식물정화

왜 배우는가: 식물정화는 토양 오염 제거와 수질 개선을 함께 다루는 생태복원 기술이라 자연환경복원 분야에서 자주 묻는 개념이다. 흡수·분해·고정이라는 원리로 나눠 이해해야 방법과 한계를 구분해 답안에 쓸 수 있다.

출제 이력: 제115회 4교시 5번, 제110회 3교시 6번, 제94회 3교시 6번

1. 한 줄 정의와 핵심 키워드

식물정화는 식물과 뿌리 주변 미생물의 작용으로 오염물질을 흡수·분해·고정하여 토양과 물에서 제거하거나 위해를 줄이는 생물학적 정화기술이다.

식물정화를 답안 첫 줄에 쓸 때는 정화 주체가 식물과 미생물이라는 점과 정화 경로가 흡수·분해·고정 가운데 하나라는 점을 함께 적어야 한다. 식물정화의 주요 기작은 식물추출, 식물안정화, 식물휘발, 식물여과 등이다. 아래 키워드는 이 정의를 풀어 쓰는 데 필요한 용어이다.

• 식물정화: 식물을 이용해 토양이나 물의 오염물질을 제거·분해·고정하는 기술의 총칭이다. 생물학적 처리 가운데 식물을 쓰는 방법을 가리키며, 미생물 정화와 함께 생물정화의 한 갈래이다.
• 근권(根圈): 뿌리 표면과 그 바로 주변의 토양 영역이다. 뿌리 분비물이 집중되어 미생물 밀도와 활성이 가장 높은 곳이다.
• 근권 미생물: 뿌리에서 나오는 유기물을 영양원으로 삼아 오염물질을 분해하는 세균과 곰팡이 등이다. 식물정화의 분해 기능을 실제로 맡는 주체이다.
• 식물추출: 뿌리가 흡수한 중금속 등을 줄기와 잎에 축적한 뒤 지상부를 수확하여 반출하는 방식이다. 오염물질의 양이 실제로 줄어든다는 점이 특징이다.
• 식물안정화: 뿌리와 토양 입자의 결합으로 오염물질의 이동과 용출을 막아 고정하는 방식이다. 제거가 아니라 확산 차단이 목적이다.
• 식물휘발: 식물이 흡수한 휘발성 물질을 잎의 기공을 통해 대기 중으로 내보내는 방식이다. 대기 중 확산이 생길 수 있어 적용 대상을 제한한다.
• 식물여과: 뿌리 주변에서 수중 오염물질을 흡착하거나 흡수하여 걸러내는 방식이다. 주로 수계의 중금속과 영양염류 처리에 쓰인다.

2. 개념 풀이

식물정화의 정식 정의는 식물의 생리 작용과 토양·수중 미생물의 대사 작용을 이용하여 오염물질을 제거하거나 분해하고, 이동을 억제하거나 독성을 낮추는 정화기술이다. 정화의 주체가 기계나 약품이 아니라 살아 있는 식물과 그 주변 미생물이라는 점이 굴착·세척 같은 물리·화학적 처리와 구분되는 핵심이다. 토양환경보전법 시행령 제10조제2항은 미생물이나 식물을 이용한 오염물질의 분해·흡수를 생물학적 처리로 규정하여 식물정화를 법정 정화방법의 하나로 명시한다.

식물정화의 원리는 세 가지 경로로 나눠 설명한다. 첫째, 뿌리가 토양이나 물에서 오염물질을 흡수하여 줄기와 잎으로 옮기거나 체내 조직에 축적한다. 둘째, 뿌리가 분비하는 당류와 유기산이 근권의 미생물을 키우고, 이 미생물이 유기오염물질을 분해한다. 셋째, 뿌리가 토양 입자를 붙잡고 지표를 덮어 오염물질이 빗물이나 바람에 의해 확산되는 것을 막는다.

이 세 경로는 흡수·축적, 분해, 고정이라는 서로 다른 작용이다. 흡수·축적은 식물체 안으로 오염물질을 옮기는 작용이고, 분해는 미생물과 식물효소가 오염물질의 구조를 바꾸는 작용이며, 고정은 토양 속에서 이동성과 생물 이용도를 낮추는 작용이다. 따라서 대상 오염물질의 성질에 따라 경로를 골라야 한다. 중금속은 분해되지 않으므로 흡수나 고정으로 다루고, 유기오염물질은 분해 경로가 주로 쓰인다.

식물정화의 핵심은 오염물질을 식물체로 옮기는지, 미생물로 분해하는지, 토양에 묶어 두는지를 구분하는 데 있다.

식물정화에서 유의할 점은 모든 식물이 모든 오염물질에 효과적이지 않다는 것이다. 식물의 종마다 흡수 능력과 내성 범위가 다르고, 뿌리가 깊이 뻗는 정도와 생체량도 차이가 크다. 그래서 설계 단계에서 오염물질의 종류와 식물의 특성을 짝지어 선택하는 과정이 필요하다.

핵심 용어를 풀이하면 다음과 같다.

• 근권: 뿌리 표면에서 뿌리의 영향이 미치는 토양 영역을 말한다. 뿌리에서 분비된 물질이 집중되어 미생물과 화학적 활성이 높은 곳이므로 분해 기능의 중심이 된다.
• 식물추출: 식물이 오염물질을 뿌리에서 지상부로 옮겨 축적하고, 축적된 식물체를 수확하여 제거하는 방식이다. 오염물질을 함유한 수확물은 별도로 처리해야 한다.
• 식물안정화: 식물이 토양 속 오염물질을 뿌리 부근에 고정하여 빗물에 의한 용출과 이동을 줄이는 방식이다. 오염물질 자체는 토양에 남으므로 장기적인 관리가 필요하다.
• 생물학적 처리: 미생물이나 식물을 이용하여 오염물질을 분해하거나 흡수하는 정화방법의 범주이다. 물리·화학적 처리, 열적 처리와 구분되는 방법으로 규정된다.

3. 등장 배경과 필요성

토양과 수계의 오염은 산업시설의 누출, 폐기물 매립지의 침출수, 농경지의 농약과 비료 사용, 광산 폐기물 등에서 발생하여 장기간 누적된다. 오염이 넓은 범위에 낮은 농도로 퍼져 있을 때는 굴착과 반출에 드는 비용과 운반량이 함께 커진다. 이러한 조건에서 기존 정화기술만으로는 경제성과 현장 여건을 함께 충족하기 어려운 경우가 많다.