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문제 정의
- 본 연구는 우리나라 서남해안 간척지 및 간석지 토양에 분포하는 중금속 오염물질의 화학적 특성을 구명하여 간척농지에서 생산되는 농산물의 안정성을 확보하기 위한 연구의 일부로서 서남해안 4개 지역 중 총 10개 지구를 대상으로 102점의 토양시료를 채취하여 간척지 및 간석지 토양에 존재하는 중금속 오염물질의 화학적 형태별 함량을 비교하였다.
제안 방법
- 토양 중 총 중금속(total heavy metal)의 함량은 시료 5 g을 정확히 칭량 한 다음 250 mL 킬달플라스크에 넣고 진한 질산 30 mL를 가하여, 가열판 위에서 100~120℃로 약 6시간 가열하였다. 가열이 끝난 시료를 방냉한 후 진한 황산 5 mL를 가하여 분해액이 거의 백색 이 될 때까지 다시 분해 여과시킨 후 유도결합 플라즈마 발광광도계 (Varian liberty 110)로 측정하였다. 토양 중 중금속의 화학적 형태별 함량분석은 McLaren과 Crawford (1973)의 방법을 이용하였다.
- 풍건토양 5 g을 취하여 각각의 침출액으로 침출한 후 원심분리하여 상등액 중 Cd, Zn, Cu, Pb, 및 Cr의 농도를 측정하였다. 증류수 침출성 중 금속을 수용태, 점토광물, 유기물질 및 비정형 물질의 표면에 흡착되어 있는 교환가능한 중금속을 1.0M KCl 을 이용하여 추출한 치환태, 복합체 형성, 흡착, 킬레이트화에 의해 유기물에 결합되어 있는 중금속을 0.1 M Na4P2O7을 이용하여 추출한 유기태, 탄산염으로 침전 또는 공침전 되어 있거나, 토양의 확산이중층 내부에 흡착되어 있는 중금속은 산화환경에서 불안정하게 되므로 0.1 M NaOH를 이용하여 추출한 sulfide태, 규산염 광물이나 기타 풍화에 강한 광물들의 격자 속에 존재하는 중금속을 진한 HN03로 완전 분해하여 추출한 것을 residual 태로 구분하여 유도결합 플라즈마 발광광도계로 측정하였다.
- 토양 중 중금속의 화학적 형태별 함량분석은 McLaren과 Crawford (1973)의 방법을 이용하였다. 풍건토양 5 g을 취하여 각각의 침출액으로 침출한 후 원심분리하여 상등액 중 Cd, Zn, Cu, Pb, 및 Cr의 농도를 측정하였다. 증류수 침출성 중 금속을 수용태, 점토광물, 유기물질 및 비정형 물질의 표면에 흡착되어 있는 교환가능한 중금속을 1.
대상 데이터
- 시료채취는 1997년 1월부터 3월 사이에 이루어졌으며, 표토층 (0~20 cm) 토양을 4 kg씩 채취하였으며, 채취한 시료는 폴리에틸렌 비닐팩에 밀봉하여 냉동보관한 후 화학분석에 이용하였다. 상기 지점에서 채취한 토양시료 가운데 간척지 토양은 시화지구 (SH, 9지점, 1994년 방조제 체절), 대호 지구 (DH, 6지점, 1996년 방조제 체절), 석문지구 (SM, 9지점, 1995년 방조제 체절), .
- 우리나라 서남해안 간척지 및 간석지 토양에 분포하는 중금속 오염물질의 화학적 형태별 함량을 조사하기 위하여 서남해안 4개 지역에 걸쳐 대표성이 있다고 판단되는 10개 지구에서 총 102점의 토 양시료를 채취하였다.
이론/모형
- , 1982)에 기준하여 분석하였다. 토양 pH는 토양과 증류수를 1:5의 비율로 현탁액을 만들어 2시간 왕복진탕 시킨 후 pH-meter (TOA HM 20-S)를 사용하여 측정하였으며, 유기물 함량은 Walkley-black법, 양이온치환용량은 IN-NHQAc (pH: 7.0)을 이용한 침출법, 토성은 USDA 삼각분 류법을 기준으로 하였다. 토양 중 총 중금속(total heavy metal)의 함량은 시료 5 g을 정확히 칭량 한 다음 250 mL 킬달플라스크에 넣고 진한 질산 30 mL를 가하여, 가열판 위에서 100~120℃로 약 6시간 가열하였다.
- 가열이 끝난 시료를 방냉한 후 진한 황산 5 mL를 가하여 분해액이 거의 백색 이 될 때까지 다시 분해 여과시킨 후 유도결합 플라즈마 발광광도계 (Varian liberty 110)로 측정하였다. 토양 중 중금속의 화학적 형태별 함량분석은 McLaren과 Crawford (1973)의 방법을 이용하였다. 풍건토양 5 g을 취하여 각각의 침출액으로 침출한 후 원심분리하여 상등액 중 Cd, Zn, Cu, Pb, 및 Cr의 농도를 측정하였다.
- 토양시료는 실온에서 풍건 후 20 mesh 체에 통과시킨 다음 Methods of Soil Analysis (Page et al., 1982)에 기준하여 분석하였다. 토양 pH는 토양과 증류수를 1:5의 비율로 현탁액을 만들어 2시간 왕복진탕 시킨 후 pH-meter (TOA HM 20-S)를 사용하여 측정하였으며, 유기물 함량은 Walkley-black법, 양이온치환용량은 IN-NHQAc (pH: 7.
성능/효과
- 중금속 오염물질의 분획별 함량분포를 조사한 결과, 각각의 중금속 원소별로 간척지 및 간석지 토 양 내에서 분포하는 형태가 다르게 나타났다. Water soluble과 치환태 (IM KCl-extracted) 중금속 형태는 조사대상 중금속 오염물질에서 미량 검출되었고 거의 대부분이 잔류태 (residual) 및 유기물과 결합된 형태 (organic complex, organic bound)로 나타났다. 아울러 지역별로 간척지 및 간석지가 위치한 지리적인 특성으로 인하여 같은 중금속일지라도 일부 유기물 복합체 (organic complex) 형태의 중금속과 유기물에 결합된 형태 (organic bound)의 중금속의 분포 경향이 다르게 나타나고 있었다 (Table 2).
- 간척지 및 간석지 토양 중 조사대상 중금속 오염 물질의 전체 양은 Cu의 경우 7.7 -54.1 ㎎/㎏의 범위로 평균 26.5 ㎎/㎏, Cre 27.9-80.8 ㎎/㎏의 범위로 평균 53.7 ㎎/㎏, Pbe 45.8-133.7 ㎎/㎏의 범위로 평균 74.0 ㎎/㎏, Cde 0.1 ~ 1.4 ㎎/㎏의 범위로 평균 0.5 ㎎/㎏, 그리고 Zne 40.7-174.4 ㎎/㎏의 범위로 평균 93.4 ㎎/㎏을 나타내었다. Kim et al.
- 농지에서 토양오염 우려기준과 비교시 본 조사에서 나타난 중금속 오염물질의 농도는 Cu의 경우 옹진지구의 1개 지점에서 50 ㎎/㎏을 초과한 54.1 ㎎/㎏이 검출되었고, Pb의 경우는 부창, 고흥, 옹진, 화옹, 석문, 이원지구에서 각각 100 ㎎/㎏을 초과한 지점이 간헐적으로 나타났다. Cr의 경우에는 본 조사에서는 Cr을 분석하였기에 환경부에서 관리하고 있는 Cr+6과의 직접 비교는 어려울 것으로 판단된다.
- 잔류태 Cd와 치환태 Cde 유기물함량과 고도의 유의성 있는 정의 상관을 보였으나 잔류태, 유기태, 치환태 Cde 양이온교환용량과 부의 상관을 나타내고 있었다. 수용태 Pbe 양이온교환용량 과정의 상관을 보인 반면, 유기태와 유기복합태 Pbe 양이온교환용량과 부의 상관을 나타내었다. 유기태 크롬은 유기물 함량, 양이온교환용량과 유 의성 있는 정의 상관을 나타내었다.
- 유기태 크롬은 유기물 함량, 양이온교환용량과 유 의성 있는 정의 상관을 나타내었다. 수용태, 유기복합태, 잔류태 Cu의 경우는 유기물 함량과 유의성 있는 정의 상관을 나타내었다. 전반적으로 간척지 토양 중에 존재하는 중금속의 화학적 형태별 함량은 각각의 개별원소의 화학적인 특성에 따라 토양 내에서 반응하는 정도가 다르게 나타나고 있으며, 본 조사대상 중금속 오염물질의 경우 토양 pH에 의한 영향보다는 토양유기물과 양이온교환용량에 많은 영향을 받고 있는 것으로 조사되었다.
- 잔류태 Zn과 유기물 함량간에는 유의성있는 정(正)의 상관을 유기태 Zn과 양이온교환용량 간에는 부(負)의 상관을 보였다. 잔류태 Cd와 치환태 Cde 유기물함량과 고도의 유의성 있는 정의 상관을 보였으나 잔류태, 유기태, 치환태 Cde 양이온교환용량과 부의 상관을 나타내고 있었다. 수용태 Pbe 양이온교환용량 과정의 상관을 보인 반면, 유기태와 유기복합태 Pbe 양이온교환용량과 부의 상관을 나타내었다.
- 수용태, 유기복합태, 잔류태 Cu의 경우는 유기물 함량과 유의성 있는 정의 상관을 나타내었다. 전반적으로 간척지 토양 중에 존재하는 중금속의 화학적 형태별 함량은 각각의 개별원소의 화학적인 특성에 따라 토양 내에서 반응하는 정도가 다르게 나타나고 있으며, 본 조사대상 중금속 오염물질의 경우 토양 pH에 의한 영향보다는 토양유기물과 양이온교환용량에 많은 영향을 받고 있는 것으로 조사되었다.
- 중금속 오염물질의 분획별 함량분포를 조사한 결과, 각각의 중금속 원소별로 간척지 및 간석지 토 양 내에서 분포하는 형태가 다르게 나타났다. Water soluble과 치환태 (IM KCl-extracted) 중금속 형태는 조사대상 중금속 오염물질에서 미량 검출되었고 거의 대부분이 잔류태 (residual) 및 유기물과 결합된 형태 (organic complex, organic bound)로 나타났다.
후속연구
- 상기에서 논의한 바와 같이 일부 지점에서 환경부의 농경지 토양오염 우려기준을 초과한 경우도 있었지만, 평균값을 기준으로 할 경우 그다지 우려할 수준은 아니었으나, 간척농경지에서 생산되는 작물의 안전성과 건전한 토양환경을 유지하기 위해서는 추후 지속적인 모니터링과 관리가 필요할 것으로 판단된다.
- 앞에서 논의한 바와 같이 본 조사결과 치환태와 수용태의 검출농도가 극미량이었기 때문에 이들 형태의 중금속으로 인한 식물독성의 우려는 그다지 크지 않을 것으로 판단되지만 유기물 결합형태의 중금속 분획이 토양환경의 변화에 따라 일부 치환 태로 전이될 경우 토양 중 중금속 농도가 증가할 가능성도 전혀 배제할 수 없는 바 지속적으로 관심을 가지고 모니터링을 수행하여야 할 것으로 판단된다.
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