Journal Search Engine
Search Advanced Search Adode Reader(link)
Download PDF Export Citaion korean bibliography PMC previewer
ISSN : 1225-4517(Print)
ISSN : 2287-3503(Online)
Journal of Environmental Science International Vol.26 No.9 pp.1081-1086
DOI : https://doi.org/10.5322/JESI.2017.26.9.1081

Growth Response in Hydroponic Cultured Dracaena braunii Grown under Various Chloride Ion Concentrations

Hye-Mi Son, Ju-Young Park, Young-Han Yoon1), Jin-Hee Ju*
Department of Green Technology Convergence, College of Science Technology, Graduate School of Konkuk University, Chungju 27478, Korea
1)Department of Green Technology Convergence, College of Science Technology, Konkuk University, Chungju 27478, Korea
Corresponding author: Jin-Hee Ju, Department of Green Technology Convergence, Konkuk University, Chungju 27478, Korea +82-43-840-3541jjhkkc@kku.ac.kr
20170731 20170912 20170915

Abstract

The present study was conducted for the purpose of analyzing the growth response of Dracaena braunii treated with chloride ions and to evaluate its salt tolerance. Distilled water (CON) was spiked with 1 (C1), 2 (C2), 5 (C5), 10 (C10) and 15 g/L (C15) CaCl2, respectively. Acidity (pH) and electrical conductivity of hydroponic solution, and leaf width, leaf length, root length, number of leaves, fresh weight, dry weight and the water content of Dracaena braunii were measured. Acidity and electrical conductivity remarkably increased commensurate with increasing concentrations of CaCl2. Growth in the C1 treatment was better than that in CON, whereas the C10 or C15 treatments caused either slow growth or withering of the plants. Fresh weight, dry weight and water content were significantly decreased in response to CaCl2 concentration, compared with those in the control. These results showed that CaCl2 concentration less than 1 g/L may be used as a hydroponic solution for D. braunii, as long as the water quality is not too saline. The chlorine ion has a negative effect on the growth.


수경재배에서 제설제 염소이온 농도에 따른 개운죽 (Dracaena braunii)의 생육반응

손 혜미, 박 주영, 윤 용한1), 주 진희*
건국대학교 대학원 녹색기술융합학과
1)건국대학교 녹색기술융합학과
    Ministry of Science, ICT and Future Planning
    2015R1C1A2A01052633

    1.서 론

    겨울철 폭설과 도로의 결빙으로 인한 피해를 줄이 기 위해 제설제가 살포하고 있다. 제설제는 염소이온 (Cl-)을 함유한 염화나트륨(NaCl), 염화칼슘(CaCl2), 염화마그네숨(MgCl2) 등의 염화물계 제설제와 비염 화물계로 구분된다. 특히, 염화칼슘은 물과 반응하면 Ca2+과 Cl-이온이 증가해 식물체내 과다하게 축적됨 에 따라 광합성 저하, 조기낙엽, 갈변, 황화현상 등의 피해가 발생하게 된다(Shin et al., 2010; Kwon et al., 2014). 또한 도로 포장을 침투해 철근을 부식시키고, 가로변 식재 식물에 비산되어 잎의 황변을 초래할 뿐 아니라 고사 등의 생육장해를 일으킨다(Yang et al., 2008; Kim et al., 2012; Na and Lee, 2014). 염화칼슘 과 식물에 대한 연구로는 염화칼슘 처리에 따른 가로 수나 조경수의 생육·생리적 특성(Kwon et al., 2014; Je and Kim, 2016), 가로변 수목(Park et al., 2011), 농 작물(Choi et al., 2010), 도로변 지피식물(Lee et al., 2013; Ju et al., 2016) 등이 진행되어 왔다. 하지만 대 부분 토양재배 연구들이 주를 이루고 있어 염화칼슘 의 염소이온 농도에 따른 배지 내 직접적인 영향과 생 육반응에 관한 연구는 부족한 실정이다.

    개운죽(Dracaena braunii)은 토경재배와 수경재배 가 모두 가능하며, 우리나라에서는 주로 실내 관상용 수경재배로 활용되고 있다. 이에 본 연구에서는 염화 칼슘 염소이온 농도에 따른 배지환경과 개운죽의 생 육반응을 통해 제설제의 염소이온 농도에 따른 배지 및 식물생육에 미치는 영향을 살펴봄으로써, 제설제 피해지역의 친환경 토양-식물 이행(soil-plant continuum) 관리방안에 있어 기초자료로 활용하고자 한다.

    2.재료 및 방법

    2.1.재료

    2016년 3월부터 12월까지 약 10개월 동안 생장상 (Growth chamber, JSGC-420C, JS Research inc., Korea)에서 수행하였다. 내부 환경조건은 개운죽의 적정한 생육조건을 고려해 온도 23 ± 1℃, 상대습도 70 ± 3%, 광도 1000 lux로 일장 14/10(명/암)시간으로 설정하였다. 수경재배는 250 mL 투명 삼각플라스크 (AO205, Dongsung Science, Korea)를 이용하였다. 제설제 염소이온 농도처리는 개운죽의 한계 염소농도 가 20 g/L로 보고된 것을 반영하여 이보다 낮은 범위 로 설정하였다(Ju et al., 2017). 순도 74%의 분말 염화 칼슘(CaCl2, Oriental Chemical Industries, Korea)을 사용하여 증류수 1 L당 염화칼슘(CaCl2)을 0(CON), 1(C1), 2(C2), 5(C5), 10(C10), 15 g(C15) 등 6가지 처 리구로 조성하였다. 각 처리구 마다 10반복씩 총 60개 의 실험구로 삼각플라스크에 100 mL씩 수용액을 분 배한 후, 하단에 초장 17 ± 2 cm의 개운죽의 뿌리를 안착시켜 고정하였다.

    2.2.방법

    개운죽의 배지 환경의 변화를 알아보기 위한 식재 전·후의 산도(pH)는 pH meter(86505, AZ, Chaina) 를 이용하여 측정하였다. 전기전도도(EC)는 여과지 (Whatman No.2, WF2-1100, UK)로 여과 후 EC meter (CON510, EUTECH instruments, Singapore)를 이용 하여 분석하였다. 또한, 개운죽의 엽장, 엽폭, 엽수, 근 수, 근장, 생중량, 건물중 등을 중심으로 매월 마지막 주에 생육조사를 실시하였다. 엽장, 엽폭, 근장은 디지 털캘리퍼스(Digital calipers, Korea)를 이용하였으며, 엽수는 완전 전개한 잎을, 근수는 5 mm 이상의 뿌리를 각각 육안으로 측정하였다. 생중량은 지상부와 지하부 로 나누어 무게를 잰 뒤 72℃의 열풍건조기(Dry oven, C-DF, CHANGSHIN Sci CO, Korea)에서 48시간 건 조한 후 건물중을 측정하였다. 식물체의 수분함량 (Water content, %)은 {(생중량-건물중) / 건물중} × 100로 계상하였다.

    각 데이터들은 PASW Statistics 18(SPSS Inc., USA) 을 활용하여 유의성 검정-DMRT (Duncan’s Multiple Range Test)를 실시하였으며, 제설제 이온농도처리에 따른 배지환경과 개운죽의 상관관계 분석하였다.

    3.결과 및 고찰

    3.1.생육환경

    개운죽 식재 전의 산도(pH)는 각각 CON 7.28, C1 6.15, C2 7.55, C5 8.52, C10 8.82, C15 9.38 순으로 염화칼슘(CaCl2) 이온농도가 높아질수록 유의하게 증 가하였다. 이러한 결과는 염화칼슘처리 농도가 증가 할수록 산도는 알칼리성이 된다는 기존의 연구와 유 사하였다(Kim et al., 2012). 반면, 식재 후에는 각각 CON 6.72, C1 6.86, C2 7.63, C5 7.44, C10 7.38, C15 7.24로 처리간 유의한 차이를 보이지 않았다.

    전기전도도(EC)는 염화칼슘의 처리농도가 높을수 록 증가하는 경향이 비교적 뚜렷하였다. 식재 전·후의 전기전도도를 살펴보면, 식재 전에는 CON 0.23, C1 0.17, C2 0.32, C5 0.78, C10 1.36, C15 1.94 ds/m로, C15처리구가 1.94 ds/m로 가장 높았고 C1실험구가 0.17 ds/m로 가장 낮았다. 개운죽 식재 후에는 각각 CON 0.01, C1 0.15, C2 0.29, C5 0.72, C10 1.21, C15 1.51 ds/m, C15처리구의 전기전도도가 가장 높았다 (Fig. 2). 산도와 달리 전기전도도에서는 식재 전과 식 재 후의 차이는 확연하지 않았으나 식재 후에 전기전 도도 값이 다소 낮아졌는데 이는 식물의 뿌리호흡으 로 수용액내 이온이 줄어들었기 때문으로 사료된다 (Taiz and Zeiger, 2013). 전기전도도는 물에 용해된 염류 이온은 물속에서 전기 전달능을 가지게 되기 때 문에 염의 농도를 종합적으로 나타내는 지표로서 이 용되고 있다(Oh et al., 2010). Lee et al.(2004)는 절화 장미 수경재배시 배양액의 최적 농도를 1.0~1.5 ds/m 로 보고하고 있어, 개운죽은 C10 처리구까지 생육이 가능하나, 1.9 ds/m 이상인 염화칼슘 15 g 이상에서 생육장해를 일으킬 것으로 예상된다.Fig. 1Fig. 3

    3.2.개운죽(Dracaena braunii)의 생육

    엽장은 6월 CON 7.48, C1 6.94, C2 6.38, C5 6.24, C10 6.13, C15 4.67 cm로 제설제의 염소이온농도가 높아질수록 엽장이 작아지는 경향을 보였다. 7월에는 CON 8.10, C1 7.90, C2 7.2, C5 6.97, C10 6.80, C15 5.64 cm, 8월에는 CON 6.74, C1 6.89, C2 6.07, C5 5.73, C10 5.63, C15 5.49 cm로 7월까지 증가하다가 8 월에 약간 감소하는 경향으로 나타났다. 8월에는 CON보다 C1처리구에서 엽장이 더 넓은 것으로 분석 되었다. 엽폭 또한 엽장과 비슷한 경향으로 나타났다. 6월에는 CON 1.90, C1 1.83, C2 1.84, C5 1.60, C10 1.51, C15 1.16 cm, 7월에는 CON 1.90, C1 1.93, C2 1.90, C5 1.65, C10 1.58, C15 1.27 cm, 8월에는 C1 1.81, CON 1.77, C2 1.63, C5 1.54, C10 1.36, C15 1.27 cm 순으로 좁아졌다. 즉, 염화칼슘 처리농도가 높아질수록 잎의 전개가 늦고 크기가 작아졌는데, 이 는 고농도의 염화칼슘처리가 산딸나무의 잎의 전개 및 확장율을 감소시킨 것으로(Sung et al., 2009) 해석 된다. 또한 염화칼슘 처리 농도가 높아질수록 배지의 삼투포텐셜의 저하로 양분흡수가 낮아지고 특정이온 의 과잉흡수나 흡수장해가 생기는데 기인하는 것으로 판단되었다(Ahn et al., 2011). CON보다 C1 처리구에 서 엽장, 엽폭의 수치가 높았는데, 이는 소량의 염화칼 슘(CaCl2)이 녹으면서 생성된 Ca2+이온이 개운죽의 잎 생육에 긍정적인 영향을 미친 것으로 보인다(Jeong et al., 2015). 엽수의 월별 변화 값은 6월에는 CON 9.5, C1 8.9, C2 11.6, C5 8.0, C10 8.9, C15 7.2개, 7월 에는 CON 11.6, C1 11.5, C2 13.3, C5 11.3, C10 10.5, C15 10.7개로 나타났다. 8월에는 CON 8.3, C1 8.6, C2 9.1, C5 8.0, C10 6.6, C15 7.0개로 C2처리구 의 엽수가 가장 많았다. 하지만 C2처리구의 7월과 8 월 사이에 엽수의 감소가 4.16개로 C1처리구의 2.9개, CON의 3.3개로, 염화칼슘 2 g/L 이상에 장기적으로 노출될 경우, 생육에 부정적인 영향을 줄 수 있음을 시 사하고 있다.

    근장은 CON 13.54, C1 18.60, C2 8.03, C5 4.60, C10 3.02, C15 2.73 cm로 C1처리구가 가장 길었으며, 제설제 염소이온농도가 높을수록 뿌리의 길이가 짧아 지는 것으로 분석되었다. 특히 C1처리구와 C2처리구 의 차이가 10.57 cm로 2 g/L 이상에서는 뿌리의 생장 이 크게 감소한 것으로 나타났다. 이는 배지에 염이 축 적되어 식물체의 지상부 및 지하부의 신장저하 등과 같은 염해증상에 의한 것으로(Kim et al., 2012) 해석 된다. C1처리구의 근장이 CON보다 길었던 이유는 기 존의 증류수보다 CaCl2를 첨가하여 반응하며 생성된 Ca2+가 근장생장에 영향을 주었던 것으로 (Kim et al., 2005) 보고 있다.

    생중량은 CON 23.12, C1 25.02, C2 23.05, C5 23.11, C10 21.57, C15 21.06 g으로, C1 > CON > C5 > C2 > C10 > C15 순으로 나타났다. 건물중은 CON 3.48, C1 4.48, C2 3.98, C5 4.25, C10 4.21, C15 4.23 g으로 나타났다. 전반적으로 C1처리구에서 생중량과 건물중 모두 높은 수치를 보였으나, 생중량이 건물중 보다 좀 더 유의적인 차이가 있는 것으로 분석되었다. 식물체내 수분함량은 CON 5.37, C1 4.68, C2 4.65, C5 4.33, C10 4.22, C15 3.74%로 CON에서 수분함량이 가 장 높았던 반면, C15처리구에서 수분함량이 가장 낮아 제설제 이온 농도처리가 높을수록 유의적으로 감소되 었음을 알 수 있다. 이러한 수분함량의 감소는 건조를 포함한 염 스트레스가 식물체의 광합성과 증산작용을 억제하기 때문인 것으로(Kwon et al., 2014) 판단된다.Fig. 4Table 1Table 2

    3.3.염소이온농도 처리와 식물생육의 상관성분석

    제설제 염소이온 농도처리가 높아질수록 산도와 근수를 제외한 요소들에서 상관관계가 성립되었다. 전기전도도는 0.971로 가장 높은 정의 상관성을, 개운 죽의 엽수, 엽장, 엽폭, 근장에서는 모두 부의 상관성 을 보였다. 특히, 근장은 가장 높은 부의 상관관계 (-0.691)를 보여 제설제 염소이온 농도처리가 근장의 생장에 가장 부정적인 영향을 주는 것으로 해석된다.

    4.결 론

    본 연구는 수경재배에서 제설제 염소이온 농도처 리에 따른 배지환경과 개운죽의 생육반응을 살펴봄으 로써 제설제 피해지역의 친환경 토양-식물 이행 (soil-plant continuum) 관리방안에 있어 기초자료를 제시하고자 수행하였다. 제설제 염소이온 농도처리는 염화칼슘(CaCl2) 0(CON), 1(C1), 2(C2), 5(C5), 10(C10), 15 g(C15) 등 총 6개의 처리구로 조성하여, 배지환경 및 식물생육을 중심으로 분석하였다. 식재 전에는 산도의 범위가 6.14~9.38로 염소이온농도가 높을수록 증가하나, 식재 후에는 6.72~7.24로 약산성 에서 중성으로 나타났다. 전기전도도(EC)는 식재 전 과 후에 각 처리구별 큰 차이는 보이지 않았으나 전반 적으로 염화칼슘(CaCl2) 농도처리가 높을수록 전기전 도도가 증가하는 경향이 매우 뚜렷하였다. 엽장, 엽폭, 근장 모두 C1처리구가 CON보다 높은 수치를 보인 반 면, C10, C15처리구에서 감소하거나 고사하는 것으 로 조사되었다. 염화칼슘 2 g/L 이상에서 엽수의 감소 현상이 비교적 뚜렷하였다. 전반적으로 C1처리구에 서 생중량과 건물중 모두 높은 수치를 보였으나, 생중 량이 건물중보다 좀 더 유의적인 차이가 있는 것으로 분석되었다. 이러한 결과는 제설제 염소이온 농도처 리가 1 g/L 이하에서는 배지환경과 생육에 부정적인 영향을 주지 않으나, 장기적인 수경재배 시 그 이상의 농도에서는 친환경적 관리기법이 적용되어야 함을 보 여주고 있다.

    감사의 글

    이 논문은 정부(미래창조과학부)의 재원으로 한국 연구재단의 지원을 받아 수행된 기초연구사업임(No. 2015R1C1A2A01052633).

    Figure

    JESI-26-1081_F1.gif

    Difference of initiate value acidity between after planting ware subjected to calcium chloride (CaCl2) treatments. Mean separation within columns by Duncan’s multiple range test at 5% level. Vertical bars represent mean ± standard error. CON; CaCl2 0 g/L, C1; CaCl2 1 g/L, C2; CaCl2 2 g/L, C5; CaCl2 5 g/L, C10; CaCl2 10 g/L, C15; CaCl2 15 g/L.

    JESI-26-1081_F2.gif

    Difference of initiate value electric conductivity between after planting ware subjected to calcium chloride (CaCl2) treatments. Mean separation within columns by Duncan’s multiple range test at 5% level. Vertical bars represent mean ± standard error. CON; CaCl2 0 g/L, C1; CaCl2 1 g/L, C2; CaCl2 2 g/L, C5; CaCl2 5 g/L, C10; CaCl2 10 g/L, C15; CaCl2 15 g/L.

    JESI-26-1081_F3.gif

    Change in leaf length (A) and leaf width (B) of Dracaena braunii were subjected to calcium chloride (CaCl2) treatments. Vertical bars represent mean ± standard error. CON; CaCl2 0 g/L, C1; CaCl2 1 g/L, C2; CaCl2 2 g/L, C5; CaCl2 5 g/L, C10; CaCl2 10 g/L, C15; CaCl2 15 g/L.

    JESI-26-1081_F4.gif

    Root length Dracaena braunii were subjected to calcium chloride (CaCl2) treatments. Mean separation within columns by Duncan’s multiple range test at 5% level. Vertical bars represent mean ± standard error. CON; CaCl2 0 g/L, C1; CaCl2 1 g/L, C2; CaCl2 2 g/L, C5; CaCl2 5 g/L, C10; CaCl2 10 g/L, C15; CaCl2 15 g/L.

    Table

    Fresh weight, dry weight and water content by calcium chloride (CaCl2) treatments

    z: Mean separation within columns by Duncan’s multiple range test at 5% level
    y: CON; CaCl2 0 g/L, C1; CaCl2 1 g/L, C2; CaCl2 2 g/L, C5; CaCl2 5 g/L, C10; CaCl2 10 g/L, 15; CaCl2 15 g/L

    Correlation analysis of substrate condition between plant growth as affected by calcium chloride (CaCl2) treatments

    *: The correlation of coefficient is significant at the 0.05 level
    **: The correlation of coefficient is significant at the 0.01 level

    Reference

    1. Ahn B K , Kim K C , Kim D H , Lee J H (2011) Effects of soil water potential on the moisture injury of rubus coreanus Miq , and soil properties. Kor. J. Soil Sci. Fert, Vol.44 (2) ; pp.168-175
    2. Choi Y S , Lee K M , Seo G S , Kim M K , Hwang Y S (2010) Effect of preharvest treatment of CaCl2 and alkaline-reduced water on the quality of oyster mushroom during storage , Kor. J. Agric. Sci, Vol.37 (3) ; pp.355-360
    3. Han H J (2016) A Study on deicers and environment certificated deicers verification, M. A. Degree, Hanyang University,
    4. Je S M , Kim S H (2016) Effects of CaCl2 on gas exchange and stomatal responses in the leaves of prunus serrulata , J. Kor. For. Soc, Vol.105 (3) ; pp.303-308
    5. Jeong E J , Lee N K , Yum E J , Nam K , Oh J S , Kim Y S , Park J Y , Kim S J , Jeong Y S (2015) Effect of calcium chloride on the texture of pickled radish wrap , Kor. J. Food Preserv, Vol.22 (3) ; pp.452-457
    6. Ju J H , Son H M , Yoon Y H (2017) Responses of substrates and salt stress on Dracaena braunii to high chloride ions concentrations in ornamental hydro -culture , J. People Plants Environ, Vol.20 (2) ; pp.117-123
    7. Ju J H , XU H , Park J Y , Choi E Y , Yoon Y H (2016) Evaluation of salt tolerance of Liriope platyphylla and Pachysandra terminalis to deicing salt (CaCl2) concentration in winter , Kor. J. Environ. Ecol, Vol.30 (4) ; pp.651-657
    8. Kim I Y , Chang T H , Lee Y S (2005) Effects of foliar spray of calcium chloride on calcium concentrations in leaf and fruit tissues of 'Nishimurawase' and 'Fuyu' persimmon rees and fruits storability , Kor. J. Hort. Sci. Technol, Vol.23 (3) ; pp.293-300
    9. Kim S H , Cho J H , Sung J H (2012) The properties of tree damage due to calcium chloride, 12-01 , Korea Forest Research Institute, ; pp.1-15
    10. Kwon M Y , Kim S H , Sung J H (2014) The responses of growth and physiological traits of acer triflorum on calcium chloride (CaCl2) concentration , Kor. J. Environ. Ecol, Vol.28 (5) ; pp.500-509
    11. Lee H J , Young E Y , Park K S , Lee Y B , Bea J H , Jeon K S (2004) Effect of EC and pH of nutrient solution on the growth and quality of single-stemmed rose in cytted rose production factory , J. Bio-Environ. Control, Vol.13 (4) ; pp.258-265
    12. Lee S Y , Kim W T , Ju J H , Yoon Y H (2013) Effect of calcium chloride concentration on roadside ground cover plant growth , J. Kor. Inst. Landsc. Archit, Vol.41 (4) ; pp.17-23
    13. Na O P , Lee J S (2014) Prediction of chloride penetration into concrete pavement under deicing chemicals , J. Kor. Soc. Hazard Mitig, Vol.14 (2) ; pp.77-83
    14. Oh S E , Son J S , Ok Y S , Joo J H (2010) A Modified methodology of salt removal through flooding and drainage in a plastic film house soil , J. Soil Sci. Fert, Vol.43 (5) ; pp.565-571
    15. Park J H , Park B G , Kim M J , Park S G , Lee C H , Kim J H (1999) Study on growth characteristics ofSaururus Chinensis Baill , Kor. J. Plant. Res, Vol.12 (2) ; pp.120-124
    16. Park W J , Park M O , Kim Y H , Gu B H (2011) A Study on the growth characteristics and improvement strategies of trees in Guro, Seoul , J. Kor. Inst. Landsc. Archit, ; pp.124-127
    17. Shin S S , Park S D , Kim H S , Lee K S (2010) Effects of calcium chloride and eco-friendly deicer onthe plant growth , J. Kor. Soc. Environ. Eng, Vol.32 (5) ; pp.487-498
    18. Sung J H , Je S M , Kim S H , Kim Y K (2009) Effect of Calcium Chloride (CaCl2) on the characteristics of photosynthetic apparatus, stomatal conductance, and fluorescence image of the leaves of Cornus kousa , Kor. J. Agric. For. Meteorol, Vol.11 (4) ; pp.143-150
    19. Taiz L , Zeiger E (2013) Plant physiology, Life Science Publishing Co, ; pp.103289-124326
    20. Yang E I , Kim M Y , Park H G (2008) Field investigation of chloride penetration and evaluation of corrosion characteristics for deicer , J. Kor. Soc. Hazard Mitig, Vol.8 (6) ; pp.47-52