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문제 정의
- 따라서, 본 연구에서는 가학광산 주변에 위치한 토양의 중금속 함량과 중금속 존재 형태별 분포조사를 통해 농경지로의 중금속 확산과 잠재적 오염원이 되는 부지를 파악하였다. 또한 폐광산 지역 내 서식하는 식물종의 체내중금속 함량, 건물생산량, 생육기간 등을 고려하여 토양정화식물로의 가치가 있는 종을 선별, 장기간 카드뮴으로 오염된 토양의 복원을 위한 enhanced phytoremediation 기술 확립에 필요한 기초 자료를 수집하고, 고농도 오염지역에 대한 초본류 투입시 활착율과 중금속 흡수능을 극대화 할 수 있는 토양개량제 및 보조제를 선별하고자 하였다.
- 파악하였다. 또한 폐광산 지역 내 서식하는 식물종의 체내중금속 함량, 건물생산량, 생육기간 등을 고려하여 토양정화식물로의 가치가 있는 종을 선별, 장기간 카드뮴으로 오염된 토양의 복원을 위한 enhanced phytoremediation 기술 확립에 필요한 기초 자료를 수집하고, 고농도 오염지역에 대한 초본류 투입시 활착율과 중금속 흡수능을 극대화 할 수 있는 토양개량제 및 보조제를 선별하고자 하였다.
- 이에 기존의 토양 복원기술과 더불어 생물학적 복 원기 술로써 phytoremediation 기술의 개발이 요구된다. 본 연구는 경기도 광명시에 위치한 폐아연광산 인근 토양 및 식물체내의 중금속 함량과 토양내 Cd의 존재형태별 분포를 파악하여 인근 농경지로의 잠재적 오염원이 되는 부지를 선정하고, 오염 토양에 대한 phytoremediation 적 용을 위한 기초 조사를 수행하였다. 17지점에서 채취한 논 .
제안 방법
- 1 N-HC1 추출 카드뮴 함량이 비교적 높은 6점의 시료에 대하여는 특정폐기물 존재여 부를 판정 하기 위한 공정 시 험법 (MOE, 1991)에준하여 중금속 용출실험을 수행하였다. 식물체는 ternary solution (HNOs : HzSOd : HC1O4 = 10 : 1: 4)으로 습식 분해한 후 AAS로 용액내의 중금속 함량을 측정하였다 (NIAST, 2000).
- 식물체의 초기 활착율 증대와 근권 활성화를 위하여 이식 전 토양에 ha당 퇴비 10 및 30 Mg을 각각 투여하였고. 중금속흡수 촉진을 위하여 황 처리를 병행하였다.
- Table 6과 같았다. 오염토양의 정화기법에 있어 목본을 활용하는 것이 총 흡수량, 제거효율 및 오염물질 순환과정의 장기화라는 점에서 유리하지만 초본이 먼저 식피조성 (vegetation covering)을 하여 토양을 안정화한 후 목본을 투입하는 것이 효과적이므로 본 연구에서는 초본류의 선별에 초점을 두었다 (Kim et al., 1999). 초본은 국화과와 콩과 식물인 쑥, 산쑥, 망초 (잔꽃풀), 칡.
- 식물체의 초기 활착율 증대와 근권 활성화를 위하여 이식 전 토양에 ha당 퇴비 10 및 30 Mg을 각각 투여하였고. 중금속흡수 촉진을 위하여 황 처리를 병행하였다. Figure 2에는 약 2개월간 재배한 결과 수거한 쑥의 평균 뿌리 부피를 나타내었는데, 쑥의 생육은 무처리구에서 가장 불량하였고, 10 및 30 Mg ha-1의 퇴비처리구에서 생육이 가장 양호하였으며, 퇴비의 수분 보유능과 높은 유기물함량으로 인한 토양 물리성 개량 효과로 사료된다.
- 이에 본 연구에서는 카드뮴 및 납, 아연 등 독성이 비교적 큰 중금속의 함량이 높은 토양인 3, 4번 토양을 phytoremediation 기법의 현장적용지로 선정하였다. 현장적용 시험은 토양 유실 등으로 인한 중금속의 인근 농경지 확산 방지 및 식피 조성과 토양내 중금속 저감 등을 목적으로 국내에서 자생하는 식물 중 중금속 흡수능이 상대적으로 높은 식물 종을 적용하였다.
대상 데이터
- 본 연구는 경기도 광명시에 위치한 폐아연광산 인근 토양 및 식물체내의 중금속 함량과 토양내 Cd의 존재형태별 분포를 파악하여 인근 농경지로의 잠재적 오염원이 되는 부지를 선정하고, 오염 토양에 대한 phytoremediation 적 용을 위한 기초 조사를 수행하였다. 17지점에서 채취한 논 . 밭 및 비경 작지 토양의 0.
- 2000년 12월에서 2001년 3월 사이에 2회에 걸쳐 11지점에서 채취한 총 17시료의 토양 내 0.1 N-HC1 추출 중금속 함량은 Table 2와 같았다. 가학광산 인근 논토양과 밭토양의 경우 평균 가용성 카드뮴 함량이 1.
- 식물체는 2000년 1. 2차 식생조사를 통해 우점종으로 조사된 식물체를 2001년 4월에 채취하였고. 식물체 주위의 토양은 근권 .
- 분석하였다. 근권 토양 (BS: bulk soil). 비근권 토양 (RS: rhizosphere soil) 및 경계면 토양 (SRI: soil- root interface soil) 은 Gobran and Clegg (1996) 의 기준을 따라 구분하였다.
- 식물체 주위의 토양은 근권 . 비근권 및 경계면 토양으로 구분하여 채취 . 분석하였다.
- 오염 토양에 대한 식피조성을 목적으로 중금속에 대한 내성이 있는 것으로 평가된 쑥을 식재하였다. 식물체의 초기 활착율 증대와 근권 활성화를 위하여 이식 전 토양에 ha당 퇴비 10 및 30 Mg을 각각 투여하였고.
- 재 유입될 가능성이 있다. 이에 본 연구에서는 카드뮴 및 납, 아연 등 독성이 비교적 큰 중금속의 함량이 높은 토양인 3, 4번 토양을 phytoremediation 기법의 현장적용지로 선정하였다. 현장적용 시험은 토양 유실 등으로 인한 중금속의 인근 농경지 확산 방지 및 식피 조성과 토양내 중금속 저감 등을 목적으로 국내에서 자생하는 식물 중 중금속 흡수능이 상대적으로 높은 식물 종을 적용하였다.
- 토양 시료는 2000년 12월, 2001년 3월 2회에 걸쳐 총 11지점에서 17점의 시료를 채취하였고, 풍건 후 2 mm 사별하여 폴리에틸렌 병에 보관, 토양 이 화학성 분석을 위한 공시 시료로 사용하였다. 식물체는 2000년 1.
이론/모형
- 근권 토양 (BS: bulk soil). 비근권 토양 (RS: rhizosphere soil) 및 경계면 토양 (SRI: soil- root interface soil) 은 Gobran and Clegg (1996) 의 기준을 따라 구분하였다.
- 토양 내 존재하는 중금속의 형태별 함량은 Emmerich et al. (1982)과 Chang et al. (1984)의 방법으로 정량하였다 (Table 1). 풍건 토양 2 g을 50 mL 폴리에틸렌 원심분리관에 넣고, 각각의 결합 형태에 해당하는 추출용액 25 mL을 가하여 reciprocal shaker에서 진탕한 후 원심분리하여 상징액 을 취 하였다.
- 토양 내 중금속의 정량은 수질환경오염 공정시험법 (MOE, 1991) 에 준하여 0.1N-HC1 로 추출한 후 ICP로 분석하였고, 카드뮴은 AAS로 측정하였다. 토양의 이화학성은 농촌진흥청의 토양화학분석법 (NIAST, 2000)에 준하여 입경분석 (pipette 법), pH (1:5법), 유기물 함량 (Tyurin법), 전 질소 함량 (Kjeldahl법), CEC (NHQAc.
- 치환침줄법), 치환성양이온 (NHQAc로 치환침줄후 여액은 AAS 분석) 등을 측정하였다. 토양 중 0.1 N-HC1 추출 카드뮴 함량이 비교적 높은 6점의 시료에 대하여는 특정폐기물 존재여 부를 판정 하기 위한 공정 시 험법 (MOE, 1991)에준하여 중금속 용출실험을 수행하였다. 식물체는 ternary solution (HNOs : HzSOd : HC1O4 = 10 : 1: 4)으로 습식 분해한 후 AAS로 용액내의 중금속 함량을 측정하였다 (NIAST, 2000).
- 1N-HC1 로 추출한 후 ICP로 분석하였고, 카드뮴은 AAS로 측정하였다. 토양의 이화학성은 농촌진흥청의 토양화학분석법 (NIAST, 2000)에 준하여 입경분석 (pipette 법), pH (1:5법), 유기물 함량 (Tyurin법), 전 질소 함량 (Kjeldahl법), CEC (NHQAc. 치환침줄법), 치환성양이온 (NHQAc로 치환침줄후 여액은 AAS 분석) 등을 측정하였다. 토양 중 0.
성능/효과
- (1999)의 연구에서도 타 광산 지역 내에서 중금속 흡수능이 우수한 식물 종으로 선별된 바 있다. Table 7에서 보듯 본 연구에서 정화식물종으로 선택한 아연광산에 서식하는 대표적인 초본류인 쑥의 체내 중금속 함량은 지상부 43 mg kg-1, 지하부 52 mg kgT 의 Cd 함량을 보였으며, 채취한 토양에서 Gobran and Clegg (1996)의 기준에 따른 근권 토양 (RS)과 경계면 토양 (SRI) 중의 Cd 함량은 각각 15.68 및 14.09 mg kg"이었다. 경계면 토양의 Cd 함량이 배경토양에 비해 다소 낮은 것은 식물 뿌리에서 분비되는 유기산 등에 의해 토양용액의 pH가 저하되거나 토양 내 중금속의 농도구배 현상 등에 기인한 것으로 사료된다 (Gobran and Clegg, 1996: Gobran.
- Figure 2에는 약 2개월간 재배한 결과 수거한 쑥의 평균 뿌리 부피를 나타내었는데, 쑥의 생육은 무처리구에서 가장 불량하였고, 10 및 30 Mg ha-1의 퇴비처리구에서 생육이 가장 양호하였으며, 퇴비의 수분 보유능과 높은 유기물함량으로 인한 토양 물리성 개량 효과로 사료된다. Win-Rhizo를 이용하여 측정한 각 처리구별 뿌리의 부피는 퇴비 30 Mg ha-1>퇴비 10 Mg ha-1>퇴비 10 Mg ha1 + 황 300 kg ha-1 > 황 600 kg ha-1 > 화학비료처리구>황 300 kg ha-1 > 무처리구의 순으로 감소하였다. 이상에서 보듯이 중금속 오염부지에 대한 식물 식재 시 부산물비료( 퇴비 )의 투여량은 지하부 표면적 및 뿌리부피와 밀접한 상관관계를 나타내어 오염토양 내 식피조성시 식물체의 활착율을 증대 시킬 수 있을 것으로 사료된다.
- pH를 1-3으로 조절하며 수행한 중금속 용출시험 결과 pH 변화에 따른 중금속 용출의 정도는 수소이온의 농도가 증가할수록 매우 높았다. 6개 지점에 대한 토양 내 중금속의 형태별 함량은 Fig.
- pH를 1에서 3까지 조절하며 수행 한 중금속 용출시험 결과 pH 변화에 따른 중금속 용출의 정도는 매우 컸다. 대부분의 토양은 유기물 및 질소함량이 극히 낮고, 평균 토성은 사양토로 전국적으로 분포하는 광산토양의 평균 이화학성 범위 내에 있어 Cd, Zn 및 Pb의 생물학적 복원부지로서의 적합성을 보였다. 본 연구에서 정화식물종으로 선별한 식물은 아연광산에 서식하는 대표적 초본류인 쑥이며.
- 본 연구에서 조사한 광산지역내의 토양에 존재하는 카드뮴의 경우 치환태 함량이 매우 낮게 나타난 결과는 석회 시용 등으로 인한 pH 상승과 침전물 형성으로 인한 중금속 불용화의 결과이므로 장기간 방치하는 경우 주위 환경의 미세한 변화로 인해 인근 식생 및 농경지로 중금속이 재 유입될 가능성이 있다. 이에 본 연구에서는 카드뮴 및 납, 아연 등 독성이 비교적 큰 중금속의 함량이 높은 토양인 3, 4번 토양을 phytoremediation 기법의 현장적용지로 선정하였다.
- 2001). 본 연구에서 조사한 쑥의 중금속 축적능 만을 볼 때는 Baker and Walker (1990)가 제시한 지상부 건물당 Cd 0.01%라는 hyperaccumulator 기준에는 못 미치나 이는 현장토양의 특성과 오염정도에 따라 다양하게 변화할 수 있다. 실제로 Kim et al.
- Win-Rhizo를 이용하여 측정한 각 처리구별 뿌리의 부피는 퇴비 30 Mg ha-1>퇴비 10 Mg ha-1>퇴비 10 Mg ha1 + 황 300 kg ha-1 > 황 600 kg ha-1 > 화학비료처리구>황 300 kg ha-1 > 무처리구의 순으로 감소하였다. 이상에서 보듯이 중금속 오염부지에 대한 식물 식재 시 부산물비료( 퇴비 )의 투여량은 지하부 표면적 및 뿌리부피와 밀접한 상관관계를 나타내어 오염토양 내 식피조성시 식물체의 활착율을 증대 시킬 수 있을 것으로 사료된다.
- 09 mg kge 의 Cd 함량을 나타내었다. 토 양에 대한 연 쇄추출 결과 HZO(water soluble), NaOH (organically bound), KNO:< (exchangeable), EDTA (oxide/carbonate), HNOs (sulfide/residual) 의 순으로 Cd 추출효율이 증가하였으며 토양내 치환태 Cd는 평균 2.4 mg kgT으로 나타났다. 중금속 오염부지에 대한 식물 식재시 퇴비의 투여량은 지하부 표면적 및 뿌리부피와 밀접한 상관관계를 나타내어 오염 토양내 식피조성시 식물체의 활착율을 증대 시킬 수 있을 것으로 사료된다.
- Figure 1에서 보는 바와 같이 추출용액에 따른 Cd의 추출 효율은 대체적으로 HN6 (sulfide/residual) > EDTA (oxide/carbonate) >KNO;i (exchangeable)> NaOH (organically bound) >HaO (water soluble) 순으로 감소하였다. 토양 내 치환 가능한 형태로 존재하는 카드뮴의 경우 평균 2.4 mg kg'1 정도로 총 중금속함량의 7% 이하를 차지하였으나, 잔류형태 및 황화물 결합태는전체 중금속 함량의 약 90%를 차지하여 대부분의 중금속이 비치환태로 존재하는 것을 알 수 있었다. 그러나 연쇄 추출법은 침출 과정에서 특정 결합태로부터 유리된 중금속이 용매를 이용한 제거과정에서 노출된 다른 유형의 토양 표면에 재흡착되며, 이는 사용된 추출용액에 따라 다소 상이하나 측정법의 오차로 작용하게 되는 것으로 알려져 있으므로 (Ure and Davidson, 1996), 실제는 실험에 나타난 결과보다 다소 높은 양이 생물학적으로 유효한 형태로 잔류할 것으로 추정된다.
후속연구
- 식물을 이용한 토양 정화기법을 현장에 적용하기 위한 위의 연구결과를 바탕으로 활착률 증대 방안에 대한 세부적인 연구가 필요하며, 고농도의 중금속 오염부지에 초본류가 투여되었을 때 식물체 내의 중금속의 독성 완화와 불량한 토양의 물리성 개선을 위한 개량제의 투여가 요구된다. 정화식물 종인 쑥을 오염 토양에 의도적으로 투입하는 효율적인 방안과 함께 지하부를 안정하게 활착시키는 방안이 마련되어야 할 것으로 사료된다.
- 요구된다. 정화식물 종인 쑥을 오염 토양에 의도적으로 투입하는 효율적인 방안과 함께 지하부를 안정하게 활착시키는 방안이 마련되어야 할 것으로 사료된다.
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