A Study on the Application Design of Soil Moisture Diffusion and Crop Roots According to Subsurface Irrigation Method

김진현,김태욱,김설하,이황규,엄덕호,이상훈 한국농업기계학회 2021 바이오시스템공학 Vol.46 No.3

Purpose Global climate change has increased drought frequency and caused significant damage to agricultural industries worldwide; for example, soybean yield has decreased by 30% on small-scale farms. Therefore, the development of subsurface irrigation methods, which conserve both water and labor, is urgently needed for open-field cropping systems. Although water and nutrient supply through subsurface irrigation shows clear advantages, the specific design of these irrigation systems relies on empirical data rather than systematic research and practical optimization. Because of irregularities and uncertainties in field soil conditions, the theoretical approach for water diffusion in soil frequently could give a wrong range of data to an irrigation system. In this study, the water diffusion by means of a commercial subsurface irrigation system has been experimentally tested in several soil types to get practical application and understand the water diffusion performance. Methods In the present study, to better understand the shape of the subsurface diffusion plume in an open-field soybean crop during irrigation, we supplied 4 L of water through 3 mm vertical tubes using three types of dripper, at transfer rates of 2, 4, and 8 L/h. A map of the wetted soil near the dripper showed that the optimal water supply depends on the growth stage of the soybeans. Results Subsurface irrigation testing was conducted on well-graded sand containing clay (SWC: sand well + sand clay) and poorly graded sand (SP: sand plastic). As both SWC and SP showed that the wetted area rises well upward to the ground surface from the dripping point with 2 L/h supply, it is considered that 2 L/h case is effective for water absorption by the roots of the crops. Besides, the size of the grown root of 30 days showed 450 mm of width and 300 mm of depth, so it was estimated that 150 mm wide and 100 mm deep after 10 days, and 300 mm wide and 200 mm deep after 20 days. Judging from the results of the root growth and water diffusion rate, it is desirable that over 8 L and 5–6 L supply after 10 days and 20 days of the bean sowing, respectively. Also, since the roots after 30 days grow 300 mm deep and reach to water supply drip line, it is appropriate to supply about 4 L. Conclusions We obtained empirical vertical and horizontal diffusion data to characterize soil water transport during subsurface irrigation. In summary, in terms of water supply rate, 2 L/h was the most effective for subsurface irrigation. Additionally, depending on the growth stages of the soybeans, early, 20 days, and 30 days, 8 L, 5–6 L, and 4 L are recommended for the supplied water amount, respectively.

유량 균등성 및 복합기능을 가진 지중관수용 드리퍼의 개발

김진현,김태욱,김설하,이황규,엄덕호,이상훈 경상대학교 농업생명과학연구원 2022 농업생명과학연구 Vol.56 No.3

지중관수에 의한 밭작물의 농업용수는 30%이상 절감되고 가용용수량도 지표면 관수에 비해 2배 이상의 효과가 있는 것으로 알려져 있다. 이것은 수분을 지중에 공급하므로 증발산으로 인한 손실을 줄일 뿐만 아니라 지중의 확산 체적을 넓혀 지표면에 비해 수분공급 효과를 높일 수 있기 때문이다. 뿐만 아니라 관수 노동력도 절감되므로 최근 지중관수 장치의 보급이 확산되고 있는 추세이다. 그러나 우리나라는 아직까지 지중관수 장치가 개발되지 않아 농민들은 수입품 자재에 의존하고 있는 실정이다. 지중관수 장치는 3가지 중요한 기능을 가지고 있다. 첫 번째는 공급압력 100-400 kPa 사이에 유량 오차가 5-10% 범위에서 균등해야 하고, 두 번째는 토양속에서 수분을 공급하므로 뿌리가 토출구 속으로 들어가 내부의 관수구가 막히지 않아야 한다. 세 번째는 용수 공급을 중단했을 때, 관수구에서 누수가 되지 않도록 설계⋅제작되어야 한다. 또한 지중에 수분을 공급하므로 지표면 관수와 달리 이상 유무에 대해 확인하기 어려운 점이 있기 때문에 장치의 신뢰성이 높아야 한다. 따라서 지중관수 장치의 핵심은 3가지 기능을 가진 드리퍼의 개발이 우선되어야 가능하다. 유량의 균등성을 유지하는 것은 드리퍼 내부에 압력보상 기술(pressure compensation technology)에 의해 좌우된다. 드리퍼는 outer, lower insert 및 upper insert의 구성요소로 이루어져 있고, 내부에 압력조정 기능 즉, 밸브의 역할을 하는 실리콘이 내장되어 있다. 드리퍼가 유량 균등성, 뿌리 막힘 및 역류방지 기능을 수행하기 위해서 약 10가지의 설계변수를 고려해야 한다. 특히 드리퍼에서 유량이 가장 먼저 통과하는 outer의 원추 높이와 실리콘 경도는 유량 균등성에 미치는 영향이 가장 클 뿐만 아니라 공급유량의 중지 시에는 역류방지의 기능도 동시에 하게 된다. 본 연구에서 개발된 지중관수용 드리퍼의 유량 균등성은 95%를 목표로 하였다. 또한 국내서 개발한 4종의 개발품과 2종의 해외 제품을 대상으로 뿌리 침투 장면도 확인하였고, 역류 방지기능에 대해서는 관수중단점 압력 29 kPa에서 관수가 중단되는 것으로 나타나 성능이 우수한 것으로 판단되었다. The underground irrigation can reduce the agricultural water of field crops by 30%, and the available water volume by twice also, compared to the ground irrigation methods. This is because it supplies water to the crops directly without environmental evaporation loss, and it also effectively diffuses the water underground. In addition, due to the effective labor cost reduction, recently the underground irrigation devices have been employed in various crops and fields. However, in Korea, the irrigation system and its market have not matured enough, so farmers are relying on imported materials rather than domestic goods. In this study, as a domestic production challenge for the underground irrigation system, we tested the pilot samples of the dripper to optimize the detailed design of the irrigation devices to meet the irrigation system’s standards. In general, the underground irrigation system requires three important functions: uniform water supply under 100-400 kPa by pressure compensation, prevention of crop root invasion into the device, and prevention of the water leakage after halting the water supply. To satisfy the above requirements, careful design work of the detailed factors of irrigation systems through a parametric study should be carried out. In this study, we reported the performance of the developed irrigation drippers, and they were compared with the commercial goods from oversea brands. As the results, the developed drippers shows 95% of water supply uniformity under the pressure range (100-400 kPa), anti-leakage performance at the 29 kPa.

콩의 생육시기에 따른 토양별 지중관수 공급량의 설계

김진현,김태욱,김설하,이황규,엄덕호,이상훈 경상대학교 농업생명과학연구원 2022 농업생명과학연구 Vol.56 No.5

지중점적 관수(subsurface drip irrigation, SDI)는 작물의 뿌리가 수분을 가장 쉽고 효과적으로 이용할 수 있는 방법으로 알려져 있다. 그러나 지중관수는 지표면 관수와 달리 수분의 공급 상태를 육안으로 확인하기 어려운 단점이 있다. 특히 작물의 뿌리가 수분을 흡수할 수 있는 유효수분 량은 토양에 따라 달라지고 동시에 수분을 보유하는 장력(potential energy)에도 영향을 미치게 된다. 지중관수는 지중에서 수분이 확산되는 위치 와 뿌리의 위치까지 도달될 때 효과가 발생한다. 그러나 실제로 토양 내부에서 수분이 이동하고 확산하는 것을 예측하기는 쉽지 않다. 따라서 본 연구에서는 토양의 조건을 일정하게 하고 토층을 파괴시키지 않기 위해 토양조를 이용하였다. 그리고 수분을 지중에 공급한 이후에 토양을 절개하고 토양의 내부 위치별 토양수분을 측정하였다. 이때 토양 내부의 수분함량이 동일한 분포선을 찾아 유효 수분영역을 구하고 공급한 지중관 수량과 비교하였다. 아울러 토양내부의 습윤 확산 형태와 수분량으로 부터 토성에 따른 수분 확산이론을 예측하였다. 여기서 얻어진 수분확산 예측선도와 콩의 생육 시기별 뿌리의 생장위치를 중첩하여 최종적으로 지중관수량을 구하였다. 콩의 뿌리 생육은 파종이후 일일 평균 10 mm 성장한 것으로 나타나 생육 초기에 10일 간격으로 지중관수 공급량을 설계하였다. 주요 결과는 미사질양토에서 유효수분량을 25-35%로 유지하기 위해, 생육초기인 파종후 10일에는 8000 mL, 파종후 20일에는 7000 mL, 파종후 30일에는 6500 mL를 공급해야 할 것으로 판단되었다. 사질토 에서는 유효수분량을 20-30%로 유지하려면 파종후 10일에는 7500 mL, 파종후 20일에는 6500 mL, 파종후 30일에는 6000 mL를 공급하는 것이 타당한 것으로 판단되었다. 또한 생육 30일 이후에는 미사질양토나 사질토 모두 6000 mL를 공급하는 것이 적절할 것으로 보여 진다. Subsurface drip irrigation (SDI) is known as the easiest and most effective method for the roots of crops to use moisture. However, unlike surface irrigation, subsurface drip irrigation has a disadvantage that it is difficult to visually check the supply state of moisture. In particular, the effective amount of moisture that the root of the crop can absorb moisture varies depending on the soil, and at the same time, it affects the tension that holds moisture. Subsurface drip irrigation occurs when it reaches the location of moisture diffusion and the location of the root. However, it is not easy to predict the movement and diffusion of moisture inside the soil. Therefore, in this study, soil tides were used to keep the conditions of the soil constant and not destroy the soil layer. In addition, after moisture was supplied to the ground, the soil was incised and soil moisture by internal location of the soil was measured. At this time, the distribution line with the same moisture content inside the soil was found to obtain an effective moisture area and compared with the supplied subsurface drip irrigation water supply. In addition, the theory of moisture diffusion according to saturn was predicted from the wet diffusion form and moisture content inside the soil. The water diffusion prediction line obtained here and the growth position of the roots by the growth period of soybeans were overlapped to finally obtain the subsurface drip irrigation water supply. The root growth of soybeans was found to have grown by an average of 10 mm per day after sowing, so the supply of subsurface drip irrigation water was designed at intervals of 10 days in the early stages of growth. The main result was that in order to maintain the effective moisture content at 25-35%, 8,000 mL should be supplied on the 10th day after sowing, 7,000 mL on the 20th day after sowing, and 6500 mL on the 30th day after sowing. In sandy soil, it was considered reasonable to supply 7500 mL on the 10th day after sowing, 6500 mL on the 20th day after sowing, and 6000 mL on the 30th day after sowing to maintain the effective moisture content at 20-30%. In addition, it would be appropriate to supply 6,000 mL of both silt soil and sandy soil after 30 days of growth.

전산유체역학(CFD)을 통한 지중점적관수 장치에 따른 압력강하 분석

김정식(Jeongsik Kim),김필(Phil Kim),김설하(Seolha Kim),김진현(Jinhyun Kim),엄덕호(Dukho Um),이상훈(Sanghun Lee) 대한기계학회 2021 대한기계학회 춘추학술대회 Vol.2021 No.11

Watering crops inside the soil is more efficient in terms of water saving than outside watering. To resolve this problem, we use the drip irrigation system which is used the Drip irrigation pipe. This system can save water by evenly supplying water directly into the roots of the crops. To determine which shape has good pressure drop, this study compares the two commercial Drip irrigation pipe and analyzes experiment and computational values through CFD. For calculation through CFD, the shape of the Drip irrigation pipe was produced in CAD based on actual measurement and calculated through ANSYS. Experiment used a water pump and was measured every 20 kPa in the range from 100 to 400 kPa.. This paper reports the advantages and disadvantages of both Drip irrigation pipes.

사질토에서 지중관수 방법에 따른 습윤특성에 관한 연구

김진현 ( Jin-hyun Kim ),김태욱 ( Tae-wook Kim ),김설하 ( Seol-ha Kim ),이황규 ( Hwang Gyu Lee ),엄덕호 ( Duk-ho Eum ),이상훈 ( Sang-Hun Lee ) 한국농업기계학회 2022 한국농업기계학회 학술발표논문집 Vol.27 No.2

최근 기후변화로 인해 물 부족현상이 심각하므로 농업용수를 절감할 수 있는 새로운 기술의 개발이 요구되고 있다. 노지에서 밭작물을 재배할 경우 대부분 지표관수 방법을 사용하지만 지표관수는 증발로 인한 용수 손실이 30-40% 정도로 알려져 있다. 따라서 물 부족과 노동력 절감 및 생산성 향상을 위해 지중관수 방법이 농가에서 확대되고 있다. 그러나 지중관수는 지표면 관수와 달리 수분의 공급을 육안으로 확인하기 어려운 단점이 있다. 지중관수는 토양 표면의 300-400 mm 하단에 관을 매설해야 하므로 용수의 공급에 대한 수분확산 확인이 매우 어렵다. 따라서 지중관수량을 설정하기 위해서는 작물의 생육시기에 따른 뿌리의 생장과 토양 내부의 수분확산 영역 및 함수비 등이 구명되어야만 가능하다. 본 연구에서는 국내 최초로 지중관수용 2.0 L/h 드리퍼를 개발하여 해외 제품(1.6 L/h용)과 비교분석하기 위해 수행하였다. 토양은 사질토를 대상으로 하였고 지중관수 장치를 200 mm 깊이에 매설하고 용수를 공급하였다. 이때 공급량은 3000 mL로 하고 단위시간당 2 L(N-type)와 1.6 L(T-type)를 사용하여 공급하였다. 공급 간격은 농가에서 많이 사용하고 있는 300 mm로 정했다. 그리고 토양의 200 mm 깊이를 수평으로 절개하고 수평 확산 거리를 측정하였다. 종전에 지중관수 장치가 개발되기 이전에는 지중에 가는 세관을 꽂아 일정량의 관수량을 공급하고 수분이 수평 또는 수직으로 확산되는 형태를 분석하였다. 그러나 최근에 유량 균등성이 확보된 지중관수용 Dripper가 개발되어 실제 지중관수장치의 매설과 동일하게 실험이 가능하였다. 실제 지중관수 장치에 수분을 공급할 경우에는 습윤특성이 달라지므로 이를 통한 설계를 하고자 하였다.

복합형 분수호스 개발을 위한 4각형 18° 지그의 성능 평가

김진현 ( Jin-hyun Kim ),김설하 ( Seol Ha Kim ),최락준 ( Rak Jun Choi ),이황규 ( Hwang Gyu Lee ),엄덕호 ( Duk Ho Eum ),김태욱 ( Tae Wook Kim ) 한국농업기계학회 2023 한국농업기계학회 학술발표논문집 Vol.28 No.2

딸기, 토마토, 오이, 파프리카 등을 정식한 이후 수분을 공급하는 장치로는 분수호스와 점적 테이프를 많이 사용하고 있다. 분수호스는 수분을 폭넓고 멀리 날리는 특징을 가지므로 원거리 살포용으로 적합하다. 반면에 점적 테이프는 성장기 이후에 관수를 집중적으로 할 경우에 주로 사용하므로 작물의 뿌리에 직접 직하하는 장치이다. 이와 같이 한 종류의 채소를 재배하는데 사용되는 관수기가 2종이므로 설치비용뿐만 아니라 노동력과 물도 크게 소비되는 실정이다. 무엇보다 분수호스는 사용기간이 너무 짧아 한 작기가 끝나면 모두 폐기해야 하므로 년간 생산되는 5,000톤의 소재가 모두 폐기 된다. 또한 점적 테이프는 년간 4,000톤이 생산되고, 년간 폐기되는 량은 약 2,000톤으로 추정된다. 따라서 이 두 종류의 관수기가 년간 7,000톤이나 폐기되고 있다. 여기서 폐기되는 자재를 생산하는데만 년간 12.16백만 kWh가 소요되고, CO₂ 6,070톤이 발생하게 된다. 이에 본 연구에서는 관수기의 폐기량을 줄이고, 이를 생산하는데 소요되는 전기에너지 및 CO₂ 발생을 줄이기 위해 분수호스와 점적 테이프의 기능을 복합한 새로운 형태의 분수호스를 개발하고자 한다. 이와 같은 복합형 분수호스의 기능은 낮은 공급압력에서는 점적 테이프와 같이 직하 점적을 하고, 높은 공급압력에서는 분수호스의 기능을 달성해야 가능하므로 호스의 내부에 독특한 유로를 형성하는 Dripper를 설계하여 부착해야 한다. 복합형 분수호스의 구조는 내부에 부착되는 Dripper의 설계가 중요하며, 호스 내부에 두 개의 유로에서 분사되는 물을 충돌시켜 확산하는 방법을 적용하고자 한다. 두 개의 유로에는 경사를 이루는 고각, 유로의 단면적 및 유로의 충돌율이 공급압력에 따라 분사형태가 조절되어야 한다. 본 연구에서는 금형으로 제품을 제작하기 전에 지그에 의해 분사형태를 분석하였다. 분사구의 단면적을 사각으로 하고 경사각을 18°로 제작한 사각 지그를 통해 중첩율과 공급압력에 따른 최대거리를 찾고자 수행하였다.

전산수치해석을 활용한 지중점적관수장치 압력보상기능 구현 및 디자인 요소 평가

김설하 ( S. H. Kim ),모형욱 ( H. U. Mo ),김승환 ( S. H. Kim ),김진현 ( J. H. Kim ),엄덕호 ( D. H. Um ),이상훈 ( S. H. Lee ) 한국농업기계학회 2020 한국농업기계학회 학술발표논문집 Vol.25 No.2

지중관수시 다수 식물 뿌리에 균등하게 일정한 유량(물)이 공급되어야 하며, 이를 위해선 지중관수장치에서 식물 종류, 발육 환경 및 토양 등의 조건에 따라 적절한 압력보상능력이 작동되어야 한다. 또한, 경작지의 높낮이 변화에 의한 수압차이 또는 관수 펌프 시스템의 섭동에 따른 압력변화에 대응하여 일정한 유량 공급을 위해 다수의 유관 업체 및 연구기관에서는 최종적으로 설계된 지중관수시스템에 초탄성 소재인 실리콘 고무를 넣어 압력보상기능을 활용해왔다. 본 연구에서는 국내에서 상용개발된 지중점적관수 시스템의 압력보상 성능을 전산유체역학과 구조응력-변형계산을 통하여 확인하고, 향후 개발된 디자인 요소들의 평가에 적용하기 위한 해석 기법 개발을 수행하였다. ANSYS CFD-Mechanical (2Way-System Coupling 기능)을 이용하여 계산 과정 중 유체영역(물)의 속도-압력 정보가 고체(실리콘 고무)의 응력 및 변형률 해석에 전달되며, 동시에 고체의 변형 정도가 유체의 유로에 영향을 주게 되는 동시상호교환적인 계산을 수행하였다. 현재, 해당 실리콘 고무의 정밀한 탄성계수-응력 간의 자료가 부족한 관계로 측정된 경도값을 기반으로 Gent’s 상관식을 도입, 탄성재질로의 가정 하에 계산을 수행하였다. 본 계산 결과에 따르면, 장치 내부로의 유입 압력이 커짐에 따라 실리콘 고무의 유의미한 변형을 관찰할 수 있었으며, 이를 통한 추가적인 유동 저항을 해당 범위의 압력강하 증가로 확인하여 압력보상 현상을 구현하였다. 유량-압력강하 성능 곡선을 도출하여, 압력보상범위 (50kPa, ~4L/hr)를 수치해석 결과로 확인하였으며, 이는 실제 상용개발된 지중관수장치의 범위 (100kPa, ~2L/hr)와 근소한 차이가 있다. 향후, 실리콘 고무의 정밀한 물성치를 측정하고 계산의 정확도를 향상시키는 전략을 통해 차이를 줄일 것이며, 이를 기반으로 추가적인 관수시스템 장치 내 세부 디자인 요소들의 평가에 활용할 계획이다.

지중관수의 토양수분 확산에 대한 연구

김진현 ( J. H. Kim ),김태욱 ( T. W. Kim ),김설하 ( S. H. Kim ),이황규 ( W. K. Lee ),엄덕호 ( D. H. Um ),이상훈 ( S. H. Lee ) 한국농업기계학회 2020 한국농업기계학회 학술발표논문집 Vol.25 No.2

지중관수시 토양 내부의 수분확산에 사용한 토양은 미사질양토와 사질토이며, 미사질양토는 통일분류법상 명칭이 SW-SC(Well-graded sand with clay, silt loam)이며, 점토 섞인 입도양호한 모래를 말한다. 사질토는 통일분류법상 명칭에서 SP(Poorly graded sand)로 나타나 입도가 균일하지 않고 불량한 모래로 규정되었다. 지중관수시 토양내부의 수분이동은 토양의 공극, 물리성, 토양경도, 유기물함량, 함수비 등에 따라 크게 달라진다. 실제 노지에서 지중관수시 토양수분 확산을 구명하는 것은 매우 까다롭다. 노지에서는 강우에 의해 함수비가 높아지면 토양의 수분영역이 불확실해 지는 경향이 있다. 지중의 수분 이동에 가장 큰 영향을 미치는 것은 토층이며, 토층의 파괴없이 수분의 이동을 측정하는 방법은 지중관수이후 최종 습윤양상을 찾아 수분의 공급량에 따른 습윤이론을 구명하는 것이 그나마 비교적 정확하다고 판단된다. 선행연구(김진현, 2005, 바이오시스템공학회지 30권 2호)에서는 Soil bin을 이용하여 토양의 내부에 온도센서를 매설하고 토양을 다진 후 수분을 공급한 실험에서는 공급수분의 체적보다 무려 6~7배 확산되었다. 토양 내부의 수분확산의 또 다른 영향은 초기함수비와 토양경도에 따라 크게 달라진다. 본 연구에서는 토양의 초기함수비가 낮고, 강우의 영향이 없는 Soil bin과 온실의 토양을 사용하였는데 장점은 최종습윤 영역이 잘 나타나는 점이며 경도에 영향을 받아 확산성은 다소 줄어드는 것으로 나타났다. 지중관수시 토양의 수분 확산을 완벽하게 구명하기는 불가능하다. 실험에서 대표할 수 있는 토양의 표준조건이 없을 뿐만 아니라 노지의 토양자체가 자연조건에 따라 큰 차이를 나타내기 때문이다. 따라서 본 연구에서 사용한 토양과 실험의 조건에 제한된 상태에서 수행되었다.

지중관수의 물리성에 따른 토양습윤 양상에 대한 연구

김진현 ( J. H. Kim ),김태욱 ( T. W. Kim ),김설하 ( S. H. Kim ),이황규 ( W. K. Lee ),엄덕호 ( D. H. Um ),이상훈 ( S. H. Lee ) 한국농업기계학회 2020 한국농업기계학회 학술발표논문집 Vol.25 No.2

최근 이상기후로 인한 가뭄의 빈도가 증가되고 피해면적도 따라서 증가되고 있다. 한 예로 (‘18)6월 강수량은 57.1mm인데 비해 증발량은 151.8mm로 커짐에 따라 소규모 밭작물의 경우 용수 공급과 소비가 매우 불균일하였다. 따라서 밭작물의 피해면적은 매년 증가되어 (’18)18.4천ha에 이르고 콩의 경우 수확량은 30%가 감소되었다. 뿐만 아니라 누적강우량도 2015년에는 61%로 줄어들어 밭작물의 용수절감 기술의 개발은 시급한 실정이다. 지금까지 용수공급은 지표면 관수가 주류였으나 최근에는 물부족에 대한 대응으로 지중관수의 필요성이 크게 증가되고 있다. 지중관수는 스프링클러 대비 28% 용수가 절감되고 관개노력비도 30%가 경감되는 것으로 알려져 있다. 그러나 용수공급에 있어서 토양 내부의 수분이동에 대한 관련연구가 부족하여 단위 시간당 적정 용수량 공급의 기초적인 자료가 미비한 실정이다. 본 연구에서는 2가지의 토양을 기준으로 지중관수 방법에 의한 토양의 수분이동에 대한 확산연구를 수행하였다. 지중관수를 통한 지중의 수분양상을 파악하기 위해 구성한 실험장치는 Main line에 연결된 3개의 지관(Lateral line)은 각각 간격을 1.5m로 설치하였다. 각 Line에는 1m간격으로 2L/H, 4L/H, 8L/H의 Botton type 관수기를 5개 꽂았다. 그리고 각 관수기별로 지중 아래 30cm위치에 세관을 설치하여 수분이 Drip되도록 장치를 구성하였다. 이와 같이 지중에 수분을 공급하는 실험은 토층의 손상이 가지 않도록 장치를 구성하는 것이 매우 중요하다. 만약 토층이 흐트러지면 습윤 양상은 크게 달라지고 정확한 수분의 이동을 파악하기 어렵다. 따라서 토양의 입도구성이나 유기물 등의 물리성도 수분의 확산에 큰 영향을 주지만 무엇보다 토층이 교란될 경우에는 근원적으로 토양내부의 수분 이동이 매우 불규칙하게 된다. 본 연구에서는 실험조건이 제한된 토양 즉, Soil bin 또는 온실에서 시험함으로서 실제 노지의 토양과 차이가 발생될 가능성이 있다.

콩의 생육시기별 사질토의 지중관수 공급에 대한 연구

김진현 ( Jin-hyun Kim ),김태욱 ( Tae Wook Kim ),김설하 ( Seol Ha Kim ),이황규 ( Hwang Gyu Lee ),엄덕호 ( Duk Ho Eum ),이상훈 ( Sang Hun Lee ) 한국농업기계학회 2021 한국농업기계학회 학술발표논문집 Vol.26 No.2

토양 내부의 수분이동은 압력차(Matric Potential Energy)에 의해 이동하며 단위시간당 지중관수 공급 방법과 공급량에 따라 수분 이동양상도 달라진다. 뿐만 아니라 토양의 입자, 공극, 토양경도, 유기물 함량, 초기 함수비 등의 물리적 화학적 조건에 크게 영향을 받는다(김진현, 2020). 특히 노지의 밭작물인 경우에는 실험실의 토양조건과 매우 다르기 때문에 토양의 조건을 모두 고려한 지중 수분의 이동을 정의하는 것은 매우 어렵다. 물리적 조건 중에서 가장 영향을 많이 주는 것은 토양의 경도로 판단된다. 토양의 경도는 토양이 다져진 상태를 수치화 한 것으로 경도가 커지면 토양 내부의 공극이 줄어들게 된다. 뿐만 아니라 수분이 토양내에서 이동하는데 장애를 주므로 토양수분 확산성은 약해지고 반대로 수분 함량이 높아지게 된다. 반면에 경도가 낮은 경우에는 토양내부의 공극이 상대적으로 크고 공기가 많아 수분의 확산이 빠른 특징이 있다. 또한 모래 성분이 많은 경우에도 확산성이 좋은 반면에 등습선이 커지고 함수비는 상대적으로 낮아지는 경향이 있다. 특히 노지의 경우에는 경운에 의해 토양 표면 부분(깊이 20cm 내외)의 공극이 매우 커지므로 수분의 이동 특성을 예측하기가 쉽지 않다. 본 연구에서는 현장 토양의 문제점을 줄이기 위해 Soil bin을 이용하여 사질토에 토양 경도 조건을 균일하게 한 상태에서 수행하였다. 총 유량 공급을 6000mL로 하고 2L/hr의 관수기를 통하여 지중 30cm 아래에 3시간 공급 하였다. 사질토는 미사질양토와 달리 토양경도가 낮은 상태에서 실험하였고 공극도 상대적으로 큰 편이라 토양 함수비가 35% 이상 올라가지 않는 경향을 나타내었다.