산성비가 농작물에 미치는 영향

1. 작물의 수량 및 생육에 미치는 영향   대부분의 농작물은 pH 6 이상의 토양에서 생육이 좋은데 그 이유는 이러한 조건에서 수분흡수가 효과적이고, 필수 영양원이 가용성으로 존재하며, 알미늄 같은 독성물질의 가용성이 낮기 때문이다. 그러나 농작물도 산성비로 인하여 직접 또는 간접적으로 피해를 받게 되는데 산성비가 식생에 미치는 영향은 비의 산성도, 강우시간, 토양조건, 작물의 종류, 품종, 생육 상태 및 기후 조건 등 여러 요인들에 따라 상이하며, 산성비로 인한 작물의 주된 피해로는 상피조직 피해로 인한 대기오염 물질 및 한발에 대한 내성 감소, 잎으로 부터의 양분 용탈량 증가, 광합성 및 호흡 등 대사작용 교란, 작물의 방어조직 피해에 따른 내병성, 내충성 감소 그리고 토양중 독성물질 용해로 인한 뿌리 및 기타 조직의 독성피해 등이 있다. 주 3회 5㎜/hr의 속도로 매회 2 시간씩 9주간 인공산성비를 처리한 콩의 처리 pH 및 처리형태에 따른 수량구성요소를 조사한 결과는 표 1과 같이 강우 형태로 처리한 경우에서는 pH 5.6 처리구에 비하여 pH 2.0 처리구에서 콩의 건물중이 유의성 있게 감소하였으나 토양에 처리한 경우에는 인공산성비 처리에 따른 콩의 수량저하는 인정되지 않았다. 따라서 pH 2.0에 있어서의 생육 및 수량저하는 인공산성비의 콩의 지상부에 대한 직접적인 영향의 결과로 생각된다. 또한 강우처리나 토양처리 모두 pH 2.0 처리구의 콩중 염기원소(P, Cu, Mn, Zn 등)의 함유율이 pH 5.6 처리구의 콩에 비해 유의성 있게 증가하였다.   작물 생육단계 및 처리된 산성비의 pH별 콩의 엽면적 차이를 보기 위하여 주당 2회 5㎜/hr의 속도로 매회 1시간씩 7주간 인공산성비를 처리한 결과, 콩의 엽면적은 pH 3.0까지는 대조구(pH 5.6)와 차이를 발견할 수 없었으나 pH 2.0처리구의 엽면적은 pH 3.0 이상의 처리구에 비해 유의성있는 감소를 보였다. 그러나 6/7엽에서는 처리된 인공비의 pH에 따른 차이를 발견할 수 없어 작물의 생육 단계별로 산성비에 대한 반응이 상이함을 보였다.
	표 1. 인공산성비 pH 및 처리형태에 따른 콩의 수량 변화
	수량구성요소 강우처리 토양처리 pH 5.6 pH4.0 pH3.0 pH2.0 pH 5.6 pH4.0 pH3.0 pH2.0 수 량(g/주) 협 수(협/주) 줄기건물중(g/주) 4.82b 13.0ab 0.90b 4.81b 13.4b 0.96b 4.30ab 13.0ab 0.85ab 4.18a 10.0a 0.72a 4.77a 14.2a 0.91a 4.44a 13.0a 0.82a 4.85a 13.4a 0.84a 4.89a 14.0a 0.85a
	자료 : Kobayashi et al.(1992)
	또한, 작물은 독성물질에 의한 잎의 황화 및 갈변과 같은 가시적 형태변화가 나타나기 이전에 효소활성 변화와 같은 생화학적 변화를 초래한다. Peroxidase는 작물이 부적합한 환경에 처할 때 활성이 높아지는 효소로 알려져 공해물질 존재여부 판단의 지표효소로 많이 사용하고 있다.   표 2에 나타난 바와 같이 인공산성비의 처리 횟수가 증가할수록 peroxidase의 활성도 증가하였으며, pH가 낮을수록 높았다. pH 3.0 처리구까지는 대조구(pH 6.0)와 큰 차이를 보이지 않았으나 pH 2.7 처리구에서는 크게 활성이 증가되어 생리적으로 산성비 피해를 받은 것으로 나타났다. 들깨의 경우에는 1회의 산성비 처리로 급격한 peroxidase 활성 증가를 보여 초기에 산성비에 대한 예민함을 보인 반면, 고추는 7회 처리로 작물체가 고사하여 작물간 그리고 생육단계별로 반응이 상이하였다.
	표 2. 작물 잎의 peroxidase 활성에 미치는 인공산성비 영향 (단위 : OD/gmin.)
	작 물 인공산성비 pH 처 리 횟 수 0 1 3 5 7 10 고 추 6.0 3.0 2.7 2.0 0.056   - - - - 0.082 0.104 0.155 0.169 0.177 0.261 0.482 4.048 0.178 0.183 0.533 *1) 0.158 0.221 0.741 * 들 깨 6.0 3.0 2.7 2.0 0.023   0.028 0.034 0.069 0.103 0.047 0.058 0.080 0.266 0.077 0.084 0.227 0.332 0.062 0.096 0.215 0.572 0.087 0.102 0.235 0.675
	주 : 1) 작물체 고사로 효소활성 측정 불능
	Ethylene은 과실의 성숙 촉진, 잎의 황화 및 조기낙엽 등 식물의 생리생장에 중요한 역활을 하는 물질로 주로 성숙기에 발생하나 기계적 자극, 물리적 상해나 냉해 그리고 염소가스, 오존, 아황산 가스 및 중금속 등에 의하여 발생이 촉진되며, 가시적 피해가 나타나기 전에 발생량이 최대가 된다. Ethylene 생성은 작물간에 상이한 반응을 보이나 대체적으로 산성비 처리로 Ethylene의 생성량이 증가하며, 엽록소 함량이 감소하게 된다.
	2. 산성비에 의한 작물잎의 가시적 피해   인공산성비에 의한 작물의 가시적 피해는 표 3에서 보는 바와 같이 모든 공시작물에서 pH 2.0의 인공산성비 처리 후 24시간 이내에 피해 반점이 형성되었으며, 피해율은 처리횟수가 증가할수록 높았다. 작물의 종류에 따른 산성비에 대한 민감도는 쌍자엽 식물 > 단자엽 식물 > 침엽수의 순으로 보고되어 있는데 각 작물별 피해 정도는 pH 2.0의 산성비 처리구를 비교할 때 콩, 무, 벼, 보리의 순으로 외떡잎 식물이 쌍떡잎 식물에 비해 피해가 적었다. 또한 pH 3.0 이상의 산성비 처리구에서는 10회 처리후에도 모든 공시작물에서 잎의 가시적 피해가 전혀 나타나지 않았거나 피해율이 10% 이하로 큰 피해가 나타나지 않아 작물에 대한 산성비에 의한 작물의 생육저하 및 가시적 피해는 pH 3.0 이하라는 기존의 보고를 뒷받침하고 있다.
	표 3. 인공산성비 처리 횟수별 작물 잎 피해율
	작 물 인공산성비 pH 처 리 횟 수 1 3 5 7 10 벼 2.0 3.0 흔적 0 1 흔적 2 흔적 3 흔적 4 흔적 콩 2.0 3.0 1 흔적 3 흔적 4 흔적 5 흔적 7 흔적 보리 2.0 3.0 흔적 0 흔적 0 1 0 3 0 4 0 무 2.0 3.0 1 0 3 흔적 4 흔적 5 흔적 6 흔적
	주) 0(무피해), 흔적(10% 미만), 1(10~20%), 2(20~30%), 3(30~40%), 4(40~50%), 5(50~60%), 6(60~70%),     7(70~80%), 9(90% 이상)
	산성비에 의한 작물체 잎의 일반적인 피해증상은 그림 1에 나타난 바와 같이 아황산가스 피해와 유사하게 잎 가장자리나 엽맥 사이에 갈색 또는 백색의 반점이 형성되며, 들깨의 경우에는 피해가 심할 경우 피해 부위에 구멍이 뚫리게 된다. 또한 개화기에 산성비를 처리한 경우에는 꽃이 갈변하는 등의 피해를 받게 된다.
	들깨 참깨
	그림 1. 인공산성비(pH 2.0)에 의한 작물의 피해증상
	3. 산성비에 의한 작물 잎의 불가시적 피해   산성비에 의한 작물 잎의 조직형태 변화 특히, 모용의 피해는 외부로부터 잎에 가해지는 물리적인 힘과 잎의 수분 균형에 의한 것 그리고 산성비와 같이 환경오염에 의한 피해 등이 있다. 강우로 인한 작물의 불가시적 피해 여부를 알아보기 위해 인공산성비를 pH 6.0의 빗물을 잎 표면에는 살포하지 않고 토양에만 살포한 토양처리, 강우 형태로 잎에 살포한 강우처리, pH 4.0 및 2.0의 인공산성비를 10회 처리한 후 각 pH별 참깨 잎의 표면 조직을 주사전자현미경(SEM)을 이용하여 모용(毛茸, Trichome)을 확대 촬영한 결과, pH 6.0의 인공강우를 엽면살포하지 않고 토양에만 공급한 토양처리와 같은 양을 강우형태로 살포한 강우처리가 동일하게 피해가 발견되지 않은 결과는 단순히 잎 표면의 수분상태로 인한 피해가 아님을 보였다. 산성비에 대한 모용의 피해는 형태별로 상이하게 나타나는데 이는 각 조직에 따라 산성도에 대한 내성차이도 있겠지만 엽맥에 빗물이 고임에 따른 산성비에 대한 노출시간 차이도 있었을 것으로 생각된다. 모용의 주요 기능은 첫째, 잎으로부터의 염류방출의 통로가 되어 식물체내의 독성염류 축적을 억제하며, 둘째, 열에 의한 유연조직(Mesophyll)의 피해를 방지하며, 그리고 셋째, 해충에 대한 방어조직으로서의 역활 등으로 볼 수 있는데 그 형태는 작물에 따라 다양하다. 약산성비에 의한 직접적인 작물의 피해는 발견할 수 없더라도 이와 같이 잎 표면조직의 피해로 인한 병원균이나 해충 등의 침입이 용이해 짐에 따른 간접적인 피해가 우려된다.
	4. 산성비 피해방지 대책   산성비의 원인은 대기오염 물질에 있으므로 이에 대한 근본적인 대책은 첫째로 대기오염 물질 저감에 있을 것이다. 즉, 화석연료의 사용량 감소와 LNG 공급 확대, 황 성분이 적게 함유된 기름을 공급하는 것이며, 둘째, 완벽한 탈황시설 설치로 대기중으로 방출되는 오염물질의 절대량을 감소시키는 것이다. 셋째로 작물의 피해를 줄이기 위하여 산성비에 강한 품종이나 산성비의 빈도가 큰 시기에 내성이 큰 생육단계를 갖는 품종 등을 개발하는 일이며, 넷째로 석회나 백운석 등을 처리하여 pH를 조절하고 부족한 양분을 보충하는 일 등을 둘 수 있다.