토양 화학 및 환경 화학 연구 진행

1840 년, J.F. 리비시는' 농업과 식물 생리학에서의 화학 응용' 이라는 책을 발간해 토양이 양분의 저장지이며 무기물은 유기물로 변할 수 있다고 제안했다. 미네랄 비료를 사용하고 식물이 흡수한 미네랄 양분을 토양에 돌려주어야 토양 손실과 양분 사이의 균형을 유지하고 물질의 생물순환 과정이 토양 비옥도를 떨어뜨리는 것을 막을 수 있다. 19 세기 후반에 F.A.Fellow, F.V.Richthofen, Ramann 등은 토양 형성 과정을 암석 광물의 풍화 과정과 물질의 지질 순환 과정으로 간주했다. 그들은 암석 풍화의 부스러기가 식물 성장에 필요한 미네랄 영양소의 원천이고 토양은 식물 영양소의 저장소라고 생각한다. 동시에 토양 중의 미네랄 양분이 침출되어 비옥도가 떨어지다가 결국 암석으로 변한다.

1930 년대와 1940 년대, 구소련의 라드스키와 비노그라도프 (비노그라도프) 가 처음으로 통일토양 형성 과정 이론을 제시했고, 특히 생물이 토양에서 형성되는 과정을 강조했다. 이들은 식물-토양시스템에서 형성된 식물생물과 무기회분의 화학구성을 체계적으로 연구해 미네랄 양분과 토양이 형성하는 생물순환에서 식물의 생지구화학 작용을 밝혔다. 이후 연구에 따르면 유기질의 분해와 광화한 실리콘, 알루미늄, 철화합물이 생물순환에 들어가 이산화 실리콘, 탄산칼슘, 하드 알루미늄 1 수, 몬모릴로나이트와 같은 2 차 점토 광물이 형성됐다.

폴리노프 (а а а а а а а а) 는 1952 에서 풍화 껍데기의 형성, 유형 및 지구 화학 과정에 대해 심도 있게 설명했다. 1954 년 페르스만 (Ϫ Ϫ Ϫ Ϫ Ϫ Ϫ Ϫ Ϫ Ϫ Ϫ Ϫ Ϫ Ϫ Ϫ Ϫ а) 은 운동, 차별화, 축적 과정에서 전체 지구권과 풍화 껍데기가 형성한 풍화 및 토산물을 표생 토양 수분 상태는 토양 중 물질의 운동과 토양 형성 과정에 중요한 영향을 미친다. 동시에 토양 형성 과정의 풍화작용, 측면과 가로방향 재분배, 차별화작용, 2 차 누적작용도 중요한 역할을 한다. 1970 년대 이후 K.Kawaguchi 등은 토양이 교대 산화 복원 환경에서 발생하는 물질 이동과 축적, 특히 논토의 발생과 진화에 관심을 기울이고 있다. 65438 년부터 0978 년까지 국제 논토 세미나가 필리핀에서 열렸다.

토양은 양분이 생물 체내에 들어가는 주요 환경이다. 토양 중 양분이 부족하거나 과다하면 반드시 생물 체내의 각종 생화학 과정의 정상적인 진행에 영향을 미치고, 생물의 발육에 불리하며, 심지어 식물병까지 일으킬 수 있다. 아연이 부족하면 감귤 잎반병을 일으켜 성장을 멈추게 된다. 구리 결핍은 과수의 마른 가지를 초래할 수 있다.

배경 값의 높낮이 외에도 토양 영양소는 농산물의 수량과 품질에 중요한 영향을 미친다. 토양 영양소가 평균 수준인 지역에서는 지역 환경 조건의 차이, 농산물의 다양성, 자연 조건의 차이, 농업 구조 지역의 차이로 인해 일부 영양소가 부족한 경우가 많다. 일부 영양소를 시용하면 작물 생산량을 크게 높이고 제품 품질을 개선할 수 있다. 이에 따라 우리나라 많은 지역에서는 텅스텐 아연 구리 희토 등 미량 원소 비료가 개발되었다. 미량 원소 비료를 합리적으로 사용하기 위해서는 지역 토양 환경 배경 값과 그 활성성을 파악해야 한다. 이렇게 하면 작물 생산량을 늘리는 목적을 달성할 수 있을 뿐만 아니라, 이러한 비료의 과다 사용은 토양오염과 생물에 해를 끼치는 결과를 막을 수 있다.

한 요소의 유효 상태 함량 C 와 토양 중 총량 A 의 비율을 해당 요소의 활성 B 라고 합니다. B 는 토양 요소의 총 함량, 유효 상태, 토양 유형, 유기질, 점토 및 pH 값의 함수입니다. 토양 요소 배경 값의 활성화를 도입하여 농업에 배경 값 데이터를 사용할 수 있습니다. A 와 b 가 알려진 경우 c 를 찾을 수 있습니다. 유효 상태의 임계 함량과 비교하면 미량 원소 비료의 경제적 합리적인 시용을 지도할 수 있다. 우리는 토양의 배경 가치 함량을 이용하여 토양의 유효 함량 범위와 공급 수준을 대략적으로 계산할 수 있으며, 원소 활성을 이용하여 토양 중 원소의 풍요 정도를 추정함으로써 전체 부족인지 낮은 활성인지 판단함으로써 그에 상응하는 대책을 취할 수 있다. 이는 미량비료의 사용을 합리적으로 할 뿐만 아니라 작물 생산량을 크게 증가시키고 과도한 사용으로 인한 토양 오염을 막을 수 있다.

② 원소 형태 분석 및 생체 이용률 연구

위에서 볼 수 있듯이, 원소의 총 농도 분석은 이미 과학 연구 생산의 수요를 만족시킬 수 없다. 예를 들어, 크롬, 비소, 텅스텐은 흔히 볼 수 있는 다가 원소이며, 원자가 상태의 화합물은 독성과 화학적 활성이 다르다. 예를 들어, 크롬 (ⅲ) 은 세포 표면에 특수한 수용체가 있어 인슐린의 정상적인 대사를 조절할 수 있지만 크롬 (ⅳ) 은 인체에 독이 있어 암을 유발할 수 있다.

바버 (1984) 는 바이오메트릭 활용 개념을 사용하여 보육원을' 잠재적 유효성' 과' 실제 유효성' 으로 나누었다. 원소가격상태의 연구는 1970 년대 말부터 시작되어 점차 국내외에서 중요한 연구 방향이 되어 환경 모니터링, 야금, 식품, 재료 촉매 등에 주로 적용된다.

원소 원자가 분석의 최종 측정 방법은 앞의 전량 측정과 같다. 관건은 사전처리에서 화학적 분리를 통해 같은 원소의 서로 다른 가격상태를 분리하는 것이다. 분리 방법에는 유기용제 추출, 이온 교환 수지 분리, 수산화물 침전이 포함되며, 각 원소의 다양한 성질에 따라 분광 광도법, 원자 흡수 스펙트럼, 전기화학분석법, 기색보법으로 측정할 수 있다. 예를 들어 N235-MIBK 시스템에서 크롬 (ⅳ), 에탄올 -MIBK 시스템에서 크롬 추출 (ⅲ), Na(PO3)6-N235-MIBK 시스템에서 총 크롬을 추출한 후 원자 흡수 스펙트럼으로 측정하는 방법을 제시했다. 왕순영은 서로 다른 산도 조건 하에서 4- 니트로 프탈레이트로 Se(ⅳ) 와 Se(ⅵ) 를 추출한 후 기색보법으로 측정하는 방법을 논의했다.

최근 몇 년 동안, 고정밀 계기의 출현, 새로운 유기 시약 합성 및 분석 화학에서의 컴퓨터 응용으로 요소 가격 상태를 분석하는 방법이 더 간단하고, 더 빠르고, 정확하며, 감도도 향상되었습니다. 일반적으로 화학 분리 기술은 필요하지 않으며, 샘플에서 같은 원소의 서로 다른 가격상태를 직접 연속적으로 측정하거나, 여러 가지 다른 가격상태의 원소를 개별적으로 측정할 수 있다. 예를 들어, 손군 등은 다른 많은 음이온이 존재하고 있으며, 자외선/가시광 탐지기와 컨덕턴스 탐지기를 연결하여 이온 색상 스펙트럼을 사용하여 환경 샘플의 비소 (ⅲ), 비소 (ⅴ), 셀레늄 (ⅳ) 및 셀레늄 (ⅵ) 을 동시에 분리하고 측정합니다. 지연은 APDC- 메틸 이소 부틸 케톤-흑연로 원자 흡수 분광법에 의한 비소 (ⅲ), 비소 (ⅴ), 셀레늄 (ⅵ), 셀레늄 (ⅵ), 안티몬 (ⅲ) 및 안티몬 (ⅵ) 을 측정 할 수있다.

(3) 토양-식물 시스템에서 영양소의 상호 작용과 효과

중금속 원소 (예: 카드뮴, 납, 구리, 아연 등) 간의 상호 작용. ) 및 영양소 (예: 질소, 인, 칼륨, 칼슘, 마그네슘 등. ) 연구는 비교적 많지만 중금속원소와 영양소의 상호 작용은 아직 초기 단계에 있으며 중금속 오염 생태학 연구의 최전선에 속한다.

1. 중금속 원소가 토양 중 영양소의 화학적 행동에 미치는 영향

중금속 원소가 토양 중 영양소의 화학적 행동에 미치는 영향은 토양 중금속 오염 위험의 중요한 측면으로, 그 피해는 은폐성과 장기성을 지니고 있으며 토양 생산성 저하의 본질적인 원인이기도 하지만, 현재 국내외에서 모두 이 방면의 연구 작업을 전개하지 않고 있다.

토양 양분의 흡착과 탈착 과정은 특정 양분의 생물 효능에 중요한 역할을 한다. 칼륨 흡착역학 연구에 따르면 구리와 텅스텐을 첨가하면 토양에 칼륨을 흡착하는 것이 현저히 줄어들고 첨가량이 높을수록 감소도가 높아진 것으로 나타났다. 또한 칼륨 흡착에 대한 구리의 억제 효과는 카드뮴보다 큽니다. 칼륨의 완충용량 (PBC) 도 구리와 카드뮴이 증가함에 따라 각각 20% ~ 32%, 7% ~ 20% 씩 감소했다. 그러나 Bolland 는 아연 처리가 침철광의 인에 대한 흡착 능력을 비교 샘플보다 현저히 높였다고 보도했다.

토양에 있는 원소의 존재 형태와 그 전환은 많은 요인과 관련이 있다. 다른 조건이 변하지 않는 한, 물질을 첨가하면 반드시 그들에게 영향을 미칠 것이다. 현재 중금속 오염이 토양 영양소 전환에 미치는 영향에 대한 연구 보도는 적다. Folle 등은 중금속 구리, 아연, 카드뮴, 니켈을 첨가한 황산염이 토양 중 Al-P 와 Fe-P 의 함량을 낮출 수 있다고 보도했지만 이유를 설명하지 않았다.

영양소의 이주성은 식물으로의 이동 (바이오효율) 뿐만 아니라 토양 단면에서의 수직 이주성도 반영하므로 생태 환경 활성의 반영이다. 구리와 텅스텐을 첨가하면 토양용액에서 칼륨, 마그네슘, 칼슘의 활성성을 높이고, 추출할 수 있는 칼륨과 마그네슘도 증가하며, 구리의 작용은 카드뮴보다 크다. 로버트슨은 중금속 오염으로 인해 토양 칼슘, 마그네슘, 칼륨이 하강했다고 보고했다. 하지만 폴과 왕홍강 등은 토양이 구리 니켈 납 아연 등 중금속으로 오염된 후 인의 추출성이 현저히 낮아졌다고 생각한다. 이 같은 결과는 중금속 오염으로 인해 토양이 양이온에 대한 체류 약화와 침출 증가로 인해 P 가 줄어든 것으로 나타났다.

2. 영양소가 토양 중금속의 화학적 행동에 미치는 영향.

영양소가 중금속 흡착과 탈착에 미치는 영향을 연구했다. 주 등은 교환성 칼슘, 마그네슘 이온이 토양의 아연, 구리에 대한 흡착을 현저히 낮추고, 아연 흡착의 감소율이 구리 흡착의 감소율보다 크다고 생각한다. K+ 는 아연과 구리의 흡착에 거의 영향을 미치지 않습니다. 그 결과 P 를 적용하면 Cu 와 Cd 에 대한 토양의 흡착량도 줄어든 것으로 나타났다. Ca2+ 와 Mg2+ 는 홍양의 Cd 흡착량을 낮출 뿐만 아니라 이해흡수량도 증가시킨다. 보도에 따르면 P 는 산화물이 풍부한 가변 전하 토양의 Zn 과 Cu 흡착을 증가시킬 수 있지만, 항전하 토양의 Zn 흡착을 낮추는 것은 중금속의 행동에 대한 P 의 영향이 토양의 성질과 밀접한 관련이 있다는 것을 보여준다.

영양소가 토양에 들어가면 중금속의 존재 형태가 변할 수 있다. 현재 이 작업은 P..Kaushik 등 슈만의 연구에 따르면 인을 적용하면 중성과 미산성 토양에서 탄산염, 유기, 결정산화철의 함량을 현저히 낮출 수 있지만 교환성과 무정형 산화철의 비율은 증가하고 나머지 아연, 카드뮴, 구리는 영향을 받지 않는 것으로 나타났다. 인비의 시용은 또한 불용성 상태 (결정산화철과 잔여상태) 에서 중간 용해성 상태 (무정형 산화철) 로 전환되는데, 이는 인비가 주변 토양의 pH 값과 인과 산화물의 반응률을 낮추기 때문이다. 이것은 p 가 중금속의 생태적 위험을 촉진 할 수 있음을 의미합니다. 그러나 산성 토양인 적용은 교환가능 상태와 유기상태 Zn 의 비율을 낮추는 반면 찌꺼기 상태와 무정형 산화물 Zn 의 비율은 증가했다는 연구도 있다. P 는 토양의 음전하를 증가시키고 Zn 에 대한 흡착을 증가시킬 수 있기 때문이다. 인이 토양 중금속의 형태와 전환에 미치는 영향은 토양의 성질에 의해 제약을 받는다는 것을 알 수 있다.

토양 중금속의 유동성은 생물과 생태 환경에 미치는 피해를 결정하지만, 이 방면에 대한 연구는 매우 적다. 인은 토양에서 비소의 방출과 이동을 효과적으로 촉진할 수 있는 것으로 보도되었는데, 이는 인과 비소가 비슷한 토양 환경 화학 행위를 가지고 경쟁하기 때문이다. Brown 등은 인을 적용하면 토양에서 추출할 수 있는 아연의 함량을 증가시킬 수 있다고 보도했다.

3. 식물의 원소 상호 작용

식물은 복잡한 유기 전체이며, 한 성분의 변화 (증가 또는 감소) 는 다른 성분의 기능에 영향을 미치며, 결국 식물의 성장과 생산량에 반영된다. 보도에 따르면 100 ~ 200 mg/L 의 납 농도에서 인 처리는 식물 묘목의 뿌리 성장을 촉진할 수 있다고 한다. 질소를 적용하지 않으면 아연 5mg/kg 으로 인해 밀 씨앗, 줄기, 뿌리의 무게가 떨어지지만, 질소량이 75mg/kg 이면 아연의 농도가 65,438+00mg/kg 에 달하여 이러한 지표가 눈에 띄게 떨어지기 시작한다.

중금속 원소는 이온으로서 영양소와 경쟁하거나 식물 뿌리의 흡수 부위를 비교하거나 식물의 생리생화학 과정에 영향을 주어 식물의 영양소에 대한 흡수 성능과 운송 특성의 변화를 일으킨다. 텅스텐은 질소와 칼륨의 농도를 증가시켜 질소와 칼륨의 흡수를 감소시키지만 인의 농도와 흡수는 감소시킨다. 벼에 텅스텐을 첨가하면 짚에 마그네슘, 철, 아연의 함량이 낮아진다. 일부 실험에 따르면 아연을 적용하면 식물의 인 농도가 낮아지지만 아연이 존재할 경우 식물의 인 농도를 높일 수 있지만 아연이 없을 경우 식물의 인 농도를 낮출 수 있다. 아연 농도가 증가함에 따라 식물의 체내 칼슘, 마그네슘, 칼륨, 나트륨의 농도와 칼슘 아연 비율이 낮아진다. 예브도키모바는 구리 니켈 코발트가 토양을 오염시킨 후 질산염이 오트밀 바닥에 눈에 띄게 축적되었다고 지적했다. Tyksinski 는 구리, 붕소와 칼슘, 아연, 망간, 인, 아연, 망간, 마그네슘, 아연과 칼륨 사이에 길항 효과가 있다고 보도했다. 중금속 함량이 초과되면 식물의 양분 흡수를 낮출 뿐만 아니라 식물의 체내 양분 분포도 방해할 수 있다. 중금속, 플루토늄, 텅스텐은 감자에서 지상 상부로의 칼슘 이동을 현저히 감소시킨다.

영양소는 식물이 중금속을 흡수하는 데 영향을 미치는 중요한 요소이며, 그 중 일부는 이미 식물 중금속의 독성을 조절하는 경로와 조치가 되었다. 그 결과 -N 용액에서 자라는 식물의 Cd 농도와 흡수량은 -N 용액에서 자라는 식물보다 높고, N 형태는 식물 Zn 농도에 미치는 영향은 비슷하지만 식물에서의 Cd 분포는 N 형태의 영향을 받지 않는 것으로 나타났다. 액체 배양에서 -N 은 단자엽식물에 의한 철, 알루미늄, 구리, 아연의 흡수를 증가시키는 반면, -N 은 흡수 -N 으로 인해 뿌리표 환경 산화와 흡수 -N 이 뿌리표 환경 알칼리화로 인한 것일 수 있다 .. 질소 비료 종류에 따라 식물이 토양 카드뮴을 흡수하는 순서를 촉진하는 것은 (NH4) 2SO4 "N 한편으로는 소금기 양이온에 의한 Cd 교체일 수 있습니다. 한편 비료는 주변 토양의 pH 값을 낮추고 Cd 의 용해도를 높일 수 있다. 토양인 적용은 보통 가뭄 식물 중금속의 함량을 낮추지만 인을 적용하면 식물이 납에 미치는 효과를 촉진한다는 보도도 있다. Merry 등은 P 의 시용량이 일정 수준에 도달해야 식물 중금속의 함량을 현저히 낮출 수 있다고 지적했다. 하지만 벼의 카드뮴 흡수는 인을 적용함에 따라 증가하며, 칼륨을 적용하면 밀의 아연 흡수와 농도가 현저히 낮아진다. 토양 칼슘과 칼륨 함량의 증가는 콩의 어린 모종에서 플루토늄 농도를 현저히 감소시켰지만, 콩어린 모종의 건물질 질량에는 큰 영향을 미치지 않았다.

요약하면, 토양-식물 시스템의 영양소 상호 작용에 대한 연구가 어느 정도 진전되었지만, 대부분의 작업은 단방향 상호 작용에서 이루어지며, 같은 시스템에서 양방향 상호 작용에 대한 연구는 거의 없다. 토양과 식물은 서로 분리되어 전체적으로 연구에 참여하지 않고 상호 작용 메커니즘에 대한 인식이 얕다.