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문제 정의
- 따라서 본 연구의 목적은 중금속으로 오염된 광산 인근 농경지의 토양 특성 분석을 통해 중금속 복원에 따른 농경지의 토양질 평가를 위한 프로토콜을 제시하고 이를 이용한 토양질 평가의 예시를 제공하는 것이다.
- , 2008). 하지만 본 연구에서는 토양의 물리화학적 특성 분석을 통한 토양질을 평가함으로서 중금속 오염 농경지의 토양질 평가를 위한 프로토콜을 제시하였으며 토양 등급 화를 통한 토양질 평가를 통해 복원에 따른 작물재배 효율성 증대 방안을 제시하였다.
제안 방법
- 토양의 특성 중 토성(soil texture)은 hydrometer법에 의해 분석하였으며 화학적 질 평가 항목에 대한 분석은 국립농업과학기술원의 토양 및 식물체 분석법 (2000)에 준하여 실험하였다. 토양의 pH(1:1)와 EC(1:1)는 풍건토양 50 g에 증류수 50 ml 을 가하여 30분간 진탕하고 Whatman No. 2로 여과시킨 후 pH meter (Orion mode 921A)와 EC meter (Orion model 50 conductivity meter)를 이용하여 각각 측정하였다. 유기물 함량은 walkely-black 방법에 따라 1N K2Cr2O7을 가하여 반응시킨 후 UV/Vis Spectrophotometer (UV 240 Schimadzu, Japan)로 파장 610 nm에서 비색 정량하였다.
- 1 방법으로 추출하여 ammonium paramolybdate 로 발색시킨 후 파장 660 nm에서 UV/Visible spectrophotometer를 이용하여 비색 정량하였다. 총 질소는 토양 1g을 H2SO4-H2O2 습식 분해 후 분해액을 Kjeltec system (2300 Kjeltec analyzer, FOSS)을 이용하여 측정하였다. 치환성 양이온은 1M NH4OAc (pH 7.
- 총 질소는 토양 1g을 H2SO4-H2O2 습식 분해 후 분해액을 Kjeltec system (2300 Kjeltec analyzer, FOSS)을 이용하여 측정하였다. 치환성 양이온은 1M NH4OAc (pH 7.0) 용액으로 침출 후 AAS (Atomic Absorption Spectrophotometer, Shmadzu, Japan) 를 이용하여 Ca, Mg, K, Na의 함량을 측정하였다. 토양의 중금속 분석을 위한 전처리는 토양오염공정시험법의 전함량 분석법(aqua regia)에 준하였으며 기기분석은 ICP-OES (Thermo, iCAP 6000 series, USA)를 이용하여 실시하였다.
- 중금속 오염 토양을 대상으로 토양질 (soil quality)평가를 위해 최소단위군 (minimum data set) 선정 및 토양의 각 세부지표에 대한 등급화와 점수화 (scoring)를 실시하였다. 최소단위군 선정을 위해서는 통계 프로그램인 SAS 10.
- 연구 대상 지역의 농경지를 대상으로 복원 전의 토양질 평가를 위해 토양의 특성 분석을 실시하였다 (Table 2). 농경지(논과 밭)의 토양 모두 사질양토 (silt loamy)적 토성을 가지고 있었으며 논과 밭에 대해 수분함량은 각각 6.
- 연구 대상 지역의 토양 특성 결과와 각 항목별 모델식을 이용하여 각 토양 항목에 대한 토양질 평가를 실시하였다 (Fig. 1). 논과 밭의 토양 특성에 따른 토양질 평가 결과 논토양의 경우 토양 pH 와 전기전도도(EC)를 제외한 모든 항목이 적정범위에서 벋어나는 것으로 조사되었으며 밭토양의 경우 양이온 치환용량(CEC)을 제외한 모든 항목에서 토양의 적정범위에 포함되지 않은 것으로 조사되었다.
대상 데이터
- 연구 대상 지역은 충청북도단양군 적성면 상원곡리 및 하원곡리에 위치한 농경지이며 공시 토양 시료는 표토(0-30cm)를 대상으로 채취하였다. 논과 밭을 대상으로 총 5개의 시료를 채취한 후 합하여 하나의 샘플로 만들었으며 시료 채취 후 토양은 풍건한 후 2mm 체로 체거름하여 토양의 물리‧ 화학적 특성 및 중금속 분석을 위한 시료로 사용하였다.
- 연구 대상 지역은 충청북도단양군 적성면 상원곡리 및 하원곡리에 위치한 농경지이며 공시 토양 시료는 표토(0-30cm)를 대상으로 채취하였다. 논과 밭을 대상으로 총 5개의 시료를 채취한 후 합하여 하나의 샘플로 만들었으며 시료 채취 후 토양은 풍건한 후 2mm 체로 체거름하여 토양의 물리‧ 화학적 특성 및 중금속 분석을 위한 시료로 사용하였다. 토양의 생물학적 특성 평가를 위해서는 풍건을 하지 않은 시료를 사용하였다.
데이터처리
- 중금속 오염 토양을 대상으로 토양질 (soil quality)평가를 위해 최소단위군 (minimum data set) 선정 및 토양의 각 세부지표에 대한 등급화와 점수화 (scoring)를 실시하였다. 최소단위군 선정을 위해서는 통계 프로그램인 SAS 10.0을 이용하여 주요인분석 (principle component analysis)을 실시하였으며 선정된 최소단위군에 대한 토양 특성을 이용하여 표준 등급 시스템 구축을 위한 모델식을 산정하였다 (Glover, et al., 2000).
- 토양질 평가를 위한 최소단위군 선정을 위해 통계기법인 주요인분석 (principle component analysis)을 사용하였다. Principal component analysis (PCA)를 이용한 토양의 물리화학적 특성에 대한 factor analysis 분석결과, factor 3까지의 축적지수(cumulative)가약 84%인 것으로 나타났으며 토양의 물리적 특성 중 상관관계가 큰 변수는 용적밀도인 것으로 조사되었다 (Table 4).
이론/모형
- 토양의 물리‧ 화학 특성을 평가하기 위한 시험 방법 및 기기는 Table 1에 정리하였다. 토양의 특성 중 토성(soil texture)은 hydrometer법에 의해 분석하였으며 화학적 질 평가 항목에 대한 분석은 국립농업과학기술원의 토양 및 식물체 분석법 (2000)에 준하여 실험하였다. 토양의 pH(1:1)와 EC(1:1)는 풍건토양 50 g에 증류수 50 ml 을 가하여 30분간 진탕하고 Whatman No.
- 2로 여과시킨 후 pH meter (Orion mode 921A)와 EC meter (Orion model 50 conductivity meter)를 이용하여 각각 측정하였다. 유기물 함량은 walkely-black 방법에 따라 1N K2Cr2O7을 가하여 반응시킨 후 UV/Vis Spectrophotometer (UV 240 Schimadzu, Japan)로 파장 610 nm에서 비색 정량하였다. 유효인산 함량은 bray No.
- 유기물 함량은 walkely-black 방법에 따라 1N K2Cr2O7을 가하여 반응시킨 후 UV/Vis Spectrophotometer (UV 240 Schimadzu, Japan)로 파장 610 nm에서 비색 정량하였다. 유효인산 함량은 bray No.1 방법으로 추출하여 ammonium paramolybdate 로 발색시킨 후 파장 660 nm에서 UV/Visible spectrophotometer를 이용하여 비색 정량하였다. 총 질소는 토양 1g을 H2SO4-H2O2 습식 분해 후 분해액을 Kjeltec system (2300 Kjeltec analyzer, FOSS)을 이용하여 측정하였다.
- 0) 용액으로 침출 후 AAS (Atomic Absorption Spectrophotometer, Shmadzu, Japan) 를 이용하여 Ca, Mg, K, Na의 함량을 측정하였다. 토양의 중금속 분석을 위한 전처리는 토양오염공정시험법의 전함량 분석법(aqua regia)에 준하였으며 기기분석은 ICP-OES (Thermo, iCAP 6000 series, USA)를 이용하여 실시하였다.
성능/효과
- 논과 밭을 대상으로 5가지 중금속(As, Cd, Cu, Pb, Zn)에 대한 농도를 분석한결과 논과 밭 모두 비소(Arsenic, As)에 대해 토양오염 대책 기준(75 mg kg-1)을 상회하는 것으로 조사되었다(Table 3). 밭의 경우 비소의 오염 농도는 165.
- 납 (Lead, Pb) 역시 밭토양에서는 조사 지점 모두 우려기준 (200 mg kg-1) 또는 대책기준 (600 mg kg-1)을 초과하는 것으로 조사되었다. 따라서 대상 지역 토양의 중금속 오염도는 비소, 카드뮴, 납에 대해 오염이 심한 것으로 조사되었다.
- 토양질 평가를 위한 최소단위군 선정을 위해 통계기법인 주요인분석 (principle component analysis)을 사용하였다. Principal component analysis (PCA)를 이용한 토양의 물리화학적 특성에 대한 factor analysis 분석결과, factor 3까지의 축적지수(cumulative)가약 84%인 것으로 나타났으며 토양의 물리적 특성 중 상관관계가 큰 변수는 용적밀도인 것으로 조사되었다 (Table 4). 토양의 화학적 특성중 상관관계가 큰 변수로는 NH4-N, NO3-N, pH, EC, 그리고 CEC인 것으로 조사되어 토양의 화학적 질에 대한 평가 시 반드시 고려되어야 할 변수인 것으로 사료된다.
- 50 g cm-3로 비슷한 값을 나타내었다. 토양의 화학적 특성 평가 결과 논의 경우 토양 pH, 유기물함량, 유효인산 등의 값이 적정범위 안에 분포하는 반면 밭의 경우 토양 pH의 적정 범위(6.0-6.5)에 비해 높은 것으로 조사되었으며 유기물함량과 유효인산 모두 적정범위에 비해 낮은 것으로 조사되었다. 암모니아태 질소의 경우 논 (10.
- 1). 논과 밭의 토양 특성에 따른 토양질 평가 결과 논토양의 경우 토양 pH 와 전기전도도(EC)를 제외한 모든 항목이 적정범위에서 벋어나는 것으로 조사되었으며 밭토양의 경우 양이온 치환용량(CEC)을 제외한 모든 항목에서 토양의 적정범위에 포함되지 않은 것으로 조사되었다. 중금속 오염 농경지에 대한 토양질 평가의 경우 중금속 농도에 따른 유해성 평가에 초점을 맞춘 오염도 평가지수 방법이 주로 사용되어 왔다 (Li et al.
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