본 논문에서는 봉선화 및 만수국에 대해 토양산성화가 미치는 영향을 알아보았다. 일반적으로 산성토양에 있어서 식물의 생장감소 원인은 토양 \( \mathrm{pH} \) 저하 및 토양내 유용 성분 용탈에 의한 영양상태 악화와 유해 금속 흡수에 의한 피해로 사료된다. 두 초종의 실험 결과 토양 \( \mathrm{pH} \) 가 낮을수록 극심한 생장 억제가 나타났으며, 초장 및 근장, 엽면적의 감소가 나타났다. 또한 \( \mathrm{pH} \) 가 낮아질수록 개체건물중량이 감소하는 것도 관측되었으며, \( \mathrm{Al} \) 농도와 두 초종의 개체건물중량과의 상관관계를 분석한 결과 상관관계가 높게 나타났다.
<h1>결과 및 고찰</h1><p>공시 토양을 대상으로 황산용액 첨가에 의한 토양 \( \mathrm{pH} \) 및 무기성분 변화를 Table 1 에 나타내었다. 무처리의 경우 토양 \( \mathrm{pH} \)는 \(5.71\)이였으며, 황산용액의 첨가량이 증가핪수록 토양 \( \mathrm{pH} \)는 \(5.71\)이였으며, 황산용액의 첨가량이 증가할수록 토양 \( \mathrm{pH} \)는 낮아져, \( 60 \mathrm{mepH}^{+} \) 첨가에 의해 \( \mathrm{pH} \) \(4.54\)로, \( 120 \mathrm{mepH}^{+} \) 첨가에 의해 \( \mathrm{pH} 3.82\) 로 낮아졌다. 그러나 황산용액 첨가에 의해 토양내 양분성분인 수용성 \( \mathrm{Ca}, \mathrm{Mg} \) 및 \( \mathrm{K} \)의 농도는 \( \mathrm{H}^{+} \) 부하량이 증가함에 따라 높아지는 것으로 나타났다. 특히 \( \mathrm{Ca} \) 농도는 \( 120 \mathrm{mepH}^{+} \)첨가에 의해 \( 925.9 \mu \mathrm{g} \) \( \mathrm{~g}^{-1} \) 으로 나타나 무처리에 비하여 약 9.3배의 증가를 나타내어 \( \mathrm{Mg} \) 및 \( \mathrm{K} \) 에 비하여 높은 증가를 보였다. 또한 토양내 유해금속 성분인 \( \mathrm{Al} \) 및 \( \mathrm{Mn} \)의 농도도 토양내의 \( \mathrm{H}^{+} \) 부하량이 증가함에 따라 높아지는 것으로 나타났으며 \( \mathrm{Al} \) 농도의 경우 \( 120 \mathrm{mepH}^{+} \) 첨가에 의해 \( 246.2 \mu \mathrm{g} \mathrm{~g}^{-1} \) 으로 나타나 \( \mathrm{Mn} \)보다 용출 정도가 높은 것으로 나타났다.</p><p>토양 \( \mathrm{pH} \) 변화에 따른 수용성 \( \mathrm{Al} \) 및 \( \mathrm{Mn} \) 의 농도 변화를 Fig. 1에 나타내었다. 토양 \( \mathrm{pH} \) 가 낮아질수록 \( \mathrm{Al} \) 및 \( \mathrm{Mn} \) 농도 모두 증가하는 것으로 나타났으며, \( \mathrm{Al} \) 농도의 경우 \( \mathrm{pH} 4.5\) 까지는 완만한 증가를 보이다가 \( \mathrm{pH}4.1 \) 에서부터 급격히 증가하는 것으로 나타났다. \( \mathrm{Mn} \) 의 농도도 \( \mathrm{pH} 4.1 \) 에서부터 증가하는 것으로 나타났으나 그 증가량은 \( \mathrm{Al} \) 에 비하여 크지 않았다. 토양산성화에 의한 \( \mathrm{Al} \) 의 급격한 증가는 Chang 과 Lee에 의해서 보고되어 있는데, 토양산성화 과정에서 용출되는 무기 이온 중 식물에 각종 유해작용을 하는 \( \mathrm{Al}^{3+} \) 은 토양의 \( \mathrm{pH} \) 변화와 밀접한 관계가 있으며 \( \mathrm{pH} 4.7\) 이하에서 주로 생성되고 \( \mathrm{pH} \) 가 낮아질수록 그 양은 증가하는 것으로 보고하였다.</p><p>토양산성화가 봉선화 및 만수국의 생육에 미치는 영향을 Table 2에 나타내었다. 두 초종 모두 처리 시간이 경과함에 따라 극심한 생장 억제를 나타내었으며, 그 피해 정도는 토양 \( \mathrm{pH} \) 가 낮을수록 심하게 나타났다. 봉선화의 경우 토양 \( \mathrm{pH} 3.82\) (\(120 \mathrm{meqH}^{+}\)) 범위에서 처리 2일 째부터 잎의 가장자리와 줄기 선단부터 시드는 현상을 보이기 시작하였다.</p><p>두 초종 공히 토양 \( \mathrm{pH} \) 가 낮아짐에 따라 초장 및 근장, 엽면적의 감소를 나타내었다. 초장의 경우 토양 \( \mathrm{pH} \) 4.09\) \(\(90 \mathrm{meqH}^{+}\) 범위에서 봉선화는 \( 28 \% \), 만수국은 약 \( 13 \% \) 의 감소를 나타내었으며, 근장의 경우 봉산화에서 \( 45 \% \), 만수국에서 약 \( 27 \% \) 의 감소를 나타내었다. 따라서 토양산성화에 의한 생육 억제는 만수국에 비해 봉선화에서 큰 것으로 나타났으며, 두 초종 모두 지상부 생육에 비하여 지하부 생육이 크게 억제되는 것으로 나타났다. 이러한 결과는 각 부위별 건물중 조사에서도 유사한 경향을 나타내었으며, 이들 두 초종이 토양산성화에 의해 직접적인 생육억제의 피해를 받고 있으며, 초종간의 반응 차이가 있는 것을 의미한다.</p><p>일반적으로 산성토양에 있어서 식물의 생장감소 원인은 토양 \( \mathrm{pH} \) 저하 및 토양내 \( \mathrm{Ca}^{2+}, \mathrm{Mg}^{2+}, \mathrm{K}^{+}, \mathrm{Na}^{+} \)등의 유용 성분 용탈에 의한 영양상태 악화와 \( \mathrm{Al} \) 및 \( \mathrm{Mn} \) 과 같은 유해 금속 흡수에 의한 피해로 생각할 수 있다. 본 실험에서 토양산성화에 의한 두 초종의 생육저하에 관여하는 토양요인을 검토하기 위하여 토양의 \( \mathrm{pH} \) 및 \( \mathrm{Al} \) 농도 변화와 개체건물중량과의 상관관계를 분석하였다. 두 초종 모두 토양 \( \mathrm{pH} \) 가 낮아질수록 개체건물중량이 감소하는 것으로 나타났으며, 특히 봉선화의 경우 높은 상관관계\((r=0.85)\)가 있는 것으로 나타났다. 또한 토양 수용성 \( \mathrm{Al} \) 농도와 두 초종의 개체건물중량과의 상관관계를 조사한 결과, 두 초종 모두 \( \mathrm{Al} \) 농도가 높아질수록 개체건물중량이 감소하는 것으로 나타났으며, 두 초종 모두 높은 상관관계 \((r=-0.87)\) 및 \((r=-0.90)\)가 인정되었다. 이 결과는 함박꽃나무를 대상으로 다양한 \( \mathrm{Al} \) 농도 하에서 유묘의 생장을 조사한 실험에서 Al의 농도가 높을수록 함박꽃나무의 생장이 크게 억제되었다는 보고와 유사한 결과를 나타내었다. 토양내의 \( \mathrm{Al} \) 성분의 증가는 식물체내의 \( \mathrm{Ca} \) 등과 같은 식물 필수 영양원소의 흡수를 저해 할뿐만 아니라 뿌리의 발육을 저해를 초래하는 것으로 보고되어 있다. 본 실험에서 생육조사 결과 두 초종 모두 지상부에 비하여 지하부 생육이 크게 억제된 것도 토양산성화에 의한 Al 성분의 증가와 관련이 있을 것으로 추측된다.</p><p>최근 산성 강하물에 의해 피해가 심각한 유럽 및 미군 등지에서 오염물질의 발생량을 규제하기 위한 산성물질 부하의 허용한계, 측 한계부하량 (Critical load)을 추정하기 위한 연구가 활발히 이루어지고 있으며, 수목생장량과 토양용액 중의 \( (\mathrm{Ca}+\)\(\mathrm{Mg}+\mathrm{K})\) /\( \mathrm{Al} \) 몰농도비가 밀접한 상관관계가 있다는 것이 독일가문비(Picea abies) 및 소나무(Pinus spp.)의 연구를 통하여 보고되어 있다. 본 실험에서 초화류에 있어서도 산성 강하물에 외한 한계부하량 \( (\mathrm{Ca}+\)\(\mathrm{Mg}+\mathrm{K})\) /\( \mathrm{Al} \) 몰농도비가 적용되는지를 조사하였다. 두 초화류의 개체건물량의 상대치 (relative total dry weight \( (\%)= \) 개체건물중/대조구의 개체건물중 \( \times 100\} \) 와 토양내의 수용성 원소로부터 산출한 \( (\mathrm{Ca}+\)\(\mathrm{Mg}+\mathrm{K}) / \mathrm{Al} \) 몰비와의 관계를 분석한 결과, 두 초종 모두 \( (\mathrm{Ca}+\mathrm{Mg}+\mathrm{K}) / \mathrm{Al} \) 몰비가 높아닐수록 개체건물량의 상대치가 증가하는 것으로 나타났으며, 특히 봉선화의 경우 높은 상관 관계 \(r=0.91\) 가 인정되는 것으로 나타났다. 즉 토양산성화에 의한 두 초종의 생장감소 정도는 토양의 \( \mathrm{AI} \) 농도뿐만 아니라 \( \mathrm{Ca}, \mathrm{Mg} \) 및 \( \mathrm{K} \) 와의 양분 균형도에 의해 영향올 받는 것으로 나타났다. 따라서 이들 초중 대한 토양산성화의 영향을 평가 할 때는 토양중의 \( \mathrm{Al} \) 농도뿐만 아니라 \( \mathrm{Ca}, \mathrm{Mg}, \mathrm{K} \) 와 같은 필수 영양원소의 농도도 함께 고려할 필요가 있는 것으로 생각된다.</p><p>이상의 결과를 종합해 볼 때, 두 초종에 대한 토양산성화의 영향은 \( \mathrm{pH} \) 의 저하뿐만 아니라 \( \mathrm{Al} \) 의 용출에 의하여도 생육 억제의 영향을 받는 것으로 나타났으며, \( (\mathrm{Ca}+\mathrm{Mg}+\mathrm{K})/\mathrm{AI} \) 몰비는 초본류에 있어서도 산성강하물의 피해 예측을 위한 한계부하량의 평가에 적용 가능하리라 생각된다. 현재, 미국과 유럽에서는 산성강하물의 한계부하량을 추정하기 위한 연구가 활발히 진행되고 있으나, 우리나라의 경우 거의 이루어지고 있지 않은 실정이다. 1980년 이후 우리 나라에서도 전국적으로 산성비가 보고되어 있으며, 그에 따른 토양산성화가 염려되고 있는 현실을 감안할 때, 산성강하물의 한계부하량 평가를 위하여 주요 식물에 대한 토양산성화 및 토양 무기성분 변화에 대한 연구가 이루어져야 할 것으로 사료된다.</p>