대한민국은 도시화 과정과 인접 국가에서부터 대기를 통한 유입 등으로 납과 같은 중금속의 토양 오염 문제가 관심을 받고 있다. 이에 가로수 수종으로 많이 쓰이고 있는 자생종 4종을 대상으로 토양 내 납 오염에 대한 엽록소 함량, 항산화 효소, 광합성량, 생물량과 같은 생리-생태적인 반응과 흡수능력을 연구하여 납 오염에 대응하는 가로수로 적합한 수종을 제시하고자 하였다. 연구 대상종인 은행나무, 왕벚나무, 느티나무, 이팝나무는 200 mg Pb/kg 이상의 처리구에서 엽록소 함량, 항산화 효소에서 납 독성에 대한 반응을 보였다. 반면에 생물량이나 광합성량의 경우 고농도 (5,000 mg/kg)를 제외하고는 큰 차이를 나타내지 않았다. 특히 은행나무는 항산화 효소, 광합성 및 생물량에서 고농도에서도 납의 부정적인 영향이 나타내지 않았다. 실제 환경에서 나타날 수 있는 저농도 처리구에서 은행나무와 벚나무의 경우 연구 대상종 중 높은 납 흡수율을 보였다. 이처럼 은행나무와 같이 납에 대한 저항력과 흡수능력을 가진 수종을 선발하여 가로수로 식재하여 도로 주변 납 오염에 대응하는 방안이 필요할 것이다.
대한민국은 도시화 과정과 인접 국가에서부터 대기를 통한 유입 등으로 납과 같은 중금속의 토양 오염 문제가 관심을 받고 있다. 이에 가로수 수종으로 많이 쓰이고 있는 자생종 4종을 대상으로 토양 내 납 오염에 대한 엽록소 함량, 항산화 효소, 광합성량, 생물량과 같은 생리-생태적인 반응과 흡수능력을 연구하여 납 오염에 대응하는 가로수로 적합한 수종을 제시하고자 하였다. 연구 대상종인 은행나무, 왕벚나무, 느티나무, 이팝나무는 200 mg Pb/kg 이상의 처리구에서 엽록소 함량, 항산화 효소에서 납 독성에 대한 반응을 보였다. 반면에 생물량이나 광합성량의 경우 고농도 (5,000 mg/kg)를 제외하고는 큰 차이를 나타내지 않았다. 특히 은행나무는 항산화 효소, 광합성 및 생물량에서 고농도에서도 납의 부정적인 영향이 나타내지 않았다. 실제 환경에서 나타날 수 있는 저농도 처리구에서 은행나무와 벚나무의 경우 연구 대상종 중 높은 납 흡수율을 보였다. 이처럼 은행나무와 같이 납에 대한 저항력과 흡수능력을 가진 수종을 선발하여 가로수로 식재하여 도로 주변 납 오염에 대응하는 방안이 필요할 것이다.
Heavy metal pollution in soil, such as lead contamination, has become an area of interest in Korea because of urbanization and atmospheric deposition from neighboring countries. Therefore, in this research, eco-physiological responses such as chlorophyll contents, antioxidant enzyme activity, photos...
Heavy metal pollution in soil, such as lead contamination, has become an area of interest in Korea because of urbanization and atmospheric deposition from neighboring countries. Therefore, in this research, eco-physiological responses such as chlorophyll contents, antioxidant enzyme activity, photosynthetic rate, biomass and phytoaccumulation abilities were investigated for 4 commonly used native roadside tree species to suggest suitable tree species to cope with lead contamination. The target species, Ginkgo biloba, Prunus yedoensis, Zelkova serrata and Chionanthus retusus showed lead toxicity by significant changes of chlorophyll contents and antioxidant enzyme activities on treatments over 200 mg Pb/kg. However, biomass and photosynthetic rates only showed significant responses of plants in the highest level (5,000 mg/kg) treatment. Especially, G. biloba did not show any significant changes of antioxidant enzyme activity, photosynthetic rate, and biomass even in the highest level treatment. In low level - environmentally realistic treatments, G. biloba and P. yedoensis showed the highest phytoaccumulation rate of lead from soil. Selecting and planting species like G. biloba which have good phytoaccumulation abilities and resistance to lead contamination by further research will be required to deal with emerging lead contamination.
Heavy metal pollution in soil, such as lead contamination, has become an area of interest in Korea because of urbanization and atmospheric deposition from neighboring countries. Therefore, in this research, eco-physiological responses such as chlorophyll contents, antioxidant enzyme activity, photosynthetic rate, biomass and phytoaccumulation abilities were investigated for 4 commonly used native roadside tree species to suggest suitable tree species to cope with lead contamination. The target species, Ginkgo biloba, Prunus yedoensis, Zelkova serrata and Chionanthus retusus showed lead toxicity by significant changes of chlorophyll contents and antioxidant enzyme activities on treatments over 200 mg Pb/kg. However, biomass and photosynthetic rates only showed significant responses of plants in the highest level (5,000 mg/kg) treatment. Especially, G. biloba did not show any significant changes of antioxidant enzyme activity, photosynthetic rate, and biomass even in the highest level treatment. In low level - environmentally realistic treatments, G. biloba and P. yedoensis showed the highest phytoaccumulation rate of lead from soil. Selecting and planting species like G. biloba which have good phytoaccumulation abilities and resistance to lead contamination by further research will be required to deal with emerging lead contamination.
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문제 정의
또한 토양에 축적되는 납의 농도를 줄이기 위해서는 잎에 축적되는 양도 높아서 토양의 납을 어느 정도 흡수－제거하는 것이 가능한지를 고려하는 것도 좋을 것이다. 따라서 본 연구에서는 가로수 수종으로 많이 쓰이고 있는 자생종 수목 4종을 대상으로 토양내 납 농도에 대한 반응과 흡수능력을 연구하여 납오염에 대응하는 가로수로 적합한 수종을 제시하고자 한다.
가설 설정
015로 고농도로 갈수록 흡수율은 떨어지는 것을 알 수 있다. 그리고 기존 연구를 보면 납의 경우 무거운 원소기 때문에 뿌리에 더 축적되거나 (KFS 2002) 뿌리세포의 변형이 세포 내외로의 납 이동의 (apoplastic and symplastic Pb transport) 장벽으로 작용하여 뿌리에 더 높은 농도가 나온다고 보고되고 있으나 (Verma and Dubey 2003) 본 연구에서는 잎의 축적량과 (Table 4) 뿌리의 축적량이 (Table 3) 위 연구들에 비해서 큰 차이가 없었다. 잎의 흡수량을 뿌리의 흡수량으로 나누어보면 (translocation factor) 대부분 0.
토양환경보전법상 토양 내 납의 우려 기준은 1지역 (전, 갑, 과수, 목장용지, 주거용지, 학교용지 등등)의 경우 200 mg/kg, 3지역의 (공장, 주유소, 주차장등) 경우 700 mg/kg 임을 감안하여 (KSEC 2009) 100, 200, 500 mg/kg 처리구를 이용하였고 이 농도는 실제 환경에서 출현 가능한 농도로 (environmental realistic level) 가정하였다. 고농도 처리구의 경우 미국환경보호청의 납에 대한 Eco-SSL (Ecological Soil Screening Level)의 납에 대한 screening level 중 가장 높은 값이 1,700임을 (USEPA 2005) 감안하여 1,000과 5,000 mg/kg 수준을 고농도 처리구로 설정하였다.
제안 방법
5월 초에 상부 지름이 14 cm, 하부 지름이 10 cm,높이가 15 cm 인 화분에 납을 처리한 직후 건조되지 않은 토양을 각각 2 kg 씩을 식물의 뿌리를 다치지 않게 조심스럽게 기존 토양과 바꾸어서 이식하였다. 이후 온실에서 10월까지 생육하였다.
로 24시간동안 전처리 후 10 ml 70% 과염소산을 더하여 200°C 로 용액이 맑아질 때까지 가열하였다. 그 후 유도결합 플라즈마 방출분광기 (Model ICPS-1000Ⅳ )로 납 함량을 분석하였다.
2006) 납의 함량을 조절하였다. 대조구, 100 mg/kg, 200 mg/kg, 500 mg/kg, 1,000 mg/kg, 5,000 mg/kg의 6가지 처리구를 만들어 실험에 사용하였다. 100, 200 mg/kg 처리구의 경우 Pb(No3)2를 증류수에 녹여서 1,000 mg Pb / L의 용액을 만든 뒤 토양의 무게를 감안한 용액의 무게를 처리하여 사용하였다.
생물량은 10월에 각 개체의 잎을 전부 수거해 60℃ 오븐에서 1주간 건조한 후 무게를 측정하였다. 엽록소는 SPAD-502 (Minolta Co.
광합성의 경우 7월초에 맑은 날을 골라서 미국 LI-COR사에서 제작한 휴대용 광합성 측정기 LI-COR 6400 모델을 사용하여 측정하였다. 측정되는 잎에 일정한 광도를 제공하기 위하여 LED 광원 (LI-COR 6400-02)를 사용하였으며 (30℃, 400 ppm CO2) 측정 전날 물을 충분히 준 뒤 아침부터 오후 늦지 않은 시간까지 이틀에 걸쳐 측정을 하였다.
8%였다 (n = 3). 토양의 납 함량은 12.4 mg/kg 이였고 시료 분석은 3반복을 실시하였다. 그리고 유기물 함량이 높은 토양임을 감안하여 생육 기간 동안 추가적인 시비는 하지 않았다.
대상 데이터
), 벚나무 (Prunus serrulata var. spontanea (Maxim.) E.H. Wilson), 느티나무 (Zelkova serrata (Thunb.) Makino) 중에서 외래종인 양버즘나무를 제외하고 3종을 선발하였다 (Seoul City 2009). 다만 벚나무는 종묘회사에서 팔지 않는 관계로 왕벚나무 (Prunus yedoensis Matsum.
가로수 수종 중에서 외래종을 제외한 종들 중에서 대상종을 선발 하였다. 2009년 기준으로 서울시에 심어져 있는 가로수 중에서 1-4위를 차지한 은행나무(Ginkgo biloba L.
그리고 같은 자료에서 2000년 이후로 식재 비중이 크게 늘고 있는 이팝나무 (Chionanthus retusus Lindl. & Paxton)를 추가적인 대상종으로 선발하였다.
) Makino) 중에서 외래종인 양버즘나무를 제외하고 3종을 선발하였다 (Seoul City 2009). 다만 벚나무는 종묘회사에서 팔지 않는 관계로 왕벚나무 (Prunus yedoensis Matsum.)를 사용하였다. 그리고 같은 자료에서 2000년 이후로 식재 비중이 크게 늘고 있는 이팝나무 (Chionanthus retusus Lindl.
실험에 사용한 토양은 서울 관악산에서 낙엽층을 걷어내고 채취하였으며 5 mm 체로 큰 나뭇가지나 잔돌을 걸러내었다. 사용한 토양의 유기물 함량은 8.
& Paxton)를 추가적인 대상종으로 선발하였다. 연구에 사용된 식물은 과천묘목단지에서 구입하였으며, 크기가 비슷한 묘목을 골라 실험에 사용하였다. 나무의 평균 높이는 은행나무는 34.
생물량은 10월에 각 개체의 잎을 전부 수거해 60℃ 오븐에서 1주간 건조한 후 무게를 측정하였다. 엽록소는 SPAD-502 (Minolta Co., Japan)를 사용하여 측정하였다. 광합성의 경우 7월초에 맑은 날을 골라서 미국 LI-COR사에서 제작한 휴대용 광합성 측정기 LI-COR 6400 모델을 사용하여 측정하였다.
데이터처리
본 연구를 통해 얻어진 자료의 신뢰성 및 각 분석결과의 상관관계는 SAS 9.1 프로그램을 사용하여, 일원분산분석과 사후검정 (Tukey's HSD test)으로 분석하였다 (P < 0.05).
이론/모형
, Japan)를 사용하여 측정하였다. 광합성의 경우 7월초에 맑은 날을 골라서 미국 LI-COR사에서 제작한 휴대용 광합성 측정기 LI-COR 6400 모델을 사용하여 측정하였다. 측정되는 잎에 일정한 광도를 제공하기 위하여 LED 광원 (LI-COR 6400-02)를 사용하였으며 (30℃, 400 ppm CO2) 측정 전날 물을 충분히 준 뒤 아침부터 오후 늦지 않은 시간까지 이틀에 걸쳐 측정을 하였다.
성능/효과
느티나무를 제외한 식물은 중금속 처리 후 1주후에 엽록소 함량의 변화가 없었지만 4주 후에는 모든 대상종에서 엽록소 변화가 나타났다 (Fig. 1). 느티나무의 경우 1주 후부터 고농도의 납 처리구 (1,000, 5,000 mg/kg)에서 엽록소 함량이 낮아졌지만 4주후에 1,000 mg/kg 처리구의 경우 회복이 된 반면에 5,000 mg/kg 처리구의 경우 엽록소 함량의 회복이 더딘 것을 알 수 있다.
2). 벚나무의 경우 5,000 mg/kg 처리구에서 광합성량이 유의하게 감소한 것으로 나타났다. 광합성량 결과를 보면 식물들이 대부분 엽록소 함량이나 항산화효소 반응에서 보여진 납의 영향에서 많이 벗어난듯한 양상을 보여주고 있다.
엽록소 함량을 보면 4주차에는 대부분의 식물이 납에 의한 영향을 받은 것으로 나타났지만 납 처리후 2달후에 측정한 광합성량을 보면 벚나무를 제외한 대부분의 식물이 고농도에서도 영향을 받지 않는 것으로 나타났다 (Fig. 2). 벚나무의 경우 5,000 mg/kg 처리구에서 광합성량이 유의하게 감소한 것으로 나타났다.
느티나무의 경우 1주 후부터 고농도의 납 처리구 (1,000, 5,000 mg/kg)에서 엽록소 함량이 낮아졌지만 4주후에 1,000 mg/kg 처리구의 경우 회복이 된 반면에 5,000 mg/kg 처리구의 경우 엽록소 함량의 회복이 더딘 것을 알 수 있다. 은행나무와 왕벚나무의 경우 200 mg/kg 이상 농도의 처리구 모두 엽록소 함량이 유의하게 감소하였고 고농도로 갈수록 뚜렷한 경향을 보였다. 이는 납을 처리한 후 식물의 엽록소 반응을 관찰한 다른 연구와 비슷한 결과를 보이고 있으며 (Ewais 1997), 저농도 (50, 100 mg/kg)에서도 반응이 나타난 이 연구와 달리 100 mg/kg 의 농도에는 반응이 없는 것이 조금 다른 특징을 보이고 있다.
후속연구
2011) 식물을 저항성을 알아내기 위해 납에 대한 식물의 활성산소 반응을 고려한 식물의 반응 연구가 필요하다. 또한 토양에 축적되는 납의 농도를 줄이기 위해서는 잎에 축적되는 양도 높아서 토양의 납을 어느 정도 흡수－제거하는 것이 가능한지를 고려하는 것도 좋을 것이다. 따라서 본 연구에서는 가로수 수종으로 많이 쓰이고 있는 자생종 수목 4종을 대상으로 토양내 납 농도에 대한 반응과 흡수능력을 연구하여 납오염에 대응하는 가로수로 적합한 수종을 제시하고자 한다.
따라서 잎의 납의 농도는 중요하고 특히 환경에서 출현 가능한 농도들에서 흡수량이 큰 의미를 지닐 것이다. 본 연구에서 제시하는 수종 별 납의 흡수량이 실제 환경에서 가로수로서의 토양 내 납의 식물추출 능력을 절대적으로 반영하는 것은 아니지만, 각 식물의 기본적인 능력을 반영하고 있을 것이다. Table 4를 보면 은행나무는 5,000 mg/kg 을 제외한 모든 처리구, 특히 실제 환경에서 나타날 수 있는 100, 200 mg/kg 처리구에서 가장 높은 납의 흡수-저장 능력을 보이고 있다.
또한 미국 환경보호청의 조류 대상의 토양 납 기준의 경우 11 mg/kg, 포유류의 경우 56 mg/kg 임을 감안 하면 전국 평균이 35 mg/kg을 넘은 최근 국내의 값은 (KOSIS 2011) 이미 높은 수준이라 할 수 있다. 이러한 점을 고려하면 저항력뿐 아니라 저농도에서도 식물흡수 능력이 좋은 은행나무 같은 수종을 추후에 더 선발하여 가로수로 식재하는 것이 바람직할 것이다.
이처럼 가로수로 활용하기 위해서는 납에 대한 저항성도 중요하지만 토양에서 납을 흡수하여 낙엽으로 배출해서 토양 정화를 시켜줄 수 있는 식물흡수 (phytoaccumulation) 능력도 중요할 것이다. 특히 이러한 식물흡수, 식물 정화는 저비용 고효율, 친환경적인 토양의 정화가 가능하고 (KFS 2002), 가을에 중금속을 함유한 낙엽을 수거함으로써 자연적으로 지속가능한 정화 시스템이 구축될 것이다. 따라서 잎의 납의 농도는 중요하고 특히 환경에서 출현 가능한 농도들에서 흡수량이 큰 의미를 지닐 것이다.
질의응답
핵심어
질문
논문에서 추출한 답변
대한민국의 경우 과거에 어디에 포함된 납이 대기와 토양에 심각한 오염을 일으켰는가?
특히 도심지 에서 발생하는 가스형, 분진형 유해물질 중에 납의 함량이 높기 때문에 도심지나 도로변 토양에서는 납농도가 증가하고 있다 (Yoo and Son 2003). 대한민국의 경우 과거에는 자동차 연료에 포함된 납이 대기와 토양에 심각한 오염을 일으켰고 (Park 1992), 이에 대처하기 위하여 무연휘발유 사용이 법제화 되었지만 이후 중국 등 주변 국가들의 오염된 가스 및 분진이 대기를 통해 확산 및 이동하면서 대기오염물질이 대한민국으로 유입이 되고 있는 실정이다 (Park et al. 2010).
납이 환경에 유입되면 어떤 악영향을 미치는가?
2010). 납의 경우 생태계에서 생물들의 생장 저해나 세포분열의 교란 등의 문제를 일으키고 (Ali et al. 2003) 식물 에서 발아저해 생장 불량 및 생리적인 문제를 일으키는 중금속으로 (Verma and Dubey 2003) 알려져 있다. 그리고 납의 경우 식물농축도가 높아 세포질 단백질 형성에 큰 영향을 미치고 광합성까지 저해하여서 식물의 생장이 이루어지지 않는 문제점을 일으킨다 (Pourrut et al. 2011).
납은 도심지에서 무슨형으로 존재하는가?
여러 중금속 중 납의 경우 채광, 금속가공, 살충제와 석유, 석탄의 연소는 물론이고 비료산업에서도 발생을 하여 대기 및 토양 오염을 일으키고 있다 (Verma and Dubey 2003). 특히 도심지 에서 발생하는 가스형, 분진형 유해물질 중에 납의 함량이 높기 때문에 도심지나 도로변 토양에서는 납농도가 증가하고 있다 (Yoo and Son 2003). 대한민국의 경우 과거에는 자동차 연료에 포함된 납이 대기와 토양에 심각한 오염을 일으켰고 (Park 1992), 이에 대처하기 위하여 무연휘발유 사용이 법제화 되었지만 이후 중국 등 주변 국가들의 오염된 가스 및 분진이 대기를 통해 확산 및 이동하면서 대기오염물질이 대한민국으로 유입이 되고 있는 실정이다 (Park et al.
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