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문제 정의
- 본 연구에서는 바이오 에너지 생산 원료로 각광받고 있는 거대억새의 재배단지 조성에 따른 토양 특성 변화를 조사하였다. 유휴농경지, 1년생 거대억새 단지, 2년생 거대억새 단지 별로 4월과 8월 2회에 걸쳐서 토양 시료를 채취하고, 토양의 입도, 양이온교환용량, pH, 전기전도도, 중금속의 존재 형태를 분석하였다.
- , 2010), 새로운 식물의 대량 재배 시 이에 대한 환경 및 생태학적 영향에 대한 조사 또한 반드시 실행되어야 할 것으로 판단된다. 이에 본 연구에서는 거대억새 재배단지가 대규모로 조성되어 있는 단지 내 토양 특성 변화를 분석하고 기초적인 환경 영향 평가를 수행하였다. 토양 특성 분석을 위하여 유휴농경지, 1년생 거대억새 단지, 2년생 거대억새 단지 별로 토양의 이화학 분석을 수행하였고, 5단계별 연속 추출을 수행하여 토양의 중금속 존재 형태를 살펴보았다.
제안 방법
- 거대억새 재배지와 유휴 농경지 토양의 화학적 특성을 알아보고자 1년생, 2년생, 유휴 농경지 토양을 표층에서 0∼15 cm, 15∼30 cm, 30∼45 cm 토양 깊이 별로 오거를 이용하여 총 18개의 토양시료를 채취하였다.
- 본 연구에서는 바이오 에너지 생산 원료로 각광받고 있는 거대억새의 재배단지 조성에 따른 토양 특성 변화를 조사하였다. 유휴농경지, 1년생 거대억새 단지, 2년생 거대억새 단지 별로 4월과 8월 2회에 걸쳐서 토양 시료를 채취하고, 토양의 입도, 양이온교환용량, pH, 전기전도도, 중금속의 존재 형태를 분석하였다. 조사 대상 지역 모두 토성은 미사질 양토로 나타났다.
- 입도분석, pH 및 EC, 토양의 양이온교환용량은 유휴농경지, 1년생, 2년생 거대억새 재배지의 0∼15 cm 지점 토양을 분석하였다.
- 입도분석, pH 및 EC, 토양의 양이온교환용량은 유휴농경지, 1년생, 2년생 거대억새 재배지의 0∼15 cm 지점 토양을 분석하였다. 입도분석은 풍건 후 2 mm 체를 통과시킨 시료를 입도분석기 (Microtrac, Bluewave S5396, USA)를 이용하여 분석하였다. pH와 EC는 토양과 증류수의 비율을 1：5로 희석ㆍ교반한 현탁액을 pH/EC 측정기 (Sevenmulti S40, Mettler Toledo, Switzerland)로 측정하였다.
- 이에 본 연구에서는 거대억새 재배단지가 대규모로 조성되어 있는 단지 내 토양 특성 변화를 분석하고 기초적인 환경 영향 평가를 수행하였다. 토양 특성 분석을 위하여 유휴농경지, 1년생 거대억새 단지, 2년생 거대억새 단지 별로 토양의 이화학 분석을 수행하였고, 5단계별 연속 추출을 수행하여 토양의 중금속 존재 형태를 살펴보았다.
- pH와 EC는 토양과 증류수의 비율을 1：5로 희석ㆍ교반한 현탁액을 pH/EC 측정기 (Sevenmulti S40, Mettler Toledo, Switzerland)로 측정하였다. 토양의 양이온교환용량 (Cation exchange capacity, CEC)은 1-N NH4OAc에 의한 침출 후 ICP-MS(Agilent 7500 Series, USA)를 이용하여 분석하였다. 총인과 총질소는 유휴농경지, 1년생, 2년생 거대억새 재배지의 심도별 풍건 토양시료 1 g에 HClO4 20 ml를 넣고 분해 후 그 용액을 여과/희석하여 수질오염공정시험법에 따라 총질소와 총인을 분석하였다.
- 강우에 의한 토양 특성의 비교를 위하여 1차 토양시료의 채취 시기는 건기 (2013년 4월)에, 2차 토양시료의 채취는 우기 (2013년 8월)가 끝난 직후 실시하였다. 토양의 입도 분석을 위하여 대상필지별로 가로 30 cm, 세로 30 cm 크기로 경작지별로 2지점씩 표층토양을 채취한 다음 폴리에틸렌 봉지에 넣어 운반하였다. 거대억새 재배지와 유휴 농경지 토양의 화학적 특성을 알아보고자 1년생, 2년생, 유휴 농경지 토양을 표층에서 0∼15 cm, 15∼30 cm, 30∼45 cm 토양 깊이 별로 오거를 이용하여 총 18개의 토양시료를 채취하였다.
대상 데이터
- 토양 시료 채취 지점의 위도 및 경도는 Table 1에 나타내었다. 강우에 의한 토양 특성의 비교를 위하여 1차 토양시료의 채취 시기는 건기 (2013년 4월)에, 2차 토양시료의 채취는 우기 (2013년 8월)가 끝난 직후 실시하였다. 토양의 입도 분석을 위하여 대상필지별로 가로 30 cm, 세로 30 cm 크기로 경작지별로 2지점씩 표층토양을 채취한 다음 폴리에틸렌 봉지에 넣어 운반하였다.
- 거대억새 식재에 따른 토양내 중금속 존재형태를 분석하기 위하여 거대억새의 근경이 접하고 있는 0∼15 cm 깊이에서 채취한 토양을 사용하였으며, 자연상태에서 완전건조하고, 파쇄하여 고르게 교반 후 1 g을 채취하였다.
- 토양 시료에 대한 조사는 용안지구 내 거대억새 재배단지의 1년생, 2년생 거대억새 재배지와 이를 비교하기 위하여 인근 유휴농경지에 대하여 진행하였다 (Fig. 1). 토양 시료 채취 지점의 위도 및 경도는 Table 1에 나타내었다.
이론/모형
- 거대억새 식재에 따른 토양내 중금속 존재형태를 분석하기 위하여 거대억새의 근경이 접하고 있는 0∼15 cm 깊이에서 채취한 토양을 사용하였으며, 자연상태에서 완전건조하고, 파쇄하여 고르게 교반 후 1 g을 채취하였다. 이후 Tessier et al. (1979)가 제안한 단계별 추출법 (Sequential Extraction Method)에 의하여 시료를 추출하여 ICP-OES (PerkinElmer, Optima 8300, USA) 분석을 실시하였다. 연속추출법에서 Ⅰ단계는 이온교환 형태, Ⅱ단계는 탄산염과 결합된 형태, Ⅲ단계는 철과 망간 산화물에 결합된 형태, Ⅳ단계는 유기물 및 황화물과 결합된 형태, Ⅴ단계는 잔류형태로 존재하며, 중금속의 총함량은 Ⅰ에서 Ⅴ단계까지 합한 값을 사용하였다 (Table 2).
- 중금속의 존재 형태를 Tessier et al. (1979) 방법에 따라서, 다른 화학 용액을 사용하여 토양내 중금속을 5단계로 추출하였다. Ⅰ단계는 교환성 형태, Ⅱ단계는 탄산염과 결합된 형태, Ⅲ단계는 철과 망간 산화물에 결합된 형태, Ⅳ단계는 유기물 및 황화물과 결합된 형태, Ⅴ단계는 잔류물로서, Ⅰ∼Ⅴ단계로 단계가 증가할수록 중금속이 토양과 더 강하게 결합되어 있다.
- 토양의 양이온교환용량 (Cation exchange capacity, CEC)은 1-N NH4OAc에 의한 침출 후 ICP-MS(Agilent 7500 Series, USA)를 이용하여 분석하였다. 총인과 총질소는 유휴농경지, 1년생, 2년생 거대억새 재배지의 심도별 풍건 토양시료 1 g에 HClO4 20 ml를 넣고 분해 후 그 용액을 여과/희석하여 수질오염공정시험법에 따라 총질소와 총인을 분석하였다. 거대억새 식재에 따른 토양내 중금속 존재형태를 분석하기 위하여 거대억새의 근경이 접하고 있는 0∼15 cm 깊이에서 채취한 토양을 사용하였으며, 자연상태에서 완전건조하고, 파쇄하여 고르게 교반 후 1 g을 채취하였다.
성능/효과
- 조사 대상 지역 모두 토성은 미사질 양토로 나타났다. 1년생과 2년생 거대억새 재배지 토양의 양이온교환용량은 각각 5.58과 5.72 cmol/kg으로 유휴농경지 토양의 양이온교환용량 (6.07 cmol/kg) 보다 작게 나타났으며, 거대억새 재배에 의해서 토양의 양이온교환용량이 감소하였다. 거대억새 재배지의 경우 토양 의 pH가 낮아 거대억새 재배시 토양 pH 관리가 요구 된다.
- 조사 대상 지역 모두에서 토양의 전기전도도가 상대적으로 높게 나타나 염류가 집적되어 있다. 2년생 거대억새 재배지의 전기전도도 (35.80 ds/m)는 다른 조사 지역 토양의 전기전도도 (유휴농경지: 55.63 dS/m, 1년생 거대억새 단지: 55.80 dS/m) 보다 낮게 나타나 거대억새 재배에 의한 토양 염류 제거가 효과적임을 알 수 있다. 중금속의 존재 형태 분석 결과, 2년생 거대억새 단지에서 토양 중 중금속은 유휴농경지에 비하여 보다 불안정한 상태로 존재하는 것으로 나타났는데, 이는 거대억새 단지의 낮은 pH와 거대억새 뿌리에서 분비되는 phytosiderophores라는 물질이 금속을 용출시키기 때문이다.
- , 1999). As, Cu, Ni, Pb, Zn의 가지역 토양오염 우려기준은 각각, 6, 50, 40, 100, 300 mg/kg으로 유휴농경지, 1년생 및 2년생 거대억새 재배지의 As, Cu, Ni, Pb, Zn은 토양오염 우려 기준 이하로 나타났다.
- 6 %)에 비하여 높다. 각 중금속 중에 가장 안정한 형태인 잔류 형태는 2년생 거대억새 단지 토양에서 차지하는 비율이 유휴농경지 토양에 비하여 같거나 작았다. 잔류 형태 다음으로 안정한 형태인 유기물 및 황화물 결합 형태를 함께 고려 시, 2년생 거대억새 재배지 토양에서 잔류 형태와 유기물 및 황화물 결합 형태의 비율은 유휴농경지 토양의 비율 보다 낮다.
- 건기에 유휴농경지 토양에서 질소 농도는 토양 깊이가 0∼15 cm에서 30∼45 cm로 증가할수록 질소의 함량이 14.8 g/kg에서 10.7 g/kg으로 감소하였다.
- 2에 나타내었다. 실험결과 건기 (4월)와 우기 (8월)에 따른 농도 차이가 가장 뚜렷하게 나타났으며, 건기 보다는 우기에 토양에 존재하는 질소의 함량이 낮았다. 이는 토양에 침투된 빗물에 의해 질소가 토양으로부터 용탈되기 때문으로 판단된다.
- 유휴농경지, 1년생 거대억새 단지, 2년생 거대억새 단지 별로 4월과 8월 2회에 걸쳐서 토양 시료를 채취하고, 토양의 입도, 양이온교환용량, pH, 전기전도도, 중금속의 존재 형태를 분석하였다. 조사 대상 지역 모두 토성은 미사질 양토로 나타났다. 1년생과 2년생 거대억새 재배지 토양의 양이온교환용량은 각각 5.
- , 2006), 세 지역 모두 일반적인 미사질 양토의 양이온교환용량 범위에 있다. 토양의 pH는 유휴농경지의 경우 6.39, 1년생 거대억새 재배지는 6.09, 2년생 거대억새 재배지의 경우 5.64로 거대억새 재배에 따라 토양의 pH가 감소하였다. 특히, 2년생 거대억새 재배지의 pH는 6 이하로 영양원소들의 유효도가 낮아질 우려가 있다 (Kim et al.
후속연구
- 전라북도 익산시 용안면 금강하구에 위치한 거대억새 재배지구는 농촌진흥청이 추진하고 있는 ‘바이오매스 생산단지조성’지역으로 거대억새 재배면적은 128 ha로 알려져 있다. 용안지구에 식재된 거대억새는 농촌진흥청이 개발한 품종으로 향후 바이오에탄올, 연료용 펠릿, 조사료 등으로 활용할 목적을 가지고 있으며 금강하구 억새관광에도 활용될 계획이다. 이를 위하여 대규모로 경작지, 수로, 농로 등의 정비사업이 시행되었고, 4대강 사업에 의해 준설된 준설토로 일부 경작지가 복토 완료되었다.
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