2010년 발생한 가축전염병인 구제역(FMD)으로 인해 전국에 약 4,700여개소에 가축 매몰지가 조성되었다. 매몰된 가축의 부패 과정에서 발생하는 침출수는 항생제와 같은 다양한 오염물질들을 함유하고 있어 주변 토양 및 수계로 유입되는 경우 환경에 악영향을 초래할 수 있다. 이와 같이 환경에 잔류하는 항생제는 내성박테리아 생성 등을 통해 인간건강 및 생태계 건전성을 위협할 수 있다. 이에 본 연구에서는 가축 매몰에 의한 항생제 오염수준을 평가하기 위해 가축 매몰지 및 인근 농경지 토양에서 항생제 모니터링을 실시하였다. 모니터링 대상 항생제로는 축산용 항생제로 사용량이 가장 많은 tetracycline 계열의 tetracycline (TC), chlortetracycline (CTC), oxytetracycline (OTC)와 sulfonamide 계열의 sulfamethazine (SMZ), sulfamethoxazole (SMX)을 선정하였다. 항생제의 잔류농도는 매몰지 (TC: $144.26-350.73{\mu}g/kg$, SMZ: $17.72-44.94{\mu}g/kg$)가 인근 농경지 (TC: $134.16-320.73{\mu}g/kg$, SMZ: $6.48-8.85{\mu}g/kg$)에 비해 높은 것으로 나타났으며 CTC, OTC, SMX는 검출되지 않았다. 연구결과를 통해 단정할 수는 없으나 매몰된 가축사체에 함유된 항생제가 매몰지 및 인근 토양에 축적될 수 있는 개연성이 있는 것으로 판단되었다. 특히, 농경지에 잔류하는 항생제는 농작물에 의해 흡수되어 인간 건강에 악영향을 미치므로 이에 대한 지속적인 모니터링이 요구된다.
2010년 발생한 가축전염병인 구제역(FMD)으로 인해 전국에 약 4,700여개소에 가축 매몰지가 조성되었다. 매몰된 가축의 부패 과정에서 발생하는 침출수는 항생제와 같은 다양한 오염물질들을 함유하고 있어 주변 토양 및 수계로 유입되는 경우 환경에 악영향을 초래할 수 있다. 이와 같이 환경에 잔류하는 항생제는 내성박테리아 생성 등을 통해 인간건강 및 생태계 건전성을 위협할 수 있다. 이에 본 연구에서는 가축 매몰에 의한 항생제 오염수준을 평가하기 위해 가축 매몰지 및 인근 농경지 토양에서 항생제 모니터링을 실시하였다. 모니터링 대상 항생제로는 축산용 항생제로 사용량이 가장 많은 tetracycline 계열의 tetracycline (TC), chlortetracycline (CTC), oxytetracycline (OTC)와 sulfonamide 계열의 sulfamethazine (SMZ), sulfamethoxazole (SMX)을 선정하였다. 항생제의 잔류농도는 매몰지 (TC: $144.26-350.73{\mu}g/kg$, SMZ: $17.72-44.94{\mu}g/kg$)가 인근 농경지 (TC: $134.16-320.73{\mu}g/kg$, SMZ: $6.48-8.85{\mu}g/kg$)에 비해 높은 것으로 나타났으며 CTC, OTC, SMX는 검출되지 않았다. 연구결과를 통해 단정할 수는 없으나 매몰된 가축사체에 함유된 항생제가 매몰지 및 인근 토양에 축적될 수 있는 개연성이 있는 것으로 판단되었다. 특히, 농경지에 잔류하는 항생제는 농작물에 의해 흡수되어 인간 건강에 악영향을 미치므로 이에 대한 지속적인 모니터링이 요구된다.
In Korea, over 4,700 animal carcass disposal sites were installed until 2011 due to the outbreak of foot and mouth disease. Due to the putrefaction of buried animals, the leachate containing veterinary antibiotics may release into surrounding environments. Antibiotic residues in the environment caus...
In Korea, over 4,700 animal carcass disposal sites were installed until 2011 due to the outbreak of foot and mouth disease. Due to the putrefaction of buried animals, the leachate containing veterinary antibiotics may release into surrounding environments. Antibiotic residues in the environment cause the formation of antibiotic resistance bacteria threatening human and ecosystem health. This study reports the concentrations of five antibiotics, including tetracycline (TC), chlortetracycline (CTC), oxytetracycline (OTC), sulfamethazine (SMZ), and sulfamethoxazole (SMX), in soils from animal carcass disposal site and adjacent agricultural field. Concentrations of antibiotics at animal carcass disposal sites (TC: $144.26-350.73{\mu}g/kg$, SMZ: $17.72-44.94{\mu}g/kg$) were higher than those at agricultural field (TC: $134.16-320.73{\mu}g/kg$, SMZ: $6.48-8.85{\mu}g/kg$) whereas the concentrations of CTC, OTC, and SMX were below detection limit in both sites. Results showed that the antibiotics in animal carcass site might leach to the soil and possibly contaminating the groundwater. Future studies will focus on the transfer of antibiotics residues into food crops.
In Korea, over 4,700 animal carcass disposal sites were installed until 2011 due to the outbreak of foot and mouth disease. Due to the putrefaction of buried animals, the leachate containing veterinary antibiotics may release into surrounding environments. Antibiotic residues in the environment cause the formation of antibiotic resistance bacteria threatening human and ecosystem health. This study reports the concentrations of five antibiotics, including tetracycline (TC), chlortetracycline (CTC), oxytetracycline (OTC), sulfamethazine (SMZ), and sulfamethoxazole (SMX), in soils from animal carcass disposal site and adjacent agricultural field. Concentrations of antibiotics at animal carcass disposal sites (TC: $144.26-350.73{\mu}g/kg$, SMZ: $17.72-44.94{\mu}g/kg$) were higher than those at agricultural field (TC: $134.16-320.73{\mu}g/kg$, SMZ: $6.48-8.85{\mu}g/kg$) whereas the concentrations of CTC, OTC, and SMX were below detection limit in both sites. Results showed that the antibiotics in animal carcass site might leach to the soil and possibly contaminating the groundwater. Future studies will focus on the transfer of antibiotics residues into food crops.
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문제 정의
본 연구에서는 국내 가축 매몰지 중 2개소를 선정하여 매몰지 및 인근 농경지로부터 항생제 모니터링을 실시하여 이에 대한 잔류 수준을 평가하였다. 또한 연구결과를 통해 잔류 항생제의 작물전이 가능성 등의 생태계 위험성을 고찰하였으며, 향후 매몰지로 인한 항생제 오염을 완화하기 위한 최적관리방안 수립의 기초자료로 사용하고자 하였다.
본 연구에서는 국내 가축 매몰지 중 2개소를 선정하여 매몰지 및 인근 농경지로부터 항생제 모니터링을 실시하여 이에 대한 잔류 수준을 평가하였다. 또한 연구결과를 통해 잔류 항생제의 작물전이 가능성 등의 생태계 위험성을 고찰하였으며, 향후 매몰지로 인한 항생제 오염을 완화하기 위한 최적관리방안 수립의 기초자료로 사용하고자 하였다.
제안 방법
이 후 5,000 rpm에서 15분간 원심분리를 실시하고 0.2-µm membrane filter(Sartorius Stedim Biotech, Germany)를 이용하여 감압여과한 후 고형상 추출(SPE, solid phase extraction)을 수행하였다(Kim과 Carlson, 2007a).
항생제 분석은 LC/MS (Liquid chromatograph/mass spectrometry, TSQ Quantum Ultra, Thermo, USA)로 실시하였다. 시료 중 개별 항생제의 분리를 위한 컬럼은 pore size가 2.
항생제는 LC/MS를 이용하여 질량 대 전하비(m/z)를 193.00−484.00의 범위에서 scan하였고, 이 중 TC은 [M+H]+가 445 m/z, OTC이 461 m/z, CTC이 479 m/z, SMX이 254 m/z를 정량이온으로 선정하였다.
대상 데이터
가축 매몰지 및 인근 농경지에 대한 항생제 잔류 조사는 경기도 이천시 소재 매몰지 2개소에서 실시하였다(36° 11'42''N lat., 127° 51'24''E long.) (Fig. 1).
조사 대상 항생제 선정. 본 연구에서는 국내에서 축산용 항생제로 다량 사용되고 있는 tetracycline 계열의 tetracycline (TC), chlortetracycline (CTC), oxytetracycline (OTC)와 sulfonamide 계열의 sulfamethazine (SMZ), sulfamethoxazole (SMX)을 조사 대상 물질로 선정하였다. 선정된 항생제들의 특성은 Table 1과 같다.
시료 중 개별 항생제의 분리를 위한 컬럼은 pore size가 2.5 µm이며 내경이 2.1 mm×50 mm인 XTerra MS C18 역상컬럼(Waters, USA)을 사용하였으며, 용매 조건은 기울기 용리(gradient)방식으로 이동상 A는 99.9%의 D.I. water +0.1%의 formic acid, B는 99.9%의 acetonitrile (ACN) +0.1%의 formic acid를 사용하였다.
토양 이화학성 분석. 이화학성 분석을 위한 토양 시료는 풍건 후 식물잔사 등을 제거하고 2 mm 이하로 체거름하여 사용하였다. 토성은 비중계법, pH와 EC는 1:5법, 유기물함량은 Tyurin법, 치환성 양이온은 1M-NH4OAc (pH 7.
조사 대상 항생제 선정. 본 연구에서는 국내에서 축산용 항생제로 다량 사용되고 있는 tetracycline 계열의 tetracycline (TC), chlortetracycline (CTC), oxytetracycline (OTC)와 sulfonamide 계열의 sulfamethazine (SMZ), sulfamethoxazole (SMX)을 조사 대상 물질로 선정하였다.
1). 토양 시료의 채취는 2012년 10월 9일경에 매몰지 2개소의 매몰지 봉분 상단부(S1 car. soil, S2 car. soil)와 인근 농경지(S1 agr. soil, S2 agr. soil)에서 실시하였다. 채취한 토양 시료는 암실에서 풍건하고 분석에 사용하였다.
데이터처리
ANOVA 검정은 각 항생제 농도를 기준으로 시료채취 지점간의 유의성(p <0.05)을 평가하였다.
통계분석. 매몰지 및 인근 농경지 토양에서 검출된 항생제 농도의 비교평가를 위한 통계분석은 SAS program (ver. 9.2)을 이용하여 ANOVA 검정을 실시하였다. ANOVA 검정은 각 항생제 농도를 기준으로 시료채취 지점간의 유의성(p <0.
이론/모형
이화학성 분석을 위한 토양 시료는 풍건 후 식물잔사 등을 제거하고 2 mm 이하로 체거름하여 사용하였다. 토성은 비중계법, pH와 EC는 1:5법, 유기물함량은 Tyurin법, 치환성 양이온은 1M-NH4OAc (pH 7.0)로 침출하여 유도 결합 플라즈마 발광광도계(ICP-OES, GBC Integra XL, Australia)로 분석하였다(NIAST, 2000).
성능/효과
또한 sulfonamide계열에 비해 tetracycline 계열의 항생제는 토양 및 유기물질에 대한 흡착친화력이 상대적으로 높아 토양에서의 잔류가능성이 높은 것으로 보고된 바 있다(Kim과 Carlson, 2007b; Kim 등, 2010b). 본 연구결과에서도 TC이 SMZ보다 높은 수준으로 검출되었으며 이는 이러한 항생제의 물리화학적 성질에 기인하는 것으로 판단된다.
매몰지 및 인근 농경지 토양의 이화학성 분석결과는 Table 3과 같다. 분석결과 토양 내에서 항생제의 잔류에 영향을 미치는 주요 인자인 pH, 점토 함량, 유기물 함량, 치환성 양이온 함량 등은 조사 대상 지역 2개소 모두 매몰지 토양이 농경지 토양에 비해 높게 나타났다. 특히 pH와 치환성 칼슘함량은 매몰지가 농경지보다 상대적으로 높은 수준이었는데 이는 매몰지 조성 시 알칼리화 살균을 위해 성토부 표면 및 주변에 살포된 생석회(CaO)의 영향에 기인한 것으로 판단되었다(MoE, 2010; Cho와 Kim, 2012; Kim과 Kim, 2013).
48 µg/kg)에 비해 높았다. 특히, SMZ의 경우에는 통계적으로 유의한 수준의 차이가 있는 것으로 나타났다. 국내 농경지를 대상으로 한 최근 연구에서 Lim 등 (2009)은 우분 퇴비공장 인근 농경지에서 tetracycline 계열 항생제인 TC, OTC, CTC의 최대 잔류농도가 각각 9.
후속연구
한편, 본 연구에서 도출된 잔류항생제의 농도는 국내외 선행연구에서 보고된 수치와 비교할 때 비교적 높은 수준으로써 이에 대한 보다 면밀한 검토가 필요한 것으로 판단된다(Cho와 Kim, 2012). 본 연구결과에서는 현재까지 단정할 수는 없으나 매몰된 가축사체 내에 함유된 항생제가 여러 가지 요인들에 의해 매몰지 인근 토양에 축적될 수 있는 가능성이 있음을 시사하고 있어 이에 대한 대책과 주의가 요구된다.
이들 선행연구에서는 검출되는 항생제의 기원이 축분 퇴비에 의한 것임을 보고하였으며 환경 중 잔류하는 항생제에 대한 지속적인 연구조사가 필요함을 주장하였다(Lim 등, 2009; Ok 등, 2011; Hamscher 등, 2002). 한편, 본 연구에서 도출된 잔류항생제의 농도는 국내외 선행연구에서 보고된 수치와 비교할 때 비교적 높은 수준으로써 이에 대한 보다 면밀한 검토가 필요한 것으로 판단된다(Cho와 Kim, 2012). 본 연구결과에서는 현재까지 단정할 수는 없으나 매몰된 가축사체 내에 함유된 항생제가 여러 가지 요인들에 의해 매몰지 인근 토양에 축적될 수 있는 가능성이 있음을 시사하고 있어 이에 대한 대책과 주의가 요구된다.
질의응답
핵심어
질문
논문에서 추출한 답변
가축전염병인 구제역(FMD, Foot and mouth disease) 및 조류독감(AI, Avian influenza) 등의 발생으로 이루어진 조치는?
2000년 이후 국내에서는 가축전염병인 구제역(FMD, Foot and mouth disease) 및 조류독감(AI, Avian influenza) 등의 발생으로 인한 전염병의 확산방지를 위해 가축의 대대적인 살처분을 실시하였고, 이 후 사체로부터 병원체가 확산되는 것을 막기 위해 대규모 매몰을 실시하였다. 이로 인해 전국에 조성된 가축 매몰지는 2011년 8월 말 기준 약 4,700여개소로 보고되었다(Kim과 Kim, 2013).
항생제는 무엇인가?
항생제는 미생물에 의해 생성된 물질로 세균 및 타 미생물의 성장과 활동을 억제함으로써 인간 및 동물의 질병예방 및 치료, 성장촉진에 사용되는 물질이다(Thiele-Bruhn, 2003; Seo 등, 2007; Kwon 등, 2011). 농림축산식품부(MAFRA)에 따르면 국내에서 축산용으로 사용된 항생제 판매량은 2012년 기준 936톤으로 조사되었으며, 이 중 tetracycline계열 및 sulfonamide 계열 항생제의 사용량이 각각 282톤, 102톤으로 전체 사용량의 약 41%에 달하는 것으로 조사되었다(MAFRA, 2013).
토양 내에 잔류하는 가능성이 제일 높은 물질은?
이와 같은 특성은 토양 내에 다량으로 존재하는 다가 양이온에 의해 tetracycline 계열의 항생제가 결합되어 잔류할 수 있음을 나타낸다. Lee 등(2009)은 토양컬럼을 이용한 항생제 이동성 연구보고에서 이와 같은 특성으로 인해 tetracycline 계열 항생제의 토양에 대한 흡착계수(Kd)값이 sulfonamide 계열에 비해 상대적으로 높아 심토로 용출되지 않으며 표토에 흡착되어 잔류한다고 하였다. 또한 sulfonamide계열에 비해 tetracycline 계열의 항생제는 토양 및 유기물질에 대한 흡착친화력이 상대적으로 높아 토양에서의 잔류가능성이 높은 것으로 보고된 바 있다(Kim과 Carlson, 2007b; Kim 등, 2010b).
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