[논문]강우 자료와 밭작물 물관리 지침서를 이용한 노지 밭작물의 관개 필요량 산정 연구

최용훈; 김영진; 김용원; 김민영; 전종길

doi:10.5389/ksae.2019.61.1.121

[국내논문] 강우 자료와 밭작물 물관리 지침서를 이용한 노지 밭작물의 관개 필요량 산정 연구
Irrigation Water Requirements for Upland Crops Using Rainfall Data and Water Management Guidelines 원문보기

한국농공학회논문집 = Journal of the Korean Society of Agricultural Engineers, v.61 no.1, 2019년, pp.121 - 130

최용훈 (Department of Agricultural Engineering, National Institute of Agricultural Sciences (NAS), Rural Development Administration (RDA)) , 김영진 (Department of Agricultural Engineering, National Institute of Agricultural Sciences (NAS), Rural Development Administration (RDA)) , 김용원 (Department of Agricultural Engineering, National Institute of Agricultural Sciences (NAS), Rural Development Administration (RDA)) , 김민영 (Department of Agricultural Engineering, National Institute of Agricultural Sciences (NAS), Rural Development Administration (RDA)) , 전종길 (Department of Agricultural Engineering, National Institute of Agricultural Sciences (NAS), Rural Development Administration (RDA))

Abstract ▼ AI-Helper

The purpose of this study is to determine the amount of irrigation water for upland crop growth based on the 30 year of historical rainfall data and the water management guidelines as a reference. Five regions and ten crops were selected by their cultivation size. The changes of soil moisture contents were calculated using daily mean rainfall and irrigation demand. This study assumed that crops are irrigated when the soil moisture contents fell below of the field capacity for more than 5 days, which is the drought condition defined by RDA. The maximum irrigation water requirements was 167.2 mm for chinese cabbage during the growing season, which was followed by corn (112.0 mm), daikon (102.3 mm), spinach (66.1 mm), lettuce (56.7 mm), pepper (46.5 mm), potato (33.9 mm), sweet tomato (27.4 mm), peanut (11.5 mm) and bean (10.3 mm), The results of this study could contribute to providing valuable data to determine the capacity of irrigation facilities and to establish the emergency operation plans under extreme unfavorable weather condition (heat wave, etc.) for crop growth.

Keyword

표/그림 (8)

그림 Fig. 1 Status of upland crop production by cultivation sizes
표 Table 1 Application area used for computing crop water requirements from the water management guidelines and weather station
그림 Fig. 2 Conceptual plot for the curve of soil moisture change
표 Table 2 Total and daily average of irrigation water by crops
그림 Fig. 3 Conceptual diagram of matching crop and application areas
표 Table 3 Calculation of duration (T, t) and amount (I_T, I_t) of irrigation required
그림 Fig. 4 Change of soil moisture content under the condition of irrigation required
그림 Fig. 5 Change of soil moisture content under the condition of no irrigation required

AI 본문요약
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문제 정의

따라서 본 연구에서는 우리나라의 주요 밭작물과 그 주산지에 대하여 밭작물 물관리 지침서에서 제공하는 관개량과 기상청에서 제공하는 강우량을 이용하여 평년 강우에 대해 추가적으로 필요한 관개용수량을 산정하였고, 관개가 필요한 시기 등을 분석하였다. 본 연구결과는 노지 밭작물을 재배하는 지역에서 효율적인 관개 계획을 수립하기 위해 필요한 용수량 및 저장 시설의 크기 등을 결정하는 기초 자료로 활용할 수 있을 것으로 판단된다.

가설 설정

(2012)은 지표에서 깊이 300 mm까지 작물의 뿌리가 가장 많이 존재하고 있다고 하였다. 이와 같은 기존 연구를 참고하여, 본 연구에서도 깊이 300 mm 토양의 수분함량이 유효수분의 50% 이하인 상태를 물이 부족 상태로 가정하였고, 물 부족이 5일 이상 지속되는 경우 반드시 관개가 필요한 것으로 설정하였다.
따라서 본 연구에서는 깊이 300 mm 토양의 수분함량이 포장용수량인 상태에서 파종 및 정식을 하고, 밭작물 물관리 지침서의 관개요구량만큼 토양 수분이 감소되며, 일평균 강우량만큼 토양 수분이 증가한다고 가정하였다 (Eq. 1).

제안 방법

또한 이 시기에 필요한 최소 관개량을 제시하였고, 토양수분함량이 낮은 환경이 10일 이상 지속될 경우에는 즉각적인 관수가 필요하다고 하였다. 실제 농경지에서 관개가 필요한 시기는 토양의 수분함량과 함께 작물의 생육상태도 중요한 요인으로 볼 수 있으나, 본 연구에서는 수치적으로 정량화가 가능한 토양수분함량에 초점을 맞추어 분석하였다.
토양의 유효수분함량은 토질에 따라 차이가 있으나, 본 연구에서는 우리나라의 밭 표토 토성 중에서 가장 많은 면적을 차지하고 있는 양토의 유효수분함량을 기준으로 관개필요량을 산정하였다 (RDA, 2018). 여기서, 300 mm 양토 토층의 유효수분함량은 Choi et al.
따라서 본 연구에서는 토양의 수분함량을 포장용수량까지 유지할 수 있는 관개필요량 (I_T)과 이 때의 물 부족 기간 (T) 그리고 토양수분함량이 유효수분의 50% 미만으로 떨어지지 않도록 요구되는 최소 관개필요량 (I_T), 그리고 그 때의 물 부족 기간 (t)를 산정하여 작물별 지역별로 필요한 관개용수를 확인하였다.

대상 데이터

, 2012), 경기도 수원 등 65개 지역과 봄 배추 등 36개 작물에 대한 정보를 제공하고 있다. 본 연구에서는 밭작물 물관리 지침서에 수록된 작물 중에서 3월부터 6월 사이에 파종 및 정식이 이루어지며, 재배지역이 노지인 밭작물 (재배면적 순: 콩, 고추, 배추, 감자, 무, 고구마, 옥수수, 시금치, 상추, 땅콩)을 대상 작물로 선정하였다. 2015년 기준 작물별 전국 재배면적에서 콩의 재배면적이 56,500 ha로 가장 컸고, 땅콩의 재배면적이 2,373 ha로 가장 작게 나타났으며, 작물별로 재배 면적의 차이가 큰 것으로 나타났다(Fig.
1). 그러나 노지 밭작물의 물 부족 현상이 전국재배면적의 영향을 받는다고 할 수 없으며, 연구 결과의 신뢰성을 높이기 위해 면적에 관계없이 10개 작물을 모두 분석하였다.
선정된 작물의 주산지는 2015년 기준 시군별 통계연보의 작물 재배 면적을 기준으로 상위 5개 지역으로 선정하였다. 시군별 작물재배 면적 통계의 특성상 봄배추-가을배추와 같이 계절적으로 재배 시기가 다른 동일 작물의 재배면적 및 노지와 시설 등 재배방식에 따른 면적을 분리할 수 없기 때문에 주산지 결정에서 재배 시기와 재배 환경에 대한 영향을 고려할 수는 없었다.
시군별 작물재배 면적 통계의 특성상 봄배추-가을배추와 같이 계절적으로 재배 시기가 다른 동일 작물의 재배면적 및 노지와 시설 등 재배방식에 따른 면적을 분리할 수 없기 때문에 주산지 결정에서 재배 시기와 재배 환경에 대한 영향을 고려할 수는 없었다. 작물별로 선정된 주산지가 밭작물 물관리 지침서에 수록되어 있지 않거나, 강우 관측소가 없는 경우에는 인접한 지역의 자료를 활용하였다. 예를 들어, 콩의 재배 면적 상위 5개 지역 중에서 무안은 밭작물 물관리 지침서에 수록되어 있지 않고, 강우를 관측하는 지역이 아니기 때문에 인접 지역인 함평 또는 목포의 자료를 적용하였다 (Table 1).
강우량은 기상청에서 제공하는 자료 중에서 지역 단위로 30년 이상 관측된 일 강우량 자료를 활용하여, 평균 일일 강우량으로 환산하였다. 주산지가 물관리 지침서에 수록되지 않은 경우 또는 강우관측 자료가 없는 경우에는 주산지와 인접한 지역의 밭작물 물관리 지침서 및 강우 자료를 활용하였다.
강우량 관측지역과 밭작물 물 관리 지침서 수록 지역을 기준으로 콩 등 10개 작물에 대하여 99개의 지역을 대상으로 작물 재배기간 동안 필요한 관개량을 산정하였다. 재배 지역에 따라서 관개 필요량의 차이는 크게 나타났으나, 콩, 감자, 고구마 그리고 땅콩 재배지역과 같이 관개 요구량을 평균적인 강우로 해결 할 수 있는 지역도 존재하는 것으로 분석되었다.
작물-주산지-밭작물 물관리 지침 적용지역-강우 적용지역 순서로 연결하여 콩 9지역, 고추 9지역, 배추 22지역 (4월과 5월 파종 각 11지역), 감자 8지역, 무 9지역, 고구마 11지역, 옥수수 9지역, 시금치 9지역, 상추 7지역 그리고 땅콩 6지역등 주요 작물의 강우량 및 관개요구량 파악을 위해 총 99개 지역의 자료를 분석하였다 (Fig. 3).

성능/효과

마지막으로 유효토양수분함량이 50% 이하로 내려가지 않아 최소 관개필요량 (IT)이 ‘0’으로 산정되는 콩 (안동), 고추 (봉화), 배추 (해남, 평창), 고구마 (여주), 옥수수 (정선), 시금치 (신안), 땅콩 (고창)과 같은 경우도 존재하였다 (Fig. 5).
두 번째로 콩, 고추, 고구마, 옥수수의 경우에는 관개요구량보다 재배시기에 발생하는 강우량이 더 많았으나, 토양수분이 포장용수량 이하로 떨어져 관개용수가 필요한 기간이 발생하는 것으로 분석되었다 (Fig. 4-b). 이는 관개가 필요한 시기에 강우가 발생하지 않거나 강우량이 적다는 것을 의미한다.
강우량 관측지역과 밭작물 물 관리 지침서 수록 지역을 기준으로 콩 등 10개 작물에 대하여 99개의 지역을 대상으로 작물 재배기간 동안 필요한 관개량을 산정하였다. 재배 지역에 따라서 관개 필요량의 차이는 크게 나타났으나, 콩, 감자, 고구마 그리고 땅콩 재배지역과 같이 관개 요구량을 평균적인 강우로 해결 할 수 있는 지역도 존재하는 것으로 분석되었다. 작물별로 물 부족은 배추, 옥수수, 무, 시금치, 상추 그리고 고추 순으로 심각하게 나타났으며, 배추-삼척-삼척-정선에서 재배기간동안 167.
관개가 필요한 시기에 따라 재배기간 동안 지속적으로 강우량이 부족해 관개가 필요한 경우와 일정 시기에 한시적으로 강우가 부족한 경우로 분류 할 수 있었다. 배추, 감자, 무, 시금치 그리고 상추는 지속적으로 강우량이 부족하여 재배 중반기를 지나면서 물 부족이 심각해지는 것으로 분석되었다. 반면 콩의 안동지역 재배와 고추, 고구마 그리고 옥수수는 한시적으로 관개가 필요한 것으로 나타났다.
배추, 감자, 무, 시금치 그리고 상추는 지속적으로 강우량이 부족하여 재배 중반기를 지나면서 물 부족이 심각해지는 것으로 분석되었다. 반면 콩의 안동지역 재배와 고추, 고구마 그리고 옥수수는 한시적으로 관개가 필요한 것으로 나타났다. 지속적으로 강우량이 부족한 배추와 감자 등의 경우에는 용수 저장시설을 구비하고, 저장능력에 맞춰 지속적인 용수의 확보가 필요할 것으로 판단된다.
작물의 총 관개요구량은 시금치 163.5 mm∼고추 579.7 mm로 작물별로 큰 차이를 나타냈으나, 일평균 관개요구량은 감자 3.3 mm/day∼옥수수 4.2 mm/day (전체 작물 평균 3.6 mm/day, 표준편차 0.3, 변동계수 0.08)로 큰 차이가 나타나지는 않았다.
감자는 안성 지역에서 약 34 mm/T, 무는 제주도 41 mm/T, 고창 102 mm/T, 포천 82 mm/T, 고구마는 여주와 고창 지역에서 9 mm/T와 27 mm/T, 옥수수는 충주 36 mm/T, 철원 41 mm/T, 괴산 43 mm/T, 정선 112 mm/T, 시금치는 포천 33 mm/T, 신안 28 mm/T, 포항 66 mm/T, 상추는 이천 57 mm/T, 남원 28 mm/T, 논산 48 mm/T, 용인 55 mm/T, 땅콩은 고창 지역에서 12 mm/T가 필요한 것으로 분석되었다 (Table 3).
밭작물 물관리 지침서에 제시된 관개간격은 작물의 생육시기에 따라 다르지만 평균적으로 시금치 4.5일∼땅콩 10.6일로 작물에 따른 차이가 나타났다 (Table 2).
토양의 수분함량을 포장용수량까지 유지할 수 있는 관개 필요량(I_T)은 콩의 경우 주산지 5곳 가운데 안동 지역에서 약 10 mm/T (여기서, 10 mm/T는 T일 동안 10 a의 관개 면적에 10 ton의 관개용수가 필요하다는 것을 의미하며, T는 Table 2에 보여지는 것과 같이 지역과 작물에 따라 다름), 고추는 영양 34 mm/T, 안동 30 mm/T, 봉화 14 mm/T, 고창 47 mm/T가 필요한 것으로 나타났다. 배추는 파종시기에 따라 4월과 5월로 구분하였으며, 4월 파종 배추는 해남 20 mm/T, 삼척 167 mm/T, 평창 68 mm/T, 순창 74 mm/T, 정선 162 mm/T로 대상 작물 가운데 가장 많은 관개용수가 필요한 작물인 것으로 나타났다.
작물/주산지별 관개필요량 산정 결과 세가지 경향으로 분류되었다. 첫 번째로 배추, 감자, 무, 시금치, 상추의 경우에는 관개요구량보다 재배시기에 발생하는 강우량이 적은 경향이 나타났으며, 부족한 강우량만큼의 관개용수 공급이 필요한 것으로 분석되었다 (Fig. 4-a). 또한 관개요구량-강우량 누적곡선에서 재배기간 경과함에 따라 토양수분이 포장용수량 이하로 떨어지는 경향이 나타났다.
4-a). 또한 관개요구량-강우량 누적곡선에서 재배기간 경과함에 따라 토양수분이 포장용수량 이하로 떨어지는 경향이 나타났다. 따라서 용수확보를 통해 작물 생육 중반기 이후의 충분한 관개가 필요할 것으로 판단된다.

후속연구

따라서 본 연구에서는 우리나라의 주요 밭작물과 그 주산지에 대하여 밭작물 물관리 지침서에서 제공하는 관개량과 기상청에서 제공하는 강우량을 이용하여 평년 강우에 대해 추가적으로 필요한 관개용수량을 산정하였고, 관개가 필요한 시기 등을 분석하였다. 본 연구결과는 노지 밭작물을 재배하는 지역에서 효율적인 관개 계획을 수립하기 위해 필요한 용수량 및 저장 시설의 크기 등을 결정하는 기초 자료로 활용할 수 있을 것으로 판단된다.
5). 하지만 단순히 과거 자료의 통계를 이용해 분석된 결과이므로, 강우량이 평년에 비하여 부족할 경우를 대비한 용수확보는 필요할 것으로 보여진다.
한시적으로 관개용수가 필요한 콩과 고추 등의 경우에는 재배 준비기간동안 충분한 용수를 확보해 두고 필요한 시기에 사용하는 것이 효율적일 것으로 판단된다. 본연구에서는 장기간의 강우자료를 통하여 평균 강우량을 분석한 결과이므로 추가적인 관개가 필요하지 않다고 분석된 작물의 경우에도 예기치 못한 물 부족의 발생을 대비하기 위한 관개용수의 확보가 필요하다고 사료된다. 또한 충분한 관개용수를 확보하지 못하는 경우에는 유효토양수분함량이 50% 이하로 떨어지지 않도록 관개하여 작물의 시듦을 방지할 필요가 있다.
본 연구는 산정된 관개필요량은 밭작물 물관리 지침서에 명시된 재배기간동안의 과거 강우량 자료를 활용하여 통계적으로 접근한 결과이기 때문에 지역별, 작물별, 재배기간 그리고 토성 등의 차이를 모두 반영하는 결과는 아니다. 그러나본 연구와 같이 장기 관측된 강우 자료를 바탕으로 재배기간 동안의 강우 패턴을 분석하여 작물별로 물이 부족한 시기 및 필요한 관개 용수량 등을 산정하면, 필요한 관개용수의 확보 방안 마련, 저장 시설 규모의 적정 설계, 보관 또는 활용 계획 등을 수립 할 수 있다. 이러한 일련의 과정을 통해 물 부족에 대비하는 노지 밭작물 재배 계획에 대한 정보를 제공 할 수있을 것으로 기대된다.
그러나본 연구와 같이 장기 관측된 강우 자료를 바탕으로 재배기간 동안의 강우 패턴을 분석하여 작물별로 물이 부족한 시기 및 필요한 관개 용수량 등을 산정하면, 필요한 관개용수의 확보 방안 마련, 저장 시설 규모의 적정 설계, 보관 또는 활용 계획 등을 수립 할 수 있다. 이러한 일련의 과정을 통해 물 부족에 대비하는 노지 밭작물 재배 계획에 대한 정보를 제공 할 수있을 것으로 기대된다.

질의응답

핵심어	질문	논문에서 추출한 답변
	밭작물 물관리 지침서란 무엇인가?	밭작물 물 관리와 관련된 다양한 연구들이 진행된 가운데 농업인에게 보급된 농촌진흥청의 밭작물 물관리 지침서 (Eom et al., 1999)는 작물별, 생육시기별, 지역별로 관개 시기와 간격 그리고 1회 관개량 등의 정보를 토양 종류에 따라 물관리가 이루어질 수 있도록 정보를 제공하고 있다. 이를 통해 작물의 재배에 필요한 총 용수량 또는 시기별 용수량 등을 개략적으로 산정할 수 있게 되었다.
	효율적인 물관리 방안을 위해 알아봐야 할 특성은 무엇인가?	수자원의 변동성 증가에 따라 노지 밭작물에 큰 영향을 미칠 수 있기 때문에 기상 및 기후 특성, 작물의 종류, 지역 특성에 따라 효율적인 물관리 방안이 수립되어야 한다고 하였다 (Shin, 2017). 밭작물의 물 관리와 관련된 연구는 관개용수량 산정 방법 연구 (Suh and Lee, 2002; Hong et al.
	용수 확보를 위해서 결정되어야 하는 것은 무엇인가?	, 2018). 이처럼 용수 확보가 우선적으로 필요한 지역에서는 작물에 필요한 용수량을 산정하고, 용수를 저장하는 적절한 시설의 규모 또는 적정 보관량 등이 먼저 결정되어야 한다. 농업용수의 저장 규모가 합리적으로 결정되어야 시설투자에 대한 부담이 적어질 수 있기 때문이다.

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표제어: PCR

동의어: Packet Collision Rate

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용어 설명: PCR은 세균 특이성이 있는 primer를 이용하여 적은 수의 세균이 있을지라도 쉽게 검출할 수 있는 유용한 방법이며, 이를 이용하여 구강 내 치면세균막이나 타액에서 직접 세균을 검출할 수 있게 되었다[8].

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