중금속 오염토양 정화에 영향을 미치는 봉의꼬리(Pteris multifida Poir.)와 쑥(Artemisia princeps Pamp.)의 혼합식재 비율 Effect of Mixed Planting Ratios of Pteris multifida Poir. and Artemisia princeps Pamp. on Phytoremediation of Heavy Metals Contaminated Soil원문보기
본 연구는 중금속으로 오염된 논토양에서 봉의꼬리(P. multifida)와 쑥(A. princeps)의 식재 비율을 1:0, 8:1, 6:1, 4:1로 달리하여 재배함으로써 토양 내 중금속별 효율적인 식물상 정화모델을 개발하기 위하여 수행되었다. 중금속별 식물 건물중 1kg 당 축적량을 분석한 결과, 비소와 카드뮴의 경우에는 봉의꼬리 단일 식재구의 봉의꼬리 지상부에서 각 169.82와 $1.70mg{\cdot}kg^{-1}DW$로 가장 많았다. 납은 8:1 식재구의 봉의꼬리 지상부에서 $12.58mg{\cdot}kg^{-1}DW$로 가장 많았다. 그러나 구리와 아연의 축적량은 8:1 식재구에서 재배한 쑥의 지상부에서 각 33.94, $61.78mg{\cdot}kg^{-1}DW$로 가장 많았다. 단위 면적당($1m^2$) 토양에서 수확한 식물의 각 중금속별총흡수량은 중금속의 종류와 관계없이 쑥의 생산량이 가장 많았던 봉의꼬리와 쑥 4:1 식재구에서 가장 높은 경향을 보였다.
본 연구는 중금속으로 오염된 논토양에서 봉의꼬리(P. multifida)와 쑥(A. princeps)의 식재 비율을 1:0, 8:1, 6:1, 4:1로 달리하여 재배함으로써 토양 내 중금속별 효율적인 식물상 정화모델을 개발하기 위하여 수행되었다. 중금속별 식물 건물중 1kg 당 축적량을 분석한 결과, 비소와 카드뮴의 경우에는 봉의꼬리 단일 식재구의 봉의꼬리 지상부에서 각 169.82와 $1.70mg{\cdot}kg^{-1}DW$로 가장 많았다. 납은 8:1 식재구의 봉의꼬리 지상부에서 $12.58mg{\cdot}kg^{-1}DW$로 가장 많았다. 그러나 구리와 아연의 축적량은 8:1 식재구에서 재배한 쑥의 지상부에서 각 33.94, $61.78mg{\cdot}kg^{-1}DW$로 가장 많았다. 단위 면적당($1m^2$) 토양에서 수확한 식물의 각 중금속별총흡수량은 중금속의 종류와 관계없이 쑥의 생산량이 가장 많았던 봉의꼬리와 쑥 4:1 식재구에서 가장 높은 경향을 보였다.
This study was performed to develop the efficient phytoremediation model in the paddy soil contaminated with heavy metals by cultivating Pteris multifida and Artemisia princeps with different mixing ratios (1:0, 8:1, 6:1, 4:1). As a result of investigating the heavy metal accumulation of each plant ...
This study was performed to develop the efficient phytoremediation model in the paddy soil contaminated with heavy metals by cultivating Pteris multifida and Artemisia princeps with different mixing ratios (1:0, 8:1, 6:1, 4:1). As a result of investigating the heavy metal accumulation of each plant per dried material (1 kg), content of arsenic and cadmium was the highest in aerial part of P. multifida (169.82, $1.70mg{\cdot}kg^{-1}DW$, each) among the treated group. Lead content was the highest ($12.58mg{\cdot}kg^{-1}DW$) in the aerial part of P. multifida cultivated with 8:1 mixed planting. But the content of copper and zinc was the highest (33.94, $61.78mg{\cdot}kg^{-1}DW$, each) in the aerial part of A. princeps with 8:1 treatment. Regardless of heavy metals, plant uptake from the $1m^2$ soil was the highest in 4:1 mixed planting group, which showed the best yield of A. princeps.
This study was performed to develop the efficient phytoremediation model in the paddy soil contaminated with heavy metals by cultivating Pteris multifida and Artemisia princeps with different mixing ratios (1:0, 8:1, 6:1, 4:1). As a result of investigating the heavy metal accumulation of each plant per dried material (1 kg), content of arsenic and cadmium was the highest in aerial part of P. multifida (169.82, $1.70mg{\cdot}kg^{-1}DW$, each) among the treated group. Lead content was the highest ($12.58mg{\cdot}kg^{-1}DW$) in the aerial part of P. multifida cultivated with 8:1 mixed planting. But the content of copper and zinc was the highest (33.94, $61.78mg{\cdot}kg^{-1}DW$, each) in the aerial part of A. princeps with 8:1 treatment. Regardless of heavy metals, plant uptake from the $1m^2$ soil was the highest in 4:1 mixed planting group, which showed the best yield of A. princeps.
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문제 정의
본 연구는 중금속으로 오염된 논토양에서 봉의꼬리(P. multifida)와 쑥(A. princeps)의 식재 비율을 1:0, 8:1, 6:1, 4:1로 달리하여 재배함으로써 토양 내 중금속별 효율적인 식물상 정화 모델을 개발하기 위하여 수행되었다. 중금속별 식물 건물중 1㎏ 당 축적량을 분석한 결과, 비소와 카드뮴의 경우에는 봉의꼬리 단일 식재구의 봉의꼬리 지상부에서 각 169.
이에, 본 연구는 중금속 축적능이 우수한 것으로 알려진 봉의 꼬리와 쑥의 혼합비율에 따른 생육 특성 및 중금속 축적능을 분석하여 토양 정화에 효과적인 식재 방법을 구명하고자 수행하였다. 이를 통해 토양의 중금속 정화가 시급한 곳으로 알려진 J 제련소 인근 논토양의 효과적인 중금속 정화를 위한 식물상 정화기법 모델을 개발하고자 한다.
이에, 본 연구는 중금속 축적능이 우수한 것으로 알려진 봉의 꼬리와 쑥의 혼합비율에 따른 생육 특성 및 중금속 축적능을 분석하여 토양 정화에 효과적인 식재 방법을 구명하고자 수행하였다. 이를 통해 토양의 중금속 정화가 시급한 곳으로 알려진 J 제련소 인근 논토양의 효과적인 중금속 정화를 위한 식물상 정화기법 모델을 개발하고자 한다.
제안 방법
1. Experimental design for experiment of mixed planting ratios.
각 시험구의 크기를 2×2 m로 조성한 다음 식재 간격을 20×20 ㎝로 하여 4월 말에 봉의꼬리와 쑥의 혼합식재 비율을 1:0 (121:0주), 8:1 (108:13주), 6:1 (104:17주), 4:1 (97:24주)로 식재하여 24주 동안 재배하였다(Fig. 1).
1). 모든 처리구는 완전임의배치 3반복으로 수행하였으며, 초기 2주 동안은 식물의 활착을 돕기 위하여 분수호스를 이용해 20분씩 관수하였다.
대상 데이터
실험은 충남 서천군 소재의 J 제련소 인근의 중 금속 오염지역에서 실시하였으며, 실험부지의 토양은 다양한 중금속으로 복합오염된 토양으로 특히 비소 오염정도가 45.79 ㎎·㎏-1 DW 수준으로 토양환경보전법 1지역의 토양오염 우려 수준(warning level)을 초과여 토양정화가 시급한 곳이었다 (Table 2).
연구에 사용한 식물재료는 충북 청주시 충북대학교 내의 무가온 비닐하우스에서 1년 동안 육묘한 봉의꼬리와 쑥을 사용하였다(Table 1). 실험은 충남 서천군 소재의 J 제련소 인근의 중 금속 오염지역에서 실시하였으며, 실험부지의 토양은 다양한 중금속으로 복합오염된 토양으로 특히 비소 오염정도가 45.
데이터처리
혼합식재 비율에 따른 봉의꼬리와 쑥의 생육은 처리구당 10주씩 3반복으로 조사하였으며, 식물체의 중금속 함량분석은 3반복을 1회로 3회 반복으로 수행한 다음 평균과 표준오차를 구하였으며, 던컨의 다중검정방법(Duncan’s multiple range test) 으로 p < 0.05의 수준에서 유의성 검정을 실시하였다(SAS version 9.2, SAS Institute Inc., Cary, NC, USA).
이론/모형
식물의 중금속 함량은 습식분해법으로 전처리하여 분석하였다(Kor. Ministry Environ., 2009). 식물을 지상부와 지하부로 나누어 60℃의 건조기(Hanbaek Scientific Co.
전처리한 식물의 시료는 유도결합플라즈마분광도계(Perkin Elmer Optima 5300DV ICP-AES, Perkine Elmer)를 이용하여 유도결합플라스마-원자발광분광법으로 비소(As), 카드뮴(Cd), 구리(Cu), 납(Pb), 아연(Zn)의 함량을 측정하였다(Kor. Ministry Environ., 2009). 또한 식물이 흡수한 중금속이 지하부에서 지상부로 이동되는 이동계수(Translocation rate, TR)를 아래의 식을 이용하여 구하였다(Kwon et al.
성능/효과
그러나 쑥의 식재비율이 가장 높았던 4:1 처리구에서는 봉의꼬리의 생육은 오히려 감소하는 경향을 보였다. 4:1 처리구에서 봉의꼬리의 초장, 초폭, 엽수 등은 쑥을 식재하지 않은 무처리구와 비슷하였으나, 뿌리 생육은 무처리구에 비해 약 24.3% 감소하였다. 이는 쑥의 식재비율이 높았던 4:1 처리구에서 쑥의 지하부 생육이 다른 처리구에 비해 약 30% 증가하였기 때문으로 판단되며, 뿌리줄기를 옆으로 길게 뻗어 군생하는 쑥의 생육 특성(Lee, 1975)이 두드러지게 나타나 봉의꼬리의 지하부 생육을 억제한 것으로 판단되었다.
78 ㎎·㎏-1 DW로 가장 많았다. 단위 면적당(1 ㎡) 토양에서 수확한 식물의 각 중금속별총흡수량은 중금속의 종류와 관계없이 쑥의 생산량이 가장 많았던 봉의꼬리와 쑥 4:1 식재구에서 가장 높은 경향을 보였다
동일 면적(1 m2)에서 혼합식재 비율에 따른 쑥과 봉의꼬리 건물중 생산량과 중금속 축적능을 분석하여 흡수한 면적당 식물의 중금속 흡수량을 분석한 결과, 비소는 봉의꼬리 단일식재 처리구(1:0)에서 2.91 ㎎·m2로 가장 많았으며, 카드뮴, 납, 구리, 아연 흡수량은 4:1 처리구에서 가장 우수한 경향을 보였다 (Table 6).
, 2001) 봉의꼬리와 쑥을 혼합식재하였을 때 토양 정화효율을 향상시킬 수 있을 것으로 생각되었다. 따라서 비소를 비롯한 다양한 중금속으로 오염된 토양을 정화하기 위해서는 봉의꼬리와 쑥의 혼 합식재 비율를 4:1로 하였을 때 가장 효과적일 것으로 판단되었다.
4 ㎎·m2로 매우 높았다(Ju, 2011). 따라서 토양 내 중금속의 축적량과 기상환경 조건 이외에도 식물의 생육에 크게 영향을 미칠 수 있는 토질과 토성 등에 의하여 식물의 중금속 흡수능이 크게 달라지는 것으로 생각되었다. 봉의꼬리는 구연산과 유황분말을 토양에 처리했을 때 식물체 내 비소 축적능이 27.
, 2013). 또한 쑥은 비소 축적능이 저조하여 비소 오염토양 정화효율이 낮고, 쑥을 식재비율을 높일 경우 봉의꼬리의 생육을 감소시켜 비소 흡수량이 저하될 수 있을 것으로 생각되었다. 그리고 중금속 토양 정화가 필요한 지역은 대부분 다양한 중금속으로 복합 오염된 지역으로 알려져 있어(Yeo and Kim, 1997; Jung et al.
봉의꼬리와 쑥의 혼합 식재 비율을 달리하여 중금속으로 오염된 토양에서 24주 동안 재배한 식물의 생육은 Table 3과 같다. 본 연구에 사용한 봉의꼬리의 생육은 중금속의 오염정도가 유사하고, 생육기간이 동일하였던 수림지에서 재배한 봉의꼬리 의 생육에 비해 다소 불량한 경향을 보였는데(Ju, 2011), 이는 본 연구지의 논토양은 점질토로 배수성과 통기성이 우수한 토양에서 생육이 우수한 봉의꼬리(Suh et al., 2006)의 생육에 악영향을 준 것으로 판단되었다. 반면, 쑥은 논토양에서도 생육이 우수하였다.
본 연구의 봉의꼬리는 비소에 대한 이동계수가 0.74∼0.88로 매우 높았으며, 쑥은 아연에 대한 이동계수가 0.68∼0.73으로 우수하였다.
, 2015). 본 연구지역은 다양한 중금속으로 복합 오염토이나 비소를 제외한 기타 중금속 오염정도가 다소 낮아 기존에 보고된 쑥의 중금속 흡수능이 다소 낮게 나타난 것으로 판단되었다. 또한 연구지는 점질토양으로 배수성과 통기성이 낮아 생육이 다소 억제되었기 때문으로 분석되었다.
반면, 쑥은 논토양에서도 생육이 우수하였다. 봉의꼬리의 생육은 6:1 처리구에서 다른 처리구에 비해 전반적인 생육이 가장 우수하였다. 봉의꼬리는 35∼75% 차광에서 생육이 우수한 중생식물(Suh et al.
봉의꼬리의 중금속 축적능은 봉의꼬리 단일 식재구에서 지상부의 비소 축적능이 169.82 ㎎·㎏-1 DW로 가장 높았다 (Table 4).
봉의꼬리의 카드뮴과 아연 축적능은 식재 비율에 따른 유의적인 차이가 없었으며, 납과 구리 축적능은 8:1 처리구에서 각 12.58, 5.34 ㎎·㎏-1 DW로 다른 혼합 식재비율 처리구에 비해 우수하였다.
쑥의 카드뮴(1.08∼1.29 ㎎·㎏-1 DW)과 구리 축적능(7.63∼ 10.51 ㎎·㎏-1 DW)은 봉의꼬리와 비슷한 수준이었으나, 구리, 아연의 축적능은 봉의꼬리에 비해 쑥의 축적능이 우수하였다.
연구결과, 봉의꼬리의 비소 축적능을 높이기 위한 식재는 봉의꼬리 단일 식재로 분석되었다. 그러나 봉의꼬리의 생육 및 비소 축적능 향상을 위해서는 차광 시설물 설치 및 관리를 위한 추가적인 인적‧물적 자원이 필요하다(Kwon et al.
중금속별 식물 건물중 1㎏ 당 축적량을 분석한 결과, 비소와 카드뮴의 경우에는 봉의꼬리 단일 식재구의 봉의꼬리 지상부에서 각 169.82와 1.70 ㎎· ㎏-1 DW로 가장 많았다.
후속연구
, 2002; Choi and Chiang, 2003) 등을 토양에 처리했을 때 생육 및 중금속의 축적능이 향상되는 것으로 보고되어 있다. 따라서 식물의 생육이 원활하지 못한 토양 조건에서는 식물의 생육을 조절할 수 있는 처리를 통하여 식물 내 중금속 축적능을 향상시키는 방법이 개발되어야 할 것으로 생각되었다.
질의응답
핵심어
질문
논문에서 추출한 답변
봉의꼬리란 무엇인가?
봉의꼬리(Pteris multifida Poir.)는 국내에 자생하는 상록성 양치식물로 발암물질로 알려진 비소에 대한 축적능이 매우 우수하고(Du et al., 2005; Ju, 2011; Wang et al.
봉의꼬리의 효능은?
봉의꼬리(Pteris multifida Poir.)는 국내에 자생하는 상록성 양치식물로 발암물질로 알려진 비소에 대한 축적능이 매우 우수하고(Du et al., 2005; Ju, 2011; Wang et al., 2006, 2007; Wei et al., 2007), 다양한 비소 오염원과 농도에서 식물상 정화기법 소재로 활용이 가능한 종으로 알려진 자생식물이다(Han et al., 2014; Kwon et al.
쑥이 축적할 수 있는 중금속 종류에는 어떤 게 있는가?
) 은 번식력이 강한 국화과의 다년생 초본으로 초장이 60∼120㎝ 정도이고, 뿌리줄기가 옆으로 뻗으면서 군생하여 토양의 배수성과 통기성을 향상시킨다(Lee, 1975). 또한, 카드뮴 및 아연 등의 중금속 축적능이 우수하며(Kim et al., 1999), Co, Sc, Mo, Pb, Cu 등의 축적도 가능한 것으로 보고되었다(Song et al., 2005).
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