[논문]염기성 밭 토양에서 안정화제에 의한 엽채류, 근채류, 과채류 작물들의 중금속 전이 특성

김민석; 민현기; 이상환; 김정규

doi:10.17820/eri.2020.7.1.063

염기성 밭 토양에서 안정화제에 의한 엽채류, 근채류, 과채류 작물들의 중금속 전이 특성
Effects of Amendments on Heavy Metal Uptake by Leafy, Root, Fruit Vegetables in Alkali Upland Soil 원문보기

Ecology and resilient infrastructure, v.7 no.1, 2020년, pp.63 - 71

김민석 (고려대학교 오정에코리질리언스연구원) , 민현기 (고려대학교 환경생태공학과) , 이상환 (한국광해관리공단 광해기술연구소) , 김정규 (고려대학교 환경생태공학과)

초록
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토양에서 중금속 안정화를 위하여 여러 종류의 개량제들이 연구되어왔다. 그러나 알칼리 토양에서 개량제들의 영향과 그에 따른 작물 가식부로의 중금속 전이에 대한 연구는 미비한 실정이다. 따라서 본 연구는 알칼리 토양에서 농작물의 가식부를 대상으로 중금속 안정화 효율 및 중금속 전이를 평가하기 위해 수행되었다. 중금속으로 오염된 광산 인근 농경지 토양에 3종류의 안정화제 (석회석, 제강슬레그, 산성광산배수슬러지)를 각각 3%씩 현장에 처리하였다. 6개월의 aging 이후 배추 (엽채류), 청경채(엽채류), 마늘 (근채류) 그리고 고추 (과채류)를 정식하고 표준영농교본에 준하여 재배하였다. 화학적 평가를 위해 토양 내 중금속의 총함량과 Melhich-3 용액을 이용한 생물유효도를 검정하였다. 생물학적 평가를 위하여 작물들의 생산량과 중금속 흡수량을 분석하였다. 그 결과, 산성광산배수슬러지 개량제의 유효도 저감 효과가 가장 우수하였으며 그에 따라 식물로의 중금속 전이 또한 감소하였다. 통계분석 결과 식물의 중금속 흡수를 설명하는 데에 있어 토양 내 중금속 총함량 보다는 생물유효도가 더 적합한 것으로 나타났다. 지속가능한 토양 환경의 관리, 안전한 농작물 생산, 그리고 중금속 흡수에 따른 인체 위해성 저감을 위하여 생물유효도에 기반한 연구가 지속적으로 수행되어야 할 것이다.

Abstract ▼ AI-Helper

Various types of amendments have been studied for heavy metal stabilization in soil. However, researches on the effect of amendments on alkali soil and their effects on the plants at various edible parts are insufficient. The aim of this study was to evaluate the stabilization efficiency of heavy metals and their transfer into edible parts of food crops. Abandoned mine area was selected and 3 types of amendments (lime stone, LS; steel slag, SS; acid mine drainage sludge, AMDS) was applied with 3% (w/w). in field. After 6 month aging, Chinese cabbage (leafy), bok choy (leafy), garlic (root) and red pepper (fruit) were transplanted and cultivated. For chemical assessment, total concentration and bioavailability using Mehlich-3 solution were determined. For biological assessment, fresh weight and heavy metal uptakes were analyzed. It was revealed that AMDS reduced bioavailability most effectively, resulting in the decrease in heavy metal concentration in edible parts of all crops. When explaining the heavy metal uptake of plants, the bioavailability was more appropriate than the total contents of soil heavy metals. Therefore, bioavailability-based further research and management practices should be carried out continuously for the sustainable environment management, safe crop production, and human health risk reduction.

주제어

표/그림 (6)

표 Table 1. Selected chemical properties and trace elements concentration of soil and amendments
그림 Fig. 1. Monthly average temperatures and monthly cumulative precipitation during crop cultivation period.
그림 Fig. 2. Effects of amendments on relative productivity of crops compared to control (values are means of replicates, ANOVA and Tukey test, p<0.05). Red line behind the bar graph indicated the baseline of control.
표 Table 2. Changes in the soil chemical properties after application of amendments*
그림 Fig. 3. Effects of amendments on Cd and Pb concentrationin edible parts of crops based on fresh weight (values are means of replicates, ANOVA and Tukey test, p<0.05). Red and blue lines indicated the legal con-centration limit of garlic and red pepper, respectively by in Korean Food Standards Codex.
표 Table 3. Correlation coefficients (r) between heavy metal index and plant uptakes

AI 본문요약
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문제 정의

따라서 본 연구의 목적은, pH가 높아 알칼리 특성을 띄고 중금속으로 오염된 농경지 토양을 대상으로 여러 안정화제들의 중금속 안정화효율 및 다양한 식용부위의 농작물을 대상으로 중금속 전이를 평가하는 데에 있다.
본 연구는 중금속으로 오염된 밭 토양 가운데 알칼리 특성을 나타내는 토양을 대상으로, 안정화제의 중금속 생물유효도 및 식물로의 전이 특성을 평가하기 위해 현장 규모에서 수행되었다. 석회, 제강슬레그, 산성광산 배수슬러지를 안정화제로 선발하여 생물유효도를 비교하였고, 엽채류 (배추, 청경채), 근채류 (마늘), 과채류 (고추) 등 다양한 종류의 작물을 재배하여 중금속 전이를 비교하였다.

가설 설정

Cd은 토양 환경에서 Cd 2+ 형태로 식물 뿌리로의 흡수 및 지상부로의 전이가 쉬운 것으로 알려져 있다 (Smolders 2001). Zn 결핍 시 Cd 흡수가 증가하는 경우도 있지만, 본 연구에서는 Zn이 고농도로 존재하기 때문에 Zn에 의한 영향은 무시할 수 있을 것이다. 다른 중금속에 비해 상대적으로 이동이 용이한 Cd은 식물로의 흡수량이 토양 내 총함량과 생물유효도와 대부분 양의 상관관계를 갖는 것으로 나타났다.

제안 방법

각각의 처리구에 대해 가로 2 m × 세로 2 m 규모로 작토층 (40 cm)과가밀도 (1.25 g/cm 3 )를 고려하여 투입되는 안정화제의 질량을 계산하였다.
그 후 실험실에서 수돗물과 증류수로 세척한 뒤 60℃에서 72시간 건조 및 분쇄하여 분석하였다. 과채류 (고추)와 근채류 (마늘)은 가식 부위만을 대상으로 현장에서 전량 수확 및 생중량을 측정하고, 실험실에서 엽채 류와 동일하게 전처리하여 분석하였다. 토양과 안정화 제의 pH와 전기전도도 (Electrical conductivity, EC)는증류수를 1:5 비율로 한 시간 교반한 후 측정하였다(Thermo Orion 920A, Thermo Fisher Scientific, Waltham, MA, USA).
식품의약안전처의 식품공전에서는 밭 작물에 대하여 Cd과 Pb을 대상으로 허용 농도 기준을 제시하고 있다. 따라서 본 연구에서도 4종류 밭 작물의 Cd과 Pb 흡수량의 변화를 확인하였다 (Fig. 3). As의 경우 그 기준이 곡류에 한정되어 있으며, 본 연구에서도 식물체 분석시 검출한계 미만으로 나타나, 모든 밭 작물에 대하여 As 흡수량을 정량할 수 없었다.
안정화제의 처리는 중금속 총 농도보다는 생물유효 도에는 큰 변화를 일으키며, 본 연구에서도 안정화제의 종류에 따라 토양 중금속의 생물유효도 뿐만 아니라 실제 식물의 흡수량 또한 다양하게 나타났다. 따라서 토양내 중금속의 존재 형태가 식물의 중금속 흡수량에 미치는 영향을 비교하기 위하여 토양분석결과와 식물체흡 수량 사이의 상관관계를 통계적으로 분석하였다 (Table 3). Cd은 토양 환경에서 Cd 2+ 형태로 식물 뿌리로의 흡수 및 지상부로의 전이가 쉬운 것으로 알려져 있다 (Smolders 2001).
본 연구는 중금속으로 오염된 밭 토양 가운데 알칼리 특성을 나타내는 토양을 대상으로, 안정화제의 중금속 생물유효도 및 식물로의 전이 특성을 평가하기 위해 현장 규모에서 수행되었다. 석회, 제강슬레그, 산성광산 배수슬러지를 안정화제로 선발하여 생물유효도를 비교하였고, 엽채류 (배추, 청경채), 근채류 (마늘), 과채류 (고추) 등 다양한 종류의 작물을 재배하여 중금속 전이를 비교하였다. 그 결과 pH 상승 효과가 뛰어난 석회 보다는 중금속을 흡착 및 침전 시킬 수 있는 자리 (site)를 제공해주는 제강슬레그나 산성광산배수슬러지의 안정화효율이 우수하였다.
5 µm) 여과지로 거른 여액 내 중금속을 ICP-OES로 측정하였다. 수확한 식물체 내중금속 농도를 측정하기 위하여 질산과 과산화수소를 이용해 블록 분해기로 분해한 후 여액 중 중금속을 ICP-OES로 측정하였다. 토양과 식물체 중금속 분석의 정확도를 검증하기 위하여 표준시료 (NIST 2711a Montana II Soil, White clover BCR No 402)를 이용하였다.
알칼리 특성을 띄는 중금속 오염 토양에 안정화제를 각각 3% 수준으로 처리하고 약 6개월 간의 aging을 거
친 후 토양 특성의 변화를 확인하였다 (Table 2). AMDS 는 토양 pH 변화에 유의한 영향을 미치지 못하였고, LS 와 SS 처리는 토양 pH를 8.
처리구 현장 토양은 2013년 5월, 첫 작물을 정식하기직전에 각 처리구에서 개별적으로 시료를 채취하여 분석하였다. 오거 (Auger)를 이용하여 각 처리구에서 3개의 시료를 채취한 후 하나의 균일한 혼합시료 (Composite sample)로 만들었다. 채취한 시료는 풍건 후 2 mm 체로걸러 분석에 사용하였다.
채취한 시료는 풍건 후 2 mm 체로걸러 분석에 사용하였다. 우선 엽채류 (배추, 청경채)는가식부인 잎을 전량 수확하여 현장에서 생중량을 측정하였다. 그 후 실험실에서 수돗물과 증류수로 세척한 뒤 60℃에서 72시간 건조 및 분쇄하여 분석하였다.
25 g/cm 3 )를 고려하여 투입되는 안정화제의 질량을 계산하였다. 처리구 내 토양과 안정화제는 포크레인을 이용해 교반하였으며, 모든 처리구는 3반복으로 설치하였다 (총 12개 처리구).
처리구 설치 6개월 후, 여러 종류의 밭 작물을 재배하였다. 모종판에서 기른 배추 (Brassica campestris ssp.
처리구 현장 토양은 2013년 5월, 첫 작물을 정식하기직전에 각 처리구에서 개별적으로 시료를 채취하여 분석하였다. 오거 (Auger)를 이용하여 각 처리구에서 3개의 시료를 채취한 후 하나의 균일한 혼합시료 (Composite sample)로 만들었다.
토양 2 g을 20 mL 혼합 용액 (pH 2.3, 0.2M CH 3 COOH + 0.25 M NH 4 NO 3 + 0.015 M NH 4 F + 0.13 M HNO 3 + 0.001 M EDTA)으로 5분간 교반한 후 Whatman No.42 (pore size 2.5 µm) 여과지로 거른 여액 내 중금속을 ICP-OES로 측정하였다.
과채류 (고추)와 근채류 (마늘)은 가식 부위만을 대상으로 현장에서 전량 수확 및 생중량을 측정하고, 실험실에서 엽채 류와 동일하게 전처리하여 분석하였다. 토양과 안정화 제의 pH와 전기전도도 (Electrical conductivity, EC)는증류수를 1:5 비율로 한 시간 교반한 후 측정하였다(Thermo Orion 920A, Thermo Fisher Scientific, Waltham, MA, USA). 토양의 유기물함량은 loss-on-ignition (LOI)방법을 갈음하여, 400°C에서 16시간 가열하여 정량하였다 (Nelson and Sommers 1996).
토양의 유기물함량은 loss-on-ignition (LOI)방법을 갈음하여, 400°C에서 16시간 가열하여 정량하였다 (Nelson and Sommers 1996). 토양과 안정화제의 중금속 총 함량을 측정하기 위해 왕수 (Aqua regia)를 이용하여 습식산화 시킨 후 그 여액 중 중금속 함량을 Inductively Coupled Plasma - Optical Emission Spectrometer (ICP-OES, 730 Series, Agilent, Santa Clara, CA, USA)로 측정하였다. 토양 중금속의 생물유효도를검정하기 위하여 Mehlich-3 침출법을 이용하였다(Mehlich 1984).
LS과 SS는 현장 인근의 지역 시장에서 구매하였으며, AMDS는 강원도 태백시에 위치한 함태광산의 수질정화시설의 슬러지를 이용하였다. 현장 처리구는 대조구 (Control), LS 3%, SS 3%, 그리고 AMDS 3%로 구성하였다. 각각의 처리구에 대해 가로 2 m × 세로 2 m 규모로 작토층 (40 cm)과가밀도 (1.

대상 데이터

양이온 중금속 안정화를 위한 안정화제로 석회석 (Lime stone, LS), 제강슬래그 (Steel slag, SS), 산성광산배수슬러지 (Acid mine drainage sludge, AMDS)를 선정하였다. LS과 SS는 현장 인근의 지역 시장에서 구매하였으며, AMDS는 강원도 태백시에 위치한 함태광산의 수질정화시설의 슬러지를 이용하였다. 현장 처리구는 대조구 (Control), LS 3%, SS 3%, 그리고 AMDS 3%로 구성하였다.
) 모종을 정식하였다. 그리고 고추의 과실부를 2014년 8월에 수확하였다. 모든모종은 인근 육묘장에서 기른 것을 이용하였으며 각 처리구당 배추, 청경채, 고추는 3개의 모종을 정식하였고, 마늘은 16개 종자를 파종하였다.
농업, 환경, 생태와 관련한 본 실험은 충청북도 OO군 △△면 □□□리에 위치한 밭 토양에서 진행되었다. 이지역은 모암의 특성 및 인근광산의 영향을 받아 Cd과 Pb으로 오염된 곳이다.
그리고 고추의 과실부를 2014년 8월에 수확하였다. 모든모종은 인근 육묘장에서 기른 것을 이용하였으며 각 처리구당 배추, 청경채, 고추는 3개의 모종을 정식하였고, 마늘은 16개 종자를 파종하였다. 원활한 재배를 위하여비닐 멀칭을 병행하였고 농촌진흥청의 표준영농교본에 따라 재배하였다.
처리구 설치 6개월 후, 여러 종류의 밭 작물을 재배하였다. 모종판에서 기른 배추 (Brassica campestris ssp.pekinensis)와 청경채 (Brassica campestris var. chinensis)모종을 2013년 5월에 정식하고 (하나의 처리구를 이등 분하여 두 종류의 작물을 각각 정식), 5주 후에 수확하였다. 뒤이어 2013년 11월에 마늘 (Allium sativum)을 파종하고, 2014년 5월에 마늘을 수확하였다.
실험을 시작하기 이전까지 농경지로 사용되어오고 있었던 점을 고려해볼 때, 미세한 흙먼지를 통해 호흡기를 통한 중금속 유입과 농작 물을 통한 중금속 섭취 경로를 통해 인근 주민들의 건강에 영향을 주었을 것으로 판단된다. 세 종류 안정화제의 pH는 모두 8 이상으로 토양과 마찬가지로 알칼리 특성을 나타내었고, SS와 AMDS에서는 Cd과 Zn이 상당한 농도로 검출되었으나, 두 안정화제 모두 재용출이 거의 일어나지 않는 선행 실험에 근거하여, 본 연구에 사용하였다 (Kim et al. 2016). 현재 비료공정규격에 있는 토양 개량제 중금속 기준은 총함량으로만 제한하고 있기 때문에, 용출 실험을 통한 개량제의 효율성에 대한 연구결 과가 축적된다면 토양에 활용할 수 있는 개량제의 종류와 다양성이 확대될 수 있을 것으로 사료된다.
이지역은 모암의 특성 및 인근광산의 영향을 받아 Cd과 Pb으로 오염된 곳이다. 양이온 중금속 안정화를 위한 안정화제로 석회석 (Lime stone, LS), 제강슬래그 (Steel slag, SS), 산성광산배수슬러지 (Acid mine drainage sludge, AMDS)를 선정하였다. LS과 SS는 현장 인근의 지역 시장에서 구매하였으며, AMDS는 강원도 태백시에 위치한 함태광산의 수질정화시설의 슬러지를 이용하였다.
모든모종은 인근 육묘장에서 기른 것을 이용하였으며 각 처리구당 배추, 청경채, 고추는 3개의 모종을 정식하였고, 마늘은 16개 종자를 파종하였다. 원활한 재배를 위하여비닐 멀칭을 병행하였고 농촌진흥청의 표준영농교본에 따라 재배하였다.
수확한 식물체 내중금속 농도를 측정하기 위하여 질산과 과산화수소를 이용해 블록 분해기로 분해한 후 여액 중 중금속을 ICP-OES로 측정하였다. 토양과 식물체 중금속 분석의 정확도를 검증하기 위하여 표준시료 (NIST 2711a Montana II Soil, White clover BCR No 402)를 이용하였다.

데이터처리

모든 결과는 3반복의 평균을 이용하여 나타내었고, 유의성 분석은 통계분석프로그램 (SAS 9.2, SAS Institute Inc., Cary, NC, USA)의 일원분산분석 (One way analysis of variance) 후 Tukey test로 검정하였다. 토양 중금속의 화학적 평가방법과 식물의 중금속 흡수량 사이의 관계를 분석하기 위하여 Pearson 분석을 수행하여 상관계 수를 도출하였다.
, Cary, NC, USA)의 일원분산분석 (One way analysis of variance) 후 Tukey test로 검정하였다. 토양 중금속의 화학적 평가방법과 식물의 중금속 흡수량 사이의 관계를 분석하기 위하여 Pearson 분석을 수행하여 상관계 수를 도출하였다.

이론/모형

토양과 안정화제의 중금속 총 함량을 측정하기 위해 왕수 (Aqua regia)를 이용하여 습식산화 시킨 후 그 여액 중 중금속 함량을 Inductively Coupled Plasma - Optical Emission Spectrometer (ICP-OES, 730 Series, Agilent, Santa Clara, CA, USA)로 측정하였다. 토양 중금속의 생물유효도를검정하기 위하여 Mehlich-3 침출법을 이용하였다(Mehlich 1984). 토양 2 g을 20 mL 혼합 용액 (pH 2.

성능/효과

특히 본 연구 모든 결과들 가운데 고추의 Cd 흡수를 가장 잘 설명함으 로써, 분율 지표의 향후 연구에서의 적용 가능성을 확인할 수 있었다. Cd에 비해 상대적으로 이동성이 낮은 Pb 은 토양의 pH, 유기물, 인산 등 다양한 인자들의 영향을 복합적으로 받는 까닭에 Cd에 비해 상대적으로 약한 상관계수가 결정되었다. 그럼에도 불구하고 작물의 Pb 흡수 경향을 유의하게 설명할 수 있는 것은 Mehlich-3 생물유효도 검정 방법인 것으로 나타났다.
토양의 초기 pH가 이미 알칼리이며, 인산질 비료는 식물 정식 이전에 시비하여 토양 분석결과에 영향을 주지 않은 점을 고려해 보면, 유기물에 의한 영향이 있었을 것으로 판단된다. LOI 결과 대조구 토양의 유기 물함량은 3.4%로 아주 많거나 아주 적지 않은 수준이었다. 그러나, 알칼리 토양 조건에서는 유기물에서 기원하는 용존유기탄소가 쉽게 증가할 수 있으며 이로 인하여 Pb의 생물유효도가 상대적으로 다른 중금속에 비해 높게 나타난 것으로 판단된다 (Laura 1976, Rashad et al.
종합해보면, 중금속으로 오염된 알칼리 토양에서 중금속 흡수량 저감 및 생산성 증가 효과는 AMDS 처리시 뚜렷하게 나타났으며, 이러한 결과는 엽채류, 근채류, 과채류에서 모두 나타나 AMDS의 넓은 적용 가능성을 확인할 수 있었다. 결국 토양에 비해 상대적으로 산성을 띄어 알칼리 토양을 중화하고, 중금속에 대한 흡착과 착물형성이 가능한 안정화제가 효과적이었다. 그리고 토양 중금속의 총함량, 생물유효도, 그리고 그 분율 지표들이 작물들의 중금속 흡수 경향을 설명할 수 있으며 특히 생물유효도가 가장 높은 상관관계를 갖는 것으로 나타났다.
석회, 제강슬레그, 산성광산 배수슬러지를 안정화제로 선발하여 생물유효도를 비교하였고, 엽채류 (배추, 청경채), 근채류 (마늘), 과채류 (고추) 등 다양한 종류의 작물을 재배하여 중금속 전이를 비교하였다. 그 결과 pH 상승 효과가 뛰어난 석회 보다는 중금속을 흡착 및 침전 시킬 수 있는 자리 (site)를 제공해주는 제강슬레그나 산성광산배수슬러지의 안정화효율이 우수하였다. 특히 토양에 비해 상대적으로 낮은 영전하점을 갖는 산성광산배수슬러지는 토양 pH의 과도한 상승을 억제하여 식물의 양분유효도 저감 가능성을 최소화하는 것으로 나타났다.
안정화제에 의한 토양 특성의 변화를 종합해보면, 생물유효도 저감 효과는 세 안정화제에 대하여 확연한차이는 없었으나 AMDS의 안정화효율이 가장 높게 평가되었다. 그리고 AMDS 처리구에서 식물의 양분 유효 도에 큰 영향을 미치는 pH의 변화가 가장 적었으며 오히려 중성 상태에 가깝게 이동한 점을 미루어볼 때, As와 양이온 중금속이 복합오염된 알칼리 토양에서는 AMDS의활용을 고려해볼 수 있을 것이다. 그리고 이러한 일련의 변화는 식물의 생육 및 중금속 전이에도 유의한 영향을 미칠 것으로 예상된다.
결국 토양에 비해 상대적으로 산성을 띄어 알칼리 토양을 중화하고, 중금속에 대한 흡착과 착물형성이 가능한 안정화제가 효과적이었다. 그리고 토양 중금속의 총함량, 생물유효도, 그리고 그 분율 지표들이 작물들의 중금속 흡수 경향을 설명할 수 있으며 특히 생물유효도가 가장 높은 상관관계를 갖는 것으로 나타났다.
배추와 같은 엽채류인 청경채 또한 LS 처리구에서는 생산량이 감소하였고, AMDS와 SS처리시 모두 증가하였다. 근채류인 마늘과 과채류인 고추 모두 AMDS 처리구에서만 생산량이 유의하게 증가하였다. 특히 고추의 경우 LS와 SS 안정화제에 의한 중금속 생물유효도 저감효과보다 양분유효도 저감에 의한 생산성 불량 효과가 더 크게 작용한 것으로 나타났다.
2로 알칼리성을 띄었다. 농경지 토양의 비소와 중금속의 총 함량을 토양환경보전법 상 토양 내오염물질 우려기준 및 대책기준과 비교해 볼 때, 비소(As), Cd, Pb, 아연 (Zn)에 대해 모두 우려기준 (As, 25; Cd, 4; Pb, 200; Zn, 300 mg/kg)을 초과하였으며, 특히 As, Cd, Pb, Zn은 대책기준 (As, 75; Cd, 12; Pb, 600; Zn, 900 mg/kg)까지 초과하여 중금속에 의한 토양 오염이매우 심각한 것으로 나타났다. 실험을 시작하기 이전까지 농경지로 사용되어오고 있었던 점을 고려해볼 때, 미세한 흙먼지를 통해 호흡기를 통한 중금속 유입과 농작 물을 통한 중금속 섭취 경로를 통해 인근 주민들의 건강에 영향을 주었을 것으로 판단된다.
Zn 결핍 시 Cd 흡수가 증가하는 경우도 있지만, 본 연구에서는 Zn이 고농도로 존재하기 때문에 Zn에 의한 영향은 무시할 수 있을 것이다. 다른 중금속에 비해 상대적으로 이동이 용이한 Cd은 식물로의 흡수량이 토양 내 총함량과 생물유효도와 대부분 양의 상관관계를 갖는 것으로 나타났다. 총함량과 식물흡수량 사이의 상관계수 (r)는 0.
유효도 저감 효과는 대조구 대비 33%수준까지 감소한 Zn이 가장 높았으며, Pb, Cd, Cu 순으로 감소하였다. 대조구를 기준으로 보면, 토양 내 미량원소의 총함량 (mg/kg) 중 생물유효도 (mg/kg)가 차지하는 분율 [%, 유효도 (mg/kg) / 총함량 (mg/kg) ⅹ 100]은 As, Cd, Cu, Pb, 그리고 Zn이 각각 2.4%, 14.3%, 3.2%, 30.0%, 그리고 2.6%로, 안정화제를 처리하기 이전부터 생물유효도의 분율이 아주 높지는 않았었다. 다만 유일하게 Pb의 경우, 상대적으로 생물유효도 분율이 높게 나타났다.
따라서 지속가능한 환경관리, 안전한 농작물 생산 그리고 인체 위해성 저감까지 고려 한다면, 생물유효도 중심의 연구 및 관리가 지속적으로 수행되어야 할 것이다. 또한 다양한 안정화제를 활용하기 위하여, 총함량뿐만 아니라 안정화 효율에 기반한 평가 기준 확장의 필요성을 확인할 수 있었다.
특히 토양에 비해 상대적으로 낮은 영전하점을 갖는 산성광산배수슬러지는 토양 pH의 과도한 상승을 억제하여 식물의 양분유효도 저감 가능성을 최소화하는 것으로 나타났다. 또한 산성광산 배수슬러지를 처리하였을 때, 서로 다른 가식 부위를 갖는 네 종류의 작물들 모두에서 흡수량 저감 및 생산성 증가 폭이 가장 높게 나타났다. 또한 식물의 중금속 흡수및 전이를 설명할 때 토양 중금속의 총함량 보다는 생물 유효도가 더 적합하였다.
또한 산성광산 배수슬러지를 처리하였을 때, 서로 다른 가식 부위를 갖는 네 종류의 작물들 모두에서 흡수량 저감 및 생산성 증가 폭이 가장 높게 나타났다. 또한 식물의 중금속 흡수및 전이를 설명할 때 토양 중금속의 총함량 보다는 생물 유효도가 더 적합하였다. 따라서 지속가능한 환경관리, 안전한 농작물 생산 그리고 인체 위해성 저감까지 고려 한다면, 생물유효도 중심의 연구 및 관리가 지속적으로 수행되어야 할 것이다.
3 mg/kg으로, 본 연구에서는 대조구와 안정화처리구 모두 안전한 농작물을 생산할 수 있었다. 마늘의 대조구에서 Cd 흡수량은 0.20 mg/kg으로 식품공전 내 허용 기준인 0.1 mg/kg 을 두 배 이상 초과하였으며, 오직 AMDS 처리구에서만 흡수량 감소하였다. 마늘의 대조구에서 Pb 흡수량 역시 식품공전 기준인 0.
1 mg/kg 을 두 배 이상 초과하였으며, 오직 AMDS 처리구에서만 흡수량 감소하였다. 마늘의 대조구에서 Pb 흡수량 역시 식품공전 기준인 0.1 mg/kg을 초과하였으나 모든안정화제 처리시 흡수량이 유의하게 감소하였고 AMDS의 저감효과가 가장 우수하였다. 고추의 경우 대조구에서 Cd 흡수량이 기준치 세 배를 초과하였고 모든안정화제가 그 흡수량을 유의하게 감소시켰으나 허용 기준치 미만으로 저감된 것은 오직 AMDS 뿐이었다.
모든종류의 안정화제는 As 생물유효도를 유의하게 저감시켰으며 (p<0.05), 그 효과는 AMDS에서 가장 높게 나타났다.
밭 토양과 같이 호기성 환경에서 산소와 결합하여 주로 음이온 형태로 존재하는 As와 달리 양이온성 중금 속인 Cd, Cu, Pb, Zn 또한 모든 안정화제에 의하여 생물 유효도가 유의하게 감소하였다 (p<0.05).
배추의 경우, 대조구 대비 LS 처리구에서 생산량이 오히려 감소하였고, AMDS에서는 증가하였다. 배추와 같은 엽채류인 청경채 또한 LS 처리구에서는 생산량이 감소하였고, AMDS와 SS처리시 모두 증가하였다. 근채류인 마늘과 과채류인 고추 모두 AMDS 처리구에서만 생산량이 유의하게 증가하였다.
실험에 사용한 AMDS의 영전하점 (Point of zero charge, pH pzc )은 7.55로, 알칼리 토양에 처리할 경우 수소이온 이 오히려 AMDS에서 용출되어 토양의 pH가 증가하지않은 것으로 판단된다. 반면 강한 알칼리 특성을 나타내는 CaO를 많이 갖고 있는 LS와 SS는, 대조구 토양이 알칼리였음에도 불구하고 유의하게 증가시켰다 (Yun et al.
2 mg/kg을 초과하였다. 안정화제 처리는 고추의 Pb 흡수량을 저감하였으나 오직 SS와 AMDS만이 기준치 미만으로 감소시킬 수 있었으며, 이 때에도 AMDS의 저감 효과가 가장 우수하였다. AMDS는 칼슘, 철, 알루미늄 등의 금속들이 다양한 크기의 입자로 침전되어 금속산화물 또는 수산화물 형태로 존재하고 넓은 표면적을 갖고 있어 유용한 산업부산물로 인식되고 연구되어 왔으며 (Sibrell et al.
2010). 안정화제에 의한 토양 특성의 변화를 종합해보면, 생물유효도 저감 효과는 세 안정화제에 대하여 확연한차이는 없었으나 AMDS의 안정화효율이 가장 높게 평가되었다. 그리고 AMDS 처리구에서 식물의 양분 유효 도에 큰 영향을 미치는 pH의 변화가 가장 적었으며 오히려 중성 상태에 가깝게 이동한 점을 미루어볼 때, As와 양이온 중금속이 복합오염된 알칼리 토양에서는 AMDS의활용을 고려해볼 수 있을 것이다.
안정화제의 처리는 중금속 총 농도보다는 생물유효 도에는 큰 변화를 일으키며, 본 연구에서도 안정화제의 종류에 따라 토양 중금속의 생물유효도 뿐만 아니라 실제 식물의 흡수량 또한 다양하게 나타났다. 따라서 토양내 중금속의 존재 형태가 식물의 중금속 흡수량에 미치는 영향을 비교하기 위하여 토양분석결과와 식물체흡 수량 사이의 상관관계를 통계적으로 분석하였다 (Table 3).
05). 엽채류의 Cd과 Pb 허용농도는 생중량 기준 각각 0.2mg/kg 그리고 0.3 mg/kg으로, 본 연구에서는 대조구와 안정화처리구 모두 안전한 농작물을 생산할 수 있었다. 마늘의 대조구에서 Cd 흡수량은 0.
05). 유효도 저감 효과는 대조구 대비 33%수준까지 감소한 Zn이 가장 높았으며, Pb, Cd, Cu 순으로 감소하였다. 대조구를 기준으로 보면, 토양 내 미량원소의 총함량 (mg/kg) 중 생물유효도 (mg/kg)가 차지하는 분율 [%, 유효도 (mg/kg) / 총함량 (mg/kg) ⅹ 100]은 As, Cd, Cu, Pb, 그리고 Zn이 각각 2.
2009). 종합해보면 안정화제 처리시 중금속의 생물유 효도가 저감되었음에도 불구하고 작물의 생산성은 LS 처리구에서 가장 낮았으며, SS의 처리는 청경채에 대해 서만 유의한 생산성 증가를 가져왔고, AMDS 처리구에 서는 모든 작물의 생산성이 가장 높게 증가하였다.
종합해보면, 중금속으로 오염된 알칼리 토양에서 중금속 흡수량 저감 및 생산성 증가 효과는 AMDS 처리시 뚜렷하게 나타났으며, 이러한 결과는 엽채류, 근채류, 과채류에서 모두 나타나 AMDS의 넓은 적용 가능성을 확인할 수 있었다. 결국 토양에 비해 상대적으로 산성을 띄어 알칼리 토양을 중화하고, 중금속에 대한 흡착과 착물형성이 가능한 안정화제가 효과적이었다.
다른 중금속에 비해 상대적으로 이동이 용이한 Cd은 식물로의 흡수량이 토양 내 총함량과 생물유효도와 대부분 양의 상관관계를 갖는 것으로 나타났다. 총함량과 식물흡수량 사이의 상관계수 (r)는 0.653, 0.666, 0.776 범위로 나타났으나, 생물유효도와 흡수량 사이의 계수는 0.834, 0.854, 0.867 범위로 나타나 총함량 보다는 생물유효도가 조금 더 강한 관계를 보여주었다. 특히 총함량 대비 생물유효도가 차지하는 분율 (%)도 고추, 마늘, 청경채가 흡수하는 경향을 설명할 수 있었다.
근채류인 마늘과 과채류인 고추 모두 AMDS 처리구에서만 생산량이 유의하게 증가하였다. 특히 고추의 경우 LS와 SS 안정화제에 의한 중금속 생물유효도 저감효과보다 양분유효도 저감에 의한 생산성 불량 효과가 더 크게 작용한 것으로 나타났다. 표준영농교본에 의거하여 정식하기 전에 적정 시비를 수행한 점을 고려해보면, 알칼리 토양에서 LS와 SS가 양분 이동성, 흡착, 침전 등에 미치는 영향에 관한 향후 연구가 필요해 보인다.
867 범위로 나타나 총함량 보다는 생물유효도가 조금 더 강한 관계를 보여주었다. 특히 총함량 대비 생물유효도가 차지하는 분율 (%)도 고추, 마늘, 청경채가 흡수하는 경향을 설명할 수 있었다. 특히 본 연구 모든 결과들 가운데 고추의 Cd 흡수를 가장 잘 설명함으 로써, 분율 지표의 향후 연구에서의 적용 가능성을 확인할 수 있었다.
그 결과 pH 상승 효과가 뛰어난 석회 보다는 중금속을 흡착 및 침전 시킬 수 있는 자리 (site)를 제공해주는 제강슬레그나 산성광산배수슬러지의 안정화효율이 우수하였다. 특히 토양에 비해 상대적으로 낮은 영전하점을 갖는 산성광산배수슬러지는 토양 pH의 과도한 상승을 억제하여 식물의 양분유효도 저감 가능성을 최소화하는 것으로 나타났다. 또한 산성광산 배수슬러지를 처리하였을 때, 서로 다른 가식 부위를 갖는 네 종류의 작물들 모두에서 흡수량 저감 및 생산성 증가 폭이 가장 높게 나타났다.

후속연구

2011). 따라서 작물의 생산성과 식품 안정성을 복합 적으로 고려한다면, 알칼리 오염 토양에서는 pH 상승 효과가 뛰어난 물질보다는 흡착 및 침전 기작을 활용하는 무기성 기반의 안정화제를 선발하는 것이 적합할 것이다.
또한 식물의 중금속 흡수및 전이를 설명할 때 토양 중금속의 총함량 보다는 생물 유효도가 더 적합하였다. 따라서 지속가능한 환경관리, 안전한 농작물 생산 그리고 인체 위해성 저감까지 고려 한다면, 생물유효도 중심의 연구 및 관리가 지속적으로 수행되어야 할 것이다. 또한 다양한 안정화제를 활용하기 위하여, 총함량뿐만 아니라 안정화 효율에 기반한 평가 기준 확장의 필요성을 확인할 수 있었다.
특히 총함량 대비 생물유효도가 차지하는 분율 (%)도 고추, 마늘, 청경채가 흡수하는 경향을 설명할 수 있었다. 특히 본 연구 모든 결과들 가운데 고추의 Cd 흡수를 가장 잘 설명함으 로써, 분율 지표의 향후 연구에서의 적용 가능성을 확인할 수 있었다. Cd에 비해 상대적으로 이동성이 낮은 Pb 은 토양의 pH, 유기물, 인산 등 다양한 인자들의 영향을 복합적으로 받는 까닭에 Cd에 비해 상대적으로 약한 상관계수가 결정되었다.
특히 고추의 경우 LS와 SS 안정화제에 의한 중금속 생물유효도 저감효과보다 양분유효도 저감에 의한 생산성 불량 효과가 더 크게 작용한 것으로 나타났다. 표준영농교본에 의거하여 정식하기 전에 적정 시비를 수행한 점을 고려해보면, 알칼리 토양에서 LS와 SS가 양분 이동성, 흡착, 침전 등에 미치는 영향에 관한 향후 연구가 필요해 보인다. 특히 고추의 경우 인산보다 칼륨양분요구도가 높은 점을 고려해야 할 것이다 (Park et al.
2016). 현재 비료공정규격에 있는 토양 개량제 중금속 기준은 총함량으로만 제한하고 있기 때문에, 용출 실험을 통한 개량제의 효율성에 대한 연구결 과가 축적된다면 토양에 활용할 수 있는 개량제의 종류와 다양성이 확대될 수 있을 것으로 사료된다.

질의응답

핵심어	질문	논문에서 추출한 답변
	안정화 공법은 무엇인가?	2011). 안정화 공법은 개량제 (Amendment)를 토양에 투입함으로써 토양 내 중금 속의 이동성 (Mobility)과 생물유효도 (Bioavailability) 를 저감시킨다. 결국 중금속 총 함량에는 변화가 없지만, 오염물질의 이동성 저감 및 토양 비옥도의 유지 측면에서 농경지에 적용하기에 가장 타당한 방안이라 할수 있다 (Hong et al.
	안정화제인 석회, 제강슬레그, 산성광산 배수슬러지의 안정화효율 비교 결과는?	석회, 제강슬레그, 산성광산 배수슬러지를 안정화제로 선발하여 생물유효도를 비교하였고, 엽채류 (배추, 청경채), 근채류 (마늘), 과채류 (고추) 등 다양한 종류의 작물을 재배하여 중금속 전이를 비교하였다. 그 결과 pH 상승 효과가 뛰어난 석회 보다는 중금속을 흡착 및 침전 시킬 수 있는 자리 (site)를 제공해주는 제강슬레그나 산성광산배수슬러지의 안정화효율이 우수하였다. 특히 토양에 비해 상대적으로 낮은 영전하점을 갖는 산성광산배수슬러지는 토양 pH의 과도한 상승을 억제하여 식물의 양분유효도 저감 가능성을 최소화하는 것으로 나타났다.
	광업활동이 환경에 끼치는 영향은 무엇인가?	광업활동은 환경을 오염시키는 중요한 인위적 오염원으로, 중금속은 광산배수 또는 광미를 통해 확산되어 인근 환경을 오염시킨다 (Al-abed et al. 2006). 국내의 경우 전국에 약 5,400여개의 광산이 존재하고, 그 중 85% 이상이 제대로 관리되어 있지 못하고 방치되어, 주변 환경과 인근 주민들의 건강까지 위협하고 있다 (KMoTIE 2010, Park et al.

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표제어: PCR

동의어: Packet Collision Rate

용어 설명 출처 목록 (6)

용어 설명: PCR은 세균 특이성이 있는 primer를 이용하여 적은 수의 세균이 있을지라도 쉽게 검출할 수 있는 유용한 방법이며, 이를 이용하여 구강 내 치면세균막이나 타액에서 직접 세균을 검출할 수 있게 되었다[8].

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