[논문]토양의 물리화학적 특성이 중금속 단일용출법에 미치는 영향에 대한 통계학적 연구

한협조; 송창우; 이종운

doi:10.9719/eeg.2021.54.2.259

토양의 물리화학적 특성이 중금속 단일용출법에 미치는 영향에 대한 통계학적 연구
The Statistical Study on the Effects of Physicochemical Properties of Soil on Single Extraction Methods for Heavy Metals 원문보기

자원환경지질 = Economic and environmental geology, v.54 no.2, 2021년, pp.259 - 269

한협조 (전남대학교 에너지자원공학과) , 송창우 (전남대학교 에너지자원공학과) , 이종운 (전남대학교 에너지자원공학과)

초록
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국내 69개 농경지 토양 내 Cd, Cr, Cu, Ni, Pb, Zn을 대상으로 하여 토양 pH, 양이온교환능력, 유기물 함량 등의 물리화학적 특성이 CaCl2, HOAc, HNO3, DTPA 등을 이용한 중금속의 단일용출 결과에 미치는 영향을 통계학적으로 조사하였다. 통계학적 분석은 토양의 물리화학적 특성의 평균값을 기준으로 높고 낮은 두 표본으로 구분한 후 이에 대해 상관분석과 다중회귀분석을 수행하였다. Cr, Cu, Ni, Pb의 경우 HNO3를 적용하였을 때 다른 추출제에 비하여 높은 함량이 추출되었으나, Cd, Zn의 경우 HOAc를 이용한 추출에서도 유사한 함량이 추출되었다. 상관관계 조사 결과, DTPA 추출이 다른 단일용출 및 전함량과 상관관계가 높았으며, 토양의 물리화학적 특성이 단일용출 결과에 영향을 미치는 것으로 나타났다. Zn의 경우, 전함량과 모든 단일용출법들에 의한 추출 함량이 상호 높은 상관관계를 보였다. 회귀분석 결과, 토양의 물리화학적 특성은 최대 74%에 이르는 단일용출 결과의 분산을 설명할 수 있는 것으로 나타났다. 이러한 결과는 토양의 물리화학적 특성이 단일용출 결과에 직접적인 영향을 미칠 수 있음을 나타낸다.

Abstract ▼ AI-Helper

The effects of the physicochemical properties of soil such as soil pH, cation exchange capacity, and organic matter content on single extraction of Cd, Cr, Cu, Ni, Pb, and Zn using CaCl2, HOAc, HNO3, and DTPA were statistically investigated for 69 agricultural soils in Korea. Correlation analysis and multiple regression analysis were applied for soil samples which were grouped on the basis of average values of the physicochemical properties of the soil. Diluted HNO3 extracted higher concentrations of Cr, Cu, Ni, and Pb when compared with the other extractants, however, similar amounts of Cd and Zn were extracted by HOAc with HNO3. The results of correlation analysis indicated that DTPA extraction showed a high correlation with other single and pseudo-total extraction methods, and the physicochemical properties of soil influenced the concentrations of heavy metals leached by the single extraction methods. In the case of Zn, high correlations between pseudo-total and the studied single extraction methods were observed. As a result of regression analysis, it was found that the physicochemical properties of the soil could explain up to 74% of variances of the single extraction results. These results indicate that the physicochemical properties of the soil can have a direct influence on the concentrations of heavy metals extracted by the single extraction methods.

주제어

AI 본문요약
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문제 정의

이를 위해 토양을 ① 전체 토양 및 ② pH, CEC, OM의 평균을 기준으로 하여 높은 토양과 ③ 낮은 토양 등 총 세 그룹으로 나눈 후 각 그룹 내에서 중금속의 전함량과 단일용출 함량들 간의 상관관계를 구하였다. 또한 각 그룹별로 단일용출 함량을 종속변수, pH, CEC, OM 및 왕수에 의한 전함량을 독립변수로 하여 다중 회귀분석을 수행함으로써 토양의 물리화학적 특성 및전함량과 단일용출법 간의 상호관계를 확인하고자 하였다.

제안 방법

-80 mesh 토양을 15 mL 코니칼 튜브에 1 g 정량 후왕수를 넣고 70 ^oC에서 2 시간 가열하여 토양 내 Cd, Cr, Cu, Ni, Pb, Zn을 추출한 후 ICP-OES(Spectro Genesis, Spectro, Germany)를 이용하여 전함량을 정량하였다. 이때 왕수 분해한 중금속 분석의 신뢰성을 확인하기 위하여 ISO 인증표준물질인 BAM-U110(CRM BAM-U110, BundesAnstalt für Materialforschung, Germany)을 삽입하여 분석한 후 IBM SPSS Statistics 26 프로그램의 일표본 t 검정을 이용하여 정확도를 측정한 결과(p < 0.
1 M TEA(triethanolamine)(혼합추출제, 이하 DTPA로 통칭) 등 추출제 종류별 단일용출법을 적용하여 용출된 각 중금속 함량을 측정하였다. 토양 내 중금속 정량의 결과를 바탕으로 통계학적 분석을 진행하여, 1) pH, CEC, OM 별로 분류한 각 표본에서 전함량 분석법과 단일용출법 간의 상관분석, 2) 단일용출법에 의해 용출되는 중금속 함량과 토양 내 존재하는 중금속의 전 함량 및 토양의 물리화학적 특성 간의 상호 관련성 분석을 수행하였다. 이를 위해 토양을 ① 전체 토양 및 ② pH, CEC, OM의 평균을 기준으로 하여 높은 토양과 ③ 낮은 토양 등 총 세 그룹으로 나눈 후 각 그룹 내에서 중금속의 전함량과 단일용출 함량들 간의 상관관계를 구하였다.
또한 토양을 입도별로 구분하여 사토(sandy soil) 및 점토(clayey soil)에서 중금속의 용출특성을 비교한 연구가 수행된 바 있지만 EDTA 용출법에 의해 추출된 중금속의 용출 특성에 대해서만 연구가 이뤄졌다(Lo and Yang, 1999). pH와 입도를 함께 고려하여 여러 단일용출법의 중금속 용출 특성을 비교한 연구가 수행된 적도 있으나(Meers et al., 2007a), 이 연구에서는 오직 Cd의 용출특성만을 확인하였다. 대체적으로 지금까지의 단일용출법에 관한 연구는 토양의 pH, CEC, OM 등 다양한 물리화학적 특성에 관한 고려가 거의 없는 상태에서 수행되었을 뿐만 아니라 여러 중금속과 단일용출법에 대한 통합적인 분석은 이뤄진 바 없다.
이를 위해 경남 삼천포 및 하동 화력발전소 주변에서 각각 11개, 9개, 충남 서천, 보령, 태안 화력발전소 주변에서 각각 10개씩, 강원 영동 및 동해 화력발전소 주변에서 각각 10개, 8개의 토양 시료를 채취하였다. 각 화력발전소를 중심으로 1 km 단위의 정사각형 격자를 구성한 뒤 각 격자 내에 존재하는 농경지 토양에서 표토와 심토를 채취하였다. 시료 대부분은 표토이며 심토는 전체 69개 시료 중 14개이다.
다중회귀분석의 경우, Cd, Cr, Cu, Ni, Pb, Zn에 대하여 종속변수는 각 단일용출 추출값, 독립변수는 토양 pH, CEC, OM, 왕수분해를 통한 전함량 분석값으로 하였다. 이때 독립변수 투입방식은 모든 독립변수를 동시에 포함하여 분석하는 동시입력 회귀분석(enter regression)과 종속변수에 대한 설명력이 높은 일부 독립변수만 포함한 단계입력 회귀분석(stepwise regression) 두 가지로 수행하여 결과를 비교하였다.
또한 동일한 시료에 대하여 0.01 M CaCl₂(무기염), 0.11 M HOAc(유기산), 0.5 M HNO₃(무기산), 0.005 M DTPA + 0.01 M CaCl₂ + 0.1 M TEA(triethanolamine)(혼합추출제, 이하 DTPA로 통칭) 등 추출제 종류별 단일용출법을 적용하여 용출된 각 중금속 함량을 측정하였다. 토양 내 중금속 정량의 결과를 바탕으로 통계학적 분석을 진행하여, 1) pH, CEC, OM 별로 분류한 각 표본에서 전함량 분석법과 단일용출법 간의 상관분석, 2) 단일용출법에 의해 용출되는 중금속 함량과 토양 내 존재하는 중금속의 전 함량 및 토양의 물리화학적 특성 간의 상호 관련성 분석을 수행하였다.
이 연구에서는 국내의 69개 농경지 토양을 채취하여 토양 pH, CEC, OM을 측정하고, 왕수 추출을 통한 중금속(Cd, Cr, Cu, Ni, Pb, Zn) 전함량을 정량하였다. 또한 동일한 시료에 대하여 0.
이용하여 수행하였다. 이때 데이터의 정규분포 여부를 확인한 후 양의 왜도(positive skewness)를 보이는 데이터는 대수(log)로 변환시켜 투입하였다. 토양의 물리 화학적 특성별 중금속 거동을 알아보기 위하여 pH, CEC, OM의 평균값을 기준으로 각각 낮은 토양과 높은 토양으로 구분하여 통계학적 분석을 수행하였으며 이들을 통합한 전체 토양에 대해서도 분석을 하였다.
수행하였다(Table 3). 이때 토양은 높은 pH, 낮은 pH, 전체 pH 토양의 세 그룹으로 구분하였으며, 종속변수는 각 단일용출 결과값, 독립변수는 pH, CEC, OM 및 전함량으로 하였다. 다중회귀분석은 독립변수의 동시(enter) 투입방식 및 단계(stepwise) 투입방식을 모두 수행하였다.
01) 되는 값들만 정리하여 Table 2 에 나타내었다. 이때, 토양의 물리화학적 성질이 단일 용출 결과에 미치는 영향을 파악하기 위하여 토양을 pH,CEC, OM 별로 각각 평균값 이상과 이하의 두 그룹으로 분류한 후 각 그룹 내에서 중금속 간의 상관관계를 산출하였다.
토양 내 중금속 정량의 결과를 바탕으로 통계학적 분석을 진행하여, 1) pH, CEC, OM 별로 분류한 각 표본에서 전함량 분석법과 단일용출법 간의 상관분석, 2) 단일용출법에 의해 용출되는 중금속 함량과 토양 내 존재하는 중금속의 전 함량 및 토양의 물리화학적 특성 간의 상호 관련성 분석을 수행하였다. 이를 위해 토양을 ① 전체 토양 및 ② pH, CEC, OM의 평균을 기준으로 하여 높은 토양과 ③ 낮은 토양 등 총 세 그룹으로 나눈 후 각 그룹 내에서 중금속의 전함량과 단일용출 함량들 간의 상관관계를 구하였다. 또한 각 그룹별로 단일용출 함량을 종속변수, pH, CEC, OM 및 왕수에 의한 전함량을 독립변수로 하여 다중 회귀분석을 수행함으로써 토양의 물리화학적 특성 및전함량과 단일용출법 간의 상호관계를 확인하고자 하였다.
채취한 시료는 불순물을 육안으로 선별, 제거하고 직사광선이 없는 곳에서 자연건조한 후, 토양의 물리 화학적 특성을 파악하기 위하여 토양 pH, CEC, 작열감량(LOI; loss-on-ignition)을 측정하였다(Song et al., 2019). 측정된 작열감량을 이용하여 Eq.
이때 데이터의 정규분포 여부를 확인한 후 양의 왜도(positive skewness)를 보이는 데이터는 대수(log)로 변환시켜 투입하였다. 토양의 물리 화학적 특성별 중금속 거동을 알아보기 위하여 pH, CEC, OM의 평균값을 기준으로 각각 낮은 토양과 높은 토양으로 구분하여 통계학적 분석을 수행하였으며 이들을 통합한 전체 토양에 대해서도 분석을 하였다.

대상 데이터

각 화력발전소를 중심으로 1 km 단위의 정사각형 격자를 구성한 뒤 각 격자 내에 존재하는 농경지 토양에서 표토와 심토를 채취하였다. 시료 대부분은 표토이며 심토는 전체 69개 시료 중 14개이다. 표토는 표면의 유기물을 제거하고 스테인리스 스틸 삽으로 채취하였으며, 심토는 핸드 오거를 이용하여 40~50 cm 심부의 토양을 채취하였다.
연구 대상 시료는 국내 화력발전소 주변 약 3.5 km 이내의 농경지 토양을 선택하였다. 이를 위해 경남 삼천포 및 하동 화력발전소 주변에서 각각 11개, 9개, 충남 서천, 보령, 태안 화력발전소 주변에서 각각 10개씩, 강원 영동 및 동해 화력발전소 주변에서 각각 10개, 8개의 토양 시료를 채취하였다.
-10 mesh 건조 토양 2 g에 DTPA 용출액 4 mL을 주입한 후 뚜껑을 막고 20 ^oC, 120 rpm으로 2시간 동안 반응시켰다. 원소 정량은 ICP-OES(Spectro Genesis, Spectro, Germany)를 이용하였다.
5 km 이내의 농경지 토양을 선택하였다. 이를 위해 경남 삼천포 및 하동 화력발전소 주변에서 각각 11개, 9개, 충남 서천, 보령, 태안 화력발전소 주변에서 각각 10개씩, 강원 영동 및 동해 화력발전소 주변에서 각각 10개, 8개의 토양 시료를 채취하였다. 각 화력발전소를 중심으로 1 km 단위의 정사각형 격자를 구성한 뒤 각 격자 내에 존재하는 농경지 토양에서 표토와 심토를 채취하였다.
시료 대부분은 표토이며 심토는 전체 69개 시료 중 14개이다. 표토는 표면의 유기물을 제거하고 스테인리스 스틸 삽으로 채취하였으며, 심토는 핸드 오거를 이용하여 40~50 cm 심부의 토양을 채취하였다.

데이터처리

2) 단일용출법에 의해 추출되는 중금속 함량과 토양 내 존재하는 중금속의 전함량 및 토양의 물리 화학적 특성 간의 회귀분석을 통한 상호 통계적 관련성 분석을 수행하였다.
각 단일용출 결과의 분산을 토양의 물리화학적 특성 및 중금속 전함량으로 나타낼 수 있는지를 파악하기 위하여 다중 회귀분석을 수행하였다(Table 3). 이때 토양은 높은 pH, 낮은 pH, 전체 pH 토양의 세 그룹으로 구분하였으며, 종속변수는 각 단일용출 결과값, 독립변수는 pH, CEC, OM 및 전함량으로 하였다.
이때 토양은 높은 pH, 낮은 pH, 전체 pH 토양의 세 그룹으로 구분하였으며, 종속변수는 각 단일용출 결과값, 독립변수는 pH, CEC, OM 및 전함량으로 하였다. 다중회귀분석은 독립변수의 동시(enter) 투입방식 및 단계(stepwise) 투입방식을 모두 수행하였다. 동시투입방식은 모든 독립변수를 포함하여 분석하는 것이며, 단계투입방식은 종속변수에 영향력이 있는 변수들만을 회귀식에 포함시키는 것이다.
하였다. 이때 독립변수 투입방식은 모든 독립변수를 동시에 포함하여 분석하는 동시입력 회귀분석(enter regression)과 종속변수에 대한 설명력이 높은 일부 독립변수만 포함한 단계입력 회귀분석(stepwise regression) 두 가지로 수행하여 결과를 비교하였다.
이때 왕수 분해한 중금속 분석의 신뢰성을 확인하기 위하여 ISO 인증표준물질인 BAM-U110(CRM BAM-U110, BundesAnstalt für Materialforschung, Germany)을 삽입하여 분석한 후 IBM SPSS Statistics 26 프로그램의 일표본 t 검정을 이용하여 정확도를 측정한 결과(p < 0.05), 모든 중금속이 표준물질의 불확실성(uncertainty) 범위 내에서 통계적으로 유의한 정확도를 보임을 확인하였다.

성능/효과

Cd, Cu, Ni는 낮은 pH를 갖는 토양에 대해서만 0.4 이상의 결정계수를 갖는 회귀식이 도출되었다(Table 3). 예를 들어, Cd의 경우, 낮은 pH 토양에 대한 DTPA 용출 결과는 변수 동시투입방식에서 DTPA = 0.
Cd의 경우, DTPA 추출 결과는 낮은 pH( 20.0 meq/100 g) 를 갖는 토양을 HNO3 로 추출한 결과, 높은 OM(> 0.6%) 토양을 HNO3 추출한 결과와 0.6 이상의 상관계수를 보였다.
Cr, Cu, Ni, Pb의 경우 무기산 추출제인 0.5 M HNO3(이하 각 추출제 앞의 농도 미기재)를 적용하였을 때 다른 추출제에 비하여 높은 함량이 추출되었으며, 혼합추출제인 DTPA가 뒤이어 상대적으로 높은 추출효과를 보였다 (Fig. 1). 한편 Cd와 Zn의 경우 유기산 추출제인 HOAc 가 HNO₃에 비하여 더 높거나 근사한 함량의 중금속을 토양으로부터 추출하였다.
Cre 전체적으로 용출법 사이의 상관관계가 불량하여, 낮은 OM 토양을 HNO₃ 로 용출한 경우에만 토양 내 전 함량과 0.703의 상관계수를 보였다. 이는 아마도 Cr이 채취한 토양 내에서 대부분 강한 결합 형태로 존재하였기 때문으로, 이 연구에서 사용한 단일용출법 중 가장 강력한 용출제인 HNO₃에 의하여 Cr이 다량 용출되어 전 함량과 상관성이 높게 나타난 것으로 생각한다.
2). Cr과 Ni는 단일 용출법을 적용하였을 때 왕수에 비하여 매우 적은 함량만이 추출(HNO₃를 적용하였을 때 Cr 3%, Ni 5% 정도) 되어 채취한 토양 내에서 이들 중금속이 매우 강한 결합 형태로 존재할 것으로 판단하였다. Cu는 HNO₃를 가하였을 때 왕수 추출에 비하여 평균 약 30%, DTPA 적용시 약 12% 정도가 용출되었다.
Cr과 Ni는 단일 용출법을 적용하였을 때 왕수에 비하여 매우 적은 함량만이 추출(HNO₃를 적용하였을 때 Cr 3%, Ni 5% 정도) 되어 채취한 토양 내에서 이들 중금속이 매우 강한 결합 형태로 존재할 것으로 판단하였다. Cu는 HNO₃를 가하였을 때 왕수 추출에 비하여 평균 약 30%, DTPA 적용시 약 12% 정도가 용출되었다. Pb는 HNO₃ 적용시 약 18% 정도, Zne HOAc 적용시 약 16%, HNO₃ 적용 시약 14% 정도가 용출되었다.
이는 아마도 Cr이 채취한 토양 내에서 대부분 강한 결합 형태로 존재하였기 때문으로, 이 연구에서 사용한 단일용출법 중 가장 강력한 용출제인 HNO₃에 의하여 Cr이 다량 용출되어 전 함량과 상관성이 높게 나타난 것으로 생각한다. Cu는 모두 11쌍의 용출법 간에서 좋은 상관관계를 보였으며 다른 중금속에서는 나타나지 않는 CaCl₂-DTPA간의 높은 상관관계를 보이는 것이 특징적이었다. 이는 희석된 염(CaCl2) 에 의해서도 용이하게 추출될 정도로 토양 입자와 약하게 결합하고 있는 Cu가 DTPA에 의해서도 선택적으로 추출될 수 있음을 말한다.
이는 모든 독립변수(pH, CEC, OM, 전함량)를 투입할 경우(56%)에 비해서 약 7%의 설명력이 감소하나, 왕수 추출 결과(AR)만으로도 비슷한 정도의 분산을 설명할 수 있다는 의미이다. Cu와 Ni의 경우, 낮은 pH 토양을 DTPA 또는 HNO₃로 추출할 때의 예상 결과값을 나타내는 회귀식이 각각 도출되었으며(R2 ≒40%), 이때 회귀식에는 모든 독립변수가 필요한 것으로 나타났다. Cr과 Pb는 0.
Cu는 HNO₃를 가하였을 때 왕수 추출에 비하여 평균 약 30%, DTPA 적용시 약 12% 정도가 용출되었다. Pb는 HNO₃ 적용시 약 18% 정도, Zne HOAc 적용시 약 16%, HNO₃ 적용 시약 14% 정도가 용출되었다.
Zn의 경우에는 모든 pH, 높은 pH, 낮은 pH 조건에서 모두 0.4 이상의 결정계수를 갖는 회귀식이 18개나 도출되었다(Table 3). 예를 들어, 낮은 pH를 갖는 토양으로부터 HOAc를 이용하여 Zn을 추출하는 경우, logHOAc = 0.
특히 CaCl₂를 제외한 다른 단일용출법에 의한 Zn 추출 함량과 왕수 추출에 의한 Zn 전함량 상호 간에 좋은 상관관계를 보였다. pH, CEC, OM 별로 구분하지 않은 전체 토양을 대상으로 한 경우에도, 전함량과 HOAc, HNO₃, DTPA 추출량 간에 모두 높은 상관계수를 나타내었다. 이처럼 전체 토양을 대상으로 하였을 때 모든 추출제 간에 좋은 상관관계를 보인 것은 다른 중금속에서는 나타나지 않은 결과이다.
가장 특기할 만한 것은 Zn의 경우로서, 두 용출법 간의 상관계수가 0.6 이상인 경우가 47개로 다른 중금속에 비하여 매우 많은 것으로 드러났으며, 상관계수가 0.8 이상인 항목도 21개나 되었다(Table 2). 특히 CaCl₂를 제외한 다른 단일용출법에 의한 Zn 추출 함량과 왕수 추출에 의한 Zn 전함량 상호 간에 좋은 상관관계를 보였다.
이는 희석된 염(CaCl2) 에 의해서도 용이하게 추출될 정도로 토양 입자와 약하게 결합하고 있는 Cu가 DTPA에 의해서도 선택적으로 추출될 수 있음을 말한다. 높은 CEC를 갖는 토양은 왕수-HNO3, CaCl₂-DTPA, HNO₃-DTPA 간에 높은 상관관계를 보였으며, 특히 토양을 물리화학적 특성별로 구분하지 않고 전체를 대상으로 하였을 경우에도 CaCl2와 DTPA 추출 결과 사이에는 0.644의 양호한 상관계수를 보였다. Ni는 6쌍의 용출법 간에 0.
다른 중금속과 달리 Zn이 모든 추출제 간에 높은 상관성을 보인 물리적 또는 화학적 원인은 규명할 수 없으나, 토양 조건을 불문하고 무기염, 유기산, 무기산, 혼합추출제, 왕수의 Zn 용출 정도가 비례하는 것은 흥미로운 사실이다. 다른 중금속에서 전함량과 0.6 이상의 상관계수를 보인 용출법은, 낮은 pH 토양을 DTPA로 용출한 Cd, 낮은 OM 토양을 HNO₃로 추출한 Cr, 낮은 전 함량토양을 HNO₃로 추출한 Cu, 낮은 pH 토양을 DTPA로 추출한 Cu, 높은 CEC 토양을 HNO₃로 추출한 Cu, 낮은 OM 토양을 HNO₃로 추출한 Ni 정도였다.
이는 CaCl₂처럼 희석된 무기염에 의해 용출되는 Zn 함량은 강한 혼합산인 왕수에 의해 추출되는 함량과 관계가 없으며 도리어 CEC나 OM같은 토양의 특성에 의해 조절될 수도 있음을 의미한다. 단계별 회귀분석 결과, 전함량 이외에 Zn의 추출에 영향을 미칠 수 있는 토양의 물리 화학적 특성을 살펴보면, 모든 pH 토양의 HNO₃ 추출 시 CEC와 OM, DTPA 추출시 CEC, 높은 pH 토양의 HNO3와 DTPA 추출시 CEC, 낮은 pH 토양의 HOAc 추출 시 CEC, HNO₃ 추출시 OM이 영향을 미치는 것으로 나타났다.
단일용출법 가운데 DTPA 추출 결과가 다른 단일 용출 및 왕수 추출 결과와 상관관계가 높은 것으로 나타났다 (Table 2). Cd의 경우, DTPA 추출 결과는 낮은 pH(< 6.
직접적으로 나타낸 것이다. 또한, 단일용출법에 의해 용출되는 Zn 함량은 전함량뿐만 아니라 pH, CEC, OM 등 토양의 물리화학적 특성에 의해서도 큰 영향을 받음이 회귀분석 결과를 통하여 나타났다.
연구 대상인 총 69개 토양의 물리·화학적 특성을 분석한 결과, pH는 4.8~8.6 범위로서 평균 6.5, 표준편차 0.9, CEC(단위: meq/100 g)는 6.0~40.2 범위로서 평균 20.0, 표준편차 7.4, OMe 1.0~15.0(%) 범위로서 평균 4.2%, 표준편차 2.6%였다(Table 1). 연구 대상 토양의 pH는 국내 농경지 평균 pH 6.
이 연구에서 Cd의 경우, 전함량에 비하여 HOAc에서평균 약 57%, HNO₃에서 평균 약 31% 정도가 용출되어 토양 내 존재하는 Cd가 수산화물 및 탄산염 형태로 다량 존재하는 것으로 예상되었다(Fig. 2). Cr과 Ni는 단일 용출법을 적용하였을 때 왕수에 비하여 매우 적은 함량만이 추출(HNO₃를 적용하였을 때 Cr 3%, Ni 5% 정도) 되어 채취한 토양 내에서 이들 중금속이 매우 강한 결합 형태로 존재할 것으로 판단하였다.
이 연구에서 pH, CEC, OM의 크기별로 토양을 분류하여 통계분석을 수행한 결과, 분류하지 않은 전체 토양을 대상으로 한 결과와는 큰 차이를 보였으며, 이는 토양의 물리 화학적 특성이 단일용출 결과에 영향을 미칠 수 있음을 직접적으로 나타낸 것이다. 또한, 단일용출법에 의해 용출되는 Zn 함량은 전함량뿐만 아니라 pH, CEC, OM 등 토양의 물리화학적 특성에 의해서도 큰 영향을 받음이 회귀분석 결과를 통하여 나타났다.
6 이상의 상관계수를 보였다. 이러한 결과는 토양을 pH, CEC, OM에 따라 구분하지 않고 한꺼번에 통계분석에 투입하였을 때에는 나타나지 않는 결과로서, 토양의 물리화학적 특성이 단일 용출의 결과에 일정 부분 영향을 미칠 수 있는 가능성을 나타낸다.
이처럼 전체 토양을 대상으로 하였을 때 모든 추출제 간에 좋은 상관관계를 보인 것은 다른 중금속에서는 나타나지 않은 결과이다. 이러한 모든 추출제 간 높은 상관관계는 낮은 pH 토양, 높거나 낮은 CEC 토양, 높거나 낮은 OM 토양에서도 나타났다. 다른 중금속과 달리 Zn이 모든 추출제 간에 높은 상관성을 보인 물리적 또는 화학적 원인은 규명할 수 없으나, 토양 조건을 불문하고 무기염, 유기산, 무기산, 혼합추출제, 왕수의 Zn 용출 정도가 비례하는 것은 흥미로운 사실이다.
205 회귀식이 산출되었으며 이는 DTPA 분산의 49%를 설명할 수 있다. 즉 낮은 pH 토양을 DTPA로추출할 때 그 결과는 Cd 전함량만으로도 약 49% 정도가 설명될 수 있음을 나타낸다. 이는 모든 독립변수(pH, CEC, OM, 전함량)를 투입할 경우(56%)에 비해서 약 7%의 설명력이 감소하나, 왕수 추출 결과(AR)만으로도 비슷한 정도의 분산을 설명할 수 있다는 의미이다.
8 이상인 항목도 21개나 되었다(Table 2). 특히 CaCl₂를 제외한 다른 단일용출법에 의한 Zn 추출 함량과 왕수 추출에 의한 Zn 전함량 상호 간에 좋은 상관관계를 보였다. pH, CEC, OM 별로 구분하지 않은 전체 토양을 대상으로 한 경우에도, 전함량과 HOAc, HNO₃, DTPA 추출량 간에 모두 높은 상관계수를 나타내었다.
003 회귀 식으로 표현될 수 있으며 이 식은 DTPA 분산의 56%(R²)를 설명할 수 있음을 나타낸다. 한편, 동일한 독립변수를 이용하여 단계별 투입방식을 수행한 결과, DTPA = 0.882 logAR + 0.205 회귀식이 산출되었으며 이는 DTPA 분산의 49%를 설명할 수 있다. 즉 낮은 pH 토양을 DTPA로추출할 때 그 결과는 Cd 전함량만으로도 약 49% 정도가 설명될 수 있음을 나타낸다.

후속연구

특히 이 연구에서 토양을 물리화학적 특성으로 분류한 후 회귀분석을 수행하는 방식은 최근 다양한 학문분야에 접목되고 있는 머신러닝 기술과 흡사하다. 비록 이 연구에서는 추론통계적 기법만을 이용하였으나, 추후 다양한 학자에 의하여 많은 연구결과가 확보될 시 토양의 물리 화학적 특성, 중금속 전함량, 단일용출법 간의 더욱 명확한 상호 관련성 분석이 가능할 것으로 기대된다.
통계학적 유의성(significance)을 확보한 상태에서 토양을 물리화학적 조건에 따라 구분하여 세밀하게 수행한 이 연구의 결과가 최근 실용적 관심의 대상이 되고 있는 오염 농경지 토양의 단일용출법과 관련된 후속 연구에 중요한 정보를 제공할 수 있을 것으로 기대하였다.
토양의 물리화학적 특성 및 대상 원소의 특성에 따라 단일용출법에 의한 결과는 상이하게 달라지지만 여전히 다양한 중금속을 동시에 추출할 수 있다는 편의성에 기대어 단일용출법이 가장 널리 이용되고 있는 추세이다. 현재까지 단일용출법을 대체할 수 있는 기술이 개발되지 않아 앞으로도 단일용출법을 이용한 중금속의 이동도 또는 오염도 평가가 주를 이룰 것으로 생각되므로 여전히 이에 대한 더욱 심도 깊은 연구가 필요할 것이다. 특히 이 연구에서 토양을 물리화학적 특성으로 분류한 후 회귀분석을 수행하는 방식은 최근 다양한 학문분야에 접목되고 있는 머신러닝 기술과 흡사하다.

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저자의 다른 논문 :

표제어: PCR

동의어: Packet Collision Rate

용어 설명 출처 목록 (6)

용어 설명: PCR은 세균 특이성이 있는 primer를 이용하여 적은 수의 세균이 있을지라도 쉽게 검출할 수 있는 유용한 방법이며, 이를 이용하여 구강 내 치면세균막이나 타액에서 직접 세균을 검출할 수 있게 되었다[8].

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