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바이오에너지 작물을 이용한 중금속 오염 농경지의 식물복원 연구
고우리 ( Woo Ri Go ),김원일 ( Won Il Kim ),이정미 ( Jeong Mi Lee ),( Anitha Kunhikrishnan ),김지영 ( Ji Young Kim ),류지혁 ( Ji Hyock Yoo ),김두호 ( Doo Ho Kim ),김계훈 ( Kye Hoon Kim ) 한국환경농학회 2013 한국환경농학회 학술대회집 Vol.2013 No.-
중금속 오염지는 보통 단일 중금속으로 오염된 것이 아니라 복합적으로 오염되어 있다. 그렇기 때문에 비소, 아연, 카드뮴, 구리 등의 복합오염에 대한 축적 능을 확인하기 위한 흡수양상과 현장 적용에 대한 연구가 수행되어야 한다. 이에 본 연구는 중금속 오염 농경지 M포장, T포장 두지역과 대조군 S포장에서 해바라기, 옥수수, 수수, 돼지감자 재배시험을 통해 바이오에너지 작물의 식물복원 가능성에 대한 연구를 진행하였다. 시험에 사용된 두지역의 중금속 함량은 우리나라 토양환경 보전법에서 제시하는 농경지 토양오염 우려기준에 비소함량이 M포장은 4배, T포장은 54배 수준으로 매우 높으며 M포장의 경우 카드뮴 함량이, T포장은 납의 함량이 우려기준을 초과하는 오염지 이다. 작물 파종 후 8∼10주 후 생육조사를 하였고, 12∼14주 후 시료를 채취하여 60℃에서 건조 시킨 후 분석시료로 사용하였다. 농경지의 중금속 농도차이에 따른 지역별 생육의 차이가 확인되었으며 특히 비소함량이 높은 T포장에서 M포장과 S포장에 비해 초기생육이 저하되었고, 수량이 감소함을 보였다. 또한 토양의 중금속 농도가 높을수록 생체 중 중금속 농도가 높게 나타났으며 비소, 카드뮴, 납, 아연 등의 농도가 S포장과 M포장에 비해 T포장에서 크게 높게 나타났다. 생물체 량을 고려한 총 흡수량도 T포장에서의 함량이 높은 경향이었으나 작물별로 다소 차이를 보였다. 따라서 작물의 중금속 흡수량이 토양의 중금속 오염에 대한 식물정화 종으로 선정하기에는 기준에 미치지 못하는 것으로 생각된다. 그러나 최근 중금속 오염 농경지에서 생산되는 농산물이 중금속 허용기준을 초과하고 있으며 이에 따른 휴경 등 지속적으로 사회 문제를 발생하고 있는 점을 고려 해야 한다. 또한 국제 곡물 가격 상승과 더불어 화석연료의 고갈에 따른 바이오에너지 생산에 국가적 관심이 증대되고 있어 에너지 원료작물을 생산하여 경제적 효과와 더불어 복원 농경지의 사 용에 따른 지속 가능한 농업 생산성을 유지하고, 생태관광산업의 유치 등 농가소득증대가 예상되는 적극적인 중금속 오염 농경지 개량방법으로 사료된다.
토양환경 분야PS-15 : 식물, 지렁이, 미생물의 비소 유효성에 대한 바이오차, 황토, 지렁이퇴비의 영향
( Anitha Kunhikrishnan ),김경진 ( Gyeong Jin Kim ),김원일 ( Won Il Kim ),이정미 ( Jeong Mi Lee ),고우리 ( Woo Ri Go ),조남준 ( Nam June Cho ) 한국환경농학회 2014 한국환경농학회 학술대회집 Vol.2014 No.-
This study investigated the influence of organic amendments [vermicompost (5% w/w), and hairy vetch and poultry manure biochars (2% w/w) at two temperatures (450 and 700℃)] andred soil (RS-2% w/w) on the availability of arsenic (As) to radish plants ( Raphanus sativus), earthworms ( Eisenia fetida) and microorganisms in a highly contaminated As (1341.54 mg As kg.1) soil. The bioavailability of As to earthworms was determined by mortality test and to microorganisms by microbial biomass carbon (MBC) experiment. In the plant growth experiment, there was no significant difference in dry matter content among the biochars, vermicompost and red soil and also between biochars at different temperatures. Although the extractable As increased in all the treatments after the completion of the experiment, biochars, significantly reduced the uptake of As compared to the control. Poultry manure biochar decreased As at a higher rate when compared to hairy vetch biochar, and the reduction percentage was significantly higher at higher temperature. Red soil and vermicompost also reduced the availability of As to radish but the percentage of reduction was similar to hairy vetch biochar at 450℃. Also, red soil in combination with biochars reduced the availability of As but the percentage of reduction was similar to biochars at 450℃. At the end of the mortality experiment, weight loss of worms was observed in all the treatments. The mortality percentage in worms reduced by 70-80% in biochars and RS compared to control and vermicompost treatments. The HVBC 450 and PMBC 700 markedly reduced As accumulation in worm tissues compared to control, red soil and vermicompost treatments. Microbial activity varied between the treatments and higher MBC was noticed in soils treated with biochars at low temperatures. This study shows the effectiveness of biochar and red soil in the remediation of As.contaminated soils. Results may vary, depending on the types of biochar and its pyrolysis temperature. A field experiment is currently underway to confirm the results obtained from the glass house and laboratory studies.
고우리 ( Woo Ri Go ),김지영 ( Ji Young Kim ),류지혁 ( Ji Hyock Yoo ),이지호 ( Ji Ho Lee ),( Anitha Kunhikrishnan ),이정미 ( Jeong Mi Lee ),김계훈 ( Kye Hoon Kim ),김두호 ( Doo Ho Kim ),김원일 ( Won Ii Kim ) 한국환경농학회 2012 한국환경농학회지 Vol.31 No.3
본 연구에서는 돈분액비를 연용한 논토양 및 밭토양의 유해 중금속을 관리하는 방안을 마련하고자 전국적으로 액비를 장기 시용한 연차별 논토양 41점과 밭토양 54점을 채취하여 유해 중금속인 카드뮴, 구리, 니켈, 납, 아연, 비소의 함량을 조사하였다. 액비연용에 따른 년차별 변화에서 논토양 및 밭토양 중금속 전함량은 원소별로 일부 증가하는 경향은 보이나 연도별 축적 차이를 통계적으로 확인할 수 없었다. 그러나 액비연용에 따른 중금속 특히 구리 및 아연의 축적 여부는 이들이 식물영양에 필수 원소로 작용함을 고려하여 보다 장기적인 관점으로 계속 검토되어야 할 사항이다. 그러나 일부 밭토양에서 토양오염 우려기준을 초과하는 지점이 조사되어 액비 시용 전 토양 내 중금속 함량조사를 통해 시용 여부를 결정하여야 할 것이다. BACKGROUND: Increase of heavy metals in agricultural ecosystem has become a social issue nationwide as it is related to public health. This study was performed to find out the status and long-term trends with consecutive application with the commercial liquid pig manure in the agricultural fields. METHODS AND RESULTS: Heavy metals including arsenic, cadmium, copper, lead, nickel, and zinc were analyzed in the 41 samples of paddy fields and 54 samples of upland fields consecutively applied with commercial liquid pig manure for 0 to 16 years, Heavy metal accumulation were not increased statistically at the both paddy and upland fields as the consecutive application year of commercial liquid pig manure were increased. However, some of surveyed upland soils exceeded the criteria of cadmium, copper, and zinc designated by the Soil Environmental Conservation Act in Korea, CONCLUSION: Therefore, analysis of heavy metals, specially copper and zinc, in agricultural fields is absolutely necessary before liquid pig manure application to the fields, In addition, heavy metal accumulation in agricultural fields following to the long-term application of liquid pig manure will be monitored periodically considering with bioavailability of copper and zinc to the crops as an essential nutrients.
유기개량제 및 황토처리에 따른 알타리무의 비소와 카드뮴의 흡수
( Anitha Kunhikrishnan ),김원일 ( Won Il Kim ),고우리 ( Woo Ri Go ),이정미 ( Jeong Mi Lee ),김지영 ( Ji Young Kim ),류지혁 ( Ji Hyuck Yoo ),김두호 ( Doo Ho Kim ) 한국환경농학회 2013 한국환경농학회 학술대회집 Vol.2013 No.-
Agricultural soils contaminated by arsenic (As) and cadmium (Cd) have become an important issue as a result of industrial activities in the vicinity of agricultural areas, excessive application of contaminated fertilizers and manures, and irrigation with metal(loid)s-contaminated water. This study investigated the effect of organic amendments (vermicompost (VC), and hairy vetch (HV) and sesame meal biochars (SS BCs)) and red soil (RS-2% and 4%) on the availability of As and Cd in radish (Raphanus sativus) in a highly and medium contaminated As soil. A highly As-contaminated (HA) soil (1341.54 mg As kg-1, 2.99 mg Cd kg-1, pH 6.85) and a medium As-contaminated (MA) soil (112.45 mg As kg-1, 1.98 mg Cd kg-1, pH 7.66) was incubated for a week in the presence of RS and other organic amendments and used for pot experiment. The results indicated that HV BC and 2% RS decreased total As and Cd significantly in HA soil, whereas in MA soil, As uptake was reduced significantly by HV and SS BCs, and VC. Cadmium uptake in MA soil was not reduced significantly by any amendments and also RS (2 and 4%) increased the As and Cd uptake compared to the control in MA soil. Total As and Cd uptake in VC was higher than the control in HA soil, whereas it decreased in the MA soil. The dry matter content decreased in HA soil in the presence of all the amendments, while in MA soil only 4% RS increased the dry matter. The bioconcentration factor (BCF) values for Cd and As in HA and MA controls were 7.5 and 0.4, and 0.34 and 0.13, respectively. The BCF values decreased in amended HA As and Cd soils compared to control and the lowest value was observed in HV BC soil whereas, it increased in MA Cd soils. In MA As soil, the values decreased in BC treatments and increased in others. Although the amendments reduced the BCF values compared to control, the translocation factor (TF) values were >1 in HA As and Cd soils which shows that the bioavailability and translocation of As and Cd from root to shoot was enhanced. The TF value was >1 in MA As control and 4% RS soils and <1 for others with significant decrease observed in BCs-treated soils. In MA Cd soil, the amendments have only slightly decreased the transfer of Cd from root to shoot compared to control. The results obtained varied widely between the soils, elements and the treatments. This study suggests that radish in the absence of amendments could be used for phytostabilisation of Cd in HA soil and for phytoextraction of As and Cd in MA soils. In the case of amendments, only BCs offer some promising results in the remediation of medium As-and Cd-contaminated soils. However, a field experiment is required to confirm the results obtained from the glass house study to carefully understand the behavior of amendments in the presence of As and Cd.
중금속 오염 농경지에서 유채의 중금속 흡수 이행의 품종간 비교
이정미 ( Jeong Mi Lee ),고우리 ( Woo Ri Go ),( Anitha Kunhikrishnan ),김지영 ( Ji Young Kim ),류지혁 ( Ji Hyock Yoo ),김두호 ( Doo Ho Kim ),김원일 ( Won Il Kim ) 한국환경농학회 2013 한국환경농학회 학술대회집 Vol.2013 No.-
중금속 오염 농경지에서 복원에 이용 가능한 유채의 품종을 선발하여 바이오에너지 작물의 식물 학적 복원에 대한 이용 가능성 및 효율성을 평가하기 위하여 2개의 중금속 오염 포장(T, M)과 대 조구(S)에서 유채 10품종을 재배하여 생육 및 중금속 흡수량을 조사하였다. 시험에 사용된 2개 포 장의 중금속 함량은 우리나라 토양환경보전법에서 제시하는 농경지 토양오염 우려기준에 비해 As 함량이 M포장의 경우 4배, T 포장의 경우 54배 수준으로 매우 높은 함량을 보였고, M 포장의 경 우 Cd 함량이, T 포장의 경우 Pb의 함량이 기준치를 초과하였다. 유채의 생육조사 결과 고농도의 비소 오염에도 불구하고 정상적인 생육을 보였으며 품종간, 지역간의 유의적인 차이는 확인되지 않았다. 품종 간 중금속 흡수량은 T토양에서 M68품종이 As는 0.77 g/plant으로 가장 높은 흡수율 을 나타냈으며, 다음으로 HR, M111품종이 각각 0.57 g/plant, 0.52 g/plant으로 높게 조사되었다. Pb 흡수량은 M111이 0.51 g/plant었고 순차적으로 M68, HR이 각각 0.37 g/plant, 0.26 g/plant 으 로 높은 중금속 흡수율을 나타냈으며, NH 품종은 As 와 Pb이 각각 0.04 g/plant, 0.02 g/plant으 로 가장 낮은 중금속 흡수율을 보였다. 초기 토양의 중금속 오염이 크지 않았던 S와 M 토양에서는 대부분의 유채에서 As는 0.1 mg/plant, Pb은 0.05 mg/plant, Cd은 0.01 mg/plant 이하의 낮은 흡수 율을 보였으며, 품종간의 중금속 흡수율에서도 유의적인 차이를 나타내지 않았다. 10가지 품종 들 중 가장 중금속 흡수율이 높게 조사된 M68, HR, M111의 흡수량은 일반적으로 토양 중에서 중금속 의 농도와 관계없이 구리, 니켈, 아연 등의 중금속을 건물 기준으로 0.1%, 카드뮴의 경우 0.01%이상을 축적할 수 있는 식물종을 정화종으로 선정하는데는 미치지 못하는 것으로 조사되었다.