KR20150112422A - 호밀을 사용한 유류 오염 토양 처리토의 재활용을 위한 식물상 정화방법 - Google Patents

Abstract

본 발명은 일차 정화 처리된 유류 오염 토양의 상부에 상토층을 형성시킨 후, 호밀을 식재하는 식물상 정화방법에 관한 것으로, 본 방법에 따르면 단기간에 다량의 유류 오염 토양을 농토로서 재활용할 수 있을 정도로 복원할 수 있다.

Description

호밀을 사용한 유류 오염 토양 처리토의 재활용을 위한 식물상 정화방법{Phytoremedition using Secale cereale for reuse of pre-treated oil-contaminated soils}

본 발명은 유류 오염 토양 처리토를 재활용할 수 있는 유류 오염 토양의 정화방법에 관한 것으로서, 구체적으로 호밀을 식재하여 일차적으로 정화처리된 유류 오염 토양을 더 정화하여 농토로 재활용할 수 있도록 토성을 회복시키는 식물상 정화방법에 관한 것이다.

토양환경보전법 발효와 새로운 토양 오염 정화기술 개발 및 경험의 축적으로, 국내에서도 유류저장탱크, 송유관 인근 오염지역 및 군부대에 이르기까지 유류 오염 토양을 물리·화학적 및 생물학적 공법으로 정화하고 있다. 원위치에서 처리한 처리토는 되메움하거나 현장에 성토하고 있으며, 위치외 처리는 토양을 처리장까지 반출한 다음, 정화기준에 맞게 처리한다. 환경부(2013) 통계에 의하면, 반출처리 대상 오염 물질은 대부분 석유계 총 탄화수소(TPH, Total petroleum hydrocarbons)로, 처리 토량은 2007년 184천톤에서 2012년 429천톤으로 지속적으로 증가하여 5년간 평균 311천톤에 이르고 있다.

그러나 정화에 적용되는 공법에 따라 정화된 토양(이하, '처리토'라 한다.)은 기존 토성이 변질되거나, 토양의 생물학적 능력을 상실하고, 잔류 유분에 의한 냄새와 독성으로 재활용이 어려워, 비용을 지불하고 위탁 처리하거나 매립지에서 최종 처리되고 있다. 매년 반출 처리하는 유류 오염 처리토가 수십만 톤에 이르며, 자원으로 재활용되어야 할 처리토가 토양으로서의 가치를 상실하고 폐기물이 되어 사회경제적 문제를 야기하고 있다.

처리토 재활용이 원활하지 않은 것은 잔류 유분과 자연적 토양의 물리화학적 및 생물학적 토성 상실이 주원인이다. 국내 토양환경보전법 TPH 정화기준은 1지역, 2지역 및 3지역이 각각 500 mg/kg, 800 mg/kg 및 2,000 mg/kg으로, 잔류 TPH 냄새로 인해 일반 토지나 농토에 살포할 수 없다. 잔류 TPH는 식물체로 이동한 다음 분해되지 않고 축적되어, 작물에 냄새를 유발하여 상품성을 떨어뜨릴 수 있다. 또한 선별과정에 의한 미세토 함량 증가와 유분에 의한 토양점착성 증가로 토양이 떼알과 같이 뭉쳐 통기성이 감소하고, 토양 내 식물노화호르몬인 에틸렌 축적으로 인해 식물성장이 저해된다.

유류 오염 토양의 오염물 제거를 위해 널리 사용되는 열처리법 혹은 저온열탈착법으로 처리시에는 유류의 제거율은 높으나, 고온에서 소성처리되어 물리화학적 특성이 변화하면서 영양물질 보유력이 감소하고, 각종 분해자(미생물)가 사멸되어 농작물 생산 기반 및 물질순환작용으로서의 토양가치를 상실하게 되는 문제점이 있다.

다양한 처리공법 중에서 식물상 정화공법은 친환경 녹색기술로서, 저농도 오염토양의 대용량 처리에 적절한 경제적 공법으로, 식물에 의한 오염물 추출, 식물에 의한 오염물 분해, 식물에 의한 오염물 안정화가 정화 원리로 이용된다. 식물을 식재하면 식물 및 미생물 대사과정에서 생성된 유기물질과 영양물질이 토양에 편입되고, 식물에 의하여 토양에 산소가 공급되는 장점이 있다.

이와 같은 식물상 정화 방법을 이용하기 위해서는, 오염 물질에 대한 내오염성 및 오염물질 제거능이 있는 적절한 식물종 선택이 정화 목표 달성의 매우 중요한 인자로 된다. 이외에도 식물상 정화 방법의 성공적 적용에 중요한 식물종 선별 요인으로는 종자 혹은 종묘 취득의 용이성, 재배기술 확보 여부, 단위면적당 식물생산량 및 뿌리 구조 등이 있다.

이에 본 발명은 상술한 문제점을 고려하여, 일차 정화 처리된 유류 오염 토양(이하, '처리토'로 약기한 곳도 있다.)을 식물상 정화 방법으로 다시 정화 처리하여 농토로 재활용 가능한 토양으로 전환할 수 있는 정화 방법을 제공하려고 한다.

이를 위해, 본 발명은 유류 오염 토양으로부터 TPH를 높은 효율로 제거할 수 있는 고생체량 식물을 단기간에 경제적이고 안정적으로 재배하는 방법을 제공하고자 한다.

상술한 과제를 해결하기 위하여, 본 발명은 유류 오염 토양에 호밀을 식재하여 유류 오염 토양을 복원하는 식물상 정화방법을 제공한다.

본 발명의 일 구현예에 따르면, 호밀은 유류 오염 토양층에 상토층을 적층하여 뿌리성장영역을 가진 토양에 식재하는 것이 바람직하다.

본 발명의 다른 일 구현예에 따르면, 유류 오염 토양은 0.001 ~ 10μg-TPF/g-건조 토양(dry soil)의 탈수소효소 활성을 나타낸다.

본 발명의 또 다른 일 구현예에 따르면, 유류 오염 토양은 건조토양 중량 1kg당 1,000 ~ 2,000 mg의 석유계 총 탄화수소를 포함한다.

본 발명의 또 다른 일 구현예에 따르면, 상토층은 코코피트 65~70%, 피트모스 13~17%, 질석 6~8%, 제올라이트 3~5%, 펄라이트 5~8%, 나머지량의 수용성 비료, 항균물질 및 습윤제를 포함하는 것이 바람직하다.

본 발명의 또 다른 일 구현예에 따르면, 상토층은 산도가 5.5~6.5이며, 유기물 20~30g/kg, 유효인산 80~500mg/kg, 칼륨 0.25~0.60cmol+/kg, 칼슘 5.6~6.0cmol+/kg, 및 마그네슘 1.2~2.0cmol+/kg을 함유하는 토양으로 이루어진 것이 바람직하다.

본 발명의 또 다른 일 구현예에 따르면, 상토층은 본 발명의 정화방법으로 최종 정화된 토양으로 이루어질 수 있다.

본 발명의 또 다른 일 구현예에 따르면, 상기 유류 오염 토양은 토양세척법, 열탈착법, 화학적 산화법 및 화학적 환원법으로 이루어진 군에서 선택된 방법으로 정화 처리된 것이다.

본 발명의 또 다른 일 구현예에 따르면, 상기 복원된 유류 오염 토양은 농토로 재활용될 수 있다.

본 발명은 또한 본 발명의 식물상 정화방법에 따라 복원된 토양에 본 발명의 식물상 정화방법에 따라 식재되어 성장한 호밀을 멀칭(mulching)하여 복원된 토양의 물리성을 더 개선하는 방법을 제공한다.

본 발명의 호밀을 이용하는 식물상 정화 방법에 따르면, 처리토의 상부에 호밀의 초기 뿌리 성장 공간으로 상토층을 조성하여, 호밀의 정상적인 성장이 가능하게 하였다. 이를 통해, 호밀의 성장에 따른 TPH의 직접 흡수 및 분해, 호밀의 뿌리 발달로 인한 토양 내 투수성 및 통기성의 증가, 삼출물에 의한 토양 미생물 활성도 증가 및 생물학적 분해 증진 등과 같은 상호작용이 가능하게 된다. 이러한 결과로 본 발명의 식물상 정화 방법에 따르면, 토양 DHA가 현저하게 증가되며, TPH 순제거율도 매우 높아서, 유류 오염 처리토를 단기간에 농지나 산지에 재활용이 가능한 토양으로 복원할 수 있다.

또한 본 발명의 식물상 정화 방법에서 사용된 호밀은 대표적인 녹비식물로서, 성장 후 생체를 토양으로 환원하면 토양의 비옥도를 높이고 섬유질 공급에 의한 통기성을 증가시키게 되어, 토양의 물리성을 한층 더 개선할 수 있다.

또한 호밀과 옥수수는 같은 수염 뿌리를 가지고 있으면서도, 호밀은 좁고 깊게 뿌리가 나는 반면, 옥수수는 초기에 넓고 그리고 나중에 깊게 자라는 특성을 가지고 있다. 그러므로 초기에 뿌리가 성장할 공간이 넓지 않은 경우에도 호밀은 성장이 가능하여, 보다 경제적으로 유류 오염 처리토를 정화할 수 있다.

도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 유류 오염 토양의 처리토와 상토에서 호밀, 해바라기, 돌콩, 옥수수 및 쇠별꽃의 발아 실험 결과를 나타낸 사진이다.
도 2는 본 발명의 실시예 3 및 비교예 5에 따른 호밀의 뿌리 발달 상태를 보여주는 사진이다.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 유류 오염 토양의 처리토와 상토에서 옥수수를 생장시킨 결과를 나타낸 사진이다.

이하 본 발명을 도면 및 실시예를 참조하여 상세히 설명한다.

정화 처리된 유류 오염 토양(이하, '처리토'라 한다.)을 재활용할 수 있기 위해서는, 처리토에 잔류하는 TPH가 제거될 수 있어야 한다. 또한 상실된 토양의 생물학적 능력이 재생될 수 있도록 (1) 섬유질 공급에 의한 투수성과 통기성 회복, (2) 토양 내 유기물 함량 증가, (3) 토양 내 미생물 활성도 증가 등의 토양 성분의 회복도 가능하여야 한다. 또한 단기간에 다량의 토양을 경제적으로 처리할 수 있어야 한다.

본 발명의 식물상 정화 방법은 유류 오염 토양에 토양 정화식물로서 호밀을 식재하여, 유류 오염 토양을 단기간에 복원하여 농토로 재활용할 수 있는 방법이다.

호밀(Secale cereale)은 밀족(Triticeae)과의 일년생 동작물로서 토양이 척박한 조건하에서 잘 자랄 수 있으며, 타감작용(allelopathy)으로 잡초를 억제하고 토양으로 환원하면 지력을 증진하는 녹비식물에 해당한다. 이러한 호밀의 특성을 이용하면, 처리토를 단기간에 경제적으로 농토로서의 토성을 가질 수 있도록 전환하는 것이 가능할 것으로 판단되어, 본 발명의 식물상 정화 방법에 호밀을 적용하였다.

처리토는 저농도로 오염된 유류 오염 토양을 토양세척법, 열탈착법, 화학적 산화법 및 화학적 환원법으로 이루어진 군에서 선택된 방법으로 정화 처리된 것이다. 처리토는 0.001 ~ 10㎍-TPF/g-건조 토양(dry soil)의 탈수소효소 활성을 나타내는 것으로, 매우 낮은 미생물 활성을 가진 토양이다. 또한 처리토는 토양 중량 1kg당 1,000 ~ 2,000mg의 석유계 총 탄화수소를 포함한다.

따라서 본 발명은 처리토의 상부에 호밀 성장에 적합한 상토를 적층하여, 초기 호밀의 발아 및 호밀 뿌리가 자리를 잡고 성장할 수 있도록 하였다.

상토층은 호밀 뿌리가 자리잡을 수 있는 정도의 깊이이면 특별한 제한이 없다. 호밀이 좁고 깊은 수염 뿌리인 점을 고려하면, 상토층은 넓게 적층하기 보다는 깊게 적층하는 것이 더 바람직할 것이다.

상토는 코코피트 65~70%, 피트모스 13~17%, 질석 6~8%, 제올라이트 3~5%, 펄라이트 5~8%, 나머지량의 수용성 비료, 항균물질 및/또는 습윤제를 포함하는 상토 조성물인 것이 바람직하다. 또한 상토는 식물이 자랄 수 있는 논이나 밭의 일반 토양(중금속이나 유류 등 오염원에 의해 오염되지 않은 토양을 의미한다.)을 사용하여도 된다. 바람직하게는 상술한 상토 조성물과 동등한 정도의 토양 성능, 산도가 5.5~6.5이며, 유기물 20~30g/kg, 유효인산 80~500mg/kg, 칼륨 0.25~0.60cmol+/kg, 칼슘 5.6~6.0cmol+/kg, 및 마그네슘 1.2~2.0cmol+/kg을 함유하는 토양을 사용하는 것이 좋다. 또한 본 발명의 방법에 따라서 최종 정화된 토양을 사용하는 것도 가능하다.

한편, 본 발명의 식물상 정화방법에 따라 식재되어 성장한 호밀을 식물상 정화방법으로 복원된 토양에 멀칭해 주면, 복원된 토양의 물리성, 예컨대 토양의 통기성, 토양 경도, 토양 수분 함량, 비옥도 등을 더 개선할 수 있다. 호밀은 작게 잘라서 토양에 멀칭하는 것이 바람직하다. 이를 통해 유류 오염 토양에서 성장한 호밀의 자원으로서의 활용도 가능하며 정화 복원된 토양의 토성도 개선할 수 있게 된다.

실시예

TPH에 대한 내오염성을 평가하기 위하여, 먼저 호밀을 포함하는 다섯 종의 초본에 대한 발아실험을 수행하였다. 발아실험 결과, 본 발명자들의 예상대로 처리토의 식물상 정화 식물로 적합한 것으로 나타난 호밀을 선정하고, 처리토에서 생장할 수 있게 본 발명의 방법으로 식재한 다음, 온실에서 재배하였다. 식물에 대한 식물독성 발현 현상과 광합성 지표를 지속적으로 모니터링하고 지상부 식물생체량과 최종토양의 미생물 활성도 변화 및 TPH 제거량을 비교·평가하여, 처리토를 농토로 재활용할 수 있는 가능성에 대해 실험하였다. 이하 본 발명에 따른 방법에 대해 실시예 및 비교예로서 차례로 설명한다.

<분석방법>

1. 토양 분석방법

토성은 No. 270체로 모래를 먼저 거르고, 침강실린더로부터 1회에 미사와 점토를, 2회에 점토를 취하는 마이크로-피펫 방법(micro-pipette method)(Gee and Bauder, 1986)으로 측정하고, 미국 USDA 삼각토성표로 결정하였다.

토양 pH는 습윤 토양 5g에 증류수 25mL을 넣고 1시간 진탕 후 pH 미터로 측정하였다. 강열감량 (Loss on Ingition, LOI)은 건조토양 5g을 도가니에 담아 600℃ 고로에서 1시간 소각 후 건조량 당 백분율로 계산하고, 토양 유기물 함량(Organic Content, OC)은 다음의 식(1)에 의해 결정하였다(FitzPatrick, 1986, An introduction to soil science).

(1)

토양 탈수소효소 활성(DHA, Dehydrogenase activity)은 페퍼 앤 저바(Pepper and Gerba, 2004, Environmental Microbiology)의 방법에 따라 건조토양 6g에 트리페닐테트라졸륨 클로라이드(TTC, triphenyltetrazolium chloride)를 1 mL(30 mg)를 넣고 25℃ 항온교반기에서 1주일간 배양하여 생성된 트리페닐포름아잔(TPF, triphenyl formazan)의 양을 측정하였다.

2. 식물의 광합성 활성 및 성장 지표 분석

식물 광합성 활성은 한스텍 핸디(Hanstech Handy) PEA로 측정하였다. 측정 원리는 다음과 같다. 식물의 잎이 햇빛을 흡수하여 광합성에 필요한 에너지를 소모하고 여분의 에너지는 열선 혹은 형광선으로 재방출한다. 식물이 스트레스, 독성물질, 오염물질 및 영양소 부족 등으로 광합성 활성이 감소하면, 광합성에 사용되는 에너지가 줄어드는 대신 형광선 방출량이 증가한다. 따라서 일정한 조건에서 방출되는 형광선량을 측정하면, 식물 잎에서의 광합성 활성을 하기 식 (2)로 평가할 수 있다.

(2)

여기서, F _o 는 기저 형광선(fluorescence origin)의 약어로, 광합성시스템 II에 있는 안테나 구조의 클로로필 a에서 배출되는 기저 형광선량을 의미하며, F _m 은 최대 형광선(maximum fluorescence)으로 충분한 빛이 조사되어 잎을 포화시키고 클로로필 전자수용체인 Q_a가 완전 환원되었을 때 방출되는 형광선의 최대량을 의미한다. F _v 는 형광선 방출량으로 F _m - F _o 로 표현되며, 일반적으로 건강한 광합성 시스템일수록 F _v /F _m 은 증가하며, 그 최대값은 0.85로 보고되고 있다.

실험이 종료된 다음, 호밀 지상부는 수확하여 60℃에서 24시간 건조하여 건조중량을 측정하였다. 초기 및 식물재배 후의 TPH 농도 및 토양의 이화학성분은 서울대학교 농업과학공동기기센터(NICEM)에 의뢰하여 분석하였다. 분석은 환경부의 토양오염공정시험기준(2009)에 따라 실시되었다. 모든 실험과 분석은 최소한 2배수 이상 실시하였다.

< 실시예 >

실시예 1: 처리토 토성 및 생물학적/물리화학적 특성 분석

처리토는 열탈착법으로 처리한 토양으로, 처리토의 토양 특성 분석 결과를 하기 표 1에 나타내었다. 이에 따르면, 처리토의 토성은 정화 선별과정에서의 점토 유실로 모래 57.6%, 실트(silt) 41.9%, 점토(clay) 0.4%인 사양토(sandy loam)였다. 처리토는 모래 함량이 높음에도 불구하고 배수가 불량하였고, 건조시키면 단단하게 굳는 특성이 있었다. 상기 식 (1)에 의한 유기물 함량 4.86%로 계산한 C:N 비율은 347:1로, 평형상태의 일반토양 C:N비가 12:1(BC MoA, 2010)인 걸 감안하면 매우 높게 나타났다. 농토에 C:N 비가 높은 처리토를 혼합하면 식물에서 질소기아현상이 발생하게 되어 바람직하지 않다. 또한, 정화과정에서의 열처리로 인해 토양미생물이 거의 사멸하였기에 처리토 DHA는 0.74㎍-TPF/g-건조토양으로 매우 낮았다. 초기 TPH는 1,118 mg/kg이었다. 하기 표 1의 토양특성 평가 결과를 정리하면, 처리토는 배수 및 통기성이 불량하고, 과도한 C:N 비율과 낮은 미생물 활성도 및 잔류 TPH로 인하여, 그대로 농토에 재활용하기에는 부적합한 것으로 드러났다.

실시예 2: 발아실험

본 발명에 따른 식물상 정화방법은 식물재배가 불가능한 유류오염 처리토를 식물로 후처리하여 경제적으로 농경지에 사용 가능한 토양으로 전환하려고 한다. 이와 같은 식물상 정화방법에 대한 호밀의 적합성을 확인하기 위하여, 단기간에 속성으로 재배 가능하고 재배 후에는 토양의 통기성과 투수성을 증진하기 위해 멀칭재로 사용할 수 있는 식물을 발아실험 후보군으로 선정하였다. 또한 유류 오염 토양은 탄소 성분은 풍부하지만, 질소 성분이 결핍되는 경우가 많으므로 질소를 고정할 수 있는 식물도 후보 대상에 포함시켰다.

비교예로서 선정된 식물종은 호밀(Secale cereale)과 같은 외떡잎 식물인 옥수수(Zea mays)(비교예 1), 쌍떡잎 식물인 해바라기(Helianthus annuus)(비교예 2), 돌콩(Glycine soja Siebold & Zucc .)(비교예 3) 및 쇠별꽃(Stellaria aquatica (L.) Scop .)(비교예 4)이다.

원예용 72구 식물모종판에 실시예 1의 TPH 처리토와 대조군으로 상토를 각각 채운 후, 모종판 한 구당 식물 종자 2개씩 총 144개의 종자를 파종하였다. 파종한 식물모종판은 온실에서 총 15일간 재배하고, 싹이 나온 유식물을 계수하였다. 이때, 상토는 코코피트 65~70%, 피트모스 13~17%, 질석 6~8%, 제올라이트 3~5%, 펄라이트 5~8%, 나머지량의 수용성비료, 항균물질 및 습윤제 등을 살균된 상태로 배합하여 사용하였다.

발아실험의 결과는 하기 표 2와 도 1에 나타내었다. 이때 발아 판별기준은 외떡잎식물은 3엽 이상, 쌍떡잎식물은 2엽 이상이 완벽한 형태로 자란 것을 기준으로 하였다. 처리토에서의 발아율은 옥수수>호밀>돌콩의 순이었다. 상토에서의 발아율은 호밀>옥수수>돌콩의 순으로 호밀이 가장 높았다. 옥수수는 처리토와 상토에서의 발아율이 거의 동일하였다. 또한 해바라기는 처리토 및 상토에서 각각 37% 및 26%로 발아율은 낮았으나, 처리토에서 더 높은 발아율을 보였다. 반면, 쇠별꽃은 상토에서 31%로 발아율이 낮아 약 70%가 발아하지 않는 종자임을 감안하더라도, 처리토에서는 99%가 발아하지 않아 가장 큰 발아 저해를 보였다.

처리토에 함유된 TPH는 발아한 유식물의 초기 성장에도 악영향을 주는 것으로 나타났다. 도 1에 나타낸 바와 같이, 상토에서 자란 식물은 처리토에서 자란 식물에 비해 성장이 2배 이상 빠르고, 잎이 짙은 녹색이었다. 그러나 호밀은 처리토와 상토에서의 유식물 성장에서 큰 차이가 나지 않는 것으로 나타났다.

실험결과, 호밀은 처리토에서도 발아 및 유식물 성장이 가능한 것으로 확인되었다.

실시예 3: 포트실험

포트실험을 위해 PVC 포트(높이 20cm, 직경 15cm)에 처리토와 원예용 상토를 각각 15cm까지 채우고 다짐한 다음, 상토에서 성장한 건강한 호밀 유식물 5개체를 그 상부에 두었다. 이후 각 포트의 상부에는 상토를 5cm ~ 10cm 깊이로 채워 상토층을 만들어, 식물포트를 완성하였다. 실시예 1의 처리토는 그 특성상 수분이 증발하면 딱딱하게 굳어 물의 투수가 원활하지 않아 식물이 시들기 시작하고, 처리토에서 싹이 튼 유식물은 성장이 저하되게 된다. 따라서 초기에 식물뿌리가 자리를 잡고 성장할 수 있는 공간을 제공하기 위해, 처리토의 상부에 5cm의 상토층을 형성시켰다.

본 발명의 식물상 정화방법에 따라 호밀 식재 처리토(처리구)를 구성하고, 비교예로서 호밀 식재 상토(대조구), 호밀 비식재 처리토(무식재구)를 준비하여, 모두 2반복 실험하였다. 실험기간 중, 초기 식재 시 복합비료(N:P:K=21:17:17) 3g을 시비하고, 1주일 간격으로 2회 2g씩 시비하였다. 포트는 38일간 온도조절이 없는 자연상태의 온실에서 재배하면서, 2일에 한 번 100mL씩 관수하였다.

식재한 지 일주일 후부터 처리토(실시예 3)에 식재한 호밀 지상부에서 잎이 노랗게 변하는 황백화 현상이 나타나고, 주로 주변부 잎이 탈색되면서 시들었다. 이는 잔류 TPH에 의한 식물독성이 발현된 것으로 판단된다. 그러나 식재 약 2주 후에는 호밀이 이식에 의한 스트레스와 TPH 독성을 견뎌내고, 황백화 현상이 사라짐과 동시에 왕성히 성장하기 시작하였다. 그럼에도 외견상으로도 상토 식재 호밀(비교예 5)에 비해 처리토 식재 호밀은 초장이 짧고, 가지의 수도 작으며, 전체적인 지상부 생체량이 많지 않았다.

식재 38일 후 실시예 3 및 비교예 5의 호밀에 대해 광합성 활성을 5회 측정하고, 결과를 표 3에 나타내었다. 처리토에 식재한 호밀(실시예 3)은 평균 0.808 Fv/Fm, 상토에 식재한 호밀(비교예 5)은 평균 0.796Fv/Fm로, 두 처리구 간에 큰 차이는 없었다. 반면에, 호밀의 지상부 생체량은 큰 차이를 보였는데, 처리토 식재구(실시예 3)의 평균 지상부 생체량은 96.6g으로 상토에 식재한 호밀(비교예 5) 139.26g에 비해 약 30.6% 생체량이 감소하였다. 잔류 TPH의 독성에 의한 초기 호밀 성장기에 발생한 황백화 현상 등이 지상부 생체량 감소 원인으로 판단된다.

한편, 지하부 생체량도 주요한 식물 활성 지표이므로, 각 처리구의 뿌리 발달을 확인하였다. 도 2에 나타낸 바와 같이, 포트로부터 호밀 식재 토양을 분리한 결과, 처리토 식재구(실시예 3)에서도 상토 식재구(비교예 5)와 유사하게 호밀의 광범위한 뿌리발달이 확인되었다.

다음으로, 처리토 호밀 식재구(실시예 3)와 처리토 호밀 무식재구(비교예 6)의 토양 특성을 분석하여 비교하였다. 실시예 3에서 최종 수확된 토양의 T-N 및 T-P는 각각 0.032%, 301.68mg/kg이었고, 비교예 6에서는 각각 0.018% 및 230.79mg/kg으로 상기 표 1에 기술된 초기 값에 비해 모두 증가하였다. 이는 실험과정에서 사용한 복합비료에 기인한 것으로 판단된다.

그러나, 미생물 활성 지표인 DHA는 처리토 호밀 식재구(실시예 3)에서는 초기 0.74에서 138.9㎍-TPF/g-건조토양으로 약 186배 증가한 반면, 무식재구(비교예 6)에서는 8.6㎍-TPF/g-건조토양으로 10배 정도 밖에 증가하지 않은 것으로 나타났다. 미생물 활성도 증가는 호밀 뿌리의 발달에 기인한 것으로 사료된다. 즉, 뿌리에서 배출되는 삼출액과 산소전달, 및 뿌리 발달로 토양 내 통기성이 증가하여, 비교예 6의 무식재구에 비해 높은 미생물 활성도 증가를 나타낸 것으로 판단된다.

*모든 값은 배양 전에 글루코오스를 첨가하지 않은 상태에서 측정된 것이다.

결과적으로, 실시예 3의 처리토에 호밀 유식물을 정식하여 38일간 재배한 후의 TPH 농도는 초기 1,118mg/kg에서 732.5mg/kg으로, 34.5% 제거되었다. 비교예 6의 무식재구에서도 관수에 의한 용출, 자연감쇄 및 휘발 등으로 TPH가 18.4% 제거되었기 때문에, 실시예 3의 순제거율은 16.1%로 단기간에 높은 제거율을 나타내었다.

참고예 : 식재 방법 실험

본 발명의 식물상 정화방법에 따른 식재 방법의 효과를 평가하기 위하여, 참고 비교예로 발아실험에서 발아율이 호밀보다 높았고 생장도 빨랐던 옥수수 유식물을 상토 5cm를 넣지 않은 상태의 처리토와 상토에 식재하고, 실시예 3의 포트실험과 동일한 조건에서 재배하였다. 상토에서는 옥수수가 왕성하게 생장하였지만, 상부 5cm의 뿌리 발달공간이 없는 조건으로 재배한 처리토에서는 옥수수가 제대로 성장하지 못하였다(도 3).

이에 따르면, 초기 뿌리 생장 공간을 확보할 수 있는 본 발명의 상토층을 포함하는 식재 방법이 유류 오염 토양의 재활용을 위한 식물상 정화 방법에 매우 효과적인 것으로 판단된다.

이상에서 설명한 본 발명은 상술한 실시예 및 첨부된 도면에 의해 한정되는 것이 아니고, 본 발명의 기술적 사상을 벗어나지 않는 범위 내에서 여러 가지 치환, 변형 및 변경이 가능함은 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 있어서 명백할 것이다.

Claims (10)

1. 유류 오염 토양에 호밀을 식재하여 유류 오염 토양을 복원하는 식물상 정화방법.
   
2. 제1항에 있어서,
   상기 유류 오염 토양은 0.001 ~ 10㎍-TPF/g-건조 토양(dry soil)의 탈수소효소 활성을 나타내는 것을 특징으로 하는 식물상 정화방법.
   
3. 제2항에 있어서,
   상기 유류 오염 토양은 건조 토양 중량 1kg당 1,000 ~ 2,000mg의 석유계 총 탄화수소를 포함하는 것을 특징으로 하는 식물상 정화방법.
   
4. 제1항에 있어서,
   상기 호밀은 유류 오염 토양층에 상토층을 적층하여 뿌리성장영역을 가진 토양에 식재되는 것을 특징으로 하는 식물상 정화방법.
   
5. 제4항에 있어서,
   상기 상토층은 코코피트 65~70%, 피트모스 13~17%, 질석 6~8%, 제올라이트 3~5%, 펄라이트 5~8%, 나머지량의 수용성 비료, 항균물질 및 습윤제를 포함하는 상토 조성물로 이루어진 것인 식물상 정화방법.
   
6. 제4항에 있어서,
   상기 상토층은 산도가 5.5~6.5이며, 유기물 20~30g/kg, 유효인산 80~500mg/kg, 칼륨 0.25~0.60cmol+/kg, 칼슘 5.6~6.0cmol+/kg, 및 마그네슘 1.2~2.0cmol+/kg을 함유하는 토양으로 이루어진 것인 식물상 정화방법.
   
7. 제4항에 있어서,
   상기 상토층은 제1항에 따라 정화된 토양으로 이루어진 것인 식물상 정화방법.
   
8. 제1항에 있어서,
   상기 유류 오염 토양은 토양세척법, 열탈착법, 화학적 산화법 및 화학적 환원법으로 이루어진 군에서 선택된 방법으로 정화 처리된 것인 식물상 정화방법.
   
9. 제1항에 있어서,
   상기 복원된 유류 오염 토양은 농토로 재활용될 수 있는 것을 특징으로 하는 식물상 정화방법.
   
10. 제1항 내지 제9항 중 어느 하나의 항에 따라서 복원된 토양에 상기 제1항 내지 제9항 중 어느 하나의 항에 따라서 성장한 호밀을 멀칭(mulching)하여 토양의 물리성을 개선하는 방법.

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