Effects of Soil Bulk Density on Saturated Hydraulic Conductivity and Solute Elution Patterns

토양의 용적밀도에 따른 포화수리전도도 및 음이온의 용출양상

The effects of bulk densities(${\rho}_b$) on saturated hydraulic conductivity (Ksat) and solute elution patterns were investigated from five different bulk densities ranging from $1.1Mg/m^3$ to $1.5Mg/m^3$ with each increment of $0.1Mg/m^3$. The hydraulic conductivities observed were divided into two stages: (1) a linearly decrease with increase in bulk density up to $1.4Mg/m^3$, (2) a steady state where the bulk density is greater than $1.4Mg/m^3$. Using the saturated hydraulic conductivity at the steady state, we figured out the equation describing the correlation between bulk densities(${\rho}_b$) and saturated hydraulic conductivity(Ksat) as follows: $Ksat=-19.2({\rho}_b{^2})+6{\rho}_b+15.5$, (r=0.985). Electrical conductivity(EC) measured from the leachate of the soil column showed that EC at the same pore volume were decreased with an increase in the bulk density from $1.2g/cm^3$, $1.5g/cm^3$, as shown in the time taken to collect the same pore volume at each respective bulk density. The maximum relative concentrations (C/Co=1) from the breakthrough curves for the anions of $Cl^-$, $NO_3{^-}$ and $SO_4{^{2-}}$, which are weakly adsorbed on the soil particles, moved to the right of the graph, while a distinctive retardation occurs at the bulk density between $1.3Mg/m^3$ and $1.4Mg/m^3$. The time taken to recover about 90% of indigenous sulphate was approximately twice as those of chloride and nitrate, resulting in slightly stronger adsorption characteristics for sorption sites on the soil surface. Thus, we can conclude that the salt accumulation in green house soil might be significantly influenced by it's bulk density at the soil depth, as well as the adsorption capacity of ions for the sorption sites in soils.

시설 재배지내 염류집적의 원인의 하나인 토양의 용적밀도 변화가 염류집적에 미치는 영향을 조사하기 위해, 충남 예산군 오가면의 시설재배 10여년 연작지 토양의 Ap층을 이용하여 용적밀도 변화에 따른 수리전도도 변화와 전기전도도 및 음이온의 용출특성 변화를 토주(土柱)실험을 통해 조사하였다. 수리전도도(Y, cm/day)와 용적별도(X, $Mg/m^3$)간에는 부의 회귀관계 ($Y=-19.2X^2+6X+15.5$, (r=0.985)) 가 성립하여, 낮은 용적밀도에서는 큰 폭의 수리전도도 감소가 있으며, $1.4Mg/m^3$ 이상의 높은 용적밀도 조건에서는 용적밀도 변화에 따른 수리전도도 변화가 매우 미미 하였다. 위의 5 수준의 용적밀도 조건하에서 시간변화에 따른 용출액 중 용존 물질의 용출속도는 용적밀도 증가에 따라 크게 지연되었다. 용출액의 전기전도도가 최고점에 도달하는 시간을 비교한결과 용적밀도 $1.3Mg/m^3$ 이하에서는 토양단면 10cm를 통과하는데 약 36시간 이내의 시간이 요구되었으며, 용적밀도 $1.4Mg/m^3$ 이상에는 120시간 이상이 요구되어 두 조건사이 약 84시간의 사이가 있었다. 토양내 이행성이 높은 주요 3가지 음이온의 용출속도도 용적밀도 증가에 따라 크게 지연되었으며, 용적밀도 $1.2Mg/m^3$ 일 때 Chloride, Nitrate와 Sulphate가 90%이상 용출 되는데 각각 17, 15, 35시간이 소요된 반면, 용적밀도 $1.5Mg/m^3$ 일 때 각각은 90%이상 용출 되는데 약 130, 125, 213시간이 각각 소요되었다. 따라서 경작층 전후의 큰 용적밀도 차이를 보이고 있는 충남 예산 지역의 시설재배지내 염류집적의 원인들 중 경작층 이하인 지표면 아래 20~30cm 부근에 형성된 용적밀도(容積密度) $1.5Mg/m^3$ 이상인 경반층(硬盤層)에 의한 토양수 흐름과 각종 무기염류의 이동 지연으로 인해 크게 악화되고, 지표면에 염류집적이 가속화된 것으로 판단된다.