고염도 간척지 토양에서 석고시용에 따른 토양의 제염특성을 알아보고자 석고의 혼합비율별 토주를 제작하여 이온의 용출과 토양 중 이온 분포 특성을 조사하였다. 석고의 혼합비율별로 토주의 $K_{sat}$값을 측정한 결과, 석고 혼합 0%에서는 최종적으로 투수가 정지하여 $K_{sat}$ 0 cm $hr^{-1}$을 나타내었고, 석고 0.2% 혼합에서는 0.01 cm $hr^{-1}$를 나타내었으며, 석고 0.4% 이상의 혼합에서는 투수성이 크게 증가하여 0.3 cm $hr^{-1}$ 이상의 $K_{sat}$ 값을 나타내었다. 석고의 혼합비율별 용출액의 EC는 초기 104.2~164.8 dS $m^{-1}$에서부터 141시간 용출 후 크게 감소하여 석고 혼합비율에 따라 0.1~0.6 dS $m^{-1}$을 나타내었다. 석고 혼합비율별 토주 토양내 양이온 함량에 대한 용출된 각 양이온의 비율은 석고 혼합비율이 증가됨에 따라 모든 이온에서 증가하여 석고 혼합비 0.8% > 0.6% > 0.4% > 0.2% 순을 나타내었다. 또한 모든 석고 혼합비율에서 토양내 양이온 함량에 대한 용출 양이온의 비율은 $Na^+>Mg^{2+}>K^+>Ca^{2+}$ 순으로 높았다. 석고혼합토주의 용출 시험 후 토주내 토양의 EC는 시험 전 33.9 dS $m^{-1}$에 비해 98.8% 이상 저하되었다. 토양의 치환성 $Ca^{2+}$는 크게 증가하여 석고 혼합비에 따라 1.7~3.1 $cmol_c\;kg^{-1}$의 함량을 나타낸 반면, 치환성 $Na^+$, $Mg^{2+}$, $K^+$이온은 각각 1.1, 1.3, 0.6 $cmol_c\;kg^{-1}$ 이하의 함량을 나타내었다.
고염도 간척지 토양에서 석고시용에 따른 토양의 제염특성을 알아보고자 석고의 혼합비율별 토주를 제작하여 이온의 용출과 토양 중 이온 분포 특성을 조사하였다. 석고의 혼합비율별로 토주의 $K_{sat}$값을 측정한 결과, 석고 혼합 0%에서는 최종적으로 투수가 정지하여 $K_{sat}$ 0 cm $hr^{-1}$을 나타내었고, 석고 0.2% 혼합에서는 0.01 cm $hr^{-1}$를 나타내었으며, 석고 0.4% 이상의 혼합에서는 투수성이 크게 증가하여 0.3 cm $hr^{-1}$ 이상의 $K_{sat}$ 값을 나타내었다. 석고의 혼합비율별 용출액의 EC는 초기 104.2~164.8 dS $m^{-1}$에서부터 141시간 용출 후 크게 감소하여 석고 혼합비율에 따라 0.1~0.6 dS $m^{-1}$을 나타내었다. 석고 혼합비율별 토주 토양내 양이온 함량에 대한 용출된 각 양이온의 비율은 석고 혼합비율이 증가됨에 따라 모든 이온에서 증가하여 석고 혼합비 0.8% > 0.6% > 0.4% > 0.2% 순을 나타내었다. 또한 모든 석고 혼합비율에서 토양내 양이온 함량에 대한 용출 양이온의 비율은 $Na^+>Mg^{2+}>K^+>Ca^{2+}$ 순으로 높았다. 석고혼합토주의 용출 시험 후 토주내 토양의 EC는 시험 전 33.9 dS $m^{-1}$에 비해 98.8% 이상 저하되었다. 토양의 치환성 $Ca^{2+}$는 크게 증가하여 석고 혼합비에 따라 1.7~3.1 $cmol_c\;kg^{-1}$의 함량을 나타낸 반면, 치환성 $Na^+$, $Mg^{2+}$, $K^+$이온은 각각 1.1, 1.3, 0.6 $cmol_c\;kg^{-1}$ 이하의 함량을 나타내었다.
Serious problems in reclaimed land for agriculture are high soil salinity and very poor vertical drainage. However, desalinization in these soils is very difficult. To identify the change of soil permeability by the gypsum incorporation in soils we observed elution patterns and salt distribution of ...
Serious problems in reclaimed land for agriculture are high soil salinity and very poor vertical drainage. However, desalinization in these soils is very difficult. To identify the change of soil permeability by the gypsum incorporation in soils we observed elution patterns and salt distribution of the soil using soil columns packed with reclaimed saline soil with various rates of gypsum amendment. Saturated hydraulic conductivity ($K_{sat}$) of the top soil of reclaimed saline soils without gypsum incorporation was close 0 cm $hr^{-1}$ while $K_{sat}$ increased up to 0.3 cm $hr^{-1}$ with increasing amount of gypsum for 0.4% or more gypsum. Also $K_{sat}$ of the reclaimed saline soils for top soil was drastically increased to 1.0 cm $hr^{-1}$ or slightly greater after 141 hour's elution experiment. The cumulative amount of cation recovered in the effluent also increased in the order of gypsum incorporation rate 0.8% > 0.6% > 0.4 > 0.2%. Soil EC in soil columns decreased from initial 33.9 dS $m^{-1}$ to less than 0.4 dS $m^{-1}$ and exchangeable Ca 2+ increased by 32~140% according to gypsum incorporation rate.
Serious problems in reclaimed land for agriculture are high soil salinity and very poor vertical drainage. However, desalinization in these soils is very difficult. To identify the change of soil permeability by the gypsum incorporation in soils we observed elution patterns and salt distribution of the soil using soil columns packed with reclaimed saline soil with various rates of gypsum amendment. Saturated hydraulic conductivity ($K_{sat}$) of the top soil of reclaimed saline soils without gypsum incorporation was close 0 cm $hr^{-1}$ while $K_{sat}$ increased up to 0.3 cm $hr^{-1}$ with increasing amount of gypsum for 0.4% or more gypsum. Also $K_{sat}$ of the reclaimed saline soils for top soil was drastically increased to 1.0 cm $hr^{-1}$ or slightly greater after 141 hour's elution experiment. The cumulative amount of cation recovered in the effluent also increased in the order of gypsum incorporation rate 0.8% > 0.6% > 0.4 > 0.2%. Soil EC in soil columns decreased from initial 33.9 dS $m^{-1}$ to less than 0.4 dS $m^{-1}$ and exchangeable Ca 2+ increased by 32~140% according to gypsum incorporation rate.
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문제 정의
본 연구는 석고의 시용이 사질 간척지 토양의 투수성과 제염에 미치는 영향을 구명하고자, 아직 작물재배가 이루어지지 않은 간척지 토양의 표토와 심토를 기본재료로 활용하여 석고의 혼합비율별 토주를 제작하고 토양의 이화학성을 조사·분석하였다.
제안 방법
토주는 2 mm체를 통과시킨 표토에 분말상태의 시약용 석고 (CaSO4 · 2H2O)를 건토 중량 기준으로 0%, 0.2%, 0.4%, 0.6%, 0.8% 비율로 완전히 혼합한 후 50 cm의 Acryl column (I.D 4.9 cm)에 토주의 높이를 30 cm로 충진하여 만들었다.
토성 (Soil texture)은 토양을 5% Sodium hexametaphosphate 용액에 의해 분산시킨 후 ASTM #152 Hydrometer 법으로 분석하였고, 양이온치환용량 (cation exchange capacity, CEC)은 1N-Ammonium acetate법으로 분석하였으며 유기물함량 (organic matter, OM)은 Tyurin법으로 분석 하였다. 토양의 치환성양이온분석은 토양시료에 80% 에탄올을 1:10의 비율로 가하고 30분간 진탕한 뒤 원심분리 하여 상등액을 제거하는 방식으로 3회 세척하여 가용성 양이온을 제거한 후 토양을 1N NH4OAc 용액 (pH 7.0)으로 침출하여 침출액의 양이온을 ICP (Varian Vista- MPX)를 사용하여 분석하였다. Table 1에 시험토양의 물리․ 화학성을 나타내었다.
시험토양의 석고 혼합비율에 따른 토양의 투수성 및 용 질이동 양상을 구명하고자 석고의 혼합비율별로 토주를 만들어 토양의 Ksat값 및 양이온 용출 특성을 조사하였다. 토주는 2 mm체를 통과시킨 표토에 분말상태의 시약용 석고 (CaSO4 · 2H2O)를 건토 중량 기준으로 0%, 0.
Ksat의 측정은 토주를 증류수로 하향 포화시킨후 토주의 상단부에 10 cm깊이로 일정수두 (Constant head method)를 두고 토주의 바닥면에서 용출수를 수집하여 시간 경과에 따른 Ksat의 변화와 용출수의 EC 변화 및 양이온의 용출특성을 조사하였다. 또한 토주의 용출시험을 종료한 후 토주의 토양을 5 cm단위로 절단하여 토양의 화학성을 분석하였다. 이 때 Ksat은 Darcy’s Law에 따라 계산하였다 (Hillel, 1998).
고염도 간척지 토양에서 석고시용에 따른 토양의 제염특성을 알아보고자 석고의 혼합비율별 토주를 제작하여 이온의 용출과 토양 중 이온 분포 특성을 조사하였다. 석고의 혼합비율별로 토주의 Ksat값을 측정한 결과, 석고 혼합 0%에서는 최종적으로 투수가 정지하여 Ksat 0 cm hr-1을 나타내었고, 석고 0.
30 g cm-3로 하였다. Ksat의 측정은 토주를 증류수로 하향 포화시킨후 토주의 상단부에 10 cm깊이로 일정수두 (Constant head method)를 두고 토주의 바닥면에서 용출수를 수집하여 시간 경과에 따른 Ksat의 변화와 용출수의 EC 변화 및 양이온의 용출특성을 조사하였다. 또한 토주의 용출시험을 종료한 후 토주의 토양을 5 cm단위로 절단하여 토양의 화학성을 분석하였다.
대상 데이터
시험토양은 간척 후 작물재배가 이루어지지 않은 전북 김제시 광활면 인근 새만금 간척지의 문포통 토양을 선택하였다. 토양시료는 이 토양의 대표지점에서 지표면에서 30 cm 깊이까지의 표토와 30～60 cm 깊이의 심토를 채취하여 음건 후 2 mm 체를 통과시킨 것을 토양의 물리․화학성 분석과 토주 (Soil column) 실험에 사용하였다.
시험토양은 간척 후 작물재배가 이루어지지 않은 전북 김제시 광활면 인근 새만금 간척지의 문포통 토양을 선택하였다. 토양시료는 이 토양의 대표지점에서 지표면에서 30 cm 깊이까지의 표토와 30～60 cm 깊이의 심토를 채취하여 음건 후 2 mm 체를 통과시킨 것을 토양의 물리․화학성 분석과 토주 (Soil column) 실험에 사용하였다. 토양분석은 농촌진흥청의 토양화학분석법 (1988)에 준하여 분석하였다.
이론/모형
토양시료는 이 토양의 대표지점에서 지표면에서 30 cm 깊이까지의 표토와 30～60 cm 깊이의 심토를 채취하여 음건 후 2 mm 체를 통과시킨 것을 토양의 물리․화학성 분석과 토주 (Soil column) 실험에 사용하였다. 토양분석은 농촌진흥청의 토양화학분석법 (1988)에 준하여 분석하였다. 토성 (Soil texture)은 토양을 5% Sodium hexametaphosphate 용액에 의해 분산시킨 후 ASTM #152 Hydrometer 법으로 분석하였고, 양이온치환용량 (cation exchange capacity, CEC)은 1N-Ammonium acetate법으로 분석하였으며 유기물함량 (organic matter, OM)은 Tyurin법으로 분석 하였다.
토양분석은 농촌진흥청의 토양화학분석법 (1988)에 준하여 분석하였다. 토성 (Soil texture)은 토양을 5% Sodium hexametaphosphate 용액에 의해 분산시킨 후 ASTM #152 Hydrometer 법으로 분석하였고, 양이온치환용량 (cation exchange capacity, CEC)은 1N-Ammonium acetate법으로 분석하였으며 유기물함량 (organic matter, OM)은 Tyurin법으로 분석 하였다. 토양의 치환성양이온분석은 토양시료에 80% 에탄올을 1:10의 비율로 가하고 30분간 진탕한 뒤 원심분리 하여 상등액을 제거하는 방식으로 3회 세척하여 가용성 양이온을 제거한 후 토양을 1N NH4OAc 용액 (pH 7.
석고의 혼합비율이 증가할수록 Ksat는 증가하였는데, 이는 두 가지 요인 때문으로 판단된다. 즉, 첫째는 토양 중 Ca2+ 이온이 증가할수록 양이온치환반응에 의한 점토입자의 치환성 Ca2+의 함량은 증가되고 이에 따라 점토입자가 안정화되고 분산이 감소하여 Ksat 가 증가하는 것이고, 둘째는 석고의 혼합비율이 증가할 수록 점토의 표면에서 Ca2+와의 치환 반응으로 토양용액으로 유리되어 나오는 Na+ 등 양이온의 양이 증가하게 되고 따라서 침출수의 전해질 농도가 증가하게 되어 토양의 투수성이 증대되는 것으로 해석되었다 (Quirk and Schofield, 1955; Rao et al. 1995; Shainberg et al., 1988; Yoo and Lee, 1988).
Figure 2에 석고혼합 토주의 하단에서 수집된 용출수의 EC를 시간경과에 대하여 나타내었다. 석고 0.2%혼합처리 토주의 용출액 EC는 초기 매우 높은 수치인 164.8 dS m-1을 나타내었으나, 이후 빠르게 감소되어 28시간 경과 후 0.7 dS m-1으로 감소하였고 141시간 경과 후에는 0.6 dS m-1까지 감소하였다. 석고 0.
모든 석고 혼합비율에서 용출된 누적양이온은 Na+ > Mg2+ > K+ > Ca2+ 순으로 많았고 각 양이온의 누적량은 석고 혼합비율이 증가됨에 따라 증가하였다.
또한 모든 석고 혼합비율에서 토양내 양이온 함량에 대한 용출 양이온의 비율은 Na+ > Mg2+ > K+ > Ca2+ 순으로 높았다.
또한 모든 석고 혼합비율에서 토양내 각 양이온 함량에 대한 용출 양이온의 비율은 Na+ > Mg2+ > K+ > Ca2+ 순으로 높았다.
양이온이 용출되는 속도는 Na+ > Mg2+ > K+ > Ca2+ 순으로 빨랐는데, 용출 시작 22.5시간 경과 후 모든 석고혼합 토주에서 Na+ 이온은 76.8% 이상, Mg2+ 이온은 68.1% 이상, K+ 이온은 31.4% 이상, Ca2+이온은 13.7% 이상 용출되었다.
6 dS m-1을 나타내었다. 따라서 투수성이 증대되면 시험토양의 제염은 비교적 용이하다는 결과를 나타냈다. 이는 투수성 불량의 주된 원인이 점토의 분산과 분산된 점토에 의한 공극의 막힘 현상이므로 석고의 혼합으로 토양중 점토의 분산이 경감되면 토양의 투수성이 증대되고 이에 따라 토양의 제염이 용이해지기 때문으로 추정된다 (Quirk and Schofield, 1955; Frenkel et al.
석고 혼합비율별 토주 토양내 양이온 함량에 대한 용출된 각 양이온의 비율은 석고 혼합비율이 증가됨에 따라 모든 이온에서 증가하여 석고 혼합비 0.8% > 0.6% > 0.4% > 0.2% 순을 나타내었다.
고염도 간척지 토양에서 석고시용에 따른 토양의 제염특성을 알아보고자 석고의 혼합비율별 토주를 제작하여 이온의 용출과 토양 중 이온 분포 특성을 조사하였다. 석고의 혼합비율별로 토주의 Ksat값을 측정한 결과, 석고 혼합 0%에서는 최종적으로 투수가 정지하여 Ksat 0 cm hr-1을 나타내었고, 석고 0.2% 혼합에서는 0.01 cm hr-1를 나타내었으며, 석고 0.4% 이상의 혼합에서는 투수성이 크게 증가하여 0.3 cm hr-1 이상의 Ksat 값을 나타내었다. 석고의 혼합비율별 용출액의 EC는 초기 104.
또한 모든 석고 혼합비율에서 토양내 양이온 함량에 대한 용출 양이온의 비율은 Na+ > Mg2+ > K+ > Ca2+ 순으로 높았다. 석고혼합 토주의 용출 시험 후 토주내 토양의 EC는 시험 전 33.9 dS m-1에 비해 98.8% 이상 저하되었다. 토양의 치환성 Ca2+는 크게 증가하여 석고 혼합비에 따라 1.
질의응답
핵심어
질문
논문에서 추출한 답변
간척지 토양의 담수 처리를 진행하면 어떤 결과가 나타나는가?
가용성염류와 치환성나트륨이 과도하게 함유되어 있는 간척지 토양의 제염을 위해 담수처리를 하면 치환성나트륨의 가수분해가 증가되면서 pH가 상승하고, 토양입자의 분산과 팽윤현상으로 인하여 토양공극의 크기가 감소되거나 폐쇄되어 투수성이 현저하게 낮아진다. 담수에 의한 수직배수로 간척지토양의 염농도를 낮추기 위해서는 제염과정 중에 충분한 수리전도도를 유지시켜 주는 것이 중요하며, 이를 위해 석고 등과 같은 토양개량제를 공급하여 토양내 치환성나트륨 함량을 감소시키고 동시에 석회포화도를 증진시켜 제염진행 중에 투수 성이 감소하는 것을 방지해야 한다 (Koo et al, 1988).
염스트레스는 어떤 형태로 식물체에 손상을 주는가?
토양중 높은 염분 함량은 식물에 염 스트레스 (salt stress) 를 주는데, 염스트레스는 3가지 형태로 식물체에 손상을 준다. 첫째는 고농도의 염 특히, 높은 Na+ 농도는 점토의 분산을 일으키고 토양의 공극을 감소시켜 토양의 공기와 수분의 유통을 악화시키는 점이고, 둘째는 고농도의 염은 생리적 가뭄 (physiological drought)의 한가지 형태인 낮은 수분퍼텐셜을 발생시켜서 수분과 양분의 흡수를 어렵게 하는 점이며, 세째는 특정한 이온 특히 Na+와 Cl-의 독성 효과이다 (Hopkins and Hüner,2004). 따라서 간척지를 효율적으로 활용하기 위해서는 간척지 토양에 대한 제염이 선행되어야 한다.
간척지토양의 제염 과정 중에 수리 전도도를 유지시키기 위해서 무엇을 해야 하는가?
가용성염류와 치환성나트륨이 과도하게 함유되어 있는 간척지 토양의 제염을 위해 담수처리를 하면 치환성나트륨의 가수분해가 증가되면서 pH가 상승하고, 토양입자의 분산과 팽윤현상으로 인하여 토양공극의 크기가 감소되거나 폐쇄되어 투수성이 현저하게 낮아진다. 담수에 의한 수직배수로 간척지토양의 염농도를 낮추기 위해서는 제염과정 중에 충분한 수리전도도를 유지시켜 주는 것이 중요하며, 이를 위해 석고 등과 같은 토양개량제를 공급하여 토양내 치환성나트륨 함량을 감소시키고 동시에 석회포화도를 증진시켜 제염진행 중에 투수 성이 감소하는 것을 방지해야 한다 (Koo et al, 1988).
참고문헌 (13)
Bock, E. 1961. On the solution of anhydrous calcium sulphate and of gypsum in concentrated solutions of sodium chloride at ${25^{\circ}C}$ , ${30^{\circ}C}$ , ${40^{\circ}C}$ , and ${50^{\circ}C}$ . Can. J. Chem. 39:1746-1751.
Bolan, N.S., J.K. Syers, M.A. Adey, and M.E. Sumner. 1996. Origin of the effect of pH on the saturated hydraulic conductivity of non-sodic soils. Commun. Soil Sci. Plant Anal. 27:2265-2278.
Brady, N.C. and R.R. Weil. 2002. The Nature and properties of soils. Prentice Hall.
Frenkel, H., J.O. Goertzen, and J.D. Roades. 1978. Effects of clay type and content, exchangeable sodium percentage, and electrolyte concentration on clay dispersion and soil hydraulic conductivity. Soil Sci. Soc. Am. J. 42:32-39.
Shainberg, I., N. Alperovitch, and R. Keren. 1988. Effect of magnesium on the hydraulic conductivity of Na-smectitesand mixtures. Clay and Clay Minerals. 36:432-438.
Yoo, S.H. and S.M. Lee.. 1988. Laboratory study on changes in hydraulic conductivity and chemical properties of effluent of soil during desalinization. J. Kor. Soc. Soil Sci. Fert. 21:3-10.
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