Introduction

지하수는 지하 지층이나 암석 사이에 존재하거나 그 틈을 따라 흐르는 물로서, 우리나라 지하수법에서는 이를 생활, 농업, 산업 등 다양한 용도로 활용 가능한 수자원으로 정의하고 있다 (MOE, 2024). 지하수는 한 번 오염되면 자연 복원이 어렵고 복구에 많은 시간과 비용이 소요되기 때문에, 선제적인 관리와 보호가 무엇보다 중요하다 (Chon, 1998; Koh et al., 2017; Lee et al., 2019). 특히, 산업단지나 축산시설, 가정하수와 같이 명확한 배출원을 가진 점오염원 뿐 아니라, 농경지나 폐기물 매립장 등에서 발생하는 비점오염원 형태로 유입되는 오염물질이 지하수 오염의 주요 원인으로 지목되고 있다 (Kim et al., 2005; Koh et al., 2017; Lee et al., 2019).

지하수의 수질은 그 지역의 토양 특성, 농업활동, 기후조건 등에 따라 크게 달라지며, 주요 오염지표로는 pH, NO₃^--N, Cl^- 등이 있다 (Kim et al., 2003; Kim et al., 2015). 이 중 NO₃^--N은 농경지에서 시비한 질소 성분이 지하로 침투하면서 증가할 수 있으며, 지표수 또는 바다로 유출시에는 부영양화를 유발하고 식생에 악영향을 미칠 수 있다 (Koh et al., 2017). 또한, 생활하수나 농약, 제설제 등에 포함된 염소이온은 지하수 내 염분 농도를 높여 작물 생장에 피해를 줄 수 있으며 (Koh et al., 2017), 토양의 이온 조성 변화까지 야기할 수 있다 (Kim et al., 2015).

충청북도는 중부 내륙에 위치하여 농업활동이 활발한 지역으로, 하천 및 용수원 부족으로 인해 지하수에 대한 의존도가 높은 편이다 (Lee et al., 2019). 이에 따라 지하수의 수질 변화에 대한 정기적인 모니터링이 필요하며, 특히 농경지 인근에서 사용되는 농업용 지하수의 수질 특성을 파악하는 것은 지속 가능한 농업을 위한 기초 자료로 중요하다 (Lee et al., 2019).

본 연구에서는 2021년부터 2024년까지 충청북도 내 농업지역을 대상으로 농업용 지하수의 수질을 조사하였으며, 법정 기준 항목인 pH, NO₃^--N, Cl^- 외에도 EC, T-N, T-P, K, Ca, Mg, Na 등 농업환경과 연계된 주요 이온 성분을 함께 분석하였다 (MOE, 2025). 이를 통해 충북 지역 지하수의 화학적 특성을 진단하고, 향후 수질 보전 및 비점오염원 관리에 활용할 수 있는 과학적 기초자료로 제공하고자 한다.

Materials and Methods

조사 대상지역 및 시기

충북지역 시료 채취 지점은 Table 1과 같다. 논, 밭, 시설재배지의 관개용으로 사용중인 농업용 지하수를 대상으로 매년 20지점에 대해 조사하였다. 시료 채취는 논 5지점, 밭 5지점, 시설재배지 10지점을 선정하여 2021년부터 2024년까지 매년 4월 7월에 시료를 채취하여 분석하였다.

시료채취 및 분석방법

시료 채취 시 관정에 연결된 펌프를 이용하였으며, 불순물을 제거하기 위해 충분히 물을 빼낸 후 2 L 무균채수병에 채수하였다. 시료는 분석 전까지 4°C 이하로 운반 및 보관하였고, pH, EC, T-N, T-P, NO₃^--N, Cl^- 총 6항목은 농업용수 수질 분석 이론과 실무 (NAS, 2023)에 준하여 분석하였다. pH는 pH meter (Orion STAR A214, ThermiFisher Scientific, United States of America)를, EC는 EC meter (YSI 3200, TSI, United States of America)를 이용하여 측정하였다. T-N은 자외선흡광광도법, T-P는 자외선/가시선 분광법, NO₃^--N는 자외선 흡광광도법, Cl^-는 치오시안산 제2수은법으로 분석하였으며, 4개 항목의 흡광도는 비색계 (Cary 300, Varian, United States of America)를 이용하여 측정하였다. Na, Mg, K, Ca은 농업용수 수질 분석 이론과 실무 (NAS, 2006)에 준하여 ICP (5800 ICP-OES, Agilent, United States of America)를 이용하여 측정하였다.

각 분석항목은 EXCEL 프로그램을 이용하여 평균값과 평균오차를 산출하였다.

Results and Discussion

토지이용 형태에 따른 수질 현황

토지이용 형태에 따른 충청북도 농업용 지하수의 평균 수질은 Table 2와 같다. 평균 pH는 논 7.3, 밭 7.6, 시설재배지 7.3으로, 토지이용 형태별로 큰 차이를 보이지 않았으며 모두 농업용수 수질기준 (pH 6.0 이상, 8.5 이하)에 적합하였다 (MOE, 2024). EC는 논 0.27 dS m^-1, 밭 0.30 dS m^-1, 시설재배지 0.43 dS m^-1로 나타났으며, 이는 전국 지하수 EC의 중앙값인 0.31 dS m^-1와 유사한 수준이거나 약간 높은 수준이다 (Lee et al., 2020).

NO₃^--N은 논 5.34 mg L^-1, 밭 4.33 mg L^-1, 시설재배지 5.11 mg L^-1로, 전국 농업지역 지하수의 연평균 NO₃^--N인 5.30-6.68 mg L^-1과 비교해 유사하거나 다소 낮은 수준을 보였다 (Jeon et al., 2020). T-N은 논 16.81 mg L^-1, 밭 15.11 mg L^-1. 시설재배지 17.20 mg L^-1로 세 토지이용 형태 모두 비슷한 수준으로 나타났다.

T-P는 논 0.11 mg L^-1, 밭 0.07 mg L^-1, 시설재배지 0.09 mg L^-1로, 국제연합 식량농업기구 (FAO, 1994)가 제시한 0.2 mg L^-1이하로 토지이용 형태에 관계없이 매우 낮은 농도로 조사되었다. 이는 무기성 인이 침투수와 함께 이동하는 과정에서 토양에 흡착되기 때문으로 보고된 바 있다 (Jang et al., 2011).

Cl^-, Ca, K, Mg, Na 등 주요 이온 성분은 시설재배지에서 각각 31.77 mg L^-1, 56.71 mg L^-1, 2.89 mg L^-1, 10.52 mg L^-1, 19.82 mg L^-1로 가장 높았으며, 이는 집약적 경작, 반복적인 비료 시비, 관수 빈도 증가 등 시설재배지의 관리 특성에 기인하는 것으로 보고되고 있다 (Lee et al., 2012).

시기별 수질 현황

충청북도 지역 농업용 지하수의 계절별 수질 특성은 Table 3과 같다. 4월과 7월의 평균 pH는 각각 7.4와 7.3으로 농업용수 수질 기준에 적합하였다. EC는 4월 평균 0.36 dS m^-1, 7월 평균 0.35 dS m^-1로 두 시기 모두 Ayers and Westcot (1985)이 제시한 작물 생육에 무해한 기준치인 0.7 dS m^-1이하에 해당하며, 지하수 EC는 비교적 안정적인 것으로 나타났다.

T-P 농도는 4월에 0.11 mg L^-1. 7월에 0.08 mg L^-1로 계절과 관계없이 매우 낮은 수준을 유지하였으며, 이는 인이 주로 토양에 흡착되어 이동성이 낮기 때문으로 판단된다 (Jang et al., 2011).

반면, NO₃^--N, T-N, Cl^-, Ca, K, Mg, Na 등의 항목은 대부분 7월에 4월보다 다소 상승하는 경향을 보였다. 특히 NO₃^--N은 4월 4.31 mg L^-1에서 7월 5.63 mg L^-1로 증가하였으며, Cl^- 농도는 4월 25.61 mg L^-1에서 7월 27.30 mg L^-1로 상승하였다. Ca은 4월 45.60 mg L^-1, 7월 44.57 mg L^-1로 유사한 수준을 유지하였고, K은 4월 2.44 mg L^-1에서 7월 2.81 mg L^-1로 증가하였다. Mg은 4월 8.80 mg L^-1, 7월 8.87 mg L^-1이었으며, Na은 4월 17.02 mg L^-1에서 7월 16.52 mg L^-1로 소폭 감소하였지만 유의한 수준은 아니였다.

이러한 결과는 농번기인 여름철 비료 사용 증가와 강우에 의한 지하침투수 유입으로 인해 지하수 내 용존 이온의 농도가 일시적으로 증가한데 기인한 것으로 보인다 (Kim et al., 2008; Jung et al., 2015). 특히 NO₃^--N과 K의 동반 상승은 질산칼륨 (KNO₃)비료 사용의 전형적 패턴과 일치한다 (Koh et al., 2017).

연도별 수질 현황은 Table 4와 같다. 2021년부터 2024년까지 충북지역 농업용 지하수의 주요 수질 항목은 전반적으로 완만한 변동을 보였다. 이 기간동안 EC, K, Mg, Na 등 일부 양이온과 염류농도는 점진적으로 증가하였으며, T-N 역시 소폭 상승하였다. Cl^-는 연도별로 변동성이 있었는데, 2021년과 2022년에는 평균 25.17 mg L^-1에서 23.26 mg L^-1로 약간 감소하였다가 2023년에는 35.6 mg L^-1로 크게 증가하였고, 2024년에는 다시 21.8mg L^-1로 감소하였다. 이러한 변동은 해당 기간 충북지역의 강우 패턴이나 농업활동 변화 등 외부 환경요인의 영향을 받은 것으로 판단된다 (Dugan et al., 2017).

연도별 수질기준 초과율

2021년부터 2024년까지 충북지역 농업용 지하수의 pH, NO₃^--N, Cl^- 항목을 연도별로 조사한 결과, 전 조사기간 동안 모든 지점에서 수질기준을 초과한 지점은 없었다. 모든 조사 지점에서 pH는 6.0 이상 8.5 이하를 유지하였으며, NO₃^--N은 기준치인 20 mg L^-1 이하, Cl^-는 250 mg L^-1 이하로 나타났다. 이에 따라 충북지역 지하수는 2021년부터 2024년까지 해당 항목에 대해 수질기준을 만족하였다.

Conclusions

2021년부터 2024년까지 충청북도 농업지역을 대상으로 농업용 지하수의 수질을 계절별, 토지이용 형태별, 연도별로 분석하였다. 조사결과, pH, NO₃^--N, Cl^- 등 주요 항목은 전 기간동안 농업용수 수질기준을 모두 만족하였으며, 충북지역 지하수는 현재 농업용수로 안전하게 활용가능한 수준임을 확인하였다. 그러나 시설재배지 및 여름철에는 NO₃^--N, K, Mg 등 일부 이온 성분의 농도가 상대적으로 높아지는 경향이 나타났으며, 연도별로도 EC와 양이온 농도가 점진적으로 증가하는 추세가 관찰되었다.

이러한 결과는 농번기 집약적 비료 사용, 강우에 의한 오염물질 침투, 시설재배지의 집약적 관리 등 농업환경 변화가 지하수 수질에 직접적인 영향을 미치고 있음을 시사한다. 특히, NO₃^--N와 K 등 주요 오염지표의 계절적, 공간적 변동성은 향후 비점오염원 관리와 맞춤형 농업용수 관리의 필요성을 강조한다.

본 연구는 충청북도 농업용 지하수의 수질 특성에 대한 최신 실태를 제공함으로써, 지역 맞춤형 수질 관리 및 농업환경 정책 수립을 위한 과학적 근거자료로 활용될 수 있을 것으로 기대된다.