백양터널 절개지의 식물군락이 도시환경에 미치는 영향

Abstract

자동차 배기가스로 토양 산성화, 중금속 오염이 심각한 백양터널 절개지에서도 생육이 양호한 우점식물을 조사하여 식물분포, 우점식물의 토양미생물과 이산화질소의 양과의 상관관계, 토양중금속오염과 우점식물의 중금속 흡수정도를 밝혀 도시환경 보전을 위해 대기오염과 중금속오염이 심각한 지역에 적용할 수 있는 조경식물을 발굴하고자 방안을 모색하였다. 백양터널 절개지 위치별로 서식하는 식물종류와 식물분포도 조사, 백양터널 절개지의 14지점의 이산화질소 농도 측정, 백양터널 절개지 토양의 일반성분 및 중금속 함량, 식물체 무기성분 및 중금속 축적함량, 토양미생물 개체수 조사, 이산화질소의 농도에 따른 식물체의 반응을 조사하였다. 연구결과 백양터널 절개지의 식물종은 목본식물이 25종, 초본식물이 78종이 조사되었다. 터널 바로 위 절개지A지역에서 목본식물 중 우점종은 산딸기, 오리나무, 소나무, 싸리나무 순이었으며, 초본식물의 우점종은 훼스큐(큰김의털), 환삼덩굴, 달맞이꽃, 쑥, 돌콩 순이었다. 백양터널 절개지의 대기 중의 이산화질소 농도와 토양 중 질산태질소 함량과 이산화질소산화세균은 유의성 있는 정의상관을 나타냈다. 식물별 미생물 개체수를 살펴보면 질소고정 미생물의 평균 개체수는 주홍서나물 17.11×10^(6)CFU/g, 훼스큐 14.18×10^(6)CFU/g, 돌콩 12.01×10^(6)CFU/g 순으로 많았다. 대기 중의 이산화질소와 토양 중 이산화질소 산화세균과의 관계는 정의상관을 나타내었으며, 토양중의 이산화질소는 Nitrobacter라는 질산화산화세균에 의해 질산성 질소로 변화되어 작물 양분으로 이용되는데 이산화질소 산화세균의 평균 개체수는 주홍서나물 35.10×10^(5)CFU/g, 돌콩 26.89×10^(5)CFU/g, 훼스큐 25.29×10^(5)CFU/g 순으로 많았다. 대기오염 지역에 질소고정과 이산화질소를 산화시켜 도시환경을 정화시키고 미관도 유지할 수 있는 적정 식물은 주홍서나물, 돌콩, 훼스큐 등으로 판단되었다. 식물의 평균 Cu함량은 돌콩이 10.2mg/kg, 쑥이 9.01mg/kg으로 높은 함량을 나타낸 반면 달맞이꽃은 0.95mg/kg으로 낮은 수치를 나타냈다. 평균 Cd함량은 주홍서나물이 2.05mg/kg, 큰금계국이 2.0mg/kg으로 높았고 달맞이꽃은 0.68mg/kg으로 낮은 수치를 보였다. 평균 Cr함량은 달맞이꽃이 99.68mg/kg으로 가장 높은 함량을 나타냈으며, Ni 평균함량은 자주개자리가 40.50mg/kg, 개망초가 40mg/kg으로 높았다. 평균 Pb함량은 주홍서나물과 쑥이 각각 85.00 및 82.70mg/kg으로 높은 수치를 나타낸 반면 패랭이꽃은 20.27mg/kg으로 가장 낮은 함량을 나타냈다. 식물별로 흡수한 중금속 평균함량 중 Cu는 쑥, Cd는 주홍서나물, Cr은 달맞이꽃, Ni는 자주개자리, Pb는 주홍서나물과 쑥이 높아 특정중금속이 오염된 지역에 적용할 수 있는 식물군으로 판단되었다. 식물을 이용한 중금속오염 물질 제거는 처리비용절감과 인건비 절감에서 지속적이고 장기적으로 이루어져야 하기 때문에 목본식물에 대한 연구가 절실하여 터널절개지라는 특수한 자연환경에서 중금속 축적종을 선별하여 중금속오염물질을 제거하고자 목본식물을 대상으로 2차 연구를 하게 되었다. 오염도가 심한 터널 우측 절개지에 서식하는 우점종인 산딸기나무, 오리나무, 소나무는 생육연수별로 비교하고, 비우점종인 굴피나무, 참싸리, 굴참나무는 5년생을 선정하여 토양 무기성분과 중금속함량, 식물체의 무기성분 및 중금속 흡수량, 토양 미생물과 미생물체량의 상관관계를 비교분석하였다. 목본식물의 근권 토양은 유기물함량이 과수원토양보다 3배 높았다. 토양의 유기물 함량은 Cu 및 Pb와 고도의 부의상관, 토양 Cd 함량과는 정의상관을 나타냈으며, 목본식물을 이용한 중금속 제거 기술을 적용할 때 과도한 유기물과 Ca시용을 억제해야 될 것으로 생각되었다. 목본식물의 중금속 함량 중 Cd와 Cu는 뿌리, Cr, Pb, Hg는 가지에, Ni, As는 가지나 뿌리에 함량이 높은 경향이었다. 소나무의 중금속 중에 다른 목본식물에 비해 총흡수량이 많은 것은 Cd, Cr, Ni, Hg, As으로 생육연수가 길어질수록 정의상관을 나타냈으며, 특히 Hg 총흡수량은 다른 목본식물에 비해 월등히 높아 Hg로 오염된 토양에 적용하면 탁월한 효과가 있을 것으로 판단되었다. Cd, Cr, Ni, Hg, 및 As가 오염된 토양에는 소나무를, Cu 및 Pb가 오염된 토양에는 오리나무를 적용하면 특정중금속을 제거하는데 효과적일 것으로 판단되었다.

This paper is about flora that currently grow over the steep incline of Baekyang Tunnel; their ability to reduce soil acidification and heavy metal contamination in the area; and landscaping options available to help make Busan a cleaner place. Initially, 14 test sites were chosen and measurements taken of their existing conditions. Measurements included plant species; plant distribution; population of soil microorganisms; concentration of nitrogen dioxide and heavy metals in the soil; the common elements, as well as the concentration of heavy metals, in the plants. There were 25 woody and 78 herbal species of plants found. The dominant woody plants were Rubus crataegifolius, Sarix japonica, Pinus thunbergii and Lespedeza bicolor. The dominant herbal plants were Festuca arundinacea, Humulus japonicus, Oenothera odorata, Artemisia princeps var. orientalis and Glycine soja. Crassocephalum crepidioides, Festuca arundinacea and Glycine soja were the plants with most nitrogen dioxide oxidation microbes in the soil around them compared to nitrogen dioxide in the air. The most efficient absorbers of heavy metals were as follows: Artemisia princeps var. orientalis, - Cu and Pb; Crassocephalum crepidiodes - Cd and Pb; Oenothera odorata - Cr and Medicago sativa - Ni. However, all of the above plants removed all of the heavy metals to some extent. More research is needed, and a long term strategy must be developed, but landscaping with these plants promises to reduce costs associated with pollution. The correlation between heavy metal levels and mineral components in the soil, mineral components and accumulation of heavy metals in plants and type of microbes and microbial mass came out in favor of 5 year old varieties of Platycarya strobilacea, Lespedeza cyrtobotrya and Quercus variabilis, bringing up classified by the number of years of Rubus crataegifolius, Sarix japonica, Pinus thunbergii. The heavy metals Cd and Cu tended to accumulate in the roots while Cr, Pb, and Hg accumulated in the branches. Ni and As accumulated in both the roots and the branches. Phytoremediation is expected to be an effective technique for returning soil to a cleaner state. Pinus thunbegii was the overall highest accumulator of heavy metals Cd, Cr, Ni and As, compared with other woody plants and was an especially effective accumulator of Hg. It is recommended that it be planted in areas with high levels of these metals. Sarix japonica is recommended for high levels of Cu and Pb.