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문제 정의
- 따라서 밭토양과 유기성폐기물에서 지렁이의 분변토 발생량 및 오염물질(중금속, PAHs)의 변화 특성을 밝히고자 하였다.
- 지렁이는 토양의 물리화학성 변화에 중요한 역할을 한다. 본 연구는 밭토양과 유기성폐기물에서 지렁이의 분변토 발생량 및 오염물질(중금속, PAHs)의 변화 특성을 밝히고자 하였다. 지렁이 종류에 따라 분변토 발생량을 비교하면, 밭토양에서는 붉은줄지렁이 생체무게 1 g에 평균 1.
제안 방법
- PAHs는 US EPA의 우선감시물질 목록에 포함된 14가지 PAHs (Naphthalene, Acenaphthene, Fluorine, Phenanthrene, Anthracene, Fluoranthene, Pyrene, Benzo(a)anthracene, Chrysene, Benzo(b)fluoroanthene, Benzo(k)fluoroanthene, Benzo(a)pyrene, Dibenzo(a,h)anthracene, Bbenzo(g,h,i)perylene)를 분석하였다. 시료 5 g을 무수황산나트륨 20~50g과 혼합하여 시료 내 수분이 제거된 상태에서 원통여과지에 넣고 Soxhlet에 장착하여 열판에서 16시간 동안 추출하였다.
- 밭토양에 중금속을 농도별로 처리한 후 2종류의 지렁이 분변토 발생량을 조사했다(Table 5). 아연 처리구의 분변토 발생량은 붉은줄지렁이 0.
- 밭토양은 야산에 있는 토양시료를 채취하여 2 mm 체로 선별한 후 밭토양을 분석하였다(Table 1). pH, 유기물, 양이온, 중금속의 함량이 적었고, 토성은 사양토였다.
- 분변토의 발생량 및 중금속이 분변토 발생에 미치는 영향을 평가하기 위하여 밭토양 90%에 피트모스 10%를 혼합하여 섞고, 증류수를 부어 토양수분 함량이 50%가 되게 만들었으며, pH는 탄산칼슘(CaCO3)을 첨가하여 6.0±0.5 범위가 되도록 조절하여 만들었다.
- 5 g을 마이크로웨이브 vessel에 취하여 분해액인 왕수(HNO3:HCl=1:3) 12 ml를 가한 다음 미국 EPA-method 3051a법에 근거한 분해조건으로 분해하였고, 분해된 시료는 초순수를 가하여 50 ml로 채워 분석용 시료로 사용하였다. 수용성 화학성분 및 중금속 분석은 폐기물공정시험법인 용출시험법을 응용하여 증류수로 침출한 후 여과하여 분석용 시료로 사용하였다.
- 유기성폐기물(주정슬러지, 과즙슬러지)에 대한 붉은줄지렁이의 섭식 전후의 중금속(Zn, Cu, Cd) 함량의 변화를 조사했다(Table 6). Table 4에서 조사된 것처럼 밭지렁이는 유기성폐기물에서 모두 죽기 때문에 제외했다.
- 중금속은 마이크로웨이브 전처리 장비(Mars-X, CEM)를 이용하여 시료 0.5 g을 마이크로웨이브 vessel에 취하여 분해액인 왕수(HNO3:HCl=1:3) 12 ml를 가한 다음 미국 EPA-method 3051a법에 근거한 분해조건으로 분해하였고, 분해된 시료는 초순수를 가하여 50 ml로 채워 분석용 시료로 사용하였다. 수용성 화학성분 및 중금속 분석은 폐기물공정시험법인 용출시험법을 응용하여 증류수로 침출한 후 여과하여 분석용 시료로 사용하였다.
대상 데이터
- 붉은줄지렁이는 제지슬러지 및 하수오니슬러지를 이용하여 국립농업과학원 지렁이양식장에서 지렁이 환대가 있고 체중이 300~600 mg인 개체를 선별하여 실험에 사용하였다. 밭지렁이는 토종지렁이로써 휴경지 밭에서 환대가 있는 1,000~3,000 mg인 개체를 채집하여 사용하였다. 채집된 지렁이는 2주 동안 항온실(20±2℃)에서 적응시킨 후에 본 실험에 공시생물로 사용하였다.
- 붉은줄지렁이는 주로 퇴비더미와 토양 표층에서 서식하는 10 cm 정도의 크기인 반면에 밭지렁이는 토양 심층에서 서식하는 25 cm 정도의 크기이다. 붉은줄지렁이는 제지슬러지 및 하수오니슬러지를 이용하여 국립농업과학원 지렁이양식장에서 지렁이 환대가 있고 체중이 300~600 mg인 개체를 선별하여 실험에 사용하였다. 밭지렁이는 토종지렁이로써 휴경지 밭에서 환대가 있는 1,000~3,000 mg인 개체를 채집하여 사용하였다.
- 실험에 사용된 지렁이는 2종류이다(Fig. 1). 낚시지렁이과(Lumbricidae)에 속하는 붉은줄지렁이(Eisenia andrei)와 지렁이과(Megascolecidae)에 속하는 밭지렁이(Amyntha agrestis)이다.
- 유기성폐기물은 주정슬러지와 과즙슬러지를 각각 국내 공장에서 채취하여 분석하였다(Table 2). 주정슬러지와 과즙슬러지는 지렁이가 서식하고 섭식하기에 pH, 유기물, 질소, 인산, 가리 함량이 적정범위였으나, 중금속은 아연과 구리의 함량이 많은 것이 특징이었다.
- 채집된 지렁이는 2주 동안 항온실(20±2℃)에서 적응시킨 후에 본 실험에 공시생물로 사용하였다.
이론/모형
- 5 범위가 되도록 조절하여 만들었다. 또한 중금속 함량에 따라 분변토 발생량을 조사하기 위하여 아연은 zinc nitrate(Zn(NO3)26H2O), 구리는 copper nitrate(Cu(NO3)23H2O), 카드뮴은 cadmium nitrate(Cd(NO3)24H2O)을 시약으로 구입하여 밭토양에 지렁이 치사에 영향 없는 무영향농도(Spurgeon, 1994)와 무 영향농도의 2, 4, 8배를 감량하여 밭토양과 혼합한 후 지렁이 3마리를 각각 처리하였고, 자세한 절차 및 실험방법은 Na(2000) 문헌을 따라 했다.
성능/효과
- 밭토양은 야산에 있는 토양시료를 채취하여 2 mm 체로 선별한 후 밭토양을 분석하였다(Table 1). pH, 유기물, 양이온, 중금속의 함량이 적었고, 토성은 사양토였다. pH만 조절하여 사용하면 지렁이가 서식하고 섭식하는데 문제가 없는 것으로 판단했다.
- 6%가 감소했다. 두 종류의 슬러지에서 지렁이의 섭식후에 분해되어 함량이 적어진 유기화합물은 Acenaphthene, Fluorene, Phenanthrene, Anthracene로 4종류였다. 반대로 지렁이의 섭식후에 농축되어 함량이 많아진 유기화합물은 Benzo(a)anthracene, Benzo(b)fluoroanthene, Benzo(a)pyrene, Benzo(g,h,i)perylene으로 4종류였다.
- Table 4에서 조사된 것처럼 밭지렁이는 유기성폐기물에서 모두 죽기 때문에 제외했다. 붉은줄지렁이 분변토의 중금속 함량은 지렁이가 먹은 슬러지보다 0.7~53.3%까지 더 증가했다. 주정슬러지에서는 아연 23.
- 36 g의 분변토를 배설했고, 밭지렁이는 모두 죽어서 분변토를 얻지 못했다(Table 4). 붉은줄지렁이 생체무게 1 g에 주정슬러지 분변토 0.78 g, 과즙슬러지 분변토 0.83 g를 각각 만드는 것으로 분석되었다. 이는 붉은줄지렁이 체중보다 적게 분변토를 만들었다.
- 유기성폐기물은 주정슬러지와 과즙슬러지를 각각 국내 공장에서 채취하여 분석하였다(Table 2). 주정슬러지와 과즙슬러지는 지렁이가 서식하고 섭식하기에 pH, 유기물, 질소, 인산, 가리 함량이 적정범위였으나, 중금속은 아연과 구리의 함량이 많은 것이 특징이었다.
- 83 g를 각각 만든 반면에 밭지렁이는 모두 죽어서 분변토를 얻지 못했다. 중금 속이 분변토 발생량에 미치는 영향을 조사한 결과, 붉은지렁이의 분변토량은 대조구와 비교해서 아연이 0.1~0.8배, 구리가 0.2~0.5배, 카드뮴이 0.1~0.7배 감소했다. 밭지렁이의 분변토 량은 아연이 0.
- 1배 감소했다. 지렁이 섭식 전후의 중금속과 PAHs의 함량 변화을 분석한 결과, 유기성폐기물(주정슬러지, 과즙슬러지)에 대한 붉은줄지렁이 분변토의 중금속(Zn, Cu, Cd) 함량은 지렁이가 섭식전 슬러지보다 0.7~53.3%까지 증가했다. PAHs의 함량은 주정슬러지에서 1,465 ㎍ kg-1에서 731 ㎍ kg-1로 50.
- 30 g이었고 무영향농도의 2배(105 mg kg-1)와 4배(210 mg kg-1)을 감량한 처리구에서는 지렁이가 모두 죽어서 분변토를 조사하지 못했다. 카드뮴은 붉은줄지렁이 0.05~0.97 g으로 대조구보다 농도가 높을수록 분변토 발생량이 적었고, 밭지렁이 0.02~0.78 g으로 대조구(0.38 g)보다 무영향농도 2배 감량(150 mg kg-1)에서 0.02 g으로 현저히 적었으나, 4배 감량와 8배 감량 처리구에서는 오히려 많은 분변토가 발생했고 무영향농도에서는 지렁이가 모두 죽었다. Spurgeon et al.
후속연구
- 6%가 감소했다. 따라서 이러한 결과들은 향후 유기성폐기물 처리 및 오염토양 복원에 있어서 지렁이 종류 선택 및 처리 방법에 대한 연구에 도움이 될 것으로 기대된다.
- 2종류의 지렁이 모두 중금속 농도 높을수록 분변토 발생량이 적은 것은 중금속이 지렁이에게 악영향을 미치는 것으로 판단된다. 지렁이가 적게 먹고 적게 배설하는 것은 다양한 원인이 있을 수 있으므로 피부자극, 섭식 장해, 장내 미생물 활성 등 어떤 부분에 영향을 미쳤는지는 더 면밀한 실험이 필요하다고 본다.
- (2002)은 우리나라 하수슬러지의 총 PAHs 함량이 142~20,102 μg kg-1으로 평균 3,289 μg kg-1으로 보고한 것과 비교하면 주정슬러지와 과즙슬러지는 우리나라 평균치보다 상당히 적은 함량을 가지고 있었다. 지렁이에 의해서 PAHs가 분해되거나 농축되는 현상과 분해에 대한 기작 구명은 추후 더 면밀한 실험이 진행되어야 할 것으로 사료된다.
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