[국내논문]광산인근 논토양의 카드뮴 존재형태와 쌀의 카드뮴의 함량과의 관계 Relationship between Fraction of Cd in Paddy Soils near Closed Mine and Cd in Polished Rice Cultivated on the same Fields원문보기
To assess the relationship between Cd fraction in paddy soils and Cd in polished rice, soils and rice were analyzed at the 3 Cd contaminated paddy fields near closed mines. Major Cd fractions of A field were organically bound (62.6%) and Fe-Mn oxide bound (25.3%) forms. In case of B field, major Cd ...
To assess the relationship between Cd fraction in paddy soils and Cd in polished rice, soils and rice were analyzed at the 3 Cd contaminated paddy fields near closed mines. Major Cd fractions of A field were organically bound (62.6%) and Fe-Mn oxide bound (25.3%) forms. In case of B field, major Cd fractions of B1 field were carbonate bound (46.3%) and Fe-Mn oxide bound (31.6%) form whereas B2 field were residual (54.3%) and carbonate bound (21.8%) form, respectively. It showed a huge difference of Cd fraction each other. 0.1M HCl extractable Cd in soil was positively correlated with Cd in rice. Specially, the ratios of 0.1M HCl extractable Cd against total Cd content in soils were 13.7%, 2.6%, and 0.45% in A, B1, and B2 fields, respectively. These ratio were largely affected with Cd uptake to rice grain. Also, exchangable, Fe-Mn oxide bound, and carbonate bound form, which are partially bioavailable Cd fraction to the plant, were positively correlated with Cd in rice while organically bound and residual form was not correlated. Multiple regression equation was developed with Rice Cd = -0.02861 + 0.07456 FR 1(exchangeable) + 0.00252 FR 2(carbonate bound) + 0.001075 FR 3(Fe Mn oxide bound) - 0.00095 FR 4(organically bound) - 0.00348 FR 5(residual) ($R^2=0.7893^{***}$) considering Cd fraction in soils.
To assess the relationship between Cd fraction in paddy soils and Cd in polished rice, soils and rice were analyzed at the 3 Cd contaminated paddy fields near closed mines. Major Cd fractions of A field were organically bound (62.6%) and Fe-Mn oxide bound (25.3%) forms. In case of B field, major Cd fractions of B1 field were carbonate bound (46.3%) and Fe-Mn oxide bound (31.6%) form whereas B2 field were residual (54.3%) and carbonate bound (21.8%) form, respectively. It showed a huge difference of Cd fraction each other. 0.1M HCl extractable Cd in soil was positively correlated with Cd in rice. Specially, the ratios of 0.1M HCl extractable Cd against total Cd content in soils were 13.7%, 2.6%, and 0.45% in A, B1, and B2 fields, respectively. These ratio were largely affected with Cd uptake to rice grain. Also, exchangable, Fe-Mn oxide bound, and carbonate bound form, which are partially bioavailable Cd fraction to the plant, were positively correlated with Cd in rice while organically bound and residual form was not correlated. Multiple regression equation was developed with Rice Cd = -0.02861 + 0.07456 FR 1(exchangeable) + 0.00252 FR 2(carbonate bound) + 0.001075 FR 3(Fe Mn oxide bound) - 0.00095 FR 4(organically bound) - 0.00348 FR 5(residual) ($R^2=0.7893^{***}$) considering Cd fraction in soils.
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문제 정의
따라서, 본 연구는 광산 인근 오염 논토양과 벼를 채취하여 지역특성, 토양의 이화학적 특성 및 카드뮴 함량에 따른 토양의 형태별 함량과 쌀중의 카드뮴 함량과의 관계를 구명하여 안전한 농산물을 생산하기 위한 기초 자료를 확보하기 위하여 수행되었다.
1). 이들 포장은 토양환경보전법에서 제시된 토양오염 대책기준을 초과하여 현재 영농활동이 제한된 농경지로 실험 목적으로 사용하였다. 토양시료 채취는 표토 0~15 cm에서 벼 이앙 전에 채취하여 토양 및 식물체 분석법(NIAST, 2000)에 의해 시료를 조제하고 일반성분을 분석하였고, 토양중의 카드뮴 함량은 토양오염공정시험법(MOE, 1999)에 준하여 실시하였다.
광산인근 논토양의 카드뮴 존재형태와 쌀로 전이된 카드뮴과의 관련성을 평가하기 위하여 3개 지점 광산 인근 논토양과 동일포장에서 재배된 쌀을 채취하여 분석 검토하였다. A 포장의 시험구에서 카드뮴의 주형태는 유기물 복합태와 Fe-Mn 결합환원태이고, B1 포장의 시험구는 탄산염 결합태와 Fe-Mn 결합환원태이며, B2 포장은 잔사태와 탄산염 결합태로서 포장에 따라 존재하는 형태별 함량이 크게 상이함을 보였다.
제안 방법
마지막으로 잔사를 1:3(v/v) HNO3 : HCl 의 비율로 왕수분해 후 여과하여 50 ml로 mass-up하였다(FR5 : 잔사태). 토양 및 백미의 분석용 시료는 ICP-OES(GBC Integra XMP) 및 ICP-MS(GBC Optimass 8000)로 정량 분석하였다.
시험포장 토양의 카드뮴에 대한 작물로의 유효도를 평가하기 위하여, 시험이 완료된 포장 표토토양의 형태별 카드뮴 함량을 조사 하였는데 분포별 비율은 Fig. 2와 같다. A 포장은 유기물 복합태 (62.
대상 데이터
본 연구는 2006~2007년까지 카드뮴으로 오염된 광산 A 인근 1개 논토양(A field) 및 광산 B 인근 논 토양 2곳(B1 field and B2 field) 등 3곳에서 수행하였다 (Fig. 1). 이들 포장은 토양환경보전법에서 제시된 토양오염 대책기준을 초과하여 현재 영농활동이 제한된 농경지로 실험 목적으로 사용하였다.
토양시료 채취는 표토 0~15 cm에서 벼 이앙 전에 채취하여 토양 및 식물체 분석법(NIAST, 2000)에 의해 시료를 조제하고 일반성분을 분석하였고, 토양중의 카드뮴 함량은 토양오염공정시험법(MOE, 1999)에 준하여 실시하였다. 토양중 카드뮴 전함량과 벼 재배후 수확한 백미 중의 카드뮴 함량은 산분해법에 의거 왕수 (HCl:HNO3 = 3:1) 분해한 후 여과하여 분석용 시료로 사용하였다.
폐광 인근 농경지의 화학성 범위내의 농도로 나타났다 (정 등, 2003). A광산 논토양의 침출성 카드뮴 함량은 4.26 mg kg-1, B 광산 2포장은 각각 25.77 (B1)과 7.35 (B2) mg kg-1으로 토양환경보전법에서 제시하는 토양오염 대책기준인 4.0 mg kg1을 상회하고 있어 카드뮴 오염 논토양 시험포장으로 선정하였다(Table 2). A, B1 및 B2 포장의 카드뮴 전함량은 각각 6.
이론/모형
이들 포장은 토양환경보전법에서 제시된 토양오염 대책기준을 초과하여 현재 영농활동이 제한된 농경지로 실험 목적으로 사용하였다. 토양시료 채취는 표토 0~15 cm에서 벼 이앙 전에 채취하여 토양 및 식물체 분석법(NIAST, 2000)에 의해 시료를 조제하고 일반성분을 분석하였고, 토양중의 카드뮴 함량은 토양오염공정시험법(MOE, 1999)에 준하여 실시하였다. 토양중 카드뮴 전함량과 벼 재배후 수확한 백미 중의 카드뮴 함량은 산분해법에 의거 왕수 (HCl:HNO3 = 3:1) 분해한 후 여과하여 분석용 시료로 사용하였다.
논토양의 카드뮴 형태별 함량분석을 위하여 표토(0 ~15 cm)의 토양시료를 연속침출방법(sequential extraction procedure) 에 의 거 하여 exchangeable, carbonate bound, Fe-Mn oxides bound, organic matter bound, residual 형태로 분획 후 정량하였다(Tessier, et al., 1979). 조제된 토양시료 1 g에 1 M MgCl2 (pH7 adjusted by 0.
성능/효과
시험에 사용된 A 광산 인근 논토양의 토양산도는 5.9, B 광산 논토양은 7.3~7.4로 차이가 있으며, 시험토양의 EC, 유기물함량, 유효인산 함량 및 양이 온의 함량은 A 광산에 비해 B광산에서 높은 경향을 보였다. B 광산의 포장에서는 B1 포장의 유기물함량, 유효 인산 함량 및 양이온의 함량이 B2 포장보다 높은 경향을 보였다(Table 1).
2와 같다. A 포장은 유기물 복합태 (62.4%) > Fe-Mn 결합환원태 (25.2%) > 잔사태 (8.1%) > 탄산염 결합태 (3.9%) > 치환태 (0.5%)순으로, B1 포장의 시험 구에서 탄산염 결합태 (46.3%) > Fe-Mn 결합환원태 (31.6%) > 치환태 (13.7%) > 잔사태 (6.9%) > 유기물복합태 (1.4%) 형태 순으로, B2 포장은 잔사태 (53.9%) > 탄산염 결합태 (22.4%) > Fe-Mn 결합환원태 (20.1%) > 치환태 (2.6%) > 유기물복합태 (1.0%) 순으로 각각 존재하여 포장에 따라 형태별 함량이 크게 상이함을 보였다. 이러한 결과는 기존의 많은 연구 결과(Jung et al.
카드뮴함량과의 관계는 Table 4와 같다. 토양의 치환태 카드뮴 함량은 백미중 함량과 정의 상관을 보여 토양 중 치환태 함량이 증가함에 따라 백미 중 카드뮴 함량이 증가함을 보였다. 특히 포장간 치환태 카드뮴 함량비율 비교에서 A 포장의 0.
또한탄산염 결합태 함량비율도 B1 > B2 > A 순으로 치환태 함량비율과 유사한 경향을 보였다. 백미중에 흡수 이행된 카드뮴함량은 일정 부분 작물 유효태로 구분되는 치환태, 탄산염 결합태 및 Fe-Mn 결합환원태와정의 상관을 보였으나, 유기물복합태 및 잔 사태와는 유의성이 없었다. 이는 모든 형태별 함량과 정의 상관을 보인 정 등(Jung et al, 2000)의 보고와 다소 차이가 있었다.
이는 모든 형태별 함량과 정의 상관을 보인 정 등(Jung et al, 2000)의 보고와 다소 차이가 있었다. 또한 토양 중 카드뮴 형태별 함량을 고려한 다중 회귀식에 의한 백미의 카드뮴 흡수 예측식 Rice Cd = -0.02861 + 0.07456 FR l(exchangeable) + 0.00252 FR 2(carbonate bound) + 0.001075 FR 3(Fe Mn oxide bound) - 0.00095 FR 4(organically bound) - 0.00348 FR 5(residual) (R2 = 0.7893***)로유의적인 관계를 보였다. 또한, Fig.
6). 결과적으로 벼의 카드뮴 흡수 이행에 미치는 요인 중 가장 큰 요인은 토양 중 치환태 카드뮴 함량이라고 볼 수 있다. Adriano (1986)의 보고에서 토양 내 중금속의 작물에 대한 유효도는 여러 인자에 의하여 영향을 받는데 그중에서 토양 pH, Eh, CEC, 점토함량 등 이화학성과 Fe/Mn oxides 및 토양온도 등의 영향이 보고되고 있다.
검토하였다. A 포장의 시험구에서 카드뮴의 주형태는 유기물 복합태와 Fe-Mn 결합환원태이고, B1 포장의 시험구는 탄산염 결합태와 Fe-Mn 결합환원태이며, B2 포장은 잔사태와 탄산염 결합태로서 포장에 따라 존재하는 형태별 함량이 크게 상이함을 보였다. 토양의 치환태 카드뮴 함량은 백미중 함량과 정의 상관을 보여 토양 중 치환태 함량이 증가함에 따라 백미 중 카드뮴 함량이 증가함을 보였다.
6%로 이들 함량 비가 벼의 카드뮴 흡수에 크게 영향을 미치는 것으로 사료된다. 또한 일정 부분 작물 유효태로 구분되는 치환태, Fe-Mn 결합환원태 및 탄산염 결합태와도 정의 상관을 보였으나, 유기물복합태 및 잔사태와는 유의성이 없었다.
후속연구
이러한 토양의 카드뮴 형태별 함량에 따른 벼의 카드뮴 흡수는 품종 또는 토양의 다른 이화학성에 따라 차이를 보이며, 특히 A 및 B2 포장의 경우 토양환경보전법에서 제시하는 토양오염 대책기준을 초과한 논 토양에서 생산한 백미의 카드뮴 함량이 식품의약품안전청(2000)에서 제시한 허용기준인 0.2 mg kg1을 초과하지 않음을 보여 토양기준과 농산물기준의 영농현장에 적용여부에 따라 논란이 예상되며 이에 따라 오염농경지와 작물흡수와의 관계 정립에 좀 더 세밀한 검토가 필요하며, 이에 따른 작물간, 품종간 카드뮴흡수 연구가 광범위하게 추진되어야 한다.
참고문헌 (15)
？Adriano, D. C. 1986. Trace elements in the terrestrial environment. Spinger Verlag.
Fergusson, J. E. 1990. The heavy elements ; Chemistry, environmental impact and health effects, Pergamon Press.
KFDA(Korean Food and Drug Administration). 2000. The criteria of Cadmium in polished rice.
Jung, G. B., Kim, W. I., and Ryu, I. S. 2000. Fractionation and availability of heavy metals in paddy soils near abandoned mining areas, Korean J. Environ. Agric., 19(4):319-323.
Jung, G. B., Kim, W. I., Park, K. L., and Yun, S. G. 2001. Vertical distribution of heavy metals in paddy soil near abandoned metal mines, Korean J. Environ. Agric., 20(4):297-302.
Jung, G. B., Lee, S. B., Lee, J. S., Kim, W. I., Yun, S. G., and Koh, M. H. 2003. Survey on the change of heavy metal contents and chemical properties in the vulnerable agricultural fields for environmental contamination, Proceeding of monitoring project on agri-environment quality in Korea. 59-108.
Jung, G. B., Lee, J. S., Kim, W. I., Kim, J. H., Shin, J. D., and Yun, S. G. 2005. Fractionation and potential mobility of heavy metals in tailing and paddy soils near abandoned metalliferous mines, Korean J. Soil Sci. Fert.., 38(5):259-268.
Kabata-Pendias, A., and Pendias, H. 1984. Trace elements in soils and plants, CRC Press, Inc.
MOE(Minister of Environment). 1996. Soil Environment Conservation Act.
MOE(Minister of Environment). 1996. Standard test method for soil pollution.
NIAST(National Institute of Agricultural Science and Technology). 2000. Analytical methods of soil and plant.
Ryu, S. H., Ro, K. J., Lee, S. M., Park, M. E., and Kim, K. H. 1996. Characterization of heavy metals in the stream sediment around an old zinc mine. J. Korean Soc. Soil Sci. Fert. 29(4):432-438.
Singh, A. K. and Pandeya, S. B. 1998. Modelling uptake of cadmium by plants in sludge-treated soils. Bioresource Tech., 66:51-58.
Tessier, A., Campbell, P. G. C., and Bisson, M. 1979. Sequential extraction procedure for the speciation of particulate trace metals, Analytical Chemistry, 51(7):844.
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