[논문]담수에 의한 밭 토양 공극수의 화학적 특성 및 영양분 농도 변화

김재곤; 전철민; 이진수

담수에 의한 밭 토양 공극수의 화학적 특성 및 영양분 농도 변화
Change of Chemical Properties and Nutrient Dynamic in Pore Water of Upland Soil During Flooding 원문보기

자원환경지질 = Economic and environmental geology, v.41 no.3, 2008년, pp.327 - 334

김재곤 (한국지질자원연구원) , 전철민 (한국지질자원연구원) , 이진수 (한국지질자원연구원)

초록
AI-Helper

퇴적물 공극수의 화학적 특성과 영양분의 농도변화 및 이동특성 파악은 지표수 수질관리에 중요한 요소가 된다. 밭토양 30cm와 상등수 15cm로 구성된 microcosm을 이용하여 담수에 의한 토양 공극수 및 상등수의 화학적 특성과 영앙분의 농도변화를 6개월 동안 모니터링하였다. 담수 5주가 경과한 후 토양 색은 yellowish red에서 grey로 변하였으며 토양표면에 붉은 색의 산화층이 관찰되었다. 토양 공극수의 산화환원전위와 pH는 감소하였다. 담수에 의하여 상등수의 $NO_3^-$ 농도는 증가하고 PO_4^{3-}$ 농도는 감소하였으나 토양 공극수의 $NH_4^+$, $PO_4^{3-}$, FE, Mn 농도는 증가하였다. 상등수의 $NO_3^-$ 농도 증가는 토양에서 생성된 $NH_4^+$가 상등수로 이동 및 산화에 기인하며, 토양 공극수의 PO_4^{3-}$ 농도증가는 산화철과 산화망간의 용해에 의하여 이에 흡착되어 있던 PO_4^{3-}$가 용출됨에 기인한 것으로 판단된다. PO_4^{3-}$에 대한 흡착력이 강한 산화철과 산화망간을 많이 함유하고 있는 토양표면의 산화층은 PO_4^{3-}$의 토양으로부터 상등수로 확산을 방해하는 것으로 판단된다.

Abstract ▼ AI-Helper

Understanding the chemical characteristics of sediments and the nutrient diffusion from sediments to the water body is important in the management of surface water quality. Changes in chemical properties and nutrient concentration of a submerged soil were monitored for 6 months using a microcosm with the thickness of 30cm for upland soil and 15cm of water thickness above the soil. The soil color changed from yellowish red to grey and an oxygenated layer was formed on the soil surface after 5 week flooding. The redox potential and the pH of the pore water in the microcosm decreased during the flooding. The nitrate concentration of the surface water was continuously increased up to $8\;mg\;l^{-1}$ but its phosphate concentration decreased from $2\;mg\;l^{-1}$ to $0.1\;mg\;l^{-1}$ during flooding. However, the concentrations of $NH_4^+$, $PO_4^{3-}$, Fe and Mn in the pore water were increased by the flooding during this period. The increased $NO_3^-$ in the surface water was due to the migration of $NH_4^+$ formed in the soil column and the oxidation to $NO_3^-$ in the surface water. The increased phosphate concentration in the pore water was due to the reductive dissolution of Fe-oxide and Mn-oxide, which scavenged phosphate from the soil solution. The oxygenated layer played a role blocking the migration of phosphate from the pore water to the water body.

주제어

AI 본문요약
AI-Helper

* AI 자동 식별 결과로 적합하지 않은 문장이 있을 수 있으니, 이용에 유의하시기 바랍니다.

제안 방법

Filtration한 후에 pH/ORP/Cond meter(Orion 55A)를 이용하여 pH, 산화환원전위 (ORP)를 측정하였다. Fe2+, Mn, sulfide, PO₄3- NH₄+의 함량은 glove box에서 발색을 시킨 후에 UVevisible spectrophotometer(HATCH DR4000)를이용하여 측정하였다. SO42-와 NO₃-의 농도는 IC를 이용하여 측정하였다.
45 pm membrane filter를 이용하여 filtration하였다. Filtration한 후에 pH/ORP/Cond meter(Orion 55A)를 이용하여 pH, 산화환원전위 (ORP)를 측정하였다. Fe2+, Mn, sulfide, PO₄3- NH₄+의 함량은 glove box에서 발색을 시킨 후에 UVevisible spectrophotometer(HATCH DR4000)를이용하여 측정하였다.
SO42-와 NO₃-의 농도는 IC를 이용하여 측정하였다. Microcosm 내벽 및 토양 표면에 생성된 침전물을 채취하여 X-ray diffractometer와 scanning electron microscope(SEM, JEOL JSL 5610LV)를 이용하여 광물조성을 분석하였다.
양이온 교환능력 (CEC, cation exchange capacity)은 Ca?+로 흡착시키고 Mg?+로 치환하여 흡착된 Ca2+의 량을 측정하여 계산하였다(Jackson, 1956). Organic C, S, N의 함량은 Leco사의 CHN분석기를 이용하여 측정하였다. 산화철과 산화망간의 함량은 dithionite-citrate-bicarbonate를 이용하여 토양의 free iron oxide와 manganese oxide를 추출하고 ICP-AES를 이용하여 Fe과 Mn의 농도를 측정하여 계산하였다.
Fe2+, Mn, sulfide, PO₄3- NH₄+의 함량은 glove box에서 발색을 시킨 후에 UVevisible spectrophotometer(HATCH DR4000)를이용하여 측정하였다. SO42-와 NO₃-의 농도는 IC를 이용하여 측정하였다. Microcosm 내벽 및 토양 표면에 생성된 침전물을 채취하여 X-ray diffractometer와 scanning electron microscope(SEM, JEOL JSL 5610LV)를 이용하여 광물조성을 분석하였다.
풍건한 토양을 microcosm에 30cm 채우고 토양으로부터 15cm 높이까지 증류수로 6개월 동안 담수하였다. 담수 후 1주일 간격으로 상등수와 토양공극수를 25 ml를 채취하였으며 시료채취 시에 microcosm의 교란을 최소화하기 위해 1ml min-1 속도로 syringe pump를 이용하였다. 물 시료의 공기접촉을 최소화하기 위하여 채취 중과 채취 후에 syringe를 parafilm으로 밀봉하였다.
grey 색으로 변하였다. 또한 토양표면에 약 1mm 두께를 가지는 산화층이 형성되었으며 상등수 부분의 microcosm 내벽과 토양 표면에 산화철로 추정되는 붉은색 침전물이 관찰하였다(Fig. 3). 토양으로부터 가스가 발생되어 표면으로 빠져나오는 것을 관찰하였다.
담수 후 1주일 간격으로 상등수와 토양공극수를 25 ml를 채취하였으며 시료채취 시에 microcosm의 교란을 최소화하기 위해 1ml min-1 속도로 syringe pump를 이용하였다. 물 시료의 공기접촉을 최소화하기 위하여 채취 중과 채취 후에 syringe를 parafilm으로 밀봉하였다. 채취 후 즉시 시료를 질소가스로 채워진 glove box에서 0.
, 2003). 본 연구는 microcosm을 이용하여 퇴적환경에서 밭 토양의 물리 화학적 특성변화와 이에 수반되어 나타나는 영양분의 용출 특성을 파악하고^ 하였다.
Organic C, S, N의 함량은 Leco사의 CHN분석기를 이용하여 측정하였다. 산화철과 산화망간의 함량은 dithionite-citrate-bicarbonate를 이용하여 토양의 free iron oxide와 manganese oxide를 추출하고 ICP-AES를 이용하여 Fe과 Mn의 농도를 측정하여 계산하였다. 풍건한 토양을 분말화하여 X-ray diffractometer(XRDf MAC Science MXP 18A Rint- 2500M 이용하여 광물조성을 분석하였다.
아크릴재질의 직경 50cm, 깊이 60cm의 원통형으로 상등수 1개와 토양 공극수 3개를 채취할 수 있는 채취구를 갖춘 microcosm을 제작하였다(Fig. 1). 풍건한 토양을 microcosm에 30cm 채우고 토양으로부터 15cm 높이까지 증류수로 6개월 동안 담수하였다.
45 μm membrane filter를 이용하여 filtration을 하였다(Jackson, 1956). 용액의 EC, pH, 수용성 양이온 (Na+, K+, Ca2+, Mg2+)과 음이온(NO3-, SO42-)의 함량을 각각 Orion pH and EC metei; ICP-AES(Jobin Yvon JY70 Plus) 및 ion chromatography(Dionex DX- 120)를 이용하여 측정하였다. P의 함량은 무기형태와유기형태로 구분하고 무기인은 연속추출법을 이용하여존재형태별로 함량을 측정하였다(Kim et al.
었었다. 토양 공극수의 Fe, Mn, SO42-, N03- 농도변화 시점 (Fig. 6A, 6B, 7A, 8A)을 기준으로 산화환원반응의 순서와 시기를 추정하였다. NO₃-의농도는 담수 1주 후부터 감소하였다.
3). 토양으로부터 가스가 발생되어 표면으로 빠져나오는 것을 관찰하였다. 가스배출통로는 상등수와 토양공극수의 혼합과 영양염류가 토양공극수로부터 상등수로 유입통로가 되는 것으로 판단된다.
, 2006). 토양의 유기물함량을 간접적으로 산출하기 위하여 400℃ 가열과 1051건조 토양의 무게차이를 이용하여 작열감량(ignition loss>S- 측정하였다. 양이온 교환능력 (CEC, cation exchange capacity)은 Ca?+로 흡착시키고 Mg?+로 치환하여 흡착된 Ca2+의 량을 측정하여 계산하였다(Jackson, 1956).
채취된 토양은 풍건하고 채를 이용하여 2 mm 이하의 입도를 가지는 토양을 연구에 이용하였다. 토양의 전기전도도(EC, electrical conductivity), pH, 수용성 양이온과 음이온의 함량을 측정하기 위하여 증류수2와 토양1을 대기에 노출된 상태에서 30분간 반응 후에 0.45 μm membrane filter를 이용하여 filtration을 하였다(Jackson, 1956). 용액의 EC, pH, 수용성 양이온 (Na+, K+, Ca2+, Mg2+)과 음이온(NO3-, SO42-)의 함량을 각각 Orion pH and EC metei; ICP-AES(Jobin Yvon JY70 Plus) 및 ion chromatography(Dionex DX- 120)를 이용하여 측정하였다.
1). 풍건한 토양을 microcosm에 30cm 채우고 토양으로부터 15cm 높이까지 증류수로 6개월 동안 담수하였다. 담수 후 1주일 간격으로 상등수와 토양공극수를 25 ml를 채취하였으며 시료채취 시에 microcosm의 교란을 최소화하기 위해 1ml min-1 속도로 syringe pump를 이용하였다.
산화철과 산화망간의 함량은 dithionite-citrate-bicarbonate를 이용하여 토양의 free iron oxide와 manganese oxide를 추출하고 ICP-AES를 이용하여 Fe과 Mn의 농도를 측정하여 계산하였다. 풍건한 토양을 분말화하여 X-ray diffractometer(XRDf MAC Science MXP 18A Rint- 2500M 이용하여 광물조성을 분석하였다.

대상 데이터

2000). 채취된 토양은 풍건하고 채를 이용하여 2 mm 이하의 입도를 가지는 토양을 연구에 이용하였다. 토양의 전기전도도(EC, electrical conductivity), pH, 수용성 양이온과 음이온의 함량을 측정하기 위하여 증류수2와 토양1을 대기에 노출된 상태에서 30분간 반응 후에 0.
회동저수지 상류부인 부산광역시 기장군 철마면 오여리 473번지 밭에서 중생대 화산암 기원이며 Inceptisols 로 분류된 표토(v30cm)를 채취하였다(NIAST and RDA, 2000). 채취된 토양은 풍건하고 채를 이용하여 2 mm 이하의 입도를 가지는 토양을 연구에 이용하였다.

이론/모형

용액의 EC, pH, 수용성 양이온 (Na+, K+, Ca2+, Mg2+)과 음이온(NO3-, SO42-)의 함량을 각각 Orion pH and EC metei; ICP-AES(Jobin Yvon JY70 Plus) 및 ion chromatography(Dionex DX- 120)를 이용하여 측정하였다. P의 함량은 무기형태와유기형태로 구분하고 무기인은 연속추출법을 이용하여존재형태별로 함량을 측정하였다(Kim et al., 2006). 토양의 유기물함량을 간접적으로 산출하기 위하여 400℃ 가열과 1051건조 토양의 무게차이를 이용하여 작열감량(ignition loss>S- 측정하였다.

성능/효과

(1) 담수에 의하여 토양은 환원환경이 조성되었으며 pH는 알카리에서 약산성으로 변하였다.
(3) 토양의 담수에 의하여 지표수 부영양화 물질로 알려진 NO₃- 농도는 감소하였으나 P 농도는 산화철의 환원용해에 의하여 증가하였다.
(4) 담수에 의한 환원환경조성으로 토양으로부터 철과 망간이 용해되어 상등수로 용출되어 토양표면에서 철과 망간은 산화되면서 산화층이 형성되었다.
(5) 토양표면에 형성된 산화층에 함유된 산화철, 산화망간, calcite는 토양공극수로부터 P의 상등수로 유입을 방해하였다.
(6) 담수기간 토양에서 생성된 가스가 상등수로 배출되는 과정에 생성된 가스배출구가 상등수와 토양공극수의 용존 영양염류와 이온들의 교환통로로 작용하였다.
SO₄₂의 농도는 P4와 P3은 담수 6주에, P2는 담수 9주에 감소하였다. 본 microcosm 연구에서 토양의 담수에 의한 환원반응은 N03; 산화망간, 산화철, SO₄₂- 순으로 진행되었으며 하부 토양이 상부 토양에 비해 환원환경이 빠르게 진행되었다. 이는 Pasricha and Ponnamperuma(1976) 의 연구결과와 동일한 결과를 보여주었다.
토양 공극수의 NO₃-농도는 담수 3주 이후에 급격히 감소하여 lmgl-1이하를 유지하였다. 상등수와 토양공극수의 NT4+농도는 담수초기 (5주)가 상대적으로 높았으며 담수 후 6-13주에서 가장 낮은 값을 나타내었다. 담수초기의 상등수와 공극수의 높은 NT4+농도는 요소의 hydrolysis에 의한 것으로 판단된다.
상등수의 pH는 담수기간 동안 지속적으로 약 9.7에서 8.9로 지속적으로 감소하였으며 토양공극수는 3주간의 담수에 의하여 pH 9에서 6.2로 감소하여 안정되었다 (Fig. 5B). 풍건한 토양의 pH가 증류수와 30분 반응 후에 49인데 비하여 토양과 반응한 물의 pH가 6이상인 것은 토양에 함유된 요소 [CO(NH2)2] 의 hydrolysis와 dolomite의 용해에 기인하는 것으로 사료된다.

참고문헌 (15)

Angelo, E.M.D. and Reddy, K.R. (1993) Ammonium oxidation and nitrate reduction in sediments of hypereutrophic lake. Soil Sci. Soc. Am., v. 57, p. 1156-1163

상세보기
Boers, P.C.M., van Raaphorst, W. and van der Molen, D.T. (1998) Phosphorus retention in sediments. Wat. Sci. Tech., v. 37, p. 31-39
Choi, J.Y. and Shin, E.S. (1998) Management of nonpoint source of agricultural area. Korea Environmental Institute, Seoul, Korea, p. 145
Heathwaite, A.L. (1994) Chemical fractionation of lake sediments to determine the effects of land-use change on nutrient loading. J. of Hydrology, v. 159, p. 395-421

상세보기
Jackson, M.L. (1956) Soil chemical analysis-advanced course. Pub. by the author, Dept. of Soils, Univer. of Wisconsin, Madison, WI, USA
Kim, J.G., Kim, T.H., Lee, J.S., Ko, K.S., Chon, C.M. and Cheong Y.W. (2006) Characteristics and phosphorus accumulation of surface soil in relation with geology and land use. Soil Sci. and Plant Nutri., v. 52, p. 314- 321
Lowrance, R. (1992) Nitrogen outputs from a field-size agricultural watershed. J. of Environ. Qual., v. 21, p. 602-607
Magdoff, F., Lanyon, L. and Kiebhardt, B. (1997) Nutrient cycling, transformation, and flows: implications for a more sustainable agriculture. Adv. Agron., v. 60, p. 1- 73
Meng, O.H., Fu, B.J. and Yang L.Z. (2001) Effects of land use on soil erosion and nutrient loss in the three reservoir area, China. Soil Use and Land Management, v. 17, p. 288-291

상세보기
National Institute of Agricultural Science and Technology( NIAST) and Rural Development Administration (RDA) (2000) Taxonomical classification of Korean soils, p. 809
Parry, R. (1998) Agricultural phosphorus and water quality: A U.S. Environmental Protection Agency properties. J. of Environ. Qual., v. 27, p. 258-261
Pasricha, N.S. and Ponnamperuma, F.N. (1976) Influence of salt and alkali on ionic equilibria in submurged soils. Soil Sci. Soc. Am. J., v. 40, p. 374-376

상세보기
Reddy, K.R., Diaz, O.A., Scinto, L.J., and Agami, M. (1995) Phosphorus dynamics in selected wetlands and streams of the lake Okeechobee Basin. Ecological Engineering, v. 5, p. 183-207

상세보기
Tanji, K.K., Gao, S., Scardaci, S.C. and Chow, A.T. (2003) Characterization redox status of paddy soils with incorporated rice straw. Geoderma, v. 114, p. 333-353

상세보기
Yu, K., Patrick, W.H., and Patrick, H. (2003) Redox range with minimum nitrous oxide and methane production in a rice soil under different pH. Soil Sci. Soc. Am. J., v. 67, p. 1952-1958

상세보기

저자의 다른 논문 :

LOADING...

표제어: PCR

동의어: Packet Collision Rate

용어 설명 출처 목록 (6)

용어 설명: PCR은 세균 특이성이 있는 primer를 이용하여 적은 수의 세균이 있을지라도 쉽게 검출할 수 있는 유용한 방법이며, 이를 이용하여 구강 내 치면세균막이나 타액에서 직접 세균을 검출할 수 있게 되었다[8].

내보내기 구분	파일저장 인쇄 메일전송
구성항목	기본정보 상세정보 관리번호, 논문명, 저널/프로시딩명, 저자 , 발행년, 권, 호, 시작페이지, 끝페이지, 발행기관 관리번호, 논문명, 대등논문명, 저자 , 저널/프로시딩명, 발행기관, 발행년, 발행언어, 권, 호, 시작페이지, 끝페이지, ISBN, ISSN, 주제분야, 키워드, 초록(한글), 초록(영문), 저자(소속기관)
저장형식	Text(ASCII format) Excel format RefWorks Direct Export RIS format (for Reference Manager, ProCite, EndNote), Scholar's Aids, Mendeley
메일정보	받는사람 (필수) @ 보내는사람 (선택) @ 제목 내용 KISTI 검색결과 이메일 서비스
안내	총 건의 자료가 검색되었습니다. 다운받으실 자료의 인덱스를 입력하세요. (1-10,000) 검색결과의 순서대로 최대 10,000건 까지 다운로드가 가능합니다. 데이타가 많을 경우 속도가 느려질 수 있습니다.(최대 2~3분 소요) 다운로드 파일은 UTF-8 형태로 저장됩니다. 파일의 내용이 제대로 보이지 않을실 때는 웹브라우저 상단의 보기 -> 인코딩 -> 자동선택 여부를 확인하십시오. ~ Text(ASCII format) Excel format

연합인증