J. Korean Soc. Environ. Eng., 38(9), 504~512, 2016 Original Paper http://dx.doi.org/10.4491/ksee.2016.38.9.504 ISSN 1225-5025, e-issn 2383-7810 Assessment on Environmental Characteristics of Organic Paddy and Conventional Paddy by Comparing Their Soil Properties and Water Quality 이태구 구본운 박성직 Tae-Gu Lee Bon-Wun Gu Seong-Jik Park 한경대학교지역자원시스템공학과 Department of Bioresources & Rural Systems Engineering, Hankyong National University (Received July 21, 2016; Revised August 29, 2016; Accepted September 2, 2016) Abstract : In this study, we investigated the environmental impact of organic and conventional paddy by monitoring soil properties and water quality. We sampled and analyzed topsoil (0~15 cm), subsoil (15~30 cm), and water of organic and conventional paddy fields in Yongin and Anseong, South Korea. The statistical significance between groups was determined by Duncan's multiple range test. The results show that T-P concentrations in both topsoil and subsoil of Anseong paddy were higher than those of Yongin paddy. The significant difference of T-P between organic and conventional paddy was observed in Anseong but not in Yongin. T-N of organic paddy soil was lower than that of conventional paddy in both Anseong and Yongin region. Water content for subsoil of organic paddy in Anseong was significantly different from others, which is consistent with the results of silt-clay content. ph and EC of water in conventional paddy were higher than those in organic paddy. In Anseong, COD, T-P, and PO 4-P concentration of conventional paddy were higher than those of organic paddy. The regression analysis presented that there were no significant relationship between soil properties and water quality data except T-N. Key Words : Organic Farming, Conventional Paddy, Organic Paddy, Soil Property, Water Quality, Statistical Analysis 요약 : 본연구에서는토양및수질특성모니터링을통한유기논과관행논의환경영향을조사하였다. 용인과안성지역의유기논과관행논에서표층 (0~15 cm) 및심층 (15~30 cm) 토양과수질시료를채취및분석하였다. 집단간의유의성의차이는던컨의다중검정으로판별하였다. 실험결과 T-P 농도는표층및심층토양모두에서안성지역이용인지역보다높게나타났다. 안성논토양에서유기논과관행논의 T-P 농도의차이는유의미한차이를보였지만, 용인에서는나타나지않았다. 용인과안성지역모두에서유기논토양의 T-N 농도는관행논보다낮게나타났다. 안성유기논의심층토양의수분함량은다른논에비하여현저한차이가나타났으며, 이는 silt-clay 함량결과와일치한다. 관행논물의 ph 와 EC 는유기논에비하여높게나타났다. 안성지역에서관행논의 COD, T-P, 그리고 PO 4-P 가유기논에비하여높게나타났다. 회귀분석결과 T-N 을제외하고토양특성과수질결과간에상관성이없었다. 주제어 : 유기농업, 관행논, 유기논, 토양특성, 수질, 통계분석 1. 서론 우리나라는화학비료와농약을사용하여수확량을극대화 시키는방향의관행농법을수행해왔다. 친환경농업은 1970 년대이후화학비료와농약으로인해직접피해를입은생산자가자발적으로유기농업을하게되면서시작되었지만국가정책으로친환경농업정책을추진함에따라농민들의친환경농업에대한관심이증대되었다. 1) 친환경농업육성 법 제 1 조에서는농업의환경보전기능을증대시키고지 속가능한농업을추구한다고명시하고유기농업은토양의 물리화학성을개선하고환경보전을통한지속적인작물재 배가가능한방법이라고정의하였다. 2) 삶의질에대한관심 이높게되면서가족의건강을위해서친환경농산물의구입비중이증가되었다. 3) 이러한국민들의유기농산물에대한 관심과수요증가에따른유기농산물시장의활성화는국가의유기농업육성정책에도영향을주었다. 4) 국외에서는유기농이토양, 수질, 생물학적다양성등환경에미치는영향에대해서꾸준한연구를수행해왔다. 1,2) Arnhold 5) 는유기농의경우제초제를사용하지않기때문에잡초성장에의해서관행논에비하여토양유실량이적다고보고하였다. Anglade 6) 는토양의질소수지를분석한결과 유기농경작시질소의생산량감소없이관행농에비하여 12% 정도질소가적게투입되므로지하수및하천수질에 긍정적이라고보고하였다. 또한, 유기비료가토양의화학 적특성을향상시키고미생물의활성을촉진시키는데긍정적이라고보고되고있다. 7~9) 이러한유기농법에대한긍정 적인측면에대한연구결과가있는반면에, da Silva 10) 의연 구결과에따르면브라질남동부지역의유기농과관행농 업을수행하는지역의토양과수질을비교한결과상호간 의뚜렷한차이가나타나지않았다는연구결과도있다. 중 국에서논을대상으로연구를수행한결과관행농에서유 기농전환시생산량감소를만회하기위해서질소를과잉시 Corresponding author E-mail: parkseongjik@hknu.ac.kr Tel: 031-670-5131 Fax: 031-670-5139
J. Korean Soc. Environ. Eng. 505 비되고이로인한환경에악영향을준다고보고되었다. 11) 그러나시간이지나면서기술및경험이축적됨에따라점차환경친화적이고생산성이증대되는것으로분석되었다. 11) 국내유기농업에대한연구는다른국가대비전반적인 기술개발및연구가늦게시작되었고, 유기안전농산물생 산및경영기반분야에비하여환경영향평가기술에관한 연구가거의이루어지지않고있다고간주되고있다. 4,12) 국 내연구결과에서도유기농이환경에미치는영향에대해 서긍정적인연구결과와부정적인연구결과가서로양립 하고있다. Lee 13) 은시설재배지에서화학비료와유기비 료시용시지하수수질변화를비교분석하였고, 유기비료 처리시험포의지하수에서 BOD 와 COD 농도가더높은것 으로나타났다. Lyou 14) 의연구결과에따르면유기비료를 투입시강우유출수의 BOD, COD, T-P 의농도가화학비 료투입시보다높게나타났다. Joo 15) 은유기농산물인증 지역과무농약농산물인증지역의논토양에대해서중금 속함량, ph, 유기물, 유효인산, 유효규산의농도와농업용 수의수질을비교한결과차이가없는것으로보고하였다. 이러한환경특성은유기농적용기간, 적용되는농법, 사 용되는유기질비료의차이등에의해서실험결과가달라 져, 유기농에대한장점및단점에대한뜨거운논란이일 고있다. 이러한논란을줄이고지속가능한농업을위하여 유기농업이환경에미치는영향에대한지속적인모니터 링과생산체계를과학화하는것이필요하다. 본연구에서는유기논및관행논의수질및토양특성분석을통해서유기농업과관행농업수행에따른논에서의토양및수질환경특성을분석하고자한다. 토양특성인자로 는건조밀도, 함수율, 입도, 토성과같은물리적특성과수 소이온농도 (ph), 전기전도도 (EC), 유기물함량 (OM), 총질 소 (T-N), 암모늄태질소 (NH 3-N), 질산태질소 (NO 3-N), 총인 (T-P), 유효인산 (P 2O 5) 등화학적특성을분석하였다. 수질 특성인자로는용존산소 (DO), ph, EC, 부유물 (SS), 생화학 적산소요구량 (BOD), 화학적산소요구량 (COD), T-N, NO 3-N, NH 3-N, NO 2-N, T-P, 인산염 (PO 4-P) 농도를분석하였다. 각 실험결과치는통계분석을통하여그차이의유의성을판 단하였다. 2. 재료및방법 2.1. 조사지역및시료채취 본연구에서는용인과안성지역에서관행농업과유기농 업을수행하는논에서의토양및수질특성을비교하기위 해서관행논 11개필지와유기논 24개필지를조사하였다. 토양화학성과수질조사시기는 2016년 5월로모내기전기 비를농지에살포한후이다. Fig. 1 과같이관행논은유기논 의환경특성과비교하기위해같은유역내에있으며유기 논인근에위치한관행논으로용인원삼면 4 개필지, 안성 보개면 7 개필지를조사하였다. 유기논은용인시원삼면 14 Fig. 1. The map of Google Earth for the distribution of soil samples from organic (green circle) and conventional (yellow circle) paddy in Yongin and Anseong. 개필지, 안성시고삼면 9 개필지, 안성시대덕면 1 개필지 를조사하였고, 용인시원삼면 14 개필지는원삼친환경유 기쌀작목회원의농가에서안성시고삼면 9 개필지와안성 시대덕면 1 개필지는고삼친환경농업작목회농가에의해 서경작되고있다. 조사대상지역인용인과안성의유기논 은모두 15년이상유기농법이지속적으로수행되고있었다. 토양깊이에따른토양특성을살펴보기위하여시료채취는표층 (0~15 cm) 및심층 (15~30 cm) 을각각필지별로 3지 점에서채취하였고, 수질시료역시관행논 11 개필지와유 기논 24 개필지에서각각필지별로 3 지점에서폴리에틸렌 용기에채수하였다. 2.2. 토양분석방법 토양의화학성분석을위해서필지별로 3 지점에서채취 한토양시료는혼합하고, 풍건후 2 mm 체를통과된것을 화학분석에사용하였다. 토양화학특성분석은농업과학 원에서발간한토양화학분석법 16) 을따라서수행하였다. 채 취한토양시료는 105 건조기에넣고 24 시간건조시킨후 무게변화를측정하여함수율을산정하였다. 토양의입도 분석은 ASTM D422 에따라서표준체 4 번부터 200 번까지 체분석을실시하였고, 200 번체를통과한시료는비중계분 석법을수행하였다. ph와 EC는토양과증류수의비율을 1:5로하고 ph는 1 시간교반후측정하였고, EC는 30분교반후에 No. 2여과 지 (Whatman, USA) 에여과시킨시료를측정하였다. 측정장 비는 ph 및 EC meter (Sevenmulti S40, Mettler Toledo, Switzerland) 를이용하였다. 유기물함량은작열손실량법으 로 450 에서 2시간가열후측정하였다. T-P은과염소산 (HClO 4) 분해법에따라서열분해후아스 코르빈산환원법으로발색시킨후측정하였다. P 2O 5 함량 은 Lancaster 법에따라서측정하였다. T-N 는 Kjeldahl 법에 따라서분해촉진제로 K 2SO 4 와 CuSO 4 비율 9:1 로첨가하 대한환경공학회지제 38 권제 9 호 2016 년 9 월
506 J. Korean Soc. Environ. Eng. 이태구 구본운 박성직 여 400 에서 4시간가열분해후비색법으로측정하였다. NH 3-N는토양 5 g을 2M KCl 용액 25 ml에넣고 30분간교반하여치환추출한용액을 No. 2 여과지에여과후에비색법으로측정하였고, NO 3-N는 Brucine법에따라서 2 M KCl 용액으로추출하여농도를측정하였다. 2.3. 수질분석방법수질의화학성분석은농촌진흥청의농업용수수질분석실무메뉴얼 17) 과 수질환경공정시험법 에따라서수행하였다. DO, ph와 EC는각각 DO meter (HI 9146, Hanna, Romania) 와 ph/ec meter를이용하여측정하였다. BOD는시료채취후 6시간이내에 BOD병에희석배수를달리하며희석하여담고, 20 배양기에넣은후 15분후 DO를측정하고, 5일후같은시각에 DO를측정하여 DO 측정값의차이로부터산정하였다. COD는중크롬산칼륨법으로가열반응후측정하였다. SS는채수한시료를 GF/C 글라스필터로여과한후건조시킨필터의무게를측정해서여과전과여과후의무게차를이용하여시료 1 L에포함되어지는고형물의양 L) 을측정하였다. T-P은과황산칼륨 (K 2S 2O 8) 으로분해한후아스코르빈산환원법으로발색시킨후측정하였고, PO 4-P은염화제일주석환원법으로측정하였다. T-N는알칼리성과황산칼륨 (NaOH 20 g + K 2S 2O 8 15 g) 을넣고열분해후자외선흡광광도법으로측정하였고, NO 3-N 역시자외선흡광광도법으로측정하였다. NH 3-N는페놀니트로프루시드나트륨용액과차아염소산나트륨용액으로반응시킨후 640 nm 파장에서측정하였고, NO 2-N는슬퍼닐아미드용액과 α-나프틸에틸렌디아민이염산염용액으로반응시킨후 540 nm에서시료용액의흡광도를측정하였다. 2.4. 데이터통계분석지역과농법에따른토양특성및수질분석결과는평균 ± 표준오차로표시하여나타내고, SAS 9.4를이용하여분산분석 (ANOVA) 을실시하였다. 집단간의차이는유의수준 (α) 0.05에서 Duncan의다중검정으로사후검정하였다. 3. 결과및고찰 3.1. 토양특성분석 용인과안성지역의관행논과유기논의 silt-clay 함량을 Fig. 2 에나타내었다. 표층과심층토양에서모두용인지역 에서는농법간에유의성있는차이가발견되지않았으나, 안성지역에서는농법간의유의성있는차이가발견되었다. 표층에서안성지역유기논이 39.9 ± 2.0% 으로, 안성지역관 행논 (51 ± 2.3%) 과용인지역관행논 (58.4 ± 3.1%), 유기논 (56.4 ±1.8%) 보다현저하게낮게나타났다. 용인, 안성지역의유기논과관행논의표층 (0~15 cm) 토양 의물리화학성을 Table 1 에나타내었다. 함수율과 ph 의모 Table 1. Statistical results for physical and chemical properties of topsoil (0~15 cm) Water content (%) ph EC (µs/ cm) OM (%) T-P P 2O 5 T-N NH 3-N NO 3-N n 4 4 4 4 4 4 4 4 4 MIN 28.7 5.4 76.5 9.4 1470.6 12.4 716.0 0.8 2.6 YC MAX 38.4 5.8 227.0 10.6 1768.4 20.1 1442.0 24.1 103.3 AVE 34.3 5.6 149.3 10.2 1563.7 16.7 1179.0 8.9 42.4 SE 2.00 0.1 31.4 0.2 60.0 1.7 147.7 4.5 19.5 n 14 14 14 14 14 14 14 14 14 MIN 23.9 5.1 85.0 7.8 1358.9 6.9 762.0 1.7 16.9 YO MAX 46.6 6.4 176.8 15.3 2274.8 38.8 1368.0 22.5 186.9 AVE 33.8 5.6 128.5 10.2 1699.8 19.4 986.4 7.9 94.3 SE 1.5 0.1 6.9 0.6 69.6 2.5 38.7 1.9 14.5 n 7 7 7 7 7 7 7 7 7 MIN 25.3 5.6 68.0 7.4 1801.9 12.7 584.0 4.2 1.1 AC MAX 42.0 7.21442.0 14.0 3678.3 57.2 1154.0 23.8 199.0 AVE 34.7 6.3 320.2 9.7 2370.5 26.3 891.7 15.0 77.2 SE 2.1 0.2 174.0 0.9 230.0 5.9 79.9 2.6 25.1 n 10 10 10 10 10 10 10 10 10 MIN 23.1 3.5 93.9 5.9 2352.9 6.2 350.0 2.6 14.7 AO MAX 42.4 6.9 233.0 14.6 3804.9 59.4 1006.0 101.1 220.4 AVE 30.5 5.8 153.1 8.0 2872.3 31.6 673.4 19.8 104.0 SE 1.9 0.3 15.6 0.8 144.4 5.5 49.8 9.0 25.1 YC: Yongin conventional paddy YO: Yongin organic paddy AC: Anseong conventional paddy AO: Anseong organic paddy n: sample number MIN: minimum MAX: maximum AVE: average SE: standard error Fig. 2. Comparison of the silt-clay content (%) of (a) topsoil (0~15 cm) (b) subsoil (15~30 cm) in organic paddy and conventional paddy. YC: Yongin Conventional Paddy, YO: Yongin Organic Paddy, AC: Anseong Conventional Paddy, AO: Anseong Organic Paddy. The bar show the mean value and the error bars the standard error of the associated water quality data. Different letters appear above the bars is significant difference according to Duncan s multiple range test (p<0.05). Journal of KSEE Vol.38, No.9 September, 2016
J. Korean Soc. Environ. Eng. 507 두집단간의유의성있는차이는발견되지않았다. 대상지역의 ph는 5.6 ± 0.1에서 6.3 ± 0.2으로논토양의적정기준 치인 ph 5.5~6.5를대부분만족하는것으로나타났다. EC 와유기물함량은유기논토양에서높게나타난다 18) 는연구결과와는달리집단간의유의성있는차이는발견되지않았다. 용인, 안성지역의관행논과유기논의표층토양에서통 계적으로유의미한차이가나타난 T-P, P 2O 5, T-N, NO 3-N 의함량을 Fig. 3에나타내었다. T-P은용인지역에서농법 간의유의성있는차이가발견되지않았지만, 안성지역에 서는농법간의유의성있는차이가발견되었다. 안성지역 유기논의 T-P 함량이 2872.3 ± 144.5 mg/kg 으로관행논 (2370.5 ± 230.0 mg/ 보다높게나타났다. 용인지역의 T-P 함량은관행논과유기논이각각 1563.7 ± 60.0 mg/kg, 1699.8 ± 69.6 mg/kg으로안성지역보다낮게나타났다. P 2O 5 의경우표층에서지역간의유의성있는차이가발견되었으며, 안성지역유기논이 31.6 ± 5.5 mg/kg으로용인지 역관행논 (16.7 ± 1.7 mg/ 과유기논 (19.4 ± 2.5 mg/ 보 다높게나타났다. 하지만안성과용인지역모두논토양의 유효인산적정함량수준인 80~120 mg/kg 에는미치지못해 해당시기의유효인산에대한관리가필요할것으로판단된 다. 19,20) 안성지역유기논에서인함량이높게나타나는것은 silt-clay 함량이낮아배수가좋은토양에서 Al-P 형태의인산이많아지며, 21) 이로인해토양교질과의고정력이커지기때문으로판단된다. 22) T-N 는표층에서지역과농법간에유의성있는차이가 발견되었다. 안성지역은관행논이 891.7 ± 79.9 mg/kg 으로 유기논 (673.4 ± 49.8 mg/ 보다높게나타났다. 용인지역에서는농법간에유의성이있는차이가발견되지않았지만, 관행논의 T-N 함량이 1179.0 ± 147.7 mg/kg으로유기논의 T-N 함량 986.4 ± 38.7 mg/kg 보다높게나타났다. 안성지역의유기논및관행논보다높은것으로나타났다. 용인지역유기논및관행논과안성지역관행논에비하여안성유기논에서 T-N의함량이현저하게낮게나타났는데, 이는 silt-clay 함량의경향과유사하다. 질소는토양교질에흡착능력이약하여쉽게유실되기때문에토성의영향을받는것으로판단된다. 23,24) NH 3-N는집단간의유의미한차이가발견되지않았고, NO 3-N의경우표층에서는안성지역이농법간의유의성이발견되지않았지만, 용인의경우유기논의 NO 3-N 의함량이 94.3 ± 14.5 mg/kg으로관행논 (42.4 ± 19.5 mg/ 보다 2배가량높게나타났다. 심층토양 (15~30 cm) 의물리화학성을 Table 2에나타내었고, 통계적으로유의미한차이가나타난함수율과유기물함량, T-P, T-N는 Fig. 4에나타내었다. Fig. 4에나타낸항목이외의다른항목들은유의성있는차이가발견되지않았다. 심층에서의함수율은용인지역관행논, 유기논, 안성지역관행논이각각 30.7 ± 2.4%, 31.1 ± 1.2%, 28.0 ± 2.0% 으로집단간의유의성있는차이는발견되지않았다. 반면안성지역유기논은다른집단과비교해유의성있는차이가있었으며, 함수율이 21.9 ± 1.9 % 로가장낮은것으로나타났다. 이것은안성유기논의 silt-clay함량이적기때문에토양의수분보유력이다른집단에비해낮은것으로판단된다. ph와 EC의경우유의성있는차이가발견되지않았지만, 유기물함량은표층토양과는달리집단간의유 Fig. 3. Comparison of topsoil (0~15 cm) properties between organic paddy and conventional paddy in Yongin and Anseong. (a) T-P, (b) P 2O 5, (c) T-N, and (d) NO 3-N. The bar show the mean value and the error bars the standard error of the associated water quality data. Different letters appear above the bars is significant difference according to Duncan s multiple range test (p<0.05). 대한환경공학회지제 38 권제 9 호 2016 년 9 월
508 J. Korean Soc. Environ. Eng. 이태구 구본운 박성직 Table 2. Statistical results for physical and chemical properties of subsoil (15~30 cm) YC YO AC Water content (%) ph EC (µs/ cm) OM (%) T-P P 2O 5 T-N NH 3-N NO 3-N n 4 4 4 4 4 4 4 4 4 MIN 24.7 5.3 129.2 8.2 1172.7 10.5 700.0 0.8 1.1 MAX 35.7 6.3 195.9 9.0 1608.3 21.0 978.0 5.4 101.9 AVE 30.7 5.8 158.5 8.6 1393.3 15.2 820.5 2.9 56.9 SE 2.4 0.2 12.0 0.1 77.7 1.9 53.5 0.9 22.2 n 14 14 14 14 14 14 14 14 14 MIN 19.5 5.3 65.5 6.4 1288.2 6.9 644.0 1.1 21.9 MAX 37.7 7.0 571.0 9.9 2155.6 112.7 1012.0 7.3 183.3 AVE 31.1 5.9 153.8 8.2 1500.1 28.4 797.0 3.4 91.7 SE 1.2 0.1 32.4 0.3 54.0 7.8 31.0 0.5 13.7 n 7 7 7 7 7 7 7 7 7 MIN 20.0 5.7 114.1 5.5 506.3 11.8 502.0 2.0 15.4 MAX 35.7 6.7 199.3 7.8 2710.3 34.0 1224.0 12.6 194.7 AVE 28.0 6.3 154.2 6.8 1807.8 25.0 835.1 5.7 94.2 SE 2.0 0.1 9.6 0.3 275.9 2.6 93.2 1.3 23.2 n 10 10 10 10 10 10 10 10 10 MIN 12.6 5.7 57.5 3.8 1507.8 6.5 248.0 1.7 31.1 AO MAX 28.5 7.0 150.8 9.0 3406.6 79.3 1010.0 15.1 256.1 AVE 21.9 6.3 97.7 5.7 2436.3 35.1 523.2 6.2 106.4 SE 1.9 0.1 9.5 0.5 177.8 7.0 67.1 1.2 22.7 YC: Yongin conventional paddy YO: Yongin organic paddy AC: Anseong conventional paddy AO: Anseong organic paddy n: sample number MIN: minimum MAX: maximum AVE: average SE: standard error 의성있는차이가발견되었다. 용인지역관행논과유기논의유기물함량은각각 8.6 ± 0.1%, 8.2 ± 0.3% 로, 안성지역관행논 (6.8 ± 0.3%), 유기논 (5.7 ± 0.5%) 보다높게나타나지역간차이를보였다. 심층토양의 T-P과 T-N는표층토양과유사한경향을나타내었으며, T-P의경우안성지역이용인지역보다뚜렷하게높은것으로나타났다. T-N의경우에는안성지역관행논이 835.1 ± 93.2 mg/kg으로안성지역유기논 (523.2 ± 67.1 mg/ 보다높게나타났다. 3.2. 수질분석용인과안성지역의유기논과관행논의기비후수질분석결과를 Table 3에나타내었고, 통계적으로유의미한차이가나타난 ph, EC, COD, T-N, T-P, PO 4-P 농도를 Fig. 5에나타내었다. ph는안성지역과용인지역모두농법간의유의성있는차이가발견되었다. 용인의경우관행논과유기논의 ph는각각 7.64 ± 0.17, 6.90 ± 0.08, 안성지역의경우관행논과유기논의 ph는각각 8.27 ± 0.15, 7.06 ± 0.10으로두지역모두관행논이더높게나타났다. EC 역시용인지역과안성지역모두농법간의유의성있는차이가발견되었다. 용인지역과안성지역모두관행논이각각 237.45 ± 40.64 µs/cm, 364.29 ± 42.36 µs/cm으로, 용인 (145.96 ± 8.22 µs/cm), 안성 (208.95 ± 19.51 µs/cm) 각지역의유기논보다높게나타났다. EC의경우용인과안성지역모두농업용수수질기준치인 470 µs/cm보다낮게나타났다. 25) T-N 농도는용인지역에서농법에의한유의성있는차이가나타났으며, 용인지역의관행논이 5.48 ± 0.31 mg/l으로용인 Fig. 4. Comparison of subsoil (15~30 cm) properties between organic paddy and conventional paddy in Yongin and Anseong. (a) water content (%), (b) organic matter, (c) T-P, and (d) T-N. The bar show the mean value and the error bars the standard error of the associated water quality data. Different letters appear above the bars is significant difference according to Duncan s multiple range test (p<0.05). Journal of KSEE Vol.38, No.9 September, 2016
J. Korean Soc. Environ. Eng. 509 Table 3. Mean values and standard deviation of water quality data of organic paddy and conventional paddy in Yongin and Anseong. For each attribute, data not followed by letter means that the difference is not significant, and different letters appear there is significant difference according to Duncan s multiple range test (p<0.05) YC YO AC AO ph 7.64 ±0.17B 6.90 ±0.08C 8.27 ±0.15A 7.06 ±0.10C EC (μs/cm) 237.45 ±40.64B 145.96 ±8.22C 364.29 ±42.36A 208.95 ±19.51BC SS L) 3.00 ±1.30A 14.72 ±5.29A 23.84 ±10.11A 15.45 ±8.28A BOD L) 5.84 ±2.51A 8.9 ±0.79A 9.7 ±1.22A 11.25 ±1.09A COD L) 41.5 ±11.56AB 52.14 ±3.51AB 61.79 ±7.0A 30.09 ±7.65B T-N L) 5.48 ±0.31A 3.94 ±0.23B 1.84 ±0.28C 1.57 ±0.21C NH 3-N L) 0.46 ±0.22A 0.84 ±0.17A 4.31 ±2.61A 0.21 ±0.05A NO 2-N L) 0.01 ±0.0A 0.02 ±0.01A 0.01 ±0.0A 0.01 ±0.0A NO 3-N L) 1.08 ±0.14A 0.94 ±0.38A 1.19 ±0.16A 0.88 ±0.30A T-P L) 0.15 ±0.01B 0.24 ±0.02B 0.68 ±0.19A 0.30 ±0.04B PO 4-P L) 0.14 ±0.01B 0.16 ±0.01B 0.47 ±0.16A 0.21 ±0.03B P-Value <.0001 <.0001 0.5766 0.1021 0.012 <.0001 0.0653 0.7607 0.9318 0.0026 0.0121 YC: Yongin conventional paddy, YO: Yongin organic paddy, AC: Anseong conventional paddy, AO: Anseong organic paddy, the same letter are not significantly different at 5% level by DMRT Fig. 5. Comparison of water quality data between organic paddy and conventional paddy in Yongin and Anseong. (a) ph, (b) EC, (c) COD, (d) T-N, (e) T-P and (f) PO 4-P. The bar show the mean value and the error bars the standard error of the associated water quality data. Different letters appear above the bars is significant difference according to Duncan s multiple range test (p<0.05). 지역유기논 (3.94 ± 0.23 mg/l) 보다높게나타났다. COD, T-P, 그리고 PO 4-P는용인지역에서유의성있는차이가발견되지않았지만, 안성지역은농법간의유의성있는차이가발견되었다. 안성지역관행논의 COD 농도가 61.79 ± 7.0 mg/l으로유기논 (30.09 ± 7.65 mg/l) 보다약 2배높게나타났다. 이는유기비료처리시험포의지하수에서 COD 의농도가더높은것으로나타났다고한연구결과와는상반된결과이다. 26) T-P은안성지역의관행논이 0.68 ± 0.19 대한환경공학회지제 38 권제 9 호 2016 년 9 월
510 J. Korean Soc. Environ. Eng. 이태구 구본운 박성직 mg/l 로안성유기논 (0.30 ± 0.04 mg/l) 에비해약 2 배이상 높게나타났다. 안성지역관행논의 T-P 농도는하천수수 질환경기준 6 등급 (0.5 mg/l 초과 ) 보다높아, 장마철많은 양의유출이발생할경우주변하천으로유입되어부영양 화원인이될우려가있다. PO 4-P 의경우도안성지역관행 논이 0.47 ± 0.16 mg/l으로안성유기논 (0.21 ± 0.03 mg/l) 에비해높게나타났는데이는유기농가의논토양에서인산이과량축적되어있다는선행연구결과와는상반된다. 27) 3.3. 토양및수질상관분석 기비후표층토양분석결과값을상관분석하여 Table 4 에 나타내었다. ph 와유기물함량간에는양의상관관계가있 는것으로나타났고, T-P 은유기물함량과 T-N 사이에각각 강한음의상관관계가있는것으로나타났다. T-P 과 P 2O 5 사 이에는양의상관관계가있는것으로나타났다. 다른항목 들간에는통계적으로유의미한상관성이나타나지않았다. 심층토양을상관분석하여 Table 5에나타내었다. 함수율과 ph 사이에는음의상관관계가나타났다, 함수율과유기물함 량및 T-N 사이에는양의상관관계가나타났다. ph 와유 Table 4. Correlation matrix among the 9 physicochemical variables of topsoil (0~15 cm). Asterisks indicate significant difference ph EC OM TN NH 3-N NO 3-N T-P P 2O 5 WC 0.0889-0.2482 0.2614 0.3167 0.3069-0.0806-0.3331 0.0246 ph -0.0035 0.3995* -0.0277 0.1774 0.0693 0.0053 0.0918 EC -0.1321 0.2243-0.0626-0.0331 0.1722 0.2490 OM 0.1494-0.2358-0.0609-0.4554** 0.0064 T-N -0.0119-0.1223-0.5743** -0.1781 NH 3-N -0.1799 0.1920 0.2644 NO 3-N 0.0770 0.1278 T-P 0.3923* *** values are statistically significant at P<0.05 *** values are statistically significant at P<0.01 *** values are statistically significant at P<0.0001 Table 5. Correlation matrix among the 9 physicochemical variables of subsoil (15~30 cm). Asterisks indicate significant difference ph EC OM T-N NH 3-N NO 3-N T-P P 2O 5 WC -0.4999** 0.2373 0.7825*** 0.4729** -0.1465 0.0607-0.2554-0.0227 ph -0.2302-0.3931* 0.0088 0.1047-0.1872 0.0656 0.3021 EC 0.1575 0.1367-0.0978-0.2712-0.1883-0.0836 OM 0.5296** -0.212 0.04-0.3135-0.0094 T-N -0.1677 0.0414-0.1928-0.1552 NH 3-N 0.3739* 0.4121* -0.0281 NO 3-N 0.6314** 0.1682 T-P 0.2642 *** values are statistically significant at P<0.05 *** values are statistically significant at P<0.01 *** values are statistically significant at P<0.0001 기물함량사이에는표층과는달리음의상관관계가나타났다. 유기물함량과 T-N 사이에는양의상관관계가나타났고, NH 3-N는 NO 3-N 및 T-P 사이에는양의상관관계가나타났 다. NO 3-N와 T-P 사이에도양의상관관계가나타났다. 수질분석항목간의상관분석한결과를 Table 6에나타내었다. ph와 EC는다른수질인자에비하여다른인자와의 상관성이높은것으로나타났다. ph와 EC는상관계수 0.6630 으로강한양의상관관계가나타났으며, ph와 NH 3-N, T-P, PO 4-P 사이에도각각 0.4527, 0.4421, 0.4358로양의상관관 계가나타났다. EC 와 T-N 간에는음의상관관계가나타났 으나, EC와 NH 3-N 사이에는양의상관관계가나타났다. EC 와 T-P, EC와 PO 4-P은각각 0.6774, 0.6249의상관계수로 높은상관성을보였다. BOD 와 NO 3-N 는음의상관관계를 보였다. T-N와 PO 4-P 사이에는음의상관관계가나타났고, NH 3-N와 T-P, NH 3-N와 PO 4-P은각각 0.675, 0.7583으로높 은상관계수를보였다. NO 3-N 와 NO 2-N, T-P 과 PO 4-P 은상 관계수가각각 0.908 과 0.9642 으로고도의양의상관관계를 보였다. Vega 28) 은 BOD와 COD 사이에강한상관관계가있다고 보고하였으나, 본연구에서는상관관계가약하고통계적으 Table 6. Correlation matrix among the 11 water quality variables. Asterisks indicate significant difference EC SS BOD COD T-N NH 3-N NO 3-N NO 2-N T-P PO 4-P ph 0.6630*** 0.1108 0.0970 0.1807-0.1947 0.4527** 0.0336-0.0836 0.4421** 0.4358** EC -0.0766 0.1333 0.2168-0.3587* 0.3018* 0.0580-0.0883 0.6774*** 0.6249*** SS 0.2430 0.0344-0.1188 0.0374-0.1132-0.0414 0.1294 0.1280 BOD 0.0205-0.2414 0.0060-0.4865** -0.4061 0.1847 0.1874 COD 0.1987 0.0869 0.0978 0.1275 0.2348 0.1990 T-N -0.2226-0.0371 0.0913-0.3707-0.3299* NH 3-N 0.1537 0.0373 0.6750*** 0.7583*** NO 3-N 0.9080*** 0.0997 0.1569 NO 2-N -0.0234 0.0113 T-P 0.9642*** *values are statistically significant at P<0.05, **values are statistically significant at P<0.01, ***values are statistically significant at P<0.0001 Journal of KSEE Vol.38, No.9 September, 2016
J. Korean Soc. Environ. Eng. 511 Fig. 6. Relationships between topsoil properties and water quality properties. (a) OM (%) and COD L), (b) T-P and T-P L), (c) T-N and T-N L), and (d) P 2O 5 and PO 4-P L) 로도유의성이없는것으로나타났다. 표층토양의특성과수질사이의관계를알아보기위하여단순회귀분석하여 Fig. 6에나타내었다. 토양유기물함량과답수 COD는결정계수가 0.06, 토양 T-P과답수 T-P 간결정계수는 0.2318, 토양 P 2O 5 과답수 PO 4-P은결정계수 0.2227 로낮게나타났다. T-N의경우표층토양과답수사이의결정계수 (R 2 ) 가 0.4631로비교적높은결정계수값을나타내었다. 4. 결론 유기논및관행논의환경특성비교를위하여안성및용인지역의유기논 24개필지, 관행논 11개필지에대한토양및수질시료를채취및분석을수행하였다. 토양의입도분석결과안성의유기논토양의 silt-clay 함량이타지역보다낮게나타났다. 토양내 T-P 함량은표층토양및심층토양모두에서안성지역이용인지역보다높게나타났으며, 안성지역에서유기논의 T-P 함량이관행논보다유의미하게높게나타났다. T-N의경우용인지역에서안성지역보다높게나타났으며, 유기논보다는관행논에서높게나타났다. NO 3-N의경우는반대로유기논토양에서관행논보다높게나타났다. 토양특성분석결과유기농과관행농의농법간의차이보다는지역간의차이가더큰것으로나타났다. 수질분석결과 ph 및 EC 값은유기논보다관행논에서높게나타났다. 답수의 T-N 농도는용인지역이안성지역보다높게나타났으며, 용인지역의관행논물의 T-N 농도가유기논보다높게나타나토양분석결과와유사한경향을 나타내었다. 안성지역에서관행논과유기논사이에 COD, T-P, 그리고 PO 4-P에대한유의미한차이가있었으며, 관행 논이유기논보다높게나타났다. 보다장기적이고추가된 연구결과가필요하지만, 본연구는논에서유기농법의환 경영향평가를위한기초자료및친환경적최적관리방안 을마련하는데활용될것으로판단된다. Acknowledgement 본연구는농촌진흥청공동연구사업 ( 과제번호 : PJ01086103, 과제명 : 유기농과관행논의환경영향비교평가 ) 의지원에의해이루어진것임. References 1. Jeong, E. M., The development and characteristics of the environment-friendly agricultural policy in Korea, Korean J. Organic Agric., 14(2), 117~137(2006). 2. Sohn, S. M., Organic farming, Hyangmoon Publishing Co., Seoul, Korea(2007). 3. Kim, C. G., Jeong, H. K. and Moon, D. H., Analysis of contribution of environment- friendly agricultural products to health promotion, Korean J. Organic Agric., 20(2), 125~ 142(2012). 4. Hong, S. G., Lee, S. B., Park, K. L., Lee, M. H., Nam, H. S., Kim, J. H., Yun, J. C. and Park, D. S., Research trends in organic farming technology by journal article analysis, 대한환경공학회지제 38 권제 9 호 2016 년 9 월
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