지구 반대편에 위치한 호주의 도심 환경 또한 미국과 크게 다르지 않다. 호주 시민들 역시 오염된 유출수(run off)와 그로 인해 유발되는 환경 오염에 맞서 싸우고 있다. 이를 해결하기 위해, 도시들은 흙, 잔디, 나무를 이용한 자연 경관을 종종 활용한다. 이러한 바이오여과(biofiltration) 시스템은 유출수 포획 및 여과 효과를 가진다. 그 동안, 흙과 식물들이 어떻게 유출수를 여과할 수 있는가를 이해할 수 있는 확실한 근거는 부족한 편이었다. 이를 해결하고자 호주 Melbourne 대학교 연구진은 새로운 실험을 설계하였다.
연구진은 호주에서 일반적으로 쓰이는 가로수 4종을 서로 다른 토양 형태에 심었다. 나무를 심지 않은 일부는 제어군으로 삼아 유출수 여과 결과를 비교하였다. 이를 위해, 연구진은 폭우 또는 일반적인 수돗물과 유사한 용액을 만들어 해당 토양에 적용하였다. 폭우 유사 용액의 경우, 질소 및 인과 같은 고농도의 영양 염류를 포함하고 있으며, 이는 비료 유출에 의한 전형적인 폭우의 성상을 나타내고 있다.
Liz Denman 박사는, 고농도의 질소, 인 성분은 빠르게 영양염류에서 오염물질로 변한다고 설명한다. 이러한 유출수의 질소와 인의 농도 범위는, 녹조와 같은 부영양화를 촉진하는 수준에 이르게 된다. 과도하게 생장한 녹조는, 세포의 사멸과 분해가 반복되면서, 수계의 산소를 빠르게 소비한다. 또한 수계 상층부에서 과밀하게 분포하는 조류 세포는 햇빛을 차단하는 역할을 하여, 그 아래에서 서식하는 생물에게 악영향을 미치게 된다. 즉, 이러한 녹조 현상은 자연적인 수계 정상 상태를 파괴한다. 수계의 낮은 산소 농도는 어류 폐사, 생물 다양성 감소, 사각지대 발생 등의 결과를 초래한다. 일부 호주 지역에서는 이에 대한 예방책으로 관련 규정을 마련하고 있다. Denman 박사는 “이러한 규정은 오염물질 유입 감소를 목표로 한다. 대부분의 경우, 이러한 가이드라인은 수질처리시스템과의 연계를 요구하고 있다”고 설명하였다.
13개월 간의 실험 동안, 연구진은 서로 다른 나무 종류(Eucalyptus polyanthemos, Lophostemon confertus, Callistemon salignus, Platanus orientalis)가 폭우 조건에서 얼마나 잘 자라는지 측정하였다. 또한 폭우의 추가 영양염류를 나무가 얼마나 섭취하는지도 관측하였다. 4가지 나무 모두 수돗물보다 폭우 조건에서 두드러진 성장을 보였으며, 이는 도심 조건에서의 나무 번성의 잠재력을 보여주는 결과이다.
또한 이번 연구결과는 나무가 영양염류 분산에 긍정적인 역할을 함을 보여준다. 연구진은 살수 후 2시간 동안 실험용 화분의 아래에서 떨어지는 물을 채취하였으며, 나무가 심겨진 화분에서는 토양에서 유출될 수 있는 불요 영양성분이 거의 포함되어 있지 않음을 확인하였다. 하지만 나무가 심겨지지 않은 토양의 경우 이러한 영양성분이 유출되었다. 이러한 결과는 나무의 종류와 상관없이 거의 동일하였으며, 도심 바이오여과 시스템의 영양물질 제거 성능 최대화에 특정 수종은 필수적인 요소가 아님을 확인할 수 있었다.
하지만 Denman 박사는 도심 초목화 다양성의 중요성뿐 아니라 가로수 선택이 단일 기준에 의해 이뤄져서는 안 된다고 강조하였다. 고도로 도심화된 거리는 제한된 이용 공간과 기능 및 미학적 기준을 만족하는 경관이 요구되므로, 하나의 나무 종류가 모든 장소에 맞춰질 수 없다. 바이오여과 시스템은 이미 호주 대도시 여러 곳에서 시행되고 있지만, Denman 박사는 이러한 나무들의 유효성과 극도의 우기 및 건기 조건에서의 적응 수준을 시험할 필요가 있다고 덧붙였다. 이번 연구 결과는 “Journal of Environmental Quality” 최신호에 게재된다.
Urban trees provide pollution solution
Urban environments Down Under aren't all that different than those in the United States. They also struggle with contaminated water running off and causing pollution. In response, cities often use natural landscapes of soil, grasses, and trees. These biofiltration systems capture and filter the runoff.
How well do they filter runoff? Research on how soils and woody plants like trees filter water is lacking. In response, researchers at the University of Melbourne designed an experiment.
Researchers planted four different trees commonly used as street trees in Australia in three different soil types (leaving some unplanted to serve as controls). To these, they applied either a solution similar to stormwater or regular tap water. The stormwater contained high levels of nutrients such as nitrogen and phosphorus. High levels of these nutrients are typically present in stormwater in part because of fertilizer runoff.
Researcher Liz Denman, now a member of the Landscape and Urban Design group at VicRoads, explains that high levels of nitrogen and phosphorus can quickly go from nutrient to contaminate. The levels stimulate algal "blooms" -- or higher than normal algae content in water bodies. Algae consume oxygen in the water, especially as they die and decompose. They also block the sun from reaching areas below them, upsetting the natural state of the water body. The lower oxygen levels can result in fish deaths, a loss of biodiversity in the waters, and dead zones.
Some Australia states use mandates as a response. "The planning provisions in the Australian state where I live have a clause that relates to water management in residential subdivisions," she adds. "This mandates targets for pollutant load reductions. In most cases, these guidelines require the incorporation of water quality treatment systems."
Through the 13-month experiment, the group measured how well the different tree species grew when watered with stormwater. They also looked at how well the trees took extra nutrients out of the stormwater.
The trees studied were from four species: red box, brush box, white bottlebrush, and oriental plane. All four species receiving stormwater grew significantly larger than those receiving tap water, demonstrating they all have the potential to thrive under urban conditions.
Additionally, the results showed the trees are good at unpacking nutrients from stormwater. Scientists collected the water that drained from the bottom of the experimental pots for a period of two hours after watering. This water contained fewer undesired nutrients when it came from the planted soils. The unplanted soils actually leached nutrients. The different tree species did not show much difference in how many nutrients they removed from the stormwater. They all performed well in the study.
"Species selection was not essential to maximize nutrient removal performance of biofiltration systems," Denman says, although overall it was more difficult for the trees and soil to reduce nitrogen than phosphorus.
Based on these findings, Denman suggests using a variety of trees. "Biodiversity of vegetation within our cities is important and street tree selection should not be based on a single criterion," Denman says.
Additionally, one species will not fit everywhere. "The selection of stormwater treatment measures suitable for highly urbanized streets is restricted by the limited available space combined with the need for functional and aesthetically pleasing landscapes," she says.
Biofiltration systems are already in place in many large Australian cities. Denman adds that further evaluations are needed to test the effectiveness of the trees as they mature or go through extremely wet or dry periods.
This research was recently published in the Journal of Environmental Quality.
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