이 논문에서는 대전광역시 도심하천인 유등천 및 유등천이 합류된 갑천 하류 하상퇴적물의 물리화학적 특성을 분석하고 중금속에 의한 오염 정도를 평가하였다. 유등천 하천퇴적물은 약산성내지 약알칼리이며, 퇴적물 대부분은 모래가 약 80% 이상인 사질토로 양이온 보유능력과 수분보유 능력이 낮아 식물이 자라기에 부적합한 퇴적물임을 지시한다. 따라서 유등천변 소유역 퇴적물이 토양의 기능중 하나인 자정능력을 갖추기 위해서는 점토를 많이 객토하여 식생과 자정능력을 가지는 소유역 토양으로 전환해야 할 것으로 판단한다. 조사 지점별 중금속 성분의 함량변화 특성을 보면 유등천은 도심을 통과하면서 토사내 중금속(Pb, Cr, Cd)의 농도가 증가되는 경향을 보인다. 이러한 하천유역 토사내중금속 농도의 증가는 하천수의 수질과 관련이 있는 것으로 보인다. 하상퇴적물 깊이별 중금속의 농도는 일부지점에서 심도증가와 함께 증가하는 경향을 보인다. 하천수의 수질오염은 하천 퇴적물의 오염으로 이어지고 이는 궁극적으로 하천생태환경에 영향을 미치게 되므로 하천수의 수질에 대한 지속적인 감시와 오염된 하상퇴적물에 대한 정화작업이 필요하다.
인산형 양이온교환수지 특성 계산과, 이온교환수지의 전위차 적정곡선의 형태에 따른 정확한 이온교환용량을 결정할 수 있는 방법을 알아보았다. 이온교환수지는 divinylbenzene 4%로 가교화된 polystyrene 공중합체를 인산화한 것으로 이온교환용량이 5.7 meq/g이다. 인산형 양이온교환수지는 직선의 식으로 설명할 수 있었고, 직선 기울기로부터 적정시 zero중화와 완전중화사이의 평형상수 음의 대수(pK) 값의 차인 ${\Delta}pK$의 값을 구할 수 있었으며, ${\mathit{x}}=0.5$에서 얻어진 실험 및 이론의 pK값이 잘 일치하는 것을 알 수 있었다. 이온교환수지의 전위차 적정곡선은 NaOH나 $Ba(OH)_2$로 적정할 때 ${\mathit{x}}$의 변화에 따른 pK의 실험 값과 계산 값이 잘 일치하는 것을 알 수 있었다. 전위차 적정곡선의 변곡점은 원자가가 1가인 이온보다는 2가 이온이 크게 변화되는 것을 알 수 있었으며, g값과 도함수 ${\partial}pH/{\partial}g$의 관계를 Lorentz함수로서 나타내어 더욱 정확한 이온교환용량을 결정할 수 있었다.
양이온 교환수지와 시트르산 이온($Cit^{3-}$)이 들어있는 용액에서 방사성 알칼리 토류 금속 이온이 수지와 용액 사이에 어떻게 분배되는가를 실온에서 조사함으로써 그들 금속 이온의 시트르산 착물형성에 관한 연구를 하였다. 용매로서 $H_2O$, 아세톤-$H_2O$ 및 에탄올-$H_2O$를 사용하였다. 용액의 pH는 7.2-7.5로 조절하였고 이온 강도는 0.10-0.12로 유지하였다. 본 연구의 결과 $Ba^{++}$과 $Sr^{++}$은 어떤 용매계에서도 1:1착물(M $Cit^-$)을 형성하는 것을 알았다. 그리고 $Ca^{++}$은 수용액에서는 1:1착물을 형성하지만 혼합 용매계에서는 1:1착물(Ca $Cit^-$)과 1:2착물(Ca $Cit_2^{4-}$)을 형성함을 알았다. 그리고 이들 착물의 안정도는 $Ba^{++}\;<\;Sr^{++}\;<\;Ca^{++}$ 의 순으로 커지며 또 혼합용매의 유기 성분의 농도 증가순으로 커짐을 알았다.
본 연구는 교래자연휴양림 지역을 A와 B 지역으로 나누어서 대기질의 음이온과 양이온수를 측정하여 일별 그 분포와 변이에 대한 연구가 목적이었다. 이온수 측정은 이온수 측정기로 2017년 6월 28일-7월 13일 사이에 실시하였다. A지역의 5개 지점의 전체 평균 음이온수는 $734.5ions/cm^3$, 양이온 수는 $463.3ions/cm^3$, 대기온도는 $25.51^{\circ}C$, 습도는 81.6%, 풍속은 0.28 m/sec, 해발 고도는 455.7 m 이었다. B지역의 4개 지역 전체 측정한 평균 음이온수는 $780ions/cm^3$, 양이온수는 $379.55ions/cm^3$, 대기온도는 $27.6^{\circ}C$, 습도는 80%, 풍속은 0.1 m/sec, 측정지역의 해발고도는 477 m 이었다. 교래지역 A와 B전체의 음이온수의 평균치는 $757.5ions/cm^3$, 양이온수의 평균치는 $419.41ions/cm^3$이었다. 이온의수는 시간별로 측정별로 변이성이 높았다. 음이온수가 양이온수보다 평균 $275.73ions/cm^3$ 만큼 더 높게 유지되었다. A와 B점의 음이온과 양이온수의 측정치를 Pearson 분산분석에서는 음이온 측정지점별 및 측정지점 내의 분석이 유의하게 나타났으며(p<.001), 양이온의 측정지점별 및 측정지점 내의 분석에서도 유의하게 나타났다(p<.001). 음이온과 양이온수의 지역별 평균측정치 간의 상관관계분석에 서 r=.386으로 유의한 정적인 상관관계가 있었다(p<.001). 결론적으로 상기 음이온과 양이온 함량의 시간적 분포와 변이를 나타낸 결과는 교래자연휴양림의 대기질의 성분과 변화에 대한 기초정보를 제공하고 있다고 본다.
새로운 HDBPDA 이온교환수지, {(4, 5) : (13, 14)-Dibenzo-6, 9, 12-trioxa-3, 15, 21, -triazabicyclo [15. 3. 1]heneicosa-(1, 17, 19)(18, 20, 21) triene ion exchange resin : HDBPDA ion exchange resin}의 이온교환용량은 3.8meq/g이었다. 그리고 HDBPDA와 강산성 양이온교환수지인 Dowex 50W-X8(200-400mesh)에 대한 알칼리 및 알칼리 토금속 이온의 분포계수를, 물과 여러 농도의 염산 용액 중에서 측정하였다. HDBPDA 이온교환수지에 대한 금속 이온들의 분포계수는 염산 농도의 영향을 크게 받지 않았으나, 일반적으로 염산의 농도가 감소할수록 점진적으로 약간 증가하는 경향을 보였다. 그리고 물 속에서의 분포계수가 가장 컸다. Dowex 50W-X8에 대한 알칼리 및 알칼리 토금속 이온들의 분포계수는 염산 농도의 감소에 따라 증가하였으며, 특히 알칼리 토금속 이온들의 분포계수가 알칼리 금속 이온들에 비하여 훨씬 더 급격하게 증가하였다. HDBPDA 이온교환수지에 대한 알칼리 및 알칼리 토금속이온들의 분포계수는, 염산 농도에 대하여 직선적으로 변화하였으며, 그 기울기, d log Kd/d log $M_{HCl}$은 약-0.2였다. 그러나 Dowex 50W-X8에 대한 알칼리 및 알칼리 토금속 이온들의 경우, 보통의 염산 농도하에서 그 기울기는 각각 약 -1 및 -2였다. 그러나 매우 묽은 염산 농도하에서는 분포계수와 염산 농도 사이의 직선 관계는 성립하지 않았으며, 그 기울기는 위의 값으로부터 벗어났다.
Sol-gel법을 이용하여 $Fe_3O_4$과 $M_{0.2}Fe_{2.8}O_4$(M =Mn, Ni, Cu) 박막 시료을 만들어 M 치환에 따른 $Fe_3O_4$의 결정구조적 특성 및 양이온 분포를 X-ray diffraction(XRD)과 conversion electron M$\ddot{o}$ssbauer(CEMS) 분광법을 이용하여 조사하였다. CEMS 분광법을 이용하여 Fe 이온의 전하상태와 거동과 초미세 자기적 특성을 분석하였다. $M_{0.2}Fe_{2.8}O_4$(M =Mn, Ni, Cu) 시료들은 $Fe_3O_4$에서와 같이 입방정 스피넬 구조를 나타내었으며, Ni 이온 치환된 시료에서는 격자상수 값이 $Fe_3O_4$에서의 값과 비교하여 감소하였고, Mn 및 Cu 이온 치환된 시료에서는 증가하였다. CEMS 분석 결과 $Mn^{2+}$ 및 $Ni^{2+}$ 이온들은 주로 팔면체 자리를 치환하는 것으로 나타났으며, $Cu^{2+}$ 이온들은 팔면체, 사면체 자리를 모두 치환하는 것으로 나타났다. 부스펙트럼들의 세기비 $A_B/A_A$는 계산값과 측정값에 다소 차이가 있었으며, 이것은 M 치환이 A와 B자리의 Debye 온도에 영향을 주는 것으로 해석된다. B-자리 부스펙트럼의 비교적 큰 선폭값은 M 이온 치환에 기인한 B-자리의 M 이온분포가 초미세자기장에 미치는 분포효과로 나타났다.
황산고토와 수산화고토는 용해도를 비롯한 화학적 특성이 크게 다르므로 이들을 비료로 토양에 시용하였을 때 토양의 화학성에 미치는 영향 또한 달리 나타날 것이다. 본 연구에서는 이들 고토 비료가 토양 pH, EC 및 교환성 양이온 분포에 미치는 영향을 조사하였다. 수산화고토는 토양 pH를 증가시켰으며, 이러한 현상은 수산화고토의 낮은 용해도 때문에 주로 표토에만 제한적으로 나타났다. 황산고토의 경우에는 토양 pH를 저하시켰으며, 이러한 영향은 조사된 20 cm 깊이까지 나타났다. 용해도가 높은 황산고토의 이러한 pH 저하 현상은 주로 토양용액의 이온 강도 증가에 기인한는 것으로 판단되었다. 토양 EC는 황산고토 처리에서 크게 증가하였으나 수신화고토 처리에서는 표토 일부에서 약간 증가하는 결과를 보였다. 교환성 $Mg^{2+}$ 함량 조사 결과를 보면 황산고토의 경우 용해도가 높으므로 일시에 다량의 마그네슘이 토양에 용출되며 관수에 따라서 쉽게 용탈될 수 있는 것으로 나티났으며, 반면 수산화고토의 경우에는 용해도가 낮으므로 표토에만 지속적으로 마그네슘을 공급할 수 있는 것으로 나타났다. 황산고토 처리의 경우 다량의 마그네슘을 용출되므로 수산화고토에 비하여 교환성 $Ca^{2+}$의 유실을 초래할 수 있는 것으로 나타났다. 이상의 결과를 고려할 때, 토양 환경 특성을 고려한 고토 비종의 선택이 필요할 것이며, 특히 산성토양 또는 염류집적 가능성이 높은 토양에서는 황산고토에 비해 수산화고토의 시용이 유리할 것으로 판단된다.
내염성 수도 육종에 있어서 내염성정도의 표시로 생육량과 양이온함량을 선발의 지표로 이용할 수 있는가를 구명하기 위하여 내염성품종과 비내염성품종들의 모본, $F_1$, $F_2$ 식물에 염처리를 하여 생육량과 양이온함량을 조사하였다. 그 결과를 요약하면 다음과 같다. 1. 공시된 벼 내염성품종들은 염의 농도가 높아갈 때 비내염성품종에 비하여 초장과 건물중의 감소가 적었다. 2. 내염성품종인 Pokkali, Annapurna는 비내염성품종인 wx817, 신설찰에 비하여 염처리시 $Na^{+}$ 함량이 적고, $K^{+}$함량이 많았으며 $Na^{+}$ / $K^{+}$비가 현저하게 낮았으나, $Ca^{++}$, M $a^{++}$함량은 뚜렷한 경향이 없었다. 3. 염처리시 초장, 분얼수, 건물중 등의 생육량은 $Na^{+}$함량, $Na^{+}$/ $K^{+}$비와 유의한 부의 상관을 보였고, $K^{+}$함량과는 정의 상관을 나타냈다. 그러나 $Ca^{++}$와 $Mg^{++}$함량은 생육량과 유의한 상관을 보이지 않았다. 따라서 $Na^{+}$, $K^{+}$함량 및 $Na^{+}$ / $K^{+}$비는 내염성정도를 표시하는 한가지 지표로서 이용 가능할 것으로 생각된다. 4. 염처리시 내염성품종과 비내염성품종 모두 얼자별 양이온함량은 유의한 차이를 보이지 않았으나, 주간의 엽들은 상위엽에서 하위엽으로 내려갈수록 $Na^{+}$함량이 많아지고, $Na^{+}$ / $K^{+}$ 비가 높아지는 경향이었다. 5. 내염성품종인 Pokkali, Annapurna와 비내염성 품종인 wx817, wx126과의 $F_1$에서 염처리시 초장과 건물중 및 $K^{+}$함량, $Na^{+}$ / $K^{+}$ 비는 내염성 모본인 Pokkali와 유사하였으며, $Na^{+}$함량은 각 모본의 중간정도를 보여, 내염성은 비내염성에 대하여 우성으로 나타났다. 6. 내염성품종인 Pokkali와 비내염성품종인 wx817간의 $F_2$에서 염처리시 내염성 관련형질의 변이분포는 건물중과 초장, $Na^{+}$ 및 $K^{+}$함량, $Na^{+}$ / $K^{+}$비가 내염성모본인 Pokkali에 가깝게 분포하였다. 유전력은 형질별로 0.604~0.811 정도이었고, 조사형질간 유전상관 및 표현형상관은 대체로 고도로 유의한 상관관계를 보였다.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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