바닥재에 의한 토양 내 카드뮴의 부동화기작 구명 및 바닥재 시용에 의한 상추의 카드뮴 흡수량 저감 효과를 확인하고자 카드뮴으로 오염된 토양에 바닥재를 0, 20, 40, 80 kg/ha로 처리 한 후 상추 내 카드뮴 흡수특성과 토양 내 카드뮴의 특성을 조사하였다. 바닥재 시용량 증가에 따른 pH 및 음하전도 값의 통계적 유의차는 없었으나 바닥재 시용량이 증가 할수록 토양의 pH 및 음하전도가 증가하였다. 바닥재 처리에 따른 토양 내 카드뮴의 분획특성을 조사한 결과 수용성 카드뮴의 경우 바닥재 처리량이 증가 할수록 토양 내 수용성, 치환성 및 carbonate 결합태, 유기물 결합태 형태의 카드뮴 함량이 감소되었으며, 특히 Fe/Mn 결합태의 카드뮴의 경우 바닥재 처리량이 증가 할수록 유의하게 감소되어졌다. 반면, 바닥재의 처리량이 증가할수록 광물내 고정태 카드뮴의 경우 유의하게 증가하였다. 상추의 재배기간 동안 가시적인 독성현상 및 생육저해 현상은 나타나지 않았다. 바닥재의 처리량이 증가할수록 상추 내 카드뮴의 농도는 감소하였다. 이는 토양 내 카드뮴 분획특성에서 나타난 것처럼 바닥재 시용량이 증가 할수록 식물이 이용 가능한 카드뮴의 형태가 감소됨에 따라 상추내 캄드뮴의 농도 역시 감소되었다고 판단된다.
바닥재에 의한 토양 내 카드뮴의 부동화기작 구명 및 바닥재 시용에 의한 상추의 카드뮴 흡수량 저감 효과를 확인하고자 카드뮴으로 오염된 토양에 바닥재를 0, 20, 40, 80 kg/ha로 처리 한 후 상추 내 카드뮴 흡수특성과 토양 내 카드뮴의 특성을 조사하였다. 바닥재 시용량 증가에 따른 pH 및 음하전도 값의 통계적 유의차는 없었으나 바닥재 시용량이 증가 할수록 토양의 pH 및 음하전도가 증가하였다. 바닥재 처리에 따른 토양 내 카드뮴의 분획특성을 조사한 결과 수용성 카드뮴의 경우 바닥재 처리량이 증가 할수록 토양 내 수용성, 치환성 및 carbonate 결합태, 유기물 결합태 형태의 카드뮴 함량이 감소되었으며, 특히 Fe/Mn 결합태의 카드뮴의 경우 바닥재 처리량이 증가 할수록 유의하게 감소되어졌다. 반면, 바닥재의 처리량이 증가할수록 광물내 고정태 카드뮴의 경우 유의하게 증가하였다. 상추의 재배기간 동안 가시적인 독성현상 및 생육저해 현상은 나타나지 않았다. 바닥재의 처리량이 증가할수록 상추 내 카드뮴의 농도는 감소하였다. 이는 토양 내 카드뮴 분획특성에서 나타난 것처럼 바닥재 시용량이 증가 할수록 식물이 이용 가능한 카드뮴의 형태가 감소됨에 따라 상추내 캄드뮴의 농도 역시 감소되었다고 판단된다.
BACKGROUND: Since bottom ash (BA) contains considerable amounts of CaO and MgO, it could be a useful amendment to increase soil pH and to immobilize cadmium (Cd). This study was conducted to evaluate effect of BA application in reducing Cd phytoavailability.METHODS AND RESULTS: Bottom ash was applie...
BACKGROUND: Since bottom ash (BA) contains considerable amounts of CaO and MgO, it could be a useful amendment to increase soil pH and to immobilize cadmium (Cd). This study was conducted to evaluate effect of BA application in reducing Cd phytoavailability.METHODS AND RESULTS: Bottom ash was applied at the rate of 0, 20, 40, and 80 Mg/ha to Cd contaminated soil, and then lettuce was cultivated under field condition. soil pH and net negative charge increased slightly with increasing BA application; however, there was no statistical difference among the rates. Water soluble, exchangeable+acidic, reducible, and oxidizable fraction of Cd decreased with increasing bottom ash application rate, whereas residual fraction of Cd increased with increasing bottom ash application rate. Lettuce yield increased with rate of bottom ash up to 40 kg/ha. Visual evidences of cadmium toxicity and growth inhibition were not found during lettuce cultivation.CONCLUSION: Bottom ash was effective to reduce phytoextractability of Cd and to increase lettuce yield. Conclusively, BA could be a good soil amendment to reduce Cd phytoavailability in contaminated arable soil.
BACKGROUND: Since bottom ash (BA) contains considerable amounts of CaO and MgO, it could be a useful amendment to increase soil pH and to immobilize cadmium (Cd). This study was conducted to evaluate effect of BA application in reducing Cd phytoavailability.METHODS AND RESULTS: Bottom ash was applied at the rate of 0, 20, 40, and 80 Mg/ha to Cd contaminated soil, and then lettuce was cultivated under field condition. soil pH and net negative charge increased slightly with increasing BA application; however, there was no statistical difference among the rates. Water soluble, exchangeable+acidic, reducible, and oxidizable fraction of Cd decreased with increasing bottom ash application rate, whereas residual fraction of Cd increased with increasing bottom ash application rate. Lettuce yield increased with rate of bottom ash up to 40 kg/ha. Visual evidences of cadmium toxicity and growth inhibition were not found during lettuce cultivation.CONCLUSION: Bottom ash was effective to reduce phytoextractability of Cd and to increase lettuce yield. Conclusively, BA could be a good soil amendment to reduce Cd phytoavailability in contaminated arable soil.
, 2008) 바닥재 시용에 의한 카드뮴의 용출성과 식물이용성에 대해 미치는 효과에 대한 연구는 전무한 실정이다. 따라서 본 연구는 중금속으로 오염된 토양에 바닥재를 시용하여 토양 내 카드뮴의 용출성 및 카드뮴의 식물이용 저감에 대한 영향을 조사하기 위하여 실시되었다.
제안 방법
공시 재료인 바닥재는 경남 하동에 위치한 화력발전소에서 채취되었다. 채취된 바닥재는 CaO와 MgO를 각각 7.82%와 3.60% 포함하고 있었으며 pH는 8.75이었다(Table 2).
Chungchima)(흥농종묘사)를 파종하여 90일간 재배 후 수량 및 식물체 내 카드뮴 농도를 조사하였다. 처리구는 3반복 난괴법으로 배치되었으며 바닥재(bottom ash)를 0, 20, 40, 80 Mg/ha으로 처리하였다.
대상 데이터
공시토양으로는 경남 합천군 술곡리의 봉산광산(128°01′ N 34°37′E) 인근 밭토양을 공시토양으로 선정하였다. 대상지역의 토양은 칠곡통에 속하는 토양이었으며 점토 6.
공시토양으로는 경남 합천군 술곡리의 봉산광산(128°01′ N 34°37′E) 인근 밭토양을 공시토양으로 선정하였다. 대상지역의 토양은 칠곡통에 속하는 토양이었으며 점토 6.1%, 미사 35.0%, 모래 58.9%를 포함하는 사질양토(sandy loam) 이었다. 자세한 공시토양의 이화학적 특성은 Table 1에 타나냈다.
1 mg/kg으로 토양오염우려기준을 2배 이상 초과하였다. 공시 재료인 바닥재는 경남 하동에 위치한 화력발전소에서 채취되었다. 채취된 바닥재는 CaO와 MgO를 각각 7.
crispa cv. Chungchima)(흥농종묘사)를 파종하여 90일간 재배 후 수량 및 식물체 내 카드뮴 농도를 조사하였다. 처리구는 3반복 난괴법으로 배치되었으며 바닥재(bottom ash)를 0, 20, 40, 80 Mg/ha으로 처리하였다.
이론/모형
공시토양의 이화학적 분석방법은 다음과 같은 방법을 따랐다: pH(1:5 토양:물), 유기물 함량(Wakley and Black method; Allison 1965), 총질소 함량(Kjeldahl method; Brenner, 1965), 치환성 양이온 K+, Ca2+, Mg2+, Na+(1 M NH4-acetate, pH 7.0 ICP-OES, Inductively Coupled Plasma Absorption Emission Spectrophotometer, Perkin Elmer model DV 4300, Shelton, CT, USA). 유효 인산의 함량은 Lancaster method (RDA, 1988)를 이용하여 분석하였다.
0 ICP-OES, Inductively Coupled Plasma Absorption Emission Spectrophotometer, Perkin Elmer model DV 4300, Shelton, CT, USA). 유효 인산의 함량은 Lancaster method (RDA, 1988)를 이용하여 분석하였다. 유효태 카드뮴의 함량은 토양:용액 비 1:5의 비로 1M NH4OAc로 1시간 침출한 후 여과하여 ICP-OES로 Cd의 함량을 분석하였다.
성능/효과
본 연구에서는 바닥재 시용량 증가에 따른 pH 및 음하전도 값의 통계적 유의차는 없었으나 바닥재 시용량이 증가 할수록 토양의 pH 및 음하전도가 각각 4.90에서 5.10, 4.83에서 4.98 cmolc/kg까지 증가하였다 (Fig.1). Hong et al.
본 연구에서 바닥재 처리에 따른 토양 내 카드뮴의 분획특성을 조사한 결과, 바닥재 처리량이 증가 할수록 토양 내 수용성(Water soluble), 치환성 및 carbonate 결합태(Exchangeable + Acidic), 유기물 결합태 형태(Oxidizable)의 카드뮴 함량이 감소되었으며, 특히 바닥재를 80 Mg/ha으로 처리하였을 때 Fe/Mn 결합태(Reducible)의 카드뮴의 함량은 무처리의 37.1%에서 31.0%로 감소하였다. 반면, 광물내 고정태(Residual) 카드뮴의 경우 바닥재의 처리량이 80 Mg/ha까지 증가하였을 때 무처리의 9.
, 1994). 본 연구에서 바닥재의 처리에 의한 토양의 pH는 5.10이었으므로 바닥재처리에 의한 CdCO3와 Cd(OH)2의 형성을 발생하지 않은 것으로 판단된다(Fig. 1).
57 mg/kg인 토양에서 카드뮴이 Cd3(PO4)2의 형태로 침전하기 위해서는 인산을 16,000 mg/kg이상 처리하여야 한다고 보고하였다. 본 연구에서 공시토양 내 카드뮴의 총 함량은 9.1 mg/kg이고 바닥재를 최고처리양인 80 Mg/ha로 처리하였을 때 첨가되는 인산의 양은 약 300 mg/kg(용적밀도 1.25 g/cm, 표토 15 cm 깊이 토양무게 기준)에 해당되어 바닥재의 처리에 의한 Cd3(PO4)2의 침전은 발생되지 않는 것으로 판단된다. 따라서 바닥재의 처리에 따른 Residual형태 카드뮴 함량의 증대는 침전반응을 통해서 보다는 바닥재의 물리적 표면 특성에 의한 것으로 판단된다.
25 g/cm, 표토 15 cm 깊이 토양무게 기준)에 해당되어 바닥재의 처리에 의한 Cd3(PO4)2의 침전은 발생되지 않는 것으로 판단된다. 따라서 바닥재의 처리에 따른 Residual형태 카드뮴 함량의 증대는 침전반응을 통해서 보다는 바닥재의 물리적 표면 특성에 의한 것으로 판단된다. Table 2에 제시된 바와 같이 바닥재는 다공성이어서 토양에 바닥재를 처리함에 따라 카드뮴이 바닥재의 기공에 흡착되거나 끼어들어 이동성이 낮은 형태의 카드뮴으로 전환되어진 것으로 판단되어진다.
2와 같다. 바닥재의 시용량을 40 Mg/ha까지 증가시킴에 따라 상추의 수량은 증가하는 경향을 나타내다가 40 Mg/ha 이상 처리함에 따라 다소 감소하는 경향을 나타냈다. 하지만 바닥재 처리량에 따른 상추수량 간의 통계적 유의차는 나타나지 않아 바닥재 시용에 따른 상추의 생육저해 현상은 발견되지 않았다.
하지만 바닥재 처리량에 따른 상추수량 간의 통계적 유의차는 나타나지 않아 바닥재 시용에 따른 상추의 생육저해 현상은 발견되지 않았다. 바닥재를 41.6 Mg/ha로 처리하였을 때 상추의 최대수량인 11.7 Mg/ha에 도달하였으며 무처리에 비해 15% 증수의 효과를 보였다. Wearing et al.
바닥재의 물리적 및 화학적 구성 특성은 바닥재가 발생되는 화력발전소의 처리과정 및 석탄의 원료에 따라 달라질 수 있다. 따라서 채취된 바닥재의 종류에 따라 작물의 수량증대를 나타내는 데 필요한 바닥재의 처리량에 차이가 나타날 수 있는 것으로 판단된다. 바닥재 처리에 따른 상추의 카드뮴 흡수특성은 Fig.
3에 나타낸 바와 같다. 바닥재의 처리량이 증가할수록 상추 내 카드뮴의 농도는 감소하였다. 바닥재 시용량이 0, 20, 40, 80 kg/ha로 증가할수록 상추내 카드뮴의 농도는 72.
바닥재의 처리량이 증가할수록 상추 내 카드뮴의 농도는 감소하였다. 바닥재 시용량이 0, 20, 40, 80 kg/ha로 증가할수록 상추내 카드뮴의 농도는 72.0, 68.4, 62.3, 53.7 mg/kg로, 이는 무처리구와 비교 하였을 때 5.0, 13.5, 25.4% 감소되었음을 알 수 있었다. 바닥재의 시용에 따른 상추 내 카드뮴의 농도에 대한 2차 회귀곡선식을 이용하여상추의 최대수량을 나타내었던 41.
4% 감소되었음을 알 수 있었다. 바닥재의 시용에 따른 상추 내 카드뮴의 농도에 대한 2차 회귀곡선식을 이용하여상추의 최대수량을 나타내었던 41.6 Mg/ha의 바닥재 시용 시 상추 카드뮴의 흡수농도는 62.9 mg/kg으로 무처리에 비해 약 13% 감소되는 것을 확인하였다. 이러한 결과는 카드뮴 오염 농경지 토양에 바닥재를 약 40 Mg/ha으로 시용하면 상추 내 카드뮴 함량을 저감시킴과 동시에 수량의 증대효과를 얻을 수 있다는 것을 나타낸다.
9 mg/kg으로 무처리에 비해 약 13% 감소되는 것을 확인하였다. 이러한 결과는 카드뮴 오염 농경지 토양에 바닥재를 약 40 Mg/ha으로 시용하면 상추 내 카드뮴 함량을 저감시킴과 동시에 수량의 증대효과를 얻을 수 있다는 것을 나타낸다.
바닥재의 처리량 증가에 따른 상추 내 카드뮴 함량의 저감은 바닥재 처리에 따른 토양 내 Reducible형태의 카드뮴 함량 감소와 Residual형태의 카드뮴 함량 증대와 관련이 있는 것으로 판단된다. 상추 내 카드뮴의 함량에 대하여 Exchangeable + Acidic와 Reduciable형태의 카드뮴은 유의한 정의 상관관계를 나타내었으며 Oxidizable과 Residual 형태의 카드뮴은 유의한 부의 상관관계를 나타냈다(Table 4).
바닥재의 처리량 증가에 따른 상추 내 카드뮴 함량의 저감은 바닥재 처리에 따른 토양 내 Reducible형태의 카드뮴 함량 감소와 Residual형태의 카드뮴 함량 증대와 관련이 있는 것으로 판단된다. 상추 내 카드뮴의 함량에 대하여 Exchangeable + Acidic와 Reduciable형태의 카드뮴은 유의한 정의 상관관계를 나타내었으며 Oxidizable과 Residual 형태의 카드뮴은 유의한 부의 상관관계를 나타냈다(Table 4). 본 연구와 유사한 연구결과로 Hong et al.
후속연구
Table 2에 제시된 바와 같이 바닥재는 다공성이어서 토양에 바닥재를 처리함에 따라 카드뮴이 바닥재의 기공에 흡착되거나 끼어들어 이동성이 낮은 형태의 카드뮴으로 전환되어진 것으로 판단되어진다. 하지만 바닥재에 의한 카드뮴의 부동화 기작을 명확하게 하기 위해서는 추가적인 연구가 이루어져야 할 것으로 판단된다.
(2010)은 카드뮴 오염 농경지에 패화석을 처리하면 Residual형태의 카드뮴의 함량이 증대하여 알타리무 내 카드뮴의 함량이 감소한다고 보고하였다. 본 연구에서 바닥재의 처리에 의한 카드뮴의 식물이용성 저감 기작은 명확히 구명할 수 없어 추후 추가적인 연구가 수행되어져야 할 것으로 판단된다.
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