[논문]정화 처리토가 렌틸(콩과식물)의 지상부 및 뿌리 성장에 주는 영향에 대한 정량평가

박혜선; 강수아; 배범한

doi:10.7857/jsge.2021.26.5.001

정화 처리토가 렌틸(콩과식물)의 지상부 및 뿌리 성장에 주는 영향에 대한 정량평가
Quantifying Inhibitory Effects of Reclaimed Soils on the Shoot and Root Growth of Legume plant Lentil(Lens culinaris) 원문보기

지하수토양환경 = Journal of soil and groundwater environment, v.26 no.5, 2021년, pp.1 - 8

박혜선 (가천대학교 토목환경공학과) , 강수아 (가천대학교 토목환경공학과) , 배범한 (가천대학교 토목환경공학과)

Abstract ▼ AI-Helper

A series of pot experiments were conducted to quantitatively estimate inhibitory effects of reclaimed soil on the growth of Lentil (Lens culinaris) with two soils remediated by land farming (DDC) and low temperature thermal desorption(YJ), respectively. After cultivation in a growth chamber for 8 days, plants were harvested for the analysis of 8 indices including chlorophyll-a and carotenoid in leaves, shoot fresh weight, root dry weight, root length, number of later roots, specific root length (SRL) as well as germination rate in comparison to control experiment conducted on nursery soil. Root length was estimated by SmartRoot program from the digital images of the roots. The results showed germination rate on YJ and DDC soil decreased 29 and 71%, respectively. In comparison to the control, the averaged value of the 8 indices for YJ and DDC soil showed overall growth inhibition was 48 and 68%, respectively. When the same experiment was conducted with 25% (W/W) vermiculate amended soil, plant growth on each soil was comparable to that of the control. The results implies reclaimed soils requires additional processes and/or amendments to reuse for plant growth.

주제어

표/그림 (4)

표 Table 1. Physicochemical properties of treated soils
표 Table 2. Biometrics of Lentil harvested from pot experiments. Initial number of replicates were eight. (mean±s.d.)
그림 Fig. 1. Steps of image processing. Original digital image (left), conversion to 8-bit gray scale image by ImageJ (middle), and root identification and estimation of length/volume by SmartRoot program (right).
그림 Fig. 2. Radar graph showing comparison of eight indices of lentil germination and growth on reclaimed soils relative to nursery soil. Each value of plant growth index on nursery soil was set to 1.0. (a) Reclaimed soils, (b) Reclaimed soils amended with 25% (W/W) vermiculate.

AI 본문요약
AI-Helper

문제 정의

본 연구에서는 처리토가 식물에 주는 악영향을 정량적으로 관측하기 위해, 2가지 종류의 처리토에 렌틸을 파종하고 식물생장상에서 재배하여 수확한 다음 렌틸 발아율, 지상부 생체량 및 주요 성분, 뿌리 길이 및 측근 등을 정량적으로 비교분석하였다.

제안 방법

토양경작법(DDC)과 저온열탈착법(YJ)으로 TPH 오염을 정화 처리한 토양에 렌틸을 8배수로 식재하고, 발아율과 유식물 생장에 미치는 영향을 원예상토에 식재한 대조군과 비교하였다. 기존 식물에 의한 토양 독성조사방법인 발아율, 지상부 생체량, Chl.-a, carotenoid, 및 뿌리 건량 이외에 뿌리길이, 측근의 수 및 SRL을 새로운 지표로 추가하였고, 뿌리를 수확하여 간편하게 측정할 수 있는 방법을 개발하였다. 그 결과, 전체 지표를 평균하면 YJ 토양은 대조군 대비 58%이고, DDC 토양은 32%이었다.
수확한 식물체는 생체량 측정을 위해 총중량 측정 후, 절단하여 뿌리와 지상부를 나누어 뿌리 무게를 측정하였다. 이때 뿌리의 기준을 렌틸 종자의 아래 부분으로 하였고, 지상부는 생체량 측정 후 클로로필 a를 측정하는 데에 사용하고, 뿌리는 70℃에서 48시간 동안 건조한 후건조 중량을 측정하였다.
토양경작법(DDC)과 저온열탈착법(YJ)으로 TPH 오염을 정화 처리한 토양에 렌틸을 8배수로 식재하고, 발아율과 유식물 생장에 미치는 영향을 원예상토에 식재한 대조군과 비교하였다. 기존 식물에 의한 토양 독성조사방법인 발아율, 지상부 생체량, Chl.

대상 데이터

대상 식물로는 직근을 가진 쌍떡잎 대표식물로 렌틸을 선정하였는데, 렌틸은 발아율이 높고, 뿌리털이 거의 없고 뿌리가 굵고 단단해서 온전한 상태로 수확할 수 있었다. 냉장고(4℃)에서 보관중인 렌틸 종자(해들원)는 모양과 색이 일정하고 손상되지 않은 것을 골라 비중선별한 다음, 발아를 일정하게 하기 위해 증류수에 24시간 불린 뒤 파종하였다.

이론/모형

토양 pH 및 EC는 토양:증류수(1:5) 방법으로 측정하였다. 이외에도 토성, 용적밀도, 토양수분함량(보수력), 유기물함량을 국립산림과학원(2014) 방법에 의거하여 측정하였는데, 토성은 피펫법으로, 유기물함량은 강열감량 법으로 측정하였다. 이상과 같은 토양의 물리화학적 특성은 모두 2배수로 측정하였다.
토양 pH 및 EC는 토양:증류수(1:5) 방법으로 측정하였다. 이외에도 토성, 용적밀도, 토양수분함량(보수력), 유기물함량을 국립산림과학원(2014) 방법에 의거하여 측정하였는데, 토성은 피펫법으로, 유기물함량은 강열감량 법으로 측정하였다.

성능/효과

-a, carotenoid, 및 뿌리 건량 이외에 뿌리길이, 측근의 수 및 SRL을 새로운 지표로 추가하였고, 뿌리를 수확하여 간편하게 측정할 수 있는 방법을 개발하였다. 그 결과, 전체 지표를 평균하면 YJ 토양은 대조군 대비 58%이고, DDC 토양은 32%이었다. 처리 토에 질석을 25% 첨가하여 물리적 특성을 개선한 다음 동일한 실험을 반복한 결과, 전체 지표를 평균하면 YJ 토양은 대조군 대비 108%이고 DDC 토양은 95%로 개선되었다.
그러나 렌틸 발아율이 DDC 토양에만 민감하게 반응하는 것과 같이 (i) 단일 식물종을 사용하여 측정하였기에 식물 종 전체에 대한 대표성이 부족하고, (ii) 작은 포트로 인해 재배기간이 8일로 제한되어 뿌리 발달 후 시작되는지 상부 생장을 관측할 수 없으며, (iii) 반복수가 8회로 제한되어 측정값의 상대표준편차가 큰 점은 개선되어야 할 것이다. 이상과 같은 문제를 해결하기 위해서는 수염뿌리를 포함하는 다수의 식물종에 대한 실험을 실시하여 반복수, 생장기간 및 식물종별 재배방법에 대한 연구가 지속되어야 할 것이다.
그 결과, 전체 지표를 평균하면 YJ 토양은 대조군 대비 58%이고, DDC 토양은 32%이었다. 처리 토에 질석을 25% 첨가하여 물리적 특성을 개선한 다음 동일한 실험을 반복한 결과, 전체 지표를 평균하면 YJ 토양은 대조군 대비 108%이고 DDC 토양은 95%로 개선되었다.

후속연구

이상과 같은 문제를 해결하기 위해서는 수염뿌리를 포함하는 다수의 식물종에 대한 실험을 실시하여 반복수, 생장기간 및 식물종별 재배방법에 대한 연구가 지속되어야 할 것이다. 또한 rhizotron과 같이 식물 근권을 관찰하고 측정할 수 있는 방법도 개발이 필요하며, 식물의 물리적 특성이외에 식물생리를 대표할 수 있는 지표 등에 대한 연구가 필요할 것으로 사료된다.
그러나 렌틸 발아율이 DDC 토양에만 민감하게 반응하는 것과 같이 (i) 단일 식물종을 사용하여 측정하였기에 식물 종 전체에 대한 대표성이 부족하고, (ii) 작은 포트로 인해 재배기간이 8일로 제한되어 뿌리 발달 후 시작되는지 상부 생장을 관측할 수 없으며, (iii) 반복수가 8회로 제한되어 측정값의 상대표준편차가 큰 점은 개선되어야 할 것이다. 이상과 같은 문제를 해결하기 위해서는 수염뿌리를 포함하는 다수의 식물종에 대한 실험을 실시하여 반복수, 생장기간 및 식물종별 재배방법에 대한 연구가 지속되어야 할 것이다. 또한 rhizotron과 같이 식물 근권을 관찰하고 측정할 수 있는 방법도 개발이 필요하며, 식물의 물리적 특성이외에 식물생리를 대표할 수 있는 지표 등에 대한 연구가 필요할 것으로 사료된다.
이상의 실험결과에 의하면, 처리토에서의 식물생장 및 보다 세분화된 뿌리 생장 분석으로 토양의 상태를 평가할 수 있는 가능성이 있으며, 상기한 8개의 지표이외에 적절한 지표를 선정하고 다양한 토양에 대하여 적용하여 자료를 축적한다면 처리토의 생태 독성 평가 혹은 토양 건강성 평가에 적용할 수 있다고 사료된다.

참고문헌 (32)

국립산림과학원, 2014, 토양및식물체분석법: 토양물리성, 등록번호 11-1400377-000748-01.
Han, S.H., Jung, M.C., Kim, J.W., Jeon, S.W., Nguyen, Q.T., Yoon, K.W., and Min, S.K., 2020, The occurrence and treatment status of off-site contaminated soils in Korea, J. Soil Groundw. Environ., 25(4), 1-6.

원문보기 상세보기
환경부, 2013, 토양정화실적통계자료.
환경부, 2020, 제2차토양보전기본계획.
Ahmed, F.R.S., Alexander, I.J., Mwinyikione Mwinyihija, M., and Killham, K., 2012, Effect of arsenic contaminated irrigation water on Lens culinaris L. and toxicity assessment using lux marked biosensor, J. Environ. Sci., 24(6), 1106-1116.

상세보기
Alam, M.Z., Hoque, Md. A., Ahammed, G.J., McGee, R., and Carpenter-Boggs, L., 2019, Arsenic accumulation in lentil (Lens culinaris) genotypes and risk associated with the consumption of grains, Sci. Am., 9, 9431.
Besalatpour, A., Hajabbasi, M.A., Khoshgoftarmanesh, A.H., and Dorostkar, 2011, Landfarming process effects on biochemical properties of petroleum-contaminated soils, Soil Sediment Contam., 20(2), 234-248.

상세보기
Besalatpour, A., Khoshgoftarmanesh, A.H., Hajabbasi, M.A., and Afyuni, M., 2008, Germination and growth of selected plants in a petroleum contaminated calcareous soil, Soil Sediment Contam., 17(6), 665-676.

상세보기
Bergsveinson, J., Perry, B.J., Simpson, G.L., Yost, C.K., Schutzman, R.J., Hall, B.D., and Cameron, A.D.S., 2019, Spatial analysis of a hydrocarbon waste-remediating landfarm demonstrates influence of management practices on bacterial and fungal community structure, Microb. Biotechnol., 12(6), 1199-1209.

상세보기
Choi, M.-Z., Kim, J.-Y., Kim, J-H., and Choi, S.-I., 2010, A study on effects of oil contaminated soil on the growth of plant, J. Soil Groundw. Environ., 15(1), 50-56.
Cokkizgin, A. and Cokkizgin, H., 2010, Effects of lead (PbCl2) stress on germination of lentil (Lens culinaris Medic.) lines, Afr. J. Biotechnol., 9(50), 8608-8612.
Doran, J.W. and Zeiss, M.R., 2000, Soil health and sustainability: Managing the biotic component of soil quality, Appl. Soil Ecol., 15(1), 3-11.

상세보기
Eissenstat, D.M., 1991, On the relationship between specific root length and the rate of root proliferation : A field study using citrus rootstocks, New Phytol., 118(1), 63-68.

상세보기
Janas, K.M., Zielinska-Tomaszewska, J., Rybaczek, D., Maszewski, J., Posmyk, M.M., Amarowicz, R., and Kosinska, A., 2010, The impact of copper ions on growth lipid peroxidation and phenolic compound accumulation and localization in lentil(Lens culinaris Medic.) seedlings, J. Plant Physiol., 167(4), 270-276.

상세보기
Khan, Z., Shahwar, D., Ansari, M.K.A., and Chandel, R., 2019, Toxicity assessment of anatase (TiO 2 ) nanoparticles: A pilot study on stress response alterations and DNA damage studies in Lens culinaris Medik, Heliyon, 5(7), e02069.

상세보기
Kramer-Walter, K.R., Bellingham, P.J., Millar, T.R., Smissen, R.D., Richardson, S.J., and Laughlin, D.C., 2016, Root traits are multidimensional: specific root length is independent from root tissue density and the plant economic spectrum, J. Ecol., 104(5), 1299-1310.

상세보기
Lee, S.H., Lee, J.H., Jung, W.C., Park, M., Kim, M.S., Lee, S.J., and Park, H., 2020, Changes in soil health with remediation of petroleum hydrocarbon contaminated soils using two different remediation technologies, Sustainability, 12(23), 10078.

상세보기
Lichtenthaler, H.K., 1987, [34] Chlorophylls and carotenoids: Pigments of photosynthetic biomembranes, Methods Enzymol., 148, 350-382.
Lim, S.J., Kim, J.H., Choi, G.H., Kwon, Y.B., Kim, D.H., and Park, B.J., 2013, Germination rate and radicle growth inhibition in crops by total petroleum hydrocarbons (TPH), Korean J. Environ. Agric., 32(4), 273-278.

원문보기 상세보기
Lukic, B., Panicoc, A., Huguenotd, D., Fabbricino M., van Hullebusch, E.D., and Esposito, G., 2017, A review on the efficiency of landfarming integrated with composting as a soil remediation treatment, Environ. Technol. Rev., 6(1), 94-116.

상세보기
Lobet, G., Pages, L., and Draye, X., 2011, A novel image-analysis toolbox enabling quantitative analysis of root system architecture, Plant Physiol., 157(1), 29-39.

상세보기
Maccarrone, M., Veldink, G.A., Vliegenthart, J.F.G., and Agro, A.F., 1997, Ozone stress modulates amine oxidase and lipoxygenase expression in lentil(Lens culinaris) seedlings, FEBS Lett., 408(2), 241-244.

상세보기
OECD, 2003, OECD Guideline for the Testing of Chemicals, Terrestrial Plant Test, 208: Seedling Emergence and Seedling Growth Test.
Ostonen, I., Puttsepp, U., Biel, C., Alberton, O., Bakker, M.R., Lohmus, K., Majdi, H., Metcalfe, D., Olsthoorn, A.F.M., Pronk, A., Vanguelova, E., Weih, M., and Brunner, I., 2007, Specific root length as an indicator of environmental change, Plant Biosyst., 141(3), 426-442.

상세보기
Pape, A., Switzer, C., Mccosh, N., and Knapp, C.W., 2015, Impacts of thermal and smouldering remediation on plant growth and soil ecology, Geoderma, 243-244, 1-9.

상세보기
Picado, A., Nogueira, A., Baeta-Hall, L., Mendonca, E., de Fatima Rodrigues, M., do Ceu Saagua, M., Martins, A., and Anselmo. A.M., 2001, Landfarming in a PAH-contaminated soil, J. Environ. Sci. Health, A36(9), 1579-1588.

상세보기
Schneider, C.A., Rasband, W.S., and Eliceiri, K.W., 2012, NIH Image to ImageJ: 25 years of image analysis, Nat. Methods, 9(7), 671-675.

상세보기
Tang, J., Wang, M., Wang, F., Sun, Q., and Zhou, Q., 2011, Eco-toxicity of petroleum hydrocarbon contaminated soil. J. Environ. Sci., 23(5) 845-851.

상세보기
Tepe, M. and Aydemir, T., 2011, Antioxidant responses of lentil and barley plants to boron toxicity under different nitrogen sources, Afr. J. Biotechnol., 10(53), 10882-10891.

상세보기
Wani, P.A., Khan, Md.S., and Zaidi, A. 2008, Impact of zinc-tolerant plant growth promoting rhizobacteria on lentil grown in zinc-amended soil, Agron. Sustainable Dev., 28(3), 449-455.

상세보기
Yi, Y.M., Oh, C., Kim, G., Lee, C., and Sung, K., 2012, Changes in the physicochemical properties of soil according to soil remediation methods, J. Soil Groundw. Environ., 17(4), 36-43.

원문보기 상세보기
Yi, Y.M., Kim, G., and Sung, K., 2013, Effects of soil remediation methods on the biological properties of soils, J. Soil Groundw. Environ., 18(8), 73-81.

표제어: PCR

동의어: Packet Collision Rate

용어 설명 출처 목록 (6)

용어 설명: PCR은 세균 특이성이 있는 primer를 이용하여 적은 수의 세균이 있을지라도 쉽게 검출할 수 있는 유용한 방법이며, 이를 이용하여 구강 내 치면세균막이나 타액에서 직접 세균을 검출할 수 있게 되었다[8].

내보내기 구분	파일저장 인쇄 메일전송
구성항목	기본정보 상세정보 관리번호, 논문명, 저널/프로시딩명, 저자 , 발행년, 권, 호, 시작페이지, 끝페이지, 발행기관 관리번호, 논문명, 대등논문명, 저자 , 저널/프로시딩명, 발행기관, 발행년, 발행언어, 권, 호, 시작페이지, 끝페이지, ISBN, ISSN, 주제분야, 키워드, 초록(한글), 초록(영문), 저자(소속기관)
저장형식	Text(ASCII format) Excel format RefWorks Direct Export RIS format (for Reference Manager, ProCite, EndNote), Scholar's Aids, Mendeley
메일정보	받는사람 (필수) @ 보내는사람 (선택) @ 제목 내용 KISTI 검색결과 이메일 서비스
안내	총 건의 자료가 검색되었습니다. 다운받으실 자료의 인덱스를 입력하세요. (1-10,000) 검색결과의 순서대로 최대 10,000건 까지 다운로드가 가능합니다. 데이타가 많을 경우 속도가 느려질 수 있습니다.(최대 2~3분 소요) 다운로드 파일은 UTF-8 형태로 저장됩니다. 파일의 내용이 제대로 보이지 않을실 때는 웹브라우저 상단의 보기 -> 인코딩 -> 자동선택 여부를 확인하십시오. ~ Text(ASCII format) Excel format

연합인증