망간 (Mn)은 토양에서 다양한 형태로 존재하며 Mn(II)는 가장 이동성이 높은 망간 종으로 필수 미량원소이지만 높은 농도에서는 식물에 독성이 있어 성장을 저해한다. 망간은 일반적으로 토양에 4가 망간으로 망간산화물 상태로 존재하는데 토양이 3가 크롬으로 오염되면 4가 망간은 2가 망간으로 환원될 수 있고, 3가 크롬은 망간이 환원될 때 6가 크롬으로 산화될 수 있다. 이 때 토양 내 유기물에 의해 산화된 크롬은 다시 3가 크롬으로 환원되므로 크롬에 의한 식물 독성은 나타나지 않으나 환원된 망간에 의한 독성이 나타난다. 따라서 본 연구의 목적은 크롬의 산화 환원 상태를 변화하지 않으면서 망간을 흡착하는 다양한 흡착제를 이용하여 3가 크롬으로 오염된 토양에서 환원된 망간을 안정화시켜 독성을 감소시키는 것이다.
망간을 안정화시키기 위해 ferrihydrite, schwertmannite, goethite를 합성하여 XRD로 광물을 확인하였으며 망간 흡착에 사용하였다. Hematite를 구입하여 사용하였다. 철산화물 이외에 망간 흡착에 칼슘화합물을 사용하였는데 CaNO3, CaSO4, CaCO3와 같은 칼슘화합물은 pH를 높이고 망간을 산화시켜 망간을 안정화시키기 위해 사용하였다.
철 산화물 중에서 hematite의 망간 흡착율이 가장 높았고, ferrihydrite가 그 다음이었으나 schwertmannite와 goethite는 망간을 흡착하지 않았다. 칼슘 화합물의 경우 CaCO3, CaNO3, CaSO4 순으로 망간 흡착율이 높았다. CaCO3는 Hemaite보다 높은 흡착율을 보였기 때문에 CaCO3로 처리하는 것이 pH를 높여 망간의 독성을 줄이는데 가장 효과적인 것으로 판단된다. 망간의 독성을 저감시키기 위해 계분, 우분, 쌀겨 바이오차를 제조하였으며 각각의 바이오차를 철 인산염으로 코팅한 것과 코팅하지 않은 바이오차를 망간 용액과 반응시켰다. 그 결과, 코팅하지 않은 계분 바이오차(CM Biochar)가 망간 흡착율이 100%로 가장 효과적이었다.
3가 크롬으로 오염된 sandy loam 토양에서 3가 크롬에 의해 환원된 망간을 안정화시키기 위해 무처리 토양, 10% biochar, 0.2% CaCO3 처리 토양과, 3가 크롬 대신 물을 처리한 토양으로 구분하여 지렁이와 상추를 이용하여 독성평가를 하였다. 지렁이는 토양에 5일 동안 노출되었고 10% biochar 처리구에서 치사율이 100%였다. 이는 계분 바이오차에 의한 pH의 과도한 상승과 암모니아 가스의 발생에 의한 것으로 판단된다. 따라서 바이오차의 사용량을 감소시켰을 때 효과를 평가하기 위해 clay loam 토양을 3가 크롬으로 오염시키고, 토양을 무처리 토양, 바이오차 1%, CaCO3 0.2% 처리한 토양과, 3가 크롬 대신 물만 처리한 토양으로 구분하여 지렁이와 상추를 이용하여 독성을 평가하였다. 지렁이는 모든 처리구에서 생존율 100%였다. 바이오차 1%, CaCO3 0.2% 처리구에서는 dehydrogenase activity (DHA)가 높았으며, bioaccumulation factor (BAF)가 낮아 토양의 독성이 감소하였으며, 바이오차 1%와 CaCO3 0.2%가 망간의 독성을 줄이는 데 효과적인 것으로 판단하였다. Sandy loam 토양은 크롬 200 mg/kg을 15% 수분 처리한 뒤 무처리, biochar 10%와 CaCO3 0.2%로 처리하였고, 물만 처리한 처리구를 진행하여 상추를 5주간 생육하였다. Clay loam토양에서는 3가 크롬 200 mg/kg을 20% 수분 처리한 뒤 무처리, biochar 1%와 CaCO3 0.2%로 처리하였고, 3가 크롬 대신 물만 처리한 처리구를 진행하여 상추를 2주간 생육하였다. Biochar와 CaCO3는 생물 이용 가능 망간을 감소시키는데 효과적이었다. 그리고 CaCO3는 상추의 생육을 증가시키는 데 biochar보다 더 효과적이었다.

Mn (manganese) exists in various oxidation states in soil, and Mn(II) is the most mobile species of manganese, which is toxic to plants and restricts their growth. When manganese-containing soil is contaminated with Cr3+, Mn4+ can be reduced to Mn2+, and Cr3+ can be oxidized to Cr6+. However, oxidized chromium (Cr6+) in the soil is reduced to Cr3+ again by organic matter. Finally, in the Cr3+ contaminated soil, Cr exist as Cr3+ and Mn exists as Mn2+ and toxicity is caused by Mn2+. Therefore, the purpose of this study is to reduce Mn toxicity by stabilizing Mn using various adsorbents without changing the redox state of chromium. As Mn adsorbents, ferrihydrite, schwertmannite, and goethite were synthesized. Hematite was purchased and used as a Mn adsorbent. Calcium compounds such as CaNO3, CaSO4, and CaCO3 were used to increase pH and oxidize Mn. For the adsorption of Mn, Mn(II) solutions of various concentrations were reacted with four iron oxides (ferrihydrite, hematite, schwertmannite, goethite), CaNO3, CaSO4, and CaCO3 for 24 hours. As a result, among iron oxides, hematite had the highest adsorption rate of Mn, followed by ferrihydrite. In the case of calcium compounds, the adsorption rate was high in the order of CaCO3, CaNO3, and CaSO4. CaCO3 showed a higher adsorption rate than hematite, and treatment with CaCO3 is considered to be most effective in reducing Mn by increasing pH. A total of 6 biochars, 3 of which were coated with iron phosphate and 3 of uncoated raw biochar (chicken manure, cow manure, and rice bran biochar), were reacted with the Mn solution. As a result, raw biochar made from chicken manure was most effective for Mn adsorption with 100% removal of Mn in solution. After contamination of sandy loam soil with 200 mg/kg of Cr3+, toxicity was evaluated using earthworms and lettuce. Soils were contaminated with Cr3+ and treated with 10% chicken manure biochar, 0.2% CaCO3, and distilled water, respectively. Uncontaminated soil was included for the toxicity test to evaluate the effect of Mn without Cr3+. Earthworms were exposed to the contaminated soil for 5 days and all died in the 10% biochar treatment group. This can be attributed to the increase in pH and the release of ammonia gas due to chicken manure. Therefore, the clay loam soil was contaminated with Cr3+, and 1% chicken manure biochar, and 0.2% CaCO3 were treated, respectively. Earthworms survived in both the biochar and CaCO3 treatments, and the weight difference in the 1% biochar was less than that in the CaCO3 treatment. In the biochar and CaCO3 treatment groups, dehydrogenase activity (DHA) was higher and bioaccumulation factor (BAF) was lower compared to the control indicating that 1% biochar and 0.2% CaCO3 were effective in reducing the Mn toxicity. Sandy loam contaminated with Cr3+was treated with 10% biochar and 0.2% CaCO3, and clay loam contaminated with Cr3+ was treated with 1% biochar and 0.2% CaCO3 and lettuce was grown in the soils. Biochar and CaCO3 reduced bioavailable Mn and CaCO3 was more effective for both lettuce biomass and plant metal content.