Serious problems in reclaimed land agriculture are high soil salinity and poor vertical drainage, so desalinization in these soils is very difficult. Also, although desalinization is accomplished in reclaimed top soils, before long, soils are resalinized according to capillary rise of salts from the...
Serious problems in reclaimed land agriculture are high soil salinity and poor vertical drainage, so desalinization in these soils is very difficult. Also, although desalinization is accomplished in reclaimed top soils, before long, soils are resalinized according to capillary rise of salts from the subsurface soils. To resolve these problems, multi-layered soil columns with subsurface layer of macroporous medium utilizing coal bottom ash (CBA) were constructed and the effects of blocked resalinization of these soils were investigated. In this experiment soil samples were collected from Munpo series (coarse-loamy, nonacid, mixed, mesic, typic Fluvaquents). The soil texture was silt loam and the EC was $33.9dS\;m^{-1}$. As for groundwater seawater was used and groundwater level of 1 cm from the bottom was maintained. The overall rate of capillary rise was $2.38cm\;hr^{-1}$ in soil 60 cm column, $0.25cm\;hr^{-1}$ in topsoil (30 cm) + CBA (5 cm) + subsurface soil (10 cm) column and $0.08cm\;hr^{-1}$ in topsoil (30 cm) + CBA (10 cm) + subsurface soil (10 cm) column. In multi-layered soil columns with CBA 20, 30 cm layer, wetting front due to capillary rise could not be seen in top soil layer. After 70 days capillary rise experiment water soluble Na+ accumulated in top soil of soil columns with CBA 20, 30 cm was diminished by 92.8, 96.5% respectively in comparison with Na+ accumulated in top soil of soil 60 cm column because CBA layer cut off capillary rise of salts from the subsurface soil. From these results we could conclude that the macroporous layer utilizing CBA placed at subsurface layer cut off capillary rise of solutes from subsurface soil, resulting in lowered level of salinity in top soil and this method can be more effective in newly reclaimed saline soil.
Serious problems in reclaimed land agriculture are high soil salinity and poor vertical drainage, so desalinization in these soils is very difficult. Also, although desalinization is accomplished in reclaimed top soils, before long, soils are resalinized according to capillary rise of salts from the subsurface soils. To resolve these problems, multi-layered soil columns with subsurface layer of macroporous medium utilizing coal bottom ash (CBA) were constructed and the effects of blocked resalinization of these soils were investigated. In this experiment soil samples were collected from Munpo series (coarse-loamy, nonacid, mixed, mesic, typic Fluvaquents). The soil texture was silt loam and the EC was $33.9dS\;m^{-1}$. As for groundwater seawater was used and groundwater level of 1 cm from the bottom was maintained. The overall rate of capillary rise was $2.38cm\;hr^{-1}$ in soil 60 cm column, $0.25cm\;hr^{-1}$ in topsoil (30 cm) + CBA (5 cm) + subsurface soil (10 cm) column and $0.08cm\;hr^{-1}$ in topsoil (30 cm) + CBA (10 cm) + subsurface soil (10 cm) column. In multi-layered soil columns with CBA 20, 30 cm layer, wetting front due to capillary rise could not be seen in top soil layer. After 70 days capillary rise experiment water soluble Na+ accumulated in top soil of soil columns with CBA 20, 30 cm was diminished by 92.8, 96.5% respectively in comparison with Na+ accumulated in top soil of soil 60 cm column because CBA layer cut off capillary rise of salts from the subsurface soil. From these results we could conclude that the macroporous layer utilizing CBA placed at subsurface layer cut off capillary rise of solutes from subsurface soil, resulting in lowered level of salinity in top soil and this method can be more effective in newly reclaimed saline soil.
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문제 정의
본 연구에서는 석탄바닥재를 소재로 활용하여 작토층의 하부에 대공극 층위 (Macroporous layer)를 형성한 간척지 다층토양 (Multi-layered soil) 구조에서 대공극층의 재염화 억제 효과를 구명하기 위하여 대공극층으로 석탄바닥재층을 가지는 토주 (soil column)를 만들어 토주 내 수분과 염류의 이동 및 분포를 조사하였다.
제안 방법
70일간의 모세관 상승시험 후 각 토주를 2.5 cm 단위로 절단하여 토양수분 및 수용성양이온 함량을 분석하였다. 이 때 토양수분 함량 및 토양의 양이온 분석은 농촌진흥청의 토양화학분석법 (1988)에 준하여 분석하였다.
2. Distribution of soil water content in soil columns made of coal bottom ash 60 cm (CBA60), soil 60 cm (S60), topsoil 30 cm + CBA 5 cm + subsurface soil 10 cm (TS30+ CBA5+SS10), topsoil 30 cm + CBA 10 cm + subsurface soil 10 cm (TS30+CBA10+SS10), topsoil 30 cm + CBA 20 cm + subsurface soil 10 cm (TS30+CBA20+SS10) and topsoil 30 cm + CBA 30 cm + subsurface soil 10 cm (TS30+CBA30+ SS10) after 70 days capillary rise experiment.
3. Distribution of water-soluble cations in soil columns made of coal bottom ash 60 cm (CBA60), soil 60 cm (S60), topsoil 30 cm + CBA 5 cm + subsurface soil 10 cm (TS30+ CBA5+ SS10), topsoil 30 cm + CBA 10 cm + subsurface soil 10 cm (TS30+CBA10+SS10), topsoil 30 cm + CBA 20 cm + subsurface soil 10 cm (TS30+CBA20+SS10) and topsoil 30 cm + CBA 30 cm + subsurface soil 10 cm (TS30+CBA30+ SS10) after 70 days capillary rise experiment.
토주는 풍건 상태의 상기 세척토양 및 석탄바닥재를 내부직경 5 cm의 Acryl column 에 Table 5과 같은 용적밀도가 되도록 정해진 부피에 대한 토양 및 석탄바닥재의 양을 충전하여 제작하였다. 단일층 토주로 토양을 60 cm 충전한 토주 (S60)와 석탄바닥재를 60 cm로 충전한 토주 (CBA60)를 제작하였고 다층토주로 표토 층 30 cm와 심토층 10 cm 사이에 석탄바닥재층을 5 cm 깊이로 충전한 토주 (TS30+CBA5+ SS10)와 10 cm 깊이로 충전한 토주 (TS30+CBA10+SS10), 20 cm 깊이로 충전한 토주 (TS30+CBA20+SS10) 및 30 cm 깊이로 충전한 토주 (TS30+ CBA30+SS10)를 각각 제작하였다(Fig. 1).
Table 2에 토주실험에 사용한 토양의 화학성을 나타내었다. 세척한 토양의 수용성양이온 및 치환성양이온 함량은 토양에 증류수와 1N NH4OAC를 각각 1:10 의 비율로 가한 후 30분간 진탕하고 용출액의 양이온을 분석하여 측정하였다.
시험토양은 전라북도 김제시 광활면 새만금 간척지의 문포통 토양을 선택하였다. 이 토양은 하해혼성충 적층을 모재로 하여 하해혼성평탄지에 분포하고 있는 염류 토양으로 토양시료는 농촌진흥청 국립식량과학원에서 조성한 포장에서 채취하여 토양의 이화학성을 분석하였다 (Table 1). 시험토양의 토성은 점토함량이 적고 미사의 함량이 많은 미사질양토 (Silt loam)로 토양의 전기전도도(Electric conductivity; EC)는 33.
토주실험에 사 용한 토양은 상기 문포통에서 채취한 고염도 토양을 세척하여 모세관 상승 실험에 사용하였다. 즉, 풍건한 토양에 1N NH4OAc를 1:5의 비율로 가한 후 1시간 동안 진탕하고 8시간 경과 후 상등액을 제거하는 방식으로 토양을 총 2회 세척하여 토양 중 양이온을 제거하고 이 토양을 건조한 후 토 주실험에 사용하였다. Table 2에 토주실험에 사용한 토양의 화학성을 나타내었다.
토주는 풍건 상태의 상기 세척토양 및 석탄바닥재를 내부직경 5 cm의 Acryl column 에 Table 5과 같은 용적밀도가 되도록 정해진 부피에 대한 토양 및 석탄바닥재의 양을 충전하여 제작하였다. 단일층 토주로 토양을 60 cm 충전한 토주 (S60)와 석탄바닥재를 60 cm로 충전한 토주 (CBA60)를 제작하였고 다층토주로 표토 층 30 cm와 심토층 10 cm 사이에 석탄바닥재층을 5 cm 깊이로 충전한 토주 (TS30+CBA5+ SS10)와 10 cm 깊이로 충전한 토주 (TS30+CBA10+SS10), 20 cm 깊이로 충전한 토주 (TS30+CBA20+SS10) 및 30 cm 깊이로 충전한 토주 (TS30+ CBA30+SS10)를 각각 제작하였다(Fig.
토주실험은 20℃ 실온조건에서 토주의 하단 에 해수 1 cm 깊이의 지하수위를 유지하고 시간 경과에 따라 상승하는 토양의 젖은 경계면 (wetting front) 높이를 측정하여 모세관 상승속도를 조사하였다. 토주시험에 사용한 해수는 전북 김제시 심포항에서 채취하였고, 해수의 주요 양이온 함량은 Table 6과 같다.
대상 데이터
시험에 사용한 석탄바닥재는 서천화력발전소에서 생산된 것으로 입경조성 및 화학성은 Table 3 및 Table 4와 같다. 석탄바닥재의 입경은 2 mm 이상이 전체의 45.
시험토양은 전라북도 김제시 광활면 새만금 간척지의 문포통 토양을 선택하였다. 이 토양은 하해혼성충 적층을 모재로 하여 하해혼성평탄지에 분포하고 있는 염류 토양으로 토양시료는 농촌진흥청 국립식량과학원에서 조성한 포장에서 채취하여 토양의 이화학성을 분석하였다 (Table 1).
토주실험은 20℃ 실온조건에서 토주의 하단 에 해수 1 cm 깊이의 지하수위를 유지하고 시간 경과에 따라 상승하는 토양의 젖은 경계면 (wetting front) 높이를 측정하여 모세관 상승속도를 조사하였다. 토주시험에 사용한 해수는 전북 김제시 심포항에서 채취하였고, 해수의 주요 양이온 함량은 Table 6과 같다.
9 dS m-1를 나타내어 매우 높았다. 토주실험에 사 용한 토양은 상기 문포통에서 채취한 고염도 토양을 세척하여 모세관 상승 실험에 사용하였다. 즉, 풍건한 토양에 1N NH4OAc를 1:5의 비율로 가한 후 1시간 동안 진탕하고 8시간 경과 후 상등액을 제거하는 방식으로 토양을 총 2회 세척하여 토양 중 양이온을 제거하고 이 토양을 건조한 후 토 주실험에 사용하였다.
이론/모형
5 cm 단위로 절단하여 토양수분 및 수용성양이온 함량을 분석하였다. 이 때 토양수분 함량 및 토양의 양이온 분석은 농촌진흥청의 토양화학분석법 (1988)에 준하여 분석하였다.
성능/효과
5 cmolc ㎏-1의 낮은 Na+ 함량을 나타냈다. 70일간의 모세관 상승 시험 후 표토층 (0~30cm)의 수용성 Na+ 축적량은 S60 토주의 Na+ 축적량에 비해 TS30+ CBA20+SS10 토주는 92.8%, TS30+CBA30+SS10 토주는 96.5% 감소한 수치를 나타내었다.
토주 내 수용성양이온은 해수의 양이온 조성과 같이 Na+ 의 함량이 가장 많아 Na+ > Mg2+ > Ca2+ > K+ 순을 나타내었다. CBA60 토주의 수용성 Na+ 는 1.0~12.6 cmolc ㎏-1의 범위에 있었고, Na+ 함량은 대체로 토양의 깊이가 낮아질수록 대체로 감소하여 10~20 cm 깊이에서는 1.0~3.1 cmolc ㎏-1, 0~10 cm 깊이에서는 1.0~1.5 cmolc ㎏-1의 낮은 함량을 보였다. S60 토주의 수용성 Na+ 는 전체적으로 6.
3% 의 수분함량을 보여 S60 토주와 비슷한 정도의 수분함량을 나타냈다. TS30+CBA10+SS10 토주는 심토층 (SS10)에서는 32.2~39.1%의 수분함량을 나타냈으나, 석탄바닥재층 (CBA10) 에서는 9.6~13.6%의 낮은 수분함량을 나타내었고, 표토층 (TS30)에서는 TS30+CBA5+SS10 토주의 표토보다 낮은 21.9~ 37.0%의 수분함량을 보였다. TS30+CBA20+SS10 토주는 심토층 (SS10)에서는 35.
이 토양은 하해혼성충 적층을 모재로 하여 하해혼성평탄지에 분포하고 있는 염류 토양으로 토양시료는 농촌진흥청 국립식량과학원에서 조성한 포장에서 채취하여 토양의 이화학성을 분석하였다 (Table 1). 시험토양의 토성은 점토함량이 적고 미사의 함량이 많은 미사질양토 (Silt loam)로 토양의 전기전도도(Electric conductivity; EC)는 33.9 dS m-1를 나타내어 매우 높았다. 토주실험에 사 용한 토양은 상기 문포통에서 채취한 고염도 토양을 세척하여 모세관 상승 실험에 사용하였다.
토주 별 수분의 평균 모세관 상승속도는 S60 토주에서 2.38 cm hr-1인 반면, 5 cm의 석탄바닥재층을 가진 TS30+CBA5+ SS10 토주에서는 0.25 cm hr-1로 낮아졌고 10 cm의 석탄바닥재층을 가진 TS30+CBA10+SS10 토주는 0.08 cm hr-1로 더욱 낮아졌으며 20 cm와 30 cm의 석탄바닥재층을 가진 TS30+CBA20+SS10 토주와 TS30+CBA30+SS10 토주에서는 해수의 모세관 상승면 (wetting front)이 석탄바닥재층 상부로 나타나지 않았다.
5 cmolc ㎏-1을 보였다. 토주의 깊이가 낮아짐에 따라 수용성 Na+는 감소하는 경향을 보였으나 토양 표면 부위에서는 수분증발에 따라 Na+ 이온이 집적되어 13.9 cmolc ㎏-1 의 높은 함량을 나타냈다. TS30+CBA10+SS10 토주의 수용성 Na+ 는 심토층 (SS10)에서 34.
후속연구
따라서 석탄바닥재와 같은 대공극성 소재의 활용은 숙전화가 이루어지지 않은 신간척지에서 밭작물 재배에 중요한 재염화 억제에 매우 효과적일 것으로 판단된다. 그러나 작토층 하단에 대공극층을 조성하는 방법은 유효토심이 제한되는 문제가 있어 재배가능 작물이 콩, 감자 등과 같은 천근 성 작물로 제한될 수 있다고 판단되며 이와 관련하여 향후 현장에 적용할 수 있는 세부기술의 개발이 필요하다고 생각된다.
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