해성단구지에서 발달된 강릉통의 이쇄경반층(Btx) 토양의 산화.환원적 특성에 관한 연구

장용선,문용희,손연규,현병근,박찬원,윤성원,Zhang, Yong-Seon,Moon, Yong-Hee,Sonn, Yeon-Kyu,Hyun, Byung-Keun,Park, Chan-Won,Yoon, Sung-Won 대한자원환경지질학회 2012 자원환경지질 Vol.45 No.2

Soil pan typically presents the problems in soil water movement or in aeration which is not appropriate for a plant root growth, In this study physico-chemical characteristics of soils and micromorphological characteristic of clay accumulated zone were investigated to identify redox characteristic and evolution of a fragipan of Gangreung series commonly developed in coastal terraces. Gangreung series is classified as Aquic Fragiudalfs according to the USDA soil taxonomy. It is known that sedimentary ocean floor results in soil pan having parallel liner soil structure due to landscape evolution around 200 to 250 million years ago. it is considered that illite, kaolinite, and vermiculite are major clay minerals contained in a fragipan of Gangreung series. Mixed gray and reddish brown colored band around soil pores was found and would be the redoxmorphic features of fragipan. It is possibly due to accumulated illuvial clay and ferriargillans in soil pores and aggregates in reducing conditions eluding ferrous material. Therefore, mixed colored band around pores in soils of Gangreung series would be developed from the eluted ferrous materials which were accumulated in fragipan during the emerged land formation. 반층토(Hardpan)는 토양수분의 이동 제한이나 토층의 통기불량을 유발하여 식물뿌리 신장을 저해하므로 해성단구지에서 발달된 강릉통(Gangreung series)의 경반층(Duripan)의 생성 원인과 산화 환원적 특성을 규명하기 위하여 토양의 물리-화학적 특성과 점토집적층의 미세형태적 특성을 규명하였다. 강릉통은 신생대 제3기말에서 제4기 초인 200~250만년 전 바다 밑에 퇴적되어 있던 해저지형이 융기되어 형성된 반층 토양으로 토양구조가 평형적(Parallel liner) 분포를 보이며 미농무성 분류법에 따르면 Aquic Fragiudalfs에 속한다. 이쇄경반층(Fragipan)의 산화 환원적 특성을 보이는 적갈색띠층과 회색띠층의 광물학적 특성은 적갈색 띠층에서는 적철석(Hematite, $Fe_2O_3$)이 정성되었으며 회색 띠층에서는 일라이트 강도가 크게 나타났다. 토양입단 및 공극에 집적된 점토(Illuvial clay) 및 철피막(Ferriargillans)이 토층 상부의 유기물이 함유된 토양용액이 토양구조 내 공극에 정체하면서 환원조건을 유발하여 집적된 점토 및 철피막 중에서 철성분(Ferrous materials)이 공극에서부터 용출되면서 현재와 같이 적색층과 암회색층이 교호하는 특징을 보이는 것으로 생각된다. 강릉통에서 이쇄경반층의 주요한 점토광물은 알라이트(Illite), 카올리나이트(Kaolinite), 질석(Vermiculite)이며 적색띠층에 비해 암회색층에서 일라이트 함량이 높게 나타났다. 따라서 강릉통은 해저지형이 융기되는 과정에서 점토 및 철성분의 집적과 압력의 영향으로 경반층이 형성된 후 이쇄경반층에 집적되었던 철성분이 용출되면서 적색층과 암회색층이 교호하는 특징을 보이고 있었다.

하천 퇴적토양의 이화학적 특성

장용선(Yong-Seon Zhang),손연규(Yeon-Gye Sonn),박찬원(Chan-Won Park),현병근(Byung-Keun Hyun),문용희(Yong-Hee Moon),송관철(Kwan-Cheol Song) 한국토양비료학회 2011 한국토양비료학회지 Vol.44 No.6

주요 하천 유역 퇴적토의 토양물리성과 화학성을 파악하여 농업적 활용에 있어서 토양환경적 안정성을 평가하기 위하여 2009년부터 2010년까지 한강 16개소, 금강 32개소, 영산강 27개소, 낙동강 144개소로 28개 시군의 219개소의 하천표토에서 50 ㎝까지 시료를 채취하였다. 하천토사의 입자밀도는 2.63 Mg m<SUP>-3</SUP> 이상으로 2.60∼2.69 Mg m<SUP>-3</SUP>의 범위이었으며, 입경은 평균 0.7 mm로 0.075∼0.85 mm 범위에 분포하고 있었다. 유역별 토사의 입경분포를 살펴보면, 한강과 금강에서는 0.075∼0.85 mm 범위에 입자가 주로 분포하였으며, 금강과 영산강에서는 0.25∼0.85 mm 범위에 입자로 입경이 큰 입자의 분포비율이 높았다. 하천 토사의 평균 화학성은 pH 6.3, EC 0.16 dS m<SUP>-1</SUP>, 유기물 8 g kg<SUP>-1</SUP>, 유효인산 101 mg kg<SUP>-1</SUP>, 치환성 칼륨, 칼슘 및 마그네슘은 각각 0.39, 3.47, 0.93 cmolc kg<SUP>-1</SUP>이었으며, 유역별로는 한강유역에서 pH, 금강유역에서 염농도 (EC), 유효인산과 치환성 나트륨이, 영산강유역에서 유기물, 치환성 칼슘과 마그네슘이, 낙동강 유역에서는 치환성 칼륨이 각각 높았다. The river-bed sediments from the major river basins were analysed for the chemical and physical properties to evaluate environmental safety for the agricultural uses. The samples were taken from 16 sites of Han river, 36 of Geumgang river, 27 of Yeongsan river, and 140 of Nakdong river. The total of 219 samples from the 28 counties were taken from the surface of the sediments at the depth of 50 cm. The particle density of the sediments was greater than 2.63 Mg m<SUP>-3</SUP> and the whole range of the density was 2.60∼2.69 Mg m<SUP>-3</SUP>, the average particle size was 0.7 mm whereas the size range was 0.075∼0.85 mm. The analyses of the particle sizes by basins showed that Han and Geumgang river had particle sizes of 0.075∼0.85 mm, while Geumgang and Yeongsan river had particle sizes of 0.25∼0.85 mm. Geumgang and Yeongsan river tended to have greater particle sizes. The average values of the chemical properties were 6.3 for pH, 0.16 dS m<SUP>-1</SUP> for EC, 8 g kg<SUP>-1</SUP> for organic matter, 101 mg kg<SUP>-1</SUP> for available phosphate, 0.39, 3.47, and 0.93 cmolc kg<SUP>-1</SUP> for exchangeable potassium, calcium, and magnesium respectively. The greatest property at each basin was pH for Han river, Ec, available phosphate and exchangeable sodium for Geumgang river, organic matter, exchangeable calcium and magnesium for Yeongsan river, and exchangeable potassium for Nakdong river.

레이저유도붕괴분광법을 활용한 토양의 정량분석

장용선(Yong-Seon Zhang),이계준(Gye-Jun Lee),이정태(Jeong-Tae Lee),황선웅(Seon-Woong Hwang),진용익(Yong-Ik Jin),박찬원(Chan-Won Park),문용희(Yong-Hee Moon) 한국토양비료학회 2009 한국토양비료학회지 Vol.42 No.5

레이저 유도붕괴 분광법(LIBS)은 물질상태(고체, 액체, 기체)에 상관없이 신체 접촉시 오염 우려 및 미량 시료도 전처리 없이 동시에 많은 종류의 원소 분석으로 분석과정이 단순하고 신속하게 분석이 가능하며, 소형화된 레이저의 개발로 시료의 직접적인 채취가 어려운 조건의 현장분석에도 적합하다. 농산물 안정성 평가나 친환경 농업 및 정밀농업을 위한 조사 등에 활용될 수 있는 비파괴 실시간 정량분석기술로서 LIBS 분석법의 토양분석 가능성을 평가하고자 표준광물, 미국의 표준기술연구소의 표준토양, 미국 테네시주 초지 및 밭토양을 대상으로 토양 구성성분의 정성ㆍ정량적 분석에 필요한 측정조건을 조사하고 이를 토대로 LIBS에 의한 농도값과 기존의 화학분석법을 통해 측정한 결과를 비교하였다. LIBS 측정은 펄스형 Nd:YAG 레이저(Minilite Ⅱ, Continuum, Santa Clara, CA)에서 나오는 1064 ㎚ 에너지 파장의 광원을 시편의 플라즈마를 생성시키는데 사용하였고, 25 mJ/pulse 여기 에너지 빔을 펄스폭 35 ns, 펄스 반복 주기 10 ㎐, 노출시간 10 s 동안 시료의 표면에 조사하였다. LIBS 분광은 0.03 ㎚의 해상력으로 200 ㎚에서 600 ㎚의 영역에서 50 m 이하로 분쇄하여 원형 펠렛 형태로 압축시킨 시료를 10 rpm의 속도로 회전시키면서 상온 상압의 실험실 조건에서 수행되었다. LIBS를 이용한 토양 중 주요한 원소의 적정 파장(㎚)은 Al(I) 309.2 ㎚, Ca(I) 422.6 ㎚, Fe(I) 406.4 ㎚, Mg(I) 285.2 ㎚, Na(I) 589.2 ㎚, Si(I) 288.2 ㎚, Ti(I) 398.9 ㎚ 이었다. LIBS의 피크강도가 물질 중 원소의 농도가 증가됨에 따라 각 원소의 특정 파장대에서 일정하게 증가되는 것으로 나타나고 있으나 표준물질의 LIBS의 신호비와 원소비를 통해 측정된 검량곡선의 상관계수(r2)는 0.863에서 0.977의 범위로 원소별로 상이할 뿐만 아니라 0.98에 미치지 못하였다. 또한, 토양중 분석대상원소에 대하여 기존 ICP-AES에 의한 표준방법으로 분석된 시료의 측정값과 비교하여 상대적인 오차는 대략적으로 (-)40%에서 80%이상이며, 평균오차는 32.2%로 표준척도 20% 이상을 초과하였다. LIBS에 의한 토양분석은 토양의 조성과 입자의 크기에 따른 매질효과(matrix effect)로 표준물질의 검량곡선에서 결정계수가 낮고, 원소별 함량도 기준의 표준방법과 비교할 때 오차가 컸다. 따라서 LIBS에 의한 토양분석은 정성적인 분석 수준의 정밀도를 보였으며, 토양 매질의 영향을 최소화하기 위하여 기존의 분쇄ㆍ펠렛형 시료조제 및 회전측정 이외의 다양한 토양매질의 표준물질(standard reference material)의 확보, 새로운 전처리 방법 및 측정상 방법개선 등 신뢰성 있는 정량 분석을 위한 노력이 필요할 것으로 사료된다. Laser induced breakdown spectroscopy(LIBS) is an simple analysis method for directly quantifying many kinds of soil micro-elements on site using a small size of laser without pre-treatment at any property of materials(solid, liquid and gas). The purpose of this study were to find an optimum condition of the LIBS measurement including wavelengths for quantifying soil elements, to relate spectral properties to the concentration of soil elements using LIBS as a simultaneous un-breakdown quantitative analysis technology, which can be applied for the safety assessment of agricultural products and precision agriculture, and to compare the results with a standardized chemical analysis method. Soil samples classified as fine-silty, mixed, thermic Typic Hapludalf(Memphis series) from grassland and uplands in Tennessee, USA were collected, crushed, and prepared for further analysis or LIBS measurement. The samples were measured using LIBS ranged from 200 to 600 ㎚(0.03 ㎚ interval) with a Nd:YAG laser at 532 ㎚, with a beam energy of 25 mJ per pulse, a pulse width of 5 ns, and a repetition rate of 10 ㎐. The optimum wavelength(λ㎚) of LIBS for estimating soil and plant elements were 308.2 ㎚ for Al, 428.3 ㎚ for Ca , 247.8 ㎚ for T-C, 438.3 ㎚ for Fe, 766.5 ㎚ for K , 85.2 ㎚ for Mg, 330.2 ㎚ for Na, 213.6 ㎚ for P, 180.7 ㎚ for S, 288.2 ㎚ for Si, and 351.9 ㎚ for Ti, respectively. Coefficients of determination(r²) of calibration curve using standard reference soil samples for each element from LIBS measurement were ranged from 0.863 to 0.977. In comparison with ICP-AES(Inductively coupled plasma atomic emission spectroscopy) measurement, measurement error in terms of relative standard error were calculated. Silicon dioxide(SiO2) concentration estimated from two methods showed good agreement with -3.5% of relative standard error. The relative standard errors for the other elements were high. It implies that the prediction accuracy is low which might be caused by matrix effect such as particle size and constituent of soils. It is necessary to enhance the measurement and prediction accuracy of LIBS by improving pretreatment process, standard reference soil samples, and measurement method for a reliable quantification method.

김해통의 점토광물조성과 미세구조

장용선 ( Yong Seon Zhang ),정필균 ( Pil Kyun Jung ),김유학 ( Yoo Hak Kim ),송관철 ( Kwan Cheol Song ) 한국토양비료학회 2003 한국토양비료학회 학술발표회 Vol.2003 No.1

濟州道 山麓의 噴石丘에서 發達된 노로통과 미악통 土壤의 鑛物學的 特性

장용선(Yong-Seon Zhang),김유학(Yoo-Hak Kim),송관철(Kwan-Cheol Song),김선관(Sun-Kwan Kim) 한국토양비료학회 2002 한국토양비료학회지 Vol.35 No.3

잔적 및 붕적모재 토양의 점토광물 특성구명

장용선(Yong-Seon Zhang),손연규(Yeon-Kyu Sonn),정석재(Sug-Jae Jung),이계준(Gye-Jun Lee),김명숙(Myung-Sook Kim),김선관(Sun-Kwan Kim),이주영(Ju-Young Lee),편인환(In-Hwan Pyun) 한국토양비료학회 2006 한국토양비료학회지 Vol.39 No.5

점토광물 조성이 상이한 토양의 점토활성도와 이화학적 특성

장용선(Yong-Seon Zhang),손연규(Yeon-Kyu Sonn),박찬원(Chan-Won Park),현병근(Byung-Keun Hyun),문용희(Yong-Hee Moon),송관철(Kwan-Cheol Song) 한국토양비료학회 2010 한국토양비료학회지 Vol.43 No.6

토양광물 종류별 토양의 점토활성도를 구분하기 위하여 우리나라 390개 토양통을 점토광물과 함수산화광물을 기준으로 점토광물 조성이 다른 7개의 토양을 선정하여 토양광물 종류에 따른 점토의 CEC와 비표면적을 비교하였다. 토양 CEC에 대한 점토의 비가 0.7 이상인 토양은 사암을 모재로 Chlorite를 주광물로 하는 토양, 안산암질반암을 모재로 Smectite를 함유한 토양, 화산재를 모재로 Allophane과 Ferrihydrite가 주광물로 이루어진 토양이었으며, 점토활성도 0.3-0.7인 토양은 회장석을 모재로 Kaolin이 주광물 토양, 하성퇴적토를 모재로 Kaolin, Illite, Vermiculite가 혼합된 토양이었다. 또한 점토활성도 0.3이하인 토양은 화강암 및 화강편마암 모재의 Kaolin을 주광물로 Geothite와 Hematite가 함유된 적황색계 토양, 석회암 모재의 Illite와 Vermiculite를 주광물로 Gibbsite, Geothite, Hematite가 함유된 적황색계 토양이었다. 토양의 점토활성도는 점토의 CEC, 점토의 비표면적과 상관이 있어서 점토활성도가 높은 토양에서는 점토의 CEC가 높고 점토의 비표면적이 넓었다. 따라서 토양의 점토활성도는 기존의 점토광물의 정성과 정량분석을 실시하지 않고도 토양의 일반적인 분석을 통하여 토양 중 점토광물의 조성을 추정하고 토양의 물리-화학적 특성을 예측하는데 유용한 기준이 될 것으로 생각된다. This research investigated classification of clay activity degree by different clay mineral components. Based on compositions of different clay and oxide minerals within 390 soil series in Korea, 7 soils were selected to analyze for CEC and specific surface area of clay minerals. As a result, soils were mainly composed with Chlorite originated from sandstone, Smectite originated from Andesite porphyry and combination of Allophane and Ferrihydrite originated from volcanic ash, if the ratio of CEC value to clay content (degree of clay activity) was greater than 0.7. If the degree of clay activity was ranged between 0.3 and 0.7, soils were composed mainly with Kaolin originated from anorthite. Soils with this ratio also was composted with combinations of Kaolin, Illite and Vermiculite originated with river deposits. When the degree of the activity was less than 0.3, soils were commonly red-yellowish color and composed with two different minerals. One type of composition was Kaolin originated from granite and granite gneiss and the soils contained Geothite and Hematite. The other type was composited mainly with Illite and Vermiculite minerals originated from granite. These soils contained Gibbsite, Geothite and Hematite. The degree of clay activity was highly related with CEC and specific surface area. The greater degree of the activity displayed greater values of clay CEC and specific surface area. It is not easy to measure actual quantity and compositions of clay minerals, while the degree of clay activity can be measured from routine soil analyses. As a conclusion, the degree of clay activity may be not just a simple but also powerful tool to estimate physical-chemical properties of soils and to evaluate the soil classification in Korean soils.

한국에 강하한 황사의 토양학적 특성

장용선(Yong-Seon Zhang),김유학(Yoo-Hak Kim),손연규(Yeon-Kyu Sonn),이계준(Gye-Jun Lee),김명숙(Myung-Sook Kim),김선관(Sun-Kwan Kim),원항연(Hang-Yeon Weon),좌재호(Jae-Ho Joa),엄기철(Ki-Cheol Eom),김상효(Sang-Hyo Kim),곽한강(Han-Kang Kwa 한국토양비료학회 2005 한국토양비료학회지 Vol.38 No.6

모재별 토양의 미세형태 특성

장용선(Yong-Seon Zhang),정석재(Seog-Jae Jung),김선관(Sun-Kwan Kim),박창진(Chang-Jin Park),정연태(Yeon-Tae Jung) 한국토양비료학회 2004 한국토양비료학회지 Vol.37 No.5

토양 유실량 및 유출수량 측정을 위한 회전분할집수기의 평가

장용선(Yong-Seon Zhang),박찬원(Chan-Won Park),이계준(Gye-Jun Lee),이정태(Jeong-Tae Lee),진용익(Yong-Ik Jin),황선웅(Seon-Woong Hwang) 한국토양비료학회 2008 한국토양비료학회지 Vol.42 No.6

For the standard method of collecting the run-off, it is consumed the high cost and much effort to install and to manage this instrument. Because the all the soil and water from reservoir tank must be eliminate after their measurement of amount of soil loss and run-off and installed the reservoir tank at regular size in the experimental field. Therefore, objective of this study was to compare its efficacy between the standard method and a flow rotate divider for continuously collecting and measuring the soil loss and run-off in order to conveniently conduct the field experiment of the lysimeters. For collecting the sampling of soil loss and run-off from agricultural land with invariable ratio, a flow rotate divider was consisted with a 8 blades of round plate sloped in order to collect the invariable ratio of soil and water at lowest part from round plate by the law of gravity. For comparing its accuracy in the batch scale experiment, it shown that there was significantly a positive linear corelation (r=0.997***) between flowing and sampling amounts with adjusting the range from 1 to 10 L min-1 with flowing rate. In collecting ratio in the field experiment, it observed that the more its accuracy had, the more soil loss and run-off.