제주도 지하수 질산염 농도의 시·공간적 변화 특성: 장기(1993-2015) 모니터링 자료의 평가

김호림(Ho-Rim Kim),오준섭(Junseop Oh),도현권(Hyun-Kwon Do),이경진(Kyung-Jin Lee),현익현(Ik-Hyun Hyun),오상실(Sang-Sil Oh),감상규(Sang-Kyu Kam),윤성택(Seong-Taek Yun) 대한자원환경지질학회 2018 자원환경지질 Vol.51 No.1

1993년부터 2015년까지 관측된 제주도 지하수 장기모니터링 관측정(N = 4,835)에서 수집된 지하수 수질자료(N = 21,568)를 기반으로 질산성질소의 시공간적 변동 특성을 평가하였다. 제주도 지하수의 질산성질소 농도의 중앙값은 2.5 mg/L로서 다른 국가나 대륙의 조사 결과에 비해 다소 높거나 유사한 것으로 나타났다. 또한 지하수 용도, 행정구역 및 고도 별로 유의한 차이를 보였다. 특히, 산간 지역에 비해 저지대 해안가에 위치한 농업 및 주거지역에서 농도가 높음을 확인하였다. Mann-Kendall 및 Sen’s slope 분석을 활용한 질산성질소 농도의 추세 분석 결과, 하류 저지 대에 비해 중산간지역에서의 질산성질소 농도 증가 경향이 뚜렷하였다. 제주도 내 토지 피복의 시계열 변화 특성과 결부 지어 보면, 중산간지역의 오염 증가 추세는 농업지역의 확장 등 인위적 활동 증가에 기인한 결과로 판단된다. 반면,기지정된 지하수자원특별관리구역에서는 전반적으로 질산성질소 농도의 감소 경향이 나타났는데, 이는 지하수 관리 측면에서 수질관리를 위한 적극적인 정책이 유효함을 시사한다. 본 연구에서는 제주도 지하수의 질산성질소 오염관리를 위한 적정 방안을 제안한다. The spatio-temporal variations of nitrate concentrations in groundwater of Jeju Island were evaluated by an analysis of time series groundwater quality data (N = 21,568) that were collected from regional groundwater monitoring (number of wells = 4,835) for up to 20 years between 1993 and 2015. The median concentration of NO 3 -N is 2.5 mg/L, which is slightly higher than those reported from regional surveys in other countries. Nitrate concentrations of groundwater in wells tend to significantly vary according to different water usage (of the well), administrative districts, and topographic elevations: nitrate level is higher in low-lying agricultural and residential areas than those in high mountainous areas. The Mann-Kendall trend test and Sen’s slope analysis show that nitrate concentration in mid-mountainous areas tends to increase, possibly due to the expansion of agricultural areas toward highland. On the other hand, nitrate concentrations in the Specially Designated Groundwater Quality Protection Zones show the temporally decreasing trend, which implies the efficiency of groundwater management actions in Jeju. Proper measures for sustainable groundwater quality management are suggested in this study.

제주도 현무암 기원 토양의 바나듐 용출 특성

현익현 ( Ik-hyun Hyun ),양철신 ( Cheol-shin Yang ),윤성택 ( Seong-taek Yun ),김호림 ( Horim Kim ),이민규 ( Min-gyu Lee ),감상규 ( Sang-kyu Kam ) 한국환경과학회 2016 한국환경과학회지 Vol.25 No.11

To understand the characteristics of vanadium leaching from soils formed by the weathering of basalts, paleo soil at Gosan, Jeju Island, Korea, and several present-day soils from neighboring areas were collected. Leaching experiments were carried out by two approaches: 1) batch experiments under various geochemical conditions (redox potential (Eh) and pH) and 2) continuous leaching experiments under conditions similar to those of natural environments. From the batch experiments, leached vanadium concentrations were highest under alkaline (NaOH) conditions, with a maximum value of 2,870 μg/L, and were meaningful (maximum value, 114 μg/L) under oxidizing (H₂O₂) conditions, whereas concentrations under other conditions (acidic-HCl, neutral-NaHCO₃, and reducing-Na₂S₂O₃) were negligible. This indicated that the geochemical conditions, in which soil-water reactions occurred to form groundwater with high vanadium concentrations, were under alkaline-oxidizing conditions. From the continuous leaching experiments, the pH and leached vanadium concentrations of the solution were in the ranges of 5.45 5.58 and 6 9 μg/L, respectively, under CO₂ supersaturation conditions for the first 15 days, whereas values under O₂ aeration conditions after the next 15 days increased to 8.48~8.62 and 9.7~12.2 μg/L, respectively. Vanadium concentrations from the latter continuous leaching experiments were similar to the average concentration of groundwater in Jeju Island (11.2 μg/L). Furthermore leached vanadium concentrations in continuous leaching experiments were highly correlated with pH and Al, Cr, Fe, Mn and Zn concentrations. The results of this study showed that 1) alkaline-oxidizing conditions of water-rock (soil) interactions were essential to form vanadium-rich groundwater and 2) volcanic soils can be a potential source of vanadium in Jeju Island groundwater.

제주도 지하수 내 바나듐의 산출 특성

현익현 ( Ik-hyun Hyun ),윤성택 ( Seong-taek Yun ),김호림 ( Ho-rim Kim ),감상규 ( Sang-kyu Kam ) 한국환경과학회 2016 한국환경과학회지 Vol.25 No.11

The aim of this study was to evaluate the occurrence of vanadium in Jeju Island groundwater, focusing on the spatio-temporal patterns and geochemical controlling factors of vanadium. For this, we collected two sets of groundwater data: 1) concentrations of major constituents of 2,595 groundwater samples between 2008 and 2014 and 2) 258 groundwater samples between December 2006 and June 2008. The concentrations of groundwater vanadium were in the range of 0.2~71.0 μg/L (average, 12.0 μg/L) and showed local enrichments without temporal/seasonal variation. This indicated that vanadium distribution was controlled by 1) the geochemical/mineralogical composition and dissolution processes of original materials (i.e., volcanic rock) and 2) the flow and chemical properties of groundwater. Vanadium concentration was significantly positively correlated with that of major ions (Cl-, Na⁺, and K⁺) and trace metals (As, Cr, and Al), and with pH, but was negatively correlated with NO3-N concentration. The high concentrations of vanadium (>15 μg/L) occurred in typically alkaline groundwater with high pH (≥ 8.0), indicating that a higher degree of water-rock interaction resulted in vanadium enrichment. Thus, higher concentrations of vanadium occurred in groundwater of Na-Ca-HCO₃, Na-Mg-HCO₃ and Na-HCO₃ types and were remarkably lower in groundwater of Na-Ca-NO₃(Cl) type that represented the influences from anthropogenic pollution.

제주도 토양 중 비이온계 농약의 흡착 및 용탈 특성

전시범 ( Si-bum Chun ),현익현 ( Ik-hyun Hyun ),이민규 ( Min-gyu Lee ),감상규 ( Sang-kyu Kam ) 한국환경과학회 2018 한국환경과학회지 Vol.27 No.7

Agricultural soils around springwaters heavily affected by pesticide run-off and around wells considering the regional characteristics were collected at 24 stations in Jeju Island, and the physicochemical properties and adsorption and leaching characteristics of four nonionic pesticides (diazinon, fenitrothion, alachlor, and metalaxyl) were investigated. The values of the major soil factors affecting the adsorption and leaching of pesticides, namely, soil pH(H₂O), organic matter content, and cation exchange capacity (CEC), were in the range of 4.64~8.30, 0.9 13.1% and 12.7~31.7 meq/100 g, respectively. The Freundlich constant, K_F value, which gives a measure of the adsorption capacity, decreased in the order of fenitrothion > diazinon > alachlor > metalaxyl, which was identical to their lower water solubility. Among the collected soils, the K_F value was very highly correlated with organic matter content (r² = 0.800~0.876) and CEC (r² = 0.715~0.825) and showed a high correlation with clay content (r² = 0.473~0.575) and soil pH(H₂O) (r² = 0.401~0.452). The leaching of pesticides in the soil column showed a reverse relationhip with their adsorption in soils, i.e., the pesticides leached more quickly for the soils with lower values of organic matter content and CEC among the soils and for the pesticides with higher water solubility.

제주도 토양 중 이온계 농약의 흡착 및 용탈 특성

전시범 ( Si-bum Chun ),현익현 ( Ik-hyun Hyun ),감상규 ( Sang-kyu Kam ) 한국환경과학회 2019 한국환경과학회지 Vol.28 No.8

The adsorption and leaching characteristics of five ionic pesticides including four acidic pesticides (2,4-D, dicamba, MCPA, and MCPP) and one amphoteric pesticide (imazaquin) in agricultural soils were investigated. Soils around spring waters that were heavily affected by pesticide run-off and soils around wells considering the regional characteristics in Jeju Island were collected at 24 stations. The Freundlich constant, KF value, which is a measure of the adsorption capacity, decreased in the order of 2,4-D > MCPA > MCPP > dicamba > imazaquin. The adsorption capacity of these ionic pesticides decreased with increasing pH owing to the effects of ionization of pesticides and different ionizable functional groups of soils. The leaching of ionic pesticides in the soil column showed a reverse relationship with their adsorption in soils, namely, the ionic pesticides were leached more quickly for the pesticides with lower adsorption capacity. The groundwater contamination potential of the ionic pesticides was evaluated in the order of imazaquin > MCPA > MCPP > dicamba > 2.4-D according to the groundwater ubiquity score based on soil Koc and the half-life of the pesticide.

계절에 따른 제주조릿대(Sasa quelpaertensis Nakai) 조사지의 토양특성 비교

고석형 ( Suk-hyung Ko ),김현철 ( Hyoun-chul Kim ),박원표 ( Won-pyo Park ),현익현 ( Ik-hyun Hyun ),고정군 ( Jung-goon Koh ) 한국환경농학회 2023 한국환경농학회 학술대회집 Vol.2023 No.0

본 연구의 목적은 계절별에 따른 토양특성 변화를 파악하고 향후 지속적인 조사와 함께 효율적인 국립공원 관리방안을 마련함에 있어 종합적인 해석시에 자료를 제공함에 있다. 이에 제주조릿대 관리방안 연구 지역인 한라산국립공원 장구목과 만세동산의 벌채지와 비벌채지를 대상으로 2019년 8월과 10월 및 2020년 5월에 토양(표토와 심토)시료를 채취하였다. 입도분석 결과에 의한 토성은 한라산 장구목인 경우 미사질식양토, 식양토 및 양토였으며, 만세동산인 경우 식토, 식양토 및 사질식양토로 점토함량이 높은 것이 특징이었다. 용적밀도는 장구목과 만세동산 모두 0.90 g/㎤ 이하로 낮아 화산회토양의 분류기준을 충족시켰으며, 표토인 경우 인위적인 요인이 없는 비벌채지보다 벌채지에서 높은 경향을 보였다. 입자밀도도 화산쇄설물을 모재로 한 화산회성산림토양이기 때문에 낮게 나타났다. 용적수분함량을 의미하는 액상은 장구목에서 계절에 관계없이 비벌채보다 벌채지(벌채후 2년경과지, 수시벌채지)에서 높았다. 투수계수는 조사지점간에 편차가 매우 컸으며 대체적으로 표토에서 비벌채지에 벌채지보다 높은 경향을 보였다. 조사지의 토양 pH(H₂O)는 표토보다는 심토에서 높은 일반적인 경향을 잘 나타냈으나, 평균적으로 장구목 4.67, 만세동산 4.77을 보여 강산성을 나타냈다. pH(NaF)는 계절 및 토심에 따라 화산회토 분류기준을 충족 및 미충족시켜 토양침식 및 토양교란에 대한 추가적인 연구가 필요하겠다. 유기물함량은 표토에서 심토보다 높은 일반적인 경향을 잘 나타냈으나 장구목과 만세동산의 토양유기물은 다른 현상을 보였다. 토양유기물과 밀접한 상관관계를 보이는 전질소는 장구목과 만세동산에서 비벌채지가 벌채지보다 높은 함량을 나타냈다. 유효인산은 화산회토의 영향을 받아 장구목과 만세동산 모두 20 mg/kg 이하로 매우 낮은 함량을 보였으며, 인산흡습계수는 유효인산과 유의한 부의 상관관계를 나타냈다. 평균적으로 교환성양이온인 칼륨, 칼슘, 마그네슘 및 나트륨은 일부를 제외하고는 대체적으로 심토보다 표토에서 함량이 높은 일반적인 경향을 보였으며 5월과 8월보다는 10월에 함량이 높았고 벌채지보다는 비벌채지에서 높은 함량을 보였다. 양이온교환용량은 장구목에서 일부를 제외하고는 심토보다 표토에서 높은 함량을 보였으며, 5월 < 8월 < 10월 순으로 높아지는 경향을 보였으나, 만세동산에서는 일정한 경향을 보이지 않았으며 장구목과 다른 경향을 보였다. 이와 같은 결과를 종합하면 한라산 제주조릿대 조사지인 장구목과 만세동산은 화산회토양으로서 점토함량이 높았고 용적밀도와 입자밀도가 낮았으며 공극률이 높아 토양침식에 대한 저항성이 낮았다. 또한 토양 pH가 매우 낮아 강산성을 보였으며 유기물함량, 전질소함량 및 양이온교환용량은 높았으나 유효인산함량, 교환성양이온 칼륨, 칼슘 및 마그네슘 함량이 매우 낮아 식물이 생장하는데 제한 요소로 작용될 수 있는 토양특성을 보였다.

한라산국립공원 자연자원 조사구의 토양화학적 성질 및 토양미생물 다양성 비교

고석형 ( Suk-hyung Ko ),정민수 ( Min-soo Jeong ),현익현 ( Ik-hyun Hyun ),고정군 ( Jung-goon Koh ),신재호 ( Jae-ho Shin ) 한국환경농학회 2023 한국환경농학회 학술대회집 Vol.2023 No.0

본 연구는 한라산국립공원 자연자원조사의 일환으로 2022년에 국립공원 5개소를 대상으로 탐방로(51개소)와 비탐방로(51개소) 및 해발고도별에 따른 토양화학적 성질을 파악하고 토양미생물의 다양성을 비교하여 미생물 군집 간에는 어떠한 차이가 있는지를 알아보고자 수행하였다. 이를 통하여 한라산국립공원 자연자원의 효율적인 관리체계를 위한 자료를 제시함에 있다. 한라산 자연자원조사 구간인 탐방로(탐방객 출입지역)와 비탐방로(탐방객 출입제한 지역)를 대상으로 두 집단간의 토양화학적 성질 비교를 위한 유의성을 검증하기 위하여 독립표본 t-검정을 실시하였다. 분석결과 토양 pH, 전기전도도, 유기물, 전질소, 교환성칼륨, 교환성칼슘 및 양이온교환용량이 유의적인 차이(P<0.05)가 있었으며, 이들 성분이 탐방로와 비탐방로 간에 토양화학적 성질의 차이가 있는 것으로 해석되었다. 한라산 자연자원조사 구간은 토양 pH가 매우 낮아 강산성을 보였으며 유기물함량과 양이온교환용량은 높았으나 유효인산함량, 교환성양이온 함량이 낮은 토양특성을 보였다. 향후 토양 산성화에 대한 지속적인 연구가 필요하겠다. 세균 군집 분석을 수행하기 위하여 고도별, 조사구별로 수집한 토양(표토)시료를 통해 DNA 추출 및 NGS 라이브러리 총 80개를 제작하였다. 총 102개 시료 중 라이브러리 준비에 실패한 22개의 시료는 모두 탐방로에서 확보된 시료임이 확인되었다. 모든 시료에 특징별로 관찰되는 세균 미생물 구조를 확인한 바 탐방로와 비탐방로 간에는 V1 (전체 상대적 풍부도의 75% 이상), Rhodoplane, Candidatus_Koribacter 등의 genera가 우점하고 있었다. 해당 결과는 고도별, 조사구별로 나누어 확인하였을 때에도 동일한 결과가 관찰되었다. 고도별, 조사구별로 구분하여 분석을 진행하였을 때에도 상대적 풍부도가 낮은 소수의 미생물이 다소 차이가 있었으나, 우점하는 균주의 경우 이전의 결과와 마찬가지로 확연한 차이가 관찰되지 않았다. 모든 시료에 대하여 고도별, 조사구별로 구분 없이 탐방로와 비탐방로의 미생물 군집의 차이를 조사한 결과, 탐방로인 경우 Hyphomicrobium, Terriglobus와 같은 genus가 상대적으로 우점하고 있었으며, 비탐방로인 경우 Pseudomonas, Mycobacterium가 우점하고 있음을 확인하였다. 고도별 및 조사구별로 탐방로와 비탐방로 간에 차이가 있는 미생물 군집을 확인하였음에도 불구하고, 통계적으로 유의미한 차이를 가지는 미생물이 확인되지 않았다. 또한 개별 미생물과 고도별 상관관계 분석에도 유의미성을 확인할 수 없었다. 이와 같은 결과를 종합하면 한라산국립공원 자연자원 조사구인 탐방로는 오랜 기간 동안 탐방 출입이 허용되었던 곳으로써 자연적, 인위적으로 훼손되어 녹화마대공법, 새심기 공사, 목재데크, 침목 설치 등 복구된 지역으로 비탐방로와는 토양화학적 성질 차이가 있었다. 반면에 세균 미생물 군집은 고도별 및 조사구별 유의미한 차이를 확인할 수 없었다.