해당화 식재에 따른 간척지 토양 특성 변화에 관한 연구 = A Study on Changes in Soil Properties of Reclaimed Land by Planting Rosa rugosa

국문 초록 (Abstract)

식물은 토양의 물리·화학적 환경을 개선하는데 중요한 역할을 하며, 특히 식물의 뿌리는 토양 미생물과 상호작용하며 토양 생태계를 구성한다. 이러한 식물의 능력은 척박한 환경에서도 지속 가능한 조경 공간을 만들어내고 식생을 구성 및 유지하는데 핵심적인 역할을 담당한다. 새만금 간척지 토양은 높은 염도와 식물의 생육에 부적합한 이화학적 환경으로 인해 염생식물 등의 일부 식물만이 자생할 수 있어 적합한 식물을 선정하여 장기적인 토양의 개량의 관점에서 식재하는 것이 필요하다. 본 연구에서는 내염성을 가진 식물의 하나이고, 심미적인 조경 가치를 가지고 있으며, 약용식물로 활용되어 온 해당화(Rosa rugosa)를 국립새만금수목원 예정지 토양에 식재함으로써 해당화가 척박한 토양의 이화학적 성분 및 미생물 군집에 미치는 영향을 분석하고, 이를 통해 조경 및 고부가가치 약용식물로서의 가치를 검증하고자 하였다.

국립 새만금 수목원 예정부지에서 채취한 토양의 현탁액을 LB배지에 접종하여 혐기 및 호기적으로 배양하고 생성된 콜로니를 취하여 16S rRNA 유전자를 기반으로 균주를 동정하였다. 같은 토양에 해당화를 4주간 식재하여 재배한 후, 식재한 토양과 식재하지 않은 토양의 pH, 전기전도도, 유기물 함량, 유효인산, 치환성 양이온(칼륨, 칼슘, 마그네슘, 나트륨), 총질소 등 토양 이화학적 성분을 비교·분석하였다. 그리고, NGS(next generation sequencing)법을 활용하여 해당화 근권 토양과 비식재 토양 간의 미생물 군집 변화를 검토하였다. 미생물 군집 변화는 전체 균주에 대한 비율로 계산하여 종(species), 속(genus), 과(family), 목(order), 강(class), 문(phylum) 각각의 상위 20개를 통계처리하였다. 또한, 새만금 토양에서 해당화를 재배하였을 때, 약용식물로서의 가치 변화를 검증하기 위하여 식재 전후의 뿌리 총페놀성분을 분석하여 비교하였다.

LB배지에서 생성된 콜로니는 유전자 분석을 통해 Bacillus velezensis, Bacillus paramycoides, Bacillus paranthracis와 Priestia megaterium으로 동정되었다. 토양의 이화학적 분석에서는 해당화의 식재에 의해 pH와 전기전도도, 치환성 나트륨이 유의적으로 낮아진 것이 확인되었다. 미생물 군집분석에서 해당화를 식재하지 않은 토양과 식재한 토양을 비교하였을 때, phylum수준에서는 Pseudomonadota와 Thermodesulfobacteriota의 유의적인 증가, Myxococcota와 Nitrospirota 유의적인 감소가 관찰되었다. Class수준에서는 Alphaproteobacteria 등에서 유의적인 변화가 보였으며, 특히, Desulfuromonadia는 채취한 그대로의 토양과 해당화를 식재하지 않은 토양에서는 낮은 비율로 관찰되었으나 해당화를 식재하였을 때, 크게 증가하였다. Order수준에서는 Geobacterales를 포함한 8개의 order에서 유의적인 변화가 관찰되었으며, family수준에서는 Geobacteraceae, Lysobacteraceae, Micromonosporaceae, Zoogloeaceae에서 유의적인 변화가 관찰되었다. Lysobacteraceae는 비율이 감소하였으며, 나머지 3개는 증가하였다. Genus수준에서는 해당화를 식재하지 않은 토양과 식재한 토양을 비교하였을 때, Novosphingobium, Tumebacillus, Citrifermentans, Streptomyces, Hyphomicrobium의 유의적인 변화가 관찰되었다. 또한, species수준에서는 Citrifermentans bemidjiense, Litorilinea aerophila 각각 유의적인 증가와 감소가 관찰되었다. 해당화 뿌리의 총페놀 성분을 분석하였을 때, 새만금 토양에 식재한 뿌리에서 총페놀의 유의적인 감소가 확인되었다.

본 연구를 통해 해당화가 척박한 매립지 토양의 이화학적 환경을 개선하고 미생물 군집의 변화를 유도함을 확인할 수 있었다. 해당화의 심미적인 측면과 약용식물로서의 부가가치를 고려할 때, 조경용 식물과 유용 작물로서 새만금 지역에 해당화를 식재할 수 있다는 가능성과 토양 생태계의 안정화라는 측면에서도 해당화의 가치를 확인할 수 있었다.

목차 (Table of Contents)

• 1. 서론 1
• 2. 연구 재료 및 방법 5
• 2-1. 실험에 사용한 재료 5
• 2-2. 균주 분리를 위한 배양 6
• 2-3. 균주의 분리 및 동정 6
• 2-4. 해당화의 식재 및 토양 시료 채취 6
• 2-5. 통계분석 8
• 2-6. 토양분석 8
• 2-7. 총 폴리페놀 함량측정 13
• 3. 결과 14
• 3-1. 새만금 토양의 미생물 배양 14
• 3-2. 새만금 토양에서 분리된 균주 15
• 3-3. 해당화 식재에 따른 토양 성분의 변화 16
• 3-4. 해당화 식재에 따른 토양 미생물 군집 변화 26
• 3-5. 새만금 토양에 식재한 해당화 뿌리의 총 폴리페놀 함량 변화 73
• 4. 고찰 74
• 5. 결론 82
• 6. 참고문헌 84
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