BACKGROUND: Excessive metals in the soil have become one of the most significant environmental problems. Phytoremediation has received considerable attention as a method for restoring the contaminated soils. The microbes having remarkable metal tolerance and plant growth-promoting abilities could also play a significant role in remediation of metal-contaminated soils, because bioaugmentation with such microbes could promote phytoextraction of metals. Therefore, the present study was focused on evaluating the phytoextraction of heavy metals (Co, Pb and Zn) in Helianthus annuus (sunflower) induced by bioaugmentation of a phosphate solubilizing bacterium. METHODS AND RESULTS: A phosphate solubilizing bacterium was isolated from metal-contaminated soils based on the greater halo size (>3 mm) with solid NBRIP agar medium containing 10 g glucose, 5 g $Ca_3(PO_4)_2$, 5 g $MgCl_2{\cdot}6H_2O$, 0.25 g $MgSO_4.7H_2O$, 0.2 g KCl, 0.1 g $(NH_4)_2SO_4$ in 1 L distilled water. Isolated bacterial strain was assessed for their resistance to heavy metals; $CoCl_2.6H_2O$, $2PbCO_3.Pb(OH)_2$, and $ZnCl_2$ at various concentrations ranging from $100-400{\mu}g/mL$ (Co, Pb and Zn) using the agar dilution method. A pot experiment was conducted with aqueous solutions of different heavy metals (Co, Pb and Zn) to assess the effect of bacterial strain on growth and metal uptake by Helianthus annuus (sunflower). The impact of bacterial inoculation on the mobility of metals in soil was investigated under laboratory conditions with 50 mL scaled polypropylene centrifuge tubes. The metal contents in the filtrate of plant extracts were determined using an atomic absorption spectrophotometer (Perkinelmer, Aanalyst 800, USA). CONCLUSION: Inoculation with Enterobacter ludwigii PSB 28 resulted in increased shoot and root biomass and enhanced accumulation of Co, Pb and Zn in Helianthus annuus plants. The strain was found to be capable of promoting metal translocation from the roots to the shoots of H. annuus. Therefore, Enterobacter ludwigii PSB 28 could be identified as an effective promoter of phytoextraction of Co, Pb and Zn from metal-contaminated soils.
식물의 저온 스트레스와 이에 대한 방어체계의 기작론적 측면을 탐색하기 위하여, 냉해유발조건하에서 세워둔 식물(주로 3-4엽기의 벼 유묘)를 대상으로 하여 조직중 pyruvate 함량, superoxide$(O_{\overline{2}})$ 수준 및 항산소성 효소들의 활성을 경시적으로 측정하였다. 저온$(5^{\circ}C)$처리동안에 엽조직에는 현저한 pyruvate축적이 일어났으며, 그 상대적 축적량은 처리시간의 경과에 따라 증가하였다. 그러나 저온처리된 식물을 상온하에 옮겨 놓았을 때 축적된 pyruvate는 곧 소진하기 시작하였으며 이와 동시에 조직내 superoxide$(O_{\overline{2}})$수준이 상승하기 시작하였다. 아울러, 몇시간 정도의 lag time을 가지며 superoxide dismutase(SOD)와 catalase의 활성도 증가하였다. 이에 반하여 또 다른 항산소성 효소인 Glutathione peroxidase는 활성화 현상을 전혀 보이지 않았다. 뿌리를 통해서 외부로부터 공급된 superoxide$(O_{\overline{2}})$는 뿌리 조직내의 SOD와 catalase의 활성을 유도하였다. 한편 $H_2O_2$ 공급이 조직내 catalase는 활성화시켰으나, 역시 glutathione peroxidase에 대해서는 어떤 영향도 미치지 않았다. 위의 모든 결과들은 저온처리중에 일어난 pyruvate의 세포내 축적이 상온으로 환원된 조직내에서 superoxide$(O_{\overline{2}})$ 및 이로부터 이차적으로 생성된 활성산소를 과잉 발생시키는 직접적 원인이라는 사실과, 두 항산소성 효소(SOD와 catalase)가 활성산소를 중간매체로 하여 일어나는 것으로 해석되는 식물냉해로부터 세포를 보호함에 있어서 결정적인 역할을 담당하고 있다는 사실을 강력히 시사하였다.
저면도포 무처리구에서 유기상토에 느타리버섯 폐배지로 생산한 분립 4-6%의 첨가비율에서 벼의 유식물체의 생육이 가장 좋았다. 저면도포 처리구에서는 대조구(유기상토 100%)에서 벼의 유식물체의 생육이 가장 좋았는데, 이는 신장된 뿌리가 토양표면에 시용된 분립으로부터 생육에 필요한 양분을 흡수하였기 때문으로 추정된다 따라서 장기간 육묘할 경우에는 유기상토에 분립을 혼합하지 않고 토양표면에 분립 100%를 시용하는 저면도포 방법이 효율적이라고 생각된다. 느타리버섯 폐배지로 생산한 분립은 중금속 함량이 낮아서 안전성이 높고. 양분공급능력이 높은 유기상토재로서 이웅 가능성이 높다고 판단된다. 유기상토의 양분공급능력을 높여 유식물체의 생육을 촉진하기 위해서는 분립과 같은 상토재의 첨가를 통하여 질소함량은 높이고, 탄질율은 낮추는 것이 필요하다고 판단된다.
인공식물섬의 BOD, SS, T-N, T-P제거효율과 조류의 성장억제 능력을 분석하였으며 조류제어효과에 있어서 미생물보유활성화, 식물의 흡수효과에 대한 각각의 효과성을 판단하기 위해 구성요소별 장치를 구성하여 실험하였다. 구성요소별 장치는 (1) Blank Test, (2) 인공식물섬(VAFI) $0.25m^2$, (3) 식물을 식재 하지 않은 인공식물섬(AFI) $0.25m^2$, (4) 인공식물섬을 수면위로 부유시키기 위한 부력재 $0.25m^2$, (5) Media (부력재 $0.25m^2$에 50cm 길이로 Media를 4줄 부착)이다. BOD제거는 VAFI, AFI, 부력재, Media에서 각각 82.7, 80.8, 45.2, 59.6%로 나타났다. T-N제거는 VAFI, AFI, Media에서 각각 51.2, 31.7, 25.1%로 나타났다. T-P제거는 VAFI, AFI, 부력재, Media에서 각각 23.3, 16.7, 10.0, 13.3%로 나타났다. 엽록소-${alpha}$는 VAFI에서 97.9%가 제거되었다. VAFI의 구성 요소별 제거율은 차광효과 35.1%,미생물의 복합작용에 의한 효과 61%, 식물과 뿌리에 의한 효과 1.8%인 것으로 나타났다.
장미 양액재배 후 폐기되는 폐양액을 분화 포인세티아에 시비함으로써 경영비 절감과 수질, 토양 등 환경보호에 이바지하고자 수행된 연구 결과는 다음과 같다. 초장 및 분지장은 폐양액 원액 시비시 컸으나 포엽수 및 분지수는 폐양액 시비구가 대조구에 비해 차이가 없었다. 폐양액 원액 시비시 엽수가 많고 엽폭 및 엽장이 길고 생체중과 건물중도 4종복비 시비구에 비해 무거웠으며 엽록소 함량 또한 높게 나타났으나 경경은 유의성이 없었다. 관수 6개월 후 토양 EC 및 유기물 농도는 폐양액원액 시비구에서, 인산은 4종복비 시비구에서 높게 나타났다. 식물체 무기성분 농도 또한엽, 줄기, 뿌리 등 식물체 부위에 관계없이 폐양액원액 시비구에서 높게 나타났다.
바이오 그린 기능수는 지하수 순수화$\longrightarrow$처리 촉매제 첨가$\longrightarrow$에너지 imprinting$\longrightarrow$여과 과정을 거쳐 제조되는 미약 에너지 발생 신소재로서 10년생 사과 쓰가루/M26 품종의 수관하부에 1995년 4월 20일, 5월 20일 및 6월 20일 ‘바이오 그린’ 기능수를 주당 0, 5, l0$\ell$씩 관주 처리하여 얻어진 결과는 다음과 같다. 사과원 토양의 화학적 특성에 있어서 무처리구의 pH 5.73에 비하여 기능수 처리구는 pH 6.31-6.43이었고, 기능수 처리에 의하여 치환성 Ca 및 Mg 함량이 증가되었다. 한편 P$_2$$O_{5}$, K 및 B 함량은 차이가 인정되지 않았다. 기능수 처리에 의하여 수확기 사과 과실의 당함량과 과피의 안토시아닌 함량이 증가되었고, Ca 함량이 현저히 증가되었다. 그러나 N, K, Mg는 처리간에 차이가 없었다. 기능수가 처리된 사과의 수체특성에 있어서 뿌리활력과 잎의 광합성 능력이 향상되었다. 과실 저장중 (4$^{\circ}C$) 기능수 처리구의 과실은 고두병 발생이 현저히 감소되었고, 호흡과 에틸렌 발생량이 상대적으로 적었으며, 높은 과실 경도를 나타냄으로써 과실 저장력이 향상되었다.
동적섭식경로모델 DYNACON에 대한 입력변수의 민감도 분석을 장반감기 핵종 $(^{137}Cs,\;^{90}Sr)$에 대해 침적시점의 함수로 평가하였다. 또한 장, 단기간 음식물 (곡류, 엽채류, 우유) 오염에 대한 입력변수의 영향이 고찰되었다. 입력변수는 LHS 기법으로 표본 추출되었으며, 민감도 지수는 PRCC로 나타냈다. 핵종과 음식물의 종류에 따른 민감도 지수는 침적시점 뿐 아니라 장, 단기간 오염에 있어서도 뚜렷이 다르게 나타났다. 작물의 성장기 침적의 경우 장, 단기간 오염 모두 잎흡수에 의한 오염 관련변수가 중요하였다. 또한 작물의 비성장기 침적의 경우 단기간 오염에 있어서도 잎흡수에 의한 오염 관련변수가 중요하였다. 장기간 오염의 경우 잎흡수에 의한 오염 관련변수의 영향은 줄고 뿌리흡수에 의한 오염 관련변수의 영향이 증가하였다. 특히 이러한 현상은 작물의 성장기 침적에 비해 비성장기 침적의 경우에, $^{l37}Cs$ 침적에 비해 $^{90}Sr$ 침적의 경우에 보다 뚜렷하였다. 목초의 성장기 침적의 경우 우유로의 핵종 전달계수, 젖소의 일일 목초 섭취량과 같은 가축 특성 관련변수가 상대적으로 우유의 오염에 중요한 입력변수로 나타났다.
물 부족 국가인 우리나라에서도 점차 골프장 코스관리자들이 관개용수 절약 및 재활용에 대해 관심을 갖기 시작했다. 시기적 요구에 따라 본 연구에서는 잔디 물 관리 시 중 수돗물을 관개용수로 사용이 가능한지 평가하기 위해 토양화학성과 잔디 생육에 미치는 영향을 조사하였다. 관개용수 종류에 따른 처리구는 중수돗물 처리구(GW)와 수돗물 처리구(TW)로 구분하였고, 각 관개용수별로 생육기간 중 시비하지 않은 관개용수 처리구(N-TW, N-GW)와 시비를 한 관개용수 처리구(F-TW, F-GW) 등 총 4개의 처리로 나뉘었다. 시험기간 중 처리구별 골프장 그린의 사질토양의 화학성 변화는 관찰되지 않았다. 중수돗물 처리구의 엽색 지수, 엽록소 지수, 잔디 뿌리길이, 잔디 예지물량 및 양분 흡수량은 수돗물 결과와 비슷하여 관개용수의 종류에 따른 잔디 생육과 품질에 대한 유의성 있는 차이는 나타나지 않았다. 잔디조직 내 무기 성분 함량 및 흡수량에 있어서 질소와 칼륨은 중수돗물 처리구에서 높았다. 잔디의 생육과 품질은 관개용수의 종류나 수질 보다는 비료 시비에 더 큰 영향을 받는 것으로 판단되었다. 본 연구 결과를 종합해 볼 때, 관개용수로서 중수돗물을 사용하여도 골프장 그린 크리핑벤트그래스의 생육과 품질 및 토양화학성에 미치는 영향이 적다는 것을 확인할 수 있었다.
SLODSVAT 모델은 (1)식생의 환경 조건과 생태 생리학적 특징에 의해 결정된 두개 수관층에서의 복사, 수분증발, 열, 이산화탄소 및 바람(momentum) 등의 이동과, (2)식물의 뿌리, 줄기, 잎으로 이어지는 수분의 흡수와 저장 및, (3)수관에 의한 강우의 차단, 그리고 토양에 의한 강우의 저장과 유하 등을 Simulation한 상호관련된 몇 개의 하위 모델들로 구성되어 있다. 본 연구에서는 독일 중부에 위치한 Solling지방의 독일가문비림(Picea abies L Karst)을 대상으로 기후 관측 결과와 모델링에 의한 결과를 서로 비교해 본 바, SLODSVAT는 서로 다른 환경 조건하에서 수분증발과 열 흐름의 계절적 변화 뿐만 아니라 일변화도 자연적 과정에 맞게 적절히 설명할 수 있음을 알 수 있었고, 또한 대기, 임관 및 토양 구조에 대한 기상학적, 식물학적, 수문학적 자료들이 유능하다면 독일가문비림 생태계에 대한 증산과 증발산의 비를 평가하고 예측함이 가능함을 알 수 있었다.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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