상추 재배토양 중 살균제 Procymidone의 작물전이량

서 론

Procymidone {N-(3,5-dichlorophenyl)-1,2-dimethylcyclopropane-1,2-dicarbox amide}는 dicarboxamide계 침투성 살균제로서, 예방 및 치료효과를 모두 보이며 뿌리로부터 잎이나 꽃으로 전이되는 것으로 알려져 있다(Tomlin, 2015).

국내에서는 딸기, 고추, 오이, 토마토, 포도 등의 잿빛곰팡이병 방제 및 수박, 복숭아 등의 덩굴마름병, 잿빛 무늬병에 등록되어 사용되고 있지만(KCPA, 2016), 유통농산물 안전성 조사시 가장 높은 빈도로 검출되는 성분으로 알려져 있다(Kim et al., 2011a; Ahn et al., 2012). 2010년부터 2012년까지 가락동 농수산물 도매시장에 반입된 들깻잎 4,063건과 상추 2,248건의 시료 잔류농약 분석결과, 들깻잎은 812개 시료에서 농약이 검출되었고 그중 40건이 잔류허용기준을 초과한 부적합농산물 이었다. 한편 상추의 경우는 108건의 시료에서 잔류농약이 검출되었고 그중 10건이 부적합 농산물 이었다. 들깻잎 중 주요 검출 농약은 azoxystrobin 198회, diethofencarb 179회, tebufenpyrad 118회로 전체 검출건수의 47.5%를 차지하였다. 상추에서는 endosulfan 19회, procymidone 17회, dimethomorph 13회로 전체 검출건수의 41.5%를 차지하였다(Park et al., 2015a).

또한, 2014년 3월부터 8월까지 온라인 쇼핑몰과 친환경 농산물 온라인 쇼핑몰등 온라인 판매처 20곳에서 판매되는 친환경 농산물 124건에 대한 잔류농약 실태조사 결과, 가장 빈도가 높게 검출된 농약은 azoxystrobin, dimethomorph, procymidone 순이었고, procymidone은 취나물, 부추, azoxystrobin은 취나물, 깻잎, dimethomorph는 열무, 깻순에서 검출되었다(Park et al., 2015b).

2009년 1,776건, 2010년 1,592건, 2011년 1,489건, 2012년 1,733건 총 6,590건의 전국 GAP인증 농산물 농약잔류량 조사 결과, 검출율 5% 이상의 주요검출 농약은 carbendazim, procymidone, endosulfan, chlorpyrifos, cypermethrin, EPN이었고, 잔류허용기준을 초과하여 부적합판정을 받은 성분은 carbendazim, pencycuron edofenphos, pyridaben이었고, 미등록농약 검출로 부적합 판정을 받은 농약성분은 endosulfan이 23회로 가장 많고, procymidone 16회, chlorpyrifos 8회 등, 그 외 40종 성분들이 127회의 부적합 농산물로 판정되었다(Kim et al., 2013).

2011년 서울 북부지역 유통 농산물 2,914건을 대상으로 284종 농약 잔류실태 조사결과, 431건에서 농약이 검출되어 14.8%의 검출율을 보였고, 농약 검출빈도가 높은 농산물은 들깻잎(40.0%), 참나물(35.5%), 비름나물(30%), 시금치(27.7%) 순이었다. 검출된 농약성분은 59종이었고 검출빈도가 높은 농약은 procymidone, 잔류허용기준을 초과한 농약은 tolclofosmethyl, endosulfan, dimethomorph, diniconazole, fludioxonil 등 21종이었다(Han et al., 2012)

2010년 서울 강북지역 유통 농산물 3,081건중 내분비 장애추정농약 33종의 오염상태조사 결과 12종의 농약이 600회 검출되었고 22회 부적합 농산물로 판명되었다. 검출빈도가 가장 높은 농약은 procymidone이었고, 부적합빈도는 endosulfan이 가장 높았다. 검출빈도 대비 부적합율이 높은 성분은 diazinon 이었다(Kim et al., 2011b)

한편, 토양 중 잔류농약 오염실태 조사 결과, 2000년 시설재배지 토양 170점 중에서는 57종의 농약이 검출되었고 그중 토양 살충제인 endosulfan과 살균제 procymodone이 검출빈도 각각 65.3, 50%를 보였고, 2004년 시설재배지 토양 150점 중에서는 19종의 농약이 검출되었고, 살충제인 endosulfan과 살균제 procymodone이 검출빈도 각각 21.3, 9.3%로 감소하였다. 그 외 과수원 토양, 밭토양 검사결과에서도 procymidone은 높은 검출빈도를 보였다(Park et al., 2013).

안전한 농산물 생산하고 공급하기 위한 많은 노력 덕분에 매년 발표되는 국내 생산 농산물의 부적합율은 점진적으로 감소하고 있지만(Kim et al., 2014; MFDS 2012), 여전히 국내 유통 친환경 유기농산물 중 잔류 농약 검출에 관한 문제가 보고 되고 있다(Kim et al., 2011a; Ahn et al., 2012). 농산물의 부적합은 해당 농산물에 등록이 되어 있지 않은 농약이 검출되거나 살포된 농약이 해당 작물이 잔류허용기준치를 초과할 경우 발생되며, 이러한 의도치 않은 부적합 농산물이 발생되는 요인 중 하나는 토양에 잔류된 농약이 후 작물로 흡수 이행되어 후작물의 잔류량에 영향을 미치는 경우이다(Hwang et al., 2014; Paterson and Mackay, 1994).

토양에 처리된 농약은 지표면에서 강우로 인한 유출로 하천을 비롯한 수생태계에 유입될 수 있고, 토양 유기물이나 점토광물 등에 흡착되거나 또는 흡착된 성분이 다시 물에 탈착되기도 하며, 일부의 농약은 토양 중에서 직접 용탈이 되기도 한다. 한편 토양 중 잔류하는 농약은 토양 미생물 등에 의하여 분해되거나, 재배되는 작물에 의해 흡수되거나, 기타 비생물학적 요인에 의해 분해되어 진다. 또한 토양 잔류농약은 여러경로를 거쳐 대사되거나 또는 토양중의 유기물 분획에 잔류하게되며, 일부는 무기화하여 대기중으로 방출되기도 한다(Lee, 2010)

작물에 살포된 후 토양에 낙하하거나 토양에 직접혼화 처리되어 잔류하는 농약이 작물의 뿌리를 통해 흡수되어 줄기, 잎, 및 과실등으로 이행될 수 있고, 흡수 이행정도는 작물의 특성과 농약의 이화학적 성질 및 재배 토양의 특성에 따라 상이하기 때문에 지상부로의 이행성이 높은 작물인 경우, 오염토양에서의 식물 생육 및 이용시 안전성이 확보되기 어렵다고 볼 수 있어, 농약에 대한 작물 흡수 이행 정도와 토양 중 동태를 구명하는 연구는 농산물의 안전성을 확보하는 점에서 매우 중요한 일이라 할 수 있다(Hwang et al., 2014, Lim et al., 2016).

따라서, 본 연구에서는 살균제 procymidone의 상추로의 흡수이행 정도를 평가하기 위하여 약제가 살포된 토양에서 상추를 재배하고 수확 시 상추 중 잔류량을 분석하였고, 안전농산물을 생산하기 위한 기준을 제안하고자 하였다.

재료 및 방법

공시 작물 및 농약 처리

공시 농작물인 상추는 ‘청치마’(동오) 품종으로, 경기도 광주시 및 용인시에 위치한 농장에서 시설재배 하였고, 파종 전 토양개량제 60 kg, 제2종 복합비료(12-7-[9]+2+0.2) 10 kg를 처리, 로타리 작업을 실시하여 토양을 균질화 하고 procymidone 50% 수화제(스미렉스, ㈜동방아그로)를 약제 처리농도에 따른 흡수이행을 확인하고자, 시험포장 1 (광주, soil 1)의 경우, 7.2 g (0.36 g a.i./m², Treatment 1), 14.4 g(0.72 g a.i./m², Treatment 2)을 취하고 물로 희석하여 2.5 m × 4 m의 토양 표면에 고르게 살포하였고, 시험포장 2 (용인, soil 2)의 경우 각각 1.2 g (0.12 g a.i./m², Treatment 1), 2.4 g (0.24 g a.i./m², Treatment 2)을 취하고 물로 희석하여 2.2 × 2.4 m의 토양 표면에 고르게 처리하였다. 약제 처리 후 상추를 20 × 20 cm의 밀도로 파종하였다. 시험에 사용된 토양의 성질은 농업진흥청 토양화학분석법에 따라 분석하였으며 Table 1과 같다(RDA, 2010).

Table 1.

Characteristics of soils used

HPLC 기기 분석 조건

토양과 상추 시료 중 procymidone의 분석은 Variable Wavelength Detector (VWD)가 장착된 Agilent 1100 series HPLC (Agilent, USA)를 사용하였고 분석조건은 Table 2와 같다.

Table 2.

HPLC operation condition for the analysis of procymidone in soil and lettuce

결과 및 고찰

재배시설내 온도, 습도 및 상추의 중량변화

상추 재배 기간 동안 포장1 시설내의 일평균기온은 11.6~27.7^oC었고, 일평균습도는 46.0~85.4%, 포장 2 시설내의 일평균기온은 15.9~27.6^oC었고, 일평균습도는 55.5~84.2% 범위였다.

시료 채취시 상추개체의 평균 무게는 포장1 저농도 처리구에서는 35일차 17.4 g에서 43일차 73.4 g으로 증가하였고, 고농도 처리구에서는 10.2 g에서 45.0 g으로 증가하였다. 포장2 저농도 처리구에서는 22일차 3.6 g 에서 36일차에 65.8 g으로 증가하였고, 고농도 처리구에서는 2.9 g에서 41.3 g으로 증가하였다(Table 3).

Table 3.

Weight changes of lettuce during cultivation (g)

토양 및 상추 중 procymidone 잔류 분석법

Procymidone의 표준검량선은 1.0 ng에서 100 ng까지 상관계수가 0.9999로 직선성을 보였다.

최소 검출량(Limit of Detection, LOD)은 분석 크로마토그램상에서 신호대 잡음비의 3배 이상을 나타내는 농약의 양을 말하며 baseline으로부터 피크를 인정할 수 있는 최소의 양이다. 검출한계(Limit of Quantitation, LOQ)는 최소 검출량 또는 최소검출농도, 시료량 및 분석조작 중의 희석 배율 등을 감안하여 식 (1)과 (2)에 의해 산출된 수치로서 본 연구에 사용한 분석방법으로 정량할 수 있는 한계를 의미하며 0.05 mg/kg 이하를 추천하고 있다. 본 연구에 사용한 분석법의 검출한계는 0.02 mg/kg으로서 잔류분석법 기준에 적합하였고(RDA and KCPA, 2012), MRL 이하까지 검출 가능하였다.

$\[ \text{LOQ}\left(\text{ppm}\right)\text{, 토양=}\left[\text{최소검출량}\left(\text{1.0 ng}\right)\text{×HPLC 주입전 시료용액량}\left(\text{4 mL}\right)\text{×희석배수}\left(\text{1}\right)\right]\text{/}\left[\text{HPLC 주입량}\left(\text{10 μL}\right)\text{×시료량}\left(\text{20 g}\right)\right] \]$

(1)

$\[ \text{LOQ}\left(\text{ppm}\right)\text{, 상추=}\left[\text{최소검출량}\left(\text{1.0 ng}\right)\text{×HPLC 주입전 시료용액량}\left(\text{2 mL}\right)\text{×희석배수}\left(\text{1}\right)\right]\text{/}\left[\text{HPLC 주입량}\left(\text{10 μL}\right)\text{×시료량}\left(\text{10 g}\right)\right] \]$

(2)

시료 용액의 분석 크로마토그램에서 procymidone의 머무름 시간은 7.5분 이었고, 중첩되는 방해물질은 없었다(Fig. 1). 회수율 시험결과 0.2 및 1.0 mg/kg 두 수준에서 토양 1은 각각 104.3 ± 0.3, 97.2 ± 1.4%, 토양 2는 117.5 ± 0.5, 95.9 ± 0.9%, 상추는 89.1 ± 2.7, 95.1 ± 2.4%이었다(Table 4), 이 결과 농약의 등록시험 기준과 방법에서 권고하는 70~120%, 변이계수 20% 이내의 수준을 만족하였다(RDA and KCPA, 2012).

Fig. 1.

HPLC chromatogram of soil 1 and lettuce sample (A; soil control, B; fortified soil at 1.0 mg/kg, C; soil sample of 43 day after application, D; lettuce control, B; fortified lettuce at 1.0 mg/kg, C; lettuce sample of 43 day after application).

Table 4.

Recoveries and limits of quantitation of procymidone

토양 중 잔류량 변화

재배 토양중 procymidone은 포장1 저농도 처리구 초기 잔류농도는 4.89 mg/kg이었으며 43일 후에는 1.87 mg/kg로 감소 되었다. 고농도 처리구 초기 잔류량은 8.53 mg/kg이었으며 43일 후에는 2.76 mg/kg로 감소하였다. 재배 기간 중 procymidone은 1차 지수 함수적으로 잔류량이 감소하였다(Fig. 2)(Ko et al, 2004; Lee et al., 2008; Park et al., 2005; Park et al., 2011).

Fig. 2.

Dissipation curve of procymidon in soil 1 (A) and 2 (B).

잔류 감소 회귀식은 저농도 처리구는 C_t = 4.0412e^−0.018t(R²= 0.8621), 고농도 처리구는 C_t= 7.2773e^−0.018t (R²= 0.7868)이었고, 이 식에 따라서 산출된 포장 1 재배 토양 중 반감기는 모두 36.5일 이었다.

포장2 저농도 처리구 초기 잔류농도는 1.46 mg/kg이었으며 36일 후에는 0.45 mg/kg로 감소 되었다. 고농도 처리구 초기 잔류량은 2.39 mg/kg이었으며 36일 후에는 0.67 mg/kg로 감소하였다.

잔류 감소 회귀식은 저농도 처리구는 C_t = 1.3313e^−0.034t (R²= 0.9346), 고농도 처리구는 C_t= 2.4851e^−0.029t (R²= 0.8310)이었고, 이 식에 따라서 산출된 포장2 재배토양 중 반감기는 각각 20.4, 23.9일 이었다.

상추 중 잔류량 변화

포장1 재배상추 중 procymidone의 잔류량은 저농도 처리 후 35일차 수확시 1.12 ± 0.44 mg/kg이었으며 경과일에 따라 감소하여 43일후 수확시 0.62 ± 0.03 mg/kg이었다. 고농도 처리후 35일차 수확 시료중 잔류량은 1.72 ± 0.35 mg/ kg이었으며 43일후 수확시 0.82 ± 0.24 mg/kg로 감소하였다.

포장2 재배상추 중 잔류량은 저농도 처리후 22일차 수확 시 0.56 ± 0.19 mg/kg이었으며 36일후 수확시 0.13 ± 0.03 mg/kg로 감소 되었다. 고농도 처리후 22일차 수확 시료중 잔류량은 1.03 ± 0.11 mg/kg이었으며 36일후 수확시 0.47 ± 0.02 mg/kg로 감소하였다(Fig. 3). 고농도 처리구의 경우 감소하다가 36일차에 증가하였는데, 이는 시료에 따른 변이로 판단된다.

Fig. 3.

Concentration of procymidone grown in treated soil 1 (A) and 2 (B).

시험포장 1에서 초기 토양 잔류량 대비 작물잔류량은 평균 20.96%이고, 최고치는 처리구 2의 35일차 35.20%, 최저치는 처리구 1의 41일차에 11.94% 이었다.

시험포장 2에서는 초기 토양 잔류량 대비 작물잔류량은 평균 25.80%이고, 최고치는 처리구 2의 22일차 70.40%, 최저치는 32일차에 처리구 1의 8.81% 이었다(Fig. 4).

Fig. 4.

Translocation of procymidone compared to soil initial concentration.

재배 기간 중 토양에서 상추로 전이되는 procymidone은 농도는 재배 기간이 경과할수록 감소하였다. 생체증가율이 높은 포장2의 경우가 포장1보다 작물중 감소율이 낮을 것으로 확인되어 이는 상추의 생체량 증가에 따른 희석효과에 의한 것으로 판단된다.

Procymidone이 처리된 토양에서 엽채류(배추, 열무)와 근채류(당근, 무)로의 흡수이행 수준을 연구한 결과에 따르면, 5 mg/kg 처리시 30일차 채취 열무와 배추 중 잔류량은 1.10, 1.556 mg/kg로 처리농도 대비 22, 21%이었고, 10 mg/kg 처리구에서는 각각 1.249, 4.278 mg/kg이 검출되어 13, 42%로 금번 연구와 유사한 경향을 보였다(Park et al., 2004). 토양 처리후 3개월 숙성된 procymidone농도가 0.12 mg/kg인 토양에서 30일 후 배추중 잔류량은 0.013-0.025 mg/kg로 10-20% 수준이었고, 0.64 mg/kg으로 잔류된 토양 중에서는 10-60일 사이 수확 시료에 0.036-0.039 mg/kg 수준으로 5% 이하로 배추에서 검출되었다. 열무로의 흡수이행은 0.64 mg/kg 잔류 토양에서 20일 이후부터 작물체에서 0.011-0.056 mg/kg 수준으로 분포하였다(Park et al., 2004).

Procymidone이 1.0 mg/kg 수준으로 처리된 토양중 재배한 당근과 무중 잔류량은 각각 0.060, 0.041 mg/kg이었으며, 2.0 mg/kg 처리구에서는 각각 2.167, 0.093, 5.0 mg/kg 처리구에서는 5.081, 0.257 mg/kg이 각각 검출되었다(Park et al., 2004).

작물에 흡수 및 전이되는 유기화학물질은 우선 뿌리를 통하여 흡수가 일어나고 뿌리에서 지상부로 전이되는 것으로 알려져 있고, 대상 화학물질의 특성에 따라 흡수 및 전이의 양이 다른 것으로 보고되어 있다(Chu et al., 2006; Low et al., 2009; Whitfield et al., 2007). 당근, 무과 같은 근채류의 경우 지하부에 흡수된 농약의 양이 경과일수에 따라 증가하는 경향을 보이는(Lim et al., 2016, Park et al., 2004) 반면, 상추나 배추와 같은 엽채류의 경우는 지상부로 이행되는 양은 일정하지만 지상부의 생육이 활발하여 잔류량이 감소하는 현상을 나타낼 수 있다. 향후 실험을 통하여 뿌리와 지상부 잔류량 사이의 관계를 구명하여 할 것으로 판단된다.

Acknowledgments

본 연구는 농촌진흥청 공동연구사업 “재배환경 중 잔류농약의 작물흡수이행 및 관리방안 연구(PJ0108762017)”의 지원에 의하여 이루어 진 것으로 이에 감사드립니다.

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