Journal of Korean Society of Environmental Engineers (대한환경공학회지)

Korean Society of Environmental Engineers (대한환경공학회)
권호 표지

Soil quality assessment for cadmium uptake of Artemisia princeps at abandoned metalliferous mines using statistical analysis

폐금속 광산에 식생하는 쑥의 카드뮴 흡수 해석을 위한 통계적 토양질 평가

  • Jo, Hun-Je (Division of Environmental Science & Ecological Engineering, Korea University) ;
  • Kim, Dae-Yeon (Division of Environmental Science & Ecological Engineering, Korea University) ;
  • Lee, Hyun-Joon (Division of Environmental Science & Ecological Engineering, Korea University) ;
  • Oh, Hyun-Ju (Division of Environmental Science & Ecological Engineering, Korea University) ;
  • Kang, Sung-Wook (Division of Environmental Science & Ecological Engineering, Korea University) ;
  • Kim, Jeong-Gyu (Division of Environmental Science & Ecological Engineering, Korea University) ;
  • Jung, Jin-Ho (Division of Environmental Science & Ecological Engineering, Korea University)
  • 조훈제 (고려대학교 환경생태공학부) ;
  • 김대연 (고려대학교 환경생태공학부) ;
  • 이현준 (고려대학교 환경생태공학부) ;
  • 오현주 (고려대학교 환경생태공학부) ;
  • 강성욱 (고려대학교 환경생태공학부) ;
  • 김정규 (고려대학교 환경생태공학부) ;
  • 정진호 (고려대학교 환경생태공학부)
  • Received : 2009.08.21
  • Accepted : 2009.12.22
  • Published : 2010.01.31
Download PDF
⟨ Previous Next ⟩

Abstract

Physical, chemical and biological properties of soils and cadmium(Cd) content of Artemisia princeps var. orientalis collected from 10 metalliferous mines were analysed. Cd contents of unplanted soils and rhizosphere soils were not significantly different(p < 0.05), and mean values were 5.92 and 5.91 mg/kg, respectively. In addition, Cd content of rhizosphere soils were correlated with Cd content of Artemisia princeps (p < 0.05, ${R^2}_{shoot}$ = 0.3120, ${R^2}_{root}$ = 0.4177). Minimum data set(MDS) of soil quality parameters for statistical assessment of Cd uptake was established by principal component analysis, and it was identified as organic matter(OM), dehydrogenase activity(DHA), pH, exchangeable Mg. According to multiple regression analysis using the MDS, coefficients of determination ($R^2$) for Cd uptake of shoot and root of Artemisia princeps were found to be 0.3418 and 0.5121, respectively. This suggests that statistical soil quality assessment using the MDS seems a useful tool to interpret heavy metal uptake of plant.

국내 10개의 폐금속 광산을 대상으로 토양의 물리적, 화학적 및 생물학적 특성과 자생하고 있는 쑥(Artemisia princeps var. orientalis)의 카드뮴(Cd) 함량을 분석하였다. 식생이 없는 대조군 토양과 쑥 근권 토양의 Cd 함량은 산술평균으로 각각 5.92와 5.91 mg/kg으로 나타났으며, 분산분석 결과 두 토양간의 Cd 함량에는 유의한 차이가 없었다(p < 0.05). 그리고 쑥의 지상부와 지하부의 Cd 함량은 근권 토양의 Cd 함량과 유의한 상관관계를 보였다(p < 0.05, ${R^2}_{shoot}$ = 0.3120, ${R^2}_{root}$ = 0.4177). 쑥의 Cd 흡수 해석을 위하여 주성분 분석(PCA)을 실시한 결과, 최소 토양질 인자(MDS)로 유기물 함량 (OM), 탈수소효소 활성도(DHA), pH, 치환성 Mg가 선정되었다. MDS를 이용한 다중회귀분석 결과, 쑥의 지상부와 지하부의 Cd 함량의 회귀식에 대한 결정계수($R^2$)는 각각 0.3418과 0.5121로 나타났다. 이것은 MDS를 이용한 통계적인 토양질 평가가 식물의 중금속 흡수를 해석하는 유용한 기법이라는 것을 나타낸다.

Keywords

References

  1. Doran, J. W., and Parkin, B. T., "Defining and assessing soil quality,"Soil Sci. Soc. Am., 35, 3-21(1994).
  2. Larson, W. E., and Pierce, F. J.," The dynamic of soil quality as a measure of sustainable management,"Soil Sci. Soc. Am., 35, 37-51(1994).
  3. Liebig, M. A., Varvel, G., and Doran, J., "A simple performance based index for assessing multiple agroecosytem functions," Agronomy Journal, 93, 313-318(2001). https://doi.org/10.2134/agronj2001.932313x
  4. Bram, G., Ken, D. S., and Jozef, D.," A minimum data set for soil quality assessment of wheat and maize cropping in the highlands of Mexico,"Soil and Tillage Research, 87, 163-174(2006). https://doi.org/10.1016/j.still.2005.03.005
  5. Andrews, S. S., Karlen, D. L., and Mitchell, J. P.," A comparison of soil quality indexing methods for vegetable production systems in Northern California,"Agric. Ecosystems Environ., 90, 25-45(2002). https://doi.org/10.1016/S0167-8809(01)00174-8
  6. Tordoff, G. M., Baker, A. J. M., and Willis, A. J., "Current approaches to revegetation and reclamination of metalliferous mine wastes,"Cheomosphere, 41, 219-228(2000). https://doi.org/10.1016/S0045-6535(99)00414-2
  7. Rauser, W. E., and Ackerley, C A., "Localization of cadmium in granules within differentiating and mature root cells,"Can. J. Botany, 65, 643-646(1987). https://doi.org/10.1139/b87-084
  8. NIAST, Method of Soil and Plant Analysis, National Institute of Agriculture Science and Technology, Suwon(2000).
  9. USEPA, Acid digestion of sediments, sludge, and soils, Method 3050A, United States Environmental Protection Agency(1992).
  10. OECD, Enchytraeidae reproduction test, OECD Guideline 200, Paris, pp. 13(2000).
  11. Casida, J., Klein, L. E., and Santoro, D. A., "Soil dehydrogenase activity,"Soil Sci., 98, 371-376(1964). https://doi.org/10.1097/00010694-196412000-00004
  12. 전효택, 정명채", 함우라늄 흑색세일 분포지역에서의 유해성원소들의 분산에 관한 지구화학적 연구,"한국자원공학회지, 24,245-260(1991).
  13. 환경부, 토양환경보전법, (2006).
  14. 임수길, 윤준헌, 이창호", 무궁화 생육에 미치는 토양의 영향(토성과 pH를 중심으로),"자연자원논집, 34, (1994).
  15. 김정규, 임수길, 이상환, 이창호, 정창윤", 휴페광산지역 오염토양의 phytoremediation을 위한 식물자원 검색,"한국환경농학회지,18, 28-34(1999).
  16. 농촌진흥청, 농업환경변동조사사업보고서, (2003).
  17. 농촌진흥청, 농업환경변동조사사업보고서, (2005).
  18. 정병간, 최정원, 윤을수, 윤정희, 김유학", 우리나라 밭 토양화학적특성,"한국토양비료학회지, 34, 326-332(2001).
  19. 정병간, 윤정희, 김유학, 김석현", 논토양에서 유효인산 함량과 인산흡수능에 따른 0.01M $CaCl_{2}$ 가용 인산농도 변화,"한국토양비료학회지, 36, 384-390(2003).
  20. Kandeler, E., Marschner, P., Tscherko, D., Gahoonia, T. S., and Nielsen, N. E.," Microbial community composition and functional diversity in the rhizosphere of maize."Plant Soil, 238, 301-312(2002). https://doi.org/10.1023/A:1014479220689
  21. Paniagua, A., Kammerbauer, J., Avedillo, M., and Andrews, A. M., "Relationship of soil characteristics to vegetation successions on a sequence of degraded and rehabilitated soils in Honduras," Agric. Ecosystems Environ., 72, 215-225(1999). https://doi.org/10.1016/S0167-8809(98)00183-2
  22. Kabata-Pendias, A., and Pendias, H., Trace elements in soil and plants. CRC Press Inc., New York, (1984).
  23. 윤영만, Zn, Cd 처리토양에서 쑥(Artemisia princeps var.orientalis)의 중금속흡수와 생육에 미치는 토성, 토양수분, 토양 pH의영향, 고려대학교석사학위논문, pp. 13-43(1997).
  24. 이옥민, 카드뮴의 현미로의 이행에 미치는 개량제의 영향, 고려대학교석사학위논문, pp. 18-53(2004).
  25. 김환기, 이성백", 토양층에서카드뮴흡착에대한유기물의영향," 대한환경공학회지, 20(1), 1-8(1997).
  26. Wang, X. P., Shan, X. Q. Zhang, S. Z., and Wen, B.", A model for evaluation of the phytoavailability of trace elements to vegetables under the field conditions,"Cheomosphere, 55, 811-822(2004). https://doi.org/10.1016/j.chemosphere.2003.12.003