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ISSN : 1225-4517(Print)
ISSN : 2287-3503(Online)
Journal of Environmental Science International Vol.30 No.3 pp.235-243
DOI : https://doi.org/10.5322/JESI.2021.30.3.235

Growth of Dendranthema zawadskii in Chloride-containing De-icing Salt Areas Upon Treatment With Soil Amendments

Jin-Hee Ju, Ji Yang1), Sun-Young Park1), Yong-Han Yoon*
Department of Green Technology Convergence, College of Science Technology, Konkuk University, Chungju 27478, Korea
1)Department of Green Technology Convergence, College of Science Technology, Graduate School of Konkuk University, Chungju 27478, Korea
*Corresponding author: Yong-Han Yoon, Department of Green Technology Convergence, College of Science Technology, Konkuk University, Chungju 27478, Korea Phone : +82-43-840-3538 E-mail : yonghan7204@kku.ac.kr
04/01/2021 31/01/2021 01/02/2021

Abstract


This study was conducted to investigate the growth of Dendranthema zawadskii in damaged soils when they are treated with improvement agents. The treatments consisted of a control (unamended field soil) and the application of a loess ball of 1 cm to the field soil. According to the degree of damage the de-icing agent had caused, the soils were divided into 3 areas (based on the yellowing of Pinus densiflora for. multicaulis in soil surveys): H (high saline), M (medium saline), and L (low saline). A total of six treatments were performed: D. zawadskiia plant without soil amendment (H; high saline soil, M; medium saline soil, L; low saline soil), and a D. zawadskiia plant with loess ball on the soil surface (H.L; high saline soil with loess ball, M.L; medium saline soil with loess ball, L.L; low saline soil with loess ball). The results showed that D. zawadskiia growth went from highest to lowest in the order: M.L > L.L > M > L > H.L > H. Plant growth results showed that soils treated with soil amendments (loess ball) were better for D. zawadskii growth than untreated soils.



제설제 피해지에서 토양개량제 처리에 따른 구절초의 생육특성 비교

주 진희, 양 지1), 박 선영1), 윤 용한*
건국대학교 녹색기술융합학과
1)건국대학교 대학원 녹색기술융합학과

    1. 서 론

    겨울철 도로 위에 눈이나 얼음을 제거하는 용도로 사 용되는 제설제는 안전한 도로조건을 만들기 위하여 필수 적이다. 제설제로 사용되는 화합물의 종류는 염화물계 제설제, 비 염화물계 제설제, 염화마그네슘아세테이트 (CMA, Calcium Magnesium Acetate), 유기산염(CMO, calcium magnesium salt of organic acids) 등으로 구분 되며((Kim and Yang, 2017), 염화물계 제설제로는 염 화칼슘, 염화나트륨, 염화마그네슘 등이 있으며 비 염화물 계로는 초산칼슘, 초산마그네슘, 초산나트륨, 초산칼륨 등이 있다(Park et al., 2018). 현재 국내의 대부분 도로 에서는 습염(pre-wetted) 살포방식을 적용하고 있으며 주로 염화칼슘, 염화나트륨과 같은 염화물계 제설제를 사용하고 있다(Lee et al., 2008). 습염 살포방식은 기존 고체형 염화칼슘 대신 염화칼슘 수용액에 고체 염화나트 륨을 혼합하여 살포하는 방법으로 염화물계 제설제 살포 는 저렴하고 융빙 효과가 좋아 가장 널리 사용되고 있는 제설방법이다(Kim and Yang, 2016). 그러나 주성분인 나트륨, 염소이온 등은 도로주변 토양에 누적되고(Kim et al., 2012), 토양에 다량 존재하는 염 성분은 경우에 따 라 토양의 통기성 및 투수성을 불량하게 하거나 식물에 독성을 일으키기도 하고 양분 흡수 불균형을 일으키는 등 환경에 부정적인 영향을 미친다(Lee et al., 2018). 이 러한 제설제 오염토양에 대한 피해를 줄이기 위하여 대 체 제설제 사용, 비료 및 석고도포 등 몇 가지 방안이 제 시되어 왔지만 낮은 제빙효율과 안전 및 환경적 단점 때 문에 보편화되지 못하고 있는 실정이다(Akbar et al., 2016). 최근 염에 대한 내성이 있는 식물개발 연구와, 토 양의 이화학성을 개선할 수 있는 토양개량제에 대한 연 구가 다양하게 시도되고 있다(Negrão et al., 2017). Heo and Lee(2017)는 산업부산물인 폐유기산과 칼슘계부산 물을 반응시켜 친환경 액상 제설제를 제조하고 특성을 분석하였고, Kim et al.(2018)은 우리나라에서 재배되는 천연염분을 함유한 아이스 플렌트(ice plant) 식물이 제 설제의 기능을 할 수 있는지와 얼음결정의 성장을 억제 해 액체 상태를 유지하는 부동단백질을 이용해서 친환경 제설제로 사용 가능한지 탐구했다. Park et al.(2018)은 염화물 수용액에 자작나무 수액을 이용하여 부식성 저감 효과를 조사하였다. 국내에서 친환경 제설제는 환경부에 서 제정한 환경표지 인증기준 EL610 규격을 만족해야 하는데 이 규격은 강재부식, 콘크리트 동결 융해, 융빙, 유기화합물의 생분해도, 수생환경 유해성 등에 대한 시 험을 통해 사용 환경에 대한 유해성이 낮음을 입증해야 한다(Park et al., 2018). 따라서 비용이 적게 들며 환경 영향을 최소화 할 수 있는 개량제의 적용이 필요하다고 볼 수 있겠다. 국내의 경우 염화물계 제설제 피해를 방지 하기위한 토양개량제에 관련된 연구는 다수 진행되어 왔 으나 장소선정과 처리량에 한정되어 있으며, 도로변 초 화류 생육에 미치는 영향에 대한 현장 특성이 반영된 적 용성 평가에 대한 연구는 부족한 실정이다. 이에 본 연구 는 도로변 제설제 오염토양에서 토양개량제 처리에 따른 구절초의 생육에 미치는 효과를 검토하여 제설제 피해지 토양에 활용할 수 있는 방안을 마련하고자 실험을 수행 하였다.

    2. 연구범위 및 방법

    2.1. 연구대상지

    2.1.1. 제설제 피해지

    본 연구는 충북 충주시에 위치한 도로변 중앙분리대 반송 화단에서 2019년 4월부터 9월까지 수행하였다. 충 주시청에서 제공한 최근 4년의 제설제 살포량은 다음과 같다(Table 1). 염화칼슘보다 염화나트륨이 약 2~4배 더 많은 양이 살포되었으며, 2017년에 1,722 ton으로 가장 많이 살포되었고, 2018년에는 716 ton으로 비교적 적은 양이 살포되었다. 대상지의 제설제 피해정도에 대한 분 류는 염분이 토양에 존재할 경우 식물의 생장을 저해하 고 고농도의 Cl-에 의해 잎의 황백화 현상이 진행된다는 선행연구의 발표를 근거로(Hong et al., 2015) 도로변 반송(Pinus densiflora for. multicaulis)의 엽끝이 황변 한 것을 기준으로 반송의 수관을 아래에서 위로 보았을 때 엽이 31~60% 황변한 구역을 상(high), 26~30% 황 변한 구역을 중(medium), 황변하지 않았거나 25% 황변 한 구역을 하(low) 세 구역으로 분류하였다. 연구 대상지 토양의 실험 전 환경조건을 조사하기 위하여 1:5의 비율 로 물로 침출한 용액의 이화학 특성은 다음과 같다 (Table 2). pH는 H (6.74), M (6.69), L (6.39)였으며, 전기전도도는 H (1.23), M (1.12), L (1.04) μS·cm-1였 다. 토양의 염류계 교환성 양이온 함량은 Ca2+이 H (8.52), M (7.82), L (7.63) 였고, Mg2+는 H (1.30), M (1.18), L (1.06), K+는 H (0.23), M (0.23), L (0.22), Na+는 H (0.46), M (0.46), L (0.39) cmolc·kg-1으로 H 구역의 Ca2+과 Mg2+ 농도가 높고 K+는 구역별 큰 차이 를 보이지 않았다.

    2.1.2. 토양개량제 및 식물재료

    본 실험에 공시식물로 사용된 구절초(Dendranthema zawadskii)는 국화과에 속하는 다년생 식물로 분화용 및 화단조성과 도로조경에 많이 이용되고 있다(Shin et al., 2006). 2019년 4월에 충남 천안시 소재 식물원에서 초 장 10 cm의 비교적 규격이 균일한 식물재료를 구입한 후 온실에서 일주일간 순화시킨 뒤 2019년 4월에 재식거리 80 × 20 cm로 정식하였다. 초기 뿌리 정착을 돕기 위해 식재 후 3일간 충분한 관수를 하였으며, 이후 현장 적용 성을 알아보기 위하여 자연관수에 의존하였다. 토양개량 제는 황토볼(Hwangto-Ball, YKbio, Korea)을 사용하 였으며 처리량은 14 kg / 10 a로 시용하였다. 황토볼은 황토분말을 소성하여 제조한 것으로 다층 다공질로 되어 있어 물리적 흡착능력이 뛰어나며, 다양한 식재기반에 이용되는 장점이 있다(Jeong et al., 2017). 본 실험에는 직경 5.0~8.0 mm의 대립을 사용하였다. 또한 높은 수분 보유력을 지니고 있어 식물생육에 긍정적 효과를 준다고 보고되었다(Na et al., 2013).

    2.2. 연구방법

    2.2.1. 실험구 조성

    실험구 조성은 연구대상지인 도로변 제설제 피해지 현장 토양에 10 m(L) × 10 m(W) × 0.6 m(H) 규격으로 정식 하였으며 20 cm × 20 cm 간격으로 10구씩 3반복 정식하여 H, M, L 각 구역에 구절초 단일처리, 구절초와 황토볼 함께 처리로 구분하여 총 180구 식재 하였다. 실 험구의 구분은 식물재료를 단일 식재한 구역(H; high saline soil M; medium saline soil, L; low saline soil) 과 식물을 식재하고 토양 표면에 토양개량제 황토볼 (loessball)을 높이 1~2 cm로 멀칭한 구역(H.L; high saline soil with loessball, M.L; medium saline soil with loessball, L.L; low saline soil with loessball) 총 6개의 처리구로 조성하였다(Fig. 1). 생육측정 항목은 공 시식물인 구절초를 제설제 피해정도에 따라 각 처리구별 로 3등분하여 반복구를 두어 생육 조사를 하였다. 각 반 복구에서 3개의 엽을 선택하여 식물체 생육 조사 후 평균 하였고, 생육조사와 분석은 각 항목에 대해서 동일한 사 람이 수행하였다. 초장(plant height), 엽장(leaf length), 엽폭(leaf width), 경경(stem diameter), 엽수(number of leaves)는 식재 후 4개월이 경과한 8월에 측정하였으 며 상대엽록소 함량(chlorophyll content)은 정식 후 2주 간격으로 현장조사 하였다. 생체중과 건물중은 식재 후 5 개월이 경과한 9월에 식물체를 수거 한 뒤 생체중을 측정 하였고 70℃ 드라이오븐(C-DF, Chang-shin Sci CO, Korea)에서 더 이상의 수분이 존재하지 않을 때까지 건 조시킨 뒤 건물중을 측정하였다.

    2.2.2. 통계분석

    본 연구에서 수집된 데이터는 PASW Statistics 25 (SPSS Inc., Chicago, IL, USA)을 이용하여 일원배치 분산분석(One-way ANOVA)을 실시한 후, Duncan’s multiple range test를 통해 5% (p ≤ 0.05) 수준에서 통 계학적 유의성을 검정하였다.

    3. 결과 및 고찰

    3.1. 식물생육

    3.1.1. 초장, 엽장, 엽폭, 엽수, 경경

    구절초의 생육은 대조구에 비교하여 토양개량제 황토 볼을 적용한 처리구에서 전반적으로 우수한 생육을 보였 다. 초장은 제설제 피해 하(low) 구역에서 대조구 13.12 cm에 비해 황토볼 처리구에서 15.14 cm로 높았으며, 중 (medium) 구역은 대조구와 황토볼 처리구값의 차이가 크지 않았다. 제설제 피해 상(high) 구역은 대조구 11.93 cm에 비해 황토볼 처리구에서 13.21 로 높았다. 엽장과 엽폭에서도 이와 비슷한 경향을 보이며 제설제 피해정도 에 따라 L > M > H 순으로 높았으며 대조구보다 황토볼 처리구에서 우수한 생육결과를 보였다. 엽에서는 부분적 인 기공폐쇄와 함께 이산화탄소의 흡수가 감소되어 광합 성 효율 감소에 의한 생장저하(Byun et al., 2011)가 발 생한다. 또한 식물의 엽 내에 Cl-와 Na+함량이 과도하게 많을 경우에는 양분흡수, 호흡, 수분흡수에 부작용을 일 으킨다(Han et al., 2004). 따라서 염화칼슘 피해가 높은 H구역의 엽장이 가장 불량한 것으로 판단된다. 경경은 모든 처리구가 간소한 차이를 보이며 비등한 값을 보였 으나 대조구보다 황토볼 처리에서 좀 더 높은값을 보였 다. 엽수에서는 하(low) 구역과 중(medium) 구역에서 모두 대조구보다 황토볼 처리구에서 높은값을 보였으나 상(high) 구역은 대조구에서 더 높은 결과를 보였다. 제 설제로 인해 토양층에 염류가 집적하게되면 토양 내 삼 투압이 증가하여 수목 뿌리로부터 토양용액의 흡수가 저해되어 식물생육이 억제가 된다(Storey, 1995;Byun et al., 2011). 조경 식물의 경우, 초기 염분의 전형적인 증상은 잎 괴사, 생육부진, 엽의 손상이며 뜨겁고 건조한 환경에서 증상은 심하다(Niu and Cabrena, 2010). 토량 개량제로 사용한 황토볼은 규산계(Silicate)에 속사는 점 토광물로 이온치환용량(Ion exchange capacity)이 높고, 다공질의 층간구조를 이루고 있기 때문에 입자의 내부에 도 H2O가 출입하는 현상이 일어나 수분보유력이 높다 (Choi and Lee, 2013). 이와같은 이유로 황토볼을 처리 한 L.H처리구에서 생육결과가 가장 우수하였다고 판단 되었다.

    3.1.2. 생존율

    도로변 제설제 피해지 토양에 구절초 식재후 4개월 후 인 8월의 생존율은 다음과 같다(Fig. 2). M.H(93..33%), L.H(90.00%), M(86.6%), L(80.0%), H.H(76.66%), H(33.3%)으로 피해정도가 높을수록 생존율은 낮았고 구절초 단일식재 처리구보다 황토볼 처리구에서 전반적 으로 생존율이 우수하였다.

    3.2. 생리특성

    3.2.1.엽록소 함량

    실험기간동안 식재 후 20일부터 100일 까지 약 4개월 의 구절초의 엽록소 함량은 다음과 같다(Fig. 3). 토양의 제설제 피해정도에 따른 상, 중, 하 구역의 상대엽록소 함 량은 뚜렷한 차이를 보였다. 구절초 식재 후 20일 경과시 상대엽록소 함량은 L(38.36), L.L(38.36), M(38.32), M.L(38.32), H(38.46), H.L(38.46)으로 비슷한 경향을 보이다가 식재 후 60일에는 L(45.17), L.L(46.48), M(41.67), M.L(44.38), H(40.16), H.L(41.30)으로 꾸 준한 상승세를 보이며 모든처리구에서 전반적으로 증가 하였다. 특히 L, M, H 각 구역의 구절초 단일 식재 처리 구와 구절초, 황토볼 함께 처리한 식재구와 상대엽록소 함량에서 뚜렷한 경향을 보이고 있어 황토볼은 상대엽록 소 함량 증가에 긍정적 영향을 미치는 것으로 사료되었 다. 식재 후 60일에 모든 처리구에서 최고값을 보이다가 식재 후 80일에는 전반적으로 감소하는 경향을 보였는데 이는 생육시기가 진행될수록 잎의 노화가 진행되고 엽록 소함량도 감소하는 현상인 것으로 보인다(Oh et al., 2010).

    3.2.2. 생체중, 건조중

    구절초의 생체중은 지상부에서 L.H, M.H, L, M, H.H, H (15.63, 13.87, 14.17, 10.87, 10.75, 8.60 g) 순 으로 나타났고, 지하부 에서는 L.H, L, M.H, H.H, M, H (7.06, 6.16, 6.04, 5.25, 5.22, 3.78 g)으로 나타났다. 건 물중은 지상부 H, H.H, M, M.H, L, L.H (1.8, 2.21, 2.09, 2.90, 2.73, 3.11 g)로 L.H에서 가장 높았으며, H 에서 저조하였다. 지하부에서는 H, H.H, M, M.H, L, L.H (0.83, 1.23, 1.18, 1.64, 1.36, 1.62 g)으로 M.H 처 리구와 L.H처리구가 비슷한 수준으로 높았으며, H처리 구에서 가장 낮았다(Fig. 4). 토양 내 과도한 염분함량은 양분흡수를 담당하는 세근의 뿌리로부터 탈수 (dehydration)현상을 일으켜 뿌리손상에 따른 수분과 양 분흡수를 저해한다(Byun et al., 2011). 식물을 이용한 정화기법에서 식물의 생육과 건물중은 토양정화 효과와 밀접한 관계가 있으며(Ju et al., 2011). 경제적인 식물상 정화법을 위해서는 식물소재 지상부의 건물중 생산량이 우수할 때 효과적이라고 볼 때(Kwon et al., 2019), 본 연구의 결과는 지상부의 생체중이 지하부보다 전반적으 로 2~3배 높은 것으로 보아 구절초는 식물 정화기법의 식물재료로 적합하다는 것을 보여주는 결과라 판단된다.

    한편, 황토볼의 주성분인 이산화규소(Sio2)는 식물 필 수원소에 포함되지는 않지만 선행연구에서 이산화규소 를 원예식물에 적용한 연구에서 각종 영양생리에 대한 효과가 있는 것으로 나타났다(Ahn et al., 2014). 본 연 구의 결과 황토볼 처리구가 구절초 단일 식재처리구보다 생체중, 건물중이 우수하였던 이유는 카네이션과 칼랑코 재배시 규산질 비료를 사용한 결과 뿌리의 생체중, 건물 중 그리고 엽 두께등이 증가하였고(Bae et al., 2010), 양 분 흡수를 도와 식물생육을 촉진하는 효과가 있었다는 선행연구의 발표와 유사한 결과였다(Ahn et al., 2014).

    4. 결 론

    본 연구는 제설제 피해지 염류토양에서 구절초 (Dendranthema zawadskii)생육에 대한 토양개량제의 영향을 구명하기 위해 수행되었다. 실험 결과 무처리구 와 비교하여볼때 토양개량제 황토볼 처리시 구절초의 엽 장, 엽폭, 엽수의 생육이 증가하였고, 특히 경경에서 유의 적 차이를 보였다. 생존율은 M.L > L.L > M > L > H.L > H 순으로 황토볼을 처리한 구역이 구절초 단일 식재한 처리구보다 우수한 값을 보였다. 이러한 결과로 보아 토 양개량제 황토볼은 제설제 피해지역 토양에서 식물생육 에 긍정적인 영향을 미쳐 효율성이 뛰어난 것으로 나타 나 추후 제설제 피해지에 토양개량제로 적용 가능할 것 이라 사료된다.

    감사의 글

    이 논문은 2020년도 건국대학교 KU학술연구비 지원 에 의한 논문입니다.

    Figure

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    The schematic diagram for filed application experiment.

    JESI-30-3-235_F2.gif

    Survival rate of the Dendranthema zawadskii affected by degree of decing agent damage by soil amended agent‘Loess ball'. H; high saline soil, H.L; high saline soil with loess ball, M; medium saline soil, M.L; medium saline soil with loess ball, L; low saline soil, L.L; low saline soil with loess ball.

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    Chorophy contents of the Dendranthema zawadskii affected by degree of deicing agent damage. Vertical bars give the standard error (se) of the mean. Different letters indicate significant different among treatments at p ≤ 0.05 by Duncan’s multiple range test. H; high saline soil, H.L; high saline soil with loess ball, M; medium saline soil, M.L; medium saline soil with loess ball, L; low saline soil, L.L; low saline soil with loess ball.

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    fresh weight and Dry weight of the Dendranthema zawadskii affected by degree of deicing agent damage. Vertical bars give the standard error (se) of the mean. Different letters indicate significant different among treatments at p ≤ 0.05 by Duncan’s multiple range test. H; high saline soil, H.L; high saline soil with loess ball, M; medium saline soil, M.L; medium saline soil with loess ball, L; low saline soil, L.L; low saline soil with loess ball.

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    Photograph of Dendranthema zawadskii growth by loess ball treatment in soil affected by deicing agent. H; high saline soil, H.L; high saline soil with loess ball, M; medium saline soil, M.L; medium saline soil with loess ball, L; low saline soil, L.L; low saline soil with loess ball.

    Table

    The amount of spraying of deicing agent over the past four years in the Chungju-si

    Soil chemical characteristics in study sites

    Growth characteristics of leaves and stems of Dendranthema zawadskii grown in soil treated with Loess-ball in august

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