1. 시설농업의 기초
[물의 생성과 농업 용수의 종류별 저장과 여과 그리고 사용방법]
직업 그리고 취미 때문에 꽤 많은 나라. 넓은 지역을 다닐 수 있는 기회가 있었다. 낮선 지역을 다니면서 물은 항상 주요 관심사가 된다. 장기 산행에서 가장 중요한것이 물을 얼마나 가지고 가고. 어디서 물을 보충 할 수 있는가? 사전 확인 하는 일. 산 선배들에게 물려 받는 지식 중 가장 큰것이 야영지와 작은 샘의 위치다. 해외 농업 환경 조사를 할 때 수자원의 위치와 물의 종류를 먼저 파악하는 것이 주요한 일이다. 지금은 구글어스프로를 통해 과거의 위성 사진과 비교하면 수량과 물의 변화를 어느정도 알 수 있지만 10년전만해도 1/50,000 축적 지도를 이용해 등고선으로 강의 유속을 짐작하고 상류의 수집원을 입체적으로 찾아야 했었다. 흔히들 마을 가까이 물이 있다 하지만 아프리카 같은 오지에서는 여러가지 이유로 물 가까이 마을을 형성하지 않는다. 우기나 장마 기간 물이 범람할 수 있는 지역과. 주변에서 식수로 사용가능한 물이 한정 될때, 물을 확보하기 위한 분쟁이 될수 있고. 물을 찾아 오는 짐승들의 습격. 혹은 물을 매게로하는 기생충의 감염이 있을 수 있어. 물과 떨어진 위치에 있는 마을의 형태를 보면. 무슨 문제가 있는지 미루어 짐작 할 수 있다.
물은 모든 생명의 근원이 될 수 있지만 오염된 물 주변은 고통의 근원이 되기도 한다.
1) 물의 생성
물은 인위적으로 만들어 지는 것이 아니다. 물을 전기 분해해 수소분자 2개와 산소 분자 1개를 얻을 수는 있지만 이들을 다시 어떤 방법을 동원한다고 해서 물이 되는 것은 아니다. 생명의 근원이 되는 물은 지구가 만들어 질때 우주로부터 유입됬다는 학설이 지배적이지만 아직도 물이 어떻게 생성됬는지 여러가지 학설이 존재한다.
① 지구 내부에서 일어난 가스 방출로 물이 생성
45억년전 뜨거운 불덩어리였던 지구가 식으면서 다량의 화산 폭발이 일어났고, 이 때 지구 내부 깊숙한 곳에서 빠져나온 기체들은 지구의 대기층을 형성하였다. 이 대기는 메탄, 수소, 암모니아, 그리고 수증기가 대부분이었으며 이 수증기들이 응축되어 비가 되어 수백 년 동안 끊임없이 내리기 시작했습니다. 이로 인해 지표면의 낮은 부분이 모두 물로 채워져 태초의 바다가 생겨났다는 학설, 하지만 지구 이외의 행성에서는 물이 거의 발견 되지 않는 것이 이 학설의 문제.
② 헤성, TNO*, 혹은 소행성이 지구에 부딪혀 물이 유입
* TNO(Trans-Neptunian Object) : 태양계의 막내인 해왕성보다 더 바깥 궤도에서 돌고 있는 왜소행성들
지구가 탄생했을 때 혜성, TNO, 혹은 물을 풍부하게 소유한 소행성이 끊임없이 지구에 충돌해 바다가 생겨났다는 학설. 이 세 가지 중 지구에 물을 가져다 준 손님은 수분이 많은 "소행성(asteroids)"일 가능성이 가장 높다. 각각의 원소구성비율을 측성해보면 혜성이나 TNO에 있는 원소구성비율이 지구에 있는 바닷물과는 차이가 나고, 소행성에 있는 원소구성비율은 지구 바닷물과 거의 일치하기 때문이다.
③ 그 외의 학설
오랫동안 태초의 지구가 메말라 있다는 학설에 반대되는 의견도 있다. 2002년, 한 지질학자는 지구상에서 가장 오래된 44억년된 광물의 결정을 발견하였다. 이 결정을 화학적으로 분석해 보았을때 메마른 지표가 아닌 액체 상태의 물에서 형성된 것임이 밝혀졌으며, 이에 따라 지구가 생성된 초기에 이미 물이 있었음을 확인하게 된 것.
또, 애리조나 대학의 교수가 실험한 바에 따르면 지구가 생성할 당시 수십 조의 먼지 알갱이에 붙어있던 물의 성분이 지구의 바다를 생성했을수도 있음이 밝혀졌다. 그 이론을 계산하여 직접 실험해 보았을때 지구가 형성되었을때 이미 수십억 리터의 물이 있었을수도 있다는 결과가 도출되었다.
2) 농업 용수로 사용 가능한 물의 종류
바다 혹은 큰 호수에서 열기에 의해 물이 증발해 구름이되고 구름이 모여 비가 내린다는 것이 물의 순환과정이지만 여기서 어디에 비가 내리고 언제 내렸는가에 따라 물의 종류가 다양해 진다. 어느정도 면적의 재배를 안정적으로 하기 위해서는 안정적인 수원이 필요하게 된다. 러시아 대규모 시설재배 단지에 대한 논의에서 모두 시설비용에 대한 의견이 나오는 상황에서 필요한 물(水)량을 기준으로 면적을 역으로 계산한 우리팀의 의견이 받아 졌었다. 한국의 경우 물이 풍부한 지역에서 농업이 활발하게 발달하기 때문에 물량 보다는 수질의 문제가 더 심각하게 받아 들여지지만 UN에서는 한국을 물부족 국가로 지정되어 있다고 할 정도로 풍부한 것은 아니다. 특히 금년(2013년)같이 남부지방에서 장마가 사라지면 많은 지역에서 가뭄을 격게 된다. 봄부터 시작하는 농사에 시기 적절하게 내리는 봄비. 그리고 여름장마와 가을장마에 많이 의지하는 상황에서 물을 저장하고 관리 하는 기술이 발달하지 않았다.
물은 만물의 근원, 그리고 재배와 생산에 반드시 필요한 것. 하지만 우리는 얼마나 많은 물의 종류가 있는지 알 수 없다.
농업 용수의 종류
1) 하천수
빗물이 산과 계곡을 지나 흐르는 과정에서 자연 형성된 강을 따라 수로를 만들어 농업 용수로 사용하게 된다. 활용도를 높이기 위해서는 상수도. 하수도 처럼 논으로 들어가는 수로와 배출 되는 수로를 따로 만들어야지만 대부분의 경우 하나로 사용하게 된다. 하나로 사용하게 될경우 비료염과 각종 오염 피해를 입을 수 있으며 시설재배에는 적합하지 않는 용수가 된다. 하지만 수자원이 부족한 경우 하천수를 이용해야 하며 이 경우 세심한 기준과 관리가 필요하게 된다.
2) 빗물
가장 깨끝한 물이라 할 수 있지만 주변 산업공단이 있다면 산성비에 주의 해야 한다. 또한 개절별 편차가 심해 충분한 저장시설이 있어야 하며 온실을 설치 할 때 빗물을 받을 수 있는 수로를 만들어야 한다. 또한 집수 효율을 높이기 위해 몇가지 사전 처리 시설이 필요하고 먼지등의 유입을 차단해야 한다. 빗물을 식수로 사용 할 경우 먼지를 막는 초지(잔디밭 등) 아래쪽에 집수 배관을 설치한 공간이 필요하며 비료염 등에 오염되지 않게 관리한다.
3) 중수(퇴수 재활용)
수자원이 부족한 지역과 환경오염과 비료염을 절약하기 위해 한번 사용한 물을 재활용 하는 경우가 많다. 특히 하천수를 사용한다 해도 하류쪽이라면 하천수가 아닌 중수로 관리 하는 것이 적합하다. 물에 각종 비료염과 기타 화학적 오염원이 유입될 수 있어 저장시설의 분리가 필요하다. 일반적으로 중수만 사용해 재배하는 것은 어려우며 원수가 부족할때 보조로 사용 할 수 있다. 양액재배에서 퇴수 혹은 배액을 살균 재사용하는 방법이 많이 강구되고 있으나 이는 상대적으로 안전하지 않다. 단순한 비료염만 포함된것이 아니라 각종 바이러스와 세균들이 혼입될 수 있어 가능한 다른 용도로 사용하는 것이 좋다. 즉 양액재배의 퇴수를 집수해 주변의 과수원 혹은 채소밭에 사용하는 것이 안전하다.
4) 지표수
농업용수로 가장 많이 사용하는 수자원. 예전 농촌에서 가장 막강한 권력을 가진이들이 저수지의 물을 수로를 통해 물을 공급 관리하는 수리조합이지만 지표수 개발이 일반화 되면서 수리조합의 힘이 급격이 떨어지고 그 자리를 대출과 각종 지원을 담당하고 있는 단위농협이 대신하고 있다. 지표수는 지역에 따라 큰 차이가 있으며 과거 바다 였던 지역은 너무 깊이 설치하면 짠물(염분 썩인 물)이 나오는 경우가 있다. 물은 진공 상태에서 8.5m(정확하지 않음)까지 올라 올수 있다. 일반적으로 지표수를 사용하는 농가는 관정을 약 20~30m 정도 파고 흡입 양정은 5~8m 이내로 한다. 깊은 우물의 경우 젯트라는 부속을 설치하거나 심정펌프를 이용해 물을 퍼올려 저장후 사용한다. 안정적으로 사용하기 위해서는 하루 사용량 이상을 저장 할 수 있어야 하며 지표수에서 바로 공급하는 방식은 기계적으로 문제가 될 수 있어 사용하지 않는것이 좋다.
5) 지하수
물의 오염원이 없는 지역의 경우 깊게 내려가지 않지만 최소 50~200m 까지 내려가는 경우가 많다. 암반층이 많은 국내에서는 지하수와 암반수의 경계가 명확하지 않지만 암반층이 깊게 있는 지역에서는 암반층 이하로 내려가는가. 그렇지 않은가에 따라 용도와 용량이 달라진다. 지하수의 수원은 지상의 흙과 기타 물질의 영향을 받아 비슷하지만 암반층 아래로 내려가면 수원이 달라 물의 수질이 다르다. 중탄산이 많은 물의 경우 더 깊게 내려가게 되면 다른 수질의 물을 찾을 수 있다.
6) 암반수
암반층 아래에서 집수 하는 경우. 암반수는 고갈의 위험이 작고 안정적인 수질을 유지 할 수 있다. 또한 수원이 형성은 암반층에 따라 달라지며 지하에 여러 암반층이 있는 경우 물의 수원이 달라지고 물의 성분이 달라진다.
7) 화석수
제주도와 사막등 현재 비가 오지 않은 지역에서는 지하수의 경우 물이 형성되는 시기가 수백년에서 몇 만년전 까지 올라가 는 경우가 있다. 특히 사막 지역에서 발견되는 지하수의 경우 대부분 화석수이며 이는 보충되지 않기에 사용량에 한계가 분명히 있다.
3) 시설재배에서의 물 활용 .
물의 종류에 따라 여과하는 방법이 다르고. 저장하는 방법이 다르지만 국내의 경우상수원이 다르다 해도 저장하고 여과하는 데는 비슷한 방법을 사용하고 있다. 재배 작형에 따라 물의 활용도와 성분과 오염의 기준이 달라지지만 양액재배의 경우 E.C 0.2 ~0.5 이하의 물을 사용한다. 0.2보다 낮으면 수질 분석을 하지 않아도될 만큼 안전한 용수가 된다. 이경우 탁도와 미생물. 특히 질소의 함유량을 보면 오염된 지하수 있지 알 수 있다. 깨끗한 물을 사용하기 위해 뚧어 놓은 구멍을 통해 오염수들의 유입이 빨라져 오히려 수질 오염의 주요 원인이 되고 있다.
양액재배처럼 년중 재배 하는 경우 최소한 2곳 이상의 수원을 확보하는 것이 좋다. 지하수 혹은 암반수가 확보 했다면 관정이 2곳 이상이고 관정의 깊이가 서로 다르며. 물의 성분이 다르다면 수원이 다르므로 동시에 수량이 부족하거나 이상이 생길 가능성이 가장 좋다.
관정과 수중 펌프를 사용하고있다면 가능한 3상 모터를 사용하고 단상 전기밖에 없다면. 단상을 3상으로 바꿔주는 인버터를 이용하는 것도 좋다. 3상모터와 단상 모터의 경우 가격차이보다는 안전성과 신뢰성에서 3상 뫁를 이용한 펌프의 안전성이 높다.
콘크리트 지하 저장 탱크가 온도 유지에 좋지만 다량의 물을 저장하기 위해서는 반지하 형태, 혹은 지상에 저장 탱크를 설치하는 것이 유지 비용이 낮고 효율적이다.
상수원이 2곳 이상이라면 동시에 고장날 확률이 적지만 사소한 고장에서도 치명적인 문제가 될 수 있으므로 최소한 2~3일 사용량을 저장 할 수 있어야 하고, 원수 저장 시설의 저수위 오동작 경보 등이 설치해야 한다. 물이 너무 풍부하고 다양하다고 방심해서는 안된다.
수원을 관리 하기 위해서는 초기 수질 분석을 2곳 이상 하고 1주일 간격으로 E.C와 pH를 검사 비교 한다면 물의 변화 상태를 알 수 있다. 특히 중탄산이 있거나 철분이 있는 물의 경우 공기 노출 면적을 최소로 하거나. 기포 발생기를 이용해 물을 산화 시켜 침수한 다음 사용하는 것도 좋은 방법이 된다.
* 미루던 일을 시작한다. 얼마동안? 어떻게 할지 구체적인 계획은 없지만 틈틈히 정리 해놓지 않으면 생각이 뒤죽박죽으로 엉커 버릴 위험이 있다. 강의하는 도중 버벅거림을 줄이고 WPL 교육 자료로 사용하기 위한것이며 수시로 수정하고 사진을 첨부 할 계획이다. 순서에 관계없이 생각 나는대로 하나의 주제를 가지고 투닥서리다 보면 정리되지 않을까 기대 하면서.
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