논산 지역 벼 재배지에서 영농활동 및 재배주기에 따른 대기오염물질 농도 특성 분석 = Analysis of Air Pollutant Concentration Characteristics According to Farming Activities and Cropping Stages in Rice Paddy Fields of the Nonsan Area

국문 초록 (Abstract)

본 연구는 농업지역에서 실시간으로 측정된 PM-10, PM-2.5, NH3, NO2, SO2 자료를 기반으로 주요 영농활동과 재배주기 변화가 대기오염물질 농도에 미치는 영향을 종합적으로 규명하는 것을 목적으로 수행되었다. 충청남도 논산시의 벼 재배지에 고정식 자동측정장비를 설치하여 장기간의 실시간 측정 자료를 수집하였으며, 수집된 자료는 스파이크 제거, 제로·스팬 교정, 드리프트 점검 등 체계적인 품질관리 절차를 거쳐 분석의 신뢰성을 확보하였다.
현장 CCTV 영상과 영농일지 분석을 통해 경운, 평탄화, 모내기, 비료·퇴비 살포, 수확 등 주요 영농활동의 실제 수행 시점을 도출하였고, 이를 기반으로 작업 전·중·후의 대기오염물질 농도 변화를 시계열 분석으로 평가하였다. 그 결과, 토양을 교란하는 작업에서는 미세먼지 계열의 단기적 증가가 반복적으로 확인되었고, 비료·퇴비 살포 이후에는 암모니아 농도가 일시적으로 상승하는 경향이 나타났다. 모내기 및 수확과 같이 기계 사용이 집중되는 시기에는 질소산화물 농도가 단기적으로 증가하는 패턴이 확인되었으며, 작업지점과 측정지점 간 거리, 작업 방향, 풍향·풍속 등의 미세 기상 조건이 농도 변화의 폭과 양상에 영향을 미치는 것으로 나타났다.
재배주기(준비기–식재기–생육관리기–수확기–휴경기)를 기준으로 단계별 평균 농도를 비교한 결과, 모든 오염물질에서 재배단계 간 농도 차이가 뚜렷하게 나타났다. 미세먼지 계열은 토양 교란 및 기계 이동이 집중되는 시기에 상대적으로 높은 수준을 보였으며, 암모니아는 비료·퇴비 시비가 이루어지는 단계에서 두드러지게 증가하였다. 질소산화물은 기계작업이 많은 시기와 연관된 변동 양상을 보였다. 기여도 분석에서는 준비기와 수확기에서 입자상 물질의 비중이 높게 나타났고, 암모니아는 시비 중심 단계에서 가장 큰 구성 비율을 차지하였다. 주성분분석(PCA)은 오염물질 간 상관구조를 기반으로 주요 변동 요인을 구분하여, 재배단계별 대기오염 특성이 서로 다른 배출 기작에 의해 형성됨을 보여주었다.

목차 (Table of Contents)

• I. Introduction 1
• 1. 연구배경 및 필요성 1
• 2. 연구목적 5
• II. Literature Review 7
• 1. 국내외 농업대기질 모니터링 연구 7
• 1.1 국내 농업대기질 모니터링 연구 7
• 1.2 국외 농업대기질 모니터링 연구 9
• 2. 농업 대기오염물질의 종류와 발생특성 10
• 2.1 PM-10 10
• 2.2 PM-2.5 12
• 2.3 NH3 13
• 2.4 NO2 14
• 2.5 SO2 15
• III. Materials & Methods 16
• 1. 실험대상 16
• 2. 실험장비 18
• 3. 데이터 수집 및 품질관리 25
• 4. 작물 재배주기 분석방법 30
• 5. 데이터 분석방법 33
• 5.1 시계열 분석 34
• 5.2 ANOVA 및 Tukey HSD 분석 35
• 5.3 기여도 평가 36
• 5.4 주성분 분석 36
• IV. Results & Discussions 41
• 1. 영농활동에 따른 대기오염물질의 시계열 변화 41
• 1.1 밑거름 살포 43
• 1.2 경운 47
• 1.3 평탄화 작업 51
• 1.4 이앙작업 55
• 1.5 살충제 살포 59
• 1.6 추수 62
• 2. 재배주기에 따른 대기오염물질 농도 변화 64
• 2.1 ANOVA 및 Tukey HSD 분석 결과 64
• 2.2 대기오염물질 기여도 평가 68
• 2.3 PCA 산점도 분석 70
• 2.4 재배주기별 대기오염물질 특성에 대한 고찰 74
• V. Conclusions 77
• 참고문헌 79