KR20070097622A - Soil improver with white-rot fungi and methods of using thereof for plant restoration and recover of heavy metals contaminated soil around abandoned mine area - Google Patents
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Abstract
Description
도 1은 부숙 촉진 미생물인 백색 목재 부후균의 투입 여부에 따른 부숙온도 변화를 보인다. Figure 1 shows the change in temperature according to whether the white wood rot fungi as a maturity promoting microorganism.
도 2는 토양개량제 시비에 따른 선발 수목의 엽록소 함량 차이를 보인다. Figure 2 shows the chlorophyll content difference of the selected trees according to the fertilizer fertilizer application.
도 3은 토양개량제 시비에 따른 선발 수목의 생장 반응 차이를 보인다. Figure 3 shows the growth response of the selected trees according to the fertilizer fertilizer application.
(A)는 토양개량제 0cc 처리; (B)는 토양개량제 500cc 처리 (A) 0cc soil improver treatment; (B) 500cc soil improver
도 4는 토양개량제 시비에 따른 선발 수목의 지상부 및 지하 근권부의 발달 모습을 보인다. (A)는 토양개량제 0cc 처리; (B)는 토양개량제 500cc 처리; (C)는 토양개량제 1000cc 처리 Figure 4 shows the development of the ground and underground root zone of the selected trees according to the fertilizer application. (A) 0cc soil improver treatment; (B) the soil improver 500cc treatment; (C) the soil improver 1000cc treatment
도 5는 셀룰로오스 페브릭 에세이 방법을 이용하여 조사한 토양개량제 시비에 따른 석탄 토양에서의 미생물 활력도 차이를 보인다. Figure 5 shows the difference in microbial vitality in the coal soil according to the fertilizer fertilizer application investigated using the cellulose fabric assay method.
도 6은 토양개량제 시비 후 시간 경과에 따른 유출수 내의 유해 중금속 농도 변화를 보인다. Figure 6 shows the change in the concentration of harmful heavy metals in the runoff over time after fertilizer application.
본 발명은 토양개량제 및 이의 이용방법에 관한 것으로서, 본 발명에 따라 제조된 토양개량제는 폐광 산림지의 식물 생장을 촉진하고, 상기 식물에 의한 폐광지의 중금속 제거가 촉진된다. 더욱 상세하게는, 하수 슬러지와 톱밥의 원료물질에 톱밥을 분해할 수 있는 백색부후균을 첨가하여 제조되는 토양개량제에 관한 것으로서, 상기 토양개량제는 폐광산림지의 식물생장을 촉진하고, 폐광지의 중금속을 제거하는데 우수한 효과를 가진다. The present invention relates to a soil improving agent and a method of using the same, and the soil improving agent prepared according to the present invention promotes plant growth of abandoned mine forests, and promotes the removal of heavy metals from the abandoned mines by the plants. More specifically, the present invention relates to a soil improving agent prepared by adding white rot fungi capable of decomposing sawdust to raw materials of sewage sludge and sawdust, wherein the soil improving agent promotes plant growth of waste mine forests and removes heavy metals from waste mines. Has an excellent effect on removal.
우리나라는 산업발달과 생활수준 향상으로 물 사용량의 증가에 따른 하·폐수양의 증가로 다량의 슬러지(sludge)가 발생하고 있다. 슬러지(sludge)는 오염원의 하나로서 외부환경을 오염시키지 않기 위하여 농축, 탈수 , 건조 등의 처리로 고체화시켜 땅속에 매립하거나, 슬러지 수송선으로 운반하여 먼 해양에 투기하는 형식으로 슬러지(sludge)를 처리함으로써 이에 많은 경비가 소요되며 토양 및 해양의 환경오염 문제가 발생하고 있다. In Korea, a large amount of sludge occurs due to the increase in the amount of sewage and wastewater caused by the increase in water consumption due to industrial development and improved living standards. Sludge is one of the contaminants, and it is solidified by treatment such as concentration, dehydration, and drying so as not to pollute the external environment, and it is disposed in the ground or transported by sludge transporter to be disposed of in the distant ocean to treat sludge. As a result, a lot of expenses are required, and environmental pollution of soil and ocean occurs.
슬러지(sludge)에는 저농도의 오염물질이 다종 함유되어 있으나, 다량의 유기물질이 함유되어 유기물 자원으로서 충분한 가치가 있음에도 재활용되는 슬러지(sludge)는 2.9%에 불과하다. 국내에서는 농·축산 부산물을 부숙하여 재활용하거나, 이를 하수슬러지와 혼합하여 농업용 비료 등으로 이용한 기술과 광산피해지 토양과 하수오니를 조합함으로써 발생하는 상승효과를 연구한 예는 있으나, 이것은 모두 실험실 차원이었다. Sludge contains many kinds of low concentrations of pollutants, but only 2.9% of sludge is recycled even though it contains a large amount of organic substances and is worth as an organic resource. In Korea, there is an example of studying the synergistic effect caused by combining and recycling agricultural and livestock by-products, or by mixing it with sewage sludge and using it as agricultural fertilizer and mine damage soil and sewage sludge. It was.
활성슬러지와 톱밥을 이용하여 토양개량제를 제조하는 기술은 한국특허출원 1999-0023234호, 한국특허출원 2000-0028866호, 한국특허출원 2000-0008634호, 한국특허출원 1997-0075288호에 개시되어져 있고, 활성슬러지에 톱밥과 효모균을 첨가하여 부숙시키는 기술이 한국특허출원 1995-0007037에 개시되어져 있다.Techniques for producing soil improving agent using activated sludge and sawdust are disclosed in Korean Patent Application No. 1999-0023234, Korean Patent Application No. 2000-0028866, Korean Patent Application No. 2000-0008634, Korean Patent Application No. 1997-0075288, The technique of adding sawdust and yeast bacteria to activated sludge is disclosed in Korean Patent Application No. 1995-0007037.
상기와 같이 톱밥을 오니에 첨가하여서 부숙시키는 기술은, 부숙시 톱밥을 넣어서 통기성을 증가시켜 부숙을 촉진하나, 톱밥이 셀룰로오스, 헤미셀룰로오스, 리그닌으로 구성되어져 있어서, 셀룰라아제, 리그닌나아제를 내는 특정한 미생물만이 분해가 가능한 난분해성으로, 부숙시 수분, 온도 등의 환경조건에 따라 부숙되지 않은 문제점이 있었다. 이에 본 발명자들은 이러한 문제점을 해결하기 위하여, 부숙 초기 단계에 톱밥 및 톱밥을 분해할 수 있는 백색부후균을 첨가하면 부숙이 활발하게 일어나는 것을 발견하고 발명을 완성하였다.As mentioned above, the technology of adding sawdust to sludge to promote slaughter is to increase the air permeability by putting sawdust into the sludge, but the sawdust is composed of cellulose, hemicellulose and lignin, so that only certain microorganisms producing cellulase and ligninase This decomposition is hardly decomposable, there was a problem not acquainted with the environmental conditions such as moisture, temperature during the housing. In order to solve this problem, the present inventors have found that the addition of white fungi capable of decomposing sawdust and sawdust in the early stages of maturation resulted in vigorous maturation and completed the invention.
본 발명은 상기 기술의 문제점을 해결하기 위하여, 슬러지와 톱밥이 첨가된 원료물질이 빠르고, 충분하게 부숙된 토양개량제를 제조하는 것을 목적으로 한다. 본 발명의 또 다른 목적은 상기 토양개량제를 이용하여 폐광지의 토양을 개량하여 식생을 복원하는 방법을 제공하는 것을 목적으로 한다. 본 발명의 또 다른 목적은 상기 토양개량제를 이용하여 폐광지의 중금속을 제거하는 방법을 제공하는 것을 목적으로 한다. In order to solve the problems of the above technology, an object of the present invention is to prepare a soil improver that is sludge and sawdust added raw material is fast, sufficiently mature. Another object of the present invention is to provide a method for restoring the vegetation by improving the soil of the waste mine using the soil improving agent. Still another object of the present invention is to provide a method for removing heavy metals from waste paper using the soil improving agent.
상기한 목적을 위하여, 본 발명의 제 1 태양은 슬러지 및 톱밥분해물을 포함하고, 슬러지 및 톱밥분해물 단위 그람당 107이상의 백색목재부후 곰팡이를 포함하는 토양개량제를 제공한다. 슬러지 및 톱밥분해물의 단위그람당 107미만인 경우에는 톱밥의 부숙과정이 느려지거나 충분히 부숙되지 못한 결과를 가져온다.For this purpose, a first aspect of the present invention provides a soil improver comprising sludge and sawdust degradation products, comprising 10 7 or more white woody mildew fungi per gram of sludge and sawdust degradation products. If the sludge and sawdust decomposition products are less than 10 7 grams per unit gram of sawdust, it will result in a slower or insufficiently mature sawdust.
백색목재부후균은 목재에 셀룰로오스, 헤미셀룰로오스, 리그닌을 분해할 수 있는 균류를 말한다. 백색목재부후균은 Trametes 속, Pleurotus 속, Phanerochaete 속, Fusarium 속, 및 Phanerochaete 속에서 선택되어질 수 있다. 보다 바람직하게는 Trametes versicolor, Pleurotus ostreatus, Phanerochaete sordida, Trametes hirsutus, Fusarium culmorum, 및 Phanerochaete chrysosporium으로 이루어진 그룹에서 선택되어진 하나 이상의 균주를 포함할 수 있다.White wood fungi are fungi that can degrade cellulose, hemicellulose, and lignin in wood. White wood fungi can be selected from the genus Trametes , Pleurotus , Phanerochaete , Fusarium , and Phanerochaete . More preferably, it may include one or more strains selected from the group consisting of Trametes versicolor, Pleurotus ostreatus, Phanerochaete sordida, Trametes hirsutus, Fusarium culmorum, and Phanerochaete chrysosporium .
본 발명의 토지개량제는 슬러지와 첨가소재를, 바람직하게는 초기함수비율이 65~67% 범위가 되도록 혼합한 것을 적정온도에서 부숙시킴으로써 얻어진다. The land modifying agent of the present invention is obtained by ripening a mixture of sludge and additive material, preferably such that the initial water content is in the range of 65 to 67% at an appropriate temperature.
슬러지와 톱밥을 혼합한 후 초기함수율이 65~67% 범위에서 부숙온도 기준으로 정상적인 부숙이 진행되었으며, 이때의 톱밥 혼합 비율은 30, 40, 50%로 나타났다. 톱밥 30% 혼합시 최고 부숙온도는 약 52℃, 톱밥 40% 혼합 시는 약 54℃, 톱밥 50%는 약 69℃로 나타났으며 이때의 부숙 전 유기물 함량은 각각 60, 63, 67%로 측정되어 유기물 함량이 부숙 최고온도에 정의 상관관계를 갖는 것으로 나타났다. 그러하지만, 슬러지의 수분함량이 79%이상이 되는 경우에는 톱밥 혼합비가 30%가 되어도 부숙에 적정한 초기 함수율인 65~67%를 넘게 되어 부숙온도가 50℃ 이상으로 상승하지 못하여 적정 부숙이 이루어지지 않으므로 부숙 재료간 적정 혼합비는 혼합 초기 함수율(65~67%)로 판단하여야 한다는 결론을 얻었다. After the sludge and sawdust were mixed, normal housing was progressed based on the housing temperature in the initial water content range of 65 ~ 67%, and the sawdust mixing ratio was 30, 40, 50%. The maximum cooking temperature of
본 발명의 제 2 태양은 슬러지 및 톱밥을 포함하는 기질에, 백색목재부후 곰팡이를 접종하는 것을 특징으로 하는 토양개량제 제조방법을 제공한다. 상기 백색목재 부후균은 Trametes versicolor, Pleurotus ostreatus, Phanerochaete sordida, Trametes hirsutus, Fusarium culmorum, Phanerochaete chrysosporium 및, 기탁번호 KCCM 10725P로 이루어진 그룹에서 선택되어지는 어느 하나 이상인 것을 특징으로 하는 토양개량제 제조방법을 제공한다. 상기 백색목재부후균 외에 추가적으로 슬러지 발효 세균를 접종하는 것을 포함할 수 있다.The second aspect of the present invention provides a method for producing a soil improver, inoculating a substrate comprising sludge and sawdust, inoculated with white woody mildew. The white wood fungus provides a soil improving agent manufacturing method characterized in that any one or more selected from the group consisting of Trametes versicolor, Pleurotus ostreatus, Phanerochaete sordida, Trametes hirsutus, Fusarium culmorum, Phanerochaete chrysosporium and Accession No. KCCM 10725P. . In addition to the white wood fungi may include inoculating sludge fermented bacteria additionally.
본 발명의 제 3의 태양은 상기 토양개량제를 폐광지의 토양으로 도입하는 것을 특징으로 하는 식생복원 방법을 제공한다. 바람직하게는 상기 폐광지의 표토의 석탄토양에 대한 토양개량제의 비율이 25 중량% 이상 되도록, 상기 토양개량제를 상기 석탄토양위로 피복하는 방법을 제공한다. According to a third aspect of the present invention, there is provided a method for restoring a vegetation, wherein the soil improving agent is introduced into the soil of waste mines. Preferably it provides a method of covering the soil improver on the coal soil so that the ratio of the soil improver to the coal soil of the topsoil of the waste mine is at least 25% by weight.
본 발명에 있어서 표토란, 토양생성작용에 의해 모재로부터 토양이 생성되면 어느 정도 명확한 층이 발달되는데 특히 토양표면은 기후의 영향을 크게 받아 층위의 분화가 활발히 일어나 층단면을 이루게 된다. 층단면은 하부로부터 ①암반층(R층), ②토양생성작용을 거의 받지 않은 모재층(C층), ③토양내 여러 물질이 침전되고 집적되는 집적층 (B층), ④광물질이 부식화된 유기물과 혼합된 암흑색의 용탈층(A층) ⑤가장 윗부분의 유기물층(O층)으로 구성되어 있다. 이 중 표토는 부식화된 유기물이 광물질과 혼합된 암흑색의 용탈층 (A층)을 의미하는데 이 층은 양분흡수, 보유능력이 뛰어나 식물생육에 적합하다. 표토는 평균 30cm, 두꺼운 곳은 1m 정도에 이른다. In the present invention, when the soil is formed from the base material by soil production, a clear layer is developed to a certain extent. Especially, the soil surface is strongly influenced by the climate, and the differentiation of the layer occurs actively to form a layered section. The cross section is ① rock layer (R layer), ② base material layer (C layer) which is hardly affected by soil production, ③ integrated layer (B layer) where various substances are deposited and accumulated in soil, ④ mineral is corroded. It is composed of dark black dissolution layer (A layer) ⑤ mixed with organic substance (O layer) at the top. Among these, the topsoil is a dark black dissolution layer (A layer) in which corroded organic matter is mixed with minerals. This layer is suitable for plant growth due to its excellent nutrient absorption and retention capacity. The topsoil is 30cm on average and 1m thick.
본 발명의 제 4의 태양은 상기 토양개량제를 폐광지의 토양으로 도입하는 단계; 및 중금속 제거능 있는 식물을 상기 토양개량제가 도입된 토양에 식재하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 폐광지 중금속 제거 방법을 제공한다. 보다 바람직하게는 상기 폐광지의 표토의 석탄토양에 대한 토양개량제의 비율이 25 중량% 이상 되도록, 상기 토양개량제를 상기 석탄토양위로 피복한다. 상기 중금속 제거능이 있는 식물은, 박달나무, 거제수나무, 소나무, 물푸레나무, 쇠물푸레나무, 진달래, 병꽃나무, 당단풍, 철쭉꽃, 호랑버들, 자작나무, 버드나무, 오리나무, 국수나무, 함박꽃나무, 작살나무, 고로쇠나무, 신갈나무, 참개암나무 및 피나무로 이루어진 그룹에서 하나 이상 선택된다. A fourth aspect of the present invention includes the steps of introducing the soil improving agent into the soil of the abandoned mine; And it provides a method for removing heavy metal heavy metal waste, characterized in that comprising planting a plant capable of removing the heavy metal in the soil introduced with the soil improving agent. More preferably, the soil modifier is coated on the coal soil so that the ratio of the soil modifier to the coal soil of the topsoil of the waste mine is 25% by weight or more. The plant is capable of removing heavy metals, birch, giant tree, pine, ash, hemberry, rhododendron, birches, albatross, azaleas, holly, birch, willow, alder, noodle, peony One or more from the group consisting of bark, bark, buckthorn, zelkova and blood.
이하, 본 발명을 실시예에 의하여 더욱 상세하게 설명한다. 단, 하기 실시예는 본 발명을 예시하는 것으로 본 발명의 내용이 실시예에 의해 한정이 되는 것은 아니다.Hereinafter, the present invention will be described in more detail with reference to Examples. However, the following Examples are intended to illustrate the present invention, but the content of the present invention is not limited by the Examples.
(실시예 1) 토양개량제의 제조Example 1 Preparation of Soil Modifier
원 슬러지의 수분함량이 매우 높아(90%이상) 투입되는 톱밥의 양이 많은(톱밥 70% 이상 첨가시) 경우 각 부숙기간별(온도별)로 선발한 미생물 중 중·고온성 미생물들을 중심으로 선발한 우점종과 백색부후균을 혼합소재인 전체 톱밥 투입량의 약 5%에 미생물을 증식시켜 부숙초기에 투입하여 부숙온도 변화와 부숙공정 및 이화학적 특성(유기물, 함수율, pH, C/N)을 조사한 결과는 도 1과 표 1과 같다. If the amount of sawdust is very high (more than 90%) and the amount of sawdust input (more than 70% of sawdust is added), the selection is based on the medium and high temperature microorganisms among the microorganisms selected for each period of stay (by temperature). One dominant species and white fungus were mixed in about 5% of the total input of sawdust, which is a mixed material, and microorganisms were multiplied in the early stages of ripening to investigate the change of ripening temperature, ripening process and physicochemical characteristics (organic matter, water content, pH, C / N). The results are shown in FIG. 1 and Table 1 .
표 1. 중·고온성 미생물에 백색목재부후균 투입여부에 따른 이화학적 특성 Table 1 . Physicochemical Properties of White Wood Strains in Medium and High Temperature Microorganisms
중·고온성 미생물에 백색목재부후균 미 투입 및 투입에 따른 이화학적 특성 분석 결과 함수율은 백색목제부후균 미 투입 경우는 62.36%에서 45.53%로 감소하였으며 유기물 함량은 51.86%에서 25.92%로 감소한 것으로 나타났다. 부숙 전 C(%)함량은 각각 36.64%와 33.88%로 분석되었으며 부숙 후 29.98%와 31.26%로 감소하였다. 이러한 결과를 볼 때 톱밥 70%이상으로 다량 첨가된 경우에도 두 처리구(중·고온성 미생물+백색부후균 미 투입, 중·고온성 미생물+백색부후균 투입) 모두 부숙토 제품기준을 만족하였으며, 고온성 미생물에 백색부후균을 첨가하여 처리한 경우는 2차 발효과정에서의 높은 발열반응(50℃ 이상)으로 인하여 최종 부숙토의 함수율이 낮아졌으며 30일 이후부터의 후 부숙 과정에서도 40℃정도의 높은 부숙온도가 유지되었다. 온도 변화 그래프(도 1)에서 보는 바와 같이 전체 부숙기간은 약 60일로 톱밥 투입량이 상대적으로 낮은(톱밥 30%) 부숙공정과 비교시 약 2배정도 부숙기간이 길어졌으나 리그닌이 주성분인 난분해성 첨가제(톱밥)와 다량 혼합시(70%이상)에도 톱밥분해 균주인 백색부후균의 첨가로 고품질의 토양개량제를 생산할 수 있었다. As a result of physicochemical characterization according to the addition of white wood fungi to medium and high temperature microorganisms, the moisture content decreased from 62.36% to 45.53% and the organic matter content from 51.86% to 25.92%. appear. The prevalence of C (%) was 36.64% and 33.88%, respectively, and it decreased to 29.98% and 31.26%. In view of these results, even in the case of addition of more than 70% of sawdust, both treatment groups (medium- and high-temperature microorganisms + white fungus not added, medium- and high-temperature microorganisms + white fungus) both satisfied the soil product standards. In the case of the treatment of high temperature microorganisms with white fungi, the water content of the final ripened soils was lowered due to the high exothermic reaction (over 50 ℃) in the secondary fermentation process. High housing temperature was maintained. As shown in the graph of temperature change ( FIG. 1 ), the total cooking period is about 60 days, and the cooking period is about twice as long as compared to the low-dust sawdust input (30% of sawdust). Sawdust) and large amounts (more than 70%) were able to produce high quality soil improver by the addition of white fungus, a sawdust decomposition strain.
(실시예 2) 토양개량제의 제조방법Example 2 Preparation of Soil Modifier
하수슬러지와 부숙촉진 미생물 균주가 첨가된 톱밥을 이용한 폐광지 식생복원용 토양개량제를 대량생산하기 위한 최적 부숙공정을 개발하였다. 각 공정의 생산시설로서의 기능 및 역할로는 하수처리장에서 탈수 하수슬러지를 수거하여 혼합조에서 하수슬러지와 중·고온성 미생물과 톱밥의 셀룰로오스 분해 백색부후균를 부숙토 혼합소재인 톱밥에 전체톱밥 투입량의 약 5%에 미생물을 증식시켜 부숙초기에 투입하여 적정 혼합비율(초기함수율이 65~67%)로 혼합한다. 부숙반응조의 하단에서의 공기공급은 강제주입방식으로 1차부숙에 부숙토 1ℓ기준 각각 0.2ℓ 공기/분으로 공급하며 부숙이 진행됨에 따라 부숙토 부피가 감소하므로 부숙 적정온도를 유지하기 위하여 2차부숙에서는 부숙토 1ℓ 기준 각각 0.1ℓ 공기/분으로 공기량을 줄여 운전한다. 혼합조에서 투입된 중·고온성 미생물과 백색부후균이 부숙반응조에서 65℃ 이상의 고열을 발생하며 유기물을 분해하여 수분제거와 안정된 부숙과정을 거치면 후부숙조로 이송하여 토양개량제로서 취급이 용이하도록 포장작업을 거친다. An optimal housing process was developed for the mass production of soil improver for restoring abandoned mine paper using sawdust added with sewage sludge and maturation promoting microorganism. The function and role of the production facilities of each process is to collect dehydrated sewage sludge from the sewage treatment plant, and to collect sewage sludge and cellulose-degrading white decay bacteria of medium and high temperature microorganisms and sawdust into the sawdust which is mixed soil material. The microorganism is propagated at about 5% and put in the early stage of mixing, and mixed at the proper mixing ratio (initial water content is 65 ~ 67%). The air supply from the bottom of the mixing reactor is forced injection method, which supplies 0.2 liters of air / minute to the primary housing in 1ℓ each, and the volume of the mating soil decreases as the housing progresses. In lodging, the amount of air is reduced to 0.1 l air / min for each 1 l of loess soil. Medium and high temperature microorganisms and white rot bacteria introduced in the mixing tank generate high heat of 65 ℃ or higher in the housing reaction tank, and decompose organic matter and transfer to the after-bath to remove the water and stabilize the ripening process. Go through
(실시예 3) 토양개량제를 이용한 식생복원 방법Example 3 Vegetation Restoration Method Using Soil Enhancer
(1) 태백지역 석탄 폐석지의 식생 복원을 위한 향토 수종 선발(1) Selection of local species for the vegetation restoration of coal waste rock in Taebaek area
가. 탄광 폐석지내 자연 이입 수종의 수체 내 유해원소 함량end. Hazardous Element Contents in Waterbodies of Naturally Imported Species in Coal Mine Waste Rocks
탄광 폐석지에서 채취된 수목의 수체 내 유해원소 함량을 조사하였다. 가장 높은 농도를 나타낸 것은 Mn으로 111.3mg/kg이었으며, 가장 낮은 농도를 나타낸 원소는 As로 0.21mg/kg이었다. 10개 원소 중 Cd은 수체 내에서 감지되지 않았다. The contents of harmful elements in water bodies of trees collected from coal mine wasteland were investigated. The highest concentration was 111.3 mg / kg in Mn and the lowest concentration was 0.21 mg / kg in As. Of the 10 elements, Cd was not detected in the water body.
나. 폐광지 향토 수종의 생리 활성I. Biological Activities of Local Species in Abandoned Mines
(i) 잎 내 MDA와 H202 함량 차이(i) Difference between MDA and
MDA는 생체 내 지질의 과산화 반응에 의해 생성되는 물질로 여러 가지 스트레스에 의한 피해 수준을 나타내는 지표로 이용된다(Kim and Lee, 1994; Davis and Swanson, 2001). 거제수나무와 박달나무의 잎에서 측정한 MDA 함량은 수종 간 뿐만 아니라 지역간에도 큰 차이를 보여 주었다. 특히 폐석지 내에서 자라는 거제수나무와 박달나무 개체들의 MDA 함량은 폐석지 주변 산림 내에서 자라는 개체들보다 높았다. 이 결과는 폐석지 내 환경이 여러 가지 스트레스 요인들을 가지고 있으며, 폐석지 내 수목들은 여러 가지 스트레스 요인들에 의해 피해를 받고 있음을 보여준다. MDA is a substance produced by the peroxidation of lipids in vivo and is used as an indicator of the damage level caused by various stresses (Kim and Lee, 1994; Davis and Swanson, 2001). The MDA content measured in the leaves of giant and birch showed significant differences not only between species but also between regions. In particular, the MDA content of the trees and birch in the waste-rock area was higher than those in the forest around the waste-rock land. The results show that the environment in the waste-rock site has several stressors, and the trees in the waste-rock site are affected by various stressors.
잎 내에서 측정한 H202 함량도 수종간과 지역간 차이를 보여 주었으나, 지역간 차이는 수종간 차이만큼 크지 않았다. 즉 거제수나무 잎의 H202 함량은 지역간 차이를 보인 반면, 박달나무 잎의 H202 지역간 차이가 없었다. H202 는 강력한 산화제로서 틸라코이드 막에 붙어 있는 SOD에 의해 O2가 분해되어 생성되며, 생물계에서 H202 농도는 카탈라아제와 퍼옥시다아제에 의해 조절되어 적정 수준으로 유지되는데 식물이나 광합성 조류의 경우 아스코베이트 퍼옥시다아제(APX)가 부가적으로 존재하며, 특히 이 효소는 광합성 기구인 엽록체에서 H202 제거에 중요한 역할을 한다(Foyer, 1993). 또한 H202는 특징적인 막투과성과 비교적 긴 수명으로 PSⅠ과 PSⅡ를 포함하는 광합성기구는 물론 세포 전반에 영향을 미칠 수 있으며, 특히 APX에 의한 보호를 받지 못하는 PSⅡ의 경우 H202의 축적에 의해 심각한 손상을 받을 수 있다(Prasad et al., 1994). 즉 잎 내 H202의 증가는 H202가 체 내 축적되어 나타난 것으로 본 조사지역의 거제수나무는 박달나무보다 H에 의해 더 큰 피해를 받을 수 있음을 알 수 있었다. 즉 거제수나무는 박달나무보다 스트레스에 더 민감한 수종으로 판단된다. The
(ii) 잎 내 질산환원효소와 황산화효소의 활성 차이(ii) Difference in Activity of Nitrate Reductase and Sulfase in Leaves
잎 내 질산환원효소의 활성은 수목이 자라는 토양 중 질소 농도 이용도(availability)를 간접적으로 판단하는 기준으로 사용되며, 환경 스트레스에 의한 식물의 반응을 판단하는 데도 이용된다(Srivastava, 1980; Hogberg et al., 1986). 폐석지에서 특정한 거제수나무와 박달나무의 질산환원효소 활성은 수종간은 물론 지역간에도 큰 차이를 나타냈다. 질산환원효소의 활성은 박달나무가 거제수나무보다 높은 129.5μ㏖/g이었으며, 폐석지 주변 산림 내에서 자라는 박달나무와 거제수나무 개체가 폐석지 위에서 자라는 개체보다 활성이 높게 나타났다. 수종간 질산환원효소의 활성 차이가 크게 난 것은 각 수종이 자라는 토양 조건의 차이와 질소 이용 효율이 수종 간에 다르기 때문인 것으로 판단된다(Adams and Attkwill, 1982; Crick and Grime, 1987). 또한 폐석지 내 수목의 질산환원효소 활성이 낮게 나타난 것은 폐석지 토양의 적은 질소 함량과 관계가 있으며, 폐석지 토양의 부적당한 환경 조건이 폐석지 위에서 자라는 수목에 스트레스로 작용하여 효소 활성에 영향을 미쳤기 때문인 것으로 판단된다(Srivastava, 1980). The activity of nitrate-reducing enzymes in leaves is used as a criterion for indirectly determining the availability of nitrogen concentration in the soil in which trees are grown. It is also used to judge the response of plants to environmental stresses (Srivastava, 1980; Hogberg et. al., 1986). The nitrate-reducing enzyme activity of certain giant and birch trees in waste-rock sites showed a significant difference between species and regions. The activity of nitrate-reducing enzyme was 129.5μmol / g, which was higher than that of cypress tree, and that of birch and cypress tree growing in forests near waste rock was higher than that of waste wood. The large difference in the activity of nitrate-reducing enzymes among different species may be due to differences in soil conditions and nitrogen utilization efficiency among different species (Adams and Attkwill, 1982; Crick and Grime, 1987). In addition, low nitrate reductase activity in waste wood is related to low nitrogen content in waste-rock soils, and inadequate environmental conditions of waste-rock soils affect enzyme activity by stressing trees growing on waste-rock soils. This may be due to insaneness (Srivastava, 1980).
항산화효소인 SOD 활성은 수종 간에는 차이가 있었지만 지역간에는 차이가 없었다(표 2). Antioxidant SOD activity was different between species but not between regions ( Table 2 ).
표 2. 태백지역의 폐석지역과 주변산림에서 자생하는 거제수나무와 박달나무의 잎내 질산환원효소(NR) 및 SOD활성, H2O2 와 MDA 함량에 대한 통계분석 결과Table 2. Statistical Analysis of Nitrate Reductase (NR) and SOD Activities, H 2 O 2 and MDA Contents in the Leaves of Geophyllum and Birch Grown in the Abandoned Rocks and Surrounding Forests of Taebaek Area
*, **, *** 는 유의수준 0.01, 0.001, 0.0001에서 차이가 있음을 의미*, **, *** means there is difference in significance level 0.01, 0.001, 0.0001
그러나 폐석지 내의 수목들은 여러 가지 스트레스에 의해 영향을 받고 있는 것으로 나타났다. 그럼에도 불구하고 스트레스에 대한 대표적인 방어 반응인 SOD 활성이 증가하지 않은 것은 방어 작용에 이용할 수 있는 에너지원이 충분히 공급되지 못했기 때문인 것으로 판단된다. 즉 폐석지 수목의 잎 내 질산환원효소의 활성 저하에서도 나타난 것과 같이, 폐석지 토양의 적은 질소함량은 스트레스 해소에 관여하는 효소 생산에 영향을 미쳤을 것으로 판단된다. However, the trees in the waste rock are affected by various stresses. Nevertheless, the reason why SOD activity, which is a representative defense against stress, is not increased is that there is insufficient supply of energy sources available for defense. In other words, as shown in the decrease of the activity of nitrate-reducing enzyme in the leaves of waste-rock land, the low nitrogen content of waste-rock land could have influenced the production of enzymes involved in stress relief.
(iii) 잎 내 탄수화물 농도의 차이 (iii) difference in carbohydrate concentration in the leaves
폐석지와 폐석지 주변 산림의 거제수나무와 박달나무의 잎에서 측정한 탄수화물의 농도는 수종 간 차이가 없었으나, 지역간 차이는 나타났다.The carbohydrate concentrations measured in the leaves of giant and birch trees in the waste-rock area and forests around the waste-rock area were not different among the species, but there were differences between regions.
그러나 거제수나무의 잎 내 탄수화물은 박달나무와는 달리 지역간에도 차이가 없었다. 박달나무의 경우, 잎 내 포도당 농도는 폐석지 주변 산림 내에서 자라는 개체들이 폐석지의 개체들보다 높았으나, 잎 내 전분 농도는 반대로 주변 산림보다 폐석지내 개체들이 높았다. However, the carbohydrates in the leaves of the tree were not different among the regions, unlike birch. In the case of birch, the concentration of glucose in the leaves was higher in the forests around the waste-rock than in the waste-rock, but the starch concentration in the leaves was higher in the waste-rock than the surrounding forest.
폐석지내 수목의 잎 내 포도당 농도가 감소한 것은 스트레스에 대한 내성반응과 관련한 것으로 판단된다. 즉 포도당 농도의 감소는 포도당이 항산화물질의 양을 유지하기 위해 사용되는 NADPH의 근원으로 사용되었기 때문이며(Robinson and Rowland, 1996), 스트레스 요인이 자당의 가수분해를 저해하여 소모된 포도당을 보충하지 못한 것으로 판단된다. 또한 정상적인 조건하에서 전분은 낮 시간 동안 잎에 축적되며, 밤 시간에는 가수분해된 후 자당으로 전환되어 수용부(sink)로 수송된다. 그러나 전분과 총 탄수화물의 농도가 오염지에서 증가하는 현상이 종종 발견되는데, 이러한 결과는 전분의 가수분해와 자당의 수송이 오염물질에 의해 저해되기 때문이다(Samarakoon and Rauser, 1979). 특히 질소 공급이 매우 적은 식물에서는 질소 공급이 충분한 식물보다 잎에 전분을 더 많이 축적하는 것으로 알려져 있다(Ericsson, 1979; Balsberg-Pahlsson, 1989). Decreased glucose concentrations in the leaves of trees in waste-rock are thought to be related to the resistance to stress. The decrease in glucose concentration was due to the fact that glucose was used as a source of NADPH, which is used to maintain the amount of antioxidants (Robinson and Rowland, 1996), and stressors inhibited the hydrolysis of sucrose and failed to replenish the consumed glucose. It seems to be. Under normal conditions starch also accumulates in the leaves during the day, and during night time it is hydrolyzed and converted to sucrose and transported to the sink. However, the increase in starch and total carbohydrate concentrations is often found in contaminated sites, because the contaminants are inhibited by starch hydrolysis and transport of sucrose (Samarakoon and Rauser, 1979). In particular, plants with very low nitrogen supply are known to accumulate more starch on leaves than plants with sufficient nitrogen supply (Ericsson, 1979; Balsberg-Pahlsson, 1989).
본 조사의 폐석지 수목들에서 나타난 여러 가지 현상들을 종합해 볼 때, 폐석지 내 수목들은 스트레스에 의해 각종 대사작용 및 내성 발현의 저해로 가시적인 피해를 나타내고 있으며, 페석지 토양의 낮은 질소함량은 스트레스에 대한 내성 발현에 도움을 주지 못하여 수목의 피해가 증가할 것으로 판단된다. 따라서 폐석지 내 수목의 피해를 막고 스트레스에 대한 내성을 증가시키기 위해서는 각종 대사의 에너지원으로 이용되는 양료 공급이 절실히 요구된다. Based on the various phenomena in the waste-rock trees of this study, the trees in the waste-rock land show visible damage due to the inhibition of various metabolism and the development of resistance by stress. Tree damage is expected to increase because it does not help to develop resistance to stress. Therefore, in order to prevent damage to trees in the waste-rock and increase resistance to stress, it is urgently required to supply a nutrient used as an energy source of various metabolism.
다. 광산 피해지의 내성 개체 선발 및 양묘 All. Selecting and nurturing resistant individuals from mine damage
광산 피해지의 내성 수종 선발은 식생조사 결과와 수체 분석 결과를 토대로 하였으며, 폐석지 자연이입 수종 중 거제수나무와 박달나무가 가장 우수한 수종으로 판단하였다. 선발된 수종은 폐석지의 자연 이입된 개체를 대상으로 각 수종 별로 선발하여 현지에 표시하고 종자를 채취하였다. 채취된 종자를 이용하여 발아시험을 실시한 결과, 매우 낮은 발아율을 보였다. 즉 거제수나무의 발아율은 12%이하, 박달나무의 발아율은 8%이하로 나타났다. 발아시험이 종료된 후, 내성 가계 산발을 위하여 수종별 및 개체별로 양묘하였다. The selection of resistant species in the mine damage area was based on the results of vegetation survey and water body analysis. Selected species were selected for each species of natural imported individuals in waste-rock land, marked locally, and seeds were collected. As a result of germination test using collected seeds, germination rate was very low. That is, the germination rate of giant tree was less than 12%, and the germination rate of birch was less than 8%. After the germination test was completed, seedlings were planted by species and individuals for the generation of resistant households.
(2) 토양개량제 첨가에 따른 생장 촉진 효과(2) Growth promotion effect by adding soil improving agent
현장 적용에서 부숙토의 공급시 석탄 토양과 균일한 혼합을 실시하는 것이 거의 불가능 할 것으로 여겨져 포트의 하층부(용적비 50% 해당)에는 석탄 토양을 상층부(용적비 50% 해당)에는 부숙토와 피트(peat)를 75%:25%(v:v), 50%:50%, 25%:75%, 0%:100% 비율로 조제하여 내성이 강하고 뿌리 발달이 잘 되는 갓의 유모를 정식한 후 45일간 재배하여 갓의 생장 분석과 잎과 뿌리에 흡수된 중금속 농도를 측정하였다. 또한 실험 종료 후 상층부 혼합토양, 하층부 석탄토양의 미생물 활력도를 조사하여 상층부 유기물 시비에 따른 하층부 석탄토양에서의 미생물 활력 증진 효과를 살펴보았으며, 상층부와 하층부 토양 내에 잔류하고 있는 중금속 함량 조사를 실시하여 부숙토의 공급에 따른 식물의 양료 효과와 유해 중금속 독성 피해 발생 여부를 적정 혼합비 규명과 함께 실시하였다. In field applications, it would be almost impossible to achieve uniform mixing with coal soils in the feed of unrefined soils, with coal soils in the lower part of the port (50% volume) and in the upper layers (50% volume). Was prepared in 75%: 25% (v: v), 50%: 50%, 25%: 75%, 0%: 100% ratios, and 45 days after formulating the nursery with strong resistance and good root development The growth of freshly grown pods and the concentration of heavy metals absorbed in leaves and roots were measured. After the experiment, the microbial vitality of the mixed soils and the lower coal soils was examined to investigate the effect of microbial vitality on the lower coal soils according to the fertilization of the upper organic matters, and the heavy metal content remaining in the upper and lower soils was investigated. This study was carried out to investigate the effects of plant nutrition and damage of toxic heavy metals due to the supply of ripened soil along with the appropriate mixing ratio.
45일간이 재배 결과 갓의 뿌리는 모든 혼합토양의 하층부 석탄토양까지 성장하여 특별한 피해 증상 없이 자라는 것을 관찰하였다. 최종 수확 후 조사한 갓의 생장 결과는 표 3과 같다. After 45 days of cultivation, the roots of the pods were grown to the lower coal soils of all the mixed soils. Table 3 shows the growth results of the freshly examined eggs after the final harvest.
일반적으로 부숙토의 유기물 함량이 증가할수록 갓의 생장이 촉진되었으며 최적 혼합비는 부숙토 50% 첨가구에서 나타났다. 표 4는 엽록소 함량 및 수용성 단백질 함량을 나타낸다. In general, as the organic content of the loam soils increased, the growth of the gat was promoted, and the optimum mixing ratio was found in 50% of the loam soils. Table 4 shows the chlorophyll content and water soluble protein content.
자료 통계 분석을 위하여 각 데이터의 평균치에 대한 ANOVA 분석과 평균치간의 차이를 던칸 검정법(Duncan's multiple range test)를 실시하여 구별하였으며, 통계처리는 통계처리프로그램인 SPPS(version 10.2)을 이용하여 실시하였다. For the statistical analysis of data, the difference between the ANOVA analysis and the mean of each data was distinguished by Duncan's multiple range test, and statistical processing was performed using SPPS (version 10.2).
표 3. 부숙토 함유토양과 석탄토양의 혼합토양에서 재배한 갓의 생장 Table 3 . Growth of freshly grown cultivated soils of mixed soil and coal soil
표 4 부숙토 함유토양과 석탄토양의 혼합토양에서 재배한 갓의 엽록소 함량 및 수용성 단백질 함량 Table 4 Chlorophyll Contents and Water Soluble Protein Content of Freshly Grown in Mixed Soil Containing Soil and Coal Soil
최종적으로 식물체 양료 효과 측면에서 적정 혼합비는 25%에서 50% 수준까지인 것으로 판정되었다. Finally, the optimum mixing ratio was determined to be from 25% to 50% in terms of plant nutrient effects.
이러한 부숙토의 식물생장 촉진 효과의 원인규명을 토양 미생물학적 측면에서 구명하기 위하여 토양미생물 효소활성을 조사한 결과는 부숙토 첨가에 의하여 상층부의 혼합토양 및 하층부 석탄토양의 미생물 활력도가 현저하게 증가한 것을 볼 수 있었다(표 5). Soil microbial enzyme activity was investigated in order to investigate the cause of plant growth promoting effect in soil soil microbiological aspect. The results showed that the microbial vitality of mixed soil and coal soil in upper layer was significantly increased by adding soil soil. Could be ( Table 5 ).
표 5. 갓을 재배한 부숙오니 함유토양과 석탄토양의 미생물 효소활성 Table 5 . Microbial Enzyme Activity of Soil-Containing Soil and Coal Soils
전반적으로 상층부의 부숙토와 피트(peat) 혼합토양의 미생물 효소활성은 유기물 함량이 높을수록 증가하여 토양 미생물 활력은 공급한 유기물 함량에 의존적인 경향을 나타내었다. 더욱 의미 있고 흥미로운 것은 상층부에만 유기물 공급을 실시하였을 경우에도 하층부의 석탄토양 내에서 미생물 활력도가 유의할 정도로 크게 증가한 것이다. 유기물을 공급하기 전의 석탄토양의 미생물 효소활성과 비교하여, 부숙토와 피트(peat)를 혼합한 토양을 상층부에 배치한 경우 시간 경과에 따라 하층부 석탄토양의 미생물 효소활성 증가는 우선 고분자 다당체 탄소원을 분해하는 자알란나아제의 경우 약 4배 이상의 효소활성 증가가 나타났으며, 자일란나아제에 의해 분해된 다당체나 배당체 탄소원 분해에 관여하는 인버타아제는 약 3~4배 증가하였으며, β-글루코시다아제의 효소활성은 부숙토 공급전에는 검출되지 않았지만 유기물 시용 후에 일반 표토 토양의 효소활성의 2/3 수준까지 증가한 것으로 나타났다. 유기질소원 분해에 관여하는 단백질분해효소나 우레아제는 각각 약 20배, 약 100배에서 150배 정도 급격히 증가한 것을 볼 수 있었다. 유기 인산분해에 관여하는 포소파타아제의 경우 거의 변화가 없었으며, 유기황 분해에 관여하는 아릴설파타아제의 경우 유기물 공급 전에 검출되지 않았지만 부숙토 공급 후에 일반표토의 약 1/2 정도로 증가한 것을 볼 수 있었다. 마지막으로 탄소원을 에너지원으로 이용하기 위한 탈수소효소의 효소활성은 약간 증가한 것으로 나타났다. 결론적으로 부숙토를 상층부에 공급한 결과 상당부분의 용출 유기물이 하층부의 석탄토양으로 이동하여 석탄토양의 물질 순환에 미생물이 관여하기 시작하였으며, 특히 유기질소 분해 관련 효소 활성이 현저하게 증가한 것을 볼 수 있었다. 유기탄소 분해 증가도 뚜렷하였으며 특히 부숙토 공급에 따른 유기 인산 유입은 거의 나타나지 않은 반면 유기황의 유입 증가에 따른 분해 효소 활성 증가가 뚜렷하게 나타나, 전반적으로 미생물 활력도가 매우 낮은 토양에서 높은 토양으로 전환되어 생물학적 활성을 지닌 토양으로 전환되는 것을 볼 수 있었다. 이러한 결과는 궁극적으로 석탄토양의 물질 순환과 생태계 안정을 도모하여 식생복원을 통한 폐석탄 토양의 생산성 증가를 유도할 수 있는 기반을 제공할 수 있을 것으로 판단되었다. Overall, microbial enzyme activity of mixed soil and peat mixed soil in the upper layer increased with higher organic content, and soil microbial vitality was dependent on the organic content. Even more significant and interesting is that the microbial vitality is significantly increased in the coal soil of the lower layer even when the organic material is supplied only to the upper layer. Compared to the microbial enzyme activity of coal soil before feeding organic matter, when the soil mixed with undiluted soil and peat is placed in the upper layer, the increase of microbial enzyme activity in the coal soil in the lower layer is first applied to the polysaccharide carbon source. In the case of degrading jaalanase, enzyme activity was increased more than about 4 times, and invertase involved in degrading polysaccharide or glycoside carbon source degraded by xylanase was increased by 3 ~ 4 times. The enzymatic activity of the cedarase was not detected before feeding the ripened soil, but it was found to increase to 2/3 of the enzyme activity of the topsoil soil after organic application. Proteolytic enzymes and ureases involved in organonitrogen degradation were rapidly increased about 20-fold and 100-150 fold, respectively. Posopatase involved in organophosphate degradation was almost unchanged, and arylsulfatase involved in organic sulfur decomposition was not detected before organic material supply but increased to about 1/2 of normal topsoil after fertilization. Could see. Finally, the enzyme activity of the dehydrogenase to use the carbon source as an energy source was slightly increased. In conclusion, as a result of feeding the unrefined soil to the upper layer, a large part of the leached organics moved to the lower coal soil, and microorganisms began to be involved in the circulation of coal soil material. there was. In particular, the increase of organic carbon degradation was apparent, and in particular, organic phosphoric acid inflow was not observed due to supply of unsuitable soil, but the degradation enzyme activity was clearly increased due to the inflow of organic sulfur. It was found to be converted to soil with biological activity. This result is expected to provide the foundation to increase the productivity of waste coal soil through vegetation restoration by promoting material circulation and ecosystem stability of coal soil.
(실시예 4) 토양개량제를 이용한 중금속 제거 방법Example 4 Heavy Metal Removal Method Using Soil Modifier
한편 식물체를 이용한 석탄토양의 중금속 흡수와 같은 식생복원(phytoremediation) 효과를 살펴보기 위하여 상층부의 혼합토양과 하층부의 석탄토양 및 수확한 식물체 갓의 잎과 뿌리에 축적된 중금속 농도를 조사한 결과(표 6, 표 7), 부숙토와 석탄토양의 유해 중금속 농도가 식물체 흡수를 통하여 현저하게 감소하여 식물체에 의한 토양 내 유해 중금속 감소 효과가 우수한 것으로 나타나 토양복원 효과를 충분히 기대할 수 있을 것으로 조사되었다. On the other hand, in order to examine the effects of phytoremediation such as heavy metal absorption of coal soils using plants, the concentrations of heavy metals accumulated in the leaves and roots of the mixed soils in the upper layer and the coal soil in the lower layer and harvested plant shades were examined ( Table 6). , Table 7 ), The concentration of harmful heavy metals in aged soils and coal soils was significantly reduced through plant uptake, and the effect of reducing harmful heavy metals in soils by plants was excellent.
표 6 갓을 재배한 부숙토 혼합토양과 석탄토양에서의 유해 중금속 함량 Table 6 Hazardous Heavy Metal Contents in Mixed Soils and Coal Soils
표 7 . 부숙토 혼합토양과 석탄토양에서 재배한 갓의 부위별 유해 중금속 함량 Table 7 . Content of Hazardous Heavy Metals by Parts of Freshly Grown Soil in Mixed Soil and Coal Soil
내성수목 식재후 180일 동안의 생장 기간 동안 조사된 유출수 내의 영양염류와 중금속에 대한 결과는 표 8 에서부터 표10 에 나타나 있다. 요약하면 식물체가 식재되어 있는 석탄토양의 유출수에서 조사된 영양염류 농도는 식물체가 식재되지 않은 석탄토양의 유출수에 비하여 영양염류(K, Ca, Mg, Na)의 농도가 현저하에 낮으며 생장초기에 이러한 차이가 보다 뚜렷한 것을 볼 수 있었다. 또한 식물체가 식재된 경우에도 첨가한 부숙토 함량이 증가할수록 이러한 영양염류 흡수비율이 높아지는 경향을 나타내었다. 이는 부숙토 형태로 공급된 영양염류들이 토양미생물의 활성증가와 더불어 수목의 생장을 촉진시키고 그 결과 영양염류의 흡수가 증가되어 유출수 내에 낮은 농도로 존재한다고 해석할 수 있다. Results for nutrients and heavy metals in the resistance after the irradiation for tree planting in the growing season for 180 days, the effluent is shown in Table 10. From Table 8. In summary, the nutrient concentrations investigated in the effluents of coal soils with plants are significantly lower in nutrients (K, Ca, Mg, Na) than in the effluents of coal soils without plants. This difference can be seen more clearly. In addition, even when the plants were planted, the nutrient absorption rate increased as the content of added ung soil increased. This can be interpreted that the nutrients supplied in the form of malt soil promote the growth of trees with the increase of the activity of soil microorganisms, and as a result, the absorption of nutrients is increased, so that they exist in low concentration in the effluent.
이는 뚜렷한 부숙토의 영양공급의 효과이다. 이에 반하여 조사한 중금속 중에서 Cr, As, Mn과 같은 독성이 강한 중금속은 식물체의 유무, 부숙토의 함량, 처리방법 등에 상관없이 유출에서 거의 검출되지 않았으며, Fe과 Cu의 경우 조사 시기 별로 차이가 있었지만 대체로 식물체 식재에 의하여 유출수 내의 농도가 감소하는 경향을 보였다. This is a pronounced effect of malnutrition. On the other hand, among the heavy metals investigated, heavy metals with high toxicity such as Cr, As and Mn were hardly detected in the outflow regardless of the presence or absence of vegetation, the content of decomposed soil, and the treatment method. Plant planting tended to decrease the concentration in the effluent.
표 8 부숙토를 첨가한 석탄토양에서 유출수 내의 영양염류 및 유해 중금속 농도 조사를 통한 내성 수종의 식생복원 효과 조사(식재 후 50일) Table 8 Investigation of the effect of vegetation restoration on the resistant species by investigating the concentrations of nutrients and harmful heavy metals in effluents in coal soil containing added soil (50 days after planting)
표 9 부숙토를 첨가한 석탄토양에서 유출수 내의 영양염류 및 유해 중금속 농도 조사를 통한 내성 수종의 식생복원 효과 조사(식재 후 110일) Table 9 Investigation of the vegetation restoration effect of resistant species by investigating the concentration of nutrients and harmful heavy metals in effluent in coal soil with added soil (110 days after planting)
표 10 부숙토를 첨가한 석탄토양에서 유출수 내의 영양염류 및 유해 중금속 농도 조사를 통한 내성 수종의 식생복원 효과 조사(식재 후 180일) Table 10 Investigation of the vegetation restoration effects of resistant species by investigating the concentration of nutrients and harmful heavy metals in effluent in coal soils added with decomposed soil (180 days after planting)
수확 후 조사한 내성 수목 거제수나무와 박달나무에 축적된 영양염류농도와 유해 중금속에 대한 분석 결과, 단위 건물중당 축적된 원소의 농도와 첨가한 부숙토의 함량 간에는 뚜렷한 상관관계를 찾아볼 수 있었다. 하지만 수목 개체의 축적된 원소들의 총 함량은 부숙토 함량이 증가할수록 뚜렷하게 증가하는 경향을 보였다. 부숙토 함량이 증가할수록 내성수목의 총 건물중량이 증가함으로서 각 수목 당 축적된 원소들의 총 함량이 증가한 것으로 풀이된다. 또한 Fe과 Pb을 제외한 조사 중금속 대부분이 부숙토에 훨씬 높은 농도로 함유되어 있는 것으로 나타나 부숙토의 함량이 증가할수록 토양 내 중금속 농도가 높을 것이며 따라서 축적된 중금속 함량이 높았을 것으로 판단된다. 하지만 부숙토에 비하여 석탄토양에 40배 이상 높은 농도로 존재하는 Fe의 축적량을 살펴보면, 부숙토 함량이 증가할수록 석탄토양의 비율이 감소함에도 불구하고 축적된 Fe의 함량은 수종이나 부숙토 처리방법에 상관없이 약 3배에서 9배까지 높은 축적량을 보여 내성수목 식재 및 생장에 따른 석탄 토양 내 유해 중금속 제거 효과가 뚜렷한 것을 알 수 있었다. As a result of analyzing the nutrient concentrations accumulated in the tolerant tree and birch after harvesting and the harmful heavy metals, there was a clear correlation between the concentration of elements accumulated per unit building and the content of added soil. However, the total content of accumulated elements of woody individuals showed a tendency to increase significantly as the content of unsoiled soil increased. The total dry weight of resistant trees increases as the content of mature soil increases, which means that the total content of elements accumulated in each tree increases. In addition, most of the irradiated heavy metals except Fe and Pb were contained in much higher concentrations in decomposed soil. As the content of decomposed soils increased, the concentration of heavy metals in soil was higher and therefore, the accumulated heavy metal content was higher. However, when looking at the amount of Fe accumulated in the coal soil more than 40 times higher than that of the decomposed soil, the accumulated Fe content is increased in the species or decomposed soil treatment method even though the proportion of coal soil decreases as the decomposed soil content increases. Regardless of the amount of planting and growth, the removal of harmful heavy metals from coal soils was obvious.
유해 중금속 총 축적량에 있어서 수종 간에는 뚜렷한 차이가 없었으며, 부숙토 처리방법에서는 분리 처리한 경우가 혼합 처리한 경우보다 총 축적량이 약간 높은 경향을 나타내었다. 생장 측면에서 부숙토 첨가 적정량으로 산정된 25% 수준에서 일반적으로 유해 중금속 축적도 우수한 것으로 조사되었다. 따라서 석탄토양에 부숙토를 첨가할 경우 토양미생물 활력도 증진에 따른 유기물질의 무기화와 이에 따른 양료 공급효과 증대로 수목 생장이 촉진되었으며, 동시에 유해 중금속 제거 효과도 뚜렷하게 나타나 석탄토양에서 부숙토 첨가에 따른 내성 수목의 중금속 제거효과를 볼 수 있었다. There were no significant differences among the various species in the total accumulation of harmful heavy metals. The sedimentation treatment showed slightly higher total accumulation than in the mixed treatment. In terms of growth, it was found that the accumulation of harmful heavy metals was also generally excellent at the 25% level estimated as the amount of added pulp. Therefore, the addition of decomposed soil to coal soils promoted the growth of trees by the mineralization of organic substances and the increase of the food supply effect according to the improvement of soil microbial vitality, and at the same time, the removal of harmful heavy metals was also evident. Heavy metal removal effect of resistant trees was observed.
(실시예 5) 석탄 광해지 현장 적용 평가Example 5 Coal Mining Site Application Evaluation
(1)연구 수행 방법(1) How to conduct research
강원도 태백 석탄 광해지에서 현장 적용 평가를 실시하였다. 국립산림과학원에서 선발한 박달나무 1년생 묘목을 2003년 8월 중순에 임업연구원에서 운영중인 폐광지 복원지역에 식재하였다. 식재를 위하여 광해지 토양에 깊이 20cm, 폭 30cm의 구덩이를 파고, 개발된 부숙 토양개량를 전혀 첨가하지 않은 처리구(control), 500cc 첨가한 처리구(x1), 1000cc를 첨가한 처리구(x2)의 3개 처리구를 두었으며, 각 처리당 5반복의 수목을 무작위로 배치하였다. 또한 각 반복 수목 식재 토양의 깊이 5cm 지점에 셀룰로오스 파브릭을 8개씩 배치하고 주기적으로 수거하여 토양개량제 첨가 후 시간 경과에 따른 토양 미생물 활력도를 평가하였다. 식재 후 일정 간격으로 수목생장, 엽록소 함량과 생장 변화를 조사하였다.On-site application evaluation was carried out at Taebaek coal mine site in Gangwon-do. The annual birch seedlings selected by the National Forest Research Institute were planted in the abandoned minefield restoration area operated by the Forestry Research Institute in mid-August 2003. For planting, digging a 20cm deep and 30cm wide pit in the mine ground soil, three controls including no control, no added soil improvement, 500cc added (x1) and 1000cc added (x2). Treatments were placed and 5 repetitions of trees were randomly placed for each treatment. In addition, 8 cellulosic fabrics were placed at 5 cm depth of each replanted soil and collected periodically to evaluate soil microbial activity over time after adding soil modifier. After planting, tree growth, chlorophyll content and growth changes were examined at regular intervals.
(2) 토양개량제 시비에 따른 선발수목의 생장 반응(2) Growth Response of Selected Trees by Fertilizer Application
토양개량제 시비에 따른 수목의 생장 반응을 조사하기 위하여 상기 선발 수종의 엽록소 함량을 같은 해 10월 1일과 11월 1일에 실시하였다. 측정 결과 토양개량제 시비에 의하여 엽록소 함량이 2배 이상 높게 나타나 토양개량제에 의한 양료공급 효과가 뚜렷하게 나타났다(도 2). 또한 2004년 4월 8일에 조산한 신초 발달 반응에서도 토양개량제 시비에 의하여 수목의 신초발달이 월등히 빠르게 진행되는 것을 확인할 수 있었다(도 3).또한 지하 근권부의 발달에 있어서 토양개량제 시비 효과가 극명하여 대조군에 비하여 처리군에서 매우 우수한 근권부의 발달이 진행되었다(도 4).The chlorophyll content of the selected species was carried out on October 1 and November 1 of the same year in order to investigate the growth response of trees according to the fertilizer application. Measurement results shown by soil amendment fertilizer increased chlorophyll content is at least twice the nutrient supply was significantly effect by soil conditioner (Fig. 2). In addition, it was confirmed that the shoot development of trees proceeded much faster by the fertilizer application in the shoot development response prematurely on April 8, 2004 ( Fig. 3 ). As compared with the control group, the development of the very superior root zone in the treatment group proceeded ( FIG. 4 ).
식재 후 280일 경과 후에 조사한 수목의 생장분석은 표 11과 같다. Table 11 shows the growth analysis of trees investigated after 280 days of planting.
표 11 석탄 광해지 현장에서 토양개량제 시비에 따른 수목 생장 분석 Table 11 Analysis of tree growth according to fertilizer fertilizer application at coal mine site
토양개량제를 시비하지 않은 대조군(무처리)에 비하여 토양개량제를 처리한 처리군(x1, x2) 수목의 총생체중과 총건물중이 2배 이상 높게 조사되었으며, 토양개량제 처리량이 증가할수록 수목의 생체량도 증가하는 것으로 나타났다. 이러한 결과를 볼 때 석탄 광해지 토양에 토양개량제를 시비함으로써 선발 수종의 초기 성장 발달을 촉진하고 건전한 수목생리활성을 유지함으로써 성공적인 정착을 유도할 수 있는 것으로 나타났다. The total biomass and total weight of the trees treated with soil modifier (x1, x2) were more than doubled as compared with the control group without fertilizer (no treatment). Also appeared to increase. These results indicate that the application of soil modifiers to coal mine ground soils can lead to successful settlement by promoting early growth development of selected species and maintaining healthy tree physiological activity.
(3) 토양개량제 시비에 따른 석탄토양의 미생물 활력도 평가(3) Evaluation of Microbial Vitality in Coal Soils with Fertilizer Application
셀룰로오스 파브릭 분석 방법을 이용하여 토양개량제 시비 후 시간 경과에 따른 석탄토양의 미생물 활력도를 평가한 결과는 도 5와 같다.The results of evaluating the microbial vitality of coal soils over time after fertilizer application using the cellulose fabric analysis method are shown in FIG. 5 .
토양개량제를 전혀 시비하지 않은 대조군(control)의 경우, 8개월이 경과된 시점에서도 원형을 그대로 유지하고 있을 정도로 셀룰로오스 조직의분해가 거의 진행되지 않은 반면, 토양개량제를 500cc 처리한 처리군(x1)과 1,000cc를 처리한 처리군(x2)의 경우, 40여일 동안에도 원형을 알아볼 수 없을 정도로 분해가 빠르게 진행된 것을 볼 수 있었으며, 이러한 분해 정도는 토양개량제 시비량이 높을수록 뚜렷한 경향을 보였다. In the case of the control that did not fertilize the soil improver at all, the decomposition of the cellulose tissue was hardly progressed to maintain the original form even after 8 months, whereas the treated group treated with 500cc of the soil improver (x1) In the treatment group treated with and 1,000cc (x2), it was found that the decomposition proceeded so rapidly that the prototype could not be recognized even for 40 days, and the degree of decomposition showed a clear trend as the fertilizer application amount increased.
(4) 석탄 광해지 토양에서의 식생복원 효과 검증(4) Verification of Vegetation Restoration Effect in Coal Mineland Soil
토양개량제 시비에 의한 수목 생장 촉진과 이에 따른 유해 중금속 제거를 위한 식생복원 효과를 조사하기 위하여 특수하게 설치하여 수거한 유출수 내의 중금속 변화 결과는 도 6에 나타나 있다. 식재 후 40일 동안 수거된 유출수와 이후 190일(식재 후 약 230일 경과) 동안 수거된 유출수에 존재하는 유해 중금속 농도는 Fe와 Al을 제외한 조사 중금속 모두에서 시간이 경과할수록 낮아지는 경향을 나타내었다. 석탄 토양에서 주로 유래하는 것으로 판단되는 철과 알루미늄의 경우, 토양개량제를 처리하지 않은 대조군에서는 시간이 경과할수록 증가하는 반면, 토양개량제를 처리한 처리군에서는 현저하게 저감되어 철의 농도 변화에서 토양개량제 시비와 선발 수목 식재에 의한 유해중금속 제거의 식물환경복원(phytoremediation) 효과를 살펴 볼 수 있었다. 이러한 유해 중금속 제거 효과는 수목 생장 촉진과 근권부의 왕성한 발달에 따른 흡수 증대 등과 관련이 있을 것으로 판단된다. In order to investigate the effect of plant growth and fertilization of vegetation for the removal of harmful heavy metals by fertilizer application of soil improver, heavy metals in the effluent collected by the special installation are shown in FIG. 6 . Hazardous heavy metal concentrations in the effluent collected for 40 days after planting and for the effluent collected for 190 days (approximately 230 days after planting) tended to decrease over time in both irradiated heavy metals except Fe and Al. . Iron and aluminum, which are believed to be mainly derived from coal soils, increased with time in the control group without treatment with soil modifiers, while significantly decreased in the treatment group treated with soil modifiers. The effects of phytoremediation on the removal of harmful heavy metals by fertilization and selected tree plantings were investigated. The removal of harmful heavy metals may be related to the promotion of tree growth and the increase of absorption due to the vigorous development of the root zone.
(실시예 6) 폐광지 표토상에 토양개양제 처리방법Example 6 Soil Modifier Treatment Method on Topsoil of Waste Mine
상기에서 개발한 토양개량제에 의한 선발 내성 수목인 박달과 거제수의 생장, 토양미생물 활력도 증진 효과 및 유해 중금속 제거에 의한 식생복원 효과를 조사하였다. 국립산림과학원에서 분양 받은 내성수목인 박달나무와 거제수 나무의 1년생 유모를 이용하여 현장에서 부숙토를 공급하는 방법을 고려하여 석탄토양과 부숙토, 일반 황토를 아래 표 12 에 제시된 비율로 조제하고 그룹 Ⅰ은 하층부에 석탄토양을, 상층부에 부숙토와 황토의 혼합토양을 분리하여 재배하는 실험(separation)이며 그룹 Ⅱ는 하층부와 상층부의 구별 없이 전체를 혼합한 토양에 재배하였다(mixing). 6개월 재배 후에 수목 생장과 토양미생물 활력도를 조사하였으며 침출수 내의 양료 원소와 중금속을 조사하였다. We investigated the effects of growth of Bakdal and Geoje water, the effect of improving soil microorganism vitality, and the restoration of vegetation by the removal of harmful heavy metals. Coal soil, loess soil and general loess are prepared at the ratios shown in Table 12 below, considering the method of supplying loamy soil on the site using year-old nurses of birch and giant zebra tree, which are the tolerant trees distributed by the National Forest Research Institute. Group I is a separation of cultivated soil with coal soil in the lower layer and mixed soil of loess and ocher in the upper layer, and group II is mixed in the mixed soil without distinction between the lower layer and the upper layer. After 6 months of cultivation, tree growth and soil microbial vitality were examined, and nutrient elements and heavy metals in the leachate were examined.
표 12 내성수목 생장 실험을 위한 부숙토, 황토 및 석탄토양 혼합토양 제조를 위한 혼합비(v/v) Table 12 Mixing ratio (v / v) for the production of mixed soil, loess and coal soil mixed soil for resistant tree growth experiment
폐광지에서 자생하는 내성 수목인 박달나무와 거제수 나무의 유묘를 이용하여 실시한 부숙토 시비 효과의 결과는 표 13 에 나타나 있다. 상층부 부숙토와 황토 혼합토양과 하층부 석탄토양을 구분하여 식재한 부숙토 공급 방법(separation)과 석탄토양, 부숙토와 황토를 완전히 혼합하여 식재한 부숙토 공급방법(mixing)의 두 가지 부숙오니 공급 방법을 적용하여 식재 후 180일 경과한 상태에서 조사한 결과를 살표보면, 전반적으로 박달나무보다 거제수나무가 더욱 내성이 강하고 잘 적응하는 것으로 나타났다. Table 13 shows the results of the fertilized soil fertilization effect using seedlings of birch and giant cedar trees, which are native to abandoned mines. Two types of raw sludge supply are provided: a method of feeding the unsoiled soil, which is divided into upper and lower loam mixed soil, and the lower soil coal soil, and a mixing method of coal soil, mixed loam and loess. The results of the survey conducted 180 days after planting using the method showed that the tortoises were more resistant and better adapted than the birch trees.
표 13 부숙토를 첨가한 석탄토양에서 폐광지 자생 내성수종의 생장분석 Table 13 Growth Analysis of Native Mine Resistant Species in Abandoned Coal Soil
일일초장 증가율(growth rate), 건물증, 엽록소함량을 기준으로 살펴보면, 부숙토 처리방법이나 수종에 상관없이 부숙토를 처리한 경우가 부숙토를 처리하지 않은 처리보다 모두 우수한 것으로 나타나 석탄토양에 부숙토를 처리함으로써 수목 생장 촉진을 기대할 수 있는 것으로 판단된다. 처리방법에 상관없이 부숙토 첨가율이 25%에서 모두 우수한 것으로 조사되어 적정 부숙토 첨가율을 설정할 수 있었다. On the basis of daily growth rate, dryness, and chlorophyll content, it was found that treated untreated soil was superior to untreated soil, regardless of treatment method or species. The soil treatment can be expected to promote tree growth. Irrespective of the treatment method, it was found that the allergic soil addition rate was excellent at 25%, and thus, the appropriate allergic soil addition rate was set.
본 발명은 슬러지 및 톱밥에 백색부후균을 접종하여 얻어진 토양개량제로 톱밥까지 분해되어 밭토양과 외형적으로 구분하기 어려울 정도로 완숙된 토양개량제이고, 추가되어진 백색부후균의 도움으로 신속하게 부숙되어 빠른 시간내 토양개량제를 얻을 수 있어 경제적이고, 톱밥의 분해산물이 토양개량제의 유효성분으로 함유되어진 우수한 효능의 토양개량제이다. The present invention is a soil improver obtained by inoculating sludge and sawdust with white fungus, which is decomposed to sawdust and matured so that it is difficult to distinguish it from the field soil, and is quickly ripened with the aid of added white fungus. It is economical because the soil improver can be obtained in time, and the decomposed product of sawdust is the soil improver of excellent efficacy, which is contained as an active ingredient of the soil improver.
본 발명에 따른 토양개량제를 폐광지의 토양에 도입함으로서 폐광지의 낮은 pH와 영양물질결핍으로 인하여 파괴된 폐광지의 식생을 복원할 수 있으며, 슬러지의 끈끈한 성질로 폐광지 사면 노출을 감소시킬 수 있으며, 폐광지 토양(pH 2~4)보다 상대적으로 높은 pH(6~8)로 폐광지 주변 토양 및 하천으로의 중금속 용출이 억제되며, 식물체내로의 중금속 흡수 효과를 높여 전체적으로 폐광지 중금속 오염정화를 이루는데 효과적으로 사용될 수 있다. 또한, 본 발명에 따른 토양개량제 제조방법은 함수율이 90% 이상되는 슬러지에도 적용이 가능하다.By introducing the soil improving agent according to the present invention into the waste of the mine, it is possible to restore the vegetation of the waste mines destroyed by the low pH and nutrient deficiency of the waste mines, the sticky nature of the sludge can reduce the exposure of the slopes of waste mines, Its pH (6 ~ 8) is higher than (pH 2 ~ 4) to suppress the dissolution of heavy metals into the soil and streams near the abandoned mines, and it can be effectively used to achieve the purification of heavy metals in the waste mines by increasing the absorption of heavy metals into plants. . In addition, the soil improving agent manufacturing method according to the present invention is applicable to sludge having a water content of 90% or more.
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