기후변화에 따른 밭의 비점오염원 및 온실가스 배출량 저감연구 :Study on the reduction of non-point source pollution loads and greenhouse gas emission from upland crop area by climate change impact

신민환

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자료유형: 학위논문

저자정보: 신민환 (강원대학교, 강원대학교 대학원)

지도교수: 최중대

발행연도: 2013

저작권: 강원대학교 논문은 저작권에 의해 보호받습니다.

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이 논문의 연구 히스토리 (7)

2015

기후변화에 따른 무 밭의 온실가스 배출량 모의

신민환 , 이수인 , 장정렬 외 4명 한국농공학회논문집 2015.01 학술저널

2013

기후변화에 따른 밭의 비점오염원 및 온실가스 배출량 저감연구

신민환 지역기반공학과 2013.01 학위논문

배추와 무밭에서 발생하는 비점오염원 저감을 위한 피복재와 토양개량제 적용

신민환 , 최중대 , 임경재 외 4명 한국농공학회논문집 2013.01 학술저널

2012

야채재배 밭에서 지표피복의 비점오염원 저감효과

신민환 , 장정렬 , 원철희 외 4명 한국물환경학회지 2012.01 학술저널

실내실험을 통한 밭의 볏짚거적과 토양개량제 적용효과 모의

신민환 , 원철희 , 박운지 외 2명 한국수자원학회 학술발표회 2012.01 학술대회자료

소규모 침사구를 이용한 밭의 비점오염원 저감 효과 분석

신민환 , 임경재 , 장정렬 외 4명 한국농공학회논문집 2012.01 학술저널

2011

무밭에서 발생하는 비점오염원 저감을 위한 볏짚거적 사용

신민환 , 강종천 , 박운지 외 2명 한국수자원학회 학술발표회 2011.01 학술대회자료

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본 연구는 기후변화에 따라 밭에서 발생하는 비점오염원을 저감하고자 토양의 표면에 지표피복재를 적용하여 유출량과 오염부하의 저감효과를 분석하였다. 또한 기후변화를 유발할 수 있는 밭의 온실가스 배출량을 모의하기 위하여 DNDC (Denitrification -Decomposition) 모델을 이용하여 밭의 온실가스 배출량 변화를 분석하였다. 연구에 사용된 기후변화 자료는 기상청에서 제공되는 기후변화 시나리오(SRES A1B) 데이터를 이용하여 미래의 강수량과 기온 변화를 월평균 및 일별로 분석하였다. 기후변화에 의해 분석된 강수량 변화자료는 밭 지역에서 발생할 수 있는 비점오염원의 발생량을 모의하기 위해 사용하였다. 모의에 사용된 유출량과 오염부하 발생량은 무 시험포에서 대조구와 지표피복재를 적용하였을 때 분석된 결과를 사용하였으며, 기후변화에 따라 발생할 수 있는 유출량과 오염부하의 저감효과를 분석하였다. 기온 변화데이터로는 연구지역의 작물재배 가능기간을 분석하였으며, 기후변화 모의자료(강수량과 온도)와 무 시험포에서의 영농활동 데이터를 이용하여 밭에서 발생하는 N2O, CH4, CO2 등 온실가스 배출량을 분석하였다. 연구결과 연구지역의 과거 32년(1980∼2011) 연평균 강수량은 1,356.8 mm 인 것으로 나타났으며, 기후변화에 의한 연평균 강수량은 1,371.4 mm(2020s), 1,557.2 mm(2050s), 1,566.5 mm(2080s)로 과거 32년 강수량에 비해 각각 1.1%, 14.8%, 그리고 15.5%가 증가하는 것으로 나타났다. 또한 과거 32년(1980∼2011) 평균 기온은 6.8℃로 나타났으며, 기후변화에 의한 연평균 기온은 7.4℃(2020s), 8.7℃(2050s), 10.3℃(2080s)로 증가하는 것으로 나타났다. 미래 기후변화에 따라 발생하는 강수량에 대비하여 밭에 지표피복재를 적용할 경우 지표를 볏짚거적 등의 피복재로 피복할 경우 최대 90% 이상의 유출량을 저감 할 수 있는 것으로 나타났으며, 오염부하는 볏짚거적에 PAM 등을 추가로 적용할 경우 수질항목별 90% 이상의 오염부하를 저감할 수 있는 것으로 나타났다. 또한 토양의 표면에 지표피복재를 적용하고 유출부에 침사구를 적용할 경우 밭에서 발생하는 비점오염원 저감에 더욱 효과적일 것으로 판단된다. 기후변화와 실제영농활동 자료를 이용한 온실가스 모의결과 밭 시험포에서 9.02∼20.95 t CO2 /ha/yr의 범위로 온실가스가 배출되는 것으로 나타났다. 온실가스 저감을 위해서는 강수량과 기온에 의한 영향 뿐 아니라 비료와 거름 등의 사용량과 토양의 상태(토성 및 경운)에 따라 온실가스 배출량이 변화하기 때문에 적정 비료량 사용과 토양상태로 작물을 재배하여 미래 기후변화에 따른 온실가스 배출량을 저감할 필요가 있을 것으로 보여진다. 이와 같이 본 연구에서는 기후변화에 따라 밭에서 발생하는 비점오염원의 저감을 위한 최적관리방안을 마련하고, 밭에서 발생하는 온실가스 배출량의 저감 대책 방안을 마련하고자 하였다.

Reduction effects on runoff and nonpoint source (NPS) pollution from an upland field in Korea were studied with various surface cover materials under climate change scenarios. And greenhouse gas (GHG) emission that is known to impact climate change also was simulated with nitrification-denitrification (DNDC) model. Climate change data on precipitation and temperature simulated under SRES A1B scenario by the Korea Meteorological Administration (KMA) was obtained and analyzed with respect to daily and monthly changes in the future. The analyzed future data on climate change was applied to simulate NPS pollution from fields. Current runoff and NPS pollution data with radish cultivation under different surface cover treatment conditions was obtained from a series of experiments by the author and colleagues for years. The surface cover materials were composed of rice straw mat, polyacrylamide (PAM) and gypsum.
It was revealed that the average annual precipitation of the past 32 years (1980-2011) was 1,356.8 mm. And the average annual precipitation was expected to increase by climate change to 1,371.4 mm (2020s), 1,557.2 mm (2050s) and 1,566.8 mm (2080s), which is 1.1%, 14.8% and 15.5% increase compared to the 32-year average. The average annual temperature of the 32 years was 6.8℃ and it was also expected to increase to 7.4℃ (2020s), 8.7℃ (2050s) and 10.3℃ (2080s). It was estimated that if the fields were covered with the surface cover materials in the future precipitation conditions, runoff could be reduced by up to 90%. And NPS pollution could also be reduced by up to 90% if the PAM and gypsum were used together with rice straw mat as the surface cover material. If small sediment traps were prepared at the outlets of a field, the reduction effect could be improved significantly. DNDC simulations with the input data of climate change and field management practices showed that the range of GHG emission from fields was 9.02∼20.95 t CO2/ha/yr. It was also understood that the GHG emission varied not only the climate changes but also the time and amount of chemical fertilizer and organic compost applications, soil texture, and tillage methods. It was suggested that one of the methods to reduce GHG emission was to adequate use of fertilizers depending on crops and soil conditions. It was believed that the research results could be effectively applied to develop best management practices to reduce NPS pollution and GHG emission from fields for the future climate change.

#기후변화 #밭 #비점오염원 #온실가스

Ⅰ. 서 론 1
1. 연구배경 및 목적 1
Ⅱ. 문헌연구 4
1. 기후변화 시나리오를 이용한 농업 수환경관련 연구 4
1.1 국외연구 4
1.2 국내연구 8
2. 밭에서의 비점오염원 저감을 위한 최적관리기법 연구 11
2.1 국외연구 12
2.2 국내연구 15
3. DNDC 모델을 이용한 밭에서의 온실가스 배출모의 연구 16
3.1 온실가스 배출량 16
3.2 DNDC 모델 21
Ⅲ. 재료 및 방법 24
1. 기후변화 시나리오 선정 26
2. 밭에서의 비점오염원 저감 실험 32
2.1 실험포장 개요 32
2.1.1 실험포장 조성 및 모니터링 시설 33
2.1.2 대상작물 및 재배방법 36
2.1.3 토양특성 39
2.2 비점오염원 저감 실험설계 39
2.2.1 지표피복재 조성 실험 39
2.2.2 비점오염원 분석방법 42
2.2.3 침사구 조성실험 45
2.3 기후변화에 따른 밭에서의 지표피복재 적용 효과 분석 48
2.3.1 CN 값을 이용한 유출량 추정 48
2.3.2 유출량과 오염부하를 이용한 비점오염원 추정 51
2.3.3 산술평균을 이용한 유출량과 비점오염원 추정 54
3. 밭에서의 온실가스 배출량 모의 57
3.1 DNDC 모델 57
3.2 밭에서의 온실가스 배출모의 조건 60
Ⅳ. 결과 및 고찰 63
1. 연구지역 기상분석 및 미래 기후변화 자료 시나리오 63
1.1 연구지역의 유역특성 및 기후특성 63
1.1.1 연구지역의 강수량 특성 63
1.1.2 연구지역의 기온 특성 65
1.2 기후변화 시나리오에 따른 미래 강수량 및 기온변화 66
1.2.1 기후변화 시나리오의 편이보정 66
1.2.2 기후변화에 따른 미래 강수량 변화 68
1.2.3 기후변화에 따른 미래 기온변화 72
1.2.4 미래 온도변화에 의한 작물재배 적기분석 74
2. 밭에서의 비점오염원 저감 및 기후변화에 따른 영향분석 77
2.1 콩 시험포 77
2.1.1 강우와 유출특성 77
2.1.2 강우와 오염부하 및 오염부하 저감효과 80
2.2 무 시험포 82
2.2.1 토양특성 82
2.2.2 대패밥과 볏짚거적 피복이 유출과 유사에 미치는 영향 84
2.2.3 볏짚과 볏짚거적 피복이 유출에 미치는 영향 87
2.2.4 대패밥과 볏짚거적 피복이 수질에 미치는 영향 91
2.2.5 볏짚과 볏짚거적 피복이 수질에 미치는 영향 93
2.2.6 대패밥과 볏짚거적 피복의 생산성 95
2.2.7 볏짚과 볏짚거적의 생산성 97
2.2.8 관행시험포의 물수지 분석 99
2.3 침사구에 의한 비점오염원 저감효과 101
2.3.1 침사구의 유입 및 유출량 101
2.3.2 수질농도 및 오염부하 105
2.3.3 토양유실량 109
2.4 기후변화 시나리오에 따른 지표피복재의 비점오염원 저감효과 111
2.4.1 CN값을 이용한 유출량 추정 111
2.4.2 유출량과 오염부하를 이용한 비점오염원 추정 114
2.4.3 강우계급별 지표피복재의 유출량 저감효과 118
2.4.4 강우계급별 지표피복재의 오염부하 저감효과 124
2.4.5 회귀식을 이용한 강우계급별 지표피복재의 오염부하 저감효과 133
2.4.6 밭에서 지표피복재 적용방법과 고려사항 135
3. 밭에서의 기후변화에 따른 온실가스 배출량 저감분석 137
3.1 밭의 온실가스 배출량 137
3.2 미래기후 변화에 의한 밭의 온실가스 배출량 141
3.3 지표피복재와 온실가스 배출량의 관계 152
Ⅴ. 요약 및 결론 153

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