[논문]유류오염지역 부지 내 TPH 수직 농도 분포에 따른 미생물 생태 특성

송수민; 문희선; 한지연; 신제현; 정승호; 정찬덕; 조성현

doi:10.7857/jsge.2022.27.s.051

유류오염지역 부지 내 TPH 수직 농도 분포에 따른 미생물 생태 특성
Characteristics of the Microbial Community Responding to the Vertical Distribution of TPH Concentrations in the Petroleum-Contaminated Site 원문보기

지하수토양환경 = Journal of soil and groundwater environment, v.27 no.spc, 2022년, pp.51 - 63

송수민 (한국지질자원연구원 기후변화대응연구본부 지하수환경연구센터) , 문희선 (한국지질자원연구원 기후변화대응연구본부 지하수환경연구센터) , 한지연 ((주)한울생명과학) , 신제현 (한국지질자원연구원 기후변화대응연구본부 지하수환경연구센터) , 정승호 (한국지질자원연구원 기후변화대응연구본부 지하수환경연구센터) , 정찬덕 (한국농어촌공사 농어촌연구원 미래농어촌연구소) , 조성현 (서울대학교 농생명과학공동기기원)

Abstract ▼ AI-Helper

In this study, the TPH(Total Petroleum Hydrocarbon) contamination and microbial ecological characteristics in petroleum-contaminated site were investigated through the correlation among the vertical TPH contamination distribution of the site, the geochemical characteristics, and the indigenous microbial ecology. The high TPH concentration showed in the vicinity of 3~4 m or less which is thought to be affected by vertical movement due to the impervious clay layer. In addition, the TPH concentration was found to have a positive correlation with Fe2+, TOC concentration, and the number of petroleum-degrading bacteria, and a negative correlation with the microbial community diversity. The microbial community according to the vertical distribution of TPH showed that Proteobacteria and Firmicutes at the phylum level were dominant in this study area as a whole, and they competed with each other. In particular, it was confirmed that the difference in the microbial community was different due to the difference in the degree of vertical TPH contamination. In addition, the genera Acidovorax, Leptolinea, Rugoshibacter, and Smithella appeared dominant in the samples in which TPH was detected, which is considered to be the microorganisms involved in the degradation of TPH in this study area. It is expected that this study can be used as an important data to understand the contamination characteristics and biogeochemical and microbial characteristics of these TPH-contaminated sites.

주제어

표/그림 (9)

그림 Fig. 1. (a) Geological maps and soil sampling points, (b) land use from 1919 to 2015 of the study area.
그림 Fig. 2. The core logs and depth profile of TPH and Fe²⁺ concentration each sampling site. (The yellow and green bars of the bar graph indicate Fe²⁺ and Total Fe, respectively. The red line represents TPH).
그림 Fig. 3. Relationship between (a) TPH and Fe²⁺ concentration; (b) TPH and TOC concentration; (c) TPH concentration and petroleum- degrading bacteria.
그림 Fig. 4. Depth profiles of (a) pH, (b) TOC, (c) SO₄^2-, and (d) water content in each sampling site.
표 Table 1. TPH concentration, OTU and α-diversity of 23 soil samples
그림 Fig. 5. Microbial taxonomic compositions in soils of (a) M1, (b) M2, (c) M3, (d) M4, (e) M5, (f) M6, and (g) M7 at phylum level.
그림 Fig. 6. Correlation analysis between abundance of Proteobacteria and Firmicutes in TPH-contaminated site.
그림 Fig. 7. UPGMA (Unweighted Pair Group Method with Arithmetic Mean) clustering at species level and TPH concentration.
그림 Fig. 8. Microbial taxonomic compositions of (a) phylum level, and (b) genus level in soil without TPH and with TPH.

AI 본문요약
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문제 정의

본 연구에서는 유류오염부지의 TPH 오염분포와 토착 미생물 군집 및 지질의 지화학 특성의 상관 관계 등을 통해 현장 부지 오염 특성을 파악하고자, TPH의 수직적인 농도 분포에 따른 미생물 생태 특성을 비교해보고, TPH 노출에 따른 토착 미생물 군집 구조사이의 상호작용 및 지질 매질의 생지화학적 특성에 대해 알아보고자 하였다.

제안 방법

TPH 농도에 따른 미생물 생태 특성을 비교하고자 심도 5 m이하의 토양 시료에 대해서 Fast DNA Spin Kit for Soil(MP Bio)을 이용하여 제조사의 방법에 따라 genomic DNA(gDNA)를 추출하였다. 추출된 DNA의 농도와 순도에 대한 QA/QC는 Multiskan SkyHigh Microplate Spectrophotometer(ThermoFisher scientific; USA)와 아가로스(Agarose)겔을 사용한 전기영동실험을 통해 확인하였다.
50 mL 코니칼튜브에 약 5g을 시료를 채취하여 바로 분석에 이용하였으며, 약 10 g 정도 각각 채취하여 냉장 상태(4℃)를 유지하며 실험실로 운반하여 분석 전까지 -70℃ 냉동 보관하였다. TPH, Fe, 미생물 분석을 위한 시료 채취 후, 각 지점의 심도별 채취 토양은 이화학특성 분석을 위해 사용하였다.
TPH 농도에 따른 미생물 생태 특성을 비교하고자 심도 5 m이하의 토양 시료에 대해서 Fast DNA Spin Kit for Soil(MP Bio)을 이용하여 제조사의 방법에 따라 genomic DNA(gDNA)를 추출하였다. 추출된 DNA의 농도와 순도에 대한 QA/QC는 Multiskan SkyHigh Microplate Spectrophotometer(ThermoFisher scientific; USA)와 아가로스(Agarose)겔을 사용한 전기영동실험을 통해 확인하였다.

대상 데이터

모든 실험 결과는 EXCEL 2021의 통계 데이터 분석을 사용하여 수행되었다. 상관관계를 평가하기 위해 신뢰수준 95%에서 correlation analysis를 수행하여 결과의 통계학적 유의성을 평가하였다(p<0.

데이터처리

상관관계를 평가하기 위해 신뢰수준 95%에서 correlation analysis를 수행하여 결과의 통계학적 유의성을 평가하였다(p<0.05).

성능/효과

UPGMA(Unweighted Pair Group Method with Arithmetic Mean) Clustering 결과, TPH가 검출되지 않은 시료들은 검출된 시료들 사이사이에 위치하며 M6-1~M5-3은 유사한 미생물 생태 특성을 나타내어, species수준의 미생물 군집 사이 유사성이 토양 내 TPH농도와 관련이 있음을 확인하였다(Fig. 7).
7). 또한, TPH가 저농도일 때 유류분해균수가 증가하다가 일정 농도에 도달하면 증가하지 않고 일정하게 유지되는 것으로 나타났다(Fig. 3(c)).
연구지역 시추 코어 로깅 분석 결과, 전체적으로 sand 혹은 sand/silt질의 토양 특성을 나타냈으며, 지하수위는 2~2.4 m 범위에서 변화하고 연구부지의 북동쪽이 높게 확인되어 남서쪽으로 지하수의 유동이 형성될 것으로 해석된다. 또한 지표 아래 3~4 m 이하 부근에서 상대적으로 점토를 많이 함유한 지층이 관찰되었다.
전체적으로 연구지역의 미생물 군집 특성을 phylum 수준에서 살펴보면, Proteobacteria와 Firmicutes가 전체시료에서 모두 검출되었으며 각각 88.5%~4.06%와 74.1%~1.14% 범위로 우세하게 나타난다(Fig. 5).
항공사진을 바탕으로 살펴본 결과, 연구지역은 1954년 철도와 논으로 토지를 이용하였으며, 1968년부터 2015년까지 여러 곳에 군부대에서 사용한 지상유류저장시설이 존재 했던 곳으로 확인된다(Fig. 1(b)).

후속연구

유류 오염 부지의 효율적인 정화를 위해서는 TPH 오염 분포 및 생지화학적 환경특성, 미생물 생태 등의 현장 특성에 기본적인 이해가 매우 중요하며, TPH 오염부지의 정화 기간 동안의 미생물 군집 특성 및 미생물 활성의 변화 모니터링이 필요하다. 본 연구는 이러한 TPH 오염 부지의 오염 특성과 생지화학 및 미생물 특성을 파악하는데 중요한 자료로 활용될 수 있을 것이라 기대한다.
유류 오염 부지의 효율적인 정화를 위해서는 TPH 오염 분포 및 생지화학적 환경특성, 미생물 생태 등의 현장 특성에 기본적인 이해가 매우 중요하며, TPH 오염부지의 정화 기간 동안의 미생물 군집 특성 및 미생물 활성의 변화 모니터링이 필요하다. 본 연구는 이러한 TPH 오염 부지의 오염 특성과 생지화학 및 미생물 특성을 파악하는데 중요한 자료로 활용될 수 있을 것이라 기대한다.

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저자의 다른 논문 :

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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