Ⅰ. 서 론
최근 전 세계적으로 대기질 관리의 중요성이 커지면서, 각국은 대기오염물질을 체계적으로 관리하기 위한 계획을 수립하고 있다. 환경부 (Ministry of Environment)는 제3차 대기환경개선종합계획 (2023-2032)을 통해 입자상물질 (PM-10, PM-2.5), 질소산화물 (NOx), 황산화물 (SOx), 휘발성 유기 화합물 (VOCs), 암모니아 (NH3) 등을 포함한 다양한 대기오염물질의 종합적 관리 목표를 제시하였다. 특히, 암모니아의 경우, 2021년 배출량 대비 12.5% 감축 목표를 설정하였으며, 이는 초미세먼지 (PM-2.5) 생성에 기여하는 주요 전구물질로서, 대기 중 2차 화학반응을 통해 초미세먼지 농도를 증가시키는 역할을 한다고 알려져 있다 (Baek et al., 2006; Wei et al., 2015; Liu et al., 2022). 2021년 기준, 농업부문에서 연간 암모니아 배출량은 약 200,384톤으로, 전체 배출량의 약 76%를 차지하고 있기 때문에 농업지역에서 암모니아의 관리도 매우 중요한 상황이다. 특히, 농업지역에서 발생하는 대기오염물질은 농작물의 생산성 감소와 품질 저하 (Agrawal et al., 2003; Devrajani et al., 2020; Jayara, 2021; Pandya et al., 2022)를 야기할 수 있으며, 농민의 건강에도 영향을 미칠 수 있다 (Giannakis et al., 2019; Kirkhorn and Garry, 2000; Ugwuanyi and Obi, 2002; Clarke et al., 2021). 이에 따라 농업활동 중 발생하는 오염물질에 대한 체계적인 연구와 관리의 중요성이 더욱 강조되고 있다.
농업에서 대기오염물질의 발생원은 크게 물리적 발생과 화학적 발생으로 분류된다. 물리적 발생은 농업 활동 자체에서 기인하는 입자상 물질 (PM-10, PM-2.5)의 배출을 포함하여, 경운이나 수확 등과 같은 물리적 작업을 통해 토양 및 작물의 표면에서 직접적으로 발생하는 것을 의미한다 (Kjelgaard et al., 2004; Qiu and Pattey, 2008). 화학적 발생은 농업활동에서 발생한 전구물질이 대기 중에서 화학적 반응을 통해 2차 대기오염물질로 전환되는 과정이다. 예를 들어, 농업연료 연소, 비료 사용, 농작물 소각 등에서 배출되는 암모니아 (NH3), 질소산화물 (NOx), 휘발성 유기화합물 (VOCs) 등은 대기 중에서 화학적 반응을 거쳐 대기오염물질로 배출될 수 있다 (Liu et al., 2022). 농업기계 사용 시 연료 연소로 발생하는 질소산화물과 황산화물, 비료 사용 또는 작물 잔재 소각 시 발생하는 암모니아 등의 대기오염물질이 대기 중에서 화학반응을 통해 생성되는 2차 발생원이 있다. 이처럼 농업 부문에서는 다양한 발생원으로부터 입자상 물질와 대기오염물질이 발생하고 있으며 (Clausnitzer and Singer, 1997; Kjelgaard et al., 2004; Qiu and Pattey, 2008) 농업지역의 대기질 개선 및 대기오염물질 발생 저감 위해서는 농업 활동으로 인해 발생하는 오염물질의 농도를 정확히 파악하는 것이 중요하다.
농업지역의 대기질을 모니터링하기 위해서는 농업의 특성에 대한 이해가 필요하다. 특히, 농업 지역의 대기질은 농업활동 시기에 따라 단기간 내 급격한 변동을 보이기도 하지만, 이러한 변동은 지역적⋅기후적 요인, 작업방식의 차이, 주변 간섭 요인 등에 의해 불규칙하게 나타나기 때문에, 단기관측만으로는 일관된 인과관계를 도출하기 어렵다. 따라서, 농업활동이 미세먼지, 온실가스, 지역환경에 미치는 영향을 파악하기 위해서는 장기적이고 반복적인 모니터링이 필요하다. 하지만 이를 위한 농업대기질에 특화된 측정소는 매우 드물다. 2023년 10월 기준, 전국에 약 642개의 대기오염 측정망이 설치 및 운영되고 있다. 그러나 국내 대기오염물질 측정소의 측정 항목에는 암모니아가 포함되어 있지 않으며, 농업지역의 대기질을 모니터링하기 위해서는 넓은 측정 범위, 오염원의 다양성, 농업 활동의 특수성과 계절 의존성, 야생동물로 인한 우발 상황 대응 방안을 고려하는 등 농업의 지역⋅환경적 특성을 이해하는 것이 필요하다.
농업 지역의 대기질을 측정하기 위해서는 농업 지역의 대표성 확보, 다양한 지역의 측정 데이터 확보, 실시간 측정 등의 복합적인 요소들이 필요하다. 국내 농업 지역의 대기오염물질 농도를 파악하기 위한 선행 연구들은 주로 특정 논, 밭에서 국소적으로 모니터링을 수행하거나, 단기간에 대기질 농도를 파악한 경우가 많으며 실시간으로 연속 측정한 사례는 매우 부족하다 (Liu et al., 2022; Gomes et al., 2023). 더욱이 기존 연구들은 주로 한정된 기간과 공간에서 이루어져 다양한 조건에서 대기오염물질의 계절별, 영농활동별 변동성을 충분히 반영하지 못했다는 한계가 있다. 이러한 이유로 농업지역의 대기질에 대한 장기적이고 연속적인 모니터링이 요구되며, 이를 통해 다양한 농업 활동이 대기오염물질 농도에 미치는 영향을 종합적으로 평가할 필요가 있다.
본 연구는 영농활동에 따른 농업지역의 대기오염물질을 파악하기 위해 전국 4권역 8개소의 농업대기질 측정소를 설치하여, 입자상 물질 (PM-2.5, PM-10), 질소산화물, 황산화물, 암모니아에 대한 실시간 연속 모니터링을 수행하였다. 영농활동에 따른 농업지역 대기오염물질의 농도변화를 파악하기 위하여, 수집된 농업대기질 측정 데이터를 기반으로 영농활동이 촬영된 영상데이터를 연계하여 분석을 수행하였다.
Ⅱ. 재료 및 방법
1. 농업지역 대기질 측정소
농업지역 대기질 측정소 설치 지점을 선정하기 위해 전국을 경기⋅강원, 충청, 호남, 영남인 4개 권역으로 분류하였으며, 농업지역은 총 4개의 논지역, 4개의 밭지역으로 선정하여 측정망을 구축하였다 (Fig. 1). 논 지역은 김해평야, 나주평야, 논산평야, 여주평야로 우리나라의 대표적인 평야를 권역별로 선정하였으며, 밭지역은 작물에 따라 영농활동 및 시기가 달라지기 때문에 지역특산물과 국내 밭작물 생산량을 기준으로 무안 (양파), 상주 (콩), 홍천 (옥수수), 단양 (마늘)을 선정하였다. 농업지역 대기질 측정소는 작물의 균일성과 대표성, 대기오염물질의 측정 농도에 영향을 줄 수 있는 주변 영향요인 (공항, 산업단지, 주거밀집지역, 공장 등), 산간지역, 해안가 인접지역 등 지리적 특수성, 접근성, 설치용이성, 농장주의 협조를 고려하여 선정하였다. 위와 같은 선정기준을 통해 4권역 8개소의 농업지역 대기오염측정망을 구축 및 운영하였다 (Fig. 1). 농업지역 대기질 모니터링 시스템은 대기오염물질 측정 및 데이터 수집, 환경 유지, 보안을 위한 시설로 구성되어 있으며, 풍향⋅풍속계, 강우⋅강설량계, CCTV 장비들로 구성하였다 (Fig. 2).
2. 대기오염물질 측정장비
농업지역 대기질 측정소에 사용된 측정 방법, 주기, 범위 및 기타 사항은 환경부에서 제공하는 대기오염공정시험기준과 대기오염측정망 설치 및 운영지침에 따라 설치하였다. 입자상물질 (PM-10, PM-2.5)의 농도는 입자상 물질 측정기기 (MEZUS-610, Kentek Inc., Korea)를 통해 필터지에 수집된 입자질량을 베타선 흡수법 (Beta-Ray Atenuation method)을 사용하여 실시간으로 측정하였다. NH3 및 NOx는 질소산화물 측정기 (MEZUS-210, Kentek Inc., Korea)를 통해 화학발광법 (Chemiluminescence method)으로 대기 중 농도를 실시간으로 측정하였다. SOx는 황산화물 측정기 (MEZUS-110, Kentek Inc., Korea)를 통해 자외선 형광법 (Ultraviolet Fluorescent method)으로 측정하였다 (Table 1).
Table 1
Measurement methods and ranges by monitoring factors.
측정 데이터의 신뢰도 및 품질 향상을 위해 측정소 마다 월 1회 측정장비의 검⋅교정을 수행하였다. 가스상 물질 검⋅교정은 제로-스판 농도 정밀검사 (Monthly zero-span precision check)와 다점 농도 교정 (Multi-point calibration) 방법을 사용하였다. 교정 결과가 ±10 % 이상 발생할 경우 다점 농도 교정을 수행하였다. 다점 농도 교정 방법은 0~100 ppb 범위의 총 5단계 농도를 통해 측정 장비를 교정하여 일차식 형태의 보정식을 도출하고 이를 측정 데이터에 반영하였다. 입자상 물질 검⋅교정은 정확한 질량 밀도를 가진 교정용 필름 (Span film)을 사용하여 측정 장비 내 교정 기능을 통해 제로-스판 농도 교정을 수행하여 측정값의 ±2 % 이내의 정확성을 확보하였다.
3. 실험방법
농업지역 대기질을 분석하기 위해 단일 작목의 농업활동이 이루어지는 대규모 농경지에 측정소를 설치하고 실시간 농업지역의 대기질 농도를 측정하였다. 영농활동 시기와 정보를 정확하게 추적하기 위해, 지역별 농작업 계획을 참고하여 정기적으로 활동 시기를 확인하였으며, 측정소 인근 전방위 (농경지, 농로, 주변 환경) 영상을 기록할 수 있는 CCTV를 설치하였다. 측정은 5분 간격으로 이루어졌으며, 측정된 데이터는 실시간 데이터 수집시스템에 저장되었다. 수집된 데이터는 매월 이상치 제거, 검⋅보정식 적용, 특이사항 검토를 통해 정제하여 데이터 품질과 신뢰성을 확보하였다. 영농활동은 농경지에서 일반적으로 수행되는 경운, 비료 살포, 살충제 및 제초제 살포, 모내기 4가지 유형으로 구분하여 분석하였다. 영농활동에 의한 대기오염물질의 농도 변화는 평상시 농도와 영농활동이 수행된 시간동안의 농도 변화량을 분석하였다. 수집된 데이터를 영농형태 (논/밭), 영농활동 종류별로 구분하여 대기오염물질 농도의 변화를 파악하였다.
수집된 농도 데이터 중 영농활동으로 인해 특정 시기에 대기오염물질 농도가 급격하게 증가하는 현상이 관찰되었으며, 해당 변화가 영농활동에 의한 것인지 파악하기 위해 인근 도시대기질 측정 데이터를 참조하여 비교⋅분석하였다. 이후 측정 데이터의 시계열 그래프를 확인하여 특이한 경향을 보이는 시점을 선별하였다. 추가적으로 해당 시점 영농활동의 유효성을 평가하기 위해 CCTV 영상 데이터를 분석하여 해당 시점에 실제로 영농활동이 이루어졌음을 확인하고 작업시간, 작업시 대기오염물질 농도 등 유효한 영농활동 데이터를 확보하였다. 수집된 영농작업시기의 농도는 영농작업이 이루어지지 않은 주간 평균 농도와 비교하여 증가되는 양상을 분석하였다.
2023년 4월 1일부터 7월 31일까지, 해당 기간 동안 영농활동이 집중적으로 수행된 시기의 데이터를 수집 및 활용하였으며, 영농활동 시기와 평상시의 농도를 비교⋅분석하였다. 작업시간 동안의 평균 값을 사용해 영농활동에 따른 대기오염물질의 변화를 정량적으로 평가하였다.
Ⅲ. 결과 및 고찰
1. 농업 대기질 및 영농활동 영향분석
측정된 데이터를 바탕으로 영농활동 시와 평상시의 대기오염물질 농도를 비교한 결과, 영농활동 수행 시 PM-10, PM-2.5, NOx, SOx, NH3 등 모든 오염물질에서 유의미한 농도 증가가 확인되었다 (p < 0.05) (Fig. 3). PM-10은 영농활동 시 평균 84.6 ± 39.5 µg/m³로, 평상시 평균 36.8 ± 7.1 µg/m³ 대비 약 2.3배 높았으며, PM-2.5는 영농활동 시 25.6 ± 6.8 µg/m³로 평상시 평균 16.6 ± 2.8 µg/m³ 대비 약 1.5배 증가하였다. 질소산화물 (NOx)의 경우, 영농활동 시 평균 24.8 ± 17.2 ppb로 평상시 평균 10.8 ± 4.9 ppb 대비 약 2.3배 증가하였으며, 아황산가스 (SO2)와 암모니아 (NH3)도 각각 약 2.9배와 2.7배 높은 농도를 보였다 (Fig. 3).
Fig. 3
Comparison of average air pollutant concentration at monitoring points and during agricultural activities
해당 결과는 통계적 검정을 통해 유의성이 확인되었으며 (p < 0.05), 영농활동 수행 시 농업 지역의 대기질에 영향을 미칠 수 있음을 나타낸다. 특히, 경운 및 수확 같은 기계적 작업이 농경지에서 입자상 물질 (PM-10, PM-2.5)의 배출을 증가시키는 것으로 보인다. 이는 농업 기계가 작물 및 토양을 교란하면서 입자상 물질이 공기 중으로의 방출이 영향을 미친 것으로 판단된다. 또한, 농업 기계 연소 과정에서 발생하는 질소산화물 (NOx)과 아황산가스 (SOx) 농도의 증가 역시 기계 연소로 인해 화학적 전구물질이 대기 중으로 방출되어 2차 오염물질 생성에 기여한 영향으로 판단된다. 추가적으로 시비 후 비료 내 질소 성분이 대기 중으로 방출되어 질소산화물 농도에 영향을 주거나, 암모니아 형태로 휘산되었을 가능성이 존재한다. 따라서, 해당 연구결과를 바탕으로, 경운, 수확, 비료 시비 등과 같은 세부적인 영농 작업별로 대기오염물질 농도 변화에 미치는 영향을 파악하는 것이 필요하다.
2. 농경지 형태 (논/밭)별 대기오염물질 발생 농도
논과 밭의 농경지별로 영농활동 시 대기오염물질의 평균 발생 농도를 파악하였다 (Table 2). 논 지역과 밭 지역은 서로 다른 영농활동 형태를 보이며, 활동 시기가 상이하다. 논 지역의 데이터는 여주 (G1YJ), 논산 (C1NS), 나주 (H1NJ), 김해 (Y1GH)에서 수집하였고, 밭 지역의 데이터는 상주 (Y2SJ), 홍천 (G2HC), 무안 (H2MA), 단양 (C2DY)에서 수집하였다. 논과 밭 지역의 공통 작업으로는 경운, 비료 살포, 살충제 및 제초제 살포가 있었으며, 모내기는 논 지역에서만 수행되는 특화된 활동이었다. 논 지역에서는 총 16개의 유효한 영농활동 데이터가 확보되었고, 밭 지역에서는 총 18개의 유효한 데이터가 확보되었다. 영농활동 시 대기오염물질 농도는 각 작업 시기의 대기오염물질 별 평균값을 사용하였다.
Table 2
Average concentration of air pollutants according to agricultural type
영농활동 수행 시 논 지역의 평균 PM-10 농도는 91.7 ± 90.8 µg/m³, 밭 지역은 79.3 ± 82.6 µg/m³로 논 지역이 약 15.5% 더 높은 농도를 보였다 (Fig. 4(a)). PM-10에서 논 지역의 농도가 더 높은 이유 중 하나는 논 지역에 해당하는 G1YJ 지역이 다른 지역에 비해 산업활동이 활발한 경기권역에 위치하고 있으며, 해당 지역의 평상시 대기오염물질의 농도가 다른 지역보다 유의미하게 높기 때문이다 (p < 0.05). G1YJ의 평상시 PM-10의 농도는 52.2 µg/m³로, 다른 논 지역 평균 (37.1 µg/m³) 및 밭 지역 평균 (32.1 µg/m³)보다 높았다. 평균 PM-2.5의 농도는 논 지역이 29.3 ± 10.4 µg/m³, 밭 지역이 21.6 ± 11.3 µg/m³로 논 지역이 약 35% 더 높았다. 마찬가지로 G1YJ 지역의 PM-2.5의 평상시 농도는 20.9 µg/m³로, 다른 논 지역 (평균 17.4 µg/m³) 및 밭 지역 (평균 14.3 µg/m³)보다 높은 수준이었다 (p < 0.05).
질소산화물 (NOx)의 평균 농도는 논 지역이 30 ± 23 ppb, 밭 지역이 22 ± 11 ppb로 논 지역이 약 37% 높은 수준을 보였다 (Fig. 4(b)). 암모니아 (NH3)의 평균 농도는 논 지역이 54 ± 49 ppb, 밭 지역이 24 ± 14 ppb로 약 2.3배 차이를 보였다. 이와 같은 질소산화물 (NOx)과 암모니아 (NH3) 농도의 차이는 영농활동 시기와 지역적 특성에 기인한 것으로 판단된다. 4월에서 8월에 측정 시 논지역에서는 특히 봄철부터 여름에 걸쳐 영농활동이 집중적으로 이루어지기 때문에 해당 시기의 영농 작업에서 비료 성분이 휘발되어 대기 중으로 배출되기 쉽다. 상대적으로 밭지역은 동계작물등과 같이 밭작물의 종류에 따라 영농일정에 차이가 영향을 미친 것으로 판단된다. 특히 비료에 포함된 질소 성분은 토양에서 질산화 과정을 거쳐 질산염 (NO3-)에서 질소산화물 (NOx)로 전환되거나, 암모니아 (NH3) 형태로 휘발하게 된다 (Dominghetti et al., 2016). 암모니아 (NH3)의 경우 고온 조건에서 휘발이 용이 (Khangembam et al., 2016)하기 때문에 측정시기의 계절적 영향 또한 농도에 반영되었을 가능성이 존재한다. 지역적 특성은 앞선 입자상물질의 결과와 동일하게, G1YJ지역의 높은 평상시 농도가 주요 요인일 것으로 판단된다. G1YJ 지역의 NOx 평상시 농도 (기저농도)는 15.5 ppb로, 다른 논 지역 평균 기저 농도 (11.7 ppb) 및 밭 지역 평균 기저 농도 (7.1 ppb)보다 높았으며, G1YJ 지역의 평상시 암모니아 (NH3) 농도도 29.9 ppb로, 다른 논 지역 평균 (19.9 ppb) 및 밭 지역 평균 (11.5 ppb)보다 유의미하게 높았다 (p < 0.05).
3. 영농활동 종류에 따른 대기오염물질 농도변화
영농활동 유형에 따른 대기오염물질 농도 변화를 분석하였다. 각 영농활동이 수행되는 시기의 대기오염물질 농도를 주간 평균 농도와 비교하여 변화 양상을 도출하였다. 이를 통해 영농활동 시 대기오염물질의 농도 범위와 증가율을 도출하였다. 영농활동은 경운 (Tillage), 비료 살포 (Fertilizer application), 살충제 및 제초제 살포 (Pesticide and herbicide application), 모내기 (Rice planting)로 분류하였다.
경운작업의 경우, 입자상 물질 (PM-10, PM-2.5)의 농도가 평상시 농도보다 현저하게 증가하였다. PM-10은 최소 55.39 µg/m³에서 최대 362.17 µg/m³로 증가하였으며, 증가율은 197 ± 27%로 나타났다. PM-2.5 역시 22.28 µg/m³에서 48.13 µg/m³로 상승하여 89 ± 20%의 증가율을 보였다. 이는 경운 과정에서 발생한 토양 입자가 공기 중으로 비산되면서 대기 중 입자상 물질 농도를 급격히 증가시킨 결과로 해석된다. 이는 선행연구들과도 유사한 경향을 보인다 (Chen et al., 2017; Marzen et al., 2022; Fu et al., 2022; Jia et al., 2023) (Fig. 5(a)).
가스상 오염물질의 경우, NH3, NOx가 모두 증가하는 경향을 보였다. NH3는 5.3 ppb에서 19.2 ppb으로 증가하며 132 ± 60%의 증가율을 기록하였다. NOx는 7.2 ppb에서 21.7 ppb (174 ± 57%) 범위로 확인되었다. 이는 경운 작업 중 농기계 연료 연소와 토양 내 질소 화합물의 휘산에 의해 가스상 오염물질이 방출된 결과로 판단된다. 환경부 대기환경 기준과 비교 했을 때, PM-10와 PM-2.5는 일부 작업에서 환경기준 (100 µg/m³, 35 µg/m³)을 초과하는 경우가 발생했으나, 다른 가스상 오염물질은 환경기준에 미치지 않았다.
비료 살포 작업에서는 질소계열 가스상 물질 (NH3, NOx)의 농도가 평상시보다 크게 증가하는 경향을 보였다. 이는 비료의 질소 성분이 토양에서 질산화, 탈질화 및 휘산 과정을 거쳐 대기로 방출되기 때문으로 해석된다 (Gu et al., 2009; Hayashi, 2011; Ghaly and Ramakrishnan, 2015; Syafruddin, 2015). 또한, 농기계 사용으로 인한 연료 연소 역시 질소산화물 배출을 증가시키는 요인으로 작용하였다. 질소계열 가스상 오염물질의 증가가 두드러졌다. 암모니아 (NH3)는 최소 6.9 ppb에서 최대 199.5 ppb의 범위를 보였으며, 증가율은 111 ± 80%로 나타났다. NOx는 14.9~84.8 ppb (94 ± 38%)의 범위를 보였다. 반면, 입자상 물질 (PM-10, PM-2.5)은 상대적으로 적은 변화를 보였다. PM-10은 최소 19.43 µg/m³에서 최대 40.80 µg/m³로 나타났으며, 증가율은 –5 ± 37 % 였다. PM-2.5는 10.23~22.01 µg/m³의 범위를 보이며, 증가율은 0.005 ± 24 %로 분석되었다. 이산화황 (SO2) 농도는 1.8~3.7 ppb으로 증가하였으며, 증가율은 20 ± 34%로 나타났다. 환경부 대기환경 기준과 비교했을 때, 모든 작업에서 대기환경기준을 초과하지 않았다.
살충제 및 제초제 살포 작업에서는 질소계열 가스상 오염물질 (NH3, NOx)과 이산화황 (SO2)이 증가하는 특징을 보였다. 이는 살충제와 제초제 성분이 토양 내 질소 순환 과정에 영향을 미치며, 사용된 농기계의 연료 연소가 추가적인 오염물질 배출을 유발하기 때문이다 (Sheoran and Duhan, 2014; Damin and Trivelin, 2011; Mohamed et al., 2021). 암모니아 (NH3)는 최소 5.7 ppb에서 최대 48.0 ppb (132 ± 60%)의 범위를 보였으며, NOx는 12.1 ppb (174 ± 57%)의 범위를 보였다. SO2는 2.2 ppb (43 ± 60%) 범위로 나타났다. PM-10은 최소 23.93 µg/m³에서 최대 185.25 µg/m³ (29 ± 27%), PM-2.5는 최소 12.06 µg/m³에서 최대 43.92 µg/m³ (29 ± 27%) 범위를 보였다. 환경부 대기환경 기준과 비교했을 때, 일부 살충제 및 제초제 살포 작업에서는 PM-10 (100 µg/m³ 기준)과 PM-2.5 (35 µg/m³ 기준)가 초과하는 경우가 있으며, NOx와 SO2의 경우 기준치를 초과하지 않았다.
모내기 작업 시에도 주로 질소계열 가스상 오염물질 (NH3, NOx)과 이산화황 (SO2)의 농도가 평상시보다 증가하는 경향을 보였다. 이는 논의 담수 상태에서 유기물 분해 및 미생물 활성 증가로 암모니아 (NH3)가 배출되었으며, NOx는 주로 농기계의 연료 연소 과정에서 발생한 것으로 판단된다 (Ai et al., 2021; Silveria et al., 2022; Kim et al., 2024). 암모니아 (NH3)의 농도는 최소 14.7 ppb에서 최대 216.4 ppb (132 ± 60%)의 범위를 보였으며, NOx는 9.0~94.0 ppb (210 ± 60%)의 범위를 보였다. 이산화황 (SO2)는 2.5~8.9 ppb 범위로 나타났다. PM-10은 34.19~62.90 µg/m³ (70 ± 20%), PM-2.5는 16.56~39.15 µg/m³ (42 ± 26%) 범위로 분석되었다. 환경부 대기환경 기준 (ME, 2023)과 비교했을 때, 일부 모내기 작업에서는 PM-2.5 (35 µg/m³ 기준)와 NO₂ (0.06 ppm 기준)가 초과된 것으로 나타났다. 반면, 다른 물질은 기준치를 초과하지 않았다.
각 영농활동의 종류에 따라 증가하는 대기오염물질의 유형이 다르게 나타났으며, 증가율뿐만 아니라 작업 시 농도 범위를 고려했을 때 일부 작업에서는 물질 별로 환경부의 대기환경 기준을 초과하는 경우가 확인되었다. 그러나 증가율과는 별개로 기준치 이하의 농도를 유지하는 경우도 다수 존재하였다. 이러한 결과는 영농활동이 국지적인 대기질 변화에 영향을 미칠 가능성이 있음을 의미하며 향후 연구에서는 기상 조건, 토양 특성, 영농 방식 등에 따른 오염물질 배출 특성을 더욱 면밀히 분석할 필요가 있을 것으로 판단된다.
Ⅳ. 결 론
본 연구는 농업지역에서 수행되는 영농활동이 인근 대기오염물질 농도에 미치는 영향을 분석하기 위해 전국 권역을 대상으로 농업지역을 논지역과 밭지역으로 분류하였고, 농업 대기질 측정소를 설치하여 실시간 연속 대기질 모니터링을 수행하였다. 측정기간 동안 수집된 데이터를 바탕으로 영농작업의 종류와 시기를 분류하고, 영농 유형을 경운, 비료살포, 살충제 및 제초제 살포, 모내기로 분류하여 각 활동에 따른 대기오염물질의 농도 변화를 정량적으로 평가하였다.
연구 결과, 영농활동이 수행된 기간 동안 PM-10은 영농활동이 없는 기간 (평상시)보다 약 2.3배, PM-2.5는 약 1.5배, 질소산화물 (NOx)은 약 2.3배, 아황산가스 (SO2)는 약 2.9배, 암모니아 (NH3)는 약 2.7배 높은 농도를 보였다. 영농형태에 따른 차이도 확인되었으며, 논 지역에서는 영농활동 수행 시 밭 지역보다 PM-10 (15.5%), PM-2.5 (35%), NOx (37%), NH3 (약 2.3배)의 농도가 높게 나타났고, 반대로 이산화황 (SO2)의 경우 밭 지역이 논 지역보다 약 6% 높은 농도를 보였다. 또한, 영농활동의 종류에 따라 대기오염물질의 변화율이 다르게 나타났는데, 경운 작업에서는 PM-10과 PM-2.5와 같은 입자상 물질이 각각 평균 197%, 89% 증가하는 등 높은 증가율을 보였다. 비료 살포 작업에서는 질소계열 가스상 물질 (NH3, NOx, NO2)이 94%에서 111%까지 증가하였고, 살충제 및 제초제 살포 작업에서도 질소계열 가스상 물질 (NH3, NOx, NO2)가 132%에서 175%까지 증가하였다. 모내기 작업에서는 NOx와 SOx 농도가 97%에서 210%까지 증가하는 경향을 보였다.
해당 연구를 통해 영농활동의 특성에 따라 다른 대기오염물질 배출 특성이 나타남을 확인하였다. 경운과 같은 물리적 작업에서는 입자상 물질 (PM-10, PM-2.5)이 증가하는 경향이 있었으며, 비료 살포 시에는 질소계열 오염물질 (NH3, NOx)이 주로 증가하였다. 또한, 농기계를 사용하는 작업에서는 연료 연소로 인해 질소산화물 (NOx)과 아황산가스 (SO2) 계열의 대기오염물질이 증가하는 경향이 나타났다. 이러한 연구 결과는 농업 활동 특성에 따라 대기오염물질의 배출이 달라질 수 있음을 나타낸다.
향후 연구에서는 장기적인 데이터 축적과 더 다양한 영농활동 사례를 포함한 분석이 필요하다. 이와 더불어 풍향, 온도, 토성, 지역적 특성 등 다양한 변수를 종합적으로 고려하여 대기오염물질 농도 변화와의 관계를 분석할 필요가 있다. 이러한 연구는 농업 특성에 맞춘 대기질 관리 방안을 수립하는데 중요한 기초자료로 활용될 수 있을 것이다.
