도로변 토양 환경을 고려한 자생식물 식재 도입 전략 연구 = A study on the introduction strategies of native plants based on roadside soil environmental conditions

다국어 초록 (Multilingual Abstract)

Plantation in roadside soil enhances the aesthetics, plays a significant role in improving the roadside environment, and even serves as a buffer zone. However, recent research has shown that heavy metals emitted from road vehicles are being carried into roadside soil. Heavy metals entering the soil can have significant health effects on humans and inhibit plant growth performance. Furthermore, roadside soils are often unfavorable to plant growth due to high pH and physical compaction.
Recent revisions to the Act on the creation and furtherance of arboretums and gardens introduced mandatory planting of native plants. This has made planting native plants in roadside soils mandatory. However, research on Korean native plants with excellent adaptability to roadside soil conditions remains limited.
Therefore, this study aimed to evaluate the heavy metals absorption capacity and applicability of native plants suitable for Korean soils in roadside environments. In this study, we conducted experiments on native species such as Carex pumila Thunb., Carex blepharicarpa Franch., Arundinella hirta var. ciliata (Thunb.) Koidz., Pennisetum alopecuroides (L.) Spreng. ‘Bonfire’, exotic species such as Carex oshimensis ‘Evergold’ and Calamagrostis brachytricha. These six plants were planted in heavy metals-contaminated soil and roadside soil to select those with superior heavy metals uptake capacity and applicability in roadside environments. In each pot experiment, changes in available heavy metals content in the soil, aboveground and underground plant biomass, elongation, heavy metals content in the plants, and a plant stress factor were analyzed. The bioaccumulation factor and translocation factor, and the amount of heavy metals uptake by each plant were then calculated.
The experimental results showed that in both heavy metals-contaminated soil and roadside soil, soil pH decreased due to organic acids excreted from plant roots, and this lower pH increased the availability of heavy metals in plant-available forms. In heavy metals-contaminated soils, plant heavy metals contents tended to be high in Cyperaceae, but A. hitra, a native Korean gramineae plant, showed the highest uptake for all heavy metals. Growth rates and aboveground biomass in roadside soils were also statistically significantly higher for A. hitra. Lipid peroxide analysis in heavy metals-contaminated soils revealed that A. hitra had the second-lowest values, confirming its lower level of heavy metals stress compared to other plants.
Therefore, A. hitra, with its superior heavy metals uptake and biomass, is considered a viable candidate for introduction into roadside soils with potential heavy metals contamination. High biomass is associated not only with heavy metals uptake but also with enhanced growth in harsh environments such as roadside soils. Therefore, further research is needed to identify ways to enhance the growth of A. hitra when applying it to roadside soils.

국문 초록 (Abstract)

도로변 토양에 식물을 식재하는 것은 미관을 조성하고, 도시 환경 개선에 큰 역할을 하며, 완충지대로의 기능도 한다. 하지만 최근 도로 위 차량으로부터 발생하는 중금속이 도로변 토양으로 유입된다는 연구 결과가 보고되고 있다. 토양으로 유입된 중금속은 인체에 유입될 시 건강에 미치는 영향이 크며 식물에 유입될 시 생장을 저해한다. 또, 도로변 토양은 높은 pH와 물리적 답압 등 식물 생육에 불리한 면이 있다.
최근 수목원 · 정원의 조성 및 진흥에 관한 법률이 개정되며 자생식물의 의무 식재가 도입되었고, 이에 도로변 토양에 자생식물의 식재가 필수화되었으나 아직 도로변 토양 환경 적용성이 우수한 우리나라 자생식물에 관한 연구는 부족한 실정이다. 따라서 본 연구에서는 우리나라 환경에 적합한 자생식물을 대상으로 중금속 흡수능 및 도로변 토양에서의 적용성을 평가하고자 하였다.
본 연구에서는 Carex pumila Thunb, Carex blepharicarpa Franch, Carex oshimensis ‘Evergold’, Arundinella hirta var. ciliata (Thunb.) Koidz., Pennisetum alopecuroides (L.) Spreng. ‘Bonfire’, Calamagrostis brachytricha을 대상으로 실험을 진행하였다. 위 식물 6종을 중금속 오염 토양 및 도로변 토양에 식재하여 중금속 흡수능력 및 도로변 환경에서의 적용성이 우수한 종을 선별하고자 하였다. 각 포트 실험에서 토양 내 유효태 중금속 함량 변화, 지상·지하부 식물 생체량, 성장률, 식물체 내 중금속 함량, 그리고 식물 스트레스 인자인 지질 과산화물을 분석하였다. 이후 식물체 내 중금속 생축적지수, 이동계수 및 식물별 중금속 흡수량을 산출하였다.
실험 결과 중금속 오염 토양과 도로변 토양 모두 식물 뿌리에서 배출되는 유기산으로 인해 토양 pH가 감소하였으며, 낮아진 pH가 식물이 이용할 수 있는 형태의 중금속을 증가시켰다. 중금속 오염 토양에서 식물체 내 중금속 함량은 전반적으로 사초과에서 높은 경향을 보였으나, 흡수량은 국내 벼과 자생식물인 A. hitra가 모든 중금속에 대해 가장 높았다. 도로변 토양에서의 성장률 및 지상부 생체량 역시 A. hitra가 통계적으로 유의하게 높았다. 중금속 오염 토양에서 지질 과산화물 분석 결과 A. hitra는 두 번째로 낮은 값을 나타내 중금속에 의한 스트레스 정도가 다른 식물에 비해 낮음을 확인하였다. 따라서 중금속 오염 조건에서의 중금속 흡수량과 도로변 토양에서의 식물 생육을 고려하였을 때 국내 벼과 자생식물인 A. hitra를 도로변 토양에 도입하기 용이할 것으로 판단된다.

목차 (Table of Contents)

• Ⅰ. 서론 1
• Ⅱ. 연구사 3
• 1. 도로변 토양 특성 3
• 2. 도로변 토양 중금속 4
• 3. 자생식물 6
• Ⅲ. 재료 및 방법 8
• 1. 공시 토양 및 공시 식물 선정 8
• 1.1 공시 토양 선정 및 채취 8
• 1.2 공시 식물 선정 및 수집 12
• 2. 실내 포트 실험 13
• 2.1 실험 포트 구성 13
• 2.2 식물 생육조사 13
• 3. 토양 시료 분석 14
• 3.1 물리적 특성 분석 14
• 3.1.1 내수성 입단화 14
• 3.2 화학적 특성 분석 14
• 3.2.1 pH 14
• 3.2.2 EC 15
• 3.2.3 유기물 15
• 3.2.4 유효인산 15
• 3.2.5 교환성 양이온 16
• 3.2.6 토양 총 중금속 16
• 3.2.7 토양 유효태 중금속 16
• 3.2.8 용존 유기 탄소 함량 16
• 4. 식물체 분석 17
• 4.1 식물체 전처리 17
• 4.2 식물체 중금속 17
• 4.3 식물체 MDA 함량 17
• 5. 식물체 계수 산정 18
• 6. 통계분석 18
• Ⅳ. 결과 및 고찰 19
• 1. 중금속 오염 토양 포트 실험 19
• 1.1 토양의 이화학적 특성 19
• 1.2 식물 생육 21
• 1.3 식물체 내 중금속 함량 23
• 1.4 중금속 오염 토양에서의 BF와 TF 25
• 1.5 중금속 오염 토양에서의 식물별 중금속 흡수량 27
• 1.6 MDA 31
• 2. 도로변 토양 포트 실험 33
• 2.1 토양의 이화학적 특성 33
• 2.2 식물 생육 36
• 2.3 식물체 내 중금속 함량 39
• 2.4 도로변 토양에서의 BF와 TF 41
• 2.5 도로변 토양에서의 식물별 중금속 흡수량 43
• 3. 도로변 내 자생식물 식재량 도출 46
• Ⅴ. 결론 48
• Ⅵ. 참고문헌 49
• Abstract 65