낙엽 분해에 미치는 산성비의 영향

국문 초록 (Abstract)

본 연구는 산성비의 효과가 생태계에서 필 수 무기원소순환에 중요한 역할을 하고 있는 decomposing subsystem에 어떠한 영양을 미치며, 이와 같은 영향이 전체 생태계에 어떠한 영향을 가져올 수 있는지 논의 하기 위해 실험실 내에서 인공산성비의 처리 하에 Sorbus anifoli 종의 낙엽 분해실험을 진행하였다.
실험에서 사용된 인공산성비는 황산을 pH 3, pH 4, pH 5, D.W 로 희석하였다. Sorbus anifolia 의 낙엽은 23°C, 40% 습도의 microcosm 환경에서 160일 동안 분해가 진행되었고, 인공산성비의 처리는 일주일에 2회 실시하였다. 낙엽의 분해와 관련된 지표 중, 미생물의 활성은 미생물 호흡과, 탈소수효소의 활성을 통해 측정하였고, 미생물량과 군집의 조성은 Substrate Induced respiration (SIR) 과 Phospholipid fatty acid (PLFA) 분석을 통해 측정되었다.
산성비의 처리에 따른 분해 실험의 결과, 낙엽 건중량의 변화는 pH 3에서 pH 5로 높아질수록 높은 분해율을 나타내었다. 반면에 pH 6.5의 D.W 처리구에서는 pH5보다 낮은 분해을 보였다. 미생물 활성의 지표인 미생물호흡과 탈수소효소의 활성 역시 pH 5에서 가장 높은 활성을 보였고, pH 3에서 낮은 활성을 나타내었다.
뿐만 아니라, SIR과 PLFA 분석을 통해 측정된 전체 미생물량은 pH가 증가할수록 증가하였으며, 이는 pH 5에서 가장 많은 양을 나타내었다. 각 분석 방벅을 통하여 측정된 bacteria와 fungi의 량 역시 pH 5에서 최대량을 나타내었으며, pH가 감소할수록 감소하는 양상을 보였다. 전체적인 분해과정 중 fungi가 우세한 양상을 보였고, 특히 낮은 pH에서 fungi가 bacteria보다는 훨씬 우점 하였으며, pH가 증가함에 따라 군집에서의 bacteria의 비율이 증가하는 것으로 보아, fungi가 bacteria보다 낮은 pH에서 강한 내성을 갖고 있는 것으로 보인다. 또한 PLFA 분석을 통해 i15:0, 15:0, i16:0, 16:1ω7t, 10Me16:0, 17:0, cy19:0 PLFAs 등은 낮은 pH에서, a15:0, 16:1ω7c, 16:1ω5, a17:0, cy17:0, 18:1ω7 PLFAs 등은 특히 높은 pH에서 우점하는 양상을 나타내었다.
각기 측정결과들이 pH에 따라 영향을 바고, 이것들은 각각 낙엽의 분해와 높은 상관을 나타내었다. 또한 미생물양을 결정하기 위해 사용된 두 가지 측정방법 역시 높은 상관관계를 가지는 것으로 나타났다.
미생물 활성의 지표인 탈수소효소 활성의 경우 미생물량과 0.05의 유의수준에서 밀접한 상관관계를 나타낸 반면, 미생물의 호흡량은 미생물량은 물론, 탈수소효소의 활성과 어떠한 유의관게도 나타내지 않았다.
이러한 결과로 미루어 보아, 산성비가 낙엽분해 중인 낙엽에 떨어지면, 그 pH에 대한 각기 종의 내성 정도에 따라 우선적으로 미생물 군집의 양과 조성이 결정된다. 이때 군집 내의 각 미생물 종들의 상호작용에 의해 산성에 의한 기능 손실을 상보적으로 보상하여 전체의 활성을 나타낸다. 이러한 기능적 보상을 토해 전체의 미생물 활성 지표인 호흡과 탈수소효소 활성 등으로 나타나게 되고 이는 결국 낙엽분해와 같은 생태계 내 물질순환 과정에 영향을 미치는 것으로 사료된다.

다국어 초록 (Multilingual Abstract)

We surveyed the effects of simulated acid rain on the mass loss, microbial activities, microbial community of decomposing leaf litter of Sorbus anifolia. The simulated acid rain was made by dilution of sulfuric acid and the decomposition experiment in microcosm at 23°C, 40% humudity. The weight loss of each litter, CO2 evolution, dehydrogenase activity, and microbial biomass by measured SIR and PLFA were determined at each interval of litter sample retrievals.
The mass loss of Sorbus anifolia litters decreased at low pH during decomposition. The microbial activity, such as CO2 evolution and dehydrogenase activity, was inhibited at low pH treatment during decomposition periods. Also microbial biomass measured by SIR and PLFA decreased by acidification by treatment of simulated acid rain. Especially, fungi and some PLFAs (i15:0, 15:0, i16:0, 16:1ω7t, 10Me16:0, 17:0, and cy19:0) in bacterial group was dominant at low pH condition during decomposition, and a15:0, 16:1ω7c, 16:1ω5, a17:0, cy17:0, and 18:1ω7 PLFAs in bacterial group was dominant at pH 5 condition during decomposition. The results of this study suggested that the pH of the optimal range of decomposer on leaf litter was 5. Also, between litter mass loss and microbial biomass, microbial activity was significant correlationship.
Microbial activity as dehydrogenase activity was strongly related with microbial biomass measured by SIR and PLFA. However, positive linear relationship was showed not only regression between microbial respiration and microbial biomass measured by SIR and PLFA, but also between microbial respiration and dehydrogenase activity.
This result suggested that microbe treated with simulated acid rain has functional redundancy during decomposition.
Consequently, acid rain of decomposing leaf litter affects on microbial community biomass and composition according to acid tolerance of each microbe. Microbial community adapted to acid rain is responsible for microbial activity, such as CO2 evolution and dehydrogenase activity, and then react to decomposition of leaf litter.

목차 (Table of Contents)

• Ⅰ. Introduction 1
• Ⅱ. Materials and Methods 5
• A. Leaf litter materials and microcosm 5
• B. Analysis of decomposing litter samples 7
• C. Microbial community 10
• D. Microbial community structure 11
• E. Microbial diversity 14
• F. Statistical analysis 14
• Ⅲ. Result 15
• A. Litter Mass loss 15
• B. Microbial biomass 17
• C. Microbial activity 23
• 1. Microbial respiration 23
• 2. Dehydrogenase activity 28
• D. Microbial community structure on the decaying leaf litter 30
• E. Microbial Diversity 39
• Ⅳ. Discussion 40
• References 49
• 국 문 초 록 58
• Abstract 61