본 연구는 어저귀(Abutilon avicennae)를 이용한 식물상 복원공법의 가능성과 카드뮴이 식물의 성장에 미치는 독성효과, 오염물과 식물유무에 따른 토양미생물의 활성변화, 카드뮴의 식물체내와 토양에서의 거동에 관한 연구를 실시하였다. 뿌리의 생체량은 90일 후 대조구에 비해 약 4배정도 저해를 받았으며, 지상부의 길이 생장 또한 대조구에 비해 약 3배정도 저해를 받은 것으로 나타났다. 식물내 카드뮴의 축적은 50일째 뿌리> 줄기> 잎의 순서로 축적을 나타냈으나, 90일이 경과된 후 카드뮴 축적은 뿌리>줄기>종자>잎으로 지상부 부분의 카드뮴이 잎에서 종자로 전이가 일어난 것을 볼 수 있다. 카드뮴 오염 유무에 상관없이 식물구는 무식물 구에 비해 미생물 활성도가 높게 나타났고 컬럼 하층부로 내려갈수록 감소하였다. 토양에서의 카드뮴 이동은 관찰되지 않았으며, 초기 가용성 카드뮴의 3.5%가 식물체내로 이동하였음이 관찰되었다.
본 연구는 어저귀(Abutilon avicennae)를 이용한 식물상 복원공법의 가능성과 카드뮴이 식물의 성장에 미치는 독성효과, 오염물과 식물유무에 따른 토양미생물의 활성변화, 카드뮴의 식물체내와 토양에서의 거동에 관한 연구를 실시하였다. 뿌리의 생체량은 90일 후 대조구에 비해 약 4배정도 저해를 받았으며, 지상부의 길이 생장 또한 대조구에 비해 약 3배정도 저해를 받은 것으로 나타났다. 식물내 카드뮴의 축적은 50일째 뿌리> 줄기> 잎의 순서로 축적을 나타냈으나, 90일이 경과된 후 카드뮴 축적은 뿌리>줄기>종자>잎으로 지상부 부분의 카드뮴이 잎에서 종자로 전이가 일어난 것을 볼 수 있다. 카드뮴 오염 유무에 상관없이 식물구는 무식물 구에 비해 미생물 활성도가 높게 나타났고 컬럼 하층부로 내려갈수록 감소하였다. 토양에서의 카드뮴 이동은 관찰되지 않았으며, 초기 가용성 카드뮴의 3.5%가 식물체내로 이동하였음이 관찰되었다.
Phytoremediation of soil contaminated with cadmium was studied using Indian mallow (Abutilon avicennae) in columns packed with 80 mg Cd/kg soil. At 90 days after transplat, root biomass of the exposed plants was 4 times more inhibited compared to the control. Also, shoot length of the exposed plants...
Phytoremediation of soil contaminated with cadmium was studied using Indian mallow (Abutilon avicennae) in columns packed with 80 mg Cd/kg soil. At 90 days after transplat, root biomass of the exposed plants was 4 times more inhibited compared to the control. Also, shoot length of the exposed plants was 3 times more inhibited than that of control plants. Accumulation of cadmium into tissues was in the order roots> stems> leaves during the 50 days, but the order was roots> stems> seeds> leaves during the 90 days after transplant. Regardless of cadmium contaminations, microbial activities were significantly greater in soil with plants than without plants. In soil column, cadmium was not transferred toward the lower part. Uptake of Cd by plant tissues was about 3.5% of the initial bioavailable cadmium for leaves, stems, and roots during the 90 days after transplant.
Phytoremediation of soil contaminated with cadmium was studied using Indian mallow (Abutilon avicennae) in columns packed with 80 mg Cd/kg soil. At 90 days after transplat, root biomass of the exposed plants was 4 times more inhibited compared to the control. Also, shoot length of the exposed plants was 3 times more inhibited than that of control plants. Accumulation of cadmium into tissues was in the order roots> stems> leaves during the 50 days, but the order was roots> stems> seeds> leaves during the 90 days after transplant. Regardless of cadmium contaminations, microbial activities were significantly greater in soil with plants than without plants. In soil column, cadmium was not transferred toward the lower part. Uptake of Cd by plant tissues was about 3.5% of the initial bioavailable cadmium for leaves, stems, and roots during the 90 days after transplant.
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문제 정의
1982). 따라서 본 연구에서는 카드뮴과 식물유무에 따른 토양미생물의 활성 변화를 알아보기 위해 탈수소화효소의 활성도를 INK 이용하여 측정하였다. 식물 유무에 따른 미생물 활성도는 식물이 존재할 때가 식물이 존재하지 않을때에 비해 높게 나타났으며, 뿌리밀도가 높은 상층부에서 특히 높게 나타났다.
본 연구는 장 등(2001)이 선별한 카드뮴에 내성이 강한 어저귀를 대상으로 현장조건을 모사한 온실에 설치한 컬럼에 카드뮴으로 인위오염시킨 토양을 채우고 어저귀을 적용하여 카드뮴의 농도변화를 관측함으로써 식물상 복원공법이 토양내 카드뮴 제거 및 거동에 미치는 영향을 알아보고자 하였다.
제안 방법
토양내 카드뮴 양을 분석하였다. 가용성 카드뮴은 1 g의 토양을 20 ml의 물로 2시간 왕복진탕한 후 Whatman filter p叩er No. 2로 여과한 후 원자흡광광도계 (Analyst 100 spectrophotometer, PerkinElmer Inc. USA. )로 카드뮴 농도를 분석하였다. 치환성 카드뮴은 토양 1 g에 25 ml의 IN ammonium acetate를 넣고 30분간 진탕한 후 가용성 카드뮴과 같은 방법으로 분석하였다.
또한 세포 표면 안팎에 phytochelatin과 같은 물질을 분비하여 중금속과 결합함으로써 대사에 영향을 미치지 않는 불용성 물질을 뿌리, 잎, 종자에 저장하는 방법이 있으며(Grill 1985), 기타 효소 활성 등을 변화시 키는 방법도 있다. 따라서 어저귀에 의한 카드뮴 축적량과 체내 분포 및 이동을 알아보기 위해 뿌리, 잎, 줄기, 종자의 카드뮴 함량을 비교하였다. %일 후 비오염토양에서 자란 식물의 각 조직별 카드뮴 함량은 뿌리에서만 소량 검출되었을 뿐 줄기나 잎에서는 검출되지 않았다.
사용된 식물은 파종 후 7일된 유식물 상태의 같은 길이와 생체량을 가지는 어저귀를 선별하여 3개체씩컬럼에 이식하였다. 또한 자연정화에 의한 오염물 제거와 식물상 이식에 따른 효과를 비교하기 위해 무식물 오염구를 설치하여대조 구로 이용하였으며, 각 컬럼은 2반복구로 총 8구를 설치하였으며, 식물 이식 후 50일과 90일 컬럼을 절개하였다.
건조된 각 조직은 농질산용액을 가하여 tnicrowave(CEM, MDS-2000)에서 분해시켰다. 분해액을 10ml이 되게 희석한 후 Whatman filter paper No. 2로 여 과한 다음 원자흡광광도계 (Analyst 100 spectrophotometer, PerkinElmer Inc. USA)로 카드뮴 농도를 분석 하였다. 중금속 분석방법의 신뢰도는 일본의 NIES(National Institute for Environmental Studies)에서 공인된 표준물질인 No.
수확 후 식물은 3차 증류수로 수차례 씻은 후 줄기, 잎, 뿌리로 구분하여 각각 70'C 건조기에서 2일간 건조하였다. 건조된 각 조직은 농질산용액을 가하여 tnicrowave(CEM, MDS-2000)에서 분해시켰다.
식물뿌리와 카드뮴이 토양미생물활성에 미치는 영향을 관찰하기 위해 실험종료 후 컬림 깊이별로 채취한 토양에서 탈수 소화효소(dehydrogenase) 활성도를 INT-violet(iodonitro-tetrazolium, sigma)를 사용하여 측정하였다. 토양 2g에 INT-violet을 첨가하고 25℃, 암조건에서 24시간 배양한 후 ethanol을 넣어 환원된 INT-formazan을 추출한 후 480nm에서 흡광도를 측정하여 미생물활성도를 계산하였다(Trevors et al.
컬럼 실험을 다음과 같이 준비하였다. 실험용기로 사용한 컬럼 장치는 PVC 재질의 직경 10 cm, 길이 100 cm의 원통형 관으로 일정한 높이 간격으로 절개하여 깊이별로 시료를 분석함으로써 오염물 이동과 깊이별 뿌리밀도의 관측을 용이하게 하였다. 하부에는 토양의 유실방지와 원활한 수분 배수를 위하여 투과 망을 설치하였다.
67) 을 체로 쳐 큰 입경의 토양을 분리 제거한 후 약 80 mg Cd/kg을처리하여 인공적으로 오염시켰다. 인공 오염토양을 컬럼 상단부에 20 cm 채우고, 원할한 배수를 위하여 나머지 하단부에는 비오염 야산 토양을 그대로 충진하였으며, 4일간의 안정기간을 거친 뒤, 식물을 이식하였다. 사용된 식물은 파종 후 7일된 유식물 상태의 같은 길이와 생체량을 가지는 어저귀를 선별하여 3개체씩컬럼에 이식하였다.
)로 카드뮴 농도를 분석하였다. 치환성 카드뮴은 토양 1 g에 25 ml의 IN ammonium acetate를 넣고 30분간 진탕한 후 가용성 카드뮴과 같은 방법으로 분석하였다. 토양내 총 카드뮴은 토양 1g에 왕수(aqua regia, 65% HNO3 1ml + 37% HC1 3ml, v/v) 4ml을 가한 후, microwave에서 분해 시 킨 후1侦로 희석한 후 가용성 카드뮴 측정방법과 동일하게 분석하였다.
사용하여 측정하였다. 토양 2g에 INT-violet을 첨가하고 25℃, 암조건에서 24시간 배양한 후 ethanol을 넣어 환원된 INT-formazan을 추출한 후 480nm에서 흡광도를 측정하여 미생물활성도를 계산하였다(Trevors et al. 1982)
치환성 카드뮴은 토양 1 g에 25 ml의 IN ammonium acetate를 넣고 30분간 진탕한 후 가용성 카드뮴과 같은 방법으로 분석하였다. 토양내 총 카드뮴은 토양 1g에 왕수(aqua regia, 65% HNO3 1ml + 37% HC1 3ml, v/v) 4ml을 가한 후, microwave에서 분해 시 킨 후1侦로 희석한 후 가용성 카드뮴 측정방법과 동일하게 분석하였다. 중금속 분석의 신뢰도는 일본의 NRS-CNRC(National Research Council of Canad)에서 공인된 표준물질인 MESS-2 (Marine sediment)의 분석을 통해 확인하였다.
토양은 균일하게 섞은 후 실온에서 풍건한 후 세가지 추출 방법으로 토양내 카드뮴 양을 분석하였다. 가용성 카드뮴은 1 g의 토양을 20 ml의 물로 2시간 왕복진탕한 후 Whatman filter p叩er No.
대상 데이터
인공 오염토양을 컬럼 상단부에 20 cm 채우고, 원할한 배수를 위하여 나머지 하단부에는 비오염 야산 토양을 그대로 충진하였으며, 4일간의 안정기간을 거친 뒤, 식물을 이식하였다. 사용된 식물은 파종 후 7일된 유식물 상태의 같은 길이와 생체량을 가지는 어저귀를 선별하여 3개체씩컬럼에 이식하였다. 또한 자연정화에 의한 오염물 제거와 식물상 이식에 따른 효과를 비교하기 위해 무식물 오염구를 설치하여대조 구로 이용하였으며, 각 컬럼은 2반복구로 총 8구를 설치하였으며, 식물 이식 후 50일과 90일 컬럼을 절개하였다.
하부에는 토양의 유실방지와 원활한 수분 배수를 위하여 투과 망을 설치하였다. 실험에 사용한 인공오염 토양은 인근 야산에서 채취한 토양(sandy loam; clay 14.96%, silt 7.84%, sand 77.20%, pH 5.67) 을 체로 쳐 큰 입경의 토양을 분리 제거한 후 약 80 mg Cd/kg을처리하여 인공적으로 오염시켰다. 인공 오염토양을 컬럼 상단부에 20 cm 채우고, 원할한 배수를 위하여 나머지 하단부에는 비오염 야산 토양을 그대로 충진하였으며, 4일간의 안정기간을 거친 뒤, 식물을 이식하였다.
이론/모형
토양내 총 카드뮴은 토양 1g에 왕수(aqua regia, 65% HNO3 1ml + 37% HC1 3ml, v/v) 4ml을 가한 후, microwave에서 분해 시 킨 후1侦로 희석한 후 가용성 카드뮴 측정방법과 동일하게 분석하였다. 중금속 분석의 신뢰도는 일본의 NRS-CNRC(National Research Council of Canad)에서 공인된 표준물질인 MESS-2 (Marine sediment)의 분석을 통해 확인하였다.
성능/효과
따라서 어저귀에 의한 카드뮴 축적량과 체내 분포 및 이동을 알아보기 위해 뿌리, 잎, 줄기, 종자의 카드뮴 함량을 비교하였다. %일 후 비오염토양에서 자란 식물의 각 조직별 카드뮴 함량은 뿌리에서만 소량 검출되었을 뿐 줄기나 잎에서는 검출되지 않았다. 반면, 카드뮴 오염토양에서 자란 어저귀의 경우 각 조직별 카드뮴 함량은 잎 275.
뿌리의 생체량은 90일 후 대조구에 비해 약 4배정도 저해를 받았으며, 지상부의 길이 생장 또한 대조구에 비해 약 3배 정도 저해를 받은 것으로 나타났다. 뿌리의 생체량이 지상부의 길이 생장보다 더 많은 생육저해를 받은 이유는 카드뮴이 일차적으로 뿌리 세포의 성장과 분화를 저해하기 때문이다(Prasad 1999).
따라서 본 연구에서는 카드뮴과 식물유무에 따른 토양미생물의 활성 변화를 알아보기 위해 탈수소화효소의 활성도를 INK 이용하여 측정하였다. 식물 유무에 따른 미생물 활성도는 식물이 존재할 때가 식물이 존재하지 않을때에 비해 높게 나타났으며, 뿌리밀도가 높은 상층부에서 특히 높게 나타났다. 이는 실험 90일째에도 같은 결과를 보였다(Fig.
3에 나타내었다. 식물의 뿌리 가 흡수한° 카드뮴의 농도는 토양의 카드뮴 농도가 높을수록 증가하는 경향을 나타내었으나, 토양 내 가용성 카드뮴, 치환성 카드뮴 및 총 카드뮴과 식물뿌리의 카드뮴 축적량과의 관계는 각각 y=82.02x+51.42, 『=0.423 (FC0.042), y=3.621x+47.29, r=0.48(P<0.026), y=2.69x+35.70, r2=0.53 (PC0.015)로 유의적인 상관을 나타내었다.
동안 생육을 비교 관찰하였다. 실험 50일째 비오염토양에서 자란 어저귀의 뿌리는 컬럼의 밑바닥 (>100 cm)까지 분포하였으나, 80 mg Cd/kg으로 오염된 토양에서 자란 어저귀의 뿌리는 오염부분(<30 cm)까지 분포하였다(Fig. 1(A)).
후속연구
본 실험의 경우 고농도의 중금속 오염토양에서 어저귀는 식물추출(phytoextraction) 보다는 식물고정화기법(phytostabilization)을 적용하는 지역에 유리할 것으로 기대된다. 또한 그 효과를 극대화시키기 위한 방법으로 인산, 소석회, 토양개량제등의 첨가등을 통한 토양 내 bioavailability를 높이고 건물생산량을 높일 수 있는 연구가 뒤따라야 할 것으로 생각된다.
대표되고 있다. 본 실험의 경우 고농도의 중금속 오염토양에서 어저귀는 식물추출(phytoextraction) 보다는 식물고정화기법(phytostabilization)을 적용하는 지역에 유리할 것으로 기대된다. 또한 그 효과를 극대화시키기 위한 방법으로 인산, 소석회, 토양개량제등의 첨가등을 통한 토양 내 bioavailability를 높이고 건물생산량을 높일 수 있는 연구가 뒤따라야 할 것으로 생각된다.
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