애호박을 재배한 후 토양분석을 실시하였다. 기수담수화 시스템을 적용하지 않고 지하수 관개를 실시한 토양 (대조구)의 EC는 모종 정식 전보다 2.73 dS/m 증가한 평균 8.92 dS/m로 나타났으며, 기수담수화시스템을 적용하여 처리수 관개를 실시한 토양 (실험구)의 EC는 2.67 dS/m로 현저히 낮아진 것으로 조사되었다 (Table 2). 기수담수화시스템 적용 후의 토양에서는 모든 양이온, 음이온 수치가 낮아졌으며 처리수가 염류 함량을 낮추는데 효과적임을 확인할 수 있었다.
- 67 dS/m로 현저히 낮아진 것으로 조사되었다 (Table 2). 기수담수화시스템 적용 후의 토양에서는 모든 양이온, 음이온 수치가 낮아졌으며 처리수가 염류 함량을 낮추는데 효과적임을 확인할 수 있었다. 토양에 집적 된 염류를 제거하는데는 상당히 많은 시간과 노력이 필요하 며, 지속적으로 기수담수화시스템 처리수를 이용하여 재배할 경우 농촌진흥청 (2013)에서 제시한 가이드라인의 적정범위에 부합하는 토양 환경이 조성될 것으로 판단된다.
- 한편, 수확 모니터링을 위해 주 1회 수확 시 과실수와 생체 중량을 조사하였으며 각 수확기별 세부 결과 및 통계분석 결과를 Table 3에 나타내었다. 기수담수화시스템의 처리수를 이용하여 재배한 경우(실험구)의 평균 과실수는 6.3개, 개당 평균 296.40 g의 중량을 나타냈으나, 지하수를 이용해 재배한 경우(대조구)의 평균 과실수는 4.7개, 평균 276.13 g의 중량으로 나타났다. 대조구 대비 실험구에서 과실수는 34.
- 13 g의 중량으로 나타났다. 대조구 대비 실험구에서 과실수는 34.0 % 증가 하는 것으로 조사되었으며, 개당 평균 생체중량도 7.3 % 증가한 것으로 조사되었다. 통계분석은 생체중량 항목이 정규성을 만족하지 못하고 샘플의 수가 30개 미만으로 작기 때문에 비모수 통계검정인 맨-휘트니 검정을 실시하였다.
- 본 연구를 통해 생육⋅수확 모니터링 및 수질⋅토양 모니터링 분석결과, 지하수(원수)를 이용하여 재배한 경우보다 기수담수화 시스템의 처리수(제염된 관개용수)를 사용할 경우 생육 및 토양환경에서 염해의 집적이 매우 완화되어 나타났으며, 지속적으로 기수담수화 시스템의 처리수를 이용하여 관개할 경우 제염효과가 높을 것으로 예상되었다.
- 3 % 증가한 것으로 조사되었다. 생체중량에 대한 맨-휘트니 검정을 실시한 결과 생체중량이 유의수준 0.001 이내로 나타나 통계적으로 유의한 것으로 나타났다.
- , 2002)인 전기전도도 (EC)는 다소 차이가 있는 것으로 분석되었다. 실험구 관개용수의 평균 전기전도도는 0.30 dS/m로 양호한 것으로 분석되었으나, 대조구의 경우 FAO(2013), Sonneveld and Voogt (2009)가 제안하는 시설재배지에서의 관개용수 수질 가이드라인을 초과하는 2.12 dS/m로 사용상 제약이 있는 것으로 분석되었다. 치환성 양이온 Na+의 경우 평균 210.
- 염도 수준을 나타내는 전기 전도도 (EC)의 경우 시스템 처리수를 이용한 실험구에서 0.30 dS/m로 양호한 것으로 분석되었으나, 지하수를 이용한 대조구의 경우 수질 가이드라인을 초과하는 2.12 dS/m로 분석되었으며 수질분석 항목 중 pH, EC, NO3—N, Cl-, Ca2+, Mg2+, Na+ 등 11가지 항목은 통계적으로 유의 한 차이가 있는 것으로 분석되었다.
- 엽수, 엽장, 엽폭 등 생육 모니터링 결과를 살펴보면 실험구와 대조구에서 큰 차이를 보이지는 않았으나 대조구(지하수를 이용하여 재배한 경우) 염해피해가 육안으로 나타날 정도로 심각했으며, 실험구(기수담수화 시스템의 처리수를 이용하여 관개를 한 경우)에는 정상생육의 모습이 나타났고 수확한 애호박의 품질도 큰 차이를 보였다 (Fig. 5).
- 지하수로 재배한 9주의 대조구와 기수담수화 시스템의 처리수를 이용하여 재배한 9주의 실험구의 엽수, 엽장, 엽폭에 대한 측정값을 평균하여 비교한 결과 엽수는 대조구에서 61.5개, 실험구에서 63.5개로 나타나 실험구에서 2.0개 많은 것으로 조사되었다. 엽장의 경우 대조구와 실험구에서 각각 23.
- 치환성 양이온 Na+의 경우 평균 210.96 mg/l (대조구)에서 약 94.1 %가 저감된 12.55 mg/l (실험구)로 나타났고, 다른 양이온인 Ca2+, Mg2+, K+에서도 대조구에 비해 실험구에서 약 82.4 %, 98.5 %, 96.0 %가 저감되는 것으로 나타났다.
후속연구
- 본 연구를 통해 생육⋅수확 모니터링 및 수질⋅토양 모니터링 분석결과, 지하수(원수)를 이용하여 재배한 경우보다 기수담수화 시스템의 처리수(제염된 관개용수)를 사용할 경우 생육 및 토양환경에서 염해의 집적이 매우 완화되어 나타났으며, 지속적으로 기수담수화 시스템의 처리수를 이용하여 관개할 경우 제염효과가 높을 것으로 예상되었다. 또한, 관개 용수의 높은 염분농도로 인한 작물성장 저해 및 수확량 감소 등의 농작물 피해가 감소하고 간척농지의 활용성을 증대시킬 수 있을 것으로 기대된다.
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