Response of wetland plants to ammonia and water level Ernest Clarke Andrew H. Baldwin 발표자 : 문 미 라

Backgrounds Animal waste를 처리하도록 조성된 wet-land system 내에서 macrophytic plants가 고농도의 암모니아, inundation, condition에 의해 영향을 받음 암모니아의 유독성에 대한 이전의 연구는 많았지만, animal waste에서 발견되는것과 유사한 농도에서의 습지 식물들에 있어서 암모니아 독성의 연구는 행해지지 않았음.

Former studies Kadlec and Knight (1996) -Natural wetland에서 조사 대상 식물이 모두 2mg/l 이하의 암모니아 농도를 가지는 것으로 보고. Surrency (1993) - Typha latifolia L. 은 평균160-170mg/l의 암모니아 농도에서 성장억제되고, Schoenoplectus tabernaemontani는 훨씬 고농도도 견딜 수 있음. Hill (1997) -20.5-82.4 mg/l 사이의 암모니아 농도에서 다섯 개의 습지식물 종을 노출시켰고, 오직 Schoenoplectus acutus var. acutus A. & D.L 만이 이 농도 범위에서 부정적인 영향을 받는 것으로 나타남. Humenik (1999) -Juncus effusus L과 S.tabernaemontani가 175mg/l의 암모니아 농도에서는 영향을 받지 않으며, 350mg/l의 농도도 견딜 수 있음을 알아냄.

Materials and Methods Plants materials J.effusus S.latifolia S.tabernaemontani T.angustifolia T.latiforlia -1997년 7월 22일 실험 시작

Materials and Methods Juncus effusus - One of the most common species of Juncus, the native soft rush may be found as a single clump, as a colony of clumps or as a colony of single stems several feet tall, in water or on "dry" ground. It may be found in fresh- or saltwater wet areas.

Materials and Methods Sagittaria latifolia -Broadleaf affowhead is an emersed plant. It's large leaves and conspicuous flowers make it easy to find in the wild. It grows commonly in swamps, ditches, lakes, and stream margins

Materials and Methods Schoenoplectus tabernaemontani

Materials and Methods Typha angustifolia - Narrow-leaved cattail grows in marshes, wet meadows, fens, estuaries, bogs, ditches, and along lake shores. It is tolerant of saline environments. Where T. angustifolia and T. latifolia occur together, T. angustifolia usually colonizes the deeper waters (31.5 in. [80 cm] or more)

Materials and Methods Typha latifolia

Materials and Methods 2. Experiment set-up 실험 장소 -United states Departments of Agriculture, Nat-ural Resources Conservation Service, Beltsvilles Agricultural Research Center 에 있는 National Plant Materials Center, Prince George’s Country에서 온실 안에 대략 2.0m×0.4m×0.4m 깊이의 15개의 습지 탱크를 조성

Materials and Methods 실험 구성 - 3개의 Experiment blocks 암모니아 level : 0, 50, 100, 200, 4000mg/l water level : flooded and nonflooded - 추가적으로 각각의 tank에 S.tanernaemontani와 T.latifolia의 pot이 암모니아와 물의 상관관계를 연구하기 위해 사용됨. (전부 105개의 식물 tank. 9월에 시작하여, 14시간이 낮, 8시간 동안 밤이므로 광주기를 확장시키기 위하여 추가적으로 빛을 비춤)

Ammonia and water level treatments Tank 에 암모니아 treatment를 무작위적으로 할당. 처리 용액은 reagent-grade ammonium chloride와 함께 tap water를 준비 초기에 40 갤론의 용액이 각각의 탱크에 부가 Water level 처리는 탱크 내 S.tabernaemontani와 T.latifolia 식물들에 무작위적으로 할당. Nonflooded 식물들은 토양 표면에 water level을 유지. Flooded 조건은 식물들을 물 표면 밑으로 10cm 깊이까지 담금.

Water monitoring 각각의 tank 내 pH, 암모니아 농도와 Water level을 2주에 한번 조사, 수정 -Orion( Orion, Beverly, MA, USA ) 휴대용 pH/ISE Meter와 Triode pH electrode 암모니아 농도 측정 -Orion portable pH/ISE Meter와 Orion Ammonia Electrode 평균 암모니아 농도는 0, 50, 100, 200, 400mg/l로 처리했을 때 각각 0.13±0.04, 38.11±1.21, 90.33±1.12, 180.73±1.57, 393.91±3.65 mg/l로 나타남. Water level 측정 -외관상 측정

Growth measurements Plant census - 1998년 7월 22일 암모니아와 water level treatment 전에 행해짐. Census 대상 - T.angustifolia, T.latifolia : pot 당 ramet의 숫자. 다른 식물 : pot 당 줄기수 - 각각의 pot에서의 잎의 길이가 모든 종에서 측정 됨. - 식물당 전체 잎의 길이는 above-ground biomass의 indicator로서 제공됨. Census 측정 회수 - 3번.

Harvest 식물 당 상대적인 성장률(RGR) ln W2 – ln W1 RGR = t2 – t1 - where W1 and W2 are nondestructive estimates of biomass for times t1 (beginning of period) and t2 (end of period) - Linear relationships between leaf length and final biomass (SigmaPlot Version 4.01; SPSS, Chicago, IL).

Data analysis 1 J.effusus, S.latifolia, T.angustifolia - ANOVA (A one-way analysis of variance) - final biomass was the dependent variable, and amm- onia concentration was the independent variable. S. tabernaemontani and T. latifolia - A two-way ANOVA - Final biomass was again the dependent variable, and ammonia concentration and water level were the independent variables.

Data analysis 2 RGR data 분석 방법 - Repeated measures analysis of variance (RMANOVA) was used to analyze RGR data for each species. 분석 - SAS Version 6.12 Variance homogeneity and normality of observations 유지 Variances were partitioned in a mixed model in the case of heterogeneous variances.

Data analysis 3 To further visualize the effects of ammonia concentration on plant growth, nonlinear regression was used (SigmaPlot Version 4.01; SPSS, Chicago, IL). The best fit curve for the data was selected for the purpose of prediction, recognizing that higher order terms may have no biological significance (Sokal and Rohlf, 1994).

Result 1 Effects of ammonia on biomass production -암모니아는 J.effusus, S.tabernaemontani, T.latifolia에서의 final biomass에 중요한 영향을 미쳤다. T.angustifolia의 final biomass는 연구된 농도의 범위에서는 암모니아에 의한 통계적 영향이 나타나지 않았다. S. latifolia는 마지막 채집 전에 그 종이 이미 모두 시들기 때문에 final biomass 분석은 통계적 분석에서는 포함되지 않았다.

Result 2 Effects of ammonia on relative growth rate 암모니아 농도는 J.effusus, S.latifolia,S.tabernaemontani, T.latifolia에서 RGR에 중요한 영향을 미쳤으나, T.angustifolia에서는 RGR에 영향을 미치지 않았다. 최소의 RGR은 일반적으로 J.effusus 에서는 400mg/l에서, S.latifolia, S.tabernaemontani, T.latifolia에서는 0mg/l에서 나타났으며, 수치는 S.tabernaemontani에서는 100mg/l 추가 수치에서 RGR이 감소되었다.

Result 3 Effects of ammonia and water level - S.tabernaemontani의 final biomass는 nonflood-ed pot에서 높을 때도 있었고, flooded pot에서 높을 때도 있었으나 ,100 mg/l의 암모니아 농도 이상에서 T.latifolia의 bio-mass는 암모니아 농도가 증가함에 따라 nonflood-ed pot이 더 크게 나타났다.

Discussion 1 Biomass에 있어서 암모니아 농도의 영향 Ammonia significantly affected biomass production and relative growth rate for J. effusus, S.tabernaemontani, and T. latifolia. Ammonia concentrations above 100 mg/l reduced RGR for S. tabernaemontani after a period of weeks. Concentrations above 200 mg/l similarly reduced RGR for J. effusus and T. latifolia. Shorter periods of elevated ammonia did not appear to affect growth for the three species.

Discussion 2 RGR에 있어서 암모니아 농도의 영향 The species maximized biomass at different ammo-nia levels, with J. effusus peaking at 110 mg/l, T. latifolia at 84 mg/l, and S. tabernaemontani at 45 mg/l. T. latifolia produced more than twice the biomass of the other two species for most of the ammonia range studied. The scale of the stimulation and inhibition varied, with T. latifolia exhibiting the greatest relative response.

Discussion 3 Water level과 암모니아 농도의 영향 Flooded conditions of 10 cm did not signifi-cantly increase ammonia toxicity to S. tabernaemontani or T. latifolia relative to nonflooded but water-logged conditions. Flooding did not reduce growth and biomass production, because the adverse effects of flooding have been documented for wetland plants