[논문]논의 관개용수 수질에 따른 토양심도별 영양물질 분석

이은정; 성충현; 박승우

논의 관개용수 수질에 따른 토양심도별 영양물질 분석
Concentration Profile of Nitrogen and Phosphorus in Paddy Soils with Irrigation Water Quality 원문보기

이은정 (서울대학교 농업생명과학대학 지역시스템공학과) , 성충현 (서울대학교 농업생명과학대학 지역시스템공학과) , 박승우 (서울대학교 농업생명과학대학 지역시스템공학과, 농업생명과학연구원)

하수처리수의 농업용수 재이용에 따른 영향을 평가하기 위해 논의 관개용수 수질에 따른 토양심도별 영양물질 분석을 시행하였다. 시험지구는 경기도 수원시 병점에 위치하며, 실험에 사용한 관개용수는 1) 지하수(TP#1), 2) 하수처리수(TP#2), 3) 재이용수(TP#3; 하수처리수+여과+UV소독)로 분류하여 관개하였다. 토양은 표토를 포함하여 20 cm 간격으로 60 cm까지 토양 심도별로 샘플링하였으며. 총질소(TN)와 총인(TP) 항목을 분석하였다. 분석결과 표토에서는 관개용수 수질의 차이에 의해 하수처리수 및 재이용수를 관개한 처리구 토양에서 영양물질의 함량이 높게 나타났다. 그러나 심도가 증가할수록 관개용수 수질에 의한 영향이 줄어들어 하수처리수의 농업용수 재이용으로 인해 관개용수 내 영양물질의 함량이 높아져도 심토까지는 영향을 미치지 못하는 것으로 나타났다.

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문제 정의

논 토양에서 토양 환경에 영향을 미치는 주요한 인자는 관개수의 수질이다. 따라서 본 연구에서는 시험포장의 유입수 및 담수, 그리고 관개수가 토양을 침투한 후의 수질을 알아보기 위해 침출수의 수질도 분석하였다.
따라서 본 연구에서는 하수처리수를 농업용수로 관개할 경우 관개수의 처리수준에 따른 논토양의 심도별 영양물질을 분석하여 하수처리수가 심토에 미치는 영향을 살펴보았다.
본 연구에서는 생활하수를 농업용수로 관개할 경우 관개수의 처리수준에 따른 토양심도별 영양물질 변화를 분석하였다. 또한, 토양 환경에 영향을 미치는 시험포장의 유입수 및 담수의 수질을 분석

제안 방법

대상지구는 경기도 수원시 병점에 위치하며, 실험에 사용한 관개용수는1) 지하수(TP#1), 2) 하수처리수(TP#2), 3) 재이 용수(TP#3; 하수처리수+여과+UV소독)로 분류하여 관개하 였다. 각 시험구의 크기는 5m×5m로 설계하였으며, 3처리 4 반복으로 난수배치법을 적용하여 시험구를 구성하고, 벼품종은 수원 지방에서 널리 재배되고 있는 심추청을 선정하여 벼를 재배하였다.
모니터링 대상지구는 경기도 화성시 병점에 위치한 시험포장으로, 2002년부터 수문 및 수질 모니터링을 실시하고 있다. 실험에 사용한 관개용수는1) 지하수(TP#1), 2) 하수처리수(TP#2), 3) 재이용수(TP#3;하수처리수+여과+UV소독)로 분류하여 실험에 사용하였다.
분석을 위하여 시험포장의 유입수 및 담수 수질을 1주 1회, 침출수는 월 1회 주기로 샘플링하였으 며, 침출수는 하단부가 반투과성 재질로 구성된 길이 1m(φ 20mm)의 진공관을 통하여 유입되도록 하여 샘플링하였다. 그리고 하수처리수 재이용에 따른 처리구별 토양심도에 따른 토양특성을 분석하기 위하여 2007년도 수확 후 처리구별로 표토를 포함하여 20 cm 간격으로 60 cm까지 총 4점씩 12점의 토양을 샘플링하여 영양물질 분석을 실시하였다.
분석을 위하여 시험포장의 유입수 및 담수 수질을 1주 1회, 침출수는 월 1회 주기로 샘플링하였으 며, 침출수는 하단부가 반투과성 재질로 구성된 길이 1m(φ 20mm)의 진공관을 통하여 유입되도록 하여 샘플링하였다.
하였으며, 관개수가 토양을 침투한 후의 수질을 알아보기 위해 침출수의 수질도 분석하였다. 모니터링 대상지구는 경기도 화성시 병점에 위치한 시험포장으로, 2002년부터 수문 및 수질 모니터링을 실시하고 있다.

대상 데이터

각 시험구의 크기는 5m×5m로 설계하였으며, 3처리 4 반복으로 난수배치법을 적용하여 시험구를 구성하고, 벼품종은 수원 지방에서 널리 재배되고 있는 심추청을 선정하여 벼를 재배하였다.
하였으며, 관개수가 토양을 침투한 후의 수질을 알아보기 위해 침출수의 수질도 분석하였다. 모니터링 대상지구는 경기도 화성시 병점에 위치한 시험포장으로, 2002년부터 수문 및 수질 모니터링을 실시하고 있다. 실험에 사용한 관개용수는1) 지하수(TP#1), 2) 하수처리수(TP#2), 3) 재이용수(TP#3;하수처리수+여과+UV소독)로 분류하여 실험에 사용하였다.

성능/효과

모든 처리구에 대해 TN과 TP 농도가 토양심도가 증가함에 따라 감소되는 경향을 보였으며, 이는 기존의 선행연구들과 같은 경향을 보이고 있다. TP#2와 TP#3 관개수에는 지하수에 비해 영양물질이 많이 함유되어 있어 이것에 의한 영향으로 TP#1에 비해 TP#2, TP#3의 표토에서 TN, TP의 농도가 높았다. 그러나 심도가 증가함에 따라 각 처리구간의 차이가 뚜렷하게 나타나지 않았는데 이는 침출수의 수질 특성에서 살펴본 바와 같이 TN, TP가 토양 속 깊이 침출되지 않기 때문인 것으로 판단된다.
그러나 상대적으로 수질이 양호한 TP#1을 제외한 다른 처리구는 논의 수질 정화 능력으로 인하여 유입수에 비해 담수의 수질이 개선된 것으로 나타났 다. TP#2의 경우 TN은 5.83 ㎎/ℓ로 약 58%, TP는 0.48 ㎎/ℓ로 약 24% 정도 유입수에 비해 수질이 향상되었으며, TP#3의 경우 TN은 6.32 ㎎/ℓ로 약 53%, TP는 0.45 ㎎/ℓ로 약 29% 정도 수질이 개선 되었음을 확인할 수 있다. 그러나 TP#1을 제외하고는 처리구별로 뚜렷한 경향은 보이지 않았다.
그러나 상대적으로 수질이 양호한 TP#1을 제외한 다른 처리구는 논의 수질 정화 능력으로 인하여 유입수에 비해 담수의 수질이 개선된 것으로 나타났 다. TP#2의 경우 TN은 5.83 ㎎/ℓ로 약 58%, TP는 0.48 ㎎/ℓ로 약 24% 정도 유입수에 비해 수질이 향상되었으며, TP#3의 경우 TN은 6.32 ㎎/ℓ로 약 53%, TP는 0.45 ㎎/ℓ로 약 29% 정도 수질이 개선 되었음을 확인할 수 있다. 그러나 TP#1을 제외하고는 처리구별로 뚜렷한 경향은 보이지 않았다.
2와 Table 3은 토양심도별 TN과 TP의 분포를 보여주고 있다. 모든 처리구에 대해 TN과 TP 농도가 토양심도가 증가함에 따라 감소되는 경향을 보였으며, 이는 기존의 선행연구들과 같은 경향을 보이고 있다. TP#2와 TP#3 관개수에는 지하수에 비해 영양물질이 많이 함유되어 있어 이것에 의한 영향으로 TP#1에 비해 TP#2, TP#3의 표토에서 TN, TP의 농도가 높았다.
63 ㎎/ℓ로 TP#2와 유사한 농도를 나타냈다. 영양물질의 거동에 영향을 미치는 담수의 입자성 부유 물질(SS)의 농도는 지하수를 제외한 TP#2 및 TP#3에서 높은 값을 보였다.
처리구별 논 담수 수질은 상대적으로 수질이 양호한 TP#1을 제외한 다른 처리구는 논의 수질 정화 능력으로 인하여 유입수에 비해 담수의 수질이 개선된 것으로 나타났다. TP#2의 경우 TN은 5.
처리구별 논 담수 수질은 처리구별 유입관개수 수질의 영향을 반영하는 것으로 나타났으며, 그 경향은 유입관개수질의 변화와 유사하게 나타났다. 그러나 상대적으로 수질이 양호한 TP#1을 제외한 다른 처리구는 논의 수질 정화 능력으로 인하여 유입수에 비해 담수의 수질이 개선된 것으로 나타났 다.
처리구별 토양심도에 따른 토양특성을 분석 결과, 영양물질의 경우 모든 처리구에 대해 TN과 TP 농도가 토양심도가 증가함에 따라 감소되는 경향을 보였으며, 관개수의 특성에 따라 TP#1의 농도가 가장 작았다. TP#2와 TP#3의 경우 고농도의 영양물질을 함유하고 있어 표토에서의 TN, TP 농도가 높게 나타났다.
침출수의 수질 분석결과 TN, TP는 TP#1과 비슷한 농도를 보였으며, TP#1을 제외한 처리구의 경우 담수에 비해 농도가 각각 약 0.4배, 0.3배로 크게 감소하였다.

후속연구

이상의 연구 결과는 향후 지속적인 심도별 토양 및 침출수의 모니터링을 통하여 하수재이용에 따른 토양에서의 영양물질 집적 현상을 조사하고 모의하는데 기초 자료로 활용될 것으로 보이며, 이를 통하여 재이용의 안전성 평가에도 활용될 것으로 판단된다.

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