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문제 정의
- 본 시험은 포장 경사도의 공간변이 영향을 적절히 평가하기 위하여 랜덤화 완전 블록 설계에 기초하여 수행하였다. 강우 지표 유출수 중의 수질오염물질 농도, 유출수량 및 토양유실량의 처리(침사구 vs.
- 그러나 토양유실과 수질오염물질 유출 경감을 촉진하기 위해서는 농경지 내에서 유출수의 침투를 조장하여 유출수량을 감소시켜 침사구의 저류여력을 확보하는 등 저류⋅침전기능 개선이 필요하다. 본 연구는 강우에 따른 경사지 밭의 지표유출수량, 수질오염물질 유출 및 토양유실에 대한 침사구 조성 효과를 검토하고, 경운관리조건에 따른 차이를 평가할 목적으로 2018년과 2019년 옥수수 작기에 수행하였다.
제안 방법
- 2018년 및 2019년 옥수수 파종(또는 정식) 전 총 336 m2 (19.0 m × 3.5 m)의 시험구를 6개의 블록(56 m2 : 16 m × 3.5 m)으로 구획한 다음, 3개 블록의 경사면 말단부에 소규모 침사구(L1.5 m × W1.0 m × D0.5 m= 0.75 m3 )를 조성하고, 나머지 3개의 블록을 대조구로 하였다(Fig. 1).
- 1). 2018년과 2019년 강우 유출에 따른 토양유실량은 시험 종료시점에서 침사구 바닥에 퇴적한 토양을 회수하여 평가하였다. 즉, 대조구에서 발생하는 토양유실량은 침사구에 퇴적한 토양에 상당하는 것으로 간주하고, 침사구로부터 회수한 토양의 건조중량을 계측한 다음, 단위면적당 토양유실량으로 환산하여 나타내었다.
- 2018년에는 강우 지표 유출수 중에 포함된 수질오염물질의 농도에 초점을 맞추어 실험을 수행하였고, 강우 유출수량은 계측하지 않았다. 유출수 중에 포함된 수질오염물질 농도를 측정하기 위하여 유출수가 발생하는 강우사상 마다 강우 시 침사구 및 대조구의 유출수 채수통으로 유입되는 유출수를 채수하여 냉장보관(5℃)하여 분석에 사용하였다.
- 침사구 및 대조의 옥수수 재배 시험구는 강우 지표 유출수량의 경운방법에 따른 차이를 평가하기 위하여 2018년에는 천경로터리(25 cm) 후, 물결형 플라스틱 격자판을 12∼20 cm 깊이로 설치하여 강우 지표유출수의 상호 간섭을 차단하였다. 경운방법에 따른 강우 지표유출수량 시험은 동일 시험연도에 실시하는 것이 가장 이상적이나, 본 시험에 이용할 수 있는 경사 시험포장의 한계 때문에 부득이 시험연도를 달리하여 수행하였다. 그러나 기상학적 측면에서 강우 지표 유출수량은 주로 시험연도의 강우특성을 반영하여 나타나기 때문에(Shin et al.
- 2018년과 2019년 강우 유출에 따른 토양유실량은 시험 종료시점에서 침사구 바닥에 퇴적한 토양을 회수하여 평가하였다. 즉, 대조구에서 발생하는 토양유실량은 침사구에 퇴적한 토양에 상당하는 것으로 간주하고, 침사구로부터 회수한 토양의 건조중량을 계측한 다음, 단위면적당 토양유실량으로 환산하여 나타내었다.
대상 데이터
- 2018년 시험의 옥수수(품종: 일미찰) 파종은 5월 1일에 실시하고, 조류피해에 의한 결주는 동일한 날짜에 별도의 육묘상자에 파종⋅육묘한 묘를 이용하여 보식하였다.
- 본 시험은 2018년 및 2019년 옥수수 작기에 전남대학교 농업실습교육원 경사(경사도 3%) 전작포장에서 수행하였다. 2018년 및 2019년 옥수수 파종(또는 정식) 전 총 336 m2 (19.
- 본 연구의 2019년 시험은 심경(>25 cm) 조건에 수행하였고, 천경 (<12 cm)조건에서 수행한 2018년 보다 대조구의 수질농도가 개선되었을 뿐 아니라, 지표수의 침사구 유입량이 적어 침사 구 용량을 초과한 유출이 단 1회 발생하였다(Table 4).
- 2018년에는 강우 지표 유출수 중에 포함된 수질오염물질의 농도에 초점을 맞추어 실험을 수행하였고, 강우 유출수량은 계측하지 않았다. 유출수 중에 포함된 수질오염물질 농도를 측정하기 위하여 유출수가 발생하는 강우사상 마다 강우 시 침사구 및 대조구의 유출수 채수통으로 유입되는 유출수를 채수하여 냉장보관(5℃)하여 분석에 사용하였다. 유출수 중의 고형부유 물질(SS) 전질소(TN), 총인(TP) 및 총유기탄소(TOC)농도를 수질오염공정시험기준(Ministry of Environment, 2017)에 따라 정량하였다.
데이터처리
- 본 시험은 포장 경사도의 공간변이 영향을 적절히 평가하기 위하여 랜덤화 완전 블록 설계에 기초하여 수행하였다. 강우 지표 유출수 중의 수질오염물질 농도, 유출수량 및 토양유실량의 처리(침사구 vs. 대조구) 간 통계적 유의성은 STATISTIX 7을 이용, General Linear 분산분석모형을 작성하여 검증하였다. 처리평균 간에는 최소유의차를 검증하여 통계적 유의성을 확인하였다.
- 대조구) 간 통계적 유의성은 STATISTIX 7을 이용, General Linear 분산분석모형을 작성하여 검증하였다. 처리평균 간에는 최소유의차를 검증하여 통계적 유의성을 확인하였다.
이론/모형
- 유출수 중에 포함된 수질오염물질 농도를 측정하기 위하여 유출수가 발생하는 강우사상 마다 강우 시 침사구 및 대조구의 유출수 채수통으로 유입되는 유출수를 채수하여 냉장보관(5℃)하여 분석에 사용하였다. 유출수 중의 고형부유 물질(SS) 전질소(TN), 총인(TP) 및 총유기탄소(TOC)농도를 수질오염공정시험기준(Ministry of Environment, 2017)에 따라 정량하였다. 2019년에는 강우 지표 유출수량을 계측하기 위하여 침사구와 대조구의 채수통에 자동식 탁수용 수중펌프 2대씩을 설치하고 각각 디지털 수도미터를 통하여 강제 배수시켜 유출수량을 계측하였다(Fig.
성능/효과
- 침사구조성에 의한 수질농도 저감효과의 통계적 유의성은 시험연차와 강우시기⋅특성 및 오염물질의 종류에 따라 크게 달랐으며, 수질농도 저감효과가 늘 발생하지는 않았다. 2018년 시험에서 수질 농도 계측 전체를 통한 침사구의 SS, T-N, T-P 및 TOC 평균저감효과는 각각 87.3%, 27.8%, 15.9% 및 60.6%였으며, SS 저감효과가 가장 탁월하였다. 2019년 시험에서는 SS, T-N, T-P 및 TOC 각각 86.
- 6%였으며, SS 저감효과가 가장 탁월하였다. 2019년 시험에서는 SS, T-N, T-P 및 TOC 각각 86.6%, 80.0%, 76.7% 및 92.1%의 평균 저감효과를 나타내어 수질농도의 저감효과가 2018년보다 대체로 컸으며, 수질농도도 2018년보다 크게 낮았다(Table 4). 그러나 강우량이 많거나 강우강도가 높아서 대량의 지표수가 침사구에 유입되어 침사구의 용량(0.
- 강우에 따른 경사지 밭의 지표 유출수량, 수질오염물질 유출 및 토양유실에 대한 침사구 조성 효과를 검토한 결과, 시험기간 중 침사구의 강우유출 횟수(1회)는 대조구(5회)의 20%수준으로 저감되었다. 또 유입수량이 침사구의 용량을 초과하여 월류 유출된 경우에도 대조구 대비 45%수준으로 저감되어 침사구의 지표 유출 저감효과가 크게 인정되었다.
- 6 mm)의 45%수준으로 경감되었으며, 그 외의 강우사상에 의한 침사구의 강우유출은 발생하지 않았다. 대조구의 최대 강우유출은 약 12시간의 강우지속과 시간당 28.6 mm 의 강우강도를 기록하며 61.6 mm의 강우량을 기록한 7월27일을 포함한 7월26일~28일의 87.5 mm 강우사상에서 관찰되었다(Table 3). 본 연구의 결과에서는 강우량이 비교적 적거나 강우강도가 낮은 강우사상의 경우, 침사구에 유출수를 가두어 둠으로써 강우유출 저감 효과가 특히 탁월(100%)하며, 시간당 28 mm이상의 강우강도를 갖는 강우량 80 mm 이상의 강우사상에서도 50%이상의 강우유출 경감효과가 인정되었다.
- 따라서 수질농도의 안정적인 저감효과 확보에는 중⋅대형 침사구 조성이 유리할 것으로 판단되었다.
- 강우에 따른 경사지 밭의 지표 유출수량, 수질오염물질 유출 및 토양유실에 대한 침사구 조성 효과를 검토한 결과, 시험기간 중 침사구의 강우유출 횟수(1회)는 대조구(5회)의 20%수준으로 저감되었다. 또 유입수량이 침사구의 용량을 초과하여 월류 유출된 경우에도 대조구 대비 45%수준으로 저감되어 침사구의 지표 유출 저감효과가 크게 인정되었다. 수질농도 저감에 대한 침사구 조성 효과도 대체로 인정되었으나, 대량의 지표수가 유입되어 침사구로부터 심한 유출이 발생하는 경우에는 수질농도 저감효과를 기대할 수 없었다.
- 본 연구에서는 지표피복을 실시하지 않았으나, 2019년 작기에 심경 (>25 cm)에 의하여 일반적으로 유도되는 토양용적밀도의 감소(Kribaa et al., 2001; Mohammadshirazi et al., 2016) 가 지표수의 침투를 증대시켜 유출수를 크게 경감시키고, 결과적으로 침사구 조성에 의한 유출 저감효과를 증대시킨 것으로 판단되었다.
- 7%로 증가한다고 하였다. 본 연구에서는 침사구에 퇴적한 토양이 대조구에서 모두 유실된 것으로 간주할 때, 천경의 경우보다 심경의 경우에 토양유실 저감효과의 현저한 증가가 시사되었다. 그러나 Tebrügge와 Düring (1999)은 무 경운은 토양수분보유능을 높여 관행경운보다 토사유실 및 강 우유출수를 감소시킨다고 보고하여 본 연구 결과와 대립되었다.
- 5 mm 강우사상에서 관찰되었다(Table 3). 본 연구의 결과에서는 강우량이 비교적 적거나 강우강도가 낮은 강우사상의 경우, 침사구에 유출수를 가두어 둠으로써 강우유출 저감 효과가 특히 탁월(100%)하며, 시간당 28 mm이상의 강우강도를 갖는 강우량 80 mm 이상의 강우사상에서도 50%이상의 강우유출 경감효과가 인정되었다. 이는 3개의 지표피복 조건(관행, 볏짚, 볏짚거적)의 침사구 연구에서 보고된 평균 유출 저감효과 64.
- 본 연구의 2019년 시험은 심경(>25 cm) 조건에 수행하였고, 천경 (<12 cm)조건에서 수행한 2018년 보다 대조구의 수질농도가 개선되었을 뿐 아니라, 지표수의 침사구 유입량이 적어 침사 구 용량을 초과한 유출이 단 1회 발생하였다(Table 4). 이러한 결과는 심경에 의하여 토양용적밀도가 감소하고 강우의 침투가 조장되어 지표유출이 감소한 결과로 판단되었으며, 심경과 조합한 침사구에 의한 강우유출 및 수질농도 저감 효과의 증대 가능성이 시사되었다. 한편, Lee 등(2015)은 관행경운조건보다 무경운조건에서 강우유출수와 비점오염부하 저감에 효과가 있는 것으로 보고하여 본 연구 결과와 대조를 이루었다.
- 35 kg (천경포장: 2018)의 토양유실이 방지되었고, 시험포장 경운방법에 따른 침사구의 토양유실 방지효과에 큰 차이가 인정되었다. 이상의 결과로부터 경사지 밭에 침사구를 조성하여 비점 오염물질의 유출을 저감시켜 농업용수의 수질오염을 방지하려는 농업환경보전프로그램 실천 활동은 유효하며, 그 효과 증대를 위해서는 농경지 규모에 상응한 규모의 침사구 조성 필요성이 시사되었다.
- 침사구조성에 의한 수질농도 저감효과의 통계적 유의성은 시험연차와 강우시기⋅특성 및 오염물질의 종류에 따라 크게 달랐으며, 수질농도 저감효과가 늘 발생하지는 않았다.
후속연구
- 그러나 Lee 등(2015)의 연구에서는 관행경운의 경우 무경운과 달리 두둑과 이랑을 조성함으로써 강우유출이 두둑과 이랑을 조성하지 않은 무경운조건에서 보다 과대평가되었을 가능성을 배제할 수 없다. 따라서 무경운, 관행경운, 천경 및 심경 등의 경운방법과 이랑과 두둑의 조성여부에 따른 강우유출과 수질오염부하 변동량 평가에 대한 상세한 추가 연구가 필요할 것으로 판단되었다.
- 그러나 Tebrügge와 Düring (1999)은 무 경운은 토양수분보유능을 높여 관행경운보다 토사유실 및 강 우유출수를 감소시킨다고 보고하여 본 연구 결과와 대립되었다. 따라서 무경운을 포함한 다단계의 경운방법별(무경운, 천경, 관행경운 및 심경) 침사구의 토양유실 저감효과에 대한 종합적인 후속 연구가 필요할 것으로 판단되었다.
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