Understanding Spatial Variations of Water Quality Using Agricultural Nutrient Indices in Chonnam Province

BACKGROUND: Water quality of rural areas are susceptible to agricultural nutrient input and supply such as chemical fertilizer and livestock manure. This study was conducted to evaluate the usefulness of nutrient (N and P) indices in understanding spatial variations of water quality across Chonnam province which is a typical agricultural region in Korea. METHODS AND RESULTS: The nutrient indices including chemical fertilizer supply, livestock manure production, and nutrient balance were correlated with water quality data (T-N, T-P, BOD, and COD) for the twenty-two districts of the province. Concentration of T-N were positively correlated with chemical fertilizer supply, livestock manure N production, and nutrient balance (P<0.05 or P<0.01). Meanwhile, T-P concentration was not correlated with these nutrient indices; however, there was a tendency that T-P concentration increases with livestock manure P production (P=0.06) and with nutrient balance (P=0.09). These results suggest that T-N concentration is susceptible to both chemical fertilizer and livestock manure; whereas T-P is likely to be affected by livestock manure rather than chemical fertilizer. The concentrations of BOD and COD were also positively (P<0.05 or P<0.01) correlated with livestock manure production. CONCLUSION: This study shows the usefulness of nutrient indices in understanding spatial variations of water quality and suggests that livestock manure rather than chemical fertilizer can be a more critical water pollution source and thus highlights the need for more attention to livestock manure treatments for rural water quality management.

전남 지역 농업분야 양분 지표를 이용한 수질 공간 변이 해석

하천수질의 공간적 변이 해석에 양분 지표의 활용 가능성을 탐색하기 위해 전남 시 군의 수질 자료(T-N, T-P, BOD, COD)와 양분 지표(화학비료 공급량, 가축분뇨 발생량, 가축분뇨 양분 발생량, 양분수지)의 상관관계를 조사하였다. 수질 T-N은 화학비료 공급량, 가축분뇨 질소 발생량, 양분수지와 모두 정의 상관관계(P<0.05 또는 P<0.01)가 있었고, T-P와 이들 양분 지표와의 상관관계는 95% 수준에서 유의성이 없었지만 가축분뇨 인 발생량(P=0.06)과 양분수지(P=0.09)와는 유의미한 관계가 있었다. 따라서, 전남 지역 하천의 T-N 농도는 농경지 시용 화학비료는 물론 가축분뇨에 의해 영향을 받는 반면 T-P 농도는 화학비료 보다는 부적절한 가축분뇨처리 및 퇴비 과잉 시용에 의해 증가될 수 있음을 의미한다. 가축분뇨와 이를 원료로 제조되는 퇴비는 토양교질 및 금속이온과의 반응성이 낮아 무기태 인에 비해 상대적으로 이동성이 큰 유기태 인을 함유하고 있기 때문에 하천 T-P 농도증가에 기여할 수 있는 것으로 해석되었다. 한편, BOD와 COD는 모두 유기물질 함량이 높은 가축분뇨 발생량과 정의 상관관계(P<0.05 또는 P<0.01)가 있었는데, 이 또한 T-P의 경우와 동일하게 하천 수질에 대한 가축분뇨의 영향을 반영한다. 하지만, 본 연구에서 기상, 지형, 강우유형, 영농활동, 토지이용방식이 상이한 시 군을 대상으로 취득이 용이한 통계자료에 의존하여 양분수지를 분석하여 수질 변동을 해석한 점은 한계로 인정된다. 이와 같은 한계에도 불구하고 본 연구결과는 수질 변동 이해의 측면에서 양분 지표를 이용한 수질의 공간 변이 해석 가능성과 수질 관리의 측면에서 가축분뇨관리(폐수 처리 및 적정 퇴비 시용)의 중요성을 통계적으로 제시한다는 측면에서 의미가 있다.