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은송 남
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1 한국환경농학회지제27권제4 호 (2008) Korean Journal of Environmental Agriculture Vol. 27, No. 4, pp 연구보문 새만금간척지에서석고, 팽화왕겨및제올라이트처리가토양중양이온함량에미치는영향 백승화 1) 이상욱 김대근 허종욱 김성조 * 원광대학교생명환경학부, 1) 충북도립대학바이오식품생명과학과 (2008년 11월 12 일접수, 2008년 12월 23 일수리) Influence of Gypsum, Popped Rice Hulls and Zeolite on Contents of Cation in Reclaimed Tideland Soils in Mangyeong Seung-Hwa Baek 1), Sang-Uk Lee, Dae-Geun Kim, Jong-Wook Heo, and Seong-Jo Kim * (Div. of Life-Environment, College of Life Science and Natural Resources, Wonkwang University, 1) Dept. of Biofood Science and Biotechnology, Chungbuk Provincial University of Science & Technology) ABSTRACT: Soil conditioner, such as CaSO 4 2H2O (gypsum), popped rice hulls (PRH), and PRH with zeolite, were treated to the silt loam of Mangyeong in Saemangeum tideland reclaimed as 1550 (G1), 3100 (G2) and 6200 (G3) of gypsum kg/10 a, 1000(H1), 2000(H2), and 3000 (H3) of PRH kg/10 a, and 200 (HZ1), 400 (HZ2), 800 (HZ3) of zeolite kg/10 a added to 1500 PRH kg/10 a, respectively, each year until 2006 from 2004 for soil aggregation. Under these conditions with growing bermuda grass (Cynodon dactylon) it was analyzed cations in soil, such as K +,Na +,Mg 2+,andCa 2+,at60,90,and120daysafter treatment (DAT) to research how soil conditioners influenced to change those contents in soils, respectively. The change of cations in soil was almost the same things as fine sandy loam that gypsum treated decreased remarkably contents of K +,Na +,Mg 2+ in soil. The change of K + content in soil by continuous using soil conditioners was gradually decreased in the order of 2004>2005>2006, regardless of the sorts and levels of soil treated conditioners, and K + content was high in the order of gypsum<prh<prh with zeolite each year. Na + content was high in the order of gypsum<prh<prh with zeolite regardless of the sorts and levels treatment of soil conditioners each year. Particularly Treatments of PRH and PRH with zeolite was made to increase Na + content in soil as compared with fine sandy loam soil. Mg 2+ content in soil was increased in the order of gypsum<prh with zeolite<prh along with continuous using soil conditioner. Ca 2+ content in soil was remarkably increased with continuous treatment of gypsum, and its level was in the order of 2004<2005<2006. Key Words: Gypsum, Popped rice hulls, Zeolite, Aggregates, Soil Aggregation, Fine sandy loam, Silt loam, Cations 서 우리나라간척지토양의토성은세립질또는조립세립질로되어있으며, 이들간척지토양은모두지하수위가높아토양배수가불량하고건조시염분이작토층으로상승하는재염화가반복되고있다. 특히세립질토양에서토양구조가발달되지않은신간척지는수직배수가불량하고연약지반을형성 론 * 연락저자 : Tel: Fax: sjkim@wku.ac.kr 하고조립질토양은토층의경반화로수년간이양작업이곤란내지불가능한경우도있다 1). 따라서이들신간척지에서의제염은물론물리성개선을위한토양의입단형성에대한연구가필요하다. 특히새만금지역의동진강수역의토성이사질양토 58.3%, 양질사토 38.2%, 사토 3.5% 의토성분포를나타내고있어서사질토양을입단화하는것은중요한일이다 2). Dontsova와 Norton 3) 은토양의입단형성과구조적안정성은침투성을증가시켜유거수의양을감소시킨다고하였다. Na 염해지토양의개량을위해전해질원으로부산물석고의사용은잘알려져있다. 따라서나트륨염류토양에서입단의유지및파괴를방지하는데석고의시용이수화반지름을감소 321

2 322 백승화 이상욱 김대근 허종욱 김성조 시켜점토의응집에효과적이다 4). 그리고 ESP(Exchangable Sodium Percentage) 및 ph 증가는입단과공극을감소시 킨다 5). 토양표면에처리한석고는침투된빗물중의전해질 농도를증가시키고, 전기적 2 중층을축소시키며, 대부분의토양에있는 Na과 Mg에대해선택성을가진치환성복합체에 Ca 를공급한다 3-6). 토양중에서토양유기물 (soil organic matter;som) 작용을조절하는요인들은유기물질의첨가및투입과관련되어있고, 유기물의분획은무기화한탄소, 미생물자원, 유기물의가벼운분획및대형유기물등으로구성되어 SOM 질과관련이있으며,SOM의질은토양입단들간의관계에영향을준다고하였다. 또 SOM의기능들은총 SOM 또는입단으로된 SOM 에근거하여구별된다. 또토양유기물은입단의안정도유지, 식물영양분의보존, 수분의침투, 공기의조절등에중요한인자가되고있다 7,8). 이러한 SOM의수준은동부프랑스의산림토양중토양 Ca와일차적으로관련되고있다고하였다 9).Ca이풍부하고유기물질을일정하게유 10) 지시키는 Ca의기능은잘알려져있다.Ca의첨가는실험실내에서 glucose를포장조건에서는밀집의무기화작용을감소시키는것으로알려졌다 11,12). 이와같이토양중에서내수성입단형성의유지및생성을위하여사용되는토양개량제로유기물, 석고물질등의사용은토양의 ph, ESP, 양이온함량등과밀접한관계가있을것이다. 따라서토양개량제가토성별특히간척지토양에서물리화학적으로어떠한영향을미치는가를조사분석하는것은중요하다. 본연구는간척지토양중미사질양토에대하여입단형성을위해토양개량제가처리된토양중에서양이온들의동태를분석하기위하여토양개량제로이수석고, 팽화왕겨및 zeolite 등을처리량및조합을달리하여시용하고, 버뮤다그래스를재배한토양중에서의양이온들의함량변화를 3년간에걸쳐분석한결과를보고한다. 재료및방법 공시토양새만금지역의만경화포간척지의토양을대상으로버뮤다그래스 (Cynodon dactylon) 를재배하고, 이수석고, 팽화왕겨, 팽화왕겨+zeolite 처리한후화학성및입단변화를분석하였다 13). 토양시료는 4 cm core (Eijkelkamp Co., Giesbeek, The Netherlacds) 로채취하고음건하여분석에이용하였다. 입도측정기 (Model DIK-2000, Daiki Rika Kogyo Co. LTD, Tokyo, Japan) 에수돗물을가하여20 항온이되도 록맞춘사각수조안의분리용원통형수조에있는입도분석용체(2.00, 1.00, 0.50, 0.25 mm) 에토양시료 50 g을골고루펴넣어기포가생기지않도록주의하여하강시켜물에잠기도록하여 10분동안토양에물이스며들게한후 30분동안분당 20회상하운동으로사분된토양입자를 105 로조절된 dry oven에서 24시간건조한후 2.00, 1.00, 0.50, 0.25 mm 체에들어있는토양입자의무게를칭량하여백분율로환산하였다. 공시토양의화학성및입단분포는 Table 1 및 Table 2 와같다. Pot 별토양개량제처리수준 2004~2006년 3년에걸쳐새만금지역만경화포미사질 양토를음건후마쇄하여 5mm체를통과한토양 10kg를 wagner pot( Φ 18 cm, Lenth 30.1 cm, 1/3000 a) 에채워포트당지하수 400ml씩주입하여포트수위를 20cm로유 지되도록조절하였으며증발되는수분을보충하고자간단관수하고버뮤다그래스는 4월 22 일파종하였다. 토양개량제및처리수준은무시용구, 토양개량제무시용 bermuda grass 재배구, 이수석고시용(3 수준) bermuda grass 재배구, 팽화왕겨시용(3 수준) bermuda grass 재배구, 팽화왕겨 (1500 kg/10 a) + zeolite(3 수준) 시용 bermuda grass 재배구로 3반복처리 (Table 3) 하여원광대학교생명자원과학대학식품환경학전공온실옆노지에난괴법으로임의배치하였다. 토양시료는 4cmcore로 6월21 일(60DAT),7월 21 일(90DAT),8월 21(120 DAT) 일에채취하였다. 또토양개량제의화학적특성은 Table 4 와같다. 결과및고찰 간척지토양의입단형성작용을높이기위하여만경미사질토에대하여각각이수석고, 팽화왕겨, 팽화왕겨+zeolite를 2004~2006 년간연용하고, 처리별토양중 K, Na, Mg, Ca 등양이온함량을조사분석한결과를그림으로나타내었다. Table 1. Characteristics of soils used in the experiment Soil texture ph (1:5) OM (%) CEC (cmol + /kg) Ex.cation(cmol + /kg) K Ca Mg Na Silt loam Table 2. Distribution of aggregates sizes in soils used in the experiment (unit:%) Sizes of aggregates(mm) Soil texture Degree of aggregation > <0.5 Silt loam

3 새만금간척지의토양개량제처리가양이온함량에미치는영향 323 Table 3. Level of gypsum, popped rice hulls and zeolite with popped rice hulls to pots Level of soil amendments(kg/10 a) Pots Fertilizing (N-P-K) CaSO 4 2H2O Popped rice hulls Zeolite C G G G H H H HZ HZ HZ Trenholn, L. E. et al Crop Sci. 40: Table 4. Ingredients of popped rice hulls and gypsum Material CEC T-C T-N C/N T-P P 2O 5 K 2O CaO MgO Na 2O SiO 2 (cmol + /kg) (%) Gypsum -* Popped rice hulls Zeolite *Notdetermined 토양개량제처리후 60 일, 90 일, 120일토양중 K 함량은 Fig. 1 과같다. 만경미사질양토의경우 60, 90, 120 DAT(day after treatment, DAT) 의모든처리경과일수에서의 K 함량은연 용토양개량제의종류및처리수준과관계없이년도별감소현상이뚜렷하여서 2004 > 2005 > 2006 순으로낮아지는경향을나타내었다. 또한각년도별토양중 K 함량은안정적변화를보이면서이수석고 < 팽화왕겨 < 팽화왕겨+zeolite 순으로토양중 K 함량이높았다. 무처리구(C) 에비하여이수석고사용은토양중 K 함량을낮아지게하였고, 팽화왕겨및zeolite의사용은토양중의K 함량을높이는경향을보였다(Table 4). 이는이수석고의경우 K 함량이팽화왕겨와팽화왕겨+zeolite 처리보다토양중에낮았던원인은 Ca 성분이토양교질을개선하여토양중의치환성 Na와 Mg 함량을줄이고 Ca 함량은증가되어제염이촉진된다고한결과로부터 14), 판단할수있는사실은원자의반지름이클수록, 이온화포텐셜이작을수록쉽게유리될수있기때문에석고로부터유리된 SO 2-4 와결합되어 K 2SO 4 로된다음배수와함께용탈됨으로써 K 의함량이감소되는것으로생각되었다. 팽화왕겨 2000 kg/10 a (H2) 및 3000 kg/10 a (H3) 단독처리구보다 zeolite 혼용구는팽화왕겨시용량이낮았음에도토양중 K 함량이높았는데, 이는팽화왕겨의공극에 흡착이이루어지거나 zeolite의 CEC가높았기때문으로생각되었다 (Table 4). 토양개량제처리후 60 일, 90 일, 120일토양중 Na 함량은 Fig. 2 와같다. 만경미사질양토 60 DAT에서의 Na 함량은토양개량제처리구만을비교할때이수석고 < 팽화왕겨 < 팽화왕겨+zeolite 의순으로높아토양개량제의종류및처리수준이영향을미치지못하였다. 이는팽화왕겨의공극에흡착되거나 zeolite 와의결합이이루어져배수와함께용탈되지못한결과로생각되었다. 특히이수석고의시용은무처리구(C) 와비교할때토양중 Na 함량을낮아지게하였다. 년도별로는 2006년의토양에서가장낮은 Na 함량을나타냈으나연용에따른년차변화는인정하기어려웠다. 만경미사질양토 90 DAT에서의 Na 함량도각년도에서이수석고 < 팽화왕겨 < 팽화왕겨+zeolite 의순으로높았고, 연용기간이길어질수록높아지는경향을나타내었다. 연도별로는 2006 > 2005 > 2004 순으로낮아지는경향이었고, 팽화왕겨의처리는처리수준과관계없이 2005 및 2006년토양에서비교적높은것으로나타났다. 만경미사질양토 120 DAT에서의 Na 함량은연용기간이길어질수록낮아지는경향이었지만 2006 < 2004 < 2005 년순으로높았다. 120 DAT에서도 Na 함량변화는년차간에차이가없었다. 토양개량제처리는이수석고 < 팽화왕겨 < 팽

만경미사질양토 60 DAT에서의 Mg 함량은처리수준및 Fig. 2. Exchangeable Na + concentration in the soil treated 종류에따른년도별변화를예측하기어려웠다.

4 324 백승화 이상욱 김대근 허종욱 김성조 Fig. 1. Exchangeable K + concentration in the soil treated 화왕겨 + zeolite 순으로토양중 Na 함량이낮아지는경향이 었다. 그러나무처리구에비하여팽화왕겨및 zeolite의시용은토양중na 함량을높이는원인이되었고, 특히zeolite 시용은토양중 Na 함량을높이는결과가되었다. 토양개량제처리후 60 일, 90 일, 120일토양중 Mg 함량은 Fig. 3 과같다. 만경미사질양토 60 DAT에서의 Mg 함량은처리수준및 Fig. 2. Exchangeable Na + concentration in the soil treated 종류에따른년도별변화를예측하기어려웠다. 그러나무처 리구에비하여이수석고처리는토양중 Mg 함량을감소키는효과가뚜렷하였고, 팽화왕겨및 zeolite 처리는어느정 도토양중 Mg 함량을거의유지시켜주는것으로나타났다. 이현상은 90 DAT 에서도비슷한결과였으나, 팽화왕겨수준이높아지고(H3) zeolite 처리량이높을때(HZ3) 는낮아 지는경향이었고, 3년연용한 2006년토양중 Mg 함량이년

5 새만금간척지의토양개량제처리가양이온함량에미치는영향 325 Fig. 3. Exchangeable Mg 2+ concentrationinthesoiltreated 도별로는가장낮은함량을보였다. 처리수준이낮을경우는 2005 및 2006년토양의 Mg 함량이높아졌다가토양개량제 수준을높인 G3, H3 및 HZ3의다량처리는 2006년토양중 Mg 함량을가장낮게하는결과를보였다. 이러한변화들은 이수석고 < 팽화왕겨+zeolite < 팽화왕겨순으로높아지고 있었다. 만경미사질양토 120 DAT의 Mg 함량은연용기간이길어질수록이수석고처리구를제외하면무처리구에비하 Fig. 4. Exchangeable Ca 2+ concentration in the soil treated 여낮아지는경향을보기가어려웠다.120DAT에서년도별 Mg 함량변화는이수석고 < 팽화왕겨+zeolite < 팽화왕겨 순으로높아지고있었다. 이는토양개량제및처리수준에따 른연용이토성에따라토양중Mg 함량을달라지게할수있음을나타내는결과였다. 은 토양개량제처리후 60 일, 90 일, 120일토양중 Ca 함량 Fig. 4 와같다.

6 326 백승화 이상욱 김대근 허종욱 김성조 만경미사질양토 60 DAT에서팽화왕겨와 zeolite를연용한처리는토양중의 Ca가토양개량제의처리수준에관계 없이무처리구의수준으로일정하였다. 이수석고연용처리는 세사양토에서보여준결과와유사하게처리수준이높을수록토양중 Ca 이높아지는결과가되었으며, 년도별변화도 2004 < 2005 < 2006 년의순으로연용년수에따라높아졌고, 처리수준이높으면토양중의 Ca 함량도높아지는결과가잘나타나고있었다. 90 DAT에서는이수석고 6200 kg/10 a 처리구인 G3, 팽화왕겨 3000 kg/10 a 처리구인 H3, 팽화왕겨1500+zeolite 800 kg/10 a를처리한hz3 에서2004 < 2005 < 2006년의순으로토양중 Ca 함량이높아지는경향이었다. 120 DAT에서의 Ca 함량은 60 DAT와 90 DAT의결과와는달리연용연한에따른일정한경향을보기어려웠다. 이것은토성의차이에서기인된것으로추정되었다. 적 본연구는간척지토양중미사질양토에대하여입단형성을위해가해진토양개량제가토양중양이온함량변화에미치는영향을분석하기위하여토양개량제로이수석고 1550 (G1), 3100 (G2), 6200 (G3) kg/10 a, 팽화왕겨 1000 (H1), 2000 (H2), 3000 (H3) kg/10 a, 팽화왕겨 1500 kg/10 a에 zeolite 200 (HZ1), 400 (HZ2), 800 (HZ3) kg/10 a가되도록처리량을달리하여 3 년간연용시용하고, 버뮤다그래스를재배한토양을 60, 90, 120일경과후채취하여토양개량제연용이토양중양이온함량변화에미치는결과를보고한다. 이수석고의처리는토양중 K, Na, Mg의함량을현저히감소시키는것으로나타났다. K함량은연용토양개량제의종류및처리수준과관계없이년도별감소현상이뚜렷하여서 2004 > 2005 > 2006 순으로낮아지는경향을나타내었다. 또한각년도별토양중 K 함량은안정적변화를보이면서이수석고 < 팽화왕겨 < 팽화왕겨+zeolite 순으로토양중 K 함량이높았다.Na 함량은이수석고 < 팽화왕겨 < 팽화왕겨 +zeolite의순으로연용토양개량제의종류및처리수준과관계없이각년도에서에서높게나타났다. 특히팽화왕겨및팽화왕겨+zeolite의각각처리는이수석고처리구와는달리대조구의 Na 함량보다높아지고있는현상이계화도세사양토의결과와비교가되었다.Mg함량은년도별변화는이수석고 < 팽화왕겨+zeolite < 팽화왕겨순으로높아지고, 연용기간이길수록높아지는경향이었다. 이수석고연용처리는세사양토에서보여준결과와유사하게처리수준이높을수록토양중 Ca 이높아지는결과가되었으며, 년도별변화도 2004 < 2005 < 2006 년의순으로연용년수에따라높아졌다. 요 감사의글 이논문은 2004년도원광대학교학술연구조성비에의해서연구되었습니다. 토양샘플링및분석을도와준원광대학교 생명자원과학대학생명환경학부식품 환경학전공의나영준, 김진호, 박경철, 임석희학생들에게감사의말을전합니다. 인용문헌 1.Ahn,Y.,Lee,S.H.,Ji,K.J.,Hong,B.D.,Rho,H. M.,Ryu,S.H.,Lee,S.M.,Han,K.H.,Choi,W. J., Yun, S. I. and Choi, Y. D. (2002) Studies on changes of soil characteristics and utilization after tidal land reclamation. KARICO Project No , Son, Y. M. and Song, S. H. (2005) Optimal farmland use and environmental-friendly farming in Saclaimed farmland. SARRL 3, Dontsova, K. M. and Norton, L. D. (2002) Clay dispersion, infiltration, and erosion as influenced by exchangeable Ca, and Mg. Soil Sci. 163, Sparks, D. L. (1995) Environmental soil chemistry. Academic Press, San Diego. 5. Lebron, I., Suarez, D. L. and Yoshida, T. (2002) Gypsum effect on the aggregate size and geometry of three sodic soils under reclamation. Soil Sci. Soc. Am. J. 66, Shainberg,I.,Sumnur,M.E.,Miller,W.P.,Farina, M. P. W., Pavon, M. A., and Fey, M. V. (1989) Use of gypsum on soils: A review p In Stewart, B. A.(ed.) Advances in soil science. Springer-Verlag, New York. 7. Carter, M. R. (2002) Soil quality for sustainable land management: Organic matter and aggregation interactions that maintain soil functions. Agron. J. 94, Mathur, S. P. (1991) Some comments on loss or accumulation of soil organic matter and their effectsonsoilquality.p In Mathur,S.P., and Wang, C. (ed.) Soil quality in the Canadian context discussion papers. Tech. Bull E. Res. Branch, Agric. Canada, Ottawa, ON. 9. Tavant, Y., Tavant, H. and Bruckert, S. (1994) Variation du carbone orgarnicque en fontion des proprieties des sols et de l'altitude dans le Jura (France). Geoderma 61, Baldock, J. A. and Skjemstad, J. O. (2000) Role of the soil matrix and minerals in protecting natural organic materials against biological attack. Org. Geochem. 31, Muneer, M. and Oades, J. M. (1989 a) The role of Ca-organic interactions in soil aggregate stability.

7 새만금간척지의토양개량제처리가양이온함량에미치는영향 327 I. Laboratory studies with 14 C-glucose, CaCO 3, and CaSO 4 2H2O. Aust.J.SoilRes. 27, Muneer, M. and Oades, J. M. (1989 b) The role of Ca-organic interactions in soil aggregate stability. II. Field studies with 14 C-labelled straw, CaCO 3, and CaSO 4 2H2O. Aust.J.SoilRes. 27, Park,M.U.,Cho,I.S.,,Yoon,J.H.,Kim,E.Y., Gwak,H.G.,Oh,D.S.,Song,K.C.,Jeong,B.G., Yeon, B. Y., Lee, C. S., Somg, Y. S., Cho, H. J., Kim,Y.H.,Eom,G.C.,Heon,B.G.,Jang,Y.S., Eom, M. H., Kim, S. H., Seo, J. S., Kueon, J. S., Harn, S. S., Ryu, C. H., Cho, K, H., Lee, D. C., Yoon, E. S., Lee, J. S. (2000) Analysis methods of soil and plant. National Institute of Agricultural Science and Technology, RDA, 89-93, Oh, W. K. (1990) Liming materials and desalinization of marine originated tidal soil. Korean J. Soil Sci. Fert. 23,

<303528C6EDC1FD2928BFCFB7E129B1E8BCBAC1B62DB0E8C8ADB5B520B0A3C3B4C1F6BFA1BCAD20BCAEB0ED2C20C6D8C8ADBFD5B0DC20B9D720C1A6BFC3B6F3C0CCC6AE2E687770>

<303528C6EDC1FD2928BFCFB7E129B1E8BCBAC1B62DB0E8C8ADB5B520B0A3C3B4C1F6BFA1BCAD20BCAEB0ED2C20C6D8C8ADBFD5B0DC20B9D720C1A6BFC3B6F3C0CCC6AE2E687770> 한국환경농학회지제28권제1 호 (2009) Korean Journal of Environmental Agriculture Vol. 28, No. 1, pp. 25-31 연구보문 계화도간척지에서석고, 팽화왕겨및제올라이트처리가토양중양이온함량에미치는영향 백승화 1) * 이상욱 임효빈 김대근 김성조 원광대학교생명환경학부 *, 1) 충북도립대학바이오식품생명과학과 (2008년