유류 오염 토양을 환경친화적으로 정화하는 방법으로 식물과 근권미생물 사이의 생태적 상승작용(synergism)에 기반을 둔 rhizoremediation이 큰 주목을 받고 있다. 전지구적 문제인 기후변화에 대응하기 위해서는 오염 토양을 정화하는 과정에서 온실가스 배출량을 최소화할 수 있는 기후변화 대응 정화기술이 도입될 필요가 있다. 기후변화 대응 rhizoremediation 기술에서, 오염정화효율과 non-CO2 온실 가스 배출량에 영향을 미치는 주요인자는 오염물질 특성 및 토양의 물리화학적 특성 뿐 아니라, 식물-미생물 상호작용, 미생물 활성, 그리고 첨가제 및 강화제 첨가 여부로 구분할 수 있다. 본 총설에서는 유류 오염토양을 정화하기 위한 rhizoremediation 기술 개발 동향을 정리하고, 기후변화 대응 rhizoremediation 기술 개발 방향에 대해 고찰하였다.
유류 오염 토양을 환경친화적으로 정화하는 방법으로 식물과 근권미생물 사이의 생태적 상승작용(synergism)에 기반을 둔 rhizoremediation이 큰 주목을 받고 있다. 전지구적 문제인 기후변화에 대응하기 위해서는 오염 토양을 정화하는 과정에서 온실가스 배출량을 최소화할 수 있는 기후변화 대응 정화기술이 도입될 필요가 있다. 기후변화 대응 rhizoremediation 기술에서, 오염정화효율과 non-CO2 온실 가스 배출량에 영향을 미치는 주요인자는 오염물질 특성 및 토양의 물리화학적 특성 뿐 아니라, 식물-미생물 상호작용, 미생물 활성, 그리고 첨가제 및 강화제 첨가 여부로 구분할 수 있다. 본 총설에서는 유류 오염토양을 정화하기 위한 rhizoremediation 기술 개발 동향을 정리하고, 기후변화 대응 rhizoremediation 기술 개발 방향에 대해 고찰하였다.
Rhizoremediation, based on the ecological synergism between plant and rhizosphere microorganisms, is an environmentally friendly method for the remediation of petroleum hydrocarbon-contaminated soils. In order to mitigate global climate change, it is necessary to minimize greenhouse gas emissions wh...
Rhizoremediation, based on the ecological synergism between plant and rhizosphere microorganisms, is an environmentally friendly method for the remediation of petroleum hydrocarbon-contaminated soils. In order to mitigate global climate change, it is necessary to minimize greenhouse gas emissions while cleaning-up contaminated soils. In rhizoremediation, the main factors affecting pollutant remediation efficiency and greenhouse gas emissions include not only pollutant and soil physicochemical properties, but also plant-microbe interactions, microbial activity, and addition of amendments. This review summarizes the development in rhizoremediation technology for purifying oil-contaminated soils. In addition, the key parameters and strategies required for rhizoremediation to mitigate climate change mediation are discussed.
Rhizoremediation, based on the ecological synergism between plant and rhizosphere microorganisms, is an environmentally friendly method for the remediation of petroleum hydrocarbon-contaminated soils. In order to mitigate global climate change, it is necessary to minimize greenhouse gas emissions while cleaning-up contaminated soils. In rhizoremediation, the main factors affecting pollutant remediation efficiency and greenhouse gas emissions include not only pollutant and soil physicochemical properties, but also plant-microbe interactions, microbial activity, and addition of amendments. This review summarizes the development in rhizoremediation technology for purifying oil-contaminated soils. In addition, the key parameters and strategies required for rhizoremediation to mitigate climate change mediation are discussed.
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문제 정의
기후변화 대응 rhizoremediation 기술에서, 오염정화효율과 non-CO2 온실 가스 배출량에 영향을 미치는 주요인자는 오염물질 특성 및 토양의 물리화학적 특성 뿐 아니라, 식물-미생물 상호작용, 미생물 활성, 그리고 첨가제 및 강화제 첨가 여부로 구분할 수 있다. 본 총설에서는 유류 오염토양을 정화하기 위한 rhizoremediation 기술 개발 동향을 정리하고, 기후변화 대응 rhizoremediation 기술 개발 방향에 대해 고찰하였다.
그런데 전지구적 문제인 기후변화에 대응하기 위해서는 오염 토양을 정화하는 과정에서 온실가스 배출량을 최소화할수 있는 기후변화 대응 정화기술이 도입될 필요가 있다. 이에 본 총설에서는 유류 오염토양을 정화하기 위한 rhizoremediation 기술 개발 동향을 정리하고, 기후변화 대응 rhizoremediation 기술 개발 방향에 대해 고찰하고자 한다.
성능/효과
논에 질소 비료를 시비 여부에 따라 발생량을 비교한 결과, 질소 비료를 54−108 kg/ha 시비한 경우가 벼의 바이오매스가 10.1−17.3% 증가하였고, CH4의 배출량은12.7−22.9% 감소하였다[26].
댑싸리(Brassia scoparaia), 고랭이(Schoenoplectus senegalensis), 흰전동싸리(Meliotus albus)및 톨페스큐(Festuca arundinacea)를 활용하여 유류오염 토양을 정화한 결과, 유류 제거효율은 각각 31%, 46.9%, 17.7% 및 50%이었다[37−40].
Shahzad 등[44]는 고농도의 유류로 오염된 슬러지를 처리함에 있어서 옥수수(Zea mays)가 고농도의 유류에 내성을 가지고 있으면 유류 제거 효율이 높음을 보고하였다. 무기비료와 PGPR consortium을 토양개량제로서 함께 첨가한 경우, TPH 제거효율은 옥수수만 있는 조건보다 59% 향상되었다. 옥수수 이외에 보리(Hordeum vulgare), 귀리(Avena sativa), 밀(Triticum estivum) 및 유채(Brassica napus L.
후속연구
2%의 제거효율을 보였다. 관엽식물이 rhizoremediation 과정에서 오염 생태계에 미칠 수 있는 영향에 대한 정보는 다른 식물에 비해 부족하며, 이에 대한 추가적인 연구가 요구된다.
즉, 유류 분해 효율이 높음과 동시에 CH4과 N2O 배출량을최소화되는 nutrient balance 조건이 있을 것으로 사료된다. 따라서, [근권세균-식물] 조합, [오염물질-첨가제] 영양물 균형 및 근권세균 군집 활성과 기능의 영향에 관한 축적된 정보의 종합적인 분석을 통해, 근권세균의 군집 다양성을 높게 유지되면서 유류 분해 효율이 높음과 동시에 CH4과 N2O 배출량을 최소화할 수 있는 기후변화 대응 rhizoremediation 기술 개발이 가능할 것으로 기대된다.
근권미생물과 식물을 이용하여 오염토양을 정화하고자 하는 rhizoremediation과 phytoremediation 기술 혁신을 위해서는 오염토양이 정화되는 과정에서 이들의 상호작용에 대한 이해가 필요함에도 불구하고 관련 정보가 아직은 미비하다. 따라서, 향후 오염토양 정화에 관여하는 이들 식물과 미생물의 생리적 활성 특성 뿐 아니라 총유전체와 메타대사체 정보를 축적하기 위한 연구가 많이 진행될 필요가 있다. 이러한 지식정보는 rhizoremediation과 phytoremediation 기술 혁신에 매우 유용하게 활용될 수 있으며, 미생물-식물 혹은 미생물-미생물 사이의 생태학적 상호작용에 대한 관련학문 분야의 발전에 기여할 수 있을 것으로 기대된다.
따라서, 향후 오염토양 정화에 관여하는 이들 식물과 미생물의 생리적 활성 특성 뿐 아니라 총유전체와 메타대사체 정보를 축적하기 위한 연구가 많이 진행될 필요가 있다. 이러한 지식정보는 rhizoremediation과 phytoremediation 기술 혁신에 매우 유용하게 활용될 수 있으며, 미생물-식물 혹은 미생물-미생물 사이의 생태학적 상호작용에 대한 관련학문 분야의 발전에 기여할 수 있을 것으로 기대된다.
종래에는 오염물 제거효율에만 초점을 맞추어서 토양오염정화 기술개발이 진행되어 왔으나, 전지구적 기후변화 문제 대응책으로 오염물 제거효율 향상과 동시에 온실가스 배출 저감을 달성할 수 있는 기후변화 대응 토양오염정화기술에 대한 수요는 향후 점점 증대 될 전망이다. 근권에서의 식물과 근권미생물의 상호작용에 대해서는 생명과학 및 농임학 분야에서는 비교적 활발한 연구를 통해 다양한 정보가 축적되어왔다.
질의응답
핵심어
질문
논문에서 추출한 답변
유류에 의해 토양이 오염되면 어떠한 일이 발생하는가?
유류에 의해 토양이 오염되면, 토양은 극도의 소수성 환경으로 전환되어 식물과 토양 미생물들이 이용 가능한 유효수분(available water)과 질소 및 인 등과 같은 영양분이 감소하게 된다. 또한, 오염된 유류 및 전환(혹은 분해) 산물이 토양 생태계에 독성물질로 작용하게 된다.
유류 오염 토양의 생물학적 정화방법은 어떤 것이 있는가?
유류 오염 토양의 생물학적 정화방법의 종류와 각 방법의 정화원리 및 특성을 Table 1에 정리하였다. 인위적으로 오염된 환경에 전혀 관여하지 않는 natural attenuation 기술은 자연적인 정화작용에 의존하여 토양 및 지하수의 유류오염을 처리한다[13]. 미생물의 유류 분해 효율에 영향을 미치는 공기(산소) 주입, 영양제 및 계면활성제 등의 첨가 등과 같은 환경인자를 조절함으로써 토양 환경 내에 존재하는 토착 미생물의 활성을 증대시키는 방식으로는 biostimulation, bioventing 및 biosparging 등의 기술이 있다[14−16]. Bioaugmentation 방법은 유류 분해 미생물 컨소시움 등과 같은 미생물제제를 적극적으로 오염 토양에 첨가하여 토양의 생물상을 조절함으로써 정화 효율을 향상시키는 방법이다[17].
인간과 생태계를 위협하는 대표적인 환경오염물은 무엇인가?
가솔린, 디젤, 윤활유 등과 같은 석유계 탄화수소(petroleum hydrocarbon, PH)는 인간과 생태계를 위협하는 대표적인 환경오염물로, 토양, 지하수 및 해양으로 유입되는 경우 생태적 기능을 심각하게 저하시킨다[1−3]. 이러한 유류에 의한 환경오염이 발생하는 주요 경로는, 석유 및 LNG(액화 천연가스) 등의 액체를 저장하는 지하탱크의 누출, 유조선의 해난사고 등으로 인한 기름 유출, 수송 과정 및 산업 공정에서의 배출을 들 수 있다[3, 4].
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