[논문]소석회를 이용한 급경사 농경지 토양유실 저감

고일하; 유찬; 박미정; 지원현

doi:10.7857/jsge.2019.24.2.001

소석회를 이용한 급경사 농경지 토양유실 저감
Reduction of Soil Loss from Sloped Agricultural Field by using Hydrated Lime 원문보기

지하수토양환경 = Journal of soil and groundwater environment, v.24 no.2, 2019년, pp.1 - 7

고일하 (환경기술정책연구원) , 유찬 (경상대학교 지역환경기반공학과) , 박미정 (한국광해관리공단 기술연구센터) , 지원현 (한국광해관리공단 기술연구센터)

Abstract ▼ AI-Helper

The feasibility of using hydrated lime ($Ca(OH)_2$) was assessed in reducing soil loss in sloped land under field condition. During 6-month monitoring from May to October, amendment of hydrated lime (3%, w/w) to a test plot decreased soil loss by 76% as compared to the unamended plot. However, the growth of natural vegetation was hampered by hydrated lime addition due to pH increase. Hydrated lime can be used as an effective agent to prevent soil loss in sloped land, but additional treatments are needed to preserve vegetation growth, especially in crop fields.

주제어

표/그림 (5)

그림 Fig. 1. Photograph of the field experimental plot.
표 Table 1. Physicochemical properties of upland soil in the field experimental plot
그림 Fig. 2. The variation of soil loss in the field experimental plot.
그림 Fig. 3. Photograph of natural vegetation occurrence in field experimental plot.
그림 Fig. 4. The variation of chemical properties of soil in field experimental plot.

AI 본문요약
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문제 정의

기존 토양유실과 관련한 연구는 주로 토양유실량 평가나 완충식생대 및 승수로와 같은 토양입자의 물리적 유실 억제 방안 검토를 목적으로 하였다. 이에 비해 토양 입자의 응집력 향상(입단개선)을 위해 유실억제제를 이용하는 화학적 처리방안은 아직 많은 연구가 이루어지지 않았다.
시험구 조성 후 별도의 농작물 식재는 하지 않았다. 다만, 모니터링 기간동안 복토층 내 잡풀과 같은 자연발생 식생에 대해서 별도의 제초작업을 하지 않아 식생에 의한 유실저감 효과까지 고려가 가능하도록 하였다.
본 연구에서는 평균 25%의 경사도를 가진 농경지(밭)를 대상으로 광해방지사업(토양개량 · 복원사업)을 모사한 현장 시험구를 대상으로 소석회(Ca(OH)2)의 토양 유실억 제제 적용성을 검토하였다.
(2009)은 토양 자체의 응집력 향상을 위해 토양개량제로서 고분자응집제인 Polyacrylamide (PAM)의 적용성을 검토한 바 있다. 이러한 토양유실 연구는 토양유실 저감을 통해 농경지(밭) 토양환경의 퇴화 방지, 댐이나 호소로 유입되는 현탁입자로 인한 저수용량의 감소, 부영향화 발생억제 등과 같은 수환경의 문제해결을 목적으로 한다(Park et al., 2011).
이에 비해 토양 입자의 응집력 향상(입단개선)을 위해 유실억제제를 이용하는 화학적 처리방안은 아직 많은 연구가 이루어지지 않았다. 이에 본 연구에서는 실제 폐광산 지역 급경사 농경지에 소석회(Ca(OH)₂)가 투여된 시험구를 조성하여 토양유실 억제효과를 검토하였다. 토양유실 억제제로서 석회물질의 적용성은 선행연구(Hwang et al.
따라서 실험대상 현장에서 두 종류의 유실억제제를 적절하게 혼용하였다면, 자연식생 성장 측면에서 보다 좋은 결과를 도출했을 것으로 판단된다. 즉, 식물성장의 적정 산도를 유지하도록 토양 내 소석회 투여량을 낮추고, 유기퇴비를 추가투여함으로써 토양의 비옥도를 높임과 동시에 토양입단 형성과 식생의 활착(토양 피복정도) 증가를 유도하는 것이다.

제안 방법

4에 나타내었다. 관측항목은 토양의 pH, 전기전도도(electrical conductivity, EC), 유기물 함량 (organic matter, OM), 칼슘(Ca) 농도 등 4개 항목이다.
5%의 경사를 가진 밭이다. 대상 농경지 토양 상부에 40 cm 두께의 복토를 하는 방식으로 2기의 시험구를 조성하였다. 시험 구는 폭 4 m, 경사장 22 m의 크기이며, 강우 발생 시 유거수의 유입수로, 유거수 중 토사를 1차로 걸러주는 격벽 수로, 시험구 외곽 하류부의 침사지(침사통)로 구성되었다(Fig.
시험구 내 토양이 강우에 의해 유실되면 시험구 하단의 수로를 통해 침사지(침사통)에 포집된다. 따라서 주기적인 방문을 통해 유실된 토양을 수거하여 무게를 측정하였고, 이를 통해 침사지로의 유실토양 이동통로 또한 확보하였다. 아울러 강우에 따른 토양유실 정도 비교를 위해 모니터링 기간 중 지속적으로 제천시 수산면 지역의 기상청 강우량 관측 자료를 수집하였다.
현장조사에 사용한 장치는 DJI사의 제품 (Phantom 4 pro)이다. 시간경과에 따른 식생현황의 비교를 위해 월 1회 빈도로 동일위치의 일정고도에서 촬영을 하였다.
시험구 2기의 경사도를 평균 25%로 설정하였고, 대조구(control, 복토)와 처리구(amended, 복토 + 유실억제제 처리)로 구분하였다. 복토재는 점토함량 20%의 사질식양토(sandy clay loam)이며, 유기물 함량 1%, pH 7.
토양 유실량 평가는 시험구 조성 후 3개월 경과시점인 2018년 5월부터 10월까지 6개월 동안 월 1회 현장을 방문하여 시험구 내 유실된 토양의 무게를 측정하는 것으로 진행하였다. 이는 유실억제제의 안정화 기간 및 갈수기를 고려한 것이다.
항목측정 시 pH와 전기전도도는 수질측정기(model Orion star, Thermo SCIENTIFIC)를, 칼슘의 정량분석엔 ICPOES(model 7300DV, Perkin-Elmer Inc.)를 이용하였다.
현장 시험구 운영에 따른 자생식물의 발생 및 성장현황 등 자연식생의 분포를 확인하기 위해 무인비행장치 (unmanned aerial vehicle, UAV)를 이용한 공중촬영을 실시하였다. 현장조사에 사용한 장치는 DJI사의 제품 (Phantom 4 pro)이다.

대상 데이터

시험구 2기의 경사도를 평균 25%로 설정하였고, 대조구(control, 복토)와 처리구(amended, 복토 + 유실억제제 처리)로 구분하였다. 복토재는 점토함량 20%의 사질식양토(sandy clay loam)이며, 유기물 함량 1%, pH 7.8의 약알칼리성 토양이었다(Table 1). 농작물 재배관점의 적정 토성은 사양토(sandy loam)~식양토(clay loam)이며, 유기물 함량은 밭토양인 경우 2%~3%이다(Yang et al.
시간경과에 따른 시험구 내 토양의 이화학 특성변화를 검토하기 위해 토양 유실량 측정 시 실내분석용 시료를 채취하였다. 시료는 시험구 내 상류부와 하류부 2개 지점에서 채취한 심도 10 cm 이내의 표토이다.
시간경과에 따른 시험구 내 토양의 이화학 특성변화를 검토하기 위해 토양 유실량 측정 시 실내분석용 시료를 채취하였다. 시료는 시험구 내 상류부와 하류부 2개 지점에서 채취한 심도 10 cm 이내의 표토이다. 본 시료를 대상으로 토양화학분석법(NAAS, 2010)에 따라 pH와 전기 전도도(electrical conductivity, EC), 유기물(organic matter, OM) 및 칼슘(Ca) 함량 등을 측정 · 분석하였다.
대상 농경지 토양 상부에 40 cm 두께의 복토를 하는 방식으로 2기의 시험구를 조성하였다. 시험 구는 폭 4 m, 경사장 22 m의 크기이며, 강우 발생 시 유거수의 유입수로, 유거수 중 토사를 1차로 걸러주는 격벽 수로, 시험구 외곽 하류부의 침사지(침사통)로 구성되었다(Fig. 1).
따라서 주기적인 방문을 통해 유실된 토양을 수거하여 무게를 측정하였고, 이를 통해 침사지로의 유실토양 이동통로 또한 확보하였다. 아울러 강우에 따른 토양유실 정도 비교를 위해 모니터링 기간 중 지속적으로 제천시 수산면 지역의 기상청 강우량 관측 자료를 수집하였다.
처리구에 적용된 유실억제제는 CaO함량 70% 이상의 소석회(Ca(OH)2)로 복토재 심도 20 cm 기준으로 무게비 대비 3%가 교반 · 혼합되었다.
충북 제천시 수산면 지역 내 폐광산 주변 농경지에 시험구를 조성하였다. 해당 농경지는 24.
현장 시험구 운영에 따른 자생식물의 발생 및 성장현황 등 자연식생의 분포를 확인하기 위해 무인비행장치 (unmanned aerial vehicle, UAV)를 이용한 공중촬영을 실시하였다. 현장조사에 사용한 장치는 DJI사의 제품 (Phantom 4 pro)이다. 시간경과에 따른 식생현황의 비교를 위해 월 1회 빈도로 동일위치의 일정고도에서 촬영을 하였다.

이론/모형

본 시료를 대상으로 토양화학분석법(NAAS, 2010)에 따라 pH와 전기 전도도(electrical conductivity, EC), 유기물(organic matter, OM) 및 칼슘(Ca) 함량 등을 측정 · 분석하였다.

성능/효과

6배 증가하였다. 따라서 대조구의 8월토양 유실량은 7월 대비 급격한 증가가 예상되었으나 실제 나타난 유실량은 173 kg에서 38 kg으로 오히려 78% 감소한 것으로 나타났다. 또한 대조구의 8월 유실량 38 kg 은 동일시기 처리구의 유실량인 36 kg과 비교해 높긴 하지만 큰 차이가 없는 수준이다.
, 2013). 따라서 본 연구에 사용된 복토재는 적정 토성을 가지나, 비옥도는 다소 떨어진다고 볼 수 있다. 그러나 대부분 산지로부터 복토 재를 수급하고, 공정 후반부의 시비처방을 통해 토양비옥도를 조절하는 폐광산지역 토양개량 · 복원사업의 특성상본 복토재 역시 관련 사업의 일반적인 현황을 충분히 모사한 것으로 판단된다.
유기물은 토양생물의 활성을 증가시켜 토양침식에 저항하는 입단화 형성에 도움을 준다(Brady and Weil, 2014). 따라서 실험대상 현장에서 두 종류의 유실억제제를 적절하게 혼용하였다면, 자연식생 성장 측면에서 보다 좋은 결과를 도출했을 것으로 판단된다. 즉, 식물성장의 적정 산도를 유지하도록 토양 내 소석회 투여량을 낮추고, 유기퇴비를 추가투여함으로써 토양의 비옥도를 높임과 동시에 토양입단 형성과 식생의 활착(토양 피복정도) 증가를 유도하는 것이다.
모니터링 기간(5월~10월) 동안 대조구의 토양유실량은총 366 kg이며, 유실억제제 처리시 88kg으로 76%의 유실저감 효과를 보였다. 다만, 8월은 7월 대비 2배 증가한 강수량에도 불구하고 대조구에서의 유실량은 오히려 78% 감소했는데, 대조구 내 자연식생의 토지피복 효과에 의한 것으로 판단된다.
유실억제제로서 토양 무게비 대비 3% 수준의 소석회(Ca(OH)₂)가 투여된 처리구(amended)에서 나타난 토양유실량은 대조구 대비 낮은 수준을 보였다. 모니터링 시점과 종점인 5월과 10월에는 대조구에서 각각 60 kg, 23 kg의 유실량을 나타내었으나, 처리구에서는 유실량 측정이 불가능할 정도의 극미량만 확인되었다. 특히, 강우가 증가한 시점인 7월엔 대조 구와 처리구 각각 173 kg, 13 kg의 유실량으로 억제제 처리 시 92% 가까운 유실저감 효율을 보였다.
이상의 결과를 종합해 볼 때 경사 농경지에서 토양 유실저감을 위한 유실억제제로서 소석회의 적용성은 충분히 확보되었다고 판단된다. 다만, 소석회의 적용 시 유실저감 효과 못지않게 식생에 미칠 영향을 사전에 파악할 필요가 있다.
최종적으로 전 모니터링 기간인 6개월 동안 나타난 대조구의 토양유실량은 366 kg이다. 이에 비해 유실억제제 로서 소석회 처리 시 나타난 유실량은 88 kg으로 76%의유실저감효과를 보였다. 시험구 내 식생영향이 미고려될수 있는 시기, 즉 순수하게 소석회 효과만 볼 수 있는 시기인 5월~7월의 3개월 동안만 본다면 유실저감 효과는 90%로 높게 나타난다.
최종적으로 전 모니터링 기간인 6개월 동안 나타난 대조구의 토양유실량은 366 kg이다. 이에 비해 유실억제제 로서 소석회 처리 시 나타난 유실량은 88 kg으로 76%의유실저감효과를 보였다.
현장 시험구 모니터링 결과를 통해 경사지 토양유실 억제제로서 소석회의 적용성이 확인되었다. 다만, 농경지 토양을 대상으로 하는 만큼 농작물의 재배환경에 적합한 토양산도를 유지해야 하므로, 사전에 이를 고려해 석회물질 투여량을 선정해야 할 필요가 있다.

후속연구

, 2018) 단계에서 실내실험을 통해 확인한 바 있다. 따라서 실제 현장규모의 본 연구를 통해 얻어진 결과는 폐광산지역 토양유실 발생가능 지역에 대한 사전 대책수립을 위한 자료로 활용이 가능할 것이다.
이는 알칼리기반 유실억제제 투여로 식생성장에 부적합한 수준까지 pH가 증가했기 때문이다. 따라서 향후 경사지에서 토양유실 저감방안은 유실억제제를 통해 초기 토양유실을 억제하면서 식생의 활착을 돕고, 향후 식생피복 증가에 따른 2차적인 유실저감 효과를 도모하는 것이 타당한 것으로 판단된다.
앞선 시험구 내 자연식생 분포에서도 유실억제제 처리구가 대조구에 비해 식생피복 정도가 낮았음이 이를 뒷받침 한다. 따라서 향후 농경지 토양의 유실억제제로서 석회물질을 사용하는 경우 토양산도 변화에 따른 식생영향을 사전에 고려해야 할 것이다.
, 2000). 본 연구에서는 식생피복율의 정량적 수치를 통한 토양유실 감소효과를 검토하지는 않았다. 다만, 토양유실량과 식생피복율의 상관성이 부(-)의 지수함수 곡선(exponential curve) 또는 부의 선형을 보인다는 기존의 연구결과를 볼 때 시험구 운영을 통해 얻어진 본 연구결과 역시 이와 유사한 결과를 도출한 것으로 볼 수 있다(Branson and Owen, 1970;Kainz, 1989; Greene et al.
다만, 소석회의 적용 시 유실저감 효과 못지않게 식생에 미칠 영향을 사전에 파악할 필요가 있다. 사전검토시 pH 증가에 따른 식생영향이 우려될 경우 소석회 투여량의 일부를 유기물로 대체하는 것도 처리대안이 될 수 있을 것이다.

질의응답

핵심어	질문	논문에서 추출한 답변
	토양이 가지는 식물생산 기능은 무엇인가?	토양은 자연생태계와 환경보전의 두 가지 유지기능이 있는데, 두 기능에 공통적으로 포함되는 것이 식물생산과 연관된 것이다. 이는 식물에게 물과 양분을 공급하는 등 지각의 최외곽 부위로 녹색식물이 생육할 수 있는 비옥도를 지니고, 농작물과 유용수종을 포함한 녹색식물 전반을 생산하는 기능이다(Lee et al., 2008).
	토양은 어떻게 형성되는가?	토양은 암석이 물리화학적 그리고 생물학적 작용을 받아 부스러지고 분해된 물질 즉, 모재가 오랜 세월을 지나면서 형성되는 것이다. 따라서 항상 주위 환경의 영향을 받아 변화되는 동체(動體)이기 때문에 토양을 정의한다는 것은 그리 쉬운 일이 아니다(Cho et al.
	토양을 정의하기 어려운 이유는 무엇인가?	토양은 암석이 물리화학적 그리고 생물학적 작용을 받아 부스러지고 분해된 물질 즉, 모재가 오랜 세월을 지나면서 형성되는 것이다. 따라서 항상 주위 환경의 영향을 받아 변화되는 동체(動體)이기 때문에 토양을 정의한다는 것은 그리 쉬운 일이 아니다(Cho et al., 2010).

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저자의 다른 논문 :

표제어: PCR

동의어: Packet Collision Rate

용어 설명 출처 목록 (6)

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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