우리나라 논 밭 경작지 토양의 표면전하에 미치는 유기물의 기여도를 파악하기 위하여, 화강암 풍화토(사촌통, 상주통)와 석회암 풍화토(율곡통, 평전통)를 가지고, 유기물 제거 전후 토양의 표면전화 특성을 이온흡착법을 이용하여 pH 3.5~9.0 범위에서 측정하였다. 유기물 제거 여부에 관계없이 모든 토양의 표면 음전하는 실험 pH 범위 내에서 pH 증가에 따라 직선적으로 증가하였다. pH 다누이 변화량에 대한 토양 표면 음전하의 단위 변화량(dCEC/dpH)을 토양 표면전하의 pH 의존성 지표로 제안하였다. 유기물 제거후에는 0.16~1.91의 범위로 크게 낮아졌다. 자연 토양 pH 조건에서 전체 토양표면전하량 중 유기물에 의한 표면전하량의 비율은 15.0~82.4% 범위로 나타났다. 토양유기물 1%가 발현하는 토양표면전하량은 $0.22{\sim}5.03cmol^+\;kg^{-1}$로 토양별로 차이가 컸다. 토양 유기물이 dCEC/dpH에 미치는 영향은 oxalic acid 추출 산화철 함량이 많은 논토양이 밭토양에 비하여 작았다.
경사지 밭 토양에서 강우에 의해 소실된 토양의 소유역내 유입형태를 파악하기 위해, 강우에 따른 토양유실 양상을 파악하고 강우 사상별로 물 유출과 토양유실량을 관측하고 분석하였다. 2개년의 작물재배기간 중 토양 유실이 발생했을 때의 강우특성은 연평균강우량 (879.6 mm)의 80%정도가 7, 8월에 집중되었으며, 81.1인 연평균 강우인자 $EI_{30}$도 7, 8월에 제일 큰 값 65.3을 보였다. 유출량은 강우양상과 옥수수 파종시기 등의 차이에 따라 전체 유출량은 2002년이, 최대유출량은 2003년이 많은 양상으로, 토양유실은 유출량이 최대인 2003년이 $49.3kg\;ha^{-1}$가 많았다. 유출율은 평균적으로 지면 피복이 많지 않은 작물생육 초기에는 높았다가 작물생육 중 후기로 진행되어 가면서 감소하는 경향이었다. 강우사상별 물 유출에 따른 토양 유실량은 물 유출량이 많아질수록 토양 유실량도 증가하는 경향으로 직선 관계를 나타냈고, 토양유실이 발생할 수 있는 최소조건을 고려했을 때 강우사상별 토양 유실이 발생할 수 있는 최소 물 유출량은 약 $2.3Mg\;ha^{-1}$이고 토양 유실에 대한 토양의 임계저항은 0.51 Pa이었다. 이상의 결과를 종합하면, 옥수수를 재배하는 경사가 17%인 밭에서 강우에 의한 물 유출량이 $2.3Mg\;ha^{-1}$이면 토양이 받는 압력은 0.51 Pa 정도로 이 수치 이상일 때는 수계로 유입되는 토양 유실이 발생한다.
밭 용수관리 및 가뭄 대응을 위한 토양수분 실측자료의 품질관리가 필수적으로 수행되어야 한다. 토양수분 자료의 체계적인 유지관리를 위해 국제 토양수분 네트워크(International Soil Moisture Network; ISMN)가 설립되었고, 전세계 1,400여개 지점의 토양수분량 자료의 품질관리하고 있다. ISMN 품질관리 방식은 토양특성, 강우에 대한 반응, 토양온도, 시계열특성을 이용한다. 지표면 최상 토층에 저장되어있는 수분인 토양수분은 기후 예측, 홍수 예보, 농업가뭄평가, 수자원 관리, 온실가스 산정, 인프라 보전, 수인성 전염병 모델링 등 다양한 분야에 활용될 수 있다(Dorigo et al., 2011). 본 연구에서는 FDR(Frequency Domain Reflectometry) 기기를 이용한 토양수분 측정자료의 품질관리를 위해 ISMN에서 제시한 총6개의 단계별 품질관리 체계를 적용하였다. 단계는 1) 토양수분이 0 m3m-3보다 작은지, 2) 또는 0.6 m3m-3보다 큰지, 3) 토양수분값이 공극률보다 큰지, 4) 토양온도가 영하인지, 5) 토양수분이 강우 이벤트 없이 증가하는지, 그리고 5) 토양수분 시계열 자료에 spike 가 있는지 6) break나 plateau가 있는지를 검사하여 Quality Flag를 설정하였다. 이를 기반으로 토양수분 데이터 자동 프로그램을 개발하여 이상치를 보정하였다. 향후, ISMN의 Quality Flag (QF1-QF10)를 적용하여 모니터링 자료의 품질관리 자동 프로그램을 개발하고자 한다.
구봉광산의 광미와 주변 밭과 논의 토양 및 하상퇴적물에서의 중금속과 시안의 분포 및 오염도에 대해 조사하였다. 광미 중의 As, Cd, Cu, Hg, Pb, Zn및 CN ̄의 평균농도는 각각 6.93$\times$$10^{3}$, 56.9, 209, 5.03, 3.25$\times$$10^{3}$, 1.89$\times$$10^{3}$, 21mg/kg이었고 Kloke가 제안한 허용기준치를 이용하여 계산한 오염지수는 42~95이었으며 pH는 약알칼리성이었다. 광산과 인접한 밭 토양 중의 중금속과 시안 함량은 논 토양보다 높았다. 하상퇴적물 중의 중금속과 시안 함량은 광미 중의 분석치정도로 많이 검출되었다.
경남지역 밭 토양 25개소를 대상으로 2009년에 토양 화학성분과 미생물 다양성을 검토하고 토성, 지형 및 작물별 주요 변동요인을 주성분분석으로 해석하였다. 토양 유효인산 및 치환성 칼륨과 칼슘 함량은 적정수준 보다 높았으며 대부분의 토양 화학성분이 최소값과 최대값의 차이가 크게 나타났다. 지형적으로 산록경사지는 토양 유기물 함량과 치환성 칼륨 함량이 유의적으로 높았고 (p<0.05) 토성별 유기물 함량은 양토에서 높은 반면에 염류농도와 유효인산 함량은 사양토에서 높았으며 고구마 재배지의 치환성 칼슘함량은 감자 재배지에 비해 유의적으로 높았다. 지형별 밭토양의 곰팡이 개체수는 곡간 및 선상지가 하성평탄지 보다 유의적으로 많았고 토양 미생물체량과 탈수소효소 활성은 산록경사지가 다른 지형에 비해 유의적으로 높았다 (p<005). 토성에 따른 토양의 coliform 그룹은 미사질양토가 사양토와 양토에 비해 유의적으로 높았고 미생물체량은 양토가 미사질양토 보다 유의적으로 높았으나 (p<005) 작물별 미생물상과 토양 미생물체량 및 탈수소효소 활성은 유의적인 차이가 없었다. 주성분 분석결과 제1주성분이 32.2%, 제2주성분이 24.2%로서 전체 56.4%의 자료를 설명할 수 있었으며 제1주성분은 토양의 유효인산 함량이 가장 크게 기여하였다. 토양 바실러스균과 곰팡이균은 토양의 유기물 함량과 정의 상관관계를 보였으며 토양 pH는 형광성 슈도 모나스균과 정의 상관관계를 나타냈다.
밭토양 환경 개선의 기초자료로 주요작물별, 경사 및 지형별로 토양특성을 조사하기 위하여 163개지점의 대표토양을 분석한 결과는 다음과 같다. 1. 경북지역 밭토양의 화학성분 평균분석치는 토양 pH는 5.9, 유기물은 23.2 g $kg^{-1}$, 유효인산은 549 mg $kg^{-1}$, 치환성 칼리, 칼슘 및 고토는 각각 0.9, 5.6 및 2.3 $cmol_c\;kg^{-1}$로서, 전국평균값에 비하여 토양 pH와 치환성 양이온은 높았고, 유기물과 유효인산의 함량은 낮았다. 2. 작물별 화학성분의 분석치를 비교한 결과, 토양 pH는 고추재배지에서, 유기물은 참깨재배지에서 적정범위 보다 낮았고, 치환성 양이온은 참깨재배지를 제외하고 전반적으로 적정범위 이상 수준이었다. 3. 고추, 참깨, 콩재배지의 성분별 분포비율은 유효인산, 칼리성분은 과다분포비율을 보였다. 4. 토양 경사에 따른 토양화학성은 경사도가 낮아짐에 따라 대부분 양분함량이 높았고, 작물생육에 적정수준 범위 이상이었고, 7~30% slope에서 pH는 5.2~5.9로 적정범위에서 미달되었다. 5. 경북지역의 밭토양에 대한 지형별 토양화학성은 토양 pH의 경우 곡간지, 산록경사지 및 홍적대지에서 6.0~6.1로 적정범위였으며, 유기물함량, 유효인산과 치환성칼리의 경우 선상지에서 가장 높았고, 하성평탄지에서 대부분 성분이 낮았으나, 특히 홍적대지와 구릉지는 유효인산함량이 낮았다. 6. 작물별 지형에 따른 토양화학성분은 고추재배 지형별로는 뚜렷한 경향치가 없었으나, 상대적으로 시비량이 적은 콩과 참깨의 경우 고추와는 달리 시비에 의한 양분함량의 특성 보다는 지형에 의한 특성이 크게 나타났다. 고추에 대해서는 전체적인 감비가 이루어져야 하며, 콩과 참깨의 경우 지형에 따른 시비량을 결정하고 토양을 개량하는 방법으로 검토되어야 할 것으로 본다.
날씨는 밭작물의 가격 측정과 생산량 및 품질에 영향을 미치기 때문에 농산업에서 가장 많이 고려되는 요소이다. 특히, 밭작물의 경우 평지보다 산지에서 재배되는 등 외부 환경에 많이 노출되어 있다. 본 연구는 수치 산림입지토양도를 이용하여 산지를 구성하고 있는 12개의 토양의 특성 자료와 기상정보 간의 연관성을 파악하였다. 공간적 상관관계가 고려된 GAM, 크리깅, RF를 이용하였으며, 연구자료는 2009년 1월부터 2018년 12월까지의 기상청과 농촌진흥청에서 수집한 일 단위 평균기온, 최고기온, 최저기온, 강우량 자료가 사용되었다. 분석결과 지리적 효과만 반영된 GAM이 상대적으로 추정성능이 우수하였고, 산림입지토양도는 밭작물 재배지 기상정보를 추정에 큰 도움이 되지 않았다. 이에 유의수준을 5%로 통계적 가설검정을 수행하여 중요 요인을 선택하였다. 산림입지토양도의 기후대코드(CLZN_CD)와 토양목본코드 B(SIBFLR_LAR)가 기상정보 추정에 상대적 유의미한 요인으로 선정되었다. 기후대코드를 추가한 모형의 경우 일 평균 기온과 일 최저기온의 공간 보간 성능이 향상되었다. 한반도의 국토는 70%가 산지이고 밭작물은 주로 산지에서 재배되고 있다. 따라서 산지의 기상정보를 추가 수집하여 연구를 수행한다면 생육시기별로 밭작물을 관리하는데 도움이 될 것으로 기대한다.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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