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문제 정의
- 본 실험에서는 glufosinate-ammonium의 토양생태계에 대한 영향을 알아보기 위하여 유효성분이 18% 함유된 제품농약을 사용하여 토양처리 시 토양서식 지렁이에 대한 영향을 구명하고 또한 토양 미생물상에 미치는 영향을 알아보고자 하였으며 토양 중 GLA와 그 대사산물에 대한 잔류특성을 구명하고또한 실제 작물재배지에서 GLA를 밭고랑에 처리한 다음 주변에서 재배되고 있는 비표적 작물의 생육에 미치는 영향을 생엽의 생리생화학적 성분 분석을 통하여 구명하고자 하였다.
제안 방법
- GLA의 토양미생물에 대한 영향을 알아보기 위하여 상기 토양시료채취 지역의 밭 포장에 가로 1 m, 세로 1 m의 시험구를 설치하고 비농경지 사용기준량인 #에 해당하는 약량을 30일 간격으로 2회 처리하였다. 최종 약제처리 후 1, 3, 7, 15, 30, 60, 90일에 표층에서 10 cm 깊이로 토양시료를 채취하고 각각의 선택배지를 이용하여 채취한 토양 중진균, 세균, 방선균을 분리하여 각각의 균이 형성하는 colony의 수를 측정한 후 무처리구를 대조로 시험약제의 토양 미생물에 대한 영향을 알아보았다 (Research Association of Soil Microbiology, 1992).
- 시료채취는 최종약제 처리 후 0, 1, 3, 6, 15, 31, 60일 경과한 다음 표토 10 cm 깊이로 5지점에서 토양을 채취한 다음 골고루 섞고 음건한 후 2 mm체를 통과시키고 수분함량을 측정한 후 농촌진흥 청 농약잔류성시험법(1992)을 근거로 하여, 토양시료 중 50 g을 증류수 100 mL를 가하여 1시간동안 진탕한 다음 60℃ 수조에서 감압 농축한 후 ethyl acetate 10 mL를 가하고 다시 60℃ 수조에서 감압 농축한 다음 농죽잔사에 glacial acetic acid 2 mL를 가한 후 10 분간 초음파를 이용하여 충분히 섞은 다음 8mL의 trimethylorthoacetic acid를 가하여 100℃ 수조 상에서 4시간동안 환류 시킨 후 실온에서 냉각한 다음 1 mL 이하로 감압 농축하였다. 농축 잔사에서 반응시약을 완전히 제거하기 위하여 톨루엔 15 mL를 가한 후 40℃ 수조에서 다시 1 mL 이하로 감압 농축한 다음 volumetric flask를 이용하여 정용한 다음 GLC-NPD의 분석시료로 사용하였다.
- , Germany)배지에 100 pL를 도말하여 25℃에서 48시간이상 배양하여 생성된 colony수를 측정하였으며 세균은 표준평판한천배지(plate count agar)를 이용하여 상기와 동일한 방법으로 희석한 후 도말하여 35℃에서 24시간 이상 배양한 다음 생성된 colony수 를 측정하였다. 또한 방선균은 세균 및 곰팡이류의 생육을 저지하기 위하여 asparagine과 sodium propio- nate가 첨가된 고체배지를 사용하여 상기와 동일한 방법으로 희석한 후 30℃에서 48시간 이상 배양하여 생성된 colony수를 측정하였다(Yun과 Joung, 2001).
- GLA의 토양생물에 대한 영향을 평가하는데 중요한 기초자료로서 토양 중 잔류특성을 구명하고자 상기 토양시료가 채취된 지역의 밭 포장에 가로 4 m, 세로 2.5 이인 10 n?면적의 시험포장을 설치한 후 시험농약을 비농경지 표준사용량인 800 mL(144 g a.i.) 10 a1에 해당되는 약량을 30일 간격으로 2회 토양에 표면 처리하였다. 시료채취는 최종약제 처리 후 0, 1, 3, 6, 15, 31, 60일 경과한 다음 표토 10 cm 깊이로 5지점에서 토양을 채취한 다음 골고루 섞고 음건한 후 2 mm체를 통과시키고 수분함량을 측정한 후 농촌진흥 청 농약잔류성시험법(1992)을 근거로 하여, 토양시료 중 50 g을 증류수 100 mL를 가하여 1시간동안 진탕한 다음 60℃ 수조에서 감압 농축한 후 ethyl acetate 10 mL를 가하고 다시 60℃ 수조에서 감압 농축한 다음 농죽잔사에 glacial acetic acid 2 mL를 가한 후 10 분간 초음파를 이용하여 충분히 섞은 다음 8mL의 trimethylorthoacetic acid를 가하여 100℃ 수조 상에서 4시간동안 환류 시킨 후 실온에서 냉각한 다음 1 mL 이하로 감압 농축하였다.
- ) 10 a1에 해당되는 약량을 30일 간격으로 2회 토양에 표면 처리하였다. 시료채취는 최종약제 처리 후 0, 1, 3, 6, 15, 31, 60일 경과한 다음 표토 10 cm 깊이로 5지점에서 토양을 채취한 다음 골고루 섞고 음건한 후 2 mm체를 통과시키고 수분함량을 측정한 후 농촌진흥 청 농약잔류성시험법(1992)을 근거로 하여, 토양시료 중 50 g을 증류수 100 mL를 가하여 1시간동안 진탕한 다음 60℃ 수조에서 감압 농축한 후 ethyl acetate 10 mL를 가하고 다시 60℃ 수조에서 감압 농축한 다음 농죽잔사에 glacial acetic acid 2 mL를 가한 후 10 분간 초음파를 이용하여 충분히 섞은 다음 8mL의 trimethylorthoacetic acid를 가하여 100℃ 수조 상에서 4시간동안 환류 시킨 후 실온에서 냉각한 다음 1 mL 이하로 감압 농축하였다. 농축 잔사에서 반응시약을 완전히 제거하기 위하여 톨루엔 15 mL를 가한 후 40℃ 수조에서 다시 1 mL 이하로 감압 농축한 다음 volumetric flask를 이용하여 정용한 다음 GLC-NPD의 분석시료로 사용하였다.
- 시료추출 전 유도체 수율 및 분석법에 대한 회수율 실험은 GLA와 3-MPP 각각의 표준품을 이용하여 GLA는 10 ppm, 50 ppm 그리고 3-MPP는 2 ppm, 10 ppm의 표준용액 1 mL를 무처리 토양시료 50 g에 처리하고 균일하게 혼화한 다음 30분간 정치한 후 상기 추출 및 분석방법으로 회수율을 구하였다.
- 시험약제의 처리는 토양표 면처리와 토양혼화처리 방법으로 각각 처리하였는데 토양표면처리는 표토 5 cm를 제거한 후 시험토양에서 10일간 순화된 지렁이 30마리를 투입한 후 표토를 덮고 약제를 처리하였고, 토양혼화처리는 약제를 처리하고 토양을 골고루 혼화한 후 시험용 지렁이를 투입하였다. 시험구 상자에 지렁이를 투입한 다음 각각 14일 및 30일이 경과한 후 지렁이의 형태이상, 행동 변화, 치사수 및 생체중을 측정하여 GLA의 지렁이에 대한 영향정도를 평가하였다.
- )을 증류수 24 mL에 희석하여 처리하 였으며 최종 수분함량을 최대용수량의 40%로 보정하 였다(농약공업협회, 2005a). 시험약제의 처리는 토양표 면처리와 토양혼화처리 방법으로 각각 처리하였는데 토양표면처리는 표토 5 cm를 제거한 후 시험토양에서 10일간 순화된 지렁이 30마리를 투입한 후 표토를 덮고 약제를 처리하였고, 토양혼화처리는 약제를 처리하고 토양을 골고루 혼화한 후 시험용 지렁이를 투입하였다. 시험구 상자에 지렁이를 투입한 다음 각각 14일 및 30일이 경과한 후 지렁이의 형태이상, 행동 변화, 치사수 및 생체중을 측정하여 GLA의 지렁이에 대한 영향정도를 평가하였다.
- 작물이 재배중인 포장의 밭고랑에 GLA를 처리할 경우 비표적 작물에 대한 생리생화학적 영향을 구명 하기 위하여 강원도 춘천시 소재 강원도 농업기술원 포장에서 감자와 배추가 재배중인 밭고랑(골간 간격, 감자 : 40 cm, 배추 : 50 cm)에 GLA 18% 액제(상표 명 : 바스타 액제)를 800 mL 10 a1 기준으로 Flat-type, 8002노즐이 장착된 CO-분무기를 이용하여 40 psi 압력으로 잡초 경엽 및 토양표면에 골고루 살 포한 후 10일 간격으로 3회에 걸쳐 감자와 배추엽을 채취하였다. 채취한 시료는 마쇄하여 엽중 카로테노 이드, 클로로필 당, 단백질함량 및 총 아미노산 함량을 측정하여 손제초구에서의 분석 결과를 대조로 그 차이를 비교하였다.
- 최종 약제처리 후 1, 3, 7, 15, 30, 60, 90일에 표층에서 10 cm 깊이로 토양시료를 채취하고 각각의 선택배지를 이용하여 채취한 토양 중진균, 세균, 방선균을 분리하여 각각의 균이 형성하는 colony의 수를 측정한 후 무처리구를 대조로 시험약제의 토양 미생물에 대한 영향을 알아보았다 (Research Association of Soil Microbiology, 1992). 진균 의 경우 채취한 토양시료 10 g을 멸균 생리식염수에 넣고 혼합한 후 단계적으로 희석한 용액을 10% tartaric acid 18 mL가 첨가된 potato dextrose agar(PDA, Difco Co., Germany)배지에 100 pL를 도말하여 25℃에서 48시간이상 배양하여 생성된 colony수를 측정하였으며 세균은 표준평판한천배지(plate count agar)를 이용하여 상기와 동일한 방법으로 희석한 후 도말하여 35℃에서 24시간 이상 배양한 다음 생성된 colony수 를 측정하였다. 또한 방선균은 세균 및 곰팡이류의 생육을 저지하기 위하여 asparagine과 sodium propio- nate가 첨가된 고체배지를 사용하여 상기와 동일한 방법으로 희석한 후 30℃에서 48시간 이상 배양하여 생성된 colony수를 측정하였다(Yun과 Joung, 2001).
- 작물이 재배중인 포장의 밭고랑에 GLA를 처리할 경우 비표적 작물에 대한 생리생화학적 영향을 구명 하기 위하여 강원도 춘천시 소재 강원도 농업기술원 포장에서 감자와 배추가 재배중인 밭고랑(골간 간격, 감자 : 40 cm, 배추 : 50 cm)에 GLA 18% 액제(상표 명 : 바스타 액제)를 800 mL 10 a1 기준으로 Flat-type, 8002노즐이 장착된 CO-분무기를 이용하여 40 psi 압력으로 잡초 경엽 및 토양표면에 골고루 살 포한 후 10일 간격으로 3회에 걸쳐 감자와 배추엽을 채취하였다. 채취한 시료는 마쇄하여 엽중 카로테노 이드, 클로로필 당, 단백질함량 및 총 아미노산 함량을 측정하여 손제초구에서의 분석 결과를 대조로 그 차이를 비교하였다. 카로티노이드 함량은 UV-spectro photometer(HP8452A, Diode array spectrophotometer, Hewlett Packard, USA) 의 흡광도 448 nm 에서 p -carotene을 표준으로 정량하였고(김, 1997), 클로로필 함량은 642.
- 에 해당하는 약량을 30일 간격으로 2회 처리하였다. 최종 약제처리 후 1, 3, 7, 15, 30, 60, 90일에 표층에서 10 cm 깊이로 토양시료를 채취하고 각각의 선택배지를 이용하여 채취한 토양 중진균, 세균, 방선균을 분리하여 각각의 균이 형성하는 colony의 수를 측정한 후 무처리구를 대조로 시험약제의 토양 미생물에 대한 영향을 알아보았다 (Research Association of Soil Microbiology, 1992). 진균 의 경우 채취한 토양시료 10 g을 멸균 생리식염수에 넣고 혼합한 후 단계적으로 희석한 용액을 10% tartaric acid 18 mL가 첨가된 potato dextrose agar(PDA, Difco Co.
- 채취한 시료는 마쇄하여 엽중 카로테노 이드, 클로로필 당, 단백질함량 및 총 아미노산 함량을 측정하여 손제초구에서의 분석 결과를 대조로 그 차이를 비교하였다. 카로티노이드 함량은 UV-spectro photometer(HP8452A, Diode array spectrophotometer, Hewlett Packard, USA) 의 흡광도 448 nm 에서 p -carotene을 표준으로 정량하였고(김, 1997), 클로로필 함량은 642.5 Tim와 660 mn에서 각각 측정하여 환산 하였으며(White 등, 1997), 단백질함량은 595 nm에서 (Bradfod, 1976), 총 아미노산 함량은 leucine을 표준으로 570 nm에서 각각 흡광도를 측정한 다음 손제초구시료의 함량을 기준으로 하여 평균 증감율을 백분율로 표시하였으며(Moore, 1968), 당 함량은 HPLC (LC- 10AD, SPD-10AV uv/xds detector, SHIMADZU, Japan) 룔 이용하여 fructose, sucrose, glucose를 표준으로 분 석한 다음 손제초구 시료의 함량을 기준으로 평균 증감율을 백분율로 나타내었다(Spiro, 1966).
대상 데이터
- 9%) 이며 바이엘크롭사이언스(주) 로부터 공급받아 사용하였다. 그리고 실험에 사용된 토양은 경기도 김포시 월곳면 소재 밭 토양으로 표층 10 cm 깊이로 채취하여 음건한 다음 2 mm체를 통과 시킨 후 사용하였고 그 이화학적 특성은 표 1에 나타내었다.
- 본 시험에 사용된 지렁이는 농업과학기술원의 환경 생태 독성연구실에서 분양받아 한국화학시험 연구원 안전성평가센타 환경독성실에서 사육중인 국내종 줄지 렁이(Eisenia fetida)로서 2개월 이상 성숙한 무게가 300 - 600 mg 정도의 건강하고 균일한 개체를 사용하였다.
- 본 실험에 사용된 약제는 glufosinate-ammoniunX순도 99.2%) 표준품 및 제품농약(18% SL, 상표명 : 바스타 액제)과 그 대사산물인 3-(methyl) phosphinoyl propionic acid(3-MPP, 순도 97.9%) 이며 바이엘크롭사이언스(주) 로부터 공급받아 사용하였다. 그리고 실험에 사용된 토양은 경기도 김포시 월곳면 소재 밭 토양으로 표층 10 cm 깊이로 채취하여 음건한 다음 2 mm체를 통과 시킨 후 사용하였고 그 이화학적 특성은 표 1에 나타내었다.
- 시험토양 중 GLA와 3-MPP의 잔류량 분석을 위하여 사용한 시약은 glacial acetic acid(99%, Sigma Co., USA) 와 trimethylorthoacetic acid(99%, Aldrich Co. USA) 이고 추출용 용매류는 HPLC용으로서 J&T Baker 사(USA)의 제품을 사용하였으며 기기 분석조건은 표 2에 나타내었다.
성능/효과
- 89%이었다. GLA 의 대사산물인 3-MPP의 최소검출량과 검출한계는 GLA와 동일하였으며, 회수율은 0.04 ppm에서 101.83%이었고 0.2 ppm 에서는 95.1%이었다. 시기별로 채취된 토양시료 중 GLA의 총 잔류량은 표 6에서 보는 바와 같으며 각 시기별 총 잔류량으로 산출된 GLA의 토양 반감기는 15일이었다.
- GLA의 토양미생물에 대한 영향을 알아보기 위하여 30일 간격으로 2회 약제처리 후 시기별로 채취한 토양 중 진균(fungi), 세균(bacteria) 및 방선균(actino- mycetes) 수를 측정해본 결과는 표 5에 나타낸 바와 같이 무처리구에 비해서 진균, 세균 및 방선균의 균수는 큰 차이가 없었으며, 채취시기에 따른 균수의 변화도 큰 차이를 보이지 않았다. 결과적으로 토양에 처리된 GLA는 토양 미생물상에는 아무런 영향을 미치지 않았음을 알 수 있었다.
- GLA의 토양미생물에 대한 영향을 알아보기 위하여 30일 간격으로 2회 약제처리 후 시기별로 채취한 토양 중 진균(fungi), 세균(bacteria) 및 방선균(actino- mycetes) 수를 측정해본 결과는 표 5에 나타낸 바와 같이 무처리구에 비해서 진균, 세균 및 방선균의 균수는 큰 차이가 없었으며, 채취시기에 따른 균수의 변화도 큰 차이를 보이지 않았다. 결과적으로 토양에 처리된 GLA는 토양 미생물상에는 아무런 영향을 미치지 않았음을 알 수 있었다.
- 본 실험에서의 처리농도는 국내에서 비농경지 표준 사용량에 비해 배량에 해당되는 약량으로(농약공업협회, 2005a) GLA를 작물재배기간 동안 잡초 생육기에 수 회 반복 살포하여 주성분 전량이 고사 식물과 더불어 재배토양에 투입된다하더라도 본 실험결과로 미루어 볼 때 비표적 토양생물인 지렁이의 생육에 대한 영향은 우려할 만한 수준이 아닌 것으로 판단되었다. 그리고 GLA의 지렁이에 대한 영향시험을 수행하는 동안 생존한 지렁이의 생체중을 조사한 결과는 표 4에 나타낸 바와 같이 무처리구에서의 증가율은 5.645%, 토양표면 처리구에서 9.410%, 토양혼화 처리구에서 116)3%로 나타났다. 따라서 GLA를 처리한 시험구에서 생존한 지렁이의 체중증가량이 무처리구에 비해 다소 높게 나타남으로써 오히려 생육이 촉진되는 결과를 보였으나 독성학적으로 악영향은 없는 것으로 판단되며 지렁이체내 생리적 혹은 동물학적인 영향에 대한 추가적 실험이 필요하다고 판단되었다.
- 67%로 높게 나타났으며 클로로필색소 함량도 104%, 106%로 손제초구보다 높게 나타남으로써 작물이 재배 중인 밭포장의 고랑에 처리된 GLA는 주변 작물의 색소형성에 전혀 영향을 주지 않았다. 그리고 아미노산과 단백질, 당 함량 분석결과에서도 최소 90% 이상으로 손제초구 시료의 함량에 근접한 결과를 나타냄으로써 약제 살포시 비산방지용 자재를 이용하여 밭고랑에 살포할 경우에 GLA는 주변 작물의 생육에 아무런 영향을 주지 않음을 알 수 있었다. 비록 약제의 특성상 작물에 직접 처리하지 않고 밭고랑에 살포하여 주변 작물에 대한 생화학적 영향을 분석 하였으나 이 등(2001)의 조사보고에서 실제 농업현장에서 많은 량의 비선택성 제초제가 채소재배지의 밭고랑에 투입되고 있는 현실을 감안하면 비표적 작물에 대한 안전성과 더불어 농약성분의 토양 중 다양한 이동경로에 의한 간접적 영향을 연구하는것이 매우 의미있는 일이라 판단된다.
- 밭 포장에서 채취한 토양을 이용하여 실내에서 화 학물질의 토양서식생물에 대한 위해성을 평가하는 지표생물로 이용되고 있는 지렁이를 GLA 살포 후 30일 동안 노출시켰을 경우 시험용기에 투입된 지렁이의 치사가 전혀 일어나지 않아 토양표면과 토양 혼화 처리 시 GLA의 토양서식 지렁이에 대한 독성학적인 영향은 무시할 수 있는 수준인 것으로 판단되었다. 또한 처리 농도를 환경주정농도(predicted environmental concentration, PEC)로 환산하면 4.
- 3으로, TER이 100 이상일 경우에는 환경에 대한 위해성이 낮은 것으로 간주하여 더 이상의 평가는 생략하는 것이 통상적이므로 GLA의 경우는 그 위해성이 무시할 수 있는 수준으로 평가되어진다. 본 실험에서의 처리농도는 국내에서 비농경지 표준 사용량에 비해 배량에 해당되는 약량으로(농약공업협회, 2005a) GLA를 작물재배기간 동안 잡초 생육기에 수 회 반복 살포하여 주성분 전량이 고사 식물과 더불어 재배토양에 투입된다하더라도 본 실험결과로 미루어 볼 때 비표적 토양생물인 지렁이의 생육에 대한 영향은 우려할 만한 수준이 아닌 것으로 판단되었다. 그리고 GLA의 지렁이에 대한 영향시험을 수행하는 동안 생존한 지렁이의 생체중을 조사한 결과는 표 4에 나타낸 바와 같이 무처리구에서의 증가율은 5.
- 손제초구에서 채취한 감자와 배추 잎을 분석한 결과를 기준으로 GLA를 처리한 시험구에서 채취한 잎중 카로테노이드 색소의 함량은 각각 104.33%, 112.67%로 높게 나타났으며 클로로필색소 함량도 104%, 106%로 손제초구보다 높게 나타남으로써 작물이 재배 중인 밭포장의 고랑에 처리된 GLA는 주변 작물의 색소형성에 전혀 영향을 주지 않았다. 그리고 아미노산과 단백질, 당 함량 분석결과에서도 최소 90% 이상으로 손제초구 시료의 함량에 근접한 결과를 나타냄으로써 약제 살포시 비산방지용 자재를 이용하여 밭고랑에 살포할 경우에 GLA는 주변 작물의 생육에 아무런 영향을 주지 않음을 알 수 있었다.
- 시험토양 중 GLA의 잔류분석 시 분석기기의 최소 검출량은 0.1 ng이었고 검출한계는 0.02 mg kg이었으며 분석법의 회수율은 0.2 ppm에서 84.63%이었고 1.0 ppm 에서 74.89%이었다. GLA 의 대사산물인 3-MPP의 최소검출량과 검출한계는 GLA와 동일하였으며, 회수율은 0.
- 이상의 결과에서 비선택적으로 잡초를 방제하기 위해 사용되는 GLA는 실제 살포량의 많은 부분이 토양에 투입되어 강우 등에 의해 표면이동하거나 토양에 흡착되어 미생물에 의해 분해되거나 용탈 혹은 대류 이동 등에 의해 이동될 가능성을 배제할 수 없다. 그러나 Marvin 등(1997)은 토양 중 GLA의 최고 용탈가능 깊이는 10 cm 이내라고 보고하였으며 Gallina와 Stephenson(1992)은 GLA의 높은 수용해도(1, 370 g L'1, BCPC, 2003)로 인해 토양 중용탈이 일어날 가능성은 있으나 토양에 노출될 경우 토양성분에 흡착된 후 매우 신속하게 분해되기 때문에 우려할 수준이 아니라고 보고하였다.
후속연구
- 410%, 토양혼화 처리구에서 116)3%로 나타났다. 따라서 GLA를 처리한 시험구에서 생존한 지렁이의 체중증가량이 무처리구에 비해 다소 높게 나타남으로써 오히려 생육이 촉진되는 결과를 보였으나 독성학적으로 악영향은 없는 것으로 판단되며 지렁이체내 생리적 혹은 동물학적인 영향에 대한 추가적 실험이 필요하다고 판단되었다.
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