본 연구에서는 국내에 자생하는 포플러나무중 양황철을 대상으로 토양칼럼에서의 디젤(TPH) 제거 특성 및 식물체에 미치는 독성효과를 평가하였다. 포플러 삽목은 2달간 생장시킨 후 본 실험에 이용되었으며, 다양한 디젤농도(0, 200, 500, 1000, 2000 mg/kg)를 대상으로 60여 일간 진행되었다. 양황철에 의한 디젤 제거 실험에서 낮은 디젤농도에서는 효과적인 처리가 관찰된 반면, 농도가 증가할수록 처리효율은 급격하게 감소하였다. 또한 뿌리생장이 활발한 토양칼럼 하부에서의 처리효율이 상대적으로 높았다. 그리고 양황철 생장과 증산량을 비교하여 디젤의 양황철에 미치는 독성효과의 여부를 검토하였다. 실험기간동안 양황철의 황백화 현상, 뿌리생장 저하, 증산량 감소 현상 등이 관찰 되었다. 또한 토양칼럼 깊이별 측정한 미생물 활성도 결과는 뿌리 생장이 많은 토양 칼럼 하부와 영양염류 및 디젤 분해미생물을 추가로 주입해준 경우가 높았다. 이러한 식물의 정화효과는 근권에 있는 토양미생물에 유용한 뿌리 분비물을 지속적으로 제공함으로써 미생물의 활발한 번식 및 분해활동이 더욱 촉진되는 것으로 보인다.
본 연구에서는 국내에 자생하는 포플러나무중 양황철을 대상으로 토양칼럼에서의 디젤(TPH) 제거 특성 및 식물체에 미치는 독성효과를 평가하였다. 포플러 삽목은 2달간 생장시킨 후 본 실험에 이용되었으며, 다양한 디젤농도(0, 200, 500, 1000, 2000 mg/kg)를 대상으로 60여 일간 진행되었다. 양황철에 의한 디젤 제거 실험에서 낮은 디젤농도에서는 효과적인 처리가 관찰된 반면, 농도가 증가할수록 처리효율은 급격하게 감소하였다. 또한 뿌리생장이 활발한 토양칼럼 하부에서의 처리효율이 상대적으로 높았다. 그리고 양황철 생장과 증산량을 비교하여 디젤의 양황철에 미치는 독성효과의 여부를 검토하였다. 실험기간동안 양황철의 황백화 현상, 뿌리생장 저하, 증산량 감소 현상 등이 관찰 되었다. 또한 토양칼럼 깊이별 측정한 미생물 활성도 결과는 뿌리 생장이 많은 토양 칼럼 하부와 영양염류 및 디젤 분해미생물을 추가로 주입해준 경우가 높았다. 이러한 식물의 정화효과는 근권에 있는 토양미생물에 유용한 뿌리 분비물을 지속적으로 제공함으로써 미생물의 활발한 번식 및 분해활동이 더욱 촉진되는 것으로 보인다.
In this study, uptake and toxicity of disel (TPH) by poplar specie, $P.\;nigra{\times}P.\;maximowiczii$ were assessed in laboratory soil column experiments. Poplar cuttings were grown for 2 months and exposed to various concentration (0, 200, 500, 1000, 2000 mg/kg) of disel for a period o...
In this study, uptake and toxicity of disel (TPH) by poplar specie, $P.\;nigra{\times}P.\;maximowiczii$ were assessed in laboratory soil column experiments. Poplar cuttings were grown for 2 months and exposed to various concentration (0, 200, 500, 1000, 2000 mg/kg) of disel for a period of 60 days. For disel removal experiments, disel was effectively removed in the range of lower concentration. but, the removal rate of disel was rapidly decreased as increasing initial disel concentrations. For the this reason, toxicity effetcs were evaluated by measuring in poplar cutting mass variation and monitoring transpiration. Exposure on higher disel concentration resulted in decrease of biomass and transpiration accompanied by chlorosis and abscission, indicating toxic effect of disel on the poplar tree. And also, we have observed that both removal efficiency of disel and the microbial activity were higher at the bottom of the soil column. It was suggested that the plant formed the root zone at contaminated soil, stimulated microbial activity by plant root exudates, and played an important role in enhanced biodegradation of disel.
In this study, uptake and toxicity of disel (TPH) by poplar specie, $P.\;nigra{\times}P.\;maximowiczii$ were assessed in laboratory soil column experiments. Poplar cuttings were grown for 2 months and exposed to various concentration (0, 200, 500, 1000, 2000 mg/kg) of disel for a period of 60 days. For disel removal experiments, disel was effectively removed in the range of lower concentration. but, the removal rate of disel was rapidly decreased as increasing initial disel concentrations. For the this reason, toxicity effetcs were evaluated by measuring in poplar cutting mass variation and monitoring transpiration. Exposure on higher disel concentration resulted in decrease of biomass and transpiration accompanied by chlorosis and abscission, indicating toxic effect of disel on the poplar tree. And also, we have observed that both removal efficiency of disel and the microbial activity were higher at the bottom of the soil column. It was suggested that the plant formed the root zone at contaminated soil, stimulated microbial activity by plant root exudates, and played an important role in enhanced biodegradation of disel.
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문제 정의
또한 실험기간동안 토양 내 유기물함량 및 pH 변화를 관찰하였으나, 본 논문에서는 자료제시 없이 간단히 결과 에 대해서만 설명하였다. 유기물함량은 TPH 제거율이나 미생물활성도에 비해 큰 차이를 나타내지 않았지만, 식물의 뿌리가 발달한 60 cm 부근의 토양에서는 10.
디젤오염농도(TPH) 를 200, 500, 1000, 2000 mg/kg로 변화를 주어 시간, 칼럼 깊이에 따른 TPH 제거효율, 식물체 생장량 및 증산량 비교를 통한 독성 평가, 그리고 미생물활성도 변화를 관찰 함으로써 포플러에 의한 디젤오염 제거 특성을 파악하였 다. 또한 토양 칼럼 내에 영양염류 및 디젤분해균주를 추 가로 주입해줌으로써 TPH 제거 효율 향상여부를 조사하 고, 이를 바탕으로 현장 적용 가능성을 제시하고자 한다.
, 1982).본 연구에서는 TPH와 식물 유무에 따른 토양미생물의 활성 변화를 알아보기 위해 탈수소화효소의 활성도를 1NT 를 이용하여 측정하였다. 식물 유무에 따른 미생물활성도는 식물이 존재할 때가 식물이 존재하지 않을 때에 비해 높게 나타났으며, 뿌리밀도가 높은 하층부에서 다소 높은것으로 관찰되었다(Fig.
오염물질을 제거하기 위한 식물정화공정은 일반적인 자 연계에서는 식물체에 의한 흡수 및 분해, 미생물에 의한 분해, 그리고 주변환경에의 흡착 등에 의한 요소로 제거 되어진다. 본 연구에서는 국내 자생하는 여러 포플러나무 중 양황철을 대상으로 디젤오염토양에서의 처리 가능성을 검토하였다. 초기 오염토양의 디젤농도는 200, 500, 1000, 2000 mg/kg의 조건으로 조정하였고, 위의 실험방법에서 설명한 바와 같이 2반복시험을 진행하였다.
본 연구에서는 국내에 자생하는 포플러나무중 양황철을 대상으로 대표적인 유류오염물질인 디젤의 제거특성을 조 사하였다. 초기 TPH 농도에 따른 제거 특성, TPH가 포 플러에 미치는 독성 평가 및 토양내 미생물활성도 조사를 통한 효과적인 유류오염토양 복원을 위한 식물정화공법의 적용 가능성을 조사하였다.
본 연구에서는 국내에서 자생하는 포플러나무중 양황철(P. nigra x P. maximowiczii)을 대상으로 디젤오염토양 현 장정화를 위한 가능성을 조사하였다. 디젤오염농도(TPH) 를 200, 500, 1000, 2000 mg/kg로 변화를 주어 시간, 칼럼 깊이에 따른 TPH 제거효율, 식물체 생장량 및 증산량 비교를 통한 독성 평가, 그리고 미생물활성도 변화를 관찰 함으로써 포플러에 의한 디젤오염 제거 특성을 파악하였 다.
본 연구에서는 국내에 자생하는 포플러나무중 양황철을 대상으로 대표적인 유류오염물질인 디젤의 제거특성을 조 사하였다. 초기 TPH 농도에 따른 제거 특성, TPH가 포 플러에 미치는 독성 평가 및 토양내 미생물활성도 조사를 통한 효과적인 유류오염토양 복원을 위한 식물정화공법의 적용 가능성을 조사하였다.
제안 방법
TPH 분석을 위하여 무수황산나트륨 4 g을 첨가하여 수분을 제거한 후 Cameo 17F Syringe Filter(OSMONICS, INC.)를 사용하여 여과하였다. 여과한 시료 2 uL를 FID 가 장착된 가스크크마토그래피 (HP6890)를 사용하여 TPH 를 분석하였다.
2-4일에 한번 씩 일 정량의 수분을 공급하여 전체적인 수분함량이 약 20-30% 가 유지되도록 조절하였다. 관수에 의한 디젤 손실량을 보 정하기 위해 디젤오염토양만을 넣은 칼럼을 대조구로 이 용하여 비교실험을 진행하였으며, 모든 실험은 2반복구로 진행되었다.
양 황철 삽목을 15 cm로 일정한 길이로 자른 후, 화분에 일 차 식재하였다. 그리고 약 2개월간 온실에서 키워 뿌리가 생장하고, 전체길이가 약 40 cm 정도 되었을 때 옹기 재 질의 직경 12.5 cm, 길이 40 cm의 원통형 칼럼에 이식 하였다. 본 실험은 토양칼럼에 이식한 후 5월초부터 60일 간 수행하였으며, 실험은 자연광 조건을 유지하면서 환기 시설을 갖춘 온실에서 수행되었다(장순웅 등, 2004).
maximowiczii)을 대상으로 디젤오염토양 현 장정화를 위한 가능성을 조사하였다. 디젤오염농도(TPH) 를 200, 500, 1000, 2000 mg/kg로 변화를 주어 시간, 칼럼 깊이에 따른 TPH 제거효율, 식물체 생장량 및 증산량 비교를 통한 독성 평가, 그리고 미생물활성도 변화를 관찰 함으로써 포플러에 의한 디젤오염 제거 특성을 파악하였 다. 또한 토양 칼럼 내에 영양염류 및 디젤분해균주를 추 가로 주입해줌으로써 TPH 제거 효율 향상여부를 조사하 고, 이를 바탕으로 현장 적용 가능성을 제시하고자 한다.
디젤오염토양의 분석은 초기, 30일, 60일 후 칼럼에서토양시료(4 g)를 반복 채취하여 Dichloromethane(Sigma- Aldrich) 10 mL를 첨가하고 24시간 동안 shaking한 후 추출하였다. 이때 추출효율은 약 80% 정도였다.
5 cm, 길이 40 cm의 원통형 칼럼에 이식 하였다. 본 실험은 토양칼럼에 이식한 후 5월초부터 60일 간 수행하였으며, 실험은 자연광 조건을 유지하면서 환기 시설을 갖춘 온실에서 수행되었다(장순웅 등, 2004). 토양 은 온실 근처 야산에서 채취한 사질토양을 이용하였으며(Table 1), 디젤농도(TPH)를 200, 500, 1000, 2000 mg/kg로 인위적으로 오염시켜 주었다.
)를 사용하여 여과하였다. 여과한 시료 2 uL를 FID 가 장착된 가스크크마토그래피 (HP6890)를 사용하여 TPH 를 분석하였다. HP-5 column(5% Phenyl Methyl Silo xane, capillary, 50.
위 결과를 검증하기 위한 방법으로, 실험 종류 후 칼럼 아랫부분에 받침대를 대고 칼럼 60 cm 부근까지 포화시켜 포플러 양황철에 의한 증산량을 비교하였다. 대조군에서는 평균 33 mL/day로 지속적으로 수분이 흡수된 반면, 초기 TPH 농도가 증가한 경우에는 급격하게 증산량이 감소하였 다(Fig.
본 연구에서는 국내 자생하는 여러 포플러나무 중 양황철을 대상으로 디젤오염토양에서의 처리 가능성을 검토하였다. 초기 오염토양의 디젤농도는 200, 500, 1000, 2000 mg/kg의 조건으로 조정하였고, 위의 실험방법에서 설명한 바와 같이 2반복시험을 진행하였다.
이때 추출효율은 약 80% 정도였다. 추출시료내의 디젤농도분석은 NWTPH-Dx(Northwest Petroleum Hydrocarbon Analytical Method for Semi-Volatile Petro leum Products)와 EPA Method 8500을 근거로 하여 디 젤범위유기물(Diesel Range Organics, DRO)을 사용하여 n-alkane계의 물질만을 대상9로 분석하였으며, 표준물질로 UST Modified DRO Mix(Supelco. Co.)를 사용하여 Working Calibration Standard로 하였으며 최종적으로DRO 농도 총합을 토양시료 건조중량으로 나누어 토양 1 kg당 포함되어 있는 디젤의 양(mg/kg)으로 환산하였다.
토양 중 pH는 토양환경공정시험법을 기준으로 하여, 50 mL 비이커에 2 mm 입경으로 구분한 토양 5 g과 증류 수 25 m* l 넣어 저어주면서 1시간 방치 후 측정하였다.토양의 유기물 함량은 KSF 2104 기준으로 강열감량법으 로 분석하였다.
포플러에 의한 디젤오염토양 정화과정중에 토양^의 토 착미 생물 활성화 여부를 검토하기 위해 DHA(Dehy-drogenase Activity)즉정에 이용되는 TNT(1 donotrotetra-zolium) assay를 이용하여 디젤농도에 따른 각각의 미생 물 활성도를 측정하였다(Travers et al., 1982). 채취한 토 양(1 g)에 0.
대상 데이터
여과한 시료 2 uL를 FID 가 장착된 가스크크마토그래피 (HP6890)를 사용하여 TPH 를 분석하였다. HP-5 column(5% Phenyl Methyl Silo xane, capillary, 50.0 m x 200 g x 0.33 g film)을 사용 하였고 carrier gas는 1 mL/min의 속도로 99.99%의 nitrogen gas를 사용하였으며 make-up gas는 30 mL/min으로 조절하였다. 시료주입부의 온도는 250°C, 검출기의 온도는 290。0로 하였으며, split ratio는 10로 유지하였 으며, 오븐온도는 4(TC에서 1분을 유지하다가 10°C/min 으로 29ITC까지 승온시킨 후 15분을 유지하였다.
특히 전 세계적으로 25여종이 분포되어 있고 어떠한 조건에서라도 쉽게 적응 하며 성장도 매우 빨라 줄기는 년에 3-5 m까지 성장하 고 뿌리는 지표면에서 약 3-4 m까지 뻗어나가는 장점을 가지고 있다. 그리고 약 5년 된 포플러 나무는 증산량이 100 L/day 정도로 상당히 많은 양의 물을 흡수함으로써 토양 및 지하수내 오염원의 효율적인 제어가 가능하다는 점에서 본 연구에서 대상식물로 선정하여 실험을 진행하였다(Schrmoor et al., 1995).
본 연구에서는 경기도 수원 소재 임업연구원에서 재배중인 포플러나무중 양황철(7? nigra x P. maximowiczii)을본 연구의 대상식물로 선정하였다. 현재 국내에서 자생중 인 대표적인 포플러수종은 양황철 외에도 이태리포플러, 현사시 등(여진기 등, 2002)이 있으나, 기초실험 결과 양 황철이 고농도의 디젤에 대한 내성이 다소 강하여 본 연 구에서 디젤오염토양 처리실험을 위해 사용되어졌다.
본 실험은 토양칼럼에 이식한 후 5월초부터 60일 간 수행하였으며, 실험은 자연광 조건을 유지하면서 환기 시설을 갖춘 온실에서 수행되었다(장순웅 등, 2004). 토양 은 온실 근처 야산에서 채취한 사질토양을 이용하였으며(Table 1), 디젤농도(TPH)를 200, 500, 1000, 2000 mg/kg로 인위적으로 오염시켜 주었다. 원활한 배수를 위하여 철망이 설치된 하부에는 4 cm로 모래를 깔고 그 윗부분 을 인공오염토양으로 채웠다(Fig.
이론/모형
토양 중 pH는 토양환경공정시험법을 기준으로 하여, 50 mL 비이커에 2 mm 입경으로 구분한 토양 5 g과 증류 수 25 m* l 넣어 저어주면서 1시간 방치 후 측정하였다.토양의 유기물 함량은 KSF 2104 기준으로 강열감량법으 로 분석하였다. 흙의 강열감량은 IHTC의 강열을 가하여 얻은 산소무계를 건조토에 대한 백분율로 나타낸 것으로 2 mm 이하 입경으로 구분한 토양 5 g을 도가니에 넣어700-8001에 3시간 가열한 후 데시케이터 안에 넣어 방 냉하였다.
성능/효과
초기 TPH 농도가 증가함에 따라 TPH 제거랑은 증가하였으나, 제거율은 오히 려 감소했다. TPH 농도가 200, 500 mg/kg일 때는 시간 이 경과함에 따라 지속적인 TPH 저감이 관찰된 반면, TPH 농도가 1000, 2000 mg/kg에서는 30일까지는 제거율이 증가하다 60일후에는 제거율이 감소하는 현상이 관찰되었다. 각 조건에서의 TPH 제거율은 200, 500, 1000, 2000 mg/kg TPH 초기농도에 따라 88.
TPH 제거실험 결과를 보면, 초기 TPH 농도 증가에 따 라 제거효율이 감소함을 볼 수 있다. TPH의 독성으로 인 한 영향이라고 볼 수 있는데, Fig.
TPH 농도가 200, 500 mg/kg일 때는 시간 이 경과함에 따라 지속적인 TPH 저감이 관찰된 반면, TPH 농도가 1000, 2000 mg/kg에서는 30일까지는 제거율이 증가하다 60일후에는 제거율이 감소하는 현상이 관찰되었다. 각 조건에서의 TPH 제거율은 200, 500, 1000, 2000 mg/kg TPH 초기농도에 따라 88.3 ±4.5%, 72.4 ± 3.2%, 56.1 ±2.6%, 40.7 ±3.9%로 나타났다. 그러나 Fig.
대조구에서는 양황철이 지속적으로 성장하여 약 20%의 건중량이 증가한 반면, TPH 농도가 증가할수록 양황철의 건중량은 감소하였다. 특히, 1000, 2000 mg/kg TPH 조건에서는 실험시작 후 약 20일 경과 후부터 양황철 윗부 분에서 황백화 현상이 나타나기 시작했다.
물론 추후 지속적인 실험과 검증이 필요한 연구의 한 부분이다. 둘째, 2개월 생장한 포플러로 대상으로 하였기에 고농도 TPH에 노출 시 독성 영향을 받았다. 식물체 건중량 및 증산량 비교실험을 통해 고농도 디젤에 노출 시 독성 영 향이 관찰되었는데, 그러나 이 결과 역시 수년 성장한 포 플러 대상으로 TPH 노출농도 증가에 따른 독성영향 역시 조사할 필요가 있다.
또한 미생물의 활성도와 토양내 유기물질 변화의 상관 관계를 통하여 유류로 오염된 토양에서의 식물의 정화촉 진효과에 식물 근권내 발달된 토양 미생물의 활발한 분해 활동 역시 중요한 역할을 차지하고 있음을 알 수 있었다.
초기 TPH 농도가 높아짐에 따라 TPH 제거량은 증가 하나 제거효율은 급감하였다. 또한 저농도 조건에서는 실 험기간인 60일 동안 지속적으로 TPH가 제거 되었으나, 고농도에서는 처리효율이 급격하게 감소하였다. 이 결과 는 두 가지 측면에서 설명이 가능하다.
본 연구에서는 TPH와 식물 유무에 따른 토양미생물의 활성 변화를 알아보기 위해 탈수소화효소의 활성도를 1NT 를 이용하여 측정하였다. 식물 유무에 따른 미생물활성도는 식물이 존재할 때가 식물이 존재하지 않을 때에 비해 높게 나타났으며, 뿌리밀도가 높은 하층부에서 다소 높은것으로 관찰되었다(Fig. 7).
또한 실험기간동안 토양 내 유기물함량 및 pH 변화를 관찰하였으나, 본 논문에서는 자료제시 없이 간단히 결과 에 대해서만 설명하였다. 유기물함량은 TPH 제거율이나 미생물활성도에 비해 큰 차이를 나타내지 않았지만, 식물의 뿌리가 발달한 60 cm 부근의 토양에서는 10.5-13.2%의 높은 유기물함량 결과 나타났다. 이는 일반적으로 알 려진 바와 같이 탄수화물이 풍부한 젤 형태의 다양한 화 학종으로 구성되어 있는 뿌리 분비물의 영향에 의한 것으로 추정된다(Baker and Brooks, 1989).
2에 보여주듯이 60일 실험기간동안 대조구에서도 휘발, 수 분공급을 통한 손실 등으로 지속적인 TPH의 감소가 일어 났다. 이를 보정할 때, 포플러 양황철에 의한 순 제거율은각각 33.5 ±2.1%, 30.4 ±2.4%, 9.3 ± 0.5%, 5.4 ±0.4%로관찰되었다. TPH 농도 증가에 따른 제거율 감소는 TPH 농도 증가에 따른 독성 영향으로 양황철의 생장이 저해되 거나 미생물의 활성도 저하의 가능성도 배제할 수 없을 것으로 사료된다.
영 양물질만을 공급해준 경우에는 포플러를 식재한 경우와 별다른 차이가 없었으나, 디젤분해미생물을 접종한 경우 에는 제거효율이 약 20% 증가하였다. 즉, 위의 실험결과 로 볼 때, 60여일 기간 동안 제거된 TPH양은 토양내의 토착미생물에 의한 제거보다는 포플러 양황철에 의한 많 은 제거가 일어났음을 예상할 수 있다.
이 결과 는 두 가지 측면에서 설명이 가능하다. 첫째, 본 실험에 사용된 포플러 양황철은 2개월 정도 생장한 양황철을 대 상으로 진행한 연구결과로 낮은 TPH 제거 가능성을 발견 하였기에 수년 생장한 포플러 수종인 경우에는 고농도 오 염지역이라도 현장복원이 가능할 수 있다는 점이다. 물론 추후 지속적인 실험과 검증이 필요한 연구의 한 부분이다.
3은 각 처리구별 오염물의 분해에 따른 각 깊이에 서의 오염 농도 변화 양상을 시간에 따라 나타낸 것이다. 토양 상부에서 5 cm, 15 cm, 30 cm 지점을 비교한 결 과로서 30 cm 지점에서의 TPH 제거율이 가장 높게 나 타났다. 60여일 기간 동안 뿌리 생장으로 흡수 증가로 다 른 지점에 비해 상대적으로 높은 제거효율을 보여주고 있 다.
후속연구
본 연구의 결과는 디젤을 포함한 유류오염토양을 복원 하기 위한 방법으로 포플러를 이용한 식물정화공정 적용 이 가능할 것으로 예상되나, 고농도 오염지역 정화시 적 용을 위해 최소 1년 이상 된 포플러 수종을 대상으로 한 연구가 필요하다고 사료된다.
둘째, 2개월 생장한 포플러로 대상으로 하였기에 고농도 TPH에 노출 시 독성 영향을 받았다. 식물체 건중량 및 증산량 비교실험을 통해 고농도 디젤에 노출 시 독성 영 향이 관찰되었는데, 그러나 이 결과 역시 수년 성장한 포 플러 대상으로 TPH 노출농도 증가에 따른 독성영향 역시 조사할 필요가 있다.
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