선택한 단어 수는 입니다.
최소 단어 이상 선택하여야 합니다.
최소 단어 이상 선택하여야 합니다.
선택한 단어 수는 30입니다.
최대 10 단어까지만 선택 가능합니다.
최대 10 단어까지만 선택 가능합니다.
문제 정의
- 본 연구는 우리나라 주요작물 가식부의 중금속 축적 농도 및 생물농축계수를 확인하고 그 결과를 토대로 중금속 오염농경지에서 재배하기에 적합한 작물을 선발하고자 수행하였다.
- 본 연구는 작물별 가식부에 축적되는 중금속 농도 및 각 작물의 생물농축계수를 비교・검토하여 오염 농경지에서 재배 가능한 작물의 우선순위를 제시하기 위해서 실시하였다. 이를 위해서 대표적인 11개 작물을 선정하였고, 동일한 중금속 오염 농경지 토양에서 재배실험을 진행하였다.
제안 방법
- 공시 토양 A, B, C 를8 L 화분에 각각 충진하고, 공시 작물 11종을 각 처리구 (토양 A, B, C) 당 3개의 Pot(3반복)에 각각의 작부시기에 맞추어 파종, 이식, 이앙 하였다. 각각의 작물은 작물별로 적합한 수확시기에 수확하였고, 작물 수확 후 토양시료도 채취하였다. 토양시료는 건조 후 2mm 체 거름하여 분석에 이용하였다.
- 공시 토양 A, B, C 를8 L 화분에 각각 충진하고, 공시 작물 11종을 각 처리구 (토양 A, B, C) 당 3개의 Pot(3반복)에 각각의 작부시기에 맞추어 파종, 이식, 이앙 하였다. 각각의 작물은 작물별로 적합한 수확시기에 수확하였고, 작물 수확 후 토양시료도 채취하였다.
- 본 연구에서는 토양 종류별, 각 작물별로 생물중 기준과 건물중 기준으로 구분하여 각각의 생물농축계수를 산정하였다. 건물중 기준의 생물농축계수를 별도로 계산한 이유는 건물중으로 산정한 생물농축계수(USEPA, 1996) 를 토양 중 중금속 기준 설정에 이용하는 미국 EPA데이터와 비교하기 위함이었다(Fig.
- 수확한 11종의 식물체 중 고추, 가지, 당근, 감자, 부추, 파, 마늘의 가식부 시료는 수돗물과 증류수로 씻고 70℃ 오븐에서 72시간 동안 건조한 후 분쇄하여 분석용 시료로 이용하였다. 건조하기 전, 가식부의 수분함량을 측정하기 위해서 세척 후 물기를 제거한 상태에서의 무게와 건조 후 무게를 측정하였다.
- , 1990). 토양 내 중금속 농도는 왕수분해에 의한 총농도와 1 M NH4NO3에 의한 유효태 농도로 구분하여 생물농축계수를 산정하였다. 또한 식물체 시료의 건조과정으로 인한 수분함량 변화를 고려하여 건물중 중금속 함량 측정 후 생체중 기준으로 환산(수분함량 보정)하여 수식에 적용하였다.
- 토양 중 중금속(Cd, Pb) 농도는 총농도와 식물유효태 농도로 구분하여 측정하였다. 중금속 총농도는 토양 1 g에 9mL의 왕수(aqua regia)를 넣고 흑연블럭분해기(OD-98-001, ODLAB, Korea)로 분해한 후(NAAS, 2010), 분해 용액을 Whatman No.
- 토양 B를 조제한 목적은 중금속 총농도가 동일한 토양에pH변화를 유도하여 식물유효태 중금속 농도가 서로 다른 시험토양(토양 A, B)을 구성하기 위함이었다. 토양 중금속 총농도는 같되 식물유효태 중금속 함량이 다른 두 토양을 가지고 재배실험을 진행한 후, 각 작물의 가식부 중금속 축적 농도를 비교하였다. 토양 C는 토양 A, B에 비해 카드뮴이 2배, 납이 9배 가량 많이 함유된 토양이었다.
대상 데이터
- ), 옥수수(Zea mays subsp. Mays L.), 마늘(Allium sativum L.), 쌀(Oryza sativa L.) 등 우리나라 농경지에서 대표적으로 재배되고 있는 11개 작물을 공시작물로 선정하여 실험에 이용하였다.
- 본 연구는 작물별 가식부에 축적되는 중금속 농도 및 각 작물의 생물농축계수를 비교・검토하여 오염 농경지에서 재배 가능한 작물의 우선순위를 제시하기 위해서 실시하였다. 이를 위해서 대표적인 11개 작물을 선정하였고, 동일한 중금속 오염 농경지 토양에서 재배실험을 진행하였다.
- 카드뮴, 납 등으로 오염된 광산인근 농경지 토양 2 종류(토양 A, C)를 채취하였고, 토양 A에 고토석회를 2%를 첨가하여 공시 토양B를 조제하였다. 토양 B를 조제한 목적은 중금속 총농도가 동일한 토양에pH변화를 유도하여 식물유효태 중금속 농도가 서로 다른 시험토양(토양 A, B)을 구성하기 위함이었다.
데이터처리
- 토양 처리구별, 작물별 가식부의 중금속 평균 농도는 식품의약품안전처에서 설정한 작물별 농산물 기준과 동일하게 비교하기 위하여 생중량을 기준으로 환산하였다. 작물별 생물농축계수(BCF)는 다음과 같은 수식으로 계산하였다(Cui et al.
이론/모형
- 5 ㎛) 여과지로 여과하여 용액 중 중금속 함량을 ICP-OES(8300DV, Perkin Elmer, USA)로 측정하였다. 토양 중 중금속의 식물유효태 함량을 측정하기 위해서 1 M NH4NO3 추출법(DIN, 1995)을 이용하였다. 토양 10 g을 20 mL 1 M NH4NO3로 추출하여 여과한 후 중금속 함량을 ICP-OES(8300DV, Perkin Elmer, USA)로 측정하였다.
성능/효과
- 11가지 작물의 카드뮴과 납 축적 농도에서 공통적으로 옥수수, 참깨, 쌀, 콩과 같은 곡류, 두류, 유지류, 즉 가식부 부위가 종자인 작물의 중금속 축적농도가 높은 것을 확인할 수 있었다. 따라서 가식부 부위가 종자인 작물은 중금속 오염토양에서 재배하는 것을 지양해야 할 것으로 판단되었다.
- 11가지 작물의 카드뮴과 납 축적 농도에서 공통적으로 옥수수, 참깨, 쌀, 콩과 같은 곡류, 두류, 유지류, 즉 가식부 부위가 종자인 작물의 중금속 축적농도가 높은 것을 확인할 수 있었다. 따라서 가식부 부위가 종자인 작물은 중금속 오염토양에서 재배하는 것을 지양해야 할 것으로 판단되었다. 또한 일반적으로 작물의 중금속 흡수 부위인 지하부는 지상부에 비해 중금속 축적 농도가 높아(Liao, 1993) 뿌리>잎>지상부(줄기)>과실 순으로 축적 농도가 높은 것으로 알려져 있는데(Cheng et al.
- 두 토양의 토양 중금속 함량이 동일하므로 유효도 변화에 따른 작물 내 축적 중금속함량 차이에 따라 생물농축계수가 변화 한다. 따라서 작물별 카드뮴 생물농축계수는 작물별 카드뮴 농도와 동일하게 콩(0.058)>참깨(0.051)>쌀(0.024)>당근(0.016)>옥수수(0.008)>고추>(0.006)감자(0.006)>가지(0.003)>마늘(0.003)>파(0.002)>부추(0.001) 순으로 높았다(Fig. 1d).
- 토양 C는 토양 A, B에 비해 토양 카드뮴 전함량과 유효태 함량이 모두 높았다(Table 2). 따라서 작물의 카드뮴 농도 또한 전체작물 평균이 0.67 mg kg-1으로 3가지 토양 처리구 중 가장 높게 나타났다. 또한 11종 모든 작물의 카드뮴 농도가 식품의약품안전처에서 설정한 작물별 농산물 카드뮴 기준보다 높은 농도를 나타냈다.
- , 2009), 이 때 전송하는 금속이온에 따라 HMAs가 두 그룹으로 나누어지게 되고, 아연, 코발트, 카드뮴, 납이 2가의 금속이온으로 같은 그룹으로 분류된다(Axelsen and Palmgren, 2001). 따라서 카드뮴과 납 모두에서 동일한 작물들이 타작물에 비해 축적 농도가 높았던 것으로 판단된다.
- 2002), 본 연구에서 역시 가식부가 뿌리인 근채류(당근, 감자) 및 마늘(인경채류) 중 당근은 납의 중금속 전함량 변화에 가장 민감한 작물로 판단되었다. 따라서 콩, 참깨, 옥수수, 쌀, 당근은 중금속 오염 농경지에서 재배가 지양되어야 할 작물로 판단되었다.
- 67 mg kg-1으로 3가지 토양 처리구 중 가장 높게 나타났다. 또한 11종 모든 작물의 카드뮴 농도가 식품의약품안전처에서 설정한 작물별 농산물 카드뮴 기준보다 높은 농도를 나타냈다. 그 중 콩, 참깨는 기준치보다 10배 이상의 높은 축적농도를 보였다.
- 미국 EPA에서 설정한 토양 중 중금속 기준에서 이용한 변수인 건물중 기준의 생물농축계수와 본 연구결과의 건물중 기준 생물농축계수를 비교한 결과 미국 EPA에서 제시한 콩의 카드뮴 생물농축계수는 0.004, 옥수수는 0.118, 곡류는 0.008, 근채류는 0.064, 엽채류는 0.364이고(USEPA, 1996), 본 연구결과에서는 콩의 평균 카드뮴 생물농축계수가 0.088, 옥수수가 0.012, 곡류(쌀)가 0.018, 근채류가 0.112인 것으로 나타나 옥수수를 제외한 3가지 작물은 미국 EPA에서 제시한 생물농축계수에 비해 높은 수치를 보였다. 또한 국내의 타 연구에서의 콩의 카드뮴 생물농축계수는 생물기준으로 0.
- 반면 엽채류(파, 부추)와 과채류(가지, 고추)는 상대적으로 중금속 축적 농도가 낮은 것으로 조사되어 중금속으로 오염된 농경지에서 이들 작물을 재배하는 것이 농산물 안전성 측면에서 유리할 것으로 판단되었다.
- 본 연구에서는 안전한 작물 생산을 위한 관리방안으로 작물별 생물농축계수를 산정하는데 있어, 재배환경 중 토양의 특성을 파악하는 것이 중요하다고 판단하였다. 각기 다른 토양환경 및 중금속 유효도에 따라 작물의 중금속 축적 농도 및 생물농축계수가 상이하기 때문이다.
- 높은 전함량과 유효태함량은 작물의 중금속 축적에 영향을 미치는 직접적인 요소이다. 식물에 의해 흡수되고 축적되는 중금속 농도는 토양 중 유효태 중금속 함량에 의해 좌우되고(Ruby et al.,1993; Kim et al., 2012), 식물에 의해 흡수되어 감소한 토양수 속 중금속(식물 유효태 중금속)을 전함량 내 중금속으로부터 보충시켜 식물 유효태 중금속 함량이 지속적으로 증가되는 현상이 나타나 토양 A, B에 비해 높은 납 축적 농도를 보인 것으로 판단된다. 특히 당근은 토양 A처리구에 비해 27배 높은 축적 농도를 보여 토양 중 납 전함량 변화에 가장 영향을 많이 받은 작물로 조사되었다.
- 1b). 유효태 농도를 저감시킨 토양 B에서도 토양 A에서와 마찬가지로 카드뮴을 가장 많이 흡수하는 작물은 콩이었으며, 콩과 참깨의 카드뮴축적 농도는 식품의약품안전처에서 설정한 작물별 농산물 카드뮴 기준을 여전히 초과 하였다(Fig. 1b).
- 작물의 가식부에 축적된 중금속 농도 및 생물농축계수로 보아 콩, 참깨, 옥수수, 쌀 등의 종자를 이용하는 작물이 카드뮴과 납에 대하여 고축적 작물군으로 나타났고, 반면에 엽채류인 파와 부추, 과채류인 고추, 가지가 저축적 작물군으로 나타냈다. 따라서 우리나라 중금속 오염 농경지에서는 곡류, 두류, 유지류 등의 작물을 재배하는 것은 지양해야 할 것으로 판단된다.
- 2d, 2e). 콩, 옥수수, 쌀, 당근, 감자, 파, 부추에서 유효도 변화에 따른 생물농축계수 감소를 보였고, 토양 중 중금속 유효도 감소에 따른 생물농축계수가 전체 작물 기준 3.6% 감소하였다. 토양 A에서 작물별 납 생물농축계수는 옥수수(0.
- 1c). 콩, 참깨, 옥수수는 토양 A 처리구보다 6배가량 높은 축적 농도를 보였고, 특히 파, 부추, 고추, 가지가 각각 8배, 22배, 6배, 13배의 축적 농도를 보여 엽채류, 과채류가 토양 중 카드뮴 전함량 변이에 따른 작물의 축적 농도 변화가 큰 것을 알 수 있었다.
- 2e). 토양 A, B에서 모두 옥수수와 쌀이 생물농축계수가 가장 높았으며, 과채류인 고추와 가지가 가장 낮은 생물농축계수를 나타냈다.
- 토양 A, B의 납 생물농축계수 역시 카드뮴 생물농축계수와 동일하게 토양 중금속 함량이 동일하므로 유효도 변화에 따른 생물농축계수가 차이가 있는 것으로 확인되었다(Fig. 2d, 2e).
- 6% 감소하였다. 토양 A에서 작물별 납 생물농축계수는 옥수수(0.0029)>쌀(0.0019)>참깨(0.0015)>콩(0.0013)>마늘(0.0005)>당근>(0.0004)>부추(0.0003)>파(0.0003)>감자(0.0002)>고추(0.0001)>가지(0.0000) 순으로 높았다(Fig. 2d).
- 1a). 토양 B 실험구에서 전체작물의 카드뮴 농도는 0.071 mg kg-1으로 토양 A 실험구의 전체작물 카드뮴 평균 축적 농도보다 약 42% 감소된 수치를 보여 토양 내 중금속 유효도 감소에 따른 작물의 중금속 흡수 저감을 확인할 수 있었다. 토양 B에서 작물별 가식부 카드뮴 농도 평균값은 콩(0.
- 071 mg kg-1으로 토양 A 실험구의 전체작물 카드뮴 평균 축적 농도보다 약 42% 감소된 수치를 보여 토양 내 중금속 유효도 감소에 따른 작물의 중금속 흡수 저감을 확인할 수 있었다. 토양 B에서 작물별 가식부 카드뮴 농도 평균값은 콩(0.235 mg kg-1, 이후 단위 생략)>참깨(0.211)>쌀(0.079)>당근(0.049)>가지(0.049)>고추(0.047)>마늘(0.044)>옥수수(0.034)>감자(0.021)>부추(0.008)>파(0.005) 순으로 나타났다(Fig. 1b).
- 2d). 토양 B에서 작물별 납 생물농축계수는 옥수수(0.0022)>쌀(0.0021)>콩(0.0013)>마늘(0.0008)>참깨(0.0007)>파(0.0003)>당근(0.0002)>감자(0.0002)>부추(0.0002)>고추(0.0002)>가지(0.0001) 순으로 높았다(Fig. 2e).
- 1d). 토양 B에서 작물별 카드뮴 생물농축계수는 콩(0.031)>참깨(0.028)>쌀(0.011)>당근(0.007)>가지(0.007)>고추(0.006)>마늘(0.006)>옥수수(0.004)>감자(0.003)>부추(0.001)>파(0.001) 순으로 높았다(Fig. 1f).
- 반면 고추, 가지 등의 과채류에는 타작물에 비해 낮은 농도를 나타냈다. 토양 B의 전체작물 납 농도 평균값은 0.118 mg kg-1으로 나타났으며, 카드뮴에 비하여 토양 중 중금속 유효도 저감에 따른 작물의 중금속 흡수 저감 효과는 크지 않은 것으로 나타났다. 이는 토양 중 식물유효태 함량을 측정한 결과에서도 마찬가지로 나타났다.
- 토양 C 처리구에서 납 생물농축계수는 납 축적 농도와 동일한 순서로 당근이 가장 높은 생물농축계수(0.0012)를 나타냈으며, 과채류인 고추(0.00001)와 가지(0.00001)가 가장 낮은 생물농축계수를 나타냈다(Fig. 2f).
- 이는 토양 중 납 전함량 및 유효태함량의 차이에 기인한 것으로 판단된다. 토양 C는 토양 A, B에 비해 납 전함량이 9배 높고, 식물유효태 함량은 2~3배 높았다(Table 2). 높은 전함량과 유효태함량은 작물의 중금속 축적에 영향을 미치는 직접적인 요소이다.
- 그 중 콩, 참깨는 기준치보다 10배 이상의 높은 축적농도를 보였다. 토양 C에서 작물별 가식부 카드뮴 농도 평균값은 콩(2.675 mg kg-1, 이후 단위 생략)>참깨(2.378)>옥수수(0.362)>당근(0.349)>가지(0.335)>쌀(0.310)>고추(0.268)>부추(0.239)>파(0.126)>감자(0.126)>마늘(0.100) 순으로 나타났다(Fig. 1c).
- 토양 C에서의 각 작물별 카드뮴 생물농축계수는 콩, 참깨에서 가장 높은 농축계수를 나타내었고, 토양 A, B에 비해 평균 3.5배 높은 수치를 보였다(Fig. 1d, 1e, 1f).
- 특히 당근은 토양 A처리구에 비해 27배 높은 축적 농도를 보여 토양 중 납 전함량 변화에 가장 영향을 많이 받은 작물로 조사되었다. 토양 C에서의 작물별 가식부 납 농도는 당근(1.662)>옥수수(0.610)>쌀(0.508)>콩(0.372)>파(0.113)>부추(0.112)>참깨(0.093)>감자(0.087)>마늘(0.041)>고추(0.020)>가지(0.014)순으로 나타났다(Fig. 2c).
- 토양 내 중금속의 거동과 유효도에 가장 큰 영향을 미치는 인자는 토양 pH로 알려져 있는데, 토양 A의 pH는 6.4로 약산성 토양이었고, 토양 B는 석회 시용에 의해 pH가 토양 A에 비해 1단위 상승하여 7.4로 나타났다. 토양 C는 pH는 7.
- 이는 토양 중 식물유효태 함량을 측정한 결과에서도 마찬가지로 나타났다. 토양 중 유효태 카드뮴 농도에서 토양 A와 B의 농도 차이가 72%인 반면, 납은 33% 차이로 카드뮴에 비해 유효도 감소율이 작았다(Table 2). 토양B에서의 작물별 가식부 납 농도는 옥수수(0.
- 1f). 토양 중 카드뮴 유효도 감소로 인한 생물농축계수는 전체작물 기준으로 42% 감소하였고, 각 작물별로 콩, 참깨, 옥수수, 쌀, 당근, 감자, 파, 부추의 생물농축계수가 31~67% 감소한 결과를 보였다(Fig. 1d, 1e).
- 토양 중 유효태 카드뮴 농도에서 토양 A와 B의 농도 차이가 72%인 반면, 납은 33% 차이로 카드뮴에 비해 유효도 감소율이 작았다(Table 2). 토양B에서의 작물별 가식부 납 농도는 옥수수(0.340)>쌀(0.330)>콩(0.200)>마늘(0.118)>참깨(0.103)>파(0.041)>감자(0.032)>당근(0.031)>부추(0.029)>고추(0.026)>가지(0.016)순으로 나타났다(Fig. 2b).
- , 2012), 식물에 의해 흡수되어 감소한 토양수 속 중금속(식물 유효태 중금속)을 전함량 내 중금속으로부터 보충시켜 식물 유효태 중금속 함량이 지속적으로 증가되는 현상이 나타나 토양 A, B에 비해 높은 납 축적 농도를 보인 것으로 판단된다. 특히 당근은 토양 A처리구에 비해 27배 높은 축적 농도를 보여 토양 중 납 전함량 변화에 가장 영향을 많이 받은 작물로 조사되었다. 토양 C에서의 작물별 가식부 납 농도는 당근(1.
후속연구
- 작물의 가식부에 축적된 중금속 농도 및 생물농축계수로 보아 콩, 참깨, 옥수수, 쌀 등의 종자를 이용하는 작물이 카드뮴과 납에 대하여 고축적 작물군으로 나타났고, 반면에 엽채류인 파와 부추, 과채류인 고추, 가지가 저축적 작물군으로 나타냈다. 따라서 우리나라 중금속 오염 농경지에서는 곡류, 두류, 유지류 등의 작물을 재배하는 것은 지양해야 할 것으로 판단된다.
- , 2012). 따라서 토양환경 차이에 따라 작물별 생물농축계수는 각기 다르게 산정될 수 있으며, 안전한 농산물 생산을 위한 작물 선발시 해당 토양에 대한 작물의 생물농축계수를 산정하는 것이 필요하다.
- 본 연구에서는 11가지 작물에 국한되어 조사하였으나 이와 같은 시험 연구를 다른 작물로 확대하여 동일한 조건에서축적 농도 순위 및 생물농축계수를 산정한 후 데이터베이스를 구축할 필요가 있다. 또한 앞으로 작물의 생물농축계수, 토양의 중금속 유효도 결정요인(토양특성인자 등)을 종합적으로 조사하여 관리기준을 정하고, 작물 가식부의 중금속 축적 농도 및 전이계수와 토양특성인자와의 상관성을 바탕으로 재배환경 관리방안이 마련되어야 할 것이다.
- 각기 다른 토양환경 및 중금속 유효도에 따라 작물의 중금속 축적 농도 및 생물농축계수가 상이하기 때문이다. 본 연구에서는 11가지 작물에 국한되어 조사하였으나 이와 같은 시험 연구를 다른 작물로 확대하여 동일한 조건에서축적 농도 순위 및 생물농축계수를 산정한 후 데이터베이스를 구축할 필요가 있다. 또한 앞으로 작물의 생물농축계수, 토양의 중금속 유효도 결정요인(토양특성인자 등)을 종합적으로 조사하여 관리기준을 정하고, 작물 가식부의 중금속 축적 농도 및 전이계수와 토양특성인자와의 상관성을 바탕으로 재배환경 관리방안이 마련되어야 할 것이다.
※ AI-Helper는 부적절한 답변을 할 수 있습니다.