The characteristics of As and heavy metals depend on the oxidation/reduction condition of the soil environment. The most heavy metals are immobilized by the reduction condition whereas As, Fe and Mn become more soluble. Therefore this study estimated the stabilization efficiency of the agricultural paddy soil in the vicinity of the abandoned mine using a flooded column test including analysis of the soil solution, contaminants fractionation and rice grain. Limestone and steelmaking slag were used as amendments for stabilization of the contaminated soil. In an analysis of the soil solution, the mobile characteristics of Fe and Mn, which were used as electron acceptors of the microorganisms, were controlled by increasing the pH by adding alkali amendments. This means that the contaminants combined with Fe and Mn can be stable under flooded reduction condition. However, the concentrations of cationic heavy metals (Cd, Pb, and Zn) were also decreased without amendments because the carbonates produced from microbial respiration increased the pH of the soil solution. In the amended soil, the specific sorbed fraction of As and carbonates fraction of heavy metals were increased when compared to the control soil at the end of the column test. Especially in heavy metals, the increase of carbonates fraction seems to be influenced by alkali amendments rather than microbial respiration. Because of the stabilization effect in the flooded paddy soil, the contents of As and Zn in rice grain from amended soil were lower than that of the control soil. But additional research is needed because of the relatively higher Pb content identified in the rice grain from the amended.
The objective of this research was to characterize effects of Cu or Cd additions on chemistry of soil quality indices, such as pH, EC, cation distribution and buffering capacity. Metals were added at rates ranging from 0 to 400 mg $kg^{-1}$ of soil. Soil solution was sequentially extracted from saturated pastes using vacuum. Concentrations of Cu or Cd remaining in soil solutions were very low as compared to those added to the soils, warranting that most of the added metals were recovered as nonavailable fractions. Adsorption of the added metals released cations into soil solution causing increases of ionic strength of soil solution. At metal additions of $200{\sim}400\;mg\;kg^{-1}$, EC of soil solution increased to as much as $2{\sim}4\;m^{-1}$; salinity levels considered high enough to cause detrimental effects on plant production. More divalent cations than monovalent cations were exchanged by Cu or Cd adsorption. The nutrient buffering capacity of soils was decreased due to the metal adsorption and release of cations. pH of soil solution decreased linearly with increasing metal loading rates, with a decrement of up to 1.3 units at 400 mg Cu $kg^{-1}$ addition. Influences of Cu on each of these soil quality parameters were consistently greater than those of Cd. These effects were of a detrimental nature and large enough in most cases to significantly impact soil productivity. It is clear that new protocols are needed for evaluating potential effects of heavy metal loading of soils.
토양의 카드뮴과 비소함량이 작물생육에 미치는 영향을 구명하기 위해서 작물의 흡수 및 중금속 stress로 인한 polyamine함량 변화를 조사하여 작물의 중금속 내성기작의 기초자료를 얻고자 수행하였다. 토양의 카드뮴과 비소처리로 작물의 생체중은 감소하였고 상추의 흡수량도 중금속처리량에 비례하여 증가하였으며 특히 비소보다 카드뮴처리로 생체중 감소 및 흡수축적양상이 크게 나타났다. 상추의 polyamine함량은 카드뮴 및 비소처리에 따라 증가하였고 카드뮴보다 비소처리에서 putrescine 및 cadaverine 함량이 높게 나타났다. 시험후 토양의 형태별 중금속함량은 치환형, 묽은산 추출형, 유기결합형이 카드뮴처리구에서 5.6, 42.9, 56.7 %, 비소처리구에서 17.6, 25.0, 24.1 %가 증가하였다. 카드뮴 처리구에서 토양의 치환형, 묽은산 추출형 및 잔류형 카드뮴 함량은 잎과 뿌리의 카드뮴함량과 고도의 정의 상관을 보였고 비소처리구에서는 토양의 모든 형태가 뿌리의 비소함량과 정의 상관을 보였다.
Global warming has accelerated glacial retreat in the high Arctic. The exposed glacier foreland is an ideal place to study chronosequential changes in ecosystems. Although vegetation succession in the glacier forelands has been studied intensively, little is known about the microbial community structure in these environments. Therefore, this study focused on how glacial retreat influences the bacterial community structure and its relationship with soil properties. This study was conducted in the foreland of the Midtre Lovénbreen glacier in Svalbard (78.9°N). Seven soil samples of different ages were collected and analyzed for moisture content, pH, soil organic carbon and total nitrogen contents, and soil organic matter fractionation. In addition, the structure of the bacterial community was determined via pyrosequencing analysis of 16S rRNA genes. The physical and chemical properties of soil varied significantly along the distance from the glacier; with increasing distance, more amounts of clay and soil organic carbon contents were observed. In addition, Cyanobacteria, Firmicutes, and Actinobacteria were dominant in soil samples taken close to the glacier, whereas Acidobacteria were abundant further away from the glacier. Diversity indices indicated that the bacterial community changed from homogeneous to heterogeneous structure along the glacier chronosequence/distance from the glacier. Although the bacterial community structure differed on basis of the presence or absence of plants, the soil properties varied depending on soil age. These findings suggest that bacterial succession occurs over time in glacier forelands but on a timescale that is different from that of soil development.
The active fraction of soil organic matter, which includes organic debris and light organic fraction, plays a major role in nutrient cycling. In addition, particulate organic matter is a valuable index of labile soil organic matter and can reflect differences in various soil behaviors. Since soil organic matter bound to soil mineral particles has its density lower than soil minerals, we partitioned soil organic matter into debris ($<1.5g\;cm^{-3}$), light fraction ($1.5-2.0g\;cm^{-3}$), and heavy fraction ($>2.0g\;cm^{-3}$), based on high density $ZnCl_{2-}$ sucrose solutions. Generally, partitioned organic bands were clearly separated, demonstrating that the $ZnCl_{2-}$ sucrose solutions are useful for such a density gradient centrifugation. The available gradient ranges from 1.2 to $2.0g\;cm^{-3}$. Although there was not a statistically meaningful difference in organic debris and organomineral fractions among the examined soils, there was a general trend that a higher content of organic debris resulted in a higher proportion of light organomineral fraction. In addition, high clay content was associated with increased fraction of light organomineals. Partitioning of soil organic carbon revealed that carbon content is reduced in the heavy fraction than in the light fraction, reflecting that the light fraction contains more fresh and abundant carbon than the passive resistant fraction. It was also found that carbon contents in the overall organic matter, debris, light fraction, and heavy fractions may differ considerably in response to different farming practices.
광산 주변 토양 및 하천퇴적물은 광산활동기간 뿐만 아니라 폐광 이후에도 비소 (As)의 오염에 노출될 가능성이 높다. 본 연구에서는 아연 (Zn) 광산 주변 토양의 비소 이동 특성을 규명하기 위한 방법으로 토양 중 비소의 분포와 토양이화학성과의 상관관계를 조사하였다. 인 분획법 (P fractionation) 을 이용하여 토양중 비소의 분포 특성을 조사한 결과, 논토양과 밭토양에서 큰 차이를 나타내었다. 논토양의 비소함량은 깊이가 깊어짐에 따라 증가하였으나, 밭토양은 감소하였다. 또한 밭토양에서 비소는 Si, Al 및 Fe 산화물과 밀접한 상관관계를 보였다. 토양에서 비소는 주로 NaOH용액으로 추출가능한 형태로 발견되었지만, 광산으로부터 유입된 아연과도 높은 상관관계를 보였다. 포화상태의 수리조건이 형성되는 논토양과 비교적 건조한 상태인 밭상태에서 비소의 분포양상이 다르고 이들의 상관관계 결과를 고려할 때 비소의 이동에 물의 영향은 매우 결정적인 요인으로 작용하였다. 특히 논토양에서 비소의 이동은 공극을 통한 물의 mass flow에 영향을 받는 반면, 밭토양에서는 교질표면에 비소의 adsorption, surface complexation, surface precipitation등 retention 반응에 더 큰 영향을 받는 것으로 판단되었다.
본 연구에서는 토양 내 비소 및 수은의 안정화제로 황산칼슘비료의 적용 가능성을 검토하였다. 아울러 황산칼슘비료의 물리적 특성(입자상, 미분상, 용액상)에 따른 비소 및 수은의 안정화 특성을 상추 재배 포트실험으로 비교?검토하였다. 34일 간의 상추재배를 통해 확인한 비소 및 수은의 전이감소 효과는 대체적으로 70% 이상인 것으로 나타나 안정화제로서의 적용성을 확인하였다. 다만, 용액상 안정화제 처리조건에서 성장한 상추의 생체량은 대조구의 46% 수준으로 가장 낮았는데, 이는 안정화제로부터 유래된 영양물질의 유효도가 극단적으로 높아 오히려 식물체 성장을 저해한 것으로 판단되었다. 토양 내 비소 및 수은의 분획특성 확인결과 수은에서만 존재형태의 변화가 크게 나타났다. 수은은 안정화 처리된 토양에서 원소수은의 감소와 잔류형/황화물 형태의 증가가 확인되었는데, 이러한 경향은 용액상 > 미분상 > 입자상의 순서로 나타났다. 본 연구를 통해 대형 교반장비의 진입이 어려운 농경지에서는 용액상 처리제의 살포만으로 안정화 효과를 얻을 수 있음을 확인하였다. 다만, 높은 영양물질 유효도로 인해 염해토양의 특성을 보일 수 있으므로, 투여량 조절을 통해 농작물 위해를 사전 제어할 필요가 있다.
This study has been carried out to examine the feasibility of soil washing process for reducing arsenic contamination level of soil around $Dalch\hat{e}n$ Mine. The results of physicochemical tests of the target soil showed that pH was weak alkalic ($pH{\simeq}7.8$), soil texture was coarse sand, and organic contents (5.7%) and CEC (Cation exchange capacity; 21.5 meq/100 g) were similar with those of soils generally found in Korea. Contamination levels of arsenic were found to over 201 mg/kg which exceed the Korea standard levels of countermeasure and concern. To investigate chemical partitioning of heavy metals, sequential extraction procedures were adopted and it was found that arsenic was predominantly associated with the residual fraction among five fractional forms as much as over 85%, which is demonstrating that only less than 15% of all might be vulnerable to a selected washing agents. Among 6 kinds of washing agents applied on the screening for arsenic-contaminated soil, HCl and $H_3PO_4$ solution were selected as promising washing agents. In comparison with HCl and $H_3PO_4$ solutions for arsenic washing by kinetic experiment in the change of pH, soil-solution ratio, temperature, and washing solution concentration, $H_3PO_4$ solution was determined to best one of agents tested, which showed faster washing rate than HCl to accomplish regulatory goal.
The soil carbon stock for a Pinus densiflora forest at Gwangneung, central Korea was estimated using the soil carbon model, Yasso. The soil carbon stock measured in the forest was 43.73 t C $ha^{-1}$, and the simulated initial (steady state) soil carbon stock and the simulated current soil carbon stock in 2007 were 39.19 t C $ha^{-1}$ and 38.90 t C $ha^{-1}$, respectively. Under the assumption of a $0.1^{\circ}C$ increase in mean annual temperature per year, the decomposition and litter fractionation rates increased from 0.28 to 0.56 % $year^{-1}$ and the soil carbon stock decreased from 0.03 to 0.12 % $year^{-1}$. Yasso is a simple and general model that can be applied in cases where there is insufficient input information. However, in order to obtain more accurate estimates in Korea, parameters need to be recalibrated under Korean climatic and vegetation conditions. In addition, the Yasso model needs to be linked to other models to generate better litter input data.
조사지역의 평균 토양화학성은 pH 5.93, 유기물함량 $25.9g\;kg^{-1}$, 유효인산 $742mg\;kg^{-1}$, $NO_3-N$$44.7mg\;kg^{-1}$ 이었으며, 토양 1 g당 균근균 포자는 양파 12.1, 마늘 11.7, 고추 10.1로 작물별 큰 차이를 보이지 않았다. 토성에 따른 포자수는 식토와 미사질 식토에서 토양 1 g 당 15개 이상의 포자밀도를 보였으며, 토양 pH, OM, $NO_3-N$, Av. $P_2O_5$등 토양양분함량과 포자밀도는 유의성 있는 상관관계를 보이지 않았으나, 포자수는 양분농도와 관계없이 일정한 수준을 보였다. 종이 확인된 균근균 수집 포자는 Glomus속 2종과 Gigaspora속 3종으로 Glomus clarum, Glomus intraradices, Glomus etunicatum와 Gigaspora rosea, Gigaspora margarita 등 이었다.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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