토양 중 유기물 함량이 고추의 항생제 전이에 미치는 영향

이단비 서울시립대학교 2017 국내석사

동물용 항생제(veterinary antibiotics)는 가축의 질병 예방, 치료 및 성장촉진과 사료의 이용효율 증대를 목적으로 농가에서 널리 사용하고 있다. 가축에 투여된 동물용 항생제중 상당 부분은 체내의 대사작용에 의해 분해되지 못한 채 배설물을 통해 체외로 배출된다. 이와 같이 분해되지 못한 채 배출되어 가축의 배설물에 잔류하는 동물용 항생제는 토양환경으로 유입되어 환경오염 문제를 야기할 수 있다. 이러한 경로를 통해 토양환경으로 유입된 항생물질은 식물로 전이되어 결과적으로 인체에도 영향을 미칠 수 있으므로 농경지에서의 항생제에 대한 적절한 관리는 안전한 농산물 생산에 있어 매우 중요하다. 토양 중 항생제의 식물전이에 영향을 미치는 인자는 유기물 함량, 토성, pH등이 있다. 이에 본 연구는 토양 중 유기물 함량이 고추의 항생제 전이에 미치는 영향 및 토양 중 항생제가 토양의 생물학적 요소에 대한 영향을 알아보기 위해 수행하였다. 실험에 사용된 항생 물질은 국내에서 많이 사용되는 가축용 항생제로 sulfamethoxazole, sulfamethazine, oxytetracycline, chlorotetracycline을 선정하였다. 항생제의 농도는 0, 1, 5, 10 mg L-1 으로 설정하여 실험을 진행하였다. 실험에 사용된 토양은 유기물 함량의 조절을 위하여 유기물 함량이 매우 적은 토양 (O.M.〈1%)을 채취한 후 coir dust로 control, 5% (v/v), 10% (v/v)로 설정하였다. 토양 및 식물체 중 항생제는 고형상추출법(solid phase extraction; SPE)으로 추출한 항생제를 HPLC/MS/MS를 이용하여 분석하였다. 토양 분석 결과, 본 실험에 사용된 두 계열의 항생제 모두 유기물 함량의 증가에 따라 토양 중 항생제의 잔류량이 증가하였다. Sulfonamide계열 항생제보다 tetracycline계열의 항생제의 토양 중 잔류량이 4-8배 가량 높은 것으로 조사되었다. 식물체 분석 결과, sulfonamide 계열은 토양 중 유기물 함량이 증가함에 따라 뿌리에 전이되는 항생제의 양이 감소하였으나, tetracycline 계열은 토양 중 유기물 함량이 증가할수록 뿌리로 전이된 항생제가 증가하였다. 토양 중 항생제가 토양미생물에 미치는 영향을 알아보기 위해 항생제 농도가 증가함에 따른 토양미생물수의 변화를 조사하였다. 그 결과, 항생제의 농도가 증가함에 따라 토양 총 세균수가 감소하였으며, 동일한 항생제 농도에서는 유기물 함량이 증가할수록 미생물의 수가 증가하였다. Veterinary antibiotics are widely used in animal husbandry to treat livestock diseases, prevent infection, increase weight gain or improve feed efficiency. Most of the medicated antibiotics to the livestock are not decomposed and released to the outside of the body as manure. Thus antibiotics remaining in the manure of livestock may be transferred to the soil environment and cause soil pollution. Furthermore antibiotics translocated from soil to crops may eventually cause harm to humans. Therefore, proper management of antibiotics in agricultural land is very important to secure safety of agricultural produce. Soil characteristics such as organic matter content, soil texture and pH are known to affect translocation of antibiotics from soil to crops. In this study, the effects of organic matter content in soils on translocation of antibiotics from pepper (Capcicum L.) and the effect of concentration of antibiotics on soil bacteria were investigated. Pepper (Cap…. L.) was cultivated in soils with 3 levels of organic matter content and 4 antibiotics 4 levels for 7 weeks, followed by determination of antibiotics in soil and plant samples. Antibiotics of samples were extracted with solid phase extraction (SPE) and were analyzed using HPLC/MS/MS. Result of the soil analysis showed that sulfonamide and tetracycline concentrations increased with increasing organic matter contents in soil. The concentration of tetracycline in soil was 4-8 times higher than that of sulfonamide. The concentrations of sulfamethoxazole and sulfamethazine in root of pepper decreased as soil organic matter content increased. Whereas the concentrations of oxytetracycline and chlorotetracycline in root of pepper increased with increasing soil organic matter content. At all three levels of organic matter contents, the number of soil bacteria decreased as the concentration of antibiotics in soil increased. At each antibiotics concentration, the number of soil bacteria increased with increasing organic matter content in soil increased. Key words: tetracyclines, sulfonamides, translocation, organic matter, soil content

토양 입경 별 오염 특성이 토양의 정화 효율과 생체접근성에 미치는 영향

권예슬 목포대학교 대학원 2019 국내석사

Recently, arsenic and heavy metal contaminations in soils by smelting and mining activities have been serious problems in Korea. In contaminated soils, arsenic and heavy metals can be present as various solid-state speciations by various mineral-water interactions, which can affect their mobility and removal efficiencies. In this study, we evaluated effect of particle size on arsenic solid-state speciation and bioaccessibility in soils highly contaminated with arsenic from smelting and mining. Soils were partitioned into six particle size fractions (2000-500 ㎛, 500-250 ㎛, 250-150 ㎛, 150-75 ㎛, 75-38 ㎛, <38 ㎛) and arsenic solid-state speciation and bioaccessibility were characterized in each particle size fraction. There are strong correlations between concentrations of arsenic and metals and organic distributions in soils. Arsenic was mainly present as arsenic bound to amorphous and crystalline oxides. Different arsenic speciations present in smelter and mine soils affected the soil washing efficiencies and arsenic bioaccessibilities in soils. In smelter soils, the soil washing efficiencies and bioaccessibilities of arsenic decreased with decreasing soil particle size. On the other hand, in mine soils, the soil washing efficiencies and bioaccessibilities of arsenic increased with decreasing soil particle size. This was attributed to differences in the presence of arsenic in soils. Therefore, the results of this study showed that arsenic speciations and distribution of arsenic in different particle size fractions in soils were highly dependent on the arsenic contamination sources, and affected soil remediation and bioaccessibility of arsenic in soils. 국내 제련소와 광산 부근 비소 및 중금속의 오염이 심각하게 나타나고 있다. 오염 토양 중 비소 및 중금속은 오염원과 토양 환경의 특성에 따라 토양 광물과 다양한 반응과 토양 입경에 따라 여러 형태로 존재할 수 있으며 이러한 비소와 중금속의 존재 형태는 토양 정화 시 정화효율에 영향을 줄 수 있으며 더 나아가 환경 중 이들의 위해성까지 영향을 줄 수 있다. 본 연구에서는 비소와 중금속으로 오염된 제련소와 광산 주변 토양의 입경 별 비소 및 중금속의 오염 특성 및 존재 형태를 평가하고 입경에 따른 비소 및 중금속의 존재 형태가 정화효율과 생체접근성에 미치는 영향을 알아보고자 하였다. 토양은 6개의 입경 범위로 나누었으며(2000-500 ㎛, 500-250 ㎛, 250-150 ㎛, 150-75 ㎛, 75-38 ㎛, <38 ㎛) 비소의 존재 형태와 생체접근성을 토양 입경 별로 살펴보았다. 토양 중 비소 및 중금속의 농도는 토양 중 유기물의 분포와 강한 상관관계를 보여주었으며 토양 중 비소의 대부분이 비결정질이나 결정질 산화물에 결합한 형태로 존재하였다. 제련소 토양과 광산 토양의 존재 형태의 차이는 옥살산을 이용한 토양 세척 효율과 생체접근성에서 다른 결과로 나타났다. 제련소 토양의 경우 토양 입경이 감소하면서 비소의 토양 세척 효율과 비소의 생체접근성이 감소하였다. 광산 토양의 경우 토양 입경이 감소하면서 토양 세척 효율과 비소의 생체접근성이 증가하였는데 이는 토양 중 비소의 존재형태의 차이에 의한 것으로 평가하였다. 따라서 본 연구결과는 비소의 오염원에 따라 토양 중 비소의 존재 형태가 달라지며 이러한 비소의 존재 형태가 토양 입경 별 비소의 오염 특성 및 비소의 위해성에 영향을 주는 것을 보여주었다.

국내 토양오염공정시험기준과 TNRCC 석유계총탄화수소 분획법의 비교 연구

유태우 연세대학교 공학대학원 2018 국내석사

토양오염 위해성평가 항목으로 석유계총탄화수소가 추가됨으로서 다양한 유류의 위해성 평가가 가능하게 됐다. 석유계총탄화수소의 특성상 위해성평가를 하기위해서는 석유계총탄화수소 분획법이 필요하고 국내 시험법으로는 석유계총탄화수소의 위해성평가가 어렵다. 따라서 국내 실정에 맞는 석유계총탄화수소 분획법의 개발이 필요하다. 본 연구에서는 석유계총탄화수소 분획법 개발에 앞서 기초데이터를 만들기 위해 미군기지의 토양오염 위해성평가에 사용되고 있는 미국의 실험법인 TNRCC Method와 국내 토양오염공정시험기준을 비교하였다. 유류(등유, 경유, 윤활유, 벙커C유)를 인위적으로 오염시킨 토양, 인증표준물질, 실제 오염된 주유소의 토양을 토양오염공정시험기준과 TNRCC Method를 적용하여 분석한 결과를 비교하였다. 세 가지 실험결과 토양오염공정시험기준보다 TNRCC Method의 결과 값이 15 % ~ 50 % 높게 나타났다. 하지만 실제 오염된 주유소의 토양의 분석결과를 가지고 1차회귀곡선을 그려보면 기울기=1.1, R2=0.986, P value=7.37E-0.7로서 높은 상관관계를 나타내었다. 실제 오염된 주유소의 토양의 두 시험법으로 분석한 값을 토양환경보전법의 토양오염우려기준에 적용해보았다. 기준(3지역 : 2000 mg/kg)을 초과하는 시료의 개수는 토양오염공정시험기준은 10개, TNRCC Method는 13개이다. 국내의 토양오염우려기준에 TNRCC Method를 정확하게 적용할 수는 없겠지만 석유계총탄화수소 분획법의 개발에 TNRCC Method를 참고하게 된다면 더 높은 분석 값을 가지는 것을 고려해야할 것이다.

담수토양의 메탄 생성 및 방출과 양분 유효도에 대한 미생물연료전지의 영향

최연수 원광대학교 일반대학원 2021 국내석사

메탄(CH4)은 지구온난화를 유발하는 주요 온실가스 중에 하나로, 습지의 담수(flooded) 토양과 같은 혐기적 환경에서 주로 생성된다. 미생물연료전지(MFCs)는 전기생산을 통해 토양의 혐기적 환경을 완화시킬 수 있고, 이에 따라 CH4의 생성 및 방출 그리고 양분 유효도에 영향을 줄 수 있다. 본 연구에서는 담수토양에서 미생물연료전지가 토양 환원상태 완화, CH4 생성 및 방출, 양분 유효도에 미치는 영향을 구명하고자 하였다. 처리구로는 대조구(Control), 미생물연료전지의 전극을 연결한 닫힌회로(MFC_closed), 전극을 연결하지 않은 열린회로(MFC_open)를 두었고, 157일 동안 상시 담수 환경에서 칼럼 실험을 하였다. 실험 기간 동안 MFC_open에서 전극자체의 효과로 CH4 생성 및 방출이 감소하였지만, MFC_closed에서 더욱 크게 감소하여 전자 전달 및 전기 생성에 의한 토양 환원상태의 완화 효과를 보여주었다. 대조구에 비해 MFC_closed 처리구의 CH4 생성량은 13% 감소하였고, 방출량은 67%로 더 크게 감소하였다. 이를 반영하여 CO2 생성은 대조구에 비해 MFC_closed 처리구에서 62% 증가하였으나, CO¬2 방출량은 오히려 70% 감소하였다. 이는 미생물연료전지의 작용으로 pH가 상승한 담수에 CO2가 포집되었기 때문이다. 토양 pH는 다른 처리구에 비해 MFC_closed 처리구에서 낮았고, 이는 전자전달에 의해 토양에서 전자가 산화전극으로 이동하는 반면에 양성자(H+)가 잔류한 결과이다. 이와 같이 MFCs에 의해 토양의 환원상태 완화 및 pH 증가와 같은 토양화학성의 변화는 토양 양분의 유효도를 증가시켰다. 대조구와 비교하여 MFC_closed 침출수의 N, P, Fe, Mn 등의 양분 농도는 각각 11%, 11%, 52%, 53% 증가하였다. 이와 같은 결과는 담수 논에 미생물연료전지 설치는 토양 환원상태를 완화시킴으로써 CH4 및 CO2 방출을 저감 시킬 수 있고 토양의 양분 유효도를 증가시킬 수 있음을 보여주었다. Methane (CH4) is one of the major greenhouse gases that cause global warming and is mainly produced in anaerobic environments such as wetlands. Microbial fuel cells (MFCs) may mitigate the anaerobic environments of soil through the production of electricity, thereby affecting the methane production and nutrients availability. To investigate the effect of MFCs in flooded soil on mitigating the reduced condition, methane production, and nutrients availability, a column experiment was conducted using a paddy soil. The three treatments were the control in which MFCs were not installed, MFC_closed in which electrodes of MFCs were connected, and MFC_open in which the electrodes were disconnected. During the experimental period, electrode itself (MFC_open) reduced CH4 production and emission, but the reduction increased significantly when the electrodes were connected, reflecting the mitigation of soil reduced condition through electron transfer. CH4 production in the MFC_closed treatment decreased by 13% compared to the control and the emission decreased by 67%. Carbon dioxide (CO2) production increased by 62% compared to the control, but its emission decreased by 70%. The reduction in CO2 emission was attributable to the increase of the surface water pH by MFCs. Soil pH decreased in the MFC_closed compared with other treatments, also reflecting the electron transfer to cathode and proton retention in soil. The changes in soil chemical properties such as redox potential and pH increased nutrient availability; compared to the control, nutrients such as N, P, Fe, and Mn in leachate of the MFC_closed treatment increased by 11%, 11%, 52%, and 53%, respectively. Those results suggested that MFCs in flooded paddy could reduce the CH4 and CO2 emission by mitigating the reduced condition of soil and increase the nutrient availability in soil.

원격탐사자료와 토양수분자료동화기법을 이용한 시·공간적으로 분포되어 있는 토양수분 산정 및 활용

이태화 경북대학교 대학원 2018 국내석사

본 연구는 원격탐사자료와 토양수분자료동화기법을 이용한 시·공간적으로 변화하는 토양수분을 산정하고 다양한 수문모형과 연계하여 시·공간적으로 연속적인 일별 토양수분을 산정 및 활용하였다. 산정된 시·공간적으로 연속적인 토양수분을 이용하여 토양침식인자 산정하였으며, 또한 저해상도 토양수분 이미지의 활용성을 향상하기 위하여 상세화기법을 개발하였다. 1. 원격탐사자료와 토양수분자료동화기법을 이용하여 우리나라의 토양수분을 산정하였다. 산정한 결과, 산림지역에서의 토양수분이 도시지역보다 높게 나타났다. 이는 산림지역이 불투수층이 많은 도시지역보다 많은 토양수분을 보유한 것으로 판단된다. 강우가 많이 발생한 2003년의 경우 강우가 적게 발생한 2008년보다 토양수분이 높게 나타났으며, 계절적으로는 강우가 집중되는 여름철(7~9월)에 토양수분량이 크게 증가하는 것으로 나타났다. 2. MODIS 자료로부터 유효 토양특성을 추출하기 위하여 토양수분자료동화기법을 개발하였다. 토양수분자료동화기법은 여름철(7~9월)의 MODIS기반 토양수분자료를 적용하여 각각의 유효 토양특성과 토양침식인자(K)를 도출하였다. 토양수분자료동화기법의 적용성 평가를 위하여 가상실험 및 검증을 다양한 시험유역에서 수행하였다. 가상실험에서는 산정된 토양수분은(R: >0.990, RMSE: <0.005) 가상실험의 토양수분과 잘 일치하였다. 실측 토양수분 측정장비 TDR을 이용하여 측정된 춘천시 서면 방동리와 청미천 유역의 실측 토양수분자료에 토양수분자료동화기법을 적용하여 검증을 수행한 결과 실측 및 모의된 토양수분이 유사하게 나타났다(R: 0.772/0.214, RMSE: 0.065/0.045). 또한 가상실험 및 현장실험에서 산정된 토양특성 역시 실측 토양특성과 매우 유사하게 나타났다. MODIS기반의 토양수분자료로부터 유효토양특성을 추출하기 위하여 토양수분자료동화기법을 검증을 수행하였다. 비록 불확실성이 나타났으나 산정된 토양수분 및 토양수분자료동화기법 기반의 유효토양특성 모의값이 실측값과 유사하게 나타났다. 전체적으로 우리나라의 토양수분 공간분포는 산림지역에서 높게 나타났으며, 평야지역에서 상대적으로 낮게 나타났다. 또한 산림지역의 토양침식인자는 상대적으로 평야지역의 토양침식인자보다 높게 나타났다. 따라서 새로 개발된 자료동화기법은 시·공간적으로 분포된 토양 침식을 평가하고 토양 침식 관리 계획을 수립하는 데 유용하게 이용될 수 있을 것이다. 3. 상세화기법을 검증하기 위하여 미국 Oklahoma주의 Little Washita지역을 연구대상지역으로 선정하여 검증을 진행하였다. 검증결과 LW21지역의 TDR 및 상세화된 토양수분을 비교한 결과, 비록 불확실성이 발생하였으나 상세화된 토양수분(R: 0.497 및 RMSE: 0.010)이 실측값을 잘 반영하였다. SMAP-ok, ARM-1 및 Stillwater 지점의 SMAP 토양수분이미지를 상세화하였으며, 실측값의 한계로 인하여 검증이 불가능하지만 지표피복과 매우 유사한 것으로 나타났다. 또한 SMAP-ok, ARM-1 및 Stillwater 지점에서 전체적인 시계열 토양수분 변화 역시 SMAP과 TDR 및 상세화된 토양수분이 차이가 발생하였으나, 시계열에 따른 변화특성은 매우 유사하게 나타났다. 본 연구에서는 원격탐사 기반 토양수분 이미지를 산정하여 우리나라의 시·공간적으로 연속적인 일별 토양수분을 산정하였다. 산정된 일별 토양수분 이미지를 이용하여 유효토양특성 추출을 위한 토양수분자료동화기법을 개발하여 토양침식인자(K)를 산정하였다. 또한 원격탐사된 토양수분 이미지의 저해상도로 인한 불확실성을 경감하기 위하여 LANDSAT 기반 상세화기법을 개발하였다. 본 연구결과는 농업, 수문, 환경, 자연재해 등 다양한 분야에서 필요로 하는 기초자료로 활용될 수 있을 것으로 판단된다. This research is conducted to predict spatially and temporally distributed soil moisture using Remote Sensed(RS) data at large regions. The soil moisture data assimilation schemes were used and developed to extracted the soil hydraulic properties(α, n, θres, θsat, Ksat)/soil characteristics(sand, silt, and clay %) from RS soil moisture data. Based on the extracted soil hydraulic properties, the daily soil moisture dynamics were estimated at RS-scales. Also, the soil erosion factor(K) was derived based on the extracted soil hydraulic properties. Additionally, the LANDSAT-based Downscaling Algorithm(LDA) was developed to improve drawbacks of low resolutions of RS data. 1. The spatially and temporally distributed soil moisture were estimated based on the soil moisture data assimilation scheme using MODIS(MODerate resolution Imaging Spectroradiometer) data. Overall, the soil moisture values across the mountainous areas with the densed forest were higher than those of the flat regions. These indicated that the mountainous regions (predominantly forest) has relatively higher soil moisture values than the flat areas(comprised of bare soil, row crops, impermeability layers, etc.) in a spatial domain. The yearly soil moisture values were highly different based on the yearly rainfall amounts in 2003(relatively higher) and 2015(relatively lower). The soil moisture values also showed the seasonal differences(high during the summer periods, but low for the spring, fall and winter seasons) due to the climate characteristics of this country. 2. We developed the Soil Moisture Data Assimilation(SMDA) scheme to extract the Effective Soil Characteristics-ESC(sand, silt, clay %) from MODIS soil moisture data for predicting soil erosion factors(K). Several numerical experiments were conducted to test the performance of SMDA at the study sites under the synthetic and field validation conditions. In the synthetic experiment, the estimated soil moistures values(R: >0.990 and RMSE: <0.005) were identified well with the synthetic observations. The field validation results at the Bangdong-ri and Chungmi-cheon sites were comparable to the TDR-based measurements with the statistics (R: 0.772/0.214 and RMSE: 0.065/0.045). The estimated ESC values were also matched well with the measurements for the synthetic and field validation conditions. Then we tested the SMDA scheme to extract the ESC from the MODIS-based soil moisture products. Although uncertainties exist in the results, the estimated soil moisture and ESC based on the SMDA are comparable to the measurements. Overall, the K factors were similarly distributed based on the derived ESC. Also, the K factors in the mountainous regions were higher than those of the relatively flat areas. Thus, the newly developed SMDA scheme can be useful to estimate spatially and temporally-distributed soil erosion and establish soil erosion management plans. 3. We developed the LANDSAT(30m × 30m)-based Downscaling Algorithm(LDA) to scale down SMAP(Soil Moisture Active & Passive, 9km × 9km) soil moisture footprints from coarser- to finer-scales. For the field validation, the Little Washita(LW 21) site in Oklahoma(USA) was selected to verify our LDA. The airborne-sensing Electronically Scanned Thinned Array Radiometer(ESTAR) soil moisture product was downscaled based on the LDA at the LW 21 site. Then the downscaled soil moisture values were validated with the TDR measurements at the point-scale. As the downscaled results(R: 0.497 and RMSE: 0.010) were comparable with the TDR measurements, these findings demonstrated the robustness of the newly developed LDA. Once the field validation was successfully conducted, then the LDA was also applied to the SMAP soil moisture data at the SMAP-ok, ARM-1 and Stillwater regions. The downscaled(30m × 30m) soil moisture values were only compared with the TDR-based measurements(point-scale) obtained from the SMAP-ok, ARM-1 and Stillwater regions at the time-scale, because of no available measurements that can represent the SMAP resolution. The downscaled soil moisture values were similarly shown with the SMAP data. Also, the SMAP and downscaled soil moisture values showed the similar trends with the TDR measurements at the time-scale, but these have some differences in quantities compared to the TDR values. These might be due to the scale discrepancy between the TDR point-scale resolution and the SMAP/downscaled soil moisture resolutions. Although the validation works were limited at larger-regions due to no available measurements, our findings supported the robustness of LDA in scaling down RS soil moisture data(ESTAR, SMAP, etc.).

기포콘크리트와 박테리아를 활용한 바이오 초경량 식생토양 개발

황인혁 경기대학교 대학원 2017 국내석사

The purpose of this study is to develop artificial light-weight soil and evaluate applicability by using super-light aerated concrete and bacteria. For this, eight-mixed aerated concrete experiment was conducted with unit binder weight of aerated concrete used as the basic material of natural soil as a variable, and the characteristics of aerated concrete were analyzed depending on unit binder weight. In addition, after the production of aerated concrete, it was made into soil by using a crusher. The physical and physiochemical characteristics of crushed soil were measured in accordance with KS and soil chemical analysis. As the physical characteristics, particle-size distribution, unit volume weight, porosity, and coefficient of permeability were measured. As the physiochemical characteristics, pH(soil acidity), CEC(Cation Exchange Capacity), EC(Electrical Conductivity), C/N Rate, and organic content were measured. Measured results were compared and analyzed with the scope suggested by landscape standard specification. In case of soil that aerated concrete is crushed, neutralization with high pH(about 12) is needed. For this, the researcher applied a method of a soak with a acidic solution by diluting ammonium dihydrophosphate(NH₄H₂PO₃) that is an acidoid, and a method to induce neutralization promotion by using CO₂. In addition, neutralized soil needs nourishment and organic matter in growth and development. To supplement this, nitrogen-fixing bacteria and fertilizer were absorbed onto hydrogel, and it was mixed with neutralized soil, so bio ultra-light-weight vegetation soil was developed. The physical and physiochemical characteristics of the developed bio ultra-light-weight vegetation soil were evaluated, and four kinds of plants(Indian rubber tree, Table palm, Broadleaf liriope, and Tiny ardisia) were planted, so growth habit of the plants was evaluated by comparing the developed vegetation soil and existing artificial soil. As a result of measuring the characteristics of the bio ultra-light-weight vegetation soil, soil moisture content, pH(soil acidity), and CEC(Cation Exchange Capacity) satisfied the scope of artificial soil suggested by landscape standard specification. In case of soil moisture content, when more than 30% of hydrogel is mixed, the percentage of water content needed to plant growth is maintained for itself. However, C/N Rate and organic content have small carbon content in soil, so there is a result that does not satisfy landscape standard specification. Therefore, it is necessary to supplement the low quantity of organic matter by adding fertilizer of a carbon organic system. As a result of evaluating plant growth habit, Indian rubber tree and Broadleaf liriope show higher growth rate by 12% and 3% in vegetation soil mixing 30% of hydrogel in comparison to existing artificial soil, Table palm shows higher growth rate by 17% in vegetation soil mixing 10% of hydrogel, and a Tiny ardisia shows higher growth rate by 25% in vegetation soil mixing 40% of hydrogel. As a result, the developed bio ultra-light-weight vegetation soil shows performance replacing existing artificial soil. 본 연구의 목적은 초경량 기포콘크리트와 박테리아를 활용하여 인공경량토양을 개발 및 적용성 평가를 하는 것이다. 이를 위해 식생토양의 모재로 사용될 기포콘크리트의 단위결합재량을 변수로 하여 8배합의 기포콘크리트 실험을 수행하였으며, 단위결합재량에 따른 기포콘크리트의 특성을 분석하였다. 또한 기포콘크리트를 제작 후 파쇄기를 이용하여 토양화 하였다. 파쇄된 토양의 물리·이화학적 특성을 KS 규격과 토양화학분석법에 준하여 측정하였다. 물리적 특성으로 입도분포, 단위용적질량, 공극율 및 투수계수를 측정하였다. 이화학적 특성으로 pH(토양산도), CEC(양이온치환용량), EC(전기전도도), C/N비, 유기물함량을 측정하였다. 측정된 결과는 조경공사표준시방서에서 제시한 범위와 비교 분석하였다. 기포콘크리트를 파쇄한 토양의 경우 높은 pH(약 12)로 중성화 절차가 필요하다. 이를 위해 산성물질인 1인산암모늄(NH4H2PO3)을 희석하여 산성용액을 만들어 침지하는 방법과 CO2를 활용하여 중성화촉진을 유도하는 방법 적용하였다. 또한 중성화된 토양은 식물이 생장에 있어 필요한 영양분 및 유기물을 부족하게 되는데 이를 보완하기 위하여 질소고정 박테리아 및 비료를 히드로겔에 흡착시켜 중성화된 토양과 혼합하여 바이오 초경량 식생토양을 개발하였다. 개발된 바이오 초경량 식생토양의 물리·이화학적 특성을 평가하였으며, 식물을 4종 (인도고무나무, 테이블야자, 맥문동 및 산호수)식재하여 개발된 식생토양과 기존 사용되어지는 인공토양과 비교하여 식물의 생장성 평가를 진행하였다. 바이오 초경량 식생토양의 특성 측정 결과, 토양수분함량, pH(토양산도) 및 CEC(양이온치환용량)는 조경공사 표준시방서에서 제시한 인공토양에 범위에 만족하였다. 토양수분함량의 경우 히드로겔을 30 % 이상 혼입할 경우 식물생장에 필요한 함수율이 스스로 유지할 수 있는 것으로 나타났다. 하지만 C/N비 및 유기물함량은 토양 내 탄소함량이 적게 나타나 조경공사 표준시방서에 만족하지 않는 결과가 나타났다. 따라서 탄소유기물계의 비료를 추가하여 낮은 유기물량을 보완해야 할 필요가 있다. 식물생장성 평가 결과, 인도고무나무 및 맥문동은 히드로겔을 30% 혼입한 식생토양에서 기존 인공토양대비 각각 12 및 3 % 높은 생장률을 나타냈으며, 테이블야자는 히드로겔을 10 % 혼입한 식생토양에서 산호수는 히드로겔을 40 % 혼입한 식생토양에서 각각 17, 25 % 높은 생장률이 나타났다. 결과적으로 개발된 바이오 초경량 식생토양은 기존 인공토양을 대체할 수 있는 성능을 보였다.

유류오염토양 정화효율 향상을 위한 토양경작 운전조건에 관한 연구

오창규 광운대학교 2014 국내박사

This study conducted analysis of the fractional and cumulative degradation rates of TPH(Total Petroleum Hydrocarbons) based on the field data obtained in remediation of hydrocarbons(500-5,000 TPHmg/kg) contaminated soils(35,686㎥) by landfarming for 1 year and suggested enhanced landfarming process with optimum operation conditions for remediation efficiency. By the analysis of remediation efficiencies, low remediation rate (26.2 TPHmg/kg․day in average) and especially inefficiency of remediation during winter were found. The unexpected low fractional remediation rate during summer(July and September) showed the importance of sunshine duration as well as temperature in landfarming. Also, this study showed that the frequent tilling of soil in landfarming is known to be not always good from the results of best conditions of tillage frequency as twice per week in efficiency and economy. The soil temperature linearly related to the indoor temperature of landfarming house was one of key conditions giving high TPH degradation rates in the range of 15 ∼ 30℃. Therefore maintenance of indoor temperature in optimum range is important in operation. After 70 days since start of landfarming most of study sections showed tailing phenomena in degradation of TPH and needs to introduce alternatives for increase of remediation effeciency such as adjustment of operation conditions or linkage of other remediation technologies. The analysis of remediation efficiency of landfarming by the fractional and cumulative degradation rates showed many useful informations for field operation in optimum conditions. 본 연구에서는 유류화합물(500 - 5,000 TPHmg/kg)로 오염된 토양(35,686㎥)을 1년간 토양경작법으로 정화한 현장 자료를 바탕으로 각 조건별 구간 저감률과 누적 저감률을 분석하여 토양경작의 정화효율에 미치는 주요 운전인자들의 적정 조건을 파악하였으며 이를 통해 토양경작법의 개선방안을 제시하고자 하였다. 먼저 토양경작장의 모든 구간의 평균 TPH 구간저감률은 26.2 mg/kg․day로서 비교적 낮은 정화효율을 나타내었으며, 특히 동절기의 경우 정화효율과 경제성에서 토양경작 운영은 비효율적인 것으로 나타났다. 온도가 높은 여름철 중 7월과 9월에 토양경작의 TPH 구간저감률이 상대적으로 낮은 값을 나타내었는데 이때 일조시간과 일조량이 장마 등의 영향으로 짦은 편이었고 이를 통해 온도뿐만 아니라 일조 또한 토양경작 정화의 중요 영향인자 임을 알 수 있었다. 일반적으로 경작 횟수는 많을수록 토양경작의 정화효율을 높이는 것으로 알려져 있는데 본 연구에서는 주 2회의 경작이 가장 효율적인 것으로 나타나 적정 회수가 존재함을 알 수 있었다. 토양경작장의 실내온도와 직접적으로 연결되어 있는 토양온도는 15 ∼ 30℃에서 대부분의 높은 정화효율을 보여주고 있어 토양경작에 있어서 적정한 토양온도 유지가 매우 중요한 운전 인자임을 알 수 있었다. 토양경작운전 70일 후 대부분의 구간에서 정화 정체 현상 (tailing phenomena)이 나타났으며 이 이후의 정화에서는 기존 운전 조건을 재조정 하거나 다른 정화기술과 연계하여 운전하는 것이 요구되는 것으로 나타났다. 본 토양경작 현장 자료에 대한 구간저감률과 누적저감률 분석 시스템은 토양경작 효율에 미치는 주요 영향인자들에 대한 세부적인 분석에 있어서 많은 정보를 줄 수 있었으며, 이를 통해 토양경작의 개선된 운전 조건을 마련하는데 도움이 되었다.

유류오염 정화사례분석을 통한 군부대 토양오염기술의 적용 방안

심재민 호남대학교 산업경영대학원 2014 국내석사

군에서 발생 가능한 환경오염 중 유류 누출에 의한 토양오염을 중점으로 고찰하고 이를위해 과거에 발생한 군부대 토양오염 사례에 대해서 살펴보고 토양오염 발생원인 분석 및 효과적인 예방대책을 제시 Recently, diverse counter pollution measures, new engineering methods to reduce contamination and eco-friendly technology to treat existing pollution are being developed by our government in the efforts of saving the environment under the initiative named "Low Carbon, Green Development." Our nation's forces have also established and are enforcing the military environment policy by adopting the idea of 'environment security' in order to preserve the living environment of the citizens living close to military bases and/or areas under military control in the vision of 'constructing a low-carbon, green army' and a 'strong military.' To achieve this, our forces are promoting the expansion of environmentally-friendly facilities, improving specialization of the responsible work force, settling environment management through prevention, raising the environmental awareness of military officers and men, and reducing the environmental pollution and preserving the eco-system of the military bases and the local community. In response to this, the present research has an investigative focus on possible soil contaminations due to oil spills in the military. To achieve this, the present research looks into the past cases of soil contamination on military grounds, analyzes the cause of the contamination and provides effective measures to prevent the contamination. In addition, our study provides efficient and prompt methods of construction process for one of the most popular restoration engineering method for military soil contamination: soil cultivation, and investigates the procedure of choosing the appropriate restoration method for the contaminated grounds in relation to the US military base relocation through analyzing geological and mathematical characteristics and examining executive, economic and environmental practicality. Through this, we seek to provide prevention methods for the oil contamination in the military grounds, suggest initial procedures in case of contamination, and present the validity of the procedure of choosing an engineering method.

산성토양에서 종속영양세균과 나프탈렌이용세균의 분포 및 활성

문용석 蔚山大學校 敎育大學院 2000 국내석사

본 연구에서는 산성토양에서 방향족탄화수소에 대한 미생물의 분해활성을 확인하기 위하여, 종속영양세균과 나프탈렌이용세균의 분포를 조사하고, 산성조건에서 활성을 지니는 나프탈렌이용세균을 분리하여 그 특성을 규명하고자 하였다. 이를 위하여 울산 석유화학공업단지와 인접한 선암 저수지 부근과 농촌지역인 대암호 주변의 산림에서 토양 시료를 채취하였고, 시료의 수소이온농도(pH), 유기물함량, 수분함량을 측정하였으며, 시료중의 종속영양세균과 나프탈렌이용세균의 수를 most-probable-number (MPN) 방법을 이용하여 산성과 중성에서 성장하는 것을 구분하여 측정하였다. 또한 나프탈렌을 유일한 탄소원/에너지원으로 이용하여 성장하는 세균을 농화배양과 희석을 통하여 분리하고 pH에 따른 성장정도를 알아보았다. 토양 시료의 pH는 선암 저수지 주변 토양이 3.5에서 4.6의 범위였고, 평균은 3.8(±0.3)이었으며, 대암호 주변 토양은 3.8에서 5.7의 범위에서 측정되었고, 평균은 4.3(±0.6)이었다. 선암 저수지 주변의 토양이 대암호 주변에 비해 평균 pH가 0.4정도 더 낮았으며, 두 지역 모두 pH 5이하의 산성토양 이었다. 유기물 함량은 선암 저수지 주변 토양이 평균 10.2(±4.2)%, 대암호 주변이 평균 7.8(±5.0)%로 측정되었다. 선암 저수지 주변과 대암호 주변 토양에서의 평균 수분함량은 각각 17.9(±9.0)과 31.5(±8.3)%이었다 선암 저수지 부근 산림의 토양에서 측정한 pH 7에서 성장하는 종속영양세균의 수는 1g의 건조토양 당 1.6 × 107에서 2.4 × 108의 범위에 평균은 7.0 × 107이었고, pH 4에서 성장하는 종속영양세균 수는 3.2 × 106에서 6.7 × 108의 범위에 평균 7.9 × 107이었다. 또한 20개 지점의 시료 중 17개 지점에서, pH 7에서 성장하는 종속영양세균의 수가 pH 4에서 성장하는 종속영양세균의 수보다 많거나 같은 것으로 나타났으나, 95% 신뢰구간은 서로 겹쳐있었다. 따라서, 이 지역의 산성토양에 존재하는 종속영양세균의 경우, 대부분이 pH 4∼7에서 성장할 수 있거나 혹은 절대 호중성 종속영양세균과 절대 호산성 종속영양세균이 비슷한 수로 존재함을 추정할 수 있다. 한편, 대암호 주변 토양에서 측정한 pH 7에서 성장하는 종속영양세균의 수는 1g의 건조토양 당 2.1 × 107에서 4.6 × 109의 범위에 평균은 6.8 × 108이었고, pH 4에서 성장하는 종속영양세균의 수는 7.5 × 106에서 1.3 × 108의 범위에 평균 4.9 × 107이었다. 나프탈렌이용세균 수의 측정은 선암 저수지 부근과 대암호 주변의 각 10개 지점에서 채취한 토양시료를 가지고 행하였다. 선암 저수지 주변 토양의 경우, pH 7에서 성장하는 나프탈렌이용세균은 2개 지점에서만 양성이었으며, 나머지 8개 지점에서는 pH 7의 모든 MPN 배양시험관에서 음성으로 나타났다. 반면, pH 4에서 성장하는 나프탈렌이용세균은 조사한 10개 지점 중 8개 지점에서 양성으로 나타났으며, 그 수는 1g의 건조토양 당 4.7 × 103에서 5.4 × 106의 범위에 있었다. 따라서 이 지역의 토양에서 호산성의 나프탈렌이용세균이 호중성의 것보다 그 수가 많으며, 절대 호산성 나프탈렌이용세균의 분리가능성을 강하게 제시한다. 대암호 주변 토양의 경우, pH 7에서 성장하는 나프탈렌이용세균은 3개 지점에서, pH 4에서 성장하는 나프탈렌이용세균은 1개 지점에서 양성으로 나타났으며, 그 수는 1g의 건조토양 당 최대치가 6.8 × 103이었다. 현재까지 나프탈렌을 유일한 탄소원/에너지원으로 이용하여 성장하는 16개의 균주를 이들 두 지역의 토양으로부터 순수분리 하였으며, 이 중 pH4에서 활성을 보이는 것은 6개이다. 1998년 11월부터 이듬해 10월까지 측정한 빗물 pH는 선암 저수지 지역이 pH 3.0에서 7.4의 범위에 평균 4.7, 중간값은 4.6이었다. 대암호 지역에서는 pH 3.3에서 5.9의 범위에 평균은 4.6이고 중간값은 4.5로 나타났다. 따라서 선암 저수지와 대암호 주변 토양의 pH 차이가 강우산도 이외의 다른 요인에 의해 영향을 받는다고 추정할 수 있다. 산성의 산림토양에 산성조건에서 성장하는 종속영양세균의 수가 중성조건에서 성장하는 종속영양세균의 수와 비슷하게 측정된다는 것은 토양 산성화라는 환경스트레스에 대한 미생물군집의 적응으로 생각할 수 있으며, 산성토양에서 이들 미생물군집이 분해자와 이차생산자로서 중요한 역할을 수행함을 의미한다. 또한 방향족탄화수소 인 나프탈렌을 가지고 실험한 결과, 산성의 산림토양으로부터 산성조건에서 활성을 지니는 나프탈렌이용세균을 분리할 수 있었으며, 방향족탄화수소 분해세균의 토양산성화에 대한 자연선택을 의미한다. The potential for biodegradation of aromatic hydrocarbons was evaluated in acidic soil samples collected from two forest areas, one near Ulsan petrochemical industrial complex (Sunam Lake) and the other in countryside (Daeam Lake). The distribution of heterotrophs and naphthalene-utilizers was examined by measuring their numbers with most probable number (MPN) technique, and naphthalene-utilizing bacteria growing at acidic conditions were isolated and partially characterized. In the area around Sunam Lake, the pH values of 20 samples ranged from 3.5 to 4.6 with the average of 3.8(±0.3), and the average values of organic matter content and moisture content were 10.2(±4.2)% and 17.9(±9.0)%, respectively. In the case of soils near Daeam Lake, the pH values of 10 samples ranged from 3.8 to 5.7 with the average of 4.3(±0.6), and the average values of organic matter content and water content were 7.8(±5.0)% and 31.5(±8.3)%, respectively. Thus, soils in the two forest areas are acidic conditions. In soil samples from the Sunam Lake area, the numbers of heterotrophs growing at pH 7 ranged from 1.6 ×107 to 2.4 ×108 cells/g of soil(dry weight) with the average of 7.0 ×107 cells/of soil, while those growing at pH 4 were between 3.2 ×106 and 6.7 ×108 cells/g of soil with the average of 7.9 ×107 cells/of soil. In 17 out of 20 samples, the numbers of heterotrophs growing at pH 4 were lower than those growing at pH 7, but the 95% confidence limits of the numbers were overlapped each other. This indicates that most of the heterotrophs in Sunam Lake soils are growing at pH 4∼7, or the number of obligate acidophilic heterotrophs is similar to that of obligate neutrophilic ones. In the case of Daeam Lake soils, the numbers of heterotrophs growing at pH 7 ranged from 2.1 ×107 to 4.6 ×109 cells/g of soil with the average of 6.8 ×108 cells/of soil, while those growing at pH 4 were between 7. 5 ×106 and 1.3 ×108 cells/g of soil with the average of 4.9 ×107 cells/of soil. Enumeration of naphthalene utilizers was performed with soil samples collected from 10 locations of each forest area. In soil samples from the Sunam Lake area, 2 out of 10 samples showed positive for naphthalene-utilizers growing at pH 7 in MPN tubes, and remaining 8 samples showed no growth at the MPN tubes. On the other hand, 8 out of 10 samples showed positive for naphthalene-utilizers growing at pH 4, their numbers ranged from 4.7 ×103 to 5.4 ×106 cells/g of soil. Therefore, the number of acidophilic naphthalene-utilizers was larger than neutrophilic naphthalene-utilizers in these soil samples, and the results strongly suggest the possibility of isolation of obligate acidophilic naphthalene-oxidizers in these soils.

조선소의 페인트 에어로졸 중 주석에 의한 토양오염 및 인근지역 주민의 노출 평가 : 주석 분석 및 모델링

유철 연세대학교 대학원 2001 국내석사

우리나라의 조선사업은 세계적인 수준으로 발전하였고, 그 결과 현재에는 연간 선박수주와 선박수리부분에서 세계 정상을 차지하고 있다. 이런 조선사업의 규모와 같이 조선소에서는 선박 건조에 필수적인 많은 양의 방오도료를 사용하고 있으며, 그 주성분은 생식기장애를 일으키는 환경호르몬인 Bis(tributyltin)oxide(TBTO)와 tributyltin fluoride(TBTF)을 함유하고 또한 셀루솔브계 유기용제를 함께 함유하고 있다. 그리고 이런 유기주석을 함유한 방오도료의 사용량은 ○○조선소의 경우 연간 273.4톤에 이르며 그 중에 함유된 TBTO와 TBTF의 양은 31.6톤이 된다. 하지만 우리나라의 경우 셀로솔브계 유기용제의 심각성은 이미 널리 알려져 있으나 함께 함유하고 있는 유기주석에 의한 토양오염 및 근로자 오염에 관한 연구는 이루어 진 바 없다. 이에 유기주석에 의한 조선소 주변의 주석침적량을 실측하였고, 유기주석에 노출될 가능성이 있는 근로자의 소변을 채취하여 소변중의 주석함유량을 조사하였다. 그리고 유기주석의 토양오염량을 대상으로하여 대기확산모델을 이용한 침적량을 산출하여 실측값과 비교하여 대기확산모델의 적용가능성을 확인하였다. 실험결과 토양중의 주석함유량은 대조군으로 선정한 지역의 시료에서는 검출되지 않았으나 대상지역에서는 0.189∼1189.90mg/kg까지 높은 침적량을 보였으며, 소변을 통한 유기주석의 오염을 보면 대조군에서는 대부분 검출되지 않았으나, 실험군에서는 평균 2.31±1.32㎍/g creatinine으로 분석되어 실험군의 주석에 대한 노출을 증명할 수 있었다. 그리고 대기확산모델링 결과는 연평균 침적량의 경우에는 배출원에서 방위각 144°로 0.8km 떨어진 지역에서 56.69g/㎡으로 가장 많은 양이 침적되었으며, 실측값과의 비교에서는 상관성이 0.766으로 상관성이 비교적 높게 계산되었다. The shipbuilding industry in Korea has rapidly developed and approached to the top class in the world in field of the receiving orders and repairing ships. A lot of antifouling paints, which has contained Bis tributylTin oxide (TBTO) and tributylTin fluoride (TBTF) together with organic Tin as environmental hormone, has being essentially used in the shipyard. The used amount of antifouling paints in which organic Tin is included ranges about 273.4 tons annu ally, and TBTO and TBTF ranges are 31.6 tons. In spite of the acute risk of organic Tin, there are few researches on soil contamination of Tin and risk assessmentof workers exposed to Tin. In this study, the deposition amount of Tin around shipyard was measured and the urine of worker spossibly exposed to Tin were investigated. Atmospheric dispersion model was used to estimate the deposition amount and compare them with measured values. It is revealed that no Tin was detected at the background soil in the neighbor of shipyard, whereas 0.189-1189.9 mg/kg of Tin were deposited at the target area, and no Tin of the reference urine was mostly detected, 2.31±1.32ug/g creaTinine was analyzed in the urine of the experiment al group. Modeling showed that annual maximum deposition amount was 56.7 g/m2 at 0.8km far away in the direction of 144o from the source, and the modeled values had a relative good correlation as 0.766 with the measured.