Introduction
석회보르도액은 19세기 말 프랑스의 보르도시 지역 포도재배지에서 황산구리와 석회의 혼합물이 포도 노균병에 효과가 있는 것을 발견한 이래 지금까지 과수나 화훼작물의 보호살균제로 이용되고 있다. 석회보르도액의 병에 대한 예방효과는 좋은 편이나, 농업인이 직접 조제하기가 번거롭기 때문에 그 동안에는 화학 농약 위주의 방제가 주로 많이 이루어져 왔다. 그러나 최근 약제 잔류에 의한 문제가 대두되면서 친환경 재배를 하는 포장에서 석회보르도액을 사용하는 농가가 늘어나면서 화학농약 대체제로 살포하는 빈도가 늘어나고 있다 (Jung et al., 2013; Lee et al., 2012). 그러나 석회보르도액은 구리 (Cu)와 아연 (Zn)과 같은 중금속을 함유하고 있어 석회보르도액의 지속적인 사용에 따른 토양 및 작물의 중금속 축적에 대한 우려가 있다 (Jung et al., 2014). 따라서 최근 유럽 국가들은 석회보르도액을 유기농업에 활용할 수 없도록 금하고 있다. 또한 국내 일부 감귤농장에서 구리제 사용에 따른 구리피해가 발생되기도 하여 검토가 필요한 실정이다 (Hyun et al., 2005; Moonenaar et al., 1998).
살균제로서 유황은 1800년대 프랑스에서 포도 흰가루병으로 인하여 포도주 생산량의 80%까지 감소하면서 포도 흰가루병을 방제하기 위하여 본격적으로 사용되기 시작하였고 (Shim et al., 2014; Tiecher et al., 2017), 1845년 미국으로 전해져 포도과원에 흰가루병 뿐만 아니라 응애에도 방제효과가 있어 광범위하게 사용되게 되었다 (Buchanan and Amos, 1992; Emmett et al., 1992). 유황은 유기농업자재로서 미국, 유럽, 우리나라 등지에서 사용이 허용되어 있다 (Ahn, 2010; EPA, 1991; OMRI 2012). 그리고 현재까지 우리나라에도 친환경 유기농 병해충 방제목적으로 사용할 수 있는 친환경유기농업자재의 원료로 허용되어 있으며, 유황을 함유하고 있는 제품이 시중에 판매되고 있다.
유기농업을 실시하는 과수 및 고추 재배농가에서는 병해충 방제를 위해 석회보르도액과 유황합제를 함께 사용하고 있다. 그러나 현재까지 우리나라에 토양 및 작물의 중금속 안전성을 고려한 석회보르도액과 유황합제에 대한 정확한 권장량이 설정되어 있지 않은 실정이다. 따라서 본 연구에서는 석회보르도액과 유황합제의 사용 권장량 설정을 위한 기초자료를 제공하기 위해 두 유기농업자재의 사용량에 따른 토양 및 재배작물의 중금속 축적량을 평가하기 위해 실시되었다.
Materials and Methods
공시토양 및 공시유기농업자재 특성 연구를 수행하기 위해 경남 밀양시 부북면 오례리에 소재하는 부산대학교 부속농장 밭토양 (35°30´07˝.6N 128°43´16˝.0E)을 공시토양으로 선정하였다. 자세한 공시토양의 화학적 특성은 Table 1과 같으며, 우리나라의 일반적 농경지 토양성과 유사하였다. 또한 시험에 사용된 공시유기농업자재인 석회보르도액과 유황합제는 밀양지역 과수농가를 대상으로 가장 많이 사용되는 제재를 선발하였으며, 석회보르도액의 공시번호는 공시-2-4-**으로 소석회 (Ca(OH)2)와 황산동 (CuSO4․5H2O)이 주성분이며, 황화칼슘 (CaS)이 주성분인 유황합제의 공시번호는 07-유기-4-**으로 최종 선정하여 사용하였다.
†Means warning criteria of each heavy metals established by Korean Soil Environmental Conservation Act.
‡tr: trace.
포트시험 유기농업 농가에서 석회보르도액과 유황합제를 사용에 따른 토양에 직접 투입되는 평균량을 조사하기 위해 경남지역에 분포하는 10개의 농가를 임의적으로 선발하였다. 농가에서 사용하는 석회보르도액과 유황합제의 살포시 토양에 직접 투입되는 두 유기농업자재의 연간 평균투입량은 각각 2.56 l ha-1와 1.28 l ha-1이었다. 토양과 작물 내 중금속의 축적량을 조사하기 위해 2016년 5월 22일에 고추를 정식하여 온실의 포트에서 재배하였다. 고추 정식 후 석회보르도액과 유황합제의 평균 사용량 (2.56 l ha-1와 1.28 l ha-1)의 0, 1, 3, 9 배를 각각 토양에 처리하였다. 사용된 포트는 1/2000 a 와그너포트로 농경지 토양 18 kg을 충진하여 3반복으로 난괴법에 의해 배치하였다. 모든 처리구에 질소 (N 190 kg ha-1), 인산 (P2O5 112 kg ha-1), 칼리 (K2O 150 kg ha-1), 석회 (1.5 Mg ha-1), 축분퇴비 (20 Mg ha-1)를 동일한 양으로 처리 하였다. 30일 이후부터 포트당 1주 씩 정식된 고추 모종에서 약 10일 마다 총 4번 고추를 수확하였으며, 수확한 고추를 건조하여 무게를 측정하였다.
토양 및 식물체 분석 및 중금속 함량 분석 고추 수확 후 토양시료는 풍건세토 하여 2 mm체로 걸러내어 중금속 함량 분석에 이용하였다. 토양의 총 중금속 함량은 왕수 (염산:질산의 비 3:1)로 분해하여 (Noh et al., 2017) 중금속 As, Cd, Cu, Ni, Pb, Zn은 ICP-OES (Inductively coupled plasma optical emission spectrophotometer, Perkinelmer ICP optima 5300DV, United states)를 이용하여 측정하였고, Hg은 수은 분석기 (NIC mercury analyzer MA-3000, Japan)를 사용하여 측정하였다. 이후 건조 된 알타리무는 분쇄하여 중금속 함량 측정을 위한 시료로 사용되었다. 고추 재배기간 동안 수확된 고추는 48시간 동안 건조기 (Dry oven)에서105°C의 온도로 건조되었다. 건조된 시료 1 g을 채취하여 ternary solution 으로 분해시킨 후 ICP-OES 로 중금속의 함량을 측정하였다.
통계분석 시험 토양 및 작물 내 총 중금속 함량과 고추 수확량 데이터의 통계분석을 위해 SAS 통계프로그램 (버전 9.2)을 이용하였다. 처리간의 차이를 비교하기 위하여 조사된 자료는 ANOVA 검증을 통하여 분석하였다. F-test 결과 값이 p < 0.05의 범위에서 유의한 경우에만 최소 유의차 검정 (LSD)을 실시하였다.
Results and Discussion
생육특성 석회보르도액과 유황합제를 농가에서 사용하는 평균량으로 시용하였을 때 고추수량은 무처리와 유사하게 나타났으나 3배 이상으로 처리 시 수량의 유의한 감소가 나타났다 (Fig. 1). 시용량을 9배까지 증가시켰을 때 고추 정식 후 50일 째에 고추가 고사하는 결과를 나타냈다. 이러한 결과의 원인은 석회보르도액에 포함되어 있는 다량의 Cu와 Zn에서 기인된 것으로 판단된다. 비록 Cu와 Zn이 작물의 생육에 필수적인 원소이기는 하지만 토양 용액 내 고농도의 Cu와 Zn 은 다른 양분의 흡수를 방해하여 식물영양학적 불균형을 초래할 수 있다 (Panou-Filotheou et al., 2001). 또한 과도한 양의 Cu와 Zn 은 작물 내 활성산소를 증대시켜 광합성 및 엽록소의 합성을 저해한다 (Chen et al., 2008; Dhir et al., 2008; Girotto et al., 2013; Gratao et al., 2005). 따라서 과도한 양의 석회보르도액과 유황합제의 사용은 고추의 생육을 저해하여 결국 고사하게 될 수 있으므로 유기농가에서는 사용량의 조절에 각별한 주의가 요구된다.
유기농업자재 중금속 함량 및 토양 및 작물 내 중금속 함량 먼저, 본 시험에 사용된 공시토양은 As를 포함한 8종의 중금속 함량이 토양오염 우려기준을 초과하지 않는 것으로 나타났다. 또한 시험에 사용된 유기농업자재인 석회보르도액 내 중금속 함량 중 Cu와 Zn의 함량은 각각 845 mg kg-1과 3,477 mg kg-1으로 다른 중금속에 비하여 상대적으로 높게 나타났다 (Table 2). 유황합제의 경우, 다른 중금속에 비해 Cu와 Zn의 함량이 상대적으로 높게 나타났으나 석회보르드액에 비해 낮은 것으로 조사되었다.
†tr: trace.
†Criteria value: Maximum permissible concentration of heavy metal in soil established by Korean Soil Conservation Act.
‡Average value: Average concentration of heavy metals in Korean arable soils.
§tr: trace.
석회보르도액과 유황합제의 처리량을 증가시킴에 고추 수확 후 토양 내 As, Cd, Hg, Ni, Pb의 총 함량의 유의한 증가는 없었다 (Table 3). 또한 두 유기농업자재를 농가 사용 평균량의 9 배까지 사용하여도 토양 내 조사된 7종의 총 중금속 함량은 토양오염 우려기준을 초과하지 않았다. 그러나 두 유기농업자재의 사용량을 증가시킴에 따라 토양 내 Cu와 Zn의 총 함량은 유의적으로 증가하였다. 특히 두 유기농업자재의 사용량이 농가 사용량의 1 배를 사용하였을 때 Cu와 Zn의 함량은 무처리와 통계적으로 유의한 차이가 없었으나 사용량을 3배 이상으로 증가시켰을 때 Cu와 Zn의 함량은 현저히 증가하였다. 이상과 유사한 결과는 Moolenaar and Beltrami (1998)에 의해 보고된 적이 있다. 해당연구에서 석회보르도액을 연간 15,000~49,000 g ha-1로 사용하였을 때 토양 내 Cu와 Zn의 함량이 각각 158 mg kg-1과 258 mg kg-1로 EU의 Cu와 Zn의 기준치인 27 mg kg-1과 35 mg kg-1을 초과하는 것으로 보고하였다. 본 연구에서 석회보르도액과 유황합제를 농가 사용량의 3 배 이상 사용 시 토양 내 Cu와 Zn 의 함량은 토양오염 우려기준을 초과하지 않았으나 우리나라 밭토양의 평균 Cu와 Zn 의 함량에 비해 높은 것으로 나타났다. 따라서 과도한 양의 석회보르도액과 유황합제의 사용은 토양 내 Cu와 Zn 과 같은 중금속의 축적을 유발할 수 있을 것으로 판단된다.
†Permissible safety level: Maximum permissible safety level for agricultureal products established by Ministry of Food and Drug Safety of Korea.
‡tr: trace.
고추 재배기간 동안 수확된 고추 내 중금속의 함량은 조사한 결과, 석회보르도액과 유황합제의 시용량 증가에 따라 고추 내 As, Cd, Cu, Hg, Ni, Pb 함량은 높아지지 않았다 (Table 4). 현재까지 우리나라에는 농산물 내 중금속에 대한 허용기준이 Cd과 Pb에 대해서 만이 각각 0.1 mg kg-1과 0.2 mg kg-1로 설정되어 있다 (식품의약안전처, 2011). 두 유기농업자재의 사용에 의한 고추 내 Cd와 Pb의 함량은 중금속 허용기준치를 초과하지 않았다. 고추 내 Zn 의 함량은 석회보르도액과 유황합제의 사용에 따라 유의하게 증가하였다. 두 유기농업자재의 사용량을 농가 사용량의 1 배 이상으로 증가 시 Zn의 함량은 무처리에 비해 약 2 배 증가하는 결과를 나타냈다. Zn 은 작물의 생육에 필수적인 미량필수원소이지만 과량 흡수 시 오히려 작물의 생육을 저해하여 수량을 낮출 수 있다. 고추의 수량 결과 (Fig. 1)에서 나타난 바와 같이 두 유기농업자재의 사용량 증가에 따라 수량이 감소하는 원인은 고추 내 Zn의 과도한 흡수량 증대에서 기인된 것으로 판단된다. 하지만 본 연구는 고추를 사용하여 토양에 직접 처리한 것으로 제한적인 실험결과임을 감안할 때, 두 유기농업자재의 실제 사용량 선정에 있어서 도움이 될 수 있게 다양한 작물과 다양한 접근을 통한 전반적인 연구가 더 필요하다고 판단된다.
Conclusions
석회보르도액과 유황합제의 사용량을 농가 평균 사용량 (각각 연간2.56 l ha-1와 1.28 l ha-1)의 9 배까지 증가시켰을 때 토양 내 As, Cd, Cu, Hg, Ni, Pb, Zn의 함량은 토양오염 우려기준을 초과하지 않았다. 그러나 토양 내 Cu와 Zn 의 함량은 사용량 증가에 따라 유의적으로 증가하였으며 우리나라 밭토양의 평균 함량 보다 높았다. 또한 석회보드도액과 유황합제를 3 배 이상 증가 시 고추 내 Zn 함량이 과도하게 증가하여 수량 감소의 원인이 된 것으로 판단된다. 따라서 유기농업 재배를 실시하는 과수 및 고추 농가에서는 석회보르도액과 유황합제 사용 시 농산물의 중금속 안정성과 생산성을 고려하여 과도한 양을 사용하지 않도록 각별한 주의가 요구된다.
