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초미세 플라스틱, 복합 오염된 땅에서 식물 뿌리에 흡수되고 미세화된다
초미세 플라스틱, 복합 오염된 땅에서 식물 뿌리에 흡수되고 미세화된다
  • 김수진 기자
  • 승인 2021.11.16 12:02
  • 댓글 0
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복합 오염된 토양에서 파편화된 초미세 플라스틱뿐만 아니라 중금속의 흡수도 증가 확인
복합 오염된 땅에서 경작된 농작물이 먹이사슬의 최상위인 인체에 유해한 영향 줄 수 있어
수계 내 미세플라스틱의 유해성과 모니터링에 비해 토양 환경에서의 연구는 부족한 실정
농작물 내 초미세 플라스틱 흡수 및 전이량을 정확히 정량하는 후속 연구 필요
게티이미지뱅크
ⓒ게티이미지뱅크

[바이오타임즈] 생활 속 미세플라틱의 노출로 환경 오염은 물론 동, 식물의 건강에 크게 위협이 되는 가운데, 최근 미세플라스틱의 유해성에 관한 연구 결과들이 속속 발표되고 있다.

미세플라스틱은 의도적으로 작게 제조하거나 기존 제품이 조각나서 미세화된 크기 5mm 이하의 합성고분자화합물이다. 화장품과 치약 등 처음부터 작게 만들어진 1차 미세플라스틱과 타이어·스티로폼·페인트·비닐 등이 부서지면서 생기는 2차 미세플라스틱으로 구분된다. 또한, 그 크기가 나노미터(100nm 이하)의 경우 초미세 플라스틱으로 분류한다.

세계 각국은 미세플라스틱의 심각성을 인지하고 마이크로비즈의 사용을 규제하는 법안을 만들었으며, 국내에서도 2017년 미세플라스틱 규제 관련 개정안을 고시하여 씻어내는 화장품과 일부 구강용품에서 마이크로비즈가 전면 금지됐다.

초미세 플라스틱의 유해성은 이미 여러 연구에서 밝혀진 바 있으며, 최근에는 상추나 밀과 같은 농작물 내부로 초미세 플라스틱이 흡수될 수 있다는 연구 결과가 나오기도 했다.

이처럼 미세플라스틱이 해양생태계를 넘어 토양에 끼치는 영향에 대한 연구도 점차 확대되는 가운데, 국내 연구진이 복합 오염된 토양에서의 미세플라스틱이 미치는 영향에 대한 연구 결과를 발표했다.
 

​안정성평가연구소, 한국과학기술연구원, 포스텍 공동연구팀의 해당 연구는 영국왕립화학회(Royal Society of Chemistry) 소속 국제 SCI 저널 ‘Environmental Science: Nano’에 승인되어 10월에 발표됐으며, 표지 논문으로 선정됐다(사진=안전성평가연구소)​
​안정성평가연구소, 한국과학기술연구원, 포스텍 공동연구팀의 해당 연구는 영국왕립화학회(Royal Society of Chemistry) 소속 국제 SCI 저널 ‘Environmental Science: Nano’에 승인되어 10월에 발표됐으며, 표지 논문으로 선정됐다(사진=안전성평가연구소)​

◇복합 오염된 토양에서 파편화된 초미세플라스틱 뿐만 아니라 중금속의 흡수도 증가 확인

안전성평가연구소(소장 정은주), 한국과학기술연구원(원장 윤석진), 포스텍(총장 김무환) 공동 연구팀은 복합 오염된 토양 환경에서 초미세 플라스틱이 식물체 뿌리 내에 흡수되고 미세화되는 현상을 최초로 확인했다고 밝혔다.

해당 연구는 영국왕립화학회(Royal Society of Chemistry) 소속 국제 SCI 저널 ‘Environmental Science: Nano’에 승인되어 10월에 발표됐으며, 표지 논문으로 선정됐다(논문명: Fragmentation of nanoplastics driven by plant–microbe rhizosphere interaction during abiotic stress combination)[제1저자: 윤학원(안전성평가연구소), 공동저자: 김준태(한국과학기술연구원), 교신저자: 김은주(한국과학기술연구원), 장윤석(포스텍)]

공동 연구팀은 초미세 플라스틱과 중금속 등 오염물질로 토양이 복합 오염된 경우, 식물 내부로 더욱 잘게 쪼개진 2차 미세플라스틱이 흡수될 수 있고, 복합 오염된 중금속의 흡수량이 단순 중금속 오염 대비 15% 증가할 수 있다는 것을 확인했다.

연구팀의 설명에 따르면 이번 연구는 복합 오염된 환경에서 파편화된 초미세 플라스틱 뿐만 아니라 중금속의 흡수도 증가했다는 점을 확인했다는 것이 기존 연구와 차이가 있다.

즉, 다양한 오염물질로 복합 오염된 토양에서 경작된 농작물이 먹이사슬의 최상위인 인체에 유해한 영향을 줄 수 있다는 것을 확인했다는 점에서 연구 가치가 매우 크다는 것이다.

지금까지 해양, 담수 등의 수계 내 미세플라스틱의 유해성과 모니터링은 상대적으로 잘 규명되어 있으나 토양 환경에서의 미세플라스틱 영향에 대한 연구와 이해는 부족한 실정이었다.

현재 토양 환경에 방치된 각종 매립 폐기물과 농작 시 사용되는 멀칭필름(Mulching Film)은 연간 70만 톤 이상이 사용되고 있으며, 기후 등에 의해 미세화 되어 토양으로 유입되고 있다.

이렇게 토양에 흡수된 미세플라스틱은 자연적 분해가 어려우므로 토양에 지속해서 축적되어 생물체와 생태계에 영향을 미칠 수 있다.

카드뮴(Cd)과 나노플라스틱(NP)에 노출된 식물 생육 상태(사진=안전성평가연구소)
카드뮴(Cd)과 나노플라스틱(NP)에 노출된 식물 생육 상태. 카드뮴과 나노플라스틱 각각 단독으로 오염된 토양의 경우는 식물 생육에 큰 영향을 미치지 못하지만 카드뮴과 나노플라스틱으로 복합 오염된 토양의 경우 독성 상승효과(Synergitic effect)에 의해 식물 생육이 저해되는 것을 확인할 수 있다(사진=안전성평가연구소)

◇농작물 내 초미세 플라스틱 흡수 및 전이량을 정확히 정량하는 후속 연구 필요

공동 연구팀은 초미세 플라스틱의 토양-식물 흡수와 미세화 현상 확인을 위해 카드뮴(Cd)과 폴리스티렌(PS, Polystyrene)의 나노입자로 복합 오염된 토양에서 식물(애기장대)을 생육했으며, 21일 된 뿌리와 잎의 횡단면 세포를 투과전자현미경을 통해 관찰했다.

그 결과, 카드뮴과 나노 플라스틱 각각 단독으로 오염된 토양의 경우는 식물 생육에 큰 영향을 미치지 못하지만, 카드뮴과 나노 플라스틱으로 복합 오염된 토양의 경우 독성 상승효과(Synergitic Effect)에 의해 식물 생육이 저해되는 것을 확인할 수 있다.
 

식물 내부로 미세플라스틱이 흡수된 뿌리 세포 현미경 사진. 전자현미경을 통해 관찰한 결과, 세포 내부에 존재하고 있는 미세플라스틱의 입자 크기는 평균 30nm으로 확인되었으며 토양에 주입하였던 미세플라스틱 입자크기 50nm 보다 미세화 된 것을 확인할 수 있다. c와 d의 사진은 a와 b의 빨간색 사각형의 이미지를 확대한 사진이다(사진=안전성평가연구소)
식물 내부로 미세플라스틱이 흡수된 뿌리 세포 현미경 사진. 전자현미경을 통해 관찰한 결과, 세포 내부에 존재하고 있는 미세플라스틱의 입자 크기는 평균 30nm으로 확인됐으며, 토양에 주입했던 미세플라스틱 입자크기 50nm 보다 미세화 된 것을 확인할 수 있다. c와 d의 사진은 a와 b의 빨간색 사각형의 이미지를 확대한 사진이다(사진=안전성평가연구소)

특히, 세포 내 초미세플라스틱의 입자 크기는 평균 30nm으로 확인됐으며, 이는 토양 내 최초로 주입한 입자 크기인 50nm보다 작으며 입자가 거칠게 변화한 것을 확인할 수 있었다.

이는 식물 대사 작용을 통해 나오는 저분자 유기산과 근권(식물 뿌리둘레의 영역) 주변 미생물 군집 활성 변화를 통해 초미세 플라스틱이 단분자화(Depolymerization) 되거나 더 작은 크기의 플라스틱 조각으로 분해되는 것을 의미한다.

본 논문의 주저자인 안전성평가연구소 환경독성영향연구센터 윤학원 박사는 “이번 연구 결과를 바탕으로 국내에 유통되고 있는 농산물에 대한 초미세 플라스틱 흡수와 오염도 조사가 필요할 것으로 보인다”라며 “아직은 전처리 등의 어려움으로 인해 농작물 내 초미세 플라스틱 흡수 및 전이량을 정확히 정량하는 방법 등이 고안되지 않아 이를 위해 계속 연구를 수행해나갈 계획이다”라고 말했다.

 

[바이오타임즈=김수진 기자] sjkimcap@biotimes.co.kr


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