시험에 사용한 토양은 TC광산 인근의 비소 오염도가 높은 논에서 채취하여 조제하였고, 비소 고농도 시험구는 오염토양과 비오염토양을 1:1의 비율로, 저농도 시험구는 1:3의 비율로 혼합하고 설치한 플라스틱 구조물 하부에 충진하였으며, 토양에 처리된 유기물의 탄질비가 낮을수록 토양용액으로 용출되는 비소의 양이 증가한다는 연구결과를 포장 조건에서 검증하기 위하여 토양에 처리할 유기물로 다양한 범위의 탄질비를 갖는 거름을 선정하였다. 주기적으로 토양용액을 채취 후 \( \mathrm{pH} \), 비소, 용존유기탄소, 철 및 망간의 농도를 분석하였고, 현미의 비소 및 유기물의 중금속 함량 분석은 농촌진흥청 농업 과학기술 연구조사분석기준에 따라 microwave digestion system을 이용하여 전처리 후 ICP-MS로 분석하였다.
<h1>재료 및 방법</h1> <h2>시험포장 조성 및 유기물 처리</h2> <p>시험에 사용한 토양은 충청남도 공주시 소재 TC광산 인근의 비소 오염도가 높은 논에서 포크레인으로 채취하여 그늘에서 풍건 후 \( 4 \mathrm{~mm} \) 체로 걸러 조제하였다. 포장시험을 수행할 논 필지의 오염되지 않은 토양과 격리된 환경 조성을 위하여 직경 \( 1 \mathrm{~m} \), 높이 \( 0.6 \mathrm{~m} \) 의 상·하부가 개방된 원형 플라스틱 구조물 42 개를 시험필지에 \( 1 \mathrm{~m} \) 간격으로 \( 40 \mathrm{~cm} \) 깊이로 매설하고 기존의 표층토를 제거한 자리에 시험토양을 \( 30 \mathrm{~cm} \) 높이로 충진하였다. 시험토양은 비소 농도를 고농도와 저농도로 구분하여 조성하기 위해 채취한 비소 오염 토양과 오염되지 않은 토양을 혼합하여 농도를 조절하였다. 비소 고농도 시험구는 오염토양과 비오염토양을 \( 1: 1 \) 의 비율로, 저농도 시험구는 \( 1: 3 \) 의 비율로 혼합하고, 설치한 플라스틱 구조물 하부에 각각 \( 282.5 \mathrm{~kg} \) 의 혼합토양을 충진하였다. 혼합토양의 비소 농도별 총 비소 농도는 토양오염우려기준 \( 25 \mathrm{mg} \mathrm{kg}^{-1} \) 을 초과하는 수준인 \( 53 \mathrm{mg} \mathrm{kg}^{-1} \) (highly polluted, 고농도 비소 토양) 및 \( 28 \mathrm{mg} \mathrm{kg}^{-1} \) (polluted, 저농도 비소 토양)이었으며 시험구 토양의 화학성 및 중금속 함량은 Table 1 및 2와 같다. 구조물 상단에 개별 호스를 설치하여 물공급을 하였으며 벼 생육기간 중 물 관리는 관행에 준하여 수행하였다.</p> <p>토양에 처리된 유기물의 탄질비가 낮을수록 토양용액으로 용출되는 비소의 양이 증가한다는 기존의 연구결과 를 포장 조건에서 검증하기 위하여 토양에 처리할 유기물로 다양한 범위의 탄질비를 갖는 미강, 볏짚, 돈분퇴비, 우분퇴비, 계분퇴비 및 가축분뇨액비를 선정하였다. Table 3과 같이 유기물 종류별 로 표토 건조중량의 \( 1 \% \) 에 해당하는 양을, 가축분뇨액비의 경우 질소함량을 기준으로 벼의 질소 기비량을 시용하고 표토와 충분히 혼합 후 안정화 과정을 거쳤으며 각 처리구는 3 반복, 임의배치법으로 조성하였다. 지표면에서 \( 3 \mathrm{~cm} \) 높이로 관수 후 1 개월 간 담수 상태를 유지하였고 벼의 시비처방기준에 따라 보통답의 쌀 목표수량인 \( 4.8 \mathrm{Mg} \mathrm{ha}^{-1} \) 에 해당하는 질소, 인산 및 칼리의 시비량을 각각 요소, 용과린 및 염화가리로 시용하였으며, 파종 후 3 주 간 육묘한 벼를 재식밀도 \( 25 \mathrm{~cm} \times 15 \mathrm{~cm} \), 1 주 3 본으로 처리구 당 17 주를 이앙하였다. 벼 생육기간 중 토양용액을 채취하기 위해 토양용액 채취기(Macro rhizon, rhizosphere, the Netherlands)를 각 처리구의 지표면으로부터 13 \( \mathrm{cm} \) 깊이에 설치하였다.</p> <h2>토양화학성 분석</h2> <p>토양시료는 토양화학분석법에 따라 음건하여 \( 2 \mathrm{~mm} \) 체로 거른 후 \( \mathrm{pH} \) (1:5), 전기전도도, 유기물 함량, 유효인산, 총 질소 함량 등을 분석하였다. 중금속 총 함량은 토양오염공정시험기준에 따라 환류냉각장치를 이용하여 전처리 후 ICP-MS (7700, Agilent Technologies, Tokyo, Japan)로 분석하였다. 중금속 분석의 신뢰도를 검정하기 위해 토양 인증표준물질(BAM U112a, Berlin, Germany)로 분석 정확도를 검정하였으며 토양오염공정시험기준을 만족하는 정확도 \( 85-110\% \) 조건에서 분석을 수행하였다.</p> <h2>토양용액 분석</h2> <p>Macro rhizon에 \( 20 \mathrm{~mL} \) 주사기를 연결하여 주기적으로 토양용 액을 채취 후 \( \mathrm{pH} \), 비소, 용존유기탄소(Dissolved Organic Carbon, DOC ), 철 및 망간의 농도를 분석하였으며 비소, 철, 및 망간 분석은 ICP-AES (Integra XL, GBC, Braeside, Australia)를, 용존유기탄소는 TOC 분석기(LCPH, Shimadzu, Kyoto, Japan) 를 이용하여 분석하였다.</p> <h2>식물체 및 유기물 분석</h2> <p>현미의 비소 및 유기물의 중금속 함량 분석은 농촌진흥청 농업 과학기술 연구조사분석기준에 따라 microwave digestion system (ETHOS 1, Milestone IT, Sorisole, Italy)을 이용하여 전처리 후 ICP-MS (7700, Agilent Technologies, Japan)로 분석하였다. 인증표준물질인 쌀 분말(ERM IRMM-804, Geel, Belgium)을 이용하여 분석 정확도를 검정하였으며 정확도 \( 85-115 \% \) 를 만족하는 조건에서 시료중의 중금속 분석을 수행하였다. 유기물의 탄소 및 질소 분석은 CN Analyzer (Vario Max, Elementar, Langenselbold, Germany)를 이용하여 분석하였으며 유기물 종류에 따른 중금속 함량 및 탄질비는 Table 3과 같다.</p> <h2>통계 분석</h2> <p>유기물 처리가 토양 중 비소의 용해도 및 벼의 비소 흡수에 미치는 영향을 분석하기 위하여 통계 패키지 SAS EG (ver 7.1) 를 이용하여 상관분석 및 분산분석을 수행하였다.</p>