선택한 단어 수는 입니다.
최소 단어 이상 선택하여야 합니다.
최소 단어 이상 선택하여야 합니다.
선택한 단어 수는 30입니다.
최대 10 단어까지만 선택 가능합니다.
최대 10 단어까지만 선택 가능합니다.
문제 정의
- 최근 들어 도시 내 건축물의 고층화와 고밀도화로 인한 영구적인 음영지가 증가함에 따라 음지식물의 phytoremediation에 관한 관심이 높아지고 있으나, 양지식물에 대한 선행자료만 있을 뿐 관련된 자료가 거의 없는 것이 현실이다. 따라서 본 연구에서는 자생식물로 관상가치가 높고, 내음성이 강한 비비추를 선정하여 아연(Zn), 카드뮴(Cd), 납(Pb) 등 세 가지 종류의 중금속 농도에 따른 식물체의 축적과 토양 내 중금속 제거정도를 평가함으로써 도시 내 음지의 중금속 오염지에 대한 식물재배정화 효과를 밝히고자 한다.
- 본 연구에서는 자생식물로 관상가치가 높고, 내음성이 강한 비비추를 선정하여 아연 (Zn), 카드뮴(Cd), 납(Pb) 등 세 가지 종류의 중금속 농도처리에 따른 식물체의 축적과 토양 내 중금속 제거정도를 평가함으로써 도시 내 음지의 중금속 오염지에 대한 식물 재배정화 효과를 밝히고자 한다. 실험구는 인공배합토에 카드뮴(Cd), 납(Pb), 아연(Zn) 등의 중금속을 네 가지 농도로(0, 100, 250, 500mg·kg -1 ), 각각 처리하여 비비추를 식재한 후, 약 7개월간 식물체와 토양 내 중금속 변화를 살펴보았다.
제안 방법
- 식물재료는 2009년 2월에 지름 12cm화분의 비비추를 구입하여 1개월간 온실에서 순화시켰다. 2009년 3월에 각각의 중금속을 농도별 처리한 실험구에 10개씩 식물을 식재하여 2009년 9월까지 약 7개월간 생육실험을 수행하였다. 실험온실의 환경조건은 평균 온도가 22.
- 토양의 조제와 화학성분 및 중금속 함량분석은 토양오염공정시험방법(환경부, 2002)에 준하였다. 구체적으로는 토양 10g을 정확히 칭량하여 0.1N HCl 50ml에 넣은 후 항온수평진탕기(100회/분, 진폭 10cm)를 사용하여 30℃를 유지하면서 1시간 진탕한 다음 No.5 여과지(Ashless quantitative filter paper, Advantec, USA)로여과한 후, 유도결합플라즈마 발광광도계(ICP-OES, Optima 5300DV, USA)로 분석하 였다.
- 식물체 지상부와 지하부 간의 중금속 농도비(TF; translocation factor)와 식물체와 토양의 중금속 농도비(BF; bioaccumulation factor)는 식물체의 중금속 축적능과 토양 내제거능을 보여주는 지표로 활용될 수 있다(한심희 등, 1998; 주영규 등, 2011). 본 연구 에서는 세 가지 중금속과 처리농도별로 식물재배정화 효과를 BF, TF로 분석하였다. 이에 TF는 지상부/지하부의 중금속 농도로, BF는 식물체/토양의 중금속 농도로 계상한후 백분율로 나타내었다.
- 식물체 내 중금속을 실험초기와 실험종료 후의 축척정도를 살펴보기 위해, 각 시기 별로 실험구 내 식물체를 채취하였다. 채취된 식물은 이물질을 제거한 뒤, 그늘에서 2주간 충분히 자연 건조시킨 후 잘게 잘라 2g씩 삼각플라스크에 담아 농질산(Conc.
- 0%, 낮 동안의 평균 광도는 150~200μmol·m-2·s-1이었고, 관수는 일주일에 500ml씩 총 2회 실시하였다. 실험구는 완전임의로 배치하여 환경 차이에 의한 생육변화를 최소화하였다.
- 실험구는 인공배합토에 카드뮴(Cd), 납(Pb), 아연(Zn) 등의 중금속을 네 가지 농도로(0, 100, 250, 500mg·kg -1 ), 각각 처리하여 비비추를 식재한 후, 약 7개월간 식물체와 토양 내 중금속 변화를 살펴보았다.
- 실험온실의 환경조건은 평균 온도가 22.0±4.0℃, 습도는 50±5.0%, 낮 동안의 평균 광도는 150~200μmol·m-2·s-1이었고, 관수는 일주일에 500ml씩 총 2회 실시하였다.
- 분해액인 Ternarysolution (HNO3:H2SO4: HClO4 = 10:1:4) 20ml를 가하여 갈색연기가 나오지 않을 때까지 열판에 가열하고 식혔다. 이 용액을 No.5 여과지(Ashless quantitative filter paper, Advantec, USA)로 여과한 후 증류수를 넣어 부피를 50ml로 만들어 유도결합플라즈마 발광광도계(ICP-OES, Optima 5300DV, USA)로 분석하였다.
- 중금속 배합농도는 우리나라 아연에 대한 최고 중금속 측정량(환경부, 2007)과 기존의 연구의 중금속 농도처리를 기준으로(Anthony et al., 2006), 0(Control), 100, 250, 500mg·kg -1(이하; Control, 100, 250, 500) 등 네 가지 처리구 구분하여 각각의 실험구에 배합토와 혼합하였다.
- 식물체 내 중금속을 실험초기와 실험종료 후의 축척정도를 살펴보기 위해, 각 시기 별로 실험구 내 식물체를 채취하였다. 채취된 식물은 이물질을 제거한 뒤, 그늘에서 2주간 충분히 자연 건조시킨 후 잘게 잘라 2g씩 삼각플라스크에 담아 농질산(Conc. HNO3) 10ml를 가하여 24시간 방치하였다. 분해액인 Ternarysolution (HNO3:H2SO4: HClO4 = 10:1:4) 20ml를 가하여 갈색연기가 나오지 않을 때까지 열판에 가열하고 식혔다.
대상 데이터
- 식물재료는 2009년 2월에 지름 12cm화분의 비비추를 구입하여 1개월간 온실에서 순화시켰다. 2009년 3월에 각각의 중금속을 농도별 처리한 실험구에 10개씩 식물을 식재하여 2009년 9월까지 약 7개월간 생육실험을 수행하였다.
- 실험구는 가로 300mm × 세로 200mm × 높이 250mm의 폴리에틸렌 재질의 배수구가 없는 용기를 자체 제작하였다.
- 이는 토양 내 중금속이 관수에 의해 외부로 방출되는 것을 방지하기 위한 조치로, 배수불량을 고려해 용기의 하부 50mm를 펄라이트 (perlite)를 이용해 배수층을 조성해 주었다. 중금속 종류는 토양오염실태결과 중금속 오염도(환경부, 2007)를 기준으로 가장 높은 경향을 나타낸 아연(Zn)과 납(Pb), 그리고 인체의 피해정도가 가장 심한 카드뮴(Cd)으로 선정하였다. 중금속 배합농도는 우리나라 아연에 대한 최고 중금속 측정량(환경부, 2007)과 기존의 연구의 중금속 농도처리를 기준으로(Anthony et al.
이론/모형
- 건조 후 2mm체로 쳐서 통과된 고운 흙을 폴리에틸렌 봉지에 넣어 암소에 보관하여 분석용 시료로 사용하였다. 토양의 조제와 화학성분 및 중금속 함량분석은 토양오염공정시험방법(환경부, 2002)에 준하였다. 구체적으로는 토양 10g을 정확히 칭량하여 0.
성능/효과
- 비비추 식재토양 내 아연(Zn), 카드뮴(Cd), 납(Pb)의 제거량은 처리농도가 높을수록 증가하였다. 아연(Zn)처리구에서 대조구가 12.
- 아연(Zn)처리구에서 대조구가 12.2mg·kg -1 인데 비해, Zn100, Zn250, Zn500 처리구에서 각각 315, 1,190, 2,263mg·kg -1 로, 처리농도가 높아질수록 제거량이 확연하게 증가되었다.
- 아연(Zn)처리구에서 지상부와 지하부 간의 축적정도를 살펴본 결과, Zn100처리구에 서는 거의 비슷한 비율로 축적된 반면, Zn250과 Zn500처리구에서는 전체 축적량 중지하부에서 90∼100%로, 지상부보다 지하부에서 주로 축적이 이루어지고 있음을 보여주었다.
- 즉, 대조구(Control)에서 50mg·kg-1인데 비해, Zn100, Zn250, Zn500처리구에서 각각 170, 700, 1,000mg·kg-1 이상의 중금속 함량이 검출되어 확연한 증가세를 보여주었다.
- 토양 내 중금속 제거정도를 알아보기 위해 식물체 내의 중금속 농도와 토양 내 중금속 농도 간의 BF(Bioaccumulation factor)를 비교분석한 결과, 중금속 종류와 처리농도에 따라 다른 경향을 보였다. 즉, 아연(Zn)처리구에서는 처리농도가 높아질수록 토양에서 식물체로 축적되는 정도가 감소한 반면, 카드뮴(Cd) 처리구에서는 대조구에 비해약 30% 이상 식물체에서 축적하나 처리농도에 따른 차이는 분명하지 않았다. 납(Pb)처리구에서 또한 약 40% 이상을 식물체에서 축적한 것으로 나타났으나, 처리농도에 따른 차이는 크지 않았다.
- 카드뮴(Cd)처리구 또한 대조구에 비해 Cd100, Cd250, Cd500의처리구별로 각각 약 300, 460, 725mg·kg -1 이상 지하부에서 검출되어 아연처리구와 유사한 경향을 보였다.
- 토양 내 중금속 제거정도를 알아보기 위해 식물체 내의 중금속 농도와 토양 내 중금속 농도 간의 BF(Bioaccumulation factor)를 비교분석한 결과, 중금속 종류와 처리농도에 따라 다른 경향을 보였다. 즉, 아연(Zn)처리구에서는 처리농도가 높아질수록 토양에서 식물체로 축적되는 정도가 감소한 반면, 카드뮴(Cd) 처리구에서는 대조구에 비해약 30% 이상 식물체에서 축적하나 처리농도에 따른 차이는 분명하지 않았다.
- 식물체 지상부와 지하부간의 축적률인 TF(transportation factor)의 경우, 대부분 중금속 처리에서 80% 이상을 지하부에서 축적하는 것으로 나타났다. 토양 내 중금속의 제거량은 세 가지 중금속 모두 처리농도가 높을수록 제거량 또한 비례적으로 증가하였다. 식물체와 토양 내 중금속 농도비인 BF(bioaccumulation factor)의 경우, 아연(Zn)이 낮은 반면, 카드뮴(Cd), 납(Pb)의 경우 토양에서 식물체에 의한 축적률이 30% 이상인 것으로 나타났다.
후속연구
- 추후, 식물은 일반적으로 생육기 초기에 지상부에 물질 축적이 일어나고, 생육기 후기에는 지상부에 축적된 물질이 지하부로 이전하기 때문에 phytoremediation 효과를 극대화하기 위해 서는 비비추의 생육과 관련되어 최대생산량을 얻을 수 있는 절취시기와 생육시기별 축적에 대한 연구가 요구된다. 또한, 고농도의 중금속 정화효과를 위해 향토종을 중심으로, 목본류에 대한 오염원 축적과 내성에 대한 장기적인 현장검증을 통한 고축적수종(hyper-accumulator) 선정이 이루어져야 할 것이다.
- 아연(Zn)이 카드뮴과 납에 비해 식물체에 의한 축적률이 저조했던 이유는 아연이 토양 내 불용성 중금속으로, 식물체로의 이행성이 낮았기 때문인 것으로 해석된다. 또한, 중금속을 검출한 시기가 낙엽이 지는 시기였기 때문에 상대적으로 생산량이 적었던 것도 한 요인으로 작용했으리라 본다. 무엇보다도, 이러한 반응은 오염된 토양에서 식물은 생육이 가능한 한계까지만 활성화할 수 있는 낮은 농도의 중금속을 선택적으로 축적하려는 것으로 사료된다.
- 따라서, 아연의 경우 일정 농도 이상이 될 경우 토양에서 식물체로의 이동이 원활치 않음을 시사하고 있어 고농도의 아연축적 오염지에는 비비추를 활용하기에 한계가 있음을 보여준 결과라 하겠다. 반면, 고농도로 처리한 카드뮴과 납은 식물체로의 축적률이 높아 이러한 오염지에 대한 환경복원용 녹색식물소재로서 비비추의 활용가능성이 높을 것으로 기대된다.
- 주영규 외(2011)의 벌개미취의 중금속 흡수능 연구에서는 토양 내 카드뮴 함량이 많은 경우에는 토양 내 제거능이 많으나, 토양에 카드뮴 함량이 낮을 경우에는 제거량이 적다는 결과를 도출하였다. 본 연구에서도 식재 배합토 내 중금속 처리농도가 높을수록 제거되는 중금속량이 증가하였으나, 식물체의 생육 활성도와 상관성을 파악할 필요가 있다고 본다.
- 강경홍과 김인성(1996)은 관속식물을 이용한 토양 내의 중금속 제거에 관한 연구에서 토양에 직접 접한 식물체의 뿌리부분에서의 중금속 농축량이 식물체의 다른 부분보다 월등히 높다고 하였다. 정리하면, 이러한 결과물들은 지하부가 지상부보다 중금속을 가장 직접적으로 흡수할 수 있는 식물기관임을 좀 더명확히 알려주는 연구라고 할 수 있다. 하지만 중금속 고축적식물(hyper-accumulator) 일수록 지상부와 지하부의 축적차이가 거의 없다고 볼 때(Chaney et al.
- 하지만, 자연성, 안전성, 경관성을 제공하고 바람, 빗물, 지표수를 통한 오염물질의 광범위한 수직·수평적 확산을 방지하는 등의 직간접적인 측면에서 매우 유용한 환경복원법이라고 하겠다. 추후, 식물은 일반적으로 생육기 초기에 지상부에 물질 축적이 일어나고, 생육기 후기에는 지상부에 축적된 물질이 지하부로 이전하기 때문에 phytoremediation 효과를 극대화하기 위해 서는 비비추의 생육과 관련되어 최대생산량을 얻을 수 있는 절취시기와 생육시기별 축적에 대한 연구가 요구된다. 또한, 고농도의 중금속 정화효과를 위해 향토종을 중심으로, 목본류에 대한 오염원 축적과 내성에 대한 장기적인 현장검증을 통한 고축적수종(hyper-accumulator) 선정이 이루어져야 할 것이다.
※ AI-Helper는 부적절한 답변을 할 수 있습니다.