Heavy metal contamination of soils, plants, waters and sediments in the vicinity of metalliferous mines in Korea

국문 초록 (Abstract)

이 연구는 과거에 활발한 광산채광후 휴광 또는 폐광된 광산주변에서 발생 되는 중금속의 오염정도와 분산 및 환경영향을 조사함을 목적으로 한다. 연 구대상지역은 대구광역시 달성군 가창면에 소재하고 있는 달성 동-텅스텐 광 산과 경기도 화성군 봉담면에 있는 삼보 연-아연 광산이며, 이들 지역에서 토양, 식물(옥수수, 대추, 파, 깻잎, 콩잎, 고추, 담뱃잎, 벼줄기, 쌀알 등), 광산 폐수 및 하상 퇴적물을 채취하였다. 채취된 시료는 적절한 처리 후 ICP -AES를 이용하여 As, Sb, Bi, Cd, Cu, Pb, Zn 등 총 29개 원소를 분석하였다. 또한 식물의 원소흡수에 영향을 주는 토양의 pH, 유기물 함량, 양이온교환능 력 그리고 토양조직 등을 측정하였다. 달성 동-텅스텐 광산 주변에서 채취한 토양은 중금속의 이동이 용이한 조건으로 조사되었고, 광산 주변에 산재해 있는 광미더미에서 평균 2,500ppm의 As, 54ppm의 Sb, 436ppm의 Bi, 4. 4ppm의 Cd, 1,950ppm의 Cu, 1,030ppm의 Pb 및 419ppm의 Zn이 검출되었다. 이러한 오 염된 토양에서 자라고 있는 식물의 원소함량은 비교지역(비오염지역)에 비해 2-5배 높았으며 파> 콩잎> 깻잎=고추>옥수수=대추 등의 순서로 그 함량이 감 소되는 경향을 보였다. 단계별 다원소 선형회기분석을 이용한 식물의 원소 흡수에 영향을 주는 인자를 조사한 결과, 토양의 함량과 pH가 가장 중요한 것으로 밝혀졌다. 광산 주변에 산재한 폐석더미의 중금속의 총량을 수학적 모델을 이용하여 고찰한 결과, 총 17,140㎏의 중금속이 방치되어 있으며, 연 속추출법을 이용하여 이들 금속의 화학적 형태를 조사한 결과에 따르면 총 금 속의 약 10%는 자연환경에서 용해가능한 형태로 존재하고 있음을 밝혔다. 그 리고 다량의 중금속은 광산의 폐석더미를 통과한 자연수와 하상퇴적물에서도 검출되었다. 삼보 연-아연 광산 주변에서 채취한 폐석주변의 토양내 평균 중 금속함량은 11. 8ppm의 Cd, 208ppm의 Cu, 2,700ppm의 Pb 및 8,300ppm의 Zn으로 조사되었다. 토양의 중금속함량을 Kriging 방법을 이용한 등함량곡선을 산출 한 결과 지형적인 영향으로 광산의 동쪽으로 중금속들이 이동 분산되어 주변 의 논토양의 중금속함량을 높이고 있다. 특히 토양의 특성과 상호 비교한 결 과 토양의 중금속 함량은 pH와 음의 상관관계, 유기물함량, 양이온교환능력 및 사질함량과는 강한 양의 상관관계를 보인다.

다국어 초록 (Multilingual Abstract)

This research has focused on the influence on base metal mining on heavy metal
contamination in the surface environment and its implications for animal and human health, Soils, crop plants, waters and sediments were taken at two metalliferous mines (the Dalsung Cu-W mine and the Sambo Pb-Zn mine) and nearby control areas. Analysis by ICP-AES included the metals, As, Sb, Bi, Cd, Cu, Pb and Zn. Some physical and chemical properties of soils were determined to investigate the factors affecting bioavailability of metals. Soils sampled from mining areas have low pH values, low organic matter contents, moderate cation exchange capacity and high proportions of sand. Heavy metals are enriched in mine dump soils developed over mine waste materials, tailings and slags, which contain ten to several hundreds times more heavy metals than the world average soils. The total quantities of metals present in the mine dumps (O-15 cm) are estimated to be 17.14 tonnes at an area of 12,400m in the.Cu-W mine and 216 tonnes at an area of 186,000 m in the Pb-Zn mine. These metals are continuously dispersed downstream and downslope from the mines by elastic movement through wind and water, and tend to accumulate in food crops grown on soils in the vicinity of the mines. Heavy metal concentrations in crop plants sampled vary with species and part, with high concentrations in leaves and low contents in fruit and grain. Tobacco leaf is an accumulator of heavy metals, with maximum concentrations of 8.5 pg 24 pg Pb and 1,620 pg Zn g-l (DW). Commercial cigarettes from Korea contain relatively higher concentrations of As, Pb and Zn than those from the United Kingdom, but lower . concentrations of Cu. However the concentration of Cd shows no significant drfference between cigarette from the respective countries. Significant concentrations of metals are also
found in spring onions and soybean leaves sampled. The availability of metals to plants increases with increasing metal concentrations in soils and decreasing soil pH, though this differs from metal to metal.
Significant concentrations of heavy metals are found in stream waters and sediments
in the vicinity.of the mines and these decrease downstream from the mines.
Seasonal variation of physical and chemical properties and metal concentrations in
paddy soils and plants has been studied along 6 traverse lines in the Sambo Pb-Zn mine. The results showed that relatively higher soil pH, organic matter content and lower metal concentrations in rice stalk were found under reducing conditions when the soils were flooded than at the end of the growing under oxidising conditions when the soils were dry. However, there was no difference in metal contents in paddy soils throughout the periods of rice growing.