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제방 환경 조건에서 베타글루칸-잔탄검 계열 바이오폴리머가 식물 생장 및 경쟁에 미치는 영향
정형순(Hyungsoon Jeong),신혜지(Haeji Shin),장하영(Ha-young Jang),김은석(Eunsuk Kim) 응용생태공학회 2020 Ecology and resilient infrastructure Vol.7 No.3
최근 미생물 유래 베타클루칸과 잔탄검을 주성분으로 하는 바이오폴리머는 제방 사면을 안정화할 뿐 만 아니라, 하천 식생의 생장을 촉진하는 친환경 신소재로 활발히 연구되고 있다. 그러나 다양한 환경요인과 개체간 경쟁관계가 존재하는 제방 환경에서 바이오폴리머가 식물 군집에 주는 영향은 알려져 있지 않다. 따라서 본 연구에서는 바이오폴리머의 실제적인 생태성 평가를 목적으로, 바이오폴리머가 식물 생장 촉진에 미치는 영향을 제방 환경에서 확인하고, 경쟁관계가 식물 군집 형성에 미치는 영향을 고려하여 경쟁조건에 따른 바이오폴리머 효과도 조사하였다. 연구 목적을 위하여 4종의 식물종 (돌피, 수크령, 익모초 그리고 큰금계국)을 대상으로 전라남도 담양군 삼지교 부근의 자연 제방 (20 m x 10 m)에서 종내/종간 경쟁 조건에 따른 바이오폴리머 효과를 실험하였다. 바이오폴리머 처리는 바이오폴리머 분말, 물, 일반 상토를 일정 비율로 혼합한 바이오폴리머 혼합토를 화분에 채우거나 일반상토 화분의 표면에 3 cm 두께로 도포하는 방법이 사용되었다. 경쟁 조건과 관계없이 바이오폴리머 처리로 대상 식물종들의 뿌리 생육이 촉진되었고 잎의 건중량 대비 엽면적이 감소하였다, Ehgks 수크령의 총 생물량과 지상부 건중량이 증가하였다. 대상종들의 총생물량과 지상부 건중량은 경쟁조건에서 대조구에 비해 감소하였지만, 이러한 경쟁 효과는 모든 바이오폴리머 처리군에서 유사하게 나타났다. 따라서 바이오폴리머는 토양과 혼합되었을 때 일부 식물종의 생장을 촉진시키지만, 식물의 경쟁능력에는 영향을 주지 않는 것으로 보인다. A biopolymer based on microorganism-derived β-glucan and xanthan gum is being studied as a new eco-friendly material that stabilizes the riverbank slope, and also promotes vegetation growth. However, it is still inconclusive whether biopolymers have a positive effect on plant performance in the riverbanks which are subjected to various climatic factors and plant competitions. For a practical ecological evaluation of the biopolymers, their effect on plant growth promotion was studied in a natural environment. Considering the relationship between competition and plant community formation, the effects of biopolymers on competition were also investigated. For four plant species (Echinochloa crus-galli, Pennisetum alopecuroides, Leonurus japonicus, and Coreopsis lanceolata), the biopolymer effects under intra/interspecific competition were tested at the riverbank (20 m × 10 m) near Samjigyo Bridge in Damyang-gun, Jeollanam-do. A biopolymer powder was mixed with water and commercial soil following the manufacturer’s recommendations. The soil mixed with the biopolymer was filled in a pot or applied to the surface of the commercial soil with a thickness of 3 cm. Across the competition treatments, the biopolymer treatment promoted root growth of the target plant species and decreased the specific leaf area. The total biomass and shoot dry weight of P. alopecuroides increased in response to the biopolymer treatment. The competition treatment decreased the total biomass and shoot dry weight compared to the case without competition. Notably, such a competitive effect was similar in all the biopolymer treatments. Thus, biopolymers, when mixed with soil, promote the growth of some plant species, but do not appear to affect the competitive ability of plants.
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바이오폴리머 신소재가 하천 자생 식물 발아 및 생장에 주는 영향
안주희(Joo Hee An),정형순(Hyungsoon Jeong),김은석(Eunsuk Kim) 응용생태공학회 2018 Ecology and resilient infrastructure Vol.5 No.3
하천 제방의 토양 안정화 물질의 하나로, 미생물 유래 베타글루칸과 잔탄검 계열 바이오폴리머를 사용하고자 하는 연구가 현재 진행중이다. 본 연구의 목적은 바이오폴리머 신소재의 생태성 평가의 일환으로, 바이오폴리머가 국내 하천에 자생하는 식물의 씨앗 발아 및 생육에 미치는 영향을 평가하는 것이다. 낙동강과 영산강에 자생하는 총 9종의 식물을 대상으로 시험한 결과, 발아율, 총 건중량, 지상부 건중량, specific leaf area 등 지상부 형질에서는 식물종 별로 다양한 바이오폴리머에 대한 반응을 나타냈다. 애기똥풀의 총 건중량과 지상부 건중량은 감소한 반면 타 식물종들은 건중량을 유지하거나 다소 증가시켰다. 반면 대상 식물종들의 뿌리 생장 (뿌리 길이, 지상부 대비 지하부 건중량)은 바이오폴리머가 처리된 토양에서 증가하는 경향을 보였다. 이러한 결과로 보아, 본 연구에서 시험된 바이오폴리머는 토양 강화 효과와 함께 자생 식물의 뿌리 생장을 촉진시켜, 제방을 강화시키는 역할을 할 것으로 기대된다. 그러나 화학물질들에 대한 식물 반응의 종 특이성을 고려할 때, 보다 광범위한 식물종을 대상으로 하는 연구가 필요할 것이다. Biopolymer based on microbial β-glucan and xanthan gum is a rising geotechnical material that can enhance the cohesion between soil particles and consequently reduce soil erosion. Recently, biopolymer is proposed to utilize for the riverbank strengthening. As an effort of the ecological assessment of biopolymer application in civil engineering, this study examined the effects of biopolymer on seed germination and growth of nine plant species inhabiting in the Korean riverside. Responses of above-ground growth to the biopolymer differed among plant species. One species grew less but others maintained their growth when plants were grown in the soil with biopolymer. In contrast, root grew more vigorously and root/shoot ratio decreased in the biopolymer across testing plant species. These results indicate that biopolymer application on the river bank likely stimulate root growth of native plant species, which, in turn, possibly reinforces riverbank. Species specific responses of above-ground growth implies that ecological effects of biopolymer application would depend on the species composition of the ecosystem.
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