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문제 정의
- 따라서 본 연구의 목적은 기존 산 유입량이 상이하였던 4개 지역을 대상으로 토양산성도 인자 (pH와 염기포화도)와 추가적인 산 유입에 대한 산 중화 반응인자(총 산중화능과 기작별 산중화능) 간의 선형회귀모형을 이용하여 산림토양의 산성화 민감도를 결정짓는 산중화 반응을 보다 용이하게 평가할 수 있는 실험적 방법을 제시하는데 있다.
제안 방법
- 토양내 염기성 양이온(Ca2+, Mg2+, Na+, K+)은 IM-Ammonium acetate 침출법 에 따라 ICP-AES (Analytic instrument Inc, Spectro M)로 분석하였으며, 치환성 수소와 A13+은 1M-KC1 침출 후 적정법과 ICP-AES로 각각 분석하였다. 염기 성양이 온, 치환성 수소 및 A1"의 합을 양이온 치환 용량으로 하여 그에 대한 염기성 양이온의 비율을 염기 포화도로 하였다. 공시토양에 대한 지역별 기초 이화학성의 분석 결과는 Table 1과 같다.
- 이때 토심 30cm까지의 평균 가밀도(남산 L38, 강화 1.02, 울산 L16, 흥천 1.16g/cm3) 를 고려하여 칼럼내 토양충진 높이를" 구하였다.
- 6 인공산성우에 의해 토양으로부터 용탈된 중화물질율 감하여 산출하였다. 그리고 총 산중화능와 각 기작별 산중화능의 합과의 차이는 다른 무기질 이온의 치환과 유기물의 양자화 작용(pTotonation) 에 의한 산중화능(ANCo) 으로 간주하였다. 기작별 산중화율(AN rate)은 ANCh에 대한 각 ANCm와 ANCo의 백분율로 계산하였다(식 1~4).
- 그리고 총 산중화능와 각 기작별 산중화능의 합과의 차이는 다른 무기질 이온의 치환과 유기물의 양자화 작용(pTotonation) 에 의한 산중화능(ANCo) 으로 간주하였다. 기작별 산중화율(AN rate)은 ANCh에 대한 각 ANCm와 ANCo의 백분율로 계산하였다(식 1~4).
- 산출하였다. 또한 염기치환, A1 용해 및 산성 음이온(SO芝, NOC의 흡착에 따른 기작별산중화능(ANCm)은 토양 단위 중량당 중화 물질의 용탈량으로 산출하였으며 , 이때 토양내 유기 질염으로부터 용탈돤 용존 염기성 양이온의 용탈량을 제외하기 위해 pH 5.6 인공산성우에 의해 토양으로부터 용탈된 중화물질율 감하여 산출하였다. 그리고 총 산중화능와 각 기작별 산중화능의 합과의 차이는 다른 무기질 이온의 치환과 유기물의 양자화 작용(pTotonation) 에 의한 산중화능(ANCo) 으로 간주하였다.
- 사용된 인공산성우는 pH 3.0(H2SO4: HNO3= 3:1)이 었으며 , 총 630mm률■ 한달간 63mm/일 (6.3mm/hr)씩 3일 간격으로 나누어 유입시켰다. 총 수소이온(H*) 부하량은 16・7mmoL/kg이며, 황산이온(Sd")과 질산이온(NOf)의 무하량은 각각 12.
- 산중화 반응을 정량하기 위한 토양 칼럼실험에는 polypropylene cylinder(D : 45mm, L : 100mm) 에 토양시료(생토 30g, 건중량기준)를 토심별로 재배열하였다. 이때 토심 30cm까지의 평균 가밀도(남산 L38, 강화 1.
- 단순임의추출법에 따라 채취하였다. 이때 수간으로부터의 거리와 토양 화학성간의 상관성을 줄이기 위해 임목과 3m 이상 거리를 두고 실시하였다. 칼럼실험용 시료는 석력과 식물 뿌리에 의한 영향을 배제하고 균질성을 확보하기 위해 토양 단면상에서 0-15cm와 15~30cm로 구분 채취하였다.
- 이때 수간으로부터의 거리와 토양 화학성간의 상관성을 줄이기 위해 임목과 3m 이상 거리를 두고 실시하였다. 칼럼실험용 시료는 석력과 식물 뿌리에 의한 영향을 배제하고 균질성을 확보하기 위해 토양 단면상에서 0-15cm와 15~30cm로 구분 채취하였다.
대상 데이터
- 대기오염과 산퇴적물, 등 외적 산성화 영향에 따라 산림토양의 산성도가 상이할 것으로 예상되는 도시지역(서울 남산), 공업지역(울산 두왕) 및 서해안 지역(강화 마니산)과 대조지역(홍천 계방산) 의 소나무(P病“s densiflora Siebold et Zuccarini) 임분을 조사 대상지로 하였다.
- 토양시료는 임분당 3개씩의 조사구(10X 10m)에서 단순임의추출법에 따라 채취하였다. 이때 수간으로부터의 거리와 토양 화학성간의 상관성을 줄이기 위해 임목과 3m 이상 거리를 두고 실시하였다.
데이터처리
- 토양산성 도 인자를 독립 변수로 하고 칼럼 실험 에서의 산중화 반응 인자률 종속변수로 한 단순 회귀와 다중회귀분석에는 SAS 통계프로그램(SAS Institute Inc., 1989)을 이용하였다. 독립변수의 수를 달리한 단순과 다중회귀모형간의 중요도롤 비교하기 위하여 수정결정계수(adjusted determination coefficient)률 적용하였다.
이론/모형
- 매회채수된 토양용탈수는 pH를 측정한 후 염기성 양이온(Ca”, Mg2+, Na+. K*; ICP-AES), 음이온 (SO?-, NOf; I(m chromatography) 및 활성 AK8-hydroxyquinoline butyl acetate; James 등, 1983) 의 정량분석에 이용하였다.
- , 1989)을 이용하였다. 독립변수의 수를 달리한 단순과 다중회귀모형간의 중요도롤 비교하기 위하여 수정결정계수(adjusted determination coefficient)률 적용하였다.
- 토양 pH, 유기물 및 토성 등 기초 이화학성은 토양화학 분석법 에 준하였다(농업기술연구소, 1988). 토양내 염기성 양이온(Ca2+, Mg2+, Na+, K+)은 IM-Ammonium acetate 침출법 에 따라 ICP-AES (Analytic instrument Inc, Spectro M)로 분석하였으며, 치환성 수소와 A13+은 1M-KC1 침출 후 적정법과 ICP-AES로 각각 분석하였다.
- 1988). 토양내 염기성 양이온(Ca2+, Mg2+, Na+, K+)은 IM-Ammonium acetate 침출법 에 따라 ICP-AES (Analytic instrument Inc, Spectro M)로 분석하였으며, 치환성 수소와 A13+은 1M-KC1 침출 후 적정법과 ICP-AES로 각각 분석하였다. 염기 성양이 온, 치환성 수소 및 A1"의 합을 양이온 치환 용량으로 하여 그에 대한 염기성 양이온의 비율을 염기 포화도로 하였다.
성능/효과
- 4개 지역 산림토양의 총 산중화능(ANCh)과 총 수소이온 소비율은 남산, 강화, 울산, 홍천 순으로 낮아 지역별 토양산성도와 상반된 결과를 보였다(Table 2).
- 01)으로 단순회귀모형보다 유의도가 높았다. 따라서 토양산성도 인자를。]용하여 산중화 반응을 예측할 때 다중회귀모형의 적용이 보다 신뢰도를 높일 것으로 판단되었다. 그러나 예측치와 관측치간의 차이로 산출된 외표준잔차에서 보면 전체 신뢰구간을 줄이는 단순과 다중회귀모형간의 효과 차이는 뚜렷하지 않았다.
- 따라서 토양산성도 인자를。]용하여 산중화 반응을 예측할 때 다중회귀모형의 적용이 보다 신뢰도를 높일 것으로 판단되었다. 그러나 예측치와 관측치간의 차이로 산출된 외표준잔차에서 보면 전체 신뢰구간을 줄이는 단순과 다중회귀모형간의 효과 차이는 뚜렷하지 않았다.
- 04)으로써 산중화 반웅에 이들 토양산성도 인자가 유의적으로 작용하였다(Table 3). 그러나 회귀모형들의 결정계수는 염기 포화도에 비해 토양 pH에서 높게 나타나 토양산성도 인자별 중요도는 토양 pH에서 높았다.
- 토양 산성 화의 생태적 악영향은 영양염류의 결핍과 Al stress를 동반하는데, 그 영향력은 토양의 고유한 산 중화 능에 의해 결정된다. 따라서 산부하량이 동일하다면 산림토양의 산성화 민감도는 산중화능과 그 반응 결과로 나타나는 염기성 양이온의 유실과 A1 가동성의 정도로 가늠할 수 있을 것이다.
- 5%)로써 이들 지역에서는 A1 용해에 의해 산중화능이 주도되었다. 또한 울산의 염기치환과 A1 용해에 의한 산중화능 (mmoL/kg)은 각각 8.8(54.3%)과 5.3(32.5%)으로 염기치환에서 A1 용해로의 산중화 기작의 전이성이 나타났다. 그러나 대조 지역인 홍천에서는 염기 치환과 A1 용해에 의한 산중화능이 각각 12.
- 같다. 모든 산중화 반응에 대한 다중회귀모형의 수정결정계수는 모두 0.887 이상 00.01)으로 단순회귀모형보다 유의도가 높았다. 따라서 토양산성도 인자를。]용하여 산중화 반응을 예측할 때 다중회귀모형의 적용이 보다 신뢰도를 높일 것으로 판단되었다.
- 이상에서 얻어진 다중회귀식을 이용하여 총 16.7mmoljkg의 산 유입에 따른 전국 산림토양의 산 중화 반응을 예측할 때, 평균 염기포화도 26.8% (김태훈 등, 1988)와 토양 pH 5.15(미발표자료)에 근거한 총 산중화농은 16.47mmolc/kg, 염기 치환과 A1 용해 산중화능은 각각 9.76과 4.20mmoL/kg 이었다, 이는 pH 4.0 강수가 향후 10년간 지속될경우 염기치환과 A1 용해에 의한 토양 산 중화율이 각각 59%와 26%일 것임을 의미한다.
- 9%)로 염기치환에 의한 산 중화 능이 절대 우위로 발휘되었다. 이상의 결과를 통해 지역별 산중화대를 구분하면 남산과 강화는 A1 산중화대, 울산은 염기치환 산중화에서 A1 산중 화로의 전이대 및 흥천은 염기치환 산중 화대라 할 수 있다. 이러한 측면에서 남산, 강화, 울산지역에서는 토양산성화가 지속될 경우 유입된 산을 중화시키는 과정에서 영양염류의 다량 유실과 활성 A1의 용출 증가로 인해 임목피해의 잠재성이 매우 높을 것으로 판단된다.
- 05), 이는 토양 산성화가 심화되는 과정에서 염기성 양이온이 다량 용탈되면서 토양내 양이온 치환소에 대한 수소이온의 점유율이 높아진 결과로 보여진다. 이상의 토양 pH와 염기포화도에 근거한 지역별 토양산성도는 남산, 강화, 울산, 홍천 순으로 높게 나타났다.
- 토양 pH와 염기포화도를 독립변수로 하고 총 산 중화 능과 염기치환 및 A1 용해 산중화능을 종속변수로 한 단순회귀모형의 수정결정계수는 모두 0.517 이상3C0.04)으로써 산중화 반웅에 이들 토양산성도 인자가 유의적으로 작용하였다(Table 3). 그러나 회귀모형들의 결정계수는 염기 포화도에 비해 토양 pH에서 높게 나타나 토양산성도 인자별 중요도는 토양 pH에서 높았다.
후속연구
- 따라서 보다 다양한 토양 산성화 인자와 토양산성화로 인한 산림피해의 직 . 간접적 지표인자들을 개발하여 이상의 산 중화반응 예측모델에 접목한다면 향후 대기질 환경변화에 따른 토양산성화 진행 과정은 물론 그로 인한 산림피해 가능성을 보다 정확하고 용이하게 예측할 수 있을 것으로 판단된다.
- 물론 회귀모형에 미치는 관측수의 영향과 그밖에 현지 산림토양의 산중화 작용에 영향하는 여러 자연적 인자 및 모암별 산중화 반웅의 변이성 둥이 복합적으로 작용할 것이다. 그러나 토양 산성화로 인한 산림의 생태적 피해를 예측하고 방지하기 위한 최적 모형의 개발에 상당한 시간과 경비가 소요됨을 고려할 때, 다각적인 접근법의 모색은 평가기법의 부재에 따른 피해방지의 실기를 최소화하는데 필수적일 것이다.
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