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문제 정의
- 따라서, 본 연구에서는 실내에서 많이 이용되는 관엽식물 5종을 선정하여 이산화탄소가 주입된 밀폐된 동화상에서 식물의 광합성에 영향을 줄 수 있는 조건인 배지, 광도, 및 초기 이산화탄소 농도에 따른 각 식물의 이산화탄소 교환율을 측정하고, 기초 광합성률과 비교함으로써, 이 관엽식물들의 실내 이산화탄소 제거능을 규명하고자 실시하였다.
- 본 연구는 실내 관엽식물들의 실내 이산화탄소 제거능을 규명하기 위해서 수행되었다. 본 실험에서는 5종의 관엽식물인 헤데라(Hedera helix L.
제안 방법
- 각 처리별 1시간 동안의 이산화탄소의 변화량을 이용하여 주간의 5가지 관엽식물의 지상부(식물체)와 지하부(토양)의 광합성 속도를 산출하였다(Table 1). 식물별 광합성 속도는 다양하였으며, 실내 식물 중 파키라, 헤데라, 인도 고무나무가 비교적 높은 광합성 속도를 보였다.
- 공시된 관엽식물을 한 개체씩 밀폐 동화상에 넣고 측정하였으며, 초기 이산화탄소의 농도를 건축법과 환경 보전법에 명시된 실내 공기 중의 이산화탄소 기준량 1,000ppm(Ministry of Environment, 1997)과 그것의 절반인 500ppm으로 설정하였다. 생장상의 광도는 50과 200μmol ․ m-2․ s-1 두 수준으로 설정하였으며, 온도는 23 ± 2℃, 습도는 50-60%로 유지하였다.
- 생장상의 광도는 50과 200μmol ․ m-2․ s-1 두 수준으로 설정하였으며, 온도는 23 ± 2℃, 습도는 50-60%로 유지하였다. 동화상 안에 설치된 실내종합환경측정기(Portable IAQ monitor, BABUC A, LSI, Italy)에 의해서 관엽식물이 들어있는 밀폐 동화상 안의 이산화탄소 변화량을 각각 명기(12시간)와 암기(12시간) 시작 후 3-4시간째에 측정되었다. 처리별 3개체씩 반복 측정하였다.
- 또한, 측정된 이산화탄소의 변화량을 광합성 속도(μmolCO2 ․ m-2․ s-1)로 산출하였다.
- 밀폐된 동화상에 식물을 넣은지 1시간째 되었을 때 헤데라를 제외한 모든 관엽식물에서 200μmol ․ m-2 ․ s-1 의 광조건이 50μmol ․ m-2 ․ s-1의 광 조건에 비해 현저히 낮은 이산화탄소의 농도를 기록하였다(Fig. 2, 3, 4, 5).
- 생장상의 광도는 50과 200μmol ․ m-2․ s-1 두 수준으로 설정하였으며, 온도는 23 ± 2℃, 습도는 50-60%로 유지하였다.
- 식물의 지상부와 식물체를 제외한 지하부의 이산화탄소 교환량을 비교하기 위해서, 식물의 지하부를 폴리에틸렌 필름으로 밀봉한 상태와 밀봉하지 않은 상태를 반복 측정하였다. 이산화탄소 변화량은 식물을 밀폐 동화상에 넣은 직후부터 1시간 동안 오전에 측정되었다.
- 모서리나 연결부 위는 실리콘으로 마감하여 가스 누출을 방지하였고, 팬을 동화상의 위와 아래 두 곳에 설치하여 내부 공기가 잘 혼합되도록 하였다. 완전 밀폐된 동화상은 온습도를 제어할 수 있는 식물 생육상(두리과학, DF-95G-1485)에 넣어 챔버 내 환경을 조절하였다. 동화상 장치내 습도조절을 위해 2m stainless tubing(관: 직경 4mm)를 챔버내 바닥 부분에 설치하여, 8-10℃물을 자동온도 조절장치에 의해 순환시켰다.
- 동화상 안에 설치된 실내종합환경측정기(Portable IAQ monitor, BABUC A, LSI, Italy)에 의해서 관엽식물이 들어있는 밀폐 동화상 안의 이산화탄소 변화량을 각각 명기(12시간)와 암기(12시간) 시작 후 3-4시간째에 측정되었다. 처리별 3개체씩 반복 측정하였다.
- 피트모스 배지와 하이드로볼 배지에 이식된 식물을 각각 밀폐 동화상에 넣고, 이산화탄소 500ppm 또는 1,000ppm을 주입하고, 광도는 50과 200μmol ․ m-2․ s-1 두 수준으로 하여, 주간과 야간의 이산화탄소 변화량을 1시간 동안 측정하였다.
- 공시재료는 자연광을 약 40% 차광한 건국대학교 유리온실(200 ± 50μmol ․ m-2․s-1광도, 25 ± 5℃ 온도, 40 ± 10% 습도)에서 6개월 동안 순화되었다. 피트모스에 이식된 식물에 5일마다 두상관수를 실시하였고, 하이드로볼에 이식된 식물에는 매일 관수하여 배지에 항상 충분한 수분을 유지시켰다. 모든 식물에 4주마다 액비 Technigro(N:P:K = 24:7:5, SunGro Inc.
대상 데이터
- 공시재료는 자연광을 약 40% 차광한 건국대학교 유리온실(200 ± 50μmol ․ m-2․s-1광도, 25 ± 5℃ 온도, 40 ± 10% 습도)에서 6개월 동안 순화되었다.
- ), 파키라(Pachira aquatica), 테이블야자(Chamaedorea elegans), 인도 고무나무(Ficus elastica)를 사용하였다(Kang 등, 1990; Park과 Shim, 1989). 모든 식물들은 경기도에 위치한 재배농가에서 구입한 후, 직경 18cm 화분에 피트모스 배지(Sunshine Mixed No.1, SunGro Inc., USA) 또는 하이드로볼 배지(Luwasa hydroculture, Switzerland)를 사용하여 각각 옮겨 심었다. 공시재료는 자연광을 약 40% 차광한 건국대학교 유리온실(200 ± 50μmol ․ m-2․s-1광도, 25 ± 5℃ 온도, 40 ± 10% 습도)에서 6개월 동안 순화되었다.
- 본 연구는 실내 관엽식물들의 실내 이산화탄소 제거능을 규명하기 위해서 수행되었다. 본 실험에서는 5종의 관엽식물인 헤데라(Hedera helix L.), 벤자민 고무나무(Ficus benjamina L.), 파키라(Pachira aquatica), 테이블 야자(Chamaedorea elegans), 인도 고무나무(Ficus elastica)를 사용하였다. 피트모스 배지와 하이드로볼 배지에 이식된 식물을 각각 밀폐 동화상에 넣고, 이산화탄소 500ppm 또는 1,000ppm을 주입하고, 광도는 50과 200μmol ․ m-2․ s-1 두 수준으로 하여, 주간과 야간의 이산화탄소 변화량을 1시간 동안 측정하였다.
- 본 실험을 위해 제작된 동화상은 5T 두께의 스테인레스와 유리를 사용하여 0.6m(가로) × 0.6m(세로) × 0.9m(높이)의 크기로, 총 체적은 324L로 만들어졌다.
- 동화상 장치내 습도조절을 위해 2m stainless tubing(관: 직경 4mm)를 챔버내 바닥 부분에 설치하여, 8-10℃물을 자동온도 조절장치에 의해 순환시켰다. 생육상의 광원은 형광등과 메탈할라이드 등을 사용하였다.
- 실험에 사용된 식물들은 호텔, 사무실 및 가정과 같은 실내 환경에서 많이 이용되는 관엽식물 중 일반적으로 기호도와 이용도가 높은 헤데라(Hedera helix L.), 벤자민 고무나무(Ficus benjamina L.), 파키라(Pachira aquatica), 테이블야자(Chamaedorea elegans), 인도 고무나무(Ficus elastica)를 사용하였다(Kang 등, 1990; Park과 Shim, 1989). 모든 식물들은 경기도에 위치한 재배농가에서 구입한 후, 직경 18cm 화분에 피트모스 배지(Sunshine Mixed No.
성능/효과
- 결론적으로, 본 실험에서 사용한 5종의 관엽식물 중에서 파키라와 인도 고무나무가 효율적인 이산화탄소 제거능을 보였고 또한 비교적 높은 광합성 속도를 보였다. 이산화탄소와 광 강도는 이산화탄소 제거 효율과 광합성 속도에 직접적인 영향을 주었다.
- 1, 2, 3, 4, 5). 그러나, 시간당 약 2-6%의 이산화탄소의 증가율만을 보여 주간에 흡수된 이산화탄소량에 비해 야간에 식물의 호흡에 의해서 방출되는 이산화탄소량은 매우 적은 것으로 나타났다. 초기 이산화탄소 농도, 광 강도, 배지에 의한 처리 또한 이산화탄소 농도의 변화에 큰 영향을 주지 않았다.
- )와 같은 식물들보다 높은 광합성률을 나타내었다. 또한 모든 품종에서 주간에 흡수된 이산화탄소량에 비해 야간에 식물의 호흡에 의해서 방출되는 이산화탄소량은 매우 적은것으로 나타났다. 한편, 배지 종류에 따라 이산화탄소 흡수량과 광합성률에서 차이는 크게 나타나지 않았다.
- 마지막 낮은 광 강도(50μmol ․ m-2 ․ s-1) 낮은 초기 이산화탄소의 농도(500ppm) 조합에서 가장 낮은 광합성 속도를 확인할 수 있었다.
- 배지 처리에 의한 이산화탄소의 제거능 또한 차이가 있었다. 모든 관엽식물에서 피트모스를 이용한 배지가 하이드로볼을 이용한 배지에 비해 다소 높은 이산화탄소 제거능을 보였다(Fig. 1, 2, 3, 4, 5). 하지만 대부분 관엽식물에서 그 효과가 초기 이산화탄소 처리나 광 강도 처리에 의한 효과에 비해서 미미했다.
- 사용된 배지와는 관계없이 200μmol ․ m-2 ․ s-1 의 광 강도에 1,000ppm 초기 이산화탄소 조건에서 유의적으로 가장 높은 광합성 속도를 보였다.
- 이산화탄소 제거율은 초기 이산화탄소의 농도에 의해서도 변화되었다. 사용한 모든 관엽식물에서 1,000ppm의 초기 이산화탄소 농도처리가 500ppm 처리에 비해 높은 이산화탄소 제거 효율을 보였다(Fig. 1, 2, 3, 4, 5). 즉 식물별 8가지 처리중 가장 높은 효율을 보인 처리가 광이나 배지와 같은 다른 요인에 관계없이 모두 1,000ppm처리였다.
- 각 처리별 1시간 동안의 이산화탄소의 변화량을 이용하여 주간의 5가지 관엽식물의 지상부(식물체)와 지하부(토양)의 광합성 속도를 산출하였다(Table 1). 식물별 광합성 속도는 다양하였으며, 실내 식물 중 파키라, 헤데라, 인도 고무나무가 비교적 높은 광합성 속도를 보였다. 각 식물에 따른 지상부의 광합성 속도는 초기 이산화탄소의 농도와 광강도에 의해 통계적으로 유의적인 차이를 나타냈지만, 배지에 의한 효과는 찾아볼 수 없었다.
- 식물별로 광합성률을 비교해 보면, 파키라(Pachira aquatica), 헤데라(Hedera helix L.), 인도 고무나무(Ficus elastica)와 같이 엽면적이 넓은 식물들이 상대적으로 엽면적이 작은 테이블 야자(Chamaedorea elegans)와 벤자민 고무나무(Ficus benjamina L.)와 같은 식물들보다 높은 광합성률을 나타내었다.
- 3). 인도 고무나무도 30%를 웃도는 높은 이산화탄소 제거능(31.7%)을 기록하였다. 이 두 관엽식물들은 엽면적이 넓고, 엽수가 많아 식물 개체당 높은 광합성 효율을 보인 것으로 판단된다.
- 1, 2, 3, 4, 5). 즉 식물별 8가지 처리중 가장 높은 효율을 보인 처리가 광이나 배지와 같은 다른 요인에 관계없이 모두 1,000ppm처리였다. Park 등(2010)의 연구에서, 본 실험에 사용한 3가지 관엽식물(헤데라, 벤자민고무나무, 파키라)을 포함한 8가지 관엽식물의 이산화탄소 농도에 따른 광합성 속도를 조사한 결과, 측정된 모든 관엽식물의 이산화탄소 포화점이 500ppm 이상이었으므로, 1,000ppm일때 광합성 속도의 현저한 차이가 설명될 수 있다.
- 이 두 관엽식물들은 엽면적이 넓고, 엽수가 많아 식물 개체당 높은 광합성 효율을 보인 것으로 판단된다. 테이블야자, 벤자민 고무나무, 헤데라는 각각 최대 21.8%, 17.3%, 14.3%까지의 이산화탄소 제거 능력을 보였다.
- 하지만 관엽식물의 종류에 따라서 이산화탄소 농도의 감소율은 달랐다. 파키라는 시간당 최대 37.3%까지 이산화탄소를 흡수하여 5가지 관엽식물 중 가장 높은 이산화탄소 제거율을 보였다(Fig. 3). 인도 고무나무도 30%를 웃도는 높은 이산화탄소 제거능(31.
후속연구
- 한편, 배지 종류에 따라 이산화탄소 흡수량과 광합성률에서 차이는 크게 나타나지 않았다. 결론적으로, 이 실험을 통해서 관엽식물을 이용하여 실내 오염물질인 이산화탄소를 제거할 수 있으며, 주간에 식물이 광합성 잘 할 수 있는 환경을 조성해 주거나, 부피가 크고 실내와 같은 저광 조건에서 활발한 광합성이 가능한 식물을 선택함으로써 이산화탄소 제거를 극대화시킬 수 있을 것이다.
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