일본 노지채소 집약 재배지역 토양 침출수 중의 NO3-N 농도와 질소 안정동위원소 자연존재비(δ15N) Concentrations and Natural 15N Abundances of NO3-N in Groundwater and Percolation Water from Intensive Vegetable Cultivation Area in Japan원문보기
질소 안정동위체 자연존재비(${\delta}^{15}N$)측정을 통해 노지 채소 재배토양에서 침출되어 지하로 이동하는 $NO_3-N$의 동태를 조사한 결과는 다음과 같다. 1) 3 m 관정수와 6 m 관정수의 $NO_3-N$ 농도 평균값은 각각 25.7 및 $2.8mg\;L^{-1}$이었으며, ${\delta}^{15}N$는 +3.6 및 +4.7‰이었다. 2) 암거배수의 $NO_3-N$ 농도와 ${\delta}^{15}N$의 평균은 각각 $35.5mg\;L^{-1}$와 +6.6‰로 토양 침투수는 즐인 선상지 전체로부터 모아지며 비교적 민감하게 화학비료, 가축분 퇴비 유래 질소농도의 변화를 반영하였다. 3) 단지 말단부의 용출수의 $NO_3-N$ 농도와 ${\delta}^{15}N$의 평균은 각각 $19.4mg\;L^{-1}$ 및 +7.9‰로서 채소 재배지대의 복류수 중에는 축산폐기물 유래가 침투되어 있는 것을 나타냈다. 4) 본 지구의 채소재배 토양의 ${\delta}^{15}N$은 2 N KCl 추출 가용태 질소로서 +6.1‰, 질산태 질소로서 +5.1‰이며, 주로 사용되는 화학비료의 전질소의 ${\delta}^{15}N$은 질산 억제비료가 -6.1‰, 그리고 완효성비료가 2.2‰이었다.
질소 안정동위체 자연존재비(${\delta}^{15}N$)측정을 통해 노지 채소 재배토양에서 침출되어 지하로 이동하는 $NO_3-N$의 동태를 조사한 결과는 다음과 같다. 1) 3 m 관정수와 6 m 관정수의 $NO_3-N$ 농도 평균값은 각각 25.7 및 $2.8mg\;L^{-1}$이었으며, ${\delta}^{15}N$는 +3.6 및 +4.7‰이었다. 2) 암거배수의 $NO_3-N$ 농도와 ${\delta}^{15}N$의 평균은 각각 $35.5mg\;L^{-1}$와 +6.6‰로 토양 침투수는 즐인 선상지 전체로부터 모아지며 비교적 민감하게 화학비료, 가축분 퇴비 유래 질소농도의 변화를 반영하였다. 3) 단지 말단부의 용출수의 $NO_3-N$ 농도와 ${\delta}^{15}N$의 평균은 각각 $19.4mg\;L^{-1}$ 및 +7.9‰로서 채소 재배지대의 복류수 중에는 축산폐기물 유래가 침투되어 있는 것을 나타냈다. 4) 본 지구의 채소재배 토양의 ${\delta}^{15}N$은 2 N KCl 추출 가용태 질소로서 +6.1‰, 질산태 질소로서 +5.1‰이며, 주로 사용되는 화학비료의 전질소의 ${\delta}^{15}N$은 질산 억제비료가 -6.1‰, 그리고 완효성비료가 2.2‰이었다.
Nitrate-N concentrations and the corresponding ${\delta}^{15}N$ values were determined with water samples collected periodically from artesian wells (3 and 6 m deep), underdrainage and gushout waters in a Welsh onion cultivated area in the Kushibiki Fan, Saitama Prefecture, Japan. Average...
Nitrate-N concentrations and the corresponding ${\delta}^{15}N$ values were determined with water samples collected periodically from artesian wells (3 and 6 m deep), underdrainage and gushout waters in a Welsh onion cultivated area in the Kushibiki Fan, Saitama Prefecture, Japan. Average $NO_3-N$ concentrations in waters from 3 and 6 m wells were 25.7 and $2.8mg\;L^{-1}$, whereas ${\delta}^{15}N$ values were 3.6 and 4.7‰, respectively. The $NO_3-N$ concentration and ${\delta}^{15}N$ value of the underdrainge water were $35.5mg\;L^{-1}$ and 6.6‰, reflecting rapid input of chemical fertilizers and farmyard manure. The mean values of $NO_3-N$ concentration and ${\delta}^{15}N$ in the gushout water flown out of the edge of Kushibiki Fan were $19.4mg\;L^{-1}$ and 7.9‰, respectively. As a results the ${\delta}^{15}N$ values of the gushout water were higher than those of the artesian wells and underdrinage water. The ${\delta}^{15}N$ values of total-N and $NO_3-N$ of the soils were 6.1 and 5.10‰, respectively, while those for nitrification-inhibitor containing fertilizer and slow-release fertilizers were -6.1 and -2.2‰, respectively.
Nitrate-N concentrations and the corresponding ${\delta}^{15}N$ values were determined with water samples collected periodically from artesian wells (3 and 6 m deep), underdrainage and gushout waters in a Welsh onion cultivated area in the Kushibiki Fan, Saitama Prefecture, Japan. Average $NO_3-N$ concentrations in waters from 3 and 6 m wells were 25.7 and $2.8mg\;L^{-1}$, whereas ${\delta}^{15}N$ values were 3.6 and 4.7‰, respectively. The $NO_3-N$ concentration and ${\delta}^{15}N$ value of the underdrainge water were $35.5mg\;L^{-1}$ and 6.6‰, reflecting rapid input of chemical fertilizers and farmyard manure. The mean values of $NO_3-N$ concentration and ${\delta}^{15}N$ in the gushout water flown out of the edge of Kushibiki Fan were $19.4mg\;L^{-1}$ and 7.9‰, respectively. As a results the ${\delta}^{15}N$ values of the gushout water were higher than those of the artesian wells and underdrinage water. The ${\delta}^{15}N$ values of total-N and $NO_3-N$ of the soils were 6.1 and 5.10‰, respectively, while those for nitrification-inhibitor containing fertilizer and slow-release fertilizers were -6.1 and -2.2‰, respectively.
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문제 정의
따라서, 이러한 점에 착안하여 본 연구는 이 JUN 법을 이용하여 비교적 질소 부하량이 많은 도시 근교 채소재배지역 및 인근 논에서 침출수 등을 조사한 결과, 이들로부터의 NO3-N의 기원을 추정하고자 하였다.
제안 방법
11. 16까지 시기별로 9회 실시하였고, 그 중 7월 6일에 채수된 시료는 채수 유형별 이온조성을 보기 위하여 양이온과 음이온을 함께 분석하였다.
NH/ 및 NO2- 이온이 검출되지 않는 것을 확인한 후, 100-250 mL의 시료수에 Devarda's Alloy 분말 3 g을 첨가하여 NO3-를 NHJ로 환원시킨 후 10 N NaOH 20 mL를 첨가하였다. 그후 약 80분간 수증기 증류를 한 후 발생한 NH3를 모두 0.
NH/를포집한 황산암모늄 용액은 휘산이 발생되지않도록 80℃ 이하로 유지된 hot plate 위에서 2-3 mL로 될 때까지 농축시킨 후, (NHQzSQi 형태로 농축된 시료수는 Nz가스발생 고 진공 정제 장치를 이용하여 Rittenberg 법에 의해 KOBr과 반응시켰다. Nz가스화 반응에 의해 발생한 순수 Nz가스는 정제조작을 거친 후, 시료 분석 관에 포집 하여 질 량분석 기 (Finnigan MAT 252, Germany)로 NN을 분석하였다. 3 값의 재현성은 Shoko표준가스 -3.
6%로 토양 침투수는즐인 선상지 전체로부터 모아지며 비교적 민감하게 화학비료. 가축분 퇴비 유래 질소 농도의 변화를 반영하였다.
또한, 관측용 관정이 설치된 포장 토양의 전 질소, 2 N KC1 토양 침출액의 NHlN, NOs-N 의》5N을 위의 방법에 의해 측정하였다.
분석방법 각 채수지점에 있어서 500-2000 mL 의 폴리에칠렌 용기에 시료를 채수하여 신속하게 실험실로 옮긴후 이온크로마토그래피 (HIC- 6A, Shimadzu, Japan) 에 의해 각 이온 농도를 측정하였다. NH/ 및 NO2- 이온이 검출되지 않는 것을 확인한 후, 100-250 mL의 시료수에 Devarda's Alloy 분말 3 g을 첨가하여 NO3-를 NHJ로 환원시킨 후 10 N NaOH 20 mL를 첨가하였다.
대상 데이터
2의 P점에서 수행하였다. 또한 A지구로부터 지하로 침출된 천 층 지하수가 약 4 km 떨어진 B지역에서 지표로 용출되어져관개수로 이용되는 선상지 말단부의 용출수를 대상으로 채수하였다. N03-N 농도와 δ15N 조사용 채수는 1993.
본 시험이 수행된 곳은 일본 사이타마현 농업시험장이 완효성 비료의 도입 시험사업을 수행하고 있는 파 재배 시험포이다. 질산성 질소 및 NN을 측정하기 위해 Fig.
한편 두 관정 사이는 같은 장소에 80 cm 간격을 두고 설치하였다. 시험 포장의 특성은 토심 17-2.1 m의 사이에 점토층, 그 하층에는 자갈과 점토의 혼층, 6 m 이하에 자갈층만 존재하는 지역이었다.
같다. 암거배수는 Fig. 2의 Q점에서 채수 하였고 다른 조사지점 에 서는 전항과 동일한 방법으로 하였으며 채취시 기는 7월 6일이 었다.
암거배수의 채수는 A지구 전체 암거배수가 집수되는 Fig. 2의 P점에서 수행하였다. 또한 A지구로부터 지하로 침출된 천 층 지하수가 약 4 km 떨어진 B지역에서 지표로 용출되어져관개수로 이용되는 선상지 말단부의 용출수를 대상으로 채수하였다.
질산성 질소 및 NN을 측정하기 위해 Fig. 1과 같이 파 재배시험 포장(A지역, 약 10.3 ha)에 설치한, 3 m 와 6 m의 관정 및 표층밑 50 cm 깊이에 설치된 암거 배수의 유출수와 A지구 선상지의 천 층 지하수로부터 유래하는 즐인 선상지 말단부의 용출수(B지역, 관개수로 이용)를 취수하였다.
이론/모형
한편, 휴한기의 질소 농도가 낮은 시료에 대해서는 평소 양(500 mL)보다 많은 양을 취수하여(2000 mL) 수증기 증류를 하기 전에 미리 농축기를 이용하여 250 mL 이내로 농축한 후 위의 방법에 따라 증류하였다. NH/를포집한 황산암모늄 용액은 휘산이 발생되지않도록 80℃ 이하로 유지된 hot plate 위에서 2-3 mL로 될 때까지 농축시킨 후, (NHQzSQi 형태로 농축된 시료수는 Nz가스발생 고 진공 정제 장치를 이용하여 Rittenberg 법에 의해 KOBr과 반응시켰다. Nz가스화 반응에 의해 발생한 순수 Nz가스는 정제조작을 거친 후, 시료 분석 관에 포집 하여 질 량분석 기 (Finnigan MAT 252, Germany)로 NN을 분석하였다.
성능/효과
1) 3 m 관정수와 6 m 관정수의 N6-N 농도 평균값은 각각 25.7 및 2.8 mg 이이 었으며, δ15N는 +3.6 및 +4.7%이었다.
2) 암거배수의 NOa-N 농도와 δ15N의 평균은 각각 35.5 mg IL와 +6.6%로 토양 침투수는즐인 선상지 전체로부터 모아지며 비교적 민감하게 화학비료. 가축분 퇴비 유래 질소 농도의 변화를 반영하였다.
3 m 관정수는 채수위치로 부터 판단할 때, 표층토양 침출수의 조성을 거의 그대로 반영한다고 생각되나, NO3-N의 농도는 겨울에 높았고 본포장의 휴한기인 봄에서 초여름까지는 낮게 나타났다. 5월말의 질산태질소 농도는 0.
3 m 와 6 m 관정의 수질을 비교하여 보면 6 m 관정수에서 모든 이온의 농도가 낮게 나타났는데 Na+, Cl-는 약간 감소한 반면 Ca2+, SOd2- 및 Mgz+은 현저하게 감소하였다. N03-N 농도는 가장 크게 감소하였으나 NNe 약간 높게 나타난 정도로 6 m까지 침투하는 동안에 있어서 탈질작용이 크지 않음을 알 수 있었다.
3) 단지 말단부의 용출수의 N03-N 농도와 ^15N 의 평균은 각각 19.4 mg L1 및+7.9%로서 채소 재배지대의 복류수 중에는 축산폐기물 유래가 침투되어 있는 것을 나타냈다.
Mgz+은 현저하게 감소하였다. N03-N 농도는 가장 크게 감소하였으나 NNe 약간 높게 나타난 정도로 6 m까지 침투하는 동안에 있어서 탈질작용이 크지 않음을 알 수 있었다. 위에서 제시한 수질특성을 종합하면 앞에서 언급한 것처럼 6 m 관정은 표토에서 유래하는 침출수와 지상부의 영향을 거의 받지 않는 지하수(복류수)가 혼입되는 것으로 추정할 수 있었다.
용출수의 NO3-N의 농도는 평균치가 19.4 mg L-1 로 높은 값을 보였으며, 다른 지하수 및 용출수와 비교하여 계절적 변동이 비교적 적게 나타났다. A지구의 6 m 관정에서 채취한 지하수 중 평균 NOa-N 농도가 2.
N03-N 농도는 가장 크게 감소하였으나 NNe 약간 높게 나타난 정도로 6 m까지 침투하는 동안에 있어서 탈질작용이 크지 않음을 알 수 있었다. 위에서 제시한 수질특성을 종합하면 앞에서 언급한 것처럼 6 m 관정은 표토에서 유래하는 침출수와 지상부의 영향을 거의 받지 않는 지하수(복류수)가 혼입되는 것으로 추정할 수 있었다.
7 %)보다 높은 결과가 이를 반증하였다. 이러한 결과로 볼 때 일반 채소 재배지역의 침출수와는 별도로 질소 유입원 중 δ15N이 매우 높은 축산폐기물 유래의 N03-N가 유입되고 있다는 것을 알 수 있었다.
이상의 결과를 종합하여 보면 노지 채소 재배지에서는 토양에 잔존하는 전질소 혹은 가급 태 질소량은 매년 시비되어지는 화학비료나 유기질비료에서 유래하는 질소량 보다 많아 토양 유기물의 분해로부터 유래하는 질소가 침출수 중의 NO3-N 함량에 대한 기여도가 매우 높은 것으로 추정 할 수 있었다.
또한 용출수를 구성하고 있는 지하수의 수역. 지하수 흐름의 방향 및 유량 등은 불분명하나 이미 언급한 바와 같이 이온의 조성을 기준으로 판단하여 축산폐기물 등과 같은 히5N이 높은 N6-N이 혼입 되고 있음을 알 수 있었다.
후속연구
따라서, 천층 지하수로부터 NO3-N의 침투량을 경감시키기 위해서는 이 지역에 과잉 투입되고 있는 토양유기물 유래 및 토양잔류 질소량을 고려한 적정한 시비관리가 선행되어야 할 것으로 생각된다.
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