서울지역 토양과 가로수 잎 중의 유독성 중금속 원소들의 지구화학적 분산과 오염 특성에 관한 연구

Abstract

서울지역 도시환경예서의 도시화·산업화의 인위적 오염원에 의한 중금속 원소들의 분산양상과 오염특성을 파악하기 위하여 서울지역내의 가로수 잎(은행나무와 플라타너스 잎)과 가로수 토양 시료를 2.5㎞간격의 격자망으로 71게 지점에서 채취하여 토양 pH와 Fe, Mn, Pb, Zn, Cu, Cd, Ni, Cr, Co 등의 중금속 함량을 측정하였다. 서울지역의 토양 pH는 5.1-8.8의 범위를 나타내었으나 대부분 pH가 6-9 사이의 중성 및 약알칼리성을 나타내었다. 원소별 총 평균 함량은 토양에서 Fe> Mn> Zn> Cu> Pb> Cr> Ni> Co> Cd 순으로 높게 나타났다. 토양의 Cd, Cr, Cu, Mn, Ni, Pb, Zn 함량은 캐나다. 영국. 일본. 미국의 토양의 이들 중금속 평균값보다 높은 함량을 보였다. 가로수종 중 원소별 평균함량은 세척한 은행잎과 세척 전·후의 플라타너스 잎에서 Fe> Mn> Zn> Cu> Pb> Ni> Cr> Co> Cd 순으로 높게 나타났다. 한편 세척하지 않은 은행잎은 Fe> Zn> Mn> Cu> Cr> Ni> Co> Pb> Cd 순으로 나타났다. 토앙과 가로수 잎 시료를 전원지역, 산업지역, 주거지역, 교통량 밀집지역으로 구분하여 화학분석한 결과, 토양내 Cd, Co, Cr, Ni의 함량은 산업지역에서 높게 나타나고 있다. 이 같은 현상은 공구상 밀집과 전자산업, 합금, 철강산업 활동 때문으로 해석된다. 교통량 밀집지역에서는 교통수단에 의한 타이어 마모 등으로 Cu, Pb, Zn 함량이 높게 나타나며, Pb는 무연휘발유의 사용으로 낮아졌지만 과거 10년 보다는 토양내 축적과 이동성이 없어 현재까지도 교통량 밀집지역의 토양에서 높게 나타나고 있다. 은행나무와 플라타너스 잎의 세척 전·후 함량차이는 교통량 밀집지역의 은행나무 잎에서 Cr, Ni, Pb, Zn 함량이 높고, 플라타너스 잎에서는 Cd, Cu, Pb, Zn 함량이 높았다. 두 수종간의 중금속 함량은 플라타너스 잎이 은행나무 잎보다 높게 나타나 플라타너스 잎이 은행나무 잎 보다 중금속의 흡수-흡착능력이 더 크게 나타나고 있다. 토양에서 Cd-Co, Cr-Ni, Cu-Zn, Pb-Zn는 높은 상관성을 보이고 있다. Cd은 Co와 배출원이 유사하고, Cr은 Ni과 Zn는 Cu, Pb의 배출원이 유사함을 예측할 수 있었다. 토양과 은행잎간의 중금속의 상관관계는 토양내의 Cr, Cu, Zn 함량이 증가할수록 잎내 이들 원소 함량이 증가하는 양의 상관관계를 나타내고 있으나, 독성원소인 Cd과 Cr, Ni, Pb은 상관성이 없는 것으로 나타났다. 그리고 토양과 플라타너스 잎과의 관계는 토양내의 Cr, Cu, Pb, Zn 함량이 증가할수록 플라타너스 잎 내 이들 원소 함량이 증가하는 양의 상관관계를 나타내고 있으나 Cd, Co, Fe, Mn, Ni은 상관성이 나타나지 않았다. 토양으로부터 식물로 이동되는 중금속원소의 생물학적 흡수계수는 은행 나무의 경우 Ni > Cu > Zn > Pb > Mn > Cr > Cd > Co = Fe의 순서를, 플라타너스의 경우 Mn > Cu >Ni > Zn > Pb > Cd > Co > Cr > Fe의 순서를 보여 여러 중금속 원소가 함께 부화된 토양에서 자란 두 수종은 Ni과 Cu가 가로수 내로 쉽게 농축되거나 이동하고 있음을 알 수 있다. 토양과 가로수종 잎 시료에 대한 원소들의 불포특성과 토양에 대해 오염 지수 조사 결과, 세척하지 않은 가로수 잎의 Cd과 Pb, Cu와 Zn의 오염양상이 유사하다. 산업 활동과 관련되는 Co, Cr, Ni 원소는 세척하지 알은 은행나무 잎에서 Cr과 Ni이 유사한 분포패턴을 보였고, 플라타너스 잎에서 Co 와 Cr이 유사한 분포패턴을 보였다. 서울지역 토양의 오염지수는 대부분이 1 이상으로 Cd, Cr, Cu, Ni, Pb, Zn중금속에 오염되어 있고, 특히 산업지역과 교통량 밀집지역에서의 오염도가 높고, 원소별로는 Cd, Cu, Zn의 오염이 심하다. 토양시료에 대한 판별분석 결과, Co가 주거지역과 산업지역을 구분하는데 가장 큰 설명력을 가지며, 다른 지역에서보다 산업지역에 부화되는 원소 는 Ni> Cr> Pb 순이다. 또한 산업지역과 교통량 밀집지역을 구분하는데 가장 큰 설명력을 가지는 원소는 Cd이며, 교통량 밀집지역예서는 다른 원소에 비해 Co, Pb, Zn가 부화되어 있다.;In order to determine their dispersion pattern, and to Investigate the pollution level of heavy metals such as Cd, Co, Cr, Cu, Fe, Mn, Ni, Pb and Zn, soils beneath roadside-trees and leaves of Ginkgo biloba and Platanus occidentalis were collected from the roadside-trees of the Seoul area during October to November in 2001. All tree leaves were grouped into washed and unwashed ones The soil pH in the Seoul area ranges from 5.10 to 8.77, indicating a neutral and weak-alkalinity. The element couples of Cd-Co, Cr-Ni and Zn-Cu-Pb might be derived from the identical sources by a good correlation of Cd-Co, Cr-Ni, Cu-Zn and Pb-Zn in soil High correlation coefficients among Pb, Cu and Zn in G biloba and in P. occidentalis indicates that these elements show the similar behavior during the metabolism processes Copper, Mn and Zn concentrations in washed leaves of G biloba ,and Cr, Cu, Pb and Zn in washed leaves of P. occidentalis increase in accordance with increasing of their concentrations in soils This is that these elements mostly intake from the soils Biological absorption coefficients(BAC) are I g h in the order of Ni> Cu> Zn> Pb> Mn> Cr> Cd> Co = Fe for G biloba, and Mn> Cu> Ni> Zn > Pb> Cd> Co> CI-> Fe for P. occidentalis This indicates that Ni and Cu are more bioavailable to plant (two roadside-tree) than other elements From the results of pollution index calculation for soils, industrialized and heavy traffic area were severly polluted by heavy metals such as Cd, Cu, Pb and Zn By the discriminant analysis, the most favorable discriminant element between residential and industrialized area is Co Industrialized area is enriched in the order of Ni> Cr> Pb