Buffer Capacity of So Horizon Soils of Andisols from Jeju Island: Solubility Effect of Mineral Phases

제주도 Andisols Bo층 토양의 산성화에 대한 완충능력: 광물상 용해도 특성의 영향

  • 이규호 (연세대학교 지구시스템과학과) ;
  • 송윤구 (연세대학교 지구시스템과학과) ;
  • 문지원 (연세대학교 지구시스템과학과) ;
  • 문희수 (연세대학교 지구시스템과학과)
  • Published : 2002.06.01

Abstract

Buffer capacities for two Bo horizon soils or Andisols developed from different parent materials have been investigated. The titration curves from column leaching experiment show that buffering occurred at pH 4.0 and 6.0. The buffer intensity or soil developed from pyroclastic materials (P-soil) is higher than that from basalts (B-soil). From batch test we have found that proto-imogolite and/or imogolite may control Al solubility as well as $Al(OH) _3$in the moderate acid condition. The buffer intensities ($\beta$) of P-soils were plotted on the theoretical buffering curve of $Al(OH)_3$, while $\beta$ of B-soils approached to that of proto-imogolite, which shows the solubility of short-range-order materials in P-soil control the buffer capacity. Buffering at pH 6.0 is thought to be the result of dissolution of some silicate clays and exchange reactions between $H^{+ }$and base-forming cations. Considering the amount of annual acid precipitation, aluminum solubility of Andisols, and the low BS (Base Saturation percentage), it can be predicted that prolonged acid precipitation will reduce the buffer capacity of soils and lead to soil acidification.

제주도 안디졸(Andisol) 토양 분포지역 중 화산성 쇄설물과 현무암으로부터 기원된 두 토양의 Bo층을 대상으로 완충능력을 계산하고 토양의 알루미늄 용해도가 완충능력에 미치는 영향을 연구하였다. 주상실험 결과는 pH 6.0과 4.0 부근에서 완충작용이 일어남을 보여 주며, 현무암기원의 토양보다 화산쇄설암기원 토양의 완충능력이 더 큰 것으로 나타났다. 다양한 pH조건에서의 배치평형실험 결과 다량의 알루미늄 함유 광물상을 갖는 제주도 안디졸 토양 Bo층에서의 알루미늄 거동은 $Al(OH)_3$, 이모골라이트 혹은 프로토-이모골라이트 등의 고상에 주로 영향을 받는 것으로 나타났다. Bo층 토양의 광물조성, 배치 평형실험결과, 그리고 주상실험 결과를 종합해 볼 때, pH 4.0 부근에서 나타나는 뚜렷한 완충능력($\beta$)은 깁사이트 및 프로토-이모골라이트의 용해도 특성에 의해서 좌우되는 것으로 해석된다. pH 6.0 내외의 완충작용은 규산염광물의 용해도 및 염기성양이온의 양이온교환반응에 의해 진행되고 있으나, 낮은 염기성 포화도는 토양산성화가 더 진행될 경우 이러한 완충효과가 오래 지속되지 못할 것임을 지시한다.

Keywords

References

  1. 이광식, 이인성, 최만식, 박은주 (1997) 제주도 강수의환경 동위원소 연구. 지질학회지, 33, 139-147.
  2. 이규호, 송윤구, 문희수, 문지원, 김인준 (2002) Al$_13$-tridecamer의 자연계 생성조건에 대한 열역학적 고찰. 지원환경지질, 35, 103-112.
  3. Charlton, S.R., Macklin, C.L., and Parkhurst, D.L.(1997) Water-Resources Investigations Report 97-4222, U.S. Geological Survey. Lakewood,Colorado.
  4. Lalande, H. and Hendershot, W.H.(1986) Aluminum speciation in some synthetic systems: comparison of the fast-oxine, pH 5.0 extraction and dialysis methods. Can. J. Fish Aquat. Sci., 43, 231-234.
  5. Langmuir, D. (1997) Aqueous Environmental Geochemistry. p.149-192., Prentice Hall, Inc., 600p.
  6. Lumsdon, D.G. and Farner, V.C. (1995) Solubility characteristics of proto-imogolite sols: how silicic acid can de-toxify aluminum solutions. European J. Soil Science, 46, 179-186.
  7. May, H.D., Helmke, P.A., and Jackson, M.L. (1979) Gibbsite solubility and thermodynamic properties of hydroxy-aluminum ions in the aqueous solution at 25$^{\circ}C$. Geochim. Cosmochim. Acta, 43, 861-868.
  8. Nordstrom, D.K. and May, H.M. (1989)Aqueous equlibrium data for mononuclear aluminum species. In Sposito, G.(Ed.), The Environmental Chemistry of Aluminum, CRC Press, Boca Raton, FL, 29-55.
  9. Palmer, D.A. and Wesolowski, DJ. (1992) Aluminum speciation and equilibria in aqueous solution : II. The solubility of gibbsite in acidic sodium chloride solution from 30 to 70$^{\circ}C$. Geochim. Cosmochim. Acta, 56, 1093-1111.
  10. Parkhurst, D.L. (1995) Water-Resources Investigations Report 95-4227, U.S. Geological Survey. Lakewood, Colorado.
  11. Song, Y., Paterson, E., Moon, H.-S., and Lee, G.H. (1998) Mineralogical Characterization of Andisols in Cheju Island. Abstract of the 53rd Conference of the Geological Society of Korea, 58p.
  12. Thomsen, J., Johnson, K.S., and Petty, R.L.(1983) Determination of reactive silicate in seawater by flow injection analysis. Anal. Chern., 55, 2378-2382.