Vertical Distribution of Heavy Metals in Paddy Soil Near Abandoned Metal Mines

폐금속광산 주변 논토양 중 중금속의 수직분포 특성

To compare the relationship between the vertical distribution of heavy metals in paddy soil and soil pH near four abandoned metal mines, 40 paddy surface soils $(0{\sim}15\;cm)$ and 12 soils with soil depths ($0{\sim}20$, $20{\sim}40$, $40{\sim}60$, $60{\sim}80$ and $80{\sim}100$ cm) were collected. Both total and extractable heavy metal contents in soils were analyzed after acid digestion $(HNO_3:HClO_4:H_2SO_4)$ and 0.1 N-HCl extraction, respectively. The 0.1 N-HCl fraction ratio over total contents of Cd, Cu, Pb, and Zn were 57, 30, 23, and 19% respectively. Vertical distribution of heavy metals varied considerably among the different mines. In Choil mine, there was no difference in concentrations of all the metals with soil layers. However, Cu and Pb contents in Gahak mime were high at $0{\sim}20\;cm$ depth, and Zn was high at $0{\sim}40\;cm$ depth. In Sinyemi mine, Cd and Cu contents were high at $0{\sim}40\;cm$ depth. Cd, Cu, and Pb contents in Okcheon mine were high through all soil profiles up to 100 cm soil depth. The 0.1 N-HCl fraction ratio over total contents of heavy metals with soil layers were very high at $0{\sim}20\;cm$ depth. As soil depth increased, fraction ratio of heavy metals decreased at the high soil pH (Gahak, Sinyemi, and Choil mines). However, the ratios of Cd, Cu, and Pb in Okcheon mine, having a relatively lower soil pH than other sites, were relatively similar through all the soil profiles up to 100 cm soil depth. Therefore, it was estimated that the mobility and availability of heavy metals in soils were affected by soil pH.

토양내 중금속의 수직적 분포특성을 구명하기 위하여 금속광산 인근 4개 지역에서 논토양 40지점 $(0{\sim}15\;cm)$과 토양충위 ($0{\sim}20$, $20{\sim}40$, $40{\sim}60$, $60{\sim}80$, $80{\sim}100$ cm)별 12지점을 대상으로 토양의 중금속 총함량과 가용성함량을 분석하여 비교 검토한 결과는 다음과 같다. 논토양 $(0{\sim}15\;cm)$의 중금속 총함량(Ternary 용액)에 대한 가용성함량 (0.1 N-HCl 용액)의 백분율은 Cd 57% Cu 30%, Pb 23%, Zn 19%로 나타나 토양내 유효도는 Cd가 가장 높은 것으로 나타났다. 토양내 가용성 중금속의 수직분포는 광산 지역별로 상이하였으며, 토양 pH가 높은 가학, 조일 및 신예미 광산 지역은 $0{\sim}40\;cm$ 층에 주로 분포하였고, 토양 pH가 상대적으로 낮은 옥천광산 지역에서는 Cd와 Cu함량이 전 토층에 걸쳐 높게 나타나 다른 지역과 수직적 분포양상이 달랐다. 토양 층위별 총함량에 대한 0.1 N-HCl 침출성의 비율로 본 중금속의 유효도는 표토 $(0{\sim}20\;cm)$에서 매우 높았고 토심이 깊어질수록 낮아지는 경향이였다. 그러나 토양 pH가 다른 지역보다 상대적으로 낮은 옥천광산 지역에서는 Cd, Cu 및 Pb의 침출성 비율이 토심 1 m까지 전층위에서 높게 나타났다. 이상의 결과에서 토양내 중금속의 수직분포와 이동특성에 있어 토양 pH가 중요한 요인으로 판단되며, pH가 낮은 중금속 오염지의 경우 용탈로 인한 지하이동 및 지하수 오염문제에 대하여 앞으로의 연구가 필요할 것으로 생각된다.