토양의 유효태 인산과 치환성 양이온의 다성분동시추출 분석방법 비교 Comparison of Multi-element Extraction Methods to Determine Available Phosphate and Exchangeable Cations of Korean Soils원문보기
과학영농과 친환경농업이 대두되면서 토양검정량이 급속하게 증가하고 이에 대처하기 위해 신속하게 분석할 수 있는 분석 방법이 요구되고 있다. 따라서 본 연구에서는 신속 간편하게 분석할 수 있는 다성분동시 추출방법으로 개발된 Mehlich III법, Mod. Morgan법, Kelowna 법과 국내에서 사용 중인 유효태 인산 분석법인 Lancaster법, 치환성 양이온 분석법인 1M $NH_4OAc법으로 분석되는 분석치들 간의 상관관계를 검토하기 위하여 토양특성이 다양한 우리나라 농경지 115개소에서 토양을 채취하여 여러 가지 방법으로 화학적 분석을 실시하였다. 다성분동시추출 분석방법인 Mehlich III법, Mod. Morgan법, Kelowna법과 기존의 유효인산 분석방법인 Lancaster법과 치환성 양이온 분석방법인 1M $NH_4OAc법으로 추출한 분석치는 모두 고도로 유의한 직선적인 상관관계에 있었다. 유효인산은 Mehlich III법, Mod. Morgan법, Kelowna 법과 Lancaster법으로 추출되는 분석치간에 결정계수($R^2) 의 크기는 Mehlich III법($0.979^{***}$) > Kelowna법 ($0.977^{***}$) > Mod. Morgan법($0.553^{***}$)의 순으로 Mehlich III 법 이상관이 가장 높게 나타났고 Lancaster 법보다 토양 중의 인산을 평균적으로 28% 많이 추출하였다. 치환성 양이온에서도 화산회 토양에서 추출되는 나트륨 성분을 제외하고는 Mehlich III 법으로 추출되는 분석치가 1M $NH_4OAc법으로 추출되는 것과 가장 상관이 높았다. 따라서 ICP를 이용하여 유효인산과 치환성 양이온의 분석은 다성분동시추출방법인 Mehlich III법이 이용 가능할 것으로 판단되었다.
과학영농과 친환경농업이 대두되면서 토양검정량이 급속하게 증가하고 이에 대처하기 위해 신속하게 분석할 수 있는 분석 방법이 요구되고 있다. 따라서 본 연구에서는 신속 간편하게 분석할 수 있는 다성분동시 추출방법으로 개발된 Mehlich III법, Mod. Morgan법, Kelowna 법과 국내에서 사용 중인 유효태 인산 분석법인 Lancaster법, 치환성 양이온 분석법인 1M $NH_4OAc법으로 분석되는 분석치들 간의 상관관계를 검토하기 위하여 토양특성이 다양한 우리나라 농경지 115개소에서 토양을 채취하여 여러 가지 방법으로 화학적 분석을 실시하였다. 다성분동시추출 분석방법인 Mehlich III법, Mod. Morgan법, Kelowna법과 기존의 유효인산 분석방법인 Lancaster법과 치환성 양이온 분석방법인 1M $NH_4OAc법으로 추출한 분석치는 모두 고도로 유의한 직선적인 상관관계에 있었다. 유효인산은 Mehlich III법, Mod. Morgan법, Kelowna 법과 Lancaster법으로 추출되는 분석치간에 결정계수($R^2) 의 크기는 Mehlich III법($0.979^{***}$) > Kelowna법 ($0.977^{***}$) > Mod. Morgan법($0.553^{***}$)의 순으로 Mehlich III 법 이상관이 가장 높게 나타났고 Lancaster 법보다 토양 중의 인산을 평균적으로 28% 많이 추출하였다. 치환성 양이온에서도 화산회 토양에서 추출되는 나트륨 성분을 제외하고는 Mehlich III 법으로 추출되는 분석치가 1M $NH_4OAc법으로 추출되는 것과 가장 상관이 높았다. 따라서 ICP를 이용하여 유효인산과 치환성 양이온의 분석은 다성분동시추출방법인 Mehlich III법이 이용 가능할 것으로 판단되었다.
Soil testing is one of the best management practices for sustainable agriculture. Recently, as increasing soil testing needs, simplification of soil analytical procedure has been required. To determine recommendable multi-element extractant, the soil testing results of available phosphate and exchan...
Soil testing is one of the best management practices for sustainable agriculture. Recently, as increasing soil testing needs, simplification of soil analytical procedure has been required. To determine recommendable multi-element extractant, the soil testing results of available phosphate and exchangeable cations between the conventional methods (Lancaster and 1M $NH_4OAc) and multi-element extraction methods such as Mehlich III, Modified Morgan and Kelowna methods were compared. There were highly significant correlation between the conventional methods and multi-element extraction methods (Mehlich III, Modified Morgan and Kelowna) for available phosphate and exchangeable K, Ca, Mg and Na. The coefficients of determination ($R^2) between available phosphate extracted by Lancaster method and multielement extraction methods were in the order of Mehlich III ($0.979^{***}$) > Kelowna ($0.977^{***}$) > Modified(Mod.). Morgan ($0.553^{***}$). For exchangeable cations, there were highly significant correlations between 1M $NH_4OAc method and Mehlich III, Mod. Morgan and Kelowna. However, exchangeable K, Ca and Mg by Mehlich III method were more highly correlated with conventional method than other methods. Therefore, Mehlich III extraction method could be recommended as a single extractant for simultaneous measurement using ICP in the analysis of avaliable phosphate and exchangeable cations.
Soil testing is one of the best management practices for sustainable agriculture. Recently, as increasing soil testing needs, simplification of soil analytical procedure has been required. To determine recommendable multi-element extractant, the soil testing results of available phosphate and exchangeable cations between the conventional methods (Lancaster and 1M $NH_4OAc) and multi-element extraction methods such as Mehlich III, Modified Morgan and Kelowna methods were compared. There were highly significant correlation between the conventional methods and multi-element extraction methods (Mehlich III, Modified Morgan and Kelowna) for available phosphate and exchangeable K, Ca, Mg and Na. The coefficients of determination ($R^2) between available phosphate extracted by Lancaster method and multielement extraction methods were in the order of Mehlich III ($0.979^{***}$) > Kelowna ($0.977^{***}$) > Modified(Mod.). Morgan ($0.553^{***}$). For exchangeable cations, there were highly significant correlations between 1M $NH_4OAc method and Mehlich III, Mod. Morgan and Kelowna. However, exchangeable K, Ca and Mg by Mehlich III method were more highly correlated with conventional method than other methods. Therefore, Mehlich III extraction method could be recommended as a single extractant for simultaneous measurement using ICP in the analysis of avaliable phosphate and exchangeable cations.
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문제 정의
수 있는 분석 방법이 요구되고 있다. 따라서 본연구에서는 신속 . 간편하게 분석할 수 있는 다성분 동시추출 방법으로 개발된 Mehlich Ⅲ법, Mod.
본 연구의 목적은 토양중의 유효태 인산과 치환성양이온을 다성분동시추출방법과 ICP를 함께 이용하여 신속하고 간편하게 분석할 수 있는 방법을 찾기 위하여 수행하였다. 토양의 특성이 다양한 115점의 토양에 대하여 유효태 인산은 기존 분석방법인 Lancaster 법과 다성분 동시 추출방법인 Mehlich Ⅲ법, Mod.
제안 방법
따라서 본연구에서는 신속 . 간편하게 분석할 수 있는 다성분 동시추출 방법으로 개발된 Mehlich Ⅲ법, Mod. Morgan 법, Kelowna 법과 국내에서 사용 중인 유효태 인산분석법인 Lancaster법 , 치환성 양이온 분석법인 1M NHQAc법으로 분석되는 분석치들 간의 상관관계를 검토하기 위하여 토양특성이 다양한 우리나라 농경지 115개소에서 토양을 채취하여 여러가지 방법으로 화학적 분석을 실시하였다. 다성분동시추출 분석방법인 Mehlich Ⅲ법, Mod.
Mod. Morgan법, Kelowna법으로 분석한 결과를 비교하였고, 양이온은 기존방법인 1M NHQAc법과 상기 다 성분 동시추출 방법에 의한 분석치를 비교 검토하였다.
115점을 분석에 이용하였다. 표토에서 15 cm 깊이까지 채취한 토양을 그늘에서 풍건시켜 고무망치를 이용하여 빻은 후 2 mm 이하의 토양을 분석에 이용하였다. 공시 토양의 화학성분별 평균함량과 범위는 Table 1과 같았으며 pH는 4.
대상 데이터
공시토양 공시한 토양은 화학적 특성이 다양한 논 토양 39점(일반경작지 10점, 간척지 15점, 특이 산성토양 14점), 밭 토양 36점(노지 14점, 시설재배지 22 점), 석회암 토양 21점(산토양 5점, 논 1점, 밭토양 15 점), 제주도 화산회 토양 19점(밭토양) 등을 포함하여 총 115점을 분석에 이용하였다. 표토에서 15 cm 깊이까지 채취한 토양을 그늘에서 풍건시켜 고무망치를 이용하여 빻은 후 2 mm 이하의 토양을 분석에 이용하였다.
이론/모형
유기물은 Tyurin법을, 유효인산은 Lancaster 법으로 토양 중 인산을 주출한 후 1-amino-2-naphtol-4-sulfonic acid에 의한 Mo청법으로 발색하여 Spectrophotometer(U- 2000, HITACH)로 정량하였으며, 치환성 양이온은 1M NH4OAc로 추출하여 ICP(XMP, GBC)로 측정하였다. 다성분동시추출방법은 Mehlich Ⅲ 법(Wang et al, 2004), Mod. Morgan 법(Agricultural Experiment Stations of Connecticut, 1995), Kelowna 법(van Lierop, 1988; van Lierop et al, 1989)을 이용하였고, 토양중 인산과 양이온을 동시에 추출하여 인(177.499 nm), 칼륨(766.490 nm), 칼슘(317.933 nm), 마그네슘 (279.079 nm), 나트륨(589.592 nm)을 ICP로 정량하였다. 그리 고 CaCO3 함량은 Jung and Kim(2006) 이 제안한 방법을 이용하여 분석하였다(Table 2).
592 nm)을 ICP로 정량하였다. 그리 고 CaCO3 함량은 Jung and Kim(2006) 이 제안한 방법을 이용하여 분석하였다(Table 2).
분석방법 토양의 화학성분 분석방법 중 기존 분석법은 농업과학기술원 토양화학분석 법 (NIAST, 2000)에 준하여 토양과 증류수의 비율을 1 : 5로 추출하여 pH는 pH meter(Orion 900A)로, EC는 EC meter(Orion model 122)로 측정하였다. 유기물은 Tyurin법을, 유효인산은 Lancaster 법으로 토양 중 인산을 주출한 후 1-amino-2-naphtol-4-sulfonic acid에 의한 Mo청법으로 발색하여 Spectrophotometer(U- 2000, HITACH)로 정량하였으며, 치환성 양이온은 1M NH4OAc로 추출하여 ICP(XMP, GBC)로 측정하였다.
유기물은 Tyurin법을, 유효인산은 Lancaster 법으로 토양 중 인산을 주출한 후 1-amino-2-naphtol-4-sulfonic acid에 의한 Mo청법으로 발색하여 Spectrophotometer(U- 2000, HITACH)로 정량하였으며, 치환성 양이온은 1M NH4OAc로 추출하여 ICP(XMP, GBC)로 측정하였다. 다성분동시추출방법은 Mehlich Ⅲ 법(Wang et al, 2004), Mod.
성능/효과
98로 가장 컸다(Figure 3). Mehlich Ⅲ법으로 추출되는 칼륨, 칼슘, 마그네슘, 나르륨 함량은 논토양, 밭토양, 석회암토양에서 NH4OAc 법으로 추출되는 함량과 상관관계(r = 0.886***〜0.997***)가 높았다. 그러나 제주도의 화산회토양에서는 Mehlich Ⅲ법으로 추출되는 분석치는 NH4OAc 법으로 추출되는 칼륨, 칼슘, 마그네슘에서 다른 토양과 마찬가지로 상관(r = 0.
Mehlich Ⅲ법, Mod. Morgan법 , Kelowna 법으로 분석한 유효태 인산 함량을 Lancaster법으로 분석한 인산 함량으로 환산하는 회귀식 모형에서 평균 제곱근 오차(RMSE; Root Mean Square Error)는 각각 64, 290,66으로 Mehlich Ⅲ법의 유효태 인산 함량을 Lancaster법의 분석치로 전환하는 모형의 평균 제곱근 오차가 가장 낮아 이 모형의 적합도가 가장 좋았다 (Figure 1).
977***) > Mod. Morgan법(0.553***)의 순으로 MehlichⅢ 법이 상관이 가장 높게 나타났고 Lancaster 법보다 토양 중의 인산을 평균적으로 28% 많이 추출하였다. 치환성 양이온에서도 화산회 토양에서 추출되는 나트륨 성분을 제외하고는 Mehlich Ⅲ 법으로 추출되는 분석치가 1M NHQAc법으로 추출되는 것과 가장 상관이 높았다.
Ⅲ법, Mod. Morgan법, Kelowna법을 비교하여 검토한 결과 Mehlich Ⅲ법이 기존 분석방법인 Lancaster법과 높은 상관관계를 나타내어 분석의 효율성을 고려하면 다성분동시 추출방법으로 이용 가능한 분석 방법으로 판단되었다.
Morgan 법, Kelowna 법과 국내에서 사용 중인 유효태 인산분석법인 Lancaster법 , 치환성 양이온 분석법인 1M NHQAc법으로 분석되는 분석치들 간의 상관관계를 검토하기 위하여 토양특성이 다양한 우리나라 농경지 115개소에서 토양을 채취하여 여러가지 방법으로 화학적 분석을 실시하였다. 다성분동시추출 분석방법인 Mehlich Ⅲ법, Mod. Morgan법, Kulowna법과 기존의 유효 인산 분석방법인 Lancaster법과 치환성 양이 온 분석 방법인 1M NH4OAc법으로 추출한 분석치는 모두 고도로 유의한 직선적인 상관관계에 있었다. 유효 인산은 Mehlich Ⅲ법, Mod.
관계에서 Mod. Morgan법과 1M NHQAc법으로 추출되는 분석치보다 상관은 높았지만 Mehlich Ⅲ법보다는 낮았다. 그러나 Kelowna법과 1M NHQAc법에 의한 치환성 마그네슘 함량의 결정계수(R2) 값이 0.
표토에서 15 cm 깊이까지 채취한 토양을 그늘에서 풍건시켜 고무망치를 이용하여 빻은 후 2 mm 이하의 토양을 분석에 이용하였다. 공시 토양의 화학성분별 평균함량과 범위는 Table 1과 같았으며 pH는 4.3〜8.3으로 산성토양에서 염기성 토양까지 포함하였고, EC는 0.03〜14.82 dS m-1, 유기물은 3〜238 g kg1의 범위로 그 분포가 다양하였으며 탄산칼슘(CaCO3)당량은 1〜25 % 범위로 평균 7 % 였다.
Morgan법과 1M NHQAc법으로 추출되는 분석치보다 상관은 높았지만 Mehlich Ⅲ법보다는 낮았다. 그러나 Kelowna법과 1M NHQAc법에 의한 치환성 마그네슘 함량의 결정계수(R2) 값이 0.774***로 가장 낮았는데 해안가의 간척지나 pH가 낮은 특이산성 의논토양, 그리고 pH가 높은 석회암 토양에서 마그네슘이 1M NH4OAc보다 적게 추출되었고 변이가 커졌으며 평균제곱근오차도 0.98로 가장 컸다(Figure 3). Mehlich Ⅲ법으로 추출되는 칼륨, 칼슘, 마그네슘, 나르륨 함량은 논토양, 밭토양, 석회암토양에서 NH4OAc 법으로 추출되는 함량과 상관관계(r = 0.
그러나 Kelowna법은 1M NHiOAc법에 비하여 추출되는 칼륨, 칼슘과 마그네슘의 평균함량이 각각 18, i5, 32% 정도 적었지만, 치환성 나트륨은 29%로 많이 분석되었다. van Lierop(1989)도 Kelowna법은 치환성 칼륨이 1M NHiOAc로 추출하는 함량보다 20% 적었다고 설명하였고 치환성 나트륨은 1M NHiOA로추출하는 함량과 비슷하다고 하였다.
van Lierop(1989)도 Kelowna법은 치환성 칼륨이 1M NHiOAc로 추출하는 함량보다 20% 적었다고 설명하였고 치환성 나트륨은 1M NHiOA로추출하는 함량과 비슷하다고 하였다. 그러나 본 실험에서는 치환성 나트륨 함량이 Kelowna 법보다는 1M NHiOAc법으로 분석한 결과가 높게 나타나 토양에 따라 나트륨이 추출되는 양상에 차이가 있음을 알 수 있었다. 치환성 양이온 분석에서 1M NHiOAc법과 Mehlich Ⅲ법, Mod.
997***)가 높았다. 그러나 제주도의 화산회토양에서는 Mehlich Ⅲ법으로 추출되는 분석치는 NH4OAc 법으로 추출되는 칼륨, 칼슘, 마그네슘에서 다른 토양과 마찬가지로 상관(r = 0.945***〜0.995***) 이 높았지만 치환성 나트륨과는 상관(r = 0.271) 에유의성이 없어 유기물 복합체로 결합된 화산회토양에는 추출력이 떨어짐을 알 수 있었다. Mod.
Morgan 법에는 H+이온만으로 구성되어 있기 때문에 토양 중의 인산이 추출되는 양이 적은 것으로 추정되었다. 그리고 H+, F-이 포함되어 있더라도 pH가 낮은 Mehlich Ⅲ법(pH 2.5)과 Kelowna법(pH 2.7)은 Lancaster법 (pH 4.25)보다 토양 중 인산을 훨씬 많이 추출하는 것으로 판단되었다. 또한 토양중의 추출된 인산을 측정하는 방법에 따라 그 함량이 달라질 수 있다.
996***)가 있었다(Figure 2, 3). 그중에서도 Mehlich Ⅲ법으로 추출되는 칼륨과 칼슘, 그리고 마그네슘은 1M NHiOAc법로 추출되는 분석치와 가장 높은 상관(R2= 0. 955™〜0.989***)를 보였고 평균 제곱근 오차도 0.10-1.03 으로 가장 적어 Mehlich 皿법으로 분석한 칼륨과 칼슘 그리고 마그네슘 함량을 1M NH4OAc법으로 분석한 값으로 환산하는 회귀식 모형의 적합도가 가장 좋은 것으로 나타났다. Park 등(1992)이 58개의 토양에서 치환성 칼륨, 칼슘, 마그네슘, 나트륨을 Mehlich Ⅲ법과 1M NHiOAc 법으로 추출되는 양 사이에서 높은 상관(r = 988***)을얻었고, Wang et al.
논토양, 밭토양, 석회암 그리고 화산회토양의 특성에 따라 Mehlich Ⅲ법과 Kelowna 법으로 추출되는 인산의 함량은 모든 토양에서 Lancaster 법으로 추출되는 인산의 함량과 상관(r = 0.967***~0.996***)이 높아 활용이 가능하였다. 그러나, Mod.
치환성 양이온에서도 화산회 토양에서 추출되는 나트륨 성분을 제외하고는 Mehlich Ⅲ 법으로 추출되는 분석치가 1M NHQAc법으로 추출되는 것과 가장 상관이 높았다. 따라서 ICP를 이용하여 유효인산과 치환성 양이온의 분석은 다 성분 동시추출 방법인 Mehlich Ⅲ법이 이용 가능할 것으로 판단되었다.
553***)의 순으로 MehlichⅢ 법이 상관이 가장 높게 나타났고 Lancaster 법보다 토양 중의 인산을 평균적으로 28% 많이 추출하였다. 치환성 양이온에서도 화산회 토양에서 추출되는 나트륨 성분을 제외하고는 Mehlich Ⅲ 법으로 추출되는 분석치가 1M NHQAc법으로 추출되는 것과 가장 상관이 높았다. 따라서 ICP를 이용하여 유효인산과 치환성 양이온의 분석은 다 성분 동시추출 방법인 Mehlich Ⅲ법이 이용 가능할 것으로 판단되었다.
후속연구
273)에서 Mehlich Ⅲ법과 비슷한 결과를 보였다(Table 6). 이러한 원인은 화산회토양의 치환성 나트륨이 낮아서인지 유기물 복합체로 결합된 화산회토양에 추출액의 추출력에 의한 차이로 생긴 것인지는 좀 더 연구해 볼 필요가 있겠다.
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