Organic compost has been widely applied to the cropland because it has been thought as Environmentally Sound Agriculture (ESA) in Korea. However, many field researches have been done to investigate water quality impacts of organic compost uses, compared to those from chemical fertilizer applications...
Organic compost has been widely applied to the cropland because it has been thought as Environmentally Sound Agriculture (ESA) in Korea. However, many field researches have been done to investigate water quality impacts of organic compost uses, compared to those from chemical fertilizer applications. It was found that pollutant loads from organic compost applied croplands were higher than those from chemical fertilizer applied areas. However, there might be other unknown factors affecting the results since the experiments were performed at the outside fields. In this study, indoor rainfall experiments using the Norton rainfall simulator systems were done to minimize and exclude errors from unknown sources by controlling soil characteristics, rainfall amount, rainfall intensity, and fertilizer treatments. The amounts of surface runoff and groundwater percolated from 10% and 20% slope plots were measured and water quality samples were collected and analyzed for BOD, COD, and T-P. Flow weighted mean concentration (FWMC) values were computed to assess effects of different fertilizer treatments. It was found that average concentration values of BOD were 5.57 mg/L from chemical fertilizer treated plot and 8.08 mg/L from organic compost treated plots. For 10% slope, FWMC BOD values from organic compost treated plots were higher by 29.9% than those from chemical fertilizer treated plots. For 20% slope, FWMC BOD values from organic plots were higher by 38.8% than those from chemical fertilizer plots. FWMC BOD values for 20% slope plots were higher than those from those for 10% slope plots. The similar trends were found for COD and T-P. In Korea, excessive use of organic compost has caused extremely high levels of organic matter contents at the cropland. Organic compost are usually applied to the cropland to improve soil quality, while chemical fertilizer is applied to help crop growth. Since organic compost is very slow in releasing its nutrients to the soil, farmers usually apply excessive organic compost for immediate effects and maximum crop yields, which has been causing soil and water quality degradations. Therefore, thorough investigations for better nutrient management plans are needed to develop the ESA strategy in Korea.
Organic compost has been widely applied to the cropland because it has been thought as Environmentally Sound Agriculture (ESA) in Korea. However, many field researches have been done to investigate water quality impacts of organic compost uses, compared to those from chemical fertilizer applications. It was found that pollutant loads from organic compost applied croplands were higher than those from chemical fertilizer applied areas. However, there might be other unknown factors affecting the results since the experiments were performed at the outside fields. In this study, indoor rainfall experiments using the Norton rainfall simulator systems were done to minimize and exclude errors from unknown sources by controlling soil characteristics, rainfall amount, rainfall intensity, and fertilizer treatments. The amounts of surface runoff and groundwater percolated from 10% and 20% slope plots were measured and water quality samples were collected and analyzed for BOD, COD, and T-P. Flow weighted mean concentration (FWMC) values were computed to assess effects of different fertilizer treatments. It was found that average concentration values of BOD were 5.57 mg/L from chemical fertilizer treated plot and 8.08 mg/L from organic compost treated plots. For 10% slope, FWMC BOD values from organic compost treated plots were higher by 29.9% than those from chemical fertilizer treated plots. For 20% slope, FWMC BOD values from organic plots were higher by 38.8% than those from chemical fertilizer plots. FWMC BOD values for 20% slope plots were higher than those from those for 10% slope plots. The similar trends were found for COD and T-P. In Korea, excessive use of organic compost has caused extremely high levels of organic matter contents at the cropland. Organic compost are usually applied to the cropland to improve soil quality, while chemical fertilizer is applied to help crop growth. Since organic compost is very slow in releasing its nutrients to the soil, farmers usually apply excessive organic compost for immediate effects and maximum crop yields, which has been causing soil and water quality degradations. Therefore, thorough investigations for better nutrient management plans are needed to develop the ESA strategy in Korea.
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제안 방법
본 연구에서는 한강 유역에서 5년에 1회 1시간동안 내릴 수 있는 확률우량과 비슷한 60 mm/hr 강우강도를 모의하여 실험하였다(건설교통부, 2003). 1차년도에는 2004년 9월 9일 유기비료와 화학 비료 실험처리 후 5일 (2004년 9월 14일), 25일 (2004년 10월 4일), 42일 (2004년 10월 21일), 그리고 67일 (2004년 11월 15일) 후에 인공강우 실험을 실시하였다. 2차년도에는 2005년 4월 4일 퇴비와 화학비료 실험처리 후 5일 (2005년 4월 9일), 10일 (2005년 4월 19일), 20일 (2005년 5월 10일), 30일 (2004년 6월 10일), 그리고 60일 (2005년 7월 10일) 후 인공강우 실험을 실시하였다.
1차년도에는 2004년 9월 9일 유기비료와 화학 비료 실험처리 후 5일 (2004년 9월 14일), 25일 (2004년 10월 4일), 42일 (2004년 10월 21일), 그리고 67일 (2004년 11월 15일) 후에 인공강우 실험을 실시하였다. 2차년도에는 2005년 4월 4일 퇴비와 화학비료 실험처리 후 5일 (2005년 4월 9일), 10일 (2005년 4월 19일), 20일 (2005년 5월 10일), 30일 (2004년 6월 10일), 그리고 60일 (2005년 7월 10일) 후 인공강우 실험을 실시하였다. 실내 인공강우 실험은 토양내 함수비가 유출 및 오염부하특성에 미치는 영향을 평가하고자 전반 30분, 30분 휴지 시간, 그리고 후반 30분으로 나누어 실시하였다.
본 연구에서는 1 차년도와 2차년도 실내 일공강우 실험을 통해 화학비료 처리 시험포와 유기비 료 처리 시험포에서 경사도 별 농도 특성을 분석하였다.
본 연구에서는 토성, 강우량, 강우강도, 경사도, 그리고 시비방법 등을 동일하게 조절할 수 있는 실내 인공강우 시험기를 이용하여, 화학비료와 유기비료를 사용한 소규모 시험포에서 주변 수계에 부영양화 유발 가능성이 있는 항목인 BOD, COD, 그리고 T-P의 농도를 비교 분석하였다.
2차년도에는 2005년 4월 4일 퇴비와 화학비료 실험처리 후 5일 (2005년 4월 9일), 10일 (2005년 4월 19일), 20일 (2005년 5월 10일), 30일 (2004년 6월 10일), 그리고 60일 (2005년 7월 10일) 후 인공강우 실험을 실시하였다. 실내 인공강우 실험은 토양내 함수비가 유출 및 오염부하특성에 미치는 영향을 평가하고자 전반 30분, 30분 휴지 시간, 그리고 후반 30분으로 나누어 실시하였다.
인공강우시 발생되는 지표유출량과 수질은 토양상자 상단부 거터를 이용하여 수집하고 분석하였 다. 지하 유출수는 상당히 오랜 시간동안에 걸쳐 이동되기 때문에 인공강우 실험 종료 시간부터 24 시간 경과 후 지하수 유출량을 측정하고 수질 샘플을 채취하여 분석하였다.
인공강우시 발생되는 지표유출량과 수질은 토양상자 상단부 거터를 이용하여 수집하고 분석하였 다. 지하 유출수는 상당히 오랜 시간동안에 걸쳐 이동되기 때문에 인공강우 실험 종료 시간부터 24 시간 경과 후 지하수 유출량을 측정하고 수질 샘플을 채취하여 분석하였다. 지표 및 지하 유출수 수질의 분석은 BOD, COD, 그리고 T-P를 환경부 제정 수질공정시험법의 제반규정에 따라 분석하 였다(환경부, 2000).
지표 및 지하 유출수 수질의 분석은 BOD, COD, 그리고 T-P를 환경부 제정 수질공정시험법의 제반규정에 따라 분석하 였다(환경부, 2000). 화학비료 처리 시험포 유출수와 유기비료 처리 시험포에서의 BOD, COD, 그리 고 T-P의 유량가중 평균농도를 경사도별로 비교.분석하였다.
화학비료와 퇴비 실험처리에 의해 수질에 미치는 영향을 모의하기 위하여 실내 인공강우시험기 와 함께 사용될 크기 1.00 m X 1.00 m x 0.65 m (LxW'H), 경사도 10%와 20%의 소형 유출시험 포(토양상자)를 제작하였다.
대상 데이터
본 연구에서는 한강 유역에서 5년에 1회 1시간동안 내릴 수 있는 확률우량과 비슷한 60 mm/hr 강우강도를 모의하여 실험하였다(건설교통부, 2003). 1차년도에는 2004년 9월 9일 유기비료와 화학 비료 실험처리 후 5일 (2004년 9월 14일), 25일 (2004년 10월 4일), 42일 (2004년 10월 21일), 그리고 67일 (2004년 11월 15일) 후에 인공강우 실험을 실시하였다.
1차년도 실험에서 비료처리는 강원도 고랭지 지역의 주 생산 작물인 배추 의 농촌진흥청 권장량을 사용하였으나 대부분의 농가가 권장량보다 많은 비료를 시용하는 것으로 나타나(이, 2004) 2차년도 실험에서는 농촌진흥청 배추재배 권장량의 3배를 시용하였다. 비료는 한 강 상류에서 많이 소비되고 있는 요소비료, 용과린, 염화칼륨, 유기비료를 시용하였다. 실내인공강 우 유출시험포(토양상자)는 작물재배없이 나지상태에서 실험하였으므로 작물에 의한 영양물질의 섭 취는 고려되지 않았다.
이론/모형
지하 유출수는 상당히 오랜 시간동안에 걸쳐 이동되기 때문에 인공강우 실험 종료 시간부터 24 시간 경과 후 지하수 유출량을 측정하고 수질 샘플을 채취하여 분석하였다. 지표 및 지하 유출수 수질의 분석은 BOD, COD, 그리고 T-P를 환경부 제정 수질공정시험법의 제반규정에 따라 분석하 였다(환경부, 2000). 화학비료 처리 시험포 유출수와 유기비료 처리 시험포에서의 BOD, COD, 그리 고 T-P의 유량가중 평균농도를 경사도별로 비교.
친환경농업과 관행농업에 따른 오염부하 특정을 조사하기 위하여 이 등 (1999)은 만경강 인근 화학 비료 처리시험포와 유기비료 처리 시험포 시설재배지에서의 지하수 수질변화를 비교분석 하였다. 화 학비료와 유기비료의 시용량은 작물별 시비처방기준(NIAST, 1999)에 따라 시비하였다. 화학비료 처리 시험포에서 BOD와 COD 의 농도는 각각 8.
성능/효과
2% 높았고 유기비료 처리 시험포의 경우 12% 높았다. 1차년도 경사도 10%에서 유기비료 처 리 시험포의 T-P 농도는 화학비료 처리 시험포의 T-P 농도 보다 27.1% 높았고 2차년도 유기비료 처리 시험포의 T-P 농도는 화학비료 처리 시험포의 T-P 농도보다 43.4% 높았다. 1차년도 경사도 20%에서 유기비료 처리 시험포의 T-P 농도는 화학비료 처리 시험포의 T-P 농도보다 16% 높았고 2 차년도 유기비료 처리 시험포의 T-P 농도는 화학비료 처리 시험포의 T-P 농도보다 30.
따라서 경사도가 높아질수록 농도가 높아지는 경향을 보였다. 1차년도 경사도 10%에서 유기비료 처리 시험 포의 COD 농도는 화학비료 처리 시험포의 COD 농도 보다 18.2% 높았고 2차년도 유기비료 처리 시험포의 COD 농도는 화학비료 처리 시험포의 COD 농도보다 41.2% 높았다. 1차년도 경사도 20% 에서 유기비료 처리 시험포의 COD 농도는 화학비료 처리 시험포의 COD 농도보다 20.
따라서 경사도가 높아질수록 유출수의 농도가 높아지는 경향을 보였다. 1차년도 경사도 10%에서 유기비료 처리 시험포의 BOD 농도는 화학비료 처리 시험 포의 BOD 농도 보다 35.6% 높았고 2차년도 유기비료 처리 시험포의 BOD 농도는 화학비료 처리 시험포의 BOD 농도보다 29.9% 높았다. 1차년도 경사도 20%에서 유기비료 처리 시험포의 BOD 농 도는 화학비료 처리 시험포의 BOD 농도보다 32.
2% 높았다. 1차년도 경사도 20% 에서 유기비료 처리 시험포의 COD 농도는 화학비료 처리 시험포의 COD 농도보다 20.9% 높았고 2차년도 유기비료 처리 시험포의 COD 농도는 화학비료 처리 시험포의 COD 농도보다 44.6% 높았 다.
9% 높았다. 1차년도 경사도 20%에서 유기비료 처리 시험포의 BOD 농 도는 화학비료 처리 시험포의 BOD 농도보다 32.8% 높았고 2차년도 유기비료 처리 시험포의 BOD 농도는 화학비료 처리 시험포의 BOD 농도보다 38.8% 높았다.
4% 높았다. 1차년도 경사도 20%에서 유기비료 처리 시험포의 T-P 농도는 화학비료 처리 시험포의 T-P 농도보다 16% 높았고 2 차년도 유기비료 처리 시험포의 T-P 농도는 화학비료 처리 시험포의 T-P 농도보다 30.7% 높았다.
1차년도 실험과 2차년도 실험에서 화학비료를 처리한 시험포보다 유기비료를 처리한 시험포에서 의 BOD 농도가 높게 나타났다(Fig. 1, Fig. 2). 1차년도 화학비료를 처리한 시험포에서의 평균 BOD 농도는 3.
1차년도 실험과 2차년도 실험에서 화학비료를 처리한 시험포보다 퇴비를 처리한 시험포에서 평 균 T-P 농도가 크게 나타나는 경향을 보였다(Fig. 5, Fig. 6). 1차년도 화학비료를 처리한 시험포에 서의 평균 T-P 농도는 0.
이는 2차년도에 농업진흥청 배추재배 권장시비량의 300%를 사용하였기 때문이 다. 1차년도 유기비료를 처리한 시험포에서의 COD 농도는 화학비료를 처리한 시험포보다 19.7% 증가했고 2차년도 유기비료를 처리한 시험포에서의 COD 농도는 화학비료를 처리한 시험포보다43.1% 증가했다. 1차년도 화학비료를 처리한 시험포에서의 경사도 별 차이는 경사도 20% 일때 경 사도 10% 보다 21.
1% 증가했다. 1차년도 화학비료를 처리한 시험포에서의 경사도 별 차이는 경사도 20% 일때 경 사도 10% 보다 21.9% 높았고 유기비료를 처리한 시험포에서는 경사도 20% 일때 경사도 10% 보 다 24.6% 높게 나왔다. 2차년도 화학비료를 처리한 시험포에서의 경사도 별 차이는 경사도 20% 일 때 경사도 10%보다 20% 높았고 유기비료를 처리한 시험포에서는 24.
42 mg/L로 나타났다. 2차년도 화학 비료를 처리한 시험포에서의 T-P 농도는 1차년도에 비해 92.4% 증가했고 2차년도 유기비료를 처 리한 시험포에서의 T-P 농도는 1차년도에 비해 93.9% 증가했다. 또한 1차년도 유기비료를 처리한 시험포에서의 T-P 농도는 화학비료를 처리한 시험포보다 20.
08 mg/L로 나타났다. 2차년도 화학비료를 처리한 시험포에서 의 평균 BOD 농도는 1차년도에 비해 30% 증가했고 2차년도 유기비료를 처리한 시험포에서의 BOD 농도는 1차년도에 비해 30.1% 증가했다. 이는 2차년도에 농업진흥청 배추재배 권장시비량의 300%를 사용하였기 때문이다.
11 mg/L로 나타났다. 2차년도 화학비료를 처리한 시험포에서의 COD 농도는 1차 년도에 비해 28.9% 증가했고 유기비료를 처리한 시험포에서의 COD 농도는 1차년도에 비해49.6% 증가했다. 이는 2차년도에 농업진흥청 배추재배 권장시비량의 300%를 사용하였기 때문이 다.
6% 높게 나왔다. 2차년도 화학비료를 처리한 시험포에서의 경사도 별 차이는 경사도 20% 일 때 경사도 10%보다 20% 높았고 유기비료를 처리한 시험포에서는 24.5% 높게 나왔다. 따라서 경사도가 높아질수록 농도가 높아지는 경향을 보였다.
5% 높게 나왔다. 따라서 경사도가 높아질수록 농도가 높아지는 경향을 보였다. 1차년도 경사도 10%에서 유기비료 처리 시험 포의 COD 농도는 화학비료 처리 시험포의 COD 농도 보다 18.
2% 증가했다. 따라서 경사도가 높아질수록 유출수의 농도가 높아지는 경향을 보였다. 1차년도 경사도 10%에서 유기비료 처리 시험포의 BOD 농도는 화학비료 처리 시험 포의 BOD 농도 보다 35.
9% 증가했다. 또한 1차년도 유기비료를 처리한 시험포에서의 T-P 농도는 화학비료를 처리한 시험포보다 20.8% 증가했고 2차년도 유기비료를 처리한 시험포에서의 T-P 농도는 화학비료를 처리한 시험포보다 36.62% 증가하였다. 1차년도 실험에서 경사도 별 차이는 경사도 20% 일때 경사도 10% 보다 화학비료 처리 시험포의 경우 33.
유기비료 처리 시험포에서의 BOD 농도는 화학비료 처리 시험포의 BOD 농도보다 높았고 COD 농도와 T-P 농도 또한 유기비료 처리 시험포에서의 농도가 높았다. 경사도 별 농도 특성은 경사도 10%일때 보다 20%일때의 농도가 높았다.
화 학비료와 유기비료의 시용량은 작물별 시비처방기준(NIAST, 1999)에 따라 시비하였다. 화학비료 처리 시험포에서 BOD와 COD 의 농도는 각각 8.9 mg/L오+ 11.5 mg/L, 유기비료 처리 시험포에서 BOD와 COD 농도는 각각 20.4 mg/L오+ 44.5 mg/L로 나타나 유기비료 처리 시험포에서의 BOD와 COD 농도가 더 높은 것으로 나타났다. 유기농업실천농가 포장내 인산의 분포특성에 대한 연구에서는 친 환경농업을 한 과수원에서 과량의 인산이 축적되어 이로 인한 토양환경 악화 초래 및 주변 수계의 부영양화 유발 가능성이 있을 것으로 예측하였다(김 등, 2000).
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