Groundwater Ubiquity Score를 이용한 제주도 토양 특성별 농약의 지하수 오염가능성 평가 Evaluation of Groundwater Contamination Potential of Pesticides Using Groundwater Ubiquity Score in Jeju Island Soils원문보기
Groundwater ubiquity score(GUS)를 이용하여 제주도 농가에서 많이 사용되고 있는 농약에 대한 지하수 오염가능성을 평가하고 등급화 하였다. 살충제 12종, 제초제 6종, 살균제 3종을 선정하여 제주도 20개 토양통에 대한 흡착특성과 농약의 이화학적 특성을 이용하여 GUS를 구하였다. 제주도 토양에서 조사된 각종 농약의 전반적인 지하수 오염가능성은 제초제 > 살균제 > 살충제 순서이었다. 제초제의 지하수 오염가능성의 크기는 bromacil > metolachlor > alachlor > linuron pretilachlor > butachlor 순서로 나타났다. 살충제의 지하수 오염가능성의 크기는 carbofuran > ethoprophos > diazinone > dimethoate > penthoate > mecarbam > methidathion > endosulfan > fenitrothion > parathion > chlorpyrifos > terbufos 순서로 나타났다. 살균제의 지하수 오염가능성의 크기는 metalaxyl > chlorothalonil > triadimefon 순서로 나타났다. 이들 농약 중에서 특히 지하수 오염가능성이 높은 것으로 분류된 것은 제초제 alachlor, metolachlor, bromacil, 살충제 ethorophos와 carbofuran 그리고 살균제 metalaxyl이었다. 농약에 의한 지하수 오염을 방지하기 위해서는 농약의 절대 사용을 줄일 수 있는 방안을 마련함과 동시에 지하수 오염가능성이 낮고 오염시킨 예가 적은 약제의 선별적 사용이 바람직할 것이다. 그리고 특히 오염가능성이 매우 높은 것으로 평가되고 오염의 예가 많은 약제에 대해서는 적극적인 사용제한 방안을 마련할 필요도 있을 것이다.
Groundwater ubiquity score(GUS)를 이용하여 제주도 농가에서 많이 사용되고 있는 농약에 대한 지하수 오염가능성을 평가하고 등급화 하였다. 살충제 12종, 제초제 6종, 살균제 3종을 선정하여 제주도 20개 토양통에 대한 흡착특성과 농약의 이화학적 특성을 이용하여 GUS를 구하였다. 제주도 토양에서 조사된 각종 농약의 전반적인 지하수 오염가능성은 제초제 > 살균제 > 살충제 순서이었다. 제초제의 지하수 오염가능성의 크기는 bromacil > metolachlor > alachlor > linuron pretilachlor > butachlor 순서로 나타났다. 살충제의 지하수 오염가능성의 크기는 carbofuran > ethoprophos > diazinone > dimethoate > penthoate > mecarbam > methidathion > endosulfan > fenitrothion > parathion > chlorpyrifos > terbufos 순서로 나타났다. 살균제의 지하수 오염가능성의 크기는 metalaxyl > chlorothalonil > triadimefon 순서로 나타났다. 이들 농약 중에서 특히 지하수 오염가능성이 높은 것으로 분류된 것은 제초제 alachlor, metolachlor, bromacil, 살충제 ethorophos와 carbofuran 그리고 살균제 metalaxyl이었다. 농약에 의한 지하수 오염을 방지하기 위해서는 농약의 절대 사용을 줄일 수 있는 방안을 마련함과 동시에 지하수 오염가능성이 낮고 오염시킨 예가 적은 약제의 선별적 사용이 바람직할 것이다. 그리고 특히 오염가능성이 매우 높은 것으로 평가되고 오염의 예가 많은 약제에 대해서는 적극적인 사용제한 방안을 마련할 필요도 있을 것이다.
One of the most recent issues facing the pesticides regulatory process is the assessment of the potential for pesticides to leach through soil and appear in groundwater. Since Jeju island depends on a hydrogeologically vulnerable aquifer system as its principle source of drinking water, it is import...
One of the most recent issues facing the pesticides regulatory process is the assessment of the potential for pesticides to leach through soil and appear in groundwater. Since Jeju island depends on a hydrogeologically vulnerable aquifer system as its principle source of drinking water, it is important to identify which pesticides are the most likely to result in groundwater contamination. The objective of this study was to assess groundwater contamination risk of 21 pesticides (12 insecticides, 6 herbicides and 3 fungicides) in Jeju soils using groundwater ubiquity score (GUS). Considering GUS estimated in 21 representative series of Jeju soils, generally herbicides showed relatively higher leaching potentials and insecticides showed lower leaching potentials. Groundwater contamination risk was higher in the order of bromacil > metolachlor > alachlor > linuron pretilachlor > butachlor for herbicides, carbofuran > ethoprophos > diazinone > dimethoate > penthoate > mecarbam > methidathion > endosulfan > fenitrothion > parathion > chlorpyrifos > terbufos for insecticides, and metalaxyl > chlorothalonil > triadimefon for fungicides. Among the tested pesticides alachlor, metolachlor, bromacil, ethoprophos and carbofuran were classified as the pesticides of very high or high groundwater contamination potential. Although the ranking of the leaching potential was essentially determined on the base of the intrinsic properties of the chemicals and environmental properties, variation of the relative groundwater contamination potentials of each pesticides in different soils were not significant. Therefore, the above ranking of groundwater contamination risk would be applied in most of Jeju soils. To lower the possibility of pesticide contamination of groundwater, the use of those pesticides classified as high or very high leaching potential should be strictly regulated in Jeju Island.
One of the most recent issues facing the pesticides regulatory process is the assessment of the potential for pesticides to leach through soil and appear in groundwater. Since Jeju island depends on a hydrogeologically vulnerable aquifer system as its principle source of drinking water, it is important to identify which pesticides are the most likely to result in groundwater contamination. The objective of this study was to assess groundwater contamination risk of 21 pesticides (12 insecticides, 6 herbicides and 3 fungicides) in Jeju soils using groundwater ubiquity score (GUS). Considering GUS estimated in 21 representative series of Jeju soils, generally herbicides showed relatively higher leaching potentials and insecticides showed lower leaching potentials. Groundwater contamination risk was higher in the order of bromacil > metolachlor > alachlor > linuron pretilachlor > butachlor for herbicides, carbofuran > ethoprophos > diazinone > dimethoate > penthoate > mecarbam > methidathion > endosulfan > fenitrothion > parathion > chlorpyrifos > terbufos for insecticides, and metalaxyl > chlorothalonil > triadimefon for fungicides. Among the tested pesticides alachlor, metolachlor, bromacil, ethoprophos and carbofuran were classified as the pesticides of very high or high groundwater contamination potential. Although the ranking of the leaching potential was essentially determined on the base of the intrinsic properties of the chemicals and environmental properties, variation of the relative groundwater contamination potentials of each pesticides in different soils were not significant. Therefore, the above ranking of groundwater contamination risk would be applied in most of Jeju soils. To lower the possibility of pesticide contamination of groundwater, the use of those pesticides classified as high or very high leaching potential should be strictly regulated in Jeju Island.
분배계수(distribution coefficient, Xd), 유기탄소흡착계수(organic carbcm adsorption coefficient, Koc) 등 토양에 대한 농약의 흡착 특성을 이용하여 각 농약별 GUS를 계산하고 이를 기초로 농약의 지하수 오염가능성을 등급별로 구분하였다.
흡착실험은 다음과 같이 수행하였다.채취한 토양 시료를 풍건시킨 후에 5 g을 취하여 원심분리관에 넣고 10 mg L1 농도의 농약 표준용액 25 mL를 넣고 16시간 진탕시켰다 진탕 후 즉시 3, 000 rpm에서 20분간 원심분리시켜 상징액을 취하고상징액과 같은 양의 추출용매 hexane과 ethylacetate 1:1 혼합액을 첨가하여 1분간 진탕하고 상징액을 여과하였다 여과액 중의 농약은 BOD가 장착된 Gas chromatograjii (GC, HP5890 Series U, Hewlet Packard, USA)로 분리하여 검출하였다 모든 토양시료에 대한 흡착실험은 2회 반복으로 수행하였으며, 이상 결과가 나오는 경우에는 3반복으로 수행하였다 토양의 유기탄소함량은 Walkley-Black법으로 측정하였다(Nelscm과 Sommers, 1982).
토양에 의한 농약의 흡착 특성은 토양에 일정 농도의 농약 용액을 첨가하여 흡착시킨 후에 남아있는 농약의 양을 측정하여 첨가한 양과 남아있는 양의 차이로부터 구하였다. 흡착실험은 다음과 같이 수행하였다.
대상 데이터
농약에 의한 지하수 오염가능성을 평가하기 위해 제주도에 분포하는 63개 토양통 중 분포면적이 넓은 20개 토양통을 조사대상으로 선정하였다fTable 1). 제주지역 토양은 토양색에 따라 암갈색 비화산회농 암갈색 화산회토 및 흑색 화산회토로 분류하는데, 조사대상 토양통 중에서 동홍통 동귀통, 조천통, 용흥통, 무릉통, 하원통, 구엄통은 암갈색 비화산회토 한림 통, 중문퉁, 중엄통, 오라통, 아라통, 제주통, 구좌통은 농암갈색 화산회토 그리고 송당통, 평대통, 신엄통, 위미통, 남원통, 행원통은 흑색 화산회토로 분류 된다(Fig.
조사 대상 농약은 살충제 12종, 제초제 6종, 살균제 3종으로 제주도에서 많이 사용되며 용해도의 차이가 골고루 분포되도록 농약을 선정하였다 조사대상 농약의 종류와 기본 특성을 Table 2에 나타내었다.
1 %를 대표할 수 있는 면적이었다. 조사시료는 20 cm 깊이의 표토를 채취하였으며 풍건한후 2 mm 체에 통과시켜 시료로 사용하였다.
사용하여 계산하였다. 토양중 농약별 반감기는 SCS/ARS/CES Pesticide Properties Database for Environmental Decision Making의 자료를 사용하였다 (Augustijn-Becfers 등, 1994).
이론/모형
GUS 값은 Gustafson (1989)이 경험적으로 만든 지수로 농약의 유기탄소흡착계수(koc)와 토양중 반감기(T1/2)를 사용하여 계산하였다. 토양중 농약별 반감기는 SCS/ARS/CES Pesticide Properties Database for Environmental Decision Making의 자료를 사용하였다 (Augustijn-Becfers 등, 1994).
본 조사에서는 Vogue 등(1994)의 분류방식에 따라 조사 농약의 지하수 오염가능성을 5등급으로 분류하였다. GUS 1.
성능/효과
Alacldor의 지하수 오염가능성은 비화산회토와 농암갈 색 화산회 토에서는 보통, 흑색화산회 토에서는 높은 것으로 분류되었다. NWolachlor는 토양의 종류에 관계없이 모두 지하수 오염가능성이 높은 것으로 분류되었고, bromacil의 지하수 오염가능성은 모든 토양에서 매우 높은 것으로 분류되었다.
Terbufos, parathioi 및 fenitrothione평균 40 mg kg-1 이상으로 토양에 대한 강한 흡착 특성을 보였으며, 다음으로 endosulfan, methidathion, phenth- oate 및 diazinon이 30~39 mg kg-1정도로 흡착되었다. Mecarbam과 a-endosulfane 20~29 mg kg-1 범위의 흡착량을 보였으며 Endosulfan, dimethoate, ethoprophos, carbofuran 등은 상대적으로 흡착이 잘 안되는 살충제로 나타났다. 그리고 endosulfan을 제외한 대부분의 살충제는 화산회토양 성질이 강한 토양에 더 많이 흡착되는 경향을 보였다.
Methidathion, mecarbam, phenthoate, dimethoate, diazinon 등의 지하수 오염가능성은 토양의 종류에 관계없이 모두 보통 정도인 것으로 분류되었다. Nfethi- dathkm, mecarbam, dimethoate 등은 물에 대한 용해도가 비교적 높고 분배계수와 유기탄소 흡착계수가 다른 살충제에 비하여 비교적 낮으나 토양중 반감기가 짧으므로 지하수 오염가능성이 보통 정도로 분류되었다 Ethoprophos의 지하수 오염가능성은 비화 산회 토에서 보통 그리고 화산회토에서는 높은 것으로 분류되었고, carbofuran의 지하수 오염가능성은 비화 산회 토에서는 높으며, 화산회토에서는 매우 높은 것으로 분류되었다 Ethoprophos의 물에 대한 용해도는 700 mg L1 이며 반감기 25일, carbofiiran의 물에 대한 용해도는 320 mg L-1이며 반감기 50일이다.
분류되었다. NWolachlor는 토양의 종류에 관계없이 모두 지하수 오염가능성이 높은 것으로 분류되었고, bromacil의 지하수 오염가능성은 모든 토양에서 매우 높은 것으로 분류되었다. 타 제초제에 비하여 alachlor, metolachlor, bromacil 등의 지하수 오염 가능성이 높은 것은 이들의 물에 대한 용해도가 상대적으로 높아 유기탄소 흡착계수가 낮은 때문이다.
Pretilachlor는 오차 범위 내에서 토양의 종류에 관계없이 모두 지하수 오염가능성이 보통인 것으로 분류되었고 linuron의 지하수 오염가능성은 모든 토양에서 보통으로 분류되었다.
나타내었다. Terbufos, parathioi 및 fenitrothione평균 40 mg kg-1 이상으로 토양에 대한 강한 흡착 특성을 보였으며, 다음으로 endosulfan, methidathion, phenth- oate 및 diazinon이 30~39 mg kg-1정도로 흡착되었다. Mecarbam과 a-endosulfane 20~29 mg kg-1 범위의 흡착량을 보였으며 Endosulfan, dimethoate, ethoprophos, carbofuran 등은 상대적으로 흡착이 잘 안되는 살충제로 나타났다.
Terbufos는 독성은 강하나 물에 대한 용해도가 4.5 mg L1 정도로 낮은 만큼 흡착특성이 강하며 토양중반감기가 5일 정도로 매우 짧아 토양의 종류에 관계없이 모두 지하수 오염가능성이 매우 낮은 것으로 분류되었다. ddorpyrifos의 경우 토양중 반감기는 63일로 비교적 긴 편이나 물에 대한 용해도가 극히 낮아 토양에 강하게 흡착됨으로써 지하수 오염가능성이 낮은 것으로 판단되었는데, 농암갈색 화산회토와 비화산회토에 비하여 유기물 함량이 높은 흑색 화산회토에 속하는 토양에서는 지하수 오염가능성이 더욱 낮은 것으로 나타났다 Parathion과 fenitrothion의 경우에는 물에 대한 용해도가 낮아 토양에 강하게 흡착되며 또한 토양중의 반감기도 각각 14 및 12일로 짧아 지하수 오염가능성이 낮은 것으로 나타났다.
Tiiadimefon고} chlorothalonile 토양의 종류에 관계없이 모두 지하수 오염가능성이 보통으로 분류되었으며, metalaxyle 모든 토양에서 지하수 오염 가능성이 매우 높은 것으로 분류되었다. Triadimefon의 물에 대한 용해도는 64 mg 이며, chlorothalonil의 물에 대한 용해도가 0.
5 mg L1 정도로 낮은 만큼 흡착특성이 강하며 토양중반감기가 5일 정도로 매우 짧아 토양의 종류에 관계없이 모두 지하수 오염가능성이 매우 낮은 것으로 분류되었다. ddorpyrifos의 경우 토양중 반감기는 63일로 비교적 긴 편이나 물에 대한 용해도가 극히 낮아 토양에 강하게 흡착됨으로써 지하수 오염가능성이 낮은 것으로 판단되었는데, 농암갈색 화산회토와 비화산회토에 비하여 유기물 함량이 높은 흑색 화산회토에 속하는 토양에서는 지하수 오염가능성이 더욱 낮은 것으로 나타났다 Parathion과 fenitrothion의 경우에는 물에 대한 용해도가 낮아 토양에 강하게 흡착되며 또한 토양중의 반감기도 각각 14 및 12일로 짧아 지하수 오염가능성이 낮은 것으로 나타났다. 그리고 endosulfane 180일 정도의 긴 반감기를 가져 토양 잔류성이 높은 농약이나 물에 대한 용해도가 아주 낮아서 용탈 가능성이 매우 낮은 것으로 분류되었다.
ddorpyrifos의 경우 토양중 반감기는 63일로 비교적 긴 편이나 물에 대한 용해도가 극히 낮아 토양에 강하게 흡착됨으로써 지하수 오염가능성이 낮은 것으로 판단되었는데, 농암갈색 화산회토와 비화산회토에 비하여 유기물 함량이 높은 흑색 화산회토에 속하는 토양에서는 지하수 오염가능성이 더욱 낮은 것으로 나타났다 Parathion과 fenitrothion의 경우에는 물에 대한 용해도가 낮아 토양에 강하게 흡착되며 또한 토양중의 반감기도 각각 14 및 12일로 짧아 지하수 오염가능성이 낮은 것으로 나타났다. 그리고 endosulfane 180일 정도의 긴 반감기를 가져 토양 잔류성이 높은 농약이나 물에 대한 용해도가 아주 낮아서 용탈 가능성이 매우 낮은 것으로 분류되었다.
본 연구에서 지하수 오염가능성이 높은 것으로 판정된 농약이나 일반적으로 지하수를 오염시킨 예가 있는 농약들은 대부분 토양에 의한 흡착량이 적고 반감기가 길어서 GUS가 큰 것들이다 그러나 농약의 지하수 오염가능성은 농약의 사용량 투수성, 자갈 함량 공극률 등의 토양 물리적 요인과 지하수의 깊이, 강우 특성 등에 의해 영향을 받으므로 일률적으로 GUS와 연관을 지을 수는 없다 그러나 지하수를 오염시킨 여)가 있다거나 GUS가 큰 농약들은 사용량 토양요인, 강우 특성 등에 따라 충분히 지하수를 오염시킬 수 있는 가능성을 가지는 것이다.
살충제 mecarbam, phenthoate, dimethoate 및 diazinon, 제초제 pretilachlor, linuron 및 alachlor 그리고 살균제 triadimefbn과 chlorothalonil] 잠정적인 지하수 오염 가능성을 가진 것으로 판단된다.
토양의 유기탄소 함량을 기준으로 분배계수를 나타낸 유기탄소흡착계수는 일반적으로 값이 클수록 토양 중의 유기탄소와 흡착되는 양이 많기 때문에 이동성이 느린 것으로 평가한다. 유기탄소흡착계수가 500 mg kg-1 이상으로 높은 살중제는 terbufos, chlorpyrifos, parathion, fenitrothion, endosulfan 등이었으며 methidathion, mecarbam, penthoate, dimethoate, diazinon, ethoprophos, cabofuran 등은 유기탄소흡착계수가 낮은 살충제이 었다.
1). 조사대상 토양통의 분포면적은 비화산회토의 67.3%, 농암갈색 화산회토의 86.5% 및 흑색 화산회토의 63.1 %를 대표할 수 있는 면적이었다. 조사시료는 20 cm 깊이의 표토를 채취하였으며 풍건한후 2 mm 체에 통과시켜 시료로 사용하였다.
Butachlor와 linuron의 토양중흡착량은 30 mg kg-1이상으로 조사되었으며, alachlor, metolachlor, tronmcil의 경우에는 10-20 mg kg1 정도 흡착되었다. 조사된 제초제의 분배계수는 살충제에 비해 낮은 경향으로 모두 20 mL g1 이하로 나타났다. 특히 alachlor, metolachlor, bromacil 등의 분배계수는 5 mL g1 이하로 미국과 유럽의 기준으로 보면 모두 이동성이 큰 농약으로 평가되었다.
특히 alachlor, metolachlor, bromacil 등의 분배계수는 5 mL g1 이하로 미국과 유럽의 기준으로 보면 모두 이동성이 큰 농약으로 평가되었다. 조사한 제초제의 유기탄소흡착계수는 모두 300 mg kg-1 이하로 낮은 편이었으며, 크기의 순서는 butachlor > linuron > pretilachlor > metolachlor > bromacil > alachlci.이었다.
조사된 제초제의 분배계수는 살충제에 비해 낮은 경향으로 모두 20 mL g1 이하로 나타났다. 특히 alachlor, metolachlor, bromacil 등의 분배계수는 5 mL g1 이하로 미국과 유럽의 기준으로 보면 모두 이동성이 큰 농약으로 평가되었다. 조사한 제초제의 유기탄소흡착계수는 모두 300 mg kg-1 이하로 낮은 편이었으며, 크기의 순서는 butachlor > linuron > pretilachlor > metolachlor > bromacil > alachlci.
후속연구
또한 잔류성이 강한 농약이라도 흡착력이 아주 강하면 용탈 가능성이 낮은 것으로 분류될 수 있으나 제주 토양에서 농약을 흡착하는 유기 또는 무기교질 자체가 지하수로 이동할 경우에는 농약의 흡착특성과 상관없이 지하수 오염가능성이 발생하게 될것이다(McCarthy 와 Zachara, 1989; Lafrance 등, 1990; Seta와 Karathanasis, 1997). 따라서 본 연구에서 구한각 농약의 GUS는 가장 보편적인 환경조건에서 적용될 수 있을 것이며, 예외적인 환경조건하에서는 낮은 GUS의 농약도 얼마든지 용탈을 거쳐 지하수를 오염시킬 수 있다는 사실을 염두에 두어야 할 것이다
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