글ㆍ사진/이재천(임업연구원 임목육종부)

오존은 대기권 내에서 존재하는 위치에 따라 상이한 역할을 한다. 임업연구원에서 환경제어실을 이용하여 오존 환경에 따른 수목의 생장 반응을 연구한 결과를 소개한다.

오존(O₃)은 투명하고 약간의 자극성이 있는 가스로 산소 원자 3개의 결합으로 구성되어 있다. 이러한 오존이 대기권 내의 존재 위치에 따라 매우 다른 영향을 미치게 된다. 일반적으로 우리에게 이로운 오존은 성층권(지구 표면으로부터 25~75km 상공의 지역)에 존재하는 오존층을 말하며, 여기서는 산소 분자와 태양 방사열 간의 반응에 의하여 자연적으로 형성된다. 하지만 지표층에 존재하는 오존은 우리에게 해를 주는 유해 물질로 대부분 인간 생활에서 배출되는 화학 가스들간의 반응에 의해 생성된다.
우리 나라에서도 산업이 고도 성장을 하면서 교통량이 많은 대도시와 산업 발전의 초석이 되고 있는 공업단지에서 발생한 대기 오염 물질이 근린 지역의 식물 생태계와 주민의 건강에 위해한 요인이 되고 있다. 정부에서는 이러한 대기 오염 문제를 해결하기 위해 다양한 환경 정책을 지속적으로 시행하여 현재는 대기 오염 물질로 규정된 상당수의 물질이 날로 감소하고 있는 추세에 있다. 그러나 수송 부문의 산업에서 많이 발생하는 질소산화물(NOx)과 2차 오염 물질인 오존(O₃)은 계속적인 증가를 나타내고 있다.
이러한 오염 물질 중 오존은 식물의 생장이 왕성한 여름에 그 농도가 최대치를 보이고 있어 대기 중의 오존 농도가 높은 조건에서는 식물의 생장에도 심각한 문제가 되고 있다. 이와 같이 지표층의 오존이 식물의 책상조직이나 엽록소 파괴 등 유해한 반면, 성층권의 오존은 우리 생활 주변과 산업체에서 유용하게 이용되고 있을 뿐 아니라 태양으로부터 발산되는 유해한 자외선을 차단하여 지구의 생태계를 보호하는 중요한 역할을 하는 유익한 측면이 있다.
따라서 대기권 내에서 존재하는 위치에 따라 상이한 역할을 하는 오존의 역할을 살펴보고, 임업연구원에서 환경제어실을 이용하여 오존 농도를 조절하며 수목의 생장 반응을 연구한 결과의 일부를 소개하고자 한다.

우리에게 이로운 오존

성층권에 존재하는 오존층은 태양 방사선 중 유해한 물질인 자외선으로부터 지구를 보호하는 역할을 한다. 오존층이 없으면 유해한 자외선이 지구 표면에 직접 도달하여 피부암이나 눈의 백내장을 유발하여 인체에 유해할 뿐 아니라 일부 농작물의 수확을 감소시키고, 식물의 생육을 저해하는 등 지구상의 생태계를 교란하게 될 것이다.
자외선의 유해 여부는 방사능의 양과 종류에 따라 좌우되며, 구분은 파장의 길이에 따라 그림과 같이 나누어지고 각 부분별 특성은 다음과 같다.
＊ UV-A(320-400nm) : 인간이나 식물에 거의 유해하지 않다.
＊ UV-B(280-320nm) : 지구에 도달하는 동안 성층권의 오존층에 의해 차단되며 일부는 지구에 도달하여 인간과 식물에 매우 유해하다. 우리가 말하는 이로운 오존이 바로 성층권에 존재하는 오존층으로 이러한 역할을 하기 때문이다.
＊ UV-C(200-280nm) : 매우 유해하나 대기 중에서 모두 차단되어 지구상에는 거의 도달하지 않는다.

우리에게 해로운 오존

지표층의 오존은 산림 생태계 내에서 수목의 활력에 영향을 미치는 대기 오염원 중 단일 오염원으로는 가장 치명적으로 작용하고 있는 것으로 알려져 있다.
기공을 통하여 흡입된 오존에 의하여 생성된 활성산소는 superoxide dismutase, peroxidase 및 catalase 등의 효소들과 엽록체 내에 존재하는 ascorbic acid 및 glutathion 등의 산화, 환원 물질들에 의해 해독 과정을 거치게 되지만 식물체 내 자정 능력 이상의 오염 물질이 체내로 흡수되면 그림과 같이 책상조직의 세포가 괴사하여 잎의 표면에 검은 반점이 나타나는 가시적 피해를 보이게 된다.

오존 환경에 따른 수목의 생장

수목의 생장에 영향을 미치는 요인은 여러 가지가 있으나 오존에 대한 반응을 조사하기 위하여 조건이 일정한 4개의 생장상을 무처리, 60ppb(우리 나라 8시간 환경 기준), 100ppb(우리 나라 1시간 환경 기준), 120ppb(우리 나라 오존주의보 발령 기준)로 각각 오존 농도를 달리하여 5주일 간 처리하며 매주 수고 생장을 조사하였다.
＊ 백합나무 : 처리 후 2주까지는 처리 구별 생장에 큰 차이가 없었으나, 3주째부터는 100ppb와 120ppb 처리구의 생장은 크게 떨어지기 시작하여 5주일 후에는 대조구에 비하여 각각 65.5%, 67.9%의 생장량을 보였다. 반면 60ppb 처리구는 대조구의 82.5% 생장을 보였다.
＊ 사시나무 : 처리 후 1주일째는 120ppb 처리구가, 2주일째는 60ppb와 100ppb 처리구가 오존에 의한 생장 감소를 보였다. 처리가 끝난 5주일 후에는 대조구에 비하여 120ppb 처리구는 48.2%의 생장을, 60ppb와 100ppb 처리구는 각각 79.5%와 75.4%의 생장을 보였다.
백합나무는 60ppb에서는 큰 영향을 받지 않았으나 100ppb와 120ppb에서는 두 처리구가 유사하게 민감한 반응을 보인 반면, 사시나무는 60ppb와 100ppb 처리구가 유사한 반응을 보이고 120ppb 처리구가 다른 반응을 보였다. 이는 두 수종간 오존에 대한 민감도가 다른 데서 오는 결과로 우리 나라에서도 나날이 악화되는 오존 환경에 대처하기 위하여 주요 경제 수종을 대상으로 수종간 오존에 대한 민감도나 적응 능력을 파악하는 것이 시급한 실정이다.
미국 캘리포니아 주에서는 1970년대 후반부터 산림이 쇠퇴하고 임목 축적이 감소되는 여러 원인 중 대기 오염이 주범이라고 하였으며 그 중에서도 오존이 가장 유해하다고 하였다. 일본에서도 일본 국립환경연구소 하타케야마 시로 주임연구원에 의하면 도쿄 북쪽 교외에 있는 마에시라네(前白根) 산의 산림 고사 원인을 조사 중 대기 중의 오존이 침엽수에서 나오는 테르펜과 활엽수에서 나오는 이소프렌 등 방향 물질과 결합해 유기과산화물을 생성하여 병충해, 산성비 등 다른 요인과 함께 산림 황폐화를 일으키는 주요 원인의 하나임을 입증하고 오존을 산림을 고사시키는 새로운 용의자로 주목하였다.

맺음말

오존은 대기권 내의 성층권이나 대류권에 자연적으로 소량 존재하는 화학 물질이지만, 미국 환경청에 의하면 대류권(지표층)의 오존은 수목에 영향을 미치는 가장 유해한 오염 물질로 취급되고 있다. 오존이 식물체 내에 흡입되어 일으키는 피해의 정도는 수종에 따라 다를 뿐 아니라 유전적으로 타고난 감수성이나 햇빛, 온도, 상대 습도, 토양 습도, 토양 양분 등 복합적인 환경 요인들도 작용하기 때문에 이들 현상을 이해하는 데는 식물체 내의 효소에 의한 방어 기능이나 분자유전학, 생리학적 특성 등 많은 연구가 수반되어야 한다. 선진국에서 대기 오염 중 가장 우려하고 집중적으로 연구되고 있는 오존의 실체를 파악하고 체계적인 연구를 통한 자료를 확보함으로써 머지않아 우리 나라에서도 심각한 문제로 제기될 수 있는 오존 문제에 능동적인 대처가 가능하리라 믿는다.

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