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문제 정의
- 이번 연구에서는 두 가지 현장 문제해결의 위해서, 등록이 되지 않았지만 관행적으로 많이 사용하고 있는 농약 azoxystrobin과 prochloraz의 잔류안전성 구명과 thiamethoxam의 다양한 관주처리 조건을 통한 수출 상대국(홍콩) MRL에 맞는 농약안전 사용기준을 제시하고자 한다.
제안 방법
- 원심분리한 시료 4 mL를 취하여 감압농축 후 5 mL n-hexane : acetone (95:5, v/v) 혼합용매로 재용해 하였다. Florisil (FL) cartridge (1 g)을 이용하여 SPE 정제작업을 진행하였다. FL cartridge에 n-hexane으로 5 mL로 conditioning한 후, 시료 추출액 5 mL를 loading하고, 1차 전개액(n-hexane : acetone =90:10, v/v)을 5 mL 흘려버리고, 2차 전개액(n-hexane : acetone =70:30, v/v) 20 mL를 이용하여 용출하였다.
- 딸기에 시험농약 살포조건으로 azoxystrobin은 2000배 희석을 한 후 7일 간격으로 2회(수확7-0일 전), 3회(14-7-0일 전) 관주처리하였고, 농약 최종살포 2시간 후 샘플을 채취하였다. Prochloraz-manganes는 2000배 희석하여 7일 간격으로 2회(수확 7-0일 전)살포하였고, 살포물량을 50 mL/주, 100 mL/주로 하여 잔류량을 비교하였다. Thiamethoxam은 10일 간격으로 2회(수확 10-0일 전)살포하였고, 살포농도(희석배수 500, 1000, 2000배)와 살포물량 (50 mL/주, 100 mL/주)을 달리하여 처리구별로 잔류량을 비교하였다.
- Prochloraz-manganes는 2000배 희석하여 7일 간격으로 2회(수확 7-0일 전)살포하였고, 살포물량을 50 mL/주, 100 mL/주로 하여 잔류량을 비교하였다. Thiamethoxam은 10일 간격으로 2회(수확 10-0일 전)살포하였고, 살포농도(희석배수 500, 1000, 2000배)와 살포물량 (50 mL/주, 100 mL/주)을 달리하여 처리구별로 잔류량을 비교하였다. 시료채취 시기는 azoxystrobin, prochlorazmanganese는 0 (2시간 후), 7, 14, 24, 40일, thiamethoxam은 0, 7, 21일에 병·해충 피해가 없고 상품성이 있는 딸기를 1.
- 5 mg/L 수준으로 무처리 시료를 이용해 희석하여 matrix matched 표준용매를 만들었고, Table 2-4의 기기분석조건에서 나타난 chromatography 상의 peak 면적을 기준으로 검량선을 작성하였다. 기기의 정량 한계를 파악하기 위해서 LC에서 0.01, 0.025, 0.05, 0.1 mg/kg, LC-MS/MS에서는 0.005, 0.01, 0.025, 0.05 mg/kg 표준용액을 기기에 주입하여 S/N ratio가 3 이상일 때를 검출한계, 10 이상일 때 정량한계로 설정하였다. 또한 위의 농도의 peak 면적 값을 이용해 검량선의 직선성을 평가하였다.
- 농약의 관주처리 횟수에 따른 잔류량 비교를 하기 위해서 1주당 100 mL씩 2회 처리(수확 7-0일전 살포), 3회 처리(수확 14-7-0일전 살포)를 하였다. 두 처리구의 초기 잔류량은 0.
- 딸기 중 thiamethoxam을 처리물량(50 mL/주, 100 mL/주)과 희석배수(농약안전사용기준, 농약안전사용기준의 2배, 4배) 조건을 상이하게 하여 관주처리 한 후 경시적 잔류양상을 확인하였다. 처리횟수는 농약안전사용기준을 적용하여 2회(수확 10-0일전) 살포하였다.
- 딸기 중 시험농약의 표준검량선을 작성하기 위해 LC 및 LC-MS/MS를 이용하였다. 검량선의 결정계수(R2)는 0.
- 딸기에 prochloraz 살포물량에 따른 잔류특성을 확인하기 위해서 2회 처리(수확 7-0일전 살포)하였고, 살포물량을 50, 100 mL/주 수준으로 처리한 후 경시적 잔류양상을 확인하였다. 초기잔류량은 50, 100 mL/주 처리구에서 0.
- 시험조건은 농도, 살포횟수 및 살포물량을 다르게 하여 처리하였고, 농약을 근부 부위에 투여하였다. 딸기에 시험농약 살포조건으로 azoxystrobin은 2000배 희석을 한 후 7일 간격으로 2회(수확7-0일 전), 3회(14-7-0일 전) 관주처리하였고, 농약 최종살포 2시간 후 샘플을 채취하였다. Prochloraz-manganes는 2000배 희석하여 7일 간격으로 2회(수확 7-0일 전)살포하였고, 살포물량을 50 mL/주, 100 mL/주로 하여 잔류량을 비교하였다.
- 05 mg/kg 표준용액을 기기에 주입하여 S/N ratio가 3 이상일 때를 검출한계, 10 이상일 때 정량한계로 설정하였다. 또한 위의 농도의 peak 면적 값을 이용해 검량선의 직선성을 평가하였다.
- 시료채취 시기는 azoxystrobin, prochlorazmanganese는 0 (2시간 후), 7, 14, 24, 40일, thiamethoxam은 0, 7, 21일에 병·해충 피해가 없고 상품성이 있는 딸기를 1.5 kg이상 채취하였고, 시험샘플은 꼭지를 제거한 딸기를 폴리에틸렌 비닐에 담은 후 신속히 실험실로 운반하여 분석까지 −20oC 이하에서 보관하였다.
- 시험농약의 회수율 시험을 위해 무처리 시료에 표준용액 10 mg/kg을 이용하여 0.1, 1.0 mg/kg 수준으로 첨가하였다(n=3). 표준용액 첨가 후 무처리 시료와 혼합 후 30분간 방치한 후 상기의 방법으로 회수율을 산출하였다.
- 7% 액상수화제(상표명: 오티바), prochloraz-manganese 50% 수화제(상표명: 스포르곤) 및 thiamethoxam 10% 입상수화제(상표명: 아타라)를 이용하였다. 시험조건은 농도, 살포횟수 및 살포물량을 다르게 하여 처리하였고, 농약을 근부 부위에 투여하였다. 딸기에 시험농약 살포조건으로 azoxystrobin은 2000배 희석을 한 후 7일 간격으로 2회(수확7-0일 전), 3회(14-7-0일 전) 관주처리하였고, 농약 최종살포 2시간 후 샘플을 채취하였다.
- 위의 상등액 1 mL을 취하여 150 mg MgSO4, 25 mg PSA (Primary Secondary Amino)이 첨가된 2 mL tube에 첨가한 후 12000 rpm에서 5분간 원심분리 한 후 상등액 0.5 mL를 취하여 0.2 µm syringe filter를 통과시킨 후 0.5 mL acetonitrile과 합친 후 vial에 넣은 후 LC-MS/MS 로 Table 2, 3와 같은 조건으로 분석하였다.
- 준비한 stock solution을 acetonitrile로 10 mg/L working solution 제조하였다. 제조한 working solution을 이용하여 LC는 0.05, 0.1, 0.2, 0.5, 1.0, 2.0, 5.0 mg/L 용액을 acetonitrile로 희석하여, LC-MS/MS는 0.01, 0.05, 0.1, 0.2, 0.5 mg/L 수준으로 무처리 시료를 이용해 희석하여 matrix matched 표준용매를 만들었고, Table 2-4의 기기분석조건에서 나타난 chromatography 상의 peak 면적을 기준으로 검량선을 작성하였다. 기기의 정량 한계를 파악하기 위해서 LC에서 0.
- 딸기 중 thiamethoxam을 처리물량(50 mL/주, 100 mL/주)과 희석배수(농약안전사용기준, 농약안전사용기준의 2배, 4배) 조건을 상이하게 하여 관주처리 한 후 경시적 잔류양상을 확인하였다. 처리횟수는 농약안전사용기준을 적용하여 2회(수확 10-0일전) 살포하였다. 딸기의 thiamethoxam 초기 잔류량은 N.
- 0 mg/kg 수준으로 첨가하였다(n=3). 표준용액 첨가 후 무처리 시료와 혼합 후 30분간 방치한 후 상기의 방법으로 회수율을 산출하였다.
대상 데이터
- QuEChERS 전처리를 위한 시약 및 제품은 Agilent (California, CF, USA)에서 구입하였고, 추출 및 정제에는 Agilent QuEChERS Extract Kit AOAC 2007. 01 (6 g MgSO4, 1.5 g sodium acetate (NaOAc))와 Agilent QuEChERS dispersive SPE 2 mL fatty and wax (150 mg MgSO4, 50 mg primary secondary amine, 50 mg C18)을 사용하였다.
- 3차 증류수는 Millipore사의 Milli-Q system (Bedford, USA)을 사용하여 제조하였다. QuEChERS 전처리를 위한 시약 및 제품은 Agilent (California, CF, USA)에서 구입하였고, 추출 및 정제에는 Agilent QuEChERS Extract Kit AOAC 2007. 01 (6 g MgSO4, 1.
- 딸기는 ‘매향’(Fragarid X ananassa Duch ‘Maehyang’) 품종으로 경남 사천시에서 thiamethoxam과, 전북 완주군에서 azoxystrobin과 prochloraz-manganese를 이용하여 시설 양액재배 농가에서 시험을 진행하였다(Table 1).
- 분석에 사용한 용매 acetonitrile, glacial acetic acid (100%)는 Merck사 (Darmstadt, Germany)의 HPLC Grade를 사용하였고, formic acid (>98% purity)와 ammonium acetate (99% purity)는 Sigma Aldrich (St. Louis, MS, USA)에서 구입하여 사용하였다.
- 분석에 사용한 표준품은 Dr. Ehrenstorfer GmbH (Ausberg, Germany)에서 구매하여 사용하였고, 각각의 농약은 acetonitrile으로 1,000 mg/L의 stock solution을 제조한 다음 이를 희석하여 10 mg/L의 혼합 working solution을 제조하였다.
-
농약표준용액 및 시약
시험 농약은 딸기에 등록되어 있는 침투이행성 농약 3종 (azoxystrobin, prochloraz, thiamethoxam)을 선정하였다.
- 딸기는 ‘매향’(Fragarid X ananassa Duch ‘Maehyang’) 품종으로 경남 사천시에서 thiamethoxam과, 전북 완주군에서 azoxystrobin과 prochloraz-manganese를 이용하여 시설 양액재배 농가에서 시험을 진행하였다(Table 1). 시험기간은 2017년 5월 1일부터 6월 10일까지 진행하였다. 시험농약은 azoxystrobin 21.
-
표준검량선 작성 및 회수율 시험
시험농약 4종 azoxystrobin, clothianidin, thiamethoxam 및 prochloraz를 Dr. Ehrenstorfer GmbH (Ausberg, Germany)에서 구매 후 acetonitrile으로 1,000 mg/L의 stock solution을 제조하였다. 준비한 stock solution을 acetonitrile로 10 mg/L working solution 제조하였다.
- 시험기간은 2017년 5월 1일부터 6월 10일까지 진행하였다. 시험농약은 azoxystrobin 21.7% 액상수화제(상표명: 오티바), prochloraz-manganese 50% 수화제(상표명: 스포르곤) 및 thiamethoxam 10% 입상수화제(상표명: 아타라)를 이용하였다. 시험조건은 농도, 살포횟수 및 살포물량을 다르게 하여 처리하였고, 농약을 근부 부위에 투여하였다.
- 5 kg이상 채취하였고, 시험샘플은 꼭지를 제거한 딸기를 폴리에틸렌 비닐에 담은 후 신속히 실험실로 운반하여 분석까지 −20oC 이하에서 보관하였다. 잔류농약 분석 전 시험샘플을 드라이아이스와 함께 분쇄하여 분석샘플로 이용하였다.
이론/모형
- Clothianidin은 Thiamethxam의 대사물질로서 Thiametthoxam과 동시에 분석을 하였다. Thiamethoxam의 총 잔류량은 농약 잔류분 정의(RDA 2012)를 참고하여 thiamethoxam과 clothianidin의 잔류량 합으로 계산하였다.
- 딸기 중 QuEChERS 분석법은 Kwon[15] 및 Kim 등[16]의 연구를 참고하여 실시하였다. 딸기 15 g 샘플을 0.
성능/효과
- Lee 등[17]의 연구에서도 azoxystrobin과 carbendazim을 관주처리 하였을 때 최대농도 수준에서 가식부 대비 잎의 잔류량 비율이 2~3% 정도로 나타났다. Azoxystrobin과 carbendazim의 잎의 잔류되는 최대농도는 5, 20 mg/kg 수준으로 농약의 물에 대한 용해도에 영향이 있다고 나타났다. 그러나 현재 azoxystrobin은 근부 탄저병 예방으로 현장에서 관주처리하여 사용하고 있지만, 딸기에는 관주처리 약제로 등록이 되어있지 않다.
- 13으로 극성에 가까워서 딸기에서도 작물 흡수·이행 능력이 높게 나타난 것으로 판단된다. Thiamethoxam의 대사물질인 clothianidin은 처리 21일 후에 모든 처리구에서 검출되었고, 잔류량은 0.02~0.05 mg/kg이었다(Fig. 4). 딸기 중 thiamethoxam 대비 clothianidin의 잔류량 비율은 8.
- 딸기 중 prochloraz의 1주당 관주처리량을 다르게 하였을 때 잔류량 차이를 통하여 농약 관주처리의 잔류량은 처리회수 보다는 유효함량 영향을 주는 것으로 나타났다. 그러나 다른 관주처리 등록 농약의 기준인 100 mL/주와 prochloraz의 경엽살포기준인 2000배 희석 2회 살포하였을 때 prochloraz 기준인 0.5 mg/kg을 초과하지 않는 것으로 확인하였다.
- 또한 2배 처리구 100 mL/주와 4배처리구 50 mL/주에서 0, 21일차에서 잔류량 차이가 없었다. 농약 관주처리의 안전사용기준은 경엽처리와 달리 유효함량으로 설정하는 것이 효율적일 것으로 판단된다.
- 농약의 관주처리 횟수에 따른 잔류량 비교를 하기 위해서 1주당 100 mL씩 2회 처리(수확 7-0일전 살포), 3회 처리(수확 14-7-0일전 살포)를 하였다. 두 처리구의 초기 잔류량은 0.19~0.20 mg/kg이였고, 처리 7일 후 초기 잔류량 대비 75~80% 수준으로 감소한 후 14일 후에는 모두 불검출 되었다(Fig. 1). Azoxystrobin은 물에 대한 용해도(solubility in water)가 6.
- 농약 관주처리를 통한 작물의 잔류량은 처리횟수보다는 농약의 유효 함량에 영향을 받는 것으로 판단된다. 딸기 중 prochloraz의 1주당 관주처리량을 다르게 하였을 때 잔류량 차이를 통하여 농약 관주처리의 잔류량은 처리회수 보다는 유효함량 영향을 주는 것으로 나타났다. 그러나 다른 관주처리 등록 농약의 기준인 100 mL/주와 prochloraz의 경엽살포기준인 2000배 희석 2회 살포하였을 때 prochloraz 기준인 0.
- 4). 딸기 중 thiamethoxam 대비 clothianidin의 잔류량 비율은 8.8~41.4%로 thiamethoxam 잔류량이 낮을수록 비율이 높게 나타났다.
- 또한 위의 결과를 통해서 관주처리시 농약 잔류량은 희석배수, 처리물량 및 처리횟수보다는 농약을 살포하는 유효함량이 가장 큰 영향이 있는 것으로 확인되었다. 같은 유효함량을 처리한 기준처리구 100 mL/주와 2배처리구 50 mL/주에서 7, 21일 처리구에서 유의적인 차이가 없는 것으로 나타났다.
- Lee 등[17]의 시험과 함께 고려하였을 때, azoxystrobin은 두 배 처리구의 3회 처리를 하여도 현재 우리나라에 설정된 MRL (1 mg/kg)을 초과하지 않을 것으로 판단된다. 위의 결과를 통해 딸기 중 azoxystrobin은 현재 경엽처리로 등록된 안전사용기준을 맞춰 사용하면 MRL 이하로 잔류될 것으로 판단된다.
- 첫째, 우리나라에 관주처리로 등록된 농약은 5% 수준이다[5]. 농가 현장에서는 계속적으로 변하는 영농형태와 편의성 때문에 농약 관주처리는 계속적으로 사용하지만 합법적으로 사용할 수 있는 농약은 부족하다.
- 딸기에 prochloraz 살포물량에 따른 잔류특성을 확인하기 위해서 2회 처리(수확 7-0일전 살포)하였고, 살포물량을 50, 100 mL/주 수준으로 처리한 후 경시적 잔류양상을 확인하였다. 초기잔류량은 50, 100 mL/주 처리구에서 0.1, 0.26 mg/kg 수준으로 살포물량 증가에 따라 잔류량이 증가하였고, 처리 14일 후에 불검출 되었다(Fig. 2). Procholraz는 물에 대한 용해도가 34.
- 7으로 높게 나타났다. 토양 중 농약이 작물에 계속적으로 축적되어 초기에 잔류량이 높아지다가, 최고농도에 도달한 후 급격하게 낮아지는 것으로 확인되었다. 또한 Ge 등[19]은 농약의 흡수·이행이 water solubility와 Kow의 영향이 크다고 언급하였다.
- 5 mg/kg)이 낮고, 홍콩기준에 맞는 농약안전사용지침이 없어, 홍콩으로 수출하는 딸기 농가에서 사용을 잘 하지 않는 농약이다. 현재 등록되어 있는 기준(2000배 희석, 100 mL/주)으로 2회 처리하였을 때 최고농도가 0.18 mg/kg으로 홍콩기준보다 낮아서, 현재 한국에 등록되어 있는 안전사용기준으로 살포한다면 홍콩 수출 딸기농가의 잔류안전성 문제가 없을 것으로 판단된다.
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