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Evaluation of Soil Drying Techniques
임수길,Lim, Sookil H. 한국토양비료학회 1983 한국토양비료학회지 Vol.16 No.2
각기 다른 강우량(降雨量) 조건하에서 발달하여 무정형(無晶型) 광물함량(鑛物含量)이 다른 3종(種)의 하와이 화산회 토양과 4종류(種類)의 합성광물(合成鑛物)을 이용(利用)하여 4종류(種類)의 건조방법(乾燥方法)의 적용(適用)에 따른 수분함량(水分含量) 차이(差異) 및 구조(溝造)에 미치는 영향(影響)에 대하여 조사(調査)한 결과(結果)는 다음과 같다. $105^{\circ}C$ 건조기(乾燥器) 건조법(乾燥法)이 기타 $P_2O_5$ 건조(乾燥) 냉동건조(冷凍乾燥) 및 임계점(臨界点) 건조방법(乾燥方法)에 비(比)하여 수분제거량(水分除去量)이 가장 많았으며 특히 $P_2O_5$ 건조법(乾燥法)과의 차이(差異)는 토양중의 무정형(無晶型) 광물함량(鑛物含量)과 정(正)의 상관을 보여 Kaiwiki 토양 > Hilo 토양 > Kawihae 토양의 순(順)으로 켰다. 이는 $105^{\circ}C$ 가온건조(加溫乾燥)가 무정형(無晶型) 광물(鑛物)의 내외(內外)에 특별(特別)한 형태(形態)로 광물(鑛物)과 결합보유(結合保有)된 수분(水分)을 제거(除去)하는 효과(效果)가 큰 것으로 추측(推測)된다. 현미경(顯微鏡) 사진(寫眞)을 통하여 건조방법(乾燥方法)에 따른 토양 및 합성광물(合成鑛物)의 구조변화(構造變化)를 관찰하였던 바 건조기(乾燥器) 건조(乾燥) 및 $P_2O_5$ 건조(乾燥)에 의(依)하여는 공극량이 적고 조밀(稠密)하게 수축(收縮)된 대형(大形)의 단립(單粒)을 형성(形成)하였고 냉동건조(冷凍乾燥) 및 임계점(臨界点) 건조(乾燥)는 최소한(最少限)의 수축에 의하여 해면상의 구조(構造)를 유지하는 원래의 공극량에 가까운 건조전(乾燥前) 토양에 유사한 구조(構造)를 유지하였으며 임계점(臨界点) 건조(乾燥)가 한층 더 건조전(乾燥前) 토양구조에 유사하였다. Influence of several dehydration treatments on original structure and water behavior in the process of drying were investigated employing three hawaiian volcanic ash soils and four synthetic minerals. These three soils were developed under different rainfall condition and contained three different amount of amorphous materials in them. Measurement of water losses by oven drying at $105^{\circ}C$, $P_2O_5$ drying, freeze drying, and critical point drying revealed that more water losses were noted by oven drying than by three other drying techniques and the differences of water losses between oven and $P_2O_5$-drying were closely related to amoun: of amorphous materials in them, showing the order of Kaiwiki > Hilo > Kawaihae. This indicates that dehydration of amorphous materials by elevated temperature ($105^{\circ}C$) excluded water beyond that in the adsorbed (hygroscopic) state. The effect of dehydration treatments on initial structure was visualized by scanning electron microscopy. The micrographs showed that oven-and $P_2O_5$-dried samples formed into large mass of sub-angular blocky, dense, and closed crumbs, while the freeze dried and critical point dried samples resulted in less shrinkage, and small, fluffy and open spongy structure. However, critical point drying technique produced bulkier, softer, and greater open structure samples than even freeze drying. Additional Index Words: original structure, synthetic minerals, critical point drying, $P_2O_5$ drying. 1. This is a part of author's Ph.D. dissertation submitted to the University of Hawaii, Honolulu, Hawaii 96822 in 1979. 2. Professor of Agricultural Chemistry, Korea University.
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임수길,Lim, Sookil H. 한국토양비료학회 1984 한국토양비료학회지 Vol.17 No.2
수산화철 및 알루미늄 광물을 함유하는 토양의 물리화학적 및 표면 전하의 특성을 보다 정확히 이해하기 위하여 $FeCl_3$와 $AlCl_3$ 용액으로부터 두 종류의 수산화철광물(A와 B) 및 수산화알루미늄 광물을 합성하였다. X-ray 회절분석에 의하여 수산화철 A광물은 무정형, B광물은 다량의 무정형과 함께 goethite광물이 존재하는 것으로 밝혀졌다. $105^{\circ}C$에서 건조한 결과 A광물은 소량의 무정형과 함께 akaganeite 광물, B광물은 순수 goethite로 변하였다. 한편 합성된 수산화알루미늄 광물은 gibbsite와 bayerite 광물이 약 7:3의 비율로 혼합된 것으로 밝혀졌다. 유리 또는 무정형의 철과 알루미늄을 선택적으로 용출하는 것으로 알려진 dithionite와 oxalate용액을 이용하여 이들 수산화물을 세척한 결과 dithionite가 철 용출력은 가장 강했으나 oxalate에 의한 알루미늄 용출만이 수산화알루미늄 광물중의 무정형 광물 함량을 감소하고 결정성 광물의 결정도를 높였다. 타 광물과 달리 수산화철 A광물에서 dithioite에 의한 철의 용출이 가장 많았으나 냉동건조를 제외한 건조($105^{\circ}C$의 열건조 및 $P_2O_5$ 건조)에 의하며 그 용출량이 급격히 감소하였다. 수산화철 A광물의 표면적이 가장 컸으며 역시 냉동 건조를 제외한 건조처리에 의하여 그 표면적이 현저히 감소하였고, 이들 광물중의 점토($2{\mu}m$이하)함량도 표면적의 변하와 같은 경향을 보였다. 또한 표면 전하의 절대량 발달도 수산화철 A광물이 가장 컸으며 이들 광물들의 등전점은 각각 수산화철 A광물이 8.0-8.5사이, B광물이 7.5-8.0사이로써 높았고 수산화알루미늄 광물이 5.5-6.0 사이로써 낮았다. Two Fe-hydrous oxide A,B and one Al-hydroxide minerals were synthesized precipitating Fe $Cl_3$ and $AlCl_3$ with alkali solution(NaOH) at pH 6.0, 12.0 and 4.5 respectively, for precise understanding of physico-chemical and surface charge characteristics of soils in which these minerals are dominant. Identification of these final products, effect of free and amorphous materials on X-ray diffraction analysis, particle size distribution and surface change characterics of these minerals were performed. Fe-hydroxide A and B were identified as great deal of X-ray amorphous material and as goethite with large amount of X-ray amorphous material, respectively. Dehydration by oven at $105^{\circ}C$ of these minerals exhibited akaganeite peaks with low X-ray amorphous hump and pure goethite peaks for Fe-hydroxide A and B, respectively. Both minerals, however, turned into hematite upon firing at $550^{\circ}C$. On the other hand, Al-hydroxide identified as mixture of gibbsite and bayerite of around 7:3 ratio. Application of sodium dithionite and ammonium oxalate solutions for removal of free or amorphous Fe and Al from these minerals revealed that only peak intensities of Al-hydroxide system were enhanced upon Al-extraction by oxalate solution even though dithionite solution was much powerful to extract Fe from Fe-hydrous oxide systems. Original(wet) Fe-hydrous oxide A has the highest specific surface and surface charge development(negative and positive), and the greatest amount of less than $2{\mu}m$ sized particles. Specific surface and clay sized particles(less than $2{\mu}m$) of Fe-hydrous oxide A, however, were drastically reduced upon dehydration($P_2O_5$ and oven drying) compare to the rest minerals. The Z.P.C. of these synthetic minerals were 8.0-8.5, 7.5-8.0 and 5.5-6.0 for Fe-hydrous oxide A, B and Al-hydroxide, respectively.
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Studies on the Surface Charge Characteristics of Two Inceptisols and One Aridsol in Hawaii
임수길,Lim, Sookil H. 한국토양비료학회 1981 한국토양비료학회지 Vol.14 No.3
동일한 화산회로부터 발달한 세개의 하와이 토양을 사용하여 중요한 토양 물리화학적 성질을 결정하는 인자인 토양표면전하 (soil surface charge)의 특성에 대한 조사를 수행하였다. 높은 강우량(년 3050mm 이상)하에서 발달한 두 Typic Hydrandepts 토양은 pH 변화에 따른 음 양 전하의 발달이 대단히 컸으며 등전점은 각각 Akaka 토양이 5.0-5.5 사이, Hilo 토양이 6.5-7.0 사이에 있었다. 한편 낮은 강우량(년 500mm 이하)하에서 발달한 Ustolic Camorthid 토양은 pH 변화에 따른 음 양전하의 발달이 위 두 토양에 비하여 훨씬 낮았으며, 등전점 역시 4.5-5.0 사이로서 낮았다. 따라서 자연조건에서 Kawaihae 토양만이 -(음)의 ${\Delta}pH$를 나타내고 Akaka와 Hilo 토양은 +(양) 내지 0 근처의 ${\Delta}pH$ 값을 보여 주고 있다. X-ray 회절분석에 의하여 Typic Hydrandepts 토양의 주광물은 무정형 광물 (60 % 이상)이었고, Ustollic Camorthid 토양중의 주광물은 dehydrated halloysite(1:1 점토광물) (45-50 %)이었음이 밝혀졌다. 이같은 동일한 화산회에서부터 발달한 토양의 현저한 광물학적 차이는 토양발달과정중의 강우량 차이에서 기인한 것으로 추정된마, 세토양중의 점토함량은 최저 42% (Akaka 토양)와 최고 57% (Hilo 토양)로 그 차이가 크지 않았으나 이들 토양의 표면적 ($m^2/g$)은 289 (Akaka 토양), 268 (Hilo 토양) 그리고 93 (Kawaihae 토양)으로서 특별히 Kawaihae 토양이 현저히 낮았다. 이같은 토양간의 표면적과 전하적 특성의 현저한 차이는 토양중의 광물학적 차이에서 오는 것이며 1:1 광물이 주를 이루는 우리나라 대부분의 토양은 본 연구 중의 Kawaihae 토양과 유사한 특성을, 그리고 우리나라 제주도 화산회토의 일부는 Akaka나 Hilo 토양의 특성을 따를 것으로 예상되는 바이다. Soil surface charge which manipulates some important soil physico-chemical properties such as nutrient and water holding abilities, colloidal stability and soil erosion was investigated in wide range of soil pH, using soils developed originally from same volcanic ash deposit but under different rainfall condition in Hawaii. The results can be summarized as follows : 1. Ustollic Camorthid (Kawaihae soil) which was developed under the lowest rainfall (less than 500 mm/yr) revealed low Z.P.C. (4.5-5.0) and less dependence of net charge on concentration of indifferent electrolytes. 2. Typic Hydrandepts (Akaka and Hilo soils) which were developed under the high rainfall (3050-7600 mm/yr) showed the Z.P.C. in between 5.5-7.0 and high dependence of net charge on concentration of indifferent electroytes. 3. It was found by X-ray diffraction together with total chemical analysis that amorphous materials were dominant (above 6.0%) in Typic Hydrandepts while dehydrated halloy-site (1 : 1 clay minerals) was dominant (45-50%) in Ustollic Camorthid. 4. In spite of little difference in particle size distribution of the soils, the difference of specific surface area was remarkable showing the order of Akaka (289) > Hilo (268) > Kawaihae (93). 5. It was evident, taking account of apparent field pH values, 5.2 of Akaka, 5.5 of Hilo and 7.0 of Kawaihae soil, respectively, that Akaka, and Hilo soils would show either positive or near zero (+ or 0) of ${\Delta}pH$ while Kawaihae soil would exhibit negative (-) of ${\Delta}pH$ at natural field condition.
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Studies on Tip-burn of Chinese Cabbage by Ammonium Toxicity
이상은,임수길,Lee, Sang-Eun,Lim, Sookil H. 한국토양비료학회 1984 한국토양비료학회지 Vol.17 No.4
The effect of N forms ($NO_3{^-}-N$, $NH_4{^+}-N$) and concentrations (4, 8, $16meq/{\ell}$) which were changed at head formation stage on the tip-burn incidence of chinese cabbage was studied under the three levels (0, 8, 16 meq/l) of Ca. All of the plants grown on $NH_4{^+}-N$ showed the symptoms of tip-burn and low yields regardless of Ca levels. Roots of plants grown on $NH_4{^+}-N$ were severely damaged. The pH of the leachate from $NH_4{^+}-N$ pot was decreased to below pH 5. Plants which had been grown on $NH_4{^+}-N$ before the head formation stage, but changed to $NO_3{^-}-N$ were recovered from abnormal growth. But, the reverse showed the tip-burn symptoms. $NH_4{^+}-N$ treatments increased the T-N contents, but lowered K and Ca contents of inner leafblades. Icreased applications of Ca did not affect the T-N and K contents of the inner leafblades. $NH_4{^+}-N$ suppressed Ca translocation into the inner leaves from outer leaves after the head formation stage, but $NO_3{^-}-N$ accelarated it. Ca contents were much lower in leaves showing tip-burn symptoms than in healthy leaves. Internal rot which is a tip-burn symptom occuring after head formation were noted in plants applied with high concentration of $NO_3{^-}-N$ both before and after the head formation stage. Ca contents correlated well with the rates of Ca application, but there was no correlation between ca conents and internal rot incidence. Chinese cabbage tip-burn is not caused by Ca deficiency, as is commonly believed, but rather by the water stress (95% water contents in $NO_3{^-}$-fed plants, 91% in $NH_4{^+}$-fed plants) resulting from root damage caused by ammonium toxicity. Internal rot is also caused by excess applications of nitrogen, and is unaffected by calcium levels. 질소(窒素)의 형태(形態) 및 칼슘의 농도(濃度)가 배추의 생리장해(生理障害)인 Tip-burn 발생(發生)에 미치는 영향(影響)을 밝히기 위하여 Ca 3수준(水準)(0, 8, $16meq/{\ell}$)을 주구(主區)로 놓고 결구형성기(結球形成期)를 전후(前後)하여 질소(窒素)의 형태(形態)($NO_3{^-}-N$, $NH_4{^+}-N$) 및 농도(濃度) (4, 8, $16meq/{\ell}$)를 달리하는 10개(個) 처리(處理)를 세구(細區)로 놓아 총(總) 30개(個) 처리(處理) 2반복(反覆)으로서 사경재배(砂耕栽培)로 실험(實驗)하였다. 실험결과(實驗結果)를 보면 우선 Ca 수준(水準)에 관계(關係)없이 모든 $NH_4{^+}-N$ 처리구(處理區)에서 Tip-burn이 발생(發生)되었으며 수량(收量)이 낮았는데 $NH_4{^+}-N$ 처리구(處理區)의 뿌리는 담(湛)하게 상해(傷害)를 받았으며 누수(漏水)의 pH는 5.0이하(以下)로 낮아졌다. 결구형성기(結球形成期) 이전(以前)에 $NH_4{^+}-N$의 처리(處理)로 Tip-burn이 발생(發生)되었던 식물체(植物體)는 결구형성기(結球形成期) 이후(以後)에 $NO_3{^-}-N$으로 질소(窒素)의 형태(形態)를 바꿈에 따라 건전(健全)한 생육(生育)을 보였으며 반대(反對)의 경우($NO_3{^-}-N{\rightarrow}NH_4{^+}-N$)에는 Tip-burn이 발생(發生)하였다. 배추의 수량(收量)은 위의 상황(狀況)을 그대로 반영(反影)하였다. 식물체중(植物體中)의 양분함량(養分含量)을 보면 $NH_4{^+}-N$ 처리(處理)는 내엽중(內葉中)의 T-H 함량(含量)을 증가(增加)시켰으나 K 및 Ca함량(含量)을 감소(減少)시킨 반면 Ca처리(處理)는 내엽중(內葉中)의 T-N과 K의 함량(含量)에 영향(影響)을 미치지 않았다. $NH_4{^+}-N$ 처리(處理)는 식물체중(植物體中) Ca 전이(傳移)를 방해(防害)하였으나 $NO_3{^-}-N$ 처리(處理)는 전이(傳移)를 촉진(促進)하였으며 Tip-turn증상(症狀)을 보인 엽(葉)은 건전(健全)한 엽(葉)에 비(比)해 Ca함량(含量)이 낮았다. Internal rot는 결구후기(結球後期)에 나타나는 Tip-burn 증상(症狀)으로 높은 농도(濃度)의 $NO_3{^-}-N$ 처리(處理)에 의(依)해 발생(發生)되었으며 내엽중(內葉中) Ca 함량(含量)은 Ca 농도(濃度) 증가(增加)에 따라 증가(增加)하였으나 Internal rot와는 상관(相關)이 없었다. 배추의 Tip-burn은 종래(從來)의 학설(學說)에 의(依)한 Ca 결핍증상(缺乏症狀)이라기 보다는 오히려 Ammonium toxicity에 의(依)해 뿌리가 심한 장해(障害)를 받고 그에 따라 식물체(植物體)가 water stress($NO_3{^-}-N$에서 자란 식물은 95% 수분함량, $NH_4{^+}-N$에서 자란 식물은 91% 수분함량)를 받기 때문에 나타나는 증상(症狀)으로 사려(思慮)되며 Internal rot도 Ca 결핍(缺乏)보다는 질소과용(窒素過用)에 의(依)해서 생기는 것으로 생각된다.
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