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소이 범
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1 한국환경농학회지제26권제1 호 (7) Korean Journal of Environmental Agriculture Vol. 26, No. 1, pp 연구보문 충북지역양액재배용지하수및폐양액의화학적특징 이경자 * 강보구 이기열 윤 충청북도농업기술원 (7년 3월 12 일접수, 7년 3월 22 일수리) Chemical Characteristics of Ground Water for Hydroponics and Waste Nutrient Solution after Hydroponics in Chungbuk Area. Gyeong-Ja Lee *, Bo-Goo Kang, Ki-Yeol Lee, Tae Yun, Seong-Gyu Park, and Cheol-Hee Lee (Chungbuk Agricultural Research and Extension Services, Cheongweon , Korea) ABSTRACT: This survey has been conducted to obtain basic data of the quality of ground water for hydroponics and waste nutrient solution after hydroponics in hydroponic farms in Chungbuk area. Ground water samples were collected and analyzed at 19 sites of hydroponic farms. Waste nutrient solution samples were analyzed at 15 sites selected of them. The values of several components in ground water for hydroponics were as follows. ph range was shown from 6.2 to 7.7 and the average was 6.8. EC range was shown from. to.45 ds m -1 and the average.23 ds m -1.NO 3 -N concentrations was ranged from.12 to mg L -1 2-,SO 4 concentrations was ranged from 1.84 to 63.1 mg L -1 and Cl - concentrations were ranged from.46 to 72.9 mg L -1. Average values of NO 3-N, SO 2-4 and Cl - were 4. mg L -1, 12.7 mg L -1 and mg L -1, respectively. Ca 2+,Mg 2+ and Na + concentrations were ranged from 3.24 to mg L -1,1.44to 14.93mgL -1 and6.12to25.25mgl -1, respectively. Average concentrations were 13.6 mg L -1 in Ca 2+, 6.2 mg L -1 in Mg 2+ and 12.8 mg L -1 in Na +. In waste nutrient solution after hydroponics, ph range was shown from 4.3 to 8.8 and the average was 6.7. EC range was shown from.44 to 2.37 ds m -1 and the average 1.15 ds m -1.RangeofNO 3 -N, PO 4 -P, K +,Ca 2+,Mg 2+ and Na + in waste nutrient solution were ~ 212,.56~26.1, ~295, 16~215, 9~54 and ~53 mg L -1, respectively. Average concentrations were mg L -1 in NO 3 -N, mg L -1 in PO 4 -P, 99 mg L -1 in K +,78mgL -1 in Ca 2+,26mgL -1 in Mg 2+ and 26 mg L -1 in Na +. Inorganic matters in waste nutrient solution after hydroponics was higher than that of ground water for hydroponics. Key Words: ground water, waste nutrient solution, hydroponics. 서 양액재배는연작장애의방지및청정채소수요충족의일환으로일부농가에서선호하고있으나, 우리나라에서는양액재배역사가짧아아직까지는외국의양액재배기술을마구잡이로도입하고있어일부양액재배농가에서는많은시행착오를겪고있는실정이다. 심지어는작업량이줄어들고, 작업환경이좋으며, 고품질다수확으로규모화 1) 를이룰수있다는이유로양액재배로바꾸었던농가도영양조절및병충해조절이기대에미치지못하여다시토경재배로바꾸는농 론 * 연락저자 : Tel: Fax: gyeongja@cbares.net 가도종종있다. 현재양액재배농가수는더이상의증가추 세를보이고있지는않으나, 소비자의청정채소요구에부응 하여채소작물, 특히쌈채류에대한양액재배는지속적인관심을받고있다. 양액재배의성립요건은여러가지가있으나 그중에서가장중요한것은원수로사용하는지하수의수질이다. 양액재배에이용되는용수는순수한물이가장이상적이겠으나, 그러한순수한물을구할수없을바에는무기성분의농도가낮으면낮을수록좋다. 양액재배농가에서양액을조성하기전에필수적으로수행하여야할것은사용하고있는용수의수질을분석하여용수속에포함되어있는양분의함량을파악하여야만한다. 토경재배를하는농가에서토양중들어있는양분을고려하여시비하듯이양액재배농가에서는원수에포함되어있는양분함량을고려하여양액을조성해야만한다. 또한용수로사용하는지하수는갈수기및홍수 42

2 충북지역양액재배용지하수및폐양액의화학적특징 43 기에따라양분함량이수시로변화 2-4) 하기때문에양액을새로조성할때에는반드시용수의수질상태를분석해야한다. 그러나대부분의농가에서는처음양액재배시설을설치하였을때처방받은양액을계속적으로사용하고있는실정이다. 일부선진국에서는양액재배원수의수질기준을제시 5) 하고있으나, 우리나라에서는아직까지원수의수질기준이마련되어있지않다. 최근들어몇몇연구자들에의해양액재배용지하수에관한수질조사 6-8) 가이루어지고있기는하지만, 좀더많은연구평가가이루어져야만한다. 모든양분을고루갖추고있는양액은식물이이용하기에아주좋은영양원이라할수있다. 그러나작물재배후버려지는폐양액은그속에포함되어있는비료성분으로인해환경을오염시키는오염원으로작용할수있다. 폐양액으로인한환경오염을최소화시키기위해양액재배시병원균을걸러주고, 부족한비료성분을섞어재사용할수있는순환식양액재배시스템을추천 9-11) 하고있다. 그러나, 현재순환식에대한재배법이확립되어있지않을뿐만아니라, 안정적인생산을위해비순환식으로재배하는농가가많다. 그러므로비순환식으로 1회급액후버려지는폐양액은자원낭비일뿐만아니라, 각종비료물질을포함하고있어하천을오염시키고, 특히이들성분중질소나인산은하천의부영양화를초래 12,13) 할가능성이있다. 따라서양액재배시폐양액유출을최소하여환경오염을줄이려는시도 11) 가이루어지고있다. 충청북도의양액재배면적은 31.3 ha로농가수는 2농가정도이고, 충주, 보은, 진천지역에집중되어있다. 따라서본조사는양액재배시보다안정적인작물재배와폐양액을재사용하기위한기초적인자료를얻고자충주, 보은, 진천지역의양액재배농가에서원수로사용하는지하수의수질및작물재배후버려지는폐양액의양분함량을조사하였다. 재료및방법 시료채취양액재배의원수로사용하는지하수의조사지점은총 19 개지점으로양액재배를집중적으로많이하는지역인충주신니면 6 개지점, 보은탄부면 7 개지점, 진천이월면 6개지 점이었다. 폐양액의양분함량조사지점은원수조사지점중 15개지점을선택하여 3월과 7 월에조사하였다. 원수로사용하는지하수수질분석시료는지하수를일정량흘려보낸후채수하였고, 폐양액양분함량분석시료는하천으로흘려보내기전의폐양액저장고에서채수하여 Ice Box에넣어실험실로운반즉시분석하였다. 시료분석채취한시료는수질오염공정시험법 14) 과 EPA Standard Methods 15) 에준하여pH는pH-meter(Radiometer M-92, Denmark), EC는 EC-meter(YSI-32, Ohio, USA) 로측정하였으며,PO 4 -P 은염화제일주석환원법, NO 3 -N은자외선흡광광도법, NH + 4-N 은인도페놀법, SO 2-4 은 BaCl 2 에의한비탁법,Cl - 은 AgNO 3 적정법으로분석하였으며, 이때사용한UV-Spectrohootometer는Varian Cary (Australia) 을사용하였다. 양이온인 K +, Ca 2+, Mg 2+ 은 AAS(Varian SF 2, Australia) 를이용하여정량하였다. 결과및고찰 양액재배용지하수수질조사양액재배에이용되는지하수를충주 6 지점, 보은 7 지점, 진천 6지점에서갈수기인 3월과홍수기인 7월에각각채수분석하여지역별평균값으로 Table 1 에나타내었다. 충주에서의원수용지하수 ph는보은이나진천에비하여다소낮은경향이었으나,ec를비롯한다른무기성분함량은높았다. 충주, 보은및진천 3지역모두에서 NH + 4-N, Cl -,Ca 2+ 및 Na + 은 7월에채수한지하수에서 3월에채수한지하수에 비해높았으며,SO 4 2-,K +,Mg 2+ 은 7월에채수한지하수에서 3 월에비하여다소낮은경향을보였으나, 큰차이는없었다. 이결과는지하수의수질은채수시기에따라약간의차이가있다고발표한여러연구자들의결과 2-4) 와일치하나, 시기별로증감되는성분은일치하지않는것으로나타났다. 이것은지하수의관정깊이, 혹은강우량등많은요인이작용하기때문이라사료된다. 양액재배에사용되는지하수에대한수질경향을알아보기 Table 1. Chemical concentration in the ground water used for hydroponics in Chungbuk area Region No. of sample site Chungju 6 Boeun 7 Jincheon 6 Month ph EC (ds m -1 ) NO 3-N NH + 4-N Cl - SO 4 2- PO 4-P K + Ca 2+ Mg 2+ Na (mg l -1 )

3 44 이경자 강보구 이기열 윤 위해각성분에대한분포도를 Fig. 1 에나타내었다. ph는최대 7.7, 최소 6.2, 평균 6.8 이었다. 3월과 7월간의분포도경 향차이는있으나, 대부분 6.~6.9 사이에분포하였으며, 모 두농업용수수질기준 6.~8.5 를벗어나는지역은없었다. EC는최대.45 ds m -1, 최소. ds m -1, 평균.23 ds m -1 이었다. 조사지역의 8% 정도가.1~.29 ds m -1 사이였고, 아직까지농업용수수질기준인 1. ds m -1 이하이기는하지만배 6) 등이양액재배전용비료사용기준으로정해놓은양액재배수질기준인.3 ds m -1 를초과하는지점이 3 월, 7 월에모두 21%, 정도로나타났다. 이와같이 EC 농도가높은지역은원수내에 NO 3 -N을비롯한 Na +,Cl - 등다른무기이온의농도가높다는것을의미하므로이들농가는양액조성시원수내에포함되어있는이온의농도를좀더세심하게고려해야하고지속적인수질관리가필요하리라사료된다. 조사지점원수의 NO 3 -N함량은평균 4. mg L -1 이었고,.12 mg L -1 에서 mg L -1 까지분포하였다. 조사지점의 % 정도가 1.~4.9 mg L -1 의범위에분포하고있었으나, ~15% 정도는 mg L -1 이상이었다. 용수속의 NO 3-N Min. 6.2 Max. 7.7 Avg. 6.8 Min.. Max..45 Avg..23 < ph < EC(dS/m) 7 Min..12 Max Avg Min Max Avg < < NO 3 -N(mg/L) SO 4 2- (mg/l) Min Max Avg Min..46 Max Avg < < Na + (mg/l) Cl - (mg/l) Min Max Avg Min Max Avg. 6.2 < < Ca 2+ (mg/l) Mg 2+ (mg/l) Fig. 1. Frequency distribution of ph, EC, NO 3-N, SO 2-4, Cl -, Na +, Ca 2+ and Mg 2+ in the ground water used for hydroponics in Chungbuk area in 2.

4 충북지역양액재배용지하수및폐양액의화학적특징 45 의함량은 COD, BOD 등과함께수질오염의기준이되는항목으로농업용수에서 mg L -1 로그기준치가정하여져있다. 또한, 토양중에서이동이쉬운물질로쉽게용탈되어지하수에영향을줄수있기때문에양액재배용수관리에세심한주의가필요한성분이기도하다. SO 2-4 의함량은 1.84 mg L -1 에서 63.1 mg L -1 까지분포하였고, 평균은 12.7 mg L -1 이었다. 조사지점의 85% 정도가 mg L -1 이하범위에있었으나,% 정도가 mgl -1 를초과하는것으로나타났다. 관개수중에 SO 2-4 가과다하게존재하게되면아연 16) 결핍을초래하고, 엽록체의광인산화반응을저해한다고알려져있으므로주의를요한다. Na + 와 Cl - 은각각6.12~ mg L -1 와.46~72.9 mg L -1 이었고, 평균은 Na + 및 Cl - 각각 12.8 mg L -1 및 mg L -1 이었다.Na + 은조사지점모두 5~29 mg L -1 사이에있음으로네덜란드수경재배의원수수질기준 5) 인 34.5 mg L -1 을초과하지않았다. Cl - 는조사지점의 8% 정도가 mg L -1 이하에서분포하였고, 약 % 정도는네덜란드수경재배의원수수질기준인 35.5 mg L -1 를초과하는 45~74 mg L -1 에분포하였다.Na + 와 Cl - 는식물에흡수되는양이적으므로양액중에과량으로존재할경우에는식물의삼투압을상승시켜뿌리의흡수능력을저해할우려가있으므로주의를요한다. Ca 2+ 및 Mg 2+ 의함량은각각 3.24~36.99 mg L -1, 1.44~14.93 mg L -1 이었고, 평균은각각 13.6, 6.2 mg L -1 이었다. 이결과를네덜란드의 Ca 2+ 와 Mg 2+ 의수질기준인 8 과 12 mg L -1 에비교하여볼때,Ca 2+ 는기준을상회하지않아비교적안전하였으나,Mg 2+ 는조사지점의 % 정도가기준을상회하는것으로조사되었다. 이상의결과에서와같이조사지점의수질은대체로양호한편이었다. 그러나 SO 2-4 가농업용수의수질기준을초과하는지점과 Cl -,Mg 2+ 함량이네덜란드의수경재배원수수질기준을상회하는지점은수질관리를해야될것으로사료된다. 아직까지우리나라에는순수수경재배수질기준이마련되어있지는않으나, 조사지점의지하수수질은환경부에서정해놓은농업용수수질기준과비교하면대체적으로양호한편이었다. 원수로사용하는지하수에많은무기성분함량을포함하고있는농가에서는배양액조재시용수속의무기성분함량을고려하여배양액을조성해야만안전하게작물을재배할수있을것이라사료된다. 양액조성은원수의수질상태에따라서달라지겠지만원천적인기준은작물의영양소요구량에따라달라진다. 따라서, 작물별용수의수질상태를알아보기위해 19개조사지점을작물별로분류하여 Table 2 에나타내었다. 작물별지하수의무기성분중 NH + 4-N, Cl -,Ca 2+ 및 Na + 은 7월에채수 한지하수에서 3 월에채수한지하수에비해높았고, SO 2-4, K +,Mg 2+ 은 3 월에비해낮게나타났다. 이것은 Table 1에 Table 2. Chemical concentration in the ground water used for hydroponics of various crops Crop No. of sample site Tomato 8 Cucumber 3 Paprika 2 Rose 6 Month ph EC NO 3-N NH + 4-N Cl - 2- SO 4 PO 4-P K + Ca 2+ Mg 2+ Na + (ds m -1 ) (mg l -1 ) Table 3. Chemical concentration in the waste nutrient solution after hydroponics of various crops in Chungbuk area No. of Crop sample site Month ph EC NO 3-N NH + 4-N Cl - 2- SO 4 PO 4-P K + Ca 2+ Mg 2+ Na + (ds m -1 ) (mg l -1 ) Tomato Avg Cucumber Avg Paprika Avg Rose Avg

5 46 이경자 강보구 이기열 윤 나타난것과같은경향으로, 작물별로원수에차이가있는것이아니라, 지역이나혹은관정깊이에따른차이로나타난 결과라사료된다. 페양액의무기성분함량조사 Table 2에나타낸원수조사지점중토마토 6 지점, 오이 2 지점, 파프리카 2 점, 장미 5지점을선택하여작물재배후버려지는폐양액의화학적성분함량조사결과를 Table 3에 나타내었다. 작물별폐양액의 EC는 3월과 7월에토마토가 각각 1.,.8 ds m -1, 오이는.98,.95 ds m -1, 파프리카.86, 1.87 ds m -1, 장미 1.32, 1.31 ds m -1 로원수보다상당히높아졌다.NO 3 -N를비롯한그외의무기성분도모든조사작물에서원수로이용하는지하수보다상당히높아졌다. 폐양액에대한수질경향을알아보기위해각성분에대한분포도를 Fig. 2 에나타내었다. ph는최대 8.8, 최소 4.3, 평균 6.7로대부분은 6.~8.5 사이에있었으나, 6. 이하인지점도16.7% 나되었다. EC는최대2.37 ds m -1, 최소.44 ds m -1, 평균 1.15 ds m -1 이었으며, % 정도가 1. ds m Min. 4.3 Max. 8.8 Avg. 6.7 Min..44 Max Avg < ph < EC(dS/m) Min. Max. 212 Avg. Min..56 Max Avg < < NO 3 -N(mg/L) PO 4 -P(mg/L) Min. Max. 295 Avg. 99 Min. 16 Max. 215 Avg. 78 < < K + (mg/l) Ca 2+ (mg/l) < Mg 2+ (mg/l) Min. 9 Max. 54 Avg < Na + (mg/l) Min. Max. 53 Avg. 26 Fig. 2. Frequency distribution of ph, EC, NO 3-N, PO 4-P, K +,Ca 2+,Mg 2+ and Na + in the waste nutrient solution after hydroponics in Chungbuk area in 2.

6 충북지역양액재배용지하수및폐양액의화학적특징 47 이하에분포하였고, 나머지 % 정도가 1. 이상에서분포하였다.NO 3 -N은최대212 mg L -1, 최소 mg L -1, 평균 mg L -1 이었고,7월조사 1 개지점(mgL -1 ) 을제외하고모두 mg L -1 를초과하였으며,47% 정도는 mg L -1 이상이었다.PO 4 -P는최대26.1 mg L -1, 최소.56 mg L -1, 평균 12.2 mg L -1 이었고,K + 는최대295, 최소, 평균 99 mg L -1 이었으며,Ca 2+ 는최대215, 최소16, 평균78 mg L -1 이었다.NO 3-N, K +,Ca 2+ 는최대지점과최소지점과의함량차이가상당히심하게나타났다.Mg 2+ 는최대54, 최소 9, 평균 26 mg L -1 이었고,Na + 는최대 53, 최소, 평균 26 mg L -1 이었다. 위결과에서보여준바와같이양액재배후버려지는폐양액에는비료물질을다량함유하고있으므로이러한영양염류가직접하천으로흘러들어갈경우에는하천오염을초래할것이다. 하지만이러한폐양액을비료의자원으로재사용할수만있다면하천오염을경감시킬수있을뿐만아니라, 폐자원이용측면에있어서상당히유용할것이라사료된다. 그러나위의결과에서도나타난바와같이폐양액에과량으로포함되어있는 SO 2-4 와 Cl - 의활용방법, 혹은 병원균에노출되어있을수도있는폐양액의활용방안에대한연구가선행되어야할것으로사료된다. 지속적인양액재배를위해서는각양액재배농가마다양액재배에이용되는지하수의수질을분석하여작물의요구량에맞는단비로양액을조성하여공급하는것이최선책이라할수있을것이며, 학계나지도기관에서는지역별수질평가를통하여양액재배를위한원수의수질기준을마련하는데다각도로노력해야할것이다. 또한양액재배에의해발생하는폐양액의재사용방안을마련하여수질오염을줄일수있도록노력해야할것으로사료된다. 요 본조사는충북지역의양액재배농가에서양액재배를위한지하수수질과양액재배후버려지는폐양액의수질에대한기초자료를얻고자수행되었다. 양액재배를위한지하수의수질조사는 19개지점의양액재배농가에서수집하여분석하였고, 폐양액은그중 15개지점을선택하여분석하였다. 양액재배에이용되는지하수의수질분석결과 ph의수준은 6.2~7.7 이었고, 평균은 6.8 이었다. EC의분포범위는.~.45 ds m -1 이었고, 평균은.23 ds m -1 이었다.NO 3 -N 농도의분포범위는.12~13.77 mg L -1, SO 2-4 의분포범위는 1.84~63.1 mg L -1, 그리고 Cl - 의분포범위는.46~72.9 mg L -1 이었다. 그들의평균값은각각 4. mg L -1, 12.7 mg L -1 및 mg L -1 이었다.Ca 2+,Mg 2+ 및 Na + 의분포범위는각각 3.24~36.99 mg L -1, 1.44~14.93 mg L -1 및 6.12~25.25 mg L -1 이었고, 평균농도값은 Ca , Mg 및 Na mg L -1 이었다. 양액재배후버려지는폐양액에서 ph 수준은 4.3~8.8 이 약 었고, 평균은 6.7 이었다. EC의분포범위는.44~2.37 ds m -1 이었고, 평균은 1.15 ds m -1 이었다. NO 3-N, PO 4-P, K +, Ca 2+,Mg 2+ 및 Na + 의분포범위는각각 ~212,.56~26.1, ~295, 16~215, 9~54 및 ~53 mg L -1 이었다. 평균농도값은 NO 3-N, PO 4-P 12.15, K + 99, Ca 2+ 78, Mg 및 Na + 26 mg L -1 이었다. 양액재배후버려지는폐양액중의무기성분함량은양액재배에이용되는원수에비해상당히높아졌다. 참고문헌 1. Buwalda, F. and Kim, K. S. (1994) Effects of irrigation frequency on root formation and shoot growth of spray chrysanthemum cuttings in small jute plugs, Scientia Horticulturae, Kim,J.H.,Lee,J.S.,Kim,B.Y.,Hong,S.G.and Ahn, S. K. (1999) Analysis of ground water used for agriculture in kyonggi province, Korean J. Environ. Agric. 18(2), Lee,K.B.,Lee,D.B.,Kang,J.G.andKim,J.D. (1999) Seasonal variation in water quality of mankyeong river and groundwater at controlled horticulture region, J. Kor. Soc. Soil Sci. Fert. 32(3), Lee, D. B., Lee, K. B. and Rhee, K. S. (1996) Changes of chemical contents in groundwater at controlled horticulture in honam area, Korean J. Environ. Agric. 15(3), Benoit, F. (1992) Practical guide for soilless culture techniques, European Vegetable R&D Center. pp Bae,J.H.,Cho,Y.R.andLee,Y.B.(1995)Field survey for well water quality in hydroponic farms, J. Bio. Fac. Env. 4(1), Bae, J. H. and Lee, Y. B. (1996) Analysis of well water quality for hydroponic farms in chollabuk-do area, J. Bio. Fac. Env. 5(2), Shin,W.K.,Lee,Y.H.,Cheon,S.G.,Hwang,Y. H. and Cho, K. H. (1998) Ionic characteristics of the ground water for hydroponics in kyeongnam area, J. Bio. Fac. Env. 7(3), Wohanka, W. (1992) Slow sand filtration and UV radiation : low-cost techniques for disinfection of recirculating nutrient solution or surface water, Porc. 8th Int. Congr. Soilless Culture, Runia, W. T. (1994) Disinfection of recirculation water from closed cultivation systems with ozone,

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목차 ⅰ ⅲ ⅳ Abstract v Ⅰ Ⅱ Ⅲ i

11-1480523-000748-01 배경지역 ( 백령도 ) 에서의 대기오염물질특성연구 (Ⅲ) 기후대기연구부대기환경연구과,,,,,,, Ⅲ 2010 목차 ⅰ ⅲ ⅳ Abstract v Ⅰ Ⅱ Ⅲ i 목차 Ⅳ ii 목차 iii 목차 iv 목차 μg m3 μg m3 v 목차 vi Ⅰ. 서론 Ⅰ μm μg m3 1 Ⅰ. 서론 μg m3 μg m3 μg m3 μm 2